JPH02171754A - レジストパターンの形成方法 - 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］ この発明はパターン形成方法に関し、特に半導体装置等
の製造において、２層レジストを用いる、微細パターン
を形成する方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、半導体装置の高集積化に伴ない、これらの装置の
製造工程においてアスペクト比が高くかつ微細なレジス
トパターンを形成することができる技術が要求されてお
り、この要臣に応える技術として、二層レジストを用い
るパターン形成技術が提案されている。この種のパター
ン形成方法に関して、たとえば文献ジャーナル・オブ・
バキューム・サイエンス・アンド・チクロッジ−（Ｊ。

ｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｖａｃｕｕｍ　　５ｃｉｅｎｃ
ｅ　　ａｎｄ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１６（６）。

（１９７９）、ｐｐ１６６９−１６７１には、下層がポ
リメチルメタクリレート（以下ＰＭＭＡという。）、上
層がポジ型ホトレジストからなる２層レジストを用いる
パターン形成方法が記載されている。第６Ａ図〜第６Ｅ
図は、その製造工程の概要を示したものであり、断面図
で表わされている。これらの図を参照して、従来の微細
パターン形成方法について説明する。

第６Ａ図を参照して、基板１上にＰＭＭＡホトレジスト
を塗布し、下層レジストであるＰ　ＭＭＡホトレジスト
層２を形成する。次に、このＰＭＭＡホトレジスト層２
の上に、波長４３６ｎｍのｇ線光に感光するｇ線ホトレ
ジストを塗布し、上層レジストであるｇ線ホトレジスト
層３を形成する。

こうして、基板１上に２層レジストが形成される。

次に、第６Ｂ図を参照して、所定のパターンを有するマ
スク４を用いて、ｇ線光５により露光を行なう。すると
、ＰＭＭＡホトレジスト層２はｇ線光５に感光しないの
で、ｇ線ホトレジスト層３の、所定の部分３ａ（以下、
ｇ線露光部３ａという）のみが感光する。

次に、第６Ｃ図を参照して、現像を行なうと、ｇ線露光
部３ａのみが除去され、ｇ線によって感光されなかった
部分３ｂ（以下、ｇ線未露光部３ｂという）がＰＭＭＡ
ホトレジスト層２上に残される。

次に、第６Ｄ図を参照して、基板１の全面にｄｅｅｐ　
　ＵＶＶＢ２露光する。この場合、ｇ線未露光部３ｂは
ｄｅｅｐ　　ＵＶＶＢ２遮断するので、このｇ線未露光
部３ｂはマスクとして作用する。

その結果、ＰＭＭＡホトレジスト層２のうちｄｅｅｐ　
　ＵＶＶＢ２当たった部分２ａ（以下、ｄｅｅｐ　　Ｕ
Ｖ露光部２ａという）のみが感光する。

次に、第６Ｅ図を参照して、現像を行なうと、ｄｅｅｐ
　　ＵＶ露光部２ａのみが選択的に除去され、ｄｅｅｐ
　　ＵＶＶＢ２よって露光されなかった部分２ｂ（以下
、ｄｅｅｐ　　ＵＶ未露光部２ｂという）が残され、基
板１上にｄｅｅｐ　　ＵＶ未露光部２ｂとｇ線未露光部
３ｂとからなる２層レジストのパターン６が形成される
。

次に、この２層レジストのパターン６をマスクにして、
基板１の上に形成される被エツチング物であるアルミニ
ウム配線膜等のエツチングがなされており、第６Ｄ図を
参照して、下層ホトレジストにＰＭＭＡホトレジスト層
２を用いているのが特徴である。しかしながら、ＰＭＭ
Ａホトレジストは感度が低いため、ＰＭＭＡホトレジス
ト層２の露光に長時間を要し、スループット（ライン時
間あたりのウェハ処理枚数）が低いという問題点があっ
た。また、第６Ｅ図を参照して、２層レジストのパター
ン６を次工程であるエツチング工程のマスクとして用い
るとき、ＰＭＭＡホトレジスト層２はドライエツチング
耐性が劣るという性質を有するので、被エツチング物の
高精度な微細パターンを形成できないという問題点があ
った。

それゆえに、この発明の目的は下層ホトレジスト層の露
光時間を短縮でき、スルーブツトの向上を図ることので
きるパターン形成方法を提供することにある。

この発明の他の目的は、エツチング工程において、被エ
ツチング物の高精度の微細パターンを形成することので
きるパターン形成方法を提供することにある。

［課屈を解決するための手段］ この発明に係るレジストパターンの形成方法は、基板を
準備する工程と、上記基板上に下層レジストとして、第
１の波長域の光に対してほとんどあるいは全く感光せず
、第２の波長の域の光に感光するノボラック系ホトレジ
ストを塗布する工程と、上記下層レジスト上に、上層レ
ジストとして、上記第２の波長域の光を吸収する化合物
を含み、上記第１の波長域の光に感光するホトレジスト
を塗布する工程と、上記基板上に上記下層レジストと上
記上層レジストを塗布した後に、マスクを用いて上記上
層レジストに上記第１の波長域の光を照射し、現像する
ことにより、該上層レジストのパターンを形成する工程
と、上記上層レジストのパターンを形成した後、該上層
レジストのパターンをマスクにして、上記基板の全面に
第２の波長域の光を照射し、現像することにより、上記
下層レジストのパターンを形成する工程と、を備えてい
る。

上記第１の波長域の光に感光するホトレジストは、ノボ
ラック系のホトレジストが好ましい。

本発明に用いられる第１の波長域の光としては、波長が
４３６ｎｍのｇ線光が好ましい。

また、第２の波長域の光としては、波長が３６５ｎｍの
ｉ線光または波長が２５４ｎｍのエキシマレーザ光が好
ましく用いられる。

そして、第２の波長域の光がｉ線光である場合には、上
記第２の波長域の光を吸収する化合物はフェナジン、４
−アミノトロポンおよび９，１０ジメチルアントラセン
からなる群より選ばれた化合物が好ましく用いられ、そ
の中でも特にフェナジンは特に好ましく用いられる。

第２の波長域の光がエキシマレーザ光である場合には、
上記第２の波長域の光を吸収する化合物としては、フェ
ナントレン、トレフェニレンおよびフェノチアジンから
なる群より選ばれた化合物が好ましく用いられる。

また、上層レジストである第１の波長域の光に感光する
ホトレジストが第２の波長域の光を吸収する化合物と感
光剤と溶剤とからなり、上層レジストを０．１μｍの膜
厚にして使用する場合、上記第２の波長域の光を吸収す
る化合物の割合は、これらの総重量に対して０．３重量
％以上にされるのが好ましい。これ以下であっては、高
精度の微細パターンを形成できない。

［作用］ この発明によれば、下層レジストに高感度のノボラック
系ホトレジストを用いるので、下層レジストの露光時間
を短縮でき、スルーブツトが向上する。また、このノボ
ラック系ホトレジストはエツチング耐性が大きいので、
被エツチング物のエツチング工程のマスクとして用いた
とき、レジストパターンに忠実な高精度の、被エツチン
グ物の微細パターンを基板上に形成できる。

さらに、上層レジストに上記第２の波長域の光を吸収す
る化合物を含ませているので、上層レジストのパターン
をマスクに用いて、下層レジストに第２の波長域の光を
露光する場合において、上層レジストの未露光部がマス
クとして強力に働き、下層レジストのバターニングが高
精度に行なわれるようになる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１Ａ図〜第１Ｅ図は、本発明に係るレジストパターン
の形成方法の概要を示したものであり、断面図で表わさ
れている。

第１Ａ図を参照して、基板１上に波長３６５０ｍのｉ線
光に感光するノボラック系ｉ線ホトレジストを塗布し、
ノボラック系ｉ線ホトレジスト層１０を形成する。この
ノボラック系ｌ線ホトレジストは波長４３６ｎｍのｇ線
光にはほとんど感光しないものである。このような性能
を備えたホトレジストとして、ＲＩ７０００Ｐ　（日立
化成社製ホトレジスト）がある。次に、このノボラック
系ｉ線ホトレジスト層１０の上に、上層レジストとして
、フェナジンを含む、ｇ線光に感光するノボラック系ｇ
線ホトレジストを塗布し、ノボラック系ｇ線ホトレジス
ト層１１を形成する。このノボラック系ｇ線ホトレジス
トには、たとえばＭＣＰＲ−２０００Ｈ（三菱化成社製
ホトレジスト）がある。以上のようにして、基板１上に
２層レジストが形成される。

次に、第１Ｂ図を参照して、所定のマスク４を用いて、
ｇ線光５の露光を行なう。すると、ノボラック系ｉ線ホ
トレジスト層１ｏは、ｇ線光にほとんど感光しないので
、ノボラック系ｇ線ホトレジストの所定の部分１１ａ（
以下、ｇ線露光部１１ａという）のみが感光する。

次に、第１Ｃ図を参照して、現像を行なうと、ｇ線露光
部１１ａのみが除去され、ｇ線光によって感光されなか
った部分１１ｂ（以下、ｇ線未露光部１１ｂという）が
ノボラック系ｉ線ホトレジスト層１０の上に残される。

次に、第１Ｄ図を参照して、基板１の全面にｉ線光１４
を露光する。このとき、ｇ線未露光部１１ｂはフェナジ
ンを含んでおり、このフェナジンはλｍａｘが３６２．
５ｎｍでモル吸光定数が１０４・蔭と非常に大きいので
、このｇ線未露光部１１ｂに照射されるｌ線光１４はこ
のフェナジンに吸収され、ｌ線光１４は遮断される。し
たがって、ｇ線未露光部１１ｂは強力なマスクとして働
き、ノボラック系ｉ線ホトレジスト層１０のうち、ｌ線
光１４が当たった部分１０ａ（以下、ｉ線露光部１０ａ
という）のみが感光する。

次に、第１Ｅ図を参照して、現像を行なうと、ｉ線露光
部１０ａのみが選択的に除去され、ｌ線光１４によって
露光されなかった部分１０ｂ（以下、ｌ線未露光部１０
ｂという）が基板１上に残され、基板１上に２層レジス
トのパターン６が形成される。この場合において、ｌ線
未露光部１０ｂにはｌ線光１４が全く届いていないので
、ｉ線未露光部１０ｂのパターン形状は非常に高精度の
ものとなっている。

次に、この２層レジストのパターン６をマスクにして、
基板１上に形成された被エツチング物（図示せず）であ
るシリコン酸化膜層、ポリシリコン層、金属配線膜層等
のエツチングがなされる。

このとき、下層レジストとしてノボラック系のホトレジ
ストを用いているので、耐ドライエツチング性に優れ、
被エツチング物の高精度のパターンが得られる。

次に、具体的な例を示しながら、本発明をさらに詳細に
説明する。

第２Ａ図〜第２Ｇ図は、基板上にアルミニウム配線のパ
ターンを形成する際に、本発明を適用した場合の工程図
である。

第２Ａ図を参照して、半導体基板（図示せず）の上に酸
化膜１ｂを形成する。酸化膜１ｂの上に、配線用金属と
して、アルミニウム層１ａを１μｍの膜厚で形成する。

次に、下層レジストとして、ｉ線光に感光するノボラッ
ク系ｉ線ホトレジストであるＲＩ−７０００Ｐを１．４
μｍの膜厚に塗布し、ノボラックｉ線ホトレジスト層１
０を形成する。次に、このノボラック系ｉ線ホトレジス
ト層１０の上に、上層レジストとして、ＭＣＰＲ２００
０Ｈにフェナジンを１．０重量％の割合で混合したノボ
ラック系ｇ線ホトレジストを０．５μｍの膜厚にスピン
塗布し、ノボラック系ｇ線ホトレジスト層１１を形成し
た。次に、９０℃で、１００秒間、プリベークを行なっ
て、２層レジストを形成した。

次に、第２Ｂ図を参照して、適当なマスク４を用いて、
ｇ線光５を１３０ｍｊ／ｃｍ２の露光量で上層レジスト
に露光し、ｇ線露光部１１ａを形成した。なお、ｇ線光
は水銀ランプから出る光をｇ−ラインステッパで処理し
て得られる。

続いて、第２Ｃ図を参照して、ＮＭＤ−Ｗ現像液（東京
応化社製水酸化テトラメチルアンモニウム２．３８ｗｔ
％水溶液）を用いて現像処理を行なうと、ｇ線露光部１
１ａのみが選択的に除去され、ｇ線光によって感光され
なかった部分（ｇ線未露光部１１ｂ）がノボラック系ｉ
線ホトレジスト層１０上に残された。

次に、第２Ｄ図を参照して、ｌ線光１４を３００ｍｊ／
ｃｍ２の露光量で基板全面に照射した。

なお、ｉ線光は水銀ランプから出る光をアライナ−で処
理して得られる。このとき、ｇ線未露光部１１ｂにはフ
ェナジンが１．０重量％混合されているので、このフェ
ナジンがｌ線光１４を吸収する結果、ｌ線光１４はこの
部分で完全に遮断される。それゆえ、このｇ線未露光部
１１ｂは、ｌ線光１４の露光の際の強力なマスクとなる
。こうして、ノボラック系ｉ線ホトレジスト１０のうち
、ｌ線光１４が当たった部分１０ａ（以下、ｉ線露光部
１０ａという）のみが感光する。

次に、第２Ｅ図を参照して、ＮＭＤ−Ｗ現像液を用いて
６０秒現像すると、アルミニウム層１ａの上に、０．５
μｍ幅のラインとスペース（以下Ｌ／Ｓという）を有し
た２層レジストのパターン６が形成された。

次に、第２Ｆ図を参照して、この２層レジストのパター
ン６をマスクにして、被エツチング物であるアルミニウ
ム層１ａをドライエツチングする。

その後、第２Ｇ図を参照して、２層レジストのパターン
６を除去すると、０．５μｍ　Ｌ　／　Ｓのアルミニウ
ムの配線パターン１ａが得られた。

次に、第２Ａ図〜第２Ｇ図に示したアルミ配線形成工程
において、上層レジストに混合するフェナジンの量の適
切な量を求めるための実験を行なった。

ＭＣＰＲ２０００Ｈ（感光剤とノボラック樹脂と溶剤の
混合物）にフェナジンを０．３重量％以上加えたものを
上層レジストに用いたときの工程断面図を、第３Ａ図（
第２Ｄ図に相当する図）および第３Ｂ図（第２Ｇ図に相
当する図）に示す。

この場合には、第３Ａ図から明らかなように、十分な膜
厚を有する２層レジストパターン６が得られ、第３Ｂ図
に示すような、精度の良いアルミ配線のパターン１５が
形成された。

一方、ＭＣＰＲ２０００Ｈにフェナジンを０゜１重量％
加えたものを上層レジストとして用いたときの工程断面
図を、第４Ａ図（第２Ｄ図に相当する図）および第４Ｂ
図（第２Ｇ図に相当する図）に示す。この場合には、第
４Ａ図から明らかなように、ｇ線未露光部１１ｂがマス
クとして十分機能せず、ｇ線未露光部１１ｂの直下のノ
ボラック系ｉ線ホトレジストが感光し、十分な膜厚を有
するレジストパターンが得られなかった。その結果、第
４Ｂ図を参照して、レジストパターン６の膜厚が十分で
ないので、アルミ層１ａのドライエツチング加工は期待
通りに進まず、アルミ配線の所望のパターンは得られな
かった。

なお上記実施例では、ｉ線光を吸収する化合物として、
フェナジンを用いた場合を例示したが、この発明はこれ
に限られるものでなく、λｍａｘが３６５ｎｍで、モル
吸光定数が１０４・４である４−アミノトロボン、λｍ
ａｘが３７６ｎｍで、モル吸光定数が１０３・７の９．
１０−ジメチルアントラセン等の、波長３６５ｎｍの付
近で吸光度が非常に大きい化合物は十分に使用し得る。

また、上記実施例では、第２の波長域の光としてｉ線光
を使用した場合について例示したが、この発明はこれに
限られるものではない。

第５Ａ図〜第５Ｅ図は、第２の波長域の光としてエキシ
マレーザ光（波長２５４ｎｍ）を使用した場合の工程を
断面図で図示したものである。

第５Ａ図を参照して、基板１上に、下層レジストとして
、ｇ線光に対してほとんどあるいは全く感光せず、エキ
シマレーザ光に感光するノボラック系ホトレジストを塗
布し、エキシマレーザ光に感光するノボラック系ホトレ
ジスト層１６を形成する。なお、このノボラック系ホト
レジストとして、エキシマレーザ光に感光するレジスト
として汎用されているものは全て用い得る。次に、この
エキシマレーザ光に感光するホトレジスト１６の上に、
上層レジストとして、フェナントレンを含む、ｇ線光に
感光するノボラック系ｇ線ホトレジストを塗布し、ノボ
ラック系ｇ線ホトレジスト層１１を形成する。なお、ノ
ボラック系ｇ線ホトレジストとしては、上述のＭＣＰＲ
−２０００Ｈが好ましく用いられる。以上のようにして
、基板１上に二層レジストが形成される。

次に、第５Ｂ図を参照して、所定のマスク４を用いて、
ｇ線光５の露光を行なう。すると、エキシマレーザ光に
感光するホトレジスト１６はｇ線光５には感光しないの
で、ノボラック系ｇ線ホトレジスト層１１の、所定の部
分１１ａ（以下、ｇ線露光部１１ａという）のみが感光
する。

次に、第５Ｃ図を参照して、現像を行なうと、ｇ線露光
部１１ａのみが選択的に除去され、ｇ線によって露光さ
れなかった部分１１ｂ（以下、ｇ線未露光部１１ｂとい
う）が、エキシマレーザ光に感光するホトレジスト１６
の上に残される。次に、第５Ｄ図を参照して、基板１の
全面にエキシマレーザ光１７を照射する。この場合、ｇ
線未露光部１１ｂはフェナントレンを含んでおり、この
フェナントレンはλｍａｘが２５１ｎｍで、モル吸光定
数が１０４・８と非常に大きいので、この部分に照射さ
れるエキシマレーザ光１７はフェナントレンに吸収され
、エキシマレーザ光１７はこの部分で完全に遮断される
。したがって、ｇ線未露光部１１ｂは強力なマスクとし
て働き、エキシマレーザ光に感光するホトレジスト層１
６のうち、エキシマレーザ光１７が当たった部分１６ａ
（以下、エキシマレーザ光露光部１６ａという）のみが
感光する。

次に、第５Ｅ図を参照して、現像を行なうと、エキシマ
レーザ光露光部１６ａのみが選択的に除去され、エキシ
マレーザ光１７によっ露光されなかった部分１６ｂ（以
下、エキシマレーザ光未露光部１６ｂという）が残され
、基板１上に２層レジストのパターン６が形成される。

この工程において、エキシマレーザ光未露光部１６ｂに
はエキシマレーザ光１７が全く届いていないので、エキ
シマレーザ光未露光部１６ｂのパターンの形状は非常に
高精度のものとなっている。次に、この２層レジストパ
ターン６を用いて、基板上の被エツチング物である酸化
膜、ポリシリコン膜、アルミ配線膜等のエツチングがな
される。このとき、下層レジストとしてノボラック系の
ホトレジストを用いているので、耐ドライエツチング性
に優れ、被エツチング物の高精度のパターンが得られた
。

なお、上記エキシマレーザ光を使用する実施例において
、エキシマレーザ光を吸収する化合物としてフェナント
レンを例示したが、この発明はこれに限られるものでな
く、λｍａｘが２０６ｎｍで、モル吸光定数が１０ｓ、
２のトリフェニレン、λｍａｘが２５４ｎｍでモル吸光
定数が１０４・５のフェノチアジン等の、エキシマレー
ザ光に対する吸光度が非常に大きい化合物は十分に使用
し得る。

また、上記実施例では第１の波長域の光としてｇ線光、
第２の波長域の光としてｉ線光またはエキシマレーザ光
を使用する場合を例示したたか、この発明はこれに限ら
れない。

以上、具体的な実施例を上げてこの発明を説明したが、
本明細書に記載した好ましい実施例は例示的なものであ
り、限定的なものでない。本発明の範囲は特許請求の範
囲によって示されており、その特許請求の範囲の意味の
中に含まれるすべての変形は本願発明に含まれるもので
ある。

Ｃ発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明によれば、下層レジスト
にノボラック系ホトレジストを用いるので、下層レジス
トの露光時間を短縮でき、スループットが向上する。そ
の結果、生産コストが下がるという効果を奏する。

また、このノボラック系ホトレジストはエツチング耐性
が大きいので、被エツチング物のエツチング工程のマス
クとして用いたとき、被エツチング物の、レジストパタ
ーンに忠実な高精度の微細パターンを形成でき、信頼性
が向上するという効果を奏する。

さらに、上層レジストに第２の波長域の光を吸収する化
合物を含ませているので、上層レジストのパターンをマ
スクにして下層レジストに第２の波長域のの光を露光す
る場合において、上層レジストの未露光部がマスクとし
て強力に働き、下層レジストのバターニングが高精度に
行なわれるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｅ図は、この発明の一実施例の工程を断
面図で示したものである。 第２Ａ図〜第２Ｇ図は、この発明をアルミ配線の形成に
適用したときの工程図であり、断面図で表わしたもので
ある。 第３Ａ図、第３Ｂ図、第４Ａ図および第４Ｂ図は、第２
の波長域の光を吸収する化合物の適切な量を求めるため
に行なった実験の結果を示した断面図である。 第５Ａ図〜第５Ｅ図は、この発明の他の実施例の工程の
断面図である。 第６Ａ図〜第６Ｅ図は、従来のレジストパターンの形成
方法を断面図で示したものである。 図において、１は基板、５はｇ線光、１０はノボラック
系ｉ線ホトレジスト層、１０ａはｉ線露光部、１０ｂは
ｉ線未露光部、１１はノボラック系ｇ線ホトレジスト層
、ｌｌａはｇ線露光部、１１ｂはｇ線未露光部、１４は
ｉ線光である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板を準備する工程と、 前記基板上に、下層レジストとして、第１の波長域の光
   に対してほとんどあるいは全く感光せず、第２の波長の
   域の光に感光するノボラック系ホトレジストを塗布する
   工程と、 前記下層レジスト上に、上層レジストとして、前記第２
   の波長域の光を吸収する化合物を含み、前記第１の波長
   域の光に感光するホトレジストを塗布する工程と、 前記基板上に前記下層レジストと前記上層レジストを塗
   布した後に、マスクを用いて前記上層レジストに前記第
   １の波長域の光を照射し、現像することにより、該上層
   レジストのパターンを形成する工程と、 前記上層レジストのパターンを形成した後、該上層レジ
   ストのパターンをマスクにして、前記基板の全面に第２
   の波長域の光を照射し、現像することにより、前記下層
   レジストのパターンを形成する工程と、を備えたレジス
   トパターンの形成方法。