JPH0263056A - レジストパターン形成方法 - 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、レジストパターン形成方法に関し、特に、
半導体集積回路等の微細構造の形成に適したレジストパ
ターン形成方法に関する。

［従来の技術］ 第６Ａ図、第６Ｂ図および第６Ｃ図は従来のフォトレジ
ストパターン形成方法を形成するための断面図である。

次に、第６Ａ図ないし第６Ｃ図を参照して、従来のフォ
トレジストパターン形成方法について説明する。

まず、第６Ａ図を参照して、被加工基板７上に１種類の
ポジ型フォトレジストが塗布されて、レジスト層６が形
成される。次に、第６Ｂ図を参照して、所望のマスク５
を介してレジスト層６が露光される。次に、レジスト層
６はアルカリ現像液で現像され、レジスト層６のうち、
露光された部分が除去される。それにより、第６Ｃ図に
示すしシストパターン９が得られる。

通常フォトレジストへの露光は、レンズの収差を少なく
するため単色光を用いて行なわれる。したがって、第７
図に示すようにフォトレジスト６に入射した光と基板７
の表面で反射した光との相互作用で定在波ができ、フォ
トレジスト層６内には第８図に示すように、露光強度が
比較的大きい層と、比較的小さい層とが交互にできる。

第８図に示す３０〜１００の数字は、成る光量の光が入
射したときのフォトレジスト６内における露光強度の相
対値を示す。レジスト層６の膜厚を１．２μｍとし、入
射光としてｇ−線（波長λ−４３６ｎｍ）を用いれば、
定在波により９つの層（縞）ができる。

第８図に示すように、露光強度はフォトレジスト６の表
面側の方が基板７側よりも大きい。ポジ型フォトレジス
トは露光されると、アルカリ現像液に溶出するようにな
る性質を持っているので、露光量が大きい部分はど溶解
速度が大きく、露光量が小さい部分はど溶解速度は小さ
い。したがつて、露光部分のフォトレジスト層６の溶解
速度は第９図に示すように、表面側はど大きく、基板側
はど小さくなり、かつ定在波に対応して極大値および極
小値を持つ。

［発明が解決しようとする課題］ 第１０図には、露光強度と、現像後書られるレジストパ
ターンとが示されている。マスクパターンの寸法Ｓが小
さいほど、光の回折現象などにより、光学像８のコント
ラストが小さくなり、本来ならば露光されないはずの部
分も少し露光される。

したがって、現像後のレジストパターン９ａは矩形状と
ならず、上部が丸みを帯びた形状となる。

また、上述のように、露光量すなわち光の吸収量はレジ
スト表面側の方が基板７側よりも多いので、第９図に示
した溶解速度の差が生じ、その結果、得られるレジスト
パターン９ａの形状は三角形に近いものとなる。

特開昭６１−５５９２２号公報には、改良されたフォト
レジストパターン形成方法が開示されている。そこでは
、被加工基板上に、同一現像液に対して溶解速度が異な
るパターン形成材料が少なくとも２層積層される。パタ
ーン形成材料として、側鎖にカルボキシル基を持つ感光
性樹脂と、二価金属の酸化物、ハロゲン化金属または有
機酸塩の中の少なくとも１つから選ばれる添加剤との均
一混合物よりなるポジ型レジスト組成物が用いられる。

このようなパターン形成材料の溶解速度は用いられる添
加剤の量、あるいはパターン形成材料を塗布した後の処
理温度を変えることにより調節される。積層された２層
のパターン形成材料にはライン上に走査される電子線が
照射される。パターン形成材料は、その後現像され、そ
れによりフォトレジストパターンが得られる。

この方法によれば、溶解速度の制御が可能であるが、添
加剤により感光性樹脂に沈澱が生じ、パターン形成材料
が塗布しにくくなったり、その安定性が劣化するという
問題点がある。

また、添加剤の量を変えることにより、溶解速度を変え
ることができるが、溶解速度の変動範囲はたかだか１オ
一ダ程度にしかすぎないので、汎用性に欠けるという問
題点がある。

さらに、溶解速度を制御するために、第１層と第２層の
パターン形成材料の熱処理の温度を変える手法では、第
２層を熱処理するときに第１層も同時に熱処理されるの
で、第１層の溶解速度を所望の値にするのは非常に困難
である。

特開昭６１−６８３０号公報には、また、溶解速度の異
なる２つのフォトレジストを用いて、レジストパターン
を形成する技術が開示されている。

しかしながら、この方法では、第１層のフォトレジスト
上に第２層のフォトレジストを塗布する前に第１層のフ
ォトレジストを１３０℃〜１６０℃という高温で熱処理
しなければならず、フォトレジストの安定性を著しく阻
害するという問題点がある。

それゆえに、この発明の目的は、微細パターンにおける
形状を矩形に近づけることができるとともに、所望のレ
ジストパターンを容易かつ安定的に得ることのできるレ
ジストパターン形成方法を提供することである。

［課題を解決するための手段］ この発明はナフトキノンジアジドとヒドロキシベンゾフ
ェノンとのエステル化物を感光物質として含むレジスト
を用いてレジストパターンヲ形成する方法であり、基板
上に、アルカリ現像液に対する溶解速度が比較的大きく
なるように調製された第１のレジストを塗布して、第１
のレジスト層を形成するステップと、上記第１のレジス
ト層上に、アルカリ現像液に対する溶解速度が前記第１
のレジストよりも小さくなるように調製された第２のレ
ジストを塗布して第２のレジスト層を形成するステップ
と、フォトマスクを介して、第１および第２のレジスト
層を露光するステップと、露光された第１および第２の
レジスト層をアルカリ現像液で現像し、第１および第２
のレジスト層のうち露光された部分を除去するステップ
とから構成される。

〔作用〕

この発明においては、同一露光量におけるアルカリ現像
液に対する溶解速度が異なる複数のポジ型フォトレジス
トを用い、この溶解速度の大きなレジストはど基板側に
形成することにより、レジスト表面側と基板側の溶解速
度の差が小さくなり、現像後のパターン形状を矩形に近
づけることができるとともに、解像度が向上される。

また、この発明によれば、レジスト層は全体として高感
度であるため、露光に要する光量は少なくてすむ。

［発明の実施例］ この発明の一実施例として、溶解速度の異なる３種類の
フォトレジストを用いてフォトレジストパターンを形成
する方法について説明する。

この実施例で用いられる各フォトレジストは、アルカリ
現像液に可溶の樹脂と、感光性物質と、溶剤とからなる
。アルカリ現像液に可溶な樹脂として、この実施例では
タレゾールノボラック樹脂が各フォトレジストに共通し
て用いられる。この実施例では、感光性物質は各フォト
レジストで異なるものが用いられる。次に、この実施例
で用いられる３種類の感光性物質の合成方法について説
明する。

（ａ） 下記式 感光性物質Ａの合成 （１）で表わされる２、３，４．４’ ドロキシベンゾフェノン２．Ｏｇ　（８゜痣）と 下記式（２）で表わされる１、２−ナフトキノンジアジ
ド−５−スルホン酸クロリド２．２ｇ　（８゜２ｍｍｏ
ｌＬ）とを しに ６０ｍＱ、のジオキサンに溶解し、攪拌しな力（らトリ
エチルアミン３．２ｇを加え、２５℃〜２７℃で１時間
反応を続ける。次に、１００ｍ１ｌの水を加え、反応物
を析出して、これを４別し洗液がｐＨ７になるまで反応
物を水で洗浄する。最後に、反応物を１００ｍ（Ｌのエ
タノール中で懸洗した後、；Ａ別し乾燥した。反応物と
して得られた感光性物質Ａを液体クロマトグラフィで分
析した結果、平均エステル化率１より５％であった。

（ｂ）　　感光性物質Ｂの合成 感光性物質Ａの合成において、１．２−ナフトキノンジ
アジド−５−スルホン酸クロリドの量を１．７ｇ　（６
，３ｍｍｏ悲）とした以外、他の条件を同一にして感光
性物質Ｂを得た。平均エステル化率は７５％であった。

（ｅ）　　感光性物質Ｃの合成 感光性物質Ａの合成により、１，２−ナフトキノンジア
ジド−５−スルホン酸クロリドの量を１゜５ｇ　（５，
６ｍｍｏｆ）とした以外、他ノ条件ヲ同一にして感光性
物質Ｃを得た。平均エステル化率は５５％であった。

上述の合成方法により合成されたエステル化物の一般式
を下記式（３）に示す。

ここで、ＲはＨまたはＱ−′ｌ？）る。

Ｏ 感光性物質Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ含むフォトレジストを
それぞれレジストＡ、レジストＢ、レジストＣとする。

なお、キノンジアジドの含有量が各レジストで同一とな
るようにした。

第２図に各レジストＡ、ＢおよびＣのアルカリ現像液に
対する溶解速度を示す。第２図を参照して、レジストＡ
、レジストＢ、レジストＣの順に、同一露光量に対する
溶解速度が大きくなっている。

第２図から各レジストとも溶解速度の変動範囲が１０３
〜１０４程度あり、大きいことが理解される。

次に、第１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図を参照して、
フォトレジストパターンの形成方法について説明する。

第１Ａ図を参照して、シリコン基板７上にレジストＣが
塗布され、ホットプレートを用いて１００℃で６０秒間
ベイクされる。これにより、シリコン基板７上には膜厚
が０．４μｍの第１のレジスト層１が形成される。次に
、第１のレジスト層１上にレジストＢが塗布され、ホッ
トプレートを用いて１００℃で７０秒間ベイクされる。

これにより、第１のレジスト層１上には膜厚が０．４μ
ｍの第２のレジスト２が形成される。次に、第２のレジ
スト層２上に、レジストＡが塗布され、ポットプレート
を用いて１００℃で８０秒間ベイクされる。これにより
、第２のレジスト層２上には膜厚が０．４μｍの第３の
レジスト層３が形成される。このようにして、シリコン
基板７上には全体として１．２μｍ厚みのレジスト層が
形成される。

上述のペイキング温度は好ましくは８０〜１２０℃であ
る。８０℃より低いと、フォトレジストに含まれる溶媒
の多くが飛散されないままレジスト層に残留され、この
ため露光部分と未露光部分の溶解速度の差が少なくなる
。１２０’Ｃよりも高ければ、フォトレジスト層に含ま
れるナフトキノンが熱分解してしまい、レジストパター
ンを形成することができなくなる。

次に、第１Ｂ図を参照して、レジスト層１．２および３
は所望のフォトマスク５を介して露光される。露光には
、レンズの開口数Ｎ、　Ａ、が０゜４２であり、ｇ−線
（４３６ｎｍ）を照射する縮小投影露光装置が用いられ
る。基板上に積層された各レジスト層の成る一定の露光
量に対する溶解速度は、基板側はど大きくなっているの
で、積層されたレジスト層の上部の感度を従来の単一層
からなるレジストと同じにした場合には、積層されたレ
ジスト層の感度は単一のレジスト層を用いた場合よりも
全体として高くなっている。したがって、露光に必要な
光量は単一のレジスト層を用いた場合よりも少なくてす
む。露光により、下記式（５）の左辺に示す上記エステ
ル化物のキノンジアジドは右辺に示す酸となり、アルカ
リ現像液に次に、第１Ｃ図を参照して、２．３８重量％
のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液でレジ
スト層１．２および３を現像し、これによりレジストパ
ターン９が得られる。第１Ｃ図において、フォトレジス
トパターンは矩形に近い形状をしており、その幅Ｗａは
約０．５μｍである。

この実施例によるレジスト層の溶解速度は、第３図に示
すようにレジスト層の表面側と基板側とでその差が小さ
くなっている。溶解速度が均一となった理由は、露光量
の少ない基板側はど溶解速度の大きいレジストを用いた
ためである。このようにして、この実施例では感光性物
質のエステル化率を変えることにより、溶解速度の調節
を行なっている。したがって、レジストの選択により、
基板側溶解速度をより一層上げることにより、オーバハ
ングパターンを形成することもできる。

この発明のフォトレジストパターン形成方法は半導体集
積回路の形成に広範に適用できるが、第４図および第５
図に示すような部分に適用すれば大きな効果を奏するこ
とができる。

第４図には、ウェハ内で基板の段差が大きく、レジスト
層の膜厚の差が大きい例が示されている。

この例では、段差部の領域１１あるいは段差部を挾む高
さの異なる領域１２および１３にそれぞれたとえばタン
グステンシリサイドからなる配線層が形成される。タン
グステンシリサイド膜１４には、５０００〜７０００Ａ
の段差がある。このタングステンシリサイド膜１４上に
レジストを塗布するとレジスト層１５に５０００〜７０
００人の膜厚の差が生じる。このような膜厚の差があっ
ても、レジスト層１４の基板１０側の層１５２の溶解速
度を表面層１５１よりも大きくしておけば、膜厚の厚い
領域にも矩形状のパターンを形成することができる。

第５図には光のコントラストが低下するコンタクトホー
ルの例が示されている。絶縁膜１８に一辺が０．８μｍ
以下のコンタクトホールを形成する場合、マスク５の開
口面積は小さいので光学像の劣化が大きく、光のコント
ラストが小さくなる。

したがって、レジスト層１５の上部と下部とて光の強さ
が大きく異なる。このような場合にも、レジスト層１５
の下部の溶解速度を上部の溶解速度よりも大きくしてお
けば、基板１０に対して垂直に開口することができる。

なお、上記実施例では、ポジ型レジストの感光性物質と
して、１．２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸
クロリドと２．３，４．４’　−テトラヒドロキシベン
ゾフェノンとのエステル化物を用いたが、要するにこの
発明は、ナフトキノンジアジドとヒドロキシベンゾフェ
ノンとのエステル化物の構造を変えることにより、溶解
速度を変えることを特徴としたので、ナフトキノンジア
ジドとヒドロキシベンゾフェノンとから合成されるエス
テル化物であればどのようなものを用いてもよく、上述
と同様な効果を奏する。

また、上記実施例では、キノンジアジドの含有量が同一
になるようにして各レジストを作りエステル化率の小さ
な化合物を含むレジストはど下層に塗布するようにした
が、キノンジアジドの含有量の異なるレジストを作り、
キノンジアジドの含有量の多いレジストはど下層に塗布
するようにしてもよい。

さらに、感光性物質として、キノンジアジド含有化合物
のスルホン酸とｐ−アミノジフェニルアミンなどのアミ
ノ含有化合物とのアミド化物を用い、アミド化の割合の
小さな化合物のＺｓ’（−Ｔ率の大きなレジストはどあ
るいはキノンジアジドを多く含むレジストはど下層に塗
布するようにしてもよい。

上記実施例では、被加工基板としてシリコン基板を用い
た場合について説明したが、アルミニウムや他の金属基
板であっちでよく、無機化合物。

有機化合物からなる基板であってもよい。

［発明の効果］ 以上のようにして、この発明によれば、同一露光量にお
けるアルカリ現像液に対する溶解速度の異なる複数のポ
ジ型フォトレジストを用いて、溶解速度の大きなレジス
トはど基板側に形成するようにしたので、微細パターン
形成に際し、パターン形状を矩形に近づけることができ
るため、解像度を向上することができる。レジスト層は
全体として高感度となるため、露光に要する光量は少な
くてすむ。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図はこの発明の一実施
例のレジストパターン形成方法を説明するための断面図
である。第２図はこの発明の一実施例に用いられるレジ
ストの溶解速度を表わすグラフである。第３図は第１Ａ
図ないし第１Ｃ図に示すレジストパターン形成工程にお
けるレジストの深さとレジストの溶解速度の関係を示す
図である。第４図および第５図はこの発明の一実施例が
適用された半導体装置の製造工程を説明するためめの図
である。第６Ａ図、第６Ｂ図および第６Ｃ図はこの発明
の背景となるフォトレジストパターン形成方法を説明す
るための断面図である。第７図はフォトレジスト層内に
定在波ができる原理を説明するための図である。第８図
はフォトレジスト層内の露光強度分布を示す図である。 第９図は第６Ａ図ないし第６Ｃ図に示すレジストパター
ン形成工程におけるレジストの深さとレジストの溶解速
度との関係を示す図である。第１０図はこの発明の背景
となるレジストパターン形成方法を用いて微細パターン
を形成する場合の露光強度と現像後得られるレジストパ
ターンとを示す図である。 図において、１はレジストＣによる第１のレジスト層、
２はレジストＢによる第２のレジスト層、３はレジスト
Ａによる第３のレジスト層、５はフォトマスク、７はシ
リコン基板、９は現像後得ら６レジストパターンを示す
。 第１Ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ナフトキノンジアジドとヒドロキシベンゾフェノンとの
   エステル化物を感光物質として含むレジストを用いてレ
   ジストパターンを形成する方法であって、 基板上に、アルカリ現像液に対する溶解速度が比較的大
   きくなるように調製された第１のレジストを塗布して、
   第１のレジスト層を形成するステップ、 前記第１のレジスト層上に、アルカリ現像液に対する溶
   解速度が前記第１のレジストよりも小さいように調製さ
   れた第２のレジストを塗布して第２のレジスト層を形成
   するステップ、 フォトマスクを介して、前記第１および第２のレジスト
   層を露光するステップ、および 前記露光された第１および第２のレジスト層をアルカリ
   現像液で現像し、前記第１および第２のレジスト層のう
   ち露光された部分を除去するステップを備えたレジスト
   パターン形成方法。