JPH0963935A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジスト膜をマスクとする反射防止膜のエッ
チング処理の際、レジスト膜の膜減りを低減することが
できるレジストパターン形成方法を得る。 【解決手段】 基板１上に第１層レジスト膜１０１およ
び第２層レジスト膜１０２を順次形成する工程と、該両
レジスト膜１０１，１０２をパターニングして、所定の
平面パターンを有する２層構造のレジスト膜１００を形
成する工程とを含み、該第１層レジスト膜１０１を、露
光光の基板表面での反射を抑制する反射防止効果を有す
るものとし、該第１層レジスト膜１０１の構成材料とし
て、ドライエッチング速度が第２層レジスト膜１０２に
比べて速いレジスト材料を用いるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レジストパターン
形成方法に関し、特に高解像度で安定に所定のパターン
を有するレジスト膜を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路ではその集積化が
進み、ＬＳＩより集積度の高いＶＬＳＩが実用化されて
いるが、このような集積度の極めて高い集積回路は、導
体配線や電極などの微細化により実現されたものであ
り、現在では最小パターン幅が１μｍ未満（サブミクロ
ン）のものまで実用化されている。また、開発段階で
は、上記最小パターン幅が０．２５μｍ（クォーターミ
クロン）のものが研究されている。

【０００３】ところで、微細なレジストパターンを形成
するための露光光源として、当初は紫外線が用いられて
いたが、波長による制限から、露光光も短波長に移行す
る傾向にあり、遠紫外線、電子線、Ｘ線等の放射線を用
いて露光が行われるようになった。しかし、高圧水銀ラ
ンプの出力光は、遠紫外光の波長領域ではかなりその出
力レベルが低下したものとなるという問題があり、この
問題に対応するために、露光光としてエキシマレーザ光
を使用するという検討が行われている。

【０００４】また、前述の露光光の短波長化とともにレ
ジスト材料の開発も進められている。高圧水銀ランプの
ｉ線（３６５ｎｍ）の露光光に対するレジスト材料とし
て、感光剤としてナフトキノンジアジド、ベースポリマ
ーとしてフェノールノボラック樹脂を用いた材料系が幅
広く研究され、実用化されている。

【０００５】ところが、露光光のさらなる短波長化に対
しては、該レジスト材料では吸収波長の問題で対応でき
ないとされている。

【０００６】そこで、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２
４８ｎｍ）以下の波長の露光光に対しては、化学増幅型
レジストが提案されている。これは露光によってレジス
ト中に酸を発生させ、それを触媒として反応を起こして
露光部と未露光部との間で溶解速度差を発生させ、感光
性レジストとして機能させるものである。

【０００７】この化学増幅型レジストは、露光によりレ
ジスト中に酸が生ずるという特徴を有するものである
が、この酸が下地基板の影響を受けるために、レジスト
のパターン形成プロセスに不安定な要因を与えてしまう
という問題がある。

【０００８】また、この化学増幅型レジストは、その透
過率が高く、ブリーチング効果，つまり光を受けた部分
の透過率がどんどん高くなるという効果がないために、
下地基板からの反射光の影響をまともに受けて、パター
ン形状を劣化させるという問題がある。

【０００９】すなわち、ブリーチング効果がないレジス
トでは、レジストの下部まで露光光が十分届くよう、レ
ジスト自体の光の透過率を非常に高く設定して露光処理
を行うので、基板表面からの露光光の反射光の影響も大
きく、下地の表面形状の影響をまともに受けることとな
る。一方、ブリーチング効果を有するレジストでは、光
を受けた部分の透過率が大きくなるので、レジスト自体
の光の透過率をあまり大きく設定しなくても、露光時に
はレジストの露光部分はその表面から順次透過率が大き
くなっていき、露光光がレジストの下部まで達すること
となる。このようにブリーチング効果を有するレジスト
では、それ自体の透過率をあまり高く設定する必要がな
いので、下地基板からの反射光の影響を抑えることがで
きる。

【００１０】また、化学増幅型レジストのようにブリー
チング効果がないレジストでは、上記のように下地から
の反射光の影響を受け易いことから、レジスト膜の下地
の段差形状が、その上のレジストのパターン形状に大き
く影響するという問題がある。

【００１１】例えば、図４（ａ）に示すように、その表
面が凸凹状になっている基板１上にレジスト１０を塗布
し、これを所定の開口パターンを有する遮光マスク２０
を用いて露光する場合、露光光の基板表面での乱反射
や、レジスト表面と基板表面の間に形成される定在波に
よって、基板表面の段差上でのレジストパターン形状
は、下地の状態に大きく影響されたものとなる。つま
り、上記乱反射により、レジストの露光すべきでない部
分が露光されることとなり、マスクパターンに対応した
露光パターンを得ることができない。また、定在波はレ
ジスト表面から基板表面までの距離が異なると、その強
さが異なることとなり、下地の凸凹によりレジスト各部
での露光強度にむらが生じ、この結果、現像時に露光部
分あるいは非露光部分が完全に溶解されず、露光パター
ンに対応したレジストパターンを得ることが困難とな
る。

【００１２】このような課題を解決したレジストパター
ンの形成方法として、レジスト膜を、反射防止膜を介し
て基板上に形成する方法が提案されており、例えば、特
公平６−１２４５２号公報ではそのような試みを論じて
いる。

【００１３】図４（ｂ）は、上記のような反射防止膜を
用いるレジストパターン形成方法を説明するための図で
ある。図４（ｂ）に示すように、基板１上には反射防止
膜１０ａを介してレジスト１０を形成し、該レジスト１
０を遮光マスク２０により所定パターンに露光する。そ
の後、該レジスト１０を現像し、該現像したレジスト１
０をマスクとして、反射防止膜１０ａをドライエッチン
グにより選択的に除去して、所定パターンを有するレジ
スト膜を形成する。

【００１４】この方法では、このレジスト１０を遮光マ
スク２０を用いて露光する際には、露光光Ｌは反射防止
膜１０ａにて吸収され、基板表面に到達する光が低減さ
れる。また、基板に到達して反射された光も、該反射防
止膜１０ａにより吸収されることとなる。このため、露
光光の基板表面での反射光のレジストへの影響が低減さ
れ、反射光のレジストパターンへの悪影響が抑えられ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記反射防
止膜は、これとレジストと間にエッチング選択性を有す
るものではないことから、図４（ｂ）に示すように反射
防止膜の下地の表面に段差等が有る場合、該反射防止膜
の膜厚が均一にならない。このため上記のように上層の
レジスト１０をマスクにして反射防止膜１０ａをドライ
エッチングするレジストパターン形成方法は、上記のよ
うな下地、つまり表面が凸凹になっている基板に対して
は適用しにくいという問題がある。

【００１６】また一方では、現在実用化されているナフ
トキノンジアジド／フェノールノボラック系のレジスト
や、化学増幅型レジストは、下地表面からの反射光を露
光パターンの形成に使って、良好なパターン形状を得る
ものであり、これらのレジストを用いた方法では、下地
表面からの反射光が十分得られないとすると、パターン
形状の劣化を招いてしまうという問題もある。

【００１７】例えば、化学増幅型レジストの場合、これ
にはブリーチング効果がないため、露光光がレジストの
上部に比べて下部で細くなり、ネガ型の場合、現像後の
レジスト残部１０２の断面形状が図３（ａ）に示すよう
な逆３角形形状になってしまうという問題がある。

【００１８】また、化学増幅型レジストでは、レジスト
の基板との界面近傍部に発生した酸が反射防止膜に補足
される。このため、ネガ型の場合、該界面近傍部分で
は、露光部分が現像液に対して溶け難くいものとなると
いう膜質の変化が十分なものとならず、現像後のレジス
ト残部の下端部両側部に、図３（ａ）のような食い込み
（矢印Ｘで示す部分）を生ずる。ポジ型のレジストで
は、ネガ型レジストとは全く逆の現象が現れ、レジスト
残部の断面形状は、図３（ａ）のレジスト除去部分に対
応した形状となる。

【００１９】また、このような反射防止膜による反射防
止効果を低減するために、反射防止膜を薄くし、下地か
らの反射光の一部を使ってパターン形成を行うようにす
ると、同一基板上に膜質の異なる膜が混在し、各膜の反
射率が異なる場合、このような膜厚の薄い反射防止膜は
適用しにくいという問題がある。

【００２０】このように従来のレジストパターン形成方
法では、レジスト膜の下地表面からの反射光がレジスト
のパターニングに及ぼす悪影響をなくすため、レジスト
膜を反射防止膜を介して基板上に形成するようにする
と、レジスト膜をマスクとする反射防止膜のエッチング
処理により、レジスト膜の膜減りが生じてレジストパタ
ーンが所望のパターンからずれてしまうという問題があ
る。

【００２１】また、化学増幅型レジストでは、レジスト
の基板との界面近傍部に発生した酸が反射防止膜に補足
され、これによりレジスト膜の断面形状の劣化を招くと
いう問題がある。

【００２２】また、反射防止膜をレジスト膜の下地とし
て形成したことにより、基板からの反射光が低減され、
下地表面の影響を受けた反射光によるレジストパターン
の劣化は抑えれる一方で、該反射光を利用して露光を行
うタイプのレジストでは、下地からの反射光が弱くなる
ため、そのパターン形状が劣化するという問題がある。

【００２３】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、レジスト膜をマスクとする反射
防止膜のエッチング処理の際、レジスト膜の膜減りを低
減することができるレジストパターン形成方法を得るこ
とを目的（第１の目的）とする。

【００２４】また、本発明は、化学増幅型レジストの反
射防止膜近傍部分で発生した酸が反射防止膜にトラップ
されることによるパターン形状の劣化を回避できるレジ
ストパターン形成方法を得ることを目的（第２の目的）
とする。

【００２５】また、本発明は、下地からの露光光の反射
光が反射防止膜により低減しても、該反射光を利用して
露光を行うタイプのレジストのパターン劣化を回避する
ことができるレジストパターン形成方法を得ることを目
的（第３の目的）とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係るレジストパターン形成方法は、基板上に第１層レジ
スト膜および第２層レジスト膜を順次形成する工程と、
該両レジスト膜を露光，現像処理によりパターニングし
て、所定の平面パターンを有する２層構造のレジスト膜
を形成する工程とを含み、該第１層レジスト膜が、露光
光の基板表面での反射を抑制する反射防止効果を有し、
かつ該第１層レジスト膜が、ドライエッチング速度が該
第２層レジスト膜に比べて速いレジスト材料から構成さ
れているものである。そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００２７】この発明（請求項２）は、請求項１記載の
レジストパターン形成方法において、前記基板上に前記
第１層レジスト膜及び第２層レジスト膜を順次形成した
後該両レジスト膜をパターニングする工程では、該第２
層レジスト膜の露光，現像を行って第２層レジスト膜を
パターニングし、その後該パターニングされた第２層レ
ジスト膜をマスクとして、第１層レジスト膜をドライエ
ッチングするようにしている。

【００２８】この発明（請求項３）は、請求項１記載の
レジストパターン形成方法において、前記反射防止効果
を有する第１層レジスト膜の構成材料として、ポリグリ
シルメタクリレート及びその誘導体と、アゾ化合物及び
ジスリルピリジン化合物のうちの少なくとも一方を含む
熱硬化剤とを含有する硬化性樹脂組成物を使用するもの
である。

【００２９】この発明（請求項４）は、請求項２記載の
レジストパターン形成方法において、前記反射防止効果
を有する第１層レジスト膜をドライエッチングする際、
酸素を含むエッチングガスを使用するものである。

【００３０】この発明（請求項５）は、請求項１又は２
記載のレジストパターン形成方法において、前記反射防
止効果を有する第１層レジスト膜を、５００〜３５００
オングストロームの厚さに形成するものである。

【００３１】この発明（請求項６）は、請求項２記載の
レジストパターン形成方法において、前記反射防止効果
を有する第１層レジスト膜を、その反射防止効果が増大
するよう、色素として２００℃以上で安定性のある化合
物を添加した構成としたものである。

【００３２】この発明（請求項７）は、請求項６記載の
レジストパターン形成方法において、前記色素としてア
ントラキノン及びアントラキノン誘導体を用いるもので
ある。

【００３３】この発明（請求項８）は、請求項１記載の
レジストパターン形成方法において、前記反射防止効果
を有する第１層レジスト膜に酸発生剤を添加するように
している。そのことにより上記第２の目的が達成され
る。

【００３４】この発明（請求項９）は、請求項８記載の
レジストパターン形成方法において、前記酸発生剤とし
て、ヨードニウム塩、スルフォニウム塩、ジフェニルジ
スルフォン化合物、及びこれらの誘導体を使用するもの
である。

【００３５】この発明（請求項１０）は、請求項１記載
のレジストパターン形成方法において、前記反射防止効
果を有する第１層レジスト膜に発光剤を添加するように
したものである。そのことにより上記第３の目的が達成
される。

【００３６】この発明（請求項１１）は、請求項１０記
載のレジストパターン形成方法において、前記発光剤と
して、蛍光あるいは燐光を発光する化合物を使用するも
のである。

【００３７】この発明（請求項１２）は、請求項１１記
載のレジストパターン形成方法において、前記蛍光ある
いは燐光を発光する化合物として、アントラセン、キサ
ントン、ベンゾフェノン、チオキサントン、及びこれら
の誘導体を使用するものである。

【００３８】この発明（請求項１３）は、請求項１記載
のレジストパターン形成方法において、前記反射防止効
果を有する第１層レジスト膜に酸を添加するようにした
ものである。

【００３９】この発明（請求項１４）は、請求項１３記
載のレジストパターン形成方法において、前記第２層レ
ジスト膜を、露光によって酸を発生する酸発生剤を含有
するものとし、前記第１層レジスト膜に添加する酸を、
該第２層のレジスト膜の露光によってその内部に発生す
る酸の強度ｐＫａと同じ酸強度を持つものとしたもので
ある。

【００４０】この発明（請求項１５）は、請求項８又は
１３記載のレジストパターン形成方法において、前記第
２層レジスト膜として、酸発生剤を含有するものを使用
するものである。

【００４１】この発明（請求項１６）は、請求項３記載
のレジストパターン形成方法において、前記第１層レジ
スト膜として使用する硬化性樹脂組成物を、前記ポリグ
リシルメタクリレート及びその誘導体に高分子付加反応
によって、アゾ化合物及びジスリルピリジン化合物の少
なくとも一方を付加する際に、その付加率により、その
生成物の透過率を調整した構成としている。

【００４２】以下、本発明の作用について説明する。

【００４３】この発明（請求項１，２）においては、基
板上にレジストパターンを形成する際、レジスト（第２
層レジスト膜）の塗布前に反射防止膜（第１層レジスト
膜）を基板に塗布するので、下地の表面状態や下地から
の反射光の第２層レジスト膜への影響をなくすことがで
きる。

【００４４】また、この反射防止膜をドライエッチング
速度が第２層レジスト膜に比べて速いレジスト材料によ
り構成しているため、第２層レジスト膜をマスクとする
反射防止膜のエッチング処理の際、第２層レジスト膜の
膜減りを低減することができる。

【００４５】この発明（請求項３）においては、レジス
トパターンとエッチング選択性のある反射防止膜として
は、ポリグリシルメタクリレート類と、特定のアゾ系及
びジスリルピリジン系化合物の少なくとも１つを含む熱
硬化剤とを含有する硬化性樹脂組成物を使用するので、
反射防止膜の透過率を、その構成材料のベンゼン環の導
入率を調整することにより調整できる。

【００４６】この発明（請求項４）においては、反射防
止膜のドライエッチングにおいて酸素を含むガスをエッ
チャントとして使うので、レジスト（第２層レジスト
膜）と反射防止膜（第１層レジスト膜）とのエッチング
選択性を得ることができる。

【００４７】この発明（請求項５）においては、反射防
止膜の膜厚を、５００オングストローム以上としている
ので、下地からの反射の影響を低減でき、また、下地と
レジストの相互作用、例えば下地表面の凸凹や下地の構
成材料によるレジストへの影響をなくすことができる。

【００４８】また反射防止膜の膜厚を、３５００オング
ストローム以下にしているので、レジスト膜をマスクと
する反射防止膜のエッチング処理を、レジスト膜の大幅
な膜減り招くことなく行うことができる。

【００４９】この発明（請求項６，７）においては、反
射防止膜に色素を添加しているため、その透過率のみを
独立して調節できる。また、該色素として、２００℃以
上に耐熱性を持つ化合物、例えばアントラキノン及びア
ントラキノン誘導体等を用いているので、反射防止膜が
レジストとの相互混合を防ぐために２００℃以上の温度
でプリベークされる際、色素が分解したり、昇華したり
するのも回避できる。この発明（請求項８，９）におい
ては、反射防止膜（第１層レジスト）に酸発生剤を添加
するようにしたので、化学増幅型レジストの反射防止膜
近傍部分で発生した酸が反射防止膜にトラップされるこ
とによるパターン形状の劣化を回避できる。なお、添加
する酸発生剤としては、オニウム塩、非オニウム塩系酸
発生剤を使用する。また、オニウム塩としてヨードニウ
ム塩、スルフォニウム塩、これらの誘導体、非オニウム
塩としてジフェニルジスルフォン系、及びその誘導体を
使用する。

【００５０】つまり、化学増幅型レジストと反射防止膜
との相互作用、つまり上記酸の反射防止膜でのトラップ
により、ネガ型レジストではパターン裾に食い込みが発
生し、ポジ型レジストに対してパターンに裾引きが発生
し、これによりパターン形状が劣化するという問題があ
る。これに対して、酸発生剤を反射防止膜に添加するこ
とでレジストと反射防止膜との界面でレジスト中の酸濃
度を高くし、パターン形状の劣化を防ぐことができる。

【００５１】この発明（請求項１０，１１，１２）にお
いては、反射防止膜に発光剤を添加することで下地から
の反射光を減らした分を、反射防止膜からの発光で補っ
てパターン形状を劣化することを防ぐことができる。そ
の発光剤として蛍光、燐光を発光する化合物を使用し、
具体的な化合物としてアントラセン、キサントン、ベン
ゾフェノン、チオキサントン、及びその誘導体を使用す
る。

【００５２】この発明（請求項１３）においては、反射
防止膜に酸を加えるので、化学増幅型レジストで発生し
た酸の、反射防止膜にトラップされる量が少なくなる。
これにより、ネガ型レジストに対しては逆テーパ形状を
改善して側壁が垂直な形状とし、反射防止膜とレジスト
の密着性を高めることができる。また、ポジ型レジスト
に対しては順テーパ形状を改善して側壁が垂直な形状に
し、さらに、酸が反射防止膜にトラップされることによ
り露光部でレジストが皮一枚残るという問題を解消でき
る。

【００５３】この発明（請求項１４）においては、反射
防止膜に加える酸の強度が、第２層レジスト膜である化
学増幅レジストに含有される酸発生剤から露光によって
発生する酸と同程度の酸強度を持つので、化学増幅レジ
ストの、反射防止膜近傍での酸減少による悪影響を、反
射防止膜中の酸により効果的に抑えることができる。こ
の発明（請求項１５）においては、第２層のレジストと
して、酸発生剤を含有する化学増幅レジストを用いるの
で、酸発生剤、酸を第１層の反射防止膜に添加するパタ
ーン形成方法が有効なものとなる。

【００５４】この発明（請求項１６）においては、ポリ
グリシルメタクリレート類の骨格に、特定のアゾ系及び
ジスリルピリジン系の少なくとも一方の化合物を導入す
る際に、その導入率を自由に変えてその透過率を自由に
設定できる硬化性樹脂組成物を使用するので、下地の反
射率，段差形状を考慮しながら第１層レジスト膜の透過
率を設定でき、非常に有用である。

【００５５】

【発明の実施の形態】まず、本発明の基本原理について
説明する。

【００５６】下地での露光光の反射を防止する効果を有
する第１層レジストを用いたパターン形成方法におい
て、第１層レジストのドライエッチ速度を、その上に形
成される第２層レジストに比べて速くすることで、第１
層レジストを、第２層レジストをマスクとしてエッチン
グする際の、第２層レジストの膜減りを抑えることがで
き、形状の良いレジストパターンを得ることができる。

【００５７】下地の段差により第１層レジストの膜厚が
不均一になった場合、第１層レジストのドライエッチの
オーバーエッチ量を、均一な膜厚の第１層レジストをエ
ッチングする場合より増やさなければず、レジストの減
り、パターン寸法のバラツキが大きくなってしまうが、
第１層レジストのドライエッチング速度が第２層レジス
トのそれよりも大きければ、オーバーエッチ量も小さく
てすみ、パターン形状を劣化させるには至らない。

【００５８】また、有機物質のドライエッチング速度
は、ベンゼン環の導入率に依存している。第２層レジス
トをマスクにして第１層レジスト（反射防止膜）をドラ
イエッチする場合、第２層レジストに対して第１層レジ
ストのベンゼン環の導入率を低くすることによって、第
１層レジストのドライエッチ速度を第２層レジストより
速くなり、これにより形状の良いレジストパターンを得
ることができる。この方法は、段差により不均一で異な
った膜厚を持つ反射防止膜上での第２層レジストのパタ
ーン形成に適用できる。上記方法では、第２層レジスト
の膜減りを極力抑えることができ、レジストパターン寸
法のバラツキを抑えることができる。

【００５９】また、ポリグリシルメタクリレート及びそ
の誘導体と、少なくともアゾ化合物及びジスリルピリジ
ン化合物の少なくとも一方を含む熱硬化剤とを含有する
硬化性樹脂組成物は、ナフトキノンジアジド／フェノー
ルノボッラク系レジストや、化学増幅型レジストと比較
してドライエッチング速度が、その構造のために速く、
有用な反射防止膜となり得る。また、硬化性樹脂組成物
は、ベンゼン環の導入率を自由に変えることができるた
めに、透過率を変えることができるので反射防止膜とし
て有用である。

【００６０】また、第１層レジスト（反射防止膜）のド
ライエッチングに酸素を含むガスを使うことで、第２層
レジストと第１層レジスト（反射防止膜）にエッチング
選択性をだすことができる。酸素ガスをエッチアントと
して使用する場合、酸素プラズマを主要なエッチアント
とすると、被エッチング材料の特性の違いを有効に引き
出して、エッチング速度の違いを引き出し易い。

【００６１】また、第１層レジスト（反射防止膜）の膜
厚は、マスクとなる第２層レジストの膜厚、下地の反射
率、段差等の下地形状、第２層レジストとのエッチング
選択比に依存して決定されるものであり、このようなパ
ターン形成技術では、第１層レジスト（反射防止膜）の
膜厚は、５００〜３５００オングストロームにすること
が適切である。

【００６２】第１層レジスト（反射防止膜）の透過率
は、下地の反射率、下地の形状、反射防止膜の膜厚等を
考慮したとき、適切でない場合がある。この時は、透過
率を下げるために色素を加えればよいが、第１層レジス
ト（反射防止膜）と第２層レジストの界面での混合を防
ぐために、第１層レジスト（反射防止膜）を２００℃以
上でキュアーすることが必要である。ところが、添加す
る色素に耐熱性がないと分解又は昇華してしまい色素と
しての機能を失う。このため、色素として耐熱性化合物
を用いなければならない。

【００６３】前述の色素として、アントラキノン及びア
ントラキノン誘導体は要求される耐熱性を有する物質で
あり、これらを用いてレジストパターンを形成すること
は有効である。

【００６４】化学増幅型レジストを単層で使用する場合
は、該レジスト自身にブリーチング効果がないために下
地の反射光を使ってパターン形状を整えるが、化学増幅
型レジストに反射防止膜を適用する場合、下地からの反
射光がなくなるためにレジストパターン形状を劣化させ
る。これを改善するために、化学増幅型レジストに酸発
生剤を添加し、露光によって反射防止膜に酸を発生させ
てそれをレジスト中に拡散させるようにする。これによ
り、第２層レジストのパターン形状の劣化を防ぐと共
に、第２層のレジストと第１層レジスト（反射防止膜）
との密着性を向上させる効果を発現できる。

【００６５】前述の酸発生剤としては、オニウム塩であ
るか、非オニウム塩であるかを問わず双方とも有効に機
能する。オニウム塩としてヨードニウム塩、スルフォニ
ウム塩、及びこれらの誘導体を、また、非オニウム塩と
してジフェニルジスルフォン、及びその誘導体を使用す
る。

【００６６】前述のように反射防止膜を用いたレジスト
パターン形成方法では、化学増幅型レジストを用いた場
合に限らず、下地からの反射光がないためにパターン形
状を劣化させる問題がある。この問題は、反射防止膜に
発光剤を添加することによって、下地からの反射光でな
く、反射防止膜からの発光光をパターン形成に使うこと
が可能となり、パターンの形状を改善することができ
る。

【００６７】前述の発光剤として蛍光、燐光を発光する
化合物を使用し、具体的には、例えば、アントラセン、
キサントン、ベンゾフェノン、チオキサントン、及びこ
れらの誘導体を使用する。

【００６８】前述の反射防止膜に酸を加えることは、化
学増幅型レジストに対して効果を持つ。反射防止膜から
酸が該レジスト中に拡散することによって、ネガ型レジ
ストに対しては逆テーパ形状を改善し、その側壁が垂直
な形状とし、反射防止膜とレジストの密着性を高めるこ
とができる。また、ポジ型レジストに対しては順テーパ
形状を改善し、側壁が垂直な形状とし、さらに露光部で
レジストが皮一枚残るという問題を解決できる。

【００６９】前記酸の強度は、第２層レジストである化
学増幅レジストに含有される酸発生剤から露光によって
発生する酸と同程度の酸強度を持つものが有効である。
ｐＫａ値で表すと酸発生剤から発生する酸の強度ｐＫａ
の０．５〜２倍の強度ｐＫａを持つ酸を使用することが
有効である。

【００７０】酸発生剤、酸を第１層レジスト（反射防止
膜）に添加するパターン形成方法においては、第２層レ
ジストとして、酸発生剤を含有する化学増幅レジストを
用いることが有効である。

【００７１】さらに、ポリグリシルメタクリレート類の
骨格に、特定のアゾ系及びジスリルピリジン系の少なく
とも一方の化合物を導入する際に、その導入率を自由に
変えてその透過率を自由に設定できる硬化性樹脂組成物
を、第１層レジストとして使用することは、下地の反射
率、段差形状を考慮しながら、第１層レジストの透過率
を設定でき、非常に有用である。

【００７２】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。

【００７３】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１によるレジストパターン形成方法を説明するための
図であり、図１（ａ），図１（ｂ）は実施の形態１のレ
ジストパターン形成方法によりレジスト膜が形成される
様子を示している。図１（ｃ），図１（ｄ）は、実施の
形態１と比較される比較例１のレジストパターン形成方
法によりレジスト膜が形成される様子を示している。

【００７４】図において、１００は上記実施の形態１の
方法により基板１上に形成された、所定の平面パターン
を有するレジスト膜で、第１層レジストである反射防止
膜１０１と、第２層レジストである化学増幅型ネガレジ
スト１０２とからなる２層構造となっている。

【００７５】次に、上記レジスト膜の形成方法について
説明する。

【００７６】６インチのシリコン基板１に１２０℃で６
０秒間、へキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）蒸気を用
いて、脱水べーク及び疎水化処理を施し、その後に、反
射防止膜（ＡＲＣ−１０：住友化学（株）製）１０１を
３５００ｒｐｍの回転速度でスピンコートした。続い
て、基板上に塗布した反射防止膜１０１をホットプレー
ト上で２４０℃，５分間プリベークし、層厚０．１μｍ
の第１層レジストである反射防止膜１０１を形成した。

【００７７】さらに、反射防止膜１０１を形成した基板
に対して、再び１２０℃で６０秒間、へキサメチルジシ
ラザン（ＨＭＤＳ）蒸気を用いて、脱水ベーク及び疎水
化処理を施し、その後に、該反射防止膜１０１上に化学
増幅型ネガレシスト（Ｃ０４：三菱化成（株）製）溶液
を４３００ｒｐｍの回転速度でスピンコートした。続い
て、該ネガ型レジストをホットプレート上で１１０℃，
６０秒間プリベークし、層厚１．０μｍの第２層レジス
ト膜１０２を形成した。

【００７８】次に、第２層レジスト１０２と反射防止膜
１０１を塗布した基板１に対して、遠紫外線（２４８ｎ
ｍのＫｒＦエキシマレーザ光）を用いて、ＮＡ：０．４
５のステッパにより露光量３０ｍＪ／ｃｍ²の光照射を
行った。ここで、ＮＡはステッパのレンズの開口を示す
値で、ステッパの解像力等の性能の目安となるものであ
り、ステッパとしては、ＮＡの値が０．４〜０．６のも
のが主流で、その値が大きいほど、高解像度のものとな
る。

【００７９】そして、該第２層レジストに対して１１０
℃で６０秒間、露光後ベーク処理を行った後、０．１４
Ｎのテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（Ｔ
ＭＡＨ）現像液（ＸＰ−８９−１１４：シプレイ・ファ
ーイースト（株）製）を用いて、該第２層レジスト１０
２を現像し、そのポストベークを行って、図１（ａ）に
示すようなパターンを有する第２層レジスト１０２を得
た。

【００８０】続いて、この第２層レジスト１０２をマス
クとして、反射防止膜１０１のドライエッチを行って、
所定パターンを有する２層構造のレジスト膜１００を形
成した。ここでは、ドライエッチ装置として、Ｐ５００
０Ｅ（アプライトマテリアル（株）製）を用い、エッチ
ングガスとして、ＣＨＦ₃ガス（４０ｓｃｃｍ）と、Ｏ₂
ガス（１０ｓｃｃｍ）の混合ガスを用いて、圧力５０ｍ
ｔｏｒｒ、ＲＦパワー７００Ｗ、磁場８０Ｇ、温度２０
℃の条件で、上記反射防止膜１０１をエッチングした。

【００８１】この時、反射防止膜１０１は第２層レジス
ト１０２に対して１．４倍の速度でエッチングされ、こ
の結果、図１（ｂ）に示すように第２層レジスト１０２
のパターン形状を損なうことなく、反射防止膜１０１の
エッチングを行うことができた。

【００８２】（比較例１）反射防止膜として、上記実施
の形態１におけるＡＲＣ−１０（住友化学（株）製）に
代えて、ＵＶ−０７（ブリューワサイエンス社製）１０
１ａを用い、プリベークとして、反射防止膜１０１ａを
２００℃で６０秒間キュアーすること以外は、実施の形
態１と同一の条件で、レジストパターンを形成した。

【００８３】ここでは、反射防止膜（ＵＶ−０７）１０
１ａは、第２層レジスト１０２に対して１．０倍の速度
でエッチングされるものである。

【００８４】レジスト膜１００ａのパターン形状は、僅
かにサイドエッチがはいるために、図１（ｃ）に示すよ
うに、反射防止膜１０１ａのエッチング後に得られたレ
ジスト膜１００ａのパターンは、上記実施の形態１のも
のに比べると、より細ったパターン形状となっていた。

【００８５】また、上記反射防止膜１０１ａ上に第２層
レジスト１０２をパターニングした後、サイドエッチン
グが入りにくいエッチング条件で、該反射防止膜１０１
ａをエッチングしてみると、図１（ｄ）に示すように、
第２層レジストの頭が減った膜減りの顕著なレジスト膜
１００ｂが得られた。このようなレジスト膜１００ｂを
マスクとして用いて、レジスト膜下側の被エッチング層
をエッチングすることは、レジスト膜の有効膜厚が薄い
ために不可能になった。

【００８６】（実施の形態２）この実施の形態２のレジ
ストパターン形成方法は、上記実施の形態１における反
射防止膜（ＡＲＣ−１０）に代えて、ポリグリシルメタ
クリレート類と、特定のアゾ系及びジスリルピリジン系
の少なくとも一方の化合物を含む熱硬化剤とを含有する
硬化性樹脂組成物を使用したもので、他の条件は実施の
形態１と同様にレジストパターンを形成した。

【００８７】その結果、反射防止膜１０１は、第２層レ
ジスト１０２に対して１．５倍の速度でエッチングさ
れ、ライン幅及びスペースが０．２６μｍである第２層
レジストのパターンの形状を損なうことなく、反射防止
膜のエッチングを行うことができた。

【００８８】（比較例２）上記実施の形態２と比較され
る比較例２は上記比較例１と同一である。

【００８９】上記実施の形態２のレジストパターン形成
方法においても、この比較例２のものとは異なり、反射
防止膜１０１のエッチング速度が、第２層レジストのも
のに比べて大きく、レジスト膜のパターン形状は良好な
ものとなっている。

【００９０】（実施の形態３）図２は本発明の実施の形
態３によるレジストパターン形成方法を説明するための
図であり、図２（ｂ）は実施の形態３のレジストパター
ン形成方法において第２層レジストが形成される様子を
示している。図２（ａ）は、実施の形態３と比較される
比較例３のレジストパターン形成方法においてレジスト
膜が形成される様子を示している。

【００９１】この実施の形態３では、上記実施の形態１
における反射防止膜であるＡＲＣ−１０に、色素として
１ｗｔ％のアントラキノンを添加した反射防止膜１１３
を用いる。また、ここでは基板として、高反射基板であ
る、表面にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ層１ａを２０００オングス
トロームの厚さにスパッタ法によりデポジションした基
板１を用いる。そして、他の条件は実施の形態１と同様
にしてレジストパターンを形成した。

【００９２】すなわち、該基板１のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ層
１ａ上に反射防止膜１１３を形成し、その上に、実施の
形態１と同一材料からなる第２層レジスト１０３を形成
した後、該第２層レジスト１０３を露光，現像によりパ
ターニングした。そして、該パターニングした第２層レ
ジスト１０３をマスクとして、反射防止膜１１３をエッ
チングした。

【００９３】その結果、図２（ｂ）に示すように、パタ
ーニングされた第２層レジスト１０３は、その下部に食
い込みも無く、側壁が垂直な形状のものとなっていた。

【００９４】ここでは、反射防止膜１１３は、第２層レ
ジスト１０３に対して１．４倍の速度でエッチングさ
れ、ライン幅とスペースがともに０．３２μｍである、
第２層レジスト１０３のパターン形状を損なうことな
く、反射防止膜１１３のエッチングを行うことができ
た。

【００９５】（比較例３）上記実施の形態３のレジスト
パターン形成方法において、反射防止膜を用いずに、基
板１表面上に形成したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ層１ａ上でレジ
ストパターンを形成した。

【００９６】その結果、図２（ａ）に示すように、下地
からの高い反射のために、パターニングされた第２層レ
ジスト（化学増幅型レジスト）１０３ａは、その側壁が
垂直にならず、また、下地との相互作用によって、その
下部両側部に食い込みが発生し、０．４μｍ幅以下のパ
ターンのものは剥離してしまった。

【００９７】（実施の形態４）図３は本発明の実施の形
態４によるレジストパターン形成方法を説明するための
図であり、図３（ｂ）は実施の形態４のレジストパター
ン形成方法により第２層レジストが形成される様子を示
している。図３（ａ）は、実施の形態４と比較される比
較例４のレジストパターン形成方法により第２層レジス
トが形成される様子を示している。

【００９８】この実施の形態４では、上記実施の形態１
における反射防止膜であるＡＲＣ−１０に酸発生剤とし
て１ｗｔ％のジフェニルヨードニウムトリフレートを添
加したものを反射防止膜１１４として用いる。そして、
上記実施の形態１と同様にして、レジストパターンを形
成した。

【００９９】すなわち、該基板１上に上記反射防止膜１
１４を形成し、その上に、実施の形態１と同一材料から
なる第２層レジスト１０４を形成した後、該第２層レジ
スト１０４を露光，現像によりパターニングした。そし
て、該パターニングした第２層レジスト１０４をマスク
として、反射防止膜１１４をエッチングした。

【０１００】その結果、図３（ｂ）に示すように、下地
との相互作用による食い込みもなく、側壁が垂直に切り
立ったパターン形状の第２層レジスト１０４が得られ
た。

【０１０１】ここで、反射防止膜１１４は、レジスト膜
１０４に対して１．４倍の速度でエッチングされ、ライ
ン幅とスペースがともに０．２４μｍであるレジスト膜
１０４のパターンの形状を損なうことなく、反射防止膜
１１４のエッチングを行うことができた。

【０１０２】（比較例４）反射防止膜として、上記実施
の形態４における酸発生剤を添加したＡＲＣ−１０（住
友化学（株）製）１１４に代えて、ＵＶ−０７（ブリュ
ーワサイエンス社製）１０１ａを用い、プリベークとし
て、反射防止膜１０１ａを２００℃で６０秒間キュアー
すること以外は、実施の形態４と同一の条件で、レジス
トパターンを形成した。

【０１０３】ここでは、反射防止膜（ＵＶ−０７）１０
１ａは、第２層レジスト１０４に対して１．０倍の速度
でエッチングされるものである。

【０１０４】この場合、第２層レジスト１０４は、その
断面形状が逆台形形状となり、ライン幅とスペースがと
もに０．３μｍのパターンを解像するのが限界であった
（図３（ａ）参照）。

【０１０５】（実施の形態５）この実施の形態５では、
上記実施の形態１における反射防止膜であるＡＲＣ−１
０に、蛍光剤として１ｗｔ％のベンゾフェノンを添加し
たものを、反射防止膜として用いる。

【０１０６】そして実施の形態１と同様にして、反射防
止膜及びその上の第２層レジストをパターニングしてみ
ると、図３（ｂ）に示すように、下地との相互作用によ
る食い込みもなく、垂直に切り立った形状の第２層レジ
ストが得られた。

【０１０７】この実施の形態５においても、反射防止膜
は、レジストに対して１．４倍の速度でエッチングさ
れ、ライン幅及びスペースがともに０．２４μｍである
第２層レジストのパターン形状を損なうことなく反射防
止膜のエッチングを行うことができた。

【０１０８】（比較例５）反射防止膜として、上記実施
の形態５における、蛍光剤を添加したＡＲＣ−１０（住
友化学（株）製）に代えて、ＵＶ−０７（ブリューワサ
イエンス社製）を反射防止膜として用い、プリベークと
して、該反射防止膜を２００℃で６０秒間キュアーする
こと以外は、実施の形態５と同一の条件で、レジストパ
ターンを形成した。

【０１０９】ここでは、反射防止膜（ＵＶ−０７）は、
第２層レジストに対して１．０倍の速度でエッチングさ
れるものである。

【０１１０】この場合、第２層レジストは、その断面形
状が逆台形形状となり、ライン幅とスペースがともに
０．３μｍのパターンを解像するのが限界であった（図
３（ａ）参照）。

【０１１１】（実施の形態６）この実施の形態６では、
上記実施の形態１における反射防止膜であるＡＲＣ−１
０に、酸として０．ｌｗｔ％のベンゼンスルフォン酸を
添加したものを反射防止膜として用いる。

【０１１２】そして上記実施の形態１と同様にして、反
射防止膜及びその上の第２層レジストをパターニングし
てみると、図３（ｂ）に示すように、下地との相互作用
による食い込みもなく、垂直に切り立った形状の第２層
レジストが得られる。

【０１１３】この実施の形態においても、反射防止膜
は、レジストに対して１．４倍の速度でエッチングさ
れ、ライン幅及びスペースがともに０．２６μｍの第２
層レジストのパターン形状を損なうことなく、反射防止
膜のエッチングを行うことができた。

【０１１４】（比較例６）反射防止膜として、上記実施
の形態６における、酸を添加したＡＲＣ−１０（住友化
学（株）製）に代えて、ＵＶ−０７（ブリューワサイエ
ンス社製）を用い、プリベークとして、反射防止膜を２
００℃で６０秒間キュアーすること以外は、実施の形態
６と同一の条件で、レジストパターンを形成した。

【０１１５】ここでは、反射防止膜（ＵＶ−０７）は、
第２層レジストに対して１．０倍の速度でエッチングさ
れるものである。

【０１１６】この場合、第２層レジストは、その断面形
状が逆台形形状となり、ライン幅とスペースがともに
０．３μｍのパターンを解像するのが限界であった（図
３（ａ）参照）。

【０１１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レジスト
膜をマスクとする反射防止膜のエッチング処理の際、レ
ジスト膜の膜減りを低減することができるレジストパタ
ーン形成方法を得ることができる。

【０１１８】また、本発明によれば、化学増幅型レジス
トの反射防止膜近傍部分で発生した酸が反射防止膜にト
ラップされることによるパターン形状の劣化を回避でき
るレジストパターン形成方法を得ることができる。

【０１１９】また、本発明によれば、下地からの露光光
の反射光が反射防止膜により低減しても、該反射光を利
用して露光を行うタイプのレジストのパターン劣化を回
避することができるレジストパターン形成方法を得るこ
とができる。

【０１２０】このようの本発明のレジストパターン形成
方法を用いることにより、段差を有する下地基板上、高
反射基板上、各種の膜が混在する基板上でのレジスト膜
のパターン形成が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態１によるレジストパ
ターン形成方法を説明するための図であり、図１
（ａ），図１（ｂ）は実施の形態１のレジストパターン
形成方法によりレジスト膜が形成される様子を示し、図
１（ｃ），図１（ｄ）は、実施の形態１と比較される比
較例１のレジストパターン形成方法によりレジスト膜が
形成される様子を示している。

【図２】本発明の実施の形態３によるレジストパターン
形成方法を説明するための図であり、図２（ｂ）は実施
の形態３のレジストパターン形成方法により第２層レジ
ストが形成される様子を示し、図２（ａ）は、実施の形
態３と比較される比較例３のレジストパターン形成方法
によりレジスト膜が形成される様子を示している。

【図３】本発明の実施の形態４〜６によるレジストパタ
ーン形成方法を説明するための図であり、図３（ｂ）は
実施の形態４〜６のレジストパターン形成方法により第
２層レジストが形成される様子を示し、図３（ａ）は、
実施の形態４〜６と比較される比較例４〜６のレジスト
パターン形成方法によりレジスト膜が形成される様子を
示している。

【図４】従来のレジストパターン形成方法を説明するた
めの図であり、図４（ａ）は下地上に直にレジストを形
成する方法を示し、図４（ｂ）は、下地上に反射防止膜
を介してレジストを形成する方法を示している。

【符号の説明】

１ 基板 １ａ Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ層 １００ ２層構造のレジスト膜 １０１，１１３，１１４ 反射防止膜（第１層レジス
ト） １０２，１０３，１０４ 第２層レジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５７３ 21/302 Ｊ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に第１層レジスト膜および第２層
   レジスト膜を順次形成する工程と、 該両レジスト膜を露光，現像処理によりパターニングし
   て、所定の平面パターンを有する２層構造のレジスト膜
   を形成する工程とを含み、 該第１層レジスト膜は、露光光の基板表面での反射を抑
   制する反射防止効果を有し、かつ該第１層レジスト膜
   は、ドライエッチング速度が該第２層レジスト膜に比べ
   て速いレジスト材料から構成されているレジストパター
   ン形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のレジストパターン形成方
   法において、 前記基板上に前記第１層レジスト膜及び前記第２層レジ
   スト膜を順次形成した後該両レジスト膜をパターニング
   する工程では、 該第２層レジスト膜の露光，現像を行って該第２層レジ
   スト膜をパターニングし、その後該パターニングされた
   第２層レジスト膜をマスクとして、該第１層レジスト膜
   をドライエッチングするレジストパターン形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のレジストパターン形成方
   法において、 前記反射防止効果を有する第１層レジスト膜の構成材料
   として、 ポリグリシルメタクリレート及びその誘導体と、アゾ化
   合物及びジスリルピリジン化合物のうちの少なくとも一
   方を含む熱硬化剤とを含有する硬化性樹脂組成物を使用
   するレジストパターン形成方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載のレジストパターン形成方
   法において、 前記反射防止効果を有する第１層レジスト膜をドライエ
   ッチングする際、 酸素を含むエッチングガスを使用するレジストパターン
   形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載のレジストパターン
   形成方法において、 前記反射防止効果を有する第１層レジスト膜は、５００
   〜３５００オングストロームの厚さに形成するレジスト
   パターン形成方法。
6. 【請求項６】 請求項２記載のレジストパターン形成方
   法において、 前記反射防止効果を有する第１層レジスト膜は、 その反射防止効果が増大するよう、色素として２００℃
   以上で安定性のある化合物を添加したものであるレジス
   トパターン形成方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載のレジストパターン形成方
   法において、 前記色素としてアントラキノン及びアントラキノン誘導
   体を用いるレジストパターン形成方法。
8. 【請求項８】 請求項１記載のレジストパターン形成方
   法において、 前記反射防止効果を有する第１層レジスト膜に酸発生剤
   を添加するようにしたレジストパターン形成方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載のレジストパターン形成方
   法において、 前記酸発生剤として、ヨードニウム塩、スルフォニウム
   塩、ジフェニルジスルフォン化合物、及びこれらの誘導
   体を使用するレジストパターン形成方法。
10. 【請求項１０】 請求項１記載のレジストパターン形成
    方法において、 前記反射防止効果を有する第１層レジスト膜に発光剤を
    添加するようにしたレジストパターン形成方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のレジストパターン形
    成方法において、 前記発光剤として、蛍光あるいは燐光を発光する化合物
    を使用するレジストパターン形成方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のレジストパターン形
    成方法において、 前記蛍光あるいは燐光を発光する化合物として、アント
    ラセン、キサントン、ベンゾフェノン、チオキサント
    ン、及びこれらの誘導体を使用するレジストパターン形
    成方法。
13. 【請求項１３】 請求項１記載のレジストパターン形成
    方法において、 前記反射防止効果を有する第１層レジスト膜に酸を添加
    するようにしたレジストパターン形成方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載のレジストパターン形
    成方法において、 前記第２層レジスト膜は、露光によって酸を発生する酸
    発生剤を含有するものであり、 前記第１層レジスト膜に添加する酸は、該第２層のレジ
    スト膜の露光によってその内部に発生する酸の強度ｐＫ
    ａと同じ強度を持つものであるレジストパターン形成方
    法。
15. 【請求項１５】 請求項８又は１３記載のレジストパタ
    ーン形成方法において、 前記第２層レジスト膜として、酸発生剤を含有するもの
    を使用するレジストパターン形成方法。
16. 【請求項１６】 請求項３記載のレジストパターン形成
    方法において、 前記第１層レジスト膜として使用する硬化性樹脂組成物
    は、 前記ポリグリシルメタクリレート及びその誘導体に高分
    子付加反応によって、アゾ化合物及びジスリルピリジン
    化合物の少なくとも一方を付加する際に、その付加率に
    より、その生成物の透過率を調整したものであるレジス
    トパターン形成方法。