JPH01133325A - パターン形成方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、有機ポリマ膜に光化学反応を利用して有機シ
ランを付加する方法であって、半導体や各種デバイス用
基板上に微細パターンを高精度に形成する方法に関する
ものである。

「従来の技術および問題点」 半導体や各種デバイス用基板上に微細パターンを高精度
に形成する方法として、従来から多層レジスト法が開発
されている。この方法は、レジスト単層膜にパターン形
成を行う場合に比べ、基板表面に残存する段差に伴うレ
ジスト膜厚の局所的な変動を起因とするパターン形成特
性への悪影響を取り除くことが可能であり、かつ像を形
成する最上層のレジスト膜厚をレジスト単層膜に比べて
薄くできるため、微細パターンまで精度よく形成できる
利点がある。

しかし、その半面、工程数が複雑で、かつ特殊なレジス
ト材料が必要である、など実用上いくつかの大きな問題
点を有していた。

現在多層レジスト法として開発されている技術には、３
層レジスト法と２層レジスト法がある。

３層レジスト法は、中間層の形成とその中間層及び下層
膜を印加するためのドライエツチング工程を２回行うた
め、プロセスが複雑で工程数が多い、等の問題点がある
。それに対して２層レジスト法は、３層レジスト法の工
程数を半減させ、より実用性のあるパターン形成法とし
て開発されたもので、その特徴準上層レジストに酸素プ
ラズマ耐性のあるシリ、１コン含有レジストを使用した
ものである。

しかし、一般にポリマの構成元素にシリコンを含有さけ
た場合には、溶媒に対する溶解性や感度、パターンの解
像度等、レジストとして必要な基本特性に影響を及ぼし
、また実用上問題点がある。

そこで開発されたのがシリル化２層レジスト法である　
（特願昭６０−１６５０４１号、特願昭６ｉ１１６８４
４号）。この方法は、感度、解像度とも優れた特性を持
つ市販レジストをそのまま使用し、パターン形成後にシ
リル化処理をして。

、ＲＩ　Ｅ　耐性を得ることが可能なため、光露光のみ
でなく、電子ビームやＸ線等の露光方式にも適用できる
汎用性の高い方法である。

第３図（ａ）〜（ｄ）に正転写プロセスによるパターン
形成の工程図を示す。第３図（ａ）に示すように、基板
３上にシリル化されないレジスト膜（例えばポリイミド
等）６を塗布する。次に上層レジストＷＸ７として電子
ビーム露光用レジスト　（例えばＰＭＭＡ等）を薄く塗
布する。次に上層レジスト７を電子ビーム露光装置を使
用して露光・現像を行って、第３図（ｂ）で示すように
、パターン形成を行う。この後にハロゲン化アルキルシ
ラン等の打機シランを用いて遠紫外光を照射すれば、第
３図（ｃ）で示すように、」−層レジスト膜７のＪＪＨ
部にシリル化層８が形成される。最後に基板全体を酸素
ガスによってドライエツチングすれば、シリル化層をマ
スクに下層レジスト膜６がエツチングされ、第３図（ｄ
）のようにパターン形成が出来る。

一方、第４図（ａ）〜（ｄ）に反転写プロセスのパター
ン形成工程図を示す。第４図（ａ）に示ず、にうに基板
３上にシリル化出来る下層レノスト膜（例えば２００℃
前後にハードベークしたノボラック樹脂等）６を塗布す
る。次に上層レジスト膜７として電子ビーム露光用レジ
スト　（例えばＰＭＭＡ。

Ｆ［ＩＭ等）を薄く塗布する。次に露光、現像を行えば
、第４図（ｂ）で示すようにパターン形成が出来る。こ
の後ハロゲン化アルキルシラン雰囲気中でシリル化処理
を行うが、ここでは上層レジスト膜７はシリル化されず
、下層レジスト膜６のみシリル化するような遠紫外光を
用いることによって選択的にシリル化が可能となり、第
４図（ｃ）に示すように、下層レジスト膜６のみにシリ
ル化層８か形成できる。最後に基板全体を酸素ガス中に
おいてドライエツチングすれば、第４図（ｄ）に示すよ
うに、シリル化層８をマスクにシリル化されていない上
層膜７の、残っている部分がエツチングされ、反転写パ
ターンか形成できる。

以上のように、このシリル化２層レジスト法は、上層レ
ジスト膜７に市販レジスト材料を用いて、下層レジスト
材料、シリル化の際の遠紫外光源の波長を選択すること
によって正転写あるいは反転写パターンが容易に形成で
きる技術である。

ところで、先に出願の特願昭６０〜１６５０４１号、特
願昭６１−１１６８４４号では、正転写パターンを形成
する場合、下層レジスト膜６としてシリル化されないポ
リイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル等のもともとを機シランに不活性なポリマ材料の使
用を挙げている。しかし、現在のＬＳＩプロセスにおい
ての適用を考えた場合、ポリエチレン、ポリプロピレン
、ポリ塩化ビニル等は使用実績が全くなく、またポリイ
ミドにおいてら近年半導体プロセスとして使われ始めた
材料であるため、量産プロセスに適用するためには、さ
らに十分な検討が必要である。

このようなことから、シリル化２層レジスト法を量産プ
ロセスで使用するためには、使用実績のある材料での検
討が必要であり、さらに、反転写パターンで使用する材
料と同一であることがプロセス上層まれる。この考え方
から、本願発明に先立って出願したばかりの発明（ポリ
マ膜のシリル化方法）では、Ｖ　Ｌ　Ｓ　１の量産プロ
セスで使用実績のあるホトレジストを使用して、その処
理条件によってポリマ表面をシリル化あるいは非シリル
化している。しかし、この発明において、ポリマ表面が
非シリル化する条件は、温度２８０　℃の場合、１時１
１Ｍ程度の処理が必要で、またｔ＃Ａ度３００℃の場合
、３０分程度の処理を要している。このような、高温処
理では、ＶＬＳ　Ｉのブ【Ｊセス工程において種々の問
題（例えば、アルミニウムを配線に用いた場合、高温処
理するとヒロックが生じる）が起き、実用性に乏しい。

従って、もっと低温処理で非シリル化できることが望ま
れる。

「問題点を解決するだめの手段」 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、有機ポリ
マ膜表面に光化学反応を利用して、有機シランを付加す
るシリル化処理法において、その有機ポリマの表面を予
め加熱しながら紫外線（ＵＶ）を照射することによって
、有機ポリマ膜を非シリル化することを特徴とするもの
である。

前記従来の問題点を解決するため本発明では、ａ機ポリ
マ材料として、ＶＬＳ　Ｉのプロセスで実績のあるホト
レジストを使用することを前提とし、ポリマ表面を非シ
リル化する処理条件として出来るだけ低温、短時間で行
えることを特徴とするものである。したがって、従来技
術と比べ素子へのダメージを低減でき、かつ同一材料で
正転及び反転写パターンが容易に形成できる。なお、本
発明に係る光化学反応を利用したシリル化法に関しては
特願昭６０−１６５０４１号、特願昭６１−１１６８４
４号と、本願に先立って出願した発明（ポリマ膜のシリ
ル化方法）と基本特許は同じであるが、本原理をさらに
発展させたしのである。

以下に本発明をさらに詳しく説明する。本発明では下層
レジスト膜のポリマ材料として、Ｖ　Ｌ　ＳＩで使用し
ているポジ型のホトレジスト　（ＭＰＩ４００−２７、
シブレー社製）を使用して、表１に示すように紫外線（
ＵＶ）によるキュア条件を変えた試料を製作した。試料
ＡはＵＶ照射を行イつずに２８０℃、３分の熱処理のみ
を行った場合である。試料Ｂは１１０℃の温度状態から
５０秒間のうちに１８０℃まで上昇させ、その間にＵＶ
照射を行った場合である。試料Ｃは１４０秒間にＩＩＯ
ｏＣ−１８０℃まで上昇させなからＵＶ照射した場合で
ある。試料りは１４０秒間に１１０℃〜２５０℃まで」
二昇させなからＵＶ照射した場合である。試料Ｅは１１
０°Ｃ〜２００℃まで上昇させなからＵＶ照射を１８０
秒間行った場合である。

′　つぎにシリル化処理の概要を第１図を参照して説明
する。容器ｌの中には有機シラン（例えば、トリメチル
クロロシラン）液２が満たされている。

また基板３上には処理条件を変えた各種レジスト膜４が
形成しである。そして容器ｌには石英ガラス５で兼をし
、その」二面より遠紫外光を照射してレノスト膜４をシ
リル化する。次にシリル化反応状態を確認するために、
酸素ガスを導入した平行平板型スパッタエツチング装置
内でエツチングし、エツチング時間に対４゛ろエツチン
グ量を測定し、非シリル化のものと比較することによっ
て調べた。

前記表１に結果を示す。シリル化処理は、低圧水銀灯に
よる４紫外光を２０分間照射して行なった。

トライエッヂングの条件は、酸素圧力２Ｐａ、流−ｒＪ
ｌ　５０　Ｓ　ＣＣＭ、高周波出力１００Ｗで行い、エ
ツチング時間を１分３０秒と６分の時点でのエツチング
量を求め、シリル化の可否の判断を行った。

この結果、試料Ａは、エツチング時間を長くしてもエツ
チング量は増えず、レジスト表面がシリル化しているこ
とが判った。試料Ｂは、レジスト表面が若干シリル化さ
れているが、エツチング時間を長くすれば非シリル化の
場合と比べほぼ同等のエツチング量か得られる傾向にあ
る。試料Ｃは、試料Ｂよりレジス！・表面のシリル化程
度か低く、エツチング時間を長くして行くことによって
非シリル化の場合と同等のエツチング量が得られている
。試料りとＥは、はぼ非シリル化の場合と同じ工、ツヂ
ング用が得られ、レジスト表面はシリル化されないこと
が判った。

これらの結果から、ＵＶ照射時間とキュア温度によって
シリル化の状態が異なり、照射時間が長くキュア温度が
高い程、よい結果が得られている。

これらの良好な結果の得られたものは、本願に先立って
出願した発明（ポリマ膜のシリル化方法）の場合に比べ
、いずれも低温・短時間で非シリル化できるしのである
。この要因については、ＵＶ照射と熱を加えろことによ
ってレジスト内に架橋反応が生じると共にレジスト内の
ベンゼン核にあるＯｒ＋基が分解し、その結果、アルキ
ルシランが結合しなくなったためと考えられる。従って
、ＵＶキュアを採用ずろことによって、同一材料で正転
もしくは反転パターンが実現できろ。

以下、本発明の実施例を示す。

「実施例」 第２図（ａ）〜（ｃ）に−例として、光露光による正転
写パターンによる具体的な工程図を示す。まず、第２図
（ａ）のように基板３上に厚さ１．５μｍ程度のホトレ
ジスト（ＭＰ１４００等）を塗布し、下層レジスト膜６
を形成する。次にＵＶキュアとして１１０℃から３０℃
／分の割合で３分間処理した後、その上に厚さ０．４μ
ｍ程度の；１；Ｉ・レジスト（ＡＺ１３５０等）を塗布
し、９０℃２０分間ベーキングを行って上層レジスト膜
７を形成する。この後、ステッパ等による露光及び現像
を行って上層レジスト膜７に所望のパターンを形成する
。

この場合、下層レジスト膜６を十分厚くすることにより
基板３の段差による影響を軽減し、さらに上層レジスト
膜を薄く塗布したことにより微細パターンが再現性よく
形成できる。その後、アルキルシラン（例えばジメチル
７００シラン）液を用いて、遠紫外光を照射すれば、パ
ターン化した上層レジスト膜７にのみ、第２図（ｂ）に
示すように、シリル化層８が形成される。この後、基板
全体をリアクティブイオンエツチング装置に移し、エツ
チングを行えば、第２図（ｃ）に示すようにパターン形
成が出来る。

以上説明したような方法によってパターン加工を行うな
らば、上層レジスト膜７として、電子ビーム、遠紫外線
、Ｘ線、エキシマレーザ、プラズマ等のあらゆるリソグ
ラフィ技術が適用できる。

一方、反転写パターンは、実施例では示さないが、下層
レジスト膜６をＵＶキュア仕ずに従来の方法（例えば、
２００℃３０分程度のベ程度）を用いれば、シリル化で
きるため、反転写パターンが形成できる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明は有機シランモノマの光化
学反応において、有機ポリマ唖に予め紫外線照射と加熱
とを同時に施すことによって、そのポリマ表面を非シリ
ル化するものである。従って、本発明によれば、従来か
ら使用しているホトレジストがそのまま使用できるとｊ
（にこの非ノリル化条件は半導体プロセス上に何ら影響
を与える乙のではなく、半導体なと各種デバイス川Ｊ１
（板上に微細パターンを高精度に形成することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はンリル化処理の概要を説明ずろためのらので、
このンリル化処理に好適な装置の概略構成図、第２図は
本発明による正転写パターンの工程図、第３図および第
４図はそれぞれ従来方法によるパターン形成の工程図で
ある。 １・・・・容器、２・・・・・・何機シラン液、３・・
・・・・堰板、４・・・・・・レジスト膜、５・・・　
石英ガラス仮（＋？￥）、６・・・・・下層レジスト膜
、７・・・・・・上層レジスト膜、８・・・シリル化層
。 第１図 ３；基板 第２図 第３図　　　　　第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　有機ポリマ膜を有機シラン液またはその蒸気に接触さ
   せながら遠紫外線で前記有機ポリマ膜の表面を照射する
   シリル化処理法において、 前記有機ポリマ膜にあらかじめ紫外線照射と加熱とを同
   時に施しておくことによって前記有機ポリマ膜の表面を
   非シリル化することを特徴とするシリル化処理法。