JPH0529302B2 - - Google Patents
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- JPH0529302B2 JPH0529302B2 JP63222607A JP22260788A JPH0529302B2 JP H0529302 B2 JPH0529302 B2 JP H0529302B2 JP 63222607 A JP63222607 A JP 63222607A JP 22260788 A JP22260788 A JP 22260788A JP H0529302 B2 JPH0529302 B2 JP H0529302B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
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-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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- G03F7/265—Selective reaction with inorganic or organometallic reagents after image-wise exposure, e.g. silylation
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
［発明の属する技術分野］
本発明は、半導体デバイスの作製方法に関し、
特に、その作製時に用いられるフオトレジストフ
イルムの処理に関する。
特に、その作製時に用いられるフオトレジストフ
イルムの処理に関する。
［従来技術の説明］
光リングラフイー法を用いたマスク作製及びエ
ツチング処理は集積回路等の半導体デバイスの作
製における基本的なプロセスである。作製用半導
体ウエハは、フオトレジスト材料の薄い層でコー
トされ、パターニングされたフオトマスクを通し
て化学作用光によつて露光される。現像の後、残
存しているフオトレジストフイルムは、ウエハ
の、選択ドーピングあるいはエツチング等の選択
処理を可能ならしめるマスクとして機能する。
ツチング処理は集積回路等の半導体デバイスの作
製における基本的なプロセスである。作製用半導
体ウエハは、フオトレジスト材料の薄い層でコー
トされ、パターニングされたフオトマスクを通し
て化学作用光によつて露光される。現像の後、残
存しているフオトレジストフイルムは、ウエハ
の、選択ドーピングあるいはエツチング等の選択
処理を可能ならしめるマスクとして機能する。
より高密度かつより複雑な集積回路の開発によ
り、フオトレジストフイルムの像解像能力に対し
てますます高度な要求がなされるようになつてき
ている。解像度を向上させる１つの方法は、例え
ば、以下に示すような出版物に記載されているよ
うな像反転プロセスである： (a) “ポジフオトレジストにおけるネガ像の生
成”、エス・マクドナルド（S.MacDonald）、
アール・ミラー（R.Miller）、シー・ウイルソ
ン（C.Willson）、1982年コダツク（Kodak）
マイクロエレクトロニクスセミナー会議録、カ
リフオルニア州サン・デイエゴ； (b) “ポジレジストの像反転の最適化”、シー・
ハートグラス（C.Hartglass）、1985年コダツ
クマイクロエレクトロニクスセミナー会議録、
カリフオルニア州サン・デイエゴ； (c) “ポジレジストの像反転：進歩しつつある集
積回路作製における新しい方法”、イー・オー
リング（E.Alling）及びシー・スタウフアー
（C.Stauffer）、エス・ピー・アイ・イー・アド
ヴアンセズ・イン・レジスト・テクノロジー・
アンド・プロセツシング（SPIE Advances
in Resist Technology and Processing ）、
第539巻195−218頁、1985年；及び (d) “ポジフオトレジスト増強用追加手続き”ピ
ー・バーググラフ（P.Burggraff）、セミコン
ダクター・インターナシヨナル
（Semiconductor International、1987年４月
号、第88−89頁。
り、フオトレジストフイルムの像解像能力に対し
てますます高度な要求がなされるようになつてき
ている。解像度を向上させる１つの方法は、例え
ば、以下に示すような出版物に記載されているよ
うな像反転プロセスである： (a) “ポジフオトレジストにおけるネガ像の生
成”、エス・マクドナルド（S.MacDonald）、
アール・ミラー（R.Miller）、シー・ウイルソ
ン（C.Willson）、1982年コダツク（Kodak）
マイクロエレクトロニクスセミナー会議録、カ
リフオルニア州サン・デイエゴ； (b) “ポジレジストの像反転の最適化”、シー・
ハートグラス（C.Hartglass）、1985年コダツ
クマイクロエレクトロニクスセミナー会議録、
カリフオルニア州サン・デイエゴ； (c) “ポジレジストの像反転：進歩しつつある集
積回路作製における新しい方法”、イー・オー
リング（E.Alling）及びシー・スタウフアー
（C.Stauffer）、エス・ピー・アイ・イー・アド
ヴアンセズ・イン・レジスト・テクノロジー・
アンド・プロセツシング（SPIE Advances
in Resist Technology and Processing ）、
第539巻195−218頁、1985年；及び (d) “ポジフオトレジスト増強用追加手続き”ピ
ー・バーググラフ（P.Burggraff）、セミコン
ダクター・インターナシヨナル
（Semiconductor International、1987年４月
号、第88−89頁。
この処理においては、フオトレジストフイルム
でコートされた基板がマスクを通して化学用線に
選択的に露光され、その後、アミン雰囲気下で炉
の中で加熱される。この加熱段階は、化学作用線
に露光された部分の化学反応を生ぜしめ、その結
果、当該部分をベース溶液（例えば、アルカリ性
溶液）に対して通常の場合よりも溶解しにくくす
る。当該加熱段階の後、当該フイルムは大量の化
学作用線にさらされるが、その結果影響を受ける
のは未だ露光されていなかつた部分のみである。
その後、当該フイルムは、ベース溶液に、当該フ
イルムの当初マスクされていた部分を選択的に溶
解させることによつて、現像される。これらの処
理により、元の像の“ポジ”ではなく“ネガ”像
が生成され、他の全てが等しい場合には、当該処
理に係る像の解像度は、従来のフオトレジスト処
理に係るものよりも、よりシヤープであることが
示されている。
でコートされた基板がマスクを通して化学用線に
選択的に露光され、その後、アミン雰囲気下で炉
の中で加熱される。この加熱段階は、化学作用線
に露光された部分の化学反応を生ぜしめ、その結
果、当該部分をベース溶液（例えば、アルカリ性
溶液）に対して通常の場合よりも溶解しにくくす
る。当該加熱段階の後、当該フイルムは大量の化
学作用線にさらされるが、その結果影響を受ける
のは未だ露光されていなかつた部分のみである。
その後、当該フイルムは、ベース溶液に、当該フ
イルムの当初マスクされていた部分を選択的に溶
解させることによつて、現像される。これらの処
理により、元の像の“ポジ”ではなく“ネガ”像
が生成され、他の全てが等しい場合には、当該処
理に係る像の解像度は、従来のフオトレジスト処
理に係るものよりも、よりシヤープであることが
示されている。
像反転処理の１つの欠点は、前記加熱段階が、
当該フイルムの未露光部分を感度を幾らか低下さ
せ、その結果、当該段階を経ない場合に得られる
べき解像度を低下させる可能性がある、というこ
とである。さらに、このような感度低下の度合及
び露光させた部分の化学反応の度合が、通常各々
の加熱処理毎に異なるため、解像度の向上は必ず
しも予定した結果とはならない、すなわち必ずし
も再現性があるとはいえない。
当該フイルムの未露光部分を感度を幾らか低下さ
せ、その結果、当該段階を経ない場合に得られる
べき解像度を低下させる可能性がある、というこ
とである。さらに、このような感度低下の度合及
び露光させた部分の化学反応の度合が、通常各々
の加熱処理毎に異なるため、解像度の向上は必ず
しも予定した結果とはならない、すなわち必ずし
も再現性があるとはいえない。
（発明の概要）
像反転処理によつて得られる解像度及び再現性
を向上させるために、外界からの熱の印加によつ
て生じる、前記フイルム内において必要とされる
反応を記述した情報を有するプログラムがコンピ
ユータ内に構築される。熱電対等の温度検出素子
が前記加熱段階に先立つてウエハのマウントされ
る。当該加熱段階中、前記熱電対の出力が前記コ
ンピユータに入力されてフオトレジストフイルム
に加えられた熱量が当該コンピユータによつてモ
ニターされ、同様に、適切な時期におけるアミン
ガスの導入も制御される。所定の量の反応を生ぜ
しめるのに適切な量の熱が当該フオトレジストフ
イルムに印加された後、当該コンピユータは炉か
らの当該基板の引抜きを制御する。
を向上させるために、外界からの熱の印加によつ
て生じる、前記フイルム内において必要とされる
反応を記述した情報を有するプログラムがコンピ
ユータ内に構築される。熱電対等の温度検出素子
が前記加熱段階に先立つてウエハのマウントされ
る。当該加熱段階中、前記熱電対の出力が前記コ
ンピユータに入力されてフオトレジストフイルム
に加えられた熱量が当該コンピユータによつてモ
ニターされ、同様に、適切な時期におけるアミン
ガスの導入も制御される。所定の量の反応を生ぜ
しめるのに適切な量の熱が当該フオトレジストフ
イルムに印加された後、当該コンピユータは炉か
らの当該基板の引抜きを制御する。
以下の実施例の説明において見出されるよう
に、本発明を適用することにより、連続した加熱
段階毎に炉の公称温度を細かく制御する必要がな
くなる。例えば、炉の損度が当該加熱段階に対し
て通常用いるものより著しく高い場合でさえも、
当該コンピユータは、当該フイルム内に正確に所
定の反応を生ぜしめるための、いくらか短い時間
が経過した後、当該基板を引き出さしめる。
に、本発明を適用することにより、連続した加熱
段階毎に炉の公称温度を細かく制御する必要がな
くなる。例えば、炉の損度が当該加熱段階に対し
て通常用いるものより著しく高い場合でさえも、
当該コンピユータは、当該フイルム内に正確に所
定の反応を生ぜしめるための、いくらか短い時間
が経過した後、当該基板を引き出さしめる。
（実施例の説明）
第１図においては、通常のフオトレジスト現像
処理が１１に、及びそれと比較するために像反転
処理が１２にそれぞれ示されている。いずれの場
合においても、フオトリソグラフイツクマスク１
３がフオトレジストフイルムのある部分１４を選
択的に化学作用線に対してて露光させ、他の部分
１５を未露光のままとする。当該露光の結果、レ
ジストフイルムの部分１４はアルカリ性溶液に可
溶となりかつ感光性を失う、すなわち、図中に示
されているように、光不活性となる。未露光部分
１５は、ベース溶液には不溶でかつ光活性を有し
たままである。そえゆえ、通常方法１１において
は、当該フイルムはアルカリ性溶液に浸すことに
よつて現像されて露光部分１４が溶かされて未露
光部分１５のみが残り、元のマスク１３の“ポジ
像”が形成される。
処理が１１に、及びそれと比較するために像反転
処理が１２にそれぞれ示されている。いずれの場
合においても、フオトリソグラフイツクマスク１
３がフオトレジストフイルムのある部分１４を選
択的に化学作用線に対してて露光させ、他の部分
１５を未露光のままとする。当該露光の結果、レ
ジストフイルムの部分１４はアルカリ性溶液に可
溶となりかつ感光性を失う、すなわち、図中に示
されているように、光不活性となる。未露光部分
１５は、ベース溶液には不溶でかつ光活性を有し
たままである。そえゆえ、通常方法１１において
は、当該フイルムはアルカリ性溶液に浸すことに
よつて現像されて露光部分１４が溶かされて未露
光部分１５のみが残り、元のマスク１３の“ポジ
像”が形成される。
像反転処理１２においては、部分的に露光され
たフオトレジストがアミンガス雰囲気下で加熱さ
れ露光部分１４がアルカリ可溶性材料からアルカ
リ不溶性材料に変換される。続いて当該フオトレ
ジスト層全体が化学作用線下にさらされ、未露光
部分１５がアルカリ可溶性材料に変換される。当
該フイルムはベース溶液に浸すことによつて現像
されてアルカリ可溶部分未露光部分１５が溶かさ
れ、マスク１３を通して最初に露光された部分１
４のみが残る。よつて、露光部分１４のパターン
がマスク１３の“ネガ像”を形成する；それは通
常の方法１１によつて作製された“ポジ像”の
“反転像”でもある。
たフオトレジストがアミンガス雰囲気下で加熱さ
れ露光部分１４がアルカリ可溶性材料からアルカ
リ不溶性材料に変換される。続いて当該フオトレ
ジスト層全体が化学作用線下にさらされ、未露光
部分１５がアルカリ可溶性材料に変換される。当
該フイルムはベース溶液に浸すことによつて現像
されてアルカリ可溶部分未露光部分１５が溶かさ
れ、マスク１３を通して最初に露光された部分１
４のみが残る。よつて、露光部分１４のパターン
がマスク１３の“ネガ像”を形成する；それは通
常の方法１１によつて作製された“ポジ像”の
“反転像”でもある。
マスク１３を通じたフオトレジストの露光は、
フオトレジストの露光部分１４にカルボン酸成分
を生成し、それが露光部分１４をベース性溶液に
対して可溶にすると信じられている。像反転処理
における重要な段階はアミン加熱段階で、その結
果、露光部分１４内でカルボン酸成分を中和する
反応が生じる。アルカリ不溶性に寄与する他の反
応も生じていると思われるが、露光部分１４をア
ルカリ不溶とする第一義的な反応は、カルボン酸
の（おそらく脱炭酸による）中和であると信じら
れている。
フオトレジストの露光部分１４にカルボン酸成分
を生成し、それが露光部分１４をベース性溶液に
対して可溶にすると信じられている。像反転処理
における重要な段階はアミン加熱段階で、その結
果、露光部分１４内でカルボン酸成分を中和する
反応が生じる。アルカリ不溶性に寄与する他の反
応も生じていると思われるが、露光部分１４をア
ルカリ不溶とする第一義的な反応は、カルボン酸
の（おそらく脱炭酸による）中和であると信じら
れている。
像反転処理は通常のフオトレジスト現像処理に
比べて複雑であるが、より高い解像度が得られる
ことが見出されており、このことは、半導体作製
における線幅に対する要求が厳しくなつているた
めに、重要である。しかしながら、これらの高解
像度は、正確には、プロセス毎の再現性を有して
いないことが見出されている。本発明者の実験に
より、この問題は市販のフオトレジストの化学組
成の差異によるものではなく、主としてウエハ間
及び処理群間の熱処理の付加避なばらつきによる
ことが示されている。ウエハが長時間加熱され過
ぎると、未露光部分のフオトレジストの感光性が
失われ、一方加熱が不充分だと、充分な脱炭酸が
生じない。さらに熱処理がきちんとした処理性を
有していないと、現像速度が実質的にウエハ毎に
変化し、その結果、線幅の制御ができなくなつて
しまう。この問題は、第１図に示したアミン存在
下加熱段階に対して第２図の装置を用いることに
よつて克服される。
比べて複雑であるが、より高い解像度が得られる
ことが見出されており、このことは、半導体作製
における線幅に対する要求が厳しくなつているた
めに、重要である。しかしながら、これらの高解
像度は、正確には、プロセス毎の再現性を有して
いないことが見出されている。本発明者の実験に
より、この問題は市販のフオトレジストの化学組
成の差異によるものではなく、主としてウエハ間
及び処理群間の熱処理の付加避なばらつきによる
ことが示されている。ウエハが長時間加熱され過
ぎると、未露光部分のフオトレジストの感光性が
失われ、一方加熱が不充分だと、充分な脱炭酸が
生じない。さらに熱処理がきちんとした処理性を
有していないと、現像速度が実質的にウエハ毎に
変化し、その結果、線幅の制御ができなくなつて
しまう。この問題は、第１図に示したアミン存在
下加熱段階に対して第２図の装置を用いることに
よつて克服される。
第２図は、本発明に係る、像反転処理のために
開発されたフオトレジストをコートした基板２０
を加熱するための炉１９を模式的に示したもので
ある。コンピユータ２、１には、当該フオトレジ
スト上でアミン加熱処理によつて生ずる反応を記
述する情報すなわち、反応の動力学がプログラム
されている。このコンピユータ２１はモータ２２
を制御し、このモータは基板２０の炉１９内へ挿
入及びそこからの引き出しを制御する。当該フオ
トレジスト上にマウントされた熱電対２３が当該
フオトレジストの温度を当該コンピユータ２１に
伝送する。当該コンピユターは、さらに、制御機
器２６によつてアンモニアの源泉から前記炉中へ
の導入を制御し、制御機器２９を通じて排気装置
の制御も行なう。
開発されたフオトレジストをコートした基板２０
を加熱するための炉１９を模式的に示したもので
ある。コンピユータ２、１には、当該フオトレジ
スト上でアミン加熱処理によつて生ずる反応を記
述する情報すなわち、反応の動力学がプログラム
されている。このコンピユータ２１はモータ２２
を制御し、このモータは基板２０の炉１９内へ挿
入及びそこからの引き出しを制御する。当該フオ
トレジスト上にマウントされた熱電対２３が当該
フオトレジストの温度を当該コンピユータ２１に
伝送する。当該コンピユターは、さらに、制御機
器２６によつてアンモニアの源泉から前記炉中へ
の導入を制御し、制御機器２９を通じて排気装置
の制御も行なう。
当該基板２０が前記炉１９中に挿入されると、
全ての温度変化が熱電対２３によつてモニターさ
れてコンピユータ２１に記録される。当該熱電対
２３によつてしきい値温度が記録されると、制御
機器２６は源泉２５から当該炉中へアミンガスを
導入するように始動させられる。当該コンピユー
タは当該フオトレジストに印加された全熱量及び
当該アミンガスに対してさらされている時間をモ
ニターする。排気装置２８は制御機器２９を通じ
て当該コンピユータによつて制御され、当該アミ
ンガスに対してさらされている時間が動的に制御
されるようになつている。また、当該基板２０は
モーター２２の始動により自動的に引き出され
る。
全ての温度変化が熱電対２３によつてモニターさ
れてコンピユータ２１に記録される。当該熱電対
２３によつてしきい値温度が記録されると、制御
機器２６は源泉２５から当該炉中へアミンガスを
導入するように始動させられる。当該コンピユー
タは当該フオトレジストに印加された全熱量及び
当該アミンガスに対してさらされている時間をモ
ニターする。排気装置２８は制御機器２９を通じ
て当該コンピユータによつて制御され、当該アミ
ンガスに対してさらされている時間が動的に制御
されるようになつている。また、当該基板２０は
モーター２２の始動により自動的に引き出され
る。
当然とことながら、コンピユータ２１には種々
の機能を制御するのに適切な情報がプログラムさ
れていなければならない。一般に、露光部分及び
未露光部分の双方の現像速度に対するアミン加熱
の効果に関する情報が一番直接的である；当該ウ
エハは、露光領域内の中和の程度が所定の値に達
した時に、当該反応炉から引き出される。
の機能を制御するのに適切な情報がプログラムさ
れていなければならない。一般に、露光部分及び
未露光部分の双方の現像速度に対するアミン加熱
の効果に関する情報が一番直接的である；当該ウ
エハは、露光領域内の中和の程度が所定の値に達
した時に、当該反応炉から引き出される。
動力学制御のための他の適切な方法は、未露光
部分のレジストにおいて所定の量の分解が生じた
後に当該ウエハを引き出す方法である。この方法
は以下の理由から有利である： (1) 未露光部分の反応は露光部分における反応対
する有効な指標となる。なぜなら、双方共同一活
性化エネルギーを必要とする発熱反応だからであ
る。
部分のレジストにおいて所定の量の分解が生じた
後に当該ウエハを引き出す方法である。この方法
は以下の理由から有利である： (1) 未露光部分の反応は露光部分における反応対
する有効な指標となる。なぜなら、双方共同一活
性化エネルギーを必要とする発熱反応だからであ
る。
(2) フオトレジスト材料として一般に用いられて
いるジアゾキノン増感剤に対する動力学の研究は
可能で、は標準的な分析機器を用いて開発されう
る。
いるジアゾキノン増感剤に対する動力学の研究は
可能で、は標準的な分析機器を用いて開発されう
る。
(3) ジアゾキナン増感剤に基づいた分解動力学は
当該逆反応と同型でかつ近似的に比例していると
思われる。従つて、コンピユータ２１には、テー
ブルの形あるいはアナリテイツクな形で、適切な
動力学データがプログラムされなければならな
い。反応速度の温度に対する形での動力学データ
の表が存在しない場合には一般には当該分解を dc／dt＝ｇ(T)ｆ(C) (1) のようにモデル化できる。ここで、ｔは時間、ｇ
(T)は温度のみの関数、そしてｆ(C)は濃度のみの関
数である。移項して積分すると、 となる。ここで、cd p及びcd fは未露光部分の光活性
化合物の初期及び終了濃度で、tfは終了時刻であ
る。(2)式より、必要な終了時濃度cd fは適切な終了
時刻を選択して当該ウエハを引き出すことによつ
て得られることがわかる。（以下、上付添字は未
露光光活性化合物を示すものとする） (2)式からの有利な情報を引き出す前に、ｇ(T)及
びｆ(C)の形を決定しなければならない。最も単純
な仮定はｇ(T)に対するアレニウス（Arrhenius）
形（(3)式）とｆ(C)に対する一次分解動力学（(4)
式）である： ｇ(T)＝Adexp−Ed／a／RT (3) fd(C)＝−kcd (4) ここで、Ad及びEd aはそれぞれジアゾキノン分
解に対するアレニウスの係数及び活性化エネルギ
ー、RTは絶対温度Ｔと気体定数Ｒとの積であ
る。例えば、AZ−2400として知られているフオ
トレジストに対しては、Ad＝1.15×107sec-1、Ｅ
＝19.2k〓／molと測定されている。
当該逆反応と同型でかつ近似的に比例していると
思われる。従つて、コンピユータ２１には、テー
ブルの形あるいはアナリテイツクな形で、適切な
動力学データがプログラムされなければならな
い。反応速度の温度に対する形での動力学データ
の表が存在しない場合には一般には当該分解を dc／dt＝ｇ(T)ｆ(C) (1) のようにモデル化できる。ここで、ｔは時間、ｇ
(T)は温度のみの関数、そしてｆ(C)は濃度のみの関
数である。移項して積分すると、 となる。ここで、cd p及びcd fは未露光部分の光活性
化合物の初期及び終了濃度で、tfは終了時刻であ
る。(2)式より、必要な終了時濃度cd fは適切な終了
時刻を選択して当該ウエハを引き出すことによつ
て得られることがわかる。（以下、上付添字は未
露光光活性化合物を示すものとする） (2)式からの有利な情報を引き出す前に、ｇ(T)及
びｆ(C)の形を決定しなければならない。最も単純
な仮定はｇ(T)に対するアレニウス（Arrhenius）
形（(3)式）とｆ(C)に対する一次分解動力学（(4)
式）である： ｇ(T)＝Adexp−Ed／a／RT (3) fd(C)＝−kcd (4) ここで、Ad及びEd aはそれぞれジアゾキノン分
解に対するアレニウスの係数及び活性化エネルギ
ー、RTは絶対温度Ｔと気体定数Ｒとの積であ
る。例えば、AZ−2400として知られているフオ
トレジストに対しては、Ad＝1.15×107sec-1、Ｅ
＝19.2k〓／molと測定されている。
(3)式、(4)式、及び(1)式を組合わせて積分する
と、 Incd／f／cd／p＝∫tf p−Adexp−Ed／a／RTdt(5) が得られる。ここで、cd／f／cd／pは当該活性材料の変
換 （分解）比である。所定の変換比まで分解が進ん
だ後に当該ウエハを引き出すようにコンピユータ
をプログラミングすることは、当業者の技術の範
疇に含まれる。当該光活性材料の分解がcd／f／cd／pま
で 達したということは、露光部分１４の脱炭酸を保
証するが、未露光部分１５の第２光照射に対する
感度を最大とするために、この分解は最小となる
ように選択される。
と、 Incd／f／cd／p＝∫tf p−Adexp−Ed／a／RTdt(5) が得られる。ここで、cd／f／cd／pは当該活性材料の変
換 （分解）比である。所定の変換比まで分解が進ん
だ後に当該ウエハを引き出すようにコンピユータ
をプログラミングすることは、当業者の技術の範
疇に含まれる。当該光活性材料の分解がcd／f／cd／pま
で 達したということは、露光部分１４の脱炭酸を保
証するが、未露光部分１５の第２光照射に対する
感度を最大とするために、この分解は最小となる
ように選択される。
露光領域の中和を保証する一方で、増反転後の
レジストにおける光活性化合物濃度cd fを最大にす
ることは、最も簡便には、露光部分１５をアルカ
リ不溶とするため最小アミン加熱条件を決定する
ことによつて達成される。これは、アミン加熱後
の光照射及びアルカリ現像の後のフオトレジスト
の露光部分及び未露光部分の最終厚に対する種々
の加熱条件の効果を決定することによつて見出さ
れる。このことを達成するために、種々のシリコ
ン試料が同一のフオトレジストによつてコートさ
れて同一の波長及び露光時間により、各々の試料
の充分に広い領域が露光された。試料に対して
は、異なつた加熱時間、炉温及び再露光及び現像
の以前のしきい直等の種々の加熱処理が与えられ
た。初めに露光された領域の最終フイルム厚Te
及び初めに露光されなかつた領域の最終フイルム
厚Tuが測定され、最終規格化フイルム厚TNが
以下の式による計算された： TN＝Te−Tu／Ti (6) ここで、Tiは、平均初期フイルム厚である。
アミン処理が不充分である場合には、露光された
部分が部分的に現像されるのみで、TNがいくら
か１より小さくなる。最小アミン処理の場合には
TNが１という値を持つ。熱処理が激しすぎる場
合に初期未露光部分は現像されず（Tu＞０）
TNは再び１より小さくなる。ある特定の温度に
おけるTNの処理時間に対するプロツトは、TN
が増加して１になり、平坦部（プラトー）があつ
て最終的に非常に長い処理時間に対しては減少す
る、という形を示す。
レジストにおける光活性化合物濃度cd fを最大にす
ることは、最も簡便には、露光部分１５をアルカ
リ不溶とするため最小アミン加熱条件を決定する
ことによつて達成される。これは、アミン加熱後
の光照射及びアルカリ現像の後のフオトレジスト
の露光部分及び未露光部分の最終厚に対する種々
の加熱条件の効果を決定することによつて見出さ
れる。このことを達成するために、種々のシリコ
ン試料が同一のフオトレジストによつてコートさ
れて同一の波長及び露光時間により、各々の試料
の充分に広い領域が露光された。試料に対して
は、異なつた加熱時間、炉温及び再露光及び現像
の以前のしきい直等の種々の加熱処理が与えられ
た。初めに露光された領域の最終フイルム厚Te
及び初めに露光されなかつた領域の最終フイルム
厚Tuが測定され、最終規格化フイルム厚TNが
以下の式による計算された： TN＝Te−Tu／Ti (6) ここで、Tiは、平均初期フイルム厚である。
アミン処理が不充分である場合には、露光された
部分が部分的に現像されるのみで、TNがいくら
か１より小さくなる。最小アミン処理の場合には
TNが１という値を持つ。熱処理が激しすぎる場
合に初期未露光部分は現像されず（Tu＞０）
TNは再び１より小さくなる。ある特定の温度に
おけるTNの処理時間に対するプロツトは、TN
が増加して１になり、平坦部（プラトー）があつ
て最終的に非常に長い処理時間に対しては減少す
る、という形を示す。
種々の加熱条件（しきい値温度、炉温度及び処
理温度）によるTNの値を比較し、温度上昇時間
を補償するために、以下の手続きがTNの相関を
取るように提案されている。まず、アミン逆反応
が同様に一次のアレニウス温度依存性を有してい
ると仮定する： dca／dt＝−Aaexp（−Ea／a／RT）ｃ (7) ここでAa及びEa aはカルボン酸のアミン触媒中
和に対するアレニウスパラメータである。（上付
添字ａはアミン処理をなされる初期露光された光
活性化合物を示す）。温度変化の様子Ｔ(t)がモニ
ターされて当該アレニウスバラメータAa及びEa a
が既知であれば、(7)式はアミン処理の開始から終
了までで積分できて 1nca／f／ca／p＝−Aa t=tf ∫t=to exp（−Ea／a／RT）dt (8) となる。(8)式の右辺はアミン処理の動力学を規定
するので、Ｔ(t)がモニターされている限りは、そ
れが、アミン処理時間、炉温、しきい値温度ある
いは温度上昇速度とは独立に、TNを相関づける
ことは妥当である。さらに、アレニウスパラメー
タが未知の場合でも、 Ｉ＝t=tf ∫t=to exp（−Ea／a／RT）dt (9) を用いて、TNの値を妥当なEa a値に相関づけるた
めに(8)式が用いられうる。ここで、Ｉは、時間の
単位を有するエクスポーネシヤルの形の重みを持
つ時間の積分である。第４図及び第５図の曲線３
６は、それぞれ10及び20k〓／moleの中和活性化
エネルギーに対するＩとTNの間の相関を示した
ものである。最後に、これらのTNのデータは、
特定の温度における等価等温アミン処理時間を計
算するために用いられうる。例えば、Ea a＝20k
〓／moleを仮定して、初期露光部が不溶化され
ることを保証するためには、100℃において最小
等価アミン処理時間18−20分が必要である。他の
温度における等価時間も同様にして推定されう
る。Aaは既知である必要はなく、TNのデータを
相関づけるためにはEa aのみが推定される必要が
ある。
理温度）によるTNの値を比較し、温度上昇時間
を補償するために、以下の手続きがTNの相関を
取るように提案されている。まず、アミン逆反応
が同様に一次のアレニウス温度依存性を有してい
ると仮定する： dca／dt＝−Aaexp（−Ea／a／RT）ｃ (7) ここでAa及びEa aはカルボン酸のアミン触媒中
和に対するアレニウスパラメータである。（上付
添字ａはアミン処理をなされる初期露光された光
活性化合物を示す）。温度変化の様子Ｔ(t)がモニ
ターされて当該アレニウスバラメータAa及びEa a
が既知であれば、(7)式はアミン処理の開始から終
了までで積分できて 1nca／f／ca／p＝−Aa t=tf ∫t=to exp（−Ea／a／RT）dt (8) となる。(8)式の右辺はアミン処理の動力学を規定
するので、Ｔ(t)がモニターされている限りは、そ
れが、アミン処理時間、炉温、しきい値温度ある
いは温度上昇速度とは独立に、TNを相関づける
ことは妥当である。さらに、アレニウスパラメー
タが未知の場合でも、 Ｉ＝t=tf ∫t=to exp（−Ea／a／RT）dt (9) を用いて、TNの値を妥当なEa a値に相関づけるた
めに(8)式が用いられうる。ここで、Ｉは、時間の
単位を有するエクスポーネシヤルの形の重みを持
つ時間の積分である。第４図及び第５図の曲線３
６は、それぞれ10及び20k〓／moleの中和活性化
エネルギーに対するＩとTNの間の相関を示した
ものである。最後に、これらのTNのデータは、
特定の温度における等価等温アミン処理時間を計
算するために用いられうる。例えば、Ea a＝20k
〓／moleを仮定して、初期露光部が不溶化され
ることを保証するためには、100℃において最小
等価アミン処理時間18−20分が必要である。他の
温度における等価時間も同様にして推定されう
る。Aaは既知である必要はなく、TNのデータを
相関づけるためにはEa aのみが推定される必要が
ある。
このことから、少なくとも(6)式を解く目的で、
初期未露光部分１５を固定するのに必要な最小時
間ｔを推定するように、Eaの推定がなされうる
ことが判る；その後(5)式を解く際に、ctの最大値
が検索される。第４図及び第５図は、この目的の
ために、Eaの推定がかなりひどい、すなわち、
２倍ほども異なつた場合でも、依然として満足で
きる結果が得られることを示している。
初期未露光部分１５を固定するのに必要な最小時
間ｔを推定するように、Eaの推定がなされうる
ことが判る；その後(5)式を解く際に、ctの最大値
が検索される。第４図及び第５図は、この目的の
ために、Eaの推定がかなりひどい、すなわち、
２倍ほども異なつた場合でも、依然として満足で
きる結果が得られることを示している。
一度パラメータcd fが決定され、(5)式に基づいて
コンピユータプログラムが構築されると、当該炉
の実際の温度にかかわらず、プロセスの一貫化が
保証される；炉温がより高い場合には、ウエハは
より短い時間で自動的に引き出される。さらに、
炉温がより高い場合には、第３図のアミン加熱サ
イクルが、ウエハしきい値温度により早く到達す
るために、通常より早く開始される。ウエハを一
群にまとめて処理するためには、炉温勾配の効果
を、各々のウエハ毎に個別の熱電対及べ引き抜き
機構を設けることによつて、相殺することができ
る。実際には、ウエハを一群にし、多くの熱電対
を温度勾配をモニターするためのみ用いて全ての
ウエハをウエハ平均温度に基づいて引き出す、と
いうプロセスが用いられている。炉温勾配が許容
限界以内であれば、ウエハ群内のばらつきは許容
されうるものであり、このことに基づいて、ウエ
ハを一群にまとめて処理する際は、実際には個別
のウエハ制御なしで充分である。
コンピユータプログラムが構築されると、当該炉
の実際の温度にかかわらず、プロセスの一貫化が
保証される；炉温がより高い場合には、ウエハは
より短い時間で自動的に引き出される。さらに、
炉温がより高い場合には、第３図のアミン加熱サ
イクルが、ウエハしきい値温度により早く到達す
るために、通常より早く開始される。ウエハを一
群にまとめて処理するためには、炉温勾配の効果
を、各々のウエハ毎に個別の熱電対及べ引き抜き
機構を設けることによつて、相殺することができ
る。実際には、ウエハを一群にし、多くの熱電対
を温度勾配をモニターするためのみ用いて全ての
ウエハをウエハ平均温度に基づいて引き出す、と
いうプロセスが用いられている。炉温勾配が許容
限界以内であれば、ウエハ群内のばらつきは許容
されうるものであり、このことに基づいて、ウエ
ハを一群にまとめて処理する際は、実際には個別
のウエハ制御なしで充分である。
既に述べたように、表の形あるいはアナリテイ
ツクな形での動力学データがプロセス制御に用い
られる。本発明においては、特定の動力学形式は
仮定されていない。ある種の材料は２つの活性エ
ネルギーを用いてモデル化される可能性がある
が、一方で他のものは温度及び／あるいは圧力の
関数として表の形のリストを必要とするかも知れ
ない。アミン触媒中和反応を記述する適切な動力
学データも、おそらく(8)式を範として、当該プロ
セスを制御するために用いられうる。事実、ある
種の材料は、２つあるいはそれ以上の温度に依存
した活性化エネルギーを有し、そのような場合に
は、コンピユータは、例えば、しきい値温度以下
の温度に対しては第１活性化エネルギー、そして
しきい値温度以上においては第２活性化エネルギ
ーを用いるというようにプログラムされる。
ツクな形での動力学データがプロセス制御に用い
られる。本発明においては、特定の動力学形式は
仮定されていない。ある種の材料は２つの活性エ
ネルギーを用いてモデル化される可能性がある
が、一方で他のものは温度及び／あるいは圧力の
関数として表の形のリストを必要とするかも知れ
ない。アミン触媒中和反応を記述する適切な動力
学データも、おそらく(8)式を範として、当該プロ
セスを制御するために用いられうる。事実、ある
種の材料は、２つあるいはそれ以上の温度に依存
した活性化エネルギーを有し、そのような場合に
は、コンピユータは、例えば、しきい値温度以下
の温度に対しては第１活性化エネルギー、そして
しきい値温度以上においては第２活性化エネルギ
ーを用いるというようにプログラムされる。
本発明は、フオトレジスト層が処理の一部とし
て加熱されるものであればどのようなものに対し
ても適用可能で、像反転処理に限定されているの
ではないことは明らかである。例えば、フオトレ
ジスト材料は、ウエハ表面に一様に塗布され易く
するために通常液体溶媒すなわちキヤリアに含ま
せられる。ウエハはその後液体キヤリアを除去し
てウエハ表面上のフオトレジストを安定化するた
めに、加熱される。この加熱過程においては、感
光性を低下させてしまう程の熱料フイルムに与え
てはならない；それゆえ、(5)式におけるctを、そ
れに達した場合には当該キヤリアが完全に除去さ
れ、かつ既に述べた場合と同様に、感光性を低下
させるジアゾ増感剤の分解を最小とするように最
適化するように計算する。
て加熱されるものであればどのようなものに対し
ても適用可能で、像反転処理に限定されているの
ではないことは明らかである。例えば、フオトレ
ジスト材料は、ウエハ表面に一様に塗布され易く
するために通常液体溶媒すなわちキヤリアに含ま
せられる。ウエハはその後液体キヤリアを除去し
てウエハ表面上のフオトレジストを安定化するた
めに、加熱される。この加熱過程においては、感
光性を低下させてしまう程の熱料フイルムに与え
てはならない；それゆえ、(5)式におけるctを、そ
れに達した場合には当該キヤリアが完全に除去さ
れ、かつ既に述べた場合と同様に、感光性を低下
させるジアゾ増感剤の分解を最小とするように最
適化するように計算する。
本発明は、他の、電子線レジストやＸ線レジス
ト等の、同じように用いられる放射に感応する材
料に対しても適用可能である。簡便かつ明確性ゆ
え、本発明における“フオトレジスト”という言
葉は、電子線レジスト及びＸ線レジスト等の、全
ての、放射に感応する材料を包含し、かつ“光”
あるいは“化学作用線”という言葉は電子線及び
Ｘ線を含む全ての化学作用線を包含している。
ト等の、同じように用いられる放射に感応する材
料に対しても適用可能である。簡便かつ明確性ゆ
え、本発明における“フオトレジスト”という言
葉は、電子線レジスト及びＸ線レジスト等の、全
ての、放射に感応する材料を包含し、かつ“光”
あるいは“化学作用線”という言葉は電子線及び
Ｘ線を含む全ての化学作用線を包含している。
本発明の多くの他の具体化及び修正が当業者に
よつて、本発明の精神及びその範疇を離れること
なしに実施できる。
よつて、本発明の精神及びその範疇を離れること
なしに実施できる。
第１図は、従来技術に係る通常の処理及び像反
転処理を模式的に示した図；第２図は、本発明の
例示的具体例に係る、基板上にコートしたフオト
レジストを加熱するための装置を模式的に示した
図；第３図は、第２図の装置を像反転処理におけ
る、温度の時間に対するグラフ及び増感剤の分解
の時間に対するグラフ；及び第４図及び第５図
は、第２図の装置を用いた現像後のフオトレジス
ト厚（規格化したもの）のアミン雰囲気下加熱時
間に対するグラフである。
転処理を模式的に示した図；第２図は、本発明の
例示的具体例に係る、基板上にコートしたフオト
レジストを加熱するための装置を模式的に示した
図；第３図は、第２図の装置を像反転処理におけ
る、温度の時間に対するグラフ及び増感剤の分解
の時間に対するグラフ；及び第４図及び第５図
は、第２図の装置を用いた現像後のフオトレジス
ト厚（規格化したもの）のアミン雰囲気下加熱時
間に対するグラフである。
１ 導電体基板上に形成されたレジスト膜に所定
のパターンを形成するパターン形成方法におい
て、 前記レジスト膜上に前記所定のパターンを描画
するとともに前記レジスト膜上の前記所定のパタ
ーンが描画された領域以外の領域に前記所定のパ
ターンよりも高いドーズ量で前記導電体基板との
接続孔を形成するための補助パターンを描画する
第１の工程と、 前記所定のパターンおよび補助のパターンが描
画された導電体基板を、レジストを選択的に除去
する現像液に浸漬する第２の工程と、 前記所定のパターンが形成される前に、前記補
助パターンによつて形成される導電体基板との接
続孔に第１の電極を挿入して前記導電体基板に前
記第１の電極を接触させ、前記現像液中に浸漬さ
れる第２の電極と前記第１の電極との間に流れる
電流に基づいて前記所定のパターンの現像終点を
判別する第３の工程と、を備えていることを特徴
とするパターン形成方法。
のパターンを形成するパターン形成方法におい
て、 前記レジスト膜上に前記所定のパターンを描画
するとともに前記レジスト膜上の前記所定のパタ
ーンが描画された領域以外の領域に前記所定のパ
ターンよりも高いドーズ量で前記導電体基板との
接続孔を形成するための補助パターンを描画する
第１の工程と、 前記所定のパターンおよび補助のパターンが描
画された導電体基板を、レジストを選択的に除去
する現像液に浸漬する第２の工程と、 前記所定のパターンが形成される前に、前記補
助パターンによつて形成される導電体基板との接
続孔に第１の電極を挿入して前記導電体基板に前
記第１の電極を接触させ、前記現像液中に浸漬さ
れる第２の電極と前記第１の電極との間に流れる
電流に基づいて前記所定のパターンの現像終点を
判別する第３の工程と、を備えていることを特徴
とするパターン形成方法。
Claims (1)
- 熱段階の間、前記コンピユータに入力する段階；
及び 前記コンピユータを、前記プログラムされた情
報、前記温度検出素子からの温度情報、及び経過
時間に従つて、当該基板が前記ある化合物の分解
が所定の度合に達した時に前記炉から引き出され
るように、当該基板の前記炉からの引き出しを制
御するために用いる段階； を有することを特徴とするデバイス作製方法。 ２ 前記方法が、さらに、 前記コンピユータを、前記温度検出素子からの
基板温度のしきい値を示す信号に対応して、前記
炉中へのアミンガスの導入を制御するために用い
る段階を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のデバイス作製方法。 ３ 前記方法が、さらに、 前記第１化学作用線が前記フイルムの前記第２
部分にカルボン酸を生成し； 前記加熱及びアミンガス導入段階が前記カルボ
ン酸を制御して分解すること； を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のデバ
イス作製方法。 ４ 前記方法が、さらに、 前記第２化学作用線が前記フイルムの前記第１
部分にカルボン酸を生成し； 前記現像段階が、前記フイルムの前記第１部分
を選択的に溶解し、前記第２部分を実質的に不溶
解にしておくこと； を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のデバ
イス作製方法。 ５ 前記方法が、さらに、 前記プログラミング段階が、 前記フイルムの前記第１部分中の光活性化合物
の印加された熱に応じた分解を特徴づけて、当該
光活性材料の分解が所定の値に達した時に、前記
基板が前記炉より引き出される段階よりなること
を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のデバ
イス作製方法。 ６ 主材に放射感応性材料をコートする段階、パ
ターンを形成するマスクによつて当該コーテイン
グの一部をマスクする段階、 マスクを通じて化学作用線に当該コーテイング
の一部をさらす段階、前記パターンを確定するた
めに当該放射感応性コーテイングを現像する段
階；及び 当該パターンを前記主体を選択的に処理するた
めに用いる段階、 よりなるその表面上にパターンを有するデバイ
スの作製方法において、当該方法が、 前記主体上の前記放射感応性材料を加熱する段
階； 当該放射感応性コーテイング中の印加された熱
に対応した反応を特徴づける情報をコンピユータ
にプログラムする段階； 当該放射感応性フイルム上に温度検出素子をマ
ウントして、当該温度検出素子の出力を前記加熱
段階の間、前記コンピユータに入力する段階；及
び 前記コンピユータを、前記反応の程度が所定の
値に達した時に前記主題の前記炉からの引き出し
を制御するために用いる段階； を有することを特徴とするデバイス作製方法。 ７ 前記方法が、さらに、 前記放射感応性コーテイングが、前記加熱段階
の前に、第１化学作用線に部分的にさらされ；前
記感応性コーテイングの分解に関する所定の値が
充分低いために未露光の放射感応性コーテイング
の化学作用線への感応性が残存し、 かつ前記加熱段階の後に、未露光の放射感応性
コーテイングが第２化学作用線にさらされること
を特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のデバ
イス作製方法。 ８ 前記方法が、さらに、 前記反応が、前記放射感応性コーテイング内の
光活性化合物の分解を生じ、前記コンピユータ
が、当該光活性化合物の分解が所定の値に達した
時に、前記主体の引き出しを制御するように用い
られることを特徴とする特許請求の範囲第６項に
記載のデバイス作製方法。 ９ 前記方法が、さらに、 前記フイルムの前記第１部分が初期には第１濃
度Cd pの光活性化合物を含有し、前記加熱段階後
には当該フイルムの当該第１部分が第２の濃度
Cd f当該光活性化合物を有し； 前記コンピユータが、比Cd f／Cd pが所定の値に
達した時に前記基板の引き出しを制御するために
用いられることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載のデバイス作製方法。 １０ 前記方式が、さらに、 前記加熱段階前の前記放射感応性コーテイング
が第１濃度Cd pの光活性化合物を含有し、前記加
熱段階には当該コーテイングが第２濃度Cd fの当
該光活性化合物を有し、前記コンピユータが、比
Cd f／Cd pが所定の値に達した時に前記主体の引き
出しを制御するために用いられることを特徴とす
る特許請求の範囲第６項に記載の感応性材料処理
方法。
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| US07/093,656 US4814243A (en) | 1987-09-08 | 1987-09-08 | Thermal processing of photoresist materials |
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|---|---|
| JPS6472525A JPS6472525A (en) | 1989-03-17 |
| JPH0529302B2 true JPH0529302B2 (ja) | 1993-04-30 |
Family
ID=22240077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63222607A Granted JPS6472525A (en) | 1987-09-08 | 1988-09-07 | Manufacture of device |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US4814243A (ja) |
| JP (1) | JPS6472525A (ja) |
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Also Published As
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