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JPH05241348A - パタン形成方法 - Google Patents

パタン形成方法

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JPH05241348A
JPH05241348A JP4042826A JP4282692A JPH05241348A JP H05241348 A JPH05241348 A JP H05241348A JP 4042826 A JP4042826 A JP 4042826A JP 4282692 A JP4282692 A JP 4282692A JP H05241348 A JPH05241348 A JP H05241348A
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JP
Japan
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acid
resist
pattern
irradiation
resin
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JP4042826A
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Norio Hasegawa
昇雄 長谷川
Fumio Murai
二三夫 村井
Hidenori Yamaguchi
秀範 山口
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/40Treatment after imagewise removal, e.g. baking

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】エネルギ線の照射により、酸を発生する酸発生
剤を含有したレジスト2でパタンを形成する。その上
に、酸の増感反応を利用してネガ型に反応する化学増幅
系レジスト4を被着する。この状態で熱処理を施す。こ
の工程により、レジスト2中の酸がレジスト4に一定深
さ拡散し、ネガ型に反応する。次に現像処理を行うこと
により、ネガ型に反応していない余分なレジストは除去
される。 【効果】溝パタンやホールパタンの寸法を実効的に微細
化することが可能であり、リソグラフィーの解像限界以
下の微細パタンが形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子,磁気バブル
素子,表面弾性波素子等の製造におけるリソグラフィー
技術に係り、特に、微細パタンの形成法に関する。
【0002】
【従来の技術】ULSIの高集積・高密度化は3年に4
倍の勢いで進められており、既に4メガビットDRAM
の量産化および16メガビットDRAMの試作がなされ
ている。これに伴って微細加工に要求される寸法は0.
8μmから0.5μm、さらに0.3μm 以下へと益々
微細化している。
【0003】リソグラフィー法の主流として用いられて
いる通常の光リソグラフィーでは、0.3μm 以下のパ
タンの形成は困難となってきている。しかし、近年、位
相シフト法の採用により、大幅に解像度が向上し、0.
3μm 以下のパタンの形成も可能となった。ところ
が、この方法はホトマスク内の隣りあったパタン間で透
過光に位相差を与えることにより解像度を向上する方法
であり、半導体素子の電極取り出しの為のコンタクトホ
ールのような孤立パタンでは、位相シフトの効果が十分
得られない。このように、従来技術では、孤立パタンの
微細化が不十分であり、バランスのとれた素子の設計が
困難であった。
【0004】この他に、微細パタンの形成法として、リ
ソグラフィーでレジストパタンを形成した後、レジスト
パタン側壁に寸法補正用の膜を選択的に形成する方法が
特開昭63−131522号公報に示されている。この方法を用
いることにより、レジストパタンでは大きく形成したホ
ールパタンも寸法補正用の膜を形成することにより、微
細化が可能であり、解像限界以下のパタン形成ができ
る。しかし、この方法は、工程が複雑であり、素子の生
産に適用することは困難である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リソ
グラフィーで形成したパタンを自己整合的に太らせ、溝
パタンやホールパタンの寸法を実効的に微細化すること
にあり、特に、工程が簡略である方法を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、化学増幅
(触媒)反応利用のレジスト材料の特徴を利用した、以下
の工程で達成できる。エネルギ線の照射により、酸を発
生する酸発生剤を含有した第1のレジストでパタンを形
成する。その上に、酸の増感反応を利用してネガ型に反
応する化学増幅系の第2のレジストを被着する。この状
態で熱処理を施す。この工程により、第1のレジスト中
の酸が第2のレジストに一定深さ拡散する。したがっ
て、第1のレジストと第2のレジスト界面付近の第2の
レジストが拡散してきた酸によってネガ型に反応する。
次に、現像処理を行うことにより、ネガ型に反応してい
ない余分なレジストは除去される。以上の工程により、
第1のレジストパタンの周りに、一定厚さの第2のレジ
ストが選択的に形成される。
【0007】
【作用】第2のレジストを被着した後の熱処理の条件に
より、第1のレジストから第2のレジストへの酸の拡散
深さが決まる。すなわち、最終的に第1のレジストパタ
ンの周りに残る第2のレジストの膜厚が決まる。この第
2のレジストの膜厚がパタンの寸法を補正する膜とな
る。例えば、第1のレジストパタンで形成したホールパ
タンの寸法が0.5μmで、パタンの周りに第2のレジ
ストが0.1μmの膜厚で残存した場合、実効的なホー
ルパタンの寸法は0.3μm になり、大幅な微細化が達
成できる。
【0008】
【実施例】本発明の第1の実施例を図1を用いて説明す
る。図1(a)に示すように、エネルギ線の照射によ
り、酸を発生する酸発生剤を含有したポジ型レジスト2
を被着した。その後、通常の露光現像処理によりホール
パタン3を形成した。そして、次に塗布するレジスト4
の溶剤によりポジ型レジスト2が溶けださないように、
強力な遠紫外線を照射し、レジストパタンの表面を硬化
させる、表面ハードニング処理を施した。ただし、レジ
スト4の溶剤によりポジ型レジスト2が溶け出さない材
料の組合せの場合は、レジストパタン表面を硬化させる
工程は不要である。その後、紫外線を照射しポジ型レジ
スト2中の酸発生剤を分解し、酸を発生させた。この紫
外線照射はレジストハードニングの前に行ってもよい。
【0009】その後、図1(b)に示すように全面に、
酸の増感反応を利用したネガ型化学増幅系レジスト4を
塗布した。このレジスト中へ酸発生剤が含まれる必要は
ないが、酸発生剤が含まれていても差し支えない。その
後、熱処理により、ポジ型レジスト2内の酸を、ネガ型
化学増幅系レジスト4に拡散した。これにより、ポジ型
レジスト2との界面付近の化学増幅系レジスト4はネガ
型に反応した。その後、ネガ型化学増幅系レジストの通
常の現像処理を行った。
【0010】これにより、図1(c)に示すように、ポ
ジ型レジスト2パタンの周辺に、均一な膜厚でネガ型化
学増幅系レジスト4が残存した。この工程により、最初
に形成したホールパタン3の寸法5より小さな寸法6を
得ることができた。
【0011】本発明の第2の実施例を説明する。第1の
実施例との相違点は、最初のレジストパタン2をネガ型
レジストで形成した点であり、その後の工程での、酸発
生のための紫外線照射工程を省略することができる。最
初のレジストパタン2がネガ型レジストの場合、紫外線
照射部がパタンとして残るため、パタン形成用の紫外線
照射により酸が形成される。したがって、第1の実施例
における酸発生のための紫外線照射は不要である。しか
し、レジストの組合せによっては酸の発生を追加するた
めの紫外線照射工程を付加した方が良い場合がある。そ
の他の工程は第1の実施例と同様であり、得られた結果
も同等であった。
【0012】本発明の第3の実施例を図2を用いて説明
する。図2(a)に示すように、被加工基板1上に2層
レジストの下層材料である有機膜7を被着した。その
後、エネルギ線の照射により、酸を発生する酸発生剤を
含有したレジスト8を被着した。しかる後、通常の露光
現像処理によりホールパタン9を形成した。しかる後、
次に塗布するレジスト10の溶剤によりレジスト8が溶
けださないように、強力な遠紫外線を照射し、レジスト
パタン表面を硬化させる、表面ハードニング処理を施し
た。ただし、レジスト8の溶剤によりレジスト8が溶け
出さない材料の組合せの場合は、レジスト8パタン表面
を硬化させる工程は不要である。しかる後、紫外線を照
射しレジスト8中の酸発生剤を分解し、酸を発生させ
た。この紫外線照射はレジストハードニングの前に行っ
てもよい。
【0013】その後図2(b)に示すように、全面に酸
の増感反応を利用したネガ型化学増幅系のシリコン含有
レジスト10を塗布した。このレジスト中へ酸発生剤が
含まれる必要はないが、酸発生剤が含まれていても差し
支えない。その後、熱処理により、レジスト8内の酸
を、レジスト10に拡散した。これにより、レジスト8
との界面付近のレジスト10はネガ型に反応した。その
後、現像処理を行った。
【0014】これにより、図2(c)に示すように、レ
ジスト8パタンの周辺に、均一な膜厚でレジスト10が
残存した。この工程により、最初に形成したホールパタ
ン9の寸法11より小さな寸法12を得ることができ
た。
【0015】その後、図2(d)に示すように、酸素を
含む反応ガスを用いた反応性ドライエッチングにより有
機膜7を加工した。この工程により、微細な寸法12を
有機膜7に転写できた。
【0016】本発明の第4の実施例を図3を用いて説明
する。図3(a)に示すように、被加工基板1上に3層
レジストの下層材料として、エネルギ線の照射により、
酸を発生する酸発生剤を含有したレジスト、あるいは、
酸を含有したレジスト13を被着した。その上に、無機
膜14を被着し、その上にレジスト15を被着し、通常
の方法でパタン16を形成した。
【0017】その後、図3(b)に示すように、通常の
3層レジスト法と同様に、反応性イオンエッチングによ
り、順次、下層にパタンを転写し、寸法17のパタンを
形成した。
【0018】その後、図3(c)に示すように、ネガ型
化学増幅系レジスト18を塗布した。このレジスト中へ
酸発生剤が含まれる必要はないが、酸発生剤が含まれて
いても差し支えない。その後、熱処理により、レジスト
13内の酸を、レジスト10に拡散した。この時、レジ
スト13内の酸発生剤は反応性イオンエッチング工程な
どでのエネルギ線の照射により、反応し酸は発生してい
るが、不十分な場合は、熱処理前にエネルギ線の照射工
程を追加する必要がある。その後、現像処理を行った。
【0019】これにより、図3(d)に示すように、レ
ジスト13パタンの側壁に、レジスト18が残存した。
この工程により、最初に形成したホールパタン16の寸
法17より小さな寸法19を得ることができた。実施例
では、レジスト13とレジスト18は同じ材料を用い
た。レジスト材料は化学増幅系レジストSAL601
(シップレイ・ファー・イースト社製)や化学増幅系ネガ
型ホトレジストTHMR−i100(東京応化製)など
を用いることができる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、リソグラフィーでレジ
ストパタンを形成した後、レジストパタンを自己整合的
に太らせ、溝パタンやホールパタンの寸法を実効的に微
細化することが可能であり、リソグラフィーの解像限界
以下の微細パタンが形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1および第2の実施例を示す各主要
工程での断面図。
【図2】本発明の第3の実施例を示す各主要工程での断
面図。
【図3】本発明の第4の実施例を示す各主要工程での断
面図。
【符号の説明】
1…被加工基板、2,3…酸を発生する酸発生剤を含有
したレジスト、4…化学増幅系ネガ型レジスト。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被加工基板上に、エネルギ線の照射により
    酸を発生する酸発生剤を含有したレジストパタンを形成
    する工程、前記酸の存在下で不溶化する樹脂を被着する
    工程、熱処理により前記酸発生剤を含有した前記レジス
    トパタンから前記酸の存在下で不溶化する前記樹脂に前
    記酸を拡散する工程、現像により前記酸の拡散していな
    い前記酸の存在下で不溶化する前記樹脂を除去する工程
    を少なくとも含むことを特徴とするパタン形成方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記エネルギ線の照射
    により前記酸を発生する前記酸発生剤を含有した前記レ
    ジストパタンを形成する工程と、前記酸の存在下で不溶
    化する前記樹脂を被着する工程の間に、双方のレジスト
    の混合を防止する工程を設けたパタン形成方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記エネルギ線の照射
    により前記酸を発生する前記酸発生剤を含有した前記レ
    ジストと、前記酸の存在下で不溶化する前記樹脂が互い
    に溶け合わない材料で構成されているパタン形成方法。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記エネルギ線の照射
    により前記酸を発生する前記酸発生剤を含有した前記レ
    ジストパタンを形成する工程の後に、前記エネルギ線の
    照射工程を設けたパタン形成方法。
  5. 【請求項5】被加工基板上に多層レジスト下層膜を形成
    する工程、エネルギ線の照射により、酸を発生する酸発
    生剤を含有したレジストパタンを形成する工程、前記酸
    の存在下で不溶化するシリコン含有などの耐酸素プラズ
    マエッチング特性を有する樹脂を被着する工程、熱処理
    により前記酸発生剤を含有した前記レジストパタンから
    前記樹脂に酸を拡散する工程、現像により酸の拡散して
    いない前記樹脂を除去する工程、酸素を含むエッチング
    ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、下層膜に
    パタンを転写する工程を少なくとも含むパタン形成方
    法。
  6. 【請求項6】請求項1において、前記酸発生剤が、例え
    ばオニウム塩,スルホン酸エステル,ハロゲン化合物な
    どの酸発生剤のうち少なくとも一つを用いるパタン形成
    方法。
  7. 【請求項7】請求項1において、前記被加工基板上に前
    記エネルギ線の照射により、前記酸を発生する前記酸発
    生剤を含有した前記レジストパタンが多層レジストの下
    層レジストで形成されるパタン形成方法。
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