JP2648004B2

JP2648004B2 - エッチング耐性パターン形成方法

Info

Publication number: JP2648004B2
Application number: JP2233093A
Authority: JP
Inventors: 徳嘉林
Original assignee: KOGYO GIJUTSU KENKYUIN
Current assignee: KOGYO GIJUTSU KENKYUIN
Priority date: 1990-09-03
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1997-08-27
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JPH04125562A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、基板上に、エッチングに対して耐性である
パターンを形成する方法に係わる。本発明は特に、予め
形成したパターンを基板に物理的に移転する方法に係わ
る。この方法は、微細パターンの形成及び集積回路の製
造に有用である。

集積回路及びミクロン大デバイスの製造では、パター
ンは通常ホトリソグラフィーによって規定される。半導
体ウェーハ上でパターンを規定するために、蒸着、イオ
ン注入またはエッチングといった基板材料の描画加工を
行なう前にホトレジストを用いて基板上にレジストパタ
ーンが形成される。

ホトレジスト材料は通常高速回転被覆法でウェーハ基
板に塗布され、その後乾燥して厚み約１μｍの薄膜とさ
れる。この乾燥薄膜に対して、例えばホトプリンタにお
いてマスクからパターンを再生するような露光結像が行
なわれる。様々な種類のホトプリンタが工業的に用いら
れている。それらのホトプリンタのうちの１つとして、
ホトレジスト層がパターンを有するマスクと直接接触す
るコンタクト型プリンタが挙げられる。このプリンタ
の、光の屈折を最小限に留める結像方法は最良の像再生
を実現する。しかし、マスクが損傷する恐れが有り、ま
たマスクの位置合わせも困難で、上記方法の適用範囲は
限られている。

別の種類のホトプリンタにプロジェクション型プリン
タが有る。この種類のプリンタでは、マスクから基板上
のホトレジスト層上にパターンを投射するのに精巧な光
学系が用いられる。この方法で細線パターンを形成する
場合、光の屈折の問題は縮小投射光学系と比較的大きい
マスクパターンとを用いることで最小限とされる。縮小
倍率は普通1/5または1/10である。しかし、このような
方策を用いれば結像視野を狭めることにもなる。従っ
て、比較的小さいピッチでの段階的反復結像モードが必
要となる。また、この種のプロジェクション型プリンタ
は、光学系の開口数が比較的大きい値に改善され、かつ
比較的短い光線波長が用いられれば正確な位置合わせを
実現し、サブミクロン大の結像を行ない得る。

パターン結像後、ホトレジスト層中の潜像が適当溶剤
で現像される。ポジ型のホトレジスト層では露光領域が
現像液で洗い落とされ、一方ネガ型のホトレジストでは
未露光領域が現像工程で洗い落とされる。通常はポジ型
ホトレジスト層の方が、比較的高い解像度を達成するべ
くより広範に用いられる。

最も広範に用いられているポジ型ホトレジスト材料は
ジアゾキノン／ノボラック系である。光活性化合物であ
るジアゾキノンは、露光されるとインデンカルボン酸に
変化する。この変化によって、ホトレジスト膜をアルカ
リ水溶液中で現像することが可能となる。

ネガ型ホトレジストでは照射された領域で重合が起こ
り、この重合は材料を不溶性にする。ホトレジスト層の
未重合部分を除去することによってパターンが現像され
る。典型的なネガ型ホトレジスト材料としては、環化ポ
リイソプレンのようなアジド感光ゴム、及び感光剤とし
てベンゾチアゾールを伴ったポリビニルシンナメートな
どが挙げられる。

集積回路製造の際、半導体ウェーハ基板上でホトレジ
ストのパターン形成とそれに続く幾つかの工程とが数回
繰り返される。基板上の回路パターンの形状が平坦でな
ければ、ホトレジスト被膜も平坦でなくなる。その場
合、被膜への露光結像の際に光線集束の問題が生起す
る。この問題は、特別の被覆及び乾燥工程に時間が掛か
って製造速度が低下しはするが、ホトレジスト層、また
は多数のホトレジスト被膜を設ける前に平坦化被膜を設
けることによって最小限に留めることができる。しか
し、基板上でホトレジスト層の厚みが一定しないため、
パターンプロフィールの制御が困難となる。そのうえ、
様々な材料がそれぞれ別様に光を反射すること、及び平
坦でない基板からの反射光線が散乱することが側壁プロ
フィールの問題をもたらし、この問題はホトレジストラ
インの寸法制御を困難にする。結果として通常の描画時
に、側壁が鋸歯状になる、平坦でない基板の段差上でラ
イン幅が変化する、及び定在波効果が現れるという問題
が普通生起する。吸光染料の添加、及び反射防止アンダ
ーコートの適用が基板の影響を最小化することが判明し
ているが、その場合には感光度が低下すること、及び加
工ウィンドウが狭まることが問題となる。

上述の諸問題を勘案して、“最上部結像”法と組み合
わせた乾式現像の適用が想起された。乾式現像では、選
択的プラズマエッチング反応が通常の湿式現像に置き換
わる。最上部結像法においてパターンは、多層構造の最
上位のホトレジスト層中にか、または単独のホトレジス
ト層の上側の表面領域内に規定される。

普通２層または３層から成る多層構造の場合は通常、
平坦化副層の上に薄いホトレジスト層が配置される。パ
ターンは初めに最上位のホトレジスト層において通常方
法で、即ち湿式現像によって規定される。２層構造の場
合、上側に位置するホトレジスト層は酸素プラズマエッ
チング耐性である。即ち、後から行なわれるプラズマエ
ッチング、特に酸素プラズマエッチングまたは酸素反応
性イオンエッチングの際に露出した副層がエッチングさ
れて無くなり、最上部に位置するパターンが下方へ移動
して無機基板に達する。しかしエッチング耐性であるホ
トレジスト層と副層とを混在させることに関連して問題
が生じる。それによって、パターン規定の制御は困難と
なる。

３層構造では、上側のホトレジスト層と下側の、平坦
化層との間に遮蔽層が配置される。遮蔽層は無機化合物
材料、好ましくはシリコン酸化物、シロキサン、シラン
その他の金属から成り得る。最上部パターンが規定され
ると、普通最上位のホトレジスト層を損傷しないフルオ
ロカーボンプラズマエッチングまたはウェットエッチン
グ法によって第２層の露出部分が除去される。乾式現像
が行なわれ、それによってパターンは下方へ移動して基
板に達する。多層構造は、高解像度を示すが、時間の掛
かる多重被膜によって製造されるという欠点を有する。

結果的に、乾式現像可能である比較的単純な単層ホト
レジストが創出された。酸素プラズマエッチング可能な
ホトレジストは、エッチング耐性物質を潜像の形状に従
って添加することにより選択的にエッチング耐性とされ
る。上記エッチング耐性物質は普通、ホトレジスト層を
露光してパターンを結像した後に導入される有機金属化
合物である。有機金属化合物の選択的添加は、結像領域
で生起した光学的反応によって補助される。典型例はジ
アゾキノン／ノボラックホトレジスト系である。この系
では、露光領域がシリコン化合物のホトレジスト中への
浸透を可能にする。浸透したシリコン化合物はノボラッ
ク樹脂と反応して、酸素プラズマまたは酸素反応性イオ
ンエッチング処理に耐え得る薄いエッチング耐性層を構
成する。このような方法を用いることによって、ホトレ
ジスト層のエッチング耐性パターンを該層の表面領域に
のみ形成することが可能となり、その際基板からの光線
反射の問題は回避される。しかし、先に指摘した光線集
束の問題を回避するためには、平坦なホトレジスト表面
がなお必要である。その結果、基板の凹凸をカバーする
べく、ホトレジスト膜を幾重にも形成しなければならな
い恐れが有る。

通常、上記既存の進んだマイクロリソグラフィー技術
も、普通平坦でない基板上で三重の複雑なホトレジスト
のパターン形成を行なうことに関する問題点を免れな
い。更に、プロジェクション型プリンタの段階的反復モ
ードでは位置合わせ及び光線の集束に時間が掛かるとい
う問題も存在する。

発明の概要本発明は、位置合わせが簡単で、パターンをより正確
に再生する新規方法によって、基板の凹凸の影響を最小
限に留めつつホトレジストパターン形成を容易にする。

本発明は、基板上にエッチング耐性パターンを形成す
る方法に係わる。本発明は特に、受容基板上にエッチン
グ耐性パターンを形成する方法に係わり、上記受容基板
においてエッチング耐性パターンは、予め形成された対
応するホトレジストパターンによって規定される。その
際、ホトレジストパターンは支持基板上に予め形成さ
れ、その後硬化可能な液状接着剤を用いて２つの基板を
貼り合わせることにより受容基板に移転される。

本発明の様々な例を後段に詳述する。本発明の方法は
一般に次の特徴的諸工程を含む。

（ａ）平坦でかつ光線透過性である支持基板上にホト
レジスト層を形成する工程（ｂ）ホトレジスト層にホトレジストパターンを形成
する工程（ｃ）ホトレジストパターンを保持した支持基板を受
容基板に対し、両基板間に硬化可能な液状接着剤を用い
て、かつ支持基板のホトレジスト側が受容基板に対向す
るようにして貼り付ける工程（ｄ）液状接着剤を化学作用の有る光放射線によって
硬化させ、かつ支持基板を除去してホトレジストパター
ンを受容基板に移転する工程（ｅ）ホトレジストパターンによって保護されていな
い受容基板の表面を選択的に露出させるように、酸素プ
ラズマまたは酸素反応性イオンエッチングによって受容
基板をエッチングする工程実施例上記５つの基本的工程［（ａ）〜（ｅ）］を含む様々
な方法が、受容基板上にエッチング耐性パターンを形成
するのに用いられ得る。それらの方法は細部において、
特にエッチング耐性の実現に関して互いに僅かずつ相違
し得、この点を以下の好ましい例で、概略的な各図に沿
って説明する。

第１の好ましい例は工程（ｉ）〜（iv）を含み、その
うち工程（ｉ）ではエッチング耐性のマスクパターンを
形成するが、このパターン形成は第1A図に示したように
光線を透過させ、かつ平坦である支持基板２上にエッチ
ング耐性ホトレジストの層１を設け、かつ第1B図に示し
たように、ホトマスクを透過した光線でホトレジスト層
１を露光して該ホトレジスト層１中に対応する潜像を形
成することによって行ない、その際第1B図中の線影部分
３は露光領域を表している。

露光されたホトレジスト層１は現像されて、ポジ型ホ
トレジストの場合第1C図に示したような明瞭なパターン
を支持基板２上に現す。ポジ型ホトレジストの現像では
露光部分が除去され、未露光領域４が基板２上に残され
る。第1D図に示した、ネガ型ホトレジストを同様に現像
した結果では、ホトレジストの露光領域３が基板２上に
残存している。得られたパターンには、電離線及び／ま
たは熱への暴露といった付加的な硬化または安定化操作
を任意に行ない得る。

本発明において、支持基板上にエッチング耐性マスク
パターンを形成するのに様々な通常材料及び通常方法が
好ましく用いられる。特に好ましい材料は、集積回路の
製造に用いられる化合物である。

シリコン、チタンまたは錫を有する分子のような、酸
素プラズマまたは酸素反応性イオンエッチング反応で対
応する金属酸化物を生成する無機化合物を含有するホト
レジストが、高速回転被覆、結像露光及び現像を行なう
通常方法で平坦な支持基板上にエッチング耐性パターン
を形成するのに用いられ得る。適当なホトレジストに
は、酸素反応性イオンエッチングに対して優れた耐性を
有する市販ホトレジストが含まれる。適当なホトレジス
トとして、Hitachi RG8500Pや、“Semiconductor Litho
graphy,"Chap.12 by W.M.Moreau,1988,Plenum Press,Ne
w York並びに米国特許第4,357,369号、同第4,433,044号
及び同第4,396,704号といった（本明細書に参考として
含まれる）諸文献に開示されているホトレジストを挙げ
ることができる。適当なエッチング耐性ホトレジスト
は、ポジ型またはネガ型の通常の非エッチング耐性ホト
レジストにシリコン、チタンまたは錫を有する化合物の
ような上記無機化合物を添加することによって作製する
ことも可能である。上記通常の非エッチング耐性ホトレ
ジストは集積回路の製造に用いられるものの中から選択
する。エッチング耐性をもたらす無機化合物は、好まし
くはシリコン、チタンまたは錫原子を有する有機金属化
合物で、特にポジ型ホトレジストに添加される場合結像
光線に対して非反応性であることが好ましい。金属原子
の乾燥ホトレジスト膜に基づく重量比率は好ましくは４
％より高く、その際ホトレジストの性能を損なわない値
を上限とする。厚み１μｍ未満の薄膜ホトレジストが好
ましく、なぜならホトレジスト層を薄くするほど高い解
像度を達成できるからである。支持基板の光反射が問題
となる場合は、染色ホトレジスト及び反射防止アンダー
コートを用いることも可能である。

多層ホトレジスト構造に用いられるような平坦化層を
支持基板上に、ホトレジスト層形成前に設け得、その際
平坦化層のエッチング耐性はホトレジスト層の耐性より
低い。エッチング耐性パターンと任意のエッチング耐性
層もしくは化合物との相対的エッチング耐性比は好まし
くは２以上、特に好ましくは５以上である。

工程（ii）では、エッチング耐性マスクパターンを物
理的に移転する。この移転は、第1C図及び第1D図に示し
た、パターンを保持した支持基板２を第1E図に示したよ
うに液状接着剤５を用いて受容基板６と貼り合わせるこ
とによって実施する。液状接着剤５は、パターンを保持
した支持基板２と重ねる前の受容基板６上に適用し得
る。あるいは他の場合には、両基板を重ねる前に液状接
着剤５を支持基板２上の薄膜パターン上に適用すること
も可能である。

基板貼り合わせの際、第1F図及び第1G図にホジ型及び
ネガ型ホトレジストに関してそれぞれ示したように２つ
の基板の間に液状接着剤５が行き渡り、両基板間の空隙
が望ましいレベルまで減少するように圧力を掛ける。２
つの基板間の空隙は、圧力制御と関連付けて光学的に監
視し得る。空隙の大きさは、好ましくは数ミクロン以下
であるべきである。液状接着剤５は、必要であれば、位
置合わせのために両基板を相対移動する際の潤滑剤とし
ても用い得る。

工程（iii）では、第1F図及び第1G図に示した構造体
に対して、液状接着剤５を硬化させる処理を施す。接着
剤５の硬化は、熱か、または例えば紫外線のような化学
作用の有る放射線への暴露によって実現する。接着剤５
が硬化したら支持基板２を除去する。支持基板２は受容
基板６上にエッチング耐性パターンを、第1F図及び第1G
図に示したパターンに対応して第1H図及び第1I図にそれ
ぞれ示したように残す。支持基板２は力で剥がして除去
し得、あるいはまた液状媒体中で超音波振動を補助的に
用いて除去してもよい。

適当な支持基板には、少なくとも一方の側が平坦であ
るプレートまたはディスクの形態の可撓性フィルムが含
まれる。この基板は好ましくは、ミクロン規模以下の表
面荒さしか有しない。支持基板材料には有機材料も無機
材料も適し得る。

接着剤５を熱によって硬化させる場合、支持基板２は
少なくとも100℃、好ましくは150℃までの温度に耐える
優れた耐熱性を有することが望ましい。そのうえ、加熱
硬化では、特に熱膨張率との関連で外形寸法の安定性が
必要となる。転写工程でのパターンの外形寸法公差に従
属して、集積回路製造の場合熱膨張率は100×10^-6in/in
未満が特に好ましく、50×10^-6in/inより小さい値であ
れば更に好ましい。従って、熱硬化可能な接着剤の存在
下に支持基板として用いるのに適した材料にはガラス、
セラミックス及び耐熱プラスチックが含まれる。支持基
板は平坦な表面と、上述の必要条件を満足する熱特性と
を有するべきである。

接着剤５を光線によって硬化させる場合は、支持基板
２は所望波長の光線を透過させるべきである。この硬化
方法は、特に基板２が熱に対する外形寸法安定性の問題
を有することから、加熱硬化法に比較してより優れた成
果をもたらし、かつより実施しやすい。有効な硬化の実
現には、光線透過率が30％以上であることが好ましい。
光源は、プリント配線回路及び集積回路の製造、または
製版でコーティングのUV硬化またはホトリソグラフィー
に通常用いられるものを用い得る。一般的な光源とし
て、波長365nmの主要出力を有する水銀−キセノンアー
ク燈または水銀アーク燈などを挙げることができる。

接着剤を光線によって硬化させる場合に用いるのに適
した支持基板材料には、ガラス、及び非晶質構造のポリ
メチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリオレフ
ィン、ポリエステル等のような高光線透過性の可撓性ポ
リマーが含まれる。

本発明で有用な接着剤は、沸点が100℃より高く、好
ましくは150℃より高い不揮発液状接着剤である。沸点
が高いと、接着剤の熱硬化が特に好ましく実現する。接
着剤は室温で10,000cps未満、好ましくは5,000cps未満
の粘度を有するべきである。粘度が高すぎると、特に受
容基板と支持基板との位置合わせが必要である場合に困
難が生じがちである。

適当な熱硬化可能接着剤には、加熱硬化工程で揮発性
の副産物を生成しない架橋性化合物が含まれる。このよ
うな接着剤の非限定的な例に、エポキシ、不飽和エステ
ル、ビニルまたはアクリル化合物などが有る。

特に紫外線源を用いて硬化させ得る適当な光硬化可能
接着剤には光重合性ビニル、アリルまたはアクリレート
化合物が含まれる。これらの化合物は好ましくは複数の
光活性不飽和基を有する。その他の適当接着剤として、
オニウム塩、特にヨードニウム塩のような感光触媒を含
有するエポキシ樹脂を挙げることができる。適当な光硬
化可能接着剤は、例えばC.G.Roffey,“Photopolymeriza
tion of Surface Coatings,"John Wiley＆Sons,1982な
どの文献に記載されているような非常に様々な化合物の
中から選択可能である。しかし硬化時に大量の揮発性副
産物を生じるか、または例えば無機化合物のような酸素
プラズマエッチング耐性物質を大量に含有する接着剤化
合物は、本発明では使用が制限される。

支持基板を受容基板に重ねる前にまず接着剤をいずれ
か一方の基板に、例えばディスペンサーで接着剤を基板
上に滴下することによって塗布する。場合によっては、
接着剤で基板を予め被覆しておくことも可能である。基
板貼り合わせの前及び最中に、気泡の形成を一切排除す
るべく真空を実現し得る。

集積回路の製造で接触転写に通常用いられ、一般にマ
スクアライナと呼称される機械的及び光学的位置合わせ
機構が、本発明における基板貼り合わせ及び任意の位置
合わせ並びに接着剤の硬化を行なうべく構成され得る。

光学的位置合わせが必要な場合は光線透過性の支持基
板が好ましい。光線透過性の支持基板を用いて光硬化を
実現することは、２つの基板の相対位置の迅速な確定を
可能にするので特に好ましい。接着剤が硬化した後、支
持基板は様々な方法で除去することができる。

支持基板除去の最も簡単かつ有効な方法は、機械的力
を用いて支持基板を貼り合わせ構造体から剥ぎ取るとい
うものである。機械的剥ぎ取りを行なう場合は通常、支
持基板上にホトレジスト層を設ける前に付着促進の下塗
りを行なうことは好ましくない。

他に、無機材料から成る支持基板にプラズマエッチン
グまたは化学的エッチングを施す方法、及び解重合可能
なポリマーから成る支持基板を用いる方法などが有る。
解重合可能ポリマーは、室温から隔たらない低い天井温
度を有するべきである。そのような解重合ポリマーの例
には、加熱されると鎖の分断により分解して揮発性フラ
グメントを生成するポリアルデヒドまたはポリスルホン
が含まれる。加熱による解重合を加速するべく、真空条
件を用いるべきである。支持基板除去のためのプラズマ
エッチングまたは化学的エッチングは、支持基板の下側
に存在する有機材料に及んではならない。

工程（iv）では、第1H図または第1I図の構造体にプラ
ズマエッチング、特に酸素反応性イオンエッチングを施
して、受容基板６上の材料のエッチング耐性パターンに
よって保護されていない部分を除去する。第1J図及び第
1K図に示した、得られるパターンを保持した受容基板６
は、第1H図及び第1I図に概略的に示した構造体にそれぞ
れ対応する。受容基板６は、酸素プラズマまたは酸素反
応性イオンエッチング条件に対して耐性であるべきであ
る。この基板は、好ましくは無機材料または有機金属化
合物から成る。

当然ながら、本発明には集積回路製造工業で用いられ
る様々な方法も含まれ得る。それらの方法の中に、像反
転法、最上部結像法、及びホトレジスト層または接着剤
層へのエッチング耐性化合物の選択的添加が含まれる。
エッチング耐性化合物は普通、酸素プラズマまたは酸素
反応性イオンエッチングチャンバ内での乾式現像の際に
エッチング耐性の金属酸化物を生成する有機金属化合物
である。

普通ジアゾキノン／ノボラックまたはポリビニルフェ
ノールをベースとするポジ型系である像反転ホトレジス
トでは、光変換したジアゾキノン化合物に熱を用いて脱
炭酸反応を起こさせることによって露光領域を現像液に
不溶性とし得る。未露光領域は、後に投光光線によって
水性アルカリに可溶性とする。このような操作は、レジ
ストパターンプロフィールの良好な制御を容易にし、本
発明に用いることができる。

特に断らないかぎり、以下に説明する成分及び方法は
この第１の例で説明したものと同じである。

本発明の別の例を次に説明する。

市販のAZ5214（Hoechst,USA）、並びに（その内容が
本明細書に参考として含まれる）米国特許第4,196,003
号及び同第4,104,070号に開示されたホトレジストを含
めたエッチング耐性の像反転ホトレジストを用いる場合
は、単層ホトレジストに関して先に述べたのと同じ操作
を概して行なう。しかし、第2A図に示したように露光後
ベーキングを行なって、光線透過性の支持基板２上のエ
ッチング耐性ホトレジスト薄膜７にパターンを形成す
る。露光後ベーキングを行なうと露光部分８がアルカリ
現像液に不溶性となり、一方未露光部分９はその組成が
変化しないままである。第2B図に示したように、パター
ンを保持した支持基板２を接着剤５で受容基板６と貼り
合わせた後、投光光線を照射して接着剤５を硬化させ
る。この処理によって同時に、ホトレジスト層７の未露
光部分９がアルカリ可溶性となる。投光光線の照射は、
露光後ベーキングを施したホトレジスト７を受容基板６
と貼り合わせる前に実施してもよい。支持基板２除去
後、第2C図に示したように接着剤層５上にネガ像パター
ン８を規定する。その後、酸素プラズマエッチングによ
って乾式現像を行なうことにより、先に説明し、かつ第
1K図に示したようにして受容基板６上に直接パターンを
形成する。

像反転法と最上部結像法との両方を用いる、本発明の
更に別の例を以下に説明する。第3A図に示したように、
支持基板２上のエッチング耐性ホトレジスト層10にパタ
ーンを形成する。レジスト層10の露光を制御して、露光
部分11がレジスト層10の基板２に接触する最下部に達し
ないようにする。このような最上部結像は通常、パター
ン結像光線の波長において高い吸光度を示す吸光染料を
ホトレジスト層10に添加することによって実施し得る。
あるいは他の場合には、レジスト膜10を弱く露光するこ
とによっても最上部結像を実施し得る。潜像形成後は像
反転法に関して説明したのと同じ操作を行なう。しか
し、第3B図に示した構造体において接着剤５を光線で硬
化させると、ホトレジスト層10の支持基板２と接触する
部分はアルカリ現像液に溶解可能となる。これは像反転
の結果である。このような構成によって、支持基板２を
アルカリ水溶液中で容易に除去することができる。支持
基板２を除去した後更にパターンを現像し、可溶部分を
完全に洗い落とす。次に、第3C図に示した得られた構造
体に、先に述べたようなプラズマエッチングを施す。

本発明の更に別の例では、エッチング耐性を有しない
ホトレジストを用いる。このホトレジストは本発明にお
いて、受容基板上に設置するホトレジスト層へのエッチ
ング耐性物質の添加を乾式現像前に実施できる場合に用
い得る。エッチング耐性物質をホトレジスト層に選択的
に添加する場合、この添加は通常、パターン結像工程で
の光化学反応によって規定される。例えば、通常のポジ
型ジアゾキノン／ノボラックホトレジストの露光部分は
インデンカルボン酸が生成することによって、ヘキサメ
チルジシラザンのようなアミノシランの添加を未照射部
分より受け入れやすくなる。ネガ型ホトレジストでは、
光重合が生起する照射領域が、分子量が大きくなること
で未照射領域よりエッチング耐性物質を受け入れにくく
なる。

非エッチング耐性ホトレジストを用いる方法の一例
を、次のように説明することができる。第4A図に示すよ
うに、エッチング耐性化合物を、支持基板２上のパター
ン結像済みのホトレジスト層12の露光領域13に選択的に
添加する。第4B図に示した、支持基板２と受容基板６と
を貼り合わせ、接着剤５を硬化させ、かつ支持基板２を
除去して得られた構造体にはホトレジスト層12の湿式現
像を一切行なわずにプラズマエッチングを施すことがで
きる。エッチング耐性化合物を添加された領域13は、後
から行なわれる受容基板６上での乾式現像のための保護
マスクとなる。乾式現像の結果を第4C図に示す。エッチ
ング耐性物質はホトレジスト層の未露光領域に選択的に
添加することも可能であり、その場合に受容基板６上で
乾式現像されるパターンを第4D図に示す。エッチング耐
性物質の上述のような選択的添加が可能であるホトレジ
ストとしては、（その内容が本明細書に参考として含ま
れる）米国特許第4,613,398号及び同第4,552,833号に開
示されたホトレジスト、並びにUCB ElectronicsのPlasm
askのような市販ホトレジストなどを挙げることができ
る。一般に、シリコン、錫またはチタン原子を有する有
機金属化合物ようなエッチング耐性化合物の添加は、該
有機金属化合物のアミノ官能基をポジ型ホトレジスト層
の露光領域のノボラック樹脂のフェノキシル基と選択的
に結合させることによって行なう。ホトレジストがネガ
型である場合に本発明による選択的添加に適当である他
の無機化合物は、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキ
シル基及びオキシラン基のような官能基を有し得る。そ
の場合、ホトレジストは対応する官能基、即ちエッチン
グ耐性の有機金属化合物がアミノ基またはカルボキシル
基を有する時はオキシラン基、オキシラン基を有する時
はアミノ基を含有するべきである。

光反応がもたらす差異によって制御されるエッチング
耐性物質の選択的添加を行なうことは必ずしも必要でな
い。第4E図に点影によって示したように、エッチング耐
性物質を、支持基板２上のホトレジスト層１の上側表面
領域14に非選択的に添加する。次いで、第4F図に示すよ
うにパターン結像光線での露光によって潜像を形成し、
その際露光領域は第4F図中の線影部分である。ポジ型ホ
トレジストの場合、第4G図に示したように現像によって
露光領域を除去する。ネガ型ホトレジストを用いること
も可能であり、その場合は反転像パターンが得られる。

通常、エッチング耐性化合物の添加はホトレジストの
パターン形成を妨げるべきでない。即ち、ホトレジスト
がポジ型であればエッチング耐性化合物は、ジアゾキノ
ンの官能基と反応することによりカルボキシル基保持分
子への光変換能力を損なう物質であってはならない。従
って、エッチング耐性化合物は、例えばノボラック樹脂
の基に対して反応性であるシリコン、錫またはチタンを
有する化合物であり得る。上記反応とは例えば、ノボラ
ック樹脂のフェノキシル基がアミノシランと結合する反
応である。エッチング耐性化合物は非反応性であっても
よい。その場合、エッチング耐性化合物のホトレジスト
層への添加は、例えば金属塩溶液への浸漬により液相拡
散を実現することによって行なう。非反応性のエッチン
グ耐性物質は、露光結像とその後の現像の間不活性のま
まである。

ネガ型ホトレジストの場合も原理は同じである。加え
て、この場合のエッチング耐性化合物は、光学的に誘起
される架橋反応において反応するように光反応性であり
得る。結像及び現像の間不活性のままである非反応性の
エッチング耐性化合物を用いることも可能である。

次に、支持基板と受容基板とを貼り合わせること、及
び接着剤を硬化させることを含む、先に述べた操作を実
施する。第4H図に、ポジ型ホトレジストの場合に支持基
板２を除去した後に得られる構造体を示す。パターン
の、エッチング耐性物質が濃厚に存在する表面層14が今
や下方に有って、受容基板６上の接着剤層５と接触して
いることが留意されるべきである。

プラズマエッチング反応後、第4I図に示したようにパ
ターンは受容基板６上に転写される。ホトレジストパタ
ーンのエッチング耐性化合物層14が、該パターンによっ
て規定された接着剤層５を保護する。

本発明の別の例によれば、エッチング耐性物質の像反
転可能なポジ型ホトレジストへの添加を、支持基板を受
容基板と貼り合わせ、その後除去した後に行なうことが
可能である。第5A図に示したように、パターン結像済み
のホトレジスト層16の外側表面領域にエッチング耐性層
を17を非選択的に形成する。層16の線影部分が露光結像
領域であり、この領域を、像反転法に関して先に述べた
操作によってアルカリ現像液に不溶性とする。次にホト
レジスト層16を現像し、該層16の、接着剤硬化の前また
は最中に投光光線の照射によってアルカリ現像液に可溶
性とした部分を除去する。第5B図に示した得られた構造
体において、接着剤層５上で現像されたホトレジストパ
ターンはエッチング耐性物質が濃厚に存在する最上層17
を有し、この層17は該層17の下側に位置する材料部分を
保護する。その後の乾式現像によって規定されたパター
ンを、第5C図に示す。

本発明の別の例では、第6A図に示すように、エッチン
グ耐性物質を潜像の形状に従って添加する操作を最上部
結像法及び反転法と組み合わせて用いることが可能であ
る。支持基板２上のホトレジスト層18は、エッチング耐
性物質を添加された最上部結像領域19を有する。脱炭酸
ベーキングを行ない、かつ第6B図に示したように支持基
板と受容基板とを貼り合わせた後、ホトレジスト層18の
未露光領域と液状接着剤層５との両方に光線を照射す
る。即ち、接着剤を硬化させると同時に、ホトレジスト
層18のエッチング耐性物質を添加した最上部結像領域19
以外の部分をアルカリ現像液に可溶性とする。次にアル
カリ現像液中で、第6C図に示したように支持基板２を除
去し、かつパターンを現像する。得られるエッチング耐
性のホトレジストパターン19が、受容基板６上にパター
ンを規定し得る。酸素プラズマエッチングによって受容
基板６上に形成されるパターンを、第6D図に示す。

本発明の最後の一例では、接着剤にエッチング耐性物
質を添加する。この場合、ホトレジストに規定されるパ
ターンはエッチング耐性でない。例えば、第7A図に示し
た、第1H図の構造体に類似の構造体において、ポジ型ホ
トレジスト20はエッチング耐性を有しない。エッチング
耐性物質は、点影で表したように接着剤層５の露出面領
域に添加する。この領域が、支持基板除去後のエッチン
グ耐性の最上層21を構成する。その後、プラズマエッチ
ング反応容器内で乾式現像を行ない、第7B図に示したよ
うに受容器６上にホトレジストパターン20の反転パター
ンを設ける。あるいは他の場合には、ネガ型ホトレジス
トを用いることも可能である。その場合は第7B図に示し
たパターンの反転パターンが得られる。

更に、エッチング耐性物質をポジ型ホトレジストパタ
ーン20と接着剤層５との両方に非選択的に添加すること
も、ホトレジストパターン20の水性アルカリ現像液への
可溶性を損なわないかぎり可能である。今や外側表面領
域にエッチング耐性化合物が濃厚に存在するホトレジス
トパターン20は、アルカリ現像液での現像によって除去
される。その後、乾式現像を行なうことによって第7B図
に示したのと同じ結果が得られる。

接着剤にエッチング耐性パターンを保持させる更に別
の方法を、先に述べた最上部結像法と像反転法との組み
合わせ（例えば第3A図〜第3C図参照）から導くことがで
きる。本発明のこの変形例では、像反転ホトレジストは
本来エッチング耐性でない。ホトレジストは、AZ 5214
のような通常用いられる市販製品であり得る。支持基板
と受容基板とを重ね合わせて得られた、第7C図に、現像
液中で支持基板を除去し、またホトレジスト層の可溶部
分も洗い落とした貼り合わせ構造体を示す。レジストパ
ターン22は、先に述べたように熱によってアルカリ現像
液に不溶性として最上部結像領域である。点影を付した
部分23は、ホトレジストの可溶部分を洗い落とした後に
露出した接着剤層５中に気相または液相拡散によって形
成したエッチング耐性物質濃厚領域を表す。その後、プ
ラズマエッチングを行ない、受容基板６上で第7D図に示
すような対応パターンを現像する。

接着剤にエッチング耐性パターンを保持させる上述の
２方法に用いるのに適した接着剤は、先に挙げたものの
中から選択し得る。エッチング耐性物質の接着剤への吸
着または拡散に関する選択性は、ホトレジストへのもの
より高度でなければならない。

接着剤とエッチング耐性有機金属化合物との結合反応
は、ホトレジストが有機金属化合物と反応するような官
能基を含有しなければ吸着または拡散の際に好ましく生
起する。

従って、接着剤の官能基とエッチング耐性である有機
金属化合物の官能基との適当な組み合わせは、例えばエ
ポキシ基とアミノ基、エポキシ基と無水物基、エポキシ
基とカルボキシル基、ヒドロキシル基とイソシアネート
ビニル及びチオール基、アリル基とチオール基、または
アクリレート基とチオール基との組み合わせであり得
る。他の様々な組み合わせも、特に熱または触媒の存在
下に有効に用いることが可能である。

本明細書に述べた諸例は単に本発明を説明するための
ものと理解されるべきである。本発明に、本発明の精神
及び範囲の内で本発明の原理を具現する様々な変更を加
えることは、当業者には可能である。

実験例この実験例では、本発明の諸例に現れた概念を説明す
るべく、エッチング耐性化合物を含有する像反転ホトレ
ジストを用いる。

使用ホトレジストは次の組成を有する。

重量部 AZ5214（Hoechst,USA） 100（乾燥）ポリ（フェニルシルセキオキサン） 25 シス（1,3,5,7−テトラヒドロキシ）− 1,3,5,7−シクロテトラシロキサン 50 溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテル
アセテートを用いて、固体含量27％のエッチング耐性組
成物を製造した。ホトレジストを薄いガラスプレート
に、高速回転被覆装置（Headway Research Inc.）によ
って4000rpmで25秒間塗布した。厚み約１μｍの薄膜を
得た。次に、熱対流炉でソフトベーキングを80℃で16分
間行なった。220〜320nmの光源を具備したOrielマスク
アライナ85240を用いて、５μｍ幅のライン及びスペー
スから成るパターンを保持するエマルション型マスクか
らの転写を行なった。露光した時間は80秒で、これは35
mJ/cm²に対応する。

熱対流炉で露光後ベーキングを90℃で20分間行なった
後、UVで硬化可能な接着剤を用いて、ホトレジスト薄膜
を保持したガラスプレートをシリコンウェーハと貼り合
わせた。接着剤は、100重量部のトリメチロールプロパ
ントリアクリレート（Aldrich）と10重量部のベンジル
ジメチルケタル（Ciba−Geigy,Limited）とによって調
製した。貼り合わせ構造体を、接着剤を硬化させるのに
用いる紫外線に対して暴露する前に指で穏やかに押圧し
て、接着剤層の厚みを最小化した、硬化用光源として
は、主要出力波長365nmの3KW ORC HMW 532ホトプリンタ
を用いた。線量は500mJ/cm²とした。次に、支持ガラス
プレートを引き剥がし、貼り合わせ構造体を約30秒間テ
トラメチルアンモニウムヒドロキシドの４％水溶液に浸
漬してホトレジストパターンを現像した。パターンを保
持したシリコンウェーハに、プラズマ反応容器（Plasma
labシリーズ、高周波電源電圧80）内で、330ボルトのDC
バイアスで20SCCM（標準状態cc/分）の酸素ガス流量で1
5分間酸素プラズマエッチングを施した。得られた試料
を光学顕微鏡の下でTalystep（Taylor Habson）により
調べたところ、良好に規定されたパターンを観察した。

【図面の簡単な説明】

第1A図〜第1K図は酸素プラズマエッチング条件に対して
耐性であるホトレジスト材料を用いる本発明方法の説明
図、第2A図〜第2C図はホトレジストを露光後にベーク
し、その後光線照射する本発明方法の説明図、第3A図〜
第3D図はエッチング耐性物質をホトレジスト層の最上部
に存在させ、最下部には到達させない、像反転法及び最
上部結像法を用いる本発明方法の説明図、第4A図〜第4I
図は乾式現像前にエッチング耐性物質を選択的に添加す
る、非エッチング耐性のホトレジストを用いる本発明方
法の説明図、第5A図〜第5C図はエッチング耐性層をホト
レジストの外側表面領域に非選択的に形成する方法の説
明図、第6A図〜第6D図はエッチング耐性物質をベーキン
グ及び像反転現像前に用いる本発明方法の説明図、第7A
図〜第7D図はエッチング耐性物質を接着剤に添加する本
発明方法の説明図である。 1,7,10,12,16,18……ホトレジスト層、２……支持基
板、５……接着剤、６……受容基板。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、エッチングに対して耐性である
パターンを形成する方法であって、（ａ）平坦でかつ光線透過性である支持基板上にホト
レジスト層を形成する工程と、（ｂ）ホトレジスト層にホトレジストパターンを形成
する工程と、（ｃ）ホトレジストパターンを保持した支持基板を受
容基板に対し、両基板間に硬化可能な液状接着剤を用い
て、かつ支持基板のホトレジスト側が受容基板に対向す
るようにして貼り付ける工程と、（ｄ）液状接着剤を化学作用の有る光放射線によって
硬化させ、かつ支持基板を除去してホトレジストパター
ンを受容基板に移転する工程と、（ｅ）ホトレジストパターンによって保護されていな
い受容基板の表面を選択的に露出させるように、酸素プ
ラズマまたは酸素反応性イオンエッチングによって受容
基板をエッチングする工程とを含むエッチング耐性パターン形成方法。
【請求項２】支持基板が無機ガラス及び非晶質の有機化
合物の中から選択された材料から成り、この基板は接着
剤硬化用の化学作用の有る光放射線を透過させることを
特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】液状接着剤が100℃より高い沸点を有する
光重合可能な有機化合物であることを特徴とする請求項
１に記載の方法。
【請求項４】受容基板が酸素プラズマまたは酸素反応性
イオンエッチングに対して実質的に耐性であることを特
徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】ホトレジストがポジ型ホトレジストである
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】ホトレジストがネガ型ホトレジストである
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】ホトレジストパターンが酸素プラズマまた
は酸素反応性イオンエッチングに対して耐性であり、か
つ基板貼り合わせ工程（ｃ）以前に支持基板上で明瞭に
現像されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】ホトレジストが像反転可能な、酸素プラズ
マエッチング耐性物質を含有するジアゾキノン／ノボラ
ック系であり、ホトレジストパターンはホトレジスト層
中の潜像であり、この潜像は乾式現像前に受容基板上で
湿式で現像されることを特徴とする請求項１に記載の方
法。
【請求項９】潜像がホトレジスト層の、支持基板側を下
側として上側の表面層中に位置することを特徴とする請
求項８に記載の方法。
【請求項１０】ホトレジストが酸素プラズマエッチング
耐性物質を含有せず、ホトレジストにエッチング耐性物
質が潜像の形状に従って添加されることによって潜像が
酸素プラズマエッチング耐性となり、その際前記湿式現
像を行なう必要は無いことを特徴とする請求項８に記載
の方法。
【請求項１１】ホトレジスト層が、ホトレジストパター
ン形成前に該層の上側の表面層にエッチング耐性物質が
非選択的に添加された後にのみ酸素プラズマエッチング
耐性となることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】酸素プラズマエッチング耐性物質が支持
基板除去後にホトレジスト層に非選択的に添加されるこ
とを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】潜像がホトレジスト層の、支持基板側を
下側として上側の表面層中に位置することを特徴とする
請求項10に記載の方法。
【請求項１４】ホトレジストパターンが酸素プラズマま
たは酸素反応性イオンエッチングに対して耐性でなく、
乾式現像前に、硬化した液状接着剤の支持基板除去後に
露出した表面層にエッチング耐性物質が添加されること
を特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１５】ホトレジストが酸素プラズマエッチング
耐性物質を含有せず、乾式現像前に、硬化した接着剤の
湿式現像後に露出した表面層にエッチング耐性物質が添
加されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１６】酸素プラズマまたは酸素エッチングに対
して耐性であるホトレジストパターンが、酸素プラズマ
または酸素反応性イオンエッチング反応の際に安定な酸
化物を生じる有機金属化合物を含有することを特徴とす
る請求項７に記載の方法。
【請求項１７】酸素プラズマエッチング耐性物質が、酸
素プラズマまたは酸素反応性イオンエッチング反応の際
に安定な酸化物を生じる有機金属化合物であることを特
徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１８】エッチング耐性物質を潜像の形状に従っ
て添加することが、アミノ基を有する有機金属化合物が
潜像部分のノボラック樹脂に選択的に結合することによ
って実現され、この結合反応の生成物は酸素プラズマま
たは酸素反応性イオンエッチング反応において安定な酸
化物を生じることを特徴とする請求項10に記載の方法。
【請求項１９】エッチング耐性物質の非選択的添加が、
安定な酸化物を生じる金属含有化合物をホトレジスト層
の上側の表面層中へ液相または気相で浸透させることに
よって実施され、その際前記化合物はホトレジスト層中
の感光物質と反応しないものに限られることを特徴とす
る請求項11に記載の方法。
【請求項２０】酸素プラズマエッチング耐性物質が安定
な酸化物を生じる金属含有化合物であり、このエッチン
グ耐性物質はホトレジスト層の上側の表面層に液相また
は気相で浸透させて添加されることを特徴とする請求項
12に記載の方法。
【請求項２１】接着剤表面層に添加されるエッチング耐
性物質が接着剤とのみ反応する官能基を有する、安定な
酸化物を生じる有機金属化合物であることを特徴とする
請求項14に記載の方法。
【請求項２２】接着剤表面層に添加されるエッチング耐
性物質が接着剤とのみ反応する官能基を有する、安定な
酸化物を生じる有機金属化合物であることを特徴とする
請求項15に記載の方法。