JPS62284356A - レジストパタ−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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） この発明は半導体装置等の製造に用いられるしシストパ
ターンの形成方法に関するもので、特に、二層のレジス
トから成りアスペクト比が高くかつ微細なレジストパタ
ーンを形成する方法に関するものである。

（従来の技術） 近年、半導体装置の高集積化に伴ないこれら装置の製造
工程においてアスペクト比が高くかつ微細なレジストパ
ターンを形成することが出来る技術が要求されてきてい
る。特に、多層配線を形成する際、基板に形成された配
線は基板面との間に段差を構成しこのような段差は、こ
の基板上に次の配線を形成するため新たなレジストパタ
ーンを形成する場合に弊害となる。

このような段差を有する基板上に所望とするレジストパ
ターンを形成するための技術として、二層レジストプロ
セスか提案されている。このような技術としては例えば
文献（ジャーナル　オブバキュウム　サイエンス　アン
ド　テクノロジー（Ｊｏｕｎａｌ　　ｏｆ　　Ｖａｃｃ
ｕｍ　　５ｃｉｅｎｃｅ　　ａｎｄ　　Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ　　１６（６）　Ｐ、ｌ［１１１９〜＋６７１　
（＋９８０）　）に開示されているものがある。

この文献によれば、下層としてＰＭＭＡ　（ポリメチル
メタクリレート）を用い、上層としてポジ型レジストで
あるＡＺ−１３５０Ｊ　（シラプレー社：　５ＨＩＰＬ
ＥＹ社のレジストの商品名）を用いて二層のレジスト層
を構成し、光露光法等の好適な方法によってこの上層レ
ジストをバターニングした後、この上層レジストパター
ンをマスクとして用い下層レジストに対して遠紫外線を
照射し上層のパターンを下層へ転写して二層レジストパ
ターンを得ている。このような場合、ＰＭＭＡは段差を
有する基板を平坦化する役割と、基板のエツチングを行
なう際のエツチングマスクの役割とを担うものとなる。

従って、このＰＭＭＡ上に形成されるＡＺ−１３５０Ｊ
を比較的薄い膜厚で均一な皮膜に形成することが出来る
ため、高解像なレジストパターンが得られるという。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したようなレジスト構成の従来のレ
ジストパターンであると、下層にドライエツチング耐性
が劣るＰＭＭＡを用いているため、このレジストパター
ンを例えば基板等をエツチングする場合のように高いト
ライエツチング耐性が要求される微細加工用レジストパ
ターンとして用いることか困難であるという問題点があ
った。

又、ＰＭＭＡの露光を行なう際ＰＭＭＡの感度が低いた
めこれのバターニングに時間がかかり、これがため、ス
ルーブツト（準位時間当りのウェハ処理枚数。）か低い
という問題点があった。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、ますます
高集積化される半導体装置の製造に用い得るような優れ
たレジストパターン形成方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明のレジストパター
ン形成方法は下層レジストに耐ドライエツチング性に優
れたポジ型レジストを用い、１層レジストには耐ドライ
エツチング性に優れたノボラックのナフトキノンジアジ
ドスルホン酸エステルを用いてレジストパターンを形成
するものであり、ざらに、このような構成のレジストパ
ターンを得るため、ネガ型及びポジ型のレジストを積層
して用いる際に例えば各レジスト層の、紫外線等の照射
を受けた部分がネガ型の場合であれば不溶性となりポジ
型の場合であれば可溶性となるような、互いに異る性質
について考慮したものである。

従って、この発明のレジストパターン形成方法は、下地
上にアミンが添加されたノボラック−ジアジドタイプの
ポジ型レジストを塗布して下層レジストを形成する工程
と、 前述の下層レジスト上にノボラックのナフトキノンジア
ジドスルホン酸エステルを塗布してＬ層しジストを形成
する工程と、 前述の上層レジストを紫外線又は電離放射線で露光する
第一露光工程と、 露光済み上層レジストを現像しネガ型レジストパターン
を形成する工程と、 前述のレジストパターンをマスクとして前述の下層レジ
ストを紫外線又は電離放射線で露光する第二露光工程と
、 前述の下層レジストをアルカリ現像液で現像する工程と
、 前述の第二露光工程の前に、前述の下層レジストの前述
の第一露光工程の露光の影響を受けた部分を前述のアル
カリ現像液に対し不溶化させる熱処理を行なう工程とを
含むことを特徴とする。

この発明の実施に当り、＠術のアミンを前述のポジ型レ
ジストに対して０．０１〜１０重量％添加するのが好適
である。

さらに、この発明の実施に当り、熱処理工程を前述の第
一露光工程後であって前述のネガ型レジストパターンの
形成前に実施するか、或いは、前述のネガ型レジストパ
ターンの形成後であって前述の第二露光工程前に実施す
るのが好適である。

（作用） この発明のレジストパターン形成方法によれば、上層レ
ジストの露光を行なうための第一露先の際に、上層レジ
ストの露光された部分下の下層レジストの部分等が第一
露光の影響を受けこの下層レジスト部分中にジアジドの
光反応生成物が生じこの部分がアルカリ現像液可溶性の
ものに成っても、第二露光工程前に行なわれる熱処理に
よってこの反応生成物と、下層レジストに添加されたア
ミンとが反応し下層レジストの係る第一露光の影響を受
けた部分がアルカリ現像液に対して不溶性を再び示すよ
うになる。従って、ポジ型及びネガ型レジストを積層し
て用いてもそれぞわのバターニングが行なえる。

（実施例） 以下、第１図（Ａ）〜（Ｆ）の図面を参照してこの発明
の実施例につき説明する。しかしながら、以下に述べる
この発明の説明をこの発明の範囲内の好ましい特定の装
置、数値的条件等で説明しているが、これらは単なる例
示にすぎず、この発明はこれら装置、数値的条件のみに
限定されるものでないこと明らかである。

尚、第１図（Ａ）〜（Ｆ）はこの発明のレジストパター
ン形成方法の一例の説明に供するレジストパターンの形
成工程図であり、形成される進度に応じウェハの断面を
それぞれ表わしたものである。

第二」Ｕ虹側 下地としての例えばシリコン基板Ｈ上に０ＡＰ（東京応
化工業（株）製の密着剤の商品名）をコーティングした
後（図示せず）、この上にノボラック−ジアジドタイプ
のレジストとして例えばＭＰ−２４００（シラプレー社
：　５ＩＩＩＰＬＥＹ社のポジ型レジストの商品名。）
を用いこれに対してＮＮＮジメチル−フェニレンジアミ
ンを０．３重量％添加したものをスピンコーティング法
によって１μｍの膜厚に塗布し下層レジスト１３を形成
した（第１図（Ａ）参照）。ホットプレートを用いこの
シリコン基板を９０℃の温度で６０秒間ベーキングした
後、この下層レジスト上にモノクロルベンゼンに対して
ノボラックのナフトキノンジアジドスルホン酸エステル
（以下、ＬＭＲと略称する。）を１５重量％溶解させた
ものを０．５μｍのｌ１５＆厚に塗布し１層レジスト１
５を形成した（第１図（Ｂ）参照）。次に、ホットプレ
ートを用いこのシリコン基板を９０℃の温度で６０秒間
後ベーキングした後、２５０．ＷのＨｇランプを用いコ
ンタクト露光法によって所定のマスクを介し上層レジス
ト層１５に対して紫外線２１で選択的に露光（第一露光
）を行なった（第１図（Ｃ）参照）。尚、この露光の際
のドーズ量を１５０ｍＪ／ｃｍ２とした。露光終了後下
層レジスト１３の、第一露光工程の露光の影響を受けた
部分を後工程で用いるアルカリ現像液に対し不溶化させ
る目的のため、ホットプレートを用いこのシリコン基板
を１１０℃の温度で９０秒間ベーキングした。然る後、
芳香族系現像液として例えばモノクロルベンゼン／シク
ロヘキサンの１０７１．５（体積比）の混合溶液を現像
液として用い２３℃の温度で２０秒間現像を行ない上層
レジスト１５の未露光部分を除去し、続いて、シクロヘ
キサンで１０秒間リンスを行なった。この結果、ＬＭＲ
の、解像度が０．７５μｍのラインアンドスペースを有
する上層レジストめパターン１５ａが得られていること
が分ったく第１図（Ｄ）参照）。

次に、プラズマエツチング装置を用い酸素プラズマでＬ
ＭＲのレジストパターン１５ａ及び下層レジスト１３に
対して１００人の膜厚分のアッシングを行なった。次に
、上層レジストパターン１５ａをマスクとし下層レジス
ト１３に対して５００ＷのＸｅ−Ｈｇランプを用イ１５
０　ｍ　Ｊ　／　Ｃｍ　２のドーズ量で２００〜３００
ｎｍの波長の遠紫外光２３を一括照射した（第二露光、
第１図（Ｅ）参照）。然る後、アルカリ現像液としての
例えばＭＰ−２４０１現像液（シラプレー社：　５ＩＩ
ＩＰＬＥＹ社製の現像液の商品名。）を水で５倍に稀釈
したものを現像液として用い２３℃の温度で４０秒間現
像を行ない、下層レジスト１３の露光を受けた部分を除
去し、続いて、水によって１５秒間リンスを行なった。

こうして形成された二層のレジストパターン１７（第１
図（Ｆ）参照）を観察したところ、これは０．７５μｍ
のラインアントスペースか解像されているものであるこ
とか分った。

比ｊ０汁１ アミンを添加せずにＭＰ−２４００をそのまま下層レジ
ストの形成に用いた以外は実施例１と同様にしてレジス
トパターンの形成を行なった。その結果は、上層レジス
トとしたＬＭＲのパターン形成は実施例１と同様に行な
うことが出来たが、下層レジストの現像を行なう際に上
層レジストパターンがはがれる現象が起こり、これかた
め、所望とするレジストパターンを得ることが出来なか
った。

実」辷江ス 下層及び上層レジストの形成と、第一露光とを実施例１
と同様に行なった。実施例１においては第一露先の後で
あって上層レジストの現像を行なう前に下層レジストの
、第一露光工程の露光の影響を受けた部分をアルカリ現
像液に対し不溶化させるための熱処理を行なっていたか
、この実施例の場合は第一露光を終Ｙした後に上層レジ
ストの現像を行ない、然る後１２０℃の温度で６０秒間
上述の熱処理を行なった。

次に、下層レジストに対してドーズ量を８０ｍＪ／ａｍ
２として露光を行ない、続いて実施例１と同様な現像液
を用い２３℃の温度で３０秒間現像し、水で１０秒間リ
ンスを行なった。このようにして形成された二層のレジ
ストパターンを観察したところ、これは０．７５μｍの
ラインアントスペースか解像されているものであった。

夫土更ユ シリコン基板りにＯＡＰをコーティングした後、この上
にノボラック−シアシト系レジストとしてこの場合ＡＺ
−１３５０Ｊ　（シラブレー社＝ＳＨＩＰＬＥＹ社のポ
ジ型レジストの商品名。）を用いこれに対してＮＮジメ
チルアニリンを０．５重量％添加したものをスピンコー
ティング法によって１．４μｍの膜厚に塗布して下層レ
ジストを形成した。ホットプレートを用いこのシリコン
基板を９０℃の温度で６０秒間ベーキングした後、この
下層レジスト上に実施例１と同様にＬＭＲを０．５μｍ
の膜厚に塗４５シて上層レジストを形成した。次に、ホ
ットプレートを用いこのシリコン基板を９０℃の温度で
６０秒間ベーキングした後、２０ＫＶの電子線でこの上
層レジストに対し′て選択的に露光を行なった（第一露
光）。露光終了後、下層レジストの第一露光工程の露光
の影響を受けた部分を後工程で用いるアルカリ現像液に
対し不溶化させる目的のため、ホットプレートを用いこ
のシリコン基板を１２０℃の温度て９０秒間ベーキング
した。然る後、芳香族系現像液として例えばモノクロル
ベンゼンを現像液として用い２３℃の温度で１５秒間現
像を行ない、上層レジストの露光されなかった部分を除
去し、続いて、シクロヘキサンで１０秒間リンスを行な
った。この結果、ＬＭＲの、解像度が０．５μｍのライ
ンアンドスペースを有するレジストのネガ型パターンが
得られた。

次に、このレジストパターンをマスクとし下層レジスト
に対して２５０ＷのＨｇランプを用い１００　ｍ　Ｊ　
／　ｃ　ｍ　２のドーズ量で紫外線を一括照射したく第
二露光）。然る後、アルカリ現像液としての０ＦＰＲ（
東京応化工業（株）の現像液の商品名。）を水で２倍に
稀釈したものを現像液として用い２３℃の温度で３０秒
間現像を行ない下層レジストの露光を受けた部分を除去
した。こうして形成された二層のレジストパターンを観
察したところ、これは０．５μｍのラインアンドスペー
スが解像されているもので、かつ、その膜厚が約１．８
μｍのものであった。

夫Ａ±３ 下層レジスト１５の、上層レジストの露光の際に影響を
受けた部分を後工程で用いられるアルカリ現像液に対し
不溶化させるために行なう熱処理の効果について調査し
た。この調査を実施例１で行なった熱処理条件の温度の
みを変化させその他は実施例１と同様にしてレジストパ
ターン形成することによって行なった。

この結果、この８０〜１３０℃の温度範囲内においては
何れの温度条件の場合であっても良好なレジストパター
ンを得ることが出来た。

尚、この熱処理をホットプレートを用いた方法以外の他
の好適な方法、例えばベータ炉を用いる方法等で行なっ
ても勿論良い。このような場合であればその方法に従っ
た好適な熱処理温度、時間等の条件を設定すれば上述の
実施例と同様な効果を得ることが出来る。

火ム掴ｊ 下層レジストに添加させたアミンの添加量かレジストパ
ターンの形成に及ぼす影響について調査した。この調査
をポジ型レジスト及びこれに添加させるアミンを実施例
１で用いたものとそれぞれ同じものとし、ポジ型レジス
トに対して添加させるアミンの添加量を変化させその他
は実施例１と同様にしてレジストパターン形成すること
によって行なった。

この結果、ポジ型レジストに対してアミンを０．０１〜
１０重量％添加した場合に良好なレジストパターンが得
られ、０．０１〜５重量％の場合により良好なレジスト
パターンか得られることが分った。尚、アミンの添加量
が０．０１重量％よりも少ない場合は下層レジストの、
上層レジストの露光時に影響を受けた部分をアルカリ現
像液に対して不溶化させることが出来ず、又、アミンの
添加量が１０重量％より多い場合は形成されたレジスト
パターンに残漬が生じたり、パターンに欠陥が生じたり
し、いずれの場合も所望とするレジストパターンを得る
ことが出来なかった。

尚、ポジ型レジストに添加させて用い得るアミンとして
は、ベーキングによってこれの蒸発が起きないような沸
点の高いものが良〈実施例で用いたものの他、例えばＮ
Ｎジメチルｐニトロアニリン、ＮＮジメチル尿素等の第
三級アミンを用いることが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のレジス
トパターン形成方法によれば、下層レジストとしてノボ
ラック−ジアジドタイプのポジ型レジストにアミンをＪ
ｆｆｉ添加したものを用いていおり、さらに上層レジス
トであるＬＭＲに対する露光後であってかつ下層レジス
トに対して露光を行なう簡にレジスト層に対し適切な熱
処理を施している。従って、下層レジストの、上層レジ
ストの露光により影響を受けた（露光を受けた）部分を
下層レジストの現像液であるアルカリ溶液に対して不溶
化させることが出来る。従って、比較例のように下層レ
ジストを現像する際に上層レジストがはがれるようなこ
とはこの発明のレジストパターン形成方法では起こらず
、良好な二層レジストパターンを得ることが出来る。

又、上層及び下層レジスト共に耐ドライエツチング性の
高いレジストを用いることが出来るため、超ＬＳＩ製造
における微細パターン形成に利用することが出来る。又
、従来より感度の高いレジストを用いることが出来るた
め、高いスルーブツトを期待することが出来る。

さらに、この発明のレジストパターン形成方法は新規な
設備等を新たに用意することなく良好なレジストパター
ンを得ることが出来るため、この点からみた場合でもそ
の工業的価値は非常に大きなものがある。

これがため、ますます高集積化される半導体装置の製造
に用い得るような優れたレジストバタ−ン形成方法を提
供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｆ）はこの発明のレジストパターンの
形成方法の説明に供するレジストパターンの形成工程図
である。 １１・・・下地（シリコン基板） １３・・・・・・下層レジスト、　　　１５・・・上層
レジスト＋５ａ・・・上層レジストのパターン ）７・・・二層のレジストパターン ２１．２３・・・紫外線又は電離放射線。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社ｊｊ　　　ｍｌ
　　　１１　　　月　　１トー２Ｉｌｆ　■芯Ｃシリコ
ン基ｇｉ−少　ｒｓ：　ｒＪしジストメ３：下Ａレジス
ト　　　　　　２１　紫ダＬ線×ＩＰ電丸ρ身４篠：ノ
管θ月のレゾストノ＼°ターン升力戎））之、の寞兇明
図第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地上にアミンが添加されたノボラック−ジアジ
   ドタイプのポジ型レジストを塗布して下層レジストを形
   成する工程と、 前記下層レジスト上にノボラックのナフトキノンジアジ
   ドスルホン酸エステルを塗布して上層レジストを形成す
   る工程と、 前記上層レジストを紫外線又は電離放射線で露光する第
   一露光工程と、 露光済み上層レジストを現像しネガ型レジストパターン
   を形成する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして前記下層レジスト
   を紫外線又は電離放射線で露光する第二露光工程と、 前記下層レジストをアルカリ現像液で現像する工程と、 前記第二露光工程の前に、前記下層レジストの前記第一
   露光工程の露光の影響を受けた部分を前記アルカリ現像
   液に対し不溶化させる熱処理を行なう工程と を含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. （２）前記アミンを前記ポジ型レジストに対して０．０
   １〜１０重量％添加したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のレジストパターン形成方法。
3. （３）前記熱処理工程を前記第一露光工程後であって前
   記ネガ型レジストパターンの形成前に実施することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のレジストパターン
   形成方法。
4. （４）前記熱処理工程を前記ネガ型レジストパターンの
   形成後であって前記第二露光工程前に実施することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のレジストパターン
   形成方法。