JPS60214532A - パタ−ン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製作における微細なレジストパ
ターンの形成方法に関するものである。

〔発明の背景〕

＋３ 半導体集積回路は微細加工技術の進歩とともに飛躍的な
高密度化を達成してきている。２５６ＫｂＤＲＡＭに代
表される超ＬＳＩでは１ミクロン台の微ａ／　パターン
が用いられ、さらにメカピット級の超々ＬＳＩではサブ
ミクロン加工技術が必須のものと　□０ してめられている。しかし、このように極めて。

微細なパターンを形成する際、従来のリソグラフ。

イ技術に依っていたのでは種々の困難が生じるこ。

とが知られている。

まず第１点として、基板表面凹凸の問題がある。５従来
の方法では基板上にただ一層のレジスト膜を。

塗布し、塗布膜厚などのレジスト膜条件に応じた。

最適な露光・現像条件を選んで露光・現像を行う。

ことにより所定のパターンを形成していたが、。

ＬＳＩ回路のように極めて細かく多数の凹凸を有す、。

る基板」−では場所により膜厚が変化したり膜表面に凹
凸を生じたりするため、露光・現像の最適条件が場所に
より異なってしまい微細パターンを基板全面にわたって
均一に高精度に形成するのが困難であるという問題点が
あった。これを逃れるた、−めには、レジスト膜厚を凹
凸段差に比べ相当厚くし、場所による膜厚変動率や表面
凹凸を出来るだけ緩和する必要がある。しかし、一般に
レジスト膜が厚くなるほど、露光のボケや現像での膨潤
などのため、パターンの解像性が低下し微細パター２゜
ンの形成は困難になるので、この方法はザブミク。

ロンパターンには適用出来ない。

第２点として、レジストの加工耐性の問題かあ。

る。前述のような微細なレジストパターンをマス。

りに基板、或は基板上の種々の素子形成用材料膜５を加
工するには、旧来の化学薬品を用いた湿式１゜ッチング
法はアンダーカットを生じるため使用用。

来す、これに代わってガスプラズマによる、いゎ。

ゆるドライエツチング法が専ら用いられている。。

この方法はマスクパターンに対する加エバターン１゜寸
法の忠実性において極めて優れるものであるが、一方に
おいて通常の有機高分子を主体としたレジスト材料は比
較的エツチングされやすい傾向がある。このため、加工
寸法の忠実性を最大限にひきだすには、十分にレジスト
膜厚を厚くしたうえで１．−微細なパターンを、その側
面がなるべ（切り立つよう極力シャープに形成しなけれ
ばならない。しかし、厚いレジスト膜と微細パターンと
は上述したごとく相反する関係にある。

第３点として、露光技術にかかわる問題がある。２゜・
　３　・ 、すなわち、これまでの紫外線などを使ったホト露。

先決では波長に依存した回折限界のためサブミク。

ロンパターンの形成は実用上極めて困難と見られ。

ることから、新たな技術として、この制約のないい電子
ビーム露光法やＸ線露光法が期待を集めてい。

る。現在これらの方法で用いられるレジスト材料。

には種々のものかあるか、実用的な意味で高解像。

性と高感度性を共に満たすものは少なく、例えば。

ポジ型のフルオロブチルメタクリレート・グリシジルメ
タクリレート共重合体（ＦＢＭ−Ｇ）など、と、。

く限られたものしかない。しかし、この種のレジストは
第２点に述べたドライエツチング耐性に関して極めて劣
る欠点を有し、実用上の大きな障害となっていた。

これら従来法の問題点は結局、露光と加工を両＋５ 立させうるレジスト膜厚の最適値をめることがパターン
が微細・高密度化するほど困難になるということである
。

以上のような問題点を除くための方法として、多層レジ
スト法が知られている（例えば米国特許・　４　・ 第４２４４７９９号明細書参照）。ここでは最も基本的
。

な二層レジストによるパターン形成方法を図面に。

基づいて説明する。第１図（ａ）〜（ｄｌは、この従来
の。

二層レジストパターン形成方法の工程図である。。

第１図に示した工程（ａ）において、基板１上に第１゜
レジスト層２を、その表面が基板表面の凹凸にか。

かわらず平坦となるように凹凸段差に比し十分厚。

く形成し、更にその上に第２レジスト層３を均一。

な厚さに形成する。ここでは第２レジスト層とし。

てポジレジストを用いた場合について例示する。１゜こ
の後工程（ｂ）において、紫外線又は電子線等の放射線
４で選択的に露光し、第２レジスト層３中に感光領域５
を形成する。続いて工程（ｃ）において、この感光領域
５を選択的に除去し、所要の第１のマスクパターン６を
形成する。更に工程ｆｄｌにおい５ て第１のマスクパターン６をマスクに第ルジスト層２を
選択的に除去して所要の第２のマスクパターン７を形成
する。ここで第ルジスト層２の選択的除去は液体溶媒に
よる湿式処理でも行いうるが微細パターンを精度よく形
成するにはドライエツチング処理に依らなければ成らな
い。従来の。

方法では純酸素ガスを用いたプラズマアッシャ−０処理
や反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）などで第。

■レジスト層２を選択除去していたが、これらの。

場合には第２レジスト層材料と第２レジスト層材５料と
のエツチング選択性が高々２〜３倍と小さい。

ので、マスクとして用いる第２レジスト層３の厚。

みは第２レジスト層２の最大厚さの１／２〜１／３と。

十分厚くする必要があった。このため第２レジス。

ト層の露光において微細パターンの解像が困難に、。

なるという問題点があった。なお第１図において。

は第２レジスト層３としてポジレジストの場合を。

示したが、これがネガレジストの場合も従来法の。

問題点は本質的に変りがない。

また、二層レジスト法におけるエッチング選択１５性不
足の問題を除くため三層レジスト法も考えら。

れている。この方法は第１、第２レジスト両層の。

間に第３の材料からなる中間層を設け、第２レジ。

スト層をマスクに中間層を、さらに中間層をマス。

りに第２レジスト層を別々の二工程でエツチング、。

処理することとし、それぞれの工程におけるエラ。

チング選択性が十分とれるよう、中間層材料、お。

よびエツチング条件等を選ぶものである。しかし、。

前述したように電子ビーム露光用などの高感度・。

高解像性レジストはドライエツチング耐性が不足５する
ため上記のエツチング選択性要求を満足させ。

るのは実際上難しく、さらに従来の三層レジスト。

法はレジストの積層工程、ドライエツチングによ。

る微細パターンの転写工程などが複雑・高度化し、。

プロセスの制御性や処理能率の低下、さらにはコ１゜ス
トの上昇等、新たな問題を引き起こすことになり従来法
の根本的な解決にはならなかった。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、従来技術での上記した諸問題点を解決
し、より簡便にしかも効率よく、より精、一度の高い微
細多層パターンを形成することができるパターン形成方
法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明を概説すれば、基板上に複数種の材料からなる多
層レジストを積層し、そのうち少なくと２１１・　７　
・ ｉ一層に露光処理などによって凹凸からなる原パ。

ターンを形成したのち、この上にドライエラチン。

グ耐性の大きな材料膜を堆積して、その一部、少。

なくとも原パターンの凸部上の膜をエツチング等。

の適宜な方法により取り除くことによって原バタ。

−ンに相補的な反転マスクパターンを形成し、こ。

れをマスクに原パターン層以下のレジスト層を選。

択的に除去して所望の多層レジストパターンを得。

ることを特徴としたパターン形成方法に関するも。

のである・　１゜ 〔発明の実施例〕 実施例１ 第２図（ａｌ〜（ｆ）は本発明の第１の実施例における
工程図を示すものである。第２図に示した工程［ａ）に
おいて、段差を有する基板１上に第１のレタス１５ト膜
としてクロロメチル化ポリスチレン（ＣＭＳ）層２を、
その表面が平坦となるようやや厚めに回転塗布法により
形成した。これを２００°Ｃにて２５分ベータし、さら
にＣＦ４プラズマ処理により表面を硬化させた後、第２
のレジスト膜としてＦＢＭ−Ｇ２゜・　８　・ 層３を約０，７μｍの厚さに回転塗布した。次に工程。

（ｂ）において、電子ビーム４により所定のパターン。

部を選択的に露光し、感光領域５を形成した。し。

かる後、工程（Ｃ）において、所定の現像液を用いて。

この感光領域を溶解除去し、露光パターンに対応。

した凹部５′を形成した。この工程（Ｃ）を示す図に。

おいて凹部５′の深さは場所により異なっており、。

層２と層３との境界まで達している部分とそうで。

ない部分とがあるが、これは露光量の多少に対応。

するものであり、本発明の効果には影響が無い。１６次
に工程（ｄｌでシリコーン樹脂から成る塗布膜８を、回
転塗布法により約０．８μｍの厚さで付着し、平坦な表
面を得た。この塗布膜８を十分乾燥させた後、工程（ｅ
）においてＣＦ４−Ｏ２（２０％）の混合ガスプラズマ
中で２分エツチングし、ＦＢＭ−Ｇパターン層３１゜の
凸部表面９を露出させることにより、原パターンに相補
的な反転パターン８を形成した。この反転パターン８を
マスクとして、工程（ｆ）で、酸素ＲＩＥ法により露出
したＦＢＭ−Ｇ／ＣＭＳの二層レジスト膜をエツチング
除去することによりパターン、。

、を転写し、原パターンの凹部５′と相補的な反転多。

層レジストパターン１０を形成した。

本実施例の方法によれば、原パターンを露光す。

る第２のレジスト膜をマスクにして下部の膜をド。

ライエツチングする必要は無いから、エツチング５耐性
の低いレジスト材料でも第２のレジスト膜と。

して用いることが出来る。従って、微細パターン。

の形成に適した高解像・高感度レジストを適用用。

来る。また、反転パターン材料のシリコーン樹脂。

は通常レジスト膜のエツチングに使われる酸素　、。

ＲＩＥやアッシャ−処理では殆どエツチングされな。

いので、これをマスクとして第１のレジスト膜層。

にドライエツチング法を用いてパターンを転写す。

る際も、十分なエツチング選択性を得ることが容。

易である。このため、更に、第１のレジスト層と、。

して比較的エツチング耐性の高いＣＭＳやＡＺ−。

１３５０〔シブＬ／　−（’５ｈｉｐｌｅｙ）社製〕な
どを使うこと　。

が出来るので、最終的に得られた反転多層レジス。

ドパターンをマスクとして下地の基板や素子形成。

用材料膜の加工をする上でも有利である。　２゜以上述
べたように本発明の方法によって従来法・における問題
点を除去されるが、本発明の効果は・これだけにとどま
らない。すなわち、」二記実施例・で示されたように第
２のレジスト膜に形成される・原パターンは、完全に第
１のレジスト膜層に達す５る程深くまで露光・現像され
ている必要は必ずし・も無い。凹部を埋めた状態で残さ
れる反転パター・ンの膜厚が以降のパターン転写のマス
クとして十。

分な厚さであれば良いからである。ポジ形しジス。

トの場合、現像で除去される膜厚は露光量に応じ１゜て
増減するから、原パターンの露光量は最小限の。

値で良く露光時間を短縮出来る。また一般に、所。

定の膜厚のレジストに所望の寸法のパターンを現。

像で抜ききるための最適露光・現像条件は寸法に。

よって変化するが、本方法では膜厚分全部を抜＜１３必
要は無いから、最適露光・現像条件の設定は従。

未決に比べて著しく容易になる。

さて、上記実施例においては回転塗布法によっ。

て反転パターン形成用材料膜を付着したが、この。

付着法ではパターン寸法により凹部に埋めこまれ２゜・
　１１　・ る膜厚が異なる場合がある。すなわち、幅の狭い。

凹パターンに比べ、幅広の凹パターンでは膜厚が。

薄くなる傾向にある。このため塗布膜をエラチン。

グして反転パターンを作ったとき、幅広部では所。

要のマスク厚さが残らないことも有りうる。この。

点を改善するために行った第２の実施例を次に示。

す。

実施例２ 第３図（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施例におけ
。

る工程図を示すものである。本図の工程（ａ）から（Ｃ
）１゜までは第１の実施例と同じ手順により、基板１上
。

に第１のレジスト膜２としてＣＭＳ、その上に第２゜の
レジスト膜３としてＦＢＭ−Ｇを順次積石し、電。

子ビーム４により露光し、現像により第２レジス。

ト膜３に第１のレジスト膜境界に達する凹部５′を−持
つ原パターンを形成した。次に工程（ｄ）に゛おいて、
。

ＳｉＨ４と０２を用いたＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）プラズマ付着法によって全面に連続した５ｉｎ２゜
膜１１を厚さ約０．１μｍに形成した。このとき、ＥＣ
Ｒ。

プラズマ付着法では基板と垂直方向からのイオン、０・
　１２・ 衝撃の強さが付着膜の質に影響することか知られ。

ている。すなわち、基板表面に並行な面上の付着。

膜に比べ、垂直あるいは傾斜した面上の付着膜は。

極めてエツチングされやすい特徴がある。このこ。

とを利用して工程（ｅ）で、緩衝弗酸液（５０％弗酸１
゜体積土部化アンモニウム飽和水溶液９体積）中に。

７秒浸漬し、あるいはＣＦ４　＋０２　（２０％　）プ
ラズマ中。

で２０秒処理して原パターンの側面上の付着膜を選。

択的にエツチング除去し、原パターン凸部上の膜。

１１′と第１のレジスト膜２上の膜１１“とを分離した
。１゜つづいて、工程（ｆ）において、エチルアルコー
ル中で第２のレジスト膜３から成る原パターンを溶解し
その上部の付着膜１１′共々除去して、原パターンに相
補的な反転パターン１１″′のみを残した。しかる後、
工程ｆｇ）において、この反転パターン１１’　、−を
マスクにして酸素ＲＩＥ法により、露出している第１の
レジスト膜層２をエツチング除去することによりパター
ンを転写し、原パターンと相補的な反転多層レジストパ
ターン１０を形成した。

本実施例の方法によれば、反転パターンを形成１．。

するための付着膜の厚さは原パターン四部の広さ。

に依らず一定であるので、第１の実施例で起こり。

得たような膜厚むらの問題は避けられる。また、。

本箱２の実施例のごと（ＥＣＲプラズマ付着法を　。

用いれば、垂直面あるいは傾斜面上に付着する膜５部の
脆弱性を利用して簡単に原パターン凸部と凹。

部それぞれの」二の膜部を分離できるので、従来の。

リフトオフ法におけるように付着膜の厚さよりも。

レジスト膜厚を十分大きくして付着膜を上下に分６離す
る必要はない。このため原パターン像を露光、。

すべき第２のレジスト膜の厚さは付着膜厚にかか。

わりなく薄く出来、微細パターンの形成に好都合。

である。

また本発明の趣旨に従えば、第２のレジスト材。

料としては、露光・現像処理によって凹凸を有す、。

る原パターンを形成し得るものであれば良いから、。

第１および第２の実施例に示したようなポジ形し。

シストだけでなくネガ形レジストでも用いること。

ができる。さらに露光手段としても、実施例に示。

した電子ビーム以外のイオンビームやＸ線あるい２゜は
通常の紫外光線を用いても同様の効果が得られ。

ることは言うまでもない。また実施例では露光を。

施す前の多層レジストとして二層の場合を示した。

が、異種のレジスト材料の積層を容易化するため。

の介在物質や、露光に用いる放射線の影響から基。

板領域を守るための保護材料などを、本発明の趣。

旨を損なわない範囲で適宜選択して三層以上の多。

層レジストとしても良い。また、この場合や、両。

実施例に示したごとき二層の場合に露光・現像処。

理の効果が最上部の一層にとどまらず上記した種、。

々の中間層や第２レジスト層領域に及んでも本発明の効
果に変りが無いのは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明方法によれば、レジスト層
の材料選択の自由度の拡大、積層化、膜、−厚調整、露
光・現像・転写処理等の条件設定や操作の容易性などの
各点で従来法より簡便化及び効率の向上を達成して、よ
り精度の高い微細パターンを形成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

・　１５・ 第１図は従来の二層レジストパターン形成方法。 の工程図、第２図は本発明の第１の実施例の工程。 図、第３図は本発明の第２の実施例の工程図であ。 る。 〈符号の説明〉　５ １・・・基板　２・・・第ルジスト層 ３・・・第２レジスト層 ４・・・紫外線、電子線等の放射線 ５・・・感光領域　５′・・・凹部 ６・・・第１のマスクパターン７・・・第２のマスクパ
ターン　、。 ８・・・シリコーン樹脂塗布膜 ９・・・凸部表面 １０・・・反転多層レジストパターン １１・・・５ＩＯ２膜 １１’、　１１’・・・エツチングで上下に分離された
５１０２膜　、−特許出願人　日本電信電話公社　。 代理人弁理士　中村純之助　゛ ・　１６・ ′！？　１　図　− ＾　ココ Ｏ−ノ １５４−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に複数の材料種から成る多層レジス。 ト膜を順次積層する工程と、そのうちの少なくと。 も一層に原パターンを形成する工程と、続いて全。 面に連続した膜を付着する工程と、この付着膜の。 一部を取り除いて原パターンに相補的な反転バタ。 −ンを形成する工程と、この反転パターンをマス、。 りとして原パターン層以下のレジスト膜層を加工する工
   程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. （２）前記多層レジスト膜の少なくとも一層に原パター
   ンを形成したのち、全面に連続した膜を付５ 着する工程が、回転塗布法による膜の付着工程であるこ
   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. （３）前記付着膜として、シリコンを含有する高分子樹
   脂膜を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項あ
   るいは第２項記載のパターン形成力。 法。
4. （４）前記多層レジスト膜の少なくとも一層に原。 パターンを形成したのち、全面に連続した膜を付。 着する工程が、方向性を有する膜付着法を用いる。 工程であ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。
5. （５）前記方向性を有する膜付着法がＥＣＲプラ　。 ダマ付着法であることを特徴とする特許請求の範。 囲第４項記載のパターン形成方法。　、０