JPH0477899B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はパターン形成方法に関し、詳しくは、
基板表面に段差が存在する場合においても、微細
なパターンを高い精度で形成することのできるパ
ターン形成方法に関する。

〔発明の背景〕

近年、半導体集積回路の規模の増大と高密度化
にともない、極めて微細なパターンを高い精度で
形成することが、一層強く要求されるようになつ
た。

周知のように、各種微細パターンの形成には、
一般にホトリソグラフイとよばれる方法が用いら
れる。このホトリイソグラフイは、平滑で低反射
率の基板を用いる場合には、線幅が1μｍ程度の
良好なレジストパターンを形成することができる
が、基板に凹凸もしくは段差がある場合には、入
射した光が段差部で乱反射して、いわゆるハレー
シヨンが発生してパターン形状の劣化（崩れ）が
生じ、良好なレジストパターンは形成できない。
また、基板段差部の上部および下部ではレジスト
層の膜厚が異なるために、レジスト膜内での光干
渉状態が変化し、線の太りまたは細りが発生して
パターン寸法の変動を起こす。基板表面の凹凸に
よつて生ずるこれらの問題を解決して良好なパタ
ーニングを行なう方法の一つとして多層レジスト
法とよばれる方法が提案されている。

多層レジスト法は、基板の凹凸あるいは段差
を、吸光性の高い厚い有機物層で平坦化した後、
その上に周知のホトリソグラフイ技術を用いて薄
いレジストパターンを形成し、このレジストパタ
ーンを上記厚い有機物層に転写して上記基板の露
出された部分をエツチングする方法である。上記
レジストパターンをマスクに用いて上記厚い有機
物層をエツチングすることもできるが、両者の間
に耐ドライエツチング性の大きい薄膜を介在さ
せ、この膜をマスクにして上記厚い有機物層をエ
ツチングしてもよい。多層レジスト法において
は、基板表面の凹凸や段差は、吸光性の高い有機
物層で平坦化されているため、その上に形成され
たホトレジスト層を通過した露光光は上記有機物
層で吸収されるので、基板表面からの光の反射や
散乱に起因する基板段差部でのハレーシヨンやレ
ジスト膜内での光干渉等の現象を低減させること
ができ、パターン形状の崩れや寸法の変動を抑制
することができる。上記段差を平坦化するための
有機物層として従来は、ノボラツク樹脂系のポジ
型レジストあるいはポリイミド系樹脂が主に用い
られ、露光光の吸収を高める手段としては、200
℃以上の温度で熱処理を加えたり、あるいは吸光
性の良い染料等を添加する方法（特開昭57−
172736）が提案されている。

しかしながら、上記のノボラツク樹脂系のポジ
型レジストを下層材料を用い、縮小投影露光法の
露光波長である436nｍまたは405nｍの光を吸収
するようにするためには、200℃以上の高温ベー
クが必要であり、このベーク温度が高い程露光光
の吸収は強くなるが、ベーク温度を200℃以上に
上げると下層である上記有機物層表面の炭化がは
じまり、その上に形成されたレジスト膜との接着
性が悪くなるという欠点があつた。

一方、ノボラツク樹脂系のポジ型レジストに吸
光性の染料を加えたものを、下層の材料として用
いる試みも報告されているが、Michel M.
O′ Toole他著、“Linewidth Control in
Projection Lithography Using ａ Multilayer
Resist Process”IEEE Electron Device誌、ED
−28巻、1405頁（1981年）に見られるごとく、吸
光性の染料が昇華または分解するため、ベーク温
度は160℃程度までしか上げられず、このために
下層膜の不溶化反応が不十分となり、上層である
ホトレジストを塗布する時に下層が溶解し、多層
構造形成が困難となつたり、またエツチングプロ
セスにおける膜の耐性の向上をはかるために、上
層と下層との間に中間層として、スピンオングラ
ス〔Spin on glass（SOG）〕を用いる場合に、下
層のベーク温度が低温であつたために、中間層で
あるSOG層のベーク時に下層からのガスの放出
があつて、そのためSOG層にクラツクが発生し、
積層膜の形成が困難になるという問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来の多層レジスト
法の欠点を解消し、きわめて寸法精度の高い微細
パターンを形成することができるパターン形成方
法を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は下層の有機
物層内に芳香族ビスアジドを含有させて、加熱も
しくは全面露光することにより、パターン形成の
際の露光に用いられる光に対する透過率を減少さ
せるものである。

本発明者らは、種々の光吸収性化合物を探索し
た結果、芳香族アジド化合物が、種々の高分子化
合物（ポリマー）膜内において、加熱（ベーク）
処理もしくは全面露光処理によつて分解し、ポリ
マーと反応して、不揮発性で、上記アジド化合物
の吸収極大波長よりも長波長の光をよく吸収する
物質に変化することを見出した。上記の芳香族ア
ジド化合物とポリマーとが加熱処理または全面露
光処理によつて生成する不揮発性物質は、主とし
てアジド化合物が熱もしくは光分解によつて生成
したナイトレンが、ポリマーと反応して生じた２
級アミンである。

本発明は、基板上に有機物層を形成し、その上
部にホトレジスト層を形成させるか、あるいは上
部の有機物層とレジスト層との間に、中間層を形
成させて、周知の露光・現像処理によつて、上記
レジスト層に所望のレジストパターンを形成し、
このレジストパターンを上記下層の有機物層へ転
写させることによつて、上記基板上に所望のパタ
ーンを形成する多層レジスト法において、上記の
基板上に形成する有機物層内に芳香族アジド化合
物を含有させ、加熱処理または全面露光処理によ
つて、上層の上記レジスト層の選択的露光に用い
られる光に対する透過率を減少させる点に最大の
特徴がある。

本発明において、芳香族アジド化合物をポリマ
ーと混合して下層の有機物層の材料として用いる
と、使用するアジド化合物は、吸収極大波長が上
層のホトレジスト層の露光に用いる波長に適合す
るように選択される。例えば、汎用の縮小投影露
光法では露光波長が436nｍの光が一般に用いら
れるが、この場合は、吸収極大波長が330〜430n
ｍの芳香族アジド化合物を選定することが望まし
い。

また本発明においては、下層の有機物層の上
に、SOG層などの中間層あるいは直接に上層で
あるレジスト層を塗布する。したがつて、下層の
有機物層はベークあるいは全面露光処理によつ
て、下層の有機物層を構成するポリマーに架橋反
応を起こさせて有機溶媒に不溶化させることが必
要である。このためには、芳香族アジド化合物は
二官能基を有する化合物、すなわちビスアジド化
合物である必要がある。しかし、後述するごと
く、アジド化合物の光吸収特性と溶媒に対する不
溶化特性とを、それぞれ別種のアジド化合物に分
担させることも可能であり、例えば光吸収特性出
現のためのアジド化合物はモノアジド化合物を使
用し、他方、不溶化特性出現のためのアジド化合
物はビスアジド化合物を用い、両者適度の混合割
合で使用しても好ましい結果を得ることができ
る。

本発明において、下層の有機物層の材料とし
て、芳香族アジド化合物によつて、熱的もしくは
光化学的に硬化しまたは溶剤に不溶化し得る高分
子化合物（ポリマー）としては、ノボラツク樹
脂、ポリビニルフエノールなどのフエノール樹
脂、天然ゴム、環化天然ゴムなどの変性ゴム、ポ
リブタジエン、ポリイソプレン、環化ポリブタジ
エン、環化ポリイソプレン、スチレン、ブタジエ
ンゴムなどの合成ゴム、ならびにポリスチレン、
ヨウ素化ポリスチレン、ポリビニルブチラール、
ポリメチルメタクリレート、ポリグリシジルメタ
クリレート、ポリメチルイソプロペニルケトンな
どの合成高分子化合物などを用いることができ
る。また、汎用のポジ型ホトレジストに芳香族ア
ジド化合物を添加して用いることも可能である。

本発明における下層の有機物層内において、芳
香族アジド化合物と下層を構成するポリマーとを
反応させ、吸光性物質の生成および不溶化反応を
行なわしめるベーク処理温度は100〜300℃が好ま
しく、さらには140〜250℃の温度範囲がより好ま
しい。また、全面露光処理に使用する光は250〜
400nｍの波長範囲の光であればよく、200〜500n
ｍの範囲であつても、上記の吸光性物質の生成お
よび不溶化反応を充分に進行させることができ
る。

〔発明の実施例〕

実施例 １ まず、第１図ａに示すごとく、表面に段差を有
するSi基板１上に被加工膜であるAl膜２を形成
した。上記段差を平坦化するための下層の有機物
層３は、第２図の番号１に示すように、ポリマー
としてポリビニルフエノールを用い、芳香族アジ
ド化合物として、１−（ｐ−アジドベンジリデン）
−３−（α−ヒドロキシベンジン）インデン（ビ
スアジド）を、ポリマーに対して20重量％加
え、溶媒であるシクロヘキサノンに溶解し、これ
をスピン塗布することによつて形成した。しかる
後180℃の温度で20分のベーク処理を施した。こ
の段階で下層の有機物層３の露光波長436nｍの
光に対する透過率は、膜厚1μｍ換算で第２図に
示すごとく24％であり、露光時における基板から
の反射光の影響をほとんど防止することができ
る。次に、周知の方法で中間層４としてケイ素化
合物を塗布し、さらにその上にポジ型ホトレジス
トを塗布し、ホトレジスト層５を形成した。しか
る後、第１図ｂに示すごとく、通常のホトリソグ
ラフイ法によつて、所望のレジストパターン５′
を形成した。この時、レジストパターン５′の形
状は良好であり、露光光は下層の有機物層３で効
率よく吸収されていることが認められた。その
後、第１図ｃに示すように、レジストパターン
５′をマスクとして、中間層４を選択エツチング
して中間層からなるマスクパターン４′を形成し、
さらに下層の有機物層３の露出部分を、反応性プ
ラズマエツチング法あるいはスパツタエツチング
法によつて順次エツチングを行ない所望のパター
ンを形成させた。その結果、第１図ｃに示すごと
く、寸法精度の高い良好な形状パターン３′，
４′を形成させることができた。

なお、上記中間層４は、下層の有機物層をドラ
イエツチングする際のマスクパターンとして用い
られるので、中間層の材料は下層の有機物層より
も耐ドライエツチング性の大きいものを用いる必
要がある。また、耐ドライエツチング性が下層の
有機物層よりも大きい材料をレジスト膜５に用い
ることにより中間層の使用を省略し、レジストパ
ターンを、下層の有機物層をドライエツチングす
る際のマスクパターンとして用いることができ
る。

実施例 ２ 上記下層有機物層３として、実施例１で用いた
ポリマー（ポリビニルフエノール）の代りに、第
２図の番号２〜４で示すごとく、ポリスチレン、
ポリビニルアルコールおよびノボラツク樹脂を用
い、それらと芳香族ビスアジド化合物もしくは
との組み合わせたものを用いた。その結果、い
ずれの場合においても第２図に示したように、比
較例として用いたポジ型ホトレジスト（OFPR−
800、東京応化製）に比べ、ベーク処理後におけ
る波長436nｍの光の透過率はいずれも低下し、
OFPR−800の透過率が70％であるのに対し、52
％、45％、および11％とそれぞれ良好な値を示し
た。

実施例 ３ 下層有機物層３として、実施例１で用いたビス
アジドの代りに第２図番号５で示したように、
モノアジド（４−アジドカルコン）とビスアジ
ド（3.3′−ジアジドジフエニルスルホン）とを
混合して用い、ポリマー（ポリビニルフエノー
ル）に対してそれぞれ20重量％添加したものを使
用した。その結果、180℃の温度で20minベーク
処理後の溶媒不溶化は充分であり、波長436nｍ
の透過率は比較例の70％に比べ、46％に改善され
た。

モノアジドのみを使用したときには、180℃
ベーク処理した後の有機溶媒不溶化は充分でな
く、この層の上に、SOG層（中間層）やポジ型
ホトレジスト層（上層）を塗布すると下層が溶解
し多層レジスト構造が形成できなかつた。また、
ビスアジドを単独で使用した場合は、ベーク処
理後の有機溶媒不溶化は充分であつたが、吸収極
大波長が240nｍと短かいために、波長436nｍの
露光光の透過率は、比較例に示す透過率70％より
改善されなかつた。すなわち、モノアジドとビ
スアジドをそれぞれ単独で使用しても、好まし
い結果を得ることは困難で、本実施例で示したよ
うに、両者を混合して使用することによつて、好
ましい結果を得ることができた。

実施例 ４ 下層有機物層３として、実施例１に用いたポリ
マーの代りに、第２図番号６に示したように、ノ
ボラツク樹脂とナフトキノンジアジド誘導体との
混合物であるポジ型ホトレジスト（OFPR−800）
を用い、それにビスアジドを20重量％添加した
ものを使用した。その結果、第２図に示すごと
く、436nｍ露光光の透過率は、ビスアジドを添
加しない比較例の70％から14％へと著しく改善す
ることができた。

実施例 ５ 実施例４において行なつたベーク処理（180℃
で20分）の代りに、500W超高圧水銀灯による20
分間の全面露光処理を施して透過率を測定した。
その結果、波長436nｍ光の透過率は、膜厚1μｍ
換算で21％であり、全面露光処理後の下層有機物
層３は有機溶媒に対し不溶化していた。したがつ
て、ベーク処理の代りに全面露光処理によつても
好ましい結果が得られることがわかつた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明による多層
レジストプロセスにおいて、基板上に塗布する下
層有機物層内に芳香族アジド化合物を含有させる
と、ベーク処理あるいは全面露光処理によつて、
下層内のポリマーと反応し、露光光の吸収性がよ
く、かつパターン合わせ用検出光の透過性も高
く、その上溶媒に対する不溶性の有機物層が得ら
れるから、光の乱反射ならびに干渉によるパター
ン形状の崩れや寸法の変動がほとんどなく、した
がつて寸法精度が高く、形状のよいすぐれたパタ
ーンが得られる。また、第２図に示すように、本
発明における下層の有機物層は、位置合せに用い
られる波長546nｍの光に対していずれも高い透
過率を示し極めて正確に位置合せを行なうことが
できる。一方、比較例の場合は、546nｍの光に
対する透過率は大きく位置合せには好適である
が、上記のように露光用の436nｍの光に対する
透過率が大きいため、基板表面よりの反射の影響
が大きく、好ましくない。したがつて、本発明に
よれば、基板表面に段差が存在する場合でも、極
めて微細なパターンを高い寸法精度および位置精
度で形成することができ、集積密度の高い半導体
集積回路装置や磁気バブルメモリ装置など各種装
置の製造に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは本発明による多層レジスト
法のプロセスを説明するための工程図、第２図は
本発明における有機物層に添加した各種の芳香族
アジド化合物と光の透過率特性の比較を示す図表
である。 １……Si基板、２……Al膜、３……有機物層
（下層）、３′……下層パターン、４……中間層、
４′……中間層パターン、５……レジスト層（上
層）、５′……レジストパターン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に段差を有する基板上に、芳香族アジド
   化合物と高分子化合物とを少なくとも含有する有
   機物層を形成して表面を平坦化する工程と、上記
   有機物層を加熱もしくは全面露光処理によつて、
   マスクパターン形成に用いられる露光光の透過率
   を減少させる工程と、上記有機物層上に所望の形
   状を有し、かつ上記有機物層よりも耐ドライエツ
   チング性の大きな材料からなるマスクパターンを
   形成する工程と、上記有機物層の露出された部分
   をドライエツチングによつて除去する工程とを少
   なくとも含むことを特徴とするパターン形成方
   法。 ２ 上記マスクパターンは上記有機物層上に形成
   されたレジスト層からなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のパターン形成方法。 ３ 上記マスクパターンは上記有機物層上に形成
   された中間層からなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のパターン形成方法。 ４ 上記芳香族アジド化合物は、１−（ｐ−アジ
   ドベンジリデン）−３−（α−ヒドロキシベンジ
   ル）インデン、４，4′−ジアジドスチルベン−
   ２，2′−ジスルホン酸ソーダ、４−アジドカルコ
   ンおよび３，3′−ジアジドジフエニルスルホンか
   ら選ばれた少なくとも１種であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれか１
   項記載のパターン形成方法。 ５ 上記高分子化合物は、フエノール樹脂、天然
   ゴム、環化天然ゴム、ポリブタジエン、ポリイソ
   プレン、環化ポリブタジエン、環化ポリイソプレ
   ン、スチレン、ブタジエンゴム、ポリスチレン、
   ヨウ素化ポリスチレン、ポリビニルブチラール、
   ポリメチルメタクリレート、ポリグリシジルメタ
   クリレート、ポリメチルイソプロペニルケトン、
   およびポジ型ホトレジストから選ばれた少なくと
   も１種であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第４項いずれか１項記載のパターン形
   成方法。 ６ 上記加熱処理は100〜300℃の温度で行なわれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第５項いずれか１項記載のパターン形成方法。 ７ 上記全面露光は波長が200〜500nｍの光を用
   いて行なわれることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第６項のいずれか１項記載のパター
   ン形成方法。