JPH02151865A - 高温反応処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は高温反応処理方法に関し、詳しくは、感放射線
性樹脂層のケイ素化合物処理また、はアミン化合物処理
用に好適な高温反応処理方法に関する。

［従来の技術］ 従来、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子の製造には、その
加工されるべき基板上に、ポリイソプレンやポリブタジ
ェンの環化物にビスアジド化合物を混合したネガ型感放
射線性樹脂や、ノボラック樹脂にキノンジアジド化合物
を混合したポジ型感放射線性樹脂などからなるレジスト
を塗布し、水銀灯のｇ線（波長４３８ｎｍ）やｉ　線（
３６５ｎｍ）をパターン状に照射し、現像液にて現像す
るというホトリソグラフィ法が採られてきた。

しかし、近年ではＬＳＩが更に微細化し、基板上に形成
されるへき回路パターンの最小寸法が１μｍ以下の領域
に入りつつあり、このような寸法領域では、前記従来の
ホトリソ・グラフィ法を使用しても、特に段差構造を有
する基板が使用される場合、放射線照射時の放射線の反
射の影響や放射線照射系における焦点深度の浅さなどの
問題のために十分な解像ができないという問題が発生ず
る。

このような問題を解決するために、特開昭６１１０７３
４６号公報や特開昭６１−２８４９２４号公報では、従
来のホトリソグラフィ法と同様に、水銀灯のｇ線やｉ線
を用いたり、あるいは遠紫外光を用いて回路パターンを
露光した後に、例えばケイ素化合物による処理によって
放射線照射部または放射線未照射部を選択的にシリル化
した後に、反応性プラズマなどを可いて異方性エツチン
グにより現像を行う方式が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、上述の特開昭６１−１０７３４６号公
報や特開昭６１−２８４９２４号公報に提案されている
方式におりるケイ素化合物による処理を好適に行うこと
のできる高温反応処理方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段〕 本発明は、基板の上下に位置し、基板を加熱する上部加
熱用板と下部加熱用板と番内部に設けん密閉可能な反応
器を用い、反応性化合物により基板上の高分子膜を処理
するに際して、下部加熱用板の温度ＴＬ℃に対して上部
加熱用板の温度ＴＵ℃を（７Ｌ−７０）　℃から（ＴＬ
−３０）　ｔの間に保持しつつ処理することを特徴とす
る。

本発明の実施に使用する装置における反応器は密閉状態
に保てるものであれば特に限定されないが、反応性化合
物を迅速に反応器内に導入するために、減圧できること
が好ましい。

本発明の実施に使用する装置においては、処理される基
板に対して加熱用板は上下に配置され、下部加熱用板は
基板に対して掻く接近、最適には接触されていることが
望ましく、一方、上部加熱用板は基板の上方に近接して
配置されるのが望ましく、基板と上部加熱用板との間の
好ましい距離としては１０〜２５ｍｍである。

本発明の実施に使用する装置における上部および下部加
熱用板を形成する材料としては、例えばアルミニウム、
・ステンレス鋼、ハステロイなどを挙げることができる
。これらの加熱用板は基板の処理時には、下記の温度に
加熱保持される。すなわち、下部加熱用板の温度をＴ、
、℃、上部加熱用板の温度をＴＵ℃とするとき、ＴＵ℃
を（７，−７０）　℃から（ＴＬ−３０）　ｔ：の間に
、好ましくは（ＴＬ−’７１１）　’Ｃから（ＴＬ−５
０）　℃の間に保持することが必要である。ＴＵ℃が（
Ｔ、−７０）　ｔよりも低くなったり、（ＴＬ−３０）
　ｔ：よりも高くなったりすると、高分子膜として感放
射線性樹脂を用いて、レジストパターンを形成しようと
する場合に、設計寸法どおりのレジストパターンが得ら
れなくなる。

この場合、好ましくは、ＴＬ−７０〜２５０℃、　Ｔｕ
＝４０〜１６０℃、より好ましくはＴＬ＝１００〜１８
０℃。

Ｔ、＝７０〜１１０℃に加熱保持される。

本発明においては、基板上の高分子膜に均一に反応性イ
Ｌ合物が接触する必要があるため反応性化合物を複数の
孔、好ましくは細孔により反応器内に導入することが好
ましい。この細孔の孔径は通常１ｍｍ〜２ｍｍである。

反応性化合物を基板上に導く複数の孔は、反応性化合物
を均一かつ迅速に基板上に導くことができる位置に設置
すれば特に制限はないが、上部加熱用板の基板に対向す
る面上に設けられることが好ましい。更に、反応性化合
物が均一に基板上の高分子膜に作用するように、例えば
上部加熱用板の中心から放射状に配置するようになし、
更に上部加熱用板の外側になるほど反応性化合物のｔン
量が多くなるように、孔の内径を大きくするかまたは孔
の数を増やすことが好適である。

反応器に反応性化合物を導入するにあたっては、−数的
にはガス状で導入するが、この場合は反応性化合物のガ
スをあらかじめ４０〜８０℃、好ましくは４０〜５０℃
に加温した窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性キャ
リヤガスとともに導入する。しかし、真空にした反応器
に液体として、例えば露状で直接導入し、反応器内でガ
ス化することもできる。反応性化合物をガス状で反応器
内に導入する際□のガスの量は、例えば、反応器の内容
積が３００〜４００ＩＩ１．Ｉ２ノ場合、通常０．００
５〜１０ｉ、好ま゛しくは０．０５〜５１［である。な
お、反応性化合物のガス番基板上の高分子膜に接触させ
る時間は、通常３０秒〜ｌＯ分間、好ましくは３０秒〜
６分間である。

また、反応性化合物のガスの反応器内の濃度は、通常１
〜５０容量％、好ましくは１〜ｂである。更に、反応器
内の全圧力は、通常５０〜９００　ｍｍＨｇ、好ましく
は２００〜７６０ｍｍＨｇである。

本発明において、高温反応処理が適用される高分子膜を
有′する基板としては、感放射線性樹脂層を有するシリ
コン、ガリウム、ヒ素などの半導体基板、ガラス基板、
ダイヤモンド基板などを挙げることができる。ここで、
前記感放射線性樹脂としては、ノボラック樹脂やポリヒ
ドロキシスヂレンなどのアルカリ可溶性樹脂とキノンジ
アジド化合物やビスアジド化合物などからなる感放射線
性樹脂を挙げることができるが、特に水酸基を有するア
ルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド化合物の縮合物また
はアジド基を側鎖に有するアルカリ可溶性樹脂を用いる
ことが好ましい。

また、高分子膜を有する基板の高分子膜に接触させる反
応性化合物としては、ヘキサメチルジシラザン、Ｎ−ト
リメチルシリルアセトアミド、　Ｎ、０ビス（トリメチ
ルシリル）アセトアミド、ビニルトリクロロシラン、メ
チルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジ
フェニルジクロロシラン、メチルフエニルジクロロシラ
ンなどのケイ素化合物を挙げることができる。

以下に、図面に基づいて本発明の実施に使用する装置の
一例を詳細かつ具体的に説明する。

第１図に高温反応処理装置の一例を示す。ここで、ＩＡ
およびＩＢは上下に分離可能な反応器１の上部部材およ
び下部部オΔであり、下部部材ＩＢを上方に移動させる
ことにより反応器１を密閉状態に保つことができる。な
お、ここでは上部部材が固定されているが、下部部材が
固定されていてもよい。２は上部加熱用板、３は下部加
熱用板、４は反応器１の下部部材１Ｂ側に設けられ下部
加熱用板３と接触されることにより下部加熱用板３を高
温に保持するシール部材である。上部部材１＾と下部部
材ＩＢとにより反応器１を密閉状態としたときにシール
部材４の周縁部は上部加熱用板２と接触し上部加熱用板
２と下部加熱用板３との間に反応室ＩＣが形成される。

５は下部加熱用板３上に載置され高温反応処理を受ける
基板であり、基板５上には図示しない放射線照射処理が
施された感放射線性樹脂層を有し、反応器１を密閉状態
に保ったときに基板５と上部加熱用板２との間には上述
したように適切なすき間が保たれるようにする。また、
上部加熱用板２にはその基板５との対向面に第２図に示
すように多数の細孔６が穿設されていて、バブラー７内
に貯留されているケイ素化合物からなる反応性化合物の
ガスを必要に応じて加温装置１３で加温された不活性キ
ャリヤガスと共に、この細孔６を介して反応器１内に供
給することができる。

また７、バブラー７には加温装置８が設けられており、
その加温装置によりバブラー７の温度を制御し、ケイ素
化合物の温度を調整することにより、反応器１内の不活
性キャリヤガスと共に送られる反応性化合物ガスの濃度
を調節すると共に、不活性キャリヤガスの流量を図示し
ないマスフローコントローラやフローメータなどの流量
制御装置により制御し、反応性化合物ガスの供給量を適
切に制御することができる。９は反応性化合物ガスの凝
縮をさけるための加温装置である。

また、ｌＯは減圧ポンプ、１１は凝縮器、１２は反応性
化合物ガス用トラップであって、処理が終了すると、高
温の反応性化合物ガスを含む気体は凝縮器１１で冷却さ
れ、凝縮された反応性化合物を減圧ポンプｌＯによりト
ラップ１２に導くことができ、反応器１を上下に分離す
る場合には、細孔６などから窒素などを導入すればよい
。

さらに、本発明の実施に使用する高温反応処理装置にお
いて反応器の他の例を第３図に示す。

ここで、反応器１０１は上下に分離可能な上部部材１０
１八および下部部材１０１８を備え、上部部材１０１八
および下部部材１０１８には夫々環状の上下シールブロ
ック１０４八および１０４Ｂが設けられている。なお、
下シールブロック１０４Ｂの上面には密閉用の０−リン
グ１０４Ｃが設けられている。さらに、上部部材１０１
Ａおよび下部部材１０１Ｂには夫々上部加熱用板１０２
および下部加熱用板１０３が固着されている。

また、上部加熱用板１０２の下面には円盤状の凹部１０
２Ａが形成され、この凹部１０２八を覆って、第２図に
示すものと同様な、多数の細孔１０６が穿設された分散
板１１１が設！−１られている。

そして、上部加熱用板＋０２および下部加熱用板１０３
には、夫々ヒータ１１２および１１３が埋設され、ヒー
タ１１２および１１３は夫々上部加熱用電源回路１１４
および下部加熱用電源回路１１５に接続されている。

また、上部加熱用板１０２および下部加熱用板１０３に
は、夫々温度センサ１１６および１１７の検知部が埋設
されており、これらの検知信号はマイクロコンピュータ
１１８に人力される。マイクロコンピュータ１１８はこ
れらの検知信号に応して電源回路１１４および１１５の
出力値を所定値に制御する。

尚、上部加熱用板１０２および上部部材１０１Ａ′の中
心部に穿設した孔を介して、前述した例と同様にバブラ
ー７から反応性化合物のガスが供給される。また、下部
加熱用板１０３および下部部材１０１Ｂには基板５をヂ
ャックするための複数の孔＋１９か穿設され、これらの
孔＋１９は負圧諒と接続されている。さらに、下部加熱
用板＋０３の周辺部の下部部＄Ｊ’１０１Ｂに穿設され
た排気孔１２０は前述した例と同様に減圧ポンプｌＯを
含む排気系と接続されている。

このように第１図〜第３図に示すように構成された高温
反応処理装置を用いて基板５の処理を行うには、例えば
、高分子膜が感放射線性樹脂であれば、放射線照射処理
により回路パターンの潜像を形成した後の基板５を反応
器１または１０１の下部加熱用板３または１０３上に載
置し、反応器下部部材ＩＢまたは１０１Ｂを上昇させる
ことにより反応器１または１０１を密閉状態とする。な
お、この場合、上部加熱用板２または１０２および下部
加熱用板３または１０３は前記の所定温度に保たれてお
り、また、基板５の周囲は密閉に保たれている。

そこで、減圧ポンプ１０により基板５の周囲を真空度１
０〜５００ｍｍＨｇ程度まで減圧し、次にバブラー７か
ら加温装置１３で４０〜８０℃に加温された窒素を不活
性キャリヤガスとして使用して反応性化合物ガスを上部
加熱用板２の細孔６または分散板１１１の細孔１０６か
ら基板５上の高分子膜に放出する。

このとき、上部加熱用板２または１０２および下部加熱
用板３または１０３は、代表的に第３図に示す例につい
て説明する如く温度制御される。

すなわち、上部加熱用板１０２に埋設されたヒータ１１
２には上部加熱用電源回路１１４から、および下部加熱
用板１０３に埋設されたヒータ１１３には下部加熱用電
源回路１１５から、夫々供電される。ヒータ１１２およ
び１１３にて加熱された上下加熱用板１０２および１０
３の温度は、夫々温度センサ１１６および１１７　にて
検出され、それらの検出信号がマイクロコンピュータ１
１８に入力さ−れる。そして、上＋ｐ ｌ加熱用板１０２および下部加熱用板１０３が、夫々所
定温度に保持されるように上下加熱用電源回路１１４お
よび１１５はマイクロコンピュータ１１８によってフィ
ードバック制御される。

また、上述の例において、基板５の周′辺は、常時また
は間欠的に反応性化合物ガスを流すように制御されても
よい。そして、反応が完了した段階で減圧ポンプｌＯに
より高温の反応性化合物ガスを凝縮器１１に導き、冷却
した上、トラップ１２に回収する。

なお、上述の例では反応器１または１０１内に加熱用板
２または１０２および３または１０３を配設し、ここで
もって基板５を加熱するようにしたが、生産性を更に高
めるために、基板５を反応室１に持込む以前にあらかじ
め加熱するようにしてもよい。

［実施例１］ ０９μｍの段差を有するシリコンウェハー上に、６−ジ
アシー５．レジヒトローり−オキソ−１−ナフタレンス
ルホン酸クロリドとノボラック樹脂との部分的エステル
化物をスピンコードにより塗布し、高分子膜を形成し、
開口係数が０４５のｇ１９ステッパーを用いて露光した
。次にそのシリコンウェハーを１〜２ｍｍの複数の細孔
を有するステンレス製下部加熱用板とステンレス製下部
加熱用板を有する第１図と同様の反応器（内容積３４０
ｍｕ　）に収容し、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ
）　（バブラー温度５０℃、窒素流量１．．１１１７分
）を反応器に導入した後、密閉して全圧カフ６０ｍｍ１
１ｇ、　ＩＩＭＤｓ濃度６．６容量％Ｉ、上部加熱用板
の温度Ｔｕ＝９０℃、下部加熱用板の温度Ｔ、＝　１５
０℃で高分子膜を３分間シリル化した。

このウェハーをＭＲＣ社製マグネトロン反応性イオンエ
ツチング装置「へ旧ＥＳ　Ｊを用いて酸素プラズマでエ
ツチングしたところ、　０５μｍの等間隔ライン・アン
ド・スペースパターンが設謂寸法どおりシリコンウェハ
ー上に形成されていることが判った。

［比較例１および２］ シリコンウェハー上に、６−ジアソー５．６−ジヒドロ
−５−オキソ−１−ナフタレンスルホン酸クロリドとノ
ボラック樹脂との部分的エステル化物をスピンコードに
より塗布し、高分子膜を形成し、開口係数が０４５のｇ
線ステッパーを用いて露光した。次にそのシリコンウェ
ハーを１〜２ｍｍの複数の細孔を有するステンレス製下
部加熱用板とステンレス製下部加熱用板を有する上述の
反応器に収容し、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）
　Ｉバブラー温度５０℃、窒素流量ＩＪＩＩ／分）を反
応器に導入した後、密閉して全圧カフ６０ｍｍ１ｇ　、
　ＩＩＩＡＤｓ１１度６．６容量％の下、下部加熱板温
度Ｔ、＝　１５０℃とし、上部加熱板温度Ｔ、＝５０℃
の場合（比較例１）と、Ｔ、＝　１４０℃の場合（比較
例２）とで、３分間シリル化した。

このウェハーをＭＩＩＣ社製マ社製マグネ８広２チング
をしても０５μｍの等間隔ライン・アンド・スペースパ
ターンが設計寸法どおりシリコンウェハー上に形成され
ないことが判フた。

おりるアミン化合物処理にも好適に用いることができる
。ここで、アミン化合物としては、アンモニア　トリメ
チルアミン、トリエチルアミンなどを例示することがで
きる。

［発明の効果］ 本発明によれば、放射線照射処理した感放射線性樹脂層
を形成した基板を反応器の下部加熱用板上に載置し、下
部加熱用板と上部加熱用板とを所定の温度関係の下に反
応性化合物を供給し、上記感放射線性樹脂層を高温反応
処理するようにしたので、放射線照射処理，ケイ素化合
物からなる反応性化合物による処理およびドライ現像処
理の組合わせにより　１．０μｍ以下の解像度で超微細
な加工を高い生産性を維持しながら短時間に高精密で実
施することが可能となった。

更に本発明は、放射線照射処理した感放射線性樹脂層を
形成した基板にアミン化合物処理を施し、強アルカリ水
溶液を用いて現像することにより、微細な加工を実施で
きる画像反転プロセスに

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明：め実施に使用する高温反応処理装置の
一例を示す断面模式図、 第２図は第１図中の上部加熱用板の下面図、第３図は本
発明の実施に使用する高温反応処理装置の他の例を示す
断面模式図である。 １、１０１・・・反応器、 ｌ八．　ｌ０ＩＡ−・・上部部材、 ＩＢ；　’１（１１８・・・下部部材、２、１０２・・
・上部加熱用板、 ３、１０３・・・下部加熱用板、 ４・・・シール部材、 ５・・・基板、 ６・・・細孔、 ７・・・バブラー １０・・・減圧ポンプ、 １１・・・凝縮器、 １２・・・トラップ、 １３・・・加温装置、 １１２．１１３・・・ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）基板の上下に位置し、前記基板を加熱する上部加熱
   用板と下部加熱用板とを内部に設けた密閉可能な反応器
   を用い、反応性化合物により基板上の高分子膜を処理す
   るに際して、前記下部加熱用板の温度Ｔ＿Ｌ℃に対して
   前記上部加熱用板の温度Ｔ＿Ｕ℃を（Ｔ＿Ｌ−７０）℃
   から（Ｔ＿Ｌ−３０）℃の間に保持しつつ処理すること
   を特徴とする高温反応処理方法。