JPS62226148A - パタ−ン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は微細加工に有効なパターン形成方法に関するも
のである。さらに詳しくいえば１本発明は、半導体集積
回路素子などの製造において、特に縮小投影露光法によ
るサブミクロンオーダーの加工に有効なパターン形成方
法に関するものである。

従来の技術 近年、半導体産業においては、産業用コンピューターオ
フィスオートメーション、パーソナルコンピューターな
どの需要が飛躍的に拡大し、その技術も日進月歩の発展
を続けておシ、これに伴って半導体集積回路素子におい
ても、急速に高密度化、高集積度化が進み、その製造工
程に関して多くの提案や工夫がなされている。例えば半
導体集積回路素子の製造においては、サブミクロンオ−
グーのパターン形成が要求されておシ、そのためにホト
リソグラフィ工程で使用されるホトレジストについても
、これまで主流であったネガ型ホトレジストに代って、
解像度の高いポジ型ホトレジストが主流になシつつある
。

さらに微細加工技術の進歩もめざましく、特に光を利用
するマイクロリソグラフィ技術においても、この数年で
長足の進歩をとげている。例えばホトレジストにパター
ンを転写するための露光技術においては、位置合せ技術
の進歩により、パターンの重ね合わせ精度が向上し、ま
・ｚ〕パターンマスクの損傷や汚染を防止するため、従
来（・′ノコンタクト露光法に代り、■＝１の反射型投
影露光装置が用いられるようになった。さらに高解像度
を得るために、ステップアンドリピート方式による縮小
型投影露光装置が半導体集積回路素子の製造工程に導入
さ几るようになシ、また、例えば４３６　ｎｍや３６５
ｎｍといった単一波長の光又はこれらを組み合わせた光
を用いて縮小投影することによって、より高い解像度が
達成されるようになった。

−万、光学レンズの開口比（Ｎ、Ａ　’）　’ｃ大きく
することにより、明暗差が大きくなって、輪郭の明瞭な
像が得られ、コントラストの大きいパターン画像が得ら
れるようになった。

しかしながら、開口比（Ｎ、Ａ）を大きくするためには
、レンズ径を犬きぐすればよいが、実用的なレンズの大
きさには限界がち９、また開口比（Ｎ、Ａ）ｔ−大きく
すると、レンズ周縁部からの光の入射角とレンズ中心部
からの光の入射角の差が大きくなって、焦点深度のばら
つきが生じ、さらには段差を有するシリコン基板では解
像度の低下の原因ともなる。

このように、現状では縮小投影露光装置を用いたホトリ
ソグラフィ工程であづても、解像度に限界がちシ、よシ
高解像度のパターンを得るための方法として、２層又は
３層レジスト構造のような多層レジスト法が提案されて
いる。

しかしながら、この多層レジスト法は、パターン形成の
ために２段階以上の現像処理工程が必要であシ、煩雑に
なるのを免れないという欠点’ｋＮしている。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような事情のもとで、半導体集積
回路素子の製造に好適な、特に縮小投影露光法によるパ
ターン形成において、より高解像度のパターンが得られ
る上に、１回の現像処理でマスクパターンに忠実なパぞ
一ンを形成しうる工業的な実施に適したパターン形成方
法をｉ供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、基板上に形成し
たホトレジスト層の上に、特定の溶解性能を有する活性
光線透過性有機膜層を設けたのち。

選択的露光及び現像処理を施すことにより、その目的を
達成しうろことを見出し、この知見に基づいて本発明を
完成するに至った。

すなわち５本発明は、基板上にアルカリ現像性ポジ型ホ
トレジスト層を形成したのち、この層の上に、さらに該
ホトレジスト不溶解性溶剤に可溶で、かつアルカリ性現
像液に溶解しうる活性光線透過性有機膜層を設け、次い
でこれに活性光線の選択的な照射処理を施したのち、ア
ルカリ性現像液で現像して、該有機膜層を除去するとと
もＫ、該ホトレジスト層をバターニングすることを特徴
とするパターン形成方法を提供するものである。

本発明方法においては、基板上に設けられたホトレジス
ト層上に有機膜層を形成させるが、この有機膜層は、Ｍ
模膜形成用樹脂を溶剤に溶解し、この溶液を該ホトレジ
スト層表面に均一に塗布したのち、乾燥して形成させる
。該有機膜は活性光線透過性を有することが必要で、そ
の膜厚は０．０４〜３．０μｍの範囲が好ましい。この
膜厚が０．０４μｍ未満では本発明の効果が十分に発揮
されず、また３、０μｍを超えると下層ホトレジストの
感度の低下を招く。前記Ｍ模膜形成用樹脂を溶解するの
に用いる溶剤は、該ホトレジスト層を溶解させないもの
であることが必要である。これはホトレジスト層が溶剤
に溶解又は溶剤で膨潤することによるパターン形状の劣
化を防ぐためである。このような溶剤としては、水又は
炭化水素系の溶剤、例えばｎ−ペンタン、インペンタン
、ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、ｎ−へブタン、イソへ
ブタン。

２、２．４−トリメチルペンタン、ｎ−オクタン、イソ
オクタン、ｎ−デカン、２，２−ジメチルブタン、２−
ペンテン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベ
ンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプ
ロピルベンゼン、シアミルベンゼン、トリエチルベンゼ
ン、　　５ｅｃ−７”チルベンゼン、アミルベンゼン、
シアミルベンゼン、トリアミ少ベンゼン、テトラアミル
ベンゼン、ドデシルベンゼン、ジドデシルベンゼン、ア
ミルトルエン。

スチレン、アミルナフタレン、テトラヒドロナフタレン
、デカヒドロナフタレンなどが挙げられる。

これらの中で特にキシレン、トルエン、スチレンなどが
好適に用いられる。

本発明方法における現像には、アルカリ現像液が用いら
れ、このアルカリ現像液としては、例えばテトラメチル
アンモニウムヒドロキシド水溶液やトリメチル（２−ヒ
ドロキシエチル）アンモニウムヒドロキシド水溶液など
の通常用いられている有機アルカリ現像液が好適である
。

本発明方法における上層の有機膜は、このようなアルカ
リ現像液によシ溶解除去され、かつ前記溶剤に溶解しな
ければならない。このような条件に合う有機膜形成用材
料としては、例えば変性フェノール樹脂、アルキド樹＠
、尿素樹脂、メラミン樹脂、ゼラチン、カゼイン、ポリ
エステル、ポリウレタン、アセチルセルロース、ポリ酢
酸ビニル、マレイン酸変性ロジン、ポリビニルアルコー
ル及びこれらの誘導体などが挙げられ、とルはそれぞれ
単独で用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いても
よい。

さらに、所望により光吸収剤として、例えばアゾ系の染
料を添加することもできる。

また、本発明方法において、ホトレジスト層に用いられ
る材料としては、アルカリ現像性ポジ型ホトレジストが
用いられ、例えばノボラック樹脂系ポジ型ホトレジスト
である０ＦＰＲ−８００（東京応化工業社ｆｉ）、　Ａ
Ｚ−１３００、ＡＺ−１４００（ヘキスト社製）、ＭＰ
−１４００（シブレイ社製）など通常用いられている紫
外線又は遠紫外線感応型のポジ型ホトレジストが好適に
用いられる。

次に、本発明方法の好適な実施態様について説明すると
、まず、例えば二酸化ケイ素膜が一面に形成さ几たシリ
コンウエノ・−上に、アルカリ現像性のポジ型ホトレジ
ストヲ所望の膜厚になるようにスピン塗布し、乾燥して
ホトレジスト層を形成したのち、有機膜層形成材料を該
ホトレジスト層を溶解させない溶剤に溶解し、この溶液
を該ホトレジスト層上にスピン塗布し、乾燥して有機膜
層を形成する。

次いで、これに縮小投影露光装置を用いて選択露光を施
したのち、有機アルカリ現像液により現像処理を行う。

この際該有機膜層は有機アルカリ現像液中に溶解除去さ
れ、次にホトレジスト層の選択露光により可溶化した部
分が溶解除去されて、シリコンウェハー上にホトレジス
トハターンが形成さ几る。

発明の効果 本発明方法によれば、特に縮小投影露光法によるパター
ン形成において、より高解像度のパターンが得られる上
に、１回の現像処理でマスクパターンに忠実なパターン
を形成しうるので、該方法は工業的な実施に有利であり
、半導体集積回路素子の製造に好適に用いられる。

実施例 次に実施例によシ本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ マレイン酸変性ロジン（荒用化学工業社裂）４０Ｆをキ
シレン１００２に溶解したのち、孔径０．２μｍのメン
ブレンフィルターを用いてろ過し、有機膜層形成用塗布
液とした。

一万、レジストコーター（タツモ社Ｍ、ＴＲ−４０００
）を用いてポジ型ホトレジスト（東京応化工業社製、０
ＦＰＲ−８００）　’ｋ　４インチシリコンウェハー上
に均一に塗布したのち、１１０℃で９０秒間ホットプレ
ート上にて乾燥し、１．３μｍ厚のホトレジスト層を形
成した。次いで常温で上記の有機膜層形成用塗布液をレ
ジストコーター（タツモ社ｊｌ、　ＴＲ−４０００）を
用いて、該ホトレ゛ンスト層上ニ塗布し、１１０℃で９
０秒間ホットプレー、・上にて乾燥し、１．３μｍ厚の
有機膜Ｎを形成した。

次いで縮小投影露光装置（ＧＣＡ社製、ＤＳＷ−４８０
０型ウエハステツパー）を用いて、開口比（Ｎ、Ａ　）
が０．２８の条件のもとてテストチャートマスク（犬日
本印刷社製）を介して露光したのち２．３８重量％テト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液中、２３℃で
３０秒間浸せきし現像した。このとき１．０μｍ幅の露
光部のパターンのみが完全に除去されるに要する最短の
露光時間は３００　ｍｓであった。またホトレジストパ
ターン形状は、側面がほぼ垂直に切シ立った良好な断面
形状であシ、有機膜層は完全に除去されていた。

実施例２ ポリビニルピロリドン３０２を純水１００　Ｆに溶解し
たのち、孔径０．２μｍのメンブレンフィルターを用い
てろ過し、有機膜層形成用塗布液を調製した。

次に、実施例１と同様にして、シリコンウェハー上にホ
トレジスト層を設け、この層上に前記塗布液を塗布し、
１１０℃で１２０秒間乾燥して、１．３μｍ厚の有機膜
層を形成し、次いで露光、現像処理を施したところ、実
施例１と全く同様な結果が得られた。

実施例３ メチルビニルエーテル無水マレイン酸コポリマー３０　
ｔを純水１００２に溶解したのち、孔径０．２μｍのメ
ンブレンフィルターを用いてろ過し、有機膜層形成用塗
布液を調製した。

次に、実施例１と同様にして、シリコンウェハー上にホ
トレジスト層を設け、この層上に前記塗布液を塗布し、
乾燥して、１．５μｍ厚の有機膜層を形成し、次いで露
光、現像したところ、実施例１と全く同様な結果が得ら
れた。

実施例４ ｔ−ブチルフェノール樹脂３０９をキシレン１００２に
溶解したのち、孔径Ｑ、２μｍのメンブレンフィルター
を用いてろ過し、有機膜層形成用塗布液を調製した。

次に、実施例１と同様にして、シリコンウェハー上にホ
トレジスト層を設け、この層の上に前記塗布液を塗布し
、乾燥して、１．５μｍ厚の有機膜層を形成した。次い
で露光、現像したところ、実施例１と全く同様な結果が
得らルた。

実施例５ 実施例１で得られたマレイン酸変性ロジン溶液に４−　
（４’−Ｎ、Ｎ−ジエチルアミノフェニル）アゾベンゼ
ンをマレイン酸変性ロジンの樹脂量に対し７重量％添加
し、有機膜層形成用塗布液とした。

−万、熱酸化膜ｅＶしかつ段差パターンのある４インチ
シリコンウェハー上にアルミニウムを蒸着し、次いでポ
ジ型ホトレジスト（東京応化工業社製、０ＦＰＲ−８０
０）をレジストコーター（タッモ社製％ＴＲ−４００）
を用いて均一に塗布したのち、１１０℃で９０秒間ホッ
トプレート上にて乾燥し、１．３μｍ厚のホトレジスト
層を形成した。次いで常温で上記の有機膜層形成用塗布
液を、レジストコーター（タツモ社ｆｆ、　　ＴＲ−４
００）を用いて、該シトプレート上にて乾燥し、１．３
μｍ厚の有機膜層を形成した。

次いで、縮小投影露光装置（ＧＯＡ社製、　ＤＳＷ−４
８００型クエハステツパー）ヲ用いて、開口比（Ｎ、Ａ
　）が０．２８の条件のもとてテストチャートマスク（
犬日本印刷社製）を介して露光したのち２．３８重量饅
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液中、２３
℃で３０秒間浸せきし現像した。このとき、１．０μｍ
幅の露光部のパターンのみが完全に除去さｎるに要する
最短の露光時間は５００　ｍｓであった。またホトレジ
ストパターン形状は、側面かほぼ垂直に切９立った良好
な断面形状であシ、有機膜層は完全に除去されていた。

比較例 レジストコーター（タツモ社製、ＴＲ−４０００）を用
いてポジ型ホトレジスト（東京応化工業社製０ＦＰＲ−
８００）　’ｉ　４インチシリコンウェハー上に均一に
塗布したのち、１１０℃で９０秒間ホットグレート上に
て乾燥し、１．３μｍ厚のホトレジスト層次いで縮小投
影露光装置（ＧＣｊＡ社製、ＤＳＷ　−４８００型ウエ
ハステツパー）を用いて、開口比（Ｎ、Ａ　）が０．２
８の条件のもとてテストチャートマスク（犬日本印刷社
製）′（ｉ−介して露光したのち。

２．３８重量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド
水溶液により、２３℃で３０秒間現像した。

このときの露光部の最小解像限界は１．２５μｍであり
、高解像のパターンは得られなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　基板上にアルカリ現像性ポジ型ホトレジスト層を形
   成したのち、この層の上にさらに該ホトレジスト不溶解
   性溶剤に可溶で、かつアルカリ性現像液に溶解しうる活
   性光線透過性有機膜層を設け、次いでこれに活性光線の
   選択的照射処理を施したのち、アルカリ現像液で現像し
   て、該有機膜層を除去するとともに、該ホトレジスト層
   をパターニングすることを特徴とするパターン形成方法
   。 ２　有機膜が変性フェノール樹脂、アルキド樹脂、尿素
   樹脂、メラミン樹脂、ゼラチン、カゼイン、ポリエステ
   ル、ポリウレタン、アセチルセルロース、ポリ酢酸ビニ
   ル、マレイン酸変性ロジン、ポリビニルアルコール及び
   これらの誘導体の中から選ばれた少なくとも１種から成
   るものである特許請求の範囲第１項記載のパターン形成
   方法。