JPS63163848A - レジストパタ−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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、レジストパターン形成方法に係わり、特にレ
ジストのドライ現像を利用したレジスドパターン形成方
法に関する。

（従来の技術） 近年、半導体微細加工プロセスは、トータルウェットプ
ロセスから段階的にドライプロセスに置き換えられてい
る。例えば、レジストのプラズマ剥離、プラズマクリー
ニング、プラズマエツチング等である。これらのドライ
プロセス技術により集積回路のパターン寸法は、０．５
［μｍ］、さらには０．２５　［μＴｒＬ］に向かって
移行しつつある。

しかし、微細加工プロセスにおけるレジストプロセスに
は未だ多量の現懺液等の薬剤が使用されており、ドライ
現像化には至っていない。将来の０．２５　［μｍ］寸
法以下の超微細パターンの実現には、解像力、パターン
形状、感度、耐ドライエツチング性その他の微細加工プ
ロセスラインでの種々の厳しい条件を同時に満足させる
レジストプロセスが必要である。これに対し、現行のウ
ェット現像を用いた場合、 ■　現像時に生じるレジストの膨潤による解像度の低下
、特にネガ型レジストでの膨潤は著しい。

■　現像時に混入する塵、はこり等によるレジスト中で
のピンホールの発生等による解像度の低下。

■　多重のエツチング廃液処理に必要とされる設備、コ
ストの増大。

等、解決すべき問題点が予想される。

そこで最近、これらの問題点の解決方法としてドライ現
像法が提案され、ドライ現像実現のために多数の報告が
なされてきた。第３図乃至第６図にこの種の従来技術を
示す。

第３図の例では、！１Ｆｆｉ４１上に塗布されたレジス
ト４２に対し、光或いはＸ線５１の露光により、露光部
に選択的に耐ドライエツチング性に富むネガ型分子構造
４３を形成する。その後、酸素プラズマ５２にて現像す
ると、耐ドライエツチング性に富む部分４３を除いてレ
ジスト４２が選択的にエツチングされる。第４図の例で
は、光或いは×１５１の露光により、第３図の例とは逆
に露光部に選択的に耐ドライエツチング性の小さいポジ
型分子構造４４を形成する。その後、酸素プラズマ５２
にて現像すると、耐ドライエツチング性の小さい部分４
４が選択的にエツチングされる。第５図の例では、露光
の後にガス５３による拡散、吸着を行い、露光部に選択
的に耐ドライエツチング性に冨む層４５を形成する。そ
の後、酸素プラズマ５２にて現像すると、耐ドライエツ
チング性に富む部分４５を除いてレジスト４２が選択的
にエツチングされる。

この種の例の参考文献として、例えば雑誌Ｊ。

Ｖ　ａｃ、　Ｓ　ｃｉ、　Ｔ　ｅｃｈ、の第１９巻（１
９８１年）の　８７２〜８８０頁にＴａｙｌｏｒ等の論
文がある。しかし、選択的に耐ドライエツチング性の異
なる分子構造をレジスト中に形成するためには、レジス
トの復雑な分子設計（例えば、雑誌　ｐｏｌｙｍｅｒ　
、Ｅｎｇ。

Ｓｃｉ、の第２３巻（１９８３年）の９９３〜９９９頁
にあるＴ　５ｕｄａ等の論文）或いは複雑なプロセス工
程（例えば照射後、有機金属ガス若しくは窒素ガスによ
る拡散、吸着反応ｒ８浬等）が必要である。さらに、プ
ラズマエツチングによる現像方法は、高エネルギーの粒
子（イオン、ラジカル、電子等）によるデバイス素子へ
の損傷或いは容器材料からのスパッタリングによる金属
汚染が予想され、次世代デバイスへの悪い影響が絶大で
ある。

第６図の例は、強力な電磁波５４の照射により照射部で
のポリマーを分解融除し、ネガ型パターンを得、その後
酸素プラズマ５２にて全面を現像するドライ現像方法で
ある。この場合、照射と現像とが同時に進行するために
、多量の分解物が発生する。従って、電磁波による転写
の場合、多量の分解物がマスクに付着しマスクの劣化が
生じる。

さらに、電子ビームによる直接描画の場合は、多量の分
解物の照射１！！源への付着により線源の劣化等の問題
がある。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来、照射領域に選択的に異なった性質を持
たせＲ終的に照射部或いは未照射部のみをドライな方法
で残すためには、複雑なレジストの分子設計或いはプロ
セス工程が必要である。

さらに、従来提案されてきたドライ環（９法ではブラズ
マを使用した現像法が楊めて多いが、プラズマを用いた
現像方法は、次世代デバイスへ大きな悪影響を及ぼす可
能性がある。また、照射によるレジストの分解融除は汚
染等の要因となるので、最小限度に抑制するか、マスク
装着或いは線源とは分離したプロセスで行う必要がある
。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、プラズマを用いることなく、簡便な方
法でレジストのドライ現像を行うことができ、ＬＳＩデ
バイスの超微細化、生産性向上をはかりｉｑるレジスト
パターン形成方法を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、電磁波或いは荷電ビームの照射により
耐エツチング性の異なる領域を形成したのち、電磁波或
いは荷電ビームの照射により選択的なエツチングを行う
ことにある。

本発明者等は、各種レジストに対し照射量、基板温度等
の条件を各種選択し、電磁波或いは荷電ビームを照則し
たところ、次のような事実を見出した。即ち、！３板温
度がある程度低いところ（第１の条件）では、電磁波或
いは荷電ビームを照射すると、レジストは最初はエツチ
ングされるがその表面に次第にカーボンリッチの堅い膜
が形成され、この膜が形成されるとエツチングされなく
なる。一方、基板温度がある程度高いところ（第２の条
件）では、電磁波或いは荷電ビームを照射すると、レジ
ストはその表面にカーボンリッチの堅い膜が形成される
こともなく、完全にエツチングされる。但し、一旦カー
ボンリッチの堅い膜となった部分は、第２の条件でもエ
ツチングされない。

従って、第１の条件で電磁波或いは荷電ビームにより選
択的な露光を行い、次いで第２の条件で全面照射を行え
ば、完全なドライプロセスでレジストパターンを形成す
ることが可能となる。なお、第１及び第２の条件は用い
るレジストの種類によって異なるものであるが、例えば
ＰＭＭＡ　（ポリメチルメタクリレート）では、第１の
条件として基板温度５０［’Ｃ］以下、第２の条件とし
て基板温度８０　Ｃ’ＣＩ以上であれば、上記ドライプ
ロセスによるレジストパターン形成が可能であった。

本発明はこのような点に着目し、電磁波或いは荷電ビー
ムの照射により感光材料に選択的なパターンを形成する
レジストパターン形成方法において、前記選択的パター
ンの露光に必要な照射量Ｄｏ　、照射時基板１度Ｔｏで
、電磁波或いは荷電ど一ムによりパターン領域を選択的
に露光したのち、次いで上記照射時基板温度Ｔｏより高
い基板温度Ｔ１で、電磁波或いは荷電ビームによりパタ
ーン領域及び非パターン領域の全面を照射するようにし
た方法である。

（作用） 上記方法であれば、第１段階として照射量Ｄａ　、照射
時基板温度Ｔｏでパターン領域を選択的に露光すること
により、パターン領域は耐プラズマ等によるエツチング
性に富んだ構造に変化する。そして、このパターンは、
その後の微細加工プロセス、例えばプラズマ、イオン、
？ｔｆｆａ波照射エツチングに対して良好なエツチング
マスクとして作用する。第２段階として上記照射時基板
温度Ｔｏより高い温度Ｔ１で、且つ望ましくは上記照射
ＩＤＯより少ない照射量Ｄ１の下で上記照射部パターン
をマスクとして作用させ、全面照射或いは少なくとも特
定パターン周辺の非パターン領域を照射することにより
、特定パターンの現象を行うことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるレジストパターン形
成工程を示す断面図である。まず、第１図（ａ）に示す
如く、マスク１０上にシンクロトロン放射光３１を照射
して所望のパターンの露光を試Ｆ４２０上に行った。こ
のとき、選択的パターン露光のための照射５ｔＤｏ−１
６［Ｊ］、　基板温度Ｔｏ−２５［”Ｃコとした。

ここで、マスク１０は放射光３１を透過するポリイミド
のメンブレム１１．このメンブレムの上面に被着された
放射光３１を遮る薄襖（例えばりングステン）からなる
マスクパターン１２から形成されている。また、試料２
０はＳｉウェハ２）上にＰＭＭＡ　（ポリメチルメタク
リレート）からなるポジ型レジスト２２を塗布してなる
ものである。このときのパターン照射現像量は、第２図
中Ａに示す如く、照ｆＪＪＩ１１６［Ｊ］以上では照射
部ｔｉ１Ｍは増加せず飽和した。

その結果、第１図（ｂ）に示す如く、レジスト２２の照
射部は一部エッチングされるものの、その表面にカーボ
ンリッチの堅い１Ｉ２３が形成された。即ち、上記条件
でＰＭＭＡを露光することにより、該露光部に高分子鎮
中のカーボン含有口が高くなった変質層２３が形成され
た。そして、この変質Ｔｌ２３は放射光３１に対して極
めて安定で殆ど現像されることはなかった。

次いで、第１図（Ｃ）に示す如く、マスク１０を取除き
、照射量Ｏｆ　−４，０［Ｊ　］　、照射基板温度Ｔ＋
　−１６０［’Ｃ］で試料２０のパターン領域及び非パ
ターンｆＩ４ｗｔの全面を放射光３２にて照射した。

このときのパターン照射部１ｉＩｎは、第２図中８に示
す如く、パターン領域での照射部ａｍはＯ［μ′ｒｒＬ
］であるのに対し、パターン領域以外（非パターン領域
）は全てのレジスト膜厚１［μｍ］が照射現隆された。

そして、転写形成されたパターン寸法として０．５［μ
ｍ］のライン＆スペースが得られた。なお、ａｉ’Ｊ記
選択的露光における照射ｆｆ１Ｏａが１６［Ｊ］以下の
場合、全面照射において変質層２３も現像されるが、こ
の現像量は他の部分に比べて極めて少ない量である。従
って、照射ｌ１ｌＤａを１６［Ｊ］以下としても、上記
のパターン形成は可能である。

かくして本実施例方法によれば、単純な照射ドーズＩＩ
Ｄと照射時基板温度Ｔの変化と云う操作によりレジスト
２２のドライ現像が可能であり、大部分のレジスト現像
除去は第２段階における照射により行われる。このため
、レジスト分解物がマスク１０への付着劣化には直結し
ない。さらに、第２段階における照射ｆｉｉＤｘは小さ
く抑えることが可能であり、デバイスへの損傷を防ぐこ
とができる。

従来、ネガ型レジストは現像時にレジストパターンの膨
潤が著しく高解像のパターン形成は困難であったが、本
実施例によればポジ型レジストから高解像のネガパター
ンを得ることができる。パターン寸法に関しては、解像
度が光電子、オージェ電子の飛程距離のみにて決定され
るため、将来の０．２５　［μｍ］以下のパターン形成
は十分可能であり、その有用性は絶大である。

即ち本実施例によれば、サブミクロン寸法のレジストパ
ターンのドライ現像をパターン領域照射と少なくともパ
ターン周辺の非パターン領域の照射を照射時の基板温度
と照！＄１ｆ１１を変化させると云う！１純な操作によ
り実行することができ、現像プロセスを簡易にすること
ができる。従って、レジストのドライ現像法としてプロ
セス導入された場合、パターンの超微細化の実現のみな
らず、製品収率の向上、プロセスの自動化、現像液・エ
ツチング液等薬剤の制約及びそれに伴う廃液、廃水処理
コストの低減が実現され、次世代りソグラフィ技術とし
て極めて有効である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例ではシンクロトロン放射光を用いてパターン
領域転写及び全面照射を行ったが、シンクロトロン放射
光の代りに遠紫外線等のＮ磁波を用いてもよい。さらに
、電磁波の代りに、荷電ビームを用いることも可能であ
る。荷電ビームを用いる場合は、選択的パターン露光の
際に、マスクを用いるのではなく直接描画を行うように
すればよい。また、全面照射する際の照射＠０１は、選
択的パターンを形成するのに要する照射ｆｉＤ。

の２５［％］に何等限定されるものではない。さらに、
全面照射する際の基板温度Ｔ１は選択パターン形成する
のに要する基板温度Ｔｏより大きい範囲で、適宜窓めれ
ばよい。

また、レジストはＰＭＭＡに限定されるものではなく、
ＰＢＳを初め他のポジ型レジストにも適用できる。さら
に、ポジ型レジストに限らず、ネガ型レジストに適用す
ることも可能である。また、レジストに限らず、Ｎ磁波
或いは荷電ビームの照射により膜質が変化し、他の部分
との上記電磁波或いは荷電ビームの照射に対するエツチ
ング速度差の現われるものであれば適用可能である。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、電磁波或いは荷電
ビームの照射時基板温度を変化させると云う単純な操作
によりレジストパターンを形成することができ、ドライ
現像プロセスを簡易にすることができる。従って、ＬＳ
Ｉデバイスの超微細化及び生産性の向上をはかり得、次
世代りソグラフィ技術として有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるレジストパターン形
成工程を示す断面図、第２図はドライ現像における照射
ＩＤに対する照射現像！ＩＴの変化を示す特性図、第３
図乃至第６図はそれぞれ従来方法を説明するための断面
図である。 １０・・・マスク、１１・・・メンブレム、１２・・・
マスクパターン、２０・・・試料、２）・・・３ｉウエ
ハ、２２・・・レジスト、２３・・・変質層、３１．３
２・・・シンクロトロン放射光。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 と憂」十Ｆ”−夕〔量　　　Ｄ　　　［Ｊ）　　　−第
２図 第３図 范４図 第５図 第　６　図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電磁波或いは荷電ビームの照射により感光材料に
   選択的なパターンを形成するレジストパターン形成方法
   において、前記選択的パターンの露光に必要な照射量Ｄ
   ＿０、照射時基板濃度Ｔ＿０で、電磁波或いは荷電ビー
   ムによりパターン領域を選択的に露光する工程と、次い
   で上記照射時基板温度Ｔ＿０より高い基板温度Ｔ＿１で
   、電磁波或いは荷電ビームによりパターン領域及び非パ
   ターン領域の全面を照射する工程とを含むことを特徴と
   するレジストパターン形成方法。
2. （２）前記パターン領域を選択的に露光する工程として
   、マスクに形成されたパターンを電磁波照射により前記
   感光材料上に転写することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のレジストパターン形成方法。
3. （３）前記パターン領域を選択的に露光する工程として
   、荷電ビームにより前記感光材料上に直接的にパターン
   を描画することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のレジストパターン形成方法。
4. （４）前記パターン領域を選択的に露光する工程は、前
   記電磁波或いは荷電ビームを照射された部分に高分子鎖
   中の炭素含有率の高い変質層を形成することである特許
   請求の範囲第１項記載のレジストパターン形成方法。
5. （５）前記パターン領域及び非パターン領域の全面を照
   射する工程として、前記照射量Ｄ＿０より少ない照射量
   Ｄ＿１にて照射することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のレジストパターン形成方法。
6. （６）前記感光材料として、ポリチメルメタクリレート
   を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   レジストパターン形成方法。