JPS6113746B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、食刻レジスト・マスクを製造する為
の方法に係り、更に具体的には、最初に露光され
たレジスト層を第２のレジスト層に対する写真露
光マスクとして直接的に用いる方法に係る。この
ような食刻レジスト層は、集積回路及び他の超小
型の電子部品を製造する場合に有効である。

食刻レジスト・マスクは、通常、集積回路及び
他の超小型電子部品を製造する場合に組み込まれ
る。この製造処理で、レジスト材の放射に感応す
る層が基板上に被着され、そして可視光線又は紫
外光線、Ｘ線、核放射あるいは電子のような放射
でパターン状に露光される。レジスト層の照射さ
れた領域は、化学変化を受け、照射されなかつた
領域より多く溶解され（ポジテイブ型レジスト）
あるいは少なく溶解される（ネガテイブ型レジス
ト）。その次に、ポジテイブ型レジストでは照射
領域であり、ネガテイブ型レジストでは非照射領
域である溶解度のより高い領域を選択的に取り除
く為に現像剤が用いられる。その次に、基板は、
得られたマスクの開口又は窓を介して選択的な処
理工程たとえば食刻あるいは被着処理をうける。

半導体デバイスの寸法が集積回路の最大速度並
びに初期コスト及び処理コストの因子である為
に、夫々の部品の寸法を減少し且つ集積部品のパ
ツケージ密度を増すように集約的な努力がなされ
ている。しかしながら、寸法の減少は、食刻抵抗
マスクが製造され且つ位置づけられる精度によつ
て制限される。電気メツキ処理、反応イオン食刻
処理及びリフトオフ処理のような処理工程は比較
的厚いマスクを必要とするから、多層レベルに製
造する処理を制限している要因は、厚い食刻レジ
スト・マスクの製造を通じて達成できる解像度と
アスペクト比（マスクの厚さ／そのマスクの厚さ
で実施できる最小線幅）である。解像度とアスペ
クト比は、選択したレジスト材及び化学放射線に
よる要素と、露光装置の種類及び解像度による要
素とに制限される。

キノンジアジド感光剤含有フエノール−ホルム
アルデヒド・レジスト材は、今日普通に用いられ
ているポジテイブ型レジストであり、フエノール
−ホルムアルデヒド・ノボラツク樹脂のような溶
解可能なベース・ポリマーと、ナフトキノン−
（１、２）−ジアジド・スルホン酸エステル感光剤
のような光能動的合成物とから成る。このような
レジストと感光剤は、たとえば、参考例として米
国特許第3046118号、第3046121号、第3106465
号、第3201239号、第3666473号及び第4007047号
に記述されている。キノンジアジド感光剤含有フ
エノール−ホルムアルデヒド・レジスト層は、回
折及び吸収効果が解像度を制限しないようにレジ
スト層が十分に薄い場合に、高い感度と解像度を
有する。この種類の厚いレジスト層（１ミクロン
以上のレジスト層）は、光学的回折及び吸収効果
によつて、低いアスペクト比及び非常に低い解像
度を有する。

キノンジアジド感光剤含有フエノール−ホルム
アルデヒド・レジストのようなフオトレジストの
パターンが光学投影装置によつて露光される時、
フオトレジスト層が薄いにもかかわらず映像面の
深さが又解像度及びアスペクト比を制限する。レ
ジスト層にパターンを直接描きする為に、細い光
ビームを形成することによつて且つ該ビームをコ
ンピユータ制御することによつて像深度の問題を
さけることが可能であるけれども、これは、非常
にゆつくりとした且つ実用的でない光学レンズ系
の精密操作を必要とする為に、通常実施されな
い。光ビームの代りに電子ビームを用いることが
実用的であるが、その時解像度は、拡散効果によ
つて制限される。接触プリント法による露光は
又、像深度の問題をさけるが、他の不利な点を有
する。接触プリント法は、マスクをひつかく傾向
があり、その為に接触マスクは、寿命が短く、従
つて投影プリント法の為に製造されたマスクより
も長い耐久性を持つ必要がある。接触プリント法
よりむしろ近接プリント法がマスクの寿命を延ば
すが、回折効果は悪い。回折効果は、露光光線の
波長を減少することによつて幾分減少されるが、
この種類の改良は、基本的にレジストの光感応性
及び吸収性によつて制限される。これらの問題の
為に、高い解像度の厚いマスクをキノンジアジド
感光剤含有フエノール−ホルムアルデヒドから製
造することは、一般的に実用的でなかつた。

今日普通に用いられているポジテイブ型レジス
トの他の種類は、放射線で減成可能なメタクリル
酸アルキル・ポリマーからなる。このようなレジ
ストとこれらの使用法は、たとえば、米国特許第
3538137号、第3934057号及び第3984582号に記述
されている。メタクリル酸ポリメチールのような
メタクリル酸アルキルのポリマー及びメタクリル
酸メチルとメタクリル酸ポリメチルのコポリマー
は、レジスト層に所望のパターンを直接描きする
為に、電子の細いビームを形成し且つ該ビームを
コンピユータ制御することによつて、通常パター
ン方向に露光される。このようなレジスト露光装
置の解像度は、回折効果によつて制限されず且つ
直接描きの速度能力は、十分に速く、実用的であ
る。薄い層でのミクロン単位の小部分の解像度
は、現術的で実行可能である。しかしながら、電
子ビームは、低いアスペクト比をもたらすように
このような放射線で減成可能なポリマーの厚い層
で四散しあるいは広がる。0.5ミクロンの解像度
がこのような材料の0.25ミクロンの厚さの層で可
能であるけれども、レジスト層が0.4ミクロンの
厚さである時、解像度は、約１ミクロンに低下す
る。

メタクリル酸アルキルのポリマーは、他の高い
エネルギーの放射線でも減成可能である。５Åか
ら50Åの範囲のＸ線放射は、特にするどい縁を形
成し、非常に高いアスペクト比がこの種類の放射
で可能になる。しかしながら、コンピユータ制御
したＸ線放射の直接描きは、現在の技術で実用的
でなく且つＸ線放射での投影プリント法は、技術
的に実施可能でない。接触プリント法及び近接プ
リント法は、Ｘ線放射で実施されるが、適当なマ
スクを製造する為の良い材料は、手近にない。金
のパターンは、Ｘ線接触プリント法の為にマイラ
ー上に用いられているが、一様で且つ欠陥の無い
マイラーの薄層を形成することは困難である。薄
いマイラーシートは又、伸張性があり、寸法制御
が更に問題となる。

メタクリル酸アルキル・ポリマーのレジスト層
も又、3000Å以下の波長の遠紫外線光でパターン
を露光することによつて選択的に減成される。直
接描きは、実用的でないが一方投影露光は、像深
度の制限により厚い層で解像度を制限する。接触
露光マスクは、クロムで形成されるが、薄いクロ
ム層は、ピンホールを発生せず一様に形成するこ
とが困難である。更に、クロム層は、基板を損傷
せず基板からはがすことができない。クロムの接
触マスクは、適度に耐久性があるが、その製造
は、いくつかの工程を要し、クロム層の上面に食
刻レジスト・マスクを作る工程を有する。このよ
うな複雑な工程は、マスクが多数の頻度で用いら
れる場合のみ採算が合う。クロムのマスクは又、
このようなマスクの光学上の不透明さの為に、更
に作業を困難にする。すなわち、マスクを正しく
整列させることにおいて、このようなマスクは、
酸化鉄のような光学的に透明なマスクより更に困
難である。ハロゲン化銀のエマルジヨンを用いて
いる半透明なマスクは、大きな粒子の像により低
い解像度をもたらす為使用できない。半透明なジ
アゾ染料のマスクは又、適当に形成することが困
難で且つ容易にはがされないので実用的でない。
更にこのようなマスクの光学的性能は、遠紫外線
範囲で知られていない。

本発明の目的は、高いアスペクト比と解像度を
有する厚い食刻レジスト・マスクを製造する為の
実用的な方法を提供することである。

更に本発明の目的は、整列に困難である不透明
な接触マスクのような使用方法を回避することで
ある。

本発明の他の目的は、このような製造処理の多
数の且つ複雑な工程を減じることである。

又更に、本発明の目的は、非常に小数のあるい
はただ１つのこのようなマスクが作られなければ
ならない時、高いアスペクト比と解像度を有する
厚い食刻レジスト・マスクを製造する為の実用的
な方法を提供することである。

又本発明の目的は、クロムの接触マスクを形成
せずに、高いアスペクト比と解像度を有する食刻
レジスト・マスクを製造することである。

本発明の他の目的は、投影プリント装置の像深
度によつて最大限のアスペクト比と解像度が制限
されるレジストの露光において、投影プリント法
が使用できることである。

又更に、本発明の目的は、光学的レジスト露光
装置を用いるけれども、最大限のアスペクト比と
解像度を有し、更に回折効果を減少することであ
る。

上述の目的は、キノンジアジド感光剤含有フエ
ノール−ホルムアルデヒド・レジスト材を写真露
光マスクとして直接用いることによつて全く容易
に達成されている。この一般的に用いられる種類
のレジスト材が3000Å以下の光線を通さないこと
がわかつた。この範囲は他の一般的に用いられる
レジスト材すなわちメタクリル酸アルキルのポリ
マーの光学的感応範囲を通常カバーする。それ故
に、遠紫外線を含む広いスペクトル範囲の光を使
用でき、キノンジアジド感光剤含有フエノール−
ホルムアルデヒド・レジスト材の現像されたマス
クを通してメタクリル酸アルキルのポリマーのよ
うな遠紫外線感応型レジストをパターン露光す
る。フエノール−ホルムアルデヒド・レジスト層
は、光の回折又は像深度から生じる解像度を制限
している効果を避けるに適する薄さに作られるけ
れども、メタクリル酸アルキル・レジスト層は、
所望の処理工程を達成するに足りる厚さに作ら
れ、薄いフエノール−ホルムアルデヒド・レジス
ト層で達成される高い解像度を失うことなく且つ
クロムのような他の材料の中間的マスクを形成す
ることなく厚いレジスト層と高いアスペクト比を
得る。

図を参照するに、第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１
図Ｃは、キノンジアジド感光剤含有フエノール−
ホルムアルデヒド・レジスト層１２にパターンを
露光する３種類の方法を示す。レジスト層１２
は、デイツプ処理、コーテイング処理、スピン処
理のような任意の公知の方法によつて、基板１０
の上に被着される。後に詳述するように、基板１
０は、遠紫外光線を透過することができなければ
ならない。石英は、この目的に適する材料であ
る。レジスト層１２は、アルカリ溶解性のフエノ
ール−ホルムアルデヒド・ノボラツク樹脂と、そ
の分子構造の隣接する位置にジアゾ及びケト族を
有している感性合成物とから成る商業的に入手し
うるポジテイブ型レジスト材で形成される。この
ような樹脂と感光剤の例は、上述の特許に記述さ
れている。適当なフエノール−ホルムアルデヒド
は、ｍ−クレゾール・ホルムアルデヒド及びナフ
トキノン−（１、２）−ジアジド・スルホン酸・エ
ステルである。このようなレジストには、
Shipley社の、たとえばAZ−1350、AZ−1350B、
AZ−1350H、AZ−1350J及びAZ−111を用いるこ
とができる。Kodak 809、Polychrome PC−129
及びNagase KTIも同じ種類であると思われる。

フエノール−ホルムアルデヒド・レジスト層１
２は、小さなビームの光子あるいは電子１４（第
１Ａ図）の直接描きを制御するコンピユータによ
るような、あるいは透明な基板１８（第１Ｂ図）
によつて保持され且つ除去部分のイメージ２２を
有している接触型マスク２０に化学放射線２４を
全面的に当てることによるような任意の公知の方
法によつて、パターンが露光される。反射光ある
いは透過光のどとらかを用いた投影プリント法が
接触プリント法（第１Ｂ図）の代用として用いら
れてもよい。これらの方法のいずれかによつて、
レジスト層１２は、所望した領域（図に概略的に
示す領域１６）が露光され、その次にこれらの領
域を選択的に取り除く為に、アルカリ性の現像溶
液で現像され、それによつて除去部分のイメージ
（概略的に示す開口１７）を形成する。

その次に、得られたフエノール−ホルムアルデ
ヒドのマスクは、別のレジスト層２８（第２図）
を露光する為に用いられる。レジスト層２８は、
メタクリル酸ポリメチルのようなメタクリル酸の
低アルキル・エステルあるいはメタクリル酸メチ
ル及びメタクリル酸ポリメチルのコポリマーのよ
うな任意の遠紫外線感応型レジストから成る。あ
るキノンジアジド感光剤含有フエノール−ホルム
アルデヒド・レジスト材も又、Shipley社のAZ−
2400のように遠紫外線に対し感応する。レジスト
層２８は、処理工程に対して食刻レジスト・マス
クを必要とする基板２６上におかれる。その次
に、マスク１２が、遠紫外線に対しパターン状に
層２８を露光する為に使用される。好ましくは、
マスク１２は、接触マスク（第１Ｂ図）あるいは
近接マスク（第３Ａ図）のようにどちらかで使用
されるが、もしも十分遠方に像画が得られ且つ光
学装置が遠紫外線を透過できるならば、マスク
は、投影プリント法（第１Ｃ図）でも使用でき
る。もしもマスク１２が、投影プリント法におい
て投影モードで用いられるならば、アルミニウム
あるいはクロムのような反射層が、レジストとマ
スク基板の間に用いられなければならない。

層１２のようにキノンジアジド感光剤含有フエ
ノール−ホルムアルデヒド・レジスト層は、約
3000Å以下の波長の光を通さず、層２８のような
メタクリル酸アルキルのレジスト層２８は約2600
Å以下の波長の光にのみ感応することがわかつ
た。それ故に、層２８がメタクリル酸アルキルか
らなる場合、照射光線３２は、約2600Å以下の紫
外光線成分を有している任意の光源である。もし
も層２８がメタクリル酸アルキルのように3000Å
以下でのみ感応するならば、マスク１２のマスク
材を貫通する3000Å以上の光は、層２８に影響し
ない。Shipley社のAZ−2400が3000Å以上でも感
応するから、照射光線３２は、この種類のレジス
トが層２８に用いられる時、3000Å以上の化学線
成分を有することができない。2000Å以下の光
は、空気によつて吸収されるが、光は、1000Å程
度の低さまで真空で伝導できる。真空式紫外線供
給源は、容易に使用できるが、しかしこの範囲で
のメタクリル酸アルキルの露光は、真空で行なわ
なければならない。又更に、石英が約1800Å以下
の光を吸収するから、一般的に真空でのこの紫外
線範囲の露光は、フエノール・ホルムアルデヒ
ド・層のための基板を必要としない第３Ａ図、第
３Ｂ図及び第３Ｃ図に示す方法を使用する必要が
ある。層２８は、マスク１２を通してパターンが
露光されると、基板２６の上に食刻抵抗マスクを
形成する為に、現像される。層１２は、次の処理
に必要とする層２８の厚さがどんな厚さであろう
とも、溶解を最大にするに適する薄さでなければ
ならない。

本発明に従つた他の方法を、第３Ａ図、第３Ｂ
図及び第３Ｃ図に示す。本実施例で、キノンジア
ジド感光剤含有フエノール−ホルムアルデヒド・
レジスト層１２は、遠紫外線感応層２８（第３Ａ
図）の上に被着される。その次に、レジスト層１
２は、任意の適当な方法（第３Ａ図に用いられて
いる近接マスク法）によつてパターン状に露光さ
れ、続いて現像され、そして遠紫外線成分を有し
ている放射光線３２で全面的に露光される。それ
故に、除去部分３０は、露光されそして後から開
口３１を形成するように現像される（第３Ｃ
図）。レジスト層１２は、最終工程で除去されて
も、されなくてもよい。

例 Shipley社のAZ−1350Jのレジスト層１２は、
0.2ミクロンの厚さで石英の基板１０上に被着さ
れ、その次に、接触プリント法（第１Ｂ図）を用
いて、線幅程度の寸法を有するクロム・マスク・
パターン２０と、キセノン−水銀アーク光源とで
露光された。次に、このレジスト層は、形の整つ
た且つ垂直な0.5ミクロンの線幅を有するマスク
を形成する為にShipley社のAZ−1350J用現像材
で現像された。その次に、Dupont Elvacite2401
すなわちPMMP（メタクリル酸ポリエステル）レ
ジスト２８は、1.6ミクロンの厚さで別の基板２
６上に被着され、第２図に示すようにマスクと接
触された。その次に、マスクは、キセノン−水銀
アーク燈からの光で照射されそしてPMMA層
は、メチル・イソブチル・ケトンで現像された。
形の整つた且つ垂直な側壁は、1.6ミクロンの
PMMA層で0.5ミクロンの線幅に溶解された。

例 本例で、AZレジスト剤は、第３Ｂ図に示すよ
うにPMMAレジスト剤の上に直接被着され、重
水素燈からの全面照射光線がPMMA層を露光す
る為に用いられた。これ以外の試験条件は、例
と同じであり、同様な結果を得た。形の整つた且
つ垂直な側壁は、1.6ミクロンのPMMA層で0.5ミ
クロンの線幅に溶解された。

例 本例で、AZレジスト層は、0.8ミクロンの厚さ
に被着された。他方、本実験条件は、クロルベン
ゼンがPMMA層の現像の為に用いられることを
除き、例と同じである。異なる現像剤の為に、
AZマスクは、本例で溶解されなかつたたけれど
も、例では溶解された。0.8ミクロンの厚さの
AZレジスト材の0.5ミクロンの線幅は、上面カツ
トの側壁外形を示した。しかしながら、これらの
線は、PMMA層に形の整つた且つ垂直な側壁を
形成した。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図は、本発明に
従つた写真露光マスクとして次工程の使用に適す
るキノンジアジド感光剤含有フエノール−ホルム
アルデヒド・レジストマスクを形成する為の異な
る露光方法の部分断面図である。第２図は、本発
明に従つた遠紫外線の光感応型レジスト層をパタ
ーン露光する為に、接触マスクとして使用されて
いる現像されたフエノール−ホルムアルデヒドの
マスクの部分断面図である。第３Ａ図、第３Ｂ図
及び第３Ｃ図は、フエノール−ホルムアルデヒド
のマスクが遠紫外線の光感応型レジスト層の上面
に組み込まれている本発明の他の実施例のいろい
ろな工程の部分断面図である。 ２４……化学放射線、２６……基板、３２……
放射光線、２２……イメージ、３２……照射光
線、１８……透明基板、１２……レジスト層、１
７……開口、２０……マスク、２８……レジスト
層、３１……開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ キノンジアジド感光剤を含有するフエノー
   ル・ホルムアルデヒドのレジスト材で、レリーフ
   像マスクを形成し、 上記レリーフ像マスクを3000Å以下の波長成分
   を有する光線で全面照射し、 3000Å以下の波長成分を有する光線で感光し且
   つ3000Åを超える波長成分では感光しないレジス
   ト材の層上に、上記全面照射されたレリーフ像マ
   スクからの透過光線で像を投影し、 上記3000Å以下の波長成分で露光された上記レ
   ジスト材層の部分を溶剤で除去することよりなる
   フオトリソグラフイツク法。