JPH07113775B2 - 厚い垂直壁を有するフォトレジストパターンを製造するためのマイクロリソグラフィ方法 - Google Patents

厚い垂直壁を有するフォトレジストパターンを製造するためのマイクロリソグラフィ方法

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JPH07113775B2
JPH07113775B2 JP2144265A JP14426590A JPH07113775B2 JP H07113775 B2 JPH07113775 B2 JP H07113775B2 JP 2144265 A JP2144265 A JP 2144265A JP 14426590 A JP14426590 A JP 14426590A JP H07113775 B2 JPH07113775 B2 JP H07113775B2
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Description

【発明の詳細な説明】 マスクした基板にパターンをエッチングする際に、イオ
ンビームミリング（milling）のようないくつかのエッ
チング方法においては、そうすることがのぞましくない
場合においてさえマスクまでもがエッチングされる場合
がある。このことは、フォトレジストマスク層が基板よ
り速くエッチングされるという事実によってさらに悪化
する。下層基板を保護するのに十分なほど長くフォトレ
ジスト層を残存させることを確保するための一つの方法
は、フォトレジストをより厚くすることである。厚いフ
ォトレジストを有する基板にエッチングされるべき細い
線をパターン化する際に生ずる問題は、第１図（ａ）に
示されるようにフォトレジストの（側面の）壁が垂直で
ないことである。フォトレジストの基板に近い部分の幅
は、フォトレジストの上部の幅より大きい。この結果、
第１図（ｂ）に示すようにイオンビームミリングによっ
てフォトレジストの一部は基板と一緒にエッチングされ
てしまう。これにより、第１図（ｃ）の点線で示される
所望の幅より細い線を基板にエッチングする結果とな
る。
第一に本発明は、 a.基板に、好ましくは３μ以上の厚さでフォトレジスト
化合物を塗布し、 b.該フォトレジストに溶液を塗布してバリヤー層を形成
し、 c.該バリヤー層にコントラスト増進化合物層を塗布し、 d.該コントラスト増進化合物層の表面に向かって基板表
面から相当上方の位置にパターンを合焦させて、工程ｃ
の生成物を該パターンに暴露し、及び e.暴露コントラスト増進化合物層及びバリヤー層を剥離
し、暴露フォトレジスト層を現像する工程を含む基板上
に垂直壁を有する厚膜フォトレジストマスクを製造する
方法に関する。好ましくは、この最終工程の後にプラズ
マによる汚れ除去を行う。
好ましくは、コントラスト増進化合物層の表面に向かっ
て基板表面から少なくとも約75％上方にパターンを合焦
させる第一の実施態様においては、コントラスト増進化
合物はアリールニトロン（aryl nitrone）であり、バリ
ヤー層はポリビニルアルコール層のような、水性アルカ
リ可溶性であって光学的に透明なポリマー層である。
また、この方法は基板をエッチングする工程及びマスク
を除去する工程をも含んでいてもよい。好ましくは、基
板のエッチングはイオンビームミリング、スパッター又
は反応性イオンエッチングによって行う。あるいは、レ
ーザー又は化学的エッチングを用いてもよい。実際上、
この方法は他の方法のなかでも電気めっき、無電気めっ
きや蒸発等の方法によって、フォトレジストによって定
められるパターン通りに物質を付着する工程を含んでい
てもよい。
第２図に示すように、高アスペクト比及び垂直な壁を有
するフォトレジストマスク（及びこれから得られる高ア
スペクト構造）を経済的に製造する方法の好ましい実施
態様は、以下に述べるようないくつかの工程を含む。
ここで、高アスペクト比とは、マスク線幅に対するフォ
トレジストの厚さの比、又はこれから得られる構造それ
自体の幅に対する該構造の厚さの比が1:1又はそれ以上
であると定義される。
第１の工程において、基板（通常はウェハーである）に
厚いフォトレジストを塗布する（115）。好ましい実施
態様においては、AZ-4620（商標；ヘキスト セラニー
ズ社（Hoechst Celanese）製）を、675RPMの速度で操作
しているスピンコーターを用いて30秒間ウェハーに塗布
する。このような条件下で製造されるフォトレジスト膜
は約20μの厚さを有する。
この塗布されたウェハーを取りはずして、クリーンフー
ドの下で10分間空気乾燥する（120）。ウェハーを乾燥
後、30分間90℃で熱対流炉中でベーキングし（125）、
取りはずして、室温に冷却する（130）。
次いで、このウェハーに、５％ポリビニルアルコール水
溶液のようなバリヤー層を塗布する（135）。このバリ
ヤー層はフォトレジストとこれに続くコントラスト増進
層との界面混合を防ぐ。このバリヤー層を15分間乾燥す
るが、ベーキングは行なわない。再び好ましい実施態様
に戻ると、1000RPMで操作しているスピンコーターを用
いてポリビニルアルコールを60秒間塗布する結果、約17
00オングストローム厚のバリヤー層が得られる。
次いで、このウェハーに、CEM-388又はCEM-388WS（水剥
離性）（ハルズオブアメリカコーポレーション社（Ｈ
ls of America Corporation）製）のようなコントラス
ト増進化合物を塗布する（140）。この化合物は不活性
流延用ポリマーに担持された光活性染料であり、これは
有機溶媒で溶媒和され、スピンコーティングを促進す
る。この光活性染料は下記式のニトロン類として知られ
る有機化合物のクラスからのものである。
Ｒ−CH＝Ｎ（Ｏ）−Ｒ 式中、Ｒはアルキル基又は芳香族基のいずれかである。
好ましいニトロンは、ポリスチレン流延用ポリマーに担
持されたα−ジメチルアミノフェニル−Ｎ−フェニルニ
トロンである。CEM-388においては、ポリマー：染料混
合物は16重量％で溶媒であるエチルベンゼンと組み合わ
される。得られる溶液は約1.8センチストークスの粘度
を有する。
均一な露光及び現像性を確保すべく、高いトポグラフィ
ーに亘って十分なかつ均一な厚さが得られるようにスピ
ンコーティングを調整しなければならない。好ましい実
施態様においては、2000RPMに操作しているスピンコー
ターを用いてCEM-388を30秒間塗布する。
この塗布されたウェハーを遠心脱水するが、ベーキング
は行わない。次いでこのウェハーを露光装置に取付け、
パターンを合わせて、マスクパターンに暴露する（14
5）。マスクパターン像の合焦中心をコントラスト増進
層の表面に向かって基板表面から好ましくは約75％以上
上方に位置付けるように、露光装置を調整する。この調
整なしには、像の焦点がぼけてしまい、垂直な壁を有す
るレジストパターンを製造することはできない。好まし
い実施態様においては、ウェハーは、好ましくは6400mj
/cm2の総線量で401nmの波長で暴露される。
暴露（145）に引き続いて、コントラスト増進層を剥離
する（150）。CEM-388の場合は、85容量％のトルエンと
15容量％のアニソールとの混合物のような有機溶媒を用
いることが好ましい。この溶媒を、好ましくはぬらしと
回転とを交互に繰り返してウェハーに塗布し、次いで塗
布されたウェハーを30秒間遠心脱水する。しかし、CEM-
388WSは脱イオン水を用いて剥離される。この工程をト
ラックシステムの現像プログラム中に組み込むことがで
きる。
このフォトレジストを噴霧現像に付すか、またはポジ型
レジスト現像液中で浸漬現像する（155）。レジストの
厚さ、種類及び用いる暴露量によって条件が変動する。
フォトレジスト現像工程の一部として、バリヤー層は、
剥離される。
次いで、露光／現像後のむき出し領域内の有機残留物を
取り除くために、ウェハーをプラズマ汚れ除去に付す
（160）。好ましい実施態様においては、これを酸素含
有プラズマ内で行う。この汚れ除去後に、任意にウェハ
ーを熱対流炉内で30分間130℃で後ベーキングすること
ができる（165）。
次いで、得られる高アスペクト比の厚膜マスクを有する
ウェハーをエッチングする（170）。基板のエッチング
はイオンミリング、スパッターエッチング、反応性イオ
ンエッチングの態様で行うことができる。あるいは、例
えばレーザーエッチング又は化学エッチングを用いても
よい。基板のエッチングに引き続いて、アセトン又はこ
の他の適切な剥離剤を用いて、フォトレジストマスクを
剥離することができる（180）。しかし、汚れ除去後に
任意にベーキングを行う場合は、フォトレジストマスク
を剥離するためには超音波攪拌することが必要となるか
もしれない（175）。
本発明によって、非常に高いアスペクト比及び垂直な側
壁を有するコイル、極及びコンダクター等の薄膜デバイ
スや幾何学的形状の製造がはじめて可能になった。これ
ら薄膜デバイスや幾何学的形状はこの他の方法によって
は従来得られなかったものである。このことは、高密
度、高出力用の非常に細く厚い極及び厚く、緊密な間隔
で配置されたコンダクターが必要とされる、高密度用途
における記録ヘッドの製造において重要である。
また、本発明によって、垂直な壁を有するボンドパッド
の製造が可能となった。このことにより、向上したアル
ミナ保護膜組成物及び機械的性質が得られる結果、ボン
ドパッドのラップ処理の際に生じる保護膜の不良や抜け
出しを抑制できる。これにより、薄膜デバイスの製造に
おける歩留まりとデバイスの信頼度が高められる。ま
た、この方法は、この他のマイクロエレクトロニクス部
品（例えば相互接続体（interconnects）、磁気バブル
記憶装置又は半導体ボンドパッド等）の製造に用いても
よい。
注文生産による装置が必要とされず、かつ、市販の化学
物質のみが必要とされるので、本発明を実施するにはわ
ずかな追加的資本投下が必要とされるにすぎない。さら
に、この方法においては、パターンの相当の改良を達成
するために、非常にわずかな追加的工程を加えるにすぎ
ない。
この方法により、よりアグレッシブ（aggressive）でな
いデバイス構造においてさえ、より良い品質のパターン
が得られ、歩留りが向上する。また、この方法により、
厚く高品質の垂直なパターンが得られる一方、非常に高
められた露光ラチチュードが得られる。さらに、精密な
寸法制御が得られる。
この他の実施態様も本発明の精神及び範囲に包含される
ものであり、本発明は特許請求の範囲によって限定され
るのみである。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は従来技術の厚いフォトレジストマスク及
び基板の断面図である。 第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のフォトレジストに対し
てイオンビームミリングを行った結果を示す。 第１図（ｃ）は基板にエッチングされた線幅に対する得
られた影響を示す。 第２図は本発明の方法のフローダイヤグラムを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−180242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−234148（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】a.基板に３μより厚い単層のフォトレジス
    ト化合物を塗布し、 b.該フォトレジストに溶液を塗布してバリヤー層を形成
    し、 c.該バリヤー層にコントラスト増進化合物層を塗布し、 d.該コントラスト増進化合物層の表面に向かって基板表
    面から約75％以上上方の位置にパターンを合焦させて、
    工程ｃの生成物に該パターンを暴露し、及び e.暴露コントラスト増進化合物層及びバリヤー層を剥離
    し、暴露フォトレジスト層を現像する 工程を含む基板上に垂直壁を有する厚膜フォトレジスト
    マスクを製造する方法。
  2. 【請求項２】コントラスト増進化合物層がアリールニト
    ロンである請求項（１）記載の方法。
  3. 【請求項３】バリヤー層が水性アルカリ可溶性であり、
    光学的に透明なポリマー層である請求項（１）記載の方
    法。
  4. 【請求項４】バリヤー層がポリビニールアルコールから
    なる請求項（３）記載の方法。
  5. 【請求項５】工程ｃの生成物を約401nmの波長でパター
    ンに暴露する請求項（１）記載の方法。
  6. 【請求項６】基板内にパターンが得られるように基板を
    エッチングする工程ｆをさらに含む請求項（１）記載の
    方法。
  7. 【請求項７】マスクを除去する工程を含む請求項（６）
    記載の方法。
  8. 【請求項８】工程ｅの後に汚れ除去を行う請求項（１）
    記載の方法。
  9. 【請求項９】基板のエッチングを、イオンミリング、ス
    パッター、反応性イオン、レーザー又は化学的エッチン
    グにより行う請求項（６）記載の方法。
  10. 【請求項１０】フォトレジストによって定められるパタ
    ーン通りに、工程ｅの生成物上に物資を付着する工程を
    さらに含む請求項（１）記載の方法。
  11. 【請求項１１】少なくとも一つの高アスペクト比構造を
    有する薄膜デバイスであって、該構造が、コントラスト
    増進化合物を用いて該構造を形成する工程を含む方法か
    ら得られ該薄膜デバイス上に定められる少なくとも一つ
    のアスペクト比を有する薄膜デバイスであって、 該工程は、 a.基板に３μより厚い単層のフォトレジスト化合物を塗
    布し、 b.該フォトレジストに溶液を塗布してバリヤー層を形成
    し、 c.該バリヤー層にコントラスト増進化合物層を塗布し、 d.該コントラスト増進化合物層の表面に向かって基板表
    面から約75％以上上方の位置にパターンを合焦させて、
    工程ｃの生成物に該パターンを暴露し、及び e.暴露コントラスト増進化合物層及びバリヤー層を剥離
    し、暴露フォトレジスト層を現像する 工程を含む。
JP2144265A 1989-06-02 1990-06-01 厚い垂直壁を有するフォトレジストパターンを製造するためのマイクロリソグラフィ方法 Expired - Lifetime JPH07113775B2 (ja)

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