JPS62245251A - 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】 〔概　要〕 フォトクロミック材を含んだレジストを用い、フォトマ
スクを介しての上層部のみの１次露光によって露光され
た領域に含まれるフォトクロミック材を発色せしめ、熱
処理により該発色領域を結鎖固化してレジスト層の上層
部内に発色したフォトクロミック材を含むフォトマスク
機能部を形成し、次いで該フォトマスク機能部を介し該
レジスト層全面を底部まで達する光量で２次露光する。

これによって、１次及び２次露光に際してのマスク下部
の露光深さが減少するのでパターンの解像度が向上する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明はレジストパターンの形成方法に係り、特にポジ
型フォトレジストを用い、紫外線等の露光によってサブ
ミクロン・オーダの微細レジストパターンを形成する方
法に関する。

超ＬＳＩ等の極度に高集積化される半導体装置回路装置
等においては、該集積回路を構成する素子も極度に微細
化されて来ており、電極配線等のパターン寸法もサブミ
クロン・オーダが要求される。

かかるサブミクロンパターンの形成には露光に用いるエ
ネルギー線の波長の短い電子ビーム（ＥＢ）露光または
Ｘ線露光が適するが、これは非常に生産性が悪いので密
着法やステッパによる全面光露光によりす・ブミクロン
パターンを形成する方法が要望される。

〔従来の技術〕

従来から微細パターンの形成には、解像度の優れたポジ
型のフォトレジストが用いられる。

そして上記ポジ型フォトレジスト（以下ポジレジストと
略称する）を用いる密着露光またはステッパ露光技術に
おいては、レジストパターンの形成に際して第３図に示
す工程断面図のようにレジスト層を一度の露光で底部ま
で感光させる方法が用いられていた。

即ち、第３図（ａ）に示すように、被加工基板５１（Ｃ
ｒ、ＳｉＯ□など）上に厚さ１〜１．５μｍ程度のポジ
レジスト層５２を塗布形成し、次いでプリベーク処理を
行って該ポジレジスト層５２を固化する。

次いで第３図中）に示すように、該レジスト層５２上に
フォトマスク５３を密着し、該フォトマスク５３を通し
てレジスト層５２にその底部まで感光せしめることが可
能な強度を有する紫外光５４を照射して該レジスト層５
２にマスクパターン５５を転写露光する方法が用いられ
ていた。

またフォトマスク５３のかわりにステッパ露光で行う方
法も用いられていた。

なお図中、５６は感光領域、５７は未露光領域を示す。

しかしこの方法によると、レジスト層５２を底部まで感
光せしめるために紫外光５４のエネルギー強度が高いこ
と、及び露光時間が長引くことに起因する、フォトマス
ク５３とレジスト層５２間に生ずるギャップ部における
紫外光５４の散乱量の増大、及びレジスト層５２内にお
ける紫外光の横方向への拡散量の定在波の影響による増
大によって、表面部の感光領域が、感光拡大領域１５６
で図示するように底部より拡がる。

そこで現像を行うと第３図（Ｃ）に示すように、該レジ
スト層５２に上部に向かって斜面状に拡がった開孔５８
が形成され、該開孔５８のフォトマスクパターンに対応
する底部開口部１５５近傍のレジスト層５２の厚みが薄
くなる。

そのため８、このレジスト層５２をマスクにして被加工
基板５１のエツチング処理を行う際、上記底部開口部１
５５近傍の薄いレジスト層が損耗し、基板５１に転写さ
れるパターンの寸法がフォトマスクのパターン（遮光パ
ターン）より拡大するという問題を生ずので、該従来方
法でサブミクロンパターンを形成することは極めて困難
であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、従来の密着露光ま
たはステッパ露光方法において、光の散乱及び拡散によ
って感光領域が拡大し、サブミクロンパターン加工用の
レジストパターンの形成が極めて困難であった点である
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、被加工基板上にフォトクロミック材を含
んだポジ型のフォトレジスト層を形成する工程と、該フ
ォトレジスト層の上層部の一部のみを選択的に露光し該
露光領域のフォトクロミック材を発色せしめる１次露光
の工程と、該１次露光領域を結鎖固化せしめる熱処理工
程と、該熱処理を終わったフォトレジスト層をその底部
まで全面露光する２次露光の工程と、該２次露光を終わ
ったフォトレジスト層を現像して該１次露光領域及びそ
の下部の未露光領域以外のフォトレジスト層を選択的に
除去する工程とを含む本発明によるレジストパターン形
成方法によって解決される。

〔作　用〕

フォトクロミック材を含有せしめたポジレジストを用い
、光による１次露光により該レジスト層の上層部のみに
露光を行って該露光領域のフォトクロミック材を発色せ
しめ、熱処理によって該１次露光領域を結鎖固化させて
これをマスク化し、その後レジスト層全面に２次露光を
行う。この際レジスト層内に形成されている前記マスク
化された１次露光パターンがマスクとなって該レジスト
層に露光がなされ、該マスク化領域及びその下部の領域
を除くレジスト層が感光し、次の現像工程によりこの感
光領域が選択的に除去される。

この方法によると、１次、２次露光ともマスク下部の露
光深さが、レジスト層を底部まで一度に露光する従来方
法よりも浅くなるので、マスクを通過した光の拡散幅は
小さくなり、レジスト層の解像度が向上して、より微細
なパターンの転写が可能になる。

〔実施例〕

以下本発明を図示実施例により、具体的に説明する。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施例の工程断
面図で、第２図（ａｌ〜！ｅｌは本発明の第２の実施例
の工程断面図である。

全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。

第１図（ａｌ〜（ｅ）に示す第１の実施例は、単層構造
のポジレジストを用いて本発明の方法により微細なレジ
ストパターンを形成する方法である。

この方法においては、先ず第１図（ａ）に示すように、
被加工基板１上にフォトクロミック材を含有せしめたポ
ジレジスト層２をスピンコード法により厚さ１〜１．５
μｍ程度に塗布する。

なお、フォトクロミック材には一般に多く用いられてい
るスピロピラン系のフォトクロミック材（発色色調−茶
色）が使用され、そのポジレジスト層への含有量は、通
常の粘度５〜３０ｃｐの液に対して１〜２ｗｔ％程度で
充分である。

次いで第１図（ｂｌに示すように、上記ポジレジスト層
２上にフォトマスク３を密着し、紫外光４によりフォト
マスク３を通して該レジスト層２に、その厚さの１７２
程度の深さ、例えば０．５〜０．７５μｍ程度の深さに
１次露光し、レジスト層２の上層部にフォトマスク３の
マスクパターン５の反転パターン（透光パターン）に対
応するフォトクロミック材が発色してなる発色レジスト
パターン６を形成する。

なお該１次露光の深さはレジスト層２の厚さの１／２程
度であるので、従来の底部まで行っていた密着露光に比
べ、露光エネルギー及び露光時間を１／２程度に減少し
得ることにより光の散乱及び拡散は低減され、パターン
の転写精度が大幅に向上する。

次いで第１図（Ｃ）に示すように、フォトマスク３を撤
去した後、９０〜２００℃程度の温度で熱処理を行い、
上記発色レジストパターン６を現像液に不溶性で且つ機
械的に強固なマスクパターン１０６化する。

なおここで、発色レジストパターンが現像液に不溶性で
且つ機械的に強固になるのは、熱処理により発色したフ
ォトクロミック材がイオン化し、これに励起されてその
近傍のポジレジストもイオン化して分子間の架橋が進む
ことによる。

次いで第１図（ｄ）に示すように、該ポジレジスト層２
に対し、底部まで露光できる条件で全面露光である２次
露光を行う。この全面露光において上記発色レジスト・
マスクパターン１０６はレジスト２内に埋込°まれたフ
ォトマスクとして機能し、該発色レジスト・マスクパタ
ーン１０６に覆われない領域を選択的に感光せしめる。

図において、２Ａは感光領域、２Ｂは未感光領域を示す
。

なお該露光においても、発色レジスト・マスクパターン
１０６の底部からレジスト層底部までの深さはレジスト
層２の厚さの１／２程度であるので、この部分での紫外
光の拡散は少なく高い露光精度が得られる。

次いで、テトラメチルハイドライド等のアルカリ系の現
像液により通常の現像を行って、上記レジスト層２の２
次露光における感光領域２Ａを選択的に溶解除去し、第
１図（１３）に示すように、発色レジスト・マスクパタ
ーン１０６とその下部のレジストの未感光領域２Ｂより
なり、フォトマスクのバタ−ンの反転パターンであるポ
ジレジストパターン１０２を形成する。

なおこのレジストパターン１０２は前述のように露光に
際して紫外光の拡散が少ないので、外形の拡大の極めて
少ない高精度のレジストパターンとなる。

次ぎに、表面が平坦でない半導体基板面上に精度のよい
微細レジストパターンを形成する第２の実施例について
、第２図（ａｌ〜（ｅ）に示す工程断面図を用いて説明
する。

この場合先ず第２図（ａｌに示すように、表面が平坦で
ない被加工半導体基板ｌｌ上にその表面を平坦化する機
能を合わせ持つ厚さ１〜１．５μｍ程度の第１のポジレ
ジスト層１２を塗布形成し、次いでその上にポジレジス
トと選択性を有する例えば厚さ１μｍ程度のＥＢレジス
トよりなる中間分離層１３を塗布形成し、次いでその上
に第１の実施例同様にフォトクロミック材を含んだ厚さ
０．５μｍ程度の第２のポジレジスト層１４を形成する
。

次いで第２図（ｂ）に示すように、第１の実施例同様フ
ォトマスク３を通して第２のレジスト層１４に厚さの１
／２程度の深さに達する１次露光を行い、該レジスト層
１３の上層部にフォトクロミック材が発色してなる発色
レジストパターン６を形成する。

次いでフォトマスク３を撤去した後、９０〜２００℃の
熱処理を行って上記発色レジストパターン６を固化、不
溶化せしめて発色レジストマスクパターン１０６とし、
第１の実施例同様全面露光による２次露光を行って発色
レジストマスクパターン１０６に覆われない領域を感光
せしめ、現像を行って、第２図（Ｃ１に示すように、中
間分離層１３上に発色レジストマスクパターン１０６と
その下部の未感光レジスト層１４Ｂとよりなる第１の積
層パターン１５を形成する。

次いで上記第１の積層パターン１５特に該積層パターン
の発色レジストマスクパターン１０６をマスクにしてＥ
Ｂレジスト中間分離層１３に波長が短く解像度に優れる
遠紫外光による３次露光を行った後い、現像を行って感
光した中間分離層１３を選択的に除去し、第２図（ｄｌ
に示すように、第１のポジレジスト層１２上に未感光の
中間層１３Ｂと未感光の第１のレジスト層１４Ｂと発色
レジストマスクパターン１０６とよりなる第２の積層パ
ターン１６を形成する。

次いで、上記第２の積層パターン１６をマスクにして第
１のポジレジスト層１２にその底部に達する４次露光を
行い、現像を行って、第２図（８）に示すように、被加
工半導体基板ｌｌ上にフォトマスクパターン５の反転パ
ターンである第１のポジレジスト層の未感光領域１２Ｂ
と未感光の中間層１３Ｂと未感光の第１のレジスト層１
４Ｂと発色レジストマスクパターン１０６とよりなる第
３の積層パターン１７即ちレジストパターンを形成する
。

上記のように平坦でない半導体基板上にレジストパター
ンを形成する際、従来は平坦化も含めて２〜３μｍ程度
の厚いレジスト層を形成し、該レジスト層に対して底部
まで一気に露光を行って形成していたため、前述したよ
うに光の拡散により精度良いパターンの形成がなされな
かった。

しかし上記実施例の方法によればマスク下部の精度を決
定する部分の露光深さが、１次、２次、３次、４次露光
とも従来の２〜３μｍに比べて大幅に縮小されるので、
これら露光における光の拡散は抑止され、露光精度が大
幅に向上する。

なお第１の実施例の方法により、サブミクロンパターン
を有するフォトマスクの量産が実現している。

また第２の実施例の方法により半導体基板上に１．０μ
ｍ以下程度の微細パターンを容易に形成することが可能
になった。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明によれば、紫外線等による露光
に際して光の横方向への拡散が抑止されるので、サブミ
クロン若しくはその近傍の微細なレジストパターンが容
易に、且つ精度良く形成できる。

従って本発明はフォトマスク、ＬＳＩ等の製造工程に極
めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅｌは本発明の第１の実施例の工程断
面図、 第２図（ａ）〜（Ｑ）は本発明の第２の実施例の工程断
面図、 第３図（ａ）〜（Ｃ１は従来方法の工程断面図である。 図において、 １は被加工基板、 ２はフォトクロミック材含有ポジレジスト層、２Ａは感
光領域、 ２Ｂは未感光領域、 ３はフォトマスク、 ４は紫外光、 ５はマスクパターン、 ６は発色レジストパターン、 １０２は反転ポジレジストパターン、 １０６は発色レジストマスクパターン、を示す。 茅２　回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被加工基板上にフォトクロミック材を含んだポジ型のフ
   ォトレジスト層を形成する工程と、該フォトレジスト層
   の上層部の一部のみを選択的に露光し該露光領域のフォ
   トクロミック材を発色せしめる１次露光の工程と、 該１次露光領域を結鎖固化せしめる熱処理工程と、 該熱処理を終わったフォトレジスト層をその底部まで全
   面露光する２次露光の工程と、 該２次露光を終わったフォトレジスト層を現像して該１
   次露光領域及びその下部の未露光領域以外のフォトレジ
   スト層を選択的に除去する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。