(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層を準備する工程と、
前記下地層上に化学増幅架橋型ネガレジストを塗布する工程と、
前記化学増幅架橋型ネガレジストを選択的に除去して、所望のフォトレジストパターンの形状の輪郭部分のみの形状の化学増幅架橋型ネガレジストパターンを残す工程と、
前記ネガレジストの除去により露出した下地層上にポジレジストを塗布する工程と、
前記所望のフォトレジストパターンの形状の輪郭部分より外側の前記ポジレジストを選択的に除去する工程と、
を備えたフォトレジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記化学増幅架橋型ネガレジストパターンの線幅は、５μｍ以下である請求項１記載のフォトレジストパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はフォトレジストパターンの形成方法に関し、特に化学増幅架橋型ネガレジストを用いたフォトレジストパターン及びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体基板等の下地層に対してエッチングやイオン注入等の選択的な加工が施される。そのような加工を施す場合、まず下地層の被加工部分を選択的に保護する目的で、紫外線、Ｘ線、電子線等の活性光線に感光する組成物、いわゆる感光性レジスト被膜（以後レジストと呼称）を下地層上に形成する。
【０００３】
活性光線が紫外線，Ｘ線の場合、マスクを用いて、電子線の場合は直接描画によって下地層上にフォトレジストパターンを形成する。レジストにはポジ型とネガ型があり、前者は露光部が現像液に溶解するが未露光部が溶解しないレジストであり、後者は逆の特性を有するレジストである。現在、半導体装置の製造には一般にポジレジストの方が多く用いられ、しかもそれはナフトキノンジアジド化合物からなる感光剤とノボラック樹脂のようなアルカリ可溶性樹脂からなるベース樹脂とで構成されるものが主流である。
【０００４】
ところで、近年の半導体装置の高性能化・高集積化に伴い、高エネルギーのイオン注入および高精度のエッチング加工が必要となり、さらに回路パターンの微細化とマスクにデザインされた回路パターンの転写に対して高度な正確さが要求されている。特に、高エネルギーのイオン注入を行う場合、レジストの膜厚が薄いとレジスト下の下地層にイオンが注入されるため、通常より厚い膜厚を必要とする。しかし、膜厚が厚くなるにつれて高い解像力と良好な形状、即ちエッジ部の垂直性が高いパターン形状を得ることは難しくなる。
【０００５】
そこで、まず、従来のポジ型のレジスト（以下ポジレジスト）のみで構成されるフォトレジストパターンと、ネガ型のレジスト（以下ネガレジスト）のみで構成されるフォトレジストパターンとの形成方法について説明する。まず、従来のポジレジストのみで構成されるフォトレジストパターンの形成方法を図１１〜図１４を用いて説明する。まず、図１１を参照して、下地層１の上にポジレジスト５を塗布し、８５℃で７０秒間プリベークを行う。この場合、ポジレジスト５の膜厚を例えば約５μｍとして形成する。
【０００６】
次に、図１２を参照して、露光光４としてｉ線（波長３６５ｎｍ）を照射して露光するためのステッパー（縮小投影露光装置）を用い、所望のフォトレジストのパターン形状を有するフォトマスク３を介して露光光４をポジレジスト５に例えば露光エネルギー８００ｍＪ／ｃｍ２  で照射する。
【０００７】
次に、図１３を参照して、露光後ベーク（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ：以後ＰＥＢと略記）を１２０℃で９０秒間行う。
【０００８】
その後、アルカリ性水溶液（２．３８重量％の水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いて現像を行い、図１４に示すようなフォトレジストパターン５ｂを形成する。
【０００９】
ここで、図１４に示すフォトレジストパターンの一具体例として、市販のｉ線用ポジレジストを用いて形成されたフォトレジストパターン５ｂの部分拡大図を図１５に示す。図１５に示すフォトレジストパターンにおいて、下地層１の上に形成されたポジレジスト５ｂの側壁部分の傾斜幅Ｌ３は下地層１の表面方向のポジレジストパターン寸法が大きいほど大きくなり、パターン寸法が１０００μｍ以上のフォトレジストパターンでは傾斜幅Ｌ３は約１．８μｍとなっている。この原因は、ポジレジスト（上述のナフトキノンジアジド化合物からなる感光剤とノボラック樹脂のようなアルカリ可溶性樹脂からなるベース樹脂とで構成される）では、膜内での露光光吸収によりレジスト表面付近と比べてレジスト裏面付近になるほど露光光の強度が弱まるためである。
【００１０】
従って、高エネルギーのイオン注入を行う場合、傾斜の膜厚が比較的厚い部分はイオンを通さず、比較的薄い部分はイオンを通す場合が生じるため、傾斜下における下地層１にイオン注入される部分とされない部分が生じる。従って、実質的なパターン寸法Ｌ１は、所望のパターン寸法Ｌ２より最大で傾斜幅Ｌ３の分だけ長くなる。
【００１１】
また、この説明では、ポジレジスト５の膜厚が約５μｍの場合を用いて説明しているが、ポジレジスト５の膜厚が約２μｍを越えたあたりから、傾斜幅Ｌ３が大きくなり始め、また、一般にポジレジストは、パターン寸法が大きいほど、傾斜幅は大きくなる。
【００１２】
このように、ポジレジストのみで構成されるフォトレジストパターンは、そのパターン寸法が大きいほど、側壁部分に大きい傾斜が生じるという短所がある。
【００１３】
次に、従来のネガレジストとして化学増幅架橋型ネガレジストのみで構成されるフォトレジストパターンの形成方法を図１６〜図１９を用いて説明する。まず、図１６を参照して、下地層１の上に化学増幅架橋型ネガレジスト２を塗布し、１１０℃で７０秒間プリベークを行う。この場合、化学増幅架橋型ネガレジスト２の膜厚を例えば約５μｍとして形成する。
【００１４】
次に、図１７を参照して、露光光４としてｉ線を照射して露光するためのステッパーを用い、フォトマスク３を介して露光光４を所望のフォトレジストパターンの形状以外の化学増幅型ネガレジスト２に例えば露光エネルギー１１０ｍＪ／ｃｍ２  で照射する。
【００１５】
次に、図１８を参照して、ＰＥＢを１００℃で１２０秒間行う。
【００１６】
その後、アルカリ性水溶液（２．３８重量％の水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いて現像を行ない、図１９に示すようなフォトレジストパターン２ｂを形成する。
【００１７】
このフォトレジストパターン２ｂも、ポジレジストと同様にパターン寸法が大きいほど、その側壁部分の傾斜幅Ｌ３は大きくなるが、パターン寸法が１０００μｍ以上のフォトレジストパターンでもその傾斜幅はポジレジストの２分の１以下の約０．８５μｍである。なお、この現象は後述するように収縮現象によって生じる。
【００１８】
このように化学増幅架橋型ネガレジストの方がポジレジストよりも、垂直性の高いフォトレジストパターンを形成できるという長所がある。この原因は、化学増幅架橋型ネガレジストが透明性が高いため、厚膜でもレジスト表面付近から裏面付近にかけて露光光の光強度の減衰はほとんどないためである。
【００１９】
ところが、この化学増幅架橋型ネガレジストは、図２０を参照して、現像後にベークを行なうとフォトレジストパターン２ｂの収縮がさらに起こり、フォトレジストパターン２ｂの側壁部分の傾斜幅Ｌ３は現像直後よりも大きくなるという短所がある。一例として、現像後に１５０℃で９０秒間のベークを行なった場合に、傾斜幅Ｌ３はベークを行う前より約０．２μｍ大きくなる。従って、以上３回のベークを行うとフォトレジストパターン２ｂのエッジの傾斜幅は１．０５μｍとなる。
【００２０】
従って、高エネルギーのイオン注入を行う場合、傾斜の膜厚が比較的厚い部分はイオンを通さず、比較的薄い部分はイオンを通す場合が生じるため、傾斜下における下地層１にイオン注入される部分とされない部分が生じる。従って、実質的なパターン寸法Ｌ１は、所望のパターン寸法Ｌ２より最大で傾斜幅Ｌ３の分だけ短くなる。
【００２１】
次に、この化学増幅架橋型ネガレジストの収縮のメカニズムについて詳細に説明する。ここで説明する化学増幅架橋型ネガレジストは、ベース樹脂であるノボラック樹脂と架橋剤として働くメラミン系化合物および光酸発生剤とで構成される。このような化学増幅架橋型ネガレジストに所定の光が照射されると、レジスト中では光酸発生剤から酸が発生する。そして、ＰＥＢを施すことで酸を触媒として架橋剤とベース樹脂との間で架橋反応が起こり、現像液に対して不溶化するわけであるが、このＰＥＢ時の架橋反応によって露光部のレジストはいくらかの収縮現象を起こす。当然ながら、フォトレジストパターンのパターン寸法が大きいほどその収縮量も多くなり、その側壁部分の傾斜幅が大きくなる。さらに、現像後のベークにおいても残存する酸によって架橋反応が進むため、フォトレジストの体積に応じてその側壁部分の傾斜幅が大きくなってしまう。
【００２２】
一方、ポジレジストは、架橋型反応などの化学的な反応は生じないため、現像後にベークを行っても、収縮が生じないという長所がある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したようにポジレジストのみで構成されるフォトレジストパターンは、パターン寸法が大きいほど、その側壁部分に大きい傾斜が生じるという問題点がある。
【００２４】
また、化学増幅架橋型ネガレジストのみで構成されるフォトレジストパターンでも、現像後にベークを行なうと、パターン寸法が大きいほど、その側壁部分に大きい傾斜が生じるという問題点がある。
【００２５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、パターン寸法が大きくても垂直性の高いパターン形状を維持できるフォトレジストパターン及びその形成方法を得ることを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る課題解決手段は、下地層を準備する工程と、前記下地層上に化学増幅架橋型ネガレジストを塗布する工程と、前記化学増幅架橋型ネガレジストを選択的に除去して、所望のフォトレジストパターンの形状の輪郭部分のみの形状の化学増幅架橋型ネガレジストパターンを残す工程と、前記ネガレジストの除去により露出した下地層上にポジレジストを塗布する工程と、前記所望のフォトレジストパターンの形状の輪郭部分より外側の前記ポジレジストを選択的に除去する工程とを備える。
【００２９】
本発明の請求項２に係る課題解決手段において、前記線幅は５μｍ以下である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるフォトレジストパターンを示す図である。図１中の１は下地層、２ａはベース樹脂であるノボラック樹脂と架橋剤として働くメラミン系化合物および光酸発生剤とで構成される化学増幅架橋型ネガレジストパターン、５ａはポジレジスト（ポジレジストパターン）である。化学増幅架橋型ネガレジスト２ａ、ポジレジスト５ａよりフォトレジストパターン６を構成する。
【００３１】
図１に示すように、ポジレジスト５ａは下地層１上に形成され、ポジレジスト５ａの周囲の側壁部分には、化学増幅架橋型ネガレジストパターン２ａが形成されている。化学増幅架橋型ネガレジストパターン２ａの線幅Ｌ４は垂直性の高い（即ちエッジを実質的に垂直に維持できる）線幅である。
【００３２】
このように本形態では、フォトレジストパターンの大部分をポジレジストで形成するとともに、そのポジレジストの周囲の側壁部分を垂直性の高い線幅の化学増幅架橋型ネガレジストパターンで形成することで、ポジレジストはベークによる収縮が生じないことより、ＰＥＢや現像後のベークによっても大面積のポジレジストや小面積でもパターン寸法の長いポジレジストを含むフォトレジストパターンの収縮がほぼ生じないため、フォトレジストパターンの変形が生じず、垂直性の高いパターン形状を維持できる。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態２では、図１に示す化学増幅架橋型ネガレジストパターン２ａの線幅Ｌ４を小さくすればするほど、垂直性が増す。線幅Ｌ４を５μｍ以下にすれば、ベークによる収縮量が少ないためより垂直性の高い化学増幅架橋型ネガレジストパターン２ａが得られる。具体例として、後述する実施の形態３における５回のベークを行っても、形成されたフォトレジストパターン６のエッジの傾斜幅は僅か０．１μｍ程度であり、大きな体積を占めるポジレジスト５ａには熱収縮がほぼ生じないため、フォトレジストパターン６の変形は起こらず、完全な垂直性をほぼ維持する。
【００３４】
このように本形態では、線幅Ｌ４を５μｍ以下とすることで、よりフォトレジストパターンの高い垂直性が得られる。
【００３５】
実施の形態３．
図２〜図９は本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【００３６】
まず、図２を参照して、下地層１を準備し、下地層１上にベース樹脂であるノボラック樹脂と架橋剤として働くメラミン系化合物および光酸発生剤とで構成される化学増幅架橋型ネガレジスト２を塗布し、１１０℃で７０秒間プリベークを行なう。この場合、化学増幅架橋型ネガレジスト２の膜厚を例えば約５μｍとする。
【００３７】
次に、図３を参照して、露光光４としてｉ線を照射して露光するためのステッパーを用い、所望のフォトレジストパターンの輪郭部分のみを描いたフォトマスク３を介して露光光４を例えば露光エネルギー１１０ｍＪ／ｃｍ２  で照射する。
【００３８】
次に、図４を参照して、ＰＥＢを１００℃で１２０秒間行なう。
【００３９】
次に、図５を参照して、アルカリ性水溶液（２．３８重量％の水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いて現像を行ない、化学増幅架橋型ネガレジスト２を選択的に除去して、所望のフォトレジストパターンの輪郭部分のみの形状で、かつ垂直性の高い線幅の形状の化学増幅架橋型ネガレジストパターン２ａを形成する。またこれとともに、下地層１が露出する。
【００４０】
次に、図６を参照して、露出した下地層１上にポジレジスト５を塗布し、８５℃で７０秒間プリベークを行なう。この場合も、ポジレジスト５の膜厚を約５μｍとする。
【００４１】
次に、図７を参照して、ステッパーを用い、今度は所望するパターン寸法を有するフォトマスク３を介して露光光４を例えば露光エネルギー８００ｍＪ／ｃｍ２  で照射する。
【００４２】
次に、図８を参照して、ＰＥＢを１２０℃で９０秒間行なう。
【００４３】
次に、図９を参照して、アルカリ性水溶液を用いて現像を行なうことで、露出した下地層１上にポジレジスト５ａを形成する。化学増幅架橋型ネガレジストパターン２ａとポジレジスト５ａとによりフォトレジストパターン６が完成する。
【００４４】
そして、図１０に示すように、完成したフォトレジストパターン６に現像後ベークを１５０℃で９０秒間行う。以上の５回のベークを行っても、形成されたフォトレジストパターン６のエッジの傾斜幅は僅か０．１μｍ程度であり、また、大きな体積を占めるポジレジスト５ａには熱収縮がほぼ生じないため、フォトレジストパターン６の変形は起こらず、エッジは完全な垂直性をほぼ維持する。
【００４５】
以上に説明した本形態によるフォトレジストパターンの形成方法と、従来のフォトレジストパターンの形成方法とを組み合わせてもよい。例えば、比較的大面積パターンや比較的小面積でもパターン寸法の長いパターンに対しては本形態によるフォトレジストパターンの形成方法を採用し、それ以外の単に比較的小面積のパターンに対しては従来のフォトレジストパターンの形成方法を採用する。その場合、本形態によるフォトレジストパターンの形成方法と従来のフォトレジストパターンの形成方法とを同時に行ってもよい。
【００４６】
なお、本形態では、ポジレジスト、化学増幅架橋型ネガレジストの膜厚の例として、約５μｍを用いたが、その他の膜厚でもよい。なお、従来の技術で説明したようにポジレジストの膜厚が約２μｍを越えたあたりから、傾斜幅Ｌ３が大きくなり始めるため、膜厚が約２μｍ以上を必要とするフォトレジストパターンに対して有効である。
【００４７】
このように本形態では、パターン寸法が大きくても垂直性の高いパターン形状を維持できるフォトレジストパターンが形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフォトレジストパターンを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図３】本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図４】本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図１０】完成したフォトレジストパターンに現像後ベークを行う工程図である。
【図１１】従来のポジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図１２】従来のポジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図１３】従来のポジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図１４】従来のポジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンを示す断面図である。
【図１５】従来の市販のポジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンを示す断面図である。
【図１６】従来のネガジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図１７】従来のネガジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図１８】従来のネガジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図１９】従来のネガジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンの形成方法を示す工程図である。
【図２０】従来の完成したネガジレジストを用いた場合のフォトレジストパターンに現像後ベークを行う工程図である。
【符号の説明】
１  下地層、２  化学増幅架橋型ネガレジスト、２ａ  化学増幅架橋型ネガレジストパターン、３  フォトマスク、４  露光光、５  ポジレジスト、６  フォトレジストパターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0003592805.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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