JPH0150895B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 半導体ウエハをポリ（メタクリル酸無水物）
よりなるポジ型レジストで被覆する方法であつ
て、 (a) 該ウエハをポリ（メタクリル酸ｔ―ブチル）
の薄層で被覆する工程、 (b) 該予備被覆されたウエハを、該ポリ（メタク
リル酸ｔ―ブチル）がポリ（メタクリル酸無水
物）に転化する温度に熱して該ウエハの表面上
に該無水物の薄い、比較的均一な前駆体層を形
成する工程、 (c) 該無水物表面にポリ（メタクリル酸無水物）
の溶液を適用する工程、および (d) 該溶液から溶媒を除去してポリ（メタクリル
酸無水物）よりなる所望厚さの均一被膜を該半
導体ウエハの予備被覆表面上に得る工程 を包含してなる方法。

２ 工程(b)の無水物層が約1000オングストローム
よりも小さい厚さを有する請求の範囲第１項記載
の方法。

３ 工程(b)の層の厚さが約250ないし約500オング
ストロームである請求の範囲第２項記載の方法。

４ 該予備被覆されたウエハを約200ないし約250
℃の範囲内の温度に熱して工程(b)の無水物層を形
成する請求の範囲第１項記載の方法。

５ 工程(c)の溶液の組成が、約２ないし約10重量
％の該無水物を含む請求の範囲第１項記載の方
法。

６ 溶媒がジメチルアセトアミド、ジメチルホル
ムアミドおよびＮ―メチルピロリジオンよりなる
群の中から選ばれる請求の範囲第５項記載の方
法。

７ 工程(d)の溶媒除去後における半導体表面上の
レジスト被膜の全厚さが工程(b)の前駆体層のそれ
の少なくとも２倍である請求の範囲第１項記載の
方法。

８ 工程(d)の溶媒除去後における半導体表面上の
レジスト被膜の全厚さが少なくとも約2000オング
ストロームである請求の範囲第１項記載の方法。

９ 工程(d)の溶媒除去後における半導体表面上の
レジスト被膜の全厚さが約2000ないし約20000オ
ングストロームである請求の範囲第８項記載の方
法。

１０ シリコン材料からなるウエハをポリメタク
リル酸無水物からなる電子ビームレジストで被覆
する方法であつて、 (a) 該ウエハの表面上に、ポリ（メタクリル酸ｔ
―ブチル）の層を形成し、および該ウエハを約
200℃ないし250℃の温度に熱して該ポリ（メタ
クリル酸ｔ―ブチル）をポリ（メタクリル酸無
水物）に転化し、それによつて約1000オングス
トロームよりも小さい厚さを有する該無水物の
薄い、比較的均質な前駆体層を該ウエハの表面
上に形成する工程、 (b) 該前駆体層の表面に、ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルホルムアミドおよびＮ―メチルピ
ロリジオンよりなる群の中から選ばれた溶媒に
溶解したポリ（メタクリル酸無水物）の溶液を
適用する工程、および (c) 蒸発によつて該溶液から該溶媒を除去して均
一に分布したレジスト被膜であつてその少なく
とも大部分が該溶液から被着された該ポリ（メ
タクリル酸無水物）によるものであるものを形
成する工程 を包含してなる方法。

１１ 工程(a)の層の厚さが約250ないし約500オン
グストロームである請求の範囲第１０項記載の方
法。

１２ 工程(c)で形成されたレジスト被膜の全体が
約2000ないし約20000オングストロームである請
求の範囲第１０項記載の方法。

発明の背景 １ 発明の分野 この発明は微小回路の作製に用いられるタイプ
のポジ型レジストに係り、特には、ポリ（メタク
リル酸無水物）からなるポジ型レジストに関す
る。

２ 先行技術の説明 現代電子工学の進歩により、周知のシリコン
「チツプ」が開発された。このシリコンチツプは、
チツプの表面上の金属ストライプによつて配線さ
れた、トランジスタ、キヤパシタ等の電子回路素
子全てを含んでいる。回路寸法の減少によつて、
これらチツプの機能当りの価格が低下し、回路の
種々の論理機能のスイツチング速度が増してきて
いる。

これらチツプは、電子ビームリングラフイー等
のホトリソグラフ法を用いて製造されている。こ
の種のホトリソグラフ法は、CRCサーキツト・
レヴユー・ソリツド・ステート・マテリアルズ・
サイエンス、1978（1979年刊行）8223〜64頁にエ
ム・ジエイ・ボウデンによつて発表された「エレ
クトロン・ラジエーシヨン・オブ・ポリマーズ・
アンド・イツツ・アプリケーシヨン・ツー・レジ
スト・フオー・エレクトロン―ビーム・リングラ
フイー」と題する論文に論議されている。

簡単に述べると、ホトリソグラフ法は、ウエハ
基板の半導体表面をポリマーレジストで被覆する
ことを必要とする。次に、被覆された基板を、そ
の所定領域において、いづれもレジストを打撃し
てレジストの化学的性質を変化させるところのイ
オンビーム、Ｘ―線または電子線のような放射線
源に曝露する。電子ビームリソグラム法において
ポジ型レジストとして有利に用いられている材料
の１はポリ（メタクリル酸無水物）（PMAH）で
ある。

半導体ウエハの表面は、電子線のような放射線
源に曝露する前にPMAH膜で覆う必要がある。
しかしながら、PMAHの溶媒例えばジメチルア
セトアミド、ジメチルホルムアミドおよびＮ―メ
チルピロリジオンは、半導体ウエハ表面特にシリ
コンを適切に湿潤して均一被膜を提供することが
ない。かくして、PMAH膜は、現在のところ、
まず、ポリ（メタクリル酸ｔ―ブチル）
（PTBMA）の溶液塗布をウエハ表面に適用する
ことによつて調製されている。つぎに、
PTBMAを約200℃に２ないし３時間熱し当該被
膜をPMAHの膜に転化する。この方法に伴なう
問題は、生成したレジストの組成および均質性に
かなりの変動があり、品質制御が困難であるとい
うことである。プロセス条件特に処理オーブン内
温度の均一性に依存して、PTBMAのPMAHへ
の転化が不完全となり得る。その結果、
PTBMAおよびPMAHの双方を含む被覆の領域
が存在してしまう。ホトリソグラフ法の以後の工
程において、現像溶液にさらすことによつて照射
されたレジスト領域が溶解され、かくしてウエハ
表面から除去される。照射されない領域における
PTBMAは現像溶液中における溶解性が、同じ
領域におけるPMAHよりも高いので、ウエハ表
面上に残るレジスト膜構造は平坦でなくなつた
り、均質でなくなつたりすることがある。加え
て、PTMBAがPMAHへ転化する反応は、副産
物であるイソブチチレンおよび水を遊離させる。
これら副産物は反応条件下においてガスの形態に
あるが、ガスの泡がポリマー被覆中にトラツプさ
れたまま残り、連続性および一体性が変化する領
域を産みだすことがある。上記した条件の下で均
質なレジスト生成物を生成するために反応パラメ
ータを制御することは、非常にやつかいであり、
しばしば不適切である。この発明は、上記問題を
回避できるように、PMAHポジ型レジストの少
なくとも大部分を、準備された半導体ウエハ表面
に直接適用することのできる方法に関するもので
ある。

発明の概要 この発明に従うと、通常の被覆方法を用いて生
じる品質制御の問題を回避して半導体ウエハ材料
をポリ（メタクリル酸無水物）（PMAH）で被覆
する方法が提供される。この発明の方法によれ
ば、ウエハを、まず、PTBMAよりなる薄い前
駆体層で予備塗布し、ついでこれをPTBMAが
PMAHに転化する温度に熱して薄い比較的均一
なPMAH層を形成する。次に、PMAHの溶液を
この前駆体層上に適用し、半導体ウエハの予備被
覆表面に均一に分配された所望の厚さのPMAH
の被膜を得る。

この発明の方法は、１回のみのレジスト材料の
適用を要する先行技術に比べて、２回のレジスト
材料の適用を必要とする。しかしながら、この発
明方法は、予備処理された半導体ウエハに
PMAHを直接適用できるという利点を提供する。
予備処理（第１の適用）工程は、先行技術の説明
において述べた欠点を有することのある薄い
PMAH被覆物を提供するが、第２の適用工程に
よつてPMAHレジストの大部分―少なくとも99
％まで―溶液から直接適用できるので、レジスト
は先行技術の１回適用方法を用いることによつて
発生する欠陥が実質的にない、典型的なポジ型レ
ジストは約5000ないし10000オングストロームで
あるのに、この発明の方法において用いられる予
備処理被覆は、典型的には約1000オングストロー
ム未満であることに注意すべきである。すなわ
ち、この方法は、従来遭遇していた品質制御の問
題がなく、ポジ型レジストとしてPMAHを使用
することを可能とする。この方法は、また、レジ
ストの連続性および一体性を非常に精確に制御す
ることを可能とする。加えて、ウエハが予備被覆
されているので、より均一でより平滑な表面の
PMAHが得られる。

この発明を以下の詳細な説明および例によつて
さらに説明する。

【発明の詳細な説明】

この発明の方法によれば、半導体は、まず、
PTBMAよりなる薄い前駆体層で予備被覆され
る。PTBMAは、溶媒が半導体に対する良好な
湿潤剤であるとともにPTBMAに対する良好な
溶媒であるところの溶液から適用される。シリコ
ンウエハの場合には、トルエンのような溶媒が好
適である。PTBMAよりなる薄い前駆体層は、
つぎに、PTBMAをPMAHに転化するために、
約200℃ないし250℃に熱せられる。次に、ジメチ
ルアセトアミド、ジメチルホルムアミドまたはＮ
―メチルピロリジオンのような溶媒中のPMAH
溶液を前駆体層上に適用する。この溶液は、約２
ないし約10重量％のPMAHを含むことが好都合
である。これら溶媒は、シリコンウエハ自体を湿
潤させることはできないが、ウエハ上の前駆体層
を湿潤させることができる。溶媒に溶解した
PMAHを適用したら、溶媒を蒸発によつて除去
してウエハ上の前駆体層に強固に接着した
PMAHの比較的厚い層を形成する。こうしてウ
エハ上に形成されたポリマーレジストの全厚さは
レジスト材料の各適用からの寄与に依存する。結
果する複合レジストが、半導体基板に結合した第
１の層とこの第１の層に結合した第２の層との２
層からなるのか、または２層が溶けあつて１つの
区別することのできない層となつているのかは定
かではない。レジストは、形成された複合体の正
確な構造いかんにかかわらず実質的に同じように
作用する。典型的には、レジスト全体のうち先行
技術において記述されている問題点を生じ得る部
分を最小限度にするために、第１の材料適用によ
つて、1000オングストローム未満、好ましくは
250ないし500オングストロームの膜厚を得る。第
２の材料適用によつて、典型的には、第１の材料
適用で被着された層の厚さと少なくとも同じ厚
さ、好ましくは約2000オングストロームから約
20000オングストロームにわたる厚さを得る。か
くして、好ましい複合レジストは、第１の材料適
用で250ないし500オングストロームの厚さを、お
よび第２の材料適用で2000ないし20000オングス
トロームの厚さを有することとなる。

例 10〜15ミルの厚さおよび２インチの直径を有す
るシリコンウエハをトルエンに溶解した
PTBMA溶液でまず被覆した。２重量％
PTBMA溶液を用いた。ウエハを通常のスピン
塗布リグ上に載置し、リグに真空によつてウエハ
を所定の位置に保持するとともにウエハを約
5000rpmで急速回転させた。回転させながら、約
0.5〜１立方センチメートルのPTBMA―トルエ
ン溶液をウエハの中央部分に適用した。溶液は、
ウエハ表面を外側にほぼ瞬時に流動し、同時にト
ルエンが蒸発し、ウエハ表面に約250ないし300オ
ングストロームの厚さのPTBMAの薄い層ない
し膜が残された。次に、ウエハをオーブン中にお
いて215℃の温度で１時間熱した。これにより、
PTBMA膜が約250オングストロームの厚さを有
する実質的にPMAHの膜ないし層に転化した。
ついで、上記スピン塗布手法を用いて、Ｎ―メチ
ルピロリジオン中PMAHの5.3重量％溶液を適用
して平滑で均一組成のレジスト層を提供した。転
化および溶液被着PMAH双方からなるレジスト
膜の全厚さは約5000オングストロームであつた。

以上の説明は、この発明を実施するために意図
された最良の形態を提供するものである。しかし
ながら、この発明は、上に述べた態様からの改変
および変更構成を許容する。したがつて、この発
明を、開示した特定の態様に制限することは意図
していない。反対に、この発明は、添付の請求の
範囲に表現された通りの発明の精神および範囲に
はいる全ての改変および変更構成を含むべきもの
である。