JPS6170720A - 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〕 本発明はパターン形成方法に関し、詳しくは。

基板表面に段差が存在する場合においても、微細なパタ
ーンを高い精度で形成することのできるパターン形成方
法に関する。

〔発明の背景〕

近年、半導体集積回路の規模の増大と高密度化にともな
い、極めて微細なパターンを高い精度で形成することが
、一層強く要求されるようになった。

周知のように、各種微細パターンの形成には。

一般にホトリソグラフィとよばれる方法が用いられる。

このホトリソグラフィは、平滑で低反射率の基板を用い
る場合には、線幅がＩＩＭ程度の良好なレジストパター
ンを形成することができるが。

基板に凹凸もしくは段差がある場合には、入射した光が
段差部で乱反射して、いわゆるハレーションが発生して
パターン形状の劣化（崩れ）が生じ。

良好なレジストパターンは形成できない。また。

基板段差部の上部および下部ではレジスト層の膜厚が異
なるために、レジスト膜内での光干渉状態が変化し、線
の太りまたは細りが発生してパターン寸法の変動を起こ
す、基板表面の凹凸によって生ずるこれらの問題を解決
して良好なパターニングを行なう方法の一つとして多層
レジスト法とよばれる方法が提案されている。

多層レジスト法は、基板の凹凸あるいは段差を。

吸光性の高い厚い有機物層で平坦化した後、その上に周
知のホトリソグラフィ技術を用いて薄いレジストパター
ンを形成し、このレジストパターンを上記厚い有機物層
に転写して上記基板の露出された部分をエツチングする
方法である。上記レジストパターンをマスクに用いて上
記厚い有機物層をエツチングすることもできるが９両者
の間に耐ドライエツチング性の大きい薄膜を介在させ、
この膜をマスクにして上記厚い有機物層をエツチングし
てもよい。多層レジスト法においては、基板表面の凹凸
や段差は、吸光性の高い有機物層で平坦化されているた
め、その上に形成されたホトレジスト層を通過した露光
光は上記有機物層で吸収されるので、基板表面からの光
の反射や散乱に起因する基板段差部でのハレーションや
レジスト膜内での光干渉等の現象を低減させることがで
き。

パターン形状の崩れや寸法の変動を抑制することができ
る。上記段差を平坦化するための有機物層として従来は
、ノボラック樹脂系のポジ型レジストあるいはポリイミ
ド系樹脂が主に用いられ、露光光の吸収を高める手段と
しては、２００℃以上の温度で熱処理を加えたり、ある
いは吸光性の良い染料等を添加する方法（特開昭５７−
１７２７３６）が提案されている。

しかしながら、上記のノボラック樹脂系のポジ型レジス
トを下層材料として用い、縮小投影露光法の露光波長で
ある４３６ｒ＋ｍまたは４０５ｎｍの光を吸収するよう
にするためには、２００℃以上の高温べ−りが必要であ
り、このベータ温度が高い程露光光の吸収は強くなるが
、ベーク温度を２００℃以上に上げると下層である上記
有機物層表面の炭化がはじまり、その上に形成されたレ
ジスト膜との接着性が悪くなるという欠点があった。

一方、ノボラック樹脂系のポジ型レジストに吸光性の染
料を加えたものを、下層の材料として用いる試みも報告
されているが＋　Ｍｉｃｈｅｌ　Ｍ、Ｏ’　Ｔｏｏｌｅ
他著、　　”Ｌｉｎｅｖｉｄｔｈ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉ
ｎ　ＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　Ｕ
ｓｉｎｇ　ａ　Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ　Ｒｅ５ｉｓｔＰ
ｒｏｃｅｓｓ”ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉ
ｃｅ誌、　ＨＤ−２１３巻。

１４０５頁（１９８１年）に見られるごとく、吸光性の
染料が昇華または分解するため、ベーク温度は１６０℃
程度までしか上げられず、そのために下層膜の不溶化反
応が不十分となり、上層であるホトレジストを塗布する
時に下層が溶解し、多層構造形成が困難となったり、ま
たエツチングプロセスにおける膜の耐性の向上をはかる
ために、上層と下層との間に中間層として、スピンオン
グラス（Ｓｐｉｎｏｎ　ｇｌａｓｓ　（Ｓ　ＯＧ　））
を用いる場合に、下層のベーク温度が低温であったため
に、中間層である５０１５１のベーク時に下層からのガ
スの放出があって、そのため５ＯＧＮにクラックが発生
し、積層膜の形成が困難になるという問題があった６〔
発明の目的〕 本発明の目的は、上述した従来の多層レジスト法の欠点
を解消し、きわめて寸法精度の高い微細パターンを形成
することができるパターン形成方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため２本発明は下層の有機物層内に
芳香族ビスアジドを含有させて、加熱もしくは全面露光
することにより、パターン形成の際の露光に用いられる
光に対する透過率を減少させるものである。

本発明者らは２種々の光吸収性化合物を探索した結果、
芳香族アジド化合物が１種々の高分子化合物（ポリマー
）膜内において、加熱（ベーク）処理もしくは全面露光
処理によって分屏し、ポリマーと反応して２不揮発性で
、上記アジド化合物の吸収極大波長よりも長波長の光を
よく吸収する物質に変化することを見出した。上記の芳
香族アジド化合物とポリマーとが加熱処理または全面露
光処理によって生成する不揮発性物質は、主としてアジ
ド化合物が熱もしくは光分解によって生成したナイトレ
ンが、ポリマーと反応して生じた２級アミンである。

本発明は、基板上に有機物層を形成し、その上部にホト
レジスト層を形成させるか、あるいは上記の有機物層と
レジスト層との間に、中間層を形成させて２周知の露光
・現像処理によって、上記レジスト層に所望のレジスト
パターンを形成し。

このレジストパターンを上記下層の有機物層へ転写させ
ることによって、上記基板上に所望のパターンを形成す
る多層レジスト法において、上記の基板上に形成する有
機物層内に芳香族アジド化合物を含有させ、加熱処理ま
たは全面露光処理によって、上層の上記レジスト層の選
択的露光に用いられる光に対する透過率を減少させる点
に最大の特徴がある。

本発明において、芳香族アジド化合物をポリマーと混合
して下層の有機物層の材料として用いると、使用するア
ジド化合物は、吸収極大波長が上層のホトレジスト層の
露光に用いる波長に適合するように選択される。例えば
、汎用の縮小投影露光法では露光波長が４３６ｎａ＋の
光が一般に用いられるが、この場合は、吸収極大波長が
３３０〜４３０ｎｍの芳香族アジド化合物を選定するこ
とが望ましい。

また本発明においては、下層の有機物層の上に。

Ｓ００層などの中間層あるいは直接に上層であるレジス
ト層を塗布する。したがって、下層の有機物層はベーク
あるいは全面露光処理によって、下層の有機物層を構成
するポリマーに架橋反応を起こさせて有機溶媒に不溶化
させることが必要である。このためには、芳香族アジド
化合物は二官能基を有する化合物、すなわちビスアジド
化合物である必要がある。しかし、後述するごとく、ア
ジド化合物の光吸収特性と溶媒に対する不溶化特性とを
、それぞれ別種のアジド化合物に分担させることも可能
であり２例えば光吸収特性出現のためのアジド化合物は
モノアジド化合物を使用し、他方、不溶化特性出現のた
めのアジド化合物はビスアジド化合物を用い２両者適度
の混合割合で使用しても好ましい結果を得ることができ
る。

本発明において、下層の有機物層の材料として。

芳香族アジド化合物によって、熱的もしくは光化学的に
硬化しまたは溶剤に不溶化し得る高分子化合物（ポリマ
ー）としては、ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール
などのフェノール樹脂、天然ゴム、環化天然ゴムなどの
変性ゴム、ポリブタジェン、ポリイソプレン、環化ポリ
ブタジェン、環化ポリイソプレン、スチレン・ブタジエ
ンゴムなどの合成ゴム、ならびにポリスチレン、ヨウ素
化ポリスチレン、ポリビニルブチラール、ポリメチルメ
タクリレート、ポリグリシジルメタクリレート、ポリメ
チルイソプロペニルケトンなどの合成高分子化合物など
を用いることができる。また。

汎用のポジ型ホトレジストに芳香族アジド化合物を添加
して用いることも可能である。

本発明における下層の有機物層内において、芳香族アジ
ド化合物と下層を構成するポリマーとを反応させ、吸光
性物質の生成および不溶化反応を行なわしめるベーク処
理温度は１００〜３００℃が好ましく、さらには１４０
〜２５０℃の温度範囲がより好ましい、また、全面露光
処理に使用する光は２５０〜４００ｎＩ１１の波長範囲
の光であればよ＜　、　２００〜５００ｎ＋ａの範囲で
あっても、上記の吸光性物質の生成および不溶化反応を
充分に進行させることができる。

〔発明の実施例〕

（実施例１） まず、第１図（ａ）に示すごとく２表面に段差を有する
Ｓｉ基板１上に被加工膜である剋膜２を形成した。上記
段差を平坦化するための下層の有機η 物層３は、第２図の番号１に示すように、ポリマーとし
てポリビニルフェノールを用い、芳香族アジド化合物と
して、１−　（ｐ−７ジドベンジリデン）−３−（α−
ヒドロキシベンジル）インデン（ビスアジドＩ）を、ポ
リマーに対して２０重量％加え、溶媒であるシクロヘキ
サノンに溶解し、これをスピン塗布することによって形
成した。しかる後１８０℃の温度で２０分のベータ処理
を施した。

この段階で下層の有機物層３の露光波長４３６ｎｍの光
に対する透過率は、膜厚１−換算で第２図に示すごとく
２４％であり、露光時における基板がらの反射光の影響
をほとんど防止することができる。

次に９周知の方法で中間層４としてケイ素化合物を塗布
し、さらにその上にポジ型ホトレジストを塗布し、ホト
レジスト層５を形成した。しがる後。

第１＠（ｂ）に示すごとく９通常のホトリソグラフィ法
によって、所望のレジストパターン５′を形成した。こ
の時、レジストパターン５′の形状は良好であり、露光
光は下層の有機物層３で効率よく吸収されていることが
認められた。その後、第１図（ｃ）に示すように、レジ
ストパターン５′をマスクとして、中間層４を選択エツ
チングして中間層からなるマスクパターン４′を形成し
、さらに下層の有機物層３の露出部分を９反応性プラズ
マエツチング法あるいはスパッタエッチノブ法によって
順次エツチングを行ない所望のパターンを形成させた。

その結果、第１図（ｃ）に示すごとく。

寸法精度の高い良好な形状のパターン３’　、４’を形
成させることができた。

なお、上記中間層４は、下層の有機物層、をドライエツ
チングする際のマスクパターンとして用いられるので、
中間層の材料は下層の有機物層よりも耐ドライエツチン
グ性の大きいものを用いる必要がある。また、耐ドライ
エツチング性が下層の有機物層よりも大きい材料をレジ
スト膜５に用いることにより中間層の使用を省略し、レ
ジストパターンを、下層の有機物層をドライエツチング
する際のマスクパターンとして用いることができる。

（実施例２） 上記下層有機物層３として、実施例１で用いたポリマー
（ポリビニルフェノール）の代りに、第２図の番号２〜
４で示すごとく、ポリスチレン。

ポリビニルアルコールおよびノボラック樹脂を用い、そ
れらと芳香族ビスアジド化合物■もしくは■との組み合
わせたものを用いた。その結果、いずれの場合において
も第２図に示したように、比較例として用いたポジ型ホ
トレジスト（ＯＦ　Ｐ　Ｒ−８００、東京応化製）に比
べ、ベーク処理後における波長４３６ｎｍの光の透過率
はいずれも低下し。

０ＦＰＲ−８００の透過率が７０％であるのに対し。

５２％、４５％、および１１％とそれぞれ良好な値を示
した。

（実施例３） 下層有機物層３として、実施例１で用いたビスアジド■
の代りに第２図番号５で示したように。

モノアジドｍ　（４−アジドカルコン）とビスアジドＴ
Ｖ　（３，３’−ジアジドジフェニルスルホン）とを混
合して用い、ポリマー（ポリビニルフェノール）に対し
てそれぞれ２０重景％添加したものを使用した。その結
果、１８０℃の温度で２０ｍ１ｎベーク処理後の溶媒不
溶化は充分であり、波長４３６ｎｍの透過率は比較例の
７０％に比べ、４６％に改善された。

モノアジド■のみを使用したときには、１８０℃ベーク
処理した後の有機溶媒不溶化は充分でなく。

この層の上に、３００層（中間層）やポジ型ホトレジス
ト層（上Ｍ）を塗布すると下層が溶解し多層レジスト構
造が形成できなかった。また、ビスアジド■を単独で使
用した場合は、ベーク処理後の有機溶媒不溶化は充分で
あったが、吸収極大波長が２４０層ｍと短かいために、
波長４３６ｎｍの露光光の透過率は、比較例に示す透過
率７０％より改善されなかった。すなわち、モノアジド
■とビスアジド■をそれぞれ単独で使用しても、好まし
い結果を得ることは困難で９本実施例で示したように９
両者を混合して使用することによって、好ましい結果を
得ることができた。

（実施例４） 下層有機物層３として、実施例１に用いたポリマーの代
りに、第２図番号６に示したように、ノボラック樹脂と
ナフトキノンジアジド誘導体との混合物であるポジ型ホ
トレジスト（ＯＦＰＲ−８００）を用い、それにビスア
ジド■を２０重景％添加したものを使用した。その結果
、第２図に示すごと＜　、　４３５層ｍ露光光の透過率
は、ビスアジドを添加しない比較例の７０％から１４％
へと著しく改善することができた。

（実施例５） 実施例４において行なったベーク処理（１８０℃で２０
分）の代りに、　ｓｏｏｗ超高圧水銀灯による２０分間
の全面露光処理を施して透過率を測定した。

その結果、波長４３６ｎｍ光の透過率は、膜厚１−換算
で２１％であり、全面露光処理後の下層有機物層３は有
機溶媒に対し不溶化していた。したがって。

ベーク処理の代りに全面露光処理によっても好ましい結
果が得られることがわかった。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく９本発明による多層レジスト
プロセスにおいて、基板上に塗布する下層有機物層内に
芳香族アジド化合物を含有させると、ベータ処理あるい
は全面露光処理によって。

下層内のポリマーと反応し、露光光の吸収性がよく、か
つパターン合わせ用検出光の透過性も高く。

その上溶媒に対する不溶性の有機物層が得られるから、
光の乱反射ならびに干渉によるパターン形状の崩れや寸
法の変動がほとんどなく、シたがって寸法精度が高く２
．形状のよいすぐれたパターンが得られる。また、第２
図に示すように９本発明における下層の有機物層は９位
置合せに用いられる波長５４６ｒｕ＋＋の光に対してい
ずれも高い透過率を示し極めて正確に位置合せを行なう
ことができる。

一方、比較例の場合は、　５４６層ｍの光に対する透過
率は大きく位置合せには好適であるが、上記のように露
光用の４３６層ｍの光に対する透過率が大きいため、基
板表面よりの反射の影響が大きく、好ましくない。した
がって２本発明によれば、基板表面に段差が存在する場
合でも、極めて微細なパターンを高い寸法精度および位
置精度で形成することができ、集積密度の高い半導体集
積回路装置や磁気バブルメモリ装置など各種装置の製造
に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明による多層レジ
スト法のプロセスを説明すための工程図、第２図は本発
明における有機物層に添加した各種の芳香族アジド化合
物と光の透過率特性の比較を示す図表である。 １・・・Ｓｉ基板　　　　　　２・・・Ｍ膜３・・・有
機物層（下層）　３′・・・下層パターン４・・・中間
層　　　　　　４′・・・中間層パターン５・・・レジ
スト層（上層） ５′・・・レジストパターン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面に段差を有する基板上に、芳香族アジド化合物
   と高分子化合物とを少なくとも含有する有機物層を形成
   して表面を平坦化する工程と、上記有機物層を加熱もし
   くは全面露光処理によって、マスクパターン形成に用い
   られる露光光の透過率を減少させる工程と、上記有機物
   層上に所望の形状を有し、かつ上記有機物層よりも耐ド
   ライエッチング性の大きな材料からなるマスクパターン
   を形成する工程と、上記有機物層の露出された部分をド
   ライエッチングによって除去する工程とを少なくとも含
   むことを特徴とするパターン形成方法。 ２、上記マスクパターンは上記有機物層上に形成された
   レジスト層からな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、上記マスクパターンは上記有機物層上に形成された
   中間層からな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。 ４、上記芳香族アジド化合物は、１−（ｐ−アジドベン
   ジリデン）−３−（α−ヒドロキシベンジル）インデン
   、４，４′−ジアジドスチルベン−２，２′−ジスルホ
   ン酸ソーダ、４−アジドカルコンおよび３，３′−ジア
   ジドジフェニルスルホンから選ばれた少なくとも１種で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３
   項いずれか１項記載のパターン形成方法。 ５、上記高分子化合物は、フェノール樹脂、天然ゴム、
   環化天然ゴム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、環化
   ポリブタジエン、環化ポリイソプレン、スチレン・ブタ
   ジエンゴム、ポリスチレン、ヨウ素化ポリスチレン、ポ
   リビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリ
   グリシジルメタクリレート、ポリメチルイソプロペニル
   ケトン、およびポジ型ホトレジストから選ばれた少なく
   とも１種であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第４項いずれか１項記載のパターン形成方法。 ６、上記加熱処理は１００〜３００℃の温度で行なわれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
   いずれか１項記載のパターン形成方法。 ７、上記全面露光は波長が２００〜５００ｎｍの光を用
   いて行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第６項いずれか１項記載のパターン形成方法。