JP2875123B2 - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レジストパターン形成
方法に関し、特に、半導体集積回路等の微細構造の形成
に適したレジストパターン形成方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来のレジストパターン形成方法
について図６を用いて説明する。

【０００３】まず、図６の（ａ）に示すように、被加工
基板である基板１の上にポジ型フォトレジストを塗布し
てレジスト層８を形成する。次に、図６の（ｂ）に示す
ように、所望のパターンが形成してあるフォトマスク９
を介してレジスト層８を露光し、パターンをレジスト層
８に転写する。最後に、図６の（ｃ）に示すように、レ
ジスト層８をアルカリ性現像液で現像すると、露光され
た部分だけが除去されてレジスト層８が所望のパターン
に加工される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなレジスト
パターン形成方法では、露光時にレジスト層８に入射し
た光が基板１により反射されたり、基板１により反射さ
れた光がまたレジスト層８の上面により反射されたりす
る膜内多重反射が発生する。この結果、入射光と反射光
が相互作用して定在波が発生し、レジスト層８内での露
光強度は図７に示すようになる。図８に示す数字は入射
光に対するレジスト層８内での露光強度の相対値をパー
セント表示したもので１００が最も露光強度が大きいこ
とを示している。図７より、全体的にはレジスト層８の
上部から下部へ行くほど露光強度が低下しまた局所的に
は露光強度が大きな部分と小さな部分が交互に発生し、
露光強度がばらついていることがわかる。

【０００５】上記のように露光強度がばらついたレジス
ト層８を現像すると、レジスト層８の深さ方向の位置に
より、現像液に対する溶解速度は図８に示すようにな
る。図８より、溶解速度は全体的には表面側から基板側
に移動するにつれて低下し、また、局所的には大きなう
ねりが発生していることがわかる。これは、露光強度の
ばらつきにより、レジスト層８の感光基の分解量がばら
つくためである。この結果、レジスト層８は下部に比べ
上部が現像されやすく、全体としてレジストパターン形
状が波型になり、レジスト層８に形成されるレジストパ
ターンの解像度が低下するという問題が発生していた。

【０００６】また、レジスト層８の膜厚を完全に均一に
することは困難であり、膜厚が変動した場合、図９に示
すように、上記の膜厚多重反射効果によりレジスト仕上
がり寸法にうねりが発生し、また、吸光性等のレジスト
そのものの特性（バルク効果）により、レジスト膜８の
膜厚の増加に伴ってレジスト仕上がり寸法が太くなる。
この結果、現像後のレジスト仕上がり寸法が大きく変動
するという問題も発生していた。

【０００７】本発明は上記の問題点を解決するためのも
ので、解像度を高くするとともにレジスト仕上がり寸法
の変動を抑制することができるレジストパターン形成方
法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るレジスト
パターン形成方法は、基板上に現像液に対する第１の溶
解速度を有する第１のレジスト層を形成する工程と、第
１のレジスト層の上に現像液に可溶性の組成物からなる
第１のバリア層を形成する工程と、第１のバリア層の上
に第１の溶解速度より遅い第２の溶解速度を有する第２
のレジスト層を形成する工程と、第２のレジスト層の上
に現像液に可溶性の組成物からなる第２のバリア層を形
成する工程と、第１および第２のレジスト層を露光する
ことにより第１および第２のレジスト層に所望のパター
ンを転写する工程と、第１および第２のレジスト層を現
像液で現像する工程とを含み、かつ、第１および第２の
バリア層は透過型の反射防止層を含んでいる。

【０００９】

【００１０】

【作用】請求項１に記載のレジストパターン形成方法に
おいては、レジスト層を基板側から第１および第２のレ
ジスト層に分ける。同一露光量での現像液に対する第１
のレジスト層の溶解速度は第２のレジスト層の溶解速度
より速いので、露光時に第１のレジスト層の露光強度が
第２のレジスト層の露光強度より小さく、レジスト層内
の感光基の分解量が少なくても、第１のレジスト層の溶
解速度を第２のレジスト層の溶解速度に近づけることが
でき、第１および第２のレジスト層を均一に現像するこ
とができる。

【００１１】また、第１および第２のレジスト層の上部
に透過型の反射防止層を含むようにバリア層を形成して
いるので、第１および第２のレジスト層内の膜内多重反
射を低減することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例であるレジストパタ
ーン形成方法を図１を用いて説明する。

【００１３】まず、図１の（ａ）に示すように、被加工
基板である基板１の上に第１のレジスト層２を通常塗布
する膜厚の３分の１の膜厚になるように形成する。次
に、第１のレジスト層２の上に第１のバリア層５ａを数
百Åの膜厚で形成する。次に、第１のバリア層５ａの上
に第２のレジスト層３を第１のレジスト層２と同じ膜厚
で形成し、その上に、第２のバリア層５ｂを数百Åの膜
厚で形成する。最後に、第２のバリア層５ｂの上に第３
のレジスト層４を第１のレジスト層２と同じ膜厚で形成
し、その上に、第３のバリア層５ｃを数百Åの膜厚で形
成する。

【００１４】第１、第２および第３のレジスト層はアル
カリ性現像液に可溶なクレゾールノボラック系樹脂と、
キノンジアジド部分を有するエステル化合物である感光
性物質と、溶剤とから構成されている。また、感光性物
質はヒドロキシベンゾフェノン系でナフトキノンジアジ
ド基によるエステル化率を基板１側のレジスト層ほど低
くなるように調整している。このように調整された各レ
ジスト層の感光基の分解量（露光量）に対するアルカリ
性現像液により現像したときの溶解速度の関係を図２に
示す。図中の破線で示すように第１のレジスト層２は感
光基の分解量が少なくても溶解速度が最も大きく、第３
のレジスト層４は感光基の分解量が多くても溶解速度が
最も小さくなっていることがわかる。したがって、各レ
ジスト層は基板１側ほど露光時の露光量が少なくても、
溶解速度が大きくなるように調整されている。また、各
バリア層が各レジスト層の間に形成されて各レジスト層
間でのミキシングを抑制しているので、各レジスト層は
それ自体の特性により機能することができる。各バリア
層は、ミキシング防止層としての機能を有し、各レジス
ト層の現像時に同時にアルカリ性現像液に溶解させるた
めアルカリ可溶性組成物からなり、さらに、本実施例で
は透過型の反射防止層として機能させて膜内多重反射効
果を低減させるためにアクリル系ポリマからなるヘキス
ト社製ＡＱＵＡＴＡＲを使用している。

【００１５】ここで、図３を用いて、透過型の反射防止
層について説明する。図３に示すように、基板１の上に
レジスト層７が形成され、その上にバリア層５が形成さ
れているものとすると、露光時に照射される露光光Ｌは
バリア層５およびレジスト層７を透過して基板１に反射
される。反射された露光光Ｌはレジスト層７の上面で反
射される第１の反射光Ｌ１とそのままバリア層５に入り
バリア層５の上面で反射され再びレジスト層７に入射す
る第２の反射光Ｌ２に分離される。膜内多重反射効果を
低減させるためには、第１の反射光Ｌ１と第２の反射光
Ｌ２が打ち消し合う条件を設定すればよい。この条件と
しては、第１の反射光Ｌ１と第２の反射光Ｌ２の振幅が
等しく、かつ、両者の位相が半周期ずれる必要がある。
前者の条件を満たすためにはバリア層５が露光光に対す
る低い吸収係数を持ち、バリア層５の屈折率がレジスト
層７の屈折率の平方根と等しくなる必要がある。また、
後者の条件を満たすためにはバリア層５の膜厚がバリア
層５の屈折率の４倍の値で露光光の波長を割算した商の
奇数倍に等しくなる必要がある。上記の条件を考慮し
て、バリア層５は屈折率として約１．３１、吸収係数が
ほぼ０、膜厚が７００Åの奇数倍の条件を満たすように
調整され、膜内多重反射効果を低減する透過型の反射防
止層として機能することができる。この反射防止層は各
レジスト層の上に備えることにより上記の機能を果たす
ため、バリア層５をミキシング防止のためだけに使用す
るのであれば、最上部のバリア層５ｃは不要となる。

【００１６】次に、図１の（ｂ）に示すように、所望の
パターンを有するフォトマスク６を用いて露光すると、
各レジスト層にパターンが転写される。このとき、各レ
ジスト層内の膜内多重反射はバリア層５により抑制され
るため、入射光と反射光による定在波の振幅が小さくな
り、各レジスト層内での局所的な露光強度のばらつきが
低減される。しかし、全体的に、基板１側の露光強度が
低下する状態は残るため、基板１に近いレジスト層ほど
感光基の分解量は少なくなっている。

【００１７】次に、図１の（ｃ）に示すように、アルカ
リ性現像液で各レジスト層を現像すると、各レジスト層
は図２に示すように感光基の分解量に対する溶解速度が
調整されているので、各レジスト層の溶解速度は図４に
示すようになる。図４より、各レジスト層の溶解速度は
全体的に均一になり、局所的な溶解速度のばらつきも低
減されていることがわかる。この結果、露光された部分
が除去されると、各レジスト層のパターン形状は矩形に
近くなり、高解像度を有するレジストパターンを形成す
ることができる。また、図５に示すように、各レジスト
層の膜厚が変動しても、バリア層５が反射防止層として
機能して膜内多重反射効果によるレジスト仕上がり寸法
のうねりを低減し、レジスト層を複数に分けることによ
って、バルク効果によりレジスト層の膜厚の増加に伴い
レジスト仕上がり寸法が太くなるのを抑制している。こ
の結果、レジスト仕上がり寸法の変動を低減することも
合わせて可能となる。

【００１８】上記実施例では、バリア層５にミキシング
防止層の機能を合わせて反射防止層の機能を持たせてい
るが、ミキシング防止層の機能だけを持たせても、各レ
ジスト層の溶解速度が上記のように調整されていれば、
ほぼ同様の効果を得ることができる。また、最上部にバ
リア層５を形成する必要がなく工程数を低減することも
できる。

【００１９】また、上記実施例では、３層構造のレジス
ト層について述べたが、各レジスト層の溶解速度が均一
になるように調整されていれば、その他の多層構造でも
同様の効果を得ることができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によるレジストパターン形成方法
においては、レジスト層を複数に分け、基板に近く露光
強度の小さい方に露光による感光基の分解量が多いレジ
スト層を用い、かつ、各レジスト層の上部に透過型の反
射防止層を含むようにバリア層を形成しているため、各
レジスト層の溶解速度が均一となり各レジスト層を均一
に現像することができるので、現像後のレジストパター
ンの形状を矩形に近づけることができる。その結果、高
解像度のレジストパターンを得ることができ、また、各
レジスト層の膜厚が変動してもレジスト仕上がり寸法の
変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のレジストパターン形成方法
の工程図である。

【図２】本発明の一実施例に用いた各レジスト層の感光
基の分解量に対する溶解速度の関係を示す図である。

【図３】透過型の反射防止層の機能を説明する図であ
る。

【図４】本発明の一実施例の現像工程における各レジス
ト層の深さ方向の位置に対する溶解速度の関係を示す図
である。

【図５】本発明の一実施例のレジストパターン形成方法
を用いたときのレジスト層の膜厚に対するレジスト仕上
がり寸法の関係を示す図である。

【図６】従来のレジストパターン形成方法の工程図であ
る。

【図７】レジスト膜内の露光強度分布図である。

【図８】従来のレジストパターン形成方法の現像工程に
おける各レジスト層の深さ方向の位置に対する溶解速度
の関係を示す図である。

【図９】従来のレジストパターン形成方法を用いたとき
のレジスト層の膜厚に対するレジスト仕上がり寸法の関
係を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第１のレジスト層 ３ 第２のレジスト層 ４ 第３のレジスト層 ５ バリア層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レジスト層を現像液で現像するレジスト
   パターン形成方法であって、 基板上に前記現像液に対する第１の溶解速度を有する第
   １のレジスト層を形成する工程と、 前記第１のレジスト層の上に前記現像液に可溶性の組成
   物からなる第１のバリア層を形成する工程と、 前記第１のバリア層の上に前記第１の溶解速度より遅い
   第２の溶解速度を有する第２のレジスト層を形成する工
   程と、 前記第２のレジスト層の上に前記現像液に可溶性の組成
   物からなる第２のバリア層を形成する工程と、 前記第１および第２のレジスト層を露光することにより
   前記第１および第２のレジスト層に所望のパターンを転
   写する工程と、 前記第１および第２のレジスト層を前記現像液で現像す
   る工程とを含み、 前記第１および第２のバリア層は透過型の反射防止層を
   含むレジストパターン形成方法。