JPS58149045A - 光学的リソグラフイ方法 - 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】 本発明の分野 本発明は、光学的リソグラフィ技術に係り、更に具体的
には、集積回路の製造に於て改良された解像度を実現す
る光学的リングラフィ方法に係る０従来技術 光学的リングラフィ技術は、典型的には、フォトレジス
ト材料を光によりパターン状に露光しそしてそのパター
ンを食刻により上記フォトレジスト層中に形成すること
を含む。その様な方法に於ける空間的解像度に対する基
本的制約は、放射の波長に依存する、用いられている放
射の回折によって生じるが、実際の解像度は下の基板の
表面からの散乱及び反射の程度によって制限される。こ
の問題は、反射する基板上のフォトレジスト被膜の単色
光による露光が該被膜内に光の定在波パターンを生じる
場合には、更に増大する。定在波は上記被膜の厚さ方向
に沿って光の強度を著しく減衰させて、上記フォトレジ
ストに異なる度合の露光を生ぜしめる。この状態は、よ
り小さいパターンを完全に生ぜしめるためには余分な露
光が必要とされるので、ミクロン及びサブミクロンの範
囲内のパターンを形成するために投影露光が用℃・られ
る場合には、有害となる。

厚さ方向に於ける露光の変化は、周知の定在波比の平方
に関連づけられ得ることが知られており、それらの値は
露出された又は酸化されたシリコン基板の場合には２５
のオーダーに迄昇り、又アルミニウム被膜の如き反射率
の高い基板の場合にはそれ以上になる。フォトレジスト
と基板との界面に於て光学的波節即ち最低の強度を生じ
るそれらの反射面（即ち、アルミニウム、他の金属、露
出されたシリコン、及び特定の酸化された厚さを有する
酸化されたシリコン）には、最も好ましくない状態が生
じ、従ってミクロン寸法の像内に残されたフォトレジス
トを除去するために、現像後のオゾン食刻の如き、積極
的な現像又は特別な工程が必要とされる。従って、ミク
ロン寸法の像の寸法制御は、特に高密度に実装された像
配列体の場合に、維持され難い。

基板表面からの反射を除く１つの方法は、下に高吸収度
の材料の層を形成することを含む。その様な高吸収度の
層は、放射が基板の反射面に達しない様に働いて、解像
度を低下させる様に働く散乱及び定在波の現象を除く。

しかしながら、吸収性の層の使用に伴って、多くの条件
が必要とされる。例えば、吸収性の層は、被覆、付着及
び現像に関連して、上のフォトレジスト被膜及び下の基
板と適合し得ねばならない。上記の吸収性の層は又、上
のフォトレジスト被膜に接してそして該被膜を形成する
処理に於て化学的及び構造的に安定でなければならず、
しかもフォトレジスト被膜の現像後に容易に除去され得
る様に充分に薄くなければならない。最も論理的な方法
は、吸収性の層を、適当な染料で被覆されたフォトレジ
スト材料から形成することである。しかしながら、典型
的には、染料は、極めて少ない吸収しか生じない程低い
濃度にされない限り、乾燥時に重合体材料から分離しが
ちである。染料の濃度が低い場合には、その様な層の除
去が実際的に不可能になる程に厚く形成されねばならな
い。

基板からの反射を減少させるもう１つの方法は、上層だ
けが感光性である２重層のフォトレジスト被膜を用いる
ことを含む。その様な配置に於ては。

定在波比の著しい低下が上層内に生じ、改良された寸法
制御が行われる。その様な配置につし・ては、Ｉ　　Ｂ
Ｍ　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　ＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＢ
ｕｌｌｅｔｉｎ、第１５巻、第７号、１９７２年１２月
、第２５３９頁乃至第２３４０頁に於けるＫａｐｌａｎ
等による１１Ｔｗｏ　ａｎｄ　　Ｔｈｒｅｅ−Ｌａｙｅ
ｒＰｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ　　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ’と
題する論文に記載されている。この論文は又、薄い上層
と基板上の厚し・下層との間に中間層を用いることにつ
いても記載している。上記論文に記載されてし・る２層
又は３層のフォトレジスト技術は、製造が難しく、使用
が厄介であるという問題を有している。

この問題は、１つには、フォトレジストの下層が、上層
付着中に該上層の溶媒系と相互作用し、そして又現像中
に上層の現像液と相互作用することによる。

もう１つの多層レジスト構造体が、ＩＢＭＴｅｃｈｎｉ
ｃａｌ　　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ
。

第１８巻、第１０号、１９７６年５月、第３１６７頁に
於けるＷ、Ｊ、５ｔｅｔｓｏｎによる’Ｐｒｏｄｕｃｉ
ｎｇＲｅｄｕｃｅｄ　　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ、Ｍ
ａｓｔｅｒＭａｓｋ　　ｏｎ　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｐｌａ
ｔｅ　’　　と題する論文に記載されている。その方法
は、反応性ス、Ｓツタリングを用いて幾つかの材料層を
付着することを含んでいｉｏ 感光性の層を進退した光がその感光性の層へ反射されな
い様にその光を吸収する反射防止層が、リソグラフィに
よるプリント技術に於て知られている。典型的な反射防
止方法が、米国特許第２５９６７１３号及び第３２６２
７８２号の明細書に記載されている。それらの特許明細
書から、その技術に用し・られてし・る材料はミクロン
及びサブミクロンの半導体技術に於ける集積回路の製造
に用いられている材料に類似していないことが明らかで
ある。更に具体的に云えば、上記反射防止技術は、現像
に於て得られる解像度がＶＬＳＩ回路の製造に必要とさ
れる解像度よりも低い大きさのオーダーである、写真の
フィルム及び乾板の使用を含んでいる＠ 本発明の概要 本発明の方法に従って、感光性の層と基板との間に高吸
収度の材料より成る化学的及び構造的に安定な層を用い
ることによりシリコン基板表面から上の感光性の層中へ
の光の散乱及び反射を除くことによって、ＶＬＳｌ、に
於て用いられる如き、改良された解像度が光学的リング
ラフィに於て得られる。更に具体的に云えば、本発明の
方法に従って、吸収性の層として４−フェニルアゾ−１
−ナフチルアミンの薄膜を用（・ることによって、ＶＬ
ＳＩのための光学的リングラフィに於ける改良された解
像度が得られる。その様な層は、スダンブラックＢ染料
を１０−３乃至１０　　’Ｔｏｒｒ及び略１２０°Ｃに
於て略５分間蒸着することによって形成される。上記の
５分間の蒸着及び１６０°Ｃに於ける１０分間のボース
トベーキングの結果、紫外線スペクトル全体に亘って光
を効率的に吸収し得るとともに、レジスト及び基板に対
する適合性を示す、薄い、安定した、付着性の被膜が得
られろ。

従って、本発明の目的は、集積回路の製造に於て用いら
れる如き、改良された解像度を有する光学的リングラフ
ィ方法を提供することである。

本発明の他の目的は、半導体基板上にミクロン及びサブ
ミクロンのパターンが形成され得ろ様に改良された解像
度を有する光学的リソグラフィ方法を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、シリコン基板上にパターンを形成
するために用いられてし・るフォトレジスト層の光学的
露光に於て基板による光の反射従って光の散乱及び定在
波パターンが除かれる様にシリコン基板とフォトレジス
ト層との間に中間層を用（・ることによって、改良され
た解像度を有する光学的リングラフィ方法を提供するこ
とである。

本発明の更に他の目的は、フォトレジスト層料が光によ
り露光されたときに半導体基板からの反射を減少させる
ためにそれらのフォトレジスト層と半導体基板との間に
４−フェニルアゾ−１−ナフチルアミンより成る吸収性
の層を形成することによって、集積回路を製造するため
の改良された光学的リングラフィ方法を提供することで
ある。

本発明の好実施例 第１図は、超小型電子素子の形成に於て下の半導体基板
の処理を可能にするためにフォトレジスト層中に開孔及
びパターンが形成され得る様に、半導体基板がフォトレ
ジスト層で被覆されている、通常の従来技術による配置
を示している。典型的には、半導体基板１はシリコンよ
り成り、フォトレジスト層３は種々の一般に入手可能な
フォトレジストの任意のものより成る。マスク５は、図
示されている如く、開孔以外の領域に於て入射光を遮蔽
する様に働く。光源は、種々の光源のし・ずれでもよ見
・。しかしながら、典型的には、紫外線の領域の光源が
用いられる。単色光の光源がしばしば用（・られる。

前述の如く、フォトレジストを用いて基板を露光する際
に生じる問題の１つは、基板表面からの光の反射及び散
乱である＠第１図に於て矢印で示されている如く、その
様な基板表面からの反射及び散乱は像の質及び解像度を
低下させる様に働く。

本発明の方法によれば、第２図に示されている如く、フ
ォトレジスト層６′を形成する前に、シリコン半導体基
板上′上に特定の高吸収度の被膜７を形成することによ
って、光の反射及び散乱が除かれる。特定の吸収性の被
膜７は、次式を有する４−フェニルアゾ−１−ナフチル
アミンの薄い蒸着された被膜より成る。

その様な材料は、スダンブラックＢとして知られている
染料が真空蒸着されたときに丈夫な高吸収度の被膜とし
て形成される。スダンブラックＢは次式を有する周知の
染料である。

その様な材料を蒸着するだめの方法の１つが米国特許、
ＩＫ４０２３１８５号の明細書に示されている。

シリコン半導体基板上にその様な吸収性の被膜を形成す
る本発明の方法に於ては、初めに基板が通常の真空蒸着
装置のチェンバ内に装填される。次に蒸着装置のチェン
バが１０−３乃至１０　　　Ｔｏｒｒの圧力迄排気され
る。蒸着源即ちスダンブラックＢ染料は各処理後に蒸着
装置のチェンバから清浄化されそして交換されねばなら
ない。チェンバが排気された後、源が迅速に１２０℃に
加熱され、付着が５分間行われる。基板は、装置から取
出された移、１６０℃で１０分間ポーストベークされる
。この処理の結果、シリコン基板上に厚さ略５０ｎｍの
染料の被膜が形成される。それから、その染料の被膜は
、後述される如く、通常のポジティブ型フォトレジスト
層６′で被覆される。

上述の方法により形成された被膜は、第３図に示されて
いる如き吸収曲線を示す。染料の被膜は、極めて薄いに
も拘らず、２５０乃至４４０ｎｍの波長の領域即ち中及
び近紫外域の光を効率的に吸収し得る。その様な吸収特
性を有しているので、フォトレジストが活性である領域
のシリコン基板表面からは少しの放射しか反射されない
。

上記方法により、シリコン基板上に４−フェニルアゾ−
１−ナフチルアミンの平滑な連続的被膜が形成されるこ
とが解った。スダンブラックＢ染料の蒸着からその様な
被膜を形成することにより、下のシリコン基板と化学的
及び物理的に適合し得る構造体が形成される。更に、得
られた被膜の構造体は、時間が経過して−も安定であり
、ジグライム（ｄｉｇｌｙｍｅ入酢酸エチルセロンルブ
又は酢酸メチルセロソルブの如きエーテル型溶媒系を含
むポジティブ型フォトレジストと適合し得る化学的及び
物理的特性を示す。その様な溶媒は上記染料と相互作用
しないことが解った。

ポーストベーク処理は、染料の被膜を固着させるためそ
してフォトレジスト層の形成中に該フォトレジスト層の
溶媒系が染料の被膜から染料を溶出させることを防ぐた
めに必要である０典型的には、フォトレジスト層は、液
状フォトレジストの比較的厚い被膜をその殆どのフォト
レジスト及び実質的にすべてのフォトレジスト溶媒が除
去される様に回転被覆することにより、固体のフォトレ
ジストの薄い被膜を形成することによって、設けられる
。ポーストベーク処理が行われない場合には、染料が被
膜から移動してフォトレジスト本体とともに除去されて
しまう。

前述の如く、ポーストベーク処理は、１６０“Ｃで１０
分間ベークすることを含む。それよりも低（゛ベーク温
度即ち、１２０　’Ｃ及びそれ以下に於ては、フォトレ
ジストが付着される前に染料の塊状化が生じる。従って
、ポーストベーク処理は、１２゜°Ｃよりも高（・温度
で１０分間以上行われるべきである。

ポジティブ型フォトレジスト層とシリコン半導体基板と
の間の中間層として形成された染料の′被膜は、該基板
への該フォトレジスト層の付着を劣化させない。典型的
には、この様にして形成された中間層は、付着を促進す
る様に選択された層でな（゛限り、付着を劣化させがち
である。従って、染料の被膜ど基板との間には、その界
面構造を破壊させる様な、即ちそれらの間の接合に影響
を与える様な相互作用が殆ど生じないことが明らかであ
る。同様に、染料の被膜とポジティブ型フォトレジスト
層との間にも、その界面構造を破壊させる様な、即ちそ
れらの間の接合に影響を与える様な相互作用が殆ど生じ
ない。

本発明の方法に従って形成された染料の被膜とともに用
いられ得るポジティブ型フォトレジストの例としては、
米国特許第５６６６４７５号及び第ｊ２０１２３９号の
明細書に記載されている如き、増感されたノボラック樹
脂等が挙げられる。

その様なノボラック樹脂は、酸を触媒として用いてホル
ムアルデヒドを過剰のフェノールと縮合させることによ
って得られる、フェノールホルムアルデヒド樹脂である
。それらは、ホルムアルデヒドが、次式を有しそしてそ
の式に於けるＡ及びＢは水素及び１乃至６個の炭素原子
を含むアルキル基より成る群から選択されているフェノ
ールと反応することによって得られる、部分的に重合さ
れたフェノールホルムアルデヒド樹脂である・上記フォ
トレジストのための適当な増感剤は、例えば、次式を有
しそしてその式に於てＲ１はナフトキノン−（１，２）
−ジアジドの基であり−Ｒ２は水素及びヒドロキシルよ
り成る群から選択され、Ｒ３は水素、アルキ乞アシル、
アルコキシ、アシルオキシ、アミン及び複素環式の基よ
り成る群から選択されている、ジアゾケトンであるＯ維
持されるべきジアゾケトン増感剤と７ポラツク樹脂との
重量比は、約１＝１乃至１：６であり得るが、好ましく
は約１＝２乃至１：４である。

その様なフォトレジストは染料の被膜と適合し、フォト
レジスト層が付着されるときに染料は染料の被膜中に固
定されている。更に、上記染料の被膜はその様なフォト
レジスト層とシリコン半導体基板との間の付着による接
合を劣化させない。

【図面の簡単な説明】

竿１図はフォトレジストが半導体基板上に直接配置され
ている、集積回路の製造に於て用いられる典型的な従来
技術による配置を示す図、第２図は本発明の方法に於け
る４−フェニルアゾ−１−ナフチルアミンより成る吸収
性の被膜を有する半導体基板の配置を示す図、第６図は
本発明の方法に従って形成された第２図の吸収性の被膜
のだめの吸収曲線を示す図である。 １．１′・・・・シリコン半導体基板、３．３′・・・
・フォトレジスト層、５．５′・・・・マスク、７・・
・・高吸収度の被膜。 第１図 第２図 （ 【 波＆（ｎｍ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリコン半導体基板上にスダンブラックＢ染料を蒸着し
   て、４−フェニルアゾ−１−ナフチルアミンの薄膜を形
   成し、 上記薄膜上にエーテル型溶媒を含むポジティブ型フォト
   レジストを付着し、 上記ポジティブ型フォトレジストの選択的領域を露光す
   ることを含む、 シリコン半導体基板にパターンを形成す１為の光学的リ
   ングラフィ方法Ｏ