JPH0629968B2 - Pattern formation method - Google Patents
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- JPH0629968B2 JPH0629968B2 JP57017669A JP1766982A JPH0629968B2 JP H0629968 B2 JPH0629968 B2 JP H0629968B2 JP 57017669 A JP57017669 A JP 57017669A JP 1766982 A JP1766982 A JP 1766982A JP H0629968 B2 JPH0629968 B2 JP H0629968B2
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/004—Photosensitive materials
- G03F7/09—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
- G03F7/094—Multilayer resist systems, e.g. planarising layers
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体集積回路を初めとする各種の固体デバ
イスの製法におけるパターン形成法に関する。特に、有
機高分子材料層、中間層、有機高分子レジスト層の３つ
の層を積層したいわゆる３層レジストによりパターン形
成法に関する。The present invention relates to a pattern forming method in a method of manufacturing various solid-state devices including a semiconductor integrated circuit. In particular, it relates to a pattern forming method using a so-called three-layer resist in which three layers of an organic polymer material layer, an intermediate layer and an organic polymer resist layer are laminated.
従来から提案されている３層レジストは、中間層として
酸化シリコン、窒化ボロン、窒化シリコンあるいは各種
の酸化物ガラスの薄膜を用いて構成されていた。そのた
め以下のような欠点を有するものであつた。すなわちこ
れらの薄膜を基板、この場合は第１層有機高分子材料層
上に均一に薄く、且つピンホール等の欠点を含まず形成
するには基板温度を一定温度以上に保つて形成する必要
があり、例えば酸化シリコン(SiO2)の薄膜をいわゆるプ
ラズマCVD法で形成する場合には、基板温度は最低200℃
にする必要がある。このことは中間層形成時の第１層有
機高分子材料層の熱変形や分解を避けるために、中間層
形成前に200℃以上の温度で第１層有機高分子材料層を
熱処理しなければならないことを意味し、第１層有機高
分子材料層の材料選択の枠をせばめると共に、パターン
形成の最終工程での第１層有機高分子材料層の剥離処理
を困難にするという問題があつた。Conventionally proposed three-layer resists are constituted by using a thin film of silicon oxide, boron nitride, silicon nitride or various oxide glasses as an intermediate layer. Therefore, it has the following drawbacks. That is, in order to form these thin films uniformly and thinly on the substrate, in this case, the first organic polymer material layer, without forming defects such as pinholes, it is necessary to keep the substrate temperature at a certain temperature or higher. Yes, for example, when forming a thin film of silicon oxide (SiO 2 ) by the so-called plasma CVD method, the substrate temperature is at least 200 ° C.
Need to This means that in order to avoid thermal deformation and decomposition of the first organic polymer material layer during formation of the intermediate layer, the first organic polymer material layer must be heat-treated at a temperature of 200 ° C. or higher before forming the intermediate layer. It means that it does not occur, and there is a problem that the frame for selecting the material of the first organic polymer material layer is limited and the peeling process of the first organic polymer material layer in the final step of pattern formation becomes difficult. It was
光学的にはこれらの従来の中間層材料の薄膜は例えば現
在ホトリングラフイの工程で最も多用されている水銀ラ
ンプからの放射光である波長436nmあるいは405nmの光に
対してはほとんど透明であり、したがつて被加工基板表
面からの反射光の影響を軽減できず、３層構成レジスト
の重要な利点の１つを発揮できないものであつた。電気
的にはこれらの中間層材料は絶縁体であり、したがつて
電子線露光に適用した場合は帯電を生じ、良好な電子線
描画を行うにあたり問題となるものであつた。Optically, these conventional thin films of the intermediate layer material are almost transparent to the light of the wavelength of 436 nm or 405 nm which is the light emitted from the mercury lamp which is most frequently used in the photolithography process, for example. Therefore, the influence of reflected light from the surface of the substrate to be processed cannot be reduced, and one of the important advantages of the three-layer resist cannot be exhibited. Electrically, these intermediate layer materials are insulators, and accordingly, when they are applied to electron beam exposure, they cause electrification, which is a problem in performing good electron beam drawing.
また、これらの中間層材料の薄膜の形成速度は一般に比
較的低く、プロセスのスループツト上の問題点を有して
いた。更にはパターン形成した上部レジスト層をエツチ
ングマスクとして中間層を反応性イオンエツチングの手
法で選択的にエツチングする際のエツチレートは比較的
低く、上部レジスト層とのエツチング選択比も充分でな
い場合が多く、このことは上部レジスト層を充分に薄く
できないことにつながら、結局は充分な解像度が得られ
ないという問題点があつた。In addition, the formation rate of thin films of these intermediate layer materials is generally relatively low, and there is a problem in the process throughput. Furthermore, the etching rate at the time of selectively etching the intermediate layer by the method of reactive ion etching using the patterned upper resist layer as an etching mask is relatively low, and the etching selection ratio with the upper resist layer is often insufficient, This means that the upper resist layer cannot be made sufficiently thin, but in the end, sufficient resolution cannot be obtained.
本発明の目的は、従来の３層レジストの構成における中
間層材料に起因するこれらの欠点を全面的に除去した中
間層材料を提供し、それによつてパターン形成法を改良
するにある。It is an object of the present invention to provide an intermediate layer material which completely eliminates these defects due to the intermediate layer material in the conventional three-layer resist construction, and thereby to improve the patterning method.
すなわち本発明を概説すれば、本発明は、被加工基板の
主面上に、有機高分子材料層、中間層、レジスト層の３
つの層を順次積層し、次に所望のパターンでの露光及び
現像処理により所望のパターンを該レジスト層に形成
し、次に上記パターン形成されたレジスト層をエツチン
グマスクとして中間層を選択的にエツチング除去するこ
とにより該中間層に所望のパターンを形成し、次に上記
パターン形成された中間層をエツチングマスクとして有
機高分子材料層を選択的にエツチング除去する工程から
なるパターン形成法において、上記中間層がカルコゲナ
イドガラス材であることを特徴とするパターン形成法に
関する。That is, when the present invention is outlined, the present invention provides three layers of an organic polymer material layer, an intermediate layer, and a resist layer on the main surface of a substrate to be processed.
Two layers are sequentially laminated, and then a desired pattern is formed on the resist layer by exposure and development with a desired pattern, and then the intermediate layer is selectively etched by using the patterned resist layer as an etching mask. Forming a desired pattern on the intermediate layer by removing the intermediate layer, and then using the patterned intermediate layer as an etching mask to selectively etch away the organic polymer material layer. It relates to a pattern forming method, wherein the layer is a chalcogenide glass material.
以下、本発明を添付図面に基づいて具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
添付図面(a)〜(f)は、本発明パターン形成法の基本的工
程を工程順に示す断面概要図である。まず(a)に示すよ
うに最終的に所望のパターンが形成されるべき被加工基
板１の主面上に有機高分子材料層２、カルコゲナイドガ
ラス層３、有機高分子レジスト層４をこの順に積層形成
する。次に(b)に示すように公知の方法により有機高分
子レジスト層４に所望のパターンを形成する。すなわち
近紫外光、紫外光、遠紫外光、電子線、Ｘ線、イオン線
等の露光源を用いて所望のパターンの露光を行い、現像
処理によりレジストパターンを形成する。したがつて本
発明に適用される有機高分子レジスト材料は使用する露
光源に応じて適宜選択すればよい。次に(c)に示すよう
にパターン形成された有機高分子レジスト層をエツチン
グマスクとして、これにより覆われていない部分のカル
コゲナイドガラス材でなる中間層をエツチング除去す
る。これにより中間層としてのカルコゲナイドガラス層
に所望のパターンが転写される。次に(d)に示すよう
に、パターン形成された有機高分子レジスト層及びカル
コゲナイドガラス層をエツチングマスクとしてこれによ
り覆われていない部分の有機高分子材料層をエツチング
除去する。この際のエツチング法は酸素ガスの放電プラ
ズマを用いた反応性イオンエツチングの方法の適用がい
わゆるアンダーカツトを生せず、パターン変換差が無い
点において好適である。なお有機高分子レジスト層もこ
のエツチング過程において完全に除去され、有機高分子
材料層のエツチングマスクとしての機能は実質的に有し
ない。次に(e)に示すようにパターン形成されたカルコ
ゲナイド層と有機高分子材料層の積層膜をエツチングマ
スクとして公知の方法により被加工基板をエツチング加
工し、最後に(f)に示すようにパターン形成されたカル
コゲナイドガラス層及び有機高分子材料層を剥離除去す
れば被加工基板は所望のパターン状にエツチング加工さ
れ、本発明のパターン形成工程が完了する。なお、剥離
処理はカルコゲナイドガラス層と有機高分子材料層とに
分けて順次行うこともできるし、同時に行うこともでき
る。また被加工基板のエツチング処理工程でのカルコゲ
ナイドガラス層に起因する汚染を防止する目的で、被加
工基板のエツチング工程の前にカルコゲナイドガラス層
のみを除去することもできる。The accompanying drawings (a) to (f) are schematic cross-sectional views showing the basic steps of the pattern forming method of the present invention in the order of steps. First, as shown in (a), an organic polymer material layer 2, a chalcogenide glass layer 3, and an organic polymer resist layer 4 are laminated in this order on the main surface of a substrate 1 to be processed into which a desired pattern is finally formed. Form. Next, as shown in (b), a desired pattern is formed on the organic polymer resist layer 4 by a known method. That is, a desired pattern is exposed using an exposure source such as near-ultraviolet light, ultraviolet light, far-ultraviolet light, electron beam, X-ray, and ion beam, and a resist pattern is formed by development processing. Therefore, the organic polymer resist material applied to the present invention may be appropriately selected according to the exposure source used. Next, as shown in (c), the patterned organic polymer resist layer is used as an etching mask to etch away the intermediate layer made of the chalcogenide glass material which is not covered by the organic polymer resist layer. As a result, a desired pattern is transferred to the chalcogenide glass layer as the intermediate layer. Next, as shown in (d), the patterned organic polymer resist layer and the chalcogenide glass layer are used as an etching mask to etch away the portion of the organic polymer material layer which is not covered thereby. The etching method at this time is suitable in that the so-called undercutting does not occur and there is no pattern conversion difference when the reactive ion etching method using discharge plasma of oxygen gas is applied. The organic polymer resist layer is also completely removed in this etching process, and the organic polymer material layer does not substantially function as an etching mask. Next, the substrate to be processed is etched by a known method using a laminated film of a chalcogenide layer and an organic polymer material layer patterned as shown in (e), and finally, as shown in (f), a pattern is formed. When the chalcogenide glass layer and the organic polymer material layer that have been formed are peeled off and removed, the substrate to be processed is etched into a desired pattern, and the pattern forming step of the present invention is completed. Note that the peeling treatment can be performed sequentially on the chalcogenide glass layer and the organic polymer material layer separately, or simultaneously. Further, for the purpose of preventing contamination due to the chalcogenide glass layer in the etching process of the substrate to be processed, only the chalcogenide glass layer can be removed before the etching process of the substrate to be processed.
次に上記各工程について更に詳細に述べる。本発明の要
点である中間層としてのカルコゲナイドガラス層として
は、薄く、均質に、欠陥無く、且つ有機高分子材料層と
接着性良く形成でき、更に良好な品質でエツチングが可
能であり、しかも酸素ガスを用いた反応性イオンエツチ
ングに対して強い耐性を有すればすべて本発明に使用可
能である。例えばSe、S、Te、Ge、Asを主成分として含有す
るカルコゲナイドガラスはすべてこれらの要件を満たす
ものである。特にSeとGeを主成分として含有するカルコ
ゲナイドガラスは上記の要件を充分に満足すると共に、
熱的安定性、保存性も良好であり、取扱いも容易である
ので、本発明に適用するのに好適である。その例として
は、Se95〜70原子％、Ge残部がある。Next, each of the above steps will be described in more detail. The chalcogenide glass layer as the intermediate layer, which is the main point of the present invention, is thin, uniform, and has no defects, and can be formed with good adhesiveness to the organic polymer material layer, and it is possible to etch with good quality, and oxygen Any material having a strong resistance to reactive ion etching using a gas can be used in the present invention. For example, chalcogenide glasses containing Se, S, Te, Ge and As as the main components all satisfy these requirements. In particular, the chalcogenide glass containing Se and Ge as the main components sufficiently satisfies the above requirements,
It is suitable for application to the present invention because it has good thermal stability and storage stability and is easy to handle. Examples are Se 95-70 atomic% and the balance Ge.
かかるカルコゲナイドガラス層の形成は真空蒸着法又は
スパツタリング法のいずれにおいても容易になされる
が、特に接着性が良好な点においてスパツタリング法が
本発明に適用するのに好適である。カルコゲナイドガラ
ス中間層のエツチングはアルカリ性溶液を用いたウエツ
トエツチング法でも容易になされるが、パターン変換差
を生じないという観点からはこの場合も反応性イオンエ
ツチングの方法により行うのが好適である。本発明によ
るSeとGeを主成分として含むカルコゲナイドガラスの薄
膜はフツ素系ガスの放電プラズマを用いた反応性イオン
エツチングの方法によりアンダーカツトなく且つ高速に
エツチングすることが可能であり、本発明に適用するの
に好適である。The formation of such a chalcogenide glass layer can be easily carried out by either the vacuum vapor deposition method or the sputtering method, but the sputtering method is suitable for application to the present invention particularly in terms of good adhesiveness. Etching of the chalcogenide glass intermediate layer can be easily performed by a wet etching method using an alkaline solution, but from the viewpoint of causing no pattern conversion difference, the reactive ion etching method is also preferable in this case. The thin film of chalcogenide glass containing Se and Ge as the main components according to the present invention can be etched at a high speed without undercut by a method of reactive ion etching using discharge plasma of fluorine-based gas, and thus the present invention Suitable to apply.
中間層としてカルコゲナイドガラス材の特性に由来した
以下に述べるような多くの利点がある。カルコゲナイド
ガラスの薄膜は基板温度を低く保つたまま且つ高速の膜
形成が可能であり、これにより前述した従来の３層構成
レジストにおける中間層材料に起因した欠点が除去され
る。またカルコゲナイドガラス薄膜は組成を適当に選択
することにより近紫外光、紫外光に対する光吸収を極め
て大きくできる。例えばSe80 Ge20では波長436nmの光に
対して105cm-1以上の吸収係数を有する。したがつて、
例えばAlのような光反射率の大きい基板上でも基板から
反射光の影響を全く除去することが可能で、高精度のパ
ターン形成が容易である。またカルコゲナイドガラス材
料は一般に半導体領域の電気伝導度を有し、電子線露光
に適用しても帯電の問題が全く生じない。更にフツ素系
ガスを用いた反応性イオンエツチングの方法で高速且つ
パターン変換差の無いエツチングが極めて容易なことも
本発明の優れた利点である。There are many advantages as described below derived from the characteristics of the chalcogenide glass material as the intermediate layer. The chalcogenide glass thin film enables high-speed film formation while keeping the substrate temperature low, thereby eliminating the above-mentioned drawbacks caused by the intermediate layer material in the conventional three-layer resist. Further, the chalcogenide glass thin film can have extremely large light absorption for near-ultraviolet light and ultraviolet light by appropriately selecting the composition. For example, Se 80 Ge 20 has an absorption coefficient of 10 5 cm −1 or more for light with a wavelength of 436 nm. Therefore,
For example, even on a substrate having a large light reflectance such as Al, it is possible to completely eliminate the influence of reflected light from the substrate, and it is easy to form a highly accurate pattern. Further, the chalcogenide glass material generally has electric conductivity in the semiconductor region, and even when it is applied to electron beam exposure, the problem of charging does not occur at all. Another advantage of the present invention is that the reactive ion etching method using a fluorine-based gas makes it extremely easy to perform etching at high speed and with no pattern conversion difference.
実施例 表面に熱酸化膜の層を有するシリコンウエハ上に厚さ0.
8μｍのAlの層を形成した基板上に有機高分子材料層と
して市販のAZ−１３７０レジストを２μｍの厚さにスピ
ナーを用いて形成し、窒素雰囲気中１７０℃の条件で３
０分間熱処理した。次に高周波スパツタリングの方法に
よりSe80 Ge20（原子％）の薄膜を0.2μｍの厚さに形成
した。形成条件は高周波電力９０Ｗ、形成時間３分であ
る。この条件での基板表面温度の上昇は高々１００℃で
あり、有機高分子材料層の変形、変質は一切認められな
かつた。次に市販のOFPR-800レジストを１μｍの厚さに
形成し、縮小投影露光装置を用いた露光、公知の方法に
よる現像により１μｍのラインアンドスペースのパター
ンをOFPR-800レジストに形成した。次にCF4ガス５Pa、
１００Ｗ、１分間、Ｏ２ガス３Pa、１００Ｗ、６０分間
及びSiCl4ガス８Pa、１００Ｗ、１０分間の条件でSe80
G20有機高分子材料層、Al層の反応性イオンエツチング
を順次行い、最後に市販のＪ−１００レジスト剥離液を
用い、残存する有機高分子材料層をSe80 Ge20の層と共
に剥離した。このようにしてAlの１μｍラインアンドス
ペースパターンを形成した。Example Thickness 0. on a silicon wafer with a layer of thermal oxide on the surface.
A commercially available AZ-1370 resist was formed as an organic polymer layer on a substrate having an Al layer of 8 μm to a thickness of 2 μm by using a spinner, and the AZ-1370 resist was formed in a nitrogen atmosphere at 170 ° C. under the condition of 3
Heat treatment was performed for 0 minutes. Next, a thin film of Se 80 Ge 20 (atomic%) was formed to a thickness of 0.2 μm by the method of high frequency sputtering. The formation conditions are high-frequency power of 90 W and formation time of 3 minutes. Under these conditions, the temperature rise of the substrate surface was 100 ° C. at most, and no deformation or alteration of the organic polymer material layer was observed. Next, a commercially available OFPR-800 resist was formed to a thickness of 1 μm, and a line and space pattern of 1 μm was formed on the OFPR-800 resist by exposure using a reduction projection exposure apparatus and development by a known method. Next, CF 4 gas 5Pa,
Se 80 under the conditions of 100 W, 1 minute, O 2 gas 3 Pa, 100 W, 60 minutes and SiCl 4 gas 8 Pa, 100 W, 10 minutes
The G 20 organic polymer material layer and the Al layer were sequentially subjected to reactive ion etching, and finally the commercially available J-100 resist stripping solution was used to strip the remaining organic polymer material layer together with the Se 80 Ge 20 layer. Thus, a 1 μm line and space pattern of Al was formed.
以上詳細に説明したように、本発明は中間層としてカル
コゲナイドガラスの層を適用したことを特徴とする３層
レジストパターンの形成法に関するもので、本発明によ
り従来技術の欠点がすべて除去され、優れたパターン形
成を行うことができる。As described in detail above, the present invention relates to a method for forming a three-layer resist pattern, which is characterized in that a chalcogenide glass layer is applied as an intermediate layer. The present invention eliminates all the drawbacks of the prior art and is excellent. Pattern formation can be performed.
添付図面(a)〜(f)は本発明によるパターン形成法の基本
的工程を工程順に示す断面概要図である。 １：被加工基板、２：有機高分子材料層、３：カルコゲ
ナイドガラス層、４：有機高分子レジスト層The accompanying drawings (a) to (f) are schematic cross-sectional views showing the basic steps of the pattern forming method according to the present invention in the order of steps. 1: substrate to be processed, 2: organic polymer material layer, 3: chalcogenide glass layer, 4: organic polymer resist layer
Claims (3)
層、中間層、レジスト層の３つの層を順次積層し、次に
所望のパターンでの露光及び現像処理により所望のパタ
ーンを該レジスト層に形成し、次に上記パターン形成さ
れたレジスト層をエツチングマスクとして中間層を選択
的にエツチング除去することにより該中間層に所望のパ
ターンを形成し、次に上記パターン形成された中間層を
エツチングマスクとして有機高分子材料層を選択的にエ
ツチング除去する工程からなるパターン形成法におい
て、上記中間層がカルコゲナイドガラス材であることを
特徴とするパターン形成法。1. A three-layer structure including an organic polymer material layer, an intermediate layer and a resist layer is sequentially laminated on a main surface of a substrate to be processed, and then a desired pattern is formed by exposing and developing the desired pattern. A desired pattern is formed on the intermediate layer by selectively etching the intermediate layer using the patterned resist layer as an etching mask, and then forming the desired pattern on the intermediate layer. A pattern forming method comprising a step of selectively etching and removing an organic polymer material layer using a layer as an etching mask, wherein the intermediate layer is a chalcogenide glass material.
とゲルマニウム(Ge)とを主成分とするガラス材である特
許請求の範囲第１項記載のパターン形成法。2. The chalcogenide glass material layer is selenium (Se)
The pattern forming method according to claim 1, which is a glass material containing, as a main component, germanium (Ge).
チングをフツ素を含むガス雰囲気中での放電により生じ
たプラズマにより行う特許請求の範囲第１項記載のパタ
ーン形成法。3. The pattern forming method according to claim 1, wherein etching of the intermediate layer made of the chalcogenide glass material is performed by plasma generated by discharge in a gas atmosphere containing fluorine.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP57017669A JPH0629968B2 (en) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | Pattern formation method |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP57017669A JPH0629968B2 (en) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | Pattern formation method |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS58136029A JPS58136029A (en) | 1983-08-12 |
| JPH0629968B2 true JPH0629968B2 (en) | 1994-04-20 |
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ID=11950254
Family Applications (1)
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| JP57017669A Expired - Lifetime JPH0629968B2 (en) | 1982-02-08 | 1982-02-08 | Pattern formation method |
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1982
- 1982-02-08 JP JP57017669A patent/JPH0629968B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPS58136029A (en) | 1983-08-12 |
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