JPS6258652B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフオトリソグラフイ・プロセスに係
り、更に具体的には半導体装置の製造に用いられ
るフオトリソグラフイ・プロセスに係る。

半導体工業において用いるために形状適合性
（Comformable）マスキング技術がかなり前に提
案された。この技術において、フオトレジスト材
の層が半導体の表面に対する選択された開口を画
成するために用いられ、第２の形状適合性のフオ
トレジスト材の層が第１のフオトレジスト材の上
に付着されて最終的な所望の開口が画成されるべ
きフオトレジストのためのマスクとして利用され
た。しかしながらこの技術は首尾よく用いられな
かつた。何故ならば、それはポジテイブ・マスク
及びネガテイブ・マスクの欠陥と異粒子による他
の損傷の両方に対して先天的に敏感であつて、所
望の結果を得ることができなかつたからである。

本発明は、実用的な製造環境においてそのよう
な形状適合性マスキング技術を上首尾に利用せし
める手段を与え、しかも高い解像度のフオトリソ
グラフイ像が得られ、半導体工業において現在用
いられているようなマスクに見られるような、あ
らゆる種類の欠陥を回避しうるという効果を奏す
るものである。

本発明は、ポジテイブ形のフオトレジスト層に
レリーフ層を形成する方法において、 (a) 基板の表面に第１のポジテイブ形のフオトレ
ジスト層を設け、 (b) 上記第１のフオトレジスト層の上に第２のフ
オトレジスト層を設け、 (c) マスクを介して上記第２のフオトレジストを
露光し次いで上記第２のフオトレジスト層を現
像して、 上記第２のフオトレジスト層に貫通開口を有す
るレリーフ像を形成し、 (d) 上記第２のフオトレジスト層を通して上記第
１のフオトレジストの第１の層を露光して上記
第１のフオトレジスト層の全厚みのほぼ１／ｎ
（ｎは２以上の整数）の深さにわたつて上記第
１のフオトレジスト層を感光させ、 (c) 上記第２のフオトレジスト層を除去し、 (f) 上記(b)ないし(e)のステツプを、さらに少なく
ともｎ回繰り返し、その際、上記(c)に対応する
ステツプでは上記マスクと同じパターンを有す
るが別のマスクを各回ごとに取りかえて用い、 (g) 上記第１のフオトレジスト層を現像して、上
記第１のフオトレジスト層に貫通開口を有する
レリーフ像を形成する ことを含むレリーフ像の形成方法である。

このように、ｎ回で済むところをあえて（ｎ＋
１）回以上も部分露光することによつて、マスク
の本来不透明であるべき部分が透明であることに
よつて生じる欠陥だけでなく、マスクの本来透明
であるべき部分が不透明であることによつて露光
不足を招いた結果生じる欠陥も取り除くことがで
きる。

なお、第１１図及至第２０図に示した本発明の
実施例では、上記ｎは２に等しく、上記(f)のステ
ツプにおける上記(b)ないし(e)のステツプの繰返回
数も２である。もちろん、ｎ、および(f)のステツ
プにおける上記(b)ないし(e)のステツプの繰返回数
は、他の整数であつても差し支えない。

第１図及至第１０図を参照すると、本体１０の
表面上に酸化物の層１１があり、その表面にフオ
トレジスト１２の被覆体が被覆されている。層１
２のために用いられるフオトレジストはある選択
された波長の光にのみ感じ、ある選択された溶剤
及び選択された現像剤によつて処理されるもので
あることが好ましい。適当なフオトレジストの例
としてはデユポン社によつて「PMMA」という
商品名で市販されているフオトレジストがある。
このフオトレジストは254ナノメータのオーダの
遠紫外波長の光にのみに感じるフオトレジストで
ある。更にそのようなフオトレジストは表面上に
液体の状態で塗布されるので、それは下の酸化物
層の形状に関係なく非常に平坦な表面を形成する
傾向を呈する。

254ナノメータのオーダの遠紫外光を吸収する
第１のフオトレジスト被覆体１２の場合とは異な
る溶剤及び現像剤で処理される、300ナノメータ
のオーダの紫外光のみに感じる異つたフオトレジ
ストよりなるより薄い付着体１３である形状適合
性マスクが第２図に示されるように第１の被覆体
１２の表面上に塗布される。Shipley
Manufacturing Companyによつて「AZ2400」と
いう商品名で市販されているフオトレジストがこ
のより薄い付着体１３に適したフオトレジストで
ある。

一旦フオトレジスト１３が付着されると、特定
の像を含む標準的な光学フオトマスク１４が第３
図に示されるように被覆された半導体本体１０の
上に配置される。フオトマスク１４は不透明層１
６によつて被覆されたガラス・プレート１５の形
をとるのが普通である。この不透明層１６は図示
されるように金属の層であるか或いは現像された
写真乳剤であり得る。いずれの場合においても層
１６は公知のフオトリソグラフイ技術を用いてパ
ターン状に形成される。層１６を構成する材料に
おけるゴミ、汚れ、ピンホールなどの故に、マス
ク１４を通して露光されたフオトレジストにおい
て欠陥がある。第３図に示されるようにマスク１
４の中心部に所望の明確な開口１７が存在し、そ
れに隣接して所望でない明確な欠陥領域即ち不所
望の開口部１８が存在する。第１図及至第１０図
を参照して説明する以下の方法を用いることによ
つて被覆体１２の厚さ全体に亘つてこの欠陥領域
１８が発生することが有効に回避される。

マスク１４が一旦下方の本体１０と適当に整列
されると、形状適合性マスクを構成するフオトレ
ジスト１３はマスク１４を通して矢印１９で示さ
れる光を通すことによつて通常の方法に従つて露
光される。層１６が不透明であるので、個々の開
口１７及び１８の真下の層１３における領域１７
ａ及び１８ａのみがフオトレジスト１３において
露光される。光の波長を300ナノメータのオーダ
に選択することによつて、層１３のみが露光され
ることになる。

層１３の露光後、マスク１４が取除かれ、層１
３が現像される。層１３はマスク１４の複写物と
して形成され、形状適合性マスクとなる。層１３
のための現像剤は公知であつて、例えば水酸化カ
リウムの0.195N溶液或いはShipley
Manufacturing Companyによつて市販されてい
る所謂AZ現像剤である。第４図に示されるよう
に、開口２０及び２１が層１３内に形成される。
これらの開口はそれぞれ開口１７及び１８に対応
する。

一旦層１３が現像されてしまうと、第５図に示
されるように矢印２２で示される254ナノメータ
及び300ナノメータの光の両方を与える例えば水
銀ランプのような適当な光源に対してブランケツ
ト露光される。その光は層１３を露光すると同時
に、開口２０及び２１を通して下方の層１２にお
ける領域２３及び２４を露光する。層１３におい
て254ナノメータの光が吸収されるので、層１２
の残部は未露光のままである。層１３におけるこ
の光の吸収によつて、光活性化合物の部分的分解
が生じ、露光された層の除去が促進される。

写真工業において知られているように、フオト
レジスト層１２における領域２３及び２４の露光
の深さは時間―強度効果に依存する。即ち、光の
強度及びそれがフオトレジスト層の上において維
持される時間によつて、層１２における露光され
た領域２３及び２４の深さが決定される。第５図
に示されるように、露光された領域２３及び２４
の深さは層１２を通してその半分より僅かに深い
ところまで伸びるように制御される。層１３即ち
形状適合性マスクを通してこれらの領域２３及び
２４が露光された後、層１３が除去される。その
直後、形状適合性マスキング材よりなる新しい層
２５が第６図に示されるように部分的に露光され
たフオトレジスト材の上に塗布される。再びこの
形状適合性マスク２５は層１３と同じフオトレジ
スト即ち遠紫外光を吸収する層１２の場合とは異
つた溶剤で処理され、中間紫外光にのみ感じるフ
オトレジストの層で形成されることが好ましい。

層１２の上に形状適合性被覆体２５が付着され
ると、第７図に示されるようにデバイス上にマス
ク２６が配置される。この第２のマスクはマスク
１４において与えられた特定の像の複写物となる
ように形成されている。即ちこのマスクも又所望
の明確な領域２７を有している。しかしながらこ
の場合、所望の明確な領域２７に関して異つた位
置において明確な欠陥領域２８が存在しうる。

説明の便宜上第２のマスク２６のみが、フオト
レジスト層１２における以前に部分的に露光され
た領域２３に関して僅かに位置のずれた明確な領
域２７を有するものとして示されている。再び、
第７図に示されるように、明確な領域２７及び欠
陥領域８の下にそれぞれ存在する領域２７ａ及び
２８ａにおけるフオトレジスト層２５を露光する
適当な光ビーム２９に対してユニツトが露光され
る。マスク２６が取除かれ、像２５が現像され
て、第８図に示されるように、その中に開口３０
及び３１が形成される。次にそのユニツトは第９
図において矢印３２によつて示される光の充分に
長時間のブランケツト露光を受ける。この光は第
５図に関連して説明した様に、開口３０及び３１
の下の被覆体１２を露光するのみならず、層２５
を分解する働きをするに充分な中間及び遠紫外光
の両方を含む。この露光によつて領域２３は領域
２３ａだけ僅かに拡張され、それと同時に領域２
３の下の領域３３が露光される。同時に領域３４
が形状適合性被覆体２５における欠陥領域３１に
よつて露光される。領域３３は前述のように写真
露光の時間―強度効果の故に酸化物層１１の表面
まで露光される。

被覆体１２の露光につづいて、マスク２５が取
除かれ、フオトレジスト層１２が現像される。第
１０図に示されるように、開口３５が被覆体１２
に形成される。この開口は半導体本体１０におけ
る酸化物被覆体１１の表面まで延びている。酸化
物被覆体は公知の技術に従つて処理することがで
きる。

露出された領域２４及び３４はともに除去さ
れ、フオトレジスト層１２の表面に開口３６及び
３７が形成されることに注目されたい。しかしな
がら二つの異つたマスク１４及び２６を用いるが
故に領域２４もしくは３４は酸化物の表面まで露
光されるに充分な光を受けとつておらず、よつて
開口３６及び３７は層１２を貫通するようには延
びていない。

要約すると、第１図及至第１０図を参照して説
明した上記の方法は形状適合性マスク技術におけ
る解像度を改良すると共に、形状適合性マスク技
術に見られる欠陥を回避するものである。更に上
記の方法は従来の技術において知じることが知ら
れている酸化物欠陥領域の部分的な食刻を回避す
るものである。上記の方法はポジテイブ・フオト
レジスト及びネガテイブ・フオトレジストの両方
に有用であることは言うまでもない。

本発明は、第１１図及至第２０図において示さ
れるように第３の形状適合性被覆体を用いること
によつてデバイスの表面上のポジテイブ欠陥を回
避するように適合させたものである。

第１１図は半導体本体４０とその上に被覆され
た絶縁酸化物層４１とその上に被覆されたフオト
レジスト層４２ならびに該層の上の形状適合性マ
スク層４３とからなるユニツトを示している。そ
のユニツトの上にガラス層４５及び金属付着物２
６からなるマスク４４が配置される。図示される
ように、形状適合性マスク層４３において形成さ
れるべき形状の所望の開口４７がマスク４４内に
形成されている。更に、マスク４４においては、
欠陥開口４８と所望の開口４７におけるゴミ、汚
れなどのような不透明な粒子４９が示されてい
る。形状適合性マスク４３は矢印５０によつて示
される適当な光を固定されたマスク４４を通して
指向させることによつて露光される。この光は、
下方のフオトレジスト材４２における反応を生じ
ることなく、形状適合性マスクを形成する比較的
薄い層４３を露光するように適当な調合の光でな
ければならない。この実施例において、マスク４
４における明確な欠陥開口４８の故に、形状適合
性マスク４３は領域４８ａにおいて露光されると
共に、開口４７の下の領域４７ａにおいても露光
される。この場合、光をブロツクするに充分不透
明である汚れの粒子４９は所望の開口４７内に配
置されており、領域４７ｂはゴミ粒子４９の直下
において未露光のままの状態となる。露光のの
ち、マスク４４が取除かれ、形状適合性マスク４
３が前述の様に現像される。

第１２図に示されるように、これによつて形状
適合性マスク４３が得られる。このマスクにおい
て、開口５１が形成されているが、この中心部に
おいて第１１図に示されるような不透明な欠陥４
９の故に形状適合性マスク材料が現像されなかつ
た未露光の材料からなる突出部５２ができてい
る。更に欠陥領域４８ａの下に所望でない開口部
５３が形成されている。次にユニツトは下のフオ
トレジスト層４２を露光するために適当な光５４
に対してブランケツト露光される。光は開口５１
及び５３を通り、下方のフオトレジスト材４２を
露光する。下方のフオトレジスト材４２の露光さ
れた領域は開口５１及び５３の下の領域５５及び
５６として示されている。第１３図に示されるよ
うに突出部５２の直下の領域５２ａは未露光のま
まである。

第１４図において、部分的に露光された層４２
を有する本体４０が新しい形状適合性マスク６０
でもつて被覆される。形状適合性マスク６０の上
に新しい固定されたマスク６１が配置される。こ
のマスク６１もまたガラス６２及び金属６３によ
つて形成され、開口６４を有している。図示され
るように、マスク６１はフオトレジスト層４２の
内部に配置される以前に形成された露光された領
域５５に対して僅かに位置がずれた状態にある。
しかしながらそのようなずれは最終的な所望の結
果物の形成に対して悪影響を与えない。図示され
るように、マスク６１もまた明確な欠陥領域６５
及び所望の開口６４内に配置された他の粒子６６
を有する。再びユニツトは下方の形状適合性マス
ク材６０において露出された領域６４ａ及び６５
ａを形成する紫外光６７に対して露光される。不
透明の欠陥６６の下のマスク６０の領域は露光さ
れない。第１５図に示されるように、形状適合性
マスク６０が現像され、開口６８及び６９が形状
適合性マスク６０に形成される。開口６８は開口
６４に対応し、開口６７は不透明な欠陥領域６５
に対応する。再びユニツトは適当なブランケツト
光７０に対して露光される。これによつて層４２
の領域７６が露光され、光ビーム７０の時間―強
度効果の故に、領域５５が層４２内へより深く有
効にドライブ・インされる。これは拡張部７５に
よつて示されている。不透明な欠陥部４９の下の
未露光領域５２ａに実質的に対応する層４２の小
さな未露光部分７８がなお存在している。この露
光ステツプにつづいて、層４２の表面から形状適
合性マスク６０が剥離される。部分７８を露光す
るには、第１７図に示されるように第３の形状適
合性マスク層７９を付着し露光することが必要で
ある。このマスク７９はマスク４３及びマスク６
０と同じ材料のものである。所望の像開口８３を
有する、ガラス８１及び不透明な被覆体８２から
なる固定されたマスク８０が形状適合性マスク７
９の上に配置される。再びこの固定されたマスク
には他の固定されたマスク４４及び６１と同じ所
望の像が設けられている。この場合、所望の像領
域８３において、光８５の部分をブロツクする不
透明な欠陥部８が見られる。即ち領域８３ａは、
形状適合性マスク７９において所望の像領域８３
が露光される面積よりも小さい。つづいて第１８
図に示されるように像領域８３に対応する開口８
４を形成するために形状適合性マスク層７９が現
像される。次に第１９図に示されるように光８５
でもつてブランケツト露光され、よつてフオトレ
ジスト４２内の前に露光されなかつた領域７８が
露光されることになる。これは充分に露光された
領域８６として図示されている。形状適合性マス
ク７９が除去され、フオトレジスト材４２が現像
され、フオトレジスト材４２において酸化物層４
１の表面に達する所望の像領域８が形成される。
即ち、固定されたマスクの所望の像がフオトレジ
スト層４２に転写されたことになる。下方の露出
された酸化物層４１は公知の技術に従つて処理す
ることができる。

形成された領域５６及び６９も又現像されるこ
とによつて取去られ、開口８８及び８９が形成さ
れる。しかしながら、これらの開口８８及び８９
は第２０図に示されるように層４２を通して完全
に貫通しない。この実施例において示したように
三つの形状適合性マスクを用いることによつて使
用された固定マスクにおけるポジ及びネガの即ち
透明及び不透明の欠陥部をレジスト層４２におい
て有効に除去することができる。形状適合性マス
ク並びに第１のフオトレジスト層における最終像
を形成するために電子ビーム、イオン・ビームな
どを用いることができることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１０図はレリーフ像の形成方法の
１例を示す図、第１１図乃至第２０図は本発明の
ステツプを示す図である。 ４０……半導体本体、４１……酸化物層、４
２，４３，６０，７９……フオトレジスト、４
４，６１，８０……マスク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポジテイブ形のフオトレジスト層にレリーフ
   像を形成する方法において、 (a) 基板の表面に第１のポジテイブ形のフオトレ
   ジスト層を設け、 (b) 上記第１のフオトレジスト層の上に第２のフ
   オトレジスト層を設け、 (c) マスクを介して上記第２のフオトレジスト層
   を露光し次いで上記第２のフオトレジスト層を
   現像して、 上記第２のフオトレジスト層に貫通開口を有す
   るレリーフ像を形成し、 (d) 上記第２のフオトレジスト層を通して上記第
   １のフオトレジストの第１の層を露光して上記
   第１のフオトレジスト層の全厚みのほぼ１／ｎ
   （ｎは２以上の整数）の深さにわたつて上記第
   １のフオトレジスト層を感光させ、 (e) 上記第２のフオトレジスト層を除去し、 (f) 上記(b)ないし(e)のステツプを、さらに少なく
   ともｎ回繰り返し、その際、上記(c)に対応する
   ステツプでは上記マスクと同じパターンを有す
   るが別のマスクを各回ごとに取りかえて用い、 (g) 上記第１のフオトレジスト層を現像して上記
   第１のフオトレジスト層に貫通開口を有するレ
   リーフ像を形成する ことを含むレリーフ像の形成方法。