JPS6119128A - 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】 産業上の利用分野 本発明の新規なパターン形成方法、特に多層の高分子樹
脂層を所定形状に露光現像するパターン形成方法に関す
るものであり、中間混合層を薄くし、それによって下層
高分子樹脂層を支障なく露光し、現像することができ、
延いては微細なパターンを形成することのできる新規な
パターン形成方法を提供しようとするものである。

背景技術とその問題点 ＩＣ，ＬＳＩ等の高集積化に伴い、リソグラフィーに微
細化が要求される。そのため、レジスト膜のパターンも
微細に形成することが要求されている。そして、その要
求に応えるためにレジスト膜を多層構造とすることが提
案されている。レジスト膜を一層構造にするとパターン
の微細化に限界があるからである。というのは、凹凸の
ある基板上にレジスト膜を塗布するとその膜厚が不均一
となるので露光、現像条件が部分的に異なり、その結果
エツチングにより一定幅になる筈の配線膜の幅か不均一
になるという現像が生じるからである。より具体的に説
明すると、基板表面に形成されるレジスト膜の膜厚は断
差部上において薄くなり、平担面部上において厚くなる
。その結果、レジスト膜に対して同じ時間露光処理を施
したとしてもレジスト膜の膜厚の薄い部分に対してはオ
ーへ−露光になり、レジスト膜の膜厚の厚い部分に対し
てはアンダー露光になるということが起り得る。従って
、露光、現像後に残存するレジスト膜のパターンはその
幅あるいは溝幅が均一に設定した筈でありながら不均一
となり、その後にそのレジスト膜をマスクとしたエツチ
ングにより形成される配線膜の線幅が不均一になる。例
えば、オーバー露光されかちなレジスト膜の膜厚の薄い
部分で配線膜の幅が狭くなり、場合によっては断線が生
じてしまうこともある。断線が生じない場合でも配線膜
が多結晶シリコン膜であるときには線幅の減少により抵
抗の増大するという慣れがある。

又、露光時における被エツチング物の表面における反射
も゛リソグラフィーの微細化を制約する。

即ち、アルミニュウム膜に対するエツチングのための露
光処理をすると、照射光がレジスト膜において吸収され
るが、一部はアルミニュウム膜表面まで到達し、反射さ
れる。そして、その反射された光もレジスト膜内におい
てそれを軟化（再溶解化）、あるいは硬化（非溶解化）
させる働きをしてしまう。その反射光が入射された経路
を戻る場合には大きな問題が起きないが、凸部、段差等
の傾斜面にて反射された光は入射された光の経路と別の
経路を進むことになり、本来の露光領域の外側の部分ま
でが反射光により露光され、軟化あるいは硬化してしま
うことになる。そのため、例えば配線膜の側面が基板に
対して垂直にならず傾斜したりする等の問題が生じる。

従って、露光時の反射もエツチングの高精度化を阻害す
る大きな原因となる。

このような問題の解決手段として提案されたのがレジス
ト膜を多層構造にすることである。多層構造にする一つ
の理由はレジスト膜を一層のみにした場合に生じる膜厚
の不均一を第２層目のレジスト膜を形成することにより
是正し、膜厚の均一化を図ることにある。又、多層構造
にする他の理由は下層のレジスト膜に染料を入れて反射
面近傍において光を吸収することによりアルミニュウム
膜まで到達して反射する光の量を少なくし、それによっ
て反射光による弊害を少なくするためである。

第２図（Ａ）、第３図はレジスト膜を多層構造にする各
別の例を示すものである。第２図（Ａ）に示すものはレ
ジスト膜を二層構造にしたものであり、同図において、
ａは基板、ｂは例えば絶縁Ｍ（Ｓｉ０２）からなる突起
、Ｃは基板ａ上に形成された被エツチング体であるあア
ルミニュウム膜、ｄは二層構造のレジスト膜、ｅは該レ
ジストＢ’ｌ　ｄの下層を成す下層レジスト膜で、ｄｅ
ｅｐＵ　Ｖ（波長が２２００〜３０００人の光）ポジ型
レジストからなる。ｆはレジストＩｌｌ！　ｄの上層を
為す上層レジスト膜で、通常のＵＶポジ型レジストから
なる。そして、先ず、上層レジスト膜ｆに対してＵＶ光
を用いて露光処理を施し、その後上層レジスト膜ｆに対
して現像処理を施し、次いで、下層レジスト膜ｅに対し
て残存する上層レジスト膜ｆをマスクとし、ｄｅｅｐＵ
　Ｖ光を用いて露光処理を施し、その後下層レジス）Ｍ
ｅに対する現像処理をするという工程でパターン形成が
行なわれる。

しかしながら、この第２図（Ａ）に示す二層構造のレジ
スト膜ｄには下層レジストＩｌ！Ｉｅと上層レジスト膜
ｆとの間の界面に中間混合層ｇが形成され、その結果下
層レジスト膜ｅに対する現像がしにくく、又、スカムが
発生するという非常に大きな問題がある。というのは、
先ず、１′層レジスト膜ｅ及び上層レジスト膜ｆは共に
有機溶剤に溶解した重合体（ポリマー）からなるもので
あり、その間の界面で互いに溶けあってしまうので混合
層ｇができてしまう。そして、その混合層ｇは下層レジ
スト膜ｅに対する露光に用いるＵＶ光を吸収する性質を
有するので、上層レジスト膜ｆをマスクとして下層レジ
ストＨａ　ｅに対して露光処理を施す際に中間混合層ｇ
までがマスクとして機能してしまう。従って、中間混合
層ｇが厚いとその露光処理が全く不可能となり、現像も
不可能となってしまうか、あるいは露光、現像が全く不
可能というわけではないが、所定のパターンが得られな
い。この問題は、Ｋｏｄａｋ　　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ　　５ｅｔＩｌｉｎａｒ　　１９８２　Ｐ
Ｉ３９〜１４８に記載されたｒＭＵＩ、Ｔｌｌ、ＡＹＥ
ＲＲＥＳＩＳＴ　　５ＴＲＡＴＥＧＹ　　’ＦＯＲＨＩ
Ｇ）ｌ　　ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨ
Ｙ　Ｊという論文においても明らかにされている。

又、下層レジスト膜ｅに対する露光、現像な何とか終え
たとしても中間混合層ｇの一部がスカムとして残存し、
その後の処理を支障なく行うための妨げになる。

従って、上層レジスト膜ｆに対する露光、現像の終了後
中間混合層ｇを取り除く必要性があるか、中間混合層ｇ
を削除することは不可能である。というのは、上層レジ
スト膜ｆは一般にフェノールノボラック樹脂からなり、
又、下層レジスト膜ｅは一般にＰＭＭＡ、ＰＭＩ　Ｐ等
アクリル系の樹脂からなり、両者は共にケトン系溶剤に
溶けるという性質を有している。従って、その中間混合
層ｇを完全に取り除くには適当なケトン系を溶剤を使用
すれば良いということになるが、しかし、それによって
上層レジスト膜ｆまでが取り除かれてしまう可能性があ
る。尤も、下層レジスト膜ｅに対する露光現像か支障な
く行なうことができれば、上層レジスト膜ｆが取り除か
れても構わないように思えるが、実は上層レジスト膜ｆ
はアルミニュウム膜Ｃに対するイオンエツチングに際し
てマスクとして重要な役割を果すので、パターン形成後
においても残存させておく必要がある。

即ち、超微細加工をするにはサイドエツチングの生じる
溶解エツチングは不適当で、プラズマエツチング等のド
ライエツチングが好ましい。ところで、ドライエツチン
グには一般にマスクとして耐性のきわめて強いレジスト
膜を用いることが必要であるが、上述した材料からなる
下層レジストＢ’Ａｅはその耐性がきわめて弱い。それ
に対して上層レジスト膜ｆは充分な耐性を有しているの
でマスクとしての役割を担う。従って、中間混合層ｇを
除くために上層レジスト膜ｆを取り除いてしまったらプ
ラズマエツチング等のドライエツチングによる選択エツ
チングができなくなってしまうことになる。これが中間
混合層ｇを取り除きたくても取り除けない理由である。

そのため、第３図に示すように下層レジスト膜ｅと上層
レジスト膜ｆとの間に無機物層１を介在させることによ
り中間混合層が発生しないようにすることも提案されて
いる。しかしながら、このように三層構造にした場合に
は実際上無機物層ｔに対しても上層レジスト膜ｆに対し
てもＲＩＥ（反応性イオンエツチング）を施さざるを得
ないため、生産性が低く、又、プロセス条件が非常に厳
しいので、実用性にきわめて乏しい。

そこで、本願発明者によって無機物層ｔを介在させると
いう方法をとることなく、あくまで第２図（Ａ）に示す
ように中間混合層ｇが形成されてしまう方法をとるが、
その中間混合層ｇをきわめて薄くすることによって中間
混合層ｇによる弊害をほとんどなくすための研究が為さ
れた。そして、その研究の過程で中間混合層ｇに関して
次のことが判明した。即ち、下層レジスト膜ｅ上に上層
レジスト膜ｆに形成することによってその間にできる中
間混合層ｇは上層レジスト膜ｆをコーティングしたにす
ぎない段階ではきわめて薄いが、その後上層レジスト膜
ｆに対してレジストフィルム中の溶剤を揮散させるため
のプリベークすべく加熱処理を施したときに熱運動によ
り中間混合層ｇが熱拡散する。というのは、プリベーク
を行なう段階では上層レジスト膜ｆ中には溶剤があり、
その溶剤が熱を受けてその分子活動が非常に活発化する
。その結果、上層レジスト膜ｆ中の溶剤の多くは表面か
ら外部に揮散するけれども一部は拡散により下層レジス
ト膜ｅとの界面側に浸透する。すると、当然のことなが
ら、その界面において上層レジスト膜ｆと下層レジスト
ＩＩＩｅとを互いに混合する溶剤の活動、換言すれば中
間混合層ｇを生成させる活動によって中間混合層ｇが段
々厚くなり、その結果上述した非常に大きな弊害を生む
厚さになってしまう。

更に又、その後の露光処理によって中間混合層が巨大分
子化し、有機溶剤に溶解しないという性質を強く持つに
至る。というのは、上層レジスト膜ｆを成すポジ型のＵ
Ｖ系のレジスト、例えばフェノールノボラックは、ＤＵ
Ｖ光を強く受けると網目構造化して、巨大分子化し、延
いては耐熱性を備え有機溶剤に溶解しないという性質が
強くなる。従って、中間混合層ｇ中には上層レジストＪ
ＪＬＪ　ｆの成分があるので下層レジスト膜ｅに対する
露光処理によって中間混合層ｇが巨大分子化し、有機溶
剤に溶解しにくくなる。そして、中間混合層ｇがきわめ
て薄い場合には問題はないが、中間混合層ｇが厚くなる
と上述した問題を生じる。第２図（Ｂ）は下層レジスト
膜ｅに対する露光処理をしているときの状態を示し１ｇ
′は中間混合層ｇの硬化した部分を果す。

以上が本願発明者によって研究した結果判明したことで
ある。そこで、上層レジスト膜ｆ中の溶剤を熱によらな
いで揮散させることにより中間混合層の厚さを厚くなら
ないようにするという着想に基づいて本発明が為された
。

発明の目的 しかして、本発明は中間混合層を薄くし、それによって
下層高分子樹脂層を支障なく露光し、現像することがで
き、延いては微細なパターンを形成することのできる新
規なパターン形成方法を提供しようとするものである。

発明の概要 上記の目的を達成するため本発明パターン形成方法は、
多層の高分子樹脂層を所定の形状に露光し、現像するパ
ターン形成方法において、少なくとも上層の上記高分子
樹脂層を真空中で乾燥させることを特徴とするものであ
る。

実施例 以下に、本発明パターン形成方法を添付図面に示した実
施例に従って詳細に説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｈ）は本発明パターン形成方法の実
施の一例を工程順に説明するための断面図である。

（Ａ）基板１の表面に部分的に絶縁膜（ＳｉＯ２）２を
形成し、次いで基板１表面に全面的に被エツチング体と
なるアルミニュウム膜３を形成する。

その後、アルミニュウム膜３の表面上にレジスト膜の下
層を為す下層レジスト膜４を形成する。

該下層レジスト膜４はアクリル系樹脂でｄｅｅｐＵ　Ｖ
ポジ型レジスト、例えばＰＭＭＡを厚さが１〜２ルにな
るように塗布し、その後ベーキングすることにより形成
する。そのベーキングは１５０〜１８０″Ｃの温度で３
０分間加熱することによって行う。

尚、下層レジスト膜４の材料としてＰＭＩＰＫを使用す
るこよも考えられる。

尚、木刀法においては後で上層レジスト膜から溶剤を揮
散させるための真空乾燥を行うが、下層レジスト膜５か
ら溶剤を揮散させる手段として真空乾燥を行うと、下層
レジスト膜５と次の工程て形成される上層レジスト膜と
の間の密着性が悪くなるので下層レジスト膜５に対して
はあくまでプレベーク処理を施すことにより溶剤を揮散
させる。

（Ｂ）次に、下層レジス）　Ｉｔ＠　４表面にレジスト
膜の上層を為す上層レジスト膜５を形成する。具体的に
は、フェノールノボラック系のＵＶポジ型のレジスト、
例えばＫＭＰＲ８０（コダック社製）をスピンコーディ
ングすることにより１．０ｗ程度ノ厚さの上層レジスト
膜５を形成する。これによって、下層レジスト膜４と上
層レジスト膜５とからなるレジスト膜６が形成されるこ
とになる。

尚、下層レジスト膜４と上層レジスト膜５との間には中
間混合層７が形成されるのが、この中間混合層７の厚さ
はさほど厚くはなく、数百人程度である。

次いで、基板１を例えば同筒型プラズマズマエッチャー
の真空チャンバーに入れる。気圧を０　、２　Ｔｏｒｒ
にして３０分間の真空乾燥処理を施す。このとき加熱は
せず、真空乾燥処理は常温で行う。この真空乾燥処理は
従来の加熱乾燥処理であるベーキングに代えて行うもの
であり、その目的は上層レジスト膜５中に存在する溶剤
を加熱することなく揮散させることにある。即ち、加熱
しないので中間混合層７内の溶剤が拡散したり、熱運動
したりする惧れがなく、従って、中間混合層７が厚くな
る惧れがないのである。

このように、レジスト膜６の上層を為す上層レジスト膜
５を形成した後、加熱することなく、真空乾燥処理を施
すことにより上層レジスト膜５の溶剤を揮散させること
が本方法の特徴である。

（Ｃ）その後、上層レジス［５に対する露光処理を施す
。尚、第１図（Ｃ）において、５′は上層レジスト膜５
の感光部、８は露光処理用フォトマスクである。この露
光処理は、コンタクト法、プロジュクション法、ステッ
パー法のいずれの方法によって行っても良い。

尚、上層レジスト膜５はＵＶポジ型レジストであるので
、露光に用いる光はＵＶ光でなければならない。

（Ｄ）次に、上層レジスト膜５に対して現像処理を施す
、現像液として例えばアルカリ水溶液を用いる。現像後
、リンスする。

（Ｅ）次に、下層レジスト膜４に対してｄｅｅｐＵ　Ｖ
光により露光処理を施す。即ち、ｄｅｅｐＵ　Ｖコンタ
クトアライナ−を使用して一括露光する。第１図（Ｅ）
において４′は下層レジストＲ＊　４の感光部分である
。

（Ｆ）次に、下層レジスト膜４に対して所定の現このよ
うにして、下層レジストＲ＊　４と上層レジスト膜５と
からなる二層構造のレジスト膜６が所定形状に微細加工
される。このレジスト膜６は前述のとおり下層レジスト
Ｈ４と上層レジストＭ５との界面に中間混合層７が形成
され、そして中間混合層７が厚いと前述のように大きな
害をもたらすが、本方法によれば、上層レジスト膜５内
の溶剤を揮散させるに際し、真空乾燥処理を施すという
方法を採用し、加熱しないので中間混合層７が非常に薄
い、従って、中間混合層７が露光処理、特に下層レジス
ト膜４に対する露光処理によって網目構造化して溶剤に
溶けにくくなるという問題は生じない、依って、下層レ
ジスト膜４及び上層レジスト膜５に対する露光処理及び
現像処理を支障なく行なうことができる。

尚、パターニングされた二層構造のレジスト膜６はその
下側のアルミニュウム！！３のエツチングに対するマス
クとなる。

（Ｇ）次にバタニーングされたレジスト膜６をマスクと
してプラズマエツチング法によりアルミニュウム膜３を
エツチングする。このときマスクとし有効に機能するの
はレジスト膜６のうちの特に上層レジスト膜５である。

（Ｈ）その後、マスクとして使用したレジスト膜６を除
去する。すると、パターニングされたアルミニュウムか
らなる配線膜３が形成されることになる。

本方法によれば、ラインアンドスペースが１゜２〜１．
５ｐの微細加工を高精度で行うことができた。

尚、本実施例は上層レジスト１ｌｉ５の形成材料として
ＫＭＰＲ−８２０を用いたが、ＨＰＲ＝１１８（フィリ
ップＡハントケミカル社製）ＯＦＰＲ−８００（東京応
化部）等を用いても同じような成果が得られた。尚上層
レジスト膜５の形成材料としてそのほかに、ＭＰ−１３
００，ＭＰ−１４００（シップレイファーイースト社製
）、ＨＰＲ２０４（フィリップＡハントケイミカル社製
）等を用いても良い結果が得られるものと考えられる。

発明の効果 以上に述べたように、本発明パターン形成方法は、多層
の高分子樹脂層を所定の形状に露光現像するパターン形
成方法において、少なくとも上層の上記高分子樹脂層を
真空中で乾燥させることを特徴とするものである。従っ
て、本発明パターン形成方法によれば、上層の高分子樹
脂層を真空中で乾燥させるのでその高分子樹脂層内の溶
剤を加熱することなく減圧手段により揮散させることが
できる。依って、露光、現像が中間混合層によって妨げ
られたり、中間混合層によってスカムが発生したりする
ことを回避することができ、多層構造の高分子樹脂層を
高精度でパターニングすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｈ）は本発明パターン形成方法の実施
の一例を工程順に示す断面図、第２図（Ａ）は従来パタ
ーン形成方法の一例を説明するだめの断面図、同図（Ｂ
）はその方法の問題点を示す断面図、第３図は従来のパ
ターン形成方法の別の例を説明するための断面図である
。 符号の説明 ５・・・高分子樹脂層の上層、　　６Φ・・高分子樹脂
層 第１図 （Ａ） （Ｂ） 第１１１ ＣＤ） （Ｅ） ＯＵＶ光 （Ｆ） 第１＠ ＪＪＩＪＪ （Ｈ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多層の高分子樹脂層を露光及び現像により所定の
   形状にするパターン形成方法において、少なくとも上層
   の上記高分子樹脂層を真空中で乾燥させることを特徴と
   するパターン形成方法