JPH01130527A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ｐン業土の利用分野） 本発明は、半導体デバイスの製造におけるレジストパタ
ーンの形成方法、特に多層レジスト法によるレジストパ
ターンの形成方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、（Ａ＞［５ＰＴ
Ｆ　ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＪ　　（エスピーアイイー
　プＬｌシーディングズ＞、３９４　（１９８３−３）
（米）Ｐ、１−８、及び（１３）　　［５ｏｌｉｄ　５
ｔａｔｅｔｅｃｈｎｎｌｎｒ＋ｙ（日本版）Ｊ　　（’
）’）ツトステート７クノロジー）、（１９８６−４）
Ｐ、２９−３０に記載されるものがあった。以下、その
方法を図を°用いて説明する。

第２図（ａ）〜（ｅ）は前記文献（Ａ＞に記載された従
来のレジストパターンの形成方法を示す”ＡＣＴ程・図
であり、多層レジスト法のうちの代表的な一つであるｐ
　ＣＭ　（Ｐｏｒｔａｂｌｅ　ＣＯｎｆＯｒｍａｌＭａ
ｓｋ＞法を示すものである。

この方法は、例えば第１〜第５工程で構成されている。

（１）第２図（ａ）の第１工程 先ず、半導体基板１上に、紫外線（以下、Ｕｖ光という
）を吸収する吸収剤を含む遠紫外線（以下、ＤＵｖ光と
いう）感光性レジストを塗布し、これを乾燥させて下層
レジスト膜２を形成する。

その際、ＤＵ■ＵＶ光感光性レジストては、ポリメヂル
メタアクリレート（以下、ＰＭＭＡという）后が一般的
に用いられる。下層レジスト膜２の膜厚は例えば１〜２
μｍ程度とし、乾燥温度は１６０〜２００℃程度とする
。

（２）第２図（ｂ）の第２工程 前記下層レジスト膜２上に、ＤＵＶ光の吸収性を４１す
るり■光感光性レジストを塗布し、これを乾燥させて上
層レジスト膜３を形成する。ＵＶ光感光性レジストとし
ては、ノボラック系ポジレジスト等を用い、これを約１
μｍの厚さに塗布し、９０〜１２０℃程度で乾燥させる
。

このとき、下層レジスト膜２と上層°レジスト膜３の間
には、双方の成分が混じり合った中間混合層４が形成さ
れる。

（３）第２図（Ｃ）の第３工程 次に、上層レジスト膜３上に図中矢印Ａで示すようにＵ
■光を露光する。この露光によりレチクル上のパターン
を上層レジスト膜３に転写する。

その後、これを現像して上層レジスト膜３のパターニン
グを行ない、上層パターン５を形成する。

（４）第２図（ｄ＞の第４工程 前記パターニングにより露出した中間混合層４をＭ素プ
ラズマ処理または現像法等により除去する。これは、中
間混合層４がその後の下層レジスト膜２の露出に用いる
ＤＵＶ光を吸収してしまうので、除去するものである。

中間混合層４を除去俊、前記上層パターン５をマスクと
して下層レジスト膜２にＤＵＶ光を矢印Ｅ３の如く露光
する。このとき、上層パターン５はＤ　Ｕ　Ｖ光の吸収
性を有するので、下層レジスト膜２番こ対するＤＵ■光
の遮蔽効果を有する。

（５）第２図（ｅ）の第５工程 次いで、露光した下層レジスト膜２に現像を施りことＣ
より、高アスペクト比のレジストパターン６が形成され
る。

以上のレジストパターンの形成方法においては、次のよ
うな利点がある。

（ａ）　　半導体基板１上に形成されている段差部７の
影響によるレジストパターン６の寸法変動（バルク効果
）が防げる。

（ｂ）　　例えばアルミニウム層が形成された半導体基
板１からの反射光が強い場合において、半導体基板１へ
の露光光線の入射光と反射光の強い千゛　渉に起因する
レジストパターン６の寸法変動（干渉効果）が防げる。

（Ｃ）　　段差部７からの反射光によるレジストパター
ン６の劣化（散乱効果）が防げる。

前記（ａ＞のバルク効果の防止は、下層レジスト膜２を
０．６〜３μｍ程度に比較的厚く塗布することにより達
成される。これは、下層レジスト膜２を厚くすることに
より、上層レジスト膜３が段差部７の影響を受けなくな
るからである。前記（ｂ）、（Ｃ）の干渉効果及び散乱
効果は、下層レジスト膜２に含有されたＵｖ光を吸収す
る吸収剤により、上層レジスト膜３の露光時に半導体基
板１及びその段差部７からの反射が抑制されること（よ
って防止される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成のレジストパターンの形成方法
においては、下層レジスト膜２が吸収剤を含むために中
間混合層４の膜厚が厚く形成され、ぞの除去処理が非常
に難しくなる。その結果、上層パターン５の形状の劣化
を招き、下層レジスト膜２の良好なパターニングを困難
にするという問題があった。特に、第２図（ｅ）に示す
ような中問混合層４が横方向に突出して形成されるオー
バーハング部８や、上層パターン５と下層パターンの寸
法の違いによるアンダーカット状態等は、レジストパタ
ーン６の解像度を箸しく低下させてしまう。

表１に下層レジスト膜２に前記吸収剤を含有さ−Ｕた場
合の中間混合層４と含有させない場合の中間混合層４に
おける膜厚の測定結果を倒す。

表１ 表１より、下層レジスト膜２に吸収剤を含有させた場合
、中間混合層４の膜厚が著しく厚くなることが分る。そ
の原因は、上層レジスト膜３のＵＶ光による露光時に、
中間混合層４に含まれる前記吸収剤により一中間混合層
４内の上層レジスト成分が感光しにくくなるためと考え
られる。

表２に吸収剤を含有した下層レジスト膜２と含有しない
下層レジスト膜２のＵＶ光に対する吸収係数を示す。ま
た、表３に吸収剤を含有した中間混合層４と含有しない
中間混合層４について、ＵＶ光の露光前後における吸収
係数を示す。

表２ 表３ 表２より、吸収剤を含有した下層レジスト膜２のＵＶ光
に対する吸収効果が極めて大きいことが分る。

表３より、中間混合層４は吸収剤の有無にかかわらずＵ
Ｖ光に露光され漂白されることが分る。

しかし、吸収剤を含む中間混合層４は露光前後において
吸収係数が大きく、特に露光後の吸収係数は相対的に大
きな値を有していることから漂白が十分されないと考え
られる。

これらの測定データから、下層レジスト膜２に吸収剤を
含有させた場合には、中間混合層４でのＵＶ光の吸収が
大きくなり、中間混合層４は厚く残ってしまう。即ち、
下層レジスト膜２のＵＶ光の吸収効果を大きくすると中
間混合層４の膜厚は厚くなると考えられる。

このような厚い中間混合層４の感光のために必要な露光
量は、吸収剤を含有しない場合に比し約２〜３倍程度と
なり、上層パターン５の仕上り寸法が設定値より０．１
〜０．３μｍ程度細くなってしまうという問題を生じる
。

また、前記露光量を少なくし、厚い中間混合層４を除去
するためにプラズマ処理等を用いると上層パターン５の
劣化を招き、下層レジスト膜２の露光時に上層パターン
５によるＤＵＶ光の遮蔽が十分行なわれない。それ故、
下層レジスト膜２のパターニングが困難となり、解像度
の低下を招く。

さらに、中間混合層４の膜厚を薄くするＩこめに下層レ
ジスト膜２のＵＶ光吸収効果を小さくすると、先に述べ
た干渉効果及び散乱効果が顕著となり、高解像なパター
ニングが不可能となってしまう。

本発明は、前記従来技術がもっていた問題点として、中
間混合層が厚膜化するためにレジストパターンの解像度
が低下する点、及び中間混合層の薄膜化を図っても解像
度の高いパターニングが困難となる点について解決した
レジストパターンの形成方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題点を解決するために、第１の光を吸
収するための吸収剤を含み前記第１の光と異なる波長を
有する第２の光に感光するレジストから成る下層レジス
ト膜を半導体基板上に形成する工程と、前記下層レジス
ト膜上に前記第２の光に感光するレジストから成る中間
レジスト膜を形成する工程と、前記第２の光に対する吸
収性を有り、前記第１の光に感光するレジストから成る
上層レジスト膜を前記中間レジスト膜上に形成する工程
と、前記上層レジスト膜に前記第１の光を露光してパタ
ーニングした後前記中間レジスト膜上に形成されている
中間混合層を除去する工程と、前記中間レジスト膜及び
前記下層レジスト膜に前記第２の光を同時に露光してパ
ターニングしレジストパターンを形成する工程とを、順
次施すレジストパターンの形成方法としたものである。

（作　用） 本発明によれば、以上のようにレジストパターンの形成
方法を構成したので、第１の光を吸収するための吸収剤
を含む下層レジスト膜上に吸収剤を８まない中間レジス
ト層を形成する工程は、該中間レジスト層と上層レジス
ト層の間に形成される中間混合層の厚膜化を防ぐ働きを
する。これにより、露光時における中間混合層の除去が
容易となり、レジストパターンの解像度及び寸法精度が
著しく向上される。したがって、前記問題点を除去づる
ことができる。

（実施例） 第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例を示すレジスト
パターンの形成方法の製造工程図である。

この方法は、例えば第１〜第６エ程で構成されている。

以下、図に従って順次説明する。

（ｉ）第１図（ａ＞の第１工程 先ず、半導体基板１１上に、第１の光を吸収する吸収剤
を含み、第２の光に感光するレジストを塗布する。ここ
に、第１の光はＵｖ光（波長４３６ｎｍ＞とし、第２の
光は例えばＤＵｖ光（波長２００〜２５０ｎｍ＞とする
。したがって、半導体基板１１上には、ＤＵＶ光感光性
レジストを塗布し、これを乾燥させて下層レジスト膜１
２を形成する。

ＤＵＶ光感光性レジストとしてはＰＭＭＡ等を用い、Ｕ
ｖ光吸収用の吸収剤としては例えばクマリン６等を用い
る。膜厚はバルク効果の除去を考ＤＬ；Ｌ、て０．６〜
３μｍ程度とし、乾燥温度は９０〜２００℃程度とする
。

（ｉｉ）第１図（ｂ）の第２工程 前記下層レジスト膜１２上に、吸収剤を含有しないＰＭ
ＭＡ等のＤＵＶ光感光性中間レジストを塗布し、１６０
〜２００℃で乾燥させて中間レジスト膜１３を形成する
。膜厚は、形成される中間混合層の厚さを考慮して０．
１５〜２μｍ程度とする。

（ｉｉｉ）第１図（Ｃ）の第３工程 前記中間レジスト膜１３上に、ＤＵ■光の吸収性を有す
るＵｖ光感光性レジスト、例えばノボラック系ポジレジ
ストを塗布し、９０〜１４０℃程度で乾燥させて上層レ
ジスト膜１４を形成する。

膜厚は、ＤＵｖ光の吸収及び解像力等を考慮し、０．５
〜２μｍ程度とする。ノボラック系ポジレジストとして
は、ＮＰＲ８０９、ＮＰＲ８２０（コダック社製）、Ｍ
Ｐ１４７０（シラプレー社製）及び０ＮＰＲ−８００、
ＴＳＭＲ−８８００（東京応化社製）等がある。

なお、上層レジスト膜１４形成に際し、中間レジスト膜
１３との間には中間混合層１５が形成される。

（１ｖ）第１図（ｄ＞の第４工程 次（、上層レジスト膜１４にＵｖ光を露光させた後、現
像してパターニングを行ない、上層パターン１６を形成
する。露光には、高解像度を有する縮小投影露光装置等
を用いる。

（Ｖ）第１図（ｅ）の第５工程 前記パターニングにより露出した中間混合層１５を酸素
プラズマ処理または現像法等により除去する。次いで、
上層パターン１６をマスクとし−（中間レジスト膜１３
及び下層レジスト膜１２にＤＵＶ光を同時に露光する。

（ｖｉ）第１図（ｆ）の第６エ程 次に下層レジスト膜１２及び中間レジスト膜１３に現像
を施して所定のレジストパターン１７を１′、Ｉる。そ
の際、前記露光時にＵ■光の吸収剤を含有する下層レジ
スト膜１２と吸収剤を含有しない中間レジスト膜１３に
おいては、吸収剤がＤＵＶ光の波長領域でも多少の吸収
を示しているが、本プロセスでのパターニングに対して
は何ら影響を受けないレベルであり、段差を生じること
なく現像可能となる。

本実施例においては、次のような利点を有する。

（イ）　ＵＶ光吸収剤を含む下層レジスト膜１２上に吸
収剤を含まない中間レジスト膜１３を形成し、その中間
レジスト膜１３上に上層レジスト膜１４を形成するよう
にしたので、中間混合層１５における吸収剤のＵｖ光吸
収効果による厚膜化を防止することができる。それ故、
中間混合層１５の除去が容易となり、作業性及び作業効
率が向上すると共に、レジストパターン１７の解像度が
向上する。

（［Ｊ）　　上層レジスト膜１４露光時に中間混合層１
５は感光され易くなるため、中間混合層１５は少ないＵ
ｖ露光量で薄い状態となり、除去が容易となる。それ故
、レジストパターン１７の寸法を設定値に極力近づける
ことができる。　　・（ハ）　下層レジスト膜１２中の
ＵＶ光吸収剤の深度を増したり、種々のＵＶ光吸収剤を
含有させることによりＵ■光吸収効果の増強を図ること
ができ、従来に増して干渉効果や散乱効果を的確に除去
することができる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。

例えば、半導体基板１１はアルミニウム配線層が形咬さ
れたアルミニウム基板のみならず、シリ゛リイド基板等
種々の基板であってもよい。また、露光に使用する光の
種類や各レジスト材の材質等も本実施例のものに限定さ
れるものではなく、例えば下層レジスト膜１２及び中間
レジスト膜１３に用いられるＰＭＭＡに代えてポリメヂ
ルグリシジルイミド（ＰＭＧＩ）等を用いることもでき
る。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、第１の光を
吸収するための吸収剤を含む下層レジスト膜上に吸収剤
を含まない中間レジスト層を形成するようにしたので、
中間混合層の厚膜化が防止され、レジストパターンの解
像度及び寸法精度を著しく向上させることができる。ま
た、従来に増して干渉効果や散乱効果等を的確に防止す
ることができる。さらに、中間混合層の除去が容易とな
ることにより、作業性及び作業効率が向上するという効
果も期待できる。

Ｌ、たがって、従来のレジストパターンの形成方法にお
ける利点を何ら損なうことなく、微細かつ高解像なレジ
ストパターンが形成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例を示すレジスト
パターンの形成方法の製造工程図、及び第２図（ａ）〜
（ｅ）は従来のレジストパターンの形成方法を示す製造
工程図である。 １１・・・・・・半導体基板、１２・・・・・・下層レ
ジスト膜、１３・・・・・・中間レジスト膜、１４・・
・・・・上層レジスト膜、１５・・・・・・中間混合層
、１６・・・・・・上層パターン、１７・・・・・・レ
ジストパターン。 出願人代理人　　柿　　本　　恭　　成第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の光を吸収するための吸収剤を含み前記第１の
   光と異なる波長を有する第２の光に感光するレジストか
   ら成る下層レジスト膜を半導体基板上に形成する工程と
   、 前記下層レジスト膜上に前記第２の光に感光するレジス
   トから成る中間レジスト膜を形成する工程と、 前記第２の光に対する吸収性を有し前記第１の光に感光
   するレジストから成る上層レジスト膜を前記中間レジス
   ト膜上に形成する工程と、 前記上層レジスト膜に前記第１の光を露光してパターニ
   ングした後前記中間レジスト膜上に形成されている中間
   混合層を除去する工程と、 前記中間レジスト膜及び前記下層レジスト膜に前記第２
   の光を同時に露光してパターニングしレジストパターン
   を形成する工程とを順次施すことを特徴とするレジスト
   パターンの形成方法。 ２、前記第１の光は紫外線であり、前記第２の光は遠紫
   外線である特許請求の範囲第１項記載のレジストパター
   ンの形成方法。