JP2950437B2 - 乾式パターン形成方法 - Google Patents
乾式パターン形成方法Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
Description
方法に関し、特に高解像性の乾式現像パターン形成方法
に関する。
の製造には、加工すべき基板上にノボラック樹脂にキノ
ンジアジド化合物を混合したポジ型ホトレジストなどの
感放射線樹脂を塗布した上、集積回路装置のパターンに
応じたパターン形状を形成するために、ホトリソグラフ
ィーにより水銀灯のg線(波長436nm)やi線(波
長365nm)を用いて露光し、現像液にて現像するホ
トリソグラフィー法が用られてきた。
細化し、基板上に形成されるべき回路パターンの寸法が
1μm以下の領域に入っており、このような寸法領域で
は、従来のホトリソグラフィー法を使用しても、特に段
差構造を有する基板が使用される場合、露光時の入射光
の反射の影響や光学系における焦点深度の浅さなどの問
題が発生し、充分な解像が困難となる問題が生じる。
61−107346公報では、従来のホトリソグラフィ
ー法と同様に、水銀灯のg線やi線を用い、あるいは遠
紫外線を用いて回路パターンを露光した後、例えば珪素
化合物による処理によって露光部を選択的にシリル化し
た後に反応性プラズマ等を用いた異方性エッチングによ
る乾式現像を行う方式が提案されている。
46号公報に記載されている方法では、露光部に対して
珪素化合物ガスを選択的に拡散させたのち、レジストの
官能基との反応によりこれらの露光部に選択的に固定す
るものである。しかしながら、この固定化されたシリル
化層の形状は、露光による入射光の強度分布に影響され
てしまう。すなわち、入射光により露光部では、ジアゾ
キノン部位が光反応を生じることで樹脂の透過性が変化
するが、その変化の度合の分布は入射光のエネルギー分
布に比例したものとなる。よってこの露光部位が選択的
にシリル化された場合、シリル化層の形状は矩形形状に
はなり得ない。一方、乾式プラズマエッチングにおいて
は、露光部のシリル化層が酸化珪素に変化しエッチング
工程中残留することで、これらの部分を効率よく保護す
ることができる。しかし、この際シリル化層の形状が矩
形である方が、エッチング後に形成されるパターンの寸
法変動が少ないと考えられる。
光のエネルギー分布に影響されるが、それは同時に、形
成されるパターンの忠実性にも大きな影響を与えること
を示している。すなわち、パターンサイズが小さくなる
に従い、レジスト中に入る光強度が低下するため、そこ
で形成されるシリル化層の形状、珪素化合物の固定強度
値も変動を受ける。そのため、乾式現像後のパターン寸
法の忠実性が低下してしまうことがある。特に、0.5
μm以下のパターン領域において顕著な現像である。こ
れを解消させる為には、全てのパターンにおいて等しい
シリル化層形状、および珪素化合物の固定化強度を有す
る状況を作ることが必要である。
7346号公報に提案されている方式における珪素化合
物による露光部の選択的シリル化によるエッチングマス
ク層の形成に際し、矩形性の良好な選択的シリル化層を
形成し、さらにそれを用いて乾式パターンを形成する方
法を提供することにある。
成方法は基板上にジアゾキノンと結合させたフェノール
系ポリマーを含むレジスト材料からなる平坦化層を例え
ばプリベークにより形成し、該平坦化層上にジアゾキノ
ンと結合させたフェノール系ポリマーを含むレジスト材
料からなる上層レジスト膜を例えばプリベークにより形
成し、該レジスト膜に放射線を照射し、前記上層レジス
ト膜中にシリコンを拡散させて部分的にフェノール系水
酸基をシリルエーテル基に置換させた後、乾式エッチン
グにより前記上層レジスト膜および前記平坦化層をエッ
チングしてレジストパターンを形成することを特徴とす
る。
0.1〜0.6μmの範囲であり、更に好ましくは、
0.15〜0.5μm範囲内である。
m未満の場合、シリル化層が薄すぎて乾式現像中にシリ
ル化層自体もエッチングされてしまうため、正確なパタ
ーン形成が困難となる。
mをこえてもシリル化層の矩形性はある程度保つことが
できるが、特にパターンサイズが小さくなるとシリル化
層の矩形性は保つことができなくなり、その結果、形成
されたパターンはマスクを忠実に再現することができな
くなる。
は、通常、温度50〜140℃、時間10秒〜10分間
程度である。また、露光後の加熱処理条件としては、温
度120〜200℃、時間10秒〜10分間程度であ
る。さらに、シリル化条件としては、通常、温度120
〜200℃、時間10秒〜10分間程度である。
しては、ジアゾキノンと結合させたフェノール系ポリマ
ー、好ましくはノボラック樹脂であり、前記フェノール
系ポリマーを、アルキル基,アリール基またはハロゲン
原子によって置換されていてもよいフェノール,ナフト
ールおよびそれらの誘導体と、ハロゲン原子で置換され
ていてもよい脂肪族または芳香族アルデビドとの縮合
物、好ましくは、低級アルキル基で置換したフェノール
誘導体と脂肪族アルデビドとの縮合物、フェノール基が
アリール基、またはハロゲン原子に置換されていてもよ
いポリ(ピニルフェノール)、ビニルフェノールとエチ
レン性不飽和化合物との共重合体等と混合使用すること
ができる。これらの材料の市販品としては、例えばPL
ASMASK−200GC(UCB−JSR ELEC
TRONICS社製)が挙げられる。
〜3μmの範囲であり、好ましくは1〜2μmの範囲内
である。上層を含めた全体の膜厚が1μm以下であると
パターン形成後の下地基板の加工に支障を来す。反対に
3μmを越える膜厚の場合、乾式現像時間が極端に長く
なるため好ましくない。
は、プリベーク処理によりレジストの硬化を生じる条件
の範囲内であればよい。即ち、温度100〜250℃、
時間1〜10分間程度である。このプリベークによる硬
化により、上層レジストの塗布が可能となる。
ル,プロピレングリコールモノエチルアセテート等のエ
ステル系溶媒、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶
媒、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒に溶解させて
溶液とした後、スピンコート等の通常の方法によってシ
リコンウエハー等の半導体基板、アルミニウム等の金属
基板上に溶液を塗布し、プリベーク処理によってレジス
ト膜を形成する。その後、紫外線等の放射線を照射しこ
の照射部にヘキサメチルジシラザン等のシリル化剤を作
用させ、上層レジスト膜中にシリル化剤を拡散させ、上
層レジスト膜中に珪素化合物を固定化し、酸素プラズマ
等を用いた乾式現像を行うことにより、レジストパター
ンを形成する。
化層上に形成することによって乾式現像後のレジストパ
ターンの断面形状は垂直形状になり、かつ、形成された
パターン寸法のマスクに対する忠実性を大幅に向上させ
ることが可能になる。さらに、汎用の多層レジストとは
異なり上層レジスト膜のみのパターン形成が不要である
ために工程が簡略化される。
の直前のレジスト層を模式的に示す断面図である。
ctoronics社製、PLASMASK 20OG
Cを用いた。スピンコーターを用い、この材料を200
0rpmの回転速度で、シリコンウエハー1上に回転塗
布した。さらに、ホットプレート上で、180℃、18
0秒間のプリベークを行い、膜厚2.0μmの平坦化層
2を得た。シリコンウエハー1の表面に前工程によって
生じた凹凸があっても、平坦化層2により表面は平坦に
形成される。次に、平坦化層と同じ材料を、プロピレン
グリコールモノエチルアセテートで2倍に希釈した。こ
の希釈溶液を2000rpmの回転速度で上記平坦化層
2上に上層レジスト膜として回転塗布した。さらに、ホ
ットプレート上で、120℃、90秒間のプリベークを
行って膜厚0.3μmの上層レジスト膜3を形成し、全
体の膜厚として2.3μmのレジスト膜を得た。上層レ
ジスト膜3は平坦化層2上に形成されるので、その膜厚
が薄くても、平坦かつ均一な膜厚の層として形成され
る。
A)=0.54の紫外線露光装置を用い325mJ/c
m2 の露光量で所定のパターンを露光させた。次に、露
光後の加熱処理を160℃で3分間300mmHgの減
圧下で行い、その後、ヘキサメチルジシラザンの蒸気中
で、160℃で4分間のシリル化処理を行って部分的に
フェノール系水酸基をシリルエーテル化した。こうして
シリル化部分4を形成した。シリル化部分4の断面は図
1に示すようにほぼ矩形であった。次に、マグネトロン
方式のエッチング装置を用い、高周波出力1.5kW、
酸素流量30sccm、基板冷却温度−20℃の条件下
で乾式現像処理を行った。現像後の形成パターンを、電
子顕微鏡(以降SEMと略す)で観察した結果、最小解
像寸法0.35μmのライン アンド スペース パタ
ーンが正確に形成されていた。また、形成されたパター
ンは、ほぼ垂直壁を有しており解像性が高いことを示し
ている。
0μmの範囲で測定した。なお、この測長は、SEMに
付属している測長機構を利用して行った。次に、マスク
パターンサイズと形成されたパターンサイズをグラフ上
にプロットして図2に示す。図中○が本実施例による測
定点である。この測定点について直線回帰(最小二乗
法、以下同じ)を行った結果、回帰直線の傾きは、1.
001であって形成されたパターンのマスクパターン再
現性(以下、単に「再現性」という)が高いことを示し
ていた。
0.5μm、平坦化層を1.8μmとした以外は実施例
1と同一条件でレジスト膜の形成,シリル化および乾式
現像を行った。その結果、最小解像度寸法は0.35μ
mであり、ほぼ垂直壁を有していた。
た再現性は、回帰直線の傾きで1.005であり、高い
ことを示していた。
施例1と同一条件で行った。その結果最小解像寸法は
0.40μmであり、ほぼ垂直壁を有していた。また、
実施例1と同一の方法で実施して得た再現性は、回帰直
線の傾きで0.998であり、高いことを示していた。
施例と同一のレジスト材料を用い、実施例1における平
坦化層の形成と同一条件でレジスト膜5をシリコン基板
1上に形成した。なお、単層のためプリベーク条件は実
施例1の上層レジスト膜の条件と同一にした。次に、実
施例1と同一の紫外線露光装置を用い、露光量を325
mJ/cm2 にて露光を行った。次に、露光後の加熱処
理を300mmHgの減圧下で160℃で3分間行い、
次にシリル化を160℃で4分間のシリル化処理を行っ
てシリル化部分6を形成した。このサンプルを実施例1
と同一条件でエッチングを行った。解像度は0.4μm
であったが乾式現像後の形成パターンはアンダーカット
形状であった。マスクサイズと形成されたパターンサイ
ズの実測値を図2中に□で示す。再現性は回帰直線の傾
きで0.955であり実施例より劣っていた。
坦化層の形成条件とそれらの厚さおよび解像度,形成さ
れたパターンの断面形状および回帰直線の傾きを示す。
表1に見られる様に本発明の実施例1〜3は、単層の比
較例1よりパターンの形状および再現性が優れている。
像度が高く、断面形状が垂直なレジストパターンを形成
することができ、得られたパターンの寸法はマスクの寸
法を忠実に再現している。従って本発明は集積回路装置
などの製造工程に適用して有効である。
を示す模式的断面図である。
係を示す線図である。
模式的断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上にジアゾキノンと結合させたフェ
ノール系ポリマーからなる平坦化層を形成し、該平坦化
層上にジアゾキノンと結合させたフェノール系ポリマー
を含むレジスト材料からなる上層レジスト膜を形成し、
該レジスト膜に放射線を照射し、 前記上層レジスト膜中にシリコンを拡散させて部分的に
フェノール系水酸基をシリルエーテル基に置換させた
後、乾式エッチングにより前記上層レジスト膜および前
記平坦化層をエッチングしてレジストパターンを形成す
ることを特徴とする乾式パターン形成方法。 - 【請求項2】 前記平坦化層と前記上層レジスト膜が同
じ材質であることを特徴とする請求項1に記載の乾式パ
ターン形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6688591A JP2950437B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 乾式パターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6688591A JP2950437B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 乾式パターン形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04301646A JPH04301646A (ja) | 1992-10-26 |
JP2950437B2 true JP2950437B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=13328802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6688591A Expired - Lifetime JP2950437B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 乾式パターン形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2950437B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09311461A (ja) * | 1996-05-17 | 1997-12-02 | Mitsubishi Electric Corp | パターン形成方法 |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP6688591A patent/JP2950437B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04301646A (ja) | 1992-10-26 |
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