JPS63228616A - 感光性膜の表面処理装置及び表面処理方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路等の製造における、リソグラ
フィ工程での、感光性レジスト等の感光性膜の成膜、現
像等に適用できる感光性膜の表面処理装置及び表面処理
方法に関する。

（従来の技術） フォトリソグラフィは、半導体集積回路素子製造にあた
って重要な工程の１つであり、この工程には以下に示す
工程が通常含まれる。すなわち、まずフォトレジスト膜
等を基板上に形成する成膜工程であるが、その技術とし
ては前記レジストの原料を有機溶媒に溶解したものを基
板上に滴下した後、基板を回転させる、いわゆるスピン
コードにより基板全面にレジスト膜を塗布することが通
常行なわれている。また、基板上のレジストに所定の、
パターンを露光により焼きつけた後の現像工程もフォト
リングラフィに含まれるが、この工程では、所定の溶液
に浸して前記露光部もしくは、非露光部のみを選択的に
溶解し、前記所定のパターンを得るものである。すなわ
ち成膜、現像の再さ程とも溶媒を用いた湿式で行なわれ
ているが、半導体集積回路素子の寸法が微細化すると湿
式方法特有の問題点が、現われてくる。例えば、成膜工
程の際に感光性膜中或いは、基板と前記層界面に溶媒が
残留するが、この溶媒が現像特性や、基板との密着性を
悪化させる。このため塗布後のベーキングすなわち、ｔ
ｏ熱処理を行なわねばならない。また基板の材質によっ
ては、溶媒に浸されて、界面にレジストと基板材料との
混合層を生じる問題もある。一方、現像工程においても
湿式で行なうと、残存したレジスト中に溶媒がしみ込ん
で膨潤を生じたり、微細なパターンでは、レジストがは
がれる問題がある。

さらに、これらの工程で用いられる溶液には人体に有害
な物管が多いため、取扱い方法も煩雑となる問題が有る
。そこで、上記した湿式による生膜、現像技術の欠点を
克服するために種々の乾式の処理技術の検討がなされて
いる。中でも有力なものは、プラズマを利用して、レジ
スト等の感光性膜を形成する有機物の重合を誘起するこ
とにより、基板に前記感光性膜となる重合膜を堆積させ
る成膜技術と、プラズマ中のイオンやラジカル等の活性
種との反応を利用した現像技術である。しかし、プラズ
マな用いる場合プラズマ中に存在する高エネルギーのイ
オンや、放射線等によって、本来の露光を要しない部分
にもいわゆるかぶりが生じ、非露光部の一部も露光され
てしまうという問題が有る。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の事情を考慮して成されたもので、その
目的は、プラズマを用いて、レジスト等の感光性膜を生
膜、現像等を行なうに際し、イオンや、放射線照射によ
るかぶりを生じない感光感光性膜の表面処理装置及び表
面処理方法を提供する点に有る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、被処理基体を収納する真空容器と、こ
れに接続され、放電又は光励起等により、活性ラジカル
を生成し、前記容器内に導入する手段と１この活性ラジ
カルを被処理基体に作用せしめるようにし、かつ、前記
活性ラジカル生成時に発生する放射線の照射から、前記
被処理基体を遮断する手段を、備えた感光性膜の表面処
理装置を提供する点にある。又、本発明のもう１つの骨
子は、真空容器中に置かれた被処理基体に対して、放電
プラズマ又は光励起等により生成した活性ラジカルを作
用させ、感光性膜の形成あるいは現像等の表面処理を行
い、かつ、前記活性種生成の際に生じる放射線を、被処
理基体に対して遮断することにより、感光性膜に対して
、かぶりの無い表面処理方法を、提供する点にある。

（作用） 本発明によれば、プラズマから発生する放射線が被処理
基体を収納する反応容器に入るのを遮断できるので、従
来のプラズマ処理等の乾式表面処理で障害となっていた
。放射線がぶりを無くすことができ感光性膜の表面処理
を良好に行なうことができる。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例にがかわる感光性膜の表面
処理装置の概略構成図を示す。被処理基体である試料ｑ
υは、反応容器α４中にｔ２置されている。反応容器ｄ
７Ｊには排気管（１３１，第１のガス導入管Ｉならびに
石英製の放電管α９が連結されている。

放電管α９には第２のガス導入口αｅがとりつけられて
おり導波管（Ｉ７）を通じてマイクロ波発振器側よりマ
イクロ波を印加することによって、放電プラズマを誘起
し、これにより生成されたラジカル等の化学的活性分子
を、反応容器αクヘ導入することができる。さらに放電
管（１９と、試料αυの間にはシェブロン型の遮光板α
９が設けられ、同時に反応容器α２の内壁にはカーボン
の反射防止膜（１１０）が形成されている。これにより
放電中から発する放射線が、試料圓に当たる事を防止し
ている。また試料ホルダ（１１１）は、管（１１２）に
エチレングリコール又は水等を流して、温度制御が可能
となるようになっている。

次に、この装置を用いて感光性樹脂の成膜、ならびに現
像を行う実施例方法を述べるが、その前に通常のＬＳＩ
製造等に用いられるリソグラフィ工程について述べる。

第２図は、リングラフィ工程の断面図を示す。先ず、第
２図（ａ）に示すように被処理基体−上に、レジスト膜
＠を形成する。

次に、第２図（ｂ）に示すように放射線または、電子等
の荷電粒子線＠を前記レジスト膜＠に対して選択的に照
射して、レジスト＠を部分的に感光させる。次に、第２
図（Ｃ）に示すように現像処理により露光部のみ、又は
非露光部のみを除去することによって、レジストパター
ンを形成する。ここで、露光部のみ、或いは非露光部の
みのどちらを除去するかは、レジスト材料がポジティブ
型がネガティブ型かによって異なるが本発明は、どちら
でも適用可能である。

まず本発明をレジストの成膜に適用した実施例について
第１図を用いて説明する。シリコンウェハを試料圓とし
て、反応容器ｔｉｚ内に載置した後、真空ポンプにより
前記反応容器内を１０’Ｔｏｒｒまで排気した。次に第
２のガス導入口αｅよりメタクリル酸メチルをＩＱａｔ
ｍ、ｃｍ’／分、第１のガス導入口α滲より励起ガスと
してアルゴン（Ａｒ）ガスを、５ａｔｍｃｍ”７分流量
でそれぞれ導入しながら、反応容器の真空度を、０．５
Ｔｏｒｒに調節し、マイクロ波放電を行、った。ここで
、マイクロ波放電により発生した放射線は、遮光板α優
により遮断されるようにした。更に、この遮光板ａ９よ
りごく微量の放射線が容器ａａ内に洩れてきたとしても
、反応容器（１５の内壁に被覆した反射防止膜（１１ｏ
）により前記放射線を吸収せしめ、試料値υに当たらな
いようにしてもよい。その結果、２５分間の処理で、試
料αυ上に０．５μｍの透明薄膜が形成された。

この膜は、赤外吸収分光等で分析したところ、メタクリ
ル酸メチルの重合物すなわち、ＰＭＭＡであることが判
った。メタクリル酸メチル重合物は、電子線あるいは遠
紫外光に対して、感光性を有する。次いで、このＰＭＭ
Ａ膜に対して、２０１（ｅＶの電子ビームを所望のパタ
ーンに従って選択的に照射した後、イソアミルアセテー
トで現像を行った結果、良好なパターンが形成できた。

本発明の優位性は、特に有機物やシリコーン樹脂上にレ
ジストを形成する際に顕著であった。第３図（ａ）は、
本発明の詳細な説明するため、従来の溶媒塗布法により
ＰＭＭＡ膜を形成した場合の断面図を比較したものであ
る。シリコーン樹脂膜Ｇ２の上に、通常の溶媒塗布法で
ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）（至）を形成した
後、露光現像処理を行った後の状態を示す断面図である
。露光部（ロ）には、現像によっても除去されないＰ　
ＭＭ　Ａ　（３３ａ）が残存してしまう。これは、ＰＭ
ＭＡ塗布の際シリコーンＧ７Ｊの表面層が塗布溶媒に溶
解してＰＭＭＡとの混合層を形成し、この混合層が現像
されずに残ったものと考えられる。これに対し、本発明
により、上記と同様にして形成したＰＭＭＡは、第３図
（ｂ）に示す様に現像残りは観察されなかった。

次に、試料基板を冷却して、感光性膜の成長速度の温度
依存性を調べた。その結果、第４図に示すように一２５
°Ｃ以下、温度が下がるほど成長速度が増大することが
わかった。ここで分圧０．３３ＴｏｒｒにおけるＭＭＡ
の沸点は約−５００Ｃである。

上記、成長速度の温度依存性は、沸点近傍がらそれ以下
の温度では、ＭＭＡ分子の表面滞在時間が長くなり、基
板への成膜の速度が向上したためと考えられる。さらに
、第１図に示した装置を用いて表面に段差を有する試料
上への膜の形成を試みた。すなわち、ここでは試料ホル
ダ（１１１）　　をホルダに設けられた骨（１１２）に
よって温度制御し、常温の場合と冷却した場合について
調べた。常温においては、第５図（ａ）に示すように、
溝の上部の方が堆積量が多く、内部に空洞を生じレジス
トとして使用できない。これに対し・、−２５’Ｃで堆
積を行うと溝を完全に埋めこむことができた。

これは、表面に吸着した分子が冷却されて比較的安定性
の高い凹部に拡散し、重合反応をした事によるものと考
えられる。

低温におけるこの様な堆積形状は、段差を平坦化する効
果も有るなどフォトリソグラフィの工程に極めて有効で
ある。圧力等を変えて実験を行ったところ、基板温度を
反応容器内の所定圧力におけるＭＭＡの沸点＋２５°Ｃ
以下に冷却すると、この様な堆積形状が再現されること
が判明した。

次に、本発明により現像処理工程を行なった場合につい
て説明する。先ず、第１図において試料ｕ０に形成する
レジストとして、主鎖に２重結合を有するゲリイソプレ
ンに１．４ジフエニルジアセチレンを添加したものを用
いる。このレジストは光を照射すると以下の環化反応を
生じて主鎖の２重結合は失なわれる特徴を有している。

Ｃ１（。

Ｃ６八−Ｃ＝　ｃ−ｃ　＝：　ｃ−ｃ、　Ｈ。

露光後の試料を、反応容器（Ｉｚ内の試料ホルダ（１１
１）上に載置し、第２のガス導入口（ｌｌ１９よりｌＱ
ａｔｍｃｎｖ’／分の酸素ガスを流し、圧力０．３Ｔｏ
ｒｒで、マイクロ波放電を行った。現像処理は約１５分
の短時間で完全に終了し非露光部分は、混合層が形成さ
れることなく良好に除去された。これは、マイクロ波放
電により生成したオゾニや、原子状の酸素が未露光部の
ポリイソプレン主鎖の２重結合と反応して、これを切断
したことによるものである。

以上、本発明による感光性膜の表面処理装置及び処理方
法の実施例を示したが、本発明はさらに種々変型して応
用が可能である。

例えば、反応容器内に導入するガスの活性種を生成する
手段としては、マイクロ波放電以外にもＲＦグロー放電
マグネトロン放［、ｈｉｃＲ放電等の種々の放電プラズ
マを利用したり、放射線を照射して、光化学反応を利用
してもよい。

またレジスト等の感光性膜の成膜に用いる原料ガスとし
てはオレフィン結合を有する有機ガス、又はジクロロシ
ラン類等のシリコン含有ガスを用いることも可能である
。励起ガスとしては、Ａｒ以外ニＨｅ％　Ｎｅ、　Ｋｒ
％Ｘｅ、　Ｎ、　　等の不活性ガスや、感光性のガスを
用いることもできる。

さらに現像処理についても、レジスト材料、現像ガスと
もに種々の材料が使用可能である。

〔発明の効果〕

以上、述べたように本発明によれば、放射線かぶり等の
問題を生じることなく、被処理基体上への良好な感光性
膜の形成が可能である。又、前記被処理基体の温度を膜
の形成に用いるガスの沸点（ｔｏ）＋２５８Ｃ以下に冷
却することにより、成膜速度を向上させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による感光性膜の表面処装置の一実施
例を示す慨略構成図、第２図は、フトリソグラフイ工程
を示す断面図、第３図乃至５図は、本発明の詳細な説明
するための図であ１１・・・被処理基体、１２・・・反
応容器、１３・・・排気口、１４．１６・・・ガス導入
口、１５・・・放電管、　　　　１７・・・導波管、１
８・・・発振器、　　　１９・・・遮光板、２１．３１
．５１・・・基板、　　　２２・・・レジスト、２３・
・・放射線又は荷電ビーム、 ３２・・・シリコーン樹脂膜、 ３３・・・塗布ＰＭＭＡ膜、 ３５・・・重合ＰＭＭＡ膜、 ５２．５３・・・ＰＭＭＡ膜、１１０・・・反射防止膜
、１１１・・・試料ホルダ、１１２・・・冷却管。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　竹　花　喜久男 第　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１第１図 第２図 第３図 −５Ｏ”（：、　　　　　　　　　　　　　　θ”ｃ　
　　　　　　　　　　　＋ｓｏ”ｃ泰眉Ｉ邑戻 第４図 第５図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基体を収納する反応容器と、この反応容器
   と接続して設けられた前記被処理基体上に感光性膜を堆
   積せしめるためのガスの活性化及び導入手段と、前記反
   応容器内を排気する手段と、前記ガスの活性化及び導入
   手段と反応容器の間に前記活性化により生じる放射線を
   遮断する手段を具備した感光性膜の表面処理装置。
2. （２）前記ガスの活性化手段は、放電プラズマの発生手
   段あるいは放射線照射手段である特許請求の範囲第１項
   記載の感光性膜の表面処理装置。
3. （３）前記ガスの活性化及び導入手段は、前記反応容器
   に直接、第１の反応性ガスを導入する手段と第２の反応
   性ガスを活性化したガスを導入する手段である特許請求
   の範囲第１項記載の感光性の表面処理装置。
4. （４）前記被処理基体の温度を制御する手段を具備した
   特許請求の範囲第１項記載の感光性膜の表面処理装置。
5. （５）被処理基体を真空排気された反応容器内に配置し
   、この容器内に第１の感光性膜を生成する原料ガス及び
   前記反応容器に接続された活性種生成領域において、活
   性化された第２の感光性膜を生成する原料ガスを反応容
   器内に導入し、かつ前記活性種生成領域で発生する放射
   線から被処理基体を遮断するようにして、被処理基体上
   に感光性膜を堆積することを特徴とする感光性膜の表面
   処理方法。
6. （６）前記第１の原料ガスとしてオレフィニ給合もしく
   は環状構造を有する有機ガス又はジクロロシラン類を用
   いる事を特徴とする特許請求範囲第５項記載の感光性膜
   の表面処理方法。
7. （７）前記被処理基体は、前記第１のガス又は、前記第
   １のガスと、前記第２のガスの間の反応生成物の、該当
   圧力における沸点（ｔｏ）＋２５℃以下に冷却されてい
   る事を特徴とする特許請求範囲第５項記載の感光性膜の
   表面処理方法。
8. （８）前記第２のガスの活性化手段は、放電プラズマあ
   るいは光照射を用いることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項記載の感光性膜の表面処理方法。
9. （９）選択的に放射線または荷電粒子が照射される感光
   性膜が表面に形成された被処理基体を反応容器内に載置
   し、前記反応容器に連結された活性種生成領域において
   放電プラズマ又は光照射により活性化された現像ガスを
   反応性容器内に導入し、かつ該活性種生成領域で発生し
   た放射線から被処理基体を遮断して、前記放射線または
   荷電粒子が照射された被処理基体の露光部又は未露光部
   を選択的に除去することを特徴とする感光性膜の表面処
   理方法。