JPS61200537A - Method of elevating quality of picture for photoresist of positive by inversion of vapor diffusion image - Google Patents
Method of elevating quality of picture for photoresist of positive by inversion of vapor diffusion imageInfo
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
半導体工業においては、基板の表面にあらかじめ定めら
れた寸法のあらかじめ選ばれた回路画像を定めるだめの
ホトレジスト処理が集積回路の製造に際して広範に用い
られろうこれは写真平版法によって行われ、その際回路
デザインに対応するパターンが適宜なデザインをもつマ
スクにより感光層の表面に形成される。次いで後続の現
像工程により感光性レジストに希望する開放部が定めら
れ、これにより基板表面の被覆されていない領域を処理
することができ、一方残りの領域は処理から遮蔽される
。当初はネガの画像マスクおよびネガのホトレジスト材
料がチップの製造に際して好まれていた。しかしネガの
ホトレジスト材料が本来もつ制限を克服できないことが
認められた。これらの欠点には、解像力に限界があるこ
と、ネガの画像を使用する場合が多いこと、フィールド
マスフが明かるいこと、および溶剤が環境上および法規
上問題を生じることが含まれる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the semiconductor industry, photoresist processes are widely used in the manufacture of integrated circuits to define preselected circuit images of predetermined dimensions on the surface of a substrate. In this process, a pattern corresponding to the circuit design is formed on the surface of the photosensitive layer using a mask with an appropriate design. A subsequent development step then defines the desired openings in the photosensitive resist, allowing the uncovered areas of the substrate surface to be processed, while remaining areas are shielded from processing. Initially, negative image masks and negative photoresist materials were preferred in chip fabrication. However, it was recognized that the inherent limitations of negative photoresist materials could not be overcome. These disadvantages include limited resolution, the frequent use of negative images, bright field masses, and solvents that pose environmental and regulatory problems.
従って、一般により暗いフィールドをもつポジの画像マ
スク、および露光された場合塩基水溶液に可溶性になる
ポジのホトレジスト材料を用いるポジのホトレジスト法
がネガ法にとって代わった。Accordingly, positive photoresist methods have replaced negative methods, generally using positive image masks with darker fields and positive photoresist materials that become soluble in aqueous bases when exposed to light.
ポジのホトレジスト材料は、一般に増感剤（たとえば０
−キノリンジアジド）と組合わせて市販の溶剤（たとえ
ば酢酸エチルセロソルブ）に懸濁したアルカリ可溶性ノ
ボラック樹脂などから調製される。３００〜４５０ ｎ
ｍの光エネルギーを吸収することにより窒素が失われて
活性の高い中間体が形成され、これが転位してケテン化
合物になる。Positive photoresist materials are generally prepared with a sensitizer (e.g. 0
-quinolinediazide) and suspended in a commercially available solvent (eg, ethyl cellosolve acetate). 300-450n
By absorbing light energy of m, nitrogen is lost and a highly active intermediate is formed, which rearranges to become a ketene compound.
短時間後に（ピコ秒の範囲内で）このケテンは存在する
水と反応してインデンカルボン酸を形成する。この目的
とする最終生成物は水性塩基に可溶性であるが、未露光
の未反応キノンジアジドは比較的不溶性である。アルカ
リ性現像液に浸漬すると露光領域が除かれ、マスクのポ
ジの画像が形成される。After a short time (within the picosecond range) this ketene reacts with the water present to form indenecarboxylic acid. The desired end product is soluble in aqueous base, whereas the unexposed, unreacted quinonediazide is relatively insoluble. Immersion in an alkaline developer removes the exposed areas and forms a positive image of the mask.
市販のポジのホトレジスト材料の多くにおいて、唯一の
差は０−キノンジアンドが結合しているモノマー系また
はポリマー系構造物の性質である。In many commercially available positive photoresist materials, the only difference is the nature of the monomeric or polymeric structure to which the 0-quinone diand is attached.
しかし市販製品はそれぞれ十分に研究され、証明されて
いるので、重要な特性、たとえば保存寿命、反応速度対
露光、濃度、粘度などが周知であるという点を留意すべ
きである。これらの特性を定めることにより、ホトレジ
スト処理を厳密にかつ正確に反復することができる。こ
れは集積回路の製造における主要な要件である。However, it should be noted that each commercially available product is well researched and proven so that important properties such as shelf life, reaction rate vs. exposure, concentration, viscosity, etc. are well known. By defining these characteristics, the photoresist process can be repeated precisely and accurately. This is a major requirement in integrated circuit manufacturing.
近年、ポジのホトレジストによる画像形成および処理の
技術における制限を克服し、付着性を高め、定常液作用
を減少させ、レジストのコントラストおよび得られる解
像力を改善し、移植物保護性などを高めるために、ネガ
の画像形成法に新たな関心がもたれている。たとえば米
国特許第４．１０４，０７０号明細書にはポジのホトレ
ジスト材料を基礎としてネガのホトレジスト画像を形成
する方法が記載されている。この方法においては、上記
のポジのホトレジスト材料がイミダゾール化合物、たと
えば１−ヒドロキシエチル−２−アルキルイミダシリン
の添加により改質されている。In recent years, efforts have been made to overcome limitations in positive photoresist imaging and processing techniques to increase adhesion, reduce stationary fluid effects, improve resist contrast and resulting resolution, enhance implant protection, etc. , there is renewed interest in negative imaging methods. For example, U.S. Pat. No. 4,104,070 describes a method for forming negative photoresist images based on positive photoresist materials. In this method, the positive photoresist material described above is modified by the addition of an imidazole compound, such as 1-hydroxyethyl-2-alkylimidacillin.
このイミダゾール化合物は反応生成物を脱カルボキシル
化する作用をもち、生成するインデンはもとのレジスト
よりも疎水性の溶解阻止剤となる。This imidazole compound has the effect of decarboxylating the reaction product, and the indene produced becomes a dissolution inhibitor that is more hydrophobic than the original resist.
従って露光領域は不溶性となり、後続の全面露光（ｆｌ
ｏｏｄ ｅｘｐｏｓｕｒｅ） および現像の工程で、
本来露光されない領域は除かれる。The exposed area therefore becomes insoluble and the subsequent full-surface exposure (fl
od exposure) and development process,
Areas that would not normally be exposed are removed.
この方法は、イミダゾール化合物がきわめて不安定であ
るという点で著しい欠点をもつ。イミダゾールはポジの
ホトレジストと溶液ではなくむしろ懸濁液を形成し、そ
の結果材料がレジスト全体にわたって均一に分散した状
態を保つのが困難になる。さらにイミダシリンはキノン
ジアジドと化学的に反応し、感光性に影響を与える。従
ってポジのホトレジストは取扱いおよびその反応性の予
報が困難になる。これらの制限のためこの方法は加工処
理に全く不適当となる。This method has a significant drawback in that the imidazole compound is extremely unstable. The imidazole forms a suspension with the positive photoresist rather than a solution, making it difficult to keep the material uniformly dispersed throughout the resist. Additionally, imidacillin chemically reacts with quinonediazide, affecting photosensitivity. Positive photoresists therefore become difficult to handle and predict their reactivity. These limitations make this method completely unsuitable for processing.
本発明は一般に、ネガの画像マスクおよびポジのホトレ
ジスト材料を用いてネガの画像を形成する特異な方法か
らなる。本方法の顕著な特色は、これがポジのホトレジ
スト材料を何ら改変することなくネガ画像を得るだめの
新規な露光後画像反転工程を採用することである。この
方法によればホトレジストの画像規定部の幾何学的性状
を制御することによジ画像の質を高めることもできる。The present invention generally consists of a unique method of forming a negative image using a negative image mask and a positive photoresist material. A distinctive feature of the present method is that it employs a novel post-exposure image reversal step to obtain a negative image without any modification of the positive photoresist material. According to this method, the quality of the image can also be improved by controlling the geometric properties of the image defining portion of the photoresist.
ポジのホトレジスト材料を用いて表面にネガの画像を形
成するだめのこの画像反転法には、化学線に露光された
際に酸を形成する増感剤（たとえば０−キノンジアジド
）を含有するホトレジストの表面にポジのホトレジスト
材料を塗布する第１工程が含まれる。このレジストは乾
燥、ソフトベーキングその他車技術分野で知られている
手法により処理されて、均一な層を形成する。次いでホ
トレジスト層はマスクなどを介して画像を形成する様式
で化学線に露光され、露光部分は反応して塩基水溶液に
可溶性の酸、たとえばインデンカルボン酸を形成する。This image reversal method, which uses a positive photoresist material to form a negative image on a surface, involves the use of a photoresist containing a sensitizer (e.g., 0-quinonediazide) that forms an acid when exposed to actinic radiation. A first step includes applying a positive photoresist material to the surface. This resist is processed by drying, soft baking, and other techniques known in the automotive art to form a uniform layer. The photoresist layer is then exposed to actinic radiation in an imagewise manner, such as through a mask, and the exposed portions react to form an acid, such as indene carboxylic acid, soluble in the aqueous base solution.
重要な処理工程は、ホトレジストに加熱アミン蒸気処理
を施すことであり、これに、よってたと見ばインデンカ
ルボン酸を脱力ルボキシル化することにより反応生成物
中の酸が中和される。生成するインデンなどは強い溶解
用土剤となる。まだアミン蒸気処理は露光領域をそれ以
上の露光に対して比較的非感光性にする。A key processing step is to subject the photoresist to a heated amine vapor treatment, which neutralizes the acid in the reaction product by apparently de-carboxylating the indene carboxylic acid. The indene produced is a strong dissolving soil agent. Yet amine vapor treatment renders the exposed areas relatively insensitive to further exposure.
蒸気処理に続いて表面全体を全面露光し、本来マスクに
よって露光されない部分のホトレジストを可溶性にする
。次いでホトレジストをアルカリ現像液中で現像して、
露光部分を除去する。残りのホトレジスト領域は表面か
ら浮き上がったマスク露光部分からなり、もとのマスク
露光のネガ画像を規定する。従って本発明はダークフィ
ールドマスク画像形成の利点を利用し、一方ポジのホト
レジスト材料がもつ一般に優れた特性も利用する。Steam treatment is followed by full exposure of the entire surface to make the photoresist soluble in areas not originally exposed by the mask. The photoresist is then developed in an alkaline developer,
Remove exposed areas. The remaining photoresist area consists of the mask exposed portions raised from the surface and defines the negative image of the original mask exposure. The present invention thus takes advantage of the advantages of dark field mask imaging, while also taking advantage of the generally superior properties of positive photoresist materials.
第１図はポジのホトレジスト化合物を用いて写真平版用
ネガ画像を形成する方法の機能ブロックダイヤグラムで
ある。FIG. 1 is a functional block diagram of a method for forming negative photolithographic images using positive photoresist compounds.
第２〜６図は第１図に示した方法における種々の段階を
示す基板の一連の立面図である。2-6 are a series of elevational views of a substrate illustrating various steps in the method shown in FIG.
第７図は狭いマスク開口を通した高強度の画像形成露光
を概略的例示したものであるっ７！、８図は狭いマスク
開口を通した低強度の画像形成露光を概略的に示したも
のである。FIG. 7 is a schematic illustration of high intensity imaging exposure through a narrow mask aperture. , 8 schematically depicts a low intensity imaging exposure through a narrow mask aperture.
第９図は本発明方法がプロセスパラメーターの変更によ
り画像領域と非画像領域のコントラスト、および斜面の
幾何学的性状を制御する能力を示すブロックダイヤグラ
ムである。FIG. 9 is a block diagram illustrating the ability of the method of the present invention to control the contrast between image and non-image areas and the geometry of the slope by changing process parameters.
本発明は一般に写真平版法においてポジ作動性ホトレジ
スト材料を用いて基板の表面にネガの画像を形成するだ
めの画像反転法からなる。第１図のブロックダイヤグラ
ムおよび第２〜６図の連続断面図に関連して、準備工程
は適切な基板１１（たとえば二酸化ケイ素、アルミニウ
ムなど）を選び、これに清浄な、一般に平らな面１２を
調製することである。The present invention generally consists of an image reversal process in which a positive-working photoresist material is used to form a negative image on the surface of a substrate in photolithography. Referring to the block diagram of FIG. 1 and the sequential cross-sectional views of FIGS. 2-6, the preparation process involves selecting a suitable substrate 11 (e.g., silicon dioxide, aluminum, etc.) and applying a clean, generally planar surface 12 thereto. It is to prepare.
工程１
化学線露光に際して酸を形成する増感剤（たとえば０−
キノンジアジドまたはその同族体）を含有する市販のポ
ジのホトレジスト材料を、先行技術において知られてい
る塗布法により表面１２に施す。この種の材料にはシソ
プレイ（Ｓｈｉｐｌｅｙ）１３００まだは１４００系列
、コダック（Ｋｏｄａｋ ）８００系列、ハント（Ｈｕ
ｎｔ） ２００系列などのホトレジストの商標が含まれ
るが、これらに限定されるものではない。Step 1 A sensitizer that forms an acid upon exposure to actinic radiation (e.g. 0-
A commercially available positive photoresist material containing quinone diazide or its congeners is applied to surface 12 by coating methods known in the prior art. These types of materials include Shipley 1300 and 1400 series, Kodak 800 series, and Hunt.
nt) Photoresist trademarks such as, but not limited to, the 200 series.
工程２
ホトレジスト材料をホトレジストからの溶剤発散により
層１３となす。これは周囲温度での風乾により、または
９０℃のソフトベーキング炉で約３０分間ベーキングす
ることにより達成される。Step 2 Form the photoresist material into layer 13 by solvent evaporation from the photoresist. This is accomplished by air drying at ambient temperature or by baking in a soft baking oven at 90° C. for about 30 minutes.
層１３の厚さは約５，０００〜５０，０ＯＯＡまだはそ
れ以上である（第２図）。The thickness of layer 13 is approximately 5,000 to 50,000 mm or more (FIG. 2).
工程６
ホトレジスト層１６をマスク１４を介して常法により化
学線、たとえば２００〜５００ ｎｍの範囲の紫外線（
これに限定されるものではない）を用いて露光する（第
６図）。Step 6 The photoresist layer 16 is exposed to actinic radiation, for example, ultraviolet light in the range of 200 to 500 nm (
(but is not limited to this) (FIG. 6).
工程４
ホトレジスト層１３を塩基性化学物質の蒸気に暴Ｈする
。この蒸気はアミン系物質であってもよく、水酸化テト
ラメチルアンモニウム、トリエタノールアミン、無水水
酸化アンモニウムなどから誘導することもできる。この
処理は塩基蒸気をホトレジストの露光領域１６の反応生
成物である酸と反応させ、これらを不溶性となし、その
後の露光に対して比較的非感光性となすのに十分な時間
、かつこれに十分な温度において行われるっこの工程に
は１０〜２００℃の温度で約０．６〜２００分を必要と
する（第４図）０蒸気暴露反応は温度および圧力を高め
ながら行なわれる。圧力は真空付近から大気圧以上にま
で達しつる。Step 4: The photoresist layer 13 is exposed to basic chemical vapor. This vapor may be an amine-based material and may be derived from tetramethylammonium hydroxide, triethanolamine, anhydrous ammonium hydroxide, and the like. This treatment causes the base vapor to react with the reaction product acid in the exposed areas 16 of the photoresist for a sufficient time and to render them insoluble and relatively insensitive to subsequent exposures. This step, carried out at a sufficient temperature, requires about 0.6 to 200 minutes at a temperature of 10 DEG to 200 DEG C. (FIG. 4). The steam exposure reaction is carried out at elevated temperatures and pressures. The pressure ranges from near vacuum to above atmospheric pressure.
工程５
次いでホトレジスト層１６を全面にわたって、広範な露
光強度の、均一な化学線を用いて露光する。先きにマス
クされていた領域１７全体が露光され、この露光により
反応してホトレジストの標準的現像に適した現像液溶剤
に可溶性となる（第５図）。Step 5 Photoresist layer 16 is then exposed with uniform actinic radiation over a wide range of exposure intensities. The entire previously masked area 17 is exposed to light, and this exposure causes it to react and become soluble in developer solvents suitable for standard development of photoresists (FIG. 5).
工程６
ホトレジスト層を標準的なポジのホトレジストの様式で
標準的な現像液を用いて現像したのち、リンスし、乾燥
させる。得られる構造は、マスク露光が最初に行われた
領域の、ホトレジスト層１３の部分１６（表面１２に付
着している）からなり、残りの部分１７は完全に溶解し
、この領域の表面１２が露出している。従って部分１６
はマスク１４により施され、基板の表面に浮き出した状
態に形成されたネガ画像からなる。Step 6: Develop the photoresist layer in a standard positive photoresist fashion using a standard developer, then rinse and dry. The resulting structure consists of a portion 16 of the photoresist layer 13 (adhering to the surface 12) in the area where the mask exposure was first carried out, the remaining portion 17 being completely dissolved and the surface 12 in this area being exposed. Therefore part 16
is applied using a mask 14 and consists of a negative image formed in an embossed state on the surface of the substrate.
加熱アミン蒸気暴露工程を、排気した加熱された炉、た
とえばイムチック・プロダクツ社（カリフォルリア州サ
ニーベイル）製のスター（Ｓｔａｒ）２００１／ＩＲ型
中で行うことができるが、当業者に知られているように
、適宜な温度と組合せて標準圧またはそれ以上で操作す
る他の処理法を採用することもできる点を留意すべきで
ある。The heated amine vapor exposure step can be carried out in an evacuated heated furnace, such as the Star 2001/IR model manufactured by Imtic Products, Inc. (Sunnyvale, Calif.), as known to those skilled in the art. It should be noted that other processing methods operating at or above standard pressure in combination with appropriate temperatures may also be employed.
上記方法の著しい利点は、改質されていないポジのホト
レジストを用いてネガの画像を形成することである。従
って、ネガの画像マスクによってポジの画像マスクより
も暗いフィールドが得られることが多いという状況で、
前者を用いて最終画像の幾何学的性状および寸法を損う
反射および回折を最小限に抑えるのを助けることができ
る。A significant advantage of the above method is that it uses an unmodified positive photoresist to form a negative image. Therefore, in situations where negative image masks often result in darker fields than positive image masks,
The former can be used to help minimize reflections and diffraction that compromise the geometry and dimensions of the final image.
さらに本発明方法によれば、これまで実現できなかった
画像造作のコントラスト、幾何学的性状および寸法精度
ならびに解像力を制御することができる。ミクロ写真平
版技術のこの進歩は、最初の画像露光工程において投光
される化学線の強度および総エネルギーは画像造作の上
部の解像性（ｄｅｆｌｎｉｔ、ｘｏｎ）に直接に関係し
、−万全面露光に用いられる化学線の強度および総エネ
ルギーは画像造作の側壁傾斜および基底幅に直接に関係
するという事実による。たとえば第７図に関しては、−
４的な画像露光はポジのホトレジスト材料１７を露光す
るだめの不透明なマスクの１ミクロンのスリットを通し
て行われる。スリット幅に対する露光光線の波長が近似
するため、開口２１の下方部分のホトレジストに著しい
回折効果および定常波パターンが生じる。標準的なレジ
スト感光匿を示す波長の画像投映光線に露光する間に、
−次回折効果により入射光が広がり、深くなるに伴って
照射される区画は幅広くなる。実際に開口２１のボアサ
イト（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）から横へそれる側葉２２が
、ボアサイト内のホトレジストはど十分にではないが有
意に露光される。ボアサイト部分はレジストの厚さ全体
にわたって一般に十分に露光される。Furthermore, the method of the present invention allows control of the contrast, geometric properties and dimensional accuracy of image features, as well as resolution, which has not been possible heretofore. This advance in microphotolithography technology has shown that the intensity and total energy of the actinic radiation delivered in the first image exposure step is directly related to the resolution (deflnit, xon) of the top of the image feature, and - the full surface exposure. This is due to the fact that the intensity and total energy of the actinic radiation used is directly related to the sidewall slope and base width of the image feature. For example, regarding Figure 7, -
Four image exposures are made through a 1 micron slit in an opaque mask that exposes the positive photoresist material 17. The approximation of the wavelength of the exposure beam to the slit width causes significant diffraction effects and standing wave patterns in the photoresist in the lower portion of the aperture 21. During exposure to an image projection beam at a wavelength exhibiting standard resist sensitization,
-The incident light spreads due to the diffraction effect, and the area that is irradiated becomes wider as the depth increases. In fact, the side leaves 22 that deviate laterally from the boresight of the aperture 21 cause the photoresist within the boresight to be significantly, but not fully, exposed. The boresight portion is generally fully exposed throughout the thickness of the resist.
画像投映露光を１ミナル露光（マスクの造作を忠実に再
現する）から増大または減少させることによって、画像
２６の上部寸法がそれぞれ増大または減少する。普通露
光を減少させるとボアサイトの幅全体が必ずしも十分に
露光されない。画像投映露光エネルギーは第８図に示す
ように画像をレジストフィルムの厚さ全体にまで照射す
るが、側葉部分２４は部分的に露光されるにすぎない。Increasing or decreasing the image projection exposure from a 1 min exposure (which faithfully reproduces the mask features) increases or decreases the top dimension of the image 26, respectively. Normally, when the exposure is reduced, the entire width of the boresight is not necessarily fully exposed. The image projection exposure energy applies the image to the entire thickness of the resist film as shown in FIG. 8, but the side leaf portions 24 are only partially exposed.
同様に集束効果の減衰および深さによって、レジスト−
界面境界までの深さに伴って増大するネガ露光勾配を生
じる。従って最初の露光の強度および総エネルギーは、
部分的露光がおこる容積２２または２４を定めることが
できる。実際にマスク開口下の連続的な露光変化を規定
し、かつ制御することができる。Similarly, due to the attenuation and depth of the focusing effect, the resist
This produces a negative exposure gradient that increases with depth to the interface boundary. Therefore, the intensity and total energy of the first exposure is
A volume 22 or 24 can be defined in which partial exposure occurs. In fact, continuous exposure changes under the mask aperture can be defined and controlled.
部分的に露光されたホトレジスト部分においてはキノリ
ンジアジドまたはこれに類する抑制剤の一部が反応して
インデンカルボン酸その他の酸を生成し、一方有意量の
抑制剤は未反応のまま残る点を留意することが重要であ
る。蒸気反転処理により反応生成物が固定されるであろ
うが、次いで後続の全面処理により残りの抑制剤の少な
くとも一部が可溶性となるであろう。その結果、周縁の
露光部分２２および２４はホトレジストに与えられる全
面露光エネルギーの程度およびその後桟される抑制剤の
量に応じて現像中に実質的に溶解するか、あるいは実質
的にもとのまま残される。レジスト内の連続的な露光変
化と相互作用する全面露光処理の効力（容易に制御でき
る）により、露光領域の実質上いかなる部分も選択的に
かつ精確に除去または保持することができる。従って全
面露光工程により画像壁の傾斜角度、プロフィールおよ
び画像基底寸法が決定される。Note that in the partially exposed areas of the photoresist, some of the quinoline diazide or similar inhibitor reacts to form indenecarboxylic or other acids, while a significant amount of the inhibitor remains unreacted. It is important to keep this in mind. The steam inversion treatment will fix the reaction products, but the subsequent overall treatment will then render at least a portion of the remaining inhibitor soluble. As a result, the peripheral exposed areas 22 and 24 either substantially dissolve during development or remain substantially intact, depending on the degree of blanket exposure energy imparted to the photoresist and the amount of inhibitor subsequently applied. left behind. The effectiveness of the blanket exposure process in interaction with continuous exposure changes within the resist (which can be easily controlled) allows virtually any portion of the exposed area to be selectively and precisely removed or retained. The overall exposure step therefore determines the image wall inclination angle, profile and image base dimensions.
実際に、蒸気反転処理温度、蒸気濃度、圧力および時間
、ならびに全面露光エネルギーを含む工程パラメーター
を慎重に制御することにより、部分２２または２４は全
部または一部保持された状態で、現像された画像中に残
るであろう。これらの部分は一般に、画像造作の傾斜し
た側壁および下部外側部分（基底部）のみでなく、造作
の上部表面のエツジ部分をも規定する。これらの物理的
特性は画像のコントラストと直接に関係し、ベーキング
および最初の露光条件、蒸気暴露条件、全面露光、およ
び現像によジ制御される。これらの工程パラメーターを
厳密にかつ反復可能な状態で制御できるという事実に基
づいて、本発明方法は画像造作の幾何学的形状を集積回
路製造における特定の用途に合わせた高品質の画像を与
える。たとえばマスクにおける１ミクロンの画像開口を
わずかに縮小された形状で複製し、画像ライン幅０．５
ミクロンまだはそれ以下を得ることができる。In fact, by carefully controlling the process parameters, including vapor inversion temperature, vapor concentration, pressure and time, and overall exposure energy, portions 22 or 24 are retained in whole or in part in the developed image. It will remain inside. These portions generally define not only the sloped sidewalls and lower outer portion (base) of the image feature, but also the edge portion of the top surface of the feature. These physical properties are directly related to image contrast and are controlled by baking and initial exposure conditions, vapor exposure conditions, overall exposure, and development. Based on the fact that these process parameters can be tightly and repeatably controlled, the method of the present invention provides high quality images where the geometry of the image features is tailored to the specific application in integrated circuit manufacturing. For example, by replicating a 1 micron image aperture in a mask with a slightly reduced shape, the image line width is 0.5
Micron yet you can get less.
この効果により画像の質が高められる。This effect enhances the quality of the image.
本発明方法における変化によりこれらの幾何学的特性を
決定することにつき、第９図にきわめて簡略化した形で
示す。比較的強い画像露光（第７図）ののち比較的強い
全面露光を行うと、側部２２は実質的に除かれ、十分に
露光されたボアサイトによって、明確なエツジおよび一
般に垂直な側壁を備えた平坦な上面をもつ画像造作プロ
フィール２７が得られる。実際には側壁は全面露光の増
強に伴って内側へ向かうテーパーを形成する可能性があ
る。強い画像露光後に比較的弱い全面露光を行うと、得
られる画像造作プロフィール２９は平坦な上面を保持し
、エツジが明確であり、側壁は外側へ向かって傾斜し、
基底部が実質的に広がっている。The determination of these geometric properties by variations in the method of the invention is shown in highly simplified form in FIG. After a relatively strong image exposure (FIG. 7) followed by a relatively strong full exposure, the sides 22 are substantially eliminated and the fully exposed boresight provides a well-defined edge and generally vertical sidewalls. An image feature profile 27 with a flat top surface is obtained. In fact, the sidewalls may form an inward taper as the overall exposure increases. If a strong image exposure is followed by a relatively weak full exposure, the resulting image feature profile 29 retains a flat top surface, has distinct edges, and side walls that slope outwards.
The base is substantially widened.
弱い画像露光（第８図）ののち強い全面露光を行った場
合、得られる画像造作プロフィール２６は部分２４が実
質的に除去されることにより定められる。従って構造２
６は平坦な狭い上部および基底部からなる。弱い画像露
光ののち弱い全面露光を行うと、部分２４が実質的にも
とのままである最終構造プロフィール２８が得られる０
造作２８には狭い上面および傾斜した基底部が含まれる
Ｏ
第９図の略図は極端な場合であり、露光過程で連続した
変化が得られる点を留意すべきである。When a weak image exposure (FIG. 8) is followed by a strong full exposure, the resulting image feature profile 26 is defined by the substantial removal of portion 24. Therefore structure 2
6 consists of a flat narrow top and base. A weak image exposure followed by a weak full exposure results in a final structural profile 28 in which portions 24 are substantially intact.
The feature 28 includes a narrow top surface and a sloped base. It should be noted that the schematic diagram of FIG. 9 is an extreme case and that a continuous change is obtained during the exposure process.
さらにこの最終画像の微細な制御を、集積回路製造にお
いて一般的な１ミクロン以下から１０ミクロン以上まで
の範囲の寸法にわたって偏りなく行うことができる。こ
れらの極端な場合を、垂直な側壁、一般に水平な上面、
および明確な上部エツジをもつ画像造作プロフィール６
０を与える普通の画像形成露光および普通の全面露光と
比較すべきである。この造作の寸法はその対応するマス
ク造作寸法を再現している。Further, fine control of this final image can be achieved uniformly over the range of dimensions common in integrated circuit manufacturing from less than 1 micron to more than 10 microns. These extreme cases can be defined as vertical side walls, generally horizontal top surfaces,
and image feature profile 6 with a distinct upper edge.
Comparison should be made with a normal imaging exposure giving 0 and a normal full exposure. The dimensions of this feature mirror its corresponding mask feature dimensions.
実施例
厚さ５０００人の熱酸化物層を先行技術において既知の
方法によりシリコン基板上に形成した。EXAMPLE A thermal oxide layer 5,000 thick was formed on a silicon substrate by methods known in the prior art.
ポジのホトレジスト材料シソプレイ（Ｓｈｉｐｌｅｙ）
１４７０をＭＴＩスピンコーターにより上記の酸化物表
面に塗布して、厚さ１０，０００ Ｌの層を形成した。Positive photoresist material Shipley
1470 was applied to the above oxide surface using an MTI spin coater to form a 10,000 L thick layer.
次いで基板を熱対流炉中９０℃で６０分間ソフトベーキ
ングした。The substrate was then soft baked at 90° C. for 60 minutes in a convection oven.
次いで基板をＴＨＥ−８００露光装置中で、０．７５〜
１，００ミクロンの造作をもつテストパターンを用いて
画像形成下に露光した。露光されたレジスト塗布基板を
次いで加熱真空炉スター（Ｓｔａｒ） ２００１ ／
Ｉ Ｒ中で、前記の工程４に挙げた物質のうちの１種に
より生じた加熱アミン蒸気に暴露した。蒸気暴露は９０
℃で１０５分間行われた。次いで基板にバンド幅の広い
紫外線源を用いて約５００ｍｊ／ｃｔｌｆ の紫外線
全面露光を施した。次いで基板をアルカリ水溶液（シソ
プレイＭＦ−３１４）中で現像し、ＭＴＩスプレー／流
水装置中でリンスした。次いで標準ノ・−ドベーキング
により処理を終結した。The substrate is then placed in a THE-800 exposure apparatus at a concentration of 0.75 to
A test pattern with 1,00 micron features was used for imagewise exposure. The exposed resist-coated substrate is then heated in a vacuum furnace Star 2001/
Exposure to heated amine vapors produced by one of the materials listed in step 4 above in an IR. Steam exposure is 90
℃ for 105 minutes. The substrate was then fully exposed to ultraviolet light at approximately 500 mj/ctlf using a wide band ultraviolet source. The substrate was then developed in an aqueous alkaline solution (Sisoprey MF-314) and rinsed in an MTI spray/water system. The process was then terminated by standard node baking.
基板をスター２００１／ＩＲ炉に入れたのち、蒸気暴露
を開始する前に、レジストフィルムを真空ベーキングし
、露光後ベーキングの既知の利点を得るように炉をプロ
グラミングすることができる点を留意すべきである。It should be noted that after the substrate is placed in the Star 2001/IR furnace, the furnace can be programmed to vacuum bake the resist film and obtain the known benefits of post-exposure baking before starting the steam exposure. It is.
この処理ののち、２ミクロンのラインおよびスペースが
すべて完全に解像された。さらに０．８ミクロンまでの
画像ラインおよび０．７ミクロンまでのスペースがすべ
て明瞭に解像されたつ従って本発明方法は以下の利点を
与えることが認められる。After this process, all 2 micron lines and spaces were completely resolved. Furthermore, it can be seen that image lines up to 0.8 microns and spaces up to 0.7 microns are all clearly resolved, so that the method of the invention offers the following advantages:
１）既存の装置の解像力を改善する。これは本発明以前
には実施例におけるフォーカス設定では１．２５ミクロ
ンに制限されていた。1) Improving the resolution of existing equipment. Prior to the present invention, this was limited to 1.25 microns with the focus setting in the example.
２）１０ミクロンから１ミクロン以下の造作に至るミク
ロ写真平版の範囲にわたって偏りのない画像を形成する
ことができる。2) Uniform images can be formed over the range of microphotolithography from 10 microns to features of less than 1 micron.
ろ）画像に対する定常波効果が減少する。b) Standing wave effects on the image are reduced.
４）反転極性マスクの利点を実現しうる。たとえば下面
からの無秩序な反射が減少するため限界寸法をより大幅
に制御でき、化学蒸着、めっき、またはこれに類する方
法で析出したフィルムのリフトオフ処理に適しており、
下にある整合用マークをより良く検出できるなどである
が、これらに限定されるものではない。4) The advantages of a reverse polarity mask can be realized. For example, it reduces random reflections from the bottom surface, allowing greater control over critical dimensions, making it suitable for lift-off processing of films deposited by chemical vapor deposition, plating, or similar methods.
Examples include, but are not limited to, better detection of underlying alignment marks.
５）画像造作の寸法、形状および傾斜を制御することに
より造作の解像性を制御しうる。5) The resolution of the features can be controlled by controlling the size, shape and slope of the image features.
６）コントラストを高めることにより質の高い画像を得
ることができる。6) High quality images can be obtained by increasing contrast.
第１図はポジのホトレジスト化合物を用いて写真平版用
ネガ画像を形成する方法の機能ブロックダイヤグラムで
ある。
第２〜６図は第１図に示した方法における種々の段階を
示す基板の一連の立面図である。
第７図は狭いマスク開口を通しだ高強度の画像形成露光
を概略的に示したものである。
第８図は狭いマスク開口を通した低強度の画像形成露光
を概略的に示したものであるっ第９図は本発明方法がプ
ロセスパラメーターの変更により画像領域と非画像領域
のコントラスト、および斜面の幾何学的性状を制御する
能力を示すブロックダイヤグラムである。
これらの図面において各記号は下記のものを示す。
１１：基板； １２：基板の表面１６：ホトレ
ジスト層； １４：マスク１６：マスクに露光された部
分
１７：マスクされなかった部分FIG. 1 is a functional block diagram of a method for forming negative photolithographic images using positive photoresist compounds. 2-6 are a series of elevational views of a substrate illustrating various steps in the method shown in FIG. FIG. 7 schematically depicts a high intensity imaging exposure through a narrow mask aperture. Figure 8 schematically shows a low intensity imaging exposure through a narrow mask aperture; Figure 9 shows how the method of the present invention can be modified to improve the contrast between image and non-image areas, as well as slopes, by changing process parameters. 2 is a block diagram illustrating the ability to control the geometrical properties of In these drawings, each symbol indicates the following. 11: Substrate; 12: Surface of substrate 16: Photoresist layer; 14: Mask 16: Portion exposed to mask 17: Portion not masked
Claims (15)
増感剤を含有するポジ作動性ホトレジスト材料の層を基
板に施し、 ホトレジスト層を化学線で画像形成下に露光し、反応生
成物である酸を中和し、ホトレジストの露光領域をアル
カリ水溶液に比較的不溶性にし、かつその後の化学線露
光に対して比較的非感光性にする塩基含有材料に基板を
暴露し、 ホトレジスト層を化学線で全面露光（ｆｌｏｏｄｅｘｐ
ｏｓｅ）して、画像露光に際し本来露光されない領域お
よび十分に露光された領域をすべて露光し、そして アルカリ現像液で画像を現像して、ホトレジストの画像
露光された領域を一般に保持し、かつ全面露光された領
域を除去する 工程から本質的になる、基板上にネガのホトレジスト画
像を形成する方法。(1) Applying to a substrate a layer of a positive-working photoresist material containing a sensitizer that forms acidic reaction products upon exposure to actinic radiation, and imagewise exposing the photoresist layer to actinic radiation to form a reaction product. exposing the substrate to a base-containing material that neutralizes the acid in the photoresist layer and renders the exposed areas of the photoresist relatively insoluble in aqueous alkaline solutions and relatively insensitive to subsequent actinic radiation exposure; Full exposure with actinic radiation (floodexp
(use) to expose all areas originally unexposed and fully exposed during the imagewise exposure, and develop the image with an alkaline developer to generally preserve the imagewise exposed areas of the photoresist and expose the entire surface. A method of forming a negative photoresist image on a substrate, consisting essentially of the step of removing the exposed areas.
含有蒸気に暴露することよりなる、特許請求の範囲第１
項に記載の方法。(2) The step of exposing the substrate to a base-containing material comprises exposing the substrate to a base-containing vapor.
The method described in section.
範囲第２項に記載の方法。(3) The method according to claim 2, wherein the base-containing vapor consists of an amine vapor.
囲で行われる、特許請求の範囲第３項に記載の方法。4. The method of claim 3, wherein the exposure to amine vapor is carried out at a temperature range of about 10-200<0>C.
れ以下で約０．６〜２００分間行われる、特許請求の範
囲第３項に記載の方法。5. The method of claim 3, wherein the exposure to amino vapor is carried out at atmospheric pressure, above or below atmospheric pressure for about 0.6 to 200 minutes.
２０，０００ｍｊ／ｃｍ＾２である、特許請求の範囲第
１項に記載の方法。(6) The intensity of full-surface exposure is approximately 10~ at the maximum sensitivity wavelength.
20,000 mj/cm^2. The method according to claim 1.
して高い傾斜調整、プロフィール調整、および壁角度の
選択性が得られる、特許請求の範囲第６項に記載の方法
。7. The method of claim 6, wherein increasing the overall exposure intensity generally provides increased slope adjustment, profile adjustment, and wall angle selectivity for the image.
接した画像下部の形状の明確さが高められる、特許請求
の範囲第６項に記載の方法。8. The method of claim 6, wherein increasing the overall exposure intensity generally enhances the definition of features at the bottom of the image adjacent the substrate.
いて約１０〜３０００ｍｊ／ｃｍ＾２である、特許請求
の範囲第１項に記載の方法。(9) The method of claim 1, wherein the imaging exposure range is about 10 to 3000 mj/cm^2 at the wavelength of maximum resist sensitivity.
トレジスト画像の幾何学的寸法および上部の明確さが高
められる、特許請求の範囲第９項に記載の方法。10. The method of claim 9, wherein increasing the imaging exposure intensity generally enhances the geometric dimensions and top definition of the photoresist image.
料暴露工程の前にホトレジストを露光後ベーキングする
工程を含む、特許請求の範囲第１項に記載の方法。11. The method of claim 1, further comprising the step of post-exposure baking the photoresist after the image-forming exposure and before the base-containing material exposure step.
像造作に関してより広い基底部および傾斜した側壁が得
られる、特許請求の範囲第６項に記載の方法。12. The method of claim 6, wherein lowering the overall exposure intensity generally results in wider bases and sloped sidewalls for image features.
般に画像造作の上部がより小さくなる、特許請求の範囲
第９項に記載の方法。13. The method of claim 9, wherein reducing the imaging exposure intensity generally results in smaller tops of image features.
感剤の対応物を含むポジ作動性材料の層を基板に施し、 ホトレジスト層を化学線で画像形成露光して露光された
ｏ−キノンジアジドを分解し、インデンカルボン酸また
は対応物を生成し、 基板をアミン蒸気に暴露してインデンカルボン酸を脱カ
ルボキシル化し、ホトレジストの露光領域をアルカリ水
溶液に一部不溶性となし、かつそれ以上の化学線露光に
対して一部非感光性となし、ホトレジスト層を化学線に
全面露光して、画像露光に際して本来露光されない領域
および十分に露光された領域をすべて露光し、そして アルカリ現像液で画像を現像して、ホトレジストの画像
露光された領域または一部の領域を保持し、かつ全面露
光された領域を除去する 工程から本質的になる、未改質ポジ作動性ホトレジスト
材料を用いて基板上にネガのホトレジスト画像を形成す
る方法。(14) Applying a layer of positive-working material containing an o-quinonediazide-based sensitizer or a resist sensitizer counterpart to a substrate and imagewise exposing the photoresist layer to actinic radiation to decompose the exposed o-quinonediazide. exposing the substrate to amine vapor to decarboxylate the indene carboxylic acid, rendering the exposed areas of the photoresist partially insoluble in aqueous alkaline solutions, and resisting further exposure to actinic radiation. The photoresist layer is entirely exposed to actinic radiation, exposing all the areas that are not originally exposed during image exposure and the areas that are sufficiently exposed, and the image is developed with an alkaline developer. , a negative photoresist on a substrate using an unmodified positive-working photoresist material, consisting essentially of a step of retaining the image-exposed areas or partial areas of the photoresist and removing the fully exposed areas. How to form an image.
て、画像形成露光の連続的な露光勾配に対応する第１反
応生成物濃度勾配をホトレジスト層内に形成し、 ホトレジスト層を第１反応生成物と反応して実質的に異
なる溶解性をもつ第２反応生成物を形成する物質に暴露
することによりホトレジスト層を反転処理し、該第２反
応生成物が層全体に濃度勾配を有し、 ホトレジスト層を化学線で全面露光して、残存する未反
応のまたは一部反応した増感剤の実質的にすべてを露光
し、 第１反応生成物を溶解および除去し、第２反応生成物を
保持することにより画像を現像し、最終画像は第２反応
生成物の濃度勾配が比較的高いホトレジスト層領域から
なり、 画像形成露光、反転処理、および全面露光の各工程の程
度を調整してホトレジスト層全体にわたる第２反応生成
物の濃度勾配を決定することにより画像の質を高める 工程からなる、化学線に露光した際に第１反応生成物を
生成する増感剤を有するポジのホトレジスト層中に形成
される画像の質を高める方法。(15) imagewise exposing the photoresist layer to actinic radiation to form a first reaction product concentration gradient in the photoresist layer corresponding to the successive exposure gradients of the imagewise exposures; inverting the photoresist layer by exposing the photoresist layer to a substance that reacts with the photoresist to form a second reaction product having a substantially different solubility, the second reaction product having a concentration gradient across the layer; blanket exposing the layer to actinic radiation to expose substantially all of the remaining unreacted or partially reacted sensitizer, dissolving and removing the first reaction product and retaining the second reaction product; The final image consists of regions of the photoresist layer with a relatively high concentration gradient of the second reaction product, and the extent of each step of image forming exposure, reversal processing, and full exposure is adjusted to develop the photoresist layer. in a positive photoresist layer having a sensitizer that generates a first reaction product upon exposure to actinic radiation, comprising the step of enhancing the image quality by determining a concentration gradient of the second reaction product across the positive photoresist layer. How to improve the quality of images formed.
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| DE3541451A1 (en) | 1986-08-28 |
| GB8518585D0 (en) | 1985-08-29 |
| GB2171530B (en) | 1989-06-28 |
| FR2578065A1 (en) | 1986-08-29 |
| GB2171530A (en) | 1986-08-28 |
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