JPS6359246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の分野〕 本発明は、リソグラフイ技術によつて基板上に
像パターンを形成する方法であり、特に、放射線
感応レジストの放射線を当て、食刻即ち現像し
て、そのようなレジストを選択的に除去すること
により、基板上に像のパターンを形成するもので
ある。

〔先行技術〕

半導体チツプ即ち基板に回路の形状を形成する
ために、リングラフイ技術が、広く用いられてい
る。回路の形状は、次のように処理される放射線
感応レジスト層におけるパターンとして、再現さ
れる。即ち、それらのレジスト層は、その選択部
分を除去するために、光又は電子ビームを当てら
れ現像される。それから、基板上に残つたレジス
ト層の部分が、食刻マスクとして使用される。一
般に、レジストには２つのタイプ、即ちポジ型と
ネガ型とがある。露光現像されると、露光された
ポジ型レジストは、除去されて、ポジ型のパター
ンが形成されるのに対して、類似の露光に対し
て、露光されたネガ型レジストは、現像の際に硬
化して残り、基板上に原画のネガ型パターンが形
成される。従つて、単一の露光では、使用された
レジストのタイプに応じて、ネガ型又はポジ型の
いずれか１つの型のパターンが、形成されること
になる。

このように、パターン形成用の食刻マスクを作
るには、ポジ型レジスト又はネガ型レジストのい
ずれかが用いられているが、単一の露光ステツプ
で、ポジ型又はネガ型のどちらの型ででもレジス
ト・パターンを形成できるようなプロセスは、先
行技術にはなかつた。

本発明によるプロセスは、レジストのスペクト
ル吸収特性を変えるような不純物をレジスト中に
導入する。ドーピング・ステツプを含んでいる。
IBM Technical Disclosure Bulletin、Vol.23、
No.7B、December 1980、pp.3387には、遠紫外線
領域の光に対してフオトレジストが透過性となら
ないように、フオトレジストに吸収性の添加剤を
用いることが示されている。特に、アクリジン及
びその誘導体のような吸収剤を付加したレジスト
が、高分解能の遠紫外線リソグラフイに対して非
常に有用なものになることを示している。

本発明は、その目的を達成するために、フオト
レジストに吸収剤を付加する類似のステツプを使
用するが、しかしながら、吸収剤を露出されたレ
ジストの薄い領域中へ導入する点で、本発明は、
前記IBM TDBに示された技術とは異なる。

別種の技術としては、IBM Technical
Disclosure Bulletin、Vol.12、No.３、August
1969、pp.397に示された次のようなものがある。
即ち、レジストに電子を多く与える（flood）こ
とにより、メタクリル酸エステル・レジストの電
子感度を向上させるプロセスである。

〔本発明の概要〕

本発明の目的は、リソグラフイ技術によつて基
板上に像パターンを形成する改良されたプロセス
を提供することである。

本発明を実施することにより、次のようなプロ
セスが得られる。即ち、 放射線感応レジストに放射線を当て、食刻即ち
現像してレジストを選択的に除去することによ
り、基板上に像パターンを形成するプロセスが提
供される。

２層レジスト処理を用いて、基板上にポジ型又
はネガ型の像パターンを形成するプロセスが提供
される。

同じ像露光を用いて、基板上にポジ型又はネガ
型の像パターンを形成するプロセスが提供され
る。

VLSIの製造における典型的な形状の表面に、
同じ像露光からポジ型又はネガ型のパターンを形
成するのに特に良く適しているプロセスが提供さ
れる。

不純物を拡散させたレジスト・フイルムを用い
て、基板上に像パターンを形成するプロセスが提
供される。

本発明では、選択パターンについての単一の露
光後に、所望により、ポジ型又はネガ型のどちら
の型ででもこのパターンが得られるように、ドー
ピングを行なうことが、２層レジスト構造と組合
されている。

〔本発明の実施例〕

第１図を参照するに、示された典型的な基板１
０は、好ましくは300nmよりも短い波長領域の紫
外線に感応する第１レジスト層１２を有してい
る。このようなレジストは、例えば、ポリメタク
リル酸メチル（PMMA）である。

第２レジスト層１４が、層１２の上に形成され
る。層１４は、300nmよりも長い異なるスペクト
ル領域に対して感光するポジ型のフオトレジスト
で構成され得るものである。このようなレジスト
は、例えば、感度が向上されたノボラツクを主成
分とするレジストである。層１４は、また、電子
ビームに感応するレジスト層でもあり得る。層１
２は、比較的厚く、基板１０の表面を平坦にする
のに役立つており、これにより、層１４は比較的
薄くできることに注意すべきだ。従つて、次のよ
うな２層レジスト構造体が提供される。即ち、一
方のレジスト層は、例えば、300nmよりも短い波
長の電磁波に感応し、他方のレジスト層は、例え
ば、300nmよりも長い波長の電磁波に感応する。
また、第２レジスト層１４は第１レジスト層１２
よりも食刻速度が小さく、第１レジスト層１２と
は溶剤可溶性が異なつている。

それから、構造体の上面（即ち、層１４）は、
所望の露光パターンを形成するために、適切なマ
スクを用いて、又は、ビームを制御することによ
り、電子ビーム又は光ビーム（使用レジストに応
じて）を当てられ、そして、層１４の所定部分を
除去するために現像されて、パターンが形成され
る。

次に、像形成された上のレジスト層１４と下の
厚い層１２とを含む構造体の全表面が、紫外線吸
収剤についての例えば拡散のような導入によつて
ドープされる。

不純物の導入によつて、高分解能リソグラフ
イ・プロセスにおけるレジスト層のスペクトル特
性が変ることは知られている。このような不純物
は、レジストが感応するスペクトル領域の紫外線
を吸収する物質である。それらが紫外線を良く吸
収するので、非常に少量の不純物をレジスト層に
導入しても、溶解度、付着性及び耐食刻性のよう
な、レジストの他の特性に実質的な影響を及ぼす
ことなく、レジスト層の透過スペクトルに大きな
変化を生じる。レジスト層の不純物として有用な
紫外線吸収剤は、ナフタリン、アントラセン、
９，10−ジブロムアントラセン、アクリジン、フ
タラジン及びフエナジンである。これらの有機化
合物は、市販されており、その特性は安定してい
る。

第１図のレジスト層中へ不純物を拡散によつて
導入するために、閉チエンバ内において、比較的
低温で、１以上の不純物を含む化学気相を形成し
て行なう。溶液から不純物を導入することもでき
るが、化学気相から不純物を導入することほど良
くはない。なぜなら、レジスト層が溶剤による望
ましくない影響を受けるからである。

こうして、第１図に示されているように、露
光・現像（パターン形成）して紫外線吸収剤を拡
散した構造体が得られる。パターン像の露光が単
一のステツプで行なわれたこの構造体は、所望に
より、ポジ型又はネガ型のいずれの型のパターン
をも提供するように、用いることができる。

ポジ型のパターンを希望するなら、層１２のド
ープ領域のみが、反応性イオン食刻、プラズマ食
刻等によつて、層１４よりも大変速い速度で、選
択的に除去され、第２Ａ図に示したような構造体
が得られる。それから、第２Ａ図の構造体の上側
表面に、遠紫外線を全面照射する。

第２Ａ図の構造体に全面照射する遠紫外線は、
例えば、200乃至300nmの波長の電磁波である。
300nmよりも短い波長で感応す物質から成る、下
にあるレジスト層１２は、遠紫外線に感応する。
層１４のドープ領域の働きは、遠紫外線を全く遮
ることである。第２Ａ図のポジ型パターンの場合
には、300nmよりも長い波長で感応する層１４で
は、ドープ部分ばかりでなく非ドープ部分も、遠
紫外線を遮る。レジスト層１４に非ドープ部分を
存在させるなら、例えば、アクリジン又はアント
ラセンを単独で、不純物物質として用いることも
できる。他方、レジスト層１４を、高分解能リソ
グラフイに適するように非常に薄くして用いるな
ら、レジスト層１４の非ドープ部分は、遠紫外線
の全面照射に対して透過性となり、後で述べるよ
うなネガ型パターンを得る場合に用いられるよう
な、より強い不純物が必要となる。

第２Ａ図の構造体に遠紫外線を全面照射した後
で第３Ａ図に示されているように、層１４のドー
プ部分の下に位置していない、層１２の感応した
領域を現像して除去し、基板１０の上に、層１４
のドープ部分の下にある層１２の領域を残す。こ
うして、第１図の最初のパターンについてのポジ
型のものが得られる。

他方、ネガ型パターンを希望するなら、第１図
の層１４を、層１２を溶かすことなく層１４のみ
を選択的に溶かす周知の溶剤、例えば無極性有機
溶剤、特に四塩化炭素を用いて層１４を溶かすこ
とにより層１４を除去して、第２Ｂ図の構造体を
得る。この場合、層１４（もしくは除去されてい
る）よりも層１２におけるドープ領域が残る。第
２Ｂ図の構造体を、第２Ａ図の場合のように、遠
紫外線に照射して現像する。紫外線を透過しない
層１２のドープ領域の下にある物質だけが、基板
１０上に残ることにより、第３Ｂ図のパターン構
造体を得る。この構造体は、第１図の最初のパタ
ーンについてのネガ型のものである。

第２Ｂ図には、第２Ａ図の場合のように、長波
長の紫外線に感応する、ドープ領域下の余分なレ
ジスト層が存在していないことに、注意すべきで
ある。従つて、ドープ領域のみが、遠紫外線を遮
る。第２Ｂ図の場合に適する不純物の例として
は、ナフタリンとアクリジンを混合したものであ
る。これらは、各々、220nm及び250nmに、強い
吸収帯を有する。これらの波長は、PMMAが最
も感応するスペクトル領域である。

第３Ａ図及び第３Ｂ図に示したポジ型及びネガ
型のパターンは、説明のために非常に簡単になつ
ているが、示したプロセスは、微細回路の適用に
おけるようなより複雑な像パターンを形成するの
にも用いることもできる。先行技術に対する本発
明の他の利点は、以下のとおりである。即ち、 (1) 本発明のプロセスでは、使用する像形成レジ
ストは、後でドープされるので、遠紫外線に対
して透過性であつても良い。また、同じ理由か
ら、非常に薄い像形成層を用いることをでき
る。

(2) さらに、先に述べたとおり、ポジ型又はネガ
型のいずれの型のパターンをも、同じパターン
露光ステツプで画成することができる。このよ
うなパターン露光ステツプは、第１のレジスト
層を、光、電子ビーム又はＸ線によるリソグラ
フイで処理して、ドーピングし、第２のレジス
ト層に遠紫外線を全面照射するものである。

説明のために、レジスト層及び不純物として
は、適する物質を述べ、また波長その他について
は、特定の値を示したが、他の適切なもの及び範
囲を、本発明の実施に際して、使用することもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、露光・現像したレジスト層を含む基
板の概略断面図である。第２Ａ図及び第３Ａ図
は、露光のポジ型パターンを形成するのにどのよ
うに第１図の構造体が処理されるかを示す図であ
る。第２Ｂ図及び第３Ｂ図は、露光のネガ型パタ
ーンを形成するのにどのように第１図の構造体が
処理されるかを示す図である。 １０……基板、１２……第１レジスト層、１４
……第２レジスト層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に紫外線感応型の第１レジスト層を形
   成し、前記第１レジスト層上に第１レジスト層よ
   りも食刻速度が小さく第１レジスト層とは溶剤に
   対する溶解性の異なる放射線感応型の第２レジス
   ト層を形成し、前記第２レジスト層に放射線を所
   定のパターンに沿つて放射した後に現像して第２
   レジスト層の前記放射線が放射された部分を第１
   レジスト層上から除去し、第２レジスト層の残部
   の表面及び第１レジスト層の露出部の表面の夫々
   に紫外線吸収剤をドープして紫外線吸収剤ドープ
   領域を形成し、 前記放射線のポジ型のパターンを形成するとき
   には、第１レジスト層及び第２レジスト層を食刻
   して食刻速度の小さな第２レジスト層については
   表面の紫外線吸収剤ドープ領域を残存させながら
   第１レジスト層については紫外線吸収剤ドープ領
   域を除去し、第１レジスト層及び第２レジスト層
   に紫外線を全面的に照射して第２レジスト層の前
   記露出部を紫外線感応させた後に現像して前記露
   出部だけを基板上から除去し、 ネガ型のパターンを形成するときには、第２レ
   ジスト層のみを選択的に溶かす溶剤を用いて第２
   レジスト層を第１レジスト層上から除去し、残つ
   た第１レジスト層の表面に紫外線を全面的に照射
   して第１レジスト層の前記紫外線吸収剤ドープ領
   域が形成されなかつた部分を紫外線感応させた後
   に現像することにより、前記露出部だけを基板上
   に残すようにする、 ことを特徴とする像パターンの形成方法。