JPH05175115A

JPH05175115A - レジストパターン形成方法

Info

Publication number: JPH05175115A
Application number: JP8957891A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Tsumori; 利郎津守
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-03-28
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1993-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】上層レジストパターンにより下層レジストをパ
ターニングする際、使用レジスト制限などをもたらすこ
となく、上層レジストと下層レジストとの混和による混
合層の発生を防止して良好なパターニングを実現するこ
と。【構成】基体１上に下層レジスト層２、プラズマ重合Ｐ
ＭＭＡ等の感光性のプラズマ重合膜よりなる中間層４、
上層レジスト層３を順次形成し、上層レジスト層３をパ
ターニングして得られた上層レジストパターン３１をマ
スクに、中間層４及び下層レジスト層２をパターニング
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレジストパターン形成方
法に関し、特に、基体上に下層レジスト層と上層レジス
ト層を形成して、上層レジスト層をパターニングし、得
られた上層レジストパターンをマスクにレジストパター
ニングを行うレジストパターン形成方法の改良に関する
ものである。本発明のレジストパターン形成方法は、例
えば、電子材料（半導体装置等）のパターン形成のため
に用いる微細なレジストパターン形成方法として利用す
ることができる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図３に示すように、半導体基
板等の基体１上に下層レジスト層２と上層レジスト層３
を形成し（図３のａ）、上層レジスト層３をパターニン
グして（図３のｂ）、得られた上層レジストパターン３
１をマスクに下層レジスト層２をパターニングし、下層
レジストパターン２１を形成する技術が知られている
（図３のｃ，ｄ）。これは段差を有する下地上でも良好
にレジストパターニングできる技術として知られてお
り、一般にＰＣＭ（ｐｏｒｔａｂｌｅｃｏｎｆｏｒｍ
ａｂｌｅｍａｓｋｉｎｇ）法と呼ばれている。その具
体的方法としては、例えば、基体１にポリメタクリル酸
メチル（ＰＭＭＡ）を塗布して下層レジスト層２とし、
その上に重ねて上層レジスト層３としてポジ型フォトレ
ジスト（例えば「ＡＺ１３５０Ｊ」）を塗布して図３の
ａの構造とし、露光、現像によって、ポジ型フォトレジ
ストである上層レジスト層３をパターニングし、次に短
波長の紫外光を全面に照射することにより、この光をほ
とんど通さないポジ型フォトレジストから成る上層レジ
ストパターン３１をマスクにして図３のｂで示すように
下層レジスト層２を露光し、その後適当な溶媒で現像す
ることによって、この下層レジスト層２をパターニング
することができる。溶媒としてメチルイソブチルケトン
（ＭＩＢＫ）を使うとポジ型フォトレジストも除去され
図３のｃに示すようになるが、クロルベンゼンを使え
ば、それは除去されずに残り、図３のｄに示す構造とな
る。符号２１で下層レジストパターンを示し、７１で形
成される凹部を示す。ＰＣＭ法については、例えば、プ
レスジャーナル社「月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｗｏｒｌｄ」１９８７年１１月号の１０１〜１０５頁、
特に１０４頁に一般的な記載がある。

【０００３】このようなＰＣＭレジスト構造は、従来の
３層構造レジストの工程を大幅に簡便にする方法ではあ
るが、しかしながら、本方法の場合、上層レジスト層３
を下層レジスト層２の上にコーティングして形成する際
に、上層レジストと下層レジストとが不可避的に混和し
て、混合層を形成しやすいという欠点がある。この混合
層は、一般に、後の工程で下層レジスト層２を現像する
場合に現像液に溶解しにくいものであるため、パターン
が形成できなくなるという問題が生じる。

【０００４】この混合層の形成を防ぐため、従来では、
例えば下層と上層のレジスト組成（溶剤組成）が全く異
なるものを選んで両者の混和を防止することが提案され
ている。しかしこの手法では、使用するレジストが制限
され、自由度がなく、適正なレジストを使用できなかっ
たりするという問題がある。かつ、いずれにしても２層
構造ではどうしても混和は多かれ少なかれ生じてしまう
という問題がある。一方、上層レジスト層３のベーキン
グ時に、加熱ではなく、真空ベークを施す等の方策がと
られることもあった（第３０回半導体・集積回路シンポ
ジウムの渡辺、津守による報告参照）。しかしながらこ
の真空べークの方法も、条件の設定が困難であり、しば
しば不十分なケースが発生し、例えば、一部は抜けて
も、一部は光反応性が落ちてしまって抜けないという不
均一性が生じることがあり、実用的には問題が多かっ
た。

【０００５】

【発明の目的】本発明は上記問題点を解決して、上層レ
ジストパターンにより下層レジストをパターニングする
方法において、両者の混和による混合層の発生を防止し
て良好なパターニングを実現できるようにし、かつその
場合、使用するレジストの種類の限定や、パターニング
の不均一などが生じることのないようにしたレジストパ
ターン形成方法を提供しようとするものである。

【０００６】

【問題点を解決する技術的手段】本発明は、基体上に下
層レジスト層、感光性のプラズマ重合膜よりなる中間
層、上層レジスト層を順次形成し、前記上層レジスト層
をパターニングし、得られた上層レジストパターンをマ
スクに前記中間層及び下層レジスト層をパターニングす
るレジストパターン形成方法であって、これにより上記
目的を達成するものである。

【０００７】本発明の構成について、後記詳述する本発
明の一実施例を示す図１の例示を用いて説明すると、次
のとおりである。即ち本発明においては、図１（Ａ）に
例示するように、基体１上に下層レジスト層２、感光性
のプラズマ重合膜よりなる中間層４、上層レジスト層３
を順次形成し（図１（Ａ））、上層レジスト層３をパタ
ーニングして得られた上層レジストパターン３１（図１
（Ｂ））をマスクに中間層４及び下層レジスト層２をパ
ターニングする方法である。

【０００８】本発明において、上層レジスト層３、下層
レジスト層２のレジスト材料としては、例えば、従来の
ＰＣＭ法等の２層レジスト法に用いられる各種のものを
任意に使用できる。中間層４の存在の故に、レジストの
種類が限定されることもなく、また、両者の混和が生じ
るおそれもない。

【０００９】本発明において感光性のプラズマ重合膜と
は、プラズマ重合によって形成された重合体から成り、
それ自身感光性を有し、露光パターニングされ得るもの
を言う。このような感光性プラズマ重合膜については、
本発明者は特開昭５８−９３２３４号、同５８−９３２
４１号、同５８−９０７３１号において提案を行ってい
る。ここに示されたプラズマ重合膜は、例えばＤｅｅｐ
ＵＶ光に高い感光性を有するものである。

【００１０】本発明は、下層レジスト層２の材料として
ＰＭＭＡを用い、これによりレジスト層を形成して、そ
の上に感光性のプラズマ重合膜として、プラズマ重合法
により得た感光性のＰＭＭＡ（以下適宜Ｐ−ＰＭＭＡと
略記する）から中間層４を形成し、更に上層レジスト層
３の材料として各種のポジ型フォトレジストを用いる態
様で、好ましく用いることができる。このような態様に
よれば、ＰＭＭＡとＰ−ＰＭＭＡ膜とが良くなじみ、か
つ、Ｐ−ＰＭＭＡ膜である中間層が上層と下層のレジス
ト相互の混和を防止して、良好なパターニングを可能な
らしめる。

【００１１】

【作用】プラズマ重合膜は高度に架橋した三次元の網目
構造であり、耐熱性、耐薬品性に優れ、かつ、上層と下
層のレジスト相互の混和防止能が極めて高いものであ
る。また、プラズマ重合膜は元来プラズマ処理により形
成されたものであるので、それ自体の耐プラズマ性は良
好である。一般に、上層レジスト層及び下層レジスト層
とのなじみ（密着性）も良好である。単に上層、下層の
レジスト層の混和防止ということだけであれば、親水性
の例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）膜を中間層と
して用いれば、一般に親油性であるレジスト層相互を隔
離してその混和を防止できるが、ＰＶＡ等の親水性の膜
はレジスト層とのなじみが悪く、強度的にも小さく、か
つ耐プラズマ性が劣る。特開昭６２−１６５６５１号に
は、中間層にＰＶＡを用いる技術が記載されているが、
この技術では本発明の如き良好な効果は期待できない。

【００１２】本発明のレジスト構造においては、上層レ
ジストのパターニング後、下層レジストを一括露光した
場合でも、下層レジストの例えばＰＭＭＡと同様に十分
に露光され、後の現像によって容易に溶解する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、説明する。
但し当然のことではあるが、本発明は以下述べる実施例
により限定されるものではない。

【００１４】実施例−１この実施例は、上層レジストと下層レジストとの混合層
の形成を防ぐために、上層と下層の間にＤＵＶ光に対し
感光性のプラズマ重合膜を中間層として設ける構成とし
て、半導体装置形成用等に使用できるレジストパターン
構造を得たものである。

【００１５】まず、本実施例で用いるプラズマ重合膜の
形成方法について述べる。図２に、本実施例においてプ
ラズマ重合膜の形成に用いるプラズマ重合装置を示す。
図２中、１は反応容器（ペルジャー）であり、この容器
１内に上部電極２と試料即ち半導体基体１３を載置する
試料台３とが相対向して配置され、高周波電源（１３．
５６ＭＨｚ）４を通じて高周波電圧が容器１と上部電極
２との間に印加され、即ち上部電極２に高周波が印加さ
れ、容器１が接地される。一方試料台３は電気的に浮遊
状態に置かれる。試料台３としては例えば下部電極５を
用いる場合には、下部電極５は絶縁架台６を介して容器
１から絶縁されるとともに、下部電極５上に石英製サセ
プタ７を配して構成される。なお、試料台３としては、
サセプタ７の下の下部電極５はなくてもよく、また絶縁
架台６によって電気的に絶縁されていれば下部電極５の
上に直接試料を載せるようにしてもよい。容器１内には
上部電極２及び試料台３の間に位置してモノマーガス８
を導入するためのモノマーガス導入用リング９が配置さ
れる。１０は容器１の排気系、１１は容器１内にキャリ
アガス１２を供給するためのキャリアガス供給部であ
る。

【００１６】この装置において、反応容器１内を所定真
空度まで排気した後、排気系を閉め、モノマーガス導入
用リング９を通じて目的のレジストのモノマーガス８を
キャリアガス１２とともに供給し、容器１と上部電極２
の間に印加した高周波電圧に基づく高周波放電によって
プラズマを発生させれば、半導体基体１３上にプラズマ
重合されたレジスト膜が形成される。そしてこの場合、
この装置においては半導体基体１３を載せる試料台３が
電気的に浮遊状態となっているので、試料台３上に形成
されるセルフバイアス（いわゆるフローティングポテン
シャル）は２０Ｖ程度と極めて少なくなり、従来装置に
比べて１／１０程度に減少する（従来の平行平板電極型
のプラズマ重合装置では、試料台を兼ねる下部電極が接
地されているために、このセルフバイアスは数１００Ｖ
程度と極めて高い）。従って感光基を含むモノマーガス
を導入してプラズマ重合した場合、感光基は分解されず
プラズマ重合膜中に取り込まれることになり、このプラ
ズマ重合膜は感光性を持つことになる。

【００１７】図２の装置を用いて、下記の条件でプラズ
マ重合膜を形成することができる。モノマー（ＭＭＡ：メチルメタクリレート）１００ｃｃ／ｍｉｎキャリアガス（Ａｒ）６０ｃｃ／ｍｉｎ圧力０．５Ｔｏｒｒ高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）の出力１３０Ｗ石英サセプタの温度６０℃ 上記の条件で得られたプラズマ重合ＰＭＭＡ膜は厚さ２
０００Åの均一な膜である。こうして得られた膜はこれ
だけでは重合が不十分であるが、この膜を空気中で熱処
理することにより、十分に重合したＰ−ＰＭＭＡ膜が得
られる。

【００１８】本実施例では、図１に示すように、シリコ
ンウェハ等の半導体基板である基体１上に、下層レジス
ト層２として例えば脂肪族レジスト組成物であるＰＭＭ
Ａを塗布して１．０μｍ厚で形成し、その上に上記のよ
うにして得られるＰ−ＰＭＭＡ膜を中間層４として０．
２μｍ厚で形成し、更にその上に上層レジスト層３とし
て例えばポジ型フォトレジストであるＧ線用ＴＳＭＲ−
Ｖ３を順次形成して、図１（Ａ）の構造を得る。中間層
４であるＰ−ＰＭＭＡ膜は、薄くても充分その機能を果
たすので、０．１μｍ程度の膜厚でもよい。このよう
に、プラズマ重合膜の上に上層レジストをコーティング
する場合、下層と混合層は形成されない。このプラズマ
重合膜は、ＤｅｅｐＵＶ光に高い感光性を有するとと
もに、三次元の網目構造を有する緻密なものだからであ
る。本例に下層レジストとして用いる例えばＰＭＭＡに
は酢酸エチル等のエステル系溶媒が用いられ、上層レジ
ストとして用いられる上記ポジレジストにはＥＣＡ（エ
チルセロソルブアセテート）が溶媒として用いられるの
で、そのまま双方が接すると、両者は混和して混合層が
生じ、パターニングに悪影響を及ぼすものである。これ
に対し、本実施例では中間層４によりその混和及び混合
層の形成が防止され、結果的にスムーズな露光、パター
ニングが可能となる。図１（Ｂ）に上層レジスト層３を
露光現像して上層レジストパターン３１を形成した状態
を示し、図１（ｃ）に、更にこの上層レジストパターン
３１をマスクに、一括露光し、現像して、中間層パター
ン４１及び下層レジストパターン２１を得た状態を示
す。

【００１９】プラズマ重合膜から成る中間層４は、耐ド
ライエッチング性が良好なので、得られたレジストパタ
ーンによりエッチング加工する工程においても、良好な
結果が得られる。

【００２０】その他、上記例に限らず、本発明は各種の
態様を採ってよいものであり、例えば、上層のレジスト
材料はＧ線用に限定されるものではなく、ｉ線またはＫ
ｒＦエキシマレーザー用レジスト材料でもよい（例え
ば、１９９０年春の応用物理学会予稿集２８ａ−ＰＤ−
２４の記載参照）。

【００２１】本実施例は上述したように、従来のＰＣＭ
２層レジスト構造の中間層として混合層を防止するため
に、感光性のプラズマ重合膜を設けてレジストパターン
を形成するようにしたので、ＰＣＭ２層レジスト構造が
安定して形成でき、よって高精度なレジストパターンが
段差上でも良好に形成可能となる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、上層レジストパターン
により下層レジストをパターニングする際、使用レジス
トの制限などをもたらすことなく、上層レジストと下層
レジストとの混和による混合層の発生を防止して良好な
パターニングを実現できるという効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例−１の工程図である。

【図２】感光性プラズマ重合膜形成用のプラズマ重合装
置の構造例である。

【図３】一般的なＰＣＭ法の概を示す図である。

【符号の説明】

１基体（半導体基板）２下層レジスト層３上層レジスト層３１上層レジストパターン４感光性プラズマ重合膜よりなる中間層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に下層レジスト層、感光性のプラズ
マ重合膜よりなる中間層、上層レジスト層を順次形成
し、前記上層レジスト層をパターニングし、得られた上層レジストパターンをマスクに前記中間層及
び下層レジスト層をパターニングするレジストパターン
形成方法。