JPH0315849A - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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JPH0315849A
JPH0315849A JP1149623A JP14962389A JPH0315849A JP H0315849 A JPH0315849 A JP H0315849A JP 1149623 A JP1149623 A JP 1149623A JP 14962389 A JP14962389 A JP 14962389A JP H0315849 A JPH0315849 A JP H0315849A
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JP
Japan
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reaction
resist
exposure
baking
forming method
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JP1149623A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Fukuda
宏 福田
Shinji Okazaki
信次 岡崎
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,可視光,紫外線,電子線,X線等を用いたリ
ソグラフイにおける,レジスト露光及びレジスト処理方
法に関する. 〔従来の技術〕 従来,可視ないし近票外光を用いたりソグラフイにおい
ては,感光剤とレジン(樹脂)より成る2或分系レジス
トが用いられてきた。しかし、電子線,X線を用いたリ
ングラフイに対しては,この種のレジストは感度が低く
実用上問題があった。
又,遠紫外線に対する光透過性が低いため,エキシマレ
ーザ等を用いたUUVリソグラフイにおいては十分な解
像度を達成することが困難であった.近年,これらの問
題点を解決する手法として化学増幅系レジストが提案さ
れている。この種のレジストではまず、遠紫外線,電子
線,X線等を照射することによってレジスト中で反応開
始剤が発生もしくは活性化される.次に,この反応開始
剤の触媒作用によりレジスト現像時の現像液に対するレ
ジストの溶解性を変化させる主反応が生じる。
従って、少量のエネルギー吸収によって生じた少量の反
応開始剤が多量の主反応を引き起こすので,高い感度が
達成される.又、遠紫外線に対しては,小さな光吸収で
レジストの帛解性を大きく変化させることができるため
、レジストとして烏い光透過性と解像性を実現すること
ができる。反応開始剤の触媒作用による主反応は、一般
に熱エネルギーによって促進される。このため、主反応
(M媒反応)の活性化エネルギーが比較的大きい場合に
は鱈光後にベーキンクを行う必要がある。
化学増幅系については,例えば、ジャーナル・オブ・バ
キューム・サイエンス・アンド・テクノロジー, B6
,379亘〜383頁(1 9 B 8年)(J. V
ac. Sci. 1゜echno1、,86. pp
379−383(1988))に論じられている. 〔発明が解決しようとする課題〕 従来2成分系レジストではレジスト中の反応は露光時に
のみ生じ、従って露光量だけで反応を制御することがで
きた。しかし上記説明より明らかな様に、化学増幅系レ
ジストでは露光とは独立に生じる触媒反応を制御しなけ
ればならない.特に露光後にベーキングを行う場合.ベ
ーキングの温る. 本発明の目的は、上記露光量及びベーキンクの温度、時
間の最適な範囲又は関係を与え、これにより最も優れた
レジストの解像性能を実現することにある. (?lIMを解決するための手段〕 上記目的は、前記露光量E,上記ベーキング温度゛工′
、及び上記ベーキング時間tを,の関係を満たすように
設定することにより達威される. 又,上記目的は、上記露光jtE、上記ベーキング温度
゛工′,及び上記ベーキング時間tを,上記レジスト膜
に転写すべきパターンの露光部と遮3’1に対応するレ
ジスト膜上の露光強度E1,Exに応じて、ほぼ の関係を満たすように設定することにより゛達成される
. 但し、ここに び露光後触媒反応における反応速度定数、又,εa,k
Bは各々触媒反応の活性化エネルギー及びボルツマン定
数である.上記各種定数の単位は,前式中の露光量,温
度,時間の単位と統一されていることはいうまでもない
. さらに上記目的は、前記レジストが,酸発生剤,架橋剤
,及び樹脂より或り、かつ前記触媒反応が酸発生剤より
発生した酸を触媒として起こる場合においては,上式中
のεa,CI,axの値を0.5<i a<2.0  
(eV) 0 . 0 O L < 0 1 < 0 . 0 1
 ( cd / m J )1 0”<ca <1 0
llI(1/Ilin)の範囲に設定することにより達
成される。
〔作用〕
以ト,本発明の作用を酸発生剤,架橋剤,及び樹脂より
成るネガ型レジストの遠紫外線照射に対する反応過程を
例に説明する. レジスト中の酸発生剤は,遠紫外線照射によって酸を発
生する.ここで生じた酸を触媒として架橋剤を介した樹
脂の架橋反応が生じる。上の2つの反応過程は各々次の
式により表わされる.δ〔1ノAGE =−cxl[}’AG]    ・=(1)aτ ・・・(2) 但し、ここにて:m光時間、I:露光強度,t’  :
pwB時間,’1’:l’EB温度、εa:活性化エネ
ルギー、as.cz:定数、[}’AG]:規格化酸発
生剤濃度,[Acidl :規格化酸濃度、[CL]:
規格化架橋剤濃度、である。
この反応機構に従って、レジスト中で露光量,露光後ベ
ーキング温度及び時間に応じた架橋が生じ,未反応の架
橋剤が消費されていく.n光fEーキングを経た後のレ
ジスト中の未反応架橋剤漉度ECL]は、次の(3)式
で表わされる.但し、酸触媒トにおいても常温では架橋
反応は殆ど通まないものとする。
第2図に、この様な架橋反応によって消費された架橋剤
の量、即ち1−[CL](初期a度で規格化した)の露
光量依存性の一例を、いくつかの露光後ベーキング条件
に対して示す。躇光量,窟光後ベーキング温度及び時間
が各々増大するにつれ,架橋剤の消費量が増え架橋が進
行することがわかる. 実際のパターン形成においては、微細なパターンの遮光
部と露光部の各々におけるレジスト溶解速度の比をでき
るだけ大きくすることが好ましい.微細パターンにおい
ては光の回折により遮光部においても光強度は完全にO
とならない.このため、遮光部においてもレジストの架
橋が生じる.従って、微細パターン形成においては露光
部の架橋量をできるだけ大きくすると同時に、遮光部の
架橋をできるだけ抑えなければならない。
第1図に、微細な縞パターン(KrFエキシマレーザと
NA0.35  のレンズを用いて転写した0.35μ
m ラインアンドスペースパターン)の遮光部と露光部
(各々中心)におけるレジスト溶解速度の比の露光量依
存性の一例を,第2図に対応するいくつかの露光後ベー
キング条件に対してホす.前記レジストtsカ速度の比
を50:l以上とするためには、例えば露光後ベーキン
グ条件115℃,10分のとき露光量は約17〜75(
m J /j)の範囲にあることが望ましいことがわか
る.露光量がこの範囲より小さいと鱈光部の架橋即ち不
溶化が十分に進まず、十分な溶解速度比を得ることがで
きない.一方、露光量がこの範囲より大きいと、遮光部
においても回折光により発生した酸により架橋反応が進
行し不溶化が生じてしまうため、やはり十分な溶解速度
比を得ることができない. 上述の最適条件は,上記範囲を(3)式のレジスト中の
未反応架橋剤2ljl度[:(;L]に置き換えること
により、およそ ・・・(4) と表すことができる.逆に露光量,露光後ベーキング温
度及び時間が上の範囲内にあるとき、前記レジスト溶解
速度の比はほぼ50:1以上となる.ここでは、特定の
微細パターンを仮定して説明したが、他の微細パターン
についても最通条件は(4)式で記述することができる
. 一方、第2図よりレジスト溶解速度の比を最大とする露
光および露光後ベーキング条件があることがわかる.本
発明者の検討によれば、この条件は前記微細パターンの
露光部と遮光部における未反応架橋剤濃度の差が最大と
なる条件にほぼ対応する.この条件は、転写すべきパタ
ーンの露光,部と遮光部に対応するレジスト膜上の光強
度を各々E1,Eユとして、 −01e1    − 01% e        −e ・・・(5) と表される,一般にEl,Exは転写すべきパターンの
光強度分布を計算によって求めることにより得られる. 以上、ここでは露光部に架橋が生じることによりレジス
トが不溶化するネガ型レジストを例に説明したが、逆に
主反応がレジスト中の溶解抑止剤の分解である様なボジ
型レジストについても同様である. 〔実施例〕 次に,本発明の一実施例を、EB用ネガ型化学増幅系レ
ジストSAL601  ER−7 (シップレイ社製品
名)のK r Fエキシマレーザ光(波長まず、SAL
601の未反応架橋剤a度を露光量及び露光後ベーキン
グ条件を様々に変えて実験的に推定した。その結果. 
(1) , (2)式における反応速度定数QL,Q2
及び活性化エネルギーεaは、およそ c s ”’r 0 . 0 0 3 3  ( ci
 / m J )cx:6.5X10▲皐(1/a+i
n)εa:1、4      (aV) であることがわかった.従って,例えば窟光量25mJ
/cd.i!l?光後ベーキング温度115℃に対して
露光後ベーキング時間の許谷範囲は,(4)式より約7
分〜28分,又、その最適値は、(5)式より約10分
となる. 次に.SAL601をいわゆる三層レジスト法の上層レ
ジストとして膜厚0.5μm塗布し,これをK r F
エキシマレーザ縮小投影蕗光装置(NA.0.35)を
用いて露光し、しがる後に窟光後ベーキング、現像を行
って微細パターンを形成でパターン形成を行った結果、
0.35μm ラインアンドスペース(縞パターン)が
良好な形状で解倣した。次に、窟光後ベーキング時間を
35分に増大すると、現像時間を通常の10倍にしても
上記パターンの遮光部におけるレジストが完全に溶解し
切れず、パターンは解像しなかった.一方、逆に露光後
ベーキング時間を5分に短縮したところレジスト形状は
丸みを帯びたテーバ状となり、さらに現倣時間のわずか
な変化に対して形状が大きく変化した. 又レジストパターン形状だけでなく,焦点裕度,露光量
裕度,現像時間裕度等の各種プロセス裕度に関しても(
4)式もしくは(5)式の条件が最も好ましかった. なお、前述の露光量(25mJ/d).露光後ベーキン
グ温度(115℃)で,露光後ベーキング時間を15分
以上とすると、パターン形成に要する現像時間が格段に
増大した.この条件は一般に、 で表わされる。従って、現像時間を考慮すると(4)式
の上限を9から5に変更することが好ましい. 又、露光後ベーキング温度を120℃以上とすると、非
露光部のレジスト溶解速度の低一トが見られ、パターン
形成上問題が生じた.従って、窟光後ベーキング温度は
120℃以ドとするのが奸ましい. 本実施例は、EB用ネガ型化学増幅系レジストSAL6
01をK r Fエキシマレーザ光(波長248nm)
により躇光したものである.他の化学増幅系レジスト又
は露光波長を用いた場合、cl, ax,εaの値、従
って最適な露光量,露光後ベーキング条件の具体的な値
等が、本実施例のものと必ずしも同一でないことは言う
までもない.〔発明の効果〕 以上,本発明によるパターン形成方法によれば,紫外線
,電子線,X線等によって発生もしくは活性化された反
応開始剤の触媒作用により、現像液に対するレジストの
溶解性を会化させる主反応が生しる化学増幅系レジスト
を用いたパターン形成において、露光量及び露光後ベー
キングの温度,時間の最適な関係又は範囲を与え.*細
パターンの露光部と遮光部各々における上記主反応の量
を制御することにより,最も優れたレジストの解像性能
を実現することができる.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を示す特性図,第2図は本発明に
用いられるレジストの特性の一例を示すつ ピ一≦;  ノ  t1ξ] 露κ量 ωj/c楓つ ¥ 2 目 江たl 瞳J/C−ノ −511−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、エネルギー線により基板上に塗布されたレジスト膜
    を照射する工程、温度Tで時間tだけベーキングを行な
    う工程、および上記レジスト膜を現像して上記レジスト
    膜に所定のパターンを形成する工程を含んでなるパター
    ン形成方法において、上記レジストは、上記エネルギー
    線によつて発生もしくは活性化される反応開始剤を含み
    、かつ上記反応開始剤の触媒作用により上記現像時の現
    像液に対する上記レジストの溶解速度を変化させる反応
    が生じる化学増幅系レジストであつて、上記露光量E、
    上記ベーキング温度T、及び上記ベーキング時間tを、 ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、▲数式、化学式、表等があります▼は、各々触
    媒 発生反応及び露光後触媒反応における反応速度定数) の関係を満たすように設定したことを特徴とするパター
    ン形成方法。 2、エネルギー線により基板上に塗布されたレジスト膜
    を照射する工程、温度Tで時間tだけベーキングを行な
    う工程、および上記レジスト膜を現像して上記レジスト
    膜に所定のパターンを形成する工程を含んでなるパター
    ン形成方法において、上記レジストは、上記エネルギー
    線によつて発生もしくは活性化される反応開始剤を含み
    、かつ上記反応開始剤の触媒作用により上記現像時の現
    像液に対する上記レジストの溶解速度を変化させる反応
    が生じる化学増幅系レジストであつて、上記露光量E、
    上記ベーキング温度T、及び上記ベーキング時間tを、
    上記レジスト膜に転写すべきパターンの露光部と遮光部
    に対応するレジスト膜上の露光強度E_1、E_2に応
    じて、およそ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、▲数式、化学式、表等があります▼は、各々触
    媒 発生反応及び露光後触媒反応における反応速度定数) の関係を満たすように設定したことを特徴とするパター
    ン形成方法。 3、前記レジストが、酸発生剤、架橋剤、及び樹脂を含
    んで成り、かつ前記触媒反応が上記酸発生剤より発生し
    た酸を触媒として生じることを特徴とする請求項1また
    は2記載のパターン形成方法。 4、前記εa、c_1、c_2が 0.5<εa<2.0(eV) 0.001<c_1<0.01(cm^2/mJ)10
    ^1^8<c_2<10^1^9(1/min)の範囲
    にあることを特徴とする請求項3記載のパターン形成方
    法。 5、前記εa、c_1、c_2が、ほぼ εa=1.4(eV) c_1:0.0033(cm^2/mJ) c_2=6.5×10^1^5(1/min)であるこ
    とを特徴とする請求項3記載のパターン形成方法。 6、前記露光量E、前記ベーキング温度T、及び前記ベ
    ーキング時間tを、 ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、▲数式、化学式、表等があります▼は、各々触
    媒 発生反応及び露光後触媒反応における反応速度定数) の関係を満たすように設定したことを特徴とする請求項
    1記載のパターン形成方法。
JP1149623A 1989-06-14 1989-06-14 パターン形成方法 Pending JPH0315849A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07104078A (ja) * 1993-09-30 1995-04-21 Rinnai Corp タイマ装置
WO2003056610A1 (fr) * 2001-12-25 2003-07-10 Tokyo Electron Limited Procede de traitement de substrat et dispositif de traitement de substrat

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07104078A (ja) * 1993-09-30 1995-04-21 Rinnai Corp タイマ装置
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