JP2966127B2 - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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JP2966127B2 JP5146091A JP5146091A JP2966127B2 JP 2966127 B2 JP2966127 B2 JP 2966127B2 JP 5146091 A JP5146091 A JP 5146091A JP 5146091 A JP5146091 A JP 5146091A JP 2966127 B2 JP2966127 B2 JP 2966127B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】[発明の目的]
【0002】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造工
程に利用されるレジストパターンの形成方法に関する。
【0003】
【従来の技術】近年、LSIデバイスの微細化傾向が進
んでおり、従来の光学式リソグラフィーでは実現困難な
サブミクロン領域での微細パターン形成を成し得るリソ
グラフィー技術として、電子線や遠紫外光(エキシマー
レーザー等)によるリソグラフィーが注目されている。
【0004】そこで、このようなリソグラフィー技術を
実用化することのできるレジスト材料として、従来のレ
ジスト材料とは異なる特性を有する化学増幅型と呼ばれ
る高感度のレジスト材料が登場し期待されている。
【0005】この化学増幅型のレジスト材料は酸の触媒
反応を利用して感度及び解像度の向上を図ったものであ
り、例えば化学増幅型のネガ型レジスト材料は、樹脂と
架橋剤と酸発生剤とから構成される。このレジスト材料
に露光を行うと酸発生剤から酸が発生する。この後、加
熱処理(露光後ベーク処理、以下、「PEB処理」と呼
ぶ)することにより、酸が前記レジスト材料中を拡散し
ながら架橋剤に作用してこの中に活性点を作り出す。こ
の活性点を介して樹脂との架橋が進み、その結果、架橋
部分は現像液に対して難溶化し、現像後パターンが形成
される。
【0006】このような化学増幅型のレジスト材料にあ
っては、文献「M.P.deGrandpre,K.Graziano,S.D.Thomps
on,H.Liu and L.Blum,1988,SPIE,923,P.158 〜p.171 」
に報告されているように、化学増幅型レジスト材料に特
有のPEB処理工程がパターンニング特性に大きな影響
を与えることが知られている。
【0007】また、プリベーク処理工程におけるレジス
ト材料中における溶媒の除去の程度がパターン精度やパ
ターン形状に影響していることが考えられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら化学増幅
型のレジスト材料における従来のレジストプロセスにあ
っては、プリベーク処理工程及びPEB処理工程におけ
る加熱処理温度の最適化がなされておらず、レジストパ
ターンの精度や形状が劣化するといった不具合を招いて
いた。
【0009】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、化学増幅型の
レジスト材料におけるパターンの寸法精度の向上ならび
にパターン形状の改善を達成し得るレジストパターンの
形成方法を提供することにある。
【0010】[発明の構成]
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、被処理層上に化学増幅型のレジスト層
を塗布形成する塗布工程と、前記塗布工程後のレジスト
層を被処理層を含む基板に接触した熱伝導体によって加
熱処理温度T1 で加熱しベーク処理を行なう露光前加熱
処理工程と、前記露光前加熱処理工程後のレジスト層に
パターンを露光する露光工程と、前記露光工程後のレジ
スト層を被処理層を含む基板に接触した熱伝導体によっ
て加熱処理温度T3で加熱し露光後ベーク処理を行なう
露光後加熱処理工程と、前記露光後加熱処理工程後のレ
ジスト層を現像する現像工程とを有し、加熱処理温度T
1 及びT3 が前記化学増幅型のレジスト層中における溶
媒の蒸発量が最大となる最低加熱温度T2 に対して、T
1 ≧T2かつT1 ≧T3 となるように設定されてなる。
【0012】
【作用】上述したこの発明に係るレジストパターンの形
成方法において、被処理層上に1μm 程度の膜厚で塗布
形成された化学増幅型のレジスト材料に対して、図1に
示すように、レジスト材料中の溶媒の蒸発量が最大とな
る最低加熱温度T2 以下となる例えば85℃程度の温度
で1分間程度の露光前ベーク処理を施した試料と、前記
最低加熱温度T2 以上となる例えば125℃程度の温度
で1分間程度の同処理を施した試料における気体成分
は、図2のガスクロマトログラフ/マススペクトロスコ
ピーに示すような分析結果が得られた。なお、図2
(a)は前者の試料、同図(b)は後者の試料の分析結
果である。
【0013】図2において、図2(a)及び同図(b)
において共通のピークの成分は空気であり、同図(a)
にのみ表われているピークの成分はレジスト材料中の溶
媒であることが、マススペクトロスコピーによって判明
している。
【0014】これらのことから、露光前ベーク処理にお
ける処理温度がレジスト材料中における溶媒の除去の程
度を決定する主要因であることが明らかとなる。
【0015】また、上述した両試料に対して同条件によ
り露光処理、露光後ベーク(PEB)処理及び現像処理
を施した際のパターニング特性にあっては、レジスト材
料中における溶媒の除去程度がパターンニング精度やパ
ターニング形状に著しい影響を与えていることが確認さ
れる。
【0016】したがって、この発明のレジストパターン
の形成方法にあっては、露光前ベーク処理の加熱処理温
度T1 を上述した最低加熱温度T2 と同等もしくは高く
(T1 ≧T2 )設定することによって、パターン露光前
にレジスト材料中の残留溶媒を十分に蒸発させて除去
し、かつ露光後ベーク処理の加熱処理温度T3 を上述し
た露光前ベーク処理の加熱処理温度T1 と同等もしくは
低く(T1 ≧T3 )設定することによって露光後ベーク
処理中にレジスト材料中からの新たな溶媒の蒸発を抑制
するようにしている。
【0017】また、この発明にあっては、露光前後のそ
れぞれのベーク処理において、被処理層を含む基板に接
触した熱伝導体によってレジスト材料を加熱処理するこ
とによって、レジスト材料の温度を瞬時にかつ均一に上
昇させて、レジスト材料中の溶媒を短時間で効率的に除
去するようにしている。
【0018】
【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。
【0019】図3はこの発明に係るレジストパターンの
形成方法の一実施例におけるレジストパターン及び比較
パターンを示す断面図である。
【0020】図3(a)に示すレジストパターン2は、
シリコンの半導体基板1上に、例えばSAL601−E
R7(シップレー社製、商品名)の化学増幅型のレジス
ト材料を1μm 程度の膜厚で塗布し、レジスト材料が塗
布された基板1をホットプレート上に載置して、図1に
示したレジスト層中における溶媒の蒸発量が最大となる
最低加熱温度と同等程度の125℃の加熱温度で1分間
のプリベーク処理を行ない、40KeV程度の加速エネ
ルギーの電子線により、設計寸法が0.25μm のライ
ン/スペースパターンを描画露光し、再び基板1をホッ
トプレート上に載置し、露光前ベーク処理の加熱処理温
度よりも低い115℃の加熱温度で2分間のPEB処理
を行ない、温度15℃で6分間の現像処理を行なって得
られたレジストパターンである。
【0021】図3(b)に示すレジストパターン3は、
プリベーク処理を85℃程度の加熱温度で行なう以外は
同図(a)に示したと同じ条件で形成して得られるレジ
ストパターンである。
【0022】図3(a)と同図(b)から明らかなよう
に、プリベーク処理における加熱処理温度をレジスト層
中における溶媒の蒸発量が最大となる最低加熱温度と同
等もしくは高く設定し、PEB処理における加熱処理温
度を露光前ベーク処理の加熱処理温度よりも低く設定す
ることによって、設計寸法が正確に実現され、パターン
の側壁を垂直に形成できる。
【0023】このことは、図3(a)に示すレジストパ
ターン2にあっては、プリベーク処理においてレジスト
材料中の溶媒を十分に蒸発させて除去し、そのような状
態で露光し、レジスト材料中の溶媒の蒸発が抑制された
状態でPEB処理を行なうのに対して、図3(b)に示
すレジストパターンにあっては、プリベーク処理におい
て加熱温度が低いためレジスト材料中の溶媒を十分に蒸
発させて除去できず、レジスト材料中に溶媒が残存する
状態で露光及びPEB処理を行なっているためである。
【0024】次に、レジスト材料の膜厚を変えて上述し
たと同様にパターンの形成を行なった結果について説明
する。
【0025】図3(c)に示すレジストパターン4は、
レジスト材料の膜厚を0.5μm 程度としたこと以外は
図3(a)に示したと同一条件で形成されたレジストパ
ターンであり、図3(d)に示すレジストパターン5
は、レジスト材料の膜厚を0.5μm 程度としたこと以
外は図3(b)に示したと同一条件で形成されたレジス
トパターンである。
【0026】図3(c)及び同図(d)から明らかなよ
うに、プリベーク処理における加熱処理温度の違いがパ
ターニング特性に与える影響が軽減されてはいるが、プ
リベーク処理における加熱処理温度をレジスト層中にお
ける溶媒の蒸発量が最大となる最低加熱温度よりも低く
設定すると、やはりパターニング特性に多少の劣化が見
られる。このことは、プリベーク処理における加熱温度
の違いによるレジスト材料中の溶媒の除去効果がレジス
トの膜厚が厚いほど顕著に現われるということを示して
いる。
【0027】図4はこの発明の他の実施例を示す図であ
り、図4(a)に示すレジストパターン6は、基板1上
に配線等に用いられるAl−Si−Cuからなる合金層
7を堆積形成し、この合金層7上に前述したと同一の化
学増幅型のレジスト材料を0.5μm 程度の膜厚で塗布
したものに対して図3(a)に示したと同一の条件で形
成されて得られたレジストパターンであり、図4(b)
に示すレジストパターン8はプリベーク処理における加
熱処理温度を85℃程度の温度で行なう以外は図4
(a)と同一の条件で形成されて得られたレジストパタ
ーンである。
【0028】図4(a)及び同図(b)から明らかなよ
うに、レジストパターンが形成される下地が合金層7の
ような場合においては、プリベーク処理における加熱処
理温度が低い場合には、図4(b)に見られるように、
レジストパターン8の下部においてパターンの欠落が生
じており、プリベーク処理における加熱処理温度の違い
がパターン形状に著しく影響することが認められる。
【0029】図5はこの発明の他の実施例におけるパタ
ーン精度の測定結果を示す図である。
【0030】図5(a)は、シリコンの半導体基板上に
例えばSNR248−1.0(シップレー社製、商品
名)の化学増幅型のレジスト材料を1.0μm 程度の膜
厚で塗布し、ホットプレート上でこのレジスト材料のレ
ジスト層中における溶媒の蒸発量が最大となる最低加熱
温度T2 と同等程度の120℃の加熱温度で90秒間の
プリベーク処理を行ない、NA=0.42のKrFエキ
シマーレーザーステッパーでパターンを露光し、ホット
プレート上で120℃程度の加熱温度で1分間のPEB
処理を行ない、アルカリ現像液で2分間の現像処理を行
なって得られたレジストパターンのマスクリニアリティ
の測定結果であり、図5(b)はプリベーク処理におけ
る加熱処理温度を100℃程度に設定した以外は図5
(a)と同一条件で形成して得られたレジストパターン
のマスクリニアリティの測定結果である。
【0031】図5(a)と図5(b)から明らかなよう
に、プリベーク処理における加熱温度をレジスト層中に
おける溶媒の蒸発量が最大となる最低加熱温度に設定し
た場合の方がパターン精度が向上していることがわか
る。このことは、上述したレジスト材料の溶媒であるジ
エチレングリコールジメチルエーテルがプリベーク処理
における120℃の加熱温度で十分に蒸発して除去され
ているためである。
【0032】このように、プリベーク処理及びPEB処
理における加熱温度を上述した実施例で示したように設
定制御することによって、明らかにパターン精度の向上
及びパターン形状の改善を図ることが可能となる。
【0033】なお、上記実施例において、プリベーク処
理における加熱時間は、レジスト材料に含まれる溶媒の
特性によっても異なるが、レジスト層中における溶媒の
蒸発量が最大となる最低加熱温度と同等もしくは高い温
度で溶媒が十分に蒸発可能となる時間、例えば少なくと
も1分間以上に設定すればよい。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、露光前加熱処理の加熱温度を最低加熱温度と同等も
しくは高く設定し、露光後加熱処理の加熱温度をレジス
ト層中における溶媒の蒸発量が最大となる最低加熱温度
と同等もしくは低く設定するようにしたので、露光前加
熱処理においてレジスト材料中の溶媒を十分に蒸発させ
て除去し、露光後加熱処理においてレジスト材料中にお
ける溶媒の蒸発を抑制することが可能となる。これによ
り、パターン精度の向上ならびにパターン形状の改善を
図ることができる。
【0035】また、露光前後の加熱処理を被処理層を含
む基板に接触した熱伝導体からの加熱によって行なうよ
うにしたので、レジスト材料中の溶媒を短時間かつ効率
的に蒸発させて除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係るレジストパターンの
形成方法に使用される化学増幅型レジスト材料に含まれ
る溶媒の蒸発量とプリベーク温度との関係を示す図であ
る。
【図2】化学増幅型レジスト材料に含まれる溶媒の蒸発
温度に係る特性を示す図である。
【図3】この発明に係るレジストパターンの形成方法の
一実施例におけるレジストパターン及び比較パターンを
示す図である。
【図4】この発明に係るレジストパターンの形成方法の
一実施例におけるレジストパターン及び比較パターンを
示す図である。
【図5】この発明のレジストパターンの形成方法に係る
パターン精度を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2,3,4,5,6,8 レジストパターン 7 合金層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 一朗 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式 会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 平4−342260(JP,A) 特開 平3−15849(JP,A) 特開 平3−38028(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理層上に化学増幅型のレジスト層を
    塗布形成する塗布工程と、前記塗布工程後のレジスト層
    を被処理層を含む基板に接触した熱伝導体によって加熱
    処理温度T1 で加熱しベーク処理を行なう露光前加熱処
    理工程と、前記露光前加熱処理工程後のレジスト層にパ
    ターンを露光する露光工程と、前記露光工程後のレジス
    ト層を被処理層を含む基板に接触した熱伝導体によって
    加熱処理温度T3 で加熱し露光後ベーク処理を行なう露
    光後加熱処理工程と、前記露光後加熱処理工程後のレジ
    スト層を現像する現像工程とを有し、加熱処理温度T1
    及びT3 が前記化学増幅型のレジスト層中における溶媒
    の蒸発量が最大となる最低加熱温度T2 に対して、 T1 ≧T2 かつT1 ≧T3 となるように設定されてなることを特徴とするレジスト
    パターンの形成方法。
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