JPH0648384B2 - フォトレジストのパタ−ンを作成する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 この発明は、投影露光装置でフオトレジスト層を像照射
した後、加熱し、最後に塩基性現像剤で処理することに
より、照射した放射線のうち少量のみを吸収するポジテ
イブ・フオトレジストのパターンを形成する方法に関す
るものである。

Ｂ．従来技術及び発明が解決しようとする問題点 現在、半導体技術では、微小構造（１ミクロン級）が必
要とされるため、フオトレジスト構造は、高解像度の投
影露光装置により作成される。ポジテイブ・レジスト
は、好ましい特性をもつために使用されているが、通常
投影照射に用いられる放射線（λ＝４３５nm）に対して
は高度に透明である。すなわち、照射された領域のフオ
トレジストは、厚さ全体を通じて比較的均一に分解す
る。照射されたフオトレジスト層を（この工程を効果的
に制御するため）希薄な塩基性現像液で現像すると、フ
オトレジストに生じる孔は、壁面が垂直になる。このよ
うにして形成したフオトレジストのパターンを、次の乾
式エツチング工程で、エツチ・マスクとして使用する場
合、フオトレジスト・パターン中の穴の形状が、エツチ
ングされた材料に正確に転写される。すなわち、エツチ
ングされた材料中の穴も、壁面が垂直になる。その後の
工程で、エツチングされた構造上に層を蒸着する場合、
付着させた層の厚さが、特に孔の壁面および穴の縁部に
おいて、不均一で、薄過ぎるため、段差被覆性が悪く、
裂け目を生じる問題が起る。このような現象の代表例
は、分離層中のコンタクト・ホールの縁部に沿つて、弱
いスポットのできた金属ラインである。上記の欠陥は、
このような構造を有する部品の故障率を高める原因とな
る。

エツチングした構造中に垂直な壁面を有する孔ができる
のを防止するための方法としては、たとえば多段エツチ
ングが知られている。これは、エツチ・マスクを段階的
に大きくして、孔の壁面に段差をエツチングする方法
（輪郭エツチング）である。実際、この方法により孔の
壁面が傾斜し、層の付着中に生じる上記の問題が防止さ
れる。しかし、この方法は時間がかかり、複雑であるた
め、高価となり、再現性も良くない。

既知の別の方法では、フオトレジスト構造を現像後に加
熱して、フオトレジストを軟化、流動させることによ
り、フオトレジストの孔の壁面を傾斜させる。この結
果、フオトレジストの縁部が丸くなり、孔の壁面が傾斜
する。すなわち、エツチングされる材料に向つて開口し
ている孔の底部の寸法が、上部の寸法より小さくなる。
しかし、この方法は、壁の縁部の角度が孔の直径、およ
び孔の近傍のパツキング密度に影響されるという欠点を
有する。フオトレジスト・パターン中の孔の壁面の傾斜
は、エツチングされた材料中に形成された孔に転写され
る。後者の方法は、前記の方法と比較すると、はるかに
簡単ではあるが、狭い許容誤差の範囲内で再現性がなけ
ればならない寸法の非常に小さい孔を形成するには、不
正確である。

ＤＥ−ＯＳ１ ６４５ ０８１写には、孔の壁面が傾斜
したフオトレジスト・パターンを作成する方法が記載さ
れている。この方法は、 １．照射に用いる紫外線の焦点すなわち照準をぼかし、 ２．マスクとフオトレジスト層との間にわずかな間隙を
設け、および／または、 ３．厚い（＞２μ）フオトレジスト層を使用し、 ４．散乱（非平行）光源を使用するものである。

しかしこの方法は、転写されたパターンの輪廓が不鮮明
で、再現性も良くないという欠点がある。

したがつて、この発明の目的は、生産サイクルにおい
て、像投影照射および現像により、照射した放射線の少
量のみを吸収するポジテイブ・フオトレジストから、孔
の壁面が所定の角度で傾斜した、像どおりのパターンを
再現性良く形成させる簡単な方法を提供することにあ
る。

Ｃ．問題点を解決するための手段 この発明の方法は、孔の壁面が所定の傾斜角を有するミ
クロン級の構造を、再現性良く形成させるのに適してい
る。しかも、孔の壁面が垂直なレジスト構造を形成させ
るのに用いるのと同じ簡単な方法を用いる。像照射と同
じ作業サイクル中に、追加的な照射を行うことができ、
そのための時間延長は無視できる程度である。この発明
の方法により形成したフオトレジスト構造をエツチ・マ
スクとして使用すると、上述の問題を生じることのな
い、均一な厚さの層を、壁面の傾斜した孔を有するエツ
チングした構造上に付着させることができる。

フオトレジスト層に、追加的にブランケツト照射を行う
と都合がよい。追加的ブランケツト照射には像照射に必
要な時間の何分の一かの時間しか要しない。ブランケツ
ト照射は、欠陥を生じることがなく、完全に自動で行う
ことができる。

現像したフオトレジスト層の孔の壁面の傾斜角は、像照
射とブランケツト照射の強さの比の関数として制御さ
れ、最適な比は１．５ないし１３である。

この発明の方法の別の有利な実施例によれば、透明領域
の周辺部を適当な形にすることにより、フオトレジスト
層に作用する迷光放射を生じる、投影マスクを用いて像
照射を行う。マスクは像照射の際に、変更しなければな
らないが、このような変更は、現在行われているプログ
ラム制御マスク製造手段を用いると、特に容易に行うこ
とができる。このようにして変更したマスクを使用する
と、像照射および、像照射を行つた領域に接した層の領
域の照射が同時に行なえる。換言すれば、作業サイクル
時間は、レジスト層に壁面が垂直な孔を形成する従来技
術の方法と同じでよい。この発明の第２の実施例では、
その像を転写する透明な領域が、所定の距離をおいて、
一定幅の、投影中には分解しない透明なリングで囲まれ
ている投影マスク、または、投影される透明領域の縁部
に、投影により分解されない星形の突起がついている投
影マスクを使用するのが有利である。

Ｄ．実施例 この発明の方法をまず、最も類似した従来技術（第２Ａ
図〜第２Ｃ図）を参照しながら説明する。最初に、使用
した放射線のうち、少量しか吸収せず、均一に放射線の
方向に分解されるフオトレジスト層４を、基板３に付着
させる。フオトレジスト層４に小さい構造（１μオーダ
ー）を形成させるため、照射には高解像度の投影露光装
置が使用される。（理解を容易にするため第２Ａ図では
そう示していないが、投影露光中に投影マスクのパター
ンは通常５分の１に縮小されてフオトレジスト層に転写
される。）放射線はマスク１およびレンズを介してフオ
トレジスト層４の上に投影される。放射線はマスクのパ
ターン２の縁部に沿つて回折するため、照射された領域
上の強さは均一でなく、第２Ｂ図に示すように分布す
る。第２Ｂ図は、マスク１の影になつたフオトレジスト
の領域では、受け取る放射線の量がわずかであることを
示す。マスク１は寸法の異なるパターン領域からなるた
め、像を正しい寸法にするために濃度を薄くした現像剤
を使用しなければならない。このような薄い現像剤は、
濃度に依存するある値より弱い強さで照射されたフオト
レジストの領域を溶解することができない（第２Ｃ
図）。このため、投影マスク１で覆われたフオトレジス
トの領域は現像されず、したがつて、第２Ａ図に示すよ
うに、フオトレジスト層４中に壁面が垂直な孔５が形成
される。

この発明の方法によれば、孔の壁面は垂直でなく傾斜し
ている。すなわち、基板に接する底部よりも、上部が広
くなる。この発明の実施例について、第１Ａ図ないし第
１Ｃ図を参照して以下に説明する。この実施例では、従
来技術と異なり、像照射のほかにブランケツト照射を行
う。照射の全体時間はほぼ一定（他のパラメータがすべ
て従来技術と同じとして）である。理解を容易にするた
め、透明領域１２を有する投影マスク１１の断面の詳細
（第１Ａ図）が、基板１３上のフオトレジスト層１５に
１：１の比で転写されると仮定する。第１Ａ図は、この
操作の結果を、すなわちフオトレジスト１５上に傾斜し
た壁面を有する孔１６が形成されることを示す。孔１６
は、底部では透明領域１２と同寸法である。壁面の傾斜
は、フオトレジスト層１５に追加的にブランケツト照射
を行うことによつて得られる。第１Ｂ図は、第１Ａ図の
断面に沿つた像照射およびブランケツト照射の強さ（そ
れぞれ２１および２２）を示す。ブランケツト照射によ
り、マスクの影になつたフオトレジスト１５の領域も、
ブランケツト照射の強さに応じて可溶性となる。第１Ｂ
図の強度のとき、第１Ｃ図に示すような第１Ａ図の断面
に沿つたフオトレジストの可溶性が得られる。

第１Ｃ図は、フオトレジストの二重照射によつて投影マ
スクの透明領域で画定される領域だけでなく、他の部分
も少くともわずかに可溶性となる。これを第１Ａ図に示
すが、フオトレジスト層１５の元の表面を被線１４で示
す。現象したフオトレジストのパターンが特定の厚さを
必要とする場合は、フオトレジストの最初の厚さを決め
る際に、使用する照射の強さによる収縮の量を考慮しな
ければならない。ただし、フオトレジスト層１５の孔の
壁面領域での追加的ブランケツト照射の作用はもつと複
雑である。像のみを照射すると、投影マスクの影になつ
た領域の可溶性が無視できる程度であるため、現像開始
時の円錐形の溝は、投影マスクの透明な領域に従つて、
円筒形に変化する。しかし、追加的にブランケツト照射
を行うと、現像中にこのような円筒形が生じない。これ
は、フオトレジストの影になつた領域の可溶性が僅かで
あるために、現像の先端がフオトレジストの影になつた
領域にまで進み、現像した孔の高さが半分の所での断面
積が投影マスクの透明領域の寸法に等しいときに生じる
のとほぼ同じ傾斜になる。フオトレジスト・パターンの
孔の壁面の所期の傾斜は、像照射とブランケツト照射の
強さの比の関数として決まる。第３図ないし第５図は、
投影マスクの幅１μｍの透明領域を介して像照射したフ
オトレジストの現像の進み具合を、５秒おきに、強さの
比が１：０、すなわち像照射のみ（従来技術、第３
図）、１：０．１４（第４図）および１：０．２９の場
合（第５図）について示したものである。Ｘ軸は現像さ
れたレジストの幅（中心をＯ位置に置いて右半分）を示
し、Ｙ軸はレジスト層の厚さを示す。０．５５位置の破
線は照射された縁部を示す。この場合、得られる傾斜角
はそれぞれ約９０°、８０°、および７３°である。

たとえば、シプレイ(Shipley)社からMicroposit 1450J
の商品名で市販されているレジストは、波長４３５nmで
透明なポジテイブ・レジストに属する。このレジスト
は、フエノール・ホルムアルデヒド樹脂とジアゾナフト
キノン抑制剤を含む。硬化は一般に、照射前に８５℃で
２０分、照射後に１０５℃で１０分間行う。転写するパ
ターンが投影中に５：１の比となる、口径０．３０の投
影露光装置を使用する場合、厚さ約２μのフオトレジス
ト層を、波長が４３５nm、エネルギが３２０mW/cm²の放
射線を用いて、０．２ないし２．０秒間像露出を行つた
後、０．０５ないし１．０秒間ブランケツト露光を行
う。レジストは、シプレイ社からMicroposit現像剤の商
品名で市販されているメタケイ酸ナトリウムとリン酸ナ
トリウムを含有する現像剤、または水酸化カリウム溶液
（０．１５ないし０．２Ｎ）で約２６℃で現像すること
が好ましい。

この発明の第２の実施例では、特別に設計したマスクを
使用して、１回だけ照射が行われる。この実施例の第１
例では、投影マスクの透明パターン要素が所定の距離を
おいて、一定の幅（いずれも約２μが好ましい）の透明
な枠により囲まれている。第６図は、投影マスク３０中
の上記の透明パターン要素３１および付随する枠３２の
概略平面図である。

フオトレジスト・パターンの孔の壁面の所期の傾斜角
は、枠３２と幅と、パターン要素３１からの距離を前も
つて決めることにより得られる。枠３２の幅の上限は、
投影装置の光学手段によつて、枠が解像されない幅であ
る。枠が解像されなくても、迷光が生じて、像が転写さ
れる透明領域の縁部に生じる迷光と重なる。このため、
縁部領域に接し、マスクの影になつた領域が照射され
て、現像剤に対して可溶性になり、現像中に壁面が傾斜
した孔を形成する。

第７図に示すように、追加的な迷光は、投影マスク４０
中に転写すべき領域４１を囲む透明な枠の代りに、転写
すべき領域４１の縁部に沿つた、星型の突起４２を用い
ることによつても得られる。これらの突起４２は、投影
装置の光学手段によつて解像されないような形状とす
る。

この発明により作成したフオトレジスト・パターンは、
乾式エツチング工程で下層の基板を選択的に除去するエ
ツチ・マスクとして用いられている。このようにして作
成した孔の壁面はフオトレジスト・パターン中の孔と傾
斜角がほぼ同じである。

この発明の第１の実施例につき、例を用いてさらに詳細
に説明する。

下記の各例について、５個の試料を作成した。試料はフ
オトレジストをコーテイングした基板である。使用した
フオトレジストは、シプレイ社のMicropositレジスト14
50Jである。レジスト層の厚さはそれぞれ約２μとし
た。基板としては、フオトレジストをほとんど侵さずに
乾式エツチングが行える材料を選んだ。各試料は、照射
前に８５℃で２０分間、照射後に１０５℃で１０分間加
熱した。像照射およびブランケツト照射には、ＣＧＡ社
がＤＳＷ６３００の型番で発売している投影露光装置を
使用し、波長４３５nm、エネルギ３２０mW/cm²で照射を
行つた。この投影露光装置の口径は０．３であつた。像
照射には、照射マスクを５：１の比で縮小して、ポジテ
イブ・フオトレジストの上に投影した。各例で、辺の長
さが１μおよび２μの正方形のパターン要素をフオトレ
ジスト層に転写した。すなわち、投影マスクの透明領域
の辺の長さは５μおよび１０μであつた。現像は、水で
１：１に希釈したシプレイ社のMicroposit現像剤を使用
して、２６℃で行つた。すなわち、現像液はメタケイ酸
ナトリウム約０．１１モル、およびリン酸ナトリウム約
０．０６モルを含有する。

各例で異なるパラメータ、および得られた結果を下表に
示す。

例１では従来技術の方法を用いた。第３図に約１μの孔
の縁部の現像中の変化を示す。各曲線は、５秒間隔で孔
の縁部の形状がどのように変化するかを示す。第３図で
は、フオトレジストの厚さ全体が現像された後、孔の壁
面がほとんど垂直となり、照射されない領域では現像後
もフオトレジストの厚さがほとんど変化しないことが示
されている。

例２ないし４では、像照射工程のほかに、ブランケツト
照射工程を行つた。第４図および第５図は、第３図と同
様、１μの孔の壁面の形状の、現像中の変化を、それぞ
れ例２および例３について示したものである。これらの
図には、現像中のフオトレジストの傾斜角と厚さが示さ
れている。

すべての例で、再現性は非常に良好であつた。

例４によるフオトレジストの層を、厚さ０．５μのＳｉ
Ｏ_２層に塗布し、ＣＦ_４雰囲気中で反応性イオン・エツ
チングによりＳｉＯ_２層を選択的に除去するためのエツ
チ・マスクとして使用した。フオトレジスト・パターン
除去後、ＳｉＯ_２層上に厚さ７０nmのアルミニウム層を
蒸着させた。このアルミニウム層の厚さを測定したとこ
ろ、孔縁部領域を含めて均一であつた。

Ｅ．発明の効果 フオトレジスト層に、孔の壁面が所定の傾斜角を有する
ミクロン級の微細構造を、再現性よく、簡単に形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は、投影マスク、およびこの発明の実施例によ
るフオトレジストの構造の詳細を示す断面図、第１Ｂ図
および第１Ｃ図は、第１Ａ図の断面に沿つた、照射の強
さおよびフオトレジストの溶解度を示す図、第２Ａ図
は、投影マスク、および前記投影マスクを使用して、従
来技術の方法により作成したフオトレジスト構造の詳細
を示す断面図、第２Ｂ図および第２Ｃ図は、第２Ａ図の
断面に沿つた、照射の強さ（Ｉ）および照射されたフオ
トレジストの溶解度（Ｌ）を示す図、第３図〜第５図
は、追加的ブランケツト照射工程を含む。この発明の方
法によつて作成した像照射とブランケツト照射の強さの
比を変化させた場合の、フオトレジスト構造中の孔の壁
の断面図、第６図および第７図は、この発明の第２の実
施例に用いる２種類の投影マスクの透明領域のレイアウ
トを示す略図である。 １１……マスク、１２……マスクの透明領域、１４……
フオトレジスト層の元の表面、１５……フオトレジスト
層、１６……傾斜した壁面を有する孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイーテル・ピイエトシユ ドイツ連邦共和国7037マグスタツド、ヘル マンシユトラーセ６番地 (72)発明者 ヨハナ・ジークラー ドイツ連邦共和国7032ジンデルフインゲ ン、ドレスデネル・シユトラーセ37番地 (56)参考文献 特開 昭56−87322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−96942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−134565（ＪＰ，Ａ) 米国特許4308337（ＵＳ，Ａ) 西独特許公開2854045（ＤＥ，Ｂ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に隣接する底部よりも上端でより幅が
   広いような開口側壁をもつフォトレジストのパターンを
   作成する方法であって、 (a)基板上にポジティブ・フォトレジストの層を付着す
   る工程と、 (b)上記フォトレジスト層の輻射領域に現像可能な像を
   形成するに十分な第１の強さ（単位面積あたりのワット
   と照射時間の積）で、パターン化されたマスクを通じて
   上記フォトレジスト層に光学的輻射ビームを指向する工
   程と、 (c)上記工程(b)の後に、上記フォトレジスト層の表面全
   体に、上記フォトレジスト層の表面側から、単独では現
   像可能な像を形成するに十分でない第２の強さで、且つ
   上記工程(b)の場合とほぼ同一の波長で光学的輻射ビー
   ムを指向する工程と、(d)上記輻射されたフォトレジス
   ト層を現像剤で処理する工程を有する、 フォトレジストのパターンを作成する方法。