JPH1063001A

JPH1063001A - レジスト・パターン形成方法

Info

Publication number: JPH1063001A
Application number: JP8214694A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 淳一佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】化学増幅系レジスト膜のパターニングにおけ
る寸法や形状の安定性を向上させる。【解決手段】選択露光（ステップＳ７）を終了後、直
ちに化学増幅系レジスト膜の表面にイオウ系保護膜を堆
積させ（ステップＳ８）、ＰＥＢ（ステップＳ１０）の
直前で該イオウ系保護膜を昇華除去する（ステップＳ
９）。レジスト膜が大気遮断されることにより、レジス
ト膜内で発生した酸触媒（プロトンＨ⁺）の雰囲気中へ
の散逸や、雰囲気中の塩基性物質の中和作用による酸触
媒の失活が防止され、ポジ型レジストのＴ−トップ形状
やネガ型レジスト・パターンの膜減りが防止できる。プ
リベーク（ステップＳ３）と冷却（ステップＳ４）の後
にイオウ系保護膜を堆積させ（ステップＳ５）、選択露
光（ステップＳ７）の直前に昇華（ステップＳ６）させ
ても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造等の微細加工分野で行われるレジスト・パターンの形
成方法に関し、特に化学増幅系レジスト膜を用いる場合
のパターン寸法および形状の雰囲気依存性を解消する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造分野では、デザイン・
ルールの縮小が加速度的に進行しており、次世代の６４
ＭＤＲＡＭでは０．３５μｍ前後、次々世代の２５６Ｍ
ＤＲＡＭでは０．２５μｍ前後の最小加工寸法を達成し
得る微細加工技術が要求されている。この微細加工実現
の鍵となる技術はフォトリソグラフィであり、そのひと
つの選択肢としてＫｒＦエキシマ・レーザ光（λ＝２４
８ｎｍ）等の遠紫外光源と化学増幅系レジストを用いた
遠紫外線リソグラフィに関する研究が盛んに行われてい
る。

【０００３】化学増幅系レジストは、露光によりレジス
ト膜内に発生した活性種が、続く露光後ベーク（ＰＥ
Ｂ）工程でベース樹脂の架橋，重合，官能基変換等のレ
ジスト反応の触媒として働くことにより、現像液に対す
る局部的な溶解度変化を生じさせるタイプのフォトレジ
スト材料である。ここで、１個の活性種はレジスト膜中
で複数個の化学反応を誘起するので、見掛け上の量子収
率は活性種発生の量子収率と活性種の拡散によって引き
起こされる反応数の積によって決まる。したがって、化
学増幅系レジストの量子収率は、せいぜい０．２〜０．
３止まりであった従来型のノボラック系レジストの量子
収率に比べて格段に高い。

【０００４】活性種としては酸と塩基の両方が知られて
いるが、最初に提案され、研究も進んでいるのは酸であ
る。この酸としては、オニウム塩やスルホン酸エステル
等の光酸発生剤（ＰＡＧ＝Photo Acid Generator）から
分解生成するＨ⁺（プロトン）が最も一般的である。ポ
ジ型の化学増幅系レジストでは、アルカリ可溶性樹脂の
極性基を溶解抑止基でブロックしたベース樹脂にＰＡＧ
が混合されており、露光部においてこのＰＡＧから発生
したＨ⁺が溶解抑止基の極性を変化させたり脱離させる
ことにより、溶解度変化が生ずるようになされている。
たとえば、極性基であるフェノール性水酸基をｔ−ＢＯ
Ｃ（ターシャリ・ブトキシカルボニル）基でブロックし
たレジストでは、Ｈ⁺の攻撃によりフェノール性水酸基
が再生されてベース樹脂が可溶化し、イソブテンとＣＯ
₂が放出される。

【０００５】一方、ネガ型の化学増幅系レジストには、
（ａ）ｔ−ＢＯＣ基でブロックされたベース樹脂とＰＡ
Ｇの２成分系からなり、ｔ−ＢＯＣ基の脱離によりベー
ス樹脂の極性変化を生じさせるタイプ、（ｂ）ベース樹
脂，ＰＡＧ，ピナコール誘導体の３成分系からなり、ピ
ナコール転移反応による極性変化を生じさせるタイプ、
（ｃ）架橋性基を導入したベース樹脂とＰＡＧの２成分
系からなり、露光で発生した酸によりベース樹脂の分子
内架橋が進行するタイプ、および（ｄ）ベース樹脂，Ｐ
ＡＧ，架橋剤の３成分系からなり、露光で発生した酸に
よりベース樹脂と架橋剤との分子間架橋が進行するタイ
プ、がある。これらポジ型，ネガ型のいずれのタイプ
も、ＰＡＧから発生する酸としてＨ⁺を利用し、また反
応の結果、Ｈ⁺が再生させる点で共通している。つま
り、Ｈ⁺は触媒作用を果たしているのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、化学増幅系
レジストの反応は上述のように触媒反応であるから、微
量の活性種でも十分に反応を促進でき、高感度であるこ
とが重要なメリットとなっている。しかしその反面、活
性種が微量であるがゆえに、ｇ線レジスト，ｉ線レジス
トといった従来型のレジストに比べ、レジスト反応の進
行が雰囲気に大きく影響され易く、線幅安定性に劣ると
いう問題を抱えている。たとえば活性種が酸である場
合、レジスト膜から酸が雰囲気中へ向けて散逸したり、
あるいはこの酸を中和し得るような塩基性物質が雰囲気
中からレジスト膜へ向けて拡散してレジスト膜表層部の
酸濃度が低下すると、ポジ型では表面難溶化層の形成、
ネガ型ではパターン形状劣化や残膜率の減少等の不良が
発生する。

【０００７】たとえば、図９に示されるように、基板２
１上に成膜された被加工膜２２の上で光酸発生型のポジ
型化学増幅系レジスト膜２３またはネガ型化学増幅系レ
ジスト膜２４に対して選択露光を行うと、フォトマスク
・パターンに対応した露光部２３ｅ，２４ｅと未露光部
２３ｕ，２４ｕとが形成される。露光部２３ｅ，２４ｅ
では、ＰＡＧの分解により酸触媒であるプロトンＨ⁺が
発生する。上記プロトンＨ⁺は本来、べース樹脂に結合
されている溶解抑止基の極性を変化させたり脱離させる
働きをすべき活性種であるが、レジスト膜の表面付近で
はその濃度が低下し易い。図９では、雰囲気中への散逸
状態が示されているが、雰囲気中の塩基性物質による活
性種の中和もしばしば起こる。

【０００８】いずれにしても、ポジ型化学増幅系レジス
ト膜２３の表層部でこのようなプロトンＨ⁺の濃度低下
が起こると、表層部ではベース樹脂の低分子化が十分に
進行しなくなり、現像液に溶解しにくい難溶化層が形成
される。したがって、図１０に示されるように、現像後
のレジスト・パターン２３ｐは、正常なレジスト・パタ
ーン２５に対して上端が庇のように張り出した、いわゆ
るＴ−トップと呼ばれる断面形状を呈する。表面難溶化
層が厚く形成された場合には、現像そのものが妨げられ
ることもある。

【０００９】このようなポジ型化学増幅系レジスト・パ
ターン２３ｐ（以下、レジスト・パターン２３ｐと称す
る。）をマスクとして被加工層２２の異方性ドライエッ
チングを行うと、図１１に示されるように、形成される
被加工膜パターン２２ｐの線幅は設計寸法に対して正の
寸法変換差Δｗを生じたものとなる。これは、プラズマ
中からのイオンの入射方向がウェハに対してほぼ垂直に
制御されている異方性エッチング条件下では、被加工膜
パターン２２ｐの線幅がレジスト・パターン２３ｐの上
端の幅でほぼ規定されてしまうからである。

【００１０】一方、レジスト・パターンの形状劣化は、
ネガ型化学増幅系レジスト膜を用いた場合にも生ずる。
図１２は、表層部でプロトンＨ⁺の濃度低下が生じたネ
ガ型化学増幅系レジスト膜２４を現像した後の状態を示
したものである。ネガ型レジストにおけるプロトンＨ⁺
は本来、べース樹脂の難溶化または架橋を促進すべき活
性種であるが、その濃度の低下によりこれらの化学反応
が促進されなくなる。したがって、得られるネガ型化学
増幅系レジスト・パターン（以下、レジスト・パターン
２４ｐと称する。）は、正常なレジスト・パターン２５
に比べて膜減りを生じたものとなる。

【００１１】上記のレジスト・パターン２４ｐを異方性
ドライエッチングのマスクとして用いると、矩形パター
ンに比べてイオン入射を多く受けるためにマスクが膜減
りを一層早く起こすようになる。このため、図１３に示
されるように、形成される被加工膜パターン２２ｐの線
幅は設計寸法に対して負の寸法変換差−Δｗを生じたも
のとなる。

【００１２】プロトンＨ⁺を中和して失活させるような
雰囲気中の塩基性物質は、基板の疎水化処理に用いられ
るＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン），レジスト現像
液，クリーン・ルームの壁紙の接着剤中に含まれるアミ
ン等の蒸気であり、クリーン・ルーム内に数〜数十ｐｐ
ｂのオーダーで含まれている。このような極微量の塩基
性物質を雰囲気中から除去することは、設備，費用の両
面で困難である。そこで、レジスト膜の表面に樹脂コー
ティングを施して大気遮断を行う方法も提案されている
が、操作が煩雑でスループットを低下させる虞れが大き
く、量産ラインへの導入は難しい。そこで本発明は、化
学増幅系レジスト材料を用いた場合にも、簡便な操作に
より雰囲気の影響を排した正確なパターン形成を行うこ
とを可能とする方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のレジスト・パタ
ーン形成方法は、基板上で化学増幅系レジスト材料の塗
布、プリベーク、選択露光、ＰＥＢ、現像の一連の工程
を経る中で、イオウ系保護膜を用いて化学増幅系レジス
ト膜の表面の大気遮断を行うことにより、上述の目的を
達成しようとするものである。このイオウ系保護膜は、
（ａ）選択露光の直後に堆積させてＰＥＢの直前に除去
するか、あるいは（ｂ）プリベークを終了して前記基板
を冷却した後に堆積させて選択露光の直前に除去する。
もちろん、上記（ａ）と（ｂ）の両方を行っても良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明では、イオウ系保護膜が化
学増幅系レジスト膜の表面を大気から遮断する役割を果
たす。上述（ａ）のように選択露光とＰＥＢの間でイオ
ウ系保護膜の堆積と除去を行う方法は、化学増幅系レジ
スト・プロセスの中でも最も雰囲気の影響が大きく現れ
る段階においてできるだけ長時間にわたってレジスト膜
表面を大気遮断するものである。この段階では、露光に
よりレジスト膜中に既に活性種が生成しているが、イオ
ウ系保護膜が存在するために、この活性種が雰囲気中へ
散逸したり、あるいは雰囲気中の化学物質との接触によ
り活性種が失活することがなくなる。

【００１５】一方、上述（ｂ）のようにプリベークと選
択露光の間でイオウ系保護膜の堆積と除去を行う方法で
は、イオウ系保護膜は主として雰囲気中の化学物質のレ
ジスト膜表面への吸着を防止する役割を果たす。この段
階ではまだレジスト膜中に活性種は生成していないが、
ここでもできるだけ長時間にわたってレジスト表面を大
気から遮断しておくことにより、後に生成する活性種の
失活を予防することができる。

【００１６】以上のような（ａ）と（ｂ）の方法の両方
を採り入れた典型的なレジスト・パターン形成のプロセ
ス・フローを図１に示す。このフローでは、基板表面を
疎水化するためのＨＭＤＳ処理（ステップＳ１）、レジ
スト塗布（ステップＳ２）、レジスト膜中の溶剤を除去
するためのプリベーク（ステップＳ３）、冷却（ステッ
プＳ４）、イオウ系保護膜の堆積（ステップＳ５）、イ
オウ系保護膜の昇華（ステップＳ６）、選択露光（ステ
ップＳ７）、イオウ系保護膜の堆積（ステップＳ８）、
イオウ系保護膜の昇華（ステップＳ９）、ＰＥＢ（ステ
ップＳ１０）、冷却（ステップＳ１１）、現像（ステッ
プＳ１２）を順に経る。ここで、上記ステップＳ６とス
テップＳ９において「イオウ系保護膜の昇華」とあるの
は、イオウ系保護膜の除去を昇華を通じて行うことを意
味する。昇華については後述する。また、参照図面があ
るステップについては、その図面番号を併記した。

【００１７】ところで、レジスト反応における活性種が
酸である場合には雰囲気中の塩基性物質がこれを失活さ
せる原因物質となり、活性種が塩基である場合には雰囲
気中の酸性物質が失活の原因物質となる。本発明では使
用する化学増幅系レジスト材料が酸発生型，塩基発生型
のいずれであっても良いが、雰囲気中の塩基性物質の影
響が既に現実の問題となっている酸発生型のレジスト材
料について、特に効果が高い。また、ポジ型，ネガ型の
別は問わない。

【００１８】上記イオウ系保護膜はプラズマＣＶＤ法に
より堆積させることができ、特にハロゲン化イオウから
プラズマ中に解離生成するイオウ系堆積物を堆積させる
ことが好適である。このイオウ系堆積物としては、単体
のイオウあるいは窒化イオウを用いることができる。

【００１９】ハロゲン化イオウとしては、ＳＦ₆ （六フ
ッ化イオウ）がシリコン系材料膜のエッチング・ガスと
して古くから知られているが、本発明ではＳＦ₆よりも
プラズマ反応系のＳ／Ｘ比〔イオウ原子数とハロゲン
（Ｘ）原子数の比〕を高めることが可能な化合物を用い
てイオウの堆積効率を高める。かかるハロゲン化イオウ
とは、Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ
₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，
ＳＢｒ₂から選ばれる少なくとも１種類の化合物であ
る。これらの化合物は、プラズマ中に遊離のＳを放出す
る。つまり、単体のイオウを堆積させることができる。

【００２０】また、上記のＳ／Ｘ比は、プラズマ反応系
に水素系ガスを添加することで、一層高めることができ
る。これは、水素系ガスから解離生成したＨ（水素）を
ＨがハロゲンＸと結合し、これをＨＸ（ハロゲン化水
素）の形で系外へ除去するからである。かかる水素系ガ
スとしては、Ｈ₂，Ｈ₂Ｓ，シラン系化合物を挙げるこ
とができる。なお、Ｈ₂ＳはＨとＳの双方をプラズマ中
に放出するので、Ｓ／Ｘ比の上昇効果が極めて大きい。

【００２１】さらに、上記のようにＳが放出されるプラ
ズマ反応系にＮが共存していれば、窒化イオウ（ＳＮ
ｘ）を堆積させることができる。窒化イオウにはＳとＮ
の組成比により様々な種類の化合物が存在するが、本発
明においてプラズマ中から主として生成させる化合物は
ポリチアジル（ＳＮ）ｘである。このポリマーは、結晶
状態ではＳ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−…の繰り返し構造を有する共
有結合鎖が平行に配向した構造をとり、単体のＳよりも
強固な保護膜となる。Ｎを供給するための窒素系ガスと
しては、Ｎ₂，ＮＦ₃，ヒドラジン等を挙げることがで
きる。なお、ＮＨ₃はＳと結合して固体物質である硫化
アンモニウムを生成させるので、好ましくない。なお、
窒化イオウを生成させるためのプラズマ中にフッ素系化
学種が共存する場合には、（ＳＮ）ｘのＳ原子上にＦ原
子が結合したフッ化チアジルも生成し得る。また、水素
系化学種が共存する系では、チアジル水素も生成し得
る。さらに、条件によっては分子内のＳ原子数とＮ原子
数が不均衡な環状窒化イオウ化合物、あるいはこれら環
状窒化イオウ化合物のＮ原子上にＨ原子が結合したイミ
ド型の化合物等も生成可能である。

【００２２】ところで、上記の単体のＳや窒化イオウの
堆積は、基体（ウェハ）がこれらの昇華温度あるいは分
解温度よりも低い温度域に維持されている場合に可能で
ある。このことは逆に、基体上に堆積しているＳや窒化
イオウを、その昇華温度あるいは分解温度以上に加熱す
れば、基体上にパーティクル汚染を残すことなく、容易
にこれらを除去できることをも意味している。このとき
の加熱温度は、常圧下においてＳでおおよそ９０℃、窒
化イオウでおおよそ１３０℃であり、減圧下では一層低
くなる。この温度域は、一般的なレジスト材料のＰＥＢ
温度域と同程度である。したがって、前述（ａ）のよう
に選択露光とＰＥＢの間でイオウ系保護膜の堆積と除去
を行う方法においては、該イオウ系保護膜を除去するた
めの基板加熱をＰＥＢ工程の一部として行うことがで
き、スループットの向上に役立つ。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２４】実施例１本実施例では、被加工膜上でのポジ型化学増幅系レジス
ト膜のパターニング・プロセスについて、図２ないし図
８を参照しながら説明する。まず、図２に示されるよう
に、基板１の上に被加工膜２を成膜した。ここでは基板
１の一例としてＳｉ基板、被加工膜２の一例としてＳｉ
Ｏｘ層間絶縁膜を採り上げるが、この組合せは特に限定
されるものではなく、たとえば基板１が絶縁基板、被加
工膜２が導電膜であっても良い。次に、被加工膜２にＨ
ＭＤＳ処理を施してその表面を疎水化した後、ポジ型化
学増幅系レジスト材料（和光純薬社製；ＷＫＲ−ＰＴ
１）をスピンコートし、ホットプレート上で９０℃，９
０秒間の露光前ベークを行い、厚さ約１μｍのポジ型化
学増幅系レジスト膜３を形成した。

【００２５】さらに、上記ポジ型化学増幅系レジスト膜
３を表面を、厚さ約２０ｎｍのイオウ系保護膜４で被覆
した。上記イオウ系保護膜４として、ここではプラズマ
ＣＶＤ法により単体のＳを堆積させた。その堆積条件は
たとえば、Ｓ₂Ｆ₂流量５０ＳＣＣＭ圧力１０〜１００ＰａＲＦパワー密度０．０８Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ＭＨｚ）基板温度７０ ℃ とした。このイオウ系保護膜４により、ポジ型化学増幅
系レジスト膜３は大気から遮断された状態となり、雰囲
気中の塩基性物質の吸着が防止された。

【００２６】次に、選択露光を行う直前に上記ウェハを
減圧チャンバ内のホットプレートに載置し、約９０℃に
加熱することにより、図３に示されるように上記イオウ
系保護膜４を除去した。この除去のメカニズムは昇華で
ある。昇華したイオウの粒子は減圧チャンバに接続され
る排気系統に送られ、この系統に備えられた脱硫装置に
トラップされた。したがって、ウェハ上に何らパーティ
クル汚染は発生しなかった。また、上記の加熱温度はレ
ジスト材料の耐熱温度よりも低いので、ポジ型化学増幅
系レジスト膜３を何ら劣化させることもなかった。

【００２７】次に、図４に示されるように、ウェハを縮
小比５：１のＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッパにセッ
トし、フォトマスク１０を介して選択露光を行った。こ
のフォトマスク１０は、フォトマスク基板１１上にＣｒ
膜からなる遮光膜パターン１２が１．７５μｍ幅のライ
ン・アンド・スペース状に形成されたものである。この
露光により、ウェハ上には０．３５μｍ幅のライン・ア
ンド・スペースの潜像が形成されるが、図４では簡単の
ためにフォトマスク上のパターンとウェハ上のパターン
を等倍で示す。この選択露光では、遮光膜パターン１２
の開口部を透過した露光光ｈνがポジ型化学増幅系レジ
スト膜３を照射する。この露光により、ポジ型化学増幅
系レジスト膜３には露光部３ｅと未露光部３ｕの区別が
生じ、露光部３ｅではＰＡＧの分解によりプロトンＨ⁺
が発生した。

【００２８】露光終了後、ウェハを直ちにプラズマＣＶ
Ｄ装置へ搬入し、前述の条件でＳ₂Ｆ₂ガスを放電させ
ることにより、図５に示されるように、ポジ型フォトレ
ジスト膜３を再びイオウ系保護膜５で被覆した。このよ
うに、雰囲気の影響を最も大きく受けやすい状態にある
ポジ型化学増幅系レジスト膜３の表面がイオウ系保護膜
５により大気遮断されるので、プロトンＨ⁺の濃度はレ
ジスト表層部でも深部でもほぼ一定であった。

【００２９】次に、ウェハを減圧チャンバ内のホットプ
レートに載置し、１００℃，９０秒間のＰＥＢを行っ
た。この工程では、図６に示されるように、イオウ系保
護膜５が昇華して除去されると共に、露光部３ｅにおい
てプロトンＨ⁺を触媒としたレジスト反応が進行した。
このウェハを室温まで冷却した後、アルカリ現像液（東
京応化工業社製，ＮＭＤ−Ｗ）を用いた６０秒間のパド
ル現像を行った。この結果、図７に示されるように、ほ
ぼ矩形の断面形状を有する良好なレジスト・パターン３
ｐが形成された。

【００３０】このようにして形成されたレジスト・パタ
ーン３ｐをマスクとして、被加工膜２のドライエッチン
グを行った。このエッチングは、たとえば有磁場マイク
ロ波プラズマ・エッチング装置を用い、次のような条件ＣＨＦ₃流量５０ＳＣＣＭマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー１８０Ｗ（８００ｋＨｚ）ウェハ温度２０ ℃ で行った。本発明ではレジスト・パターン３ｐが設計寸
法どおりに形成されているため、図８に示されるよう
に、形成された被加工膜パターン２ｐの寸法変換差も許
容範囲内であった。

【００３１】実施例２本実施例では、イオウ系保護膜４，５として単体のＳの
堆積条件を変更した。ここでは、Ｓ₂Ｆ₂にＨ₂を添加
してプラズマ反応系内のＳ／Ｆ比を上昇させ、Ｓの堆積
効率を向上させた。堆積条件はたとえば、Ｓ₂Ｆ₂流量４０ＳＣＣＭＨ₂流量１０ＳＣＣＭ圧力１０〜１００ＰａＲＦパワー密度０．０８Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ＭＨｚ）基板温度７０ ℃ とした。この他のプロセス条件は、実施例１と同じであ
る。本実施例によっても、良好な形状を有するレジスト
・パターン３ｐを形成することができた。

【００３２】実施例３本実施例では、イオウ系保護膜４，５として単体のＳで
はなく、窒化イオウを堆積させた。イオウ系保護膜４，
５の堆積はプラズマＣＶＤ法により行い、その堆積条件
はたとえばＳ₂Ｆ₂流量５０ＳＣＣＭＮ₂流量１０ＳＣＣＭ圧力１０〜１００ＰａＲＦパワー密度０．０８Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ＭＨｚ）基板温度７０ ℃ とした。このようにして形成される窒化イオウの主成分
は、ポリチアジル（ＳＮ）ｘであった。

【００３３】また、上記イオウ系保護膜４，５の除去
は、減圧雰囲気下でウェハを１２０℃に加熱することに
より行った。この除去のメカニズムは昇華である。本実
施例でも、ウェハ上でパーティクル汚染を発生させるこ
となく、良好な形状を有するレジスト・パターン３ｐを
形成することができた。

【００３４】以上、本発明の具体的な実施例を３例挙げ
たが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもので
はない。たとえば、上述のポジ型化学増幅系レジスト材
料に替えてネガ型化学増幅系レジスト材料（シプレイ社
製，ＳＡＬ−６０１）を使用した場合には、膜減りの無
い良好な矩形パターンを得ることができた。この他、イ
オウ系保護膜を堆積させるためのガス組成、デザイン・
ルール、各プロセスに使用する装置の種類、各プロセス
条件等の細部については、適宜変更や選択が可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば化学増幅系レジストに関して従来より問題と
なっていた雰囲気依存性を、既存の装置を用いた簡便か
つ比較的低コストな方法で解決することができる。した
がって本発明は、化学増幅系レジスト材料の実用化を促
進し、これにより半導体デバイスの微細化や高集積化に
大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレジスト・パターン形成のプロセス・
フローの一例を示す流れ図である。

【図２】本発明を適用したレジスト・パターン形成プロ
セスにおいて、プリベーク後のポジ型化学増幅系レジス
ト膜の上にイオウ系保護膜を堆積させた状態を示す模式
的断面図である。

【図３】図２のイオウ系保護膜を、選択露光の直前に昇
華させた状態を示す模式的断面図である。

【図４】図３のポジ型化学増幅系レジスト膜に対して選
択露光を行っている状態を示す模式的断面図である。

【図５】図４のポジ型化学増幅系レジスト膜の上に再び
イオウ系保護膜を堆積させた状態を示す模式的断面図で
ある。

【図６】図５のポジ型化学増幅系レジスト膜のポストベ
ーク（ＰＥＢ）を行っている状態を示す模式的断面図で
ある。

【図７】図６のポジ型化学増幅系レジスト膜を現像して
レジスト・パターンを形成した状態を示す模式的断面図
である。

【図８】図７のレジスト・パターンをマスクとするドラ
イエッチングにより、設計寸法どおりの被加工膜パター
ンが形成された状態を示す模式的断面図である。

【図９】従来のレジスト・パターン形成プロセスにおい
て、選択露光後の化学増幅系レジスト膜から酸触媒が雰
囲気中へ散逸している状態を示す模式的断面図である。

【図１０】ポジ型化学増幅系レジスト膜の現像後に、い
わゆるＴ−トップ形状を有するレジスト・パターンが形
成された状態を示す模式的断面図である。

【図１１】図１０のレジスト・パターンをマスクとする
ドライエッチングにより、被加工膜パターンに正の寸法
変換差が発生した状態を示す模式的断面図である。

【図１２】ネガ型化学増幅系レジスト膜の現像後に、膜
減りが生じた状態を示す模式的断面図である。

【図１３】図１２のレジスト・パターンをマスクとする
ドライエッチングにより、被加工膜パターンに負の寸法
変換差が発生した状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１…基板２…被加工膜２ｐ…被加工膜パターン３
…ポジ型化学増幅系レジスト膜３ｅ…露光部３ｕ…
未露光部３ｐ…レジスト・パターン４，５…イオウ
系保護膜１０…フォトマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/38 ５１１Ｇ０３Ｆ 7/38 ５１１Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６３５６５５６８５７５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上でレジスト塗布、プリベーク、選
択露光、ポストベーク、現像の各工程を順次経ることに
より化学増幅系レジスト膜のパターニングを行うレジス
ト・パターン形成方法であって、選択露光の直後に前記化学増幅系レジスト膜の表面をイ
オウ系保護膜で被覆し、ポストベークの直前に該イオウ
系保護膜を除去するレジスト・パターン形成方法。
【請求項２】前記イオウ系保護膜を、プラズマＣＶＤ
法により成膜する請求項１記載のレジスト・パターン形
成方法。
【請求項３】前記イオウ系保護膜を、ハロゲン化イオ
ウを含むガスからプラズマ中に解離生成するイオウ系堆
積物を堆積させることにより形成する請求項２記載のレ
ジスト・パターン形成方法。
【請求項４】前記ハロゲン化イオウは、Ｓ₂Ｆ₂，Ｓ
Ｆ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，Ｓ
Ｃｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂から選ばれ
る少なくとも１種類の化合物である請求項３記載のレジ
スト・パターン形成方法。
【請求項５】前記ハロゲン化イオウを含むガスは、Ｓ
₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂
Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂
から選ばれる少なくとも１種類のハロゲン化イオウと、
Ｈ₂，Ｈ₂Ｓ，シラン系化合物から選ばれる少なくとも
１種類の水素系ガスとを含む請求項３記載のレジスト・
パターン形成方法。
【請求項６】前記ハロゲン化イオウを含むガスは、Ｓ
₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂
Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂
から選ばれる少なくとも１種類のハロゲン化イオウと、
窒素系ガスとを含み、前記イオウ系堆積物として窒化イ
オウを堆積させる請求項３記載のレジスト・パターン形
成方法。
【請求項７】前記イオウ系保護膜の除去は、前記基板
の加熱を通じた昇華または分解により行う請求項１記載
のレジスト・パターン形成方法。
【請求項８】前記基板の加熱をポストベークの工程の
一部として行う請求項７記載のレジスト・パターン形成
方法。
【請求項９】基板上でレジスト塗布、プリベーク、選
択露光、ポストベーク、現像の各工程を順次経ることに
より化学増幅系レジスト膜のパターニングを行うレジス
ト・パターン形成方法であって、プリベークを終了して前記基板を冷却した後に前記化学
増幅系レジスト膜の表面をイオウ系保護膜で被覆し、選
択露光の直前に該イオウ系保護膜を除去するレジスト・
パターン形成方法。
【請求項１０】前記イオウ系保護膜を、プラズマＣＶ
Ｄ法により成膜する請求項９記載のレジスト・パターン
形成方法。
【請求項１１】前記イオウ系保護膜を、ハロゲン化イ
オウを含むガスからプラズマ中に解離生成するイオウ系
堆積物を堆積させることにより形成する請求項１０記載
のレジスト・パターン形成方法。
【請求項１２】前記ハロゲン化イオウは、Ｓ₂Ｆ₂，
ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ₂Ｃｌ₂，
ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ₂から選ば
れる少なくとも１種類の化合物である請求項１１記載の
レジスト・パターン形成方法。
【請求項１３】前記ハロゲン化イオウを含むガスは、
Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ
₂Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ
₂から選ばれる少なくとも１種類のハロゲン化イオウ
と、Ｈ₂，Ｈ₂Ｓ，シラン系化合物から選ばれる少なく
とも１種類の水素系ガスとを含む請求項１１記載のレジ
スト・パターン形成方法。
【請求項１４】前記ハロゲン化イオウを含むガスは、
Ｓ₂Ｆ₂，ＳＦ₂，ＳＦ₄，Ｓ₂Ｆ₁₀，Ｓ₃Ｃｌ₂，Ｓ
₂Ｃｌ₂，ＳＣｌ₂，Ｓ₃Ｂｒ₂，Ｓ₂Ｂｒ₂，ＳＢｒ
₂から選ばれる少なくとも１種類のハロゲン化イオウ
と、窒素系ガスとを含み、前記イオウ系堆積物として窒
化イオウを堆積させる請求項１１記載のレジスト・パタ
ーン形成方法。
【請求項１５】前記イオウ系保護膜の除去は、前記基
板の加熱を通じた昇華または分解により行う請求項９記
載のレジスト・パターン形成方法。
【請求項１６】前記加熱を前記化学増幅系レジスト膜
の耐熱温度以下の温度域で行う請求項１５記載のレジス
ト・パターン形成方法。