JPH06110197A

JPH06110197A - 微細パターン形成用マスク形成方法及びその装置

Info

Publication number: JPH06110197A
Application number: JP5197099A
Authority: JP
Inventors: Toru Otsubo; 徹大坪; Kazunari Takemoto; 一成竹本; Yoshitada Oshida; 良忠押田; Tomoko Hiraiwa; 知子平岩
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 1994-04-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】半導体装置や液晶表示装置に目的に合わせた任
意のパターンを半導体装置、液晶表示装置としての信頼
性と生産性を両立させるパターン形成方法及び装置を提
供する。【構成】低温に冷却した処理基板上に材料ガスを供給し
て膜状に吸着させ、第１のエネルギビームを照射して重
合反応を起こし、第２のエネルギビームを照射して露光
により分解、架橋反応等を起こすことによりマスクを形
成し、または、低温に冷却した処理基板上に吸着凍結し
た材料ガスに電子ビームを照射して所定のパターンに露
光することによりマスクを形成し、これらのマスクを用
いて処理基板をエッチングすることにより、成膜、マス
ク形成、エッチングを、同一減圧雰囲気中で連続処理で
きるようにした。【効果】本発明により真空中での連続処理が出来、生産
性を高めることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置や液晶表示装
置の微細なパターンを形成する処理装置に係り、とくに
半導体素子を形成した後、配線を目的に合わせ任意に形
成することにより、目的に合わせた処理性能を持つ半導
体装置の製造、および部分的な不良箇所の修正に好適な
微細パターン形成技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高性能化により、これらを
用いた半導体装置システムが計算機のみならず種々の装
置の制御部などに使われている。しかしシステムの高度
化により半導体装置の使用方法も複雑になってきてい
る。そのため半導体装置自身に使用目的に合わせた処理
性能を持たせ、半導体装置の使用方法を簡素化する事が
必要になってきており、半導体装置の処理性能を目的の
処理性能に合わせ生産することが重要となってきてい
る。半導体装置の処理性能を目的の処理性能に合わせる
ためには、配線形成を処理性能に合わせ任意に出来るパ
ターン形成技術が重要となってきた。

【０００３】また、半導体装置の高集積化や液晶表示装
置の大画面化により素子数や画素数が増大し、完成品歩
留まりを高めるには部分的な不良箇所を修正することが
重要となってきている。このような任意のパターン配
線を形成する方法としては、特開昭63-164240がある。
この従来技術では集束イオンビームを用いて絶縁膜を除
去し、レーザＣＶＤでＭO配線を形成しており、集束イ
オンビームやレーザを制御することにより任意のパター
ン配線を形成できる。しかし集束イオンビームでは微細
なイオンビームを得るためには液体金属イオン源を用い
る必要があり、半導体素子形成の場合汚染源となる。ま
たレーザＣＶＤでは形成される膜の種類、膜の特性の制
御が難しく、信頼性の高い配線形成が出来ないと言う問
題がある。

【０００４】素子の信頼性を高める方法としては半導体
装置を製造する方法を用いることが考えられが、この方
法では真空中でスパッタ、蒸着、ＣＶＤ等のによる膜付
け、大気中でレジスト塗布、露光、現像処理、真空処理
室でのプラズマエッチングによるレジストマスク通りの
パターン形成、アッシング処理によるレジスト膜除去と
多くの工程を経て処理するため、生産コストが高くなる
問題点がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従来技術で述べた半導体
装置の生産方法は、パターン形成にレジストを使用する
ため、処理基板を真空中と大気中の両方で処理しなけれ
ばならず、連続処理が困難なこと、及びレジストの塗
布、除去の工程が独立に必要なこと、等により生産コス
トが高くなってしまう。

【０００６】本発明では、まず第１の解決手段として、
上記第１及び第３の目的を、エネルギレベルの異なるエ
ネルギビームにより、重合を含む２種類以上の化学変化
を起こす材料をガス状にして供給し、低温に冷却した処
理基板上に膜状に形成し、第１のエネルギビームにより
重合反応を起こし、第２のエネルギビームによる露光に
より分解、架橋反応等によりマスクを形成することによ
り達成し、上記第２及び第４の目的は、上記により作成
したマスクを用いてエッチングすることにより、真空中
で連続処理できるようにすることにより達成した。

【０００７】更に、第２の解決手段として、上記第１の
目的はガス供給系と被処理基板に温度差を設けることに
より、この温度差に基づいてガスから固体物質皮膜に変
化すると共に、エネルギビームの照射により変質して蒸
気圧の高い物質に変化するガス物質を、被処理基板上に
供給する段階と、被処理基板を冷却して基板上にガス物
質が固体化した皮膜を形成する段階と、この皮膜にエネ
ルギビームを予め定められた所定のパターンに照射露光
し、照射露光領域の皮膜を蒸気圧の高い物質に変化せし
めて選択的に処理系外に除去してガス物質が固体化した
マスクパターンを形成する段階とを有して成るマスク形
成方法により、達成される。すなわち、基板上にガス物
質が氷結により固体化して皮膜を形成し、これをマスク
材とするものであり、これを所定のパターンに応じたエ
ネルギビームで照射露光することによりマスクパターン
を形成するものである。照射露光された領域の皮膜は分
解しガス化して除去され、未照射領域が残りマスクパタ
ーンと成るものである。マスクが不要となれば、基板を
氷結温度以上に高めることにより容易にガス化して除去
することができる。

【０００８】したがって、本発明においては上記マスク
形成の各段階において、被処理基板をガス物質が少なく
とも氷結する温度以下に冷却保持しておくことが重要で
ある。また、上記エネルギビームとしては、電子ビーム
や、その他例えば紫外線、Ｘ線、レーザの如き光で構成
され、露光方法としては直接描画、もしくは所定の精巧
なマスクを介しての露光の何れかにて行なう。

【０００９】上記ガス供給系としては、エネルギビーム
の照射を受けて酸化物質もしくは還元物質に分解される
と共に、ガス供給系と被処理基板の温度差に基づいてガ
スから固体物質皮膜に変化する第１のガス物質と、前記
第１のガス物質の分解生成物の酸化もしくは還元作用に
より蒸気圧の高い物質に変化する第２のガス物質との混
合物が望ましい。何れにしてもガス物質は固体化（氷
結）してマスク材と成り得るものでなければならない。

【００１０】上記ガス供給系の好ましい例を挙げれば、
第１のガス物質（露光により酸化、還元物質を発生する
ガス）としては、例えば二フッ化キセノンガスＸｅＦ₂
〔常温で４Ｔorrのガス圧を有する固体〕の如き希ガス
元素とハロゲン元素の化合物、ＣｌＦ₃〔融点−７６．
３℃〕、ＢｒＦ〔融点−３３℃〕等が、また、第２のガ
ス物質（氷結してマスク作用を有し、第１のガス物質が
露光により分解したガスにより反応してガス化する）と
しては、例えばＳi（ＯＣＨ₃）₄〔融点−４℃〕やテト
ラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳと略称）Ｓi（Ｏ
Ｃ₂Ｈ₅）₄〔融点−７７℃〕の如き有機シランガス、そ
の他Ｐ（ＯＣＨ₃）₃〔融点−７８℃〕、ＰＯ（ＯＣ
Ｈ₃）₃〔融点−４６．１℃〕、Ｂ（ＯＣＨ₃）₃〔融点−
２３．９℃〕等である。

【００１１】上記第２の目的は、所定の基板上に所定の
皮膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程によって形成
された皮膜上にマスクパターンを形成する工程と、この
マスクパターン形成工程により形成されたマスクを用い
て前記皮膜を選択的にエッチング除去する工程と、前記
マスクを除去する工程とを有して成るパターン形成方法
において、前記マスクパターン形成工程を上記第１の目
的を達成することのできるマスク形成方法で構成して成
るパターン形成方法により、達成される。

【００１２】上記成膜工程と、マスクパターン形成工程
と、このマスクパターン形成工程により形成されたマス
クを用いて皮膜を選択的にエッチング除去する工程と、
マスクを除去する工程とから構成される一連の工程を、
真空系を破ることなく連続的に行なう工程として構成す
ることができる。

【００１３】上記基板を、半導体素子の組み込まれた半
導体基板とし、上記成膜工程を絶縁膜、導体膜の何れか
一者、もしくは両者を形成する工程とすれば、前記半導
体基板に多層配線構造体を形成することができる。

【００１４】また、上記基板を、例えばガラス基板の如
き透明絶縁基板とし、上記成膜工程を少なくともゲート
電極形成用導体膜、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース・
ドレーン及び画素電極形成用導体膜を形成する工程とす
れば、前記透明絶縁基板に液晶表示アクティブマトリッ
クスを形成することができる。なお、成膜工程として
は、例えばプラズマによるスパッタリング、あるいはＣ
ＶＤ等の周知の成膜方法が使用できる。

【００１５】上記第３の目的は、ガス供給系と被処理基
板に温度差を設ける手段と、この温度差に基づいてガス
から固体物質皮膜に変化すると共に、エネルギビームの
照射により変質して蒸気圧の高い物質に変化するガス物
質を、被処理基板上に供給する手段と、被処理基板を冷
却して基板上にガス物質が固体化した皮膜を形成する手
段と、この皮膜にエネルギビームを予め定められた所定
のパターンに照射露光し、照射露光領域の皮膜を蒸気圧
の高い物質に変化せしめて選択的に処理系外に除去し、
未照射領域に残存するガス物質の固体化した皮膜をマス
クパターンとして形成する手段とを具備して成るマスク
形成装置により、達成される。そして、上記マスク形成
の各手段においては、被処理基板をガス物質が少なくと
も氷結する温度以下に冷却保持された試料台上に保持す
る手段を有して構成される。

【００１６】上記第４の目的は、所定の基板上に所定の
皮膜を形成する成膜手段と、前記成膜手段によって形成
された皮膜上にマスクパターンを形成する手段と、この
マスクパターン形成手段により形成されたマスクを用い
て前記皮膜を選択的にエッチング除去する手段と、前記
マスクを除去する手段とを有して成るパターン形成装置
において、前記マスクパターン形成手段を上記第３の目
的を達成することのできるマスク形成装置で構成して成
るパターン形成装置により、達成される。

【００１７】上記マスクを除去する手段としては、基板
を上記マスクの氷結温度以上に加熱する手段、例えば試
料台にヒータを具備たもので構成することができる。

【００１８】本発明の特徴を活かすために上記成膜手段
と、マスクパターン形成手段と、このマスクパターン形
成手段により形成されたマスクを用いて皮膜を選択的に
エッチング除去する手段と、マスクを除去する手段とか
ら構成される一連の手段を、真空系を破ることなく共通
の搬送室を介して連続的に行なう手段とすることが望ま
しい。

【００１９】また、上記成膜手段としては、複数の成膜
室を備え、一方をスパッタリングによる成膜室とし、他
方をＣＶＤによる成膜室とすることができる。

【００２０】また、上記皮膜を選択的にエッチング除去
する手段として、プラズマエッチング室、もしくはエッ
チングガス導入によるエッチング室とすることができ
る。

【００２１】また、上記マスクパターンを形成する手段
としては、ガス吸着露光室を備え、前記ガス吸着露光室
は、ガス供給口と、供給されたガスを基板上に固体物質
皮膜として氷結させる冷却手段を備えた試料台と、この
皮膜にエネルギビームを予め定められた所定のパターン
に照射露光する手段と、排気系とを備えたものとするこ
とができる。

【００２２】

【作用】第１の解決手段においては、ガスの固化温度以
下に冷却した基板表面では入射したガス分子は基板表面
に吸着される。従って100Ｐa〜0.1Ｐaの圧力範囲では１
から２μm厚さの固化した膜を１分以内で形成すること
が出来る。この膜に紫外線等の光を照射することで重合
反応を起こさせ、形成した膜の固化温度を高め常温で気
化しないようにする。次に第２のエネルギビームで露光
する事により、膜を形成した物質が分解され蒸気圧が高
くなり、蒸発して除去されマスクが形成される。あるい
は第２のエネルギビームの露光により膜を形成した物質
に架橋反応を起こさせ、エッチング速度の差を生じさ
せ、ドライエッチング処理により未露光部をエッチング
除去し、マスクが形成される。

【００２３】更に、第２の解決手段においては、供給ガ
ス系のガスの氷結温度以下に冷却した基板表面に入射し
て吸着されたガス分子が氷結して形成された膜にエネル
ギビームとして例えば電子ビームあるいは紫外線等の光
を照射露光することで、氷結した膜中に含まれるガスの
うち酸化物質、還元物質を発生する第１のガス物質を分
解する。第１のガス物質から発生した酸化物質あるいは
還元物質により、氷結した第２のガス物質から成るガス
分子は酸化反応、あるいは還元反応を受けて分解し、ガ
ス分子の蒸気圧を高くすることにより、電子ビームや紫
外線等の照射露光を受けた領域では、ガスが蒸発し氷結
した膜は消滅する。照射露光を受けない領域では氷結し
た膜が残り、氷結膜のパターンが作成される。この膜を
マスクパターンとして、例えばプラズマエッチングによ
り下地の被処理基板を選択的にエッチング除去すれば、
電子ビームや紫外線等の光照射により形成したマスクパ
ターンを転写したパターンを被処理基板に形成すること
が出来る。

【００２４】以上のように本発明では従来のレジストマ
スクに相当する部分を真空中でのガス分子吸着により形
成するために、基板への膜付けからマスク形成、エッチ
ングまで真空中で連続して処理できる。

【００２５】

【実施例】

〔Ｉ〕第１の実施例以下本発明の第１の実施例による装置構成図を、図１に
より説明する。

【００２６】（１）装置構成例装置構成はロード室：１、真空分離室１：２、搬送室
１：３、真空分離室２：２´、搬送室２：３´、搬送室
３：３´´、搬送室４：３´´´、アンロード室：４が
それぞれゲートバルブ：５により真空的には分離され、
接続されている。搬送室１にはクリーニング室：６、ス
パッタ成膜室：７がゲートバルブ：５を介して接続され
ている。搬送室２には、レジスト形成室：８、基板温度
制御室：９が同様にゲートバルブ：５を介して接続され
ている。搬送室３には防振室：１０、ゲートバルブ：５
を介し電子ビーム露光室：１１が接続され、さらに現像
室：１２がゲートバルブ：５により接続されている。搬
送室４にはエッチング室：１３、レジスト除去室：１４
がゲートバルブ：５により接続されている。

【００２７】搬送室１〜４は同一の構成であり、中央に
図示しないセンタアーム式の基板搬送用ロボットが設け
られており、搬送室間、及び搬送室から各処理室に基
板：５０を搬送できるようになっている。また各搬送室
には図示しない排気系が設けられており、搬送室内を１
０ー4Ｐaの真空に保てるようになっている。

【００２８】ロード室：１には図示しないセンタアーム
式基板搬送ロボット、排気系、ガスパージ系が設けられ
ている。ガスパージ系によりロード室を大気圧にし、ゲ
ートバルブ：１５を開きロボットアームによりロード
室：１内に基板：５０を搬入する。排気系によりロード
室：１内を真空に排気し、真空分離室１：２側のゲート
バルブ：５を開き真空分離室１：２のステージ：１７に
ロボットアームにより基板：５０を載せる。

【００２９】真空分離室：２は図２に示すように上下に
クライオパネル面：１８があり、水分や有機系ガスを通
過させない構成になっている。また中央にはステージ上
下機構：１９により上下に動き、ロボットアームより基
板：５０を受け渡しできるステージ：１７がある。また
図示しない排気系が設けられており、室内を１０~⁵から
１０~⁶Ｐaの真空に排気している。これらによりはロー
ド室１から搬送室１への水分の進入、搬送室２：３´か
らのレジスト形成ガス等の有機系ガスの進入を防止して
いる。

【００３０】クリーニング室：６には通常の平行平板電
極（図示せず）が設けられており１３．５６ＭHZの高周
波電源によりプラズマを発生する構成となっている。図
示しないガス供給源よりＡrガスを供給し、図示しない
排気系から排気し処理室内を１Ｐaの圧力にし、平行平
板電極間にプラズマを発生させ、電極上に載せた基板表
面をＡrイオンで叩き、表面のクリーニングをする。

【００３１】スパッタ室：７には通常のマグネトロン型
のスパッタ電極（図示せず）が取り付けてあり、基板：
５０の表面にアルミ膜を形成する。スパッタ成膜室：７
には図示しないＡrガス供給源、真空排気系があり室内
を１０~⁶から１０~⁷Ｐaの真空に排気できる。Ａrガスを
供給し、例えば０．５Ｐaの圧力にして、スパッタ成膜
する。

【００３２】レジスト形成室：８は図３に示すように吸
着ステージ：２０があり搬送室２：３´よりロボットア
ームにより搬送し、基板：５０をこの上に置くようにな
っている。吸着ステージ：２０には静電吸着機構（図示
せず）が組込まれており、静電吸着電源：２２より電圧
を印加することで、基板：５０をステージ面に吸着す
る。また吸着ステージ：２０には冷凍機：２１から−５
０℃から＋５０℃の冷媒が供給できるようになってお
り、吸着された基板：５０とステージ：２０との間には
Ｈe供給源：２３からＨeガスを供給し、８Ｐaから１０
Ｐaの設定圧力になるよう制御し、基板の温度が吸着ス
テージ：２０とほぼ同じ温度になるようにしている。吸
着ステージ：２０の対向面には石英窓：２５があり、そ
の外に紫外線ランプ：２６が組込まれている。

【００３３】またレジスト形成室：８内にはガス供給リ
ング：２４があり、ガス供給口：２８からレジスト形成
ガスを供給する。さらにレジスト形成室：８内は排気
口：２９により真空に排気されている。上部にはレーザ
干渉膜厚測定機：２７があり、レジスト膜形成時にその
膜厚を実測できるようになっている。

【００３４】基板温度制御室：９にはレジスト形成室：
８と同様な吸着ステージ（図示せず）が設けられてい
る。ここでは吸着ステージの温度を常温に設定してお
り、レジスト形成室：８で冷却された基板：５０の温度
を常温に戻している。

【００３５】防振室：１０は図４に示すように受け渡し
室：３０、ステージ：３１、上下機構：３２、ベロー
ズ：３３、エアバネ：３４からなっている。受け渡し
室：３０とゲートバルブ：５の間はベローズ：３３で接
続され、エアバネ：３４ベローズが縮むのを支えてお
り、振動が伝わらないようになっている。受け渡し室：
３１内には上下機構：３２により上下に動くステージ：
３１があり、搬送室３：３´´のロボットアーム（図示
せず）により基板：５０をこの上に搬送して載せる構成
となっている。ステージ：３１上の基板：５０はＥＢ露
光室：１１側のロボットアーム（図示せず）によりＥＢ
露光室：１１の側に搬送される。

【００３６】ＥＢ露光室：１１は通常の電子ビーム露光
装置と同様の構成である。

【００３７】現像室：１２は図５に示すようにレジスト
形成室：８と同様な吸着ステージ：４４が設けられてい
る。その対向面には１３．５６ＭHZの高周波電源：４１
を接続したカソード電極：４０があり、吸着ステージ：
４４はアースに接続してある。また処理ガス供給口：４
２、排気口：４３が設けられており、１００Ｐaから１
Ｐaの圧力で放電処理ができるようになっている。

【００３８】エッチング室：１３は現像室：１２と同様
な構成である。またレジスト除去室：１４は通常の平行
平板電極構成のプラズマ処理室構成であり、基板：５０
を載せる側には加熱機構（図示せず）が組込まれてお
り、基板：５０を加熱してレジスト除去処理ができるよ
うになっている。アンロード室：４はロード室：１と同
様な構成である。搬送室４：３´´´から基板：５０を
取り出し、アンロード室：４の圧力を大気圧に戻し、ゲ
ートバルブ：１６を開き取り出す。

【００３９】（２）処理方法例その１以上本発明装置の構成について説明したが、次に本装置
による処理方法について図６により説明する。

【００４０】基板：５０をロード室：１、真空分離室
１：２、搬送室１：３を経てクリーニング室：６の電極
（図示せず）上にセットし、Ａrイオンによるスパッタ
エッチングにより基板：５０の表面に形成された酸化膜
や吸着した水分等のガスを除去する。次に、基板：５０
を搬送室１：３、を経てスパッタ室：７にセットし、ス
パッタ成膜により、基板：５０の表面にアルミ膜：５１
を形成する。

【００４１】更に、基板：５０を搬送室１：３、真空分
離室２：２´、搬送室２：３´を経てレジスト形成室：
８にセットする。

【００４２】

【化１】

【００４３】化１で示されるテトラフルオロジシランを
図示しないガス供給源よりガス状にして供給し、ガス供
給リング：２４よりレジスト形成室：８内に吹き出し、
１００Ｐaの圧力になるようにする。基板：５０は吸着
ステージ：２０に吸着され、ステージ：２０と基板：５
０との間に供給されたＨeによる熱伝導で基板：５０の
温度はステージ：２０と同じ温度に冷却される。吸着ス
テージ：２０はテトラフルオロジシランガスを効率よく
吸着させるため−４０℃に設定している。レジスト形成
室：８の吸着ステージ：２０以外の部分は常温（２０
℃）に設定されており、テトラフルオロジシランガスが
吸着しないようにしてある。

【００４４】１０秒で基板：５０上に２００nmのテトラ
フルオロジシラン膜を形成し、紫外線ランプ：２６より
Ｓi−Ｈ結合より大きなエネルギを有し、Ｓi−Ｓi結合
よりエネルギの低い波長の紫外線をフィルタにより選択
的に透過させ、基板：５０上に吸着したフルオロシラン
ガスに照射する。テトラフルオロジシランガスはＳi−
Ｈ結合が切れ、ＨはＨ₂となり気化し除去され、Ｓi同士
が結合して直鎖状ポリマを形成する。この作業を５回繰
り返し１０００nm厚のレジスト膜：５２を形成する。こ
のように膜：５２の形成を分割して進めるのは紫外線の
照射により発生する水素ガスの除去を効率良く行い、直
鎖状ポリマの形成を進めるためである。またこのとき、
膜：５２の膜厚はレーザ干渉膜厚測定器：２７により測
定し、膜厚のばらつきが発生しないように制御する。

【００４５】レジスト膜：５２の形成完了後、基板：５
０を搬送室２：３´を経て基板温度制御室：９にセット
する。基板温度制御室：９の吸着ステージは常温（２０
℃）に設定されており、これに基板：５０を吸着させ、
基板：５０の温度を常温にする。基板：５０の表面に吸
着したテトラフルオロジシランは直鎖状ポリマとなって
いるため、蒸気圧が低下し常温でも膜を形成する。

【００４６】この基板：５０を、搬送室２：３´、搬送
室３：３´´、防振室：１０を経てＥＢ露光室：１１に
セットする。電子ビームで露光すると電子ビームの当た
った部分は、直鎖状ポリマを形成したＳi−Ｓi結合が切
れるため、ＳiＦ₂となり気化し、レジスト膜：５２のマ
スク：５３マスクが形成される。

【００４７】マスク：５３を形成した基板：５０をエッ
チング室：１３に搬送し、ＢＣｌ₃ガスとＣｌ₂ガスの混
合ガスでプラズマエッチングをし、アルミ膜：５１をレ
ジストマスク通りにエッチングする。レジスト除去室：
１４では、ＣＦ₄ガスによりテトラフルオロジシランの
直鎖状ポリマをエッチングにより除去する。アルミ膜：
５１はＣＦ₄ガスではエッチングされないためマスク：
５３だけが選択的に除去される。これをアンロード室：
４より取り出し配線膜形成作業が完了する。

【００４８】（３）処理方法例その２その他の処理方法について図７により説明する。

【００４９】第１の実施例の他の処理方法であって、レ
ジスト膜を２層で形成する場合に付いて示す。装置構成
の変った点は、スパッタ成膜室：７でアルミ膜：５１に
代わりタングステン膜：５４を形成する点である。その
ためにターゲットをアルミからタングステンに変更して
いる。

【００５０】本処理方法例の処理方法例その１との相違
点について主に説明する。

【００５１】基板：５０を処理方法例その１と同様にロ
ード室：１から搬入し、クリーニング処理をした後スパ
ッタ成膜室：７にセットする。ここでタングステン膜：
５４を形成する。次にレジスト形成室：８に基板：５０
をセットして処理方法例その１と同様に冷却し、ガス供
給リング：２４より紫外線硬化する有機材料モノマ（ジ
シクロペンタジエンジアクリレート等）をガス状にして
供給し、タングステン膜：５４を形成した基板：５０の
表面に吸着させ、第１層目の膜：５５を形成する。この
第１層目の膜：５５を１５００nmの厚さに形成させた
後、紫外線ランプ：２６より紫外線を照射し第１層目の
膜：５５を硬化させる。

【００５２】次に処理方法例その１と同じテトラフルオ
ロジシランをガス状にしてガス供給リングから供給し、
２００nmの厚さの第２層目のレジスト膜：５６を吸着に
より形成し、紫外線の照射によりポリマ化を促進する。
基板温度制御室：９で基板：５０の温度を常温に戻した
後、基板：５０をＥＢ露光室：１１に搬送し、電子ビー
ム露光により露光する。電子ビームの当たった部分は、
直鎖状ポリマを形成したＳi−Ｓi結合が切れるため、Ｓ
iＦ₂となり気化し、マスクパターン：５６´が形成され
る。

【００５３】次に現像室：１２に搬送し、酸素ガスプラ
ズマによるリアクティブイオンエッチングにより処理す
る。テトラフルオロジシランのポリマは酸素ガスプラズ
マと反応し酸化シリコンを形成しエッチングが進まなく
なる。これに対し電子ビーム露光によりテトラフルオロ
ジシランの第２層目のレジスト膜：５６が除去された部
分では、有機材料の第１層目の膜：５５が露出している
ため、酸素ガスプラズマによりエッチングが進行する。
これにより第２層目のレジスト膜：５６のマスクパター
ン：５６´通りに第１層目の膜：５５がエッチングさ
れ、タングステン膜：５４のエッチングに必要な膜厚の
マスクを形成することができる。また電子ビーム露光に
よるテトラフルオロジシランの除去が不十分な場合、四
フッ化エチレンガスプラズマにより短時間エッチング
し、除去不十分な部分を取り除くことにより高精度なマ
スク形成を行うことができる。

【００５４】第１層目の膜：５５によるマスク：５５´
の形成を完了した後、基板：５０をエッチング室：１３
に搬送し、六フッ化硫黄ガスプラズマによるリアクティ
ブイオンエッチングでエッチング処理する。タングステ
ン膜：５４はフッ化タングステンとなり、気化してエッ
チングが進行し、マスク：５５´の通りのパターンを有
するタングステン膜：５４が形成される。マスク：５５
´上のテトラフルオロジシラン膜：５６´は、タングス
テン膜：５４のエッチング中に六フッ化硫黄ガスプラズ
マによりエッチングされ、タングステン膜：５４のエッ
チング完了時には全て除去されている。

【００５５】レジスト除去室：１４に基板：５０を搬送
し、酸素ガスプラズマによるアッシング処理により有機
材料膜を除去し目的のタングステン膜だけのパターンに
した後、アンロード室：４より基板：５０を搬出し、処
理を完了する。

【００５６】また本処理例では、有機材料膜：５５を基
板：５０に吸着させた後、すぐに紫外線を照射して硬化
させているが、より高精度な露光をするためには表面の
平坦化が必要である。そのためには有機材料膜：５５を
吸着後、基板：５０の温度を有機材料膜：５５が軟化す
る温度まで高め、これにより有機材料膜：５５を流動化
させて表面を平坦化した後、紫外線を照射して硬化さ
せ、平坦な有機材料膜：５５を形成する。第２層目のレ
ジスト膜：５６はこの平坦な膜の上に形成されるため露
光時の焦点深度の影響を受けにくくなり、高精度なマス
ク５５´および５６´が形成される。

【００５７】またさらに、表面のパターン粗密の影響な
しに有機材料膜：５５の表面を平坦化する場合の方法を
図８に示す。上記処理方法例で示した方法で有機材料
膜：５５を基板：５０上に吸着形成し、基板温度制御
室：９内で平坦な石英板：５７を押しつける。吸着ステ
ージの温度を有機材料膜：５５が軟化する温度まで高
め、有機材料膜：５５が軟化して石英板：５７にならっ
た状態で紫外線を照射して有機材料膜：５５を硬化さ
せ、有機材料膜：５５の表面を平坦に形成する。静電吸
着した吸着ステージを凸状に反らせることで、石英板：
５７と基板：５０とを互いに引き離す。その後の処理方
法は処理方法例その２と同じである。

【００５８】（４）処理方法例その３

【００５９】

【化２】

【００６０】ここで、Ｐh はフェニル基を示す。

【００６１】本処理方法例では露光によりレジスト材料
が架橋反応し、エッチング速度の差が生じることを用い
てマスクパターンを形成する方法について説明する。レ
ジスト材料としては化２で示すジフェニルシランを用い
る。

【００６２】本処理方法例の処理方法例その２と相違す
る点について、説明する。

【００６３】まず処理方法例その２と同様に基板を冷却
し、ガス供給リング：２４より紫外線硬化する有機材料
モノマをガス状にして供給し、タングステン膜を形成し
た基板上に吸着させる。１５００nmの膜厚に形成した
後、紫外線ランプ：２６より紫外線を照射して硬化させ
る。ジフェニルシランをガス状にしてガス供給リングか
ら供給し、２００nmの膜を吸着により形成し、紫外線の
照射によりＳi−Ｈの結合を切り、直鎖状ポリマ化を促
進する。基板温度制御室：９で基板の温度を常温に戻し
た後基板をＥＢ露光室：１１に搬送し、電子ビーム露光
により露光する。電子ビームの当たった部分は、Ｓi−
Ｐhの結合が切れＳi−Ｓiの結合が広がり３次元架橋し
た状態となる。

【００６４】次に現像室：１２に搬送し、四フッ化エチ
レンガスプラズマによるリアクティブイオンエッチング
により処理する。未露光部分は架橋反応が進んでいない
ためエッチング速度が早く、露光部分は架橋反応が進む
ためエッチング速度が遅くなる。そのため露光部分が残
り、レジストマスクが形成される。

【００６５】次にガスを酸素ガスに切り替え、酸素ガス
プラズマによるリアクティブイオンエッチングにより処
理する。四フッ化エチレンガスプラズマによるリアクテ
ィブイオンエッチングにより形成されたレジストマスク
はシリコン系のポリマで形成されているため、酸素ガス
プラズマと反応し酸化シリコンを形成しエッチングが進
まなくなる。これに対し、有機材料の膜が露出している
部分では、酸素ガスプラズマによりエッチングが進行す
る。これによりレジストマスク通りに有機材料膜がエッ
チングされ、タングステン膜のエッチングに必要な膜厚
のマスクを形成することができる。この後の処理は、処
理方法例その２と同じであるので省略する。

【００６６】以上の第１の実施例においては、露光方法
として電子ビーム露光を中心に説明してきたが、露光方
法はこれに限定されるものではなく、光によるステッパ
のような露光、レーザなどによる光ビーム露光、等を用
いることができることは明かである。

【００６７】また、上記第１の実施例では、成膜として
スパッタ法を適用した例について述べたが、蒸着法、ク
ラスタイオンビーム法等従来知られている成膜方法が全
て適用できることは言うまでもない。またエッチング方
法に関してもすべてのドライエッチング法が適用でき
る。また重合反応を起こすエネルギビームとして紫外線
を中心に説明したが、これに限定されるものではなく、
反応を起こさせるものであれば電子ビームやイオンビー
ムなどのものであっても良い。

【００６８】〔Ｉ〕第２の実施例次に、本発明の第２の実施例を図９〜１５を用いて説明
する。

【００６９】〈第２の実施例の１〉（１）装置構成例：図９は、本発明の第２の実施例にお
けるパターン形成装置の全体構成を示す平面概略図で、
本発明の第１〜第４の目的を実現することのできる装置
構成例であり、以下、この図にしたがって、説明する。

【００７０】中央に搬送室：１０１があり、その周囲に
ロードロック室：１０４、成膜室Ａ：１０５、成膜室
Ｂ：１０６、ガス吸着露光室：１０７、エッチング室：
１０８、加熱脱ガス室：１０９が設けられている。各室
間はゲートバルブ：１０３ａにより仕切られており、搬
送室：１０１にはセンタアーム式の基板搬送用ロボット
アーム：１０２が設置され、各室間の基板搬送が出来る
ようになっている。ロードロック室：１０４には大気側
にもゲートバルブ：１０３ｂが設けられており、大気中
と真空中の搬送室間の基板の出し入れをすることが出来
るようになっている。また、ロードロック室：１０４に
は、基板を保持するステージ：１１０、図示しない排気
系、図示しないガスパージ系が設けられている。

【００７１】以下、各処理室の構成と機能について更に
図１０〜図１４を用いて詳述する。図１０に成膜室Ａ：
１０５の断面構成例を示す。成膜室Ａ：１０５には図示
しない排気系に接続した排気口：１２０、図示しないガ
ス供給源に接続したガス供給口：１２１、図示しない加
熱機構を組み込んだステージ：１２２、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電源：１２４に接続された電極：１２３が設
けられている。高周波電源：１２４より高周波電力を供
給することでステージ：１２２と電極：１２３の間に放
電プラズマを発生することが出来る構成になっている。
この成膜室Ａ：１０５は、ガス供給口：１２１から所定
のガスを導入することにより、プラズマＣＶＤ処理によ
り成膜できる構成を有しているが、その他の構成、例え
ば所定のターゲット（絶縁物を成膜するのであれば石英
など）を用いるスパッタ成膜室として構成することもで
きる。

【００７２】図１２に成膜室Ｂ：１０６の断面構成例を
示す。成膜室Ｂ：１０６には図示しない排気系に接続し
た排気口：１３０、図示しないガス供給源に接続したガ
ス供給口：１３１、図示しない加熱機構を組み込んだス
テージ：１３２が設けられている。この成膜室Ｂ：１０
６も、ガス供給口：１３１から所定のガスを導入するこ
とにより、ＣＶＤ処理により成膜できる構成を有してい
るが、その他の構成、例えば所定のターゲット（導体を
成膜するのであれば金属）を用いるスパッタ成膜室とし
て構成することもできる。

【００７３】図１２にガス吸着露光室：１０７の断面構
成例を示す。このガス吸着露光室：１０７は、ステー
ジ：１４２に搭載された被処理基板上にガス供給口：１
４１から供給されたガス供給系を氷結して皮膜を形成す
る機能と、この皮膜に電子ビームを露光してマスクパタ
ーンを形成する機能を有している。すなわち、ガス吸着
露光室：１０７には、図示しない排気系に接続した排気
口：１４０、図示しないガス供給源に接続したガス供給
口：１４１、図示しない位置合わせ機構、冷却機構、を
組み込んだステージ：１４２が設けられており、このス
テージ：１４２には図示しない冷凍機よりベローズ：１
４３を通して冷媒が供給される。ステージ：１４２の上
方には差動排気室：１４４があり、開口：１４５により
ガス吸着露光室：１０７に接続されている。差動排気
室：１４４は、図示しない排気系により排気され、ガス
吸着露光室：１０７のガスが、差動排気室：１４４に接
続された電子ビーム発生室：１４６に流入しないように
している。電子ビーム発生室：１４６の電子ビーム源
は、電子ビームコントローラ：１４７により電子ビーム
の位置制御できる構成となっている。電子ビームを露光
するに際しては、電子ビームコントローラ：１４７によ
り、所定のパターンを発生し直接描画ができる機能を有
しているが、露光室：１０７内で所定のパターンが形成
された既成のマスクを用いて露光するようにしても良
い。

【００７４】また、ステージ：１４２の上方にはランプ
ヒータ：１４８が設けられており、ステージ表面を加熱
できるようになっている。すなわち、マスクを形成し、
基板（例えばウェハ）を搬出した後、これを点灯して処
理室内壁面の温度を上昇させ、ステージ：１４２等に吸
着されたガスを取り除くために用いるもので、これによ
り壁面からのガス放出を一定化し、処理の安定化を図る
ことができる。

【００７５】図１３にエッチング室：１０８の断面構成
例を示す。エッチング室：１０８には、図示しない排気
系に接続した排気口：１５０、図示しないガス供給源に
接続したガス供給口：１５１、図示しない冷却機構を組
み込んだステージ：１５２、対向電極：１５３が設けら
れている。ステージ：１５２は絶縁材：１５４により絶
縁され、１３．５６ＭHzの高周波電源：１５５が接続さ
れている。対向電極：１５３はアースに接続されてい
る。高周波電源：１５５より高周波電力を供給すること
で、ステージ：１５２と対向電極：１５３の間に放電プ
ラズマを発生することが出来る。このエッチング室：１
０８は、プラズマエッチング処理機能を備えているが、
被処理基板の材質によっては、プラズマ処理をせずに単
にエッチングガスをガス供給口：１５１から導入するだ
けでもよい。

【００７６】図１４に、加熱脱ガス室：１０９の断面構
成例を示す。加熱脱ガス室：１０９には、図示しない排
気系に接続した排気口：１６０、図示しない加熱機構を
組み込んだステージ：１６１が設けられている。この加
熱脱ガス室：１０９は、被処理基板上に形成された氷結
マスクパターンを、エッチング処理後に加熱しガス化し
て系外に除去する機能を有している。

【００７７】（２）マスク形成とそれを用いたパターン
形成方法の例：以上、本発明の第２の実施例における装
置の構成例について説明したが、次に、この装置を用い
た処理方法の例について、図９〜図１５により説明す
る。被処理基板：１７０としては、図１５（ａ）に示す
ように、予めその主面内に半導体装置が形成され、この
基板上に絶縁膜：１７１を介して一層配線：１７２が形
成されたシリコン基板（ウェハ）を使用した。そして、
この例では一層配線：１７２上に、図１５（ｅ）に示す
ように絶縁層：１７３を介して二層配線：１７７を形成
するものである。この二層配線：１７７は、既成の一層
配線：１７２の修正としても利用できる。

【００７８】以下、処理工程にしたがって順次説明す
る。

【００７９】１）被処理基板：１７０の搬入先ず、図９に示すように、ゲートバルブ：１０３ｂより
基板をロードロック室：１０４のステージ：１１０に置
く。ロードロック室内を排気し、搬送室：１０１と同等
の圧力になったところでゲートバルブ：１０３ａを開
き、ロボットアーム：１０２により基板を搬送室：１０
１内に入れる。

【００８０】２）成膜室Ａ：１０５での絶縁膜の形成次に、図９、図１０に示すように、成膜室Ａ：１０５の
ゲートバルブを開き、基板をステージ：１２２にセット
する。搬入した基板表面の構成は、図１５（ａ）に示し
た通りであり、Ｓｉ基板：１７０上に形成した絶縁膜：
１７１上に、一層配線：１７２が形成されている。成膜
室Ａ：１０５では、ゲートバルブを閉めた後、シランガ
スと二酸化窒素ガスをガス供給口：１２１から供給し、
排気口：１２０から排気しながら１０Ｐａの圧力に保
ち、高周波電源：１２４より高周波電力を供給し、成膜
室Ａ：１０５内にプラズマを発生させる。シランガスと
二酸化窒素ガスは、プラズマにより励起され、プラズマ
ＣＶＤにより基板表面で反応し、二酸化シリコンの絶縁
膜：１７３〔図１５（ｂ）に表示〕を形成する。

【００８１】３）ガス吸着露光室：１０７でのマスクパ
ターンの形成次に、図９、図１２に示すように、基板をガス吸着露光
室：１０７に入れ、ステージ：１４２にセットする。基
板とステージの間には、図示しない供給源よりＨｅガス
が供給され、基板とステージ間の熱伝導を良くし、基板
を効率よくステージ温度まで冷却する。ステージ温度は
−30℃に冷却されており、基板もほぼ同じ温度に冷却さ
れる。ガス供給口：１４１より有機シランの一種である
テトラメトキシシラン〔TetramethoxysilaneＳi（ＯＣ
Ｈ₃）₄〕（以下、ＴＭＯＳと略称）ガスと二フッ化キセ
ノン（ＸeＦ₂）ガスを供給する。ＴＭＯＳガスは、融解
温度が−４℃であり、−30℃に冷却された基板表面では
氷結し、皮膜：１７４を形成する〔図１５（ｂ）に表
示〕。二フッ化キセノンガスは、常温で４Torrのガス圧
を有する固体であり、ＴＭＯＳガスと共に基板表面の氷
結した膜の中に吸蔵される。氷結膜の成膜速度は、ガス
供給量に律速され、３０秒ほどで２μｍの膜厚に成膜で
きる。ガスの供給を停止し、排気口：１４０より排気し
ガス吸着露光室：１０７の圧力を１０~⁴Ｐaにする。基
板の位置を、図示しない位置合わせ機構により所定の位
置に位置合わせし、電子ビーム発生室：１４６の電子ビ
ーム源より電子ビームを発生し、電子ビームコントロー
ラ：１４７により設定された任意パターンに、電子ビー
ムを露光するよう制御する。

【００８２】電子ビームを照射されたＴＭＯＳ、二フッ
化キセノンの氷結膜：１７４では、二フッ化キセノンが
電子ビームにより励起され、キセノンとフッ素に分解す
る。発生したフッ素は、ＴＭＯＳと反応し、ＴＭＯＳを
ＳｉＦ₄、ＣＯ、ＨＦ等に分解する。これらの分解物
は、ＴＭＯＳに比べ蒸気圧が高いので、ガス化し排気さ
れ、電子ビームの照射を受けなかった領域が氷結膜のま
ま残り、図１５（ｃ）に示すように、任意パターンのマ
スク：１７５が形成される。なお、露光光源としては、
前述したように、電子ビームの代わりに、紫外線等その
他のエネルギビームを使用しても良いことは云うまでも
ない。

【００８３】４）エッチング室：１０８での氷結マスク
を用いた低温プラズマエッチング図９、図１３に示すように、氷結マスク：１７５の形成
された基板を、温度が上がらないように数秒の内にエッ
チング室：１０８に移し、冷却したステージ：１５２に
セットする。図示しないガス供給系より、Ｈｅガスを基
板とステージの間に供給し、基板を−30℃に冷却する。
ガス供給口：１５１よりＣＦ₄ガスを供給し、排気口：
１５０より排気しながら１０Ｐaの圧力に保ち、高周波
電源：１５５より高周波電力をステージ：１５２に供給
し、プラズマを発生させる。これにより氷結膜マスク：
１７５をマスクとし、プラズマエッチングにより、絶縁
膜：１７３にこの後の工程で形成する二層配線との接続
用の開口部を設ける〔図７（ｄ）参照〕。

【００８４】５）加熱脱ガス室：１０９での氷結マスク
の除去図９、図１４に示すように、エッチング後、基板を加熱
脱ガス室：１０９に入れ、加熱されたステージ：１６１
により数十度に加熱する。氷結マスクを形成しているＴ
ＭＯＳと二フッ化キセノンは、この加熱により気化する
ため、氷結マスク：１７５は容易に除去できる〔図１５
（ｄ）参照〕。

【００８５】６）成膜室Ｂ：１０６での導体膜の形成次に、図９、図１１に示すように、基板を成膜室Ｂ：１
０６に搬送し、ステージ：１３２にセットする。ステー
ジの図示しない加熱機構により基板を３００℃に加熱
し、ガス供給口１３１よりＷＦ₆を供給しながら排気
口：１３０より排気して１０Ｐaに保ち、基板上にＣＶ
Ｄにより図１５（ｄ）に示すように、導体膜としてＷ
膜：１７６を形成する。

【００８６】７）導体膜のパターンニングこの基板をガス吸着露光室：１０７に搬送し、先に説明
したマスク形成方法と同じ方法で所定の回路パターンの
氷結マスク：１７５を形成し、次に基板をエッチング
室：１０８に搬送し、ＳＦ₆ガスによりＷ膜：１７６を
プラズマエッチングにより選択的にエッチングして、図
１５（ｅ）に示すように二層配線膜：１７７を形成す
る。この後の氷結マスクの除去は、上記５）の加熱脱ガ
ス室：１０９での処理と同様に行なう。このようにし
て、図１５（ｅ）に示すように、層間絶縁膜：１７３を
介して二層配線膜：１７７を形成したが、これら絶縁
膜、導体膜の形成とそれぞれのパターニング用マスクの
形成とを、必要に応じて繰り返すことにより、多層配線
構造体を、半導体基板上に形成することができる。

【００８７】以上説明したように、本方法によれば、大
気中でのレジスト塗布作業に相当するマスク形成作業が
真空中で出来るため、パターン形成の一連の作業が、真
空中で連続処理でき、生産工程を低減できる。また、従
来の特開昭63−164240号公報記載の技術に比べ、成膜方
法に関する制約がなく、半導体装置に必要な膜特性が得
られるスパッタ、ＣＶＤなどが使えるため、半導体装置
の信頼性を高めることが出来る。本実施例では、スパッ
タ、ＣＶＤ法を適用した例について述べたが、蒸着法、
クラスタイオンビーム法等従来知られている成膜方法が
全て適用できることは言うまでもない。またエッチング
方法に関しても、マスクを維持できる温度で処理可能な
方法であれば、全て適用できる。

【００８８】本第２の実施例では、マスク用のガスとし
てＴＭＯＳ、二フッ化キセノンを用いた場合について説
明したが、ガスとして供給でき、ガス供給系と基板の温
度差により基板表面には固体として析出し、酸化還元に
より蒸気圧の高い物質に変わるものであればどのような
物質でもかまわない。また、酸化還元用のガスに関して
も、同様に供給でき外部からのエネルギ（光、電子ビー
ム、イオンビーム等）供給により分解し酸化還元作用を
持つ物質であればよい。従って基板設定温度も以上述べ
たマスク用ガス物質がガスとして供給でき、基板表面で
析出する温度であれば良く、本実施例の温度に限定され
るものではない。

【００８９】また、マスク用ガスとして２種類のガスを
混合して用いる実施例について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなくガスとして供給でき、ガス
供給系と基板の温度差により基板表面には固体として析
出し、外部からのエネルギ（光、電子ビーム、イオンビ
ーム等）供給により蒸気圧が高い物質に変化するもので
あれば１種類のガスでも良い。また、２種類以上のガス
を混合することによりそれぞれのガスの連鎖反応により
同様の効果を発生するものであれば、混合するガスの数
は限定されるものでないことは明かである。

【００９０】〈第２の実施例の２〉上記第２の実施例の
１では、試料基板として予めその主面内に半導体装置が
形成され、この基板上に絶縁膜：１７１を介して一層配
線：１７２が形成されたシリコン基板（ウェハ）を使用
したが、ここでは絶縁膜：１７１の形成から一層配線：
１７２までも第２の実施例の１と同様の手法で、成膜工
程、マスク形成工程、このマスクを使用した成膜の選択
エッチングによるパターン形成を繰返して図１５（ｅ）
と同様の二層配線膜を形成した。

【００９１】〈第２の実施例の３〉この例は、試料基板
をガラス基板からなる透明絶縁基板とし、この上に予め
周知の工程で透明導電膜を形成したものを使用し、これ
を用いて液晶表示アクティブマトリックスを形成するも
のである。

【００９２】先ず、第２の実施例の１と同様のガス吸着
露光室：１０７にて、所定のゲート電極と画素電極の氷
結マスクパターンを形成する。次いで、このマスクを用
いてエッチング室：１０８で選択エッチングし、ゲート
電極と画素電極パターンを形成する。

【００９３】次に、成膜室Ｂ：１０６で水素含有の非晶
質シリコン膜を形成し、同様に、氷結マスクの形成と選
択エッチングを行ない、非晶質シリコン半導体パターン
を形成する。

【００９４】次に、ソース・ドレーン電極形成用の導体
膜を形成し、同様に、これら電極形成用の氷結マスクを
形成する。このマスクを用いてソース・ドレーン電極を
形成することにより、トランジスタマトリックスを形成
し、液晶表示アクティブマトリックスとする。

【００９５】

【発明の効果】本発明によれば、塗布工程を必要としな
い新規なマスク形成方法を実現できるので、従来のマス
クパターンを使用する際の問題点であった処理基板を真
空中と大気中の両方で処理しなければならないこと、連
続処理が困難なこと、及びレジストの塗布、除去の工程
が独立に必要なこと、等が何れも解消されて生産コスト
の大幅な低減が得られた。

【００９６】更に、本発明によれば、真空中での連続処
理が出来ると同時に、半導体装置や液晶表示装置に必要
な高品質の膜形成が実現できるので、半導体装置や液晶
表示装置製造の生産性向上、信頼性向上が図れる共に、
半導体装置や液晶表示装置製造の歩留まり向上が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による装置構成を示す平
面図。

【図２】本発明の第１の実施例における真空分離室の構
成を示す断面図。

【図３】本発明の第１の実施例におけるレジスト形成室
の構成を示す断面図。

【図４】本発明の第１の実施例における防振室の構成を
示す断面図。

【図５】本発明の第１の実施例における現像室の構成を
示す断面図。

【図６】本発明の第１の実施例における処理方法例その
１を示す工程図。

【図７】本発明の第１の実施例における処理方法例その
２を示す工程図。

【図８】本発明の第１の実施例における平坦なレジスト
膜面を形成する方法を示す工程図。

【図９】本発明の第２の実施例のマスク及びパターン形
成用装置の概略構成を示す平面図。

【図１０】同じく図９における成膜室Ａの断面図。

【図１１】同じく図９における成膜室Ｂの断面図。

【図１２】同じく図９におけるガス吸着露光室の断面
図。

【図１３】同じく図９におけるエッチング室の断面図。

【図１４】同じく図９における加熱脱ガス室の断面図。

【図１５】同じく本発明の第２の実施例における処理手
順を示した工程図。

【符号の説明】

１…ロード室２…真空分離室３
…搬送室４…アンロード室５…ゲートバルブ６
…クリーニング室７…スパッタ成膜室８…レジスト形成室９
…基板温度制御室１０…防振室１１…ＥＢ露光室１
２…現像室１３…エッチング室１４…レジスト除去室２
０…吸着ステージ２４…ガス供給口２５…紫外線ランプ１
０１…搬送室１０２…ロボットアーム１０３…ゲートバルブ１
０４…ロードロック室１０５…成膜室Ａ１０６…成膜室Ｂ１
０７…ガス吸着露光室１０８…エッチング室１０９…加熱脱ガス室１
７０…Ｓi基板１７１…絶縁膜１７２…一層配線１
７３…絶縁膜１７４…氷結膜１７５…氷結マスク１
７６…導体膜（Ｗ膜）１７７…二層配線膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平岩知子神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の上に膜を形成する手段、膜の上にマ
スクを形成する手段、マスクに合わせて基板上に形成し
た膜をエッチングする手段、を有し、これらが減圧した
条件下で連続して行われる装置において、膜形成室とマ
スク形成室の間に、処理ガスの回り込みを防止する手段
を設けたことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】基板の上に膜を形成する手段、膜の上にマ
スクを形成する手段、マスクに合わせて基板上に形成し
た膜をエッチングする手段、を有し、これらが減圧した
条件下で連続して行われる装置において、露光室とその
他の処理室の間に防震機構を設けたことを特徴とするパ
ターン形成装置。
【請求項３】基板の上に膜を形成する手段、膜の上にマ
スクを形成する手段、マスクに合わせて基板上に形成し
た膜をエッチングする手段、マスクを除去する手段を有
し、これらが減圧した条件下で、連続して行われること
を特徴とするパターン形成装置。
【請求項４】基板の上に膜を形成する手段、ガス供給系
と処理基板に温度差を設け、ガス状にして供給したレジ
ストモノマを基板上に吸着させる手段、レジストモノマ
に重合反応を起こさせる手段、露光手段、現像手段、エ
ッチング手段、マスクを除去する手段を有し、これらが
減圧した条件下で連続して行われることを特徴とするパ
ターン形成装置。
【請求項５】レジストモノマに重合反応を起こさせる手
段が紫外線照射であり、露光する手段が電子ビームであ
ることを特徴とする特許請求範囲第４項記載のパターン
形成装置。
【請求項６】基板の上に膜を形成する手段、ガス供給系
と処理基板に温度差を設け、エネルギビームにより重合
反応を起こす有機材料をガス状にして供給し基板上に膜
形成させる手段、エネルギビームにより重合反応を起こ
させる手段、ガス状にして供給したレジストモノマを基
板上に吸着させる手段、レジストモノマに重合反応を起
こさせる手段、露光手段、現像手段、エッチング手段、
マスクを除去する手段を有し、これらが減圧した条件下
で連続して行われることを特徴とするパターン形成装
置。
【請求項７】有機材料に重合反応を起こさせるエネルギ
ビームが紫外線であり、レジストモノマに重合反応を起
こさせる手段が紫外線照射であり、露光する手段が電子
ビームであることを特徴とする特許請求範囲第４項記載
のパターン形成装置。
【請求項８】ガス供給系と基板に温度差を設け、エネル
ギレベルの異なるエネルギビームにより重合を含む２種
類以上の化学変化を起こす材料をガス状にして供給し、
温度差を設けた基板上に膜形成し、第１のエネルギビー
ムにより重合反応を起こし、第２のエネルギビームによ
り、マスクを形成することを特徴とするマスク形成方
法。
【請求項９】第１のエネルギビームのエネルギレベル
が、第２のエネルギビームのエネルギレベルより低いこ
とを特徴とする特許請求範囲第８項記載のマスク形成方
法。
【請求項１０】第２のエネルギビームによる化学変化が
分解反応であることを特徴とする特許請求範囲第８項記
載のマスク形成方法。
【請求項１１】第２のエネルギビームによる化学変化が
架橋反応であることを特徴とする特許請求範囲第８項記
載のマスク形成方法。
【請求項１２】第２のエネルギビームによる化学変化が
架橋反応であり、ドライエッチングによりマスクを形成
することを特徴とする特許請求範囲第８項記載のマスク
形成方法。
【請求項１３】成膜、特許請求範囲第８項記載のマスク
製作、エッチング、マスク除去を連続して減圧条件下で
行うことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１４】ガス供給系と基板に温度差を設け、エネ
ルギビームにより重合反応を起こす材料をガス状にして
供給し、温度差を設けた基板上に膜形成し、エネルギビ
ームの照射により重合反応をおこさせ、その上にエネル
ギレベルの異なるエネルギビームにより重合を含む２種
類以上の化学変化を起こす材料をガス状にして供給し、
温度差を設けた基板に膜形成し、第１のエネルギビーム
により重合反応を起こし、第２のエネルギビームによ
り、マスクを形成することを特徴とするマスク形成方
法。
【請求項１５】ガス供給系と基板に温度差を設け、エネ
ルギビームにより重合反応を起こす材料をガス状にして
供給し、温度差を設けた基板上に膜形成し、形成した膜
の表面を平坦化する処理を行い、エネルギビームの照射
により重合反応をおこさせ、その上にエネルギレベルの
異なるエネルギビームにより重合を含む２種類以上の化
学変化を起こす材料をガス状にして供給し、温度差を設
けた基板に膜形成し、第１のエネルギビームにより重合
反応を起こし、第２のエネルギビームにより、マスクを
形成することを特徴とするマスク形成方法。
【請求項１６】ガス供給系と被処理基板に温度差を設け
ることにより、この温度差に基づいてガスから固体物質
皮膜に変化すると共に、エネルギビームの照射により変
質して蒸気圧の高い物質に変化するガス物質を、被処理
基板上に供給する段階と、被処理基板を冷却して基板上
にガス物質が固体化した皮膜を形成する段階と、この皮
膜にエネルギビームを予め定められた所定のパターンに
照射し、照射領域の皮膜を蒸気圧の高い物質に変化せし
めて選択的に処理系外に除去してガス物質が固体化した
マスクパターンを形成する段階とを有して成るマスク形
成方法。
【請求項１７】上記マスク形成の各段階において、被処
理基板をガス物質が少なくとも氷結する温度以下に冷却
保持する段階として成る請求項１６記載のマスク形成方
法。
【請求項１８】上記エネルギビームを電子ビーム、もし
くは光で構成して成る請求項１６記載のマスク形成方
法。
【請求項１９】上記ガス供給系として、エネルギビーム
の照射を受けて酸化物質もしくは還元物質に分解される
と共に、ガス供給系と被処理基板の温度差に基づいてガ
スから固体物質皮膜に変化する第１のガス物質と、前記
第１のガス物質の分解生成物の酸化もしくは還元作用に
より蒸気圧の高い物質に変化する第２のガス物質との混
合物として成る請求項１６記載のマスク形成方法。
【請求項２０】上記第１のガス物質が二フッ化キセノン
ガス及びフッ化臭素ガスの少なくとも１種から、第２の
ガス物質が有機シランガスから成る請求項１９記載のマ
スク形成方法。
【請求項２１】所定の基板上に所定の皮膜を形成する成
膜工程と、前記成膜工程によって形成された皮膜上にマ
スクパターンを形成する工程と、このマスクパターン形
成工程により形成されたマスクを用いて前記皮膜を選択
的にエッチング除去する工程と、前記マスクを除去する
工程とを有して成るパターン形成方法において、前記マ
スクパターン形成工程を請求項１６乃至１９何れか記載
のマスク形成方法で構成して成るパターン形成方法。
【請求項２２】上記成膜工程と、マスクパターン形成工
程と、このマスクパターン形成工程により形成されたマ
スクを用いて皮膜を選択的にエッチング除去する工程
と、マスクを除去する工程とから構成される一連の工程
を、真空系を破ることなく連続的に行なう工程として成
る請求項２１記載のパターン形成方法。
【請求項２３】上記基板を半導体素子の組み込まれた半
導体基板とし、上記成膜工程を絶縁膜、導体膜の何れか
一者、もしくは両者を形成する工程と成して、前記半導
体基板に多層配線構造体を形成する請求項２１もしくは
２２何れか記載のパターン形成方法。
【請求項２４】上記基板を透明絶縁基板とし、上記成膜
工程を少なくともゲート電極形成用導体膜、ゲート絶縁
膜、半導体膜、ソース・ドレーン及び画素電極形成用導
体膜を形成する工程と成し、前記透明絶縁基板に液晶表
示アクティブマトリックスを形成する請求項２１もしく
は２２何れか記載のパターン形成方法。
【請求項２５】ガス供給系と被処理基板に温度差を設け
る手段と、この温度差に基づいてガスから固体物質皮膜
に変化すると共に、エネルギビームの照射により変質し
て蒸気圧の高い物質に変化するガス物質を、被処理基板
上に供給する手段と、被処理基板を冷却して基板上にガ
ス物質が固体化した皮膜を形成する手段と、この皮膜に
エネルギビームを予め定められた所定のパターンに照射
露光し、照射露光領域の皮膜を蒸気圧の高い物質に変化
せしめて選択的に処理系外に除去し、未照射領域に残存
するガス物質の固体化した皮膜をマスクパターンとして
形成する手段とを具備して成るマスク形成装置。
【請求項２６】上記マスク形成の各手段において、被処
理基板をガス物質が少なくとも氷結する温度以下に冷却
保持された試料台上に保持する手段を有して成る請求項
２５記載のマスク形成装置。
【請求項２７】上記エネルギビームを電子ビーム、もし
くは光で構成して成る請求項２５もしくは２６何れか記
載のマスク形成装置。
【請求項２８】所定の基板上に所定の皮膜を形成する成
膜手段と、前記成膜手段によって形成された皮膜上にマ
スクパターンを形成する手段と、このマスクパターン形
成手段により形成されたマスクを用いて前記皮膜を選択
的にエッチング除去する手段と、前記マスクを除去する
手段とを有して成るパターン形成装置において、前記マ
スクパターン形成手段を請求項２５乃至２７何れか記載
のマスク形成装置で構成して成るパターン形成装置。
【請求項２９】上記マスクを除去する手段として、基板
を上記マスクの氷結温度以上に加熱する手段を具備して
成る請求項２８記載のパターン形成装置。
【請求項３０】上記成膜手段と、マスクパターン形成手
段と、このマスクパターン形成手段により形成されたマ
スクを用いて皮膜を選択的にエッチング除去する手段
と、マスクを除去する手段とから構成される一連の手段
を、真空系を破ることなく共通の搬送室を介して連続的
に行なう手段を具備して成る請求項２８もしくは２９記
載のパターン形成装置。
【請求項３１】上記成膜手段として複数の成膜室を備
え、一方をスパッタリングによる成膜室とし、他方をＣ
ＶＤによる成膜室として成る請求項２８乃至３０何れか
記載のパターン形成装置。
【請求項３２】上記皮膜を選択的にエッチング除去する
手段として、プラズマエッチング室、もしくはエッチン
グガス導入によるエッチング室として成る請求項２８乃
至３０何れか記載のパターン形成装置。
【請求項３３】上記マスクパターンを形成する手段とし
てガス吸着露光室を備え、前記ガス吸着露光室は、ガス
供給口と、供給されたガスを基板上に固体物質皮膜とし
て氷結させる冷却手段を備えた試料台と、この皮膜にエ
ネルギビームを予め定められた所定のパターンに照射露
光する手段と、排気系とを具備して成る請求項２８乃至
３２何れか記載のパターン形成装置。