JPH05848B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はパターン形成方法とくに放射線感応性
樹脂を用いたパターン形成方法に関する。

従来例の構成とその問題点 集積回路の高集積化、高密度化は従来のリソグ
ラフイ技術の進歩により増大してきた。その最小
線幅も1μm前後となつてきており、この加工線幅
を達成するには、高開口レンズを有した縮小投影
法により紫外線露光する方法、基板上に直接描画
する電子ビーム露光法、Ｘ線を用いたプロキシミ
テイ露光法があげられる。しかし、いずれの方法
もスループツトを犠牲にすることなく良好な線幅
制御と高解像度及び良好な段差部のカバレジを同
時に得ることは困難である。特に実際の集積回路
上においては必然的に凹凸が発生し、放射線感応
性樹脂（以後、レジストと略）を塗布した後で
は、凹凸部におけるレジストの膜厚差が発生し、
良好な線幅制御が不可能となる。

このことを第１図を用いて説明する。第１図は
従来法により単層レジスト膜を段差部へ塗布し、
その段差部に対して交叉してパターニングを行な
つた状態を示したものである。第１図Ａは半導体
基板等の基板１上にSiO₂膜２等の段差物パター
ン２ａが形成されておりその上にレジスト３が塗
布された状態の断面図である。この場合、段差物
パターン２ａがない平坦な膜上のレジスト３の膜
厚をt_R1の厚さに塗布した時、段差物パターン２
ａ上のレジスト３の膜厚は、レジスト自身の粘性
と塗布時の回転数により膜厚t_R2に決定される。
この時t_R1＝t_R2にすること、つまり凹凸部でのレ
ジスト膜の膜厚差を皆無にすることは物理的に不
可能である。このようにt_R1≠t_R2の膜厚において
レジストパターンを形成した場合の平面図を第１
図Ｂに示す。

これは、段差物パターン２ａに対して直角に交
叉してレジストパターン３の膜厚t_R1の位置でパ
ターン幅がl₁と決定されると、膜厚t_R2の位置では
t_R1＞t_R2という関係があるため、パターン幅はl₂と
でかつl₁＞l₂となり段差部における寸法変換差が
発生してしまう。つまり、非常に微細パターンに
なると良好な線幅制御が得られず、更に段差物２
ａのエツジ部２ｂで実質上、平坦部の膜厚t_R1よ
り厚くなるため解像度が低下する。一般に解像度
はレジストの膜厚が薄くなればなるほど向上す
る。これは放射線自身の波長によつて微細間隙に
なると干渉、回析現像のため入射するエネルギー
が減衰してしまうためである。つまり段差物上の
レジスト膜厚差を少なくするために、ただ単にレ
ジストを厚く塗布し見掛け上のレジスト膜厚差を
軽減しようとしても解像度が低下するためにパタ
ーン形成上好ましくない。

このように従来の単層レジストによる段差上で
の解像度、寸法変換差の値を向上するためにレジ
スト−中間層−レジストからなる三層構造などが
提案されている。この方法を第２図を用いて説明
する。基板１上に段差部２ａを有する膜２が形成
され有機膜例えばフオトレジスト４が厚く塗布さ
れ（第２図Ａ）、更に有機膜４上に無機膜層例え
ばプラズマ酸化硅素膜５などを形成後、最上層に
レジスト６を薄く塗布する（第２図Ｂ）。次にレ
ジスト層６をパターニングしレジストパターン６
ａを得る（第２図Ｃ）。レジストパターン６ａを
介してエツチング技術を用いて無機膜層パターン
５ａを得る（第２図Ｄ）。

最後にレジストパターン６ａ、無機膜層５ａを
介して酸素系ガスプラズマにて無機膜パターン４
ａを形成する方法である（第２図Ｅ）。

この三層構造によるパターン形成では最上層の
レジスト６を薄く出来るため解像度が良く、しか
も最下層の有機膜層４を厚く塗布しているため基
板１上の段差２の影響なくレジストパターン６ａ
が得られ、マスクパターンとの寸法変換差が少な
い。しかしドライエツチング技術上の終点検出
や、エツチング条件が多層にわたるために難し
く、しかも、工程時間が長くかかり量産上、経済
上好ましくない。

発明の目的 そこで本発明は、従来のように単層レジスト
を、凹凸を有する実際の集積回路上にパターン形
成する際に障害となるパターン寸法変換差とそれ
に伴なう解像度の低下を防ぎ、三層構造レジスト
によるパターン形成方法の経済性、量産性上の欠
点を克服する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 本発明は第１のレジスト膜を塗布した後、第２
のレジスト膜を塗布する前に第１のレジスト膜に
対して現像反応を消失しない程度の熱処理を施こ
し、次に第２のレジスト膜を塗布し、最後に第
１、第２のレジスト膜に同時にパターン形成しよ
うとするパターン形成方法を提供しようとするも
のである。

本発明者らは、数々なる実験から前述の放射線
反応したレジスト膜表面に、熱処理を施こすこと
によつて第２のレジストと分離が可能でかつ現象
性を失なわさせないレジストの多層塗布処理を見
い出した。すなわち、本発明者らは、再現性良く
かつインラインプロセスつまりレジスト塗布装置
内で処理できるレジストの多層塗布処理として、
第１のレジストを放射線反応させた後に熱処理を
加えることにより、第１のレジストと第２のレジ
ストの合計膜厚の減少が防止できることを見い出
した。これは、レジスト中の溶剤の減少と、露光
により生じた第１のレジスト中の不安定化生成物
を熱処理により安定化させるため、第２のレジス
トとの混合率が少なくなるためと考えられる。

実施例の説明 本発明の実施例を第３図を用いて詳細に説明す
る。実施例としてポジ形レジスト特にポジ形紫外
線レジスト（以後、ポジUVレジスト）を例にと
つて説明する。半導体基板等の基板１上にポジ
UVレジスト７を、段差物パターン２ａを有する
配線あるいは絶縁膜等の被膜２上にパターン２ａ
の段差より厚く塗布して表面を平坦にし、ソフト
ベーキングを施こす（第３図Ａ）。次にポジUV
レジスト７にUV光１０を全面照射することによ
つて感光したポジUVレジスト７ａにする（第３
図Ｂ）。次に、感光したポジ形レジスト７ａの現
像反応が消失しない程度の温度たとえば60℃〜
120℃の温度にてたとえば15分程度以上の熱処理
１１を施こす（第３図Ｃ）。

次に、第１層目のポジUVレジスト７と同タイ
プの第２のポジUVレジスト８を、全面露光、熱
処理を施こした第１のポジUVレジスト７ｂ上に
塗布しソフトベーキングを施こす。この際、第１
の熱処理を施こしたポジUVレジスト７ｂと第２
のポジUVレジスト８は膜厚の減少がなく、均一
性の良い多層塗布が可能となる（第３図Ｄ）。次
にパターン（クロム部９ａ）を有したマスク９に
より、光しやへい部であるクロム部９ａ以外に紫
外線を用いて選択的に第１、第２のポジUVレジ
ストを照射する（第３図Ｅ）。この工程では少な
くとも第２のレジスト８が感光すればよい。そし
て紫外線照射部以外の第２のポジUVレジスト８
ａ、第１のポジUVレジスト７ｂを残して照射部
のレジストを現像除去する（第３図Ｆ）。

これら一連の工程を得て、レジスト厚を厚く塗
布しながらも微細パターンを形成でき、かつ段差
部における寸法変換差を少なくすることができ
る。

そこで、更に具体的な例を第３図を用いて説明
する。基板１上に段差物パターン２ａが1μm形成
されている上に、第１のレジスト７例えば
AZ1470（シツプレイ社製）を2.4μm厚の膜厚に平
坦に塗布する（第３図Ａ）。次に紫外線領域の全
波長を用するUV光１０を150mj／cm²の露光エネ
ルギーで照射し、第１のレジスト７を充分に感光
反応を引き起こして２７ａとする。（第３図Ｂ）。
そこで、第１のレジスト７ａに120℃以下たとえ
ば90℃の恒温槽で30分間の熱処理１１を施こして
変質させてレジスト２７ｂとする。この時の第１
のレジスト７ｂの現像特性は熱処理１１により劣
化することはない。

次に第２のレジスト８例えば第１のレジスト７
と同様なAZ1470（シツプレイ社製）を1.0μm厚の
膜厚を塗布し、ソフトベーク90℃５分間施こす。
この時の膜厚は3.4μmとなり、ほぼ第１のレジス
ト７と第２のレジスト８の膜厚の和であることが
みとめられた。（第３図Ｄ）。次に縮小投影露光法
を用いて、レチクル（マスク）９を介して第１、
第２のレジスト７，８に選択的に露光を施こす
（第３図Ｅ）。最後に選択露光領域以外の第１，第
２のレジスト７，８を同時に現像除去してレジス
ト７ｂ，８ａよりなるパターンを形成する（第３
図Ｆ）。以上のように3.4μm厚で1μmのラインア
ンドスペースのパターンの形成が可能であつた。

第４図に本発明であるパターン形成方法のう
ち、第１のレジストを塗布後、熱処理を施こす場
合と施さない場合とでの第２のレジスト塗布後の
総合膜厚を示した。

第４図において、Ａは第１レジスト厚2.4μm、
第２レジスト厚1.0μmの場合の理論的和の膜厚で
3.4μm、Ｂは第１のレジストに全面露光せず、か
つ熱処理を施こさない場合で総合膜厚は3.1μm、
Ｃは熱処理を施こさない場合で2.0μm、Ｄは本発
明の方法によるもので3.35μmとなつている。こ
れから第１のレジストに全面露光後、熱処理を加
えることによつて膜厚はほとんど減少していな
い。

すなわち、このことは膜厚の減少が少ないこと
を意味し、厚いレジストパターンの形成が可能で
ある。一方、現像特性をみると、第６図に示され
るように、本発明の方法による第２層レジスト未
露光部の現像による膜べり特性Ｄは、レジスト８
のみを基板上に形成した場合の現像による膜べり
特性Ｂに比べ、大幅に速くなつていることがわか
る。この理由は定かでないが、下の第１層レジス
ト７ｂが上の第２層レジスト８の下方部分に影響
を与え、この下方部分の性質が変化して現像速度
の速い層となり、d₁の点からこの下方部分とな
り、ここから急速に下方部分の現像が行われるた
めと思われる。なお、第１の感光性レジストを露
光して現像特性可溶性としていない場合は、第４
図Ｂのごとく膜厚の減少は少ないが、微細パター
ンの形成は困難である。

また、Ｂに示した第１のレジストに全面露光し
ないものは、膜厚損失が少ないが本発明の方法に
よる効果がないことはいうまでもない。

本発明の実施例（第３図参照）と第４図の結
果、段差物パターン２上にパターニングしたパタ
ーン３は、従来法によると第５図の点線のごとく
なるが、本発明によるパターン形成方法を用いる
と第５図の実線のごとく寸法変化が少なくなつ
た。

なお、実施例において、第１のレジストはUV
光で全面照射して感光反応を引き起こしたが、あ
らかじめ、現像液可溶性としたレジストを使用し
てもよい。また第１，第２のレジストの膜厚条件
は、下地である基板の凹凸の段差量によつて定め
るべきである。そしてレジストの種別に関して
も、Ｘ線、電子ビーム、イオンビーム、紫外線、
遠紫外線のいずれに関しても本発明を適用できる
ことは明確である。さらに、第１，第２のレジス
トとして、放射線反応機構は異なるが、同一現像
液で現像可能なものであると好都合である。また
熱処理温度は、種々のレジストに対して異なる
が、現像反応を消失しない温度で120℃以下が好
ましい。

また、本発明は第９図Ａに示すような段差物パ
ターン２上に形成したアルミニウムなどの反射係
数の大きい金属層１０の凹部に樹脂パターン形成
した場合特に効果が大きい。従来の１層レジスト
法では段差部からの反射光１１によりフオトマス
ク９のしゃへい領域９ａの下部の放射線感応性樹
脂まで感応し、すなわち放射線感応性樹脂膜厚
2.4μmの場合第１０図ＢのＩに示すように、段差
部中心からの距離ｄが0.5〜1.5μmの範囲にある樹
脂膜も感光され、しやへい領域９ａのパターン巾
が2μm以下のとき、現像後樹脂膜は残存せず、残
存するパターンの巾Ｗは０になりパターン形成が
不可能となる。

しかし、本発明の方法では、第１層の放射線感
応性樹脂膜厚を段差部より厚く形成してあるた
め、パターン形成のための第２層の放射線感応樹
脂膜への放射線照射時の段差部からの反射光１１
が第２層の樹脂膜に達することがなく、第１０図
のに示すように段差部の有無に関係なく一定な
パターン巾を有する放射線感応性樹脂パターンを
形成できる。なお、第１０図Ｂにおける本発明の
特性は第１，第２層樹脂の合計膜厚を3.4μmと
した場合の例である。

発明の効果 以上のように本発明によると、レジストを厚く
塗布することで、段差部の凹凸を軽減することが
でき、かつその上で段差部におけるパターン幅変
動率を減少させ、解像度、感度の低下がない。ま
たレジスト膜厚が厚いため耐ドライエツチング特
性が良好となる。また単に熱処理を加えるのみ
で、プラズマ処理がないためにインラインでパタ
ーン形成が可能なため量産性、経済性にも優れた
方法である。つまり本発明は今後の微細化への半
導体集積回路の製造に重要な価値を発揮するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは従来の単層レジスト法による段差物
へパターニングした断面図、同Ｂは同Ａの平面
図、第２図Ａ〜Ｅは従来の三層構造レジスト法の
工程断面図、第３図Ａ〜Ｆは本発明の実施例にか
かるパターン形成方法の工程図、第４図は従来例
と本発明による塗布特性図、第５図は本発明を用
いて形成したレジストパターン平面図、第６図は
第２層レジストの現像による膜べり特性を示す
図、第７図Ａは反射光のある場合の本発明におけ
る構造断面図、第７図Ｂは反射光におけるパター
ン巾の特性図である。 １……基板、２……段差物パターン、７……ポ
ジレジスト、７ａ……感光したポジレジスト、７
ｂ……熱処理した感光ポジレジスト、８……ポジ
レジスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に形成した現像溶液可溶性とした第１
   の放射線感応性樹脂に熱処理をする工程と、前記
   熱処理を施した第１の放射線感応性樹脂上に、第
   ２の放射線感応性樹脂を塗布し、選択的に放射線
   照射を行なう工程と、現像処理により前記第１、
   第２の放射線感応性樹脂膜を選択的に除去して放
   射線感応性樹脂パターンを形成する工程とを含む
   パターン形成方法。 ２ 基板上に塗布した後、放射線照射を行なつた
   放射線感応性樹脂膜を第１の放射線感応性樹脂に
   用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のパターン形成方法。 ３ 第１の放射線感応性樹脂に熱処理をする工程
   を、前記第１の放射線感応性樹脂の現像反応が消
   失しない程度の熱処理とすることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のパターン形成方法。