JPS62500202A

JPS62500202A - 非漂白性の光吸収剤を含むポジのフォトレジストを用いる改良されたフォトリソングラフィ方法

Info

Publication number: JPS62500202A
Application number: JP50426985A
Authority: JP
Inventors: ナイト，コリン・ダブリユ・テイ; アーノルド，ウイリアム・エイチ・ザ・サード; ブラウン，アンドリユー・ビクター
Original assignee: アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコ−ポレ−テッド
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1985-09-12
Publication date: 1987-01-22
Also published as: EP0193603A1; EP0193603A4; WO1986001914A1

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】非漂白性の光吸収剤を含むポジのフォトレジストを用いる改良されたフォトリソグラフィ方法この発明はフォトリングラフィを用いる電気素子の生産に関するものである。特に、この発明は反射した輻射を減少させることによってより鮮明な分解能を与えるためにポジのフォトレジストを利用するフォトリソグラフィにおける改良に関するものである。

１、先行技術の説明たとえば、単色光とともに動作する光投射整列器を用いて感光層で被覆される半導体ウェハのような、電気素子上の導体レベルのパターン化において、非常に厳しい薄い膜の干渉および散乱効果は現像後のパターン化された最終の像を悪化して劣化させ得る。これは感光層が部分的に透明で、そして下に存在するサブストレート（たとえば、ポリシリコン、アルミニウムまたは硅化物）はほとんどの場合、パターン化装置の動作の波長で反射率が高いという事実の結果生じる。下に存在する材料から感光被覆へと反射して戻ってくるそのような光は不所望の特徴で最終のパターン化された像を歪めてしまうだけである。光線の入射角に平行な反射は、を効な露出の垂直の定在波変化につながり、一方、その他の角度での反射は、名目上露出されない領域が不所望の露出を、受取り、そしてそれに続いて、たとえばラインが現像に際して意義深い厚みまたは幅を失うので、所望のパターンの分解能や鮮明さを失うことを引き起す。

この問題には１組の、いろいろな研究者によって進められた可能性のある異なる解決策が投じられてきた。５ＰＩＥで出版された、Ｄ　ｅｖｅｔｏｐｍｅｎｔｓ　Ｉｎ　Ｓ　ｅｍｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭ！ｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｙ　ＩＶ　（１９７９）の１７４巻の１２１頁から１４４頁の”Ｐｏｒｔａｂｌｅ　Ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ　Ｍａｓｋ　−ＡＨｙｂｒｉｄ　Ｎｅａｒ　−Ｕｌｔｒａｖｌｏｌｅｔ　ａｎｄ　Ｄｅｅｐ　−Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ｐａｔｔｅｒｎｔｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ’と題する記事で、Ｂ、Ｊ。

Ｌｌｎは形態適合マスク（ＰＣＭ）の概念を紹介した。この試みでは、ポジのレジスト層は化学的に似ていない中間のレジスト層によってサブストレートから切離されており、そのためどちらの層も他の層の現像剤の中で溶解できない。

近紫外輻射線は上部層を露出するために用いられ、一方探紫外線はフォトレジストの底部層を露出させるために用いられる。

１９７９年３月に出版された、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ’　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　５０　（３）の１２１２頁から１２１４頁までの”Ａｎｔｌｒｅ［’ １ｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｏｎ　Ｍｅｔａｌ　Ｌａｙｅｒｓ　ｆｏｒＰ　ｌ＋ｏｔｏｌ　Ｉｔｈｏｇｒａｐｈｌｃ　Ｐ　ｕｒｐｏｓｅｓ　’と題する記事の中でＶ　ａｎ　ｄｅｎ　Ｂ　ｅｒｇ等は、反射率の問題はサブストレートと半導体または誘電体を含むかもしれないフォトレジスト被覆の間にスペーサ層を使用することによって解決し得ると示唆した。

１９８１年１２月に出版された、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｒＡｐｐｌｉｅｄＰ　ｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｅ　ｎｇｊｎｅｅｒ４ｎｇの７巻のＮｏ、６の１８４頁から１８６頁の”Ｔｈｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｒｔｈｅ　Ｓｔａｎｄｉｎｇ　 −Ｗａｖｅ　Ｅｆｆ’ｅｃｔ　ｉｎ　Ｐｏ５ｉｔｉｖｅ　Ｐｈｏｔｏｒｅｓｌｓｔｓ　’の中でＢｒｏｖｅｒ等は下に存在するザブストレートからフォトレジストを通って戻ってくる反射を減じるためにフォトレジスト被覆とサブストレートの間に染料を含むポリイミド被覆を使用することを示唆した。

Ｃｈｅｎ等の米国特許第４，３６２．８０９号および０″ＴＯｏｌｅ等の米国特許第４，３７０．４０５号は下部のフォトレジスト層に光を吸収する染料を置き、それによって上部のフォトレジスト層の最初の露出の間、反射率を減することによって、Ｌｌｎｎが明らかにした形態適合マスクの改良を示唆した。

Ｑ　ｕｊｎｎの米国特許第４，１２３，２７２号もまた、感光材料を含む多層方法を説明したが、そこでは上部層が下部の層に対して化学作用のある光感度領域における輻射吸収剤を含む。上部層の吸収剤の目的は」二部層を露出させるために用いられる光から下部層をシールドするためであった。

Ｓ　ｐｅｃｈｔ等の米国特許第４．２８９．８４４号は光重合可能な組成およびその組成の使用方法に向けられている。

その組成は、下に存在する箔が所盟の形態に食刻されるマイクロエレクトロニクスフォトファブリケーションに有用性を有すると説明されている。そのような使用では、光重合可能な組成は両立可能なバインダとともに、ネガのレジストとして作用し、それはたとえば、金属のビームリード部分に対してポジの働きをするレジストを用いて金属箔から食刻されるビームリードのための環状形のスペーサを形成するために露出され、現像される。

５ＰＩＥで出版された、Ｓ　ｅｍｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｍｆｃｒｏｌｌｔｈｏｇｒａｐｈｙ　Ｖｌ　（１９８１）の２７５巻の１１０頁から１１６頁までの“ Ｆａｃｔｏｒｓ　ＡｆＴｅｃｔｌｎｇ　ＬｌｎｅＷｉｄｔｈ　ＣｏｎｔｒｏｌＩ　ｎｃｌｕｄｌｎｇ　Ｍｕｌｔｌｐｌｅ　Ｗａｖｅ　Ｌｅｎｇｔｈ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ａｎｄｃ　ｈｒｏｍａｔｔｃ　Ａ　ｂｅｒｒａｔｔｏｎ　”と題する記事の中で、Ｎ　ｅｕｒｅｕｔｈｅｒ等はレジストに増加した非漂白性の吸収を使用する可能性の中に含まれる問題を論じた。コンピュータシミュレーションに基づいて仮定された増加した吸収は、定在波を減衰させ、定在波の零がレジストの上部近くで厳しくなくなることを引き起こし、そしてまた、たとえばウェハ上の段部と交差するにつれて厚みが変化するので、レジストの厚みとのエネルギ結合の変化を減じることも引き起す。

著者はこの改良は厚いレジストに対して非常に意義深くなり得ると感じた。しかしながら、吸収の追加はまた、投与量の増加が必要となるので光がサブストレートを通ることがより困難となる不利益な結果を有すると考えられた。残念ながら、そのような投与量の補償は段部の上部での薄いレジストのライン幅を減じ、最小のライン幅を深刻に悪化させることなく段部の底で最大のライン幅を減じることは不可能で、これは著者によると正味のライン幅の変化を実際に増加させてしまうだろう。

レジストに非漂白性の吸収剤を加える効果およびその後の壁の側面の悪化はワシントン（１９８３）のＡ　ｒｎｅｒｉｃａｎＣｔ＋ｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　５ｅｒｉｅｓ　＃　２１９の”　Ｉ　ｎｔｒｏｄｕｃｔｌｏｎ　Ｔｏ　Ｍｌｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　”の第３章、“Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｒｅ５ｉｓｔ　Ｍａｔｅｒ４ａｌｓ”でＧ、　Ｗｌｌｌｓｏｎによってもまた論じられた。

染料のような、成る非漂白性の吸収剤をポジのフォトレジスト内に使用することは、垂直の定在波と同様、分散波からの反射を含む反射を減じることによって、パターン像の効果的な分解能を著しく増加させることがわかった。明らかに、フォトレジスト内での非漂白性の吸収剤の可能性のある使用に関してそれと反対となったいくつかの結果は、横方向の分散光線のためにレジストにノツチが生じるのを考慮できなかった、コンピュータのモデル化作業にのみ基づいていた。さらに、加えられる染料の量を注意深く制御することによって、吸収する染料の追加は最終のレジスト璧の側面角度を減じる一方で、側面角度における変化をわずかしかもたらさないことがわかった。

発明の要約それゆえ、この発明の目的は、フォトレジストに非漂白性の吸収剤を提供することによって、サブストレートからポジのフォトレジストを通って反射して戻ってくる光の量を減じるための、改良されたフォトリソグラフィ方法を提供することである。

この発明の別の目的は、フォトレジスト層を通過する光の予め選択した二を吸収するのに十分な量の非漂白性の吸収剤を、フォトレジストに提供することによって、ポジのフォトレジストを通って反射して戻ってくる光の量を減じるための改良されたフォトリソグラフィ方法を提供することである。

この発明のこれらおよびその他の目的は図面および説明から明らかと“るであろう・　Ｂ＝１この発明に従えば、改良されたフォトリソグラフィ専拠那は予め定められた波長の電磁気輻射線を吸収することができる非漂白性の吸収剤を含むポジの感光被覆層による、材料の被覆を含む集積回路のような電気素子の製造のために開示される。吸収剤は外部の輻射源から前記感光被覆層の下の材料まで層を最初に通過する輻射線の、感光被覆層を介して戻るいかなる実質的な反射をも防ぐために、十分に輻射線を吸収する量が用いられる。

図面の簡単な説明第１図はこの発明の方法の第１工程の破断断面図である。

第２図は方法の次の段階の破断断面図である。

第３図は方法のさらに他の工程の破断断面図である。

第４図は先行技術の実施を例示する顕微鏡写真の断面上面図である。

第５図は、この発明の方法を用いて形成された同様のパターンを示す顕微鏡写真の断面上面図である。

み、これは適切に選択された非漂白性の光吸収剤のポジの感光層の付加を通して、光の密度またはポジの感光層またはフォトレジストの吸収率を増加させることによって、マイクロリングラフィの結像における反射の損傷が減少する結果をもたらす。非漂白性の吸収剤の主たる必要条件は：１）感光層をパターン化する際に用いられる光源の露出波長範囲に対応して、波長の選択的な帯域で光の予め定められた量を吸収し、そして感光層の下のウェハまたはサブストレートを整列するために用いられる波長の範囲では透明であること；２）特定の感光材料（典型的には、セロソルブアセテート、ｎ−ブチルアセテートおよびキシレン）で用いられる溶剤の中で十分に溶解可能であること、これはすなわち、長い期間の後でも溶液から再結晶または揮発しないということであり、そしてその貯蔵寿命が影響を受けないままで、レジストと化学的に十分に両立できること；および３）光吸収に関連したものを除いて、種々の表面に対する粘着、ガラス遷移温度、化学作用および現像剤などのようなレジストの顕著ないかなるリングラフィパラメータにも影響しないこと。吸収剤の毒性が高くないこともまた望ましい。

この発明の有益な効果は、横に分散した光（レジストのノツチとして知られる）のために、名目上露出されない領域の厚みまたはライン幅の損失が減少し、そして可変のウェハ表面の形によって厚みが変化するので（少なくとも０゜５ミクロン以下の形の偏差）、レジストの総光線エネルギ吸収の変化が減少することを含む。

非漂白性の吸収剤の濃度は、フォトレジストへの染料として加えられるとき、感光材料の合計の０．１から１．０重量％まで変化してもよい。好ましくは、染料は０．２５から０．５重量％までの濃度で用いられる。用いられる染料の量は非常に重要であり、これは、この発明の有益な効果を実現するため、すなわち反射された光の十分な吸収をもたらすために、最小の量が用いられなくてはならないからである。しかしながら、染料を使いすぎると光の吸収が　。

非常に多くなり、光が層の深さまたは全部の厚みを通過することが可能でなくなるので、フォトレジストの露出に干渉してしまう。理想的には、用いられる染料の量はフォトレジストを適切に露出させるために十分な光が層を通過することが可能で、しかしフォトレジストの下のサブストレートからフォトレジスト層へと反射して戻ってくる光を吸収するのに十分な量であることである。それゆえ、用いられる染料の量は、ポジのフォトレジストを通って戻ってくる光の反射を止めるのに十分な追加の吸収を提供するために、吸収係数に対して約０．２２５から０，４５ミクロン−１を加えるべきである〇これに関して、フォトレジスト層を通過する光の部分的な吸収のために、発明の処理を使用するとおそらく、用いられる染料の濃度によるが、約５０から１５０％範囲でより長い露出時間が必要な結果となるだろう。

好ましい実施例において、染料はたとえば４３６ｒ＋ｍの、感光被覆をパターン化するために用いられる波長で高吸収を有するように予め選択されるがニ一方、感光被覆の下に存在する層に前のパターンでパターン化する際に用いられるマスクを整列させるために用いられるたとえば、６３３ｎｆｆｌ、またはあるときは５００から７００ｎａ＋までの広帯域の、別の予め選択された波長では光の高伝送を表わす。

特に好ましい実施例では、用いられる吸収染料が輻射に対して露出されると螢光もまた発するもので、それによってこれの付加なる利点として、従来の明視野顕微鏡検査に対して螢光の顕微鏡検査の使用でミクロレベルのレジストの特徴を測定および検査できる可能性を提供する。

この発明の実施に有用であるとわかった特に好ましい染料は、オハイオ州のＥｘｃｌｔｏｎ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｊｏｎ　ｏｆ’　Ｄａｙｔｏｎによる商標ＣＯＵＭＡＲＩＮ　５０４またはＥ　ａｓｔｆｆｌａｎ　Ｋｏｄａｋ　Ｃｏｍｐａｎｙによる商標ＣＯＵＭＡＲＩＮ　３１４のもとで流通している染料である。ＣＯＵＭＡＲＩＮ　５０４またはＣＯＵＭＡＲＩＮ　３１４の化学名は、１，２，４゜５．３Ｈ，６Ｈ，ｌ０Ｈ−テトラハイドロ（ｔｅｔｒａｈｙｒｌｒｏ）−９−カーベトキシ（ｃａｒｂｅｔｈｏｘｙ）　（１）ベンゾビラーノ（ｂｅｎｚｏｐｙｒａｎｏ　）　（９、９ａ　、１−ｇｈ）キノリジン（ｑｕｌ　ｎｏｌｉｚｉｎ）　−１０−オンである。この発明にまた有用であろう他の染料は、Ｓ　ｐｅｃｈｔ等の米国特許第４．　２８９．　８４４号で説明されるような感光の混合物を含む。

非漂白性の吸収剤は、必ずしも付加される染料の形である必要はなく、むしろ、たとえば、用いられるフォトレジスト被覆の厚みの通常の範囲で反射を止めるために、充分な吸収率を増加させるための感光材料自身の修正を含んでもよい。

図面を参照すると、第１図では前に適用された金属の相互接続またはサブストレート層１ｏおよび前にパターン化された酸化物層２０をそれの上に有するマイクロエレクトロニック構造が示される。金属の相互接続層３ｏは酸化物層２０の上に置かれ、そしてこの発明に従ってそれの中に光吸収染料を組込んだフォトレジスト層４ｏは金属相互接続層３０の上に置かれる。

第１図に示されるように、染料を含むフォトレジスト層４０はこの場合予め選択された波長４３６ｒ＋ｍで光のパターンに露出される。

第２図を見ると、４２の部分を残してフォトレジスト層４０の露出された部分を取除くための現像後のレジスト層４０が示される。

第３図では、下に存在する金属相互接続層３ｏが、パターン化されたフォトレジスト層４０によって設けられた開口部を通って選択的に食刻され、接続３２のみを残して層３０の部分が選択的に食刻されている。

第４図および第５図を参照すると、第４図は先行技術の構造を例示し、ここではラインを形成する際に用いられるフォトレジストを露出するために用いた光の反射および分散のために、パターン化の不十分な分解能を示す矢印７０で示されるように、ライン幅が厳しく腐食される。しかしながら、それとは対照的に、第５図はフォトレジスト月料がその中にフォトレジストを露出させるために用いられる光の波長には選択的な吸収剤である染料を組込んだ、この発明の処理を用いて作られた同一のパターンを示す。第４図と同じ地点７（Ｉではライン幅の分解能が著しく改良されていることかわかるであろう。

以下の具体例はこの発明の処理をさらに例示する。

１％のシリコンと０．５％の銅を含むアルミニウムの１ミクロンの膜がザブストレー）・上にスパッタ付着された。

ＣＯＵＭＡＲＩＮ　５０４を０，３重量％含むポジのフォトレジスト被覆がアルミニウム膜上に１．６ミクロンの厚みまで生成された。染料を含むフォトレジストは１００℃で３００秒間、赤外線対流トラックオーブンの中で軽く焼成された。その焼成されたレジストは次に、１平方センチメートルあたり約３００ミリワツトの強さで約０．　５秒間４３６ｎｍの光のパターンに露出された。その露出されたレジストは次に、２】°Ｃで１８０秒間、１部の現像剤対５部の水の割合のＡＺ３５１現像剤で現像された。そのレジストは次に消イオン水で洗浄され、そして乾かされた。現像されたフォトレジストは次に、２５４ｎｍ波長で１平方センチメートルの露出あたりに１００ミリジユールの深紫外線に露出され、次に２００℃で６０分間焼成された。露出されたアルミニウムのパターンは次に、クロロホルムを混合した四塩化炭素ガスで反応性イオンエツチングの中でプラズマエツチングされた。最後に、そのレジストは酸素プラズマ内でストリッピングによって除去された。結果として生じる生産物は検査され、そしてライン幅にほとんど変化ない状態で高分解能を示すことが発見され、これは反射された光からの分散および定在波によって分解能にほとんど損傷が与えられなかったことを示している。

こうして、この発明は改良された処理を提供し、そこでは、フォトレジスト材料に露出の波長で十分な光の量を吸収することができる光吸収染料の選択された量が与えられ、それによってフォトレジストを露出させるために用いられる輻射線はその中の染料によって十分に吸収され、下に存在するサブストレートから光のフォトレジスト層に反射して戻ってくるのを防いだりまたは止めたりし、それによってさもなければそのような反射から結果として生じるであろう分散した光や定在波を減じたりまたはなくしたりする。

４３６ｎ九の捨国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

（１）材料の部分がフォトエッチングによって取除かれる電気素子を製造する際に使用するための改良されたフォトリソグラフィ方法であって：ａ）予め定められた波長の電磁気輻射を吸収することができる非漂白性の吸収剤を含むポジの感光被覆層で前記材料を被覆する工程を含み、前記吸収剤は外部の輻射源から前記感光被覆層の下の前記材料に前記層を通過する輻射の前記感光被覆層を通って戻るいかなる実質的な反射も止めるために十分な輻射を吸収するのに十分な量があり；ｂ）前記感光層をパターン化するために前記予め定められた波長の光の像に前記感光被覆層を露出させる工程と；およびｃ）前記感光被覆の部分を選択的に除去するために、前記露出された感光材料を現像する工程とを含み；それによって反射された光の実質的な欠乏が、前記感光被覆に伝送された選択的な光のパターンと一致して鋭く規定された像の形成を可能にする、方法。
（２）前記非漂白性の吸収剤が、前記感光層をパターン化するために用いられる波長で輻射を吸収し、そして前記パターン化の前に前記電気素子の下に存在する部分の整列のために用いられる波長で透明となるように予め選択される、請求の範囲第１項に記載の方法。
（３）前記ポジのフォトレジストが、吸収係数を約０．２２５から０．４５ミクロン−１まで増加するのに十分な量の非漂白性の吸収剤を含む、請求の範囲第１項に記載の方法。
（４）前記非漂白性の吸収剤が、ミクロレベルのレジストの特徴の検査を容易にするために、輻射に対しての露出の際に螢光を発することができる、請求の範囲第３項に記載の方法。
（５）前記非漂白性の吸収剤がクマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）をベースとした染料である、請求の範囲第４項に記載の方法。
（６）前記染料が、１、２、４、５、３Ｈ、６Ｈ、１０Ｈ−テトラハイドロ−９ −カーベトキシ（１）ベンゾピィラーノ（９、９ａ、１−ｇｈ）キノリジン−１０−オンである、請求の範囲第５項に記載の方法。
（７）前記フォトレジストが前記染料の０．１から１．０重量％を含む、請求の範囲第６項に記載の方法。
（８）前記フォトレジストが前記染料の０．２５から０．５重量％を含む、請求の範囲第６項に記載の方法。
（９）前記染料が４３６ｎｍ波長の光を吸収するために予め選択される、請求の範囲第５項に記載の方法。
（１０）４３６ｎｍ波長で光を吸収するために予め選択された前記染料が前記材料の上に前記感光被覆をパターン化するために用いられるマスクと、前記材料を含むウエハとの整列を可能にするために予め定められた波長で実質的に光を伝送するであろう、請求の範囲第９項に記載の方法。
（１１）ポジの感光被覆が材料の上に置かれ、マスクを通過する予め定められた波長の光に対する露出によってパターン化され、その後、下に存在する材料の選択的なエッチングのためのパターンを提供するために現像される、集積回路素子の製造で層をパターン化するフォトリソグラフィ方法において、その改良点が：前記感光被覆をパターン化するために用いられる周波数で光を吸収することができる染料を含むポジの感光被覆で前記材料を被覆する工程を含み、前記染料は前記感光被覆を通って戻る前記材料からの前記光の反射を止めるのに十分な量であり、一方前記感光被覆の全部の厚みを露出するために前記被覆を十分な光が通過することを可能にし、それによって前記露出の分解能および結果として生じるパターンは、前記感光被覆を通って戻ってくる反射した光をなくしたりまたは止めることによって高められるであろう、方法。
（１２）前記染料が前記パターン化された感光被覆の検査を容易にするために螢光を発することができる、請求の範囲第１１項に記載の方法。
（１３）前記染料が前記感光被覆をパターン化するために用いられる波長で光を選択的に吸収し、一方整列のために用いられる他の波長で光の伝送を可能にする、請求の範囲第１２項に記載の方法。
（１４）サブストレート上に集積回路素子を製造する際に使用するための改良されたフォトリソグラフィ方法であって、そこでは前記サブストレート上の感光被覆の部分がフォトエッチングによって除去され：ａ）前記感光層が名目上、前記感光層をパターン化するために露出される波長で、電磁気輻射を吸収することができる非漂白性の吸収剤を含むポジの感光被覆層で前記サブストレートを被覆する工程を含み、前記吸収剤は、外部の輻射源から前記層を通過する輻射の前記感光層を通って戻ってくる実質的ないかなる反射も防ぐために十分な輻射を吸収するのに十分な量であり；ｂ）前記感光層をパターン化するために前記感光被覆層を光の像に露出させる工程と；さらにｃ）前記感光層の部分を選択的に除去するために前記露出された感光被覆層を現像する工程とを含み；それによって、前記非漂白性の吸収剤による反射された光の実質的な吸収が、前記感光被覆層に伝送された選択的な光のパターンに一致する鋭く規定された像の形成を可能にする、方法。