JPH09134871A

JPH09134871A - 反射防止膜の形成方法

Info

Publication number: JPH09134871A
Application number: JP7293053A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hashimoto; 修一橋本; Kunihiko Kasama; 邦彦笠間
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】基板に段差がある場合でも膜厚が均一にな
り、反射率のむらを生じさせることのない反射防止膜の
形成方法を提供する。【解決手段】半導体基板１上に光酸発生剤２の薄膜を
形成する工程と、その上に染料と架橋剤を含んだネガ型
レジスト樹脂３を形成する工程と、遠紫外線による半導
体基板の全面露光、ベーク、現像を施し、光酸発生剤２
の近傍部分のみで架橋反応を起こさせることにより、半
導体基板１の段差に沿った反射防止膜５を形成する工程
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や集積
回路を製作する際の微細パターンの形成方法に関し、特
に、基板からの反射を防止する目的で用いられる反射防
止膜の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や集積回路の製造工程におい
ては、一般に、紫外線や遠紫外線を用いたフォトリソグ
ラフィーによってパターンを形成している。その際に、
基板表面がメタル等の反射率の高いものである場合や、
基板表面に段差や凹凸がある場合には反射の影響を受け
やすく、正確なパターン転写が困難になる。そこで、こ
のような反射の影響を抑制するために、樹脂と光吸収用
染料からなる有機膜が反射防止膜の一つとして用いられ
てきた。

【０００３】この種の反射防止膜の適用例としては、例
えば特開昭６４−５２１４２号公報に、基板上に反射防
止膜、レジスト膜を順次塗布し、レジストの露光、現像
を行った後、レジスト膜にシリル化反応と架橋反応によ
る硬化処理を施し、その後、不要な反射防止膜を除去す
る、というパターン形成方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来より、
この種の反射防止膜はスピンコートにより塗布、形成し
ているが、この場合、段差のある基板上に均一な厚さの
膜を形成することは不可能であり、図２に示すような膜
厚むらが必ず生じてしまう（特開昭６４−５２１４２号
公報の第２図にも見られる）。例えば図２において、ａ
部ではｂ部より反射防止膜が厚くなり、露光時にその分
だけ紫外線や遠紫外線の吸収量が多くなるため、反射率
が小さくなる。そして、このような基板上の位置に依存
する反射率のむらはパターン精度に悪影響を及ぼすた
め、反射防止膜の膜厚は均一であることが要求される。

【０００５】したがって、有機材料を段差のある基板上
に塗布し反射防止膜として使用する場合、段差部で膜厚
むらが生じ、これが反射率のむらにつながるため、結果
としてレジストパターン寸法のばらつきが大きくなる、
という問題があった。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、基板に段差がある場合でも膜厚が
均一になり、反射率のむらを生じさせることのない反射
防止膜の形成方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の反射防止膜の形成方法は、半導体基板上
に光酸発生剤の薄膜を形成する工程と、架橋剤を含み実
際のレジストパターン露光時に用いる光に対して吸光性
を持つ非感光性のネガレジスト樹脂からなる膜を前記薄
膜上に形成する工程と、紫外線または遠紫外線を用いて
前記半導体基板全面の露光を行い、さらに、ベーク、現
像を行うことによって前記半導体基板上に前記ネガレジ
スト樹脂の薄膜を反射防止膜として残す工程とを備えた
ことを特徴とするものである。

【０００８】そして、ここで用いる非感光性のネガレジ
スト樹脂に染料を加えることによりこのネガレジスト樹
脂に実際のレジストパターン露光時に用いる遠紫外線に
対して吸光性を持たせるようにしてもよい。あるいは、
非感光性のネガレジスト樹脂自体が、実際のレジストパ
ターン露光時に用いる遠紫外線に対して吸光性を持つと
ともに、紫外線に対して吸光性を持たないものであって
もよい。また、前記光酸発生剤の薄膜の形成には、光酸
発生剤をスピンコート塗布するか、もしくは光酸発生剤
を気相状態とし半導体基板を気相雰囲気中で処理する
か、のいずれかの方法を採ることができる。

【０００９】ところで、ベース樹脂と、光化学反応によ
り分解して酸を発生する光酸発生剤と、酸触媒反応によ
りベース樹脂を架橋する架橋剤を成分とするレジスト、
いわゆる化学増幅ネガ型レジストと呼ばれるレジストが
知られている。化学増幅ネガ型レジストの場合、露光後
のベーク工程で架橋反応が起こり、レジストが現像液に
対して不溶化する。このときの架橋反応は、露光により
光酸発生剤から発生した酸が触媒として機能することに
より起こるため、露光されなかった部分では架橋反応が
起きず、現像液に溶解することになる。

【００１０】一方、本発明で言う「架橋剤を含み後のレ
ジストパターン露光時に使用する光に対して吸光性を持
つ非感光性のネガレジスト樹脂」とは、上記の化学増幅
ネガ型レジストから光酸発生剤を除き、かつ、吸光性を
持たせるために、例えば光吸収用染料を添加したもので
ある。すなわち、本発明のネガレジスト樹脂には光酸発
生剤が含まれていないため、全面露光後のベーク工程で
架橋反応が起こるのは、ネガレジスト樹脂全体のうち、
光酸発生剤の薄膜に接している部分の近傍のみとなる。
ここで、近傍というのは、ベーク時にレジスト中への酸
の拡散と架橋反応が同時に起こるため、光酸発生剤の薄
膜と接している面からある一定の厚さのレジストが架橋
化して現像液に対して不溶化する、という意味である。
なお、非感光性とは、露光時点では架橋反応が起こらな
いという意味である。

【００１１】したがって、半導体基板の全面露光、ベー
ク、現像を行った際に、光酸発生剤上のネガレジスト樹
脂は光酸発生剤近傍の部分だけが残り、それが反射防止
膜として機能するため、均一な膜厚の反射防止膜が形成
されることになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１を参照して説明する。本実施の形態は、反射防止
膜形成時の露光と実際のレジストパターンの露光の双方
に共通して、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光
（遠紫外線）を使用する例である。

【００１３】図１（ａ）に示すような段差を持つ半導体
基板１を用い、図１（ｂ）に示すように、その表面に光
酸発生剤２からなる薄膜を形成する。この光酸発生剤２
としては、ジアリールヨードニウム誘導体等を用いるこ
とができ、これをスピンコート塗布するか、あるいは光
酸発生剤２を気相状態とし半導体基板１を気相雰囲気中
で処理する、いわゆる気相処理を行うかのいずれかの方
法によって薄膜を形成する。

【００１４】その後、図１（ｃ）に示すように、光酸発
生剤２の薄膜の上に、染料および架橋剤を含んだネガ型
レジスト樹脂３をスピンコート塗布する。このネガ型レ
ジスト樹脂および架橋剤としては、それぞれポリビニル
フェノール樹脂、メラミン系架橋剤等を用いることがで
きる。また、染料とはＫｒＦ光に対して高い吸光度を持
つ有機材料のことである。反射率の調整は、この染料の
濃度によって調整することができる。

【００１５】次に、図１（ｄ）に示すように、半導体基
板にＫｒＦ光４を照射することにより全面露光を行い、
露光後、まず、ベークを行うと、光酸発生剤２の薄膜と
接している面からある一定の厚さの部分のレジストが酸
を触媒とした架橋反応を起こす。

【００１６】ついで、現像を行うと、図１（ｅ）に示す
ように、架橋反応が起きた部分のレジストだけが現像液
に対して不溶化して残るため、半導体基板１の段差に沿
った薄い反射防止膜５が形成される。膜厚の一例として
は、ネガ型レジスト樹脂３の膜厚が１．０〜１．５μｍ
であるのに対して、最終的に残る反射防止膜５の膜厚が
０．２〜０．３μｍ程度である。

【００１７】そして、反射防止膜形成後、レジストを塗
布し、ＫｒＦ光を用いた実際のレジストのパターニング
をこの反射防止膜上に行う。さらに、レジストパターン
形成後、レジストパターンの無い部分で不要になった反
射防止膜をドライエッチング等で除去する。この際、反
射防止膜はレジストに比べて充分に薄いので、簡単に除
去することができる。

【００１８】本実施の形態の反射防止膜の形成方法は、
半導体基板１上に光酸発生剤２の薄膜を形成し、この上
に形成したネガ型レジスト樹脂３のうち、光酸発生剤２
の近傍部分のみを反射防止膜５として残すという方法で
ある。したがって、反射防止膜材料を基板上に直接、ス
ピンコート塗布していた従来の形成方法と異なり、基板
の段差部でも膜厚むらが生じることなく、反射率が基板
上で均一になるため、結果としてレジストパターン寸法
のばらつきを従来に比べて低減することができる。

【００１９】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、露光時に使用する光が第１
の実施の形態と異なり、反射防止膜形成時の露光に波長
３６５μｍの水銀灯のｉ線（紫外線）を使用し、実際の
レジストパターンの露光に波長２４８ｎｍのＫｒＦエキ
シマレーザ光（遠紫外線）を使用する例である。

【００２０】また、反射防止膜形成のプロセスは第１の
実施の形態と同様であるが、ネガ型レジスト樹脂とし
て、ポリビニルフェノール樹脂に代えてノボラック樹脂
を使用する点、および第１の実施の形態でネガ型レジス
ト樹脂に添加した染料を添加しない点、が異なってい
る。

【００２１】本実施の形態の場合、ネガ型レジスト樹脂
として使用したノボラック樹脂が、ｉ線に対して吸光度
が低く、ＫｒＦ光に対して吸光度が高いという特性を持
ち、ノボラック樹脂自体がＫｒＦ光に対する反射防止膜
の機能を果たすため、染料を添加する必要がなくなる、
という利点を有している。また、反射防止膜形成時にｉ
線を用いることができるので、比較的高価なＫｒＦ露光
装置を使用しなくて済む、という利点も有している。

【００２２】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記実施の形態では、光酸発生剤としてオニウム塩
類に属するジアリールヨードニウム誘導体を用いたが、
その他、ハロゲン含有化合物、キノンジアジド化合物、
スルホン化合物、スルホン酸化合物、ニトロベンジル化
合物等を用いてもよい。また、ネガ型レジスト樹脂、架
橋剤、染料についても種々の材料を用いることができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
反射防止膜の形成方法は、半導体基板上に光酸発生剤の
薄膜を形成し、この上に形成したネガ型レジスト樹脂の
うち、光酸発生剤の近傍部分のみで架橋反応を起こさせ
ることにより、この部分を反射防止膜として残すという
方法を採っている。したがって、反射防止膜材料を基板
上に直接スピンコート塗布する従来の形成方法と異な
り、基板の段差部でも膜厚むらが生じることなく、反射
率が基板上で均一になるため、結果としてレジストパタ
ーン寸法のばらつきを従来に比べて低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である反射防止膜の形成
方法の手順を示す基板の断面図である。

【図２】従来の形成方法を用いたときの反射防止膜の状
態を示す基板の断面図である。

【符号の説明】

１半導体基板２光酸発生剤３ネガ型レジスト樹脂４遠紫外線５反射防止膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に光酸発生剤の薄膜を形成
する工程と、架橋剤を含み実際のレジストパターン露光
時に用いる光に対して吸光性を持つ非感光性のネガレジ
スト樹脂からなる膜を前記薄膜上に形成する工程と、紫
外線または遠紫外線を用いて前記半導体基板全面の露光
を行い、さらに、ベーク、現像を行うことによって前記
半導体基板上に前記ネガレジスト樹脂の薄膜を反射防止
膜として残す工程とを備えたことを特徴とする反射防止
膜の形成方法。
【請求項２】請求項１に記載の反射防止膜の形成方法
において、前記ネガレジスト樹脂に染料を添加しておくことによ
り、このネガレジスト樹脂に実際のレジストパターン露
光時に用いる遠紫外線に対する吸光性を持たせることを
特徴とする反射防止膜の形成方法。
【請求項３】請求項１に記載の反射防止膜の形成方法
において、前記ネガレジスト樹脂自体が、実際のレジストパターン
露光時に使用する遠紫外線に対して吸光性を持つととも
に、紫外線に対して吸光性を持たないことを特徴とする
反射防止膜の形成方法。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の反
射防止膜の形成方法において、前記光酸発生剤をスピンコート塗布することにより、前
記光酸発生剤の薄膜を形成することを特徴とする反射防
止膜の形成方法。
【請求項５】請求項１ないし３のいずれかに記載の反
射防止膜の形成方法において、前記光酸発生剤を気相状態とし前記半導体基板を前記気
相雰囲気中で処理することにより、前記光酸発生剤の薄
膜を形成することを特徴とする反射防止膜の形成方法。