JPH09211849A - レジスト材料およびパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高反射率の段差基板上にレジスト
パターンを形成する上で、焦点深度を劣化させることな
く、ハレーションを低減するレジスト材料およびそれを
用いたパターン形成方法を提供する。 【解決手段】 主としてベースポリマーと感光剤から構
成されるフォトリソグラフィ用レジストにあって、該レ
ジストの透過率が露光によって低下することを特徴とす
るレジスト材料および該レジストを用いたレジストパタ
ーンの形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトレジスト材
料およびその使用方法に関するものであり、特に、半導
体基板のような被加工基板上にエッチングマスク、イオ
ン注入マスク等として用いられるフォトレジスト材料お
よびそのパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレジストパターン形成方法では、
基板上にレジスト層を塗布し、ｇ線（波長４３６ｎ
ｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）あるいはＫｒＦエキシマ
レーザ（波長２４８ｎｍ）を用いて露光を行い、アルカ
リ水溶液にて現像を行う方法が用いられてきた。

【０００３】このような従来の方法では、ハレーション
と呼ばれる、下地基板からの反射光によるレジスト形状
の劣化が大きな問題となっている。この問題は、半導体
素子を作製する上で、トランジスタ特性のばらつき、あ
るいは断線といった問題を引き起こす。

【０００４】このような問題を解決する方法として、ソ
リッド・ステイト・テクノロジー（日本版）、１９９３
年１１月号、２３〜２５項に記載されているようなレジ
ストの下に反射防止膜を用いる方法、あるいはセミコン
ダクター・ワールド、１９９３年７月号、３４〜４１頁
に記載されているような染料入りレジストを用いる方法
が挙げられる。前者の反射防止膜を用いる方法は、ハレ
ーションの抑制効果は高いものの、プロセスが複雑にな
るため、コストの増加およびパーティクルの増加を招
く。これに対して、染料入りレジストを用いる方法は、
通常のレジストプロセスであるので、コストおよびパー
ティクルの増加といった問題はないが、ハレーションの
抑制と焦点深度がトレードオフの関係にあるため、必要
焦点深度を確保しようとするとハレーションの抑制効果
が小さくなってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】第一の問題点は、以上
述べてきたように、染料入りレジストではハレーション
をより抑えようとして、染料の量を増やしレジスト透過
率を下げると、レジスト形状劣化および焦点深度が低下
してしまうということである。その理由は、レジスト透
過率を下げることによって、レジスト底部とレジスト表
面での光強度に差が生じるためである。

【０００６】本発明は、レジスト形状劣化および焦点深
度の低下を引き起こすことなく、ハレーションを低減す
ることを目的とする。また本発明は上記問題点を解決し
てパーン形成の高集積化及びその生産性を向上すること
も目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明者は上記課題を
解決するためい鋭意検討を行い本発明に到達した。即ち
本発明は、ベースポリマーと感光剤よりなるフォトリソ
グラフィ用レジストであって、露光により透過率が低下
する機能を有することを特徴とするレジスト材料を提供
することである。

【０００８】また本発明は上記露光により透過率が低下
する機能を与えるために露光により透過率が低下する性
質を有するフォトカラーリング剤を添加することを特徴
とする前記のレジスト材料を提供することである。

【０００９】また本発明は、該フォトカラーリング剤の
露光による分解反応速度が、光強度とフォトカラーリン
グ剤自体の濃度に比例することものである前記のレジス
ト材料を提供することである。

【００１０】また本発明は該フォトカラーリング剤がス
ピロピラン系化合物、アゾベンゼンまたはフルギドから
選ばれた少なくとも一つである前記レジスト材料を提供
することである。

【００１１】さらに本発明は、高反射率の基板上にパタ
ーンを形成する方法にあって、該基板上に、上記記載の
レジスト材料を塗布した後、露光、現像を行い、レジス
トパターンを形成することを特徴とするパターン形成方
法を提供することである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の方法でレジスト材料の成
分として使用されるベースポリマーは、通常レジスト材
料のベースポリマーとして使用できる公知のものを用い
る。例えばｇ線用、ｉ線用ベースポリマーとしてはノボ
ラック系樹脂、ＫｒＦエキシマレーザー用としてはポリ
ビニルフェノール系が用いられる。

【００１３】本発明の方法で使用できる感光剤としては
通常用いられる公知の感光剤が用いられ、ｇまたはｉ線
用としてはナフトキノン系の感光剤を用いることがで
き、この感光剤は、露光によってスルホン酸エステルが
酸に変化するために現像液であるアルカリ水溶液に可溶
となる。ナフトキノン系の感光剤はｏ−ジアゾナフトキ
ノン−５−スルホン酸エステルが好ましく用いられる。

【００１４】本発明のレジスト材料は露光により透過率
が低下する機能を付与されていることが必要であり、フ
ォトカラーリング剤としては露光により透過率が低下す
る機能を付与できるものであれば特に限定はないが、本
発明の方法で露光により透過率が低下する機能を付与す
る好ましいの方法はレジスト材料に露光により透過率が
低下する性質を有するフォトカラーリング剤を添加する
方法である。

【００１５】感光剤が上記フトカラーリング剤の機能を
有するものを兼ねる場合もあるが、この場合は、感光剤
としての役割上の最適濃度と上記フォトカラリングの役
割上の最適濃度が異なる可能性が高いので、感光剤とフ
トカラーリング剤を別々に添加する方が目的によって自
由に最適な濃度調整ができるのでより好ましい。

【００１６】本発明の方法で用いられるフォトカラーリ
ング剤は上記のように露光により透過率が低下する機能
を付与できるものであれば特に制限はないが、例えばス
ピロピラン系化合物、アゾベンゼン、フルギドなどが例
示されるがこれに限定されるものではない。

【００１７】フォトカラーリング剤の添加量は材料によ
って異なるが、当業者であれば、基板上に、レジスト材
料を塗布した後、露光、現像を行い、レジストパターン
を形成するパターン形成方法において、当業者であれ
ば、本発明の目的を達するように適宜選択することによ
って容易に決めることができる。

【００１８】フォトカラーリング剤は、露光によって透
過率変化を起こすが、その変化量は好ましくは露光量に
依存するものである。従って、光強度の大きいところは
透過率の低下が大きく、逆に光強度の小さいところは透
過率の低下が小さい。ハレーションは、図１に示したよ
うに段差部に入射した光が段差部で斜めに反射すること
によって引き起こされる。ここで、段差部の光強度とパ
ターン端部の光強度を比較すると、図２に示したよう
に、段差部の方が大きくなる。そのため、フォトカラー
リング剤を含むレジストを用いて露光した場合、図３に
示したように、パターン端部の透過率はほとんど低下せ
ずに高い状態に保たれるのに対し、段差部の透過率は低
くなる。よって、段差部で反射する光は吸収されやすく
なり、ハレーションは低減され、かつパターン端部の透
過率は高く保たれているため、レジストの形状劣化およ
び焦点深度の低下は起こらない。

【００１９】高反射率基板では、反射光が強くなるた
め、ハレーションが大きくなる。従ってフォトカラリン
グ特性が有効となる。なお、本発明の方法において光反
射率基板とはＫｒＦエキシマレーザー光の反射率（波長
２４８ｎｍ）が５０％以上の基板を意味する。

【００２０】本発明の効果について以下にモデルを用い
たシミュレーション結果について説明する。

【００２１】フォトカラーリング剤の露光による分解反
応速度は光強度とフォトカラーリング剤濃度に比例する
と仮定して、シミュレーションにより段差上でのレジス
ト形状を計算した結果を図４に示す。ここで露光はＫｒ
Ｆエキシマレーザ光、基板はポリシリコンを想定してい
た。また、フォトカラーリング剤を含有したレジスト透
過率は、露光によって７０％／μｍから１０％／μｍに
徐々に変わるようにした。比較のため、露光によりレジ
スト透過率が変化しないレジスト（透過率３０％／μ
ｍ）のレジスト形状も図４に併せて示す。この２つのレ
ジストは、段差のない基板上では、同等の性能（焦点深
度、レジスト側壁角）を有しているにもかかわらず、ハ
レーションによる形状劣化は、フォトカラーリング剤を
有するレジストの方が小さくなった。このことは以下の
ように説明することができる。

【００２２】まず、マスクを透過した露光光がレジスト
上に結像した空間的光強度は、図５に示したようにパタ
ーン端部よりも段差部の方が高くなる。そのため、レジ
スト内透過率分布は、露光量が１／３の時点において、
図６に示したように、段差部での透過率がマスク端近傍
での透過率よりも低くなる。従って、段差部での光はレ
ジストによって吸収され、ハレーションが低減される。
また、パターン端部での透過率の低下は小さいため、良
好なレジスト形状が得られる。

【００２３】以上、フォトカラーリング剤の露光による
分解反応速度が光強度とフォトカラーリング剤濃度に比
例すると仮定してシミュレーションした結果について説
明してきたが、本発明によるハレーションの抑制は、レ
ジストが露光によって透過率が低下し、その透過率の低
下が露光量の増加とともに増大する性質を有していれ
ば、原理的に可能となるものであり、特に、上記のフォ
トカラーリング剤を含む必要はない。例えば感光剤がフ
ォトカラーリング剤の性質を有していても本発明の目的
を達することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００２５】実施例１ タングステンシリサイド基板を用い、ベース樹脂として
ノポラック樹脂、感光剤としてｏ−ジアゾナフトキノン
−５−スルホン酸エステルを樹脂に対して例えば８ｗｔ
％、そしてフォトカラーリング剤として次の構造式を有
するベンゾチオビラン系スピロピラン（化１）を樹脂に
対して例えば１０ｗｔ％含有するレジスト材料を使用し
て、段差を有するタングステンシリサイド基板上に塗布
した後、ｇ線露光機による露光を行い、２．３８％テト
ラメチルアンモニウム水酸化物現像液により現像を行
う。以上の方法によって得られるレジストパターンは、
図８に示したように、レジスト形状の劣化の少ない、良
好なパターンが形成された。従来のレジストを用いて同
様に形成したパターン形状は図９のようになるのと比
べ、ハレーションを抑えることができる。

【００２６】

【化１】 図６に本実施例におけるレジスト内透過率分布を示す説
明図を示すが黒色の濃い部分が濃度順にレジス透過率が
低い部分を示す。図６の実際の測定値を基礎に透過率の
数値の分布を示す模式図を図７に示す。

【００２７】実施例２ ベース樹脂としてポリ（ｐ−ｔ−プトキシカルポニルメ
トキシスチレン）とポリ（４−ヒドロキシスチレン）の
共重合ポリマー、感光剤として酸発生剤のトリフェニル
スルフォニウムアンチモネートを樹脂に対して例えば５
ｗｔ％、そしてフォトカラーリング剤として次の構造式
を有するアゾペンゼン（化２）を樹脂に対して例えば１
０ｗｔ％含有するレジスト材料を使用し、実施例１と同
様にしてレジストパターンを作製し、実施例１と同様な
レジスト形状の劣化の少ない、良好なパターンが形成さ
れた。

【００２８】

【化２】 実施例３ ペース樹脂としてポリ（ｐ−ｔ−プチルアクリレート）
とポリ（４−ヒドロキシスチレン）の共重合ポリマー、
感光剤として酸発生剤のＮ−カンファースルフォニルオ
キシナフトアミドを樹脂に対して例えば３ｗｔ％、そし
てフォトカラーリング剤として次の構造式を有するフル
ギド（化３）を樹脂に対して例えば８ｗｔ％含有するレ
ジスト材料を使用し、実施例１と同様にしてレジストパ
ターンを作製し、実施例１と同様なレジスト形状の劣化
の少ない、良好なパターンが形成された。

【００２９】

【化３】 実施例１に示したレジスト材料を、段差を有するタング
ステンシリサイド基板上に塗布した後、ｇ線露光機によ
る露光を行い、２．３８％テトラメチルアンモニウム水
酸化物現像液により現像を行う。以上の方法によって得
られるレジストパターンは、図８に示したように、レジ
スト形状の劣化の少ない、良好なパターンが形成され
る。従来のレジストを用いて同様に形成したパターン形
状は図９のようになるのと比べ、ハレーションを抑える
ことができる。

【００３０】以上、実施例について説明したが、本発明
ではこの他各種の変更が可能であり、実施例では、フォ
トカラーリング剤としてベンゾチオピラン系スピロピラ
ン、アゾベンゼン、フルギドを用いたが、この以外に
も、露光により透過率が低下するような材料であれば同
様な効果が得られる。また、各実施例ではｇ線露光機を
用いて露光を行ったが、フォトカラーリング材料によっ
ては、ｉ線あるいはＫｒＦおよびＡｒＦエキシマレーザ
で露光しても同様の効果が得られる。さらに、図４では
露光前後での透過率変化が６０％／μｍである場合につ
いて、シミュレーションしているが、これより小さくて
も同様の効果が得られる。また、実施例１では基板とし
て、タングステンシリサイド基板を用いたが、アルミ基
板、ポリシリコン基板などの各種基板に適用可能であ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
解像度、焦点深度といった基本性能を劣化させることな
く、ハレーションによるレジストの形状劣化を防ぐこと
ができる。このため、微細なレジストのパターン形成に
おいて、寸法変動を低減し、プロセスマージンを拡大す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハレーションの説明図

【図２】レジスト上の光強度分布を示す説明図

【図３】フォトカラーリング剤を含むレジストの透過率
分布を示した説明図

【図４】シュミレーションによるレジスト形状を示した
説明図

【図５】実施例１におけるＫｒＦエキシマレーザー露光
（ＮＡ＝０．５）、０．２５μｍラインパターンでのレ
ジスト上の光強度分布を示した説明図

【図６】実施例１におけるレジスト内透過率分布を示す
説明図

【図７】図６の透過率分布を数値範囲で示す模式図

【図８】実施例１で得られたレジストパターンの説明図

【図９】従来例で得られたレジストパターンの説明図

【符号の説明】

１ 基板 ２ レジスト ３ 露光光 ４ マスク ５ 光強度 ６ 低透過率部 ７ 高透過率部 ８ ポリシリコン基板 ９ フォトカラーリング剤を含むレジストパターン １０ 従来のレジストパターン １１ 光強度 １２ マスク １３ タングステンシリサイド基板 １４ レジストパターン １５ レジストパターン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースポリマーと感光剤よりなるフォト
   リソグラフィ用レジストであって、露光により透過率が
   低下する機能を有することを特徴とするレジスト材料。
2. 【請求項２】 露光により透過率が低下する機能を与え
   るために該性質を有するフォトカラーリング剤を添加す
   ることを特徴とする請求項１記載のレジスト材料。
3. 【請求項３】 フォトカラーリング剤の露光による分解
   反応速度が、光強度とフォトカラーリング剤自体の濃度
   に比例することを特徴とする請求項２記載のレジスト材
   料。
4. 【請求項４】 前記フォトカラーリング剤がスピロピラ
   ン系化合物である請求項２または３のいずれか記載のレ
   ジスト材料。
5. 【請求項５】 前記フォトカラーリング剤がアゾベンゼ
   ンである請求項２または３のいずれか記載のレジスト材
   料。
6. 【請求項６】 前記フォトカラーリング剤がフルギドで
   ある請求項２または３のいずれか記載のレジスト材料。
7. 【請求項７】 高反射率の基板上にパターンを形成する
   方法にあって、該基板上に、請求項１、２、３、４、５
   または６いずれか記載のレジスト材料を塗布した後、露
   光、現像を行い、レジストパターンを形成することを特
   徴とするパターン形成方法。