JP2930604B2 - レジストパターンの形成方法 - Google Patents
レジストパターンの形成方法Info
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- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｖ−LSI等の半導体素子を製造するの好適
な、微細なレジストパターンを形成する方法に関するも
のである。
な、微細なレジストパターンを形成する方法に関するも
のである。
（従来の技術） 従来の一層レジストプロセスは、下地基板上にフォト
レジスト膜を厚く塗布形成し、このフォトレジスト膜を
電子線により描写露光するか又は光縮小投影露光技術に
より露光し、この後にそのフォトレジスト膜を現象して
下地基板上に微細なレジストパターンを高アスペクト比
で、かつ寸法精度良く形成していた。しかし、この一層
レジストプロセスでは、厚いフォトレジスト膜中での電
子の前方散乱及び下地基板表面からの後方散乱によって
レジストパターンの解像度が制限され、又光縮小投影露
光法の場合にはフォトレジスト膜中に多重反射された短
波長光による定在波が生じ、パターンの寸法変動を生じ
ていた。
レジスト膜を厚く塗布形成し、このフォトレジスト膜を
電子線により描写露光するか又は光縮小投影露光技術に
より露光し、この後にそのフォトレジスト膜を現象して
下地基板上に微細なレジストパターンを高アスペクト比
で、かつ寸法精度良く形成していた。しかし、この一層
レジストプロセスでは、厚いフォトレジスト膜中での電
子の前方散乱及び下地基板表面からの後方散乱によって
レジストパターンの解像度が制限され、又光縮小投影露
光法の場合にはフォトレジスト膜中に多重反射された短
波長光による定在波が生じ、パターンの寸法変動を生じ
ていた。
そこで、レジストパターンのサブミクロン化に対応し
てフォトリソグラフィのもつ上記課題を克服し、超微細
加工プロセスの要求を満たしうる技術として、例えば文
献：サブミクロンリソグラフィ総合技術資料集，監集
（難波進），第５章第４節「多層レジスト」302〜305頁
（森克巳／松井真二著）に多彩レジストプロセスが開示
されている。
てフォトリソグラフィのもつ上記課題を克服し、超微細
加工プロセスの要求を満たしうる技術として、例えば文
献：サブミクロンリソグラフィ総合技術資料集，監集
（難波進），第５章第４節「多層レジスト」302〜305頁
（森克巳／松井真二著）に多彩レジストプロセスが開示
されている。
第３図は多層レジストプロセスの一例である３層レジ
ストプロセスの反応性イオンエッチング（RIE）プロセ
スを示したものである。
ストプロセスの反応性イオンエッチング（RIE）プロセ
スを示したものである。
第３図（ａ）に示すように、101は下地基板、102は耐
ドライエッチング性がありかつ酸素を利用した反応性イ
オンエッチング（以下、O2RIEと略称する。）に弱い下
層有機膜、103は酸化シリコンや窒化シリコン等の中間
層膜、104は電子ビーム又はDeep−UV光等の短波長光の
露光，現象により形成された上層レジストパターンであ
る。101〜104はこの順に順次に積層して形成されたもの
である。
ドライエッチング性がありかつ酸素を利用した反応性イ
オンエッチング（以下、O2RIEと略称する。）に弱い下
層有機膜、103は酸化シリコンや窒化シリコン等の中間
層膜、104は電子ビーム又はDeep−UV光等の短波長光の
露光，現象により形成された上層レジストパターンであ
る。101〜104はこの順に順次に積層して形成されたもの
である。
次に第３図（ｂ）に示すように、CF4等のRIEにより上
層レジストパターン104をマスクとして中間層膜103をエ
ッチングし、中間層膜パターン103′を形成する。
層レジストパターン104をマスクとして中間層膜103をエ
ッチングし、中間層膜パターン103′を形成する。
次に第３図（ｃ）に示すように、中間層膜パターン10
3′をマスクにして、O2RIEにより下層有機膜102へパタ
ーンを転写して下層有機膜レジストパターン102′を形
成する。
3′をマスクにして、O2RIEにより下層有機膜102へパタ
ーンを転写して下層有機膜レジストパターン102′を形
成する。
この３層レジストプロセスでは、電子ビーム露光を適
用した場合には、前方散乱の影響は薄い上層レジスト膜
中では緩和され、後方散乱効果は厚い下層有機膜中で吸
収されるために電子の散乱による解像ぼけが生じない。
又、光縮小投影露光技術を利用した場合には、３層レジ
ストプロセスは下層有機膜102が下地基板101表面からの
反射光を吸収するために上層レジスト膜に定在波が生じ
なくなり、寸法変動がなくなる。
用した場合には、前方散乱の影響は薄い上層レジスト膜
中では緩和され、後方散乱効果は厚い下層有機膜中で吸
収されるために電子の散乱による解像ぼけが生じない。
又、光縮小投影露光技術を利用した場合には、３層レジ
ストプロセスは下層有機膜102が下地基板101表面からの
反射光を吸収するために上層レジスト膜に定在波が生じ
なくなり、寸法変動がなくなる。
従って、多層レジストプロセスでは、高アスペクト
比、高解像度、高精度のレジストパターンの形成が可能
となる。
比、高解像度、高精度のレジストパターンの形成が可能
となる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、以上述べた多層レジストプロセスの下
層有機膜のO2RIEにおいて、下層有機膜レジストパター
ンを形成する場合、ジャストエッチングタイムでは、下
層有機膜レジストパターンの側壁を垂直に形成できる。
しかし、実際には下地基板の凹凸表面の凹部に微小の下
層有機膜が付着しているために通常20〜50％のオーバー
エッチングを行なう。ところが、この場合、第３図
（ｃ）に示すように酸素ラジカル成分により下層有機膜
レジストパターン102′がサイドエッチングされ、オー
バーハング形状にされる。このオーバーハング形状によ
り下層有機膜レジストパターンの解像度及び寸法精度が
悪化する課題があった。
層有機膜のO2RIEにおいて、下層有機膜レジストパター
ンを形成する場合、ジャストエッチングタイムでは、下
層有機膜レジストパターンの側壁を垂直に形成できる。
しかし、実際には下地基板の凹凸表面の凹部に微小の下
層有機膜が付着しているために通常20〜50％のオーバー
エッチングを行なう。ところが、この場合、第３図
（ｃ）に示すように酸素ラジカル成分により下層有機膜
レジストパターン102′がサイドエッチングされ、オー
バーハング形状にされる。このオーバーハング形状によ
り下層有機膜レジストパターンの解像度及び寸法精度が
悪化する課題があった。
この課題を解決するために例えば文献：「真空」25巻
第９号（1982年）９〜16頁“ポリイミド膜の反応性イオ
ンエッチング”に示唆された方法がある。第４図に示す
この方法は、カーボンテーブル105上に第３図の構成の
ウェハ106を載置してO2RIEを行なうと、酸素ラジカルは
カーボンテーブル105と反応してCO,CO2等の揮発性ガス
となる。このために酸素ラジカルの濃度が減少して下層
レジストパターンのサイドエッチング量が減少する。し
かし、この方法では、エッチング面積が大きくなるにつ
れてエッチングレートが低くなるローディング効果によ
りO2RIEによる下層有機膜等のエッチングレートが低く
なるなどの課題があった。
第９号（1982年）９〜16頁“ポリイミド膜の反応性イオ
ンエッチング”に示唆された方法がある。第４図に示す
この方法は、カーボンテーブル105上に第３図の構成の
ウェハ106を載置してO2RIEを行なうと、酸素ラジカルは
カーボンテーブル105と反応してCO,CO2等の揮発性ガス
となる。このために酸素ラジカルの濃度が減少して下層
レジストパターンのサイドエッチング量が減少する。し
かし、この方法では、エッチング面積が大きくなるにつ
れてエッチングレートが低くなるローディング効果によ
りO2RIEによる下層有機膜等のエッチングレートが低く
なるなどの課題があった。
本発明は、以上述べた酸素ラジカルにより下層膜レジ
ストパターンがオーバーハング形状になることとカーボ
ンテーブルにより酸素ラジカル濃度を低減させるとエッ
チングレートが低下する課題を除去するためになされた
もので、エッチングレーダを低下させる事なく、かつ下
層膜レジストパターンのサイドエッチングを極力抑えて
その側壁を垂直に形成する事ができるレジストパターン
の形成方法を提供する事を目的とする。
ストパターンがオーバーハング形状になることとカーボ
ンテーブルにより酸素ラジカル濃度を低減させるとエッ
チングレートが低下する課題を除去するためになされた
もので、エッチングレーダを低下させる事なく、かつ下
層膜レジストパターンのサイドエッチングを極力抑えて
その側壁を垂直に形成する事ができるレジストパターン
の形成方法を提供する事を目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明のレジストパターンの形成方法は、下地基板上
に下層膜を形成する第１の工程と、下層膜上にパターン
を形成する第２の工程と、このパターンをマスクとして
O2RIEにより下層膜をパターン化する第３の工程を備え
た方法において、第１の工程では、半導体素子形成に利
用しない下層膜部分を他の下層膜部分より厚く形成し、
第２の工程では、薄い方の下層膜部分上のみにパターン
を形成するようにしたものである。
に下層膜を形成する第１の工程と、下層膜上にパターン
を形成する第２の工程と、このパターンをマスクとして
O2RIEにより下層膜をパターン化する第３の工程を備え
た方法において、第１の工程では、半導体素子形成に利
用しない下層膜部分を他の下層膜部分より厚く形成し、
第２の工程では、薄い方の下層膜部分上のみにパターン
を形成するようにしたものである。
（作 用） 本発明におけるレジストパターンの形成方法は、O2RI
E時のオーバーエッチング時には、厚い方の下層膜部分
が残っているので、酸素ラジカルをこの部分と反応させ
てその濃度を減少させる事により下層膜のパターンのサ
イドエッチング量を減少させしかもエッチング面積が下
地基板表面上だけなのでエッチングレートを下げない。
E時のオーバーエッチング時には、厚い方の下層膜部分
が残っているので、酸素ラジカルをこの部分と反応させ
てその濃度を減少させる事により下層膜のパターンのサ
イドエッチング量を減少させしかもエッチング面積が下
地基板表面上だけなのでエッチングレートを下げない。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図（ａ）〜同図（ｇ）は本発明の一実施例による
レジストパターンの形成方法を示す工程図である。
レジストパターンの形成方法を示す工程図である。
まず第１図（ａ）に示すように、例えば半導体基板等
の下地基板１の全面上にポジ型のフォトレジスト膜２′
を約1.5〜2.0μｍ厚に塗布形成する。このフォトレジス
ト膜２′は、酸素ラジカルに弱くかつ例えば240〜260nm
付近の波長のDeep−UV光を放射する露光光源からの短波
長光３（第１図（ｂ）参照）に対して透過率が小さくか
つ耐ドライエッチング性の強い例えばノボラック系のレ
ジストから成る。
の下地基板１の全面上にポジ型のフォトレジスト膜２′
を約1.5〜2.0μｍ厚に塗布形成する。このフォトレジス
ト膜２′は、酸素ラジカルに弱くかつ例えば240〜260nm
付近の波長のDeep−UV光を放射する露光光源からの短波
長光３（第１図（ｂ）参照）に対して透過率が小さくか
つ耐ドライエッチング性の強い例えばノボラック系のレ
ジストから成る。
次に第１図（ｂ）に示すように、半導体素子の作成に
利用するフォトレジスト膜２′の中央部のみに前記短波
長光３により一括露光を行なう。この際、半導体素子の
作成に利用されないフォトレジスト膜２′の周辺部の未
露光状態にする。露光後、フォトレジスト膜２′の現象
を行なって断面が凹型の下層膜２を形成する。この下層
膜２の中央部は、露光・現象処理により約1.2〜1.8μｍ
厚程度にされ、未露光部のその周辺部2bより膜厚が薄く
なる。そして、例えば200〜250℃の温度で約１〜５分間
のハードベークを下層膜２に行なう。
利用するフォトレジスト膜２′の中央部のみに前記短波
長光３により一括露光を行なう。この際、半導体素子の
作成に利用されないフォトレジスト膜２′の周辺部の未
露光状態にする。露光後、フォトレジスト膜２′の現象
を行なって断面が凹型の下層膜２を形成する。この下層
膜２の中央部は、露光・現象処理により約1.2〜1.8μｍ
厚程度にされ、未露光部のその周辺部2bより膜厚が薄く
なる。そして、例えば200〜250℃の温度で約１〜５分間
のハードベークを下層膜２に行なう。
次に第１図（ｃ）に示すように、下層膜２の外周部2b
をガラス等でカバーし、スパッタリング蒸着法により例
えばアモルファスシリコン等のO2RIEに強い材料を下層
膜２の中央部2a上に被着させて約0.2μｍ厚の薄い中間
層膜４′を形成する。
をガラス等でカバーし、スパッタリング蒸着法により例
えばアモルファスシリコン等のO2RIEに強い材料を下層
膜２の中央部2a上に被着させて約0.2μｍ厚の薄い中間
層膜４′を形成する。
次に第１図（ｄ）に示すように、電子線又は例えばエ
キシマレーザからのレーザ光のような短波長光に対して
感光性を有する例えばノボラック系のフォトレジストを
塗布して、約0.5μｍ厚の上層膜５′を全面に形成す
る。
キシマレーザからのレーザ光のような短波長光に対して
感光性を有する例えばノボラック系のフォトレジストを
塗布して、約0.5μｍ厚の上層膜５′を全面に形成す
る。
次に第１図（ｅ）に示すように、電子線又はエキシマ
レーザビーム等により上層膜５′をパターン露光・現象
して中間層膜４′上に上層膜レジストパターン５を形成
する。
レーザビーム等により上層膜５′をパターン露光・現象
して中間層膜４′上に上層膜レジストパターン５を形成
する。
次に第１図（ｆ）に示すように、上層膜レジストパタ
ーン５をマスクにしてCF4等のRIEにより中間層膜４′に
転写して中間層膜レジストパターン４を形成する。この
時に下層膜２はエッチングストッパとして作用する。
ーン５をマスクにしてCF4等のRIEにより中間層膜４′に
転写して中間層膜レジストパターン４を形成する。この
時に下層膜２はエッチングストッパとして作用する。
次に第１図（ｇ）に示すように、中間層膜レジストパ
ターン４をマスクとしてO2RIE（あるいはマグネトロンO
2RIE）により下層膜２に転写して、高アスペクト比かつ
サイドウォールが垂直であるレジスタパターン2Rを形成
する。このO2RIE時には、オーバーエッチングに際し、
下層膜２の中央部2aより厚い下層膜２の周辺部2bが残っ
ているので、この残った周辺部2bのレジストもエッチン
グされる。このため、下層膜２の周辺部2bのレジスト中
の炭素や水素がプラズマ中の酸素ラジカルと反応して揮
発性のガスを生成して酸素ラジカル濃度を低減させる。
この酸素ラジカル濃度をオーバーエッチング時に低減さ
せれば、酸素ラジカルに帰因するレジストパターン2Rの
アンダーカットの量が小さくできる。従って、レジスト
パターン2Rを精度良く、設計通りの高解像度に作成する
事ができる。なお、酸素ラジカルがO2RIE時にレジスト
パターン2Rのサイドウォールと反応しないようにも設け
た下層膜２の外周部2bの膜厚はオーバーエッチングタイ
ムで丁度０になる程度に調整するのが望ましい。
ターン４をマスクとしてO2RIE（あるいはマグネトロンO
2RIE）により下層膜２に転写して、高アスペクト比かつ
サイドウォールが垂直であるレジスタパターン2Rを形成
する。このO2RIE時には、オーバーエッチングに際し、
下層膜２の中央部2aより厚い下層膜２の周辺部2bが残っ
ているので、この残った周辺部2bのレジストもエッチン
グされる。このため、下層膜２の周辺部2bのレジスト中
の炭素や水素がプラズマ中の酸素ラジカルと反応して揮
発性のガスを生成して酸素ラジカル濃度を低減させる。
この酸素ラジカル濃度をオーバーエッチング時に低減さ
せれば、酸素ラジカルに帰因するレジストパターン2Rの
アンダーカットの量が小さくできる。従って、レジスト
パターン2Rを精度良く、設計通りの高解像度に作成する
事ができる。なお、酸素ラジカルがO2RIE時にレジスト
パターン2Rのサイドウォールと反応しないようにも設け
た下層膜２の外周部2bの膜厚はオーバーエッチングタイ
ムで丁度０になる程度に調整するのが望ましい。
上記実施例において、フォトレジスト膜２′用のフォ
トレジストとしてポジ型のものを用いたが、ネガ型のフ
ォトレジストを代わりに用いても良い。この場合には、
フォトレジスト膜の外周部のみを露光して現像液の濃度
や時間を調整すれば断面が凹型の下層膜を得ることがで
きる。
トレジストとしてポジ型のものを用いたが、ネガ型のフ
ォトレジストを代わりに用いても良い。この場合には、
フォトレジスト膜の外周部のみを露光して現像液の濃度
や時間を調整すれば断面が凹型の下層膜を得ることがで
きる。
第２図（ａ）〜同図（ｃ）は第２実施例によるレジス
トパターンの形成方法を示す一部の工程図である。
トパターンの形成方法を示す一部の工程図である。
まず第２図（ａ）に示すように、下地基板11上の外周
部に耐ドライエッチング性がありかつO2プラズマに弱い
レジスト12′を滴下して図示矢印の方向に回転塗布す
る。レジスト12′は、回転遠心力により、下地基板11の
外方へと拡がってその外周部をリング状に覆う。
部に耐ドライエッチング性がありかつO2プラズマに弱い
レジスト12′を滴下して図示矢印の方向に回転塗布す
る。レジスト12′は、回転遠心力により、下地基板11の
外方へと拡がってその外周部をリング状に覆う。
次に第２図（ｂ）に示すように、レジスト12′を回転
塗布した後にハードベーク処理して下地基板11の外周部
上に第１のレジスト膜12を形成する。
塗布した後にハードベーク処理して下地基板11の外周部
上に第１のレジスト膜12を形成する。
次に第２図（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜12
を含む全面上にレジスト12′と同じレジストを均一に塗
布して第２のレジスト膜13を形成する。上記第１及び第
２のレジスト膜12,13により断面が凹型の下層膜14が形
成できる。この後の工程は第１図（ｃ）〜同図（ｇ）と
同じ工程となる。
を含む全面上にレジスト12′と同じレジストを均一に塗
布して第２のレジスト膜13を形成する。上記第１及び第
２のレジスト膜12,13により断面が凹型の下層膜14が形
成できる。この後の工程は第１図（ｃ）〜同図（ｇ）と
同じ工程となる。
その他の実施例として、本発明は２層構造レジストパ
ターンの形成方法にも適用できる。即ち、第１図（ｃ）
に示す中間層膜４′を形成する代わりに下層膜上を覆う
上層膜に中間層膜の役割をも兼ね備えたフォトレジスッ
ト（例えば、シリコン含有フォトレジスト）を用いてレ
ジストパターンを形成する事ができる。
ターンの形成方法にも適用できる。即ち、第１図（ｃ）
に示す中間層膜４′を形成する代わりに下層膜上を覆う
上層膜に中間層膜の役割をも兼ね備えたフォトレジスッ
ト（例えば、シリコン含有フォトレジスト）を用いてレ
ジストパターンを形成する事ができる。
（発明の効果） 以上のように本発明の製造方法によれば下地基板上に
半導体素子の形成に利用される領域よりも膜厚が厚くな
るように下層膜を形成し、膜厚が薄い下層膜部分上のみ
マスク用パターンを形成し、更にO2RIEを行なって下層
膜をパターン化するようにしたので、ローディング効果
によるエッチングレートを下げることもなくサイドエッ
チング量を極力少なくしてサイドウォールが垂直なレジ
ストパターンを形成でき、レジストパターンの解像度及
び寸法精度の向上が期待出来るのである。
半導体素子の形成に利用される領域よりも膜厚が厚くな
るように下層膜を形成し、膜厚が薄い下層膜部分上のみ
マスク用パターンを形成し、更にO2RIEを行なって下層
膜をパターン化するようにしたので、ローディング効果
によるエッチングレートを下げることもなくサイドエッ
チング量を極力少なくしてサイドウォールが垂直なレジ
ストパターンを形成でき、レジストパターンの解像度及
び寸法精度の向上が期待出来るのである。
第１図は本発明の一実施例によるレジストパターンの形
成方法を断面で示す工程図、第２図は本発明の他の一実
施例によるレジストパターンの形成方法の要部を示す工
程図、第３図は従来のレジストパターンの形成方法を断
面で示す工程図、第４図は従来の他の方法を説明するた
めの説明図である。 １……下地基板、２′……フォトレジスト膜、２……下
層膜、2a……中央部、2b……周辺部、３……短波長光、
４′……中間層膜、４……中間層膜レジストパターン、
５′……上層膜、５……上層膜レジストパターン、2R…
…下層膜レジストパターン、11……下地基板、12′……
レジスト、12……第１のレジスト膜、13……第２のレジ
スト膜、14……下層膜。
成方法を断面で示す工程図、第２図は本発明の他の一実
施例によるレジストパターンの形成方法の要部を示す工
程図、第３図は従来のレジストパターンの形成方法を断
面で示す工程図、第４図は従来の他の方法を説明するた
めの説明図である。 １……下地基板、２′……フォトレジスト膜、２……下
層膜、2a……中央部、2b……周辺部、３……短波長光、
４′……中間層膜、４……中間層膜レジストパターン、
５′……上層膜、５……上層膜レジストパターン、2R…
…下層膜レジストパターン、11……下地基板、12′……
レジスト、12……第１のレジスト膜、13……第２のレジ
スト膜、14……下層膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/027
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に酸素を用いる反応性イオン
エッチングに弱い下層レジスト膜を形成する工程と、 前記下層レジスト膜の一部領域の上部を除去し凹部領域
を形成する工程と、 前記凹部領域内に酸素を用いる反応性イオンエッチング
に強い中間膜を形成する工程と、 全面に上層レジスト膜を形成する工程と、 前記上層レジスト膜をパターニングし前記凹部領域内の
みに前記上層レジストのパターンを形成する工程と、 前記上層レジストをマスクとして前記中間膜をエッチン
グする工程と、 酸素を用いる反応性イオンエッチングによって全面エッ
チングをおこなうと同時に前記中間膜をマスクとして前
記下層レジストのパターニングをおこなう工程とを、 少なくとも含むことを特徴とする多層構造レジストのパ
ターン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17717189A JP2930604B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | レジストパターンの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17717189A JP2930604B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | レジストパターンの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0342817A JPH0342817A (ja) | 1991-02-25 |
| JP2930604B2 true JP2930604B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=16026428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17717189A Expired - Fee Related JP2930604B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | レジストパターンの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2930604B2 (ja) |
-
1989
- 1989-07-11 JP JP17717189A patent/JP2930604B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0342817A (ja) | 1991-02-25 |
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