JPS62297841A - レジストパタ−ン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） この発明は半導体装置等の製造に用いられるレジストパ
ターンの形成方法に関するもので、特に、二層のレジス
トから成りアスペクト比が高くかつ微細なレジストパタ
ーンを形成する方法に関するものである。

（従来の技術） 近年、半導体装置の高集積化に伴ないこれら装置の製造
工程においてアスペクト比が高くかつ微細なレジストパ
ターンを形成することが出来る技術が要求されてきてい
る。特に、多層配線を形成する際、基板に形成された配
線は基板面との間に段差を構成しこのような段差は、こ
の基板上に次の配線を形成するため新たなレジストパタ
ーンを形成する場合に弊害となる。

このような段差を有する基板上に所望とするレジストパ
ターンを形成するための技術として、二層レジストプロ
セスが提案されている。このような技術としては例えば
文献（ジャーナル　オブ。

バキュウム　サイエンス　アンド　テクノロジー（Ｊｏ
ｕｎａｌ　ｏｆ　Ｖａｃｃｕｍ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎ
ｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　１６（６）　Ｐ、１６６９
〜１６７１　（１９８０）　）に開示されているものが
ある。

この文献によれば、下層としてＰＭＭＡ　（ポリメチル
メタクリレート）を用い、上層としてポジ型レジストで
あるＡＺ−１３５０Ｊ　（シラプレー社：　５ＨＩＰＬ
ＥＹ社のレジストの商品名）を用いて二層のレジスト層
を構成し、光露光法等の好適な方法によってこの上層レ
ジストをバターニングした後、この上層レジストパター
ンをマスクとして用い下層レジストに対して遠紫外線を
照射し上層のパターンを下層へ転写して二層レジストパ
ターンを得ている。このような場合、ＰＭＭＡは段差を
有する基板を平坦化する役割と、基板のエツチングを行
なう際のエツチングマスクの役割とを担うものとなる。

従って、このＰＭＭＡ上に形成されるＡＺ−１３５０Ｊ
を比較的薄い膜厚で均一な皮膜に形成することが出来る
ため、高解像なレジストパターンが得られるという。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したようなレジスト構成の従来のレ
ジストパターンであると、下層にドライエツチング耐性
が劣るＰＭＭＡを用いているため、このレジストパター
ンを例えば基板等をエツチングする場合のように高いド
ライエツチング耐性が要求される微細加工用レジストパ
ターンとして用いることが困難であるという問題点があ
った。

又、ＰＭＭＡの露光を行なう際ＰＭＭＡの感度が低いた
めこれのパターニングに時間がかかり、これがため、ス
ルーブツト（単位時間当りのウェハ処理枚数。）が低い
という問題点があった。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、ますます
高集積化される半導体装置の製造に用い得るような優れ
たレジストパターン形成方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明のレジストパター
ン形成方法は下層レジストに対ドライエツチング耐に優
れたＡＸ−５２００シリーズのポジ型レジストを用い、
上層レジストには対ドライエツチング性に優れたノボラ
ックのナフトキノンジアジドスルフォン酸エステル又は
ノボラックのナフトキノンジアジドスルフォン酸エステ
ルのシリルエーテルを用いて二層のレジストパターンを
形成するものであり、さらに、このような構成のレジス
トパターンを得るため、ポジ型及びネガ型レジストを積
層して用いる際に例えば各レジスト層の、紫外線等の照
射を受けた部分がネガ型の場合であれば不溶性となりポ
ジ型の場合であれば可溶性となるような互いに異る性質
について考慮したものである。

従って、この発明のレジストパターン形成方法は、下地
上にＡＺ−５２００シリーズのポジ型レジストを塗布し
て下層レジストを形成する工程と、 前述の下層レジスト上にノボラックのナフトキノンジア
ジドスルホン酸エステル又はノボラックのナフトキノン
ジアジドスルホン酸エステルのシリルエーテルを塗布し
て上層レジストを形成する工程と、 前述の上層レジストを紫外線又は電離放射線で露光する
第一露光工程と、 露光済み上層レジストを現像しネガ型レジストパターン
を形成する工程と、 前述のレジストパターンをマスクとして前述の下層レジ
ストを紫外線で露光する第二露光工程と、 前述の下層レジストをアルカリ現像液で現像する工程と
、 前述の第二露光工程の前に、前述の下層レジストの前述
の第一露光、工程の露光の形容を受けた部分を前述のア
ルカリ現像液に対し不溶化させる熱処理を行なう工程と
を含むことを特徴とする。

尚、この発明の実施に当り、熱処理工程を前述の第一露
光工程後であって前述のネガ型レジストパターンの形成
前に実施するか、或いは、前述のネガ型レジストパター
ンの形成後であって前述の第二露光工程前に実施するの
が好適である。

（作用） 第２図を参照してこの発明のレジストパターン形成方法
の作用について説明する。

第２図は、下地ｌｌ上にポジ型の下層レジスト１３及び
ネガ型上層レジスト１５を順次に有するウェハに対しこ
の上層レジスト上側からフォトマスク１９を介しこの上
層レジストを露光している様子を概略的に示す説明図で
ある。

このような状態で露光が行なわれた場合、本来であれば
、上層レジストの露光を行なうための第一露先の際に、
上層レジストの露光された部分（第２図中■で示す部分
）下のレジストの部分（第２図中■で示す部分）が第一
露先の影響を受けつまり共に露光されることになるため
、この下層レジストの部分■が後工程で用いられるアル
カリ現像液によって除去されてしまうはずであるが、後
述する実験結果からも明らかなように、第一露光工程の
後であって第二露光工程の前に行なう熱処理によってこ
の部分■がアルカリ現像液に対して不溶化される。従フ
て、ポジ型及びネガ型レジストを積層して用いてもそれ
ぞれのバターニングが行なえる。

（実施例） 以下、第１図（Ａ）〜（Ｆ）の図面を参照してこの発明
の実施例につき説明する。しかしながら、以下に述べる
実施例をこの発明の範囲内の好ましい特定の数値的条件
等で説明しているが、こ−れらは拳なる例示にすぎず、
この発明はこれら条件のみに限定されるものでないこと
明らかである。

先ず、この発明の発明者は二種類のレジストを用いて二
層レジストパターンの形成を行なう前に、先ず以下に示
すような実験を行なフた。

下地としての例えばシリコン基板上に０ＡＰ（東京応化
工業（株）製の密着増強剤の商品名）をコーティングし
た後（図示せず）、この上にＡＺ−５２００シリーズの
ポジ型レジストとして例えばＡＺ−５２１４（ヘキスト
社のレジストの商品名）を１μｍの膜厚に塗布しレジス
ト層を形成した。ホットプレートを用いこのシリコン基
板を９０℃の温度で６０秒間ベーキングした後、２５０
ＷのＨｇランプを用いコンタクト露光法によって所定の
マスクを介しレジスト層に対して露光を行なった。尚、
この露光の際のドーズ量を１００ｍＪ／ｃｍ２とした。

露光終了後、アルカリ現像液としての０ＦＰＲ（東京応
化工業（株）の現像液の商品名。）を１．５倍の容積の
水で稀釈したものを現像液として用い２３℃の温度で３
０秒間現像を行ない、さらに、水でリンスを行なった。

この結果、ポジ型のレジストパターンが得られた。

一方、上述したと同様にシリコン基板上にＡＺ−５２１
４を塗布し、その後、ベーキング及び露光を行ならだも
のに対し、露光後であって現像を行なう前にホットプレ
ートを用い１１０℃の温度で６０秒間ベーキングを行な
った。その後、上述したと同様なアルカリ現像液を用い
２３℃の温度で３０秒間現像を行なったところレジスト
パターンを得ることが出来なかった。この実験結果から
理解出来るように、露光後であって現像を行なう前に行
なった例えばホットプレートを用いた１１０℃、６０秒
間の熱処理は、露光されたことによってアルカリ現像液
で本来除去されるはずのレジスト層の部分をこの現像液
に対して不溶化させる効果をもたらすことか分った。尚
、この不溶化が得られる熱処理温度について調査したと
ころ、ホットプレートによる場合て時間を６０秒とした
場合８０℃以上の温度で不溶化させる効果を得ることが
出来、又、１４０℃以上の温度とした場合にはＡＺ−５
２１４を露光しなくともクロスリンクを起しバターニン
グすることか出来なくなることか分フた。

ところで、以下の説明の熱処理を上述したようなホット
プレートを用いた例て説明するが、この熱処理を他の好
適な方法例えばベーク炉を用いる等の方法で行なっても
良く、それらの方法に従った好適な熱処理条件を設定す
れば実施例と同様な効果を同様に得ることが出来ること
明らかである。

次に、この熱処理の効果を利用し実際に二層のレジスト
パターン形成を行なうことが出来るかどうかについて以
下の通り実験した。第１図（Ａ）〜（Ｆ）はこの発明の
レジストパターン形成方法の一例の説明に供するレジス
トパターンの形成工程図であり、形成される進度に応じ
ウェハの断面をそれぞれ表わしたものである。

火旌贋↓ 下地としての例えばシリコン基板ｌｌ上にＯＡＰをコー
ティングした後（図示せず）、この上にポジ型レジスト
であるＡＺ−５２１４を１μｍの膜厚に塗布し下層レジ
スト１３を形成した（第１図（Ａ）参照）。ホットプレ
ートを用いこのシリコン基板を９０℃の温度で６０秒間
ベーキングした後、この下層レジスト１３上にモノクロ
ルベンゼンに対してノボラックのナフトキノンジアジド
スルホンエステル（以下、ＬＭＲと略称する。）を溶解
させたものを０．５μｍの膜厚に塗布し上層レジスト１
５を形成した（第１図（Ｂ）参照）。次に、ホットプレ
ートを用いこのシリコン基板を９０℃の温度で６０秒間
ベーキングした後、２５０ＷのＨｇランプを用いコンタ
クト露光法によって所定のマスクを介し上層レジスト層
１５に対して露光（第一露光）を行なった（第１図（Ｃ
）参照）。尚、この露光の際のドーズ量を１００ｍＪ／
ｃｍ２とした。露光終了後、下層レジスト１５の第一露
光工程の露光の影雷を受けた部分を後工程で用いるアル
カリ現像液に対し不溶化させる目的のため、ホットプレ
ートを用いこのシリコン基板を１２０℃の温度で９０秒
間ベーキングした。然る後、芳香族系現像液として例え
ばモノクロルベンゼン／シクロヘキサンの１０７１．５
（体積比）の混合溶液を現像液として用い２３℃の温度
で２０秒間現像を行ない、続いて、シクロヘキサンで１
０秒間リンスを行なった。この結果、ＬＭＲの、解像度
が０．７５μｍのラインアンドスペースを有する上層レ
ジストのパターン１５ａが得られていることが分った（
第１図（Ｄ）参照）。

次に、プラズマエツチング装置を用い酸素プラズマでＬ
ＭＲのレジストパターン１５ａ及び下層レジスト１３に
対して１００人の膜厚分のアッシング（スライドエツチ
ング）を行なった。次に、上層レジストパターン＋５ａ
をマスクとし下層レジスト１３に対して５００ＷのＸｅ
−Ｈｇランプを用い１００ｍＪ／ｃｍ２のドーズ量で２
００〜３００ｎｍの波長の遠紫外光２３を一括照射した
（第二露光、第１図（Ｅ）参照）。然る後、アルカリ現
像液としての例えば０ＦＰＲ（東京応化工業（株）の現
像液の商品名。）を１．５倍の容積の水で稀釈したもの
を現像液として用い２３℃の温度で３０秒間現像を行な
い、さらに、水でリンスを行なった。こうして形成され
た二層のレジストパターンを観察したところ、これは０
．７５μｍのラインアンドスペースが解像されているも
のであり、かつ、このレジストパターンのそのライン方
向と直交する方向にとった断面形状は矩形形状であり残
存している膜厚が約１．５μｍのものであった（第１図
（Ｆ）参照）。

この実施例からも理解出来るように、熱処理によって不
溶化されるのは第一露光の影響を受けた部分のみであっ
て、下層レジストの第二露光で露光された部分はアルカ
リ現像液によって所定の通り除去され、従って、ポジ及
びネガ型レジストを用いて所望とする二層のレジストパ
ターンを得ることが可能なことが分った。

火五應］。

ＡＺ−５２１４と、ＬＭＲとを用い下層及び上層レジス
トの形成を実施例１と同様に行なった。

次に、上層レジストに対し２０ＫＶの電子線にて２０μ
ｃ　／　ｃ　ｍ　２のドーズ量で露光（第一露光）を行
なった。次に、第一露光工程の露光の影響を受けた部分
をアルカリ現像液に対し不溶化させるための熱処理とし
て１１５℃の温度で６０秒間ベーキングを行なった後、
実施例１で用いたと同様な上層レジスト用の現像液で２
３℃の温度で２０秒間の現像を行ない、さらに、シクロ
ヘキサンで１０秒間リンスを行なった。

次にプラズマエツチング装置を用い０２プラズマで実施
例１と同様にスライドエツチングを行なった。

次に、下層レジストに対して２５０ＷのＨｇランプを用
い丁−ズ量を１００ｍＪ／ａｍ２として一括照射で露光
を行ない、続いて実施例１と同様な現像液を用い２３℃
の温度で３０秒間現像し、水で１０秒間リンスを行なっ
た。このようにして形成された二層のレジストパターン
を観察したところ、これは０．７μｍのラインアンドス
ペースが解像されているものであり、かつ、約１．５μ
ｍのレジスト膜厚を有するものであった。

この実施例からも理解出来るように電離放射線を用いて
第一露光を行なった場合であっても、上述した熱処理は
この第一露先によって影響を受けた下層レジストの部分
を不溶化させ得ることが分った。

実去ｄ汁ユ シリコン基板１１上にＯＡＰをコーティングした後、こ
の上にポジ型レジストであるＡＺ−５２１４を１μｍの
膜厚に塗布し下層レジストを形成した。ホットプレート
を用いこのシリコン基板を９０℃の温度で６０秒間ベー
キングした、この下層レジスト上にキシレンにノボラッ
クのナフトキノンジアジドスルホンエステルのシリルエ
ーテル（以下、Ｓｉ−ＬＭＲと略称する。）を溶解させ
たものを０．５μｍの膜厚に塗布し上層レジストを形成
した。次に、ホットプレートを用いこのシリコン基板を
９０℃の温度で６０秒間ベーキングした後、反射投影型
アライナによって所定のマスクを介し上層レジスト層に
対して露光（第一露光）を行なった。尚、この露光の際
のドーズ量を９０ｍＪ／ｃｍ２とした。露光終了後、下
層レジストの第一露光工程の露光の影響を受けた部分を
後工程で用いるアルカリ現像液に対し不溶化させる目的
のため、ホットプレートを用いこのシリコン基板を１２
０℃の温度で９０秒間ベーキングした。然る後、キシレ
ンを現像液として用い２３℃の温度で１５秒間現像を行
ない、続いて、シクロヘキサンで１０秒間リンスを行な
った。この結果、Ｓｉ−ＬＭＲの、解像度が１．０μｍ
のラインアンドスペースを有する上層レジストのパター
ンが得られていることが分った。

次に、プラズマエツチング装置を用い酸素プラズマでＳ
ｉ−ＬＭＲのレジストパターン及び下層レジストに対し
て５０人の膜厚分のアッシング（スライドエツチング）
を行なフた。次に、上層レジストパターンをマスクとし
下層レジストに対して５００ＷのＸｅ−Ｈｇランプを用
い１５０ｍＪ／ｃｍ２のドーズ量で２００〜３００ｎｍ
の波長の遠紫外光を一括照射した（第二露光）。然る後
、アルカリ現像液としての実施例１と同様な現像液を用
い２３℃の温度で３０秒間現像を行ない、さらに、水で
リンスを行なった。こうして形成された二層のレジスト
パターンを観察したところ、これは１．０μｍのライン
アンドスペースが解像されているものであることが分っ
た。

このように、Ｓｉ−ＬＭＲを上層レジストとした場合で
あっても所望とする二層レジストパターンを得られるこ
とが分った。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のレジス
トパターン形成方法によれば、下層レジストとして耐ド
ライエツチング性の高いＡＸ−５２１４を用い、上層レ
ジストとして紫外線から電離放射線に対して高感度であ
るＬＭＲ又はＳｉ−ＬＭＲを用い、さらに、上層レジス
トに対する露光後であってかつ下層レジストに対して露
光を行なう前にレジスト層に対し適切な熱処理を施すこ
とによって下層レジストの、上層レジストの露光により
影響を受けた（露光を受けた）部分を下層レジストの現
像液であるアルカリ溶液に対して不溶化させることが出
来る。従って、ポジ型及びネガ型レジストを積層して用
いた場合であっても良好な二層レジストパターンを得る
ことが出来る。

又、上層及び下層レジスト共に耐ドライエツチング性の
高いレジストを用いることが出来るため、超ＬＳＩ製造
における微細パターン形成に利用することが出来る。又
、従来より感度の高いレジストを用いることが出来るた
め、高いスループットを期待することが出来る。

さらに、この発明のレジストパターン形成方法は新規な
設備等を新たに用意することなく良好なレジストパター
ンを得ることが出来るため、この点からみた場合でもそ
の工業的価値は非常に大きなものがある。

これがため、ますます高集積化される半導体装置の製造
に用い得るような優れたレジストパターン形成方法を提
供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｆ）はこの発明のレジストパターン形
成方法の説明に供するレジストパターンの形成工程図、 第２図はこの発明のレジストパターン形成方法の説明に
供する、第一露先の状態を概略的に示す説明図である。 １１・・・下地（シリコン基板） １３・・・・・・下層レジスト、　　　１５−・・上層
レジスト１５ａ　−−−上層レジストのパターン１７・
・・二層のレジストパターン １９−・・フォトマスク ２１・・・紫外線又は電離放射線 ２３−・・紫外線。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社特許出願人　　
　　冨士薬品工業株式会社ＩＩ　　Ｉｆ　　ｆＩＩＩ　
　Ｊｉ２Ｉｌｆ、下だ（シリコン石ミ久）　ｔｓ＝Ａｒ
シスｂ７３　　下Ａしシスト　　　　　　２１？ダＬ琲
ズ１バｔじ射恐二の発ｅ月のレジ・スト１寸ターン／Ｊ
父八ズ５入のへえ明図第１図 この脣９弓のし／ストＩ＼°クーン形戒万シ尺の寥兇明
図第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地上にＡＺ−５２００シリーズのポジ型レジス
   トを塗布して下層レジストを形成する工程と、 前記下層レジスト上にノボラックのナフトキノンジアジ
   ドスルホン酸エステル又はノボラックのナフトキノンジ
   アジドスルホン酸エステルのシリルエーテルを塗布して
   上層レジストを形成する工程と、 前記上層レジストを紫外線又は電離放射線で露光する第
   一露光工程と、 露光済み上層レジストを現像しネガ型レジストパターン
   を形成する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして前記下層レジスト
   を紫外線で露光する第二露光工程と、前記下層レジスト
   をアルカリ現像液で現像する工程と、 前記第二露光工程の前に、前記下層レジストの前記第一
   露光工程の露光の影響を受けた部分を前記アルカリ現像
   液に対し不溶化させる熱処理を行なう工程と を含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。