博士（工学）佐藤 学位論文題名
功
化学増幅型レジストを用いた極微細パターン形成に関する研究 学 位 論 文 内 容 の 要旨
LSI
デパイスの発展は光リソグラフイ技術によって牽引されてきた。さらなる素子の微細 化に伴い、この光ルソグラフイ技術によルレジストバターンをより微細に精度良く形成する必 要が生じている。本研究では、微細化の要求から新しいコンセプトに基づいて使われ始めた化 学増幅型レジス卜を用いた単層レジストプ□セスにおける下地基板依存性、及び、その制御法 について明らかにした、また、微細化の要求から開発が加速されてきた多層レジストプロセス における寸法制御性について明らかにすると共に、実用化に対しての課題と指針を示した。
（
1）極微細バターン形成用単層レジストとして化学増幅型レジストが急速に使われるように なってきている。化学増幅型レジストは光で酸を発生する光酸発生剤を合んでおり、露光後の 熱処理で酸が連鎖反応することを利用して高感度化しているレジス卜である。しかしながら、
このレジストを用いた極微細バターン形成では未だ不明な点や課題が多く残されている。本研 究では主に化学増幅型レジス卜の特徴と言える基板材質依存性の観点から、バターン形成特性 に影響する要因の究明検討を行った。
基板材質依存性として湿式現像後にタングステン膜基板上で化学増幅型レジストのパターン 剥がれが発生することを明らかにし、その対策としてレジスト塗布前に基板へのシラン雰囲気 処理が有効なことを明らかにした。また、下地膜基板に含まれている不純物がパターン形成特 性に大きく影響することを明らかにすると共に、熱処理による下地膜基板の清浄化効果につい て検討した。すなわち、化学増幅型レジストを適用して極微細バターンを形成するためには、
反射防止膜を含め下地基板の光学的特性を制御すると共に、化学的特性の制御が重要なこと、
さらに、熱処理等のプ口セス的な処理により下地膜基板を清浄化する必要があることを明らか にした。
（
2）極微細パターン形成方法としてシリル化プ口セスの検討を行った。このシリル化プ口セ スはレジストを
Si元素を合むガス中で処理することによルレジスト中にSi 元素を導入して 耐ドライ現像性を付与したものである。
シリル化領域の制御性を向上させシリル化プ□セスの実用化を図るため、シリル化レジスト 塗布膜の薄膜化の検討を行うと共に、薄膜のシリル化レジストを使いこなすためドライ現像条 件の最適化検討を行った。さらに、薄膜シリル化レジストを上層レジストとして用いる多層レ ジストブ口セス（
2層シリル化プ□セス）の検討を行った。このプ口セスの定量的なりソグラ
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フイ特性を明らかにすると共に、従来からシリル化プ口セスの課題であったパターンエッジ部 の荒れは、ドライ現像条件とレジスト組成の最適化、光学コントラストの改善等によって制御 できることを明らかにした。
（3 ）より実用化に近い多層レジストプ口セスとして、湿式現像を併用する
2層レジストプ口 セス（
Si含有2 層レ ジストプ口セス、及び、湿式現像後にシリル化する2 層シリル化プ口セ ス）の定量的な寸法制御性評価を行うと共に、多層レジストプ口セス実用化の観点から下層レ ジスト材料、及び、レジスト剥離法に関する研究を行った。
Si
含有レジストを用いたSi 含有2 層レジストプロセス、及び、上層レジストの湿式現像 後に上層レジストに対してシリル化処理を行う2 層シリル化プ口セスの検討を行った。これら のプ口セスはArF エ キシマ露光により0 ．10um 近傍の矩形バターン形成が可能であることを 明らかにすると共に、今後のF2 工キシマ露光対応プ口セスとして有望なことを明らかにした。
多層レジストプ□セスの実用化を図るため、下層レジスト材料の平坦化特性、及び、ドライ 現像後のレジスト剥離法に関して定量的な評価を行なった。下層レジスト塗布後の表面残留段 差は下地段差の幅や高さによって大きく変わること、また、この下層レジストの平坦化特性は 下層レジスト材料の熱流動特性と熱架橋特性によって決まることを明らかにした。ドライ現像 後のレジスト剥離は多層レジストプ□セス実用化の最大の課題であったが、プラズマアッシン グ処理、あるいは、ヒド口キシアミン系剥離液による有機樹脂除去処理、及び、その後の仕上 げ 酸 洗 浄 に よ り 実 用 化 レ ベ ル で 可 能 な こ と を 定 量 的 に 明 ら か に し た 。
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学 位 論 文 審 査の 要 旨
学 位 論 文 題 名
化学増幅型レジストを用いた極微細パターン形成に関する研究
LSIデバイ スの発 展は光リ ソグラフ イ技術 によって 牽引さ れてきた。さらなる素子の 微細化に伴い、この光リソグラフイ技術によルレジストパターンをより微細に精度良く形成 することが必要となっている。木研究では、微細化の要求から新しいコンセプトに基づぃ て使われ始めた化学増幅型レジストを川いた！餌lレジストプロセスにおける下地基板依存性 とその制御法を明らかにし、化学増幅型レジストを州いた多層レジス卜プロセスのりソグラ フ イ特性を 明確にすると共に、実用化に対しての課題と指針を示した。本論文は5章から 構成されている。
第1章でfよ、化学増蝌型レジストをJHいて極微細パターーンを形成する場合の現状と課題を 述べ、本論文の構成と概要を記す。
第2章では、化学増幅型レジストをJi刷レジストプロセスとして用いる場合の下地基板依 存性に関して述べた。 化学増幅型レジストを用いて極微細パターンを形成するためには、
下地基板に対する光学特性の制御カ；T要なこと、また、反射防止膜を含め下地基板の化学的 特性制御が肝要なことを明らかにした。すなわち、湿式現像後にタングステン膜基板上に生 じる化学増幅型レジストのパターン季Ilがれ対策、パターン形成特性に大きな影響を及ばす無 機系反身寸防止膜基板に含まれている不純物（H：O、NHユ）の除去方法、さらに、有機系 反 射 防止 膜 （BARC） に対 す る 塗布 膜 厚 制御 とBARCの 熱処 理 温 度 の重 要性を明 らかに した。
第3章では化学増幅型レジス卜をJWいたシリル化プ口セスについて述べた。 シリル化レ ジストの塗布膜厚依存性を検討し、シリル化領域の制御性を向上させるためには、シリル化 レジ ストの 薄膜化(0． 07肛m）が有効なことを示した。また、ArFエキシマ露光下で、こ の薄膜シリル化レジストを上眉レジストとして用いる2層シリノレ化プロセスにおけるりソグ ラフイ特性を定量的に調べ、波長以下の0． 07Hmラインパターーン、O．05ルmホーールパターン
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郎 平
夫 司
志 紘
憲 英
田 平
浦 野
嶋 小
宮 牧
授 授
授 授
教
教 教
教 助
査 査
査 査
主 副
副 副
が 形 成 で き る こ と を 明 ら か に し た 。 シ リ ル 化 レ ジ ス ト が 薄 い 場 合 、 シ リ ル 化 反 応 が 水 平 方 向 に 箸 し く 進 行 し て シ リ ル 化 領 域 の プ ロ フ ァ イ ル が 改 善 さ れ る こ と 、 被 シ リ ル 化 領 域 の 広 さ に よ っ て シ リ ル 化 後 の シ リ ル 化 パ タ ー ン 寸 法 が 大 き く 変 化 す る こ と を 馴 ら か に し た 。 さ ら に 、 ラ イ ン エ ッ ジ ラ フ ネ ス は2岡 シ リ ル 化 プ ロ セ ス の 適 用 、 ド ラ イ 現 像 条 件 と レ ジ ス ト 組 成 の 最 適 化 、 及 び 、 光 学 コ ン ト ラ ス ト の 改 落 に よ っ て 低 減 で き る こ と を 明 ら か に し た 。 第4章 で は 実 川 化 に 近 い 多 屈 レ ジ ス ト プ ロ セ ス と し て 、 湿 式 現 像 を 併 用 す る2層 レ ジ ス 卜 プ ロ セ ス （Si含 有2屈 レ ジ ス ト プ ロ セ ス 、 及 び 、 湿 式 現 像 後 に シ リ ル 化 す る2層 シ リ ル 化 プ ロ セ ス ） に っ い て 述 べ た 。 さ ら に 、 多 眉 レ ジ ス ト プ ロ セ ス 実 用 化 の 観 点 か ら 下 層 レ ジ ス ト 材 料 の 平 坦 化 特 性 、 及 び 、 多 周 レ ジ ス ト の 剥 離 法 に つ い て も 述 べ た 。ArFエ キ ン マ 露 光 を 用 い たSi含 有2眉 レ ジ ス ト プ ロ セ ス 、 及 び 、 湿 式 現 像 後 に シ リ ル 化 す る2層 シ リ ル 化 プ ロ セ ス の り ソ グ ラ フ イ 特 性 を 叨 ら か に し た 。 こ れ ら の プ ロ セ ス に よ っ て 、ArFエ キ シ マ 露 光 で0． 10肛m近 傍 の 極 微 糸lnパ タ ー ン 形 成 が 可 能 と な り 、 今 後 のFzエ キ シ マ 露 光 プ ロ セ スと して も有望 なこと を明ら かに した。 0→クレーソ゛ールノホ゛ラック（o―CN)樹脂が下層レジスト材 料 と し て 有 用 で あ る こ と 、 そ のo―CN樹JJ旨 塗 布 後 の 表 面 残 留 段 差 は 下 地 段 差 の 幅 や 高 さ に よ っ て 大 き く 変 わ る こ と 、 さ ら に 、 段 差 の 平 坦 化 特 性 はo―CN樹 脂 の 熱 流 動 特 性 と 熱 架 橋 特 性 に よ っ て 決 ま り 、 下 層 レ ジ ス ト を2段 階 の 温 度 で 熱 処 理 す る2段 階 熱 処 理 法 で 段 差 の 平 坦 化 が 可 能 と な る こ と を 川 ら か に し た 。 ド ラ イ 現 像 後 の 多 層 レ ジ ス ト は 、C F/02系 ガ ス プ ラ ズ マ に よ る ア ッ シ ン グ 処 理 、 あ る い は 、 ヒ ド ロ キ シ ア ミ ン 系 剥 離 液 処 理 後 、 仕 上 げ 酸 洗 浄 を す る こ と で 良 好 に 剥 離 除 去 で き る こ と を1明 ら か に し た 。 一 方 、 下 地 基 板 エ ッ チ ン グ 後 の レ ジ ス ト は 、 酸 素 プ ラ ズ マ に よ る ア ッ シ ン グ 処 理 後 に ふ っ 化 ア ン モ ニ ウ ム 系 剥 離 液 で 洗 浄 す る こ とで 良好 に除去 される ことを1明 らカゝ にし た。
第5章 で は 、 各 章 で 得 ら れ た {f論 を 要 約 す る こ と に よ り 本 研 究 を 総 括 し 、 結 諭 と し た 。
以 上 、 要 す る に 、 著 者 は 、 化 学 増 幅 型 レ ジ ス ト を 用 い た 極 微 細 レ ジ ス ト パ タ ー ン を 形 成 す る た め 、 単 眉 レ ジ ス ト プ ロ セ ス に お け る 下 地 腿 板 依 存 性 と そ の 制 御 法 と 多 層 レ ジ ス ト プ ロ セ ス の り ソ グ ラ フ イ 特 性 を 明 ら か に し 、 半 導 体 分 野 で の 微 細 カII工 技 術 を 確 立 す る と 共 に、 そ の 実 用 化 に 対 し て 明 確 な 指 針 を ぢ え 、 ナ ノ プ ロ セ ス 工 学 に 貢 献 す る と こ ろ 大 な る も の が あ る 。 よ っ て 、 著 者 は 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。
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