JPH11237745A - フォトレジスト膜及びそのパターン形成方法 - Google Patents

フォトレジスト膜及びそのパターン形成方法

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JPH11237745A
JPH11237745A JP10040012A JP4001298A JPH11237745A JP H11237745 A JPH11237745 A JP H11237745A JP 10040012 A JP10040012 A JP 10040012A JP 4001298 A JP4001298 A JP 4001298A JP H11237745 A JPH11237745 A JP H11237745A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜厚起因の解像度の低下を克服するフォトレ
ジスト膜は未だ開発されていない。 【解決手段】 最下層3がi線で、且つ、最上層5がK
rFエキシマレーザーで感光する、又は、最下層3がK
rFエキシマレーザーで、且つ、最上層5がArFエキ
シマレーザーで感光する、又は、最下層3がi線で、且
つ、最上層5がArFエキシマレーザーで感光する3層
構造のフォトレジスト膜であって、中間層4がi線、K
rFエキシマレーザー及びArFエキシマレーザーに対
して透過率が50%以下の有機質膜からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトレジスト膜
及びそのフォトレジスト膜のパターン形成方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路(以下、「LSI」とす
る。)は、年々高集積化が進み、そのデザインルールよ
りも微細化が要求されるようになった。そして、フォト
リソグラフィ工程で使用される光源もi線(365n
m)又はKrF(248nm)エキシマレーザーが主流
となってきている。しかしながら、今後予想されるデザ
インルール(0.2μm以下)は、これらの光源の波長
以下のパターニングを要求するため、新たな方法を開発
する必要がある。
【0003】この要求に対する、単層レジストを用いた
アプローチは以下の流れに従い検討されている。即ち、
第1の方法として、KrFエキシマレーザーに加え、変
形照明法或いは位相シフト法を併用する方法が第1に検
討されている。この手法を用いれば、膜厚1000Åの
解像度は0.14μmである。また、第2の方法とし
て、新たな光源であるArF(193nm)エキシマレ
ーザーの採用も検討されている。このArFエキシマレ
ーザーを用いた場合、膜厚1000Åの解像度は0.1
2μmである。更に、第3の方法として、先進的には、
ArFエキシマレーザーに変形照明法或いは位相シフト
法を併用することが検討されている。この方法によれ
ば、膜厚1000Åでの解像度は0.1μmである。
【0004】これらの方法を用いた場合、膜厚を考慮に
入れなければ解像度0.15μm以下の非常に細かなパ
ターニングまで可能であるが、実際には、フォトレジス
トパターニング後、エッチング工程が不可避で、レジス
トの膜厚は最低でも5000Å程度必要である。この5
000Åの膜厚に対する解像度は、第1の方法で0.1
8μm、第2の方法で0.16μm、第3の方法で0.
14μmである。したがって、フォトレジストの膜厚が
厚くなるに従い、解像度は0.04μm程度、本来の解
像度(膜厚1000Å)より悪化する。つまり、従来通
りの単層レジストを用い、パターニングする限りにおい
ては、次工程のエッチングでの耐性を考慮し、膜厚を設
定しているため、解像度としての性能を十分に引き出し
ているとは言えない。
【0005】一方、露光後レジスト表面をシリル化し、
その後、ドライ現像を施し、高解像度且つ、ドライエッ
チング耐性に優れたパターン法、いわゆる表面修飾法が
検討されている。この手法によれば、レジスト表面の1
000Å程度の領域に初期パターンが形成されるので、
解像度は従来の方法に比べ高く、また、表面に形成され
たシリル化層が強固に下層のレジストを保護するため、
ドライエッチング耐性に優れたパターン形成が可能とな
る。しかしながら、ドライ現像時にプラズマがシリル化
層下のレジストの側壁を削り、断面形状はテーパー状に
なる。また、シリル化が物質内拡散で進行するという性
格上、パターン寸法安定性は乏しく実用化に耐えられな
い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、多層レジスト
を用いたパターニング法が開発されている。例えば、特
開平7−142365号公報に開示されている方法は、
まず、i線に感光する下層レジスト43を被エッチング
膜42上に形成し、KrFエキシマレーザーに感光する
上層レジスト44を下層レジスト43上に設置する(図
5(a))。次いで、KrFエキシマレーザーをマスク
を介して照射し、現像して上層レジスト44のみをパタ
ーニングする(図5(b))。次いで、i線を全面に照
射し、現像する。しかしながらこの方法によれば、原理
的にはパターニング可能であるが、i線による第2露光
時に放射線を上層レジスト44にて遮光しきれず、その
結果、下層レジスト43すべてが感光され、図5(c)
に見られるように下層レジスト43の線幅は不均一とな
り、良好なパターン形成が困難となる。尚、図5におい
て、41はウエハ基板である。
【0007】したがって、膜厚起因の解像度の低下を克
服するフォトレジスト膜は未だ開発されていないのが現
状である。
【0008】本発明の目的は、KrF又はArFエキシ
マレーザーを用いてパターン形成する際、レジストの膜
厚起因の解像度の低下を招く事なく、また、ドライエッ
チング耐性を劣化させることなく、パターニングできる
フォトレジスト膜及びそのパターン形成方法を提供する
こと目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
のフォトレジスト膜は、最下層、中間層及び最上層の3
層構造であって、最下層がi線で、且つ、最上層がKr
Fエキシマレーザーで感光する、又は、最下層がKrF
エキシマレーザーで、且つ、最上層がArFエキシマレ
ーザーで感光する、又は、最下層がi線で、且つ、最上
層がArFエキシマレーザーで感光するフォトレジスト
膜であり、中間層が上記i線、KrFエキシマレーザー
及びArFエキシマレーザーに対して所定の透過率を有
する有機質の遮光膜であることを特徴とするものであ
る。
【0010】また、請求項2に記載の本発明のフォトレ
ジスト膜は、上記最下層が少なくともベンゼン環を主鎖
または側鎖に成分要素として含んでいることを特徴とす
る、請求項1記載のフォトレジスト膜である。
【0011】また、請求項3に記載の本発明のフォトレ
ジスト膜は、上記中間層の透過率が50%以下であるこ
とを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のフォト
レジスト膜である。
【0012】また、請求項4に記載の本発明のフォトレ
ジスト膜は、上記最下層の膜厚が3000Å以上、且
つ、7000Å以下であることを特徴とする、請求項1
乃至請求項3のいずれかに記載のフォトレジスト膜であ
る。
【0013】また、請求項5に記載の本発明のフォトレ
ジスト膜は、上記中間層の膜厚が200Å以上、且つ、
2000Å以下であることを特徴とする、請求項1乃至
請求項4のいずれかに記載のフォトレジスト膜である。
【0014】また、請求項6に記載の本発明のフォトレ
ジスト膜は、上記最上層の膜厚が500Å以上、且つ、
3000Å以下であることを特徴とする、請求項1乃至
請求項5のいずれかに記載のフォトレジスト膜である。
【0015】また、請求項7に記載のフォトレジスト膜
のパターン形成方法は、請求項1乃至請求項6のいずれ
かに記載のフォトレジスト膜を被エッチング層上に形成
する工程と、所定の形状のマスクを用いて、KrFエキ
シマレーザ−又はArFエキシマレーザ−を照射し、上
記最上層のみをパターニングする工程と、上記パターニ
ングにより露出した中間層を酸素プラズマにより、上記
最下層表面が露出するまでエッチングする工程と、上記
最下層がi線で感光するレジストを形成した場合はi線
を、また、上記最下層がKrFエキシマレーザーで感光
するレジストを形成した場合はKrFエキシマレーザ−
を、全面に照射することにより、上記最下層をパターニ
ングする工程とを有することを特徴とするものである。
【0016】また、請求項8に記載の本発明のフォトレ
ジスト膜のパターン形成方法は、上記最上層への照射後
に加熱処理を施すことを特徴とする、請求項7に記載の
フォトレジスト膜のパターン形成方法である。
【0017】更に、請求項9に記載の本発明のフォトレ
ジスト膜のパターン形成方法は、上記最下層への照射後
に加熱処理を施すことを特徴とする、請求項7又は請求
項8に記載のフォトレジスト膜のパターン形成方法であ
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて、本
発明を詳細に説明する。
【0019】図1は本発明のフォトレジスト膜が被エッ
チング膜上に形成された状態を示す図、図2乃至図4は
本発明のフォトレジスト膜のパターン形成工程の一部断
面図である。図1乃至図4において、1はウエハ基板、
2は被エッチング膜、3は最下層、4は中間層、5は最
上層、6はマスクである。
【0020】まず、図1に示すように、本発明のフォト
レジスト膜は、最下層3、中間層4及び最上層5の3層
構造を有し、最下層3はi線またはKrFエキシマレー
ザーに感光するフォトレジスト、中間層4はi線、Kr
Fエキシマレーザー及びArFエキシマレーザーに対す
る透過率が所定の値以下、好ましくは50%以下の有機
質の遮光膜、最上層5はKrFエキシマレーザーまたは
ArFエキシマレーザーに対して感光するフォトレジス
ト膜である。
【0021】尚、中間層4は、形成の容易さ、最下層に
対するダメージ、ドライエッチング耐性の観点から有機
質が望ましい。無機質とした場合、膜厚の制御が難し
く、また、形成時に最下層を傷めやすく、さらに、ドラ
イエッチング耐性についても、エッチングレートが遅
く、本発明のフォトレジスト膜の中間層としては不向き
である。
【0022】本発明のフォトレジスト膜のパターン形成
方法を用いる場合、まず、図2(a)に示すように、フ
ォトレジスト膜を被エッチング膜2の上に形成後、フォ
トレジスト膜の最上層5に対し、マスク6を介して、K
rFエキシマレーザー又はArFエキシマレーザーを用
いて露光(以下、「第1露光」という。)する(図2
(b))。その後、現像し、最上層5のみをパターニン
グ(以下、「第1パターニング」という。)する(図3
(c))。最上層5のみがパターニングされ、すなわ
ち、最上層5が除去され、中間層4が露出した部分と、
最上層5がそのまま残存している部分に分けられ、最下
層3及び中間層4は全くパターニングされない。
【0023】したがって、本発明のフォトレジスト膜の
最上層5は、KrFエキシマレーザーまたはArFエキ
シマレーザーに対して感光するフォトレジストである。
このレジストはポジ型、ネガ型のいずれのタイプでもよ
い。一方、中間層4は第1露光時に最下層3が感光され
ないように遮光する必要がある。
【0024】次いで、酸素プラズマ発生装置を用いて、
全面にエッチング処理する(図3(a))。エッチング
は、第1パターニング後の露出した中間層が完全に除去
され、且つ、最上層5の残存部の下の中間層4が完全に
は除去されない状態までの範囲で実施される(図3
(b))。以下、この条件下でのエッチングをハーフエ
ッチングと記す。
【0025】次いで、i線またはKrFエキシマレーザ
ーをマスクに介さず全面露光(以下、「第2露光」とい
う。)する(図3(c))。その後、現像し、最下層5
をパターニング(以下、「第2パターニング」とい
う。)する(図4(a))。第2露光の際、第1パター
ニング後の最上層5の残存部、換言すれば、ハーフエッ
チング後の中間層4の残存部は、第2露光時にこの中間
層4が遮光するため、中間層4下の最下層3は感光され
ない。
【0026】一方、第1パターニング後の中間層4の露
出部、換言すれば、ハーフエッチング後に中間層4が完
全に除去され最下層3が露出している部分(ハーフエッ
チング後の最下層3の露出部)では、第2露光により最
下層3は感光される。したがって、本発明のフォトレジ
スト膜の中間層4は、第1露光時及び第2露光時、いず
れの光(放射線)も遮光する必要がある。つまり、第1
露光がKrFエキシマレーザー、第2露光がi線である
場合、i線及びKrFエキシマレーザーに対する透過率
が50%以下であり、第1露光がArFエキシマレーザ
ー、第2露光がKrFエキシマレーザーである場合、A
rFエキシマレーザー及びKrFエキシマレーザーに対
する透過率が50%以下であり、第1露光がArFエキ
シマレーザー、第2露光がi線である場合、i線及びA
rFエキシマレーザーに対する透過率が50%以下であ
る。
【0027】また、本発明のフォトレジスト膜の最上層
5は、KrFエキシマレーザー又はArFエキシマレー
ザーに対し感光するフォトレジストである。
【0028】フォトレジストパターン形成後(図4
(b))、通常のLSIの製造工程に従えば、ウエハ基
板1上に形成された被エッチング膜2がエッチングされ
る(図4(c))。本発明の最終パターニング後のエッ
チングに対する耐性は、残存した3層全体で担う。そし
て、エッチング終了後も最下層3のレジストは残存し、
レジスト残存部下の被エッチング膜がエッチングされる
のを防止する。
【0029】最下層3のフォトレジスト膜は、上述のよ
うに、本発明のフォトレジストパターン形成方法によっ
て、最終的にはパターニング(図4(a)に示すよう
に、第2パターニング後の最下層3の残存部と、最下層
3除去部に分けられる。)され、次いで、通常のLSI
の製造工程に従えば、エッチングされる。したがって、
エッチング耐性に優れていることが重要である。エッチ
ング耐性向上のため、本発明に用いる最下層3のフォト
レジスト膜としては、少なくともベンゼン環を主鎖また
は側鎖に成分要素として含んでいることが望ましい。ベ
ンゼン環は、ドライエッチング時に衝突する高速イオ
ン、高速電子のエネルギーを励起状態で平面構造から曲
がることによって、すなわち、ベンゼン環が曲がること
によって、イオン等に対する衝撃のバッファとなり、小
さい振動エネルギーに変換して、エネルギーを緩和し、
元の平面構造に戻す働きをする。したがって、ベンゼン
環を含む物質は、優れたドライエッチング耐性を示す。
【0030】最下層3のフォトレジスト膜の膜厚は、エ
ッチング耐性と解像性の両観点から決定される。エッチ
ング耐性の観点からは、厚いほうが望ましく、解像度の
観点からは薄い方が望ましい。そして、最下層3のフォ
トレジスト膜の膜厚は3000〜7000Åの範囲内で
あることが望ましい。通常の単層レジストでは、エッチ
ング耐性の観点から5000Å程度の厚みを要求される
が、本発明のフォトレジスト膜は3層構造をなしてお
り、この3層全体としてのエッチング耐性が重要とな
る。したがって、最下層3のフォトレジスト膜の膜厚は
3000Å以上であることが望ましい。一方、解像性の
観点からは、7000Å以下にすることが好ましい。膜
厚が3000Å未満の場合、本発明のフォトレジストパ
ターン形成方法でのパターン形成後、次のエッチング工
程である程度制約を受けるので、好ましくない。一方、
膜厚が7000Åを越える場合、解像度にある程度の制
約を受けるので好ましくない。
【0031】中間層4の有機質膜は、第1パターニング
後の露出部は酸素プラズマで最下層3が露出されるまで
エッチングされる。一方、第1パターニング後の最上層
5の残存部の下の中間層4は、エッチング初期には最上
層5が保護しているため、エッチングされない。エッチ
ングは、上述のように第1パターニング後の中間層4の
露出部が完全に除去され、最下層3が露出されるまで、
実施されるが、第1パターニング後の最上層5の残存部
の下の中間層4は次工程での全面露光時にi線またはK
rFエキシマレーザーを遮光し、その下の最下層3が感
光されないようにエッチング後も残存する必要がある。
これらの条件を満たすため、中間層4の有機質膜のエッ
チングレートは最下層3に比べて大きい方がよく、本発
明の実施に有効なエッチングレートは最下層3のフォト
レジスト膜に対し、1.2倍以上であることが望まし
い。これは膜減り等の条件出しで決まる。
【0032】また、中間層4の有機質膜の膜厚は、エッ
チング耐性と第1露光及び第2露光時の放射線(光源は
特に限定されない)に対する透過率の両観点から決定さ
れる。すなわち、エッチング耐性の観点からは、ハーフ
エッチングの際、速やかに第1パターニング後の中間層
4の露出部が除去されるように薄いほうがよく、一方、
第1露光及び第2露光時に最下層3が感光されないよう
放射線を遮光するためには、厚い方がよい。これらの条
件を満たす中間層4の膜厚としては200〜2000Å
の範囲内にあるのが望ましい。200Å未満の場合、照
射線の遮光が不十分となり好ましくない。一方、200
0Åを越えると、ハーフエッチングに時間が掛かり、そ
の結果、寸法制御性が悪化し、スループットも悪くなる
ので、好ましくない。
【0033】最上層5のフォトレジスト膜は第1パター
ニングによってパターニングされる。その後のハーフエ
ッチングによって第1パターニング後の残存部は、特に
エッチングの初期には、その下の中間層4を保護する働
きをする。したがってある程度のドライエッチング耐性
と膜厚が要求される。一方、解像性の観点からは、最上
層5のフォトレジスト膜は薄いほうがよい。これらの要
求から、最下層3のフォトレジスト膜に対する最上層5
のフォトレジスト膜のエッチングレートが1.5倍以下
であることが好ましい。エッチングレートが1.5倍を
越えると、ハーフエッチングの際、第1パターニング後
の最上層5の残存部下の中間層4にまでエッチングが及
び、第2露光時に中間層4による照射線の遮光が不十分
となり、好ましくない。
【0034】また、最上層5のフォトレジスト膜の膜厚
は500〜3000Åの範囲内であるのが好ましい。膜
厚が500Å未満の場合、ハーフエッチングの際の第1
パターニング後の最上層5の残存部下の中間層4の保護
が不十分となり、中間層4も過度にエッチングされるこ
とになり、その結果、第2露光時に中間層4による照射
線の遮光が不十分となり、好ましくない。一方、300
0Åを越えた場合、第1パターニングによる解像度が悪
化するので好ましくない。
【0035】本発明フォトレジストパターン形成方法に
よれば、まず、本発明のフォトレジスト膜にマスクを介
して、KrF又はArFエキシマレーザーを露光し、次
いで現像する。この時、マスクパターンが第1パターニ
ング時に最上層5に転写する。
【0036】次いで、露出された部分の中間層4を酸素
プラズマで最下層3が露出するまでエッチングする。こ
の時、最上層5に転写したパターンが中間層4に転写す
る。次いで、i線又はKrFエキシマレーザーをマスク
を介さず全面露光する。この時、中間層4に転写された
パターンが最下層3に転写する。
【0037】本発明のフォトレジストパターン形成方法
において、第1パターニングするに際し、加熱処理によ
ってレジスト内の酸を効果的に拡散させ、良好なパター
ン形状にするのが好ましい。更に、第2パターニングに
際し、加熱処理によってレジスト内の酸を効果的に拡散
させ、良好なパターン形状にするのが好ましい。これら
の加熱処理は、通常PEB(Post Expoure
Bake)と呼ばれるもので、露光のみでは酸が不足
している場合、その酸を増幅させ、且つ、定在波による
酸の分布の不均一性を是正する目的で実施する。加熱温
度及び処理時間は、酸の濃度、レジストの組成等によっ
て適宜決定される。
【0038】次いで、現像される。本発明において現像
は、通常の現像法にて実施される。具体的には、例え
ば、TMAH2.38%の水溶液(現像液)をレジスト
面に浸し、その後、現像液を乾燥させることにより実施
される。
【0039】本発明の最下層3、中間層4及び最上層5
の形成は、通常のフォトリソグラフィ工程において採用
されるように、スピンコート法によって形成できる。ま
た、必要に応じ、基板の親油化、コート後の溶媒除去及
びレジスト硬化のための加熱処理を実施することが好ま
しい。
【0040】尚、最下層に形成されるレジスト材料はi
線に感光する材料としてノボラック系樹脂が挙げられ、
また、KrFエキシマレーザーに感光する材料として、
アセタール基、若しくは、t−ブトキシカルボニル基等
で水酸基を保護されたポリビニルフェノールが挙げられ
る。
【0041】また、中間層としては、放射線を遮光する
ための染料を含有させ、且つ、ドライエッチングレート
の高いアクリル系の樹脂を主成分とする材料が挙げられ
る。
【0042】更に、最上層に形成されるレジスト材料と
しては、KrFエキシマレーザーに感光するアセタール
基、若しくは、t−ブトキシカルボニル基等で水酸基を
保護されたポリビニルフェノールが挙げられ、また、A
rFエキシマレーザーで感光する材料としては、メタク
リル酸とtert−ブチルメタクリレートとメチルメタ
クリレートとの3元共重合体レジスト、メタクリル酸と
tert−ブチルメタクリレートとアダマンチルメタク
リレートの3元共重合体レジスト、メタクリル酸とte
rt−ブチルメタクリレートとメチルメタクリレートと
イソボルニルメタクリレートとの4元共重合体レジス
ト、メタクリル酸とtert−ブチルメタクリレートと
メチルメタクリレートとアダマンチルメタクリレートと
の4元共重合体レジスト等が挙げられる。
【0043】実施例1 約0.5μmのSiN膜を形成した6インチのシリコン
ウエハを希フッ酸溶液で洗浄した後、高温で乾燥してウ
エハ表面を処理した。次いで、ヘキサメチルジシランザ
ン(HMDS)にて表面を親油化した。次いで、最下層
としてKrFエキシマレーザーに感光し、ポリビニルフ
ェノールを骨格樹脂とするレジストを表1に示す膜厚で
塗布する。次いで、表1に示す性質(KrFエキシマレ
ーザー、及びArFエキシマレーザーに対する透過度、
膜厚、最下層レジストに対するエッチングレート)の有
機膜を中間層として塗布した。次いで、ArFエキシマ
レーザーに感光し、表1に示す性質(膜厚、最下層レジ
ストに対するエッチングレート)のレジスト膜を最上層
として形成した。尚、表1において、第一層とは最下
層、第二層とは中間層、第三層とは最上層を示す。
【0044】次いで、ArFエキシマレーザー露光装置
(プロトタイプ機、ニコン製)を用い、マスクサイズ
0.15μmのラインアンドスペース(L/S)パター
ンが形成できるようにエキシマレーザーを照射した。次
いで、120℃で90秒間加熱処理し、現像した。
【0045】次に、酸素プラズマによるエッチング装置
(商品名「P5000」、アプライドマテリアルズ社
製)を用いて、先のパターニングで露呈した中間層が完
全に除去するまでエッチングした。
【0046】次いで、KrFエキシマレーザー露光装置
(商品名「FPA−3000EX3、キャノン(株)
製」)を用い、ウエハ全面に照射した。次いで、105
℃で90秒間加熱処理し、現像した。
【0047】尚、上記2回の現像はTMAH2.38%
の現像液を用いて実施した。
【0048】次いで、ウエハ断面を電子顕微鏡にて観察
した。結果を表1に併せて示す。
【0049】レジストの最終パターン形成後、マグネト
ロンRIEエッチング装置を用い、ウエハ表面(Si
N)を深さ0.3μmまでエッチングした。更に、その
断面を電子顕微鏡にて観察した。結果を表1に併せて示
す。
【0050】
【表1】
【0051】比較例1 実施例1の最下層形成時に使用したレジストのみを塗布
し、中間層及び最上層を形成しないレジスト膜を実施例
1と同様に作製し、マスクサイズ0.15μmのL/S
パターンのマスクを介してKrFエキシマレーザーに変
形照明法(シュリンク)を加え、照射した。次いで、1
10℃で90秒間加熱処理し、現像処理を施し、断面を
観察した。その結果を表1に示す。
【0052】膜厚が厚い(4000Å程度)と解像度が
悪化した。一方、膜厚を薄く(2000Å程度)すると
パターニングはほぼ良好であったが、膜厚が薄いためエ
ッチングに耐えられず、エッチング後はレジストがすべ
て除去され、正常なエッチング面は得られなかった。
【0053】比較例2 実施例1の最下層及び中間層を形成したレジストを用い
ず、最上層形成時に使用したレジストのみを塗布したフ
ォトレジスト膜を実施例1と同様に作製し、実施例1と
同じマスクを介して、ArFエキシマレーザーを照射
し、加熱処理、現像処理を施し、断面を観察した。その
結果を表1に示す。
【0054】レジストパターン形成後、実施例1と同様
にウエハ表面を深さ0.3μmまでエッチングし、その
断面を電子顕微鏡にて観察した。結果を表1に示す。膜
厚が厚い(5000Å程度)と解像性が悪化した。一
方、膜厚を薄く(3000Å)するとパターニングはほ
ぼ良好であったが、膜厚が薄いため、エッチングには耐
えられず、エッチング後はレジストが全て除去され、正
常なエッチング面は得られなかった。
【0055】比較例3 実施例1の中間層を形成した有機質膜は形成せず、最下
層及び最上層のみの2層からなるレジスト膜を作製し、
実施例1と同様のマスクを介して、ArFエキシマレー
ザーを照射し、加熱処理、現像処理を施し、次いで、K
rFエキシマレーザーを全面に照射し、加熱処理、現像
処理を施した。次いで、断面を観察した。その結果を表
1に示す。全面の露光の際、最下層全てが感光され、図
5(c)に見られるように最下層が膜減りし、パターン
幅も不均一であった。その後のエッチング処理を施した
ところ、線幅が不均一なパターンとなった。
【0056】実施例2 約0.5μmのポリシリコン膜を形成した8インチのシ
リコンウエハを硫酸溶液で洗浄した後、高温で乾燥して
ウエハ表面を処理した。次いで、HMDSにて表面を親
油化した。最下層としてi線に感光し、ノボラック樹脂
を骨格樹脂とするレジストを膜厚3500Åで塗布し
た。次いで、i線に対する透過度20%、ArFエキシ
マレーザーに対する透過度15%、膜厚800Å、最下
層レジストに対するエッチングレート1.4倍の有機質
膜を中間層に塗布した。次いで、ArFエキシマレーザ
ーに感光し、膜厚800Å、最下層レジストに対するエ
ッチングレート1.2倍のレジスト膜を最上層として形
成した。
【0057】次いで、実施例1と同じArFエキシマレ
ーザー露光装置を用い、マスクサイズ0.16μmのL
/Sパターンが形成できるようにエキシマレーザーを照
射した。次いで、120℃で90秒間加熱処理し、現像
した。
【0058】次いで、実施例1と同様に酸素プラズマを
用いて先のパターニングで露呈した中間層が完全に除去
されるまでエッチングした。
【0059】次いで、i線露光装置(商品名「NSR2
005i9C」、ニコン(株)製)を用い、ウエハ全面
に照射した。次いで、105℃で90秒間加熱処理し、
原像し、パターニングした。
【0060】実施例1と同様にウエハ断面を電子顕微鏡
にて観察したところ、良好なパターン形状であった。更
に、実施例1と同様にレジストパターン形成後、ヘリコ
ン波プラズマエッチング装置を用い、ウエハ表面を深さ
0.3μmまでエッチングした。その断面を電子顕微鏡
にて観察したところ、良好にエッチングされていた。
【0061】実施例3 約0.3μmのSiN膜を形成した8インチのシリコン
ウエハを硫酸溶液で洗浄した後、高温で乾燥してウエハ
表面を処理した。次いで、ヘキサメチルジシランザン
(HMDS)にて表面を親油化した。次いで、最下層と
してi線に感光し、ノボラック樹脂を骨格樹脂とするレ
ジストを4500Åで塗布した。i線に対する透過度2
0%、KrFエキシマレーザーに対する透過度15%、
膜厚650Å、最下層レジストに対するエッチングレー
ト1.3倍の有機質膜を中間層に塗布した。次いで、K
rFエキシマレーザーに感光し、膜厚700Å、最下層
レジストに対するエッチングレート1.3倍のレジスト
膜を最上層として形成した。
【0062】次いで、ArFエキシマレーザー露光装置
を用い、マスクサイズ0.17μmのL/Sパターンが
形成できるようにエキシマレーザーを照射した。次い
で、120℃で90秒間加熱処理し、現像した。
【0063】次に、実施例1と同様に酸素プラズマによ
るエッチング装置を用いて、先のパターニングで露呈し
た中間層が完全に除去するまでエッチングした。
【0064】次いで、i線露光装置を用い、ウエハ全面
に照射した。次いで、105℃で90秒間加熱処理し、
現像した。尚、上記2回の現像はTMAH2.38%の
現像液を用いて実施した。次いで、ウエハ断面を電子顕
微鏡にて観察したところ、良好なパターン形状であっ
た。
【0065】更に、実施例1と同様にレジストパターン
形成後、マグネトロンRIEエッチング装置を用い、ウ
エハ表面を深さ0.4μmまでエッチングした。その断
面を電子顕微鏡にて観察したところ、良好にエッチング
されていた。
【0066】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、KrFエキシマレーザー又ArFエ
キシマレーザーを用いてパターニングする際、レジスト
膜厚起因の解像度低下を招くことなく、また、ドライエ
ッチング耐性を劣化させることなくパターニングできる
フォトレジストパターンを形成することができる。
【0067】また、請求項2に記載の本発明を用いるこ
とにより、ドライエッチング耐性を向上させることがで
きる。
【0068】また、請求項3に記載の本発明を用いるこ
とにより、パターン寸法の安定性を向上させることがで
きる。
【0069】また、請求項4に記載の本発明を用いるこ
とにより、エッチング耐性及び解像性の優れたフォトレ
ジストが得られる。
【0070】また、請求項5に記載の本発明を用いるこ
とにより、照射線の遮光が十分で且つ、寸法制御性の良
好なフォトレジストが得られる。
【0071】また、請求項6に記載の本発明を用いるこ
とにより、中間層の遮光性を十分に保ち、且つ、解像性
が良好なフォトレジストが得られる。
【0072】更に、請求項7又は請求項8に記載の本発
明を用いることにより、より良好なパターン形状が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフォトレジスト膜が被エッチング膜上
に形成された状態を示す図である。
【図2】本発明のフォトレジスト膜のパターン形成工程
の一部断面図である。
【図3】本発明のフォトレジスト膜のパターン形成工程
の一部断面図である。
【図4】本発明のフォトレジスト膜のパターン形成工程
の一部断面図である。
【図5】従来のフォトレジスト膜のパターン形成工程の
一部断面図である。
【符号の説明】
1 ウエハ基板 2 被エッチング膜 3 最下層 4 中間層 5 最上層 6 マスク

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 最下層、中間層及び最上層の3層構造で
    あって、 最下層がi線で、且つ、最上層がKrFエキシマレーザ
    ーで感光する、又は、最下層がKrFエキシマレーザー
    で、且つ、最上層がArFエキシマレーザーで感光す
    る、又は、最下層がi線で、且つ、最上層がArFエキ
    シマレーザーで感光するフォトレジスト膜であり、 中間層が上記i線、KrFエキシマレーザー及びArF
    エキシマレーザーに対して所定の透過率を有する有機質
    の遮光膜であることを特徴とするフォトレジスト膜。
  2. 【請求項2】 上記最下層が少なくともベンゼン環を主
    鎖または側鎖に成分要素として含んでいることを特徴と
    する、請求項1記載のフォトレジスト膜。
  3. 【請求項3】 上記中間層の透過率が50%以下である
    ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のフォ
    トレジスト膜。
  4. 【請求項4】 上記最下層の膜厚が3000Å以上、且
    つ、7000Å以下であることを特徴とする、請求項1
    乃至請求項3のいずれかに記載のフォトレジスト膜。
  5. 【請求項5】 上記中間層の膜厚が200Å以上、且
    つ、2000Å以下であることを特徴とする、請求項1
    乃至請求項4のいずれかに記載のフォトレジスト膜。
  6. 【請求項6】 上記最上層の膜厚が500Å以上、且
    つ、3000Å以下であることを特徴とする、請求項1
    乃至請求項5のいずれかに記載のフォトレジスト膜。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載
    のフォトレジスト膜を被エッチング層上に形成する工程
    と、 所定の形状のマスクを用いて、KrFエキシマレーザ−
    又はArFエキシマレーザ−を照射し、上記最上層のみ
    をパターニングする工程と、 上記パターニングにより露出した中間層を酸素プラズマ
    により、上記最下層表面が露出するまでエッチングする
    工程と、 上記最下層がi線で感光するレジストを形成した場合は
    i線を、また、上記最下層がKrFエキシマレーザーで
    感光するレジストを形成した場合はKrFエキシマレー
    ザ−を、全面に照射することにより、上記最下層をパタ
    ーニングする工程とを有することを特徴とする、フォト
    レジスト膜のパターン形成方法。
  8. 【請求項8】 上記最上層への照射後に加熱処理を施す
    ことを特徴とする、請求項7に記載のフォトレジスト膜
    のパターン形成方法。
  9. 【請求項9】 上記最下層への照射後に加熱処理を施す
    ことを特徴とする、請求項7又は請求項8に記載のフォ
    トレジスト膜のパターン形成方法。
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