JPS6379322A

JPS6379322A - レジストパタ−ン形成方法

Info

Publication number: JPS6379322A
Application number: JP22353886A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Imai; 今井　政光; Tatsumi Shirasu; 白須　辰美; Tetsuya Mizutani; 哲也水谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1986-09-24
Publication date: 1988-04-09

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、レジストパターンの精度向上に適用して有効
な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程の一つである、いわゆるウニハエ
程においては、シリコン（Ｓｌ）単結晶等の半導体基板
に不純物イオンを打ち込む場合や配線を形成する場合等
では、通常上記半導体基板に塗布形成したレジスト膜を
所定形状に露光・現像して形成したレジストパターンを
マスクとして利用することが行われている。この技術に
ついては、たとえば昭和５９年１１月２０日、工業調査
会発行「電子材料Ｊ　１９８４年別冊、Ｐ６８〜Ｐ７０
に説明がある。

ところで、一般にレジストパターンの形成は、被加工体
の表面にレジスト膜を塗布形成し、そのレジスト膜にマ
スクパターンを露光し、次いで該レジスト膜を現像して
該マスクパターンを転写することによって達成される。

上記マスクパターンの露光は、レジスト膜の上方に位置
させた遮光用のマスクを通して、いわゆるｇ線等の露光
光を該レジスト膜に照射することにより行われる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようにレジスト膜を露光する場合、レジスト膜が
一層構造であれば該レジスト膜に入射した露光光は上記
被加工体表面で反射されることになる。このようにレジ
スト膜内部に反射光が生じると、その反射光は再びレジ
スト膜の表面で再反射を受け、さらにその再反射された
反射光は上記被加工体表面で再再反射を受ける等の多重
反射を行うことになる。ｇ線等のような特定波長域の露
光光が上記の如く多重反射され、その際の各反射光の位
相が揃う場合にはレジスト膜内部に定在波が形成される
ことがある。上記定在波はその復の部分に感光能力を有
しているが節の部分にはその能力がない。そのため、上
記レジスト膜にはその厚さ方向に感光部と未感光部とが
交互に形成される、いわゆる定在波効果が生じる問題が
ある。

本発明の目的は、レジスト膜を露光・現像して形成する
レジストパターンの寸法精度を向上できる技術を提供す
ることにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から胡らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、被加工体の表面に第１反射防止膜を、その第
１反射防止膜４上に該第１反射防止膜より大きな屈折率
を存する第２反射防止膜をそれぞれ被着形成し、その第
２反射防止膜の上に該第２反射防止膜よりｌハさい屈折
率を有するレジスト膜を塗布形成し、該レジスト膜の露
光・現像を行いレジストパターンを形成するものである
。

〔作用〕

上記した手段によれば、レジスト膜内部を通過する反射
光の中、その中心をなすレジスト膜と第２反射防止膜と
の界面からの第１反射光と、第２反射防止膜と第１反射
防止膜との界面からの第２反射光とを、その位相を逆転
させることができることにより、上記第１反射光の強度
を第２反射光で相殺することができるため、その結果と
してレジスト膜を通る総和としての反射光の光強度を減
少させることができるものである。このように総反射光
の強度を減少でき、反射率を低減できることから、レジ
スト膜における反射光の発生に起因する定在波の発生を
防止でき、ひいては定在波効果をも有効に防止すること
ができる。そのため、レジスト膜を露光・現像して形成
するレジストパターンの寸法精度を高めることができる
。

〔実施例〕

第１図は本発明による一実施例であるレジストパターン
形成方法を適用する半導体ウェハを示す拡大部分断面図
である。第２図）ま多重反射の関係式を導くだめの説明
図であり、第３図および第４図はともにレジスト膜中へ
の露光光の反射率を示すグラフである。

本実施例のレジストパターン形成方法は、ウニハエ程に
おいてボリンリコン膜をエツチング加工するために使用
するレジストパターンの形成に関するものである。

すなわち、第１図に示すように、シリコン（Ｓｌ）単結
晶からなる半導体基板１の上には、二酸化ケイ素（３１
０２）からなる絶縁膜２が形成されており、該絶縁膜２
の上には被加工体であるポリシリコン層３が被着形成さ
れている半導体ウェハを用意する。

次いで、上記ポリシリコン層３をエツチング加工するた
めのマスクとしてのレジストパターンを形成するために
、該ポリシリコン層３に二酸化ケイ素からなる第１反射
防止膜４を、さらにその上にポリシリコンからなる第２
反射防止膜５をそれぞれ被着形成し、２層構造の反射防
止膜を形成する。次に、上記第２反射防止膜５にレジス
ト膜６を塗布形成し、該レジスト膜６を、４３６０人の
波長のいわゆるｇ線を用いて常法に基づいて露光する。

本実施例では、加工対象であるポリシリコン層３と第２
反射防止膜５がいずれもポリシリコンからなり、その屈
折率は５．０である。また、ともに二酸化ケイ素からな
る絶縁層２と第１反射防止膜の屈折率は１．５であり、
レジスト膜６のそれは１゜６４である。

本実施例においては、２層構造の反射防止膜の上にレジ
スト膜６を塗布形成し、その露光・現像を行ってレジス
トパターンを形成するものであるが、上記した如く、第
２反射防止膜の屈折率が、該第２反射防止膜の下に位置
する第１反射防止膜および上に位置するレジスト膜６の
いずれの屈折率よりも大きいことにその特徴があるもの
である。

上記のような屈折率の関係を有する２層構造の反射防止
膜を形成し、レジスト膜６を露光する場合は、レジスト
膜６に入射した露光光が、該レジスト膜６の下に存在す
る種々の界面において反射され、その結果レジスト膜６
を通過する反射光の強度を低減することができるもので
ある。

つぎに、反射光の強度を低減できる理由を簡単に説明す
る。

説明を簡略化するた砧に、レジスト膜６の内％を通過す
る反射光の主体をなす、レジスト膜６と第２反射防止膜
との界面で生じる第１反射光の振幅反射率：Ａ、（１）
と、第２反射防止膜５と第１反射防止膜４との界面で生
じる第２反射光の振幅反射率＋Ａ、（２）との関係に絞
って考えることにする。

第１図に示すようにｇ線を照射する場合、レジスト膜６
に入射したｇ線は、振幅反射率がＡ、、　（］、）（！
ｍＡ、（２）の二つの反射光として再度該レジスト膜６
に入射される。

ところで、光の反射は、屈折率が異なる物質間の界面で
起こる場合には、屈折率が小さい物質の表面における反
射光は入射光と反射光との位相は一致し、逆に屈折率が
大きな物質の表面における反射光はそれが逆転するとい
う現象を伴う。

翻って、本実施例を考察すれば、Ａ１１）の反射光は後
者に相当し、Ａｌ２）のそれは前者に相当する。したが
って、上記Ａ、、　（１）とＡｒ（２）との位相も逆転
した関係、すなわち１／２波長ずれた関係にある。但し
、この関係を考える場合は、実際には第２反射防止Ｍ５
の膜厚をも考慮する必要がある。

そこで、第２反射防止膜の屈折率をｎｌその膜厚をｄ、
入射光をＡ。ｓｉｎ　ｔｌ）ｔ　とする場合、上記Ａ１
１）とＡ、（２）は、次の式で表すことができる。

Ａ、（１）＝　Ａｌ５ｉｎ（ωｔ　−π）　　　　　　
　（１）Ａｒ　（２）＝　Ａ２５ｉｎ（ωｔ　＋ε）（
２）上記（２）式においてεは、第２反射防止膜の膜厚
ｄに起因する位相のずれを表す。使用する露光光の波長
をλとすると、εとｄとの間には次の関係がある。

λ 上記第１反射光と第２反射光とが、互いにその強度を相
殺し合う最適条件は、（１）および（２）式にＡｒ（１
）とＡ、（２）との間に１／２２Ｉ！２長、すなわちπ
の位相のずれが存在することである。したがって、次式
（４〕が成立することが必要であり、（３１、（４１の
両式から（５）式が求まる。

ε＝２２π（ｆ＝０．１，２．３・・・）（４）ｄ＝λ
／　２　ｎ　−ｆ！　　　　　　　　　　　　　（５）
このように、第１反射光と第２反射光とが、その強度を
相殺し合うためには、第２反射防止膜５の膜Ｎｄが、露
光光の波長λを屈折率ｎの２倍で割った値の整数倍であ
れば最適である。加えて、反射光の強度はその振巾の２
乗に比例することから、前記（１）式および（２）式に
ついて、Ａ、＋　　＝Ａ２　のときにＡ１１）とＡｒ（
２）とは完全に相殺し合うことになる。すなわち、見掛
は上、第２反射防止膜５０表面における反射率はゼロに
なり、レジスト膜６を透過する反射光が一切生じないこ
とになる。

以上の如く、レジスト膜６を透過する反射光が相殺され
る理由を、その主体をなす第１反射光と第２反射光とに
限定して説明してきた。しかし、実際にはさらに深層ま
で入射した露光光がポリシリコン層３や絶縁膜２等の表
面でも反射し、これら各反射光の総和としての反射光が
レジスト膜６の中に再入射していくものである。それ故
、総和としての反射光を最小にできる第２反射防止膜の
厚さは、上記（５）式でその近似した値を求めることが
できるが、必ずしも正確でない。正確に求めるためには
さらに多くの条件を考慮する必要がある。

そこで、レジスト膜６に入る総和としての反射光を減少
させるために要求される関係を、次に説明する。

まず、一般論として、第２図に示すような０層の基板に
順次積層したｒｎ＋１層からなる多層膜について考える
。

このとき、基板の屈折率をｎ’、第１層のそれをｎｌ、
順に第ｍ＋ｌのそれをｎ□１　とし、各層の膜厚もｄｌ
　・・・ｄ　１１４１　　とする。また、基板の表面に
おける反射率をｒｏ　ｓ各層の表面におけるそれをｒｌ
　　・・・ｒ、とする。

第２図に示す多層膜において、第ｍ層の表面で反射して
第ｍ＋１層に入る光（波長λ）の強度を考える。

入射光をＡＧＳｌｎ　ｏＪｔ　とすると、反射光Ａ、は
下記（６）式で表すことができることが数学的に証明さ
れる。

Ａｒ＝Ａ０（Ａ　ｓｉｎ　　ωｔ＋Ｂ　ｓｉｎ　　ωｔ
）　　　　（６＞第ｍ層の下地、すなわち第ｍ−１層の
表面における複素反射率を＋ｏ、−１ ’Ｆ＠−１＝　ｌ　Ｔｓ−１１−ｅ　　　　　　　　　
　（７）とおくと、第ｍ層の表面における、位相まで含
めた複素反射率は、次のように表すことができる。

ただし、θ、　＝ｔａｎ　−’　（Ｂ／Ａ）ｌＬｌ＝伍
７］１７上記（８）式においてＡ　＝　　ｒ、　　＋　Ｈ：　ＵＴＴ′ｌ　　（Ｅ　　
ｃｏｓβ−Ｆ　　ｓｉｎ　β）（９）Ｂ＝ＨｊＴ；Ｔｌ
　（Ｅ　ｓｉｎβ＋Ｆ　ｃｏｓβ）　　　０口上記（９
）、０口式においてｎ１１．、　＋ｎ１１（αｍ；第ｍ層の吸収係数）上記Ｑｌ）式〜００式において一αａｄａａ＝ｅ　　　　　・（−ｒ、　）　　・ｌ　Ｒ，二ｌβ
工εｌｌＴθｌｌ−１４πｎ、ｄ。

εっ−□　（λは波長） λ 前記（６）式と（８）式により、第ｍ−１層の表面の複
素反射率と第ｍ層の光学定数（屈折率、膜厚、吸収係数
）とから、第ｍ層の反射率が求まる。

以上説明した関係を本実施例に適用し、レジスト膜６中
への反射率を求めた結果を示すのが、第３図、第４図で
ある。

なお、その際の第２図の多層膜と本実施例との対応関係
は、第１層が絶縁膜２に第２層がポリシリコン層３に、
第３層が第１反射防止膜４に、第４層が第２反射防止膜
５に、第５層がレジスト膜６にそれぞれ相当する。そし
て、第４層が第ｍ層であり、第５層が第ｍ＋１層である
。

第３図には、絶縁膜２、ポリシリコン層３および第１反
射防止膜４の膜厚をそれぞれ３５０人、３３００人およ
び２００人とし、露光光としてｇ線を使用した場合のレ
ジスト膜６中への反射率と第２反射防止膜５の膜厚との
関係がグラフで示しである。

上記第３図より、反射率の極小点が約６０人、５００人
および９４０人に周期的に表れている。

したがって、上記のような膜厚および露光光の条件下で
は、第２反射防止膜の膜厚を上記極小点の１直にするの
が最適である。

なお、上記極小点は、前記（５）式におけるｌが０゜１
．２である場合に相当する。アー０の場合は、ｄ＝ｏす
なわち膜厚がゼロを意味するため、一般には！−１の場
合を最適条件の最小膜厚と考えるはずである。しかしな
がら、本発明者による鋭意検討の結果、ｃｌ＝ｏに対応
する解のあることが見い出された。すなわち、上記（５
）式においてｊ２＝Ｑである場合に対応するグラフの極
小点が上記６０人である。一般に、薄膜を形成する場合
の膜厚の制御は容易であり、また膜厚が薄いほどその加
工精度を高くすることができるため、第２反射防止膜の
膜厚を最小の極小点である６０人またはその近傍の値に
することが極めて有効な手段となる。

次に本実施例のもう１つの大きな特長について説明する
。

それは、第２反射防止膜５の膜厚を、上記第３図のグラ
フの極小点またはその近傍の値にする場合、加工対象で
あるポリシリコン層３の膜厚の広範囲にわたってレジス
ト膜６中への反射率を小さく押さえることが可能なこと
である。その関係を示すのが第４図のグラフである。

第４図において、（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）は、それ
ぞれ第２反射防止膜５の膜厚が極小点の値６０人である
場合、その近傍の値の４ＯＡである場合および、第１お
よび第２のいずれの反射防止膜も存在しない場合につい
て、ポリシリコン層３の膜厚を変化させた場合のレジス
ト膜６中への反射率を示す曲線である。

なお、その他の条件は上記第３図のグラフの場合と同じ
である。

上記第４図から明らかなように、反射防止膜が存在しな
い、すなわちポリシリコン層３の土に直接レジスト膜６
を塗布形成した場合には、該ポリシリコン層３の膜厚が
３２００人〜３８００人にある場合、レジスト膜６中へ
の反射率は大きく変化し、かつ全体に上記（ａ）および
（ｂ）より大きい。−方、この（ａ）およびら）は、そ
の曲線の形状に相違はあるものの上記膜厚の範囲全体に
おいて低い値を維持している。したがって、本実施例の
如く２層の反射防止膜５の膜厚を第３図における極小点
またはその近傍の値にすることにより、ポリシリコン層
３の膜厚にバラツキがある場合でも常にレジスト膜６中
への反射率を小さくすることができる。

以上の説明においては、特に明示しなかったが、本実施
例の適用工程としては、た、とえばいわゆるＭＯＳＦＥ
Ｔのゲート電極の形成工程がある。その場合、絶縁膜２
はいわゆるゲート酸化膜に、ポリシリコン層３はゲート
電極に対応する。

このように、本実施例によれば以下の効果を得ることが
できる。

（ｌ〕、半導体基板１の上に二酸化ケイ素からなる絶縁
膜２、ポリシリコン層３、二酸化ケイ素からなる第１反
射防止膜４、ポリシリコンからなる第２反射防止膜５を
順次積層し、該第２反射防止膜５上にレジスト膜６を塗
布形成し、該レジスト膜６を露光することにより、レジ
スト膜６中への反射率を減少させることができるので、
レジスト膜６中へ入射する反射光に起因する定在波の形
成を防止できる。

（２）、上記（１）により、定在波効果の発生を防止で
きるのでレジスト膜６の露光精度を向上でき、ひいては
レジストパターンの寸法精度をも向上できる。

（３）、絶縁１１ｇ２、ポリシリコン層３および第１反
射防止膜４の膜厚をそれぞれ３５０人、３３００人およ
び２００人とし、ｇ線を用いてレジスト膜６を露光する
ことにより、第２反射防止膜５の膜厚が約６０人、５０
０人または９４０人・・・に反射率の極小点が存在する
ので、第２反射防止膜５の膜厚を上記極小点またはその
近傍の値にすることにより、有効にレジスト膜６中への
総和としての反射光を低減することができる。

（４）、絶縁膜２および第１反射防止膜４の膜厚をそれ
ぞれ３５０人、２００人とし、ｇ線を用いてレジスト膜
を露光する場合、第２反射防止膜５の膜厚を６０人また
はその近傍である４０人にすることにより、被加工体で
あるポリシリコン層３の膜厚が少なくとも３２００人〜
３８００人の範囲内にある場合にはレジスト膜６中への
反射率を極ｔて低く押さえることができるので、ポリシ
リコン層３の膜厚にバラツキがあっても高精度の露光を
行うことができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であること・はいう丁でもない。

たとえば、第４図では（５）式におけるβ−０に相当す
る膜厚である６０人とその近傍である４０人の２点につ
いて示したが、この２点に限るものでなく、６０人の近
傍の膜厚であれば同様に反射率を広範囲にわたって低減
できることはいうまでもない。また、（５）式でβ＝１
．２・・・に相当する５００人、９４０Ａ・・・につい
ても同様に反射率を低減できるものである。

前記実施例では、具体的数値をもって説明したが、膜厚
等は開示した数値に限定するものでない。

基本的には、所定の光学的条件を満足する２層からなる
反射防止膜が形成されているものであればよいものであ
り、実際の露光時にはその最適または好適な条件を、各
層の光学定数、膜厚等を考慮して決定されるものであり
、固定されるものでない。

また、被加工体がポリシリコン層３であり、第１および
第２反射防止膜４および５がそれぞれ二酸化ケイ素およ
びポリシリコンからなるものについて説明したが、これ
に限るものでなく、たとえば被加工体がアルミニウム（
Ａｆ）で、第１反射防止膜４がアルミナ（ＡＲ２０３）
からなる場合等、光学的条件を満たす限り種々変更使用
できることはいうまでもない。

また、被加工体がＭｏ、Ｔ　ｌ、Ｗ等のメタルあるいは
その珪化物、またはいわゆるポリサイド構造の電極にも
適用できる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野であるシリコン単結晶からなる半導体ウ
ェハに適用した場合について説明したが、これに限定さ
れるものではなく、たとえばガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ
）単結晶等の化合物半導体からなる半導体ウェハ等に適
用しても有効な技術である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、被加工体の表面に第１反射防止膜を、その第
１反射防止膜の上に該第１反射防止膜より大きな屈折率
を有する第２反射防止膜をそれぞれ被着形成し、その第
２反射防止膜の上に該第２反射防止膜より小さい屈折率
を有するレジスト膜を塗布形成し、該レジスト膜の露光
・現像を行いレジストパターンを形成する場合、露光時
においては、レジスト膜内部を通過する反射光の中、そ
の中心をなすレジスト膜と第２反射防止膜との界面から
の第１反射光と、第２反射防止膜と第１反射防止膜との
界面からの第２反射光とを、その位相を逆転させること
ができることにより、上記第１反射光の強度を第２反射
光で相殺することかできるので、その結果としてレジス
ト膜に生じる反射光全体の光強度を減少させることがで
きる。このようにレジスト膜中を透過する反射光の強度
を減少でき、反射率を低減できることから、反射光の発
生に起因する定在波の発生を防止でき、ひいては定在波
効果をも有効に防止することができるので、レジストパ
ターン形成の精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例であるレジストパターン
形成方法を適用する半導体ウェハを示す拡大部分断面図
、第２図は多重反射の関係式を導くための説明図、第３図
および第４図はともにレジスト膜中への露光光の反射率
を示すグラフである。ｌ・・・半導体基板、２・・・絶縁膜、３・・・ポリシ
リコン層（被加工体）、４・・・第１反射防止膜、５・
・・第２反射防止膜、６・・・レジスト膜。代理人　弁理士　小　川　勝寝し Δ／５、区−Ｌ曹ヤ〈じ儂倹

Claims

【特許請求の範囲】１、被加工体の表面に第１反射防止膜を、その第１反射
防止膜の上に該第１反射防止膜より大きな屈折率を有す
る第２反射防止膜をそれぞれ被着形成し、その第２反射
防止膜の上に該第２反射防止膜より小さい屈折率を有す
るレジスト膜を塗布形成し、該レジスト膜の露光・現像
を行うことを特徴とするレジストパターン形成方法。２、上記第２反射防止膜の厚さを、露光光の真空中にお
ける波長を第２反射防止膜の屈折率を２倍した値で割っ
て得た値と整数との積またはその積の近似値にすること
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。３、上記整数がゼロであることを特徴とする特許請求の
範囲第２項記載のレジストパターン形成方法。４、被加工体がポリシリコン層であり、第１反射防止膜
および第２反射防止膜をそれぞれ二酸化ケイ素およびポ
リシリコンで形成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の形成方法。