JPH08306604A

JPH08306604A - パタン形成方法

Info

Publication number: JPH08306604A
Application number: JP7104059A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamauchi; 孝裕山内
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】２層レジスト法の一種であるいわゆる遠紫外
ＰＣＭ法のキャップド法において第１および第２のレジ
スト層間に生じてしまう混合層の除去を、酸素プラズマ
を用いることなく行なえる方法を提供する。【構成】シリコン基板11上に遠紫外光に感応するポジ
型レジストから成る第１のレジストの層13、ノボラック
系の第２のレジスト層をこの順に形成する。これらレジ
ストの層間には混合層17が生じる。次に、第２のレジス
トの層を紫外光により選択的に露光しさらに現像して第
２のレジストのパタン15x を得る。第２のレジストのパ
タンの形成を終えた試料上に、遠紫外光に感応するポジ
型レジストから成る第３の層21を形成する。この試料に
加熱処理を施して、混合層１７を変質させて変質した混
合層23を生成する。第３の層21を現像液により除去する
ことで変質した混合層23も共に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造等
において多用されるレジストパタンを形成する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィ工程において使用されるパ
タン形成方法の一つとして２層レジスト法が知られてい
る。また、この２層レジスト法の一種として遠紫外ＰＣ
Ｍ法（Deep UV Portable Conformable Mask 法）のキャ
ップド(Capped)法と称される方法がある。この方法は、
例えば文献「イントロタ゛クションツーマイクロリソク゛ラフィ(Introduction
to Microlithography),American Chemical Society 発
行(1983)、pp.305〜307」に開示されるもので、次の様
なものである。基板上に第１のレジストの層としてポリ
メチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の層を形成し、次に
このＰＭＭＡの層上に第２のレジストの層としてノボラ
ック系のポジ型レジスト（文献ではAZ-1350(シッフ゜レー社
製レジスト））の層を形成し、その後この試料をベーク
する。このベークのとき第１および第２のレジストの混
合層がこれらの界面に生じる。次に、第２のレジストの
層に対しホトマスクを介して紫外光を選択的に照射し、
その後、第２のレジストの層を現像する。現像が済むと
第２のレジストが除去された部分では混合層が露出され
る。この露出された混合層を酸素プラズマにより除去す
る。次に、この試料全面を遠紫外光により露光する。第
１のレジストの、第２のレジストで覆われていない部分
は、この遠紫外光により露光される。次に、この試料を
第１のレジスト用の現像液で処理する。この結果、第１
のレジストの層および第２のレジストの層の積層体で構
成されたレジストパタンが得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のパタン形成方法では、混合層を除去するために
酸素プラズマを使用しているため、単層レジストプロセ
スでは必要のない酸素プラズマ処理装置を用いる必要が
あった。このため、製造プロセスにおける製造装置のコ
ストが高くなるという問題点があった。

【０００４】また、酸素プラズマによる処理を行う分、
酸素プラズマの均一性がパタンの均一性に影響を及ぼす
ので、パタンの劣化要因が増えてしまうという問題点が
あった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明のパタ
ン形成方法によれば、下地上に第１のレジストの層とし
て遠紫外光に感応するポジ型レジストの層を形成する工
程と、該第１のレジストの層上に第２のレジストの層と
して遠紫外光以外のエネルギー線に感応するノボラック
系レジストの層を形成する工程と、該第２のレジストの
層を前記エネルギー線を用いたリソグラフィによりパタ
ーニングする工程と、第１のレジストの層上に第２のレ
ジストの層を形成したためにこれら層の間に生じている
混合層のうち前記第２のレジストの層のパターニングに
よって露出された部分を除去する工程と、前記混合層の
前記露出部分の除去が済んだ試料に遠紫外光を一括照射
する工程と、該遠紫外光の一括照射の済んだ試料におけ
る前記第１のレジストの層を現像する工程と、を含むパ
タン形成方法において、前記混合層の前記露出された部
分の除去は、前記第２のレジストの層に対するパターニ
ングを終えた試料上に、第３の層であって、前記混合層
の該第３の層と接する部分が後の該第３の層を除去する
際に共に除去されるように該部分を変質させ得る材料か
らなる第３の層を形成し、該第３の層の形成が済んだ試
料に対し前記変質を促進するための処理をし、その後、
該第３の層を除去するという一連の処理で行うことを特
徴とする。

【０００６】なお、この発明において下地とは、本発明
の方法によりレジストパタンを形成したい種々の下地を
いう。例えば半導体基板（既に素子や配線などが作り込
まれている中間体も含む）や、シリコン酸化膜や、金属
薄膜は、ここでいう下地の典型例といえる。また、遠紫
外光以外のエネルギー線とは、パタン形成の目的に合致
する種々のものと出来、典型的には紫外光、電子線とで
きる。また、第３の層を構成する材料は、少なくとも第
２のレジスト層のパタンを損傷することなく混合層を変
質させ得るものであれば任意好適なものを用い得る。具
体的には樹脂および溶媒で構成された有機材料が良く、
例えば、ある種のレジスト例えば遠紫外光に可能するポ
ジ型レジストはここでいう第３の層の構成材料として好
適である。

【０００７】

【作用】この発明の構成によれば、第２のレジストに対
するパターニングを終えた試料上に第３の層を形成し、
さらに混合層のこの第３の層と接する部分の変質を促進
させるための処理をし、その後、この第３の層を除去す
ることで、混合層が除去される。この一連の処理におい
て、第３の層の形成は例えばリソグラフィ工程で使用す
る回転塗布装置により行え、また、前記変質を促進する
処理は例えば熱処理装置により行え、第３の層の除去は
例えば適正な溶媒に第３の層を接触させる処理により行
えるので、特別な装置を用いることなく混合層の除去が
行える。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明のパタン形成
方法の実施例について説明する。ただし、いずれの図も
この発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状お
よび配置関係を項略的に示してある。また、説明に用い
る各図において同様な構成成分については同一の番号を
付し、その重複する説明を省略する。また、以下に述べ
る使用材料、さらには膜厚、温度、時間などの数値的条
件は、この発明の範囲内の一例にすぎないことは理解さ
れたい。

【０００９】１．第１の実施例図１〜図４は第１の実施例および後に説明する第２、第
３の各実施例の説明に供する工程図である。いずれの図
も形成するパタンをラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パ
タンとした場合でかつ工程中の主な工程での試料の様子
をＬ／Ｓパタンのライン部と直交する方向に沿って切っ
た断面により示している。

【００１０】下地としてこの場合シリコン基板１１を用
意する（図１（Ａ））。このシリコン基板１１上に、第
１のレジストの層１３すなわち遠紫外光に感応するポジ
型レジストの層として、この場合ＺＥＰ７０００Ｂ（日
本ゼオン（株）製のレジストの商品名）の層を、回転塗
布法により形成する（図１（Ｂ））。次に、このＺＥＰ
７０００Ｂの層を形成したシリコン基板１１をこの場合
１８０℃の温度とされたホットプレート上で９０秒間加
熱する。この熱処理後のＺＥＰ７０００Ｂの層の膜厚は
約５５０ｎｍであった。なお、シリコン基板１１と第１
のレジストの層１３との密着性を高めるために第１のレ
ジストの層１３を形成する前にシリコン基板１１の表面
を疎水性にする前処理を行っても良い。この実施例では
この前処理を行った。具体的には、第１のレジストの層
１３を形成する前にシリコン基板１１を例えば２００℃
の温度とされたホットプレート上で１００秒間加熱し、
しかる後、ヘキサメチルジシラザンの蒸気にこのシリコ
ン基板１１を例えば１００℃に加熱しながら３０秒間さ
らすことで上記前処理を行った。

【００１１】形成した第１のレジストの層１３上に、次
に、第２のレジストの層１５すなわち遠紫外光以外のエ
ネルギ線に感応するノボラック系レジストの層として、
この場合紫外線特にｉ線に感応するＴＳＣＲ−８５ｉ
（東京応化工業（株）製のポジ型レジストの商品名）の
層を形成する（図１（Ｃ））。次に、このＴＳＣＲ−８
５ｉの層を形成したシリコン基板１１をこの場合９０℃
の温度とされたホットプレート上で９０秒間加熱する。
この加熱処理後のＴＳＣＲ−８５ｉの層の膜厚は約１５
００ｎｍであった。なお、この第２のレジストの層に対
する加熱処理のときに、第１のレジストの層１３と第２
のレジストの層１５との界面には、両レジストの相互熱
拡散に起因する混合層（インターレイヤ）１７が生成す
る（図１（Ｄ））。この混合層１７の膜厚は、その測定
が困難なため明確ではないが、数１０ｎｍ程度と推定さ
れる。

【００１２】次に、第２のレジストの層１５に対し、遠
紫外光以外のエネルギー線ここでは紫外光によりＬ／Ｓ
パタン形成のための選択的な露光を行う。これをこの実
施例では、図２（Ａ）に示した様に、目的とするＬ／Ｓ
パタンに対応するパタンを有したホトマスク１９を介し
高圧水銀ランプの光の主にｉ線（波長３６５ｎｍ）の光
を照射することで行う。またこの露光に当たって、露光
装置として縮小露光装置（図示せず）を用いた。なお、
図２（Ａ）において、１５ａは第２のレジストの層１５
の紫外光で露光された部分（露光部）、１９ａはホトマ
スク１９における遮光部である。

【００１３】この露光の済んだ試料を、この場合、１１
０℃の温度とされたホットプレート上で９０秒間加熱処
理し、いわゆる露光後ベーク（Post Exposure Bake) を
行い、次に、この試料をこの場合２３℃の温度とされた
ホットプレート上において室温に戻す。次に、この試料
に対しＮＭＤ−３（２．３８％）と称される東京応化工
業（株）製の現像液を用いてここではパドル方式による
現像処理を行い、次に、純水でリンスを行う。その後、
水を蒸発させるためにこの試料を、この場合１２０℃の
温度とされたホットプレート上で９０秒間加熱する。こ
こまでの処理により第２のレジストの層のパターニング
が終了し、第２のレジストのパタン１５ｘが得られる
（図２（Ｂ））。また、これにより混合層の一部が露出
される。

【００１４】第２のレジストの層に対するパターニング
を終えた試料上に、この第１の実施例では、第３の層２
１として、遠紫外光に感応するポジ型レジストの層を形
成する（図２（Ｃ））。ここでは、第２のレジストの層
に対するパターニングを終えた試料上に回転塗布法によ
りポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の層を形成し
て第３の層２１を得た。第３の層２１を形成したシリコ
ン基板を、次に、この場合１２０℃の温度とされたホッ
トプレート上で９０秒間加熱する。この加熱処理後のＰ
ＭＭＡの層の膜厚は、第１のレジストの層および第２の
レジスト層が積層されている部分上において約５００ｎ
ｍであった。なお、ＰＭＭＡとしてこの場合は長瀬産業
（株）製のＰＭＭＡ６％を用いた。

【００１５】第３の層２１に対する上記加熱処理におい
て、混合層１７のうちの第３の層２１に接している部分
とこの第３の層２１とは、それぞれを構成する材料が相
互に熱拡散してゆくので、混合層１７の第３の層２１に
接している部分が変質して変質した混合層２３が生成す
る（図３（Ａ））。

【００１６】次に、第３の層２１全面に遠紫外光を照射
する（図３（Ｂ））。この遠紫外光の照射をこの場合は
米国Ｆｕｓｉｏｎ社製のイルミネータを波長が２２０〜
２５０ｎｍの光を主に発する条件で用いて行った。しか
も、照射エネルギを１３ｍＷ／ｃｍ² としかつ照射量を
４８０ｍＪ／ｃｍ² とした条件で、この遠紫外光の照射
を行った。なおこの照射量は厚さが５００ｎｍのＰＭＭ
Ａを露光および現像により除去するのに必要な最少の照
射量である。

【００１７】次に、この露光済みの第３の層２１を、第
３の層２１を構成しているＰＭＭＡの現像液の一種であ
るこの場合クロロベンゼンを用い、かつパドル方式によ
り、溶解除去する。この処理において第３の層２１が除
去されると共に変質した混合層２３も除去された（図３
（Ｃ））。

【００１８】変質した混合層２３が第３の層２１の除去
と共に除去される理由は次の様なことと推定される。

【００１９】混合層１７は第１のレジストおよび第２の
レジストの相互熱拡散により生成されたものであるので
両レジストをかなりの割合で含んでいる。一方、変質し
た混合層２３は、第１および第２のレジスト双方を含ん
だ混合層１７と第３の層を構成しているレジストとの混
合層であり、そしてこの第３の層を構成しているレジス
トは第１のレジスト同様に遠紫外光に感応するレジスト
であるので、結局、変質した混合層２３は遠紫外光に対
し感応する（感光性を有する）成分を混合層１７より多
く含んだもの（変質したもの）となる。したがって、第
３の層２１に対し遠紫外光を全面照射しさらにポジ型レ
ジストを構成しているレジストの現像液となり得るクロ
ロベンゼンによる処理を行なって第３の層を除去する処
理を行なうと変質した混合層２３も共に除去される。

【００２０】第３の層２１の除去（変質した混合層２３
の除去も含む）が済んだ試料に対し、次に、遠紫外光を
全面照射する（図４（Ａ））。なお、この図４（Ａ）に
おいて１３ａは、第１のレジストの層１３の遠紫外光に
より露光された部分（露光部）である。この遠紫外光の
照射をこの場合は米国Ｆｕｓｉｏｎ社製のイルミネータ
を波長が２２０〜２５０ｎｍの光を主に発する条件で用
いて行った。しかも、照射エネルギを１３ｍＷ／ｃｍ²
とし照射量を４８０ｍＪ／ｃｍ² とした条件で遠紫外光
の照射を行なった。なお、この照射量は第１のレジスト
の層としての厚さが約５５０ｎｍのＺＥＰ７０００Ｂの
層を、露光および現像により除去するのに必要な最少の
照射量の１．１倍の照射量である。

【００２１】露光済みの第１のレジストの層を、次に、
この場合キシレンを用いてパドル方式により現像し、さ
らにキシレンによりリンスをする。また、リンス後、試
料を乾燥させるために、試料をこの場合１２０℃の温度
とされたホットプレート上で９０秒間加熱する。この現
像処理においては、第１のレジストの層１３の露光部１
３ａが除去される。この結果、第１のレジストの層の一
部、混合層の一部および第２のレジストの層の一部の積
層構造でライン部２５ａが構成されていて、かつ、ライ
ン部およびスペース部それぞれの幅が０．４５μｍであ
るＬ／Ｓパタン２５が得られた（図４（Ｂ））。この得
られたＬ／Ｓパタンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によ
り観察して得た写真を模写した図を、図５（Ａ）に示し
た。なおこの場合は、この発明の効果が明確になるよう
に、実験用のＬ／Ｓパタンはその端部においてライン部
の端が千鳥状になるものと予めしてあり、そして、ＳＥ
Ｍによる観察もこの端部について行なっている（以下の
比較例において同じ）。

【００２２】一方、比較例として、第２のレジストの層
のパターニングまでを図１（Ａ）〜図２（Ｂ）までを参
照して説明した第１の実施例と同様な手順・条件で実施
した後に、すぐに遠紫外光を全面照射し、そして第１の
レジストの層に対する現像処理を行なうというプロセス
を実施した。すなわち、この発明に係る第３の層の形成
や、混合層を変質させる処理などを全く行なわないプロ
セスを実施した。この比較例のプロセスで形成されたパ
タンを走査型電子顕微鏡により観察して得た写真を模写
した図を、図５（Ｂ）に示した。

【００２３】これら図５（Ａ）および（Ｂ）を比較する
ことで明らかな様に、第１の実施例の場合は、所望のＬ
／Ｓパタンが形成されているのに対し、比較例の場合
は、混合層１７の除去がなされていないため、Ｌ／Ｓパ
タンの本来スペース部となるべき部分に第１のレジスト
の層１３が残存している。これらのことから、この発明
によれば混合層１７の除去を酸素プラズマを用いること
なく可能なことが理解出来る。

【００２４】２．第２の実施例上述においては第３の層を構成するポジ型レジストに対
し遠紫外光を照射していたが、第３の層を構成する材料
の選び方によってはこの遠紫外光の照射を省略すること
もできる。この第２の実施例はその例である。

【００２５】先ず、上述の第１の実施例において図１
（Ａ）〜図２（Ｂ）を参照して説明した手順および条件
と同様にして、第２のレジスト層のパタン２５ｘまでの
形成を行なう。

【００２６】第２のレジストの層に対するパターニング
を終えた試料上に、この第２の実施例では、前記第１の
レジストの分子量より小さい分子量でかつ露光前におい
ても所定溶媒に対し溶解し得る分子量を有した遠紫外光
に感応するポジ型レジストを用いて第３の層を形成す
る。具体的には、第２のレジストの層に対するパターニ
ングを終えた試料上に、ＺＥＰ１５０（日本ゼオン
（株）製のポジ型レジスト）を回転塗布法により塗布す
ることで第３の層を得た。このＺＥＰ１５０の層を形成
したシリコン基板を、次に、この場合１２０℃の温度と
されたホットプレート上で９０秒間加熱する。この加熱
処理後のＺＥＰ１５０の層の膜厚は、第１のレジストの
層および第２のレジスト層が積層されている部分上にお
いて約５００ｎｍであった。なお、ＺＥＰ１５０の分子
量はＺＥＰ１５０のカタログデータによれば重量平均分
子量でいって、約２０，０００である。第１のレジスト
として使用したＰＭＭＡの重量平均分子量が５０万〜１
００万であることと比べると、このＺＥＰ１５０の分子
量は小さい。

【００２７】なお、ＺＥＰ１５０で構成した第３の層に
対する上記熱処理においても、第１の実施例の場合と同
様に、混合層１７（図３（Ａ）参照）のうちの第３の層
に接している部分とこの第３の層とは、それぞれを構成
する材料が相互に熱拡散してゆくので、混合層の第３の
層に接している部分が変質して変質した混合層が生成さ
れる。

【００２８】熱処理の済んだＺＥＰ１５０の層を、所定
の溶媒としてこの場合クロロベンゼンを用いかつパドル
方式により除去する。ＺＥＰ１５０の分子量が上述のご
とく小さいので、ＺＥＰ１５０の層を遠紫外光で露光せ
ずとも、ＺＥＰ１５０の層はクロロベンゼンによりある
速度で溶解する。この際、第３の層と第１のレジストの
層との界面に存在していた変質した混合層２３も除去さ
れる。なお、第１のレジストの層をＰＭＭＡ、第２のレ
ジストの層をＴＳＣＲ−８５ｉ、第３の層をＺＥＰ１５
０、所定の所定の溶媒をクロロベンゼンでそれぞれ構成
したことで、第３の層に対する遠紫外光の照射を省略出
来たのであるが、これが達成出来る組み合わせはもちろ
んこれに限られない。例えば所定の溶媒は第１のレジス
トの層や第２のレジストの層を侵すことなく、第３の層
を除去できるものであれば他の溶媒でも良い。

【００２９】ＺＥＰ１５０で構成した第３の層の除去
（第２の混合層の除去も含む）が済んだ試料に対し遠紫
外光を全面照射する。この遠紫外光の照射は、照射量を
９５０ｍＪ／ｃｍ² とした以外は、第１の実施例と同様
に行なった。

【００３０】次に、露光済みの第１のレジストの層を第
１の実施例と同様に現像およびリンスし、さらにこの試
料を乾燥した。この結果、第１の実施例と同様、第１の
レジストの層の一部、混合層の一部および第２のレジス
トの層の一部の積層構造でライン部が構成されていて、
かつ、ライン部およびスペース部それぞれの幅が０．４
５μｍであるＬ／Ｓパタンが得られた。この得られたＬ
／Ｓパタンについても（ＳＥＭ）により観察しかつ写真
撮影をしているが、その写真を模写した図は省略する。

【００３１】上述の説明から明らかな様に、この第２の
実施例の方法の場合も、酸素プラズマを用いることな
く、混合層の除去が可能なことが理解出来る。しかも、
この第２の実施例の方法の場合は、遠紫外光を照射する
工程を１工程省略することができるので、その分パタン
形成工程の簡略化が図れる。

【００３２】３．第３の実施例次に、第３の層を構成する材料として、遠紫外線に感応
するポジ型レジストであって、それに含まれる溶媒が前
記第２のレジストに対する貧溶媒を主としかつ前記第２
のレジストの層を実質的に侵すことなく然も前記混合層
の溶解を促進する程度の割合で前記第２のレジストに対
する良溶媒を含む溶媒となっているポジ型レジストを用
いる例（第３の実施例）について説明する。なお、この
ように貧溶媒および良溶媒を含むポジ型レジストとし
て、この実施例では、２種類のレジストを所定割合で混
合したものを用いた。パタン形成の説明に先立ち、２種
類のレジストを混合して用いる点と好適な混合比をどの
ように決定したかについて説明する。

【００３３】直径６インチのシリコン基板上に、２層レ
ジスト法における第２のレジストの層に相当するノボラ
ック系のレジストの層を形成する。ここでは住友化学工
業（株）製のＰＦＩ−２６Ａと称されるレジストを用い
この層を形成した。なお、ＰＦＩ−２６Ａの層は、その
膜厚がベーキング後において約１μｍとなるように、形
成した。次に、実際の２層レジスト法では第２のレジス
トの層がパターニングされるので実際のプロセスに合わ
せる意味から、ＰＦＩ−２６Ａの層を形成したシリコン
基板に対しアルカリ現像液による処理、さらに水洗およ
び乾燥を行なった。現像は、現像液として東京応化工業
（株）製のＮＭＤ−３（２．３８％）を用い、パドル方
式により６０秒間行なった。その後水洗し、さらに乾燥
した後に、１２０℃の温度にしたホットプレートで９０
秒ベークをして、水分を飛ばした。このような現像等の
処理の済んだＰＦＩ−２６Ａ上に、長瀬産業（株）製の
ＰＭＭＡ６％と東京応化工業（株）製のＯＥＢＲ−１０
００とを所定の体積比（詳細は後述する）で混合し構成
したレジスト（以下、混合レジストともいう）を回転塗
布法により形成し、その後、この試料を１２０℃の温度
にしたホットプレートで９０秒ベークした。次に、この
混合レジストの層の全面に遠紫外光を照射する。この照
射をこの場合、Ｆｕｓｉｏｎ社製イルミネータにより１
０００ｍＪ／ｃｍ² のドーズ量で行なった。その後、こ
の試料に対しキシレンにより３０秒間のリンスを行なっ
た。さらにキシレンを乾燥させるためにこの試料を１２
０℃の温度で９０秒間ベークした後、この試料に対し再
びイルミネータを用い遠紫外光を１０００ｍＪ／ｃｍ²
のドーズ量で照射した。そして、この試料に対しキシレ
ンにより３０秒間のリンスを行なった。次に、キシレン
を乾燥させるためにこの試料を１２０℃の温度で９０秒
間ベークした。

【００３４】混合レジストに対し遠紫外光による露光お
よびキシレンによるリンスを行なうと、ＰＦＩ−２６Ａ
の層が露出されるので、このＰＦＩ−２６Ａのシリコン
基板上の複数点における膜厚を光学式の膜厚計によりそ
れぞれ測定した。測定点は図６に示した様に試料のほぼ
中央を通過しかつシリコン基板１１オリエンテーション
フラット１１ａに平行な線に沿った１１ポイントとし
た。ＰＭＭＡ６％とＯＥＢＲ−１０００との混合比を体
積比でいって、(1) １００：０、(2) ９９：１、(3) ９
８：２、(4) ９７：３、(5) ８１：１９とそれぞれ違え
た５種類の混合レジストについて、上記実験および残存
膜厚測定をそれぞれ行なった。５種類の混合レジストの
残存膜厚の測定結果を下記の表１に示した。なお、この
表１において、データ(1) 〜データ(5) は、それぞれ上
記混合比(1) 〜(5) の混合レジストを用いた場合のデー
タを意味する。また、表１に示した結果における、デー
タ(1) 〜データ(5) おのおのの膜厚を測定位置に対して
プロットした結果を図７に示し、また、ＰＭＭＡ６％に
対するＯＥＢＲ−１０００の混合比率（％）を変えた各
水準での残存膜厚のバラツキ（標準偏差）を混合比率に
対しプロットした結果を図８に示した。なお、表１中の
数値の単位はｎｍ（ナノメータ）である。

【００３５】

【表１】

【００３６】残存膜厚のバラツキが大きくなるのは、Ｐ
ＦＩ−２６Ａの層と混合レジストの層とが混合したたた
めに混合レジストの層の現像時にＰＦＩ−２６Ａと混合
レジストとの混合層が残存したりその逆にＰＦＩ−２６
Ａが一部除去されるためと考えられる。従って、残存膜
厚がＰＦＩ−２６Ａの当初の膜厚から大きく変化しない
範囲（標準偏差でいって例えば１０以下）で、なるべく
ＯＥＢＲ−１０００の混合比率が高くできる条件を表
１、図７および図８の結果から見ると、ＰＭＭＡ６％に
対しＯＥＢＲ−１０００を体積比でいって最大２％混合
するのが良いといえる。

【００３７】そこで、ＰＭＭＡ６％に対しＯＥＢＲ−１
０００を体積比でいって２％混合した混合レジストを用
いパタン形成実験を以下の様に行なった。

【００３８】先ず、上述の第１の実施例において図１
（Ａ）〜図２（Ｂ）を参照して説明した手順および条件
と同様にして、第２のレジスト層のパタン２５ｘまでの
形成を行なう。

【００３９】第２のレジストの層に対するパターニング
を終えた試料上に、ＰＭＭＡ６％とＯＥＢＲ−１０００
とを体積比で９８：２で混合した混合レジストを回転塗
布法により塗布し、該混合レジストの層を形成した。こ
の混合レジストの層を形成したシリコン基板を、次に、
この場合６０℃の温度とされたホットプレート上で９０
秒間加熱する。この加熱処理後のこの混合レジストの層
の膜厚は、第１のレジストの層および第２のレジスト層
が積層されている部分上において約５００ｎｍであっ
た。

【００４０】次に、混合レジストの層全面に遠紫外光を
照射する。この遠紫外光の照射を、第１の実施例におい
て第３の層に遠紫外光を照射したと同様な条件で行なっ
た。次に、この露光済みの混合レジストの層を第１の実
施例と同様クロロベンゼンを用いかつパドル方式により
除去する。その後、第１の実施例と同様な手順で第１の
レジストの層に対する遠紫外光の照射、第１のレジスト
の層の現像・リンスを行なう。この試料をＳＥＭにより
観察したところ、Ｌ／Ｓパタンのスペース部に相当する
部分の第１のレジストの層は除去されている（すなわち
混合層は除去されている）ことが確認できた。しかし、
Ｌ／Ｓパタンにおけるライン部が倒れた状態となってい
たためパタンの解像度を確認することはできなかった。
別の実験として、０．５μｍのＬ／Ｓパタン形成用のホ
トマスクを用いたこと以外はこの第３の実施例と同様な
手順で実験を行なった結果では、０．５μｍのＬ／Ｓパ
タンが解像出来た。これらの結果から、この第３の実施
例の方法は、第１および第２の実施例に比べ解像度が少
し低下するが、混合層の除去を酸素プラズマを用いずに
出来るという効果は第１および第２の実施例と同様に得
られることが分かる。また、この第３の実施例では混合
レジストにより第３の層を形成した後に行なう混合層を
変質させるための熱処理温度を、６０℃というように第
１および第２の実施例に比べ半分の温度としたにもかか
わらず、パタン形成が可能となっている。第３の層を形
成した後に行なう混合層を変質させるための熱処理温度
をどの程度に設定するかは、第２のレジストの層を構成
しているノボラック系レジストの耐熱性が１３０〜１４
０℃であることから、最高でも１２０℃であると考えら
れる。第１および第２の各実施例では、この熱処理温度
は既に１２０℃としているので、熱処理温度の選択の余
地があまりない。これに対し、この第３の実施例の場合
は、６０℃の温度で混合層の変質が可能であるので、こ
の熱処理温度の設定範囲は６０〜１２０℃と６０℃もの
幅をもったものとできる。リソグラフィ工程では、形成
するパタンの形状およびその均一性、マスクパタンと形
成されたパタンとの寸法変換差などをそれぞれ最適化す
るうえで、なるべく広い範囲で製造条件の設定ができる
方が有利である。この点から、この第３の実施例の場合
の第３の層に対し行なう熱処理の際の設定温度の自由度
は、多層レジストプロセスの条件の最適化に対し有利で
ある。

【００４１】ここで、第３の実施例の場合に混合層を変
質させるための熱処理温度を第１および第２の各実施例
に比べ低くできる理由は、以下の様なものであろうと推
定される。混合レジストの一方の構成成分であるＰＭＭ
Ａ６％の溶剤はクロロベンゼンでありこれは、第２のレ
ジストであるノボラック系レジスト（ここではＴＳＣＲ
−８５ｉ）に対して貧溶媒である。これに対し、混合レ
ジストのもう一方の構成成分であるＯＥＢＲ−１０００
の樹脂成分はＰＭＭＡ６％と同じくＰＭＭＡであるが溶
剤はエチルセロソルブアセテートでありこれは、第２の
レジストであるノボラック系レジスト（ＴＳＣＲ−８５
ｉ）に対して良溶媒である。このため、第２のレジスト
に対する良溶媒の存在により、混合レジストの層と混合
層１７（図２参照）との相互拡散が促進されると考えら
れ、第１の実施例や第２の実施例の場合より低い熱処理
であっても混合層１７の所望の変質がより促進されるよ
うになると考えられる。

【００４２】上述においてはこの発明のパタン形成方法
のいくつかの実施例について説明したがこの発明は上述
の実施例に限られない。例えば上述の実施例では第２の
レジストの層をパターニングする際のエネルギー線をｉ
線を主とする紫外光としていたが、ｇ線を主とする紫外
光、または電子線描画装置から出力される電子線として
も良い。

【００４３】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明のパタン形成方法によれば、いわゆる遠紫外ＰＣＭ
法のキャップド法において第１および第２のレジスト層
間に生じてしまう混合層の除去を、第２のレジストの層
に対するパターニングを終えた試料上に、所定の第３の
層を形成し、さらに混合層のこの第３の層と接する部分
の変質を促進させるための処理をし、その後、この第３
の層を除去することで、行なえる。この第３の層の形成
は例えばリソグラフィ工程で使用する回転塗布装置によ
り行え、また、前記変質を促進する処理は例えば熱処理
装置により行え、第３の層の除去は例えば適正な溶媒に
第３の層を接触させる処理により行えるので、従来用い
ていた酸素プラズマ処理装置を用いることなく混合層の
除去が行える。

【００４４】また、酸素プラズマを用いていた場合は酸
素プラズマの均一性がパタンの均一性に影響を及ぼすの
で、パタンの劣化要因が増えてしまうが、この発明では
酸素プラズマを用いないで済むので、この問題も解決さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の説明に供する工程図である。

【図２】実施例の説明に供する図１に続く工程図であ
る。

【図３】実施例の説明に供する図２に続く工程図であ
る。

【図４】実施例の説明に供する図３に続く工程図であ
る。

【図５】実施例および比較例の説明図であり、ＳＥＭ写
真を模写した図である。

【図６】第３の実施例の説明に供する図（その１）であ
る。

【図７】第３の実施例の説明に供する図（その２）であ
る。

【図８】第３の実施例の説明に供する図（その３）であ
る。

【符号の説明】

１１：下地（例えばシリコン基板）１３：第１のレジストの層１３ａ：露光部１５：第２のレジストの層１５ａ：露光部１５ｘ：第２のレジストのパタン１７：混合層１９：ホトマスク１９ａ：遮光部２１：第３の層２３：変質した混合層２５：Ｌ／Ｓパタン２５ａ：ライン部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下地上に第１のレジストの層として遠紫
外光に感応するポジ型レジストの層を形成する工程と、
該第１のレジストの層上に第２のレジストの層として遠
紫外光以外のエネルギー線に感応するノボラック系レジ
ストの層を形成する工程と、該第２のレジストの層を前
記エネルギー線を用いたリソグラフィによりパターニン
グする工程と、第１のレジストの層上に第２のレジスト
の層を形成したためにこれら層の間に生じている混合層
のうち前記第２のレジストの層のパターニングによって
露出された部分を除去する工程と、前記混合層の前記露
出部分の除去が済んだ試料に遠紫外光を一括照射する工
程と、該遠紫外光の一括照射の済んだ試料における前記
第１のレジストの層を現像する工程と、を含むパタン形
成方法において、前記混合層の前記露出された部分の除去は、前記第２のレジストの層に対するパターニングを終えた
試料上に、第３の層であって、前記混合層の該第３の層
と接する部分が後の該第３の層を除去する際に共に除去
されるように該部分を変質させ得る材料からなる第３の
層を形成し、該第３の層の形成が済んだ試料に対し前記変質を促進す
るための処理をし、その後、該第３の層を除去するという一連の処理で行うことを特
徴とするパタン形成方法。
【請求項２】請求項１に記載のパタン形成方法におい
て、前記第３の層を構成する材料として、遠紫外光に感応す
るポジ型レジストを用い、前記変質を促進するための処理として加熱処理を行な
い、該加熱処理の済んだ試料における該第３の層の全面に遠
紫外光を照射し、該遠紫外光の照射の済んだ試料における該第３の層およ
び変質した前記混合層部分を該第３の層を構成した前記
ポジ型レジスト用の現像液によって除去することを特徴
とするパタン形成方法。
【請求項３】請求項１に記載のパタン形成方法におい
て、前記第３の層を構成する材料として、前記第１のレジス
トの分子量より小さい分子量でかつ露光前においても所
定溶媒に対し溶解し得る分子量を有した遠紫外光に感応
するポジ型レジストを用い、前記変質を促進するための処理として加熱処理を行な
い、該加熱処理の済んだ試料における該第３の層および変質
した前記混合層部分を前記所定の溶媒によって除去する
ことを特徴とするパタン形成方法。
【請求項４】請求項１に記載のパタン形成方法におい
て、前記第３の層を構成する材料として、遠紫外線に感応す
るポジ型レジストであって、それに含まれる溶媒が前記
第２のレジストに対する貧溶媒を主としかつ前記第２の
レジストの層を実質的に侵すことなく然も前記混合層の
溶解を促進する程度の割合で前記第２のレジストに対す
る良溶媒を含む溶媒となっているポジ型レジストを用い
ることを特徴とするパタン形成方法。