JPS63246821A - 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 本発明は半導体素子を製造するときに用いられるパター
ン形成方法に係り、露光エネルギー源としてたとえば２
４９　ｎｍ　のすなわちにｒＦエキシマ・レーザー、遠
紫外線光等を用いてパターン形成する際のポジ型レジス
ト材料に関する。

従来の技術 エキシマ・レーザー（ムｒＦ：１９３ｎｍ、ＫｒＦ：２
４９　ｎｍ　、　Ｘｅ３０１　：　３０８　ｎｍなど）
、遠紫外線（１９０〜３３０　ｎｍ付近）を露光源とす
る時のレジス）（ＤＵＶレジスト）としては、ポジ型で
は、ムＺ２４ｏＯ（シラプレー社）、ＰＭＭム（ポリメ
チルメタクリレート）、ネガ型では、ＰＣＭム（ポリグ
リシジルメタクリレート）。

ＣＭＳ　（クロロメチル化スチレン；東洋ソーダ）など
が提案されている。ＰＭＭＡ　、ＰＣＭ人はドライエツ
チング耐性が悪い上に、非常に感度が悪い。又ＧＭＳも
感度が悪い。（ＰＭＭＡより１０倍程度良いが、それで
も２４９１ｍのＫｒＦレーザーで約１ｏＯｏ〜２ｏＯｏ
ｍＪ／ｃｒｌ必要（膜厚約０，６μｍのとき））ムＺ２
４ｏＯは、エツチング耐性もあり（ノボラック樹脂であ
る故）、感度も市販・開発されたＤＵＶレジストの中で
は最も良いが（２４９ｎｌｌＫｒＦレーザーで約１００
　ｍＪ／ｌ−ｄ　（膜厚約１．ｏｌｌｍ　のとき）、Ｄ
ｔｒＶ光で露光したときに、露光前後の透過率の差が少
なく、レジストがＤＵＶ光を吸収する成分がもともと多
量に含まれていることがわかる。

第３図に２４９　ｎｉｍ　レーザーで照射した場合の紫
外分光曲線を示す。このため、ムＺ２４００を用いてＤ
ＵＶ光でパターン形成したときには、光がレジスト中で
吸収されるため、コントラストの良好なレジストパター
ンは形成できない。

第４図を用いて従来のムｚ２４００を用いたレジストパ
ターン形成方法を示す。基板１上にＡＺ２４００を回転
塗布し、厚さ１．６μｍのレジスト膜を得る（第４図＆
）。つぎに２４９　ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ−光４
により選択的にレジスト６を露光４する（第４図ｂ）。

そして、最後に通常のアルカリ現像処理を施してレジス
トパターン６ａが得られた（第４図Ｃ）。

発明が解決しようとする問題点 ところが、前述のように従来のムＺ２４００は下部まで
光が到達しにくいために、レジストパターン６１Ｌはそ
の形状が劣化したものとなっている。

このように光の表面吸収が大きいムＺ２４００のような
従来のレジストでは、露光をたとえばＫｒＦ２４９　ｎ
ｉｌ　エキシマ・レーザ光のような短波長光源を用いた
場合微細なパターンを形状良く得ることは不可能である
。

又、一般にネガ型レジストはエキシマレーザ光等のＤＵ
Ｖ領域に反応すると表面が硬化してレジスト表面での吸
収が大きくなるので、レジスト下部まで元４が到達しに
くくそのパターン形状は劣化したものとなりエツチング
耐性を考慮したときの膜厚（約１．０μｍより大）での
ネガ型レジスト単層では実用上使用できない。

すなわち、本発明の目的は従来のレジストにおいてレジ
スト表面での光（特に２４９　ｎｍ　エキシマ・レーザ
ー光）吸収により発生したレジストパターンの解像度・
コントラストの劣化が発生していたのを防止することに
ある。

本発明は前記問題点を解決するために、下層にポジ型レ
ジスト、上層にネガ型レジストよりなる２層形態のレジ
ストを形成してパターン形成を行う方法を用いる。

一般にネガ型レジストはエキシマレーザ−光等の遠紫外
光を吸収しやすく又、光を吸収して硬化した部分は極め
て遠紫外光に対する吸収率が高くなり、もはや遠紫外光
を下層に伝えない。

しかるに、上層で形成したネガ型のパターンは、それが
マスクとなってあたかもコンタクト露光の方法の様に下
層のポジ型レジストのパターン形成を行うことができる
。

一般に、このような考えは、通常の紫外線露光において
も考えられるが、紫外線露光においては、ネガレジスト
の紫外域（３６０〜５００ｎｍ）における透過率が大き
く、（約２０〜４０％）、下層レジストに光が透過する
ために下層レジストのマスクとして完全にその役割を果
たすことができず、得られたパターン形状は悪くなる。

一方、ネガレジストの遠紫外域（１９０〜３２０ｎｍ）
　　における透過率は約６チ以下と小さく、これを上層
に使用したときには、完全に下層に光を通過させず、光
が下層レジストの未露光部にもれることはない。

本発明者らは、このようなネガレジストの一般分光特性
を詳細に検討した結果、本発明に至ったわけである。

問題点を解決するための手段 本発明は以上の考察をふまえてなされたものであって、
本発明のパターン形成方法は、基板上に第１層目のポジ
型のレジストを塗布する工程と第１層目のレジスト上に
第２層目のネガ型レジストを塗布する工程と、第２層目
のネガ型レジストを選択的にＸｅＧ１又はＫｒＦ又はＡ
ｒＦエキシマレーザーから発振される光で露光し、現像
により第２層目のパターンを形成する工程と、たとえば
前記露光光と同一の光にて全面露光を行い、現像により
前記第１層目のレジストパターンを形成する工程を有し
てなるものである。

作用 本発明によれば、エツチング耐性の良好なネガ屋レジス
トもエキシマ光で硬化するために下層レジストのエツチ
ングマスクに使用できる。

本発明の方法によれば、ポジ型レジストのオーバー露光
による光の回り込みによるパターン形状の劣化の問題は
全くなくなり、形状の良い２層構造のレジストパターン
が得られる。この際、下層のポジ型レジストのパターン
形成に関しては過剰に露光を行えばよいが、隣接する非
露光パターンがその上部を完全にネガ型パターンでマス
クされているために光が隣接する非露光パターンに回り
込むことは皆無であり、形状の良いパターンが得られる
わけである。

なお、上層のネガ型パターンはその膜厚が厚いほど下部
まで遠紫外光が到達しないために、解像度や形状が悪く
なるので、下層ポジ型レジストのマスクとして光を伝え
ない程度の薄さまで薄くすることが望ましい。本発明者
らの研究によれば０．１μｍ以上１．０７ｚｍ以下の膜
厚であることが望ましい。なお、染料を上層レジストに
含有させている場合には、この限りではない。

染料の上層ネガ型レジストへの添加量としては、下層ポ
ジ型レジストに光を伝えない程度の割合で混入すれば良
い。たとえば０．６μｍ厚のネガ型しジス）ＲＤ−２０
０ＯＮ　（日立化成製）に対してクマリンをレジスト量
に対して１ｏチが混入するようにすれば十分な光遮蔽効
果を発揮する。

又、下層ポジ型レジストと上層ネガ型レジストは通常の
場合その溶媒が異なるために界面で混合することはない
。必要に応じて、中間層（たとえば水溶性膜）を設けて
混合を防止することができる。

なお、本発明によれば下層ポジ型レジストの膜厚が大き
くなった場合にもパターンの解像度は全く変化へなく良
好となるので、下地基板が段差を有している場合には下
層ポジ型レジストを厚く塗布することによって段差を平
坦化して上層レジストの膜厚を均一化した後パターンを
形成すれば鮮明な上層パターンが得られ、このパターン
が結局下層に転写されることから段差基板上においても
高精度・高解像度の２層レジストパターンが得られる。

本発明のパターン形成方法を２４９　ｎ１ｌｌのＫｒＦ
エキシマ・レーザー露光などに用いることにより、形状
の良い超微細レジストパターンを形成することができる
。

実施例 （その１） 本発明のパターン形成方法の一実施例を第１図で説明す
る。半導体等の基板１上にポジ型レジストとしてシクロ
ペンタノンを溶媒とするポリメチルグルタルイミド（Ｐ
ＭＧＩ）を回転塗布し、厚す１．０μｍのレジスト膜２
を得る（第１図ａ）。

つぎに、ネガ凰レジストとしてＰＣＭ人（ポリメチルア
クリル酸グリシジル）を回転塗布し、厚さ、０．８μｍ
のレジスト膜３を得る。このときＰＭＧＩとＰＣＭムは
その溶媒が異なるためにその界面で混合するという問題
点は全く発生しなかった（第１図ｂ）。

つぎに、遠紫外光としてＫｒＦエキシマレーザ−（２４
ｓｎｍ）光４によりマスク６を介して選択的にレジスト
３をパルス露光した（第１図Ｃ）。

そしてメチルイソブチルケトンにより現像を施して、０
．４μｍ　解像のレジストパターン３１Ｌが得られた。

レジストパターン３ａはマスク寸法通りに精度よくコン
トラストも良好であった（第１図ｄ）。つぎに、前述と
同様のＫｒＦエキシマレーザ−光４を基板全面に照射し
パターン３ａをマスクとしてレジスト２を露光した（第
１図ｅ）。そして、アルカリ現像液により現像を施して
、下層のＰＭＣＩレジスト２の露光部分を除去し、上層
のパターン３ａが転写された同様の形状のパターン２Ｎ
が得られた。パターン２１Ｌはやはり０．４７ｆ！ＩＩ
の高コントラストのパターンであった（第１図ｆ）。

結果として、パターン２Δ、３＆より成る高コントラス
トの２層レジストパターンが得られた。

なお、上層のＰＣＭ人の膜厚を０．０８μｍとした場合
には染料としてたとえばクマリンをＲ１）−２００ＯＮ
に対して１０係添加して膜形成を行えば、下層に対する
マスクとして全く問題なく働き上記の実施例と全く同様
の結果が得られた。

又、下層のポジレジストをＡ　Ｚ　２４００の如くノボ
ラック系のレジストとしたときにも、上記の実施例と全
く同様の結果が得られた。

（その２） 本発明のパターン形成方法の一実施例を第２図で説明す
る。０．７μｍの段差基板１′上にポジ型レジストとし
てシクロペンタノンを溶媒とするポリメチルグルタルイ
ミド（ＰＭＧＩ）を回転塗布し、厚さ１．５μｍのレジ
スト膜２を得る（第２図ａ）。

つぎに、ネガ型レジストとしてＲＤ−２００ＯＮ（日立
化成）を回転塗布し、厚さ０．８μｍのレジスト膜７に
得る。このときＰＭＧＩとＲＤ　−２００ＯＮはその溶
媒が異なるだめにその界面で混合するという問題点は全
く発生しなかった（第２図ｂ）。

つぎに、ＫｒＦｘキシマレーザ（２４９ｎｍ）４により
選択的にレジストアをパルス露光した（第２図Ｃ）。そ
して、ＨＤ現像液（日立化成）により現像を施して、０
．３５μｍ解像のレジストパターン７＆が得られた。レ
ジストパターン７ａはマスク寸法通シに精度よくコント
ラストも良好であった（第２図ｄ）。つぎに、前述と同
様のＫｒＦエキシマレーザ−光４を基板全面に照射した
（第２図ｅ）。そして、アルカリ現像液により現像を施
して、下層のＰＭＣＩレジスト２に、上層のパターン７
ａが転写された同様の形状のパターン２１Ｌ’が得られ
た。パターン２　ａ　／はやは９０．３６μｍの高コン
トラストのパターンであった（第２図ｆ）。結果として
、パター７７１，３Ｌ’より成る高コントラストの２層
レジストパターンが得られた。

なお、上層０ＲＤ−２００ＯＮの膜厚を０．０８μｍ　
とした場合にはクマリンをＲＤ−２００ＯＮに対して１
０％添加して膜形成を行えば、下層に対するマスクとし
て全く問題なく働き、上記の実施例と全く同様の結果が
得られた。

なお、本発明においてＫｒＦエキシマレーザ−の他に、
たとえばＸｅＣｌ，ムｒＦ等の遠紫外光等を用いること
ができる。

発明の効果 本発明によれば、特にＤＵＶ光やエキシマレーザ−光に
よる露光・現像に際してのレジストパターン形成が高コ
ントラスト、高解像、高精度で行うことができ、結果と
して半導体素子の微細化。

歩留まり向上につながり、工業的価値が高い。

方法の工程断面図、第３図は従来のレジスト（ムＺ　２
４００　）の露光前後のＤＵＶ領域での紫外分光曲線図
、第４図は従来のパターン形成工程断面図である。

１・・・・・・基板、２・・・・・ポジレジスト（ＰＭ
ＧＩ）、３・・・・・・ネガレジスト（ＰＣＭム）、７
・・・・・・ネガレジスト（ＲＤ−２０００１）、４・
・・・・・エキシマレーザ−光（２４ｓ　ｎｍ　）、６
・″・・・・マスク、６・・・・・・ポジレジスト（ム
Ｚ　２４００　）、２１Ｌ、２＆’、７１Ｌ・・・・・
・本発明によるレジストパターン。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第１図 第２図 第２図 第３図 液　＋　（２？〜 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に第１層目のポジ型のレジストを塗布する
   工程と前記第１層目のレジスト上に第２層目のネガ型レ
   ジストを塗布する工程と、前記第２層目のネガ型レジス
   トを選択的にＸｅＣｌ又はＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレ
   ーザーから発振される光で露光し、現像により前記第２
   層目のパターンを形成する工程と、全面露光を行い、現
   像により前記第１層目のレジストパターンを形成する工
   程を有してなることを特徴とするパターン形成方法。
2. （２）基板が段差を有していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のパターン形成方法。
3. （３）第２層目のネガ型レジストの膜厚が０．１μｍ以
   上１．０μｍ以下であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のパターン形成方法。
4. （４）第２層目のネガ型レジストが露光光を吸収する染
   料を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   のパターン形成方法。
5. （５）ポジ型レジストおよびネガ型レジストが遠紫外線
   に感光することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のパターン形成方法。