JPS6351637A - マスク形成方法 - 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〕 本発明はマスク形成方法に関する。本発明は特に、半４
体のレジストプロセスに好適に利用でき、複数のレジス
ト層を形成しイオンビームで高速露光を行うパターン形
成用のマスク形成方法として具体化することができる。

〔発明の（概要〕

本発明のマスク形成方法は、基板上にイオンビームに感
光する第１のレジスト層を平坦に形成し、第１のレジス
ト層上に第２のレジスト層を形成し、第２のレジスト層
を露光させて、これを選択的に除去し、前記第２のレジ
スト層をマスクにして、前記第１のレジスト層をイオン
ビームにより選択的に露光するという方法を採ることに
よって、基板上に微細なパターン形成用のマスクを正確
且つ高速に形成できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

半導体の製造工程において、半導体基板上にパターンを
形成するためレジスト・プロセスと呼ばれる工程が行わ
れる。

例えば第３図に示す如く、従来の単層レジスト・プロセ
スは、半導体基板１１上にレジスト１２を１層塗布し、
露光、現像を行ってパターンを形成している。

また最近では、特開昭５２−１８３２０号などに見られ
るように、２層レジスト・プロセスの１つでＰＣＭ（Ｐ
ｏｒｔａｂｌｅ　Ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ　Ｍａｓｋ　
）法と呼ばれる方法が行われている。例えば第４図に示
す如く、レジストを２層構造として、ＵＶ（紫外線）レ
ジストを使った上層レジスト２３と基板２１との間に基
板の段差を平坦化し基板からの反射光を吸収するＤＵＶ
　（遠紫外線）レジストを使った下層レジスト２２を入
れた技術が行われている。これは上層のＵＶレジスト２
３をＵＶ光２５により縮小投影露光してバターニングし
く同図（ａ）参照）、現像処理した後、この上層のＵ■
レジストパターン２３をマスクとして下層のＤＵＶレジ
スト２２をＤＵＶ光２４により全面露光して（同図中）
参照）、現像処理することによって所望のパターン形成
用マスクを形成するものである（同図（Ｃ）参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記のような従来の単層レジスト・プロセス
あるいはＰＣＭ法を使ってパターン形成用のマスクを形
成する場合、以下に述べる問題点がある。

単層レジスト法は、第３図に示す如くマスク１３などに
よって選択的に露光させる光１４がレジスト１２表面の
凹凸や基板の段差部１１′で反射され、この反射光１４
′が露光範囲に影響を与えるため、理想の分布と異なる
パターンが形成されるという問題がある。この問題は半
導体の集積化・高密度化が進みパターンが微細化するに
従って大きくなり、サブミクロン単位のパターン形成で
は無視できなくなってきている。

ＰＣＭ法は上記単層レジスト法の問題を解決するもので
はあるが、第４図の工程断面図に示す如く、ＤＵＶレジ
ストを使った下層レジスト２２をＤＵＶ光２４によって
露光するため、露光時間が長く（５〜１０分）、製造工
程に時間がかかるという問題がある。これはＤＵＶレジ
ストの感度が低く、また強いＤＵＶ光の光源がないため
である。

また従来のＰＣＭ法は、下層レジスト２２の露光を光（
特にＤＵＶ光）で行っているため、光の波長より小さい
パターンの形成はできないという問題がある。

比較的高い出力の得られるイオンインプランテーション
などのイオンビーム源を使うことが考えられ、確かにこ
れによると露光時間を短くできるが、マスクド・イオン
ビーム法に見られるように、イオンは物質中への透過性
が高く、イオンを選択的に透過させるための全面露光用
マスクを薄く、しかも機械強度を持たせて作ることは容
易でなかった。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、
レジストの露光時間を短くすることによって、マスク形
成工程を高速化すると共に、微細なパターンを高解像度
で形成することが可能なマスク形成方法を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するため以下の方法をとる。

すなわち本発明は、第１図に例示する如く基板１上にイ
オンビーム４に感光する第１のレジスト層２を形成し、
該第１のレジスト層２の表面２′をほぼ平坦な面にする
工程と、前記第１のレジスト層２上に第２のレジスト層
３を形成する工程と、前記第２のレジスト層３を露光し
、該第２のレジスト層３を選択的に除去する工程と、前
記第２のレジスト層３をマスクにして、前記第１のレジ
スト層２をイオンビーム４により選択的に露光する工程
からなるものである。

本発明のマスク形成方法を後記詳述する本発明実施例の
マスク形成工程を示す第１図（ａ）〜（ｇ）を用いて説
明すると、次のとおりである。

本発明は、第１図に例示するように、凹凸１′のある基
板１上などに（同図（ｐＨ）イオンビーム４に感光する
第１のレジスト層２を形成して、該レジスト層２の表面
２′をほぼ平坦な面にしく同図（ｂｌ　）、その第１の
レジスト層２上に第２のレジスト層３を形成しく同図（
Ｃ））、第２のレジスト層３をＵＶ光または電子ビーム
などで露光しく同図（ｄ））、その第２のレジスト層３
を現像処理することによってレジストを選択的に除去し
く同図（ｅ））、選択的に除去された第２のレジスト層
３をマスクにして、さらに前記第１のレジスト層２をイ
オンビーム４により選択的に露光しく同図（ｆ））、第
１のレジスト層２を現像処理することによって同図（ｇ
）の如くパターン形成用のマスクを形成する。

このように、本発明は第１のレジスト層２の露光に高い
出力が得られるイオンビーム４を使うため、感度の低い
ＤＵＶレジストにＤＵＶ光源を照射した場合の露光時間
（５〜１０分）と比べて例えば露光時間を１分程変と短
く済ませることができ、短時間で工程を完了できる。

また、従来のように露光にＤＵＶ光などを使うと波長の
長さより小さなパターンは形成できないが、イオンビー
ムだと波長による制限がなり、微細なパターンであって
も安定した解像度が得られる。

〔作用〕

上記したように本発明のマスク形成方法は、選択的に除
去された第２のレジストＮ３をマスクにして、第１のレ
ジスト層２をイオンビーム４を使って露光するため、露
光時間が短くなり、マスクの形成が高速化できる。また
、第１のレジスト層２の露光に使用する光源が波長の長
さに形成パターンの限界があるＵＶ光などと異なり、イ
オンビームを使って露光するため、微細なパターンを高
い解像度で露光することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明のマスク形成方法を図面を参照しながら詳
細に説明する。なお当然のことであるが、以下の実施例
は本発明の一例を示すもので、本発明はこの例にのみ限
定されない。

第１図（ａｌ〜（ｇ）は本発明の一実施例のマスク形成
工程を示す断面図である。第２図は第２レジスト層と第
２レジスト層の間に金属膜をいれた別の実施例の断面図
である。

第１図に示す如く、本実施例はパターンを形成する半導
体基板１上にすでに凹凸１′が形成されている場合でも
（同図（ａｌ参照）、第１のレジスト層２　（以下「下
層レジストｊともいう）を基板１上に塗布して表面２′
を平坦化すると共にこれをベーキングするものであり、
このため平坦でない基板についても有効である。（同図
（ｂｌ参照）。本実施例ではイオンビームに感光する下
層レジスト２としてＰＭＭＡ　（ポリメチルメタクリレ
ート）から成るレジストを用いた。

次に前記下層レジスト２上に第２のレジスト層（以下「
上層レジストＪともいう）３を塗布して下層レジスト２
と同様にベーキングを行う　（同図（Ｃ）参照）。上層
レジスト３にはＵＶレジストとしてＤＰＲ−２６００（
商品名）あるいは電子ビームレジストとしてのＰＭＭＡ
を用いた。

そして前記上層レジスト３を、本実施例ではＵ■（紫外
）光を用いて縮小投影露光法により露光を行い、照射部
分３′のレジストを可溶化させる（同図（ｄｉ参照）。

この可溶化部分を現像液にて除去すると同図（ｅｌの状
態になる。本実施例では上層レジストの露光にＵＶ光を
使用したが、この他にも電子ビームを使って直線描画法
によりバターニングする方法を用いることもできろ。こ
の場合、上層レジストに照射した電子ビームが後方の基
板によって散乱するのを下層レジストが抑制するため近
接効果を軽減することができる。また上層レジストの露
光にエキシマレーザなどを用いることもできる。

さらに今度は、前記上層レジスト３をマスクにして、前
記下層レジスト２をイオンビーム４により全面露光を行
う　（同図ｆｆ）参照）。

イオンビームは、電気を帯びたイオン原子（例えばＢ“
）に電圧をかけて加速させることにより、その照射を行
うことできる。最近ではイオンインプランテーションに
より高い出力の一括露光用に使えるイオンビーム源を得
ることができる。イオンビームの出力調整は加速電圧を
変えることにより容易に行え、露光範囲を制御できるの
で、レジストの厚さに応じたイオンビーム出力が選択で
きる。

またイオンビームは、物質中への透過性が光に比べて高
いという特徴がある。このため従来のＰＣＭ法において
、例えば第４図（ｂｌのＡで示す部分などにＤＵＶ光の
吸収率の高い上層レジストが拡散して薄い膜が形成され
る場合などに、ＤＵＶ光で下層レジストを露光しようと
すると露光強度に影響が出て解像度が低下することがあ
ったが、イオンビームを使うと薄い拡散層は透過して下
層レジストを露光するためコントラストを高くとること
が可能で、拡散層に影響されにくい安定した解像度を得
ることができるという利点がある。

イオンビームの種類としては、種々のものを採用できる
が、水素やヘリウム等を使った比較的軽いイオンビーム
がより好ましい。その理由は、軽いイオンの方が低い加
速電圧で厚いレジストを露光できる点にある。なお本実
施例では、ボロンイオン（Ｂ゛）を用いたイオンビーム
を使い、加速電圧は２００ＫｅＶ、ドース量は２　Ｘ　
１０”ｃｎ＋−”の条件下で下層レジスト２の全面露光
を行った。

そして、前記上層レジスト３と同様に下層レジスト２の
露光によって可溶化した部分を現像、除去して半導体の
パターン形成用マスクができる（１Ａ１図（ｇｌ参照）
。

このように本実施例の方法を用いることによって下層レ
ジストの露光が１分程度で完了するため、従来のＤＵＶ
光で５〜１０分要していた露光時間を大幅に短縮でき、
工程のスピードアンプを図ることができた。

また微細なパターンを高解像度で得ることができた。

このように本発明ではイオンビームを用いるので、その
他のもの、例えばレーザビームがせいぜい０．２〜０．
３μ程度しか露光出来ないのに対し、例えば０．１　μ
の微細なパターンを露光できる。これはイオンビームの
波長が短いことによる利点である。

また本発明は、上記実施例からも理解されるように、第
１のレジスト層２を厚くとる態様を用いることができ、
従ってエツチングマスクとして用いるのが最適であるが
、イオンインプランテーションの時のマスクとしても使
用できる。

次に本発明の別の実施例について述べる。即ち本発明は
、第２図に示す実施例のように、第１のレジスト層２と
第２のレジスト層３との間に金属膜薄膜層５を介するこ
ともできる。この場合、第２のレジスト層３を露光・現
像処理後、これをマスクにして金属薄膜層５を選択的に
エツチング除去し、その後前記実施例と同様にイオンビ
ームで露光・現像処理を行う。こうすることによって、
第１のレジスト層（下層）２と第２のレジスト層（上層
）３とが金属膜薄膜層５によって分離され、上層のレジ
ストの露光・現像が下層のレジストに悪影響を及ぼすこ
とがなくなる。さらに、下層のレジストを透過性の高い
イオンビームで露光する場合に、露光させない部分は金
属薄膜層５が確実なストッパとなりイオンビームを透過
させないため、所望のパターンが形成できる。（なお特
公昭６０−５５８２５号にこのような金属薄膜を用いた
技術が開示されているが、この従来例では本発明の工程
の高速化・微細パターンの高解像での形成が可能という
効果は果たせない）。

〔発明の効果〕

上記したように、本発明のマスク形成方法を用いること
によって、下層レジストの露光時間を短縮することが出
来るため、マスク形成工程の処理が短時間で出来ると共
に、微細なパターンを高解像度で形成することが可能に
なり、コントラストの高い良好なパターン形状が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜ｆｇ）は本発明の一実施例に係るマスク
形成工程を工程順に示す断面図であり、第２図は別の実
施例の断面図である。第３図は従来例の断面図であり、
第４図は従来のＰＣＭ法の工程断面図である。 １・・・・基板、１′・・・・凹凸、２・・第１のレジ
スト層（下層レジスト）、２′・・・・・・・・　表面
、３・・・・・・・・第２のレジスト層（上層レジスト
）、４・・・・イオンビーム、５・・・・Ｕ■光（また
は電子ビーム）、６・・・・金属薄膜層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上にイオンビームに感光する第１のレジスト層
   を形成し、該第１のレジスト層の表面をほぼ平坦な面に
   する工程と、 前記第１のレジスト層上に第２のレジスト層を形成する
   工程と、 前記第２のレジスト層を露光し、該第２のレジスト層を
   選択的に除去する工程と、 前記第２のレジスト層をマスクにして、前記第１のレジ
   スト層をイオンビームにより選択的に露光する工程とか
   らなるマスク形成方法。