JP2653072B2 - パターン形成方法 - Google Patents
パターン形成方法Info
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Structural Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体テバイス製造等の微細加工技術におけ
るうちのフォトリソグラフィー技術に関するものであ
る。さらに詳しくは、フォトリソグラフィーにおけるレ
ジストパターン形成およびそのためのパターン形成材料
に関するものである。
るうちのフォトリソグラフィー技術に関するものであ
る。さらに詳しくは、フォトリソグラフィーにおけるレ
ジストパターン形成およびそのためのパターン形成材料
に関するものである。
従来の技術 近年、半導体デバイス製造技術の発展にともない、フ
ォトリソグラフィー技術も0.5ミクロンオーダーの微細
加工技術が要望されるようになってきている。この0.5
ミクロンのオーダーを越える技術として、装置面では、
従来のステッパーの短波長化、高開口化が、また、新た
な装置として、エキシマレーザーステッパー、Ｘ線ステ
ッパー、あるいは、直接描画型電子ビーム露光装置が開
発されつつある。また、レジストプロセス技術において
も数々の方法が提案され試みられている。たとえば、多
層レジスト法（MLR法）、反射防止コーティング法（ARC
法）、コントラストエンハンス法（CEL法）、ポータブ
ルコンフォーマブル法（PCM法）、イメージリヴァーサ
ル法（IR法）等がある。
ォトリソグラフィー技術も0.5ミクロンオーダーの微細
加工技術が要望されるようになってきている。この0.5
ミクロンのオーダーを越える技術として、装置面では、
従来のステッパーの短波長化、高開口化が、また、新た
な装置として、エキシマレーザーステッパー、Ｘ線ステ
ッパー、あるいは、直接描画型電子ビーム露光装置が開
発されつつある。また、レジストプロセス技術において
も数々の方法が提案され試みられている。たとえば、多
層レジスト法（MLR法）、反射防止コーティング法（ARC
法）、コントラストエンハンス法（CEL法）、ポータブ
ルコンフォーマブル法（PCM法）、イメージリヴァーサ
ル法（IR法）等がある。
発明が解決しようとする問題点 ところが、従来ステッパーの高開口化、短波長化にも
限界があり、Ｘ線ステッパーでのマスクの製作が難し
く、直接描画型電子ビーム露光装置ではスループットが
低い等の理由で、現在のところ、エキシマレーザーステ
ッパーが最も有望視されている。しかし、エキシマレー
ザーステッパーにも問題がある。次のレーリーの式で
表されるように、 Ｒ＝ｋλ/NA …… R:解像度,k:定数（0.6〜0.8） λ：露光波長,NA:レンズの開口数 同一波長で解像度を良くしようとすれば、NAを大きく
しなければならないが、NAを大きくすると式に示され
るように焦点深度（F.D）が浅くなる欠点がある。
限界があり、Ｘ線ステッパーでのマスクの製作が難し
く、直接描画型電子ビーム露光装置ではスループットが
低い等の理由で、現在のところ、エキシマレーザーステ
ッパーが最も有望視されている。しかし、エキシマレー
ザーステッパーにも問題がある。次のレーリーの式で
表されるように、 Ｒ＝ｋλ/NA …… R:解像度,k:定数（0.6〜0.8） λ：露光波長,NA:レンズの開口数 同一波長で解像度を良くしようとすれば、NAを大きく
しなければならないが、NAを大きくすると式に示され
るように焦点深度（F.D）が浅くなる欠点がある。
F.D＝λ／（NA）２ …… 一方、レジストプロセス技術でも前述したように数々
の方法が試みられているが、いずれの方法もフォトリソ
グラフィープロセスのおける焦点深度劣化をカバーする
効果はあるが、プロセスが複雑であったり、焦点深度拡
大効果が小さい等の問題があり、あまり実用的でなかっ
た。
の方法が試みられているが、いずれの方法もフォトリソ
グラフィープロセスのおける焦点深度劣化をカバーする
効果はあるが、プロセスが複雑であったり、焦点深度拡
大効果が小さい等の問題があり、あまり実用的でなかっ
た。
すなわち、従来のレジストプロセス技術では、エキシ
マステッパーにおける短波長化、高開口化に伴う浅い焦
点深度に十分対処できるのではなかった。
マステッパーにおける短波長化、高開口化に伴う浅い焦
点深度に十分対処できるのではなかった。
本発明は、以上述べたような従来レジストプロセスの
欠点に鑑み開発されたフォトレジストプロセス等のパタ
ーン形成およびそのためのパターン形成材料に関するも
のであり、エキシマレーザーステッパーのような焦点深
度の浅い露光装置の性能を十分発揮できるレジストプロ
セス技術を提供しようとするものである。
欠点に鑑み開発されたフォトレジストプロセス等のパタ
ーン形成およびそのためのパターン形成材料に関するも
のであり、エキシマレーザーステッパーのような焦点深
度の浅い露光装置の性能を十分発揮できるレジストプロ
セス技術を提供しようとするものである。
問題点を解決するための手段 本発明のパターン形成方法は、半導体基板等の基板上
に、第一の露光により化学物質が変化する有機材料と、
第二の露光により化学物質が変化する有機材料を含む有
機塗膜材料を塗布し有機薄膜を形成する工程と、前記有
機薄膜の表面近傍を前記第一の露光で選択的に露光する
工程と、前記第二の露光で前記有機薄膜全面を露光する
工程と、前記露光された有機薄膜を現像してパターンを
形成するものである。
に、第一の露光により化学物質が変化する有機材料と、
第二の露光により化学物質が変化する有機材料を含む有
機塗膜材料を塗布し有機薄膜を形成する工程と、前記有
機薄膜の表面近傍を前記第一の露光で選択的に露光する
工程と、前記第二の露光で前記有機薄膜全面を露光する
工程と、前記露光された有機薄膜を現像してパターンを
形成するものである。
また、本発明に用いるパターン形成材料である有機塗
膜材料は、主組成物がアルカリ可溶性樹脂からなり、さ
らに、第一の露光の波長で化学変化する芳香族アジド化
合物からなる有機材料と、第二の露光の波長で化学変化
するジアゾ化合物からなる有機材料とを含んだものであ
る。
膜材料は、主組成物がアルカリ可溶性樹脂からなり、さ
らに、第一の露光の波長で化学変化する芳香族アジド化
合物からなる有機材料と、第二の露光の波長で化学変化
するジアゾ化合物からなる有機材料とを含んだものであ
る。
作用 本発明のパターン形成方法およびパターン形成材料
は、MLR法,CEL法,PCM法,IR法のすべての長所のみを兼ね
備えたレジストプロセスを可能とするものである。すな
わち、第一の露光工程では有機薄膜の表面近傍のみを使
用し、選択的にたとえば遠紫外光（例としてKrFエキシ
マレーザー光;248nm）で露光し、前記有機薄膜の表面の
みを変性する。ここで、前記変性された部分は第二の露
光の波長を吸収する性質を有している。ついで、第二の
露光として有機薄膜に対し透過性の良い波長を有する光
（例として、ｇ線;436nm）で全面を露光し、すでに第一
の露光で変性している部分のみを残して有機薄膜を現像
除去することを特徴とする。つまり、本発明のレジスト
パターン形成方法およびパターン形成材料を用いれば、
有機薄膜の表面近傍のごく薄い部分のみが第一の露光で
選択的に露光されるため、MLR法の長所を取り入れたこ
とになる。また、選択的に露光された部分が第二の露光
の波長を選択的に吸収することにより、CEL法における
密着マスク効果が発揮される。さらに、選択的に光吸収
パターンを有機薄膜上に形成することにより、PCM法の
長所も含むこととなる。さらにまた、第二の全面露光に
よりパターンを形成することによりIR法の効果も取り入
れることができる。
は、MLR法,CEL法,PCM法,IR法のすべての長所のみを兼ね
備えたレジストプロセスを可能とするものである。すな
わち、第一の露光工程では有機薄膜の表面近傍のみを使
用し、選択的にたとえば遠紫外光（例としてKrFエキシ
マレーザー光;248nm）で露光し、前記有機薄膜の表面の
みを変性する。ここで、前記変性された部分は第二の露
光の波長を吸収する性質を有している。ついで、第二の
露光として有機薄膜に対し透過性の良い波長を有する光
（例として、ｇ線;436nm）で全面を露光し、すでに第一
の露光で変性している部分のみを残して有機薄膜を現像
除去することを特徴とする。つまり、本発明のレジスト
パターン形成方法およびパターン形成材料を用いれば、
有機薄膜の表面近傍のごく薄い部分のみが第一の露光で
選択的に露光されるため、MLR法の長所を取り入れたこ
とになる。また、選択的に露光された部分が第二の露光
の波長を選択的に吸収することにより、CEL法における
密着マスク効果が発揮される。さらに、選択的に光吸収
パターンを有機薄膜上に形成することにより、PCM法の
長所も含むこととなる。さらにまた、第二の全面露光に
よりパターンを形成することによりIR法の効果も取り入
れることができる。
したがって、本方法のパターン形成方法およびパター
ン形成材料は、超微細なパターン形成、たとえば、サブ
ミクロンパターン形成以下の領域で特にその効果は大な
るものがある。
ン形成材料は、超微細なパターン形成、たとえば、サブ
ミクロンパターン形成以下の領域で特にその効果は大な
るものがある。
実施例 以下に本発明のパターン形成方法およびパターン形成
材料の実施例を工程断面図でもって説明する。
材料の実施例を工程断面図でもって説明する。
まず、第１図に示すように、任意の基板（たとえば、
半導体基板）１上に主組成物がアルカリ可溶性樹脂（た
とえば、フェノールノボラック樹脂）からなり、感光剤
として、ジアゾ化合物（たとえば、１、２−ナフトキノ
ンジアジドスルフォン酸クロライド）と、芳香族アジド
化合物（たとえば、２−フェニルアミノ−５−アジド安
息香酸）とを含む有機塗布材料を１〜２ミクロンの厚み
でコートし有機薄膜２を形成する。つぎに、第１の露光
として遠紫外光（たとえば、KrFエキシマレーザー光）
３を用いて選択的に露光し、前記有機薄膜２の表面近傍
を選択的に露光する（第２図）。ここで、４は選択露光
を行うためのフォトマスクである。このとき、有機薄膜
２を形成している主組成物は、遠紫外光を大部分吸収す
るため、有機薄膜２の0.1〜0.2ミクロン程度の厚さの表
面層のみ選択的にパターン状に露光され、表面のみに極
めて薄い露光部５が形成される。したがって、この工程
で多層レジストと同じ様に、薄いレジストを重ねて塗布
し上層レジストのみを選択的に露光するのと同じ効果が
得られる。すなわち、焦点深度の浅い高解像度の露光を
装置を使用でき、高解像度でシャープな0.5ミクロン以
下の微細パターンが得られる（第３図）。
半導体基板）１上に主組成物がアルカリ可溶性樹脂（た
とえば、フェノールノボラック樹脂）からなり、感光剤
として、ジアゾ化合物（たとえば、１、２−ナフトキノ
ンジアジドスルフォン酸クロライド）と、芳香族アジド
化合物（たとえば、２−フェニルアミノ−５−アジド安
息香酸）とを含む有機塗布材料を１〜２ミクロンの厚み
でコートし有機薄膜２を形成する。つぎに、第１の露光
として遠紫外光（たとえば、KrFエキシマレーザー光）
３を用いて選択的に露光し、前記有機薄膜２の表面近傍
を選択的に露光する（第２図）。ここで、４は選択露光
を行うためのフォトマスクである。このとき、有機薄膜
２を形成している主組成物は、遠紫外光を大部分吸収す
るため、有機薄膜２の0.1〜0.2ミクロン程度の厚さの表
面層のみ選択的にパターン状に露光され、表面のみに極
めて薄い露光部５が形成される。したがって、この工程
で多層レジストと同じ様に、薄いレジストを重ねて塗布
し上層レジストのみを選択的に露光するのと同じ効果が
得られる。すなわち、焦点深度の浅い高解像度の露光を
装置を使用でき、高解像度でシャープな0.5ミクロン以
下の微細パターンが得られる（第３図）。
ここで、芳香族アジド化合物（たとえば、２−フェニ
ルアミノ−５−アジド安息香酸）は、遠紫外光（たとえ
ば、エキシマレーザー光）で光化学反応し、その色は、
露光時間に応じて緑色から黒色に変化する。すなわち、
前記表面のみの極めて薄い露光部５は、前記化合物の発
色により着色部６を形成する。このとき、着色部６は、
少なくとも450nm以下の波長の光はすべて吸収する（第
４図）。したがって、第２の露光で前述の遠紫外光より
長波長の光７たとえば450nm以下の波長の光（例として
ｇ線436nm）を用いて全面露光すれば、有機薄膜２の無
着色部８のみ選択的に露光したことになる（第５図）。
すなわち、この工程で、CEL法とPCM法とIR法の３つの効
果が一度に取り入れられたことになる。
ルアミノ−５−アジド安息香酸）は、遠紫外光（たとえ
ば、エキシマレーザー光）で光化学反応し、その色は、
露光時間に応じて緑色から黒色に変化する。すなわち、
前記表面のみの極めて薄い露光部５は、前記化合物の発
色により着色部６を形成する。このとき、着色部６は、
少なくとも450nm以下の波長の光はすべて吸収する（第
４図）。したがって、第２の露光で前述の遠紫外光より
長波長の光７たとえば450nm以下の波長の光（例として
ｇ線436nm）を用いて全面露光すれば、有機薄膜２の無
着色部８のみ選択的に露光したことになる（第５図）。
すなわち、この工程で、CEL法とPCM法とIR法の３つの効
果が一度に取り入れられたことになる。
最後に、有機薄膜を現像液（たとえば、４級アミン化
合物テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の
水溶液）で現像することにより無着色部８のみが除去さ
れ、着色部６のみレジストパターン９が残る。IR法と同
じくマスクパターンと反対の0.5ミクロン程度の高解像
度パターンが得られる（第６図）。
合物テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の
水溶液）で現像することにより無着色部８のみが除去さ
れ、着色部６のみレジストパターン９が残る。IR法と同
じくマスクパターンと反対の0.5ミクロン程度の高解像
度パターンが得られる（第６図）。
なお、以上の実施例においては、第１の露光の光とし
てKrFエキシマレーザー光、第２の露光の光としてｇ線
を用いる例を示したが、有機塗布材料を形成している感
光剤であるジアゾ化合物および芳香族アジド化合物の光
吸収域の組合せにより第１、第２の露光の波長は任意に
変えることができる。
てKrFエキシマレーザー光、第２の露光の光としてｇ線
を用いる例を示したが、有機塗布材料を形成している感
光剤であるジアゾ化合物および芳香族アジド化合物の光
吸収域の組合せにより第１、第２の露光の波長は任意に
変えることができる。
また、露光された部分のみ選択的に着色部が形成され
る例を示したが、逆に、あらかじめ全面着色部が形成さ
れた有機薄膜を用い、第１の露光の波長により有機薄膜
の表面近傍で着色部の化学変化が起こり、露光部のみ脱
色する方法を用いてもパターンが逆転することを除き、
同じ効果が得られることは明かである。
る例を示したが、逆に、あらかじめ全面着色部が形成さ
れた有機薄膜を用い、第１の露光の波長により有機薄膜
の表面近傍で着色部の化学変化が起こり、露光部のみ脱
色する方法を用いてもパターンが逆転することを除き、
同じ効果が得られることは明かである。
さらに、第１の露光の光としてエキシマレーザー光に
限らず、Ｘ線、電子ビーム、イオンビーム等も使用可能
であるとともに、第２の露光の光としてはｇ線に限ら
ず、ｉ線、可視光線、軟Ｘ線等であっても良い。
限らず、Ｘ線、電子ビーム、イオンビーム等も使用可能
であるとともに、第２の露光の光としてはｇ線に限ら
ず、ｉ線、可視光線、軟Ｘ線等であっても良い。
本発明の方法では、パターン状の第１の露光には、有
機薄膜の表面部のみしか使用しないため、露光装置が高
開口化、短波長化され焦点深度が浅くなっても十分使用
可能となり、装置解像度を完全に発揮できる大なる効果
がある。
機薄膜の表面部のみしか使用しないため、露光装置が高
開口化、短波長化され焦点深度が浅くなっても十分使用
可能となり、装置解像度を完全に発揮できる大なる効果
がある。
すなわち、従来の多層レジスト（MLR法）プロセスに
比べ、塗布工程が１回で済む。さらに、現像工程も１回
で済むため、工程が大幅に簡略化される。
比べ、塗布工程が１回で済む。さらに、現像工程も１回
で済むため、工程が大幅に簡略化される。
また、従来のイメージリバース（IR法）プロセスに対
し本発明のパターン形成方法は熱処理工程が不必要であ
るため、プロセス安定性がよい。
し本発明のパターン形成方法は熱処理工程が不必要であ
るため、プロセス安定性がよい。
さらに、本発明のパターン形成方法は、従来のコント
ラストエンハンス（CEL法）プロセスのようにレジスト
上面に光漂白膜を必要としないため、露光時間が大幅に
短縮され、コントラストも十分得られ、塗布工程も１回
で済む。
ラストエンハンス（CEL法）プロセスのようにレジスト
上面に光漂白膜を必要としないため、露光時間が大幅に
短縮され、コントラストも十分得られ、塗布工程も１回
で済む。
さらにまた、従来の反射防止コーティング（ARC法）
プロセスに比べ、有機薄膜表面付近しか露光されず、露
光の光は有機薄膜下部まで到達しないので、基板面より
の反射がなくパターン解像度が大幅に向上できる。
プロセスに比べ、有機薄膜表面付近しか露光されず、露
光の光は有機薄膜下部まで到達しないので、基板面より
の反射がなくパターン解像度が大幅に向上できる。
さらに付け加えて、本発明のパターン形成方法は、従
来のポータブルコフォーマブル（PCM法）プロセスに比
べ、２層塗布することなく、レジスト表面に高いコント
ラストのパターン状の光吸収層を形成できるので、レジ
ストパターンの解像度を大幅に向上できる等々の効果が
ある。
来のポータブルコフォーマブル（PCM法）プロセスに比
べ、２層塗布することなく、レジスト表面に高いコント
ラストのパターン状の光吸収層を形成できるので、レジ
ストパターンの解像度を大幅に向上できる等々の効果が
ある。
発明の効果 以上のように、本発明のパターン形成方法およびパタ
ーン形成材料は、従来のフォトレジストプロセス技術に
比べて大幅な改良を行うことなく、焦点深度の浅い露光
装置たとえばエキシマレーザーステッパーのような装置
に適用して十分高い解像度が得られる特徴がある。した
がって、今後、半導体デバイスを始めとする各種の機器
で超微細加工が要求されるに際し、その効果は大なるも
のがある。
ーン形成材料は、従来のフォトレジストプロセス技術に
比べて大幅な改良を行うことなく、焦点深度の浅い露光
装置たとえばエキシマレーザーステッパーのような装置
に適用して十分高い解像度が得られる特徴がある。した
がって、今後、半導体デバイスを始めとする各種の機器
で超微細加工が要求されるに際し、その効果は大なるも
のがある。
第１図〜第６図は、本発明の一実施例のパターン形成方
法を説明するための工程断面図である。 １……基板,2……有機薄膜,3……遠紫外光（たとえばエ
キシマレーザー光）,4……フォトマスク,5……露光部,6
……着色部,7……第２の露光の光（たとえばｇ線光）,8
……無着色部、９……レジストパターン。
法を説明するための工程断面図である。 １……基板,2……有機薄膜,3……遠紫外光（たとえばエ
キシマレーザー光）,4……フォトマスク,5……露光部,6
……着色部,7……第２の露光の光（たとえばｇ線光）,8
……無着色部、９……レジストパターン。
Claims (6)
- 【請求項１】基板上に第１の露光により化学物質が光反
応して第２の露光を通さない物質に変化する有機材料と
第２の露光により化学物質が光反応して、その後現像処
理によりパターン形成可能になる有機材料とを含む有機
塗膜材料を１層塗布して有機薄膜を形成する工程と、前
記有機薄膜の表面近傍を前記第１の露光で選択的に露光
して第２の露光の光を通さない層を選択的に形成する工
程と、前記第２の露光で、前記有機薄膜を全面露光する
工程と、全面露光された前記有機薄膜を現像してパター
ン形成する工程を備えたことを特徴とするパターン形成
方法。 - 【請求項２】第１の露光の光の波長が第２の露光の光の
波長よりも短いことを特徴とした特許請求の範囲第１項
に記載のパターン形成方法。 - 【請求項３】第１の露光の光が遠紫外領域のエキシマレ
ーザー光であることを特徴とする請求項の範囲第１項に
記載のパターン形成方法。 - 【請求項４】基板上に第１の露光により化学物質が光反
応して第２の露光を通す物質に変化する有機材料と第２
の露光により化学物質が光反応して、その後現像処理に
よりパターン形成可能になる有機材料とを含む有機塗膜
材料を１層塗布して有機薄膜を形成する工程と、前記有
機薄膜の表面近傍を前記第１の露光で選択的に露光して
第２の露光の光を通す層を選択的に形成する工程と、前
記第２の露光で、前記有機薄膜を全面露光する工程と、
全面露光された前記有機薄膜を現像してパターン形成す
る工程を備えたことを特徴とするパターン形成方法。 - 【請求項５】第１の露光の光の波長が第２の露光の光の
波長よりも短いことを特徴とした特許請求の範囲第４項
に記載のパターン形成方法。 - 【請求項６】第１の露光の光が遠紫外領域のエキシマレ
ーザー光であることを特徴とする請求項の範囲第４項に
記載のパターン形成方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62309055A JP2653072B2 (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | パターン形成方法 |
| EP88301564A EP0282201B1 (en) | 1987-03-09 | 1988-02-24 | Pattern forming method |
| DE3850151T DE3850151T2 (de) | 1987-03-09 | 1988-02-24 | Verfahren zur Herstellung von Mustern. |
| KR1019880002382A KR920003315B1 (ko) | 1987-03-09 | 1988-03-08 | 패턴형성방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62309055A JP2653072B2 (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | パターン形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01149040A JPH01149040A (ja) | 1989-06-12 |
| JP2653072B2 true JP2653072B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=17988332
Family Applications (1)
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-
1987
- 1987-12-07 JP JP62309055A patent/JP2653072B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01149040A (ja) | 1989-06-12 |
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