JPS63214742A - レジストパタ−ンの形成方法 - 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Ｗ） この発明は半導体集積回路の製造に好適なレジストパタ
ーンの形成方法、特に＠１微細パターンを高精度で形成
するレジストパターンの形成方法に関するものである。

（従来の技術） 半導体集積回路の高密度化に伴い、鳥積化すべき回路の
最小パターン寸法もますます微細化され、これに伴って
１μｍ程度或いははサブミクロン以下の微細レジストパ
ターンを高精度で形成する技術に対する要求が高い。

一般に解像度を高めて高精度でパターニングする手段と
して従来フォトリソグラフィ技術が広く利用されている
が、他に電子線、Ｘｌ１Ｉｌ或いはイオンビニムをＩＩ
ＩＮとして月いたりソグラフイ技術の開発も行われてき
ている。しかし、量産性、経済性或いは作業性を考慮す
ると、光を用いたフォトリソグラフィ技術が有利である
。

かかるフォトリソグラフィ技術によるレジストパターン
の形成方法としては菖々の提案がなされているが、例え
ば文猷アイ　イーイーイーエレクトロンデバイスレター
ズ（ＩＥＥＥ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ　　　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）　　　、　　　ＥＤＬ−４，１９８３，
Ｐ１４〜１６に開示されたコントラスト　エンハンスト
フォトリソグラフィ技術（Ｃｏｎｔｒａｓｔ、　Ｅｎｈ
ａｎｃｅｄ　Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、以下
ＣＥＰＬ技術と略称する）によれば、簡単なプロセスの
付加により高解像度のレジストパターンが形成出来ると
され注目されている。

以下、とのＣＥＰＬ技術の原理につき第２図を参照して
説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｅ）はＣＥＰＬ技術の原理を説明する
ための工程図であり、各図は断面図として概略的に示し
である。

まず、第２図（Ａ）に示すように、シリコンウェハ（シ
リコン基板）１１上にパターニングすべき下層レジスト
層１２を設け、この下層レジスト層１２上にコントラス
トエンハンスト層（ＣｏｎｔｒａｓｔＥｎｈａｎｃ１！
ｍｅｎｔ　　Ｌａｙｅｒ）と称するＲ膜状の感光層１３
（以下、ＣＥＬ膜とも称する）を設ける。

このＣＥＬ膜は最初は露光波長に対する吸収が大きいが
、光照射によって漂白され露光量が大となるに従って、
吸収が小さくなり透過率が高くなる材料で形成されてい
る。

ところで、光がフォトマスク１４を通過すると、光の回
折及びフォーカシング効果によって光源に対しマスク】
４の陰の領域に光が達するため、フォトマスク１４の後
方の光強度分布は第２図（Ｂｌに示すような状態となる
。その結果フォトマスクの投影光像のフントラストが下
層レジスト層１２のコントラスト閾値よりも低くなって
しまい、充分満足し得る解像度でレジストパターニング
を行うことが出来ない。

このＣＥＰＬでは、上記第２図（Ｂ）に示すフォトマス
ク１４の光像をＣＥＬ膜１３を介して下層レジスト層１
２に投影することによってレジスト層１２の選択的露光
を行う。このようにすると、第２図（Ｃ）のように光の
ドーズ量（露光量）が多くてＣＥＬＪｊｌ１３が漂白さ
れた部分１３ａと、咳ドーズ量が少なくて未漂白となる
部分１３ｂとが形成される。この光の強度分布に応じた
漂白（ブリーチング：　Ｅ３１ａａａｈｉｎｇ）の差に
より、このＣＥＬ膜１３の透過率が部分的に太き（変わ
９、従って理想的な場合には透過光の強度分布が第２図
（Ｄ）に示すような状態となる。この結果かかるＣＥＬ
膜１３を透過した光はそのコントラストが増強（エンハ
ンスト）されることになる。このコントラストが増強さ
れた光がレジスト層１２に照射されることによってレジ
スト層１２の選択露光が行われ、その後の現像処理によ
り、第２図（Ｅ）に示すような綺麗でシャープな例えば
ポジ型レジストパターン１２ｍが形成されるのである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらかかる従来のＣＥＰＬプ四セスの場合は、
後記する本発明の第１ｒＩ！Ｉに対応させた第８図から
明らかなように、露光後のレジスト層現像に先立ってＣ
ＥＬ層の除去のための別設の作業工程が必要であっｔこ
。

第３図でこれを説明すると、基板３１上に下層レジスト
層３２及びＣＥＬ膜３３をこの順に設け（同図Ａ、Ｂ）
、次にフォトマスク３４を介して紫外＠４０の照射を行
い上述と同様に露光部分３２　ｍ、　３３　ａ及び未露
光部分３２ｂ、３３ｂとする（同図Ｃ）。

次に同図りのようにＣＥＬ層３３　（３３ａ　、　３３
ｂ　）を除去した後レジスト層３２の現像を行うのであ
ろ（同図Ｅ）。

即ち上記レジスト層の現像はアルカリ水溶液で行うのに
対し、ＣＥＬの除去は有機溶剤で行うため上記別工程が
付加され複雑であるという欠点があった。

他方上記ＣＥＬ＠３３の除去工程を省略すべく用いろ塗
布ｍ液を水溶性にした報告もあるが、この場合光漂白剤
としてジアゾニウム塩を含み、該ジアゾニウム塩が水溶
液中で不安定であることから該塗布溶液が長期間の安定
性に欠ける他のＲ１１点があった。

本発明者等は先にかかる問題点を解決する方法として、
レジスト層に入射する光のコントラストを高める感光層
を介して前記レジスト層を選択的に露光し、然る後前記
感光層及びレジスト層の現像処理を行ってレジストパタ
ーンを形成するに当たり、アビエチン酸、アビエチン酸
を主成分として含むガムロジン等のロジン類等無極性有
機溶剤及びアルカリ水溶液双方に可溶な薄膜形成材料を
含む感光層を用いろことが有効であることを見出し特許
出願した。

そして継続してかかるパターン形成方法に関し研究を重
ねこの発明に到達しなのである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、レジスト層に入射する光のコントラストを
高めろ感光層を介してこのレジスト層を選択的に露光し
、然る後これら感光層及びレジスト層の現像処理を行っ
てレジストパターンを形成するコントラストエンハンス
トリソグラフィプロセスにおいて、上述のＣＥＬ膜に含
まれる膜形成材料として無極性有機溶剤及びアルカリ水
溶液の双方に可溶な材料として、特に７，８，１３．１
４−テトラヒドロアビエチン酸あるいはこれを主成分と
して５０％以上含む水添ロジン類を用いたことを特徴と
するレジストパターンの形成方法である。

（作　　用） 本発明においては、上記のＣＥＬ膜形成材料として無極
性有機溶剤及びアルカリ水溶液に可溶な材料中、待に７
，８，１３，１４−テトラヒドロアビエチン酸を用いた
ことにより、これが通常のポジ型レジストの現像液に溶
解するので現像時に同時に処理除去されることになり、
又上記ロジンは水添されていることにより安定性を増し
無極性有機溶剤中にあって溶液としての安定性が一層高
くなる。

（実　施　例） 以下、図面を参照してこの発明の実施例につき説明する
。

尚以下の実施例では、この発明の範囲内の好ましい特定
の条件及び数値例で説明するが、それらは単なる例示で
あって、特に限定して説明していない限りこの発明がそ
れらに限定されるものではない。

実施例１ この例では膜形成材料として水添ロジンを用いた。

先づＳｉ基板（シリコンウェハ）３１上にレジスト材（
長瀬産業社、ＮＰＲ−８２０）をスピンナーで塗布した
のちホットプレート上で１０５℃、６０秒間ベーキング
を行い膜厚０，９μｍの下層レジスト膜３２を形成した
。

次に水添ロジン（荒用化学工業社、商品名）＼イヘ−ル
、　７　、８　、１３．１４−テトラヒト５７ビ工チン
酸含ｆｉ５０％以上）１．０ｇ及び光漂白剤α−（４−
ｉ）エチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン１
．０ｇをモノクロロベンゼン１０．０ｇに溶解して得た
ＣＥＬ塗布溶液をスピンナーで上記レジスト層３２上に
塗布し、膜厚０，７ｇｍのＣＥＬ膜３３を感光層として
形成した。

次に、このＣＥＬ膜３３を介して下層レジスト層３２に
対し、フォトマスク３４のマスクパターンを介して水銀
ランプからの約３５０〜４５０ｎｍ帯域の波長の紫外線
４０でドーズ量を５００　ｍＪ／ｄとして照射を行った
（第１図（Ｃ））。波長領域を３５０〜４５０　ｎｍの
範囲としたのは、この波長領域外ではレジストの感度が
低下し、かつ、ＣＥＬの吸収スペクトル特性及びブリー
チング特性が悪くなってしまうからである。また、露光
装置としては、パーキンエルマー社製の商品番号５００
ＨＴの１：　１反射投影型露光装置を用いた。図中紫外
＄４０で露光されたＣＥＬ膜３３及びレジスト膜３２の
部分を３３ａ及び３２ｇでそれぞれ示し、また、未露光
部を３３ｂ及び３２ｂでそれぞれ示す。

この紫外線照射により、フォトマスク３４の光透過領域
から直接ＣＥＬ膜３３に照射される光の光量は４５０　
ｍＪ／ａｄであるのでその部分での光透過率は約９５％
程度となる。しかし、マスク３４によって光が遮断され
る領域では光量が少なくなるので、両領域の境界から光
の陰となるＣＥＬ膜３３の部分での透過率は急激に低下
し、マスクの陰の中心付近では透過率は零に近くなり、
従って乙のＣＥＬ膜３３を介して光の照射を受けろレジ
スト層３２の部分３２ａと、受けないレジスト層３２０
部分３２ｂとの境界での光強度はシャープにすなわち実
質的に階段的に変化する。

上記露光終了後、ＣＥＬ膜３３の剥離工程を行うことな
く直ちにメタルフリーの現像液（長瀬産業社９３４）を
用い３５秒間現像を行った。上記ＣＥＬ膜３３は現像開
始後瞬時に溶解除去され、レジスト層３２の現像が開始
され、露光部分３２１が除去されかつ未露光部３２ｂが
残存して第１ｒＩ！Ｊ（Ｄ）に示すようなポジ型レジス
トパターンが形成された。

得られたレジストパターンの断面形状を走査型電子顕微
鏡で観察したところ１．５μｍのライアンドスペースよ
りも大きいパターンでは、パターンの６ｇ壁部が基板面
に対し垂直に近い急峻な状態で形成されてお抄、従って
断面形状がほぼ矩形の綺麗でシャープなレジストパター
ンが得られた。また、１μｍのラインアンドスペースも
得られた。

比較例１ 実施例１のＣＥＬ膜をレジスト層上に設けない外は全く
同様に露光、現像その他の処理でパターン形成を行った
。尚、露光量は１００　ｍＪ／ｅＩＩｒとした。

得られたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で同様に
して観察したところ、パターンの側壁部の基板面に対す
るａＸは実施例１のパターンよりも緩く、断面形状がほ
ぼ台形に近く、また実施例１はどには綺麗でシャープな
レジストパターンが得られなかった。また、１μｍのラ
イアンドスペースを得ようとすると、レジスト層の膜厚
が実施例１の場合の膜厚の半分以下となってしまい、レ
ジスト層としての機能が期待できないことがわかった。

実施例２ 水添ロジン（前出、ハイペール）１．Ｏｇ及び光ｔＪＩ
＝　８剤ａ　−（４−ジエチルアミノフェニル）−Ｎ−
（３’。

４′−ジクロロフェニル）ニド四ン０，５ｇをモノクロ
ロベンゼン７．０ｇに溶解してＣＥＬ塗布溶液を得、こ
の溶液を実施例１と同様にしてレジスト層３２上に塗布
し、膜厚０，７μｍのＣＥＬ膜３３を感光層として形成
した。

次にとのＣＥＬ膜３３を介して下層レジスト層３２に対
し、フォトマスク３４のマスクパターンをＮ１ｋｏｎＮ
ＳＲ１５０５Ｇ３Ａ型縮小投影型露光層置で露光した。

そして実施例１の如＜　ＣＥＬ膜３３の剥離工程を行う
ことなく直ちに実施例１と同様の現像を行った。得られ
たレジストパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡で観
察して調べたところ、やはりパターンの側壁部が基板面
に対し垂直に近い断面形状がほぼ矩形で０．６μｍのラ
インアンドスペースのｍｗｉでシャープなレジストパタ
ーンが得られた。

比較例２ 実施例２のＣＥＬ［をレジスト層上に設けずに、同一材
料のレジスト層に対し、実施例２と同様の露光、現像そ
の他の処理でパターン形成を行った。

尚、露光量は１００　ｍｌ／ｃＩｌとした。

得られたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で同様に
して観察したところ、パターンの側壁部の基板面に対す
る傾斜が緩く、断面形状がほぼ台形に近＜、Ｑ、７μｍ
のパターンは形成出来たが、０．６μｍのパターンは形
成出来なかった。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば上記ＣＥＬ
薄膜形成材料としてアルカリ水溶液に可溶な７，８，１
３，１４−テトラにトロアビエチン酸又はこれを５０％
以上含む水添ロジン類を用いたことによ秒、該ＣＥＬ！
Ｉｌに対して別途除去工程を付加することなく露光後直
ちに現像を行うことが可能となり作業工程が単純化され
、しかも用いる塗布？ｌＦＦｆｔは無極性有機溶剤が用
いられているととζζよ９光漂白剤の分解を起こすこと
なく極めて安定なものとなり、更に四ジンは水添されて
いるものでその安定性を増すなど長時間の保存に充分耐
える等上記のＲＭｌｔｅＭ消し潜る。

【図面の簡単な説明】

第ｉｇはこのレジストパターンの形成方法の工＃！説切
図、第２ｒ！Ｉ！Ｊ？ＩＣＥＰＬ原理説明図、第３図ば
従来方法の工程説明図である。 ３１・・・基板、３２・・・レジスト層、３３・・・Ｃ
ＥＬ膜（感光層ン、３４・・・フォトマスク、３２ｍ、
３３ｍ・・・露光部、３２ｂ、３４ｂ・・・未露光部。 第１図 −ｍ−ｍＪ” 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レジスト層に入射する光のコントラストを高める感光層
   を介して前記レジスト層を選択的に露光し、然る後前記
   感光層及びレジスト層の現像処理を行ってレジストパタ
   ーンを形成するに当たり、７，８，１３，１４−テトラ
   ヒドロアビエチン酸、又は該７，８，１３，１４−テト
   ラヒドロアビエチン酸を主成分として５０％以上含む水
   添ロジン類を含有させた感光層を用いたことを特徴とす
   るレジストパターンの形成方法。