JPH03283418A

JPH03283418A - レジストパターン形成方法

Info

Publication number: JPH03283418A
Application number: JP2081348A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ito; 信一伊藤; Eiji Nishimura; 英二西村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-13

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置の製造において、各種のリソグラ
フィー工程に用いられるレジストパターン形成方法に関
する。

（従来の技術）近年、半導体素子の高速化、高集積化が進められており
、それに伴いパターンの微細化の必要性は益々高くなり
、パターン寸法も高精度化が要求されるようになってい
る。現在のプロセスでは、レジストパターンをマスクに
ＲＩＥ（反応性イオンエツチング）等により下地薄膜が
エツチングされる。このため、リソグラフィー技術にお
いては、段差のある素子表面に微細なレジストパターン
を高アスペクト比で且つ寸法精度良く形成することが要
求される。

しかし、露光に遠紫外光等の短波長の光が用いられるよ
うになるに伴って、単層プロセスではこれらの要求に応
じることが難しくなってきた。とりわけ、ＫｒＦエキシ
マレーザの２４８層ｍの発振線を露光光に用いたプロセ
スでは専用のレジストは研究段階にあり、ｇ線、ｉ線又
は電子線用のレジストに頼っているのが現状である。

ところが、ｇ線、ｉ線用のレジストは、２４８層ｍにお
ける吸収が大きいためレジストの表面しか露光すること
ができず、レジスト層の上部と下部の感光生成物量が大
きく異なる。その結果、現像レートに差が生じ、高アス
ペクト比のパターンを形成することは難しい。この問題
は、２４８層ｍよりも短波長の光を露光光源に用いると
より大きな問題となる。また、Ｘ線等の放射線、さらに
電子線、イオンビーム等の荷電粒子線に用いられるレジ
ストは耐ＲＩＥ性に劣る。そこで、このような問題を解
決するため、多層レジストプロセスの意味が益々重要な
ものになってきた。

多層レジストによるプロセスは、レジストを多層にする
ことで、レジストに課せられた役割を分担させようとす
るものである。即ち、基板上に厚さ２〜３μｍの下層レ
ジストを設け、基板表面の段差を平坦化すると共に、基
板からの反射光を吸収させる。この上に高解像力レジス
ト（上層レジスト）でパターニングすれば下地から分離
された理想的な条件で露光現像を行うことができ、高解
像で寸法精度のよいパターンが形成されることになる。

多層レジストプロセスの代表的なものとして、上下レジ
ストの間に中間層を設けた三層レジストプロセスがある
。この方法では、中間層にＳ　ＯＧ　（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ
　Ｇｌａｓｓ　）がよく用いられる。

５００層は、上下レジスト層の相互作用防止の役割を担
う。このプロセスでは上層に露光によりパターンを形成
し、このレジストパターンを弗素原子を含むガスを用い
たＲＩＥを行うことで中間層に転写し、さらに酸素ガス
による異方性イオンエツチングを行ってパターンを形成
する。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、三層レジストプロセスは、その他の技
術に比べてかなり安定したプロセスであるが、上下層の
レジスト形成及びレジスト露光工程以外に、中間層の形
成、上層レジストをマスクとした中間層のパターニング
。

中間層をマスクとした下層レジストのパターニング等が
必要となり、工程数が多くなる。また、上層レジストを
マスクとした中間層への転写、中間層をマスクとした下
層レジストへの転写が必要となり、この二度の転写によ
り誤差を生じ易い問題があった。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、三層レジストプロセスは、その他の技
術に比べてかなり安定したプロセスであるが、工程数が
多く、また二度の転写による誤差を生じ易いという問題
がある。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、最上層の感光性樹脂層に露光光に対し
感度の悪いレジストを用いた多層レジストプロセスで、
エツチング等のドライ現像による転写工程を要すること
なくレジストパターンを形成することができ、工程の簡
略化及びパターン精度の向上をはかり得るレジストパタ
ーン形成方法を提供することにある。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、エツチング等を用いた転写工程を不要
とするために、上層レジストを露光したのち現像する際
に、上層レジストと共に下層のレジストをも現像処理す
ることにある。

即ち本発明は、放射線を用いて試料面上のレジストに所
望パターンを形成するレジストパターン形成方法におい
て、試料面上に該表面の段差を平坦化できる膜厚でポジ
型の第１のレジストを塗布したのち、この第１のレジス
トの少くともパターン形成予定領域及びその周辺領域（
例えば全面）に波長λ、の放射線を照射し、次いで第１
のレジスト上に該レジストとは異なる第２のレジストを
塗布し、次いでこの第２のレジストに対し波長λ０（≦
λ１）の放射線を選択的に照射して所望パターンを露光
し、しかるのち第１及び第２のレジストを同時に現像処
理するようにした方法である。

また本発明は、放射線を用いて試料面上のレジストに所
望パターンを形成するレジストパターン形成方法におい
て、試料面上に該表面の段差を平坦化できる膜厚でネガ
型の第１のレジスト又はポリマーを塗布したのち、この
第１のレジスト又はポリマー上に第２のレジストを塗布
し、次いで第２のレジストに対し放射線を選択的に照射
して所望パターンを露光し、しかるのち第２のレジスト
を現像処理するようにした方法である。

（作用）本発明では、上層と下層からなる二層レジストプロセス
を導入し、下層として、上層に比べて現像速度の速い層
を設け、上層と下層を連続して現像することで、上層の
パターンを下層に転写すると同時に下層において現像速
度を増大させ、テーバ構造を抑えることができる。なお
、上記の転写はエツチングによるものではなく上層レジ
ストの現像と同時になされるものであり、本発明者らの
実験によれば、この転写により下層レジストが略垂直に
切れることが判明している。

ここで、下層に用いる材料はレジスト又はアルカリ可溶
性の樹脂である。下層にポジ型レジストを用いた場合に
は、そのレジストか良好な光分解特性を持つ波長で予め
露光し、レジスト本来の選択性を無くしてアルカリ可溶
性とする。

なお、ネガ型レジストを用いた場合には露光をする必要
はなく、露光をすることで架橋するためむしろしてはい
けない。また、第２層に用いるレジストを露光する際に
用いる露光光に感光するネガレジストは用いることはで
きない。また、下層の材料としてレジストの代わりに、
感光剤を含まない樹脂のみの層を用いることも可能であ
る。

通常、レジストを二層に重ねて塗布した場合にはミキシ
ングが生じるため下層のレジストを塗布した後ペイキン
グを行わなくてはならない。

一方、本発明では下層レジストを予め露光することで、
下層膜の性質を疎水性から親水性に変化させ、その上に
疎水性である上層レジストを塗布するため、ミキシング
を最小限に抑える効果もある。

つまり、下層の第１のレジストを予め露光し、その上に
第２のレジストを設け、この上層の第２のレジストにマ
スクを介してパターンを露光した後、現像を上層と下層
について同時に行い、上層のレジスタパターンを直接下
層のレジストに転写することにより、実質的に転写工程
を省略し、高精度で高アスペクト比のパターンを形成す
ることが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

〈実施例１〉第１図及び第２図は本発明の第１の実施例に係わるレジ
ストパターン形成工程を説明するためのもので、第１図
は処理の流れ作業図、第２図は工程断面図である。

まず、第１の工程として第２図（ａ）に示す如く、Ｓｉ
ウェハ１０上に第１のレジスト１１を１．５μｍ厚さに
塗布する。この下層レジスト１１としては、ポジ型レジ
スト（例えば、日本合成ゴム社製ＰＦＲ７７５０）を用
いる。レジスト１１の厚さは、素子が形成されたウエノ
Ｘ１０の表面凹凸が平坦化されるに十分な厚さとする。

次いで、第２の工程として第２図（ｂ）に示す如く、水
銀の放射光の１つであるｇ線２１（波長λ１−１−４３
８ｎを照射量Ｄ　ｒ　　（−１４０ｍＪ／　ｃｍ２）で
レジスト１１の全面に照射する。

次いで、第３の工程として第２図（Ｃ）に示す如く、第
１のレジスト１１上に第２のレジスト１２を０６５μｍ
の厚さに塗布する。このレジスト１２としては、ＫｒＦ
エキシマレーザの　２４８ｎ■に感光特性を示すポジ型
レジスト（マクダミド社製ＰＲ１０２４）を用い、その
厚さはレジスト１１よりも薄くする。

次いで、第４の工程として第２図（ｄ）に示す如く、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ（波長λｏ−２４８ｎｍ）の発振線
２２をパターン形成に必要な放射線照射量り０（−２４
０ｍＪ／　ｃｍ２）でパターン領域に選択的に照射し、
所望パターンを露光した。

次いで、第５の工程として１．１０℃で６０秒間の加熱
処理を施した。さらに、第６の工程として第２図（ｅ）
に示す如く、第１及び第２のレジス）１１．１２を同時
に現像して所望のレジストパターンを形成した。なお、
現像液としては（例えば、東京応化社製ＮＭＤ−Ｗ）を
用い、現像時間は６０秒（パドル）とした。

かくして形成されたレジストパターンを第３図に拡大し
て示す。レジストの上層部（第２のレジスト１２）には
定在波の影響が現われ、さらに波長λ、−２４８ｎｍに
おける吸収が大きいためレジストパターンに傾斜がある
。しかし、下層レジスト部（第１のレジスト１１）では
、はぼ垂直なレジストパターンが得られた。なお、下層
レジスト部に照射する光の波長は感光基の吸収帯を含む
波長であればよく、水銀ランプのｉ線（３６５ｎｍ　）
を用いることも可能である。但し、露光波長（２４８ｎ
ｍ）はレジストにおける吸収が大きく、下層レジスト部
の表面のみしか露光できないので望ましくない。

このように本実施例方法によれば、上層レジスト１２で
形成されるべきレジストパターンに上層レジスト１２を
現像する際に、下層レジスト１１をも現像しているので
、実質的に転写の工程をなくすことができる。ここで、
レジストを二層に重ねて塗布した場合にはミキシングが
生じるが、本実施例では下層を予め全面露光することで
、下層膜の性質を疎水性から親水性に変化させ、その上
に疎水性である上層レジストを塗布するため、ミキシン
グを最小限に抑える効果もある。

また、レジストの上層部には、定在波の影響が現われ、
更に波長２４８ｎｍにおける吸収が大きいため、レジス
トパターンに傾斜があるが、下層レジスト部ではほぼ垂
直なレジストパターンが得られる。つまり、段差のある
基板表面に微細なレジストパターンを高アスペクト比で
、且つ寸法精度良く形成することができ、その有用性は
絶大である。

〈実施例２〉第４図は本発明の第２の実施例を説明するための工程断
面図である。この実施例が先に説明した第１の実施例と
異なる点は、第１のレジストの代わりにポリマーを用い
たことにある。

本実施例では、ポリマーとして、クレゾール系ノボラッ
ク樹脂１０ｇを、エチルセロソルブアセテート２０ｇに
溶かし、これを第４図（ａ）に示す如く、Ｓｉウェハ１
０上にスピンコード法で塗布し、下層膜４１を形成した
。このとき、下層膜４１の膜厚は１．５μｍであった。

次いで、第４図（ｂ）に示す如く、下層膜４１上にポジ
型レジスト１２　（ＰＲ１０２４）を０．５μｍの厚さ
に塗布し、ＫｒＦエキシマレーザ（波長λ。−２４８ｎ
ｍ　）の発振線２２をパターン形成に必要な放射線Ｄ　
ｏ　　（＝２４０１１ＩＪ／　ｃｍ２）でパターン領域
に選択的に照射し、所望パターンを露光した。次いで、
先の実施例と同様に、１１０℃で６０秒間の加熱処理を
施したのち、第４図（Ｃ）に示す如く現像処理を行った
。

この場合も前記第３図に示す如く、レジストの上層部に
は定在波の影響が現われ、レジストパターンに傾斜があ
るものの、下層ポリマ一部ではほぼ垂直なパターンが得
られた。つまり、段差のある基板表面に微細なレジスト
パターンを高アスペクト比で、且つ寸法精度良く形成す
ることができた。

〈実施例３〉この実施例は、先に説明した第１の実施例において、第
１のレジスト１１としてのポジ型レジストの代わりに、
ネガ型レジストを用いたことにある。

本実施例では、ポリマーとして、ポリビニルフェノール
１０ｇと１．４−ジアジドベンゼン２ｇをエチルセロソ
ルブアセテート２０ｇに溶かしてネガ型レジストを作成
し、これを第５図（ａ）に示す如く、Ｓｉウェハ１０上
にスピンコード法で塗布し、下層膜５１を形成した。こ
のとき、下層膜（ネガ型レジスト）５１の膜厚は１．５
μｍであった。

次いで、第５図（ｂ）に示す如く、ネガ型レジスト５１
上にポジ型レジスト１２　（ＰＲ１０２４）を０．５μ
ｍの厚さで塗布し、エキシマレーザ（波長λｏ−２４８
ｎｍ　）の発振線２２をパターン形成に必要な放射線Ｄ
　ｏ　　（＝　２４０ｍＪ／ｃｍ２）でパターン領域に
選択的に照射し、所望パターンを露光した。なお、この
際、第１層に用いたネガ型レジスト５１は殆ど感光しな
かった。次いで、先の実施例と同様に、１１０℃で６０
秒間の加熱処理を施した後、第５図（ｅ）に示す如く現
像処理を行った。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるもの
ではない。実施例では、第６図　（ａ）〜（Ｃ）に示す
ように上層をポジ型レジストとしたが、同図（ｄ）〜（
ｆ）に示すように上層をネガ型レジストとしてもよい。

また、第１の実施例において、第１のレジストに照射す
る放射線は必ずしも全面照射する必要はなく、少くとも
ノくターン形成予定領域及びその周辺領域に照射すれば
よい。さらに、この照射に関しては、放射線のかわりに
、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子を用いること
も可能である。また、第２の実施例において下層のポリ
マーとしては、クレゾール系ノボラック樹脂１０をエチ
ルセロソルブアセテートに溶かしたものに限らす、レジ
ストを現像処理する際に用いる現像液に対して可溶性の
ものであればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］以上、詳述したように本発明によれば、予め下層レジス
トに放射線を照射しておき、上層レジストを露光したの
ち現像する際に、上層レジストと共に下層のレジストを
も現像処理しているので、転写工程か不要となり、従っ
て多層レジストプロセスで転写工程を要することなくレ
ジストパターンを形成することかでき、工程の簡略化及
びパターン精度の向上をはかることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の第１の実施例方法
を説明するためのもので、第１図は流れ作業図、第２図
は工程断面図、第３図は現像後のレジストパターンを拡
大して示す断面図、第４図は本発明の第２の実施例方法
を説明するための工程断面図、第５図は本発明の第３の
実施例方法を説明するための工程断面図、第６図は本発
明の詳細な説明するための模式図である。１０・・・Ｓ１ウエハ、１１・・・第１のレジスト（下層レジスト）１２・・・
第２のレジスト（上層レジスト）、２１・・ｇ線、２２・・・ＫＲＦエキシマレーザ光、４・・・下層膜（ポリマー）１・・・下層膜（ネガ型レジスト）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放射線を用いて試料面上のレジストに所望パター
ンを形成するレジストパターン形成方法において、試料面上に該表面の段差を平坦化できる膜厚でポジ型の
第１のレジストを塗布する工程と、第１のレジストの少
くともパターン形成予定領域及びその周辺領域に波長λ
＿１の放射線を照射する工程と、次いで第１のレジスト
上に該レジストとは異なる第２のレジストを塗布する工
程と、第２のレジストに対し波長λ＿０（≦λ＿１）の
放射線を選択的に照射して所望パターンを露光する工程
と、次いで第２及び第１のレジストを現像処理する工程
とを含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
（２）前記波長λ＿１の放射線を、第１のレジストの全
面に照射することを特徴とする請求項１記載のレジスト
パターン形成方法。
（３）放射線を用いて試料面上のレジストに所望パター
ンを形成するレジストパターン形成方法において、試料面上に該表面の段差を平坦化できる膜厚でネガ型の
第１のレジスト又はポリマーを塗布する工程と、第１の
レジスト又はポリマーの上に第２のレジストを塗布する
工程と、第２のレジストに対し放射線を選択的に照射し
て所望パターンを露光する工程と、次いで第２のレジス
トを現像処理する工程とを含むことを特徴とするレジス
トパターン形成方法。
（４）前記第１のレジスト又はポリマーは、前記第２の
レジストを現像処理する際に用いる現像液に対して、可
溶性であることを特徴とする請求項３記載のレジストパ
ターン形成方法。