JPS5965432A - 半導体デバイスの製造方法 - 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】

本発明は、重合体物質とジアゾ基やケトン基を有する増
感剤とを含有し、アルカリ溶液中で現像することができ
る感光性ラッカ一層を基板表面に形成し、このラッカ一
層にパターンに従った照射を行い、現像Ｏこよってラッ
カー屑パターンが形成される前に、ラッカ一層の全領域
にわたって中間処ｉｖ施ｔ、て、パターン形成照射され
ながったラッカ一層部分において厚さ方向にアルカリ溶
液に対する溶解度の差を得るよう心こした半導体デバイ
ス１７）製造方法に関するものである。 このような方法は、マイクロメータのオーダーの細部を
有する半導体デバイスの製造に特に適している。前記中
間処理により、通常の露光及び現像によって得られるラ
ッカ一層の断面形状に変化、を与えることができる。 前述した種類の方法は、米国特許第４，２１２，９３５
号明細書Ｇこより既知である。この米国特許明細書にお
いては、中間処理において、ラッカ一層を有機溶剤Ｃ特
にクロロベンゼン）で処理して、ラッカ一層内に最上部
層を形成する。この最上部層は、この最上部層の下側に
あるラッカ一層の未処理部分よりも高いアルカリ溶液に
対する抵抗性を有している。このように処理さｉ］たラ
ッカ一層を現像すると、オーバーハングしているラッカ
一層の断面形状が得られる。この断面形状は、例えば、
リフト−オフＩ　１ｉｆｔ−ｏｆｆ　）技術による金思
トラックの形成に特に適している。 上述した既知の方法を効果的に用いることができるよう
にするためには、中間処理中に、ラッカ一層が溶剤に外
１して十分に影響ぎれなげねばならない。このことは、
ラッカ一層全基板表面に設けた後Ｇこ、通常の熱処理を
することができず、熱処理を比較的低温度で比較的短時
ｒ！４１行わなけｔっけならないことを意味する３、そ
の結末、基板表面に対、する粘着力が比較的乏しいラッ
カ一層が得ら・わ、現像中のラッカ一層は基板表面から
部分的に剥離されるようＧこなる。　　　　　　　　　
　　、、。 本発明の目的は、危険な溶剤を用いることなく、ラッカ
一層の断面形状に変化を与えることができ・９’Ｊ　ａ
　ｖ　ｉまたラッカ一層パターンが、基板表面に対し十
分粘着力を有するようにした半導体デバイスの製造方法
を提供することにある。 本発明方法は、中間処理中（こ、第１照射によって、ラ
ッカ一層の最上部層に、増感剤と重合体物質との間の結
合を形成し、第２照射により、最上ｍ層の下側にある部
分において増感剤の少なくとも一部を酸に変換すること
を特徴とするものである。 第］照射の際Ｇこ、パターン形成照射中に露光されたラ
ッカ一層部分（この部分では、増感剤が完全に消失して
しまっている）は影響を受けないが、未照射のラッカ一
層部分にアルカリ溶液Ｏこ対して溶解しにくい最上部層
が形成される。２ｇ２照射によって、最上部層の下側に
あるラッカ一層部分のアルカリ溶液に対する溶解度（ま
増大する。第１照射後、最上部層でＧま増感剤が結合し
消失したので第２照射中最上部層では酸は形成、されず
、最上部層の特性はもはや変化しない。中間処理後、パ
ターン形成照射に露光しなかったラッカ一層部分におい
て、アルカリ溶液に対する溶解度の差がｙｐ、ｐ方向に
得られる。第１及び第２照射の適切なドーズ量を選択す
ることにより、垂直的及びオーバーハング的なラッカ一
層の断面形状を実現することができる。本発明に基づく
中間処理には、放射を利用する。ラッカ一層が基板表面
に設けられた後に、ラッカ一層に通常の熱処理を施すと
、放射は、ラッカ一層内に侵入することができるように
なる。 したがって、基板表面に対するラッカ一層の通常の満足
すべき粘着力を得ることができる。 本発明方法の好適な実施例によりは、２８０１ｍよりも
長い波長の放射をほとんど有ざないＵＶ放射により第１
照射を行い、この照射の際にラッカ一層をほとんど缶水
にする。 こわらの条件の下で、この放射により所望の最上部層が
イμられる１、このような短波長ＵＶ放射は、パターン
形成照射に露光されたラッカ一層部分及び露光キオ］な
かったラッカ一層部分においてほぼ同様に重合体物ｆ！
７Ｑこよって吸収ぎオ］るＣ、もしそうでなく、パター
ン形成照射に露光されたラッカ一層部分が、用いらｊる
放射に対し透過性を有するとずれば、パターン形成照射
に露光さねたラッカ一層部分と露光されなかったラッカ
一層部分との境界の近くに位１石する照射な受けなかっ
たラッカ一層部分が、同様に照射を受けることになる。 アルカリ溶液にほとんど溶解しない最−上部層は、これ
ら境界に沿って基板表面にまで延びることができる。そ
の結果、ラッカ一層の断面形状に所望のように影響？与
えることはもはやできない。この場合、パターン形成、
照射中及び第１照射中には、垂直に入射する平行放射を
用いなければならない。 本発明方法の他の好適な実施例では、２　Ｂ　ｏ　ｎｍ
よりも長い波長を主に有するＵＶ放射より第２照射な行
い、この照射中にラッカ一層を含水大気に接触させる。 この放射は、所望の増感剤の酸への変換を成、し遂げる
ためＧこ、最上部層を経て、ラッカ一層に十分深く浸入
することができる。この照射は、通常湿度の普ｊｎｉの
空気中でＦｅｆ単Ｏこ行うことができる。 本発明方法のさらに他の好適な実施例では、第１照射と
第２照射の中間処理中に、ラッカ一層内の最上部層の下
側にある増感剤の一部を熱処理によって分解する。 したがって、この熱処理は、第２照射によってさらに酸
に変換ぎわ得る増感剤の頃を決定する。 すなわち、第２照射中に残留量の増感剤が酸に変換ぎね
るので、熱処理がアルカリ溶液に処１する溶解度を決定
したことになる１、短い照射時間では、定在波のために
不所望な溶解度の差がラッカ一層内で生じる。この熱４
１１によって、アルカリ溶液Ｇこ対する溶解度が決定さ
れるの１゛、第２照射の照射時間を前記定住波の影響が
回避２ｔ＋るように長く選ぶことができる。 ざらに、感光性ラッカ一層へのパターン形成照射中に、
この照射により表面部分のみ全現像可能、にするのが好
適である。このようにして形成されり表面部分の下側に
あるう・ンカ一層部分は、第２照射によってアルカリ溶
液中で同様に溶解可能にされる。この第２照射を中間処
理中に行って、パターン形成照射中にラッカ一層が基板
表面まで現像可能にぎれたのと同じ状態が得らｉ］るよ
うにする。この工程により、パターン形成照射を非常に
短い時間内Ｇこ行うことができる。このことは、露光装
置の一層効果的な使用を意味している。さらに、この工
程によオ］、ば、ラッカ一層に非・帛に強く吸収石れる
放射を用いることが可能となり、また、この放射により
通常の照射時間で皮相パターン像を形成することが可能
となる。この結果、通常の波長より短い波長の放射をパ
ターン形成照射に用いることができ、これにより、小さ
な細部を形成することができるようになる。 以下、本発明を実施例と図面とに基づいて、より詳細に
説明する。 第】図〜第６図は、半導体デバイスの種々の連続する製
造段階を示す。この＠全段階では、例え、ばシリコン基
板２の基板表面１上に感光性ラッカ一層３が形成される
。ラッカ一層３を、通常の方法で形成し、次に、例えば
、約１００℃の温度で３０分間通常の方法で加熱する。 そして、感光性ラッカ一層３を、パターン形成、照射に
露光させるＣ第２図参照）。感光性ラッカ一層３け、ア
ルカリ溶液中で現像することができ、°゛ノボラツク°
（Ｎｏｖｏｌａｋ　）のような重合体物質と、ジアゾ基
及びケトン基を有する増感剤Ｃ例えば１（ｕｎｔ社から
市販されているＨＰＲ２０４又は、５ｈｉｐｌｙ社から
市販されているＡＺ１３５°Ｊ）とな含有している。 ラッカ一層パターンを、アルカリ溶液中での現像により
形成する前に、本発明によれば、全ラッカ一層３に中間
処理を施す。その結果、パターン形成照射中に露光さね
なかったラッカ一層８の部分５においてＷざ方向にアル
カリ溶液に対する溶解度の差が得られる。ｗＩ感剤が完
全に消失ぎねたラウカニ層３の部分４け、中間処理中に
、第１照射によって影響を受けないが（第３図参照１　
、ｉｔｌ、にパターン形成照射されなかった部分５の最
上部層６において、重合体物質と増感剤との間でエステ
ル化合物が形成される。少なくとも増感剤の一部は、第
２照射によってＣ第４図参照）、最上部層６の下側にあ
るラッカーＪ？ｉｊ８の部分７において酸に変換さｔｌ
、る。第Ｊ照射によって、最上部層６のアルカリ溶液に
対する溶解度が減少している。 例えは、ｖ５．１照射前には溶解度が５０人／分であっ
たものが、例えは、５人／分になる。第２照射によって
、最上ｉ層６の下側のラッカ一層３の部分７のアルカリ
溶液に対する溶解度は増大する。 第２照射前には５０八／分であった溶解度は、増感剤が
完全に酸に変換したときには、約Ｆ）１１．０００λ／
分に増大し得る。第１照射によって、最上部層６の増感
剤が重合体物質と結合して消失したので、最上部層６の
溶解度は、第２照射中にもはや変化し得ない。したがっ
て、アルカリ溶液に対する溶解度の差が、ラッカ一層３
の１５ｔさ方向に得られる。 中間処理後、ラッカ一層を、例えば１ｕｏｔ社に、よっ
て市販されているＬＳＩ現像現像液上って現像する。第
１照射及び第２照射（第１照射は、最上部層６の厚さを
決定し、第２照射は、部分７の溶解度号決定する）のド
ーズ鍬により、垂直的（第５図参照）及びオーバーハン
グ的（第６図番１ｊ４ｉ　１なラッカ一層の断面形状を
実現することができる。 第１照射は、２８０１ｍより長い波長の放射をほとんど
含まないＵｖ、、放射により行う。ＵＶ放射は、この放
射を透過する石英刃ラスの放電管を備えた低圧水銀ラン
プＧこより発生己れ、２　Ｆｌ　４　ｎｍの波長の放射
を主Ｏこ有している。第１照射中に、例えはラッカ一層
を１１０℃の温度で約５分間加熱することしこよって、
ラッカ一層をほとんど制水にすることができる。放射に
より活性化された増感剤

【ま、°′ノボラック′”と反
応してエステルを形成する。矧波長のＵＶ放射は、パタ
ーン形成照射に露光されたラッカ一層３の部分４、及び
露光さｔｌなかったラッカ一層８０部分５Ｇこほとんと
同しように吸収され、最上部Ｉ・ご６のみが形成、され
る。 露光部４が透過される放射の第１照射によって１、パタ
ーン形成照射に露光された部分４、及び露光されなかっ
た部分５の境界８Ｃ第３図）に沿って最上部層６を基板
表面］にまで下方に延ばすこともできる。その結果、ラ
ッカ一層の断面形状を、所望するように変化ぎせること
かできない。この場合、パターン形成照射及び第１照射
は垂直に入射する平行放射を用いなければならない。 第２照射（ゴ、主に２８０　ｎｍより長い波長の放射を
含むＵＶ放射により行う。このＵＶ放射は、例えば、高
圧水銀ランプにより発生させる。この照射中では、ラッ
カ一層を、通常溶度の通常空気のような含水大気に接触
させる。このようにして水分を伴った放射によって活性
化された増感剤がラッカ一層３内に存在して酸を形成す
る〇第１照射及び第２照射の中間処理中に、ラッカ一層
３の最−Ｅ部層６の下側に存在する増感剤の一部を熱処
理によって分解するのが好適である。この熱処理は、第
２照射によってざらに：酸に変換され得る増感剤の猷を
決定する。このことは、第２照射中に残りの増感剤が酸
に変換されるときに１、ラッカ一層のアルカリ溶液に対
する溶解度が熱処理によって決定されることを意味して
いる。短い照射時間では、ラッカ一層内に定在波のため
に不所望な溶解度の差が得られる。この場合、アルカリ
溶液に対する溶解度が熱処理によって決定されるので、
第２照射の照射時間を、増感剤の全てが酸に変換されて
前記定在波の影響を回避できるように長く選ぶことがで
きる。この熱処理を約１２０℃で約３０分間加熱するこ
とにより行った後に、増感剤の約３５％を消失させるこ
とができる。 本発明方法の好適な実施例では、ラッカ一層８のパター
ン形成照射中に表面部分９のみを現像可能にすることが
できる（第７図）。第１照射中に最上部Ｈ６が形成１さ
れるＣ第８図）。このようＧこして形ｆ；Ｆ、された表
面部分９の下側にあるラッカ一層部分】０は、中間処理
中の第２照射の間に最上部層６０）・下側にある部分５
のように酸に変換されて、アルカリ溶液にそねぞゎ溶解
する部分】１と７とが得られる（第９図）。中間処理後
、第４図に示したものと同じ状態が得られる。この手段
に、よってパターン形成照射を、普通よりも短い時間で
行うことができ、または、パターン形成照射を、ラッカ
一層内において普通より一層強力に吸収される放射によ
って行うことができる。第１の場合には・このことは露
光装置の一層効果的な使用を意味しており、第２の場合
には、より小さな細部を実現することのできる一層短い
波長の放射を用いることができることを意味している。 以下の全ての実施例においては、１．２５μｍの厚さを
有する感光性ラッカ一層ａ　ｌ　Ｈｕｎｔ社によって市
販されているＨＰＲ２０４１を、シリコン基板２に普通
の方法で設け、パターン形成照射の前に約１００°Ｃの
温度で約１０分間の加熱処理〔プレーベイクｌ　ｐｒｅ
　−ｂａｋｅ　）　）を行ツタ。パターン形成照射は、
パーキン・エルマー（Ｐｅｒｋｉｎ］ｉ：１ｍｅｒ　１
投影焼付器１：１タイプ］２０で行った。ここで用いた
マスクは、２μｍの相対距離で２μｍの幅を有する線を
有していた。 実施例】： この実施例では、パターン形成照射に露光され、たラッ
カ一層３を、中間処理せずに、１対１に水で薄めらｊた
ＬＳＩ現像液１　）ｌｕｎｔ祉によって市販ざｔってい
る）中で２０℃の温度で１分間現像した。 このようＧこして形成されたう゛ンヵ一層パターンは、
基板表面１に対して約６５°の角度分なす側部】３を有
する断面形状１２（第１０図参照）を有している。 実施例２： この実施例では、パターン形成照射に露光したラッカー
Ｎ８に中間処理を施した。この中間処理においては、ま
ずはじめに、約］　３Ｐａ　ｆ　（１，Ｉ　ＴＯｒｒの
真空内で、約９０”Ｃの温度で加熱処理することによっ
てラッカ一層をほとんど無水にした。次に、第１照射を
、主に２５４　ｎｍの波長の放射を放出する石英ガラス
の放電管を備えた５０Ｗ低圧水銀ランプにより、ランプ
と基板表面の距離を２（１ｃｍにして、約６（）分間行
った。そして、Ｓｌ’２ｆｆＧ（射？ｉ＝、主に２８０
１ｍより長い波長の放射を放出する、ガラスの放電管を
備えた５　（ｌ　ｌ）　Ｗ高圧水銀ランプに、より、ラ
ンプと基板表面との距離を１１１　Ｑ　ｃｍにして約２
秒間行った。第２照射は、普通の大気状態の下で行った
。７＊　＆こ、ラッカ一層を１対２に水で薄められたＬ
ＳＩ現像液中で１２０秒間゛現像した。 このようにして形成ざねたラッカ一層パターンは、基板
表面】に対して直角に延びる側部１５を有する断面形状
】４を有している（第１１図参照）。 実施例３： この実１１１５例では、第２照射を約４秒間行ったとい
う点を異にして、実施例２と同様の方法を用いた。この
実施例では、オーバーハングしている断面形状Ｊ６を有
するラッカ一層パターンが形成された。この断面形状は
、°°リフトーオノ＋　１ｉｆｔ　−０ｆｆ　ｌ　　”
技術の方法による金属パターンの形成に特に適している
。 実施例４： この実施例では、以下の点を異にして実施例２における
と同様の方法（同じ結果が得られる）を用いた。即ち、
第Ｊ照射の前に、通常の気圧の下で、約１２０°Ｃの温
度で５分間加熱処理してラツ、カ一層３を無水にした後
、主に２５４　ｎｍの波長９放射を放出する：ｊ　Ｏ（
１（ｌ　Ｗの高庄水銀ランプによ■す、ランプと基□板
表面との距離を４Ｑ　ｃｍにして第１照射を５分間行っ
た。 実施例 この実施例では、以下の点を異にして実施例４と一様の
方法を用いた・即ち・第２照射０前に約１２０°Ｃの温
度で約６０秒間加熱、処理した後、第？照射を５００Ｗ
高圧水銀ランプにより２５ｃｍの距離で、３０秒間行っ
た。この実施例では、実施例２と同様に断面形状１４の
ラッカ一層バ々−ソが形成された（第１１図）。 実施例６： この実施例では、普通の照射時間のしの時間でバタ、−
ン形成照射を行った点を異にして、再び実施例２と同様
の方法を用いた。この実施例では、実施例２と同様の断
面形状１４のラッカ一層パターン（第１１図）が形成さ
れた。 実施例７： この実施例では、パターン形成照射を、ラッヵ、一層３
の表面のみに侵入する比較的短波長の放射によって行っ
た点を異にして、実施例２と同様の方法を用いた。この
照射は、５００Ｗキセノン水銀ランプを有する、オプテ
ィカル・了ソシエーツ・インツーボレーデッド（０ｐｔ
ｉｃａｌ　−Ａ３５ＯＣｉａｔｅＳＩｎｃ、　）により
市販されているＯＡＥディープＵＶ放射器で行った。こ
の実施例でもまた実施例２と同様に断面形状１４（第１
１図）のラッカ一層パターンが形成、された。 本発明は、こｊら実施例に限定されず、当業者によれば
本発明の範囲内で多くの変形が可能である。例えは、ラ
ッカ一層を、シリコン以外の単−物質又は物質の組合せ
より成、る基板に設けることができる３、ざらに、ラッ
カ一層は、平坦でない表面な有する基板に設けることも
できる。この場合、ラッカ一層と現像彷に形成されたラ
ッカ一層パターンに、ｒ９．ざの部分的な差を与えるこ
とができる。 このようＧこして形成されたラッカ一層パターンは、反
応イオンによるエツチングの際にエツチングマスクとし
て用いるのに特に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は、本発明方法の神々の実施段階を示す
図、 第７図〜第９図は、本発明方法の好適な実施例の種々の
実施段階を示す図、 第１０図、第１１図及び第１２図は、本発明方法により
実現することのできる異なった断面形状　−のラッカ一
層パターンＰ示す図である。 １・・・基板表面　　　　　２・・・シリコン基板３・
・・感光性ラッカ一層　６・・・最上部層？・・・最上
部層の下側ラッカ一層部分８、】５・・・境界　　　　
　９・・・表面部分１０・・・表面部分の下側ラッカ一
層部分１２、１４．１ｆｌ・・・断面形状。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　重合体物質とジアゾ基やケトン基を有する増感剤と
   を含有し、アルカリ溶液中で現像することができる感光
   性ラッカ一層を基板表面に形成し、前記ラッカ一層をパ
   ターン形成、照射に露光し、現像によりラッカ一層パタ
   ーンを形成する前に、ラッカ一層の全領域にわたって中
   間処理を施して、パターン形成照射されなかったラッカ
   一層部分においてｌ！さ方向にアルカリ溶液に対する溶
   解度の差を得るようにした半導体デバイスの製造方法に
   おいて、前記中間処理中に、第１照射によってラッカ一
   層の最上部層に前記増感剤と前記重合体物質との間の結
   合を形成し、第２照射により、前記最上部層の下側にあ
   るラッカ一層部分において、前記増感剤の少なくとも一
   部′ｆｔｒ１１に変換することを特徴とする半導体デバ
   イスの製造方法。 λ　特許請求の範囲第１項に記載の半導体デバイスの製
   造方法において、２ＲＯｎｍよりも長い波長の放射をほ
   とんど有さないＵＶ放射により前記第１照射を行い、こ
   の照射中に前記ラッカ一層をほとんど無水にすることを
   特徴とする半導体デバイスの製造方法。 ＆　特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の半導体デ
   バイスの製造方法において、２８０ｎｍよりも長い波長
   のＵＶ放放射口より前記第２照射を行い、この照射中に
   ラッカ一層を含水大気に接触させることを特徴とする半
   導体デバイスの製造方法。 表　特許請求の範囲第１項、第２項又は第８項に記載の
   半導体デバイスの製造方法において、前記１ｆ！１照射
   と前記第２照射の前記中間処理中に、前記最上部層の下
   側のラッカ一層中にある前記増感剤の一部を熱処理によ
   り分解することを特徴とする半導体デバイスのｎ造言法
   。 翫　特許請求の範囲第１項〜第４項のいずわかに記載の
   半導体デバイスの製造方法において、１前記感光性ラツ
   力一層への前記パターン形成照射中に、この照射によっ
   て表面部分のみを現像可能にすることを特徴とする半導
   体デバイスの製造方法。