JPS63246822A

JPS63246822A - パタ−ン形成方法

Info

Publication number: JPS63246822A
Application number: JP62081408A
Authority: JP
Inventors: Masataka Endo; 政孝遠藤; Masaru Sasako; 勝笹子; Kazufumi Ogawa; 一文小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1988-10-13

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
４９ｎｍのすなわちＫｒＦエキシマ・レーザー、遠紫外
線光等を用いてパター／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（ｊＬｒＦ　；　１９３ｎｍ　、　
ＫｒＦ；２４９ｎｍ　、　Ｘ６Ｃ１；　３０８ｎｌｎな
ど）、遠紫外線（１９０〜３３０　ｎｍ付近）を露光源
とする時のレジスト（ＤＵｖレジスト）としては、ポジ
型では、Ａ　Ｚ　２４００　（シラプレー社）、ＰＭＭ
Ａ（ポリメチルメタクリレート）、ネガ型では、ＰＧＭ
Ａ　（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、ＰＧＭＡ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ＣＭＳも感
度が悪い。（ＰＭＭＡより１０倍程度良いが、それでも
２４９　ｎｍのＫｒＦレーザーで約１０ｏｏ〜２０００
ｍＪ／−必要（膜厚的０．６μｍ（Ｄとき））ＡＺ２４
００は、エツチング耐性もちＶ（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
最も良イカ（２４９ｎｍ　ＫｒＦレーザーで約１００ｍ
Ｊ／ｃｍ’（膜厚的１．０μｍのとき）、ＤＵＶ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２４９ｎｍ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（ｉ：用いてＤＵ
Ｖ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Ａ　Ｚ　２４００″ｆ、用いたレ
ジストハターン形成方法を示す。基板１上にムＺ２４０
０ｉ回転塗布し、厚さ１．６μｍのレジスト膜を得る（
第４図外））。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７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７ａ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人Ｚ２４００は下部まで
光が到達しにぐいために、露光パターンに忠実に除去さ
れず残されたレジストパターン７ａ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　ｎｍ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、レジスト下部まで光が到達しにく
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．ｏＩｎｍ工り大）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２４９ｎｍ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、露光光を透過する中間層、上層にネガ型レジス
トよりなる３層形態のレジスＩｆ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
。そして、下層のポジ型レジスト現像の際には、中間層
がポジ型レジストの現像液に溶解するために、上層のネ
ガ型レジスト・くターンはリフトオフされて除去される
ことになる。

一般に、このような考えは、紫外線露光においても考え
出されるが、紫外線露光においては、ネガレジストの紫
外域（３５０〜ｓｏｏｎｍ）における透過率が大きく（
約２０〜４０チ）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のパターン形成方法は、基板上にボン型しジス）
ｋ塗布する工程と、前記ポジ型レジスト上に中間膜を形
成する工程と、前記中間膜上にネガ型レジストを塗布す
る工程と、前記ネガ型しジストヲ選択的にＸｅＣ１又は
ＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザから発振される光で露
光し、現像する工程と、全面露光を行う工程と、現像に
Ｘり中間膜を除去すると同時に前記ポジ型しジストヲ現
像してパターンを形成する工程よジ成る方法である。

作用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、形状の良いレジストパターンが得られる
。この際、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
あるために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１．０μｍ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１０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、中間層（たとえば水溶性膜）は、上層と下層のレジ
ストの混合を防止する役目も果たしている。又、本発明
の方法によれば、エツチング耐性の不良なネガ型レジス
トも下層ポジレジストのマスクとして使用することがで
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・高解像度のレジストパターンが得られる。

また、中間層は、露光の焦点ぼけが生じない程度（たと
えば１．０μｍ以下）の膜厚とすることが望ましい。こ
の中間層が露光光を透過することは明らかであるが、５
０％以上の透過率が望ましい。

透過率が少なくなるにつれて、露光時間がかかることに
なるが、上層のポジ型レジストパターンを透過しない程
度であればｓｏ％以下の透過率であっても良い。

本発明のパターン形成方法’ｉ２４９ｎｍ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）ｔ”回転塗布し、厚さ１．０μｍのレジスト膜
２を得る（第１図ｇ）。

そして、中間膜としてプルラン膜０．５μｍｌ塗布形成
した（第１図ｂ）。つぎに、ネガ型レジストとしてＰＧ
ＭＡ（ポリメチルアクリル酸グリシジ巴ル）を回転塗布し、浮式０．８μｍのレジスト膜を得る
（第１図ｇ）。

つぎに、ＫｒＦエキ’／　−ｑ　Ｖ−ザ（２４ｓｎｍ）
にｚ５マスク６を介して選択的にレジスト４をパルス露
光した（第１図ｄ）。そして、メチルイソブチルケトン
にエフ現像を施して、０．４μｍ解像のレジストパター
ン４ａが得られた。レジストパターン４ａ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。この際メ
チルイソブチルケトンにより中間膜が溶解することは全
くなかった。

（第１図ｇ）。

つぎに、前述と同様のＫｒＦエキシマレーザ光を基板全
面に照射しパターン４ａをマスクとしてレジスト２を選
択露光した（第１図ｒ）。そして、アルカリ現像液に工
９現像を施して、中間膜を除去すると同時に、上層のパ
ターン４２Ｌが転写された同様の形状のパターン２ａが
得られた。パターン２ａはやはｖｏ、４μｍの高コント
ラストのパターンであった（第１図ｇ）。結果として、
パターン２ａより成る高コントラストのレジストパター
ンが得られた。

なお、上層のＰＧＭＡの膜厚’ｉｏ、０８μｍとした場
合には染料としてたとえばクマリン１ＲＤ−２００ＯＮ
に対して１０チ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ｌｆムＺ２４００の如くアルカリ
現像液可溶型のレジストとしたときにも、上記の実施例
と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）（ｉ−回転塗布し、厚さ１．５μｍの
レジスト膜２′ｆｃ得る（第２図ｇ）。

そして、中間膜としてプルラン膜０．６μｒｒｒｔ−塗
布形成した（第２図ｂ）。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８を得る（第２図ｇ）。

つぎに、ＫｒＦ　ｘキシマレーザ（２４９ｎｍ）により
選択的にレジスト８をパルス露光した（第２図ｄ）。そ
して、ＲＤ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８ａが得られた。レ
ジストパターン８ａ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。この際メチルイソブチルケトン
により中間膜が溶解することは全くなかった（第２図ｇ
）。

つぎに、前述と同様のＫｒＦエキシマレーザ光を基板全
面に照射した（第２図で）。そして、アルカリ現像液に
より現像を施して、中間膜を除去すると同時に、上層の
パターン８ａが転写された同様の形状のパターン２ｂが
得られた。パターン２ｂはやは９０．３５μｍの高コン
トラストのパターンであった（第２図ｇ）。結果として
、パターン２ｂより成る高コントラストのレジストパタ
ーンが得られた。

なお、上層のＲＤ−２０００１の膜厚’６　ｏ、ｏ　ｓ
μｍとした場合にはクマリンをＲＤ−２００ＯＮに対し
て１０チ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ムｚ２４０ｏの如くアルカリ
現像液可溶型のレジストとしたときにも、上記の実施例
と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ＸｅＣ４、ＡｒＦ等の遠紫外光を用いることがで
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１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）（ＡＺ２４
００）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（Ｐ
ＭＣＩ）、３・・・・・・中間膜、４・・・・・・ネガ
レジスト（ＰＣＭム）、８・・・・・・ネガレジスト（
ＲＤ−２００ＯＮ　）、６・・・・・・エキシマレーザ
光（２４９ｎｍ　　）、６・・・・・・マスク、７・・
・・・・ポジレジスト（ム２２４００）、２ａ。

２ｂ　、４ｔＬ　、８１Ｌ・・・・・・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２図第２図第３図液　千−（４１ｆＰＬ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上にポジ型レジストを塗布する工程と、前記
ポジ型レジスト上に中間膜を形成する工程と、前記中間
膜上にネガ型レジストを塗布する工程と、前記ネガ型レ
ジストを選択的にＸｅＣｌ又はＫｒＦ又はＡｒＦエキシ
マレーザから発振される光で露光し、現像する工程と、
全面露光を行う工程と、現像により中間膜を除去すると
同時に前記ポジ型レジストを現像してパターンを形成す
る工程とを備えて成るパターン形成方法。
（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）ネガ型レジストの膜厚が０．１μｍ以上１．０μ
ｍ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）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）中間膜が水溶性又はアルカリ可溶性であることを
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。
（６）中間膜が水溶性ポリマーより成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第６項に記載のパターン形成方法。
（７）水溶性ポリマーがプルラン、ポリビニルピロリド
ンのいずれか、又は、混合体であることを特徴とする特
許請求の範囲第７項に記載のパターン形成方法。
（８）中間膜の膜厚が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
。
（９）中間膜が２４９ｎｍにおいて透過率が５０％以上
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。
（１０）中間膜の膜厚が１．０μｍ以下であることを特
徴とする特許請求の範囲第５項に記載のパターン形成方
法。
（１１）中間膜が２４９ｎｍにおいて透過率が５０％以
上であることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
のパターン形成方法。
（１２）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。