JPH07254556A

JPH07254556A - パターン形成方法および形成装置

Info

Publication number: JPH07254556A
Application number: JP6208466A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Takemoto; 一成竹元; Tomoko Hiraiwa; 知子平岩; Toru Otsubo; 徹大坪; Yoshitada Oshida; 良忠押田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】被加工膜の種類によらずパターン化が可能な全
ドライプロセスによる、工程数および工程間の短縮や、
ゴミが付着する機会の減少による製造歩留まり向上に有
効なパターン形成方法と、安全上取扱い易い化合物を用
いた全ドライ一貫プロセスによるパターン形成装置とを
提供する。【構成】フォトエッチング工程の各工程をドライプロセ
スで一貫して行うパターン形成方法において、フォトレ
ジストを形成する工程を、真空排気下で、安全上取扱い
易い有機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合
物を分解させる段階とで構成し、ドライプロセスでフォ
トレジスト膜を形成する。また、フォトレジストパター
ンの形成および除去工程も、有機化合物を分解させるに
十分なエネルギーを有する電磁波を、フォトレジスト膜
に照射して、有機化合物を気化分解して除去するドライ
プロセスで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターン形成方法およ
びその形成装置に係り、特に半導体装置およびエレクト
ロニクス分野における微細パターン形成に好適なパター
ン形成方法およびその形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体分野に代表されるように、
素子の大容量化、高機能化が急速に進み、これに伴い回
路パターンがより微細化し、また回路構造もより複雑化
してきた。この微細パターン形成にはフォトエッチング
技術が用いられている。その一般的工程は以下に示す工
程から成る。

【０００３】（１）基板上全面に被加工膜を成膜する。（２）フォトレジストを塗布、露光、現像して所定パタ
ーンのフォトレジストのマスクを形成する。（３）フォトレジストのマスクに覆われていない部分の
被加工膜をエッチングする。（４）フォトレジストを除去する。

【０００４】上記した工程は、スパッタリングなど真空
中で行うものから、露光や現像など大気あるいは溶液中
で行うものまで様々な工程が混在している。そのため、
工程数の増加、複雑化、基板の移動量、時間の増加など
製造時間の短縮とクリーン化を妨げる要因が多かった。

【０００５】一方、これらの問題を解決する方法とし
て、上記した一連の工程を大気と遮断され、かつ減圧さ
れた状態で一貫して行う方法が提案されている。ここで
は、このような一貫工程を全ドライ一貫プロセスと定義
する。フォトエッチングプロセスの全ドライ一貫プロセ
ス化における最大の課題は、フォトレジストの成膜、露
光、現像、除去のいずれの工程をもドライプロセスで行
うことである。

【０００６】それ故、最近では、例えば、特開平４−６
３４１４号公報に見られるようにフォトレジストを用い
ない方法も提案されている。すなわち、この方法は、Ｎ
Ｏ₂ガスの存在下で、Ｓｉ膜（あるいはＡｌ膜）に所定
のマスクを介して、エキシマレーザーを照射することに
より、表面を選択的に酸化し、例えば２ｎｍ程度の厚さ
のＳｉＯx（ＡｌＯx）膜を形成し、これをエッチングマ
スクにして、酸化されない表面領域を、ドライエッチン
グにより選択的にエッチングして、所定のパターンを形
成するものである。しかし、この方法は、被加工膜が少
なくとも光酸化される金属の場合に限定される。また、
ＮＯ₂を用いた光酸化は、数ｎｍ深さの極最表面の反応
であるため、充分な厚さのエッチングマスクを得難いと
いう問題があった。

【０００７】また、アプライド・フィジックス・レター
ズ、６２（４）、ページ３７２（１９９３年）［Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｉｓ．Ｌｅｔｔ．，６２（４），３７２（１９
９３）］によれば、モノアルキルシランを原材料として
形成したフォトレジストであるプラズマ重合膜を、Ｏ₂
存在下において所定のマスクを介してエキシマレーザー
光を照射、露光することで、露光領域にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ
構造を有するパターンを作り、未露光部とのエッチング
選択比を生じさせ、Ｃｌ₂エッチングガスによる現像工
程において、フォトレジストパターンを形成することが
可能であることが報告されている。しかし、この方法
は、モノアルキルシランという安全上取扱い難い化合物
（一般に常温、大気中で発火性の気体）を用いる必要が
有り、また、フォトレジストの除去についても考慮され
ていなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記した従来技術の問題点を解決することにあ
り、その第１の目的は全ドライ一貫プロセスによりパタ
ーンを形成する改良されたパターン形成方法を、そして
第２の目的はその形成装置を、それぞれ提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した本発明の第１の
目的は、基板上に被加工膜を堆積する第１の工程と、被
加工膜上にフォトレジストを形成する第２の工程と、フ
ォトレジストに所定のパターンを有するフォトマスクを
介して露光を行う第３の工程と、露光後のフォトレジス
トを現像する第４の工程と、第３の工程および第４の工
程により得られたフォトレジストパターンをマスクにし
て被加工膜をエッチングする第５の工程と、フォトレジ
ストパターンを除去する第６の工程とを少なくとも含む
フォトエッチングプロセスを全ドライ一貫プロセスとす
るパターン形成方法において、前記第２の工程は減圧下
の非酸化性雰囲気で、固体もしくは液体のＳｉを含む有
機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物を分
解してＳｉラジカルを生成させる段階と、分解生成した
Ｓｉラジカルを反応させて再結合することにより、被加
工膜上にＳｉ−Ｓｉ結合を有する有機化合物から成るフ
ォトレジストを成膜させる段階とを有して成り、前記第
３の工程および第４の工程は、前記有機化合物のＳｉ−
Ｓｉ結合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波
を、前記マスクを介してフォトレジストに照射すること
によって露光と共に現像を進行させる段階を有するフォ
トレジストマスクパターン形成工程から成るパターン形
成方法により達成される。

【００１０】上記第２の工程で、気化した有機化合物を
分解してＳｉラジカルを生成させるには、有機化合物を
例えばヒーターや赤外線ランプ等で加熱分解するか、電
磁波照射により分解するか（例えば波長３５０ｎｍ以
下、実用的に好ましくは１９０ｎｍ程度の紫外線照
射）、もしくは低温プラズマ照射により分解するか（好
ましいプラズマ照射領域としてアフタグロー部を利用）
のいずれかの分解方法により行なうことが望ましい。な
お、前記全工程は大気と遮断され、かつ、減圧された状
態で一貫して行われても良い。

【００１１】ここで、フォトレジスト膜を形成する出発
原料は、Ｓｉを含有し、かつ、Ｓｉに結合するＨが２個
以下の有機化合物であり、例えば、下記の化学構造式
（１）で表される環状のジアルキルシラン化合物、
（２）で表されるフルオロシラン化合物、もしくは
（３）で表される鎖状のジアルキルシラン化合物やポリ
シラン化合物のいずれか一種、もしくは複数種が使用さ
れる。ただし、式中のＲ₁、Ｒ₂はアルキル基、アリール
基から選ばれた有機基を表わし、Ｒ₃、Ｒ₄はフルオロ
基、パーフルオロアルキル基、フェニル基、パーフルオ
ロフェニル基、パーフルオロアルキル置換フェニル基か
ら選ばれた異なる有機基を表わし、ｎ₁、ｎ₂はいずれも
正の整数を表わす。実用的に好ましくは、ｎ₁＝１〜
５、ｎ₂＝１〜１，０００程度であり、特に６００〜
１，０００が好ましい。

【００１２】

【化４】

【００１３】

【化５】

【００１４】

【化６】

【００１５】具体的な出発原料としては、好ましくは、
ヘキサメシチルシクロプロパシラン、オクタフェニルシ
クロブタシラン、デカメチルシクロペンタシラン、ドデ
カメチルシクロヘキサシラン、テトラデカメチルシクロ
ヘプタシラン、フェニルフルオロシラン、パーフルオロ
フェニルフルオロシランや、下記化学構造式（４）およ
び（５）等が挙げられる。

【００１６】

【化７】

【００１７】

【化８】

【００１８】そして、第２の工程で形成されたフォトレ
ジストは、一旦分解された有機化合物が再結合した、少
なくとも２個以上のＳｉ−Ｓｉ結合を有する有機化合物
となっている。

【００１９】上記フォトレジストに露光を行う第３の工
程と、露光後のフォトレジストを現像する第４の工程と
は、統合して同一工程で実施する。すなわち、露光は前
記Ｓｉ−Ｓｉ結合を有するフォトレジストに、所定のマ
スクパターンを介してＳｉ−Ｓｉ結合を解裂するに十分
な波長とエネルギーを有する電磁波を照射することで行
う。照射する電磁波は、真空紫外域の波長３５０ｎｍ以
下の紫外線が有効で、現状では１９０ｎｍ程度までの光
源が実用的に好ましいものとして使用できる。将来さら
に波長の短い光源が開発されれば当然のことながら有効
な光源として使用できることは云うまでもない。照射量
は、使用するフォトレジストの組成（Ｓｉ−Ｓｉ結合を
有する有機化合物）により異なるが、実用的には少なく
とも５００ｍＪ／ｃｍ²が必要となる。

【００２０】ここで、フォトレジストの露光された領域
のＳｉ−Ｓｉ結合を有する有機化合物は選択的に分解さ
れ、Ｓｉを含む分解生成物はガス状物質として真空排気
下で系外に除去され、露光と共に現像が進行する。この
真空排気下での露光−現像工程においては、分解生成物
を系外に効率良く排気除去するため、露光雰囲気中にキ
ャリアガスを導入し、ガス流下で露光−現像することも
有効である。キャリアガスとしては、マスクを形成する
フォトレジストを劣化させないように、例えばＡｒ、Ｎ
₂等の不活性ガス、場合によっては、例えば水素等の還
元ガスを使用する。

【００２１】上記フォトレジストパターン（レジストマ
スク）を除去する第６の工程は、フォトレジストパター
ンを形成する第３、第４の露光−現像工程と同様に、Ｓ
ｉ−Ｓｉ結合を解裂するに十分な波長とエネルギーを有
する電磁波を、フォトレジスト全面に照射することで、
フォトレジストを構成しているＳｉ−Ｓｉ結合を有する
有機化合物を分解させ、分解生成物をガス状物質として
系外に排気除去する工程とするものである。

【００２２】また、段差を有する基板等においては、基
板全面に、例えば、ジ−ｐ−キシリレン、ポリアミド
酸、ポリイミド、ポリ尿素等で代表される、気相で成膜
できる高分子化合物の中で、比較的分子量の小さい、加
熱すると軟化変形する性質を有する有機化合物を用い
て、有機平坦化膜を形成する工程を設け、この有機平坦
化膜の上に、前記のフォトレジストを形成する工程を設
けても良い。

【００２３】また、基板の被加工膜上に、被加工膜と十
分なエッチング選択比を有した、例えばフェノールノボ
ラック系樹脂、ポリイミド系樹脂、カーボン膜等で代表
されるエッチングマスクを形成する工程を設け、このエ
ッチングマスク上に前記フォトレジストを形成する工程
を設けてもよい。これにより、エッチングマスクとフォ
トレジストとの２重層からなる２層レジストを形成する
ことができる。

【００２４】そして、本発明の第２の目的は、少なくと
も基板上にフォトレジストを形成する第１の室と、フォ
トレジストに露光を行う第２の室と、基板を搬送する第
３の室とを少なくとも備えたパターン形成装置であっ
て、前記各室はいずれも真空封止可能に構成され、前記
第１の室および第２の室は、それぞれ個別に設けられた
ゲートバルブを介して第３の室とつながり、前記フォト
レジストを形成する第１の室は、非酸化性の雰囲気で、
固体もしくは液体のＳｉを含む有機化合物を気化する気
化室と、気化した有機化合物を分解してＳｉラジカルを
生成させる分解室と、分解した有機化合物を再結合する
反応室とを含み、前記フォトレジストに露光を行う第２
の室は、少なくとも前記再結合を解裂するに十分なエネ
ルギーを有する電磁波を前記フォトレジストに照射する
手段（例えば真空紫外域の波長３５０ｎｍ以下の紫外線
照射による電磁波照射手段）を備えた露光室で構成する
ことで達成される。

【００２５】上記分解室で気化した有機化合物を分解し
てＳｉラジカルを生成させる手段としては、例えばヒー
ター加熱や赤外線ランプによる加熱手段、真空紫外域の
波長３５０ｎｍ以下の紫外線照射による電磁波照射手
段、マイクロ波放電による低温プラズマ照射手段等の分
解手段が使用される。

【００２６】さらに、第１の室は有機化合物を原料とし
て薄膜を形成するものなので、フォトレジストを成膜す
るだけでなく、フォトレジストを成膜する下地膜となる
有機平坦化膜やエッチングマスクを、形成する構成とす
ることもできる。

【００２７】

【作用】パターン形成方法の発明について説明すると、
成膜工程においては、気化させる段階が、常温において
固体もしくは液体のフォトレジストの原料であるＳｉを
含む安全上取扱い易い有機化合物を、ドライプロセス用
に真空排気下、酸化反応等によるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ構造が
発生しないように、非酸化性の雰囲気で気化させる。

【００２８】また、有機化合物を分解させる段階、前記
気化した有機Ｓｉ化合物のＳｉ−Ｓｉ結合を、真空排気
下で熱分解（例えば、４００℃以上の温度条件下）、も
しくは、電磁波で分解（例えば、波長３５０ｎｍ以下の
紫外線で）、あるいは、低温プラズマを用いて分解（例
えば、Ａｒガスの低温プラズマのアフタグロー部を用い
た）して、Ｓｉ−Ｓｉ結合が解裂したＳｉラジカルを生
成する。

【００２９】さらに、反応させる段階は、前記Ｓｉラジ
カルを、真空排気下で冷却し、少なくとも２個以上のＳ
ｉ−Ｓｉ結合に再結合する。すなわち、基板上にＳｉ−
Ｓｉ結合の膜を堆積し、フォトレジストの薄膜を形成す
る。このように、安全上取扱い易い有機化合物を用い
て、真空排気下、有機化合物を分解させる段階が薄膜の
材料を供給し、反応させる段階が、膜を堆積させる工程
としたので、有機平坦化膜（その他、カーボン膜などの
エッチングマスクをも含む）等の金属以外の基板もしく
は膜の上でも、所望の厚さを有するフォトレジストが安
全かつ容易に形成できる。

【００３０】なお、この成膜工程は、有機化合物の薄膜
を形成できるものなので、フォトレジストの成膜のみな
らず、有機平坦化膜やカーボン膜などのエッチングマス
クの成膜も可能である。

【００３１】露光工程および現像工程では、有機Ｓｉ化
合物のＳｉ−Ｓｉ結合を解裂するに十分なエネルギーを
有する電磁波（波長が３５０ｎｍ以下の紫外線、例え
ば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを照射量
５００ｍＪ／ｃｍ²以上で照射）を、所望のパターンが
形成されたマスクを介して選択的にフォトレジストに照
射するので、このフォトレジストの露光領域においては
Ｓｉ−Ｓｉ結合の解裂が多数箇所起こり、分子を系外に
排気するに十分な大きさのガス状のＳｉラジカルに分解
することができる。すなわち、真空排気下で、露光を行
うと、露光部分が分解して低分子化されたガス状物質と
なって除去され、現像される（露光とともに現像が進行
する）。

【００３２】なお、この真空排気下での露光時に、露光
面上に不活性ガス等のキャリアガスを導入することによ
り、露光によって生成されたフォトレジストの分解生成
物をキャリアガスと共に系外に効率良く排気除去できる
という効果がある。

【００３３】このような、露光工程および現像工程を統
合した工程で、フォトレジストが選択的にエッチングさ
れて、ポジ像パターンが形成されたレジストマスク得ら
れるので、工程の削減と単純化、および基板移動量削減
等により、パターン形成時間の短縮や歩留まり向上が図
れる。

【００３４】なお、フォトレジストパターンをマスクと
した被加工膜のエッチングは、周知のドライエッチング
方法により実施できる。

【００３５】フォトレジストパターンの除去工程は、前
記の露光工程および現像工程を統合した工程と同様に行
われる。すなわち、基板の全面に電磁波を照射して、Ｓ
ｉ−Ｓｉ結合の解裂により、フォトレジストパターンを
ガス状のＳｉラジカルに分解して除去する。これによ
り、工程の削減と単純化、および、基板移動量削減等が
さらに進み、パターン形成時間の短縮や歩留まり向上が
さらに進んだドライ一貫プロセスを提供できる。なお、
不活性ガス等のキャリアガス流下で、露光を行うと、揮
発しにくい成膜物質の除去も、キャリアガスの作用によ
り容易に除去可能となり有効である。

【００３６】つぎに、パターン形成装置の発明について
説明すると、フォトレジストを成膜する第１の室は気化
室と分解室と反応室とから成なり、気化室は、加熱手段
とガス導入および排気手段とを有し、常温において固体
もしくは液体の、フォトレジストの原材料であるＳｉを
含む安全上取扱い易い有機化合物を大気圧で室内に導入
後、ドライプロセス用に真空排気下で加熱して、酸化反
応等によるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ構造が発生しないように、非
酸化性の雰囲気下で気化する構成とする。

【００３７】分解室は、ヒータ等の加熱手段、電磁波照
射手段、もしくはプラズマ照射手段（低温プラズマ）等
の分解手段有し、気化した有機Ｓｉ化合物のＳｉ−Ｓｉ
結合を、真空排気下で上記手段によって分解して、Ｓｉ
−Ｓｉ結合が解裂したＳｉラジカルを生成する。

【００３８】反応室は、少なくとも基板支持台と排気手
段とを有しており、分解室で生成したＳｉラジカルを、
真空排気下で冷却し、少なくとも２個以上のＳｉ−Ｓｉ
結合に再結合する。すなわち、冷却手段を備えた基板支
持台上に載置された基板表面にＳｉ−Ｓｉ結合を有する
再結合膜を堆積し、フォトレジストの薄膜を形成する。

【００３９】このように、気化室において、安全上取扱
い易いドライプロセス用の気化した化合物を作成し、そ
れを分解室で分解して低分子のＳｉラジカルを生成し、
反応室で再結合させてこれを基板表面上に薄膜を形成す
ことにより回収する。すなわち、パターン形成装置外部
では、安全上取扱い易い固体もしくは液体の有機化合物
を扱うので、設置場所の制約が少なく、かつ、取扱いが
容易な、安全性の高いパターン形成装置が実現できる。

【００４０】また、気化室と分解室と反応室と詳細工程
毎に分け、各室を分離できるようにゲートバルブを介し
て接続した構成としたので、工程制御が容易であり、簡
単な制御で、有機平坦化膜やエッチングマスク等の金属
以外の基板もしくは膜の上にでも、所望の厚さを有する
フォトレジストが容易に形成できる。そして、フォトレ
ジストを形成する基板は、搬送室に隣接した反応室に設
置すれば良いので、工程の削減と単純化、および、基板
移動量削減等により、パターン形成時間の短縮や歩留ま
り向上が図れるパターン形成装置が実現できる。

【００４１】また、第２の室は、有機Ｓｉ化合物のＳｉ
−Ｓｉ結合を解裂するに十分な波長とエネルギーを有す
る電磁波（波長３５０ｎｍ以下の紫外線）の照射手段
（紫外線放射光源）と排気手段とを設けた露光室であ
り、ここでは、従来のフォトエッチングプロセスでのフ
ォトレジストパターン形成時の露光と現像、およびレジ
ストパターンをマスクとして使用した後のフォトレジス
トの除去の工程を全て実施する。

【００４２】すなわち、レジストパターンの形成時に
は、光源からの光を、所定のパターンを有するマスクを
介してフォトレジストに照射、露光するか、あるいはフ
ォトレジストの除去の工程においては、フォトレジスト
全面に照射して、露光部分のＳｉ−Ｓｉ結合の解裂によ
り、フォトレジストパターンをガス状のＳｉラジカルに
分解して除去する。したがって、第２の室により、工程
の削減と単純化、および、工程毎の基板移動量削減等に
より、パターン形成時間の短縮や歩留まり向上が図れ、
しかも、工程毎に室を設けることなく、１つの光源を設
けただけの、共通化された小型で経済的なパターン形成
装置が実現できる。

【００４３】なお、この第２の室は、フォトレジストを
露光してパターン化する工程を実施する露光室となるこ
とから、露光光学系を含むので振動を嫌い、他の処理
室、例えば基板を搬送する第３の室との連結部において
は、防振構造を施して精密な露光が実施できる露光室と
することが望ましい。

【００４４】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を用いて詳細
に説明する。〈実施例１〉図１、図２、図４を用いて本発明によるパ
ターン形成方法を実施するパターン形成装置の一構成例
について説明する。

【００４５】図１はパターン形成装置の主要部を示す上
面図である。パターン形成装置は基板（図示せず）を保
持して搬送する基板ホルダー１０を出し入れするロード
ロック室１と、基板のクリーニングを行う基板前処理室
２と、被加工膜の成膜室３と、エッチングマスクの成膜
室４と、有機平坦化膜の成膜室５と、気化室６−１、分
解室６−２および反応室６−３の３室から成るフォトレ
ジストの成膜室６（本発明の第１の室に相当する）と、
露光および現像室７（本発明の第２の室に相当する）
と、エッチング室８と、基板ホルダー１０を各室間に移
送する搬送機構(図示せず)を有する搬送室９（本発明の
第３の室に相当する）とで構成した。ただし、フォトレ
ジストの成膜室６への基板搬送は反応室６−３のみに行
う。

【００４６】この構成において、ロードロック室１、基
板前処理室２、被加工膜の成膜室３、エッチングマスク
の成膜室４、有機平坦化膜の成膜室５、フォトレジスト
の成膜室６、気化室６−１、分解室６−２、反応室６−
３、露光および現像室７、エッチング室８、搬送室９の
いずれの室も真空機密可能に構成されており、室内を真
空排気するための真空排気装置(図示せず)が分解室６−
２を除いてそれぞれ備えられている。

【００４７】なお、ロードロック室１、基板前処理室
２、被加工膜の成膜室３、エッチングマスクの成膜室
４、有機平坦化膜の成膜室５、フォトレジストの成膜室
６（反応室６−３）、露光および現像室７、エッチング
室８はそれぞれ搬送室９の周囲に配置し、ゲートバルブ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈをそ
れぞれ介して搬送室９と接続した。

【００４８】ロードロック室１には、搬送室９とつなが
るゲートバルブ９ａの他に、基板ホルダー１０の出し入
れを外部と行うための扉１ａを設け、また、反応室６−
３と分解室６−２との間はバルブ６ｃとを介して接続
し、さらに、分解室６−２と反応室６−３の真空を保
ち、気化させる試料（フォトレジスト膜を形成する原材
料と成るＳｉを含む有機化合物）を設置するために気化
室６−１には分解室６−２との間にバルブ６ｂと試料ボ
ート（あるいは試料シリンダー）の出し入れを外部と行
うための扉６ａを設けた。

【００４９】基板前処理室２はスパッタエッチングによ
るクリーニングができる機能を有するもので、本実施例
においてはＲＦスパッタエッチングによって行われる。
なお、イオンガンを装備すれば、スパッタエッチングの
代わりにイオンビームエッチングでクリーニングするこ
ともできる。

【００５０】被加工膜の成膜室３は、通常のスパッタリ
ング室としたが、この代わりに周知の真空蒸着もしくは
プラズマＣＶＤによる成膜室としても良い。また、２層
レジスト膜を形成する際に使用するエッチングマスク成
膜室４は、スパッタリングもしくはプラズマＣＶＤによ
る成膜室とした。

【００５１】基板に段差がある場合に段差解消のために
形成する有機平坦化膜の成膜室４は、成膜原料に応じて
通常複数個必要となるが、この例では２個の蒸着源を有
する真空蒸着装置とした。

【００５２】図２はフォトレジストの成膜室６の詳細な
構成を示す断面図の一例である。気化室６−１は、有機
化合物の試料１２を入れるボート１１と、ボート１１を
保持する支持台１３と、試料１２を気化させる加熱手段
（本実施例では赤外線ランプとしたが、紫外線ランプと
してもよい）１４と、試料１２を気化室６−１に入れる
際、Ｎ₂ガス等でこの気化室を大気圧にするためのガス
導入口１５と、排気口１６とで構成し、分解室６−２
は、気化した試料を分解する熱を均一に伝えるのに適し
た円筒管（本実施例では石英管を使用）１７と加熱手段
（本実施例では赤外線ランプを使用）１８と、加熱によ
り分解室６−２が変形して真空度が劣化することを防止
するための、分解室６−２の冷却機構である水冷機構１
９とで構成した。また、反応室６−３は基板ホルダー１
０を設置する支持台２０（冷却等の温度制御手段が内蔵
されているが図示せず）と、膜厚を測定する膜厚モニタ
２１と、排気口２２とで構成した。

【００５３】このフォトレジストの成膜室６は、有機化
合物を原料とする薄膜を形成できるので、後述する実施
例で示すようなフォトレジスト以外の有機化合物の薄膜
の形成にも利用できる。なお、支持台２０には、後述す
る実施例で示すような有機平坦化膜を構成するために、
加熱すると軟化変形する性質を有する有機化合物を加工
可能なように加熱手段を設けた。

【００５４】図３は、露光および現像室７の構成を示す
断面図である。露光および現像室７は、ＫｒＦエキシマ
レーザーを発信する光源２７と、照明光学系２８と、所
定のパターンを有したフォトマスク２９と、投影光学系
３０とを露光および現像室７の外側に配置し、露光およ
び現像室７の中に光を導入するための窓３１と、基板ホ
ルダー１０を設置する試料保持台３２と、ガス導入口３
３と、排気口３４とを設けた構成とした。

【００５５】この露光および現像室７は、フォトレジス
トの露光と現像によるレジストパターンの形成工程と、
その後の工程となるフォトレジストの除去工程との実施
を可能とする。なお、本実施例においては、キャリアガ
ス導入口３３を排気系の上流側に設け、通常は真空排気
下で実施する薄膜の加工の他、Ａｒガス等の不活性ガス
等、フォトレジスト薄膜の原料に対応する種類のキャリ
アガスを流しながら薄膜を露光により加工できる構成と
し、露光により分解されたフォトレジストの分解生成物
をこのキャリアガスにより効率良く外部に排気、除去で
きるようにし、フォトレジスト薄膜の原料に揮発性の低
い原料をも使用できるようにした。

【００５６】なお、被加工膜のエッチング室８にはＲＦ
プラズマを用いた反応性イオンエッチングが可能な構成
とした。また、マイクロ波でプラズマを発生させる方式
を用いることもできる。

【００５７】〈実施例２〉図４は、実施例１の図２に示
したフォトレジストの成膜室６に対応する他の構成例を
示す断面図である。図示のように実施例１の図２と異な
る点は、試料１２の気化室６−１と、分解室６−２の構
成であり、気化室６−１は、有機化合物の試料１２を入
れる試料シリンダー２３と、試料を気化させる加熱手段
（本実施例では電熱線を使用）２４および温度調節器
（図示せず）とで構成し、分解室６−２は、実施例１の
加熱分解手段の代わりに、気化した試料にプラズマを照
射して分解するプラズマ照射手段を設けて構成した。

【００５８】すなわち、分解室６−２の２５は、プラズ
マ発生部（本実施例ではマイクロ波電源を使用）であ
り、プラズマを発生させるための原料ガスとなるＡｒガ
スが、ガス導入口２６から流量調節バルブ６ｄを介して
プラズマ発生部２５に送給されると低温プラズマが発生
する構成となっている。気化室６−１から送給された有
機化合物の気体がこのプラズマに曝されると分解が生じ
てＳｉラジカルが生成する。このプラズマに曝される位
置が低温プラズマのアフタグロー部となるように設定さ
れたおり、有機化合物を容易に分解し、Ｓｉラジカルが
生成し易い条件となっている。

【００５９】なお、気化室６−１の試料シリンダー２３
と、石英製のガス供給管１７ａとを連結するバルブ６ｅ
は電磁開閉弁で構成され、分解室６−２の石英管１７ｂ
と気化室６−１のガス供給管１７ａとを連結するバルブ
６ｂは流量調節弁で構成されている。

【００６０】このフォトレジストの成膜室６は、有機化
合物を原料とする薄膜を形成できるので、後述する実施
例で示すようなフォトレジスト以外の有機化合物の薄膜
の形成にも利用できる。

【００６１】〈実施例３〉図５は、図４に示したフォト
レジストの成膜室６のプラズマ照射による分解手段の代
わりに、電磁波照射による分解手段を備えた変形例を示
す断面図である。基本的には実施例２と同一構成である
が、分解室６−２の構成のみが異なっている。すなわ
ち、分解室６−２の石英管１７ｂの外部に配設された光
源２７から照明光学系２８により電磁波が石英管１７ｂ
内の気化された有機化合物に照射され、Ｓｉラジカルを
生成する。光源２７としては、波長３５０ｎｍ以下の紫
外線を放射するものであればよく、例えば水銀ランプ、
もしくは図３の露光−現像室に使用されたＫｒＦエキシ
マレーザー等が用いられる。

【００６２】〈実施例４〉図６は、パターン形成装置の
他の実施例を示す上面図である。装置構成は、基本的に
実施例１の図１に示した構成と同一である。ただし、装
置構成を小型化するために図１からエッチングマスクの
成膜室４と有機平坦化膜の成膜室５とを取り除いた点が
異なる。その他の装置構成および装置の機能は、実施例
１の図１で説明した内容と重複するので、説明を省略す
る。フォトレジストの成膜室６についても実施例１の図
２に示した構成、実施例２の図４に示した構成、および
実施例３の図５に示した構成のいずれもが使用可能であ
る。

【００６３】〈実施例５〉次に、実施例１で示した本発
明のパターン形成装置を用いて、実際にパターンを形成
した一実施例について、図１〜図３および図７を用いて
説明する。図７は本実施例によるパターン形成の工程
を、基板の断面図で示した工程図である。

【００６４】図７の工程図の説明に入る前に、基板の前
処理を以下の工程で実施した。まず、Ｓｉ基板３５を図
１に示したパターン形成装置の基板ホルダー１０にセッ
トし、扉１ａを通してロードロック室１に入れ、ロード
ロック室１の室内を真空排気装置（図示せず）で１．３
×１０~³Ｐａ以下に真空排気する。なお、搬送室９は真
空排気装置(図示せず)によって常に真空排気し、真空度
を１．３×１０~³以下の圧力に保つようにした。ここで
ゲートバルブ９ａを開け、基板ホルダー１０を搬送室９
に移し、ゲートバルブ９ａを閉じる。

【００６５】次に基板前処理室２を真空排気し、真空度
を５×１０~⁵Ｐａ以下にしておく。ゲートバルブ９ｂを
開け、基板ホルダー１０を基板前処理室２に搬送し、ゲ
ートバルブ９ｂを閉じる。基板ホルダー１０は基板前処
理室２のＲＦ印加側電極（図示せず）上に設置する。こ
こで基板前処理室２にＡｒガスを８０ｓｃｃｍ流し、系
内の圧力を３Ｐａに調整し、３００ＷのＲＦパワーを１
分間印加した。前処理が終了した後、Ａｒガスの導入を
止め、真空排気して真空度を１．３×１０~³Ｐａ以下に
した後、ゲートバルブ９ｂを開け基板ホルダー１０を搬
送室９に移す。基板前処理室２は真空排気して真空度を
５×１０~⁵Ｐａ以下にしておく。

【００６６】以下、図７の工程図にしたがって順次説明
する。図７（ａ）で示す被加工膜３６の形成工程は、次
のように実施した。図１に示した装置の被加工膜の成膜
室３（本実施例ではスパッタリング室）を真空排気して
真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下にし、ゲートバルブ９ｃを
開け、基板ホルダー１０を被加工膜の成膜室３に搬送
し、ゲートバルブ９ｃを閉じる。ここで被加工膜の成膜
室３にＡｒガスを８０ｓｃｃｍ流し、室内の圧力を０．
５Ｐａに調整し、５００ＷのＲＦパワーを印加し、被加
工膜であるＳｉＯ₂膜３６を２００ｎｍの厚さに成膜し
た。被加工膜の成膜後、Ａｒガスの導入を止め、室内を
真空排気して、真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下にする。次
いで、ゲートバルブ９ｃを開け、基板ホルダー１０を搬
送室９に移し、ゲートバルブ９ｃを閉じる。被加工膜の
成膜室３は真空排気して真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下に
しておく。

【００６７】図７（ｂ）で示すフォトレジスト膜３７の
形成工程は、次のように実施した。図１、図２に示した
ようにフォトレジストの成膜室６の気化室６−１と分解
室６−２の間のバルブ６ｂを閉じる。分解室６−２と反
応室６−３の間のバルブ６ｃを開ける。反応室６−３お
よび分解室６−２を真空排気して真空度を５×１０~⁵Ｐ
ａ以下にし、ゲートバルブ９ｆを開け、基板ホルダー１
０を反応室６−３に搬送し、ゲートバルブ９ｆを閉じ
る。また、気化室６−１にＮ₂ガスを導入し、真空度を
大気圧に戻した後、扉６ａを開け、フォトレジスト膜を
形成する原材料と成るＳｉを含む有機化合物であるドデ
カメチルシクロヘキサシランを試料１２として試料ボー
ト１１に充填し、扉６ａを閉じて、真空排気し、真空度
を５×１０~⁵Ｐａ以下にする。次に、分解室６−２の赤
外線ランプ１８を用いて石英管１７の内部温度を６００
℃に調節する。

【００６８】次に、バルブ６ｂを開け、試料１２を赤外
線ランプ１４で加熱して１５０℃に保つ。ドデカメチル
シクロヘキサシランは気化室６−１において１５０℃に
加熱され気化し、さらに、分解室６−２の石英管１７内
部の温度（６００℃）により、Ｓｉ−Ｓｉ結合が解裂
し、数種のＳｉを含む化学種が生成される。この化学種
が反応室６−３において再結合して基板上にＳｉ−Ｓｉ
結合の膜状に堆積する。反応室６−３内の支持台２０に
は、基板温度を室温以下に設定し得る温度制御手段が配
設（図２では図面が省略されている）されているが、こ
の例では基板温度を室温に設定して堆積させた。これに
より、反応室６−３において基板上に５００ｎｍの厚さ
のフォトレジスト３７を形成することができた。なお、
膜厚の制御は、膜厚モニタ２１で所望の膜厚になったと
きにバルブ６ｃを閉じて行う。

【００６９】フォトレジストの成膜後、気化室６−１と
分解室６−２の赤外線ランプ１４および１８の電源を切
り、ゲートバルブ９ｆを開け、基板ホルダー１０を搬送
室９に移し、ゲートバルブ９ｆを閉じる。バルブ６ｂも
閉じておく。

【００７０】図７（ｃ）で示す露光および現像工程は、
次のように実施した。図３に示した露光および現像室７
を、真空排気して真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下にし、ゲ
ートバルブ９ｇを開け、基板ホルダー１０を露光および
現像室７に搬送し、ゲートバルブ９ｇを閉じる。次い
で、光源２７のＫｒＦエキシマレーザーで発振させた波
長２４８ｎｍのレーザー光を照明光学系２８よって所定
のパターン（本実施例では１μｍラインアンドスペース
パターン）を有するフォトマスク２９に均一に照射し、
フォトマスク２９のパターン像を投影光学系３０によっ
て基板３５上のフォトレジスト３７の表面に石英製の窓
３１を通して結像させる。光が照射された部分では、フ
ォトレジスト分子のＳｉ−Ｓｉ結合が解裂し、低分子化
された化学種はガス状物質となって排気口３４から室外
に排気される。したがって、本フォトレジスト３７はフ
ォトマスクのパターン像に対してポジ像を与える。この
ようにしてフォトマスク２９のパターン像を、フォトレ
ジスト３７に転写した。

【００７１】図３を用いた露光のいまひとつの方法とし
て、ガス導入口３３からキャリアガスとしてＡｒ、Ｎ₂
等の不活性ガスを供給しながら露光することも可能であ
る。この方法によれば、露光によりフォトレジスト分子
のＳｉ−Ｓｉ結合が解裂して低分子化された化学種（ガ
ス状物質）を、室外にさらに効率よく排気除去すること
ができる。

【００７２】図７（ｄ）で示す被加工膜（ＳｉＯ₂）３
６のエッチング工程は、次のように実施した。図１に示
した被加工膜のエッチング室８の真空度を５×１０~⁵Ｐ
ａ以下にし、ゲートバルブ９ｈを開け、基板ホルダー１
０をエッチング室８に移し、ゲートバルブ９ｈを閉じ
る。エッチングガスとしてＣＨ₂Ｆ₂ガスを２０ｓｃｃｍ
の流量で導入し、室内の真空度を７Ｐａに調整する。３
００ＷのＲＦパワーを印加し被加工膜であるＳｉＯ₂膜
３６のエッチングを行った。次いで、ゲートバルブ９ｈ
を開け、基板ホルダー１０を搬送室９に搬送し、ゲート
バルブ９ｈを閉じる。

【００７３】最後に、図７（ｅ）で示すフォトレジスト
３７の除去工程を、次のように実施した。図１、図３に
示した露光および現像室７を真空排気して真空度を５×
１０~⁵Ｐａ以下にし、ゲートバルブ９ｇを開け、基板ホ
ルダー１０を露光および現像室７に搬送し、ゲートバル
ブ９ｇを閉じる。次いで、光源２７のＫｒＦエキシマレ
ーザーで発振させた波長２４８ｎｍのレーザー光を、照
明光学系２８によって基板３５上に残存するフォトレジ
スト３７の最表面に焦点を合わせ、全面に照射、露光す
る。これにより、フォトレジスト３７を分解し室外に排
気、除去することができる。フォトレジスト３７の除去
が完了した後、ゲートバルブ９ｇを開け、基板ホルダー
１０を搬送室９に搬送し、ゲートバルブ９ｇを閉じる。

【００７４】以上述べたようにして、被加工膜ＳｉＯ₂
膜３６の１μｍラインアンドスペースのパターンを形成
することができた。被加工膜３６の成膜、フォトレジス
ト３７の形成、露光、現像、被加工膜のエッチング、フ
ォトレジストの除去の各工程を大気と遮断され、かつ減
圧された状態で一貫して行うことができた。

【００７５】〈実施例６〉次に、実施例１および２で示
した装置を用いて、実際にパターンを形成した他の実施
例について、図１および図３および図４および図７を用
いて説明する。本実施例は、フォトレジストの成膜の
際、固体もしくは液体のＳｉを含む有機化合物の分解
を、低温プラズマを用いて行ったものである。図７は本
実施例によるパターン形成の工程を、基板の断面図で示
した工程図である。なお、本実施例では、図７（ｂ）工
程を除き、図７（ａ）および図５（ｃ）〜（ｅ）工程
は、実施例４と同様に行ったので、ここではこれらの工
程の説明を省略し、図７（ｂ）工程を主体に説明する。

【００７６】図７（ｂ）で示すフォトレジスト膜３７の
形成工程は次のように実施した。図４に示した成膜室６
の分解室６−２と反応室６−３の間のバルブ６ｃを開け
る。反応室６−３および分解室６−２を真空排気して真
空度を５×１０~⁵Ｐａ以下にし、ゲートバルブ９ｆを開
け、基板ホルダー１０を反応室６−３に搬送し、ゲート
バルブ９ｆを閉じる。フォトレジスト膜を形成する原材
料と成るＳｉを含む有機化合物であるフェニルフルオロ
シランは試料１２として、気化室６−１である試料シリ
ンダー２３に予め充填しておく。試料シリンダー２３は
電磁弁６ｅを介して気化室６−１と流量調節用のバルブ
６ｂで仕切られ、常に一定温度に保つように電熱器２４
と温度調節器（図示せず）によって温度調節される。

【００７７】反応室６−３および分解室６−２を真空排
気しながら、分解室６−２につながる石英管１７ｂに、
ガス導入口２６、バルブ６ｄを介してＡｒガスを毎分２
０ｍｌ供給し、真空度を１０Ｐａに保った。石英管１７
ｂにマイクロ波電源（図示せず）からマイクロ波をプラ
ズマ発生部２５に導き、Ａｒプラズマを発生させる。

【００７８】次に、分解室６−２を真空排気し、真空度
を５×１０~⁵Ｐａ以下にする。次に、原材料と成るＳｉ
を含む有機化合物であるフェニルフルオロシランを毎分
１０ｍｌ供給し、Ａｒプラズマと接触させた。これによ
りフェニルフルオロシランは、２個のＳｉ−Ｈ結合が解
烈してＳｉラジカルを生成し、反応室６−３において冷
却されて再結合することにより、Ｓｉ−Ｓｉ結合が生成
し、基板３５上に膜状に堆積する。これにより、反応室
６−３の基板３５上に３００ｎｍの厚さのフォトレジス
ト３７を形成することができる。なお、膜厚の制御は、
膜厚モニタ２１で所望の膜厚になったときに、原料ガス
の供給を止めることで行う。

【００７９】フォトレジストの成膜後、マイクロ波およ
びＡｒの供給を止める。反応室６−３および分解室６−
２を真空排気して、真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下にし、
ゲートバルブ９ｆを開け、基板ホルダー１０を搬送室９
に移し、ゲートバルブ９ｆを閉じる。バルブ６ｂも閉じ
ておく。

【００８０】以上の方法により、最終的に実施例４と同
様にＳｉＯ₂膜３６の１μｍラインアンドスペースのパ
ターンを形成することができた。被加工膜３６の成膜、
フォトレジスト３７の形成、露光、現像、被加工膜のエ
ッチング、フォトレジストの除去の各工程を大気と遮断
され、かつ減圧された状態で一貫して行うことができ
た。

【００８１】〈実施例７〉次に、実施例１で示したパタ
ーン形成装置を用いて、実際にパターンを形成した他の
実施例について、図１〜図３および図８を用いて説明す
る。本実施例は、段差を有する基板において、全ドライ
一貫プロセスのパターン形成精度を維持するために、有
機平坦化膜を形成して基板を平坦化し、この上でフォト
レジストの成膜を実施するものである。図８は本実施例
によるパターン形成の工程を、基板の断面図で示した工
程図であり、以下、この図にしたがって順次説明する。

【００８２】まず、図８（ｆ）で示す基板３８の前処理
および被加工膜３９の形成工程は、次のように実施し
た。段差を有する基板３８上に、図１に示した装置の基
板前処理室２を用いて、実施例５と同様に、基板３８の
前処理を実施した。次いで被加工膜３９の形成工程は、
次のように実施した。被加工膜の成膜室３（本実施例で
はスパッタリング室）を真空排気して真空度を５×１０
~⁵Ｐａ以下にし、ゲートバルブ９ｃを開け、基板ホルダ
ー１０を被加工膜の成膜室３に搬送し、ゲートバルブ９
ｃを閉じる。ここで被加工膜の成膜室３にＡｒガスを５
０ｓｃｃｍ流し、室内の圧力を０．５Ｐａに調整し、５
００ＷのＲＦパワーを印加し、被加工膜であるＡｌ膜３
９を５００ｎｍの厚さに成膜した。

【００８３】被加工膜の成膜後、Ａｒガスの導入を止
め、室内を真空排気して、真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下
にする。次いで、ゲートバルブ９ｃを開け、基板ホルダ
ー１０を搬送室９に移し、ゲートバルブ９ｃを閉じる。
被加工膜の成膜室３は真空排気して真空度を５×１０~⁵
Ｐａ以下にしておく。

【００８４】図８（ｇ）で示す段差を有する基板３８を
平坦化する有機平坦化膜４０の形成工程は、図１の有機
平坦化膜の成膜室（本実施例では蒸着装置）５を用い
て、次のように実施した。ゲートバルブ９ｅを閉じてか
ら、有機平坦化膜の成膜室５にＮ₂ガスを導入し、真空
度を大気圧に戻した後、扉５ａを開け、２つの蒸着ボー
トに、それぞれピロメリット酸二無水物と、４，４’−
ジアミノジフェニルエーテルとを等モル量設置する。扉
５ａを閉じ、真空排気して、真空度を５×１０~⁵Ｐａ以
下にする。ゲートバルブ９ｅを開け、基板ホルダー１０
を有機平坦化膜の成膜室５に搬送し、ゲートバルブ９ｅ
を閉じる。次に、ピロメリット酸二無水物を１００℃
に、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを１５０℃
に加熱した。このようにして、基板上に、ポリアミド酸
の膜を堆積した。これを、真空排気下基板加熱して、２
００℃に保持し、ポリイミドに変化させ、有機平坦化膜
４０とした。

【００８５】図８（ｈ）で示すフォトレジスト４１の形
成工程は、次のように実施した。実施例５と同様に、フ
ォトレジストの成膜室６を用い、ドデカメチルシクロヘ
キサシランを原料物質にしてフォトレジスト４１を平坦
化した有機平坦化膜４０の上に形成した。

【００８６】図８（ｉ）で示す露光および現像工程は、
次のように実施した。図１の露光および現像室７におい
て、実施例５と同様にしてフォトレジスト４１のパター
ンを得る。

【００８７】図８（ｊ）で示す有機平坦化膜４０のエッ
チング工程は、次のように実施した。図１の被加工膜の
エッチング室８を５×１０~⁵Ｐａ以下に排気し、ゲート
バルブ９ｈを開け、基板ホルダー１０を被加工膜のエッ
チング室８に移し、ゲートバルブ９ｈを閉じる。エッチ
ングガスとして、Ｏ₂ガスを８０ｓｃｃｍの流量で導入
し、室内の真空度を１０Ｐａに調整する。３００ＷのＲ
Ｆパワーを印加し有機平坦化膜４０のエッチングを行っ
た。このエッチング処理は、露出している有機平坦化膜
４０を酸素プラズマにより燃焼させて除去する周知のプ
ラズマアッシャーによるものである。

【００８８】図８（ｋ）で示す被加工膜３９のエッチン
グ工程は、次のように実施した。有機平坦化膜４０のエ
ッチングを実施後、このまま同じ室（エッチング室８）
で、Ｏ₂ガスの供給を止め、真空排気して、真空度を５
×１０~⁵Ｐａ以下にし、実施例５の図７（ｄ）の工程と
同様に被加工膜であるＡｌ膜３９のエッチングを行っ
た。

【００８９】最後に、エッチング終了後、図８（ｌ）で
示すフォトレジスト４１の除去工程を、次のように実施
した。実施例５の図７（ｅ）の工程と同様に、露光およ
び現像室７においてフォトレジスト４１の除去を行っ
た。

【００９０】このようにして、有機平坦化層４０を設け
て被加工膜３９のパターン形成を行う場合にも、全プロ
セスに渡ってドライ一貫プロセスで行うことができた。

【００９１】〈実施例８〉次に実施例１のパターン形成
装置を用いて、実際にパターンを形成した他の実施例に
ついて、図１、図２、図９を用いて説明する。本実施例
は、フォトレジスト膜の下地に第２のレジスト膜として
カーボン膜を形成して２層レジスト膜を形成して被加工
膜をエッチングする方法について示すものである。製造
工程は、これまでの実施例と同様に全ドライ一貫プロセ
スによるものである。以下、図９に示した断面工程図に
したがって順次説明する。

【００９２】図９（ｍ）で示す基板の前処理および被加
工膜４３の形成工程は、次のように実施した。基板４２
上に、図１の基板前処理室２と被加工膜の成膜室３を用
いて、実施例７と同様に、基板の前処理を実施後、被加
工膜としてＡｌ膜４３を５００ｎｍの厚さに形成した。

【００９３】図９（ｎ）で示すエッチングマスク４４の
形成工程は、次のように実施した。図１のエッチングマ
スクの成膜室４（本実施例ではスパッタリング室）を真
空排気して真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下にし、ゲートバ
ルブ９ｄを開け、基板ホルダー１０をエッチングマスク
の成膜室４に搬送し、ゲートバルブ９ｄを閉じる。ここ
でエッチングマスクの成膜室４にＡｒガスを５０ｓｃｃ
ｍ流し、室内の圧力を０．５Ｐａに調整し、６００Ｗの
ＲＦパワーを印加し、エッチングマスクであるカーボン
膜４４を４００ｎｍの厚さに成膜した。カーボン膜４４
の成膜後、Ａｒガスの導入を止め、室内を真空排気し
て、真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下にする。次いで、ゲー
トバルブ９ｄを開け、基板ホルダー１０を搬送室９に移
し、ゲートバルブ９ｄを閉じる。エッチングマスクの成
膜室４は真空排気して真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下にし
ておく。

【００９４】図９（ｏ）で示すフォトレジスト膜４５の
形成工程は、次のように実施した。実施例５の図７
（ｂ）に示したフォトレジストの成膜工程と同様にし
て、フォトレジストの成膜室６を用い、ドデカメチルシ
クロヘキサシランを原料物質にしてフォトレジスト４５
をカーボン膜４４の上に形成した。

【００９５】図９（ｐ）で示す露光および現像工程は、
次のように実施した。露光および現像室７を用いて、実
施例５の図７（ｃ）に示した工程と同様にポジパターン
を得る。

【００９６】図９（ｑ）で示すエッチングマスク４４の
エッチング工程は、次のように実施した。図１の被加工
膜のエッチング室８の真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下に
し、ゲートバルブ９ｈを開け、基板ホルダー１０を被加
工膜のエッチング室８に移し、ゲートバルブ９ｈを閉じ
る。エッチングガスとしてＯ₂ガスを５０ｓｃｃｍの流
量で導入し、室内の真空度を１０Ｐａに調整する。３０
０ＷのＲＦパワーを印加しカーボン膜４４のエッチング
を行った。

【００９７】図９（ｒ）で示す被加工膜４３のエッチン
グ工程は、次のように実施した。エッチングマスク４４
のエッチング実施後、このまま同じ室（エッチング室
８）で、Ｏ₂ガスの供給を止め、真空排気して、真空度
が５×１０~⁵Ｐａになったら、実施例７の図８（ｋ）工
程と同様に被加工膜であるＡｌ膜４３のエッチングを行
った。

【００９８】エッチング終了後、図９（ｓ）で示すフォ
トレジスト４５の除去工程は、次のように実施した。実
施例５と同様に、図３の露光および現像室７においてフ
ォトレジスト４５の除去を行った。

【００９９】最後に、図９（ｔ）で示すエッチングマス
ク４４の除去工程を、次のように実施した。図１の被加
工膜のエッチング室８の真空度を５×１０~⁵Ｐａ以下に
し、ゲートバルブ９ｈを開け、基板ホルダー１０を被加
工膜のエッチング室８に移し、ゲートバルブ９ｈを閉じ
る。エッチングガスとしてＯ₂ガスを５０ｓｃｃｍの流
量で導入し、室内の真空度を１０Ｐａに調整する。３０
０ＷのＲＦパワーを印加しカーボン膜４４の除去を行っ
た。

【０１００】このようにして、エッチングマスク４４と
フォトレジスト４５との２層レジスト膜を用いて被加工
膜４３のパターン形成を行う場合にも、これまでの実施
例と同様に全プロセスに渡ってドライ一貫プロセスで行
うことができた。

【０１０１】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明により所
期の目的を達成することができた。すなわち、被加工膜
の成膜、フォトレジストの形成、露光、現像、被加工膜
のエッチング、フォトレジストの除去の各工程を大気と
遮断され、かつ減圧された状態で一貫して行うことがで
きた。これにより、従来必要であった各工程間における
大気圧からの真空排気を行う工程や、溶液処理後の洗
浄、乾燥工程等の付随工程をなくすことができ、製造時
間の短縮等、生産性を向上することができる。

【０１０２】また、工程数および工程間の基板の移動量
が減少して、ゴミが付着する機会が減少して製造歩留ま
りを向上する効果がある。さらに、フォトレジスト材と
して安全上取扱いが容易なＳｉを含む有機化合物を使用
した全ドライ一貫プロセスが実現できたので、パターン
形成作業や装置の設置の制約が少なくなり、経済的で安
全なフォトエッチング工程が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパターン形成装置の一構成例を示す上
面図。

【図２】同じくフォトレジストの成膜室の断面図。

【図３】同じく露光および現像室の断面図。

【図４】同じく、フォトレジストの成膜室の他の構成例
を示す断面図。

【図５】同じく、フォトレジストの成膜室のさらに異な
る他の構成例を示す断面図。

【図６】同じくパターン形成装置の他の構成例を示す上
面図。

【図７】同じくパターン形成方法の一実施例を示す工程
図。

【図８】同じくパターン形成方法の他の実施例を示す工
程図。

【図９】同じくパターン形成方法のさらに異なる他の実
施例を示す工程図。

【符号の説明】

１…ロードロック室、１ａ、５ａ、６ａ…扉、２…基板前処理室、３…被加工膜の成膜室、４…エッチングマスクの成膜室、５…有機平坦化膜の成膜室、６…フォトレジストの成膜室、６−１…気化室、６−２…分解室、６−３…反応室、６ｂ〜６ｄ…バルブ（流量調節弁）６ｅ…電磁弁、７…露光および現像室、８…エッチング室、９…搬送室、９ａ〜９ｈ……ゲートバルブ、１０…基板ホルダー、１１…試料ボート（または試料シリンダー）、１２…試料、１３、２０、３２…支持台、１４…赤外線ランプ、１５、２６、３３…ガス導入口、１６、２２、３４…排気口、１７…石英管、１８…赤外線ランプ（または紫外線ランプ）、１９…冷却機構、２１…膜厚モニタ、２５…プラズマ発生部、２７…光源、２８…照明光学系、２９…フォトマスク、３０…投影光学系、３１…窓、３５、３８、４２…基板、３６…ＳｉＯ₂膜、３７、４１、４５…フォトレジスト、３９、４３…Ａｌ膜、４０…有機平坦化層、４４…カーボン膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｂ５６７ 21/302 Ｈ (72)発明者押田良忠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】基板上に被加工膜を堆積する第１の工程
と、被加工膜上にフォトレジストを形成する第２の工程
と、フォトレジストに所定のパターンを有するフォトマ
スクを介して露光を行う第３の工程と、露光後のフォト
レジストを現像する第４の工程と、第３の工程および第
４の工程により得られたフォトレジストパターンをマス
クにして被加工膜をエッチングする第５の工程と、フォ
トレジストパターンを除去する第６の工程とを少なくと
も含むフォトエッチングプロセスを全ドライ一貫プロセ
スとするパターン形成方法において、前記第２の工程は
減圧下の非酸化性雰囲気で、固体もしくは液体のＳｉを
含む有機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合
物を分解してＳｉラジカルを生成させる段階と、分解生
成したＳｉラジカルを反応させて再結合することによ
り、被加工膜上にＳｉ−Ｓｉ結合を有する有機化合物か
ら成るフォトレジストを成膜させる段階とを有して成
り、前記第３の工程および第４の工程は、前記有機化合
物のＳｉ−Ｓｉ結合を解裂するに十分なエネルギーを有
する電磁波を、前記マスクを介してフォトレジストに照
射することによって露光と共に現像を進行させる段階を
有するフォトレジストマスクパターン形成工程から成る
パターン形成方法。
【請求項２】上記フォトレジストパターンを除去する第
６の工程は、前記フォトレジストマスクパターン上の全
面を前記第３の工程と同様の露光工程で露光し、フォト
レジストマスクを前記露光により分解除去する工程とし
て成る請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】上記第２の工程で有機化合物を分解してＳ
ｉラジカルを生成させる段階を、前記有機化合物の加熱
分解、電磁波照射による分解、もしくは低温プラズマ照
射による分解のいずれかの分解方法により行なう段階と
して成る請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】上記固体もしくは液体のＳｉを含む有機化
合物を、下記化学構造式（１）、（２）および（３）で
表される化合物の少なくとも一種で構成して成る請求項
１もしくは２記載のパターン形成方法。【化１】【化２】【化３】ただし、式中のＲ₁、Ｒ₂はアルキル基、アリール基から
選ばれた有機基を表わし、Ｒ₃、Ｒ₄はフルオロ基、パー
フルオロアルキル基、フェニル基、パーフルオロフェニ
ル基、パーフルオロアルキル置換フェニル基から選ばれ
た異なる有機基を表わし、ｎ₁、ｎ₂は正の整数を表わ
す。
【請求項５】上記第１乃至第６の工程を、大気と遮断さ
れ、かつ、減圧された状態下で処理する工程として成る
請求項１乃至４いずれか一に記載のパターン形成方法。
【請求項６】段差を有する基板上に被加工膜を堆積する
第１の工程と、被加工膜上に有機平坦化膜を形成する第
２の工程と、有機平坦化膜の上にフォトレジストを形成
する第３の工程と、フォトレジストに所定のパターンを
有するマスクを介して露光を行う第４の工程と、露光後
のフォトレジストを現像する第５の工程と、第４の工程
および第５の工程により得られたフォトレジストパター
ンをマスクにして有機平坦化膜をエッチングする第６の
工程と、得られた有機平坦化膜パターンをマスクにして
被加工膜をエッチングする第７の工程と、フォトレジス
トパターンを除去する第８の工程とを少なくとも含むフ
ォトエッチングプロセスを全ドライ一貫プロセスとする
パターン形成方法において、前記第３の工程は、減圧下
の非酸化性雰囲気で、固体もしくは液体のＳｉを含む有
機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物を分
解してＳｉラジカルを生成させる段階と、分解生成した
Ｓｉラジカルを反応させて再結合することにより、被加
工膜上にＳｉ−Ｓｉ結合を有する有機化合物から成るフ
ォトレジストを成膜させる段階とを有して成り、前記第
３の工程および第４の工程は、前記有機化合物のＳｉ−
Ｓｉ結合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波
を、前記マスクを介してフォトレジストに照射すること
によって露光と共に現像を進行させる段階を有するフォ
トレジストマスクパターン形成工程から成るパターン形
成方法。
【請求項７】基板上に被加工膜を堆積する第１の工程
と、被加工膜上に被加工膜と十分なエッチング選択比を
有するエッチングマスクを形成する第２の工程と、エッ
チングマスク上に、フォトレジストを形成する第３の工
程と、フォトレジストに所定のパターンを有するフォト
マスクを介して露光を行う第４の工程と、露光後のフォ
トレジストを現像する第５の工程と、第４の工程および
第５の工程により得られたフォトレジストパターンをマ
スクにしてエッチングマスクをエッチングする第６の工
程と、被加工膜を第６の工程により得られたエッチング
マスクを用いてエッチングする第７の工程と、フォトレ
ジストパターンを除去する第８の工程と、エッチングマ
スクを除去する第９の工程とを少なくとも含むフォトエ
ッチングプロセスを全ドライ一貫プロセスとするパター
ン形成方法において、前記第３の工程は、減圧下の非酸
化性雰囲気で、固体もしくは液体のＳｉを含む有機化合
物を気化させる段階と、気化した有機化合物を分解して
Ｓｉラジカルを生成させる段階と、分解生成したＳｉラ
ジカルを反応させて再結合することにより、被加工膜上
にＳｉ−Ｓｉ結合を有する有機化合物から成るフォトレ
ジストを成膜させる段階とを有して成り、前記第３の工
程および第４の工程は、前記有機化合物のＳｉ−Ｓｉ結
合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波を、前
記マスクを介してフォトレジストに照射することによっ
て露光と共に現像を進行させる段階を有するフォトレジ
ストマスクパターン形成工程から成るパターン形成方
法。
【請求項８】上記第３の工程で有機化合物を分解してＳ
ｉラジカルを生成させる段階を、前記有機化合物の加熱
分解、電磁波照射による分解、もしくは低温プラズマ照
射による分解のいずれかの分解方法により行なう段階と
して成る請求項６もしくは７記載のパターン形成方法。
【請求項９】上記フォトレジストパターンを除去する第
８の工程は、前記フォトレジストマスクパターン上の全
面を前記第４の工程と同様の露光工程で露光し、フォト
レジストマスクを前記露光により分解除去する工程とし
て成る請求項６もしくは７記載のパターン形成方法。
【請求項１０】上記有機平坦化膜を形成する第２の工程
は、減圧下の非酸化性雰囲気で固体もしくは液体の有機
化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物を熱分
解してラジカルを生成させる段階と、生成したラジカル
を反応させて再結合することにより、被加工膜上に有機
平坦化膜を成膜させる段階とを含んで成る請求項６記載
のパターン形成方法。
【請求項１１】上記有機平坦化膜を形成する第２の工程
は、減圧下、少なくとも２種類の固体もしくは液体の有
機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物を反
応させて被加工膜上に薄膜を成膜させる段階と、成膜し
た薄膜を加熱処理して有機平坦化膜を形成させる段階と
を含んで成る請求項６記載のパターン形成方法。
【請求項１２】上記エッチングマスクを形成する第２の
工程は、減圧下、少なくとも２種類の固体もしくは液体
の有機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物
を反応させて被加工膜上に薄膜を成膜させる段階と、成
膜した薄膜を加熱処理してエッチングマスクを形成させ
る段階とを含んで成る請求項７記載のパターン形成方
法。
【請求項１３】上記エッチングマスクを形成する第２の
工程は、有機化合物もしくはカーボンをターゲットに用
いて、スパッタ法で被加工膜上にエッチングマスクを形
成させるか、もしくは、有機化合物を用いたプラズマＣ
ＶＤ法によって被加工膜上にエッチングマスクを形成さ
せる段階を含んで成る請求項７記載のパターン形成方
法。
【請求項１４】基板上にフォトレジストを形成する第１
の室と、フォトレジストに露光を行う第２の室と、基板
を搬送する第３の室とを少なくとも有したパターン形成
装置であって、前記各室はいずれも真空封止可能に構成
され、前記第１の室および第２の室は、それぞれ個別に
設けられたゲートバルブを介して第３の室とつながり、
前記フォトレジストを形成する第１の室は、非酸化性の
雰囲気で、固体もしくは液体のＳｉを含む有機化合物を
気化する気化室と、気化した有機化合物を分解してＳｉ
ラジカルを生成させる分解室と、分解した有機化合物を
再結合する反応室とを含み、前記フォトレジストに露光
を行う第２の室は、少なくとも前記再結合を解列するに
十分なエネルギーを有する電磁波を前記フォトレジスト
に照射する手段を備えた露光室で構成して成るパターン
形成装置。
【請求項１５】上記第１の室の気化室と、分解室と、反
応室とは、いずれも真空封止可能な構成で、気化室と分
解室、分解室と反応室、および反応室と第３の室とが、
それぞれ個別に設けられたゲートバルブを介して接続さ
れ、かつ、気化室には、少なくとも固体もしくは液体の
有機化合物を挿入するゲートバルブ、および気化室を大
気圧に戻すガス導入手段と、有機化合物を気化する加熱
手段とを備え、分解室には、少なくとも有機化合物を分
解する手段として加熱手段、電磁波照射手段、もしくは
低温プラズマ照射手段を備え、反応室には、少なくとも
第３の室から搬入された基板を保持する保持手段と、排
気手段と、前記分解室で生成したラジカルを反応させて
再結合させることにより成膜する手段とを備えて成る請
求項１４記載のパターン形成装置。
【請求項１６】上記第２の室は、少なくとも、上記再結
合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波を上記
フォトレジストに照射する露光手段と、第３の室から搬
入された基板を保持する保持手段と、露光により解裂し
たフォトレジストの分解生成物を排気除去する排気手段
とを備えて成る請求項１４記載のパターン形成装置。
【請求項１７】上記第２の室は、室内にキャリアガスを
導入するガス導入手段と、導入ガス流下において、上記
再結合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波を
上記フォトレジストに照射する露光手段と、第３の室か
ら搬入された基板を保持する保持手段と、露光により解
裂したフォトレジストの分解生成物を排気除去する排気
手段とを備えて成る請求項１４記載のパターン形成装
置。