JPS61502079A - ポリ（メタクリル酸無水物）レジストを半導体に適用する方法 - 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】 ポリ（メタクリル酸無水物）レジストを半導体に適用する方法 克１立１ｊ １、の この発明は微小回路の作製に用いられるタイプのポジ型レジストに係り、特には 、ポリ（メタクリル酸無水物）からなるポジ型レジストに関する。

２、７−　フ 現代電子工学の進歩により、周知のシリコン「チップ」が開発された。このシリ コンチップは、チップの表面上の金属ストライプによって配線された、トランジ スタ、キャパシタ等の電子回路素子全てを含んでいる０回路寸法の減少によって 、これらチップの機能当りの価格が低下し、回路の種々の論理機能のスイッチン グ速度が増してきている。

これらチップは、電子ビームリソグラフィー等のホトリソグラフ法を用いて製造 されている。この種のホ１９７８　（１９７９年刊行）８２２３〜６４頁にエム Ｏジェイ０ボウデンによって発表された「エレクトロン・ラジエーシ、ン管オブ φポリマーズ・アンド・イック・アプリケーション・ツーｅレジストｅフォーＱ エレクトロン−ビーム−リソグラフィー」と題する論文に論議されている。

簡単に述べると、ホトリソグラフ法は、ウニ八基板の半導体表面をポリマーレジ ストで被覆することを必要とする０次に、被覆された基板を、その所定領域にお いて、いづれもレジストを打撃してレジストの化学的性質を変化させるところの イオンビーム、ｘ−ｍまたは電子線のような放射線源に曝露する。電子ビームリ ソグラム法においてポジ型レジストとして有利に用いられている材料の１つはポ リ（メタクリル酸無水物）（ＰＭＡＨ）である。

半導体ウェハの表面は、電子線のような放射線源に曝露する前にＰＭＡＨｌｌ［ で覆う必要がある。しかしながら、ＰＭＡ！（の溶媒例えばジメチルアセトアミ ド。

ジメチルホルムアミドおよびＮ−メチルピロリジオンは、半導体ウェハ表面特に シリコンを適切に湿潤して均一被膜を提供することがない、かくして、ＰＭＡＨ 膜は、現在のところ、まず、ポリ（メタクリルＳｔ−・ブチル）（ＰＴＨＭＡ） の溶液塗布をウニ凸表面に適用することによって調製されている。つぎに、ＰＴ ＨＭＡを約２００℃に２ないし３時間熱し当該被膜をＰＭＡＨの膜に転化する。

この方法に伴なう問題は、生成したレジストの組成および均質性にかなりの変動 があり、品質制御が困難であるということである。プロセス条件特に処理オーブ ン内温度の均一性に依存して、ＰＴＢＭＡのＰＭＡＨへの転化が不完全となり得 る。その結果、ＰＴＢＭＡおよびＰＭＡＨの双方を含む被膜の領域が存在してし まう、ホトリソグラフ法の以後の工程において、現像溶液にさらすことによって 照射されたレジスト領域が溶解され、かくしてウニ八表面から除去される。照射 されない領域におけるＰＴＨＭＡは現像溶液中における溶解性が、同じ領域にお けるＰＭＡＨよりも高いので、ウェハ表面上に残るレジスト膜構造は平坦でなく なったり、均質でなくなったりすることがある。加えて、ＰＴＭＢＡがＰＭＡＨ へ転化する反応は、副産物であるインブチチレンおよび水を遊離させる。これら 副産物は反応条件下においてガスの形態にあるが、ガスの泡がポリマー被膜中に トラップされたまま残り、連続性および一体性が変化する領域を産みだすことが ある。上記した条件の下で均質なレジスト生成物を生成するために反応パラメー タを制御することは、非常にやっかいであり、しばしば不適切である。この発明 は、上記問題を回避できるように、ＰＭＡＨポジ型レジストの少なくとも大部分 を、準備された来週体ウェハ表面に直接適！フすることのできる方法に関するも のである。

ｉ豆二遣」 こＣ・−発明に従うと、通常の被覆方法を用いて生じる品質制御の問題を回避し て半導体ウェハ材料をポリ（メタクリル酸無水物）（ＰＭＡＨ）で被覆する方法 が提供される。この発明の方法によれば、ウエノ＼を、まず、ＰＴＢＭＡよりな 、る薄い前駆体層で予備塗布し、ついでこれをＰＴＢ彎ＡがＰＭＡＨに転化する 温度に熱して薄い比較的均一なＰＭＡＨＪ！！’を形成する。

次に、ＰＭＡＲの溶液をこの前駆体層上に適用し、半導体ウェハの予備被覆表面 に均一に分配された所望の厚さのＰＭＡＲの被膜を得る。

この発明の方法は、１回のみのレジスト材料の適用を要する先行技術に比べて、 ２回のレジスト材料の適用を必要とする。しかしながら、この発明方法は、予備 処理された半導体ウェハ表面にＰＭＡＲを直接適用できるという利点を提供する 。予備処理（第１の適用）工程は、先行技術の説明において述べた欠点を有する ことのある薄いＰＭＡＲ被覆物を提供するが、第２の適用工程によってＰＭＡＨ レジストの大部分−少なくとも９９％まで−が溶液から直接適用できるので、レ ジストは先行技術の１回適用方法を用いることによって発生する欠陥が実質的に ない、典型的なポジ型レジストは約５．０００ないし１０，０００オングストロ ームであるのに、この発明の方法において用いられる予備処理被膜は、典型的に は約ｉ、ｏｏｏオングストローム未満であることに注意すべきである。すなわち 、この方法は、従来遭遇していた品質制御の問題がなく、ポジ型レジストとして ＰＭＡＨを使用することを可能とする。この方法は、また、レジストの連続性お よび一体性を非常に精確に制御することを可能とする。加えて、ウェハが予備被 覆されているので、より均一でより平滑な表面のＰＭＡＲが得られる。

この発明を以下の詳細な説明および例によってさらに説明する。

・　な書 この発明の方法によれば、半導体は、まず、ＰＴＢＭＡは、溶媒が半導体に対す る良好な湿潤剤であるとともにＰＴＨＭＡに対する良好な溶媒であるところの溶 液から適用される。シリコンウェハの場合には、トルエンのような溶媒が好適で ある。ＰＴＨＭＡよりなる薄い前駆体層は、つぎに、ＰＴＢＭＡをＰＭＡＨに転 化するために、約２００℃ないし２５０℃に熱せられる０次に、ジメチルアセト アミド、ジメチルホルムアミドまたはＮ−メチルピロリジオンのような溶媒中の ＰＭＡＨ溶液を前駆体層上に適用する。

この溶液は、約２ないし約１０重量％のＰＭＡＲを含むことが好都合である。こ れら溶媒は、シリコンウニ八自体を湿潤させることはできないが、ウェハ上の前 駆体層を湿潤させることができる。溶媒に溶解したＰＭＡＲを適用したら、溶媒 を蒸発によって除去してウェハ上の前駆体層に強固に接着したＰＭＡＲの比較的 厚い層を形成する。こうしてウニ／Ｘ上に形成されたポリマーレジストの全厚さ はレジスト材料の各適用からの寄与に依存する。結果する複合レジストが、半導 体基板に結合した第１の層とこの第１の暦に結合した第２の暦との２暦からなる のか、または２暦が溶けあって１つの区別することのできない層となっているの かは定かではない、レジストは、形成された複合体の正確な構造いかんにかかわ らず実質的に同じように作用する。典型的には、レジスト全体のうち先行技術に おいて記述されている問題点を生じ得る部分を最小限度にするために、第１の材 料適用によって、１．０００オングストローム未満、好ましくは２５０ないし５ ００オングストロームの膜厚を得る。第２の材料適用によって、典型的には、第 １の材料適用で被着された層の厚さと少なくとも同じ厚さ、好ましくは約２．０ ００オングストロームから約２０，０００オングストロームにわたる厚さを得る 。かくして、好ましい複合レジストは、第１の材料適用で２５０ないし５００オ ングストロームの厚さを、および第２の材料適用で２．０００ないし２０，００ ０オングストロームの厚さを有することとなる。

１０〜１５ミルの厚さおよび２インチの直径を有するシリコンウェハをトルエン に溶解したＰＴＨＭＡ溶液でまず被覆した。２重量％ＰＴＨＭＡ溶液を用いた。

ウェハを通常のスピン塗布リグ上に載置し、リグに真空によってウェハを所定の 位置に保持するとともにウェハを約５．ＯＯＯｒｐｍで急速回転させた０回転さ せながら、約０．５〜１立方センチメートルのＰＴＨＭＡ−トルエン溶液をウェ ハの中央部分に適用した。溶液は、ウェハ表面を外側にほぼ瞬時に流動し、同時 にトルエンが蒸発し、ウェハ表面に約２５０ないし３００オングストロームの厚 さのＰＴＢＭＡの薄い層ないし膜が残された０次に、ウェハをオーブン中におい て２１５℃の温度で１時間熱した。これにより、ＰＴＢＭＡ膜が約２５０オング ストロームの厚さを有する実質的にＰＭＡＲの膜ないし暦に転化した。

ついで、上記スピン塗布手法を用いて、Ｎ−メチルピロリジオン中ＰＭＡＲの５ ．３重量％溶液を適用して平滑で均一組成のレジスト層を提供した。転化および 溶液被着ＰＭＡ）Ｉ双方からなるレジスト膜の全厚さは約５．０００オングスト ロームであった。

以上の説明は、この発明を実施するために意図された最良の形態を提供するもの である。しかしながら。

この発明は、上に述べた態様からの改変および変更構成を許容する。したがって 、この発明を、開示した特定の態様に制限することは意図していない０反対に、 この発明は、添付の請求の範囲に表現された通りの発明の精神および範囲にはい る全ての改変および変更構成を含むべきものである。

国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．半導体ウエハをポリ（メタクリル酸無水物）よりなるポジ型レジストで被覆 する方法であって、（ａ）該ウエハをポリ（メタクリル酸ｔ−ブチル）の薄層で 被覆する工程、 （ｂ）該予備被覆されたウエハを、該ポリ（メタクリル酸ｔ−ブチル）がポリ（ メタクリル酸無水物）に転化する温度に熱して該ウエハの表面上に該無水物の薄 い、比較的均一な前駆体層を形成する工程、（ｃ）該無水物表面にポリ（メタク リル酸無水物）の溶液を適用する工程、および （ｄ）該溶液から溶媒を除去してポリ（メタクリル酸無水物）よりなる所望厚さ の均一被膜を該半導体ウエハの予備被覆表面上に得る工程 を包含してなる方法。
2. ２．工程（ｂ）の無水物層が約１．０００オングストロームよりも小さい厚さを 有する請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．工程（ｂ）の層の厚さが約２５０ないし約５００オングストロームである請 求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．該予備被覆されたウエハを約２００ないし約２５０℃の範囲内の温度に熱し て工程（ｂ）の無水物層を形成する請求の範囲第１項記載の方法。
5. ５．工程（ｃ）の溶液の組成が、約２ないし約１０重量％の該無水物を台む請求 の範囲第１項記載の方法。
6. ６．溶媒がジメチルアセトアミド．ジメチルホルムアミドおよびＮ−メチルピロ リジオンよりなる群の中から選ほれる請求の範囲第５項記載の方法。
7. ７．工程（ｄ）の溶媒除去後における半導体表面上のレジスト被膜の全厚さが工 程（ｂ）の前駆体層のそれの少なくとも２倍である請求の範囲第１項記載の方法 。
8. ８．工程（ｄ）の溶媒除去後における半導体表面上のレジスト被膜の全厚さが少 なくとも約２，０００オングストロームである請求の範囲第１項記載の方法。
9. ９．工程（ｄ）の溶媒除去後における半導体表面上のレジスト被膜の全厚さが約 ２，０００ないし約２０，０００オングストロームである請求の範囲第８項記載 の方法。
10. １０．シリコン材料からなるウエハをポリメタクリル酸無水物からなる電子ビー ムレジストで被覆する方法であって、 （ａ）該ウエハの表面上に、ポリ（メタクリル酸ｔ−ブチル）の層を形成し、お よび該ウエハを約２００℃ないし２５０℃の温度に熱して該ポリ（メタクリル酸 ｔ−ブチル）をポリ（メタクリル酸無水物）に転化し、それによって約１，００ ０オングストロームよりも小さい厚さを有する該無水物の薄い、比較的均質な前 駆体層を該ウエハの表面上に形成する工程、 （ｂ）該前駆体層の表面に、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドおよ びＮ−メチルピロリジオンよりなる群の中から選ばれた溶媒に溶解したポリ（メ タクリル酸無水物）の溶液を適用する工程、および （ｃ）蒸発によって該溶液から該溶媒を除去して均一に分布したレジスト被膜で あってその少なくとも大部分が該溶液から被着された該ポリ（メタクリル酸無水 物）によるものであるものを形成する工程を包含してなる方法。
11. １１．工程（ａ）の層の厚さが約２５０ないし約５００オングストロームである 請求の範囲第１０項記載の方法。
12. １２．工程（ｃ）で形成されたレジスト被膜の全体が約２，０００ないし約２０ ，０００オングストロームである請求の範囲第１０項記載の方法。