JPS5827653B2 - レジストホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的にレジスト・マスクの形成方法に係り、
更に具体的に云えば、単一の露光及び複数の現像工程を
用いて集積回路基板上に異なるレジスト・マスク・パタ
ーンを形成するための方法に係る。

超小型集積回路構成部分の製造に写真平版技術を用いる
ことはこの分野に於て周知のことである。

通常例えば放射線に対する増感剤、可塑剤、及び付着促
進剤の如き添加剤とともに重合体を含むレジスト材料の
層が基板上に被覆される。

基板は、集積回路チップがそれから形成される半導体ウ
ェーハであっても又は半導体集積回路チップを支持及び
相互接続するために用いられるモジュールであってもよ
い。

レジスト層の一部の溶解度を変化させるため、レジスト
層が例えば光、ガンマ線、Ｘ線、電子等の如き電磁的放
射線に対してパターン状に露される。

レジスト層が該レジスト層のより溶解度の高い部分を除
去して処理のため基板の一部を露出させる溶剤を用いて
現像される。

次に、半導体構成部分の製造に於ける通常の食刻又は付
着方法により基板が選択的に処理される。

基板の異なる部分が各処理のために露出される様にこの
ような処理を連続的工程で行う必要のある場合が多い。

例えば、第一レジスト層がパターン状に形成され、基板
の露出されている部分が処理され、そして上記第一レジ
スト層が除去される。

次に、基板が第ニレジスト層で被覆され、先に処理され
た基板の領域に関して注意深く整合されていなければな
らない異なるパターンがレジスト層に形成され、そして
基板の露出されている領域が処理される。

第ニレジスト層が除去され、そして動作可能な装置が形
成されるよう、先に形成されているすべてのパターンと
注意深く整合されていなければならないレジスト・パタ
ーンが必要に応じて更に形成される。

小型化の度合が増すとともに、整合の問題も又増加し、
その結果使用可能な装置の歩留りが低下することになる
。

本発明により、整合工程数の減少された方法が達成され
た。

次に本発明による方法について概略的に説明する。

本発明による方法に従って、基板上にレジスト層を形成
しそして溶解度が各々異なる複数個の露光領域が形成さ
れるようパターンに亘って露光エネルギを変化させて、
レジスト層をパターン状に露光することによって、レジ
スト・パターンが基板上に形成される。

レジスト層の各部分に於ける異なる溶解度を用いること
によりレジスト層の各部分が連続的に除去され得る。

この様にして、新しいレジスト層を設けること則ち更に
露光工程を行うことを必要とせずにレジスト・パターン
が基板の処理中に変えられる。

次に、本発明による方法について更に詳述に説明する。

光化学反応とは放射線のエネルギに対して感応する反応
である。

成る特定の波長領域に於ける放射線に露されると、反応
が開始されそして放射線が除かれるか又は反応が完了す
る迄反応が続けられる。

その場合、完了の度合は露光中に感光材料に加えられる
エネルギの給量による。

露光に於ける変数は、波長領域、源の強度（Ｉ）、マス
クの光学密度又は透過百分率（％Ｔ）、及び露光時間（
１）を含む。

通常の写真方法に於ては、反応を完了させるに適当なエ
ネルギを与える様にこれらの変数が調節される。

本発明による方法に於ては、単一の露光の間に幾つかの
エネルギ値が加えられて反応が異なる度合で完了される
様に変数が調節される。

その結果、濃度の異なる現ｆ象剤中に於て各々選択的に
除去され得る潜像が形成される。

露光エネルギは次の様に表わされ得る。

Ｅ−１×多ＴＸｔ・・・・・・・・・（１）上記式に於
て、Ｅ−露光エネルギ ■−源の強度 Ｔ＝マスクの透過率 ｔ＝露光時間 である。

フォトマスク方法を用いた場合、源の強度は単一の露光
中に容易には変えられず、又露光時間も基板に亘って変
えられないため、露光エネルギに於ける変化は透過百分
率に於ける変化によらなければならない。

これは、通常のマスクに於けるＯφ及び１００％Ｔの領
域と更にそれらの中間の透過百分率の領域とを有するマ
スクを製造することによって達成される。

この様なマスク、例えばＯ多、３０％、及び１００％Ｔ
の領域を有するマスクは、ポジティブ型のレジストとと
もに使用された場合、反応が各々異なる度合で完了され
た３つのレジスト領域を形成する。

１００％Ｔのマスク領域を通して露光されたレジスト領
域は希薄現像液中に於て容易に可溶である。

３０％Ｔのマスク領域を通して露光されたレジスト領域
は上記希薄現像液中に容易に溶解せず、濃い現像液に対
して露される迄残っている。

０％Ｔのマスク領域に於ける露光されなかったレジスト
領域は通常の除去工程が行われる迄残っている。

単一の露光から複数のレジスト・パターンを得るため、
１つ以上の中間的透過百分率を有するマスクが中間的現
像工程とともに使用され得る。

レジストの被覆、レジストの厚さ、前焼き（ｐｒｅｂａ
ｋｉｎｇ ） 、及びすべての前処理に関するプロセ
ス・パラメータは通常従来のレジスト方法の場合と同様
にして決定される。

露光時間を決定するために、この分野に於て知られてい
る様に処理されるべき表面の種類及び必要なパターン解
像度に応じて最適なレジストの厚さが選択される。

最適なレジストの厚さが選択されたならば、適当な交換
を生ぜしめる露光時間が決定される。

１０７６００ルツクス（ｉｏｏｏｏ吸燭光）の強度の紫
外線の源を用いた場合の露光時間は通常約５乃至６０秒
である。

２つの現像工程を用いる場合、２つの露光エネルギを加
えることによって露光中に２つの度合の交換が達成され
る。

これらのエネルギを決定するため、式（１）が次の形で
使用され得る。

成る与えられたレジストの厚さに於てＥ／Ｉの３つの臨
界値が決定されねばならない。

１、最小値 Ａ １００％Ｔのマスク領域に於て露光されたレジストが希
薄（３０φ）現像中に可溶である最小値。

２、最小値 Ｂ １００％Ｔよりも低い透過百分率のマスク領域に於て露
光されたレジストが希釈されていない現像液中に可溶で
ある最小値。

３、最大値 Ｂ １００％Ｔよりも低い透過百分率のマスク領域に於て露
光されたレジストが希薄現像液中に可溶となる値。

成る与えられたレジストの厚さ及び成る与えられた希薄
現像液に於ける最小露光時間を設定するために最小値Ａ
が用いられる。

例えば、最小値Ａに於て、約８０多の酢酸エチルセロソ
ルブと、約１０斜の酢酸ｎ−ブチルと、約１０％のキシ
レンとから成る溶剤中に溶解された、ジアゾケトン増感
剤である２、３，４−）ＩＪオキシベンゾフェノンの２
−ジアゾ−１−オフソーナフタリン−５スルフオン酸エ
ステルと、約１０００平均分子量を有するメタ−クレゾ
ール・フォルムアルデピド・ノボラック樹脂とを含む感
光性組成物から成る、アルカリに可溶なポジティブ型フ
ォトレジストがクロム表面上に２５０Ｏｒｐｍで回転塗
布され、そして３０φ現像液中で現像される場合、Ｅ／
Ｉの値は１６杉＠）、即ちＥ／ｌ−１６稙知−φＴ×ｔ
である。

Ｅ／ｌ−１６稙知−１００多×ｔであるからである。

ｔの値を求めると、１６秒がこれらの領域を３０％現像
液中に可溶にする最小露光時間であることは明らかであ
る。

希釈されていない現像液は、メタ珪酸ナトリウムと燐酸
ナトリウム、特に約１３のｐＨを有するオルト燐酸す）
ＩＪウムとの混合物を含む約５重量多の固形物のアル
カリ水溶液である。

最小値Ｂ及び最大値Ｂは各々６８稙知及び１３．Ｏｆｌ
／Ｊ（２））であると決定された。

上記式及び１６秒の最小時間を用いて、中間的領域の透
過率の範囲が決定され得る。

最小値ＢＥＥ／Ｉ−６．８稙知−φＴ×１６秒％Ｔ−４
３ 最大値Ｂ ： Ｅ／Ｉ−１３，０秒（知−饅Ｔ×１６秒
φＴ−８１ 従って２５００ｒＩＩＩｎで回転塗布された上記レジス
トに於ては、最小露光時間が１６秒であり、そしてその
マスクは４３％Ｔと８１％Ｔとの間に於ける中間的光学
密度の領域を含捷ねばならない。

上記パラメータに於て３０％及び１００％の現像液が特
定的に示されている。

希薄現像液は、プロセスの寛容度（ｐｒｏｃｅｓｓ
１ａｔｉｔｕｄｅ）を大きくするため、任意に３０俤に
設定された。

この濃度は、上記パラメータを用いて処理に伺ら著しい
影響を与えることなく、±５饅の範囲で変えられ得る。

例えば３０乃至７０％の希釈度を有する他の濃度の現像
液、及び第一の中間的現像が３０乃至５０％の現像液中
に於てそして第二の中間的現像が５０乃至７０％の現像
液中に於て行われる２つの中間的透過率を有するマスク
の場合でも、同様にしてパラメータが設定され得る。

中間的透過百分率のマスク領域を通して露光された領域
又は希薄現像液中に於て現像された領域に於ても線の劣
化は何ら観察されなかったことに注目されたい。

前焼きは通常の写真方法の場合と同様に行われる。

しかしながら、後焼き（ｐｏｓ ｔｂａｋ ｉ ｎｇ
）は第二の現像後逸は行われないか又は完全に除かれね
ばならない。

これは実際的に処理工程を除くので有利である。

第１図は典型的な処理順序を示している。

基板１がフォトレジスト層２で被覆され、それから部分
的に露光された四角形の領域３及び完全に露光された円
形の領域４が形成されるよう露光される。

次に、層２を領域４に於て除去して基板１の部分５を露
出させる希薄現像液に対して層２が露される。

それから、部分５がこの分野に於る通常の技術により食
刻され、金属化され、又は他の型の付加的又は除去的方
法を施され得る。

次に、層２を領域３に於て除去して基板１の部分６を露
出させる濃い現像液に対して層２が露される。

それから、基板１の部分６が食刻され、金属化され、又
は他の型の付加的又は除去的方法を施され得る。

勿論、部分５も同様にこの第二の処理工程を施される。

それから、残っているレジスト層２が基板から除去され
る。

第２Ａ図乃至第２Ｃ図に於て、３つの光学密度を有する
多級化マスク（ｇｒａｄｅｄ ｍａｓｋ） １１の形成
方法が示されている。

ガラス・プレート１３がハロゲン化銀乳剤層１５で被覆
される。

層１５が、２０倍のアートワーク１２を通して、完全露
光されるべき領域１７に於て２５秒間パターン状に露光
される。

次に、層１５が、２０倍のアートワーク１４を通して、
完全露光されるべき領域１７及び部分的に露光されるべ
き領域１９に於て約２５秒間露光される。

それから、該プレートが従来の如く現像されて、理想的
には０多の透過率の完全に露光された領域１７と、約５
０％の透過率の部分的に露光された灰色の領域１９と、
そして理想的には１００％の透過率の露光されていない
透明な領域２０とを有する多級化マスクが形成される。

実施例 １ 第３図は、本発明による方法を用いて半導体チップを相
互接続するために用いられる微小な金属導体を有するセ
ラミック基板を形成する方法を示している。

約１０００人の厚さを有するクロム層２１が典型的には
ガラス又はセラミックである誘電体基板２３上に真空蒸
着により付着される。

この例に於ては、９２乃至９９％アルミナのセラミック
基板が使用される。

次に、約５ｏｏｏｏ人の厚さを有する銅層２５及び約２
０００Ａの厚さを有する第二のクロム層２７が真空蒸着
により付着される。

例えば、銀、金、タンタル、アルミニウムの如き他の導
電性金属も層２１，２５及び２７を形成するために使用
され得ることを理解されたい。

層２７の上面にフォトレジスト層２９が形成される。

この例に於ては、層２９は、約８０俤の酢酸エチルセロ
ソルブと、約１０％の酢酸ｎ −７’チルと、約１０優
のキシレンとから成る溶剤中に溶解されている、２，３
，４−）ＩＪオキシベンゾフェノンの２−ジアゾ−１−
オフソーナフタリン５−スルフォン酸エステルで増減さ
れた、略１０００平均分子量のメタ−クレゾール・ノボ
ラック樹脂を含むポジティブ型のレジストから成ってい
る。

このレジストは、溶剤が除去されたとき、約２５０００
人の厚さを有する層が形成されるよう、約２５０Ｏｒｐ
ｍで基板２３上に回転塗布される。

前焼きが９５℃に於て１０分間行われる。

次に、層２９が３つの光学密度を有するマスク（図示せ
ず）を通して化学線に対して２５秒間露される。

領域３０に於ては完全に露光され、そして領域３２及び
３４に於ては部分的に露光される。

それから、脱イオン化水で普通の強さの３０係に希釈さ
れているアルカリ現像液中に於て層２９が現像される。

希釈されていない現像液は、メタ珪酸ナトリウムと燐酸
ナトリウム、特にオルト燐酸ナトリウム、との混合物を
含み、そして約１３．０のｐＨを有する、約５重最多の
固型物の緩衝されたアルカリ水溶液である。

現像時間は約４５乃志６０秒であり、層２９の非露光領
域３３及び層２９の部分的露光領域３２及び３４がクロ
ム層２７上に残る。

（第３Ｃ図）。レジストにより保護されていない銅層２
５及びクロム層２７が食刻されて、第３Ｄ図に示されて
いる構造体が形成される。

クロムのための適当な食刻剤は後焼きされていないレジ
ストに悪影響を与えない食刻剤である。

この様な食刻剤は、例えば米国特許第３６３９１８５号
明細書に記載されてち一す、弱い有機酸と残基塩との塩
及び酸化剤の水溶液が用いられている。

この例に於ては、１００ｍ１の脱イオン化水中に溶解さ
れた約６ｇの過マンガン酸カリウム及び約２６ｇの無水
炭酸す） ＩＪウムから成るｐ’［（１１乃至１２の混
合物が３０乃至４５°Ｃの温度で使用される。

銅に対しては、１００ｍＡの水の中に溶解された４０．
９の塩化第二鉄及び０．００］、ｍｌの３７多塩酸から
成る食刻液が約２５乃至３５°Ｃの温度で使用される。

次に、第３Ｅ図に示される如く部分的露光部分３２及び
３４が除かれる様に、残っているレジスト層が希釈され
ていない現像剤で現像される。

それから、クロム層２７及び２１の露出された部分３７
及び３９が上記の選択的食刻液を用いて食刻され、その
結果クロム−銅−クロムの分離された部分３６及び３８
が形成され、そして上部クロム層２７が階段部分４１及
び４２を有する、第３Ｆ図に示されている構造体が形成
される。

この階段部分を有する構造体は、はんだ再溶融（５ｏｌ
ｄｅｒ ｒｅｆ ｌｏｗ）操作の聞手導体チップを基板
２３上の上記分離領域及び関連する導体に接続するため
のはんだをせき止める適当な障壁を形成する。

二回目の食刻の後、残っているレジスト層２９が通常の
除去溶剤、例えばテトラクロルエチレン、ジクロルベン
ゼン、フェノール、及ヒＮａアルキル・ナフタリン・ス
ルフォネート・サーフアクタントの混合物を用いて第３
Ｇに示される如く除去される。

上記方法は、層２７に階段部分を形成するために、第二
のレジスト被覆及び露出のプロセスを必要とせず、階段
部分の幾何学的形状は単一の露光によって決定され、従
って整合の問題が除かれる。

次に示す実施例２に於ては、ワイヤ又はチップ・ボンデ
ィングのためのパッドを形成するための食刻及び付着の
組合わせが示されている。

実施例 ２ 第４Ａ図に於て、セラミック、上塗りされたセラミック
（ｇｌａｚｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ）、又は多層セラミッ
クであり得るセラミック基板５１上にクロム層５３及び
銅層５５が被覆される。

ポジティブ型のフォトレジストの層５７が銅層５５の上
面に被覆される。

それから、第４Ｂ図に示されている如く、領域５９が完
全に露光され、領域６１は露光されず、そして領域６３
が部分的に露光される様に、フォトレジスト層が複数の
光学密度を有するマスクを通して露光される。

次に、完全露光領域が希薄溶剤中に於て現像されること
により除去されて、銅層５５の領域６５が露出される（
第４Ｃ図）。

保護されていない銅層及びクロム層が食刻により除去さ
れて、レジスト層５７により末だ保護されているパッド
６９及び７０が残される（第４Ｄ図）。

それから、残っているレジストが部分的露光領域６３を
除去するより強い溶剤を用いて現像されて、銅層５５の
表面７３が露出される（第４Ｅ図）。

次に、銅層５５の露出された表面７３上に金７１がめつ
きされる（第４Ｆ図）。

それから、残っているレジストが除去されて、チップの
接続に適しているクロム−銅のパッド７０及びワイヤ・
ボンディングのための金で被覆されたクロム−銅のパッ
ド６９が残される。

可変エネルギによる露光は又色付きマスクを用いること
等により露光の波長を成る領域に於て、低エネルギの波
長に限定することによっても達成され得る。

光ビーム、原子の粒子、又は電子等による放射線走査が
用いられる場合には、ビームの強度及び露光時間のいず
れか一方又は両者を制御することにより可変エネルギに
よる露光を達成することが可能である。

交叉結合によるネガティブ型レジスト方法も本発明によ
る方法に於て使用され得るが、その場合には溶解度の差
の臨界（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｅｒ −ｅｎｔｉ
ａｌ）は非露光領域のレジストと部分的露光領域のレジ
ストとの間に存在する。

部分的露光領域は充分な交叉結合エネルギを要し、従っ
てそれらはレジストの非露光領域を除去する第一の現像
工程の間保持されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により方法に於ける処理順序を示す平面
図及び流れ図、第２Ａ図乃至第２Ｃ図は本発明による方
法の一実施例の露光工程を行うために適している、異な
る光学密度の領域を有する多級化マスクの形成を示す概
略図、第３Ａ図乃至第３Ｇ図は本発明による方法の一実
施例に於ける金属化されたセラミック基板の縦断面図、
そして第４Ａ図乃至第４Ｇ図は本発明による方法の他の
実施例に於ける金属化されたセラミック基板の縦断面図
である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・フォトレジスト層
、３・・・・・・部分的露光領域、４・・・・・・完全
露光領域、１１・・・・・・多級化マスク、１２，１４
・・・・・・アートワーク、１３・・・・・・ガラス・
プレート、１５・・・・・・ハロゲン化銀乳剤層、１７
・・・・・・完全露光領域（０％Ｔ）、１９・・・・・
・部分的露光領域（５０％Ｔ）、２０・・・・・・非露
光透明領域（１００％Ｔ）、２１，２７゜５３・・・・
・・クロム層、２３，５１・・・・・・誘電体基板、２
５ 、５５・・・・・・銅層、２９，５７・・・・・・
フォトレジスト層、３０，５９・・・・・・完全露光領
域、３２゜３４ 、６３・・・・・・部分的露光領域、
３３，６１・・・・・・非露光領域、６９ 、７０・・
・・・・パッド、７１・・・・・・金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上にレジスト層を付着する工程と、前記レジス
   ト層をパターン状に露光するに際し、露光エネルギを透
   過率が異なる少くとも３つのマスク領域を有する多級化
   マスクを通して該パターンに亘って変化させることによ
   り該レジスト層に溶解度がそれぞれ異なる複数個の露光
   領域を形成する工程と、 最大の溶解度を有する前記レジスト層の領域を前記基板
   から除去して第１の形状を有するレジスト・マスクを形
   成するように、前記レジスト層を第１の現像剤で現像す
   る工程と、 前記基板の露出された領域に第１の付加的又は除去的処
   理を施す工程と、 前記最大の溶解度に次ぐ溶解度を有する前記レジスト層
   の領域を前記基板から除去して第２の形状を有するレジ
   スト・マスクを形成するように、前記レジスト層を前記
   第１の現像剤よりも濃度が高い第２の現像剤で現像する
   工程ど、 前記基板の露出された領域に第２の付加的又は除去的処
   理を施す工程とより成る、レジスト方法。