JPH0376740B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体集積回路製造等の微細パター
ン形成において、特にフオトリソグラフイのパタ
ーン形成方法に関して、マスクパターンを通過し
た余分な光による悪影響を防止し、パターン精度
を向上しかつ解像度を高めようとした層構造用有
機膜とパターン形成方法である。

従来例の構成とその問題点 半導体集積回路（以後、LSI）の集積度の向上
とともに、微細加工技術特にリソグラフイ技術の
進歩はめざましいものがある。特にサブミクロン
パターン形成を目標とした種々のアプローチが精
力的に進められている。最近の動向は、従来から
の光を用い限界を追求する流れと、電子ビーム，
Ｘ線，イオンビームなどの光以外を利用したリソ
グラフイに大別できる。後者の中でＸ線リソグラ
フイはＸ線源，マスク材料，マスク製造プロセス
などの技術課題を持つており、イオンビームリソ
グラフイは基礎研究の段階にある。電子ビームリ
ソグラフイはウエハーへの直接描画ではスループ
ツトが低いなどの量産装置としての弱点が未解決
である。一方、光によるリソグラフイでは１対１
ミラープロジエクシヨン露光装置が２〜3μｍの
プロセスレベルの量産用として用いられている。
１〜2μｍのプロセスレベルでは重ね合せ精度，
解像度の優れた縮小投影露光装置が主力となつて
おり、さらに光学系の改良等により、サブミクロ
ン領域でも使用可能と予測されている。

しかし、いずれのリソグラフイにおいても、プ
ロセスからくる下地基板の段差等により、フオト
マスクパターンを通過した余分な光の回り込みが
発生し解像度やパターン精度が低下する。特に、
Al等の金属配線などが基板上に形成されている
場合は、前述の解像度やパターン精度を大巾に低
下させる。これを第１図，第２図を用いて説明す
る。

第１図は、基板１上の凸部状段差２に金属膜
３、例えばAl膜が全面に蒸着され、さらに上部
に感光性樹脂（以後、レジスト）４が塗布された
断面状態にマスク５のクロム６を介して紫外線を
照射した場合の断面図である。この時の紫外線
（以後、UV光）の入射状態を拡大した図が第２
図である。入射するUV光７のうち平坦部へ入射
するUV光７ａの反射光７ｂは正確に180゜の角度
で反射するが、Al膜３の段差部の位置へ入射す
るUV光７ｃにもとづくAl膜側面からの反射光７
ｄはレジスト露光時の光のうちの余分な光であ
り、未露光部のレジスト領域４ｂに侵入し、実質
現像後のレジスト断面４ｃはマスク５のクロム部
６の幅よりも狭くなりパターン精度が劣化する。
また段差間とレジストパターン端部との距離によ
つてはレジストパターンが消滅し、パターン断線
が発生する。

以上述べたように、基板上の段差や平滑性によ
つてパターン精度が低下し微細化に対し大きな障
害であつた。特に光強度の高い縮小投影露光法に
おいては、フオトマスクパターンを通過した余分
な光による解像度，パターン精度の低下がはなは
だしく、例えば段差を有するAl上の配線パター
ン形成において2μｍ以下のパターン寸法は必ら
ず断線する現象がある。

発明の目的 本発明は、微細パターン形成に適したポジレジ
ストの性能を損うことなく、かつ工程を複雑化す
ることなく、容易にマスクパターンに忠実な微細
ポジレジストパターンを半導体基板上で均一に形
成するもので、フオトリソグラフイにおけるフオ
トマスクパターンを通過した余分な反射光の影響
による解像度の低下とパターン精度の低下ならび
に不均一化を防ぐのに適したパターン形成方法を
提供することを目的とする。

発明の構成 本発明のパターン形成方法は、基板に紫外線吸
収剤を含み水あるいはアルカリ水溶液に可溶な水
溶性有機膜を塗布する工程、前記水溶性有機膜上
に、有機溶媒系のポジレジストを形成する工程、
選択的に紫外線を露光するとともに前記基板から
の反射光を前記有機膜にて吸収する工程、前記選
択的に露光した前記ポジレジストと直下の水溶性
有機膜を除去する工程とを含むものである。

実施例の説明 本発明に用いる水溶性有機膜材料の一例につい
て説明する。

脱イオン水に150cc、水溶性ゼラチン60ｇ、紫
外線吸収剤（スミノールミリングMR：住友化学
製）2.5ｇを60℃に加熱し撹拌しながら溶解させ
てパターン形成用水溶性有機膜材料を作製した。
なお、溶解に際して溶解助剤を使用しても本発明
のかぎりでない。このパターン形成用水溶性有機
膜材料の紫外線透過特性を第３図に示す。第３図
の横軸は波長（nm）、縦軸は各波長における透過
率（％）を示した。この材料は、紫外線領域の
436nmでの透過率は12％（Ａは膜厚2000Å，Ｂは
1000Å）と非常に良い吸収を示しており、一般の
縮小投影露光法による露光波長436nmのマスクパ
ターンを通過したポジレジスト露光時の余分な光
を充分に吸収するように作用する。なお前述のパ
ターン形成用水溶性有機膜材料の粘性は水溶性ゼ
ラチンと水との比によるものであつた。

前述の水溶性ゼラチンやカゼイン等の水溶性天
然高分子の替わりに、ポリピニルピロリドン、ポ
リビニルアルコール等の水溶性合成高分子を有す
る有機膜材料も同様な本発明のパターン形成用水
溶性有機膜となつた。また溶媒に脱イオン水とと
もにイソプロピルアルコールを加えてもよい。

実際にフオトリソグラフイに使用するための光
吸収膜としてのパターン形成用水溶性有機膜では
回り込む光すなわち露光時の余分な光を吸収する
必要があり、水溶性有機膜と紫外線吸収剤の重量
比が50：１以上であることが好ましく、この条件
でも互いの溶解性は良好であつた。

また、このパターン形成用水溶性有機膜は水あ
るいはアルカリ水溶液に溶解する性質を有してお
り、現像リンス工程にてポジレジストと同時に現
像除去が可能であり、現像工程の複雑化を避ける
ことができ、工程上の利点は極めて大きい。

次に本発明の第１の実施例を第４図を用いて説
明する。

従来例の説明に使用した第２図と同様に半導体
基板１上に段差２が形成されており、その上に反
射率の高い金属膜例えばAl膜が蒸着されている。
そして前述のパターン形成用水溶性有機膜８を塗
布する〔第４図ａ〕。この時のパターン形成用水
溶性有機膜の膜厚はこの後で露光する際に施こす
エネルギー量によつて適宜設定されるものである
が、本実施例においては2000Åに塗布形成し薄い
膜とした。

続いて、ポジ型UVレジスト４をパターン形成
用水溶性有機膜８上に塗布する。この際、ポジ型
UVレジスト４とパターン形成用水溶性有機膜８
とは互いに溶解することなく均一に塗布すること
が可能であつた〔第４図ｂ〕。すなわち、ポジレ
ジストは通常有機溶媒可溶性であり、水溶性有機
膜とは積層塗布しても互いに溶解せず、何ら余分
な処理を必要とすることなく積層塗布が容易に行
える。

そして、マスク５のクロムパターン６を介して
縮小投影露光法によつて436nmの紫外線７を
150mj／cm²のエネルギーで露光する。この時マス
クパターンを通過し段差側面や表面から反射して
きたマスクパターンの遮光部分に入り込む余分な
光は層構造用水溶性有機膜８中の紫外線吸収剤に
より吸収されるため、クロムパターン６通りの未
露光領域４ｅの潜像がポジレジスト４に忠実に形
成される〔第４図ｃ〕。

次のアルカリ現像液によつて露光したポジ型
UVレジスト４を現像除去すると同時にリンス工
程で露出した層構造用水溶性有機膜を除去しパタ
ーン４ｆ，８ａを得た〔第４図ｄ）。通常ポジレ
ジストのパターン形成には、アルカリ現像液によ
る現像に続いて水によるリンス工程を行うもので
あり、この通常の工程を何ら変更することなく、
この積層膜のパターン形成が可能となる。

第４図ｃ，ｄから明らかなように、本発明の方
法によれば、第２図と比べても明らかなように、
マスクパターンの遮光部分の幅に対するレジスト
パターンの幅の狭ばまりを少なくすることが可能
となり、かつポジレジストと水溶性有機膜との溶
解混合が生じないため、半導体等の基板上全面に
わたつてマスクパターンに忠実かつ均一な微細レ
ジストパターンを形成することができる。

なお、現像リンス工程でのパターン形成用水溶
性有機膜８の水への溶解速度は塗布後の熱処理や
ホルマリン溶液処理によつて自在にコントロール
が可能で上層のポジUVレジストの膜厚によつて
設定すればよい。

次に第２の実施例を第５図を用いて説明する。
第２の実施例の場合にはパターン形成用水溶性有
機膜８を露光エネルギーのうちの反射光を防ぐ最
小の膜厚にしたため下地基板１の段差２の形状は
変化せず、ポジ型UVレジスト４は段差付近で膜
厚の変動が発生し、最終的にパターン精度が劣化
する〔第４図ｂ〕。これを防ぐために、パターン
形成用水溶性有機膜８を厚く塗布し平坦に形成す
る〔第５図ａ〕。この後、ポジ型UVレジスト４
は平坦に塗布されるためにレジスト膜厚の変動が
まつたく無くなる。そして露光，現像リンス工程
を加えれば、パターン精度が高く、高アスペクト
比パターン４ｅ，８ａが得られた。この時パター
ン形成用水溶性有機膜８は熱処理を低温で行つた
ため水への溶解速度が大きく、膜厚にあまり依存
しないので上層であるポジ型UVレジストパター
ン４ｅ通りに転写される〔第５図ｂ〕。

具体的に本発明による実験データを第６図に示
す。横軸は第１図における段差エツジからマスク
パターンの遮光部分であるクロームのパターンエ
ツジまでの距離Ｓを示し、縦軸はパターン形成後
のレジストパターンを示しマスクパターンを転写
したものである。これによると、従来例のものは
Ｓ（段差からの距離）が１〜2μｍの距離でレジス
トパターンが下地Alからの反射によつて、レジ
ストパターンが断線あるいは断線傾向となる。例
えばＳが0.5μｍの時はレジストパターンが0.5μｍ
とパターン細りが生じていた。一方、本発明のも
のはＳの距離に関係なく、レジストパターンに変
動なく1μｍパターンが形成可能であつた。

発明の効果 本発明は、有機溶媒系のポジレジストと余分な
紫外光を吸収する吸収剤を含みポジレジストを現
像するアルカリ現像液あるいは水に溶解する水溶
性の有機膜との積層膜を用いてパターンの形成を
行うものであり、マスクパターンの遮光部分の幅
に対するパターン幅の狭ばまりが少なくマスクパ
ターンに忠実で半導体基板上全体にわたつて均一
に高精度なレジストパターンを形成することが可
能となる。すなわち、微細パターン形成に適する
ポジレジストは通常有機溶媒系すなわち有機溶剤
可溶性であり、水溶性有機膜とは互いに溶解が起
こらないため、本発明においてはレジストと有機
膜を連続的に何ら不都合なく積層塗布することは
容易であり、半導体等の基板上全体にわたつて均
一な積層構造となる。さらに本発明においては、
通常のポジレジストに適用される現像工程にて選
択的にパターン形成が行え、容易に微細なポジレ
ジストパターンを基板上に残すことができ、半導
体装置等の製造における微細パターン形成を効率
良く行うことが可能となり、すぐれた工業的価値
を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレジストパターン形成断面図、
第２図は第１図の光の入射，反射状態を示す拡大
断面図、第３図は本発明に用いる層構造用水溶性
有機膜の紫外線透過特性図、第４図ａ〜ｄ、第５
図ａ，ｂはそれぞれ本発明の実施例に基づくパタ
ーン形成工程断面図、第６図は本発明の効果を示
す実験データ図である。 １……基板、２……段差、３……金属膜、４…
…ポジ型レジスト、５……マスク、６……クロム
パターン、７……UV光、８……層構造用水溶性
有機膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板に紫外線吸収剤を含み水あるいはアルカ
   リ水溶液に可溶な水溶性有機膜を塗布する工程、
   前記水溶性有機膜上に、有機溶媒系のポジレジス
   トを形成する工程、選択的に紫外線を露光すると
   ともに前記基板からの反射光を前記有機膜にて吸
   収する工程、前記選択的に露光した前記ポジレジ
   ストと直下の水溶性有機膜を除去する工程とを含
   むことを特徴とするパターン形成方法。