JPH0980755A

JPH0980755A - レジストプロセス及び多層レジスト膜

Info

Publication number: JPH0980755A
Application number: JP23426295A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakano; 博之中野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】レジストと反射防止膜との相互の干渉を防止し
て、正確なパターンのレジストを得ることができるレジ
ストプロセス、及びレジストとこれを補完する膜からな
る多層レジスト膜を提供する。【解決手段】レジスト膜の上面又は下面に反射防止膜を
形成するレジストプロセスにおいて、反射防止膜とレジ
スト膜との間にこれらの相互作用を遮断するバリヤー膜
を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等のフ
ォトリソグラフィに用いるレジスト膜とその補完膜を形
成する方法及び多層レジスト膜に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光リソ
グラフィにおいて、微細なパターンを形成する際、線幅
の変動は大きな問題である。線幅がばらつく要因として
は、下地基板の段差、パターンの疎密性などが考えられ
る。

【０００３】デザインルールの縮小に伴い、光リソグラ
フィにおける露光波長は、ｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線
（３６５ｎｍ）、更にＫｒＦエキシマレーザー（２４８
ｎｍ）と短波長化されてきた。図８に示すような多重干
渉の影響は、露光波長の短波長化により大きくなる。こ
れは、多重干渉の周期が小さくなること、基板反射率が
高くなることに起因している。多重干渉の影響が大きく
なるため、レジスト膜厚が変化した際の線幅の変動は、
図９に示すように、大きくなる。下地基板の段差によ
り、レジストの膜厚が変化し、線幅にばらつきが生じる
のは今述べた理由による。

【０００４】パターンの線幅変動を抑える技術の一つと
して、図１０に示すような反射防止技術がある。これ
は、レジストの上部又は下部に光吸収性の有機膜又は無
機膜をおくことで、吸収と位相の打ち消しにより、レジ
スト膜厚が変化したときに、レジスト内部で吸収される
光量を一定にし、線幅の変動を抑える方法である。

【０００５】これらレジストの上部又は下部に反射防止
膜を形成する反射防止技術において、レジストの上部に
透明性の有機膜をおき、材料（ｎ＝１．３程度）と、位
相の打ち消しにより、レジスト内に吸収される光の量を
一定にする方法がある。レジストの上層に透明性の有機
膜をスピンコートにより塗布する方法は、簡便な方法で
あり、現在幅広く用いられている。

【０００６】一方、高反射基板を用いる場合、図１１に
示すように、レジスト下部に吸収性の反射防止膜を形成
（図１１（Ｂ）図）した方が、段差などにおいて、様々
な方向へ向かう光量が小さくなり、線幅変化、ハレーシ
ョンという意味で有利になる。

【０００７】ところで、半導体リソグラフィの微細化に
伴う短波長化により、低露光量でも感度よく微細パター
ンを形成できる化学増幅系のレジストが、従来のノボラ
ック系のレジスト（ｇ線、ｉ線）に代わり、ＫｒＦエキ
シマレーザーリソグラフィ（２４８ｎｍ）以降で主流と
なっている。化学増幅系のレジストは、露光部分に酸が
発生し、その酸が連鎖反応を起こすことにより、小さい
露光エネルギーでパターンを形成できるという長所を持
っている。それ故、ランプやパルスのエネルギーが小さ
いＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）エキシ
マリソグラフィにおいては、必須のレジストである。

【０００８】ポジ型化学増幅レジストには、ｔ−ブトキ
シカルボニル基を用いて脱保護反応を利用したものや、
ポリフタルアルデヒドを用い、解重合反応を利用したも
のがある。ネガ型の化学増幅レジストには、アルコキシ
メチルメラミンを用いて縮合反応を利用したものなどが
ある。

【０００９】図１２に、化学増幅レジストの反応の一例
を示す。オニウム塩の光分解によって生じた酸がアルカ
リに不溶で非極性有機溶媒に可溶なＰＢＯＣＳＴを分解
し、アルカリに可溶なＰＨＳにする。この性質を利用し
てアルカリ現像液に可溶な部分と不溶な部分を作り、レ
ジスト機能を与えている。

【００１０】このような化学増幅型レジストの上部に透
明性有機膜を反射防止膜として塗布すると、透明性有機
反射防止膜の液のｐＨが問題となる。即ち、酸性度が高
い透明性の有機反射防止膜を塗布すると、光分解で生じ
る前から、レジスト上に酸が存在することになり、レジ
ストのアルカリ不溶部分が分解されてアルカリ可溶にな
る。それ故、正確なパターン形成はできないことにな
る。

【００１１】また、基板に反射防止膜を介して化学増幅
型レジストを形成する場合も、反射防止膜の酸性度が高
いと、レジストのアルカリ不溶部分が分解されて、正確
なパターン形成ができないという問題がある。本発明
は、上記事情に鑑みなされたもので、レジストと反射防
止膜との相互の干渉を防止して、正確なパターンのレジ
ストを得ることができるレジストプロセス及び多層レジ
スト膜を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のレジストプロセス及び多層レジスト膜
を提供する。（１）パターニングすべき基板に反射防止膜を介してレ
ジスト膜を形成するレジストプロセスにおいて、反射防
止膜とレジスト膜との間にこれらの化学的な相互作用を
遮断するバリヤー膜を介在させることを特徴とするレジ
ストプロセス。（２）パターニングすべき基板にレジスト膜を形成し、
更にレジスト膜に反射防止膜を形成するレジストプロセ
スにおいて、レジスト膜と反射防止膜との間にこれらの
化学的な相互作用を遮断するバリヤー膜を介在させるこ
とを特徴とするレジストプロセス。（３）バリヤー膜を形成するバリヤー液状組成物のｐＨ
が５〜９である上記（１）又は（２）記載のレジストプ
ロセス。（４）バリヤー膜がアルカリ可溶性である上記（１）〜
（３）いずれかに記載のレジストプロセス。（５）バリヤー膜が有機高分子物質で構成される上記
（１）〜（４）いずれかに記載のレジストプロセス。（６）基板側から、反射防止膜、レジスト膜と反射防止
膜との化学的な相互作用を遮断するバリヤー膜及びレジ
スト膜の順序で積層されてなることを特徴とする多層レ
ジスト膜。（７）基板側から、レジスト膜、レジスト膜と反射防止
膜との化学的な相互作用を遮断するバリヤー膜及び反射
防止膜の順序で積層されてなることを特徴とする多層レ
ジスト膜。

【００１３】本発明のレジストプロセスは、レジスト膜
の上面又は下面に反射防止膜を形成するレジストプロセ
スにおいて、反射防止膜とレジスト膜との間にこれらの
化学的相互作用を遮断するバリヤー膜を介在させるもの
である。これにより、反射防止膜がたとえ酸性で、レジ
スト膜に影響を与えるものであっても、バリヤー膜でこ
の影響を遮断しているので、レジストパターンには影響
がなく、設計通りのパターンが得られる。また、反射防
止膜として、酸性の強いものも含めて広範囲のものが選
択できるので、定在波低減のための最適の反射防止膜を
使用することができ、定在波低減にも寄与できる。

【００１４】また、本発明の多層レジスト膜は、レジス
ト膜と、これを補完する反射防止膜とバリヤー膜とを有
し、バリヤー膜がレジスト膜と反射防止膜とを分断する
構造であるので、レジスト膜、反射防止膜各々の性能を
十分に引き出すことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、具体的に説明するが、本発明は、下記の実施の形態
に限定されるものではない。なお、以下の例において
は、ＫｒＦエキシマ（２４８ｎｍ）における例を示して
いる。

【００１６】図１は、本発明の多層レジスト膜の一例を
示す断面図である。同図において、基板（パターニング
を行うべき基材）１１上に、基板側からレジスト膜２
１、バリヤー膜２２、そして反射防止膜２３が順次積層
されている。このバリヤー膜がレジスト膜と反射防止膜
との間に介在しているので、寸法差の小さい、形状の良
好な化学増幅レジストパターン形成が可能となる。

【００１７】ここで、レジスト膜２１は、通常使用され
ている化学増幅型レジストなどが使用でき、ポジ型、ネ
ガ型を問わない。例えば上述したオニウム塩の光分解に
よって発生した酸で、アルカリ不溶性の化学物質（例え
ば上記ＰＢＯＣＳＴ）をアルカリ水溶液可溶型に変化さ
せるレジストなどを例示することができるが、これに限
られるものではない。また、膜厚も適宜選定することが
できる。

【００１８】バリヤー膜２２は、レジスト膜と反射防止
膜との相互反応を防止するために、これらが直接接しな
いようにするために設けるものである。バリヤー膜は、
レジストの上に設けられるものであるので、露光波長に
対して透明性を有することが好ましい。また、酸性が強
いとレジストに悪影響を与えるので、できる限り中性付
近のものが好ましい。更に、塗布するときに用いる液状
組成物のｐＨは、塗布下地であり、酸と反応するレジス
ト膜への影響を考慮すると、５〜９、好ましくは５〜７
の範囲が好ましい。

【００１９】このようなバリヤー膜としては、例えば複
素屈折率の実部ｎは、１．０〜２．０の範囲、複素屈折
率の虚部ｋは０．０〜１．０の範囲であることが好まし
い。例えば、ポリビニルアルコールのｎは１．６０、ｋ
は０である。ポリビニルアルコール以外としては、例え
ばポリエチレン、ポリスチレン等のポリオレフィン類、
ポリイミド、ポリオルガノシロキサン等を例示すること
ができるが、これらに限られるものではない。

【００２０】バリヤー膜の膜厚は、レジストの種類、膜
厚等によって変化するが、できる限り薄いことが好まし
く、反射防止膜の膜厚以下で用いる。膜の形成方法とし
ては、一般のスピンコートなどを用いることができる。
反射防止膜としては、一般に用いられている透明性有機
反射防止膜を用いることができる。この場合、塗布する
ための液状組成物は、ｐＨが例えば２〜３のような酸性
の強いものでも使用可能である。例えばポリアクリル酸
系の反射防止膜は、ｐＨが２〜３で、ｎ＝１．４９、ｋ
＝０である。その他、メタクリル酸メチル、フッ素系の
テフロンＡＦ（商品名）やサイトップ（商品名）などの
誘導体（ｎ＝１．３４、ｋ＝０）などを例示することが
できる。反射防止膜の膜厚は、目的とする定在波の低減
のために、他の膜との関連で最適の膜厚が求められる。

【００２１】また、図１に示したような最上層に反射防
止膜がある場合、現像プロセスで除去できる膜が好まし
い。それゆえ、反射防止膜、バリヤー膜ともに、現像液
に可溶なタイプが好ましい。例えばポジ型レジストの場
合、ポリビニルアルコール等のアルカリ溶液に可溶なも
のが好ましい。

【００２２】次に、バリヤー膜が設けられた場合の反射
防止膜の定在波低減効果への影響について考察する。基
板としてＷＳｉを選定し、化学増幅レジスト、バリヤー
膜、反射防止膜の屈折率（ｎ，ｋ）と厚さ（μｍ）とを
次の表１に示す値を想定した場合のシュミレーションを
行った。最適な反射防止膜の条件は、２層目に透明性の
膜（バリヤー膜）があるため、その膜の膜厚と反射防止
膜の膜厚との組み合わせにより、最適な反射防止の条件
が決定される。

【００２３】

【表１】１層目（反射防止膜）の膜厚と２層目（バリヤー膜）の
膜厚を０．２０μｍまで変化させた場合（ｎとｋは固
定）の定在波の振幅等高線を図２に示す。等高線の中心
（＊で示した）から外部に向かって等高線１本で定在波
の振幅１％の増加を表す。

【００２４】また、等高線の中心部分における定在波の
振幅を確認するために、２層目の膜厚が０．０７５μｍ
で、１層目の膜厚を変化させたときの定在波の振幅の変
化を図３に示す。これによれば、定在波の振幅の最低
は、±７．５％であることがわかる。これから、１層目
の膜厚０．０４μｍ付近においては、一番内側の線は±
８％以内であることがわかる。

【００２５】これに対し、バリヤー膜を介在させない場
合（反射防止膜／レジスト／ＷＳｉ基板）、反射防止膜
の膜厚を変化させたときの定在波の振幅の変化を図４に
示す。これによれば、定在波の振幅を最低に抑えても、
振幅は±９％までしか抑えられないことがわかる。

【００２６】以上のことから、バリヤー膜をレジスト膜
と反射防止膜との間に介在させても反射防止膜の定在波
低減効果には影響はないことがわかり、条件によっては
定在波低減効果がバリヤー膜がないときに比較して向上
する。また、反射防止膜がレジスト膜に影響を与えない
ので、レジスト本来の性能を引き出すことが可能にな
り、レジストプロファイルが良好になり、寸法差が小さ
くなる。更に、バリヤー膜が下地となるので、反射防止
膜としてどのような液性を持っているものも使用可能と
なり、自由度が高くなって、適切な反射防止膜を選定す
ることが可能になる。［実施例２］図１に示したような基板側からレジスト
膜、バリヤー膜、反射防止膜の順序で積層されている多
層レジスト膜において、表２に示す屈折率と厚さを用い
て、反射防止膜の屈折率を１．２〜１．５、膜厚を０．
１〜０．３μｍまで変化させたときのシミュレーション
の結果を図５に示す。

【００２７】

【表２】図５によれば、ｎ＝１．３４〜１．３５前後で膜厚を制
御することにより、完全に定在波を低減できる領域があ
ることがわかる。従って、反射防止条件の最適値がある
ことがわかる。通常、レジスト（化学増幅系）の上部に
トップコート反射防止膜を成膜した場合の最適屈折率
は、レジストの屈折率をｎとすると、√ｎで表せ、最適
膜厚はλ／４√ｎで表される。

【００２８】また、ｎ＝１．３４と値を固定したときに
膜厚を変化させたときの定在波の振幅の変化を図６に示
す。これによれば、膜厚を制御することによって、定在
波の振幅をほとんどゼロ近くにすることが可能である。
従って、化学増幅系レジスト上に直接ｎ＝１．３４の反
射防止膜を成膜した場合と定在波の低減の割合は変わら
ず、膜を１層挟むことによる悪影響は見られない。これ
により、反射防止膜としてどのような液性をもつ有機反
射防止膜を成膜でき、定在波の振幅を低減することが可
能であることがわかる。［実施例３］本例では、図７に示すように、パターニン
グすべき基板１１に、基板側から、反射防止膜２３、バ
リヤー膜２２、レジスト２１の順序で成膜した例を示
す。

【００２９】本例によれば、反射防止膜のｐＨが低い場
合、従来、レジストと接する化学増幅レジストを分解し
てしまうために、正確なパターン形成は困難であった
が、バリヤー膜を反射防止膜とレジストとの間に介在さ
せることによって、これら相互の反応を防止して、形状
の良好なパターンを形成することができる。

【００３０】この場合も、バリヤー膜を形成したことに
よる定在波の振幅は、バリヤ膜がないときと比較して同
等以上の定在波抑制が可能である。本例のバリヤー膜
は、良好な形状のレジストパターンを得るために、現像
で可溶なタイプよりも、エッチングの際に除去されるタ
イプの方が良好なパターンを得ることができる。即ち、
アルカリ溶液などの現像液には溶けず、例えば酸素プラ
ズマ中での灰化処理によって除去される有機高分子化合
物が好ましい。バリヤー膜は、実施例１で挙げたものを
例示することができる。

【００３１】なお、反射防止膜は、レジストの下面に存
するので、必ずしも透明である必要はなく、例えば無機
系の吸収性反射防止膜も使用できる。このような無機系
の反射防止膜としては、例えばＳｉＯ_xＮ_y：Ｈ膜やＳ
ｉ_NＨ_w：Ｈ膜（特願平４−３５９７５０号参照）、あ
るいは水素を含む非晶質カーボン膜（ａ−Ｃ：Ｈ膜）が
ある。このａ−Ｃ：Ｈ膜については、たとえば、第４０
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集５５９頁に記載
されている。このような吸収性無機反射防止膜は、ＣＶ
Ｄ又はスパッタリング法を用いて成膜される。［実施例４］本例では、図１に示したような基板１１上
に、基板側からレジスト膜２１、バリヤー膜２２、そし
て反射防止膜２３が順次積層されている構造であるが、
反射防止膜２３として染料が配合されている。この染料
は屈折率のｋをコントロールするためのもので、これに
より、定在波の振幅をよりゼロに近づけることができ
る。

【００３２】このような染料としては、例えば露光波長
付近に吸収のあるものがよく、例えば芳香族系の塩など
を用いることができる。染料を配合した場合でも、透明
性有機反射防止膜と同様に屈折率をコントロールするた
めに、溶液のｐＨをコントロールする必要があり、コー
トする液状組成物のｐＨは、２〜７程度の溶液がレジス
ト上に塗布される場合がある。本例では、このような場
合でも、バリヤ膜の介在により、反射防止膜がレジスト
に悪影響を及ぼすことがないので、レジスト本来の性能
を引き出すことが可能になり、レジストプロファイルが
良好になり、寸法差が小さくなる。また、バリヤー膜が
下地となるので、反射防止膜としてどのような液性を持
っているものも使用可能となり、自由度が高くなって、
適切な反射防止膜を選定することが可能になる。しか
も、染料を配合した反射防止膜は、実施例１の透明性有
機反射防止膜と比較して、同等以上の定在波抑制が可能
であり、かつバリヤー膜が加わっても、定在波抑制効果
は、バリヤー膜がない場合と比較しても同等以上の抑制
が可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明のレジストプロセスによれば、レ
ジスト本来の性能を発揮させることができると共に、反
射防止膜の機能も損なうことがなく、正確なレジストパ
ターンを得ることができる。

【００３４】また、本発明の多層レジスト膜は、反射防
止膜とレジスト膜の各々の性能を発揮させるすることが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板にレジスト、バリヤー膜、反射防止膜を順
に形成した構造を示す概略断面図である。

【図２】実施例１における反射防止膜（１層目）とバリ
ヤー膜（２層目）の膜厚をそれぞれ０．２０μｍまで変
化させた場合の定在波の振幅を示すグラフである。

【図３】２層目の膜厚を０．０７５μｍと一定にしたと
きの定在波の振幅の変化を示すグラフである。

【図４】実施例１において、バリヤー膜を形成しない場
合の反射防止膜の膜厚を変化させたときの定在波の振幅
の変化を示すグラフである。

【図５】実施例２における反射防止膜の屈折率を１．２
〜１．５、膜厚を０．１〜０．３μｍまで変化させたと
きの定在波の振幅のグラフである。

【図６】実施例２における反射防止膜の屈折率ｎ＝１．
３４と一定にした場合、膜厚を変化させたときの定在波
の振幅を示すグラフである。

【図７】基板に反射防止膜、バリヤー膜、レジスト膜を
順に積層した実施例３における構造を示す概略断面図で
ある。

【図８】レジスト内部での多重干渉を示す概略図であ
る。

【図９】レジスト膜厚の変化における線幅変動を示すグ
ラフである。

【図１０】反射防止技術を説明するもので、（Ａ）はレ
ジスト上部に反射防止膜を形成した概略図、（Ｂ）はレ
ジストと基板の間に反射防止膜を形成した概略図であ
る。

【図１１】基板の凹部における光の反射の様子を説明す
る概略図であり、（Ａ）は反射防止膜がない場合、
（Ｂ）は吸収性反射防止膜を基板に形成した場合を示
す。

【図１２】化学増幅型レジストの反応の一例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１１基板２１レジスト膜２２バリヤー膜２３反射防止膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターニングすべき基板に反射防止膜を介
してレジスト膜を形成するレジストプロセスにおいて、反射防止膜とレジスト膜との間にこれらの化学的な相互
作用を遮断するバリヤー膜を介在させることを特徴とす
るレジストプロセス。
【請求項２】パターニングすべき基板にレジスト膜を形
成し、更にレジスト膜に反射防止膜を形成するレジスト
プロセスにおいて、レジスト膜と反射防止膜との間にこれらの化学的な相互
作用を遮断するバリヤー膜を介在させることを特徴とす
るレジストプロセス。
【請求項３】バリヤー膜を形成するバリヤー液状組成物
のｐＨが５〜９である請求項１又は２記載のレジストプ
ロセス。
【請求項４】バリヤー膜がアルカリ可溶性である請求項
１〜３いずれかに記載のレジストプロセス。
【請求項５】バリヤー膜が有機高分子物質で構成される
請求項１〜４いずれかに記載のレジストプロセス。
【請求項６】基板側から、反射防止膜、レジスト膜と反
射防止膜との化学的な相互作用を遮断するバリヤー膜及
びレジスト膜の順序で積層されてなることを特徴とする
多層レジスト膜。
【請求項７】基板側から、レジスト膜、レジスト膜と反
射防止膜との化学的な相互作用を遮断するバリヤー膜及
び反射防止膜の順序で積層されてなることを特徴とする
多層レジスト膜。