JPH10223503A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

レジストパターン形成方法

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JPH10223503A
JPH10223503A JP9021400A JP2140097A JPH10223503A JP H10223503 A JPH10223503 A JP H10223503A JP 9021400 A JP9021400 A JP 9021400A JP 2140097 A JP2140097 A JP 2140097A JP H10223503 A JPH10223503 A JP H10223503A
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JP
Japan
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resist
resist pattern
acid
diffusion length
forming
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JP9021400A
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English (en)
Inventor
Toshiro Itani
俊郎 井谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像後のレジストパターンがT型形状になる
ことを防止できると共に、諸特性の向上並びにデバイス
パターンの高集積化を計り得るレジストパターン形成方
法を提供すること。 【解決手段】 このレジストパターン形成方法では、レ
ジスト溶剤の沸点に対応してプリベーク温度及び時間を
調節して光酸発生剤から発生する酸のレジスト膜中での
拡散長を制御しているため、溶解コントラストを最適に
維持したまま酸拡散長の最適化を具現できる。これによ
り、レジスト性能に最も大きく影響する溶解特性の傾き
を大きくして高解像性を確保できる上、酸拡散長が適正
化されるため、現像後にウェハ301上に得られるレジ
ストパターン302がT型形状になることを防止でき、
解像性,焦点深度,寸法精度等の諸特性が向上すると共
に、矩形なレジストパターンの形成が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成された化学増幅系レジスト膜を所望の半導体集積回路
パターンを描いたマスク又はレチクルを通して露光して
からPEB処理した後、現像液を用いて現像してフォト
レジストパターンを形成する際のレジストパターン形成
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光リソグラフィでは、露光用の光
にg線(436nm),i線(365nm)を使用し、
レジストにはベース樹脂及びノボラック樹脂,感光剤に
はナフトキノンジアジドを用いて成る溶解抑止型ポジ型
レジストパターンを形成するのが主流となっている。
【0003】又、一層微細化に有利な遠紫外光であるエ
キシマレーザー光(248nm、193nm等)を用い
た光リソグラフィによってレジストパターンを形成する
場合、g線やi線では光吸収が大き過ぎて良好なパター
ンが得られず、又感度も大幅に増大してしまう。
【0004】そこで、光酸発生剤から発生する酸触媒の
増感反応を利用した化学増幅系レジストとして、短波長
リソグラフィ用レジストや高感度が要求される電子線リ
ソグラフィ用レジストが考案され、現状ではこれらが主
流となりつつある。
【0005】しかしながら、化学増幅系レジストの場
合、特に特開平4−44045号公報に開示された保護
型ポリビニルフェノール樹脂と光酸発生剤とから成る2
成分系ポジ型レジストや、或いは更に保護型ビスフェノ
ールA等を溶解抑止剤として添加した3成分系ポジ型レ
ジストでは、露光によって光酸発生剤から発生した酸が
レジスト膜表面領域で消失したり、或いは空気中の塩基
で中和されて失活し、後のPEB処理で可溶化反応が進
行しないため、表面難溶化層が発生する。
【0006】このため、図4に示されるように、特に化
学増幅ポジ系レジストパターンの形成に際しては、現像
後にウェハ401上に得られるレジストパターン402
がT型形状になり易い。このようなT型形状レジストパ
ターンは、解像性,焦点深度,寸法精度等の諸特性が損
われるために好ましくない。
【0007】こうしたレジストパターンのT型形状化に
は光酸発生剤から発生する酸のレジスト膜中での拡散現
象が大きく影響している。即ち、酸拡散長が短い場合、
レジスト膜の表面近傍で消失したり、或いは空気中の塩
基で中和されて失活した酸をレジスト膜のバルク領域の
酸がレジスト表面に拡散して補償することができないた
め、樹脂の可溶化反応が進行せずにT型形状化が促進さ
れることによって、諸特性が損われる。又、酸拡散長が
長い場合、露光部と未露光部との酸のコントラストが低
下し、解像性が損われる。
【0008】このような問題を解決する方法も既に幾つ
かの技法が提案されているが、例えば特開平4−369
211号公報に開示されたPEB処理の雰囲気を不活性
ガスに置換して酸失活を防止する方法や特開平4−22
1951号公報に開示された形成された表面難溶化層を
薄く取り除く方法等が挙げられる。殊に特開平4−20
4848号公報に開示されたレジスト表面に保護膜を塗
布して酸失活を防止する方法は汎用性高く使用されてい
る。又、酸拡散反応に最も大きく影響する熱処理条件で
あるPEBの温度や時間を調節して酸拡散長を最適化す
る手法も一般的に導入されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述したレジストパタ
ーンの形成に際してT型形状化を回避する技術の場合、
レジスト表面に保護膜を塗布して酸失活を防止する方法
ではレジスト表面での酸失活の防止に対してはその効果
は不十分であり、又露光後のPEB処理までの間にレジ
スト表面から酸が消失すると、この方法では表面難溶化
層の形成を防止することができず、現像後のレジストパ
ターンの形状は依然として図4に示されるようにT型形
状になり易いという問題がある。
【0010】又、PEBの温度や時間を調節して酸拡散
長を最適化する手法の場合、図5に示されるように、P
EBの温度(℃)や時間tPEB を変化させて酸拡散長l
(nm)を可変させた場合、レジスト解像性に大きく影
響するレジスト膜の現像液に対する溶解特性,特に露光
部と未露光部との溶解コントラストが大きく変化し、レ
ジストの解像性が損われてしまうという問題がある。特
に微細パターン形成に対しては、このような表面難溶化
層に起因するフォトレジストパターンの形状劣化や解像
性の劣化、或いは溶解コントラストの低下に伴う解像性
の劣化は致命的となる。従って、化学増幅ポジ系レジス
ト特有のレジスト表面での酸失活に起因する表面難溶化
層の形成,即ち、酸拡散長は他の方法で制御する必要が
ある。
【0011】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、現像後のレジスト
パターンがT型形状になることを防止できると共に、諸
特性の向上並びにデバイスパターンの高集積化を計り得
るレジストパターン形成方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
ともアルカリ難溶の保護基を有するベース樹脂と光酸発
生剤とから化学増幅ポジ型レジストパターンを形成する
際、該光酸発生剤から発生する酸のレジスト膜中での拡
散長を15nm〜35nmに規制するレジストパターン
形成方法が得られる。
【0013】このレジストパターン形成方法において、
酸拡散長の規制のためにプリベーク温度及び時間を制御
することや、更にプリベーク温度及び時間の制御をレジ
スト溶剤の沸点に対応して行うことは好ましい。
【0014】
【作用】本発明のレジストパターン形成方法では、レジ
スト溶剤の沸点に対応してプリベーク温度及び時間を調
節して光酸発生剤から発生する酸のレジスト膜中での拡
散長を制御しているため、溶解コントラストを最適に維
持したまま酸拡散長の最適化を具現できる。このため、
レジスト性能に最も大きく影響する溶解特性の傾きを大
きくして高解像性を確保できる上、酸拡散長が適正化さ
れるため、レジスト膜表面近傍で消失したり、或いは空
気中の塩基で中和されて失活する酸をレジスト膜のバル
ク領域の酸がレジスト表面に拡散することにより補償で
きる。結果として、表面難溶化層の形成が抑制されて矩
形なレジストパターンの形成が可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明のレ
ジストパターン形成方法について、図面を参照して説明
する。
【0016】最初に、本発明のレジストパターン形成方
法の概要について簡単に説明する。このレジストパター
ン形成方法は、少なくともアルカリ難溶の保護基を有す
るベース樹脂と光酸発生剤とから化学増幅ポジ型レジス
トパターンを形成する際、光酸発生剤から発生する酸の
レジスト膜中での拡散長を15nm〜35nmに規制す
るものである。ここで、酸拡散長の規制のためにレジス
ト溶剤の沸点に対応してプリベーク温度及び時間を制御
するようにする。
【0017】具体的に云えば、レジストにはt−BOC
保護型ポリヒドロキシスチレン樹脂及びベンゼンスルホ
ン酸誘導体の光酸発生剤から構成される2成分化学増幅
系ポジ型DUVレジストを用いた。又、ここでレジスト
溶媒にはPGMEAを用いている。
【0018】図1は、このレジストパターン形成方法に
おける酸拡散長の規制に係るレジスト膜中のプリベーク
温度TP (℃)に対する残存溶媒量V(vol%)の依
存特性を樹脂保護率(%)を変化させた場合について示
したものである。ここでは、プリベーク温度TP (℃)
が高くなるに従って残存溶媒量V(vol%)が少なく
なり、樹脂保護率が大きい程、残存溶媒量V(vol
%)が少なくなることが判る。
【0019】図2は、このレジストパターン形成方法に
おける酸拡散長の規制に係るレジスト膜中の残存溶媒量
V(vol%)に対する酸拡散長l(nm)の依存特性
を樹脂保護率(%)を変化させた場合について示したも
のである。ここでは、残存溶媒量V(vol%)が多く
なる程、酸拡散長l(nm)が長くなり、酸拡散長l
(nm)を規制して15nm〜35nmにするために
は、樹脂保護率毎に適正な残存溶媒量V(vol%)に
すれば良いことが判る。
【0020】そこで、例えば樹脂保護率が40%の場
合、酸拡散長l(nm)を20nmに設定する場合、残
存溶媒量V(vol%)は約3vol%で、そのときの
プリベーク温度TP (℃)は約90℃に設定する。
【0021】図3は、こうした条件下のレジストパター
ン形成方法により形成した化学増幅ポジ系レジストパタ
ーンの様子を示した側面断面図である。
【0022】ここでは、現像後にウェハ301上に得ら
れるレジストパターン302に関して、表面難溶化層が
形成されずにT型形状になることが防止され、矩形なレ
ジストパターンとなっている。
【0023】ところで、レジスト溶媒が異なる場合、溶
媒の沸点と残存溶媒量とには密接な関係があり、沸点が
高い程、残存溶媒量が多くなる。従って、溶媒の種類に
応じてプリベーク温度を調節する必要がある。こうした
場合の指標となるレジスト溶媒の沸点(℃)に関して
は、例えば溶媒の種類がPGMEAでは146(℃),
ELでは154(℃),EEPでは169.7(℃)と
する場合を例示することができる。即ち、上述したPG
MEAを溶媒に用いた場合にはプリベーク温度の最適値
は約90℃であったが、ELを用いた場合にはPGME
Aの沸点よりELの沸点が高いため、プリベーク温度を
一層高く設定し、EEPを用いた場合には更に高く設定
するという手法で行う。このときプリベーク温度の増分
はほぼ沸点の差に相当する。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のレジス
トパターン形成方法によれば、レジストパターンのT型
形状をほぼ完全に解消することができ、矩形なレジスト
パターンを得ることができる。又、異なる溶媒を持つレ
ジストに対して定量的に酸拡散長を設定することがで
き、しかもレジスト膜の現像液に対する溶解速度を大幅
に変えること無く、レジスト性能に最も大きな影響を与
える溶解特性の傾きを大きく保つことができるため、レ
ジストの高解像度化が可能となる。この結果、解像性,
焦点深度,寸法精度等の諸特性に関して、何れも10%
以上の向上を計ることができ、特に微細パターン形成に
対してはその効果は大きく、矩形のフォトレジストパタ
ーンを再現性良く形成することができるため、デバイス
パターンの高集積化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレジストパターン形成方法における酸
拡散長の規制に係るレジスト膜中のプリベーク温度に対
する残存溶媒量の依存特性を樹脂保護率を変化させた場
合について示したものである。
【図2】本発明のレジストパターン形成方法における酸
拡散長の規制に係るレジスト膜中の残存溶媒量に対する
酸拡散長の依存特性を樹脂保護率を変化させた場合につ
いて示したものである。
【図3】本発明のレジストパターン形成方法を導入して
形成された化学増幅ポジ系レジストパターンの様子を示
した側面断面図である。
【図4】従来の化学増幅ポジ系レジストパターンの形成
におけるT型形状レジストパターンの様子を示した側面
断面図である。
【図5】従来のレジストパターンの形成に際してT型形
状化を回避する技術として酸拡散長を最適化する手法の
場合に適用されるPEBの時間及び温度に対する酸拡散
長の依存特性を示したものである。
【符号の説明】
301,401 ウェハ 302,402 化学増幅ポジ型レジストパターン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともアルカリ難溶の保護基を有す
    るベース樹脂と光酸発生剤とから化学増幅ポジ型レジス
    トパターンを形成する際、該光酸発生剤から発生する酸
    のレジスト膜中での拡散長を15nm〜35nmに規制
    することを特徴とするレジストパターン形成方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のレジストパターン形成方
    法において、前記酸拡散長の規制のためにプリベーク温
    度及び時間を制御することを特徴とするレジストパター
    ン形成方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のレジストパターン形成方
    法において、前記プリベーク温度及び時間の制御をレジ
    スト溶剤の沸点に対応して行うことを特徴とするレジス
    トパターン形成方法。
JP9021400A 1997-02-04 1997-02-04 レジストパターン形成方法 Pending JPH10223503A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007329187A (ja) * 2006-06-06 2007-12-20 Nuflare Technology Inc 荷電ビーム描画装置および描画方法

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Effective date: 20000906