JP2842909B2 - パターン形成方法 - Google Patents
パターン形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子線リソグラフィのための超微細なレジ
ストパタンに用いる、パタン形成法に関する。
ストパタンに用いる、パタン形成法に関する。
超LSIの高集積・高密度化は３年に４倍の勢いで進め
られており、既に４メガビットdRAMの量産化及び16メガ
ビットdRAMの試作が行われている。これに伴って、微細
加工に要求される寸法は0.8μｍから0.5μｍ、さらに0.
5μｍ以下へと益々微細化している。一方、このような
微細化を牽引するリソグラフィ技術において、従来の光
学式方法はその限界に達しつつあり、これを継ぐ最も有
力な手段として電子線リソグラフィが注目されている。
上記電子線リソグラフィは、微小なビーム状に絞り込ん
だ電子線を、計算機制御により高精度に走査してパタン
を描画する。このために0.1μｍ以下の超微細なパタン
や、１ギガビット級dRAMの実現も期待されている。
られており、既に４メガビットdRAMの量産化及び16メガ
ビットdRAMの試作が行われている。これに伴って、微細
加工に要求される寸法は0.8μｍから0.5μｍ、さらに0.
5μｍ以下へと益々微細化している。一方、このような
微細化を牽引するリソグラフィ技術において、従来の光
学式方法はその限界に達しつつあり、これを継ぐ最も有
力な手段として電子線リソグラフィが注目されている。
上記電子線リソグラフィは、微小なビーム状に絞り込ん
だ電子線を、計算機制御により高精度に走査してパタン
を描画する。このために0.1μｍ以下の超微細なパタン
や、１ギガビット級dRAMの実現も期待されている。
しかしながら電子線リソグラフィは、本質的に描画処
理時間が長い。これは図形１つ１つを描いていく描画方
式が有する致命的欠陥である。上記処理速度を如何に高
速化するという技術課題に対して、高感度電子線レジス
ト材料の有用性は自明である。しかも、このことは単に
描画処理の高速化・生産性向上に寄与するだけでなく、
電子線照射に伴うデバイスの放射線損傷の低減という面
からも非常に重要視されている。
理時間が長い。これは図形１つ１つを描いていく描画方
式が有する致命的欠陥である。上記処理速度を如何に高
速化するという技術課題に対して、高感度電子線レジス
ト材料の有用性は自明である。しかも、このことは単に
描画処理の高速化・生産性向上に寄与するだけでなく、
電子線照射に伴うデバイスの放射線損傷の低減という面
からも非常に重要視されている。
最近、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・
アンド・テクノロジー（J.Vac.Sci.Technol.）B6
（１）,Jan/Feb′88、pp319〜322、“Nanolithography
with an acid catalyzed resist"や、同上紙のpp379〜3
83、“Characterization of a high−resolution novol
ak based negative electron−beam resist with 4μC/
cm2 sensitivity"にも記されているように、化学増幅反
応すなわち触媒作用を利用した、新たな高感度電子線レ
ジスト材料が注目を浴びている。これは電子線照射によ
って触媒となる中間物質が生成され、その後の加熱処理
等でレジスト反応を効率的に促進するという、新しい機
能を有している。この結果、数μC/cm2という従来に較
べて約１桁高い感度の描画を達成するにいたっている。
アンド・テクノロジー（J.Vac.Sci.Technol.）B6
（１）,Jan/Feb′88、pp319〜322、“Nanolithography
with an acid catalyzed resist"や、同上紙のpp379〜3
83、“Characterization of a high−resolution novol
ak based negative electron−beam resist with 4μC/
cm2 sensitivity"にも記されているように、化学増幅反
応すなわち触媒作用を利用した、新たな高感度電子線レ
ジスト材料が注目を浴びている。これは電子線照射によ
って触媒となる中間物質が生成され、その後の加熱処理
等でレジスト反応を効率的に促進するという、新しい機
能を有している。この結果、数μC/cm2という従来に較
べて約１桁高い感度の描画を達成するにいたっている。
しかしながら、上記化学増幅レジスト材料をある種の
下地材料上に応用すると、レジストパタン断面に異常な
食い込みが入る現象を新たに見出した。第２図は上記現
象を示す走査電子顕微鏡（SEM）写真であり、（ａ）は
現象の中途状態を示し、（ｂ）は現象完了後を示す。上
記食い込みは、主にパタンと下地材料との界面付近で生
じており、特に微細パタンにおいては倒れやはがれを誘
起して、パタンの形成ができなくなることが判った。こ
のため、化学増幅レジストの適用対象となりうる下地材
料の種類は、著しく狭められることになり、超LSI製造
等のように、多種類の下地材料加工を必要とする分野に
は使えないという問題が生じた。
下地材料上に応用すると、レジストパタン断面に異常な
食い込みが入る現象を新たに見出した。第２図は上記現
象を示す走査電子顕微鏡（SEM）写真であり、（ａ）は
現象の中途状態を示し、（ｂ）は現象完了後を示す。上
記食い込みは、主にパタンと下地材料との界面付近で生
じており、特に微細パタンにおいては倒れやはがれを誘
起して、パタンの形成ができなくなることが判った。こ
のため、化学増幅レジストの適用対象となりうる下地材
料の種類は、著しく狭められることになり、超LSI製造
等のように、多種類の下地材料加工を必要とする分野に
は使えないという問題が生じた。
本発明は、上記のようなパタン断面の異常食い込み現
象を解消し、下地の材料にかかわらず上記レジスト材料
適用の汎用化をはかる、パタン形成方法を得ることを目
的とする。
象を解消し、下地の材料にかかわらず上記レジスト材料
適用の汎用化をはかる、パタン形成方法を得ることを目
的とする。
上記目的を達成するために、本発明のパターン形成方
法は、化学増幅反応利用のレジスト材料を適用し、この
レジスト材料に所望のパターンの選択的なエネルギー線
を照射して触媒となる中間物質を生成させてパターニン
グするもので、レジスト材料を塗布形成する下地膜とし
て、中間物質のレジスト膜厚方向の不均一分布を阻止す
るような膜を用いるようにしたものである。
法は、化学増幅反応利用のレジスト材料を適用し、この
レジスト材料に所望のパターンの選択的なエネルギー線
を照射して触媒となる中間物質を生成させてパターニン
グするもので、レジスト材料を塗布形成する下地膜とし
て、中間物質のレジスト膜厚方向の不均一分布を阻止す
るような膜を用いるようにしたものである。
また、上記目的を達成するために、本発明のパターン
形成方法は、基板上に第１の膜を形成する工程と、第１
の膜上に化学増幅反応利用のレジスト材料よりなる第２
の膜を形成する工程と、第２の膜に所望のパターンの選
択的なエネルギー線を照射して触媒となる中間物質を生
成させる工程と、第２の膜を利用してパターニングする
工程を有するもので、第１の膜として、少なくとも表面
が中間物質の第１の膜側への移動を減少させるような膜
を用いるようにしたものである。
形成方法は、基板上に第１の膜を形成する工程と、第１
の膜上に化学増幅反応利用のレジスト材料よりなる第２
の膜を形成する工程と、第２の膜に所望のパターンの選
択的なエネルギー線を照射して触媒となる中間物質を生
成させる工程と、第２の膜を利用してパターニングする
工程を有するもので、第１の膜として、少なくとも表面
が中間物質の第１の膜側への移動を減少させるような膜
を用いるようにしたものである。
この第１の膜を形成する工程の後に、第１の膜に酸性
物質を導入する工程を設けることが好ましい。酸性物質
の導入は、第１の膜を酸性液体に浸して行なってもよ
く、酸性気体又は酸性蒸気にさらして行なってもよい。
物質を導入する工程を設けることが好ましい。酸性物質
の導入は、第１の膜を酸性液体に浸して行なってもよ
く、酸性気体又は酸性蒸気にさらして行なってもよい。
また、上記目的を達成するために、本発明のパターン
形成方法は、下地膜上に形成されたレジスト膜に所望の
パターンの選択的なエネルギー線を照射して触媒となる
中間物質を生成させてパターニングするときに、中間物
質が下地膜へ移動するのを防ぐためのバリア層を下地膜
上に設けるようにしたものである。
形成方法は、下地膜上に形成されたレジスト膜に所望の
パターンの選択的なエネルギー線を照射して触媒となる
中間物質を生成させてパターニングするときに、中間物
質が下地膜へ移動するのを防ぐためのバリア層を下地膜
上に設けるようにしたものである。
また、上記目的を達成するために、本発明のパターン
形成方法は、基板上に酸性物質を含む第１の膜を形成
し、第の膜上に化学増幅系レジスト材料よりなる第２の
膜を形成し、第２の膜に所望のパターンの選択的なエネ
ルギー線を照射し、第２の膜を利用してパターニングす
るようにしたものである。
形成方法は、基板上に酸性物質を含む第１の膜を形成
し、第の膜上に化学増幅系レジスト材料よりなる第２の
膜を形成し、第２の膜に所望のパターンの選択的なエネ
ルギー線を照射し、第２の膜を利用してパターニングす
るようにしたものである。
このとき第１の膜を形成した後に、第１の膜をベーキ
ングすることが好ましい。
ングすることが好ましい。
さらにまた、上記目的を達成するために、本発明のパ
ターン形成方法は、基板上に塗布膜を形成し、塗布膜を
300度以上の温度で高温加熱し、塗布膜上に化学増幅系
レジスト材料よりなる第２の膜を形成し、第２の膜に所
望のパターンの選択的なエネルギー線を照射し、第２の
膜を利用してパターニングするようにしたものである。
ターン形成方法は、基板上に塗布膜を形成し、塗布膜を
300度以上の温度で高温加熱し、塗布膜上に化学増幅系
レジスト材料よりなる第２の膜を形成し、第２の膜に所
望のパターンの選択的なエネルギー線を照射し、第２の
膜を利用してパターニングするようにしたものである。
本発明における化学増幅系レジストとしては、ポリマ
ーと、放射線照射により触媒となる酸を発生する化合物
と、酸により上記ポリマーと架橋反応する化合物（架橋
剤）よりなる放射線感応性組成物や、放射線照射により
触媒となる酸を発生する化合物と、酸により架橋反応す
る置換基を有するポリマーとよりなる放射線感光性組成
物等が用いられる。つまり放射線照射により触媒となる
酸を発生する化合物を含むレジストはすべて本発明に用
いることができる。
ーと、放射線照射により触媒となる酸を発生する化合物
と、酸により上記ポリマーと架橋反応する化合物（架橋
剤）よりなる放射線感応性組成物や、放射線照射により
触媒となる酸を発生する化合物と、酸により架橋反応す
る置換基を有するポリマーとよりなる放射線感光性組成
物等が用いられる。つまり放射線照射により触媒となる
酸を発生する化合物を含むレジストはすべて本発明に用
いることができる。
化学増幅（触媒）反応利用のレジストを多種類の下地
材料上においてパタン形成し、その断面形状を観察し
た。上記下地材料は具体的にシリコン及びその熱酸化
膜、それに塗布型シリコン酸化膜（塗布性ガラス;SOG,S
pin Oh Glass）である。その結果、この中では、上記塗
布型シリコン酸化膜上に限ってだけ上記の食い込みが生
じることを見出した。この現象は、下地材料付近のレジ
スト内に生成された上記中間物質（触媒）がレジスト内
を移動し、下地材料側に逃げることによる触媒物質のレ
ジスト膜厚方向不均一分布に起因すると考えられ、化学
増幅系レジスト特有の現象であるものと解釈できる。こ
のような観点から、上記触媒の下地材料への移動防止策
として、つぎの３点が考えられる。まず、（１）触媒物
質が移動できないように下地材料を緻密化する方法。つ
ぎに、（２）触媒が移動できないようなバリア層を設け
る方法。そしてさらに、（３）触媒物質の拡散を阻止す
る何らかの物質を下地材料内に予め導入しておく方法、
例えば下地材料内に触媒と同系統の物質を予め導入し、
必要ならば飽和させておく方法である。つぎにこれらを
順に説明する。（１）まず、下地材料の緻密化に関して
説明する。塗布型シリコン酸化膜を実際に塗膜形成する
には、塗布後にベーク処理を行うが、上記食い込み現象
を観察したのは約200℃ベークの場合である。これに対
して、塗布型シリコン酸化膜を緻密化する目的で、高温
の処理を行った。ベーク温度は300〜800℃である。第１
図は上記加熱温度に対するパタン食い込み量とその時の
塗布型シリコン酸化膜の膜厚のそれぞれの変化を示す。
上記レジストパタン断面の食い込み量は、上記ベーク温
度に依存して減少しており、ベーク温度が高くなるに従
い食い込み量が減少する実用上熱処理温度は300℃以上
を要す。同時に、塗布型シリコン酸化膜を膜厚が高温に
なるに従い減少することから、上記塗布型シリコン酸化
膜の密度が増加し、緻密化が進行していることが分か
る。上記実験結果と、シリコン基板上及びこれらの熱酸
化膜という緻密な膜上では、食い込みが生じないという
前記のパタン断面観察結果とから、化学増幅（触媒）反
応利用のレジスト材料を用いてパタン形成を行う場合に
は、その下地材料を緻密なものにすれば、上記異常食い
込み現象を解消できることが判る。（２）つぎに、塗布
型シリコン酸化膜よりも緻密性が良好な蒸着シリコンや
CVD法によるシリコン酸化物等を、塗布型シリコン酸化
膜上にバリア層として形成しても、上記の異常食い込み
を回避することができる。（３）さらに、上記化学増幅
系レジスト材料に利用されている触媒は、一般に酸性物
質であることから、下地の塗布型シリコン酸化膜に対し
て、これと同系統の酸性物質を予め導入しておけば、触
媒の移動を防ぐことができる。例えば、導入酸性物質が
液体ならば、塗布型シリコン酸化膜を上記液体に浸漬さ
せたり、もしくはその蒸気に試料をさらしておけばよ
い。なお、酸性物質の導入に際し導入時の温度は通常室
温で十分であるが、導入時間が数分から数十分オーダと
長くなる場合がある。上記導入温度を100℃前後に昇温
することにより導入時間の短縮化が図れる。しかし、高
温になると障害も生じるので、常温から100℃の間が好
ましい。また、導入酸性物質としては、無機酸でも有機
酸でもよい。特に無機酸としては塩酸、臭化水素酸、硫
酸、硝酸等の強酸性物質が、一方、有機酸としては酢
酸、ぎ酸、マレイン酸、しゅう酸等が挙げられる。
材料上においてパタン形成し、その断面形状を観察し
た。上記下地材料は具体的にシリコン及びその熱酸化
膜、それに塗布型シリコン酸化膜（塗布性ガラス;SOG,S
pin Oh Glass）である。その結果、この中では、上記塗
布型シリコン酸化膜上に限ってだけ上記の食い込みが生
じることを見出した。この現象は、下地材料付近のレジ
スト内に生成された上記中間物質（触媒）がレジスト内
を移動し、下地材料側に逃げることによる触媒物質のレ
ジスト膜厚方向不均一分布に起因すると考えられ、化学
増幅系レジスト特有の現象であるものと解釈できる。こ
のような観点から、上記触媒の下地材料への移動防止策
として、つぎの３点が考えられる。まず、（１）触媒物
質が移動できないように下地材料を緻密化する方法。つ
ぎに、（２）触媒が移動できないようなバリア層を設け
る方法。そしてさらに、（３）触媒物質の拡散を阻止す
る何らかの物質を下地材料内に予め導入しておく方法、
例えば下地材料内に触媒と同系統の物質を予め導入し、
必要ならば飽和させておく方法である。つぎにこれらを
順に説明する。（１）まず、下地材料の緻密化に関して
説明する。塗布型シリコン酸化膜を実際に塗膜形成する
には、塗布後にベーク処理を行うが、上記食い込み現象
を観察したのは約200℃ベークの場合である。これに対
して、塗布型シリコン酸化膜を緻密化する目的で、高温
の処理を行った。ベーク温度は300〜800℃である。第１
図は上記加熱温度に対するパタン食い込み量とその時の
塗布型シリコン酸化膜の膜厚のそれぞれの変化を示す。
上記レジストパタン断面の食い込み量は、上記ベーク温
度に依存して減少しており、ベーク温度が高くなるに従
い食い込み量が減少する実用上熱処理温度は300℃以上
を要す。同時に、塗布型シリコン酸化膜を膜厚が高温に
なるに従い減少することから、上記塗布型シリコン酸化
膜の密度が増加し、緻密化が進行していることが分か
る。上記実験結果と、シリコン基板上及びこれらの熱酸
化膜という緻密な膜上では、食い込みが生じないという
前記のパタン断面観察結果とから、化学増幅（触媒）反
応利用のレジスト材料を用いてパタン形成を行う場合に
は、その下地材料を緻密なものにすれば、上記異常食い
込み現象を解消できることが判る。（２）つぎに、塗布
型シリコン酸化膜よりも緻密性が良好な蒸着シリコンや
CVD法によるシリコン酸化物等を、塗布型シリコン酸化
膜上にバリア層として形成しても、上記の異常食い込み
を回避することができる。（３）さらに、上記化学増幅
系レジスト材料に利用されている触媒は、一般に酸性物
質であることから、下地の塗布型シリコン酸化膜に対し
て、これと同系統の酸性物質を予め導入しておけば、触
媒の移動を防ぐことができる。例えば、導入酸性物質が
液体ならば、塗布型シリコン酸化膜を上記液体に浸漬さ
せたり、もしくはその蒸気に試料をさらしておけばよ
い。なお、酸性物質の導入に際し導入時の温度は通常室
温で十分であるが、導入時間が数分から数十分オーダと
長くなる場合がある。上記導入温度を100℃前後に昇温
することにより導入時間の短縮化が図れる。しかし、高
温になると障害も生じるので、常温から100℃の間が好
ましい。また、導入酸性物質としては、無機酸でも有機
酸でもよい。特に無機酸としては塩酸、臭化水素酸、硫
酸、硝酸等の強酸性物質が、一方、有機酸としては酢
酸、ぎ酸、マレイン酸、しゅう酸等が挙げられる。
ところで、酸性物質はゾル・ゲル法において知られる
ように（例えば、化学総覧No.41、1983「無機アモルフ
ァス材料」日本化学会pp46−53に記載）、塗布型シリコ
ン酸化膜の緻密化にも効果を有する。従って、上記酸性
物質による処理は、酸触媒の移動防止に対して、上記
（１）（３）の効果が２重に作用するものと考えられ
る。また、ゾル・ゲル法において知られているように、
アルカリ性物質も塗布型シリコン酸化膜の緻密化に有効
である。このため、アルカリ物質による同様の処理も、
上記酸性物質と同様の効果がある。しかし、この場合に
は塗布膜に残留するアルカリ性物質が、レジスト膜中の
酸触媒と中和反応する可能性があるので、アルカリ性物
質を用いた緻密化の場合には、より硬度な緻密化を達成
する必要がある。
ように（例えば、化学総覧No.41、1983「無機アモルフ
ァス材料」日本化学会pp46−53に記載）、塗布型シリコ
ン酸化膜の緻密化にも効果を有する。従って、上記酸性
物質による処理は、酸触媒の移動防止に対して、上記
（１）（３）の効果が２重に作用するものと考えられ
る。また、ゾル・ゲル法において知られているように、
アルカリ性物質も塗布型シリコン酸化膜の緻密化に有効
である。このため、アルカリ物質による同様の処理も、
上記酸性物質と同様の効果がある。しかし、この場合に
は塗布膜に残留するアルカリ性物質が、レジスト膜中の
酸触媒と中和反応する可能性があるので、アルカリ性物
質を用いた緻密化の場合には、より硬度な緻密化を達成
する必要がある。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第１
図はパタン形成方法における下地材料緻密化の高温加熱
処理と食い込む量及び膜厚の変化を示す図、第２図は化
学増幅系レジストパタンの断面食い込み現象を示す走査
電子顕微鏡写真である。
図はパタン形成方法における下地材料緻密化の高温加熱
処理と食い込む量及び膜厚の変化を示す図、第２図は化
学増幅系レジストパタンの断面食い込み現象を示す走査
電子顕微鏡写真である。
第１実施例 多層レジストプロセスの上層材料として化学増幅（触
媒）反応利用レジストを用いた場合を、第１実施例とし
て示す。多層レジスト構造は３層とし、４インチシリコ
ン基板上に、下層材料としてホトレジストOFPR800（東
京応化工業（株））を膜厚2.0μｍで塗布形成した。つ
ぎに中間層材料として膜厚0.1μｍのSOG膜（塗布型シリ
コン酸化膜；東京応化工業（株））を塗布形成した。こ
の後、ベーク炉で上記試料を300℃で60分間ベークして
緻密化処理を行った。上記多層レジスト構造の中間層表
面をHMDS（ヘキサメチルヂシラザン）により表面処理し
たのち、上層材料として化学増幅系レジスト材料SAL601
−ER7（シップレイ・ファー・イースト社）を0.5μｍ膜
厚で塗布し、80℃で30分間のプリベーク後、加速電圧30
kVの可変成形型電子線描画装置でパタン描画した。さら
に露光後ベークを105℃で７分間行い、現像液MF312（シ
ップレイ・ファー・イースト社）で５分間現像すること
によりパタン形成した。上記レジストパタン断面を走査
型電子顕微鏡S800（日立）により観察したところ、上記
加熱温度より低い200℃にてベークする従来プロセスの
場合において、0.3μm line/spaceパタンの下地材料界
面付近に生じていた0.10μｍの食い込みが、上記高温緻
密化により0.04μｍに低下することを確認した。
媒）反応利用レジストを用いた場合を、第１実施例とし
て示す。多層レジスト構造は３層とし、４インチシリコ
ン基板上に、下層材料としてホトレジストOFPR800（東
京応化工業（株））を膜厚2.0μｍで塗布形成した。つ
ぎに中間層材料として膜厚0.1μｍのSOG膜（塗布型シリ
コン酸化膜；東京応化工業（株））を塗布形成した。こ
の後、ベーク炉で上記試料を300℃で60分間ベークして
緻密化処理を行った。上記多層レジスト構造の中間層表
面をHMDS（ヘキサメチルヂシラザン）により表面処理し
たのち、上層材料として化学増幅系レジスト材料SAL601
−ER7（シップレイ・ファー・イースト社）を0.5μｍ膜
厚で塗布し、80℃で30分間のプリベーク後、加速電圧30
kVの可変成形型電子線描画装置でパタン描画した。さら
に露光後ベークを105℃で７分間行い、現像液MF312（シ
ップレイ・ファー・イースト社）で５分間現像すること
によりパタン形成した。上記レジストパタン断面を走査
型電子顕微鏡S800（日立）により観察したところ、上記
加熱温度より低い200℃にてベークする従来プロセスの
場合において、0.3μm line/spaceパタンの下地材料界
面付近に生じていた0.10μｍの食い込みが、上記高温緻
密化により0.04μｍに低下することを確認した。
第２実施例 上記第１実施例の３層レジストプロセスにおける下層
材料を、OFPR800に代えてポリイミド系樹脂PIQ（登録商
標；日立化成）とした場合を第２実施例として示す。PI
Qを第１実施例と同様に厚さ2.0μｍで塗布形成し、中間
層材料は第１実施例と同様のSOGで膜厚0.1μｍとした。
緻密化処理の温度を500℃とし、60分間上記試料をベー
クした。上記中間層表面をHMDSにより表面処理したの
ち、上記試料上に第１実施例と同様にSAL601−ER7を塗
布形成しパターニングしたところ、食い込み量は0.3μm
line/spaceパタンにおいて0.014μｍとなり、ほとんど
解消することを確認した。
材料を、OFPR800に代えてポリイミド系樹脂PIQ（登録商
標；日立化成）とした場合を第２実施例として示す。PI
Qを第１実施例と同様に厚さ2.0μｍで塗布形成し、中間
層材料は第１実施例と同様のSOGで膜厚0.1μｍとした。
緻密化処理の温度を500℃とし、60分間上記試料をベー
クした。上記中間層表面をHMDSにより表面処理したの
ち、上記試料上に第１実施例と同様にSAL601−ER7を塗
布形成しパターニングしたところ、食い込み量は0.3μm
line/spaceパタンにおいて0.014μｍとなり、ほとんど
解消することを確認した。
第３実施例 ３層レジストプロセスで、中間層材料としてシリコン
を蒸着により被着させたものを第４実施例として示す。
蒸着には電子ビーム蒸着法を用いた。試料はベルジャー
内で約150℃に加熱したまま自公転を行う遊星運動をさ
せた。真空度10-6torrで数分間の蒸着を行い、膜厚0.1
μｍのシリコン膜を形成した。上記中間層表面をHMDSに
より表面処理したのち、上記試料上に第１実施例と同様
にSAL601−ER7を塗布形成しパターニングしたところ、
レジストパタンには何らの食い込みも生じないことを確
認した。
を蒸着により被着させたものを第４実施例として示す。
蒸着には電子ビーム蒸着法を用いた。試料はベルジャー
内で約150℃に加熱したまま自公転を行う遊星運動をさ
せた。真空度10-6torrで数分間の蒸着を行い、膜厚0.1
μｍのシリコン膜を形成した。上記中間層表面をHMDSに
より表面処理したのち、上記試料上に第１実施例と同様
にSAL601−ER7を塗布形成しパターニングしたところ、
レジストパタンには何らの食い込みも生じないことを確
認した。
第４実施例 ３層レジストプロセスで、中間層材料としてシリコン
酸化物をプラズマCVD法により被着させたものである。
上記多層試料を200℃に加熱し、モノシランガスを1torr
以下でチャンバ内に導入した。これに数十Ｗのパワーを
印加し、約２分間反応させて膜厚0.1μｍのプラズマシ
リコン酸化物を形成した。上記中間層表面をHMDSにより
表面処理したのち、上記試料上に第１実施例と同様にSA
L601−ER7を塗布形成し、パターニングしたところ、レ
ジストパタンには何らの食い込みも生じないことを確認
した。
酸化物をプラズマCVD法により被着させたものである。
上記多層試料を200℃に加熱し、モノシランガスを1torr
以下でチャンバ内に導入した。これに数十Ｗのパワーを
印加し、約２分間反応させて膜厚0.1μｍのプラズマシ
リコン酸化物を形成した。上記中間層表面をHMDSにより
表面処理したのち、上記試料上に第１実施例と同様にSA
L601−ER7を塗布形成し、パターニングしたところ、レ
ジストパタンには何らの食い込みも生じないことを確認
した。
第５実施例 ３層レジストプロセスの場合で、中間層材料として膜
厚0.1μｍのSOG膜を塗布形成した。上記中間層上にバリ
ア層としてシリコン薄膜を蒸着により被着させた。蒸着
には上記第４実施例と同様に電子ビーム蒸着法を用い、
膜厚0.1μｍのシリコン膜を形成した。上記バリア層表
面をHMDSにより表面処理したのち、上記試料上に第１実
施例と同様にSAL601−ER7を塗布形成しパターニングし
たところ、レジストパタンには何らの食い込みも生じな
いことを確認した。
厚0.1μｍのSOG膜を塗布形成した。上記中間層上にバリ
ア層としてシリコン薄膜を蒸着により被着させた。蒸着
には上記第４実施例と同様に電子ビーム蒸着法を用い、
膜厚0.1μｍのシリコン膜を形成した。上記バリア層表
面をHMDSにより表面処理したのち、上記試料上に第１実
施例と同様にSAL601−ER7を塗布形成しパターニングし
たところ、レジストパタンには何らの食い込みも生じな
いことを確認した。
なお、バリア層は、膜厚0.03μｍ程度でもほぼ同様の
効果が認められた。
効果が認められた。
本実施例の３層レジストプロセスは、最上部の化学増
幅系レジストの塗膜をパターンとし、このパターンをマ
スクとして中間層の膜をパターンとし、プラズマアッシ
ャーで下層のホトレジスト層をパターンとする方法とし
て用いるものである。従って中間層はマスクとしてある
程度の厚さが必要である。この中間層自体を例えば上記
第４実施例のように緻密な膜として形成してもよいが、
本実施例のようにバリア層を設けるときは、緻密なバリ
ア層は、極めて薄い膜でも触媒物質の移動を妨げ、また
中間層がマスクとしての役割を果たす。
幅系レジストの塗膜をパターンとし、このパターンをマ
スクとして中間層の膜をパターンとし、プラズマアッシ
ャーで下層のホトレジスト層をパターンとする方法とし
て用いるものである。従って中間層はマスクとしてある
程度の厚さが必要である。この中間層自体を例えば上記
第４実施例のように緻密な膜として形成してもよいが、
本実施例のようにバリア層を設けるときは、緻密なバリ
ア層は、極めて薄い膜でも触媒物質の移動を妨げ、また
中間層がマスクとしての役割を果たす。
第６実施例 ３層レジストプロセスの場合で、中間層材料として膜
厚0.1μｍのSOG膜を塗布形成した。上記中間層上にバリ
ア層としてシリコン酸化物薄膜をCVD法によって被着し
た。CVD法には第５実施例と同様のプラズマCVD法を用
い、膜厚が0.1μｍのプラズマシリコン酸化膜を形成し
た。上記バリア層表面をHMDSにより表面処理したのち、
上記試料上に第１実施例と同様にSAL601−ER7を塗布形
成しパターニングしたところ、レジストパタンには何ら
の食い込みも生じないことを確認した。
厚0.1μｍのSOG膜を塗布形成した。上記中間層上にバリ
ア層としてシリコン酸化物薄膜をCVD法によって被着し
た。CVD法には第５実施例と同様のプラズマCVD法を用
い、膜厚が0.1μｍのプラズマシリコン酸化膜を形成し
た。上記バリア層表面をHMDSにより表面処理したのち、
上記試料上に第１実施例と同様にSAL601−ER7を塗布形
成しパターニングしたところ、レジストパタンには何ら
の食い込みも生じないことを確認した。
なお、バリア層は、膜厚0.03μｍ程度でもほぼ同様の
効果が認められた。
効果が認められた。
第７実施例 ３層レジストプロセスの場合で、中間層材料としてSO
G膜を膜厚0.1μｍで下層材料上に塗膜形成した。つぎ
に、上記多層試料を室温で塩酸液に約10分間浸漬した。
その後水洗洗浄し、上記中間層表面をHMDSにより表面処
理したのち、上記試料上に第１実施例と同様にSAL601−
ER7を塗布形成しパターニングしたところ、レジストパ
タン断面の食い込みが殆んど解消できることを確認し
た。また、上記塩酸を臭化水素酸、硫酸、硝酸、あるい
は酢酸にした場合についても同様の結果が得られた。
G膜を膜厚0.1μｍで下層材料上に塗膜形成した。つぎ
に、上記多層試料を室温で塩酸液に約10分間浸漬した。
その後水洗洗浄し、上記中間層表面をHMDSにより表面処
理したのち、上記試料上に第１実施例と同様にSAL601−
ER7を塗布形成しパターニングしたところ、レジストパ
タン断面の食い込みが殆んど解消できることを確認し
た。また、上記塩酸を臭化水素酸、硫酸、硝酸、あるい
は酢酸にした場合についても同様の結果が得られた。
第８実施例 ３層レジストプロセスの場合で、中間層材料としてSO
G膜を膜厚0.1μｍで下層材料上に塗膜形成した。つぎ
に、上記多層試料を室温で密閉容器内の塩酸蒸気に約30
分間さらした。そして、上記中間層表面をHMDSにより表
面処理したのち、上記試料上に第１実施例と同様にSAL6
01−ER7を塗布形成しパターニングしとところ、レジス
トパタン断面の食い込みがほとんど解消できることを確
認した。また、上記多層試料を100℃に加熱したまま塩
酸蒸気にさらしたところ、10分以下の処理時間で同様の
結果が得られた。
G膜を膜厚0.1μｍで下層材料上に塗膜形成した。つぎ
に、上記多層試料を室温で密閉容器内の塩酸蒸気に約30
分間さらした。そして、上記中間層表面をHMDSにより表
面処理したのち、上記試料上に第１実施例と同様にSAL6
01−ER7を塗布形成しパターニングしとところ、レジス
トパタン断面の食い込みがほとんど解消できることを確
認した。また、上記多層試料を100℃に加熱したまま塩
酸蒸気にさらしたところ、10分以下の処理時間で同様の
結果が得られた。
第９実施例 ３層レジストプロセスの場合で、中間層材料としてSO
G膜を下層材料上に塗布した。塗布後ベークの前に、上
記多層試料を室温で密閉容器内の塩酸蒸気に約30分間さ
らした。200℃のベークで膜厚0.1μｍのSOGの中間層を
形成した。上記中間層表面をHMDSにより表面処理したの
ち、上記試料上に第１実施例と同様にSAL601−ER7を塗
布形成しパターニングしたところ、レジストパタン断面
の食い込みをほとんど解消できることを確認した。
G膜を下層材料上に塗布した。塗布後ベークの前に、上
記多層試料を室温で密閉容器内の塩酸蒸気に約30分間さ
らした。200℃のベークで膜厚0.1μｍのSOGの中間層を
形成した。上記中間層表面をHMDSにより表面処理したの
ち、上記試料上に第１実施例と同様にSAL601−ER7を塗
布形成しパターニングしたところ、レジストパタン断面
の食い込みをほとんど解消できることを確認した。
第10実施例 ４インチシリコン基板上に膜厚0.1μｍのチタン系塗
布型Si酸化漠の塗膜を形成した。この後該試料を濃度36
％の塩酸溶液に室温で20分間浸漬し、水洗、乾燥した。
次に塗布型Si酸化膜表面を疎水化表面処理した後、0.5
μｍ膜厚の化学増幅系レジスト材料SAL601−ER7の塗膜
を形成し、加速電圧30kVの可変成形型電子線描画装置で
パターンを描画した。さらに露光後ベークを105℃で７
分間行ない、現像液MF312にて現像することによりパタ
ーンを形成した。上記レジストパターン断面を走査型電
子顕微鏡により観察したところ、パターン断面は何ら異
常のない良好な矩形断面であると認められた。また現像
処理後の上記塗布型Si酸化膜面をエネルギー分散形Ｘ線
検出法（EDX）により分析したところ、塩素が検出さ
れ、膜内への酸性物質の導入を確認した。
布型Si酸化漠の塗膜を形成した。この後該試料を濃度36
％の塩酸溶液に室温で20分間浸漬し、水洗、乾燥した。
次に塗布型Si酸化膜表面を疎水化表面処理した後、0.5
μｍ膜厚の化学増幅系レジスト材料SAL601−ER7の塗膜
を形成し、加速電圧30kVの可変成形型電子線描画装置で
パターンを描画した。さらに露光後ベークを105℃で７
分間行ない、現像液MF312にて現像することによりパタ
ーンを形成した。上記レジストパターン断面を走査型電
子顕微鏡により観察したところ、パターン断面は何ら異
常のない良好な矩形断面であると認められた。また現像
処理後の上記塗布型Si酸化膜面をエネルギー分散形Ｘ線
検出法（EDX）により分析したところ、塩素が検出さ
れ、膜内への酸性物質の導入を確認した。
第11実施例 ４インチシリコン基板上に膜厚0.1μｍのチタン形塗
布型Si酸化膜の塗膜を形成した。次に上記試料を室温に
て密閉容器内の気体塩酸雰囲気内に約30分間晒した。次
に該試料表面を疎水化処理した後、第10実施例と同様に
SAL601−ER7の塗膜を形成し、パターニングしたとこ
ろ、レジストパターン断面の食い込みをほとんど解消で
きることを確認した。また同様に現像処理後の上記試料
をエネルギー分散形Ｘ線検出法（EDX）により分析した
ところ、第10実施例と同様に塩素が検出され、膜内への
酸性物質物質の導入を確認した。
布型Si酸化膜の塗膜を形成した。次に上記試料を室温に
て密閉容器内の気体塩酸雰囲気内に約30分間晒した。次
に該試料表面を疎水化処理した後、第10実施例と同様に
SAL601−ER7の塗膜を形成し、パターニングしたとこ
ろ、レジストパターン断面の食い込みをほとんど解消で
きることを確認した。また同様に現像処理後の上記試料
をエネルギー分散形Ｘ線検出法（EDX）により分析した
ところ、第10実施例と同様に塩素が検出され、膜内への
酸性物質物質の導入を確認した。
なお、以上の実施例については電子線リソグラフィに
ついて述べたが、本発明は、化学増幅系レジスト材料の
下地材料に対する特異現象に対応するものであるから、
単に電子線リソグラフィだけでなく、ホトリソグラフィ
やイオンビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ等、リ
ソグラフィ全般に対して効果を有することはいうまでも
ない。
ついて述べたが、本発明は、化学増幅系レジスト材料の
下地材料に対する特異現象に対応するものであるから、
単に電子線リソグラフィだけでなく、ホトリソグラフィ
やイオンビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ等、リ
ソグラフィ全般に対して効果を有することはいうまでも
ない。
上記のように本発明によるパタン形成法は、化学増幅
（触媒）反応利用のレジスト材料を適用するパタン形成
法において、上記レジスト材料を塗布形成する下地材料
を、緻密な状態にすること、下地材料上に触媒が移動で
きないようなバリア層を設けること又は触媒物質の拡散
を阻止する何らかの物質を下地材料内に予め導入してお
くことにより、塗膜形成すべき下地材料の如何にかかわ
らず化学増幅系レジストを適用することができる。この
ため、今後高集積化する超LSI等の半導体素子や超微細
デバイスの製造に際し、上記化学増幅系レジストを用い
たリソグラフィ技術の実用化を推進するものとなる。
（触媒）反応利用のレジスト材料を適用するパタン形成
法において、上記レジスト材料を塗布形成する下地材料
を、緻密な状態にすること、下地材料上に触媒が移動で
きないようなバリア層を設けること又は触媒物質の拡散
を阻止する何らかの物質を下地材料内に予め導入してお
くことにより、塗膜形成すべき下地材料の如何にかかわ
らず化学増幅系レジストを適用することができる。この
ため、今後高集積化する超LSI等の半導体素子や超微細
デバイスの製造に際し、上記化学増幅系レジストを用い
たリソグラフィ技術の実用化を推進するものとなる。
第１図は本発明によるパタン形成法における、下地材料
緻密化の高温加熱処理と食い込み量及び膜厚の変化を示
す図、第２図（ａ）は化学増幅系レジストパタンの断面
食い込み現象の現像の中途状態の金属組織を示す走査電
子顕微鏡写真、第２図（ｂ）は同じ現象の現像完了後の
状態の金属組織を示す走査電子顕微鏡写真である。
緻密化の高温加熱処理と食い込み量及び膜厚の変化を示
す図、第２図（ａ）は化学増幅系レジストパタンの断面
食い込み現象の現像の中途状態の金属組織を示す走査電
子顕微鏡写真、第２図（ｂ）は同じ現象の現像完了後の
状態の金属組織を示す走査電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 親市 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−55842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−140539（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/027
Claims (7)
- 【請求項１】化学増幅反応利用のレジスト材料を適用
し、該レジスト材料に所望のパターンの選択的なエネル
ギー線を照射して触媒となる中間物質を生成させてパタ
ーニングするパターン形成方法において、上記レジスト
材料を塗布形成する下地膜は、上記中間物質のレジスト
膜厚方向の不均一分布を阻止するような膜であることを
特徴とするパターン形成方法。 - 【請求項２】基板上に第１の膜を形成する工程、 該第１の膜上に化学増幅反応利用のレジスト材料よりな
る第２の膜を形成する工程、 該第２の膜に所望のパターンの選択的なエネルギー線を
照射して触媒となる中間物質を生成させる工程及び 上記第２の膜を利用してパターニングする工程を有する
パターン形成方法において、 上記第１の膜は、少なくとも表面が上記中間物質の上記
第１の膜側への移動を減少させるような膜であることを
特徴とするパターン形成方法。 - 【請求項３】上記第１の膜を形成する工程の後に、上記
第１の膜に酸性物質を導入する工程を有することを特徴
とする請求項２記載のパターン形成方法。 - 【請求項４】下地膜上に形成されたレジスト膜に所望の
パターンの選択的なエネルギー線を照射して触媒となる
中間物質を生成させてパターニングするパターン形成方
法において、上記中間物質が上記下地膜へ移動するのを
防ぐためのバリア層を上記下地膜上に設けることを特徴
とするパターン形成方法。 - 【請求項５】基板上に酸性物質を含む第１の膜を形成す
る工程、 該第１の膜上に化学増幅系レジスト材料よりなる第２の
膜を形成する工程、 該第２の膜に所望のパターンの選択的なエネルギー線を
照射する工程及び 上記第２の膜を利用してパターニングする工程を有する
ことを特徴とするパターン形成方法。 - 【請求項６】上記第１の膜を形成する工程の後に、上記
第１の膜をベーキングすることを特徴とする請求項５記
載のパターン形成方法。 - 【請求項７】基板上に塗布膜を形成する工程、 該塗布膜を300度以上の温度で高温加熱する工程、 上記塗布膜上に化学増幅系レジスト材料よりなる第２の
膜を形成する工程、 上記第２の膜に所望のパターンの選択的なエネルギー線
を照射する工程及び 上記第２の膜を利用してパターニングする工程を有する
ことを特徴とするパターン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1330979A JP2842909B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-12-22 | パターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-38273 | 1989-02-20 | ||
| JP3827389 | 1989-02-20 | ||
| JP1330979A JP2842909B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-12-22 | パターン形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02290012A JPH02290012A (ja) | 1990-11-29 |
| JP2842909B2 true JP2842909B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=26377491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1330979A Expired - Lifetime JP2842909B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-12-22 | パターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2842909B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7604832B2 (en) | 2002-01-30 | 2009-10-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Film forming method, film forming apparatus, pattern forming method, and manufacturing method of semiconductor apparatus |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016157779A (ja) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1989
- 1989-12-22 JP JP1330979A patent/JP2842909B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7604832B2 (en) | 2002-01-30 | 2009-10-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Film forming method, film forming apparatus, pattern forming method, and manufacturing method of semiconductor apparatus |
| US8071157B2 (en) | 2002-01-30 | 2011-12-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Film forming method, film forming apparatus, pattern forming method, and manufacturing method of semiconductor apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02290012A (ja) | 1990-11-29 |
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