JPH03765B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はパターン形成方法とくに放射線感応樹
脂を用いたパターン形成方法に関する。

従来例の構成とその問題点 集積回路の高集積化、高密度化は従来のリソグ
ラフイ技術の進歩により増大してきた。その最小
線幅も1μｍ前後となつてきており、この加工線
幅を達成するには、高開口レンズを有した縮小投
影法により紫外線露光する方法、基板上に直接描
画する電子ビーム露光法、Ｘ線を用いたプロキシ
ミテイ露光法があげられる。しかし、いずれの方
法もスループツトを犠牲にすることなく良好な線
幅制御と高解像度及び良好な段差部のカバレジを
同時に得ることは必然的に凹凸が発生し、放射線
感応性樹脂（以後、レジストと略）を塗布した後
では、凹凸部におけるレジストの膜厚差が発生
し、良好な線幅制御が不可能となる。

このことを第１図を用いて説明する。第１図は
従来法により単層レジスト膜を段差部へ塗布し、
その段差部に対して交叉してパターニングを行な
つた状態を示したものである。第１図ａは半導体
基板等の基板１上に配線等の段差物２が形成され
ておりその上にレジスト３が塗布された状態の断
面図である。この場合、段差部２がない平坦な基
板１上のレジスト３の膜厚をt_R1の厚さに塗布し
た時、段差物２上のレジスト３の膜厚は、レジス
ト自身の粘性と塗布時の回転数により膜厚t_R2に
決定される。この時t_R1＝t_R2にすること、つまり
凹凸部でのレジスト膜の膜厚差を皆無にすること
は物理的に不可能である。このようにt_R1≠t_R2の
膜厚においてパターンを形成した場合の平面図を
第１図ｂに示す。

これは、段差物パターン２に対して直角に交叉
してレジストパターン３を形成すると、レジスト
パターン３の膜厚t_R1の位置でパターン幅がl₁と決
定されると、膜厚t_R2の位置ではt_R1＞t_R2という関
係があるため、パターン幅はl₂とでかつl₁＞l₂と
なり段差部における寸法変換差が発生していま
う。つまり、非常に微細パターンになると良好な
線幅制御が得られず、更に段差物２のエツジ部２
ａでは実質上、平坦部の膜厚t_R1より厚くなるた
め解像度が低下する。一般に解像度はレジストの
膜厚が薄くなればなるほど向上する。これは放射
線自身の波長によつて微細間隙になると干渉、回
析現象のため入射するエネルギーが減衰してしま
うためである。つまり段差物上のレジスト膜厚差
を少なくするために、ただ単にレジストを厚く塗
布し見掛け上のレジスト膜厚差を軽減しようとし
ても解像度が低下するためにパターン形成上好ま
しくない。

このような従来の単層レジストによる段差上で
の解像度、寸法変換差の値を向上するために三層
構造レジスト法などが提案されている。この方法
を第２図を用いて説明する。基板１上に段差部２
が形成され有機膜例えばフオトレジスト４が厚く
塗布され（第２図ａ）、更に有機膜４上に無機膜
層例えばプラズマ酸化硅素膜など５を形成後、最
上層にレジスト６を薄く塗布する（第２図ｂ）。
次にレジスト層６をパターニングしレジストパタ
ーン６ａを得る（第２図ｃ）。レジストパターン
６ａを介してドライエツチング技術を用いて無機
膜層パターン５ａを得る（第２図ｄ）。

最後にレジストパターン６ａ、無機膜層５ａを
介して酸素系ガスプラズマにて有機膜パターン４
ａを形成する方法である。

この三層構造レジストによるパターン形成では
最上層のレジスト６を薄く出来るため解像度が良
く、しかも最下層の有機膜層４を厚く塗布してい
るため基板１上の段差２の影響なくレジストパタ
ーン６ａが得られるため寸法変換差が少ない。し
かしドライエツチング技術上の終点検出や、エツ
チング条件が多層にわたるために難しく、しかも
工程時間が長くかかり量産上、経済上好ましくな
い。

発明の目的 そこで、従来のように単層レジストを、凹凸を
有する実際の集積回路上にパターン形成する際に
障害となる、パターン寸法変換差とそれに伴なう
解像度の低下を防ぎ、三層構造レジストによるパ
ターン形成方法の経済性、量産性上の欠点を克服
するパターン形成方法を提供することを目的とす
る。

発明の構成 本発明は、レジストの膜厚を厚く塗布しながら
も、段差部におけるパターン寸法変換差を少なく
し、かつ解像度の低下を防ぐために、レジストを
２層に塗布することにより厚く塗布しながらかつ
最初に塗布したレジスト膜全面に放射線感応させ
熱処理を加えて、更に第２のレジスト膜を塗布す
る際に、第１のレジスト膜との溶解混合を防ぐた
め第１のレジスト膜表面に第２のレジストを分離
し、再溶解を防止するための処理をハロゲン化合
物溶液を用いて施こし、最後に第１、第２のレジ
スト膜に同時にパターンを形成しようとするパタ
ーン形成方法を提供しようとするものである。

本発明者らは、数々なる実験から前述の放射線
反応したレジスト膜表面に、溶液を用いて、第２
のレジストと分離が可能でかつ現像性を失なわさ
ない変質層の形成を見い出した。前述の変質層の
形成として、本発明者らは、特願昭57−41273号
（特開昭58−157135号）にてCF₄プラズマ照射に
する方法を提案した。しかるに、この方法による
変質層膜は、基板内の均一性や、変質層形成時に
現像性を失なわせない条件は、非常に不安定で時
間的制御性に欠けており、更にインラインプロセ
ス処理には不向きであつた。そこで我々は、再現
性良く、かつインラインプロセスつまり、レジス
ト塗布装置内で処理できる変質層の形成として、
ハロゲン化合物例えばCF₄、CCl₂F−CClF₂、
CCl₃F、CCl₄、SF₆溶液などをスピンオン処理す
ることによつて変質層が形成されることを見い出
した。これはハロゲン化合物溶液をスピンオン処
理することでレジスト表面からハロゲン化合物中
の特にフツ素等の元素が膜中に拡散されるため
に、フツ素等による変質層が形成されると考えら
れる。

実施例の説明 本発明の実施例を第３図を用いて詳細に説明す
る。実施例としてポジ形レジストの特にポジ形紫
外線レジスト（以後、ポジUVレジスト）を例に
とつて説明する。半導体基板等の基板１上にポジ
UVレジスト７を配線等の段差物２の膜厚より厚
く塗布し表面を平坦にし、ソフトベーキングを施
こす（第３図ａ）。次にポジUVレジスト７にUV
光１０を全面照射することによつて感光したポジ
UVレジスト７ａにする（第３図ｂ）。そして更
に感光したポジUVレジスト７ａに感光反応が低
下しない程度の熱処理を行ない、更にハロゲン化
合物溶液たとえばCF₄、CCl₂F・CClF₂、CCl₄又
はSF₆液をポジUVレジスト層７ａ上にスピン・
オンあるいはデイツプ法において処理してポジ
UVレジスト変質層７ｂを形成する（第３図ｃ）。

次に第１層目のポジUVレジスト７と同タイプ
の第２のポジUVレジスト８を第１のポジUVレ
ジストの変質層７ｂ上に塗布しベーキングを施こ
す。この際、変質層７ｂが形成されているため、
第１、第２のポジUVレジスト７，８における第
２のポジUVレジスト８の塗布時の溶解がなく分
離した形で積層形成が可能である（第３図ｄ）。
次にパターンを有したマクス９により光しやへい
部であるクロム部９ａ以外に紫外線を用いて選択
的に第１、第２のポジUVレジスト７，８を照射
する（第３図ｅ）。そして紫外線照射部以外の第
２のポジUVレジスト８ａ、第１のポジUVレジ
スト７ｃ、７ｄを残して現像除去する（第３図
ｆ）。

これら一連の工程をえて、レジスト厚を厚く塗
布しながらも微細パターンを、かつ段差部におけ
る寸法変換差を少なくすることができる。

このことをもつと詳細に説明する。第４図に単
層レジスト（ポジ形）の照射特性ａ、本発明にか
かるパターン形成方法によるレジストの照射特性
ｂを示した。第４図ａは、従来例によるポジUV
レジストのみの照射特性で第１図ａや第３図ａに
示すt_R1あるいはt₁を厚くしていくと完全に現像し
うる露光エネルギE_Tは大きくなる。次に第４図
ｂは、本発明にかかるパターン形成方法による２
層ポジUVレジストの照射特性で第１層、第２層
膜厚（t₁＋t₂）〔第３図参照〕を厚くしても完全
に現像しうる露光エネルギーはほとんど変化量が
ない。つまり、第１層目のポジUVレジストが感
光しているため、選択性が高く、感度の低下がな
いことを証明している。このことはレジスト厚の
変動に露光エネルギーが依存しないので段差部に
おけるレジスト厚の変動にもかかわらず、パター
ン幅変動率が少ないということである。本発明の
実施例〔第３図参照〕と第４図の照射特性の結
果、段差物パターン２上にパターニングしたパタ
ーン３は、従来法によると第５図の点線のごとく
なるが、本発明によるパターン形成方法を用いる
と第５図の実線のごとく寸法変化が少なくなつ
た。

実施例において、第１、第２のレジストの膜厚
条件は、下地である基板の凹凸の段差量によつて
定めるべきである。そしてレジストの種別に関し
ても、Ｘ線、電子ビーム、イオンビーム、紫外
線、遠紫外線のいずれに関しても本発明を適用で
きることは明確である。さらに、第１、第２のレ
ジストとして放射線反応機構は異なるが、同一現
像液で現像可能なものであると好都合である。ま
た実施例において、第３図ｂの工程とｃの工程が
前後逆になつても本発明が可能であることはいう
までもない。

さらに本発明の変質層形成にもとずく具体例を
第６図をもつて詳細に説明する。第６図は、横軸
に第１のレジスト膜厚t_R1、ここではAZ1470（シ
ツプレイ社）で、縦軸には第２のレジスト同じく
AZ1470（シツプレイ社）を塗布した総合膜厚t_RC
＝t_R1＋t_R2を示した。実線は単層レジストの塗布
特性、点線はさらに第２のレジスト1.0μｍ塗布し
た場合であり、一点鎖線はt_R1を1.5μｍ、二点鎖線
はt_R1を2.0μｍ厚とした時の理論値、各プロツト点
は実験値である。なお変質層形成には、CCl₂F−
CClF₂溶媒を100秒間スピンオン処理した。第６
図から理論値に各プロツト点がのつておりこれは
第１、第２のレジストの溶解がないことを示して
いる。例えば、前述のハロゲン化合物溶液処理に
よる変質層形成がない場合、t_R1を1.0μｍ、t_R2を
1.0μｍとした時の総合膜厚t_R0は、1.2μｍ程度に薄
くなり第１、第２のレジストの分離はされず膜厚
の均一性は30％と悪くなる。本発明では、同様の
膜厚条件（t_R1；1.0μｍ、t_R2；1.0μｍ）では、総合
膜厚t_R0が2.0μｍと２層膜厚を合わせた厚さとな
り、かつ膜厚の均一性は５％以内と、第１、第２
のレジストの溶解がなかつた。

発明の効果 以上のように本発明によると、レジストを厚く
塗布することで、段差部の凹凸を軽減することが
でき、かつその上で段差部におけるパターン幅変
動率を減少させ、解像度、感度の低下がない。ま
たレジスト膜厚が厚いため耐ドライエツチング特
性が良好となる。またプラズマ処理がないために
インラインでパターン形成が可能なため量産性、
経済性にも優れた方法である。つまり本発明は今
後の微細化への半導体集積回路の製造に重要な価
値を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の単層レジスト法による段差部
へパターニングした断面図、同ｂは同ａの平面
図、第２図ａ〜ｅは従来の三層構造レジスト法の
工程断面図、第３図ａ〜ｆは本発明の一実施例に
かかるパターン形成方法の工程図、第４図ａ，ｂ
は従来例と本発明による照射特性図、第５図は本
発明の実施例にかかるパターン平面図、第６図は
レジスト塗布時の膜厚を示す特性図である。 １……基板、２……段差物、７……ポジレス
ト、７ａ……感光レジスト、７ｂ……変質層、８
……ポジレジスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に第１の放射線感応性樹脂を塗布する
   工程と、放射線照射を行ない、前記第１の放射線
   感応性樹脂膜を放射線反応させる工程と、前記放
   射線反応した前記第１の放射線感応性樹脂にハロ
   ゲン化合物溶液にて表面処理をして変質層を形成
   する工程と、前記表面処理を施こした第１の放射
   線感応性樹脂上に、第２の放射線感応性樹脂を塗
   布し、選択的に放射線照射を行なう工程と、現像
   処理により前記第１、第２の放射線感応性樹脂膜
   を選択的に除去して放射線感応性樹脂パターンを
   形成する工程とを含むパターン形成方法。 ２ 第１及び第２の放射線感応性樹脂を、同一放
   射線反応機構を有するものを用いたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のパターン形成
   方法。 ３ 第１および第２の放射性感応樹脂が、放射線
   反応機構は異なるが同一現像液で現像可能な放射
   性感応樹脂であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のパターン形成方法。