JP2869979B2 - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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JP2869979B2 JP63245224A JP24522488A JP2869979B2 JP 2869979 B2 JP2869979 B2 JP 2869979B2 JP 63245224 A JP63245224 A JP 63245224A JP 24522488 A JP24522488 A JP 24522488A JP 2869979 B2 JP2869979 B2 JP 2869979B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パターン形成方法に関し、例えば半導体装
置の製造における微細パターンの形成に適用して好適な
ものである。
〔発明の概要〕
本発明は、パターン形成方法において、ガス状のネガ
型レジストを含む雰囲気中で基体上に荷電粒子線の走査
を104〜105回繰り返し行うことにより上記基体の表面に
吸着している上記ネガ型レジスト分子の架橋反応を起こ
し、この架橋反応を起こした上記ネガ型レジスト分子か
ら成るパターンを形成することによって、極微細幅でし
かもウェットプロセスにより容易に除去することができ
るパターンを形成することができるようにしたものであ
る。
〔従来の技術〕
電子ビームリソグラフィーは、光を用いたフォトリソ
グラフィーに代わる技術として研究開発が活発に行われ
ている。これまでの電子ビームリソグラフィーは、基板
上にあらかじめ塗布された電子線レジストに電子ビーム
を照射し、この電子線レジストがポジ型であるかネガ型
であるかにより照射部または未照射部の電子線レジスト
を除去することによりレジストパターンを形成するもの
であり、いずれもウエットプロセスを用いたものである
と言える。
なお、パターン形式方法として、炭素系ガス雰囲気中
で被エッチング膜上に電子ビームを照射することにより
炭素系マスク被膜をこの被エッチング膜上の形成する方
法が知られている(特開昭61−10241号公報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の従来の電子ビームリソグラフィーにおいては、
電子線レジストに電子ビームを照射したとき、この電子
線レジスト中での多重散乱により電子の軌跡がランダム
化されるため、電子ビーム本来の分解能が失われてしま
う。このため、従来の電子ビームリソグラフィーにより
形成することができるパターンの幅はせいぜい1000Å程
度であり、100Å程度の極微細幅のパターンを形成する
ことは極めて難しい。
一方、公知ではないが本発明者らが先に提案した電子
ビームによるレジストの形成方法(以下、この方法によ
り形成されたレジストをEBIR(Electron Beam Induced
Resist)という)によれば、例えばアルキルナフタレン
のような原料ガス雰囲気中で基板上にビーム径を細く絞
った電子ビームを照射することにより、非晶質炭化水素
から成る極微細幅のレジストパターンをドライプロセス
で形成することができる。しかし、この非晶質炭化水素
から成るレジストパターンは、例えば反応性イオンエッ
チング(RIE)のようなドライエッチングを用いないと
除去するのが難しい。ところが、このドライエッチング
時には基板等に損傷が生じるおそれがあるため、ウエッ
トプロセスで除去することができるレジストパターンの
形式方法が望まれていた。
従って本発明の目的は、極微細幅でしかもウェットプ
ロセスにより容易に除去することができるパターンを形
成することができるパターン形式方法を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するため、本発明によるパターン形成
方法は、ガス状のネガ型レジストを含む雰囲気中で基体
(1)上に荷電粒子線(4)の走査を104〜105回繰り返
し行うことにより基体(1)の表面に吸着しているネガ
型レジスト分子の架橋反応を起こし、この架橋反応を起
こしたネガ型レジスト分子から成るパターン(6)を形
成するようにしている。
上記荷電粒子線としては、電子ビームのほかに陽電子
ビーム、ミューオンビーム等を用いることができる。
上記ネガ型レジストとしては、エポキシ化ポリブタジ
エン(EPB)、ポリ(グリシジルメタクリレート)(PGM
A)、ポリ(グリシジルメタクリレート−エチルアクリ
レート共重合体)(P(GMA−EA)、MMA、GMA、EAの三
元ポリマーにメタクリル酸を反応させたもの(CER)、
クロロメチル化ポリスチレン(CMS)、ポリ(グリシジ
ルメタクリレート−スチレン共重合体)(P(GMA−S
t))、ポリ(グリシジルメタクリレート−3−クロロ
スチレン共重合体)(P(GMA−3ClSt))、PGMAのメチ
ルマレイン酸付加物(SEL−N)、ポリエチルビニルエ
ーテル(CEVE)、ビニルエーテル共重合体(CVE)、ポ
リシロキサン(PSi)、ポリ4−クロロスチレン(P4ClS
t)、ポリビニルベンジルクロライド(PVBCl)、ヨウ素
化ポリスチレン(I−PS)、クロロメチル化ポリ−α−
メチルスチレン(αM−CMS)、ポリスチレンテトラチ
アフルバレン(PS−TTF)等の電子線用ネガ型レジスト
を用いることができる。これらのネガ型レジストのう
ち、CMS、P(GMA−St)、P(GMA−3ClSt)、PSi、P4C
lSt、PVBCl、I−PS、αM−CMS及びPS−TTFはドライエ
ッチング耐性に優れているものである。なお、これらの
ネガ型レジストの感度(μC/cm2)を以下においてレジ
スト名の後の括弧内に示すと、EPB(0.05)、PGMA(0.
1)、P(GMA−EA)(0.34)、CER(0.3)、CMS(0.4〜
1.2)、P(GMA−St)(2.6)、P(GMA−3C1St)(2.
8)、SEL−N(0.3)、CEVE(2)、CVE(0.25)、PSi
(1)、P4C1St(2.5)、PVBC1(0.46)、I−PS(1.
5)、αM−CMS(8.2)、PS−TTF(6)である。
〔作用〕
ガス状のネガ型レジストを含む雰囲気中では基体
(1)の表面にこのネガ型レジストの分子が吸着してい
る。このネガ型レジスト分子が吸着している基体(1)
上に荷電粒子線(4)を照射すると、この吸着している
ネガ型レジスト分子は架橋反応を起こす。この結果、こ
の架橋反応を起こしたネガ型レジスト分子から成るパタ
ーン(6)がこの基体(1)上に形成される。このパタ
ーン(6)の幅は、荷電粒子線(4)のビーム径と基体
(1)からの荷電粒子の後方散乱による照射領域のぼけ
の大きさとによって決まり、従来のように電子線レジス
ト中での電子の多重散乱により分解能が低下する問題は
生じない。ここで、荷電粒子線(4)の走査を104〜105
回繰り返し行うことによりパターン(6)を形成してい
ることから、言い換えれば、パターン(6)を形成する
ために必要な荷電粒子(4)の走査を104〜105回に分け
て行うことから、1回の荷電粒子線(4)の走査時の照
射電荷密度を極めて低くすることができ、それによって
照射領域のぼけを極めて小さくすることができる。そし
て、1回の荷電粒子線(4)の走査により例えば1分子
層ないし数分子層の極めて薄いパターンをシャープなエ
ッジで形成することができる。このため、荷電粒子線
(4)のビーム径とほぼ同一幅のパターン(6)を形成
することができる。これによって、100Å程度の極微細
幅のパターンを容易に形成することができる。また、こ
の架橋反応を起こしたネガ型レジスト分子から成るパタ
ーン(6)は、このネガ型レジストの溶剤によるウエッ
トプロセスにより容易に除去することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。この実施例は、半導体基板上に金属極微細線
を形成する場合に本発明を適用した実施例である。
第1図A〜第1図Dは本発明の一実施例を工程順に示
す。
本実施例においては、第1図Aに示すように、まず例
えば半絶縁性ヒ化ガリウム(GaAs)基板のような半導体
基板1上に例えばタングステン(W)膜のような金属膜
2を形成したものを用意する。次に、図示省略した電子
ビーム照射装置の高真空に排気された試料室内にガス状
の電子線用ネガ型レジストを導入する。このネガ型レジ
ストの蒸気圧は例えば10-6Torr程度であるのが好まし
い。なお、電子線用ネガ型レジストは大気中では液体で
あるが、真空中では容易にガス化する。このガス状のネ
ガ型レジスト雰囲気中では、金属膜2の表面に吸着して
いるネガ型レジスト分子から成るネガ型レジスト分子層
3が形成されている。次に、上述の試料室内においてこ
のガス状のネガ型レジスト雰囲気中で金属膜2上にビー
ム径を例えば100Å程度に細く絞った電子ビーム4を所
定パターンで走査しながら照射する。この電子ビーム4
の加速電圧は例えば6kV程度である。また、この電子ビ
ーム4のビーム電流は、例えば使用するネガ型レジスト
の感度と同程度の照射電荷密度が得られるように選ばれ
る。
上記電子ビーム4が照射された部分のネガ型レジスト
分子層3中の分子は架橋反応を起こす。符号5はこの架
橋反応を起こしたネガ型レジスト分子から成る部分を示
す。この電子ビーム4の一回の走査で形成することがで
きる、架橋反応を起こしたネガ型レジスト分子層の厚さ
は薄いので、この架橋反応を起こしたネガ型レジスト分
子から成る部分5の厚さが所望の厚さになるまで上述の
電子ビーム4の走査を繰り返し行う。具体的には、電子
ビーム4の照射を例えば0.1pC/cm程度の電荷密度で行う
場合、電子ビーム4の走査を104〜105回程度繰り返し行
う。
第1図Bは、上述のようにして電子ビーム4の走査を
繰り返し行って、架橋反応を起こしたネガ型レジスト分
子から成る部分5が目的とする厚さになった状態を示
す。
次に、電子ビーム4が照射されていない、従って架橋
反応を起こしていないネガ型レジスト分子層3をこのネ
ガ型レジスト用の溶剤によりウエットプロセスで選択的
に除去する。これによって、第1図Cに示すように、架
橋反応を起こしたネガ型レジスト分子から成るレジスト
パターン6が形成される。このレジストパターン6の幅
は電子ビーム4のビーム径とほぼ等しく、具体的には例
えば100Å程度となる。
次に、このレジストパターン6をマスクとして上記金
属膜2を例えばRIE法により基板表面と垂直方向に異方
性エッチングする。これによって、第1図Dに示すよう
に、例えば100Å程度の幅の金属極微細線7が形成され
る。この後、レジストパターン6を溶剤によりウエット
プロセスで除去する。
なお、上述の電子ビーム4の照射条件では、既に述べ
た非晶質炭化水素から成るEBIRは無視することができ
る。それは、EBIRの形成に用いられる典型的な条件、す
なわち電子ビーム4のビーム電流が10-11A、照射時間
が10sec、照射長さが100(μm)、照射幅が1000(Å)
の条件では、照射電荷密度は であり、既に挙げた電子線用ネガ型レジストの感度より
も三〜四桁程度大きいからである。
以上のように、本実施例によれば、ガス状のネガ型レ
ジスト雰囲気中で金属膜2上に電子ビーム4を照射して
いいるので、この電子ビーム4のビーム径でほぼ決まる
極微細幅のレジストパターン6を形成することができ
る。そして、このレジストパターン6をマスクとして用
いて金属膜2のエッチングを行うことにより、金属極微
細線7を形成することができる。また、このレジストパ
ターン6は溶剤によりウエットプロセスで容易に除去す
ることができるので、このレジストパターン6の除去時
に基板1等に損傷が生じるおそれもない。さらに、いわ
ゆるリフトオフプロセスも可能になる。
上述のようにして形成される金属極微細線7は、具体
的には例えばGaAs MESFETのようなショットキーゲートF
ETや高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron M
obility Transistor)のショットキーゲート電極として
用いることができる。これによって、ゲート長が極めて
短いFETを実現することができる。
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本
発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、本発明は、MISFETのゲート電極の形成にも適
用することが可能であることは勿論、例えば半導体基板
を極微細幅にエッチングするような場合にも適用するこ
とが可能である。さらに、本発明は、半導体基板以外の
任意の基板上に極微細パターンを形成する場合に適用す
ることが可能である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によるパターン形式方法に
よれば、極微細幅でしかもウェットプロセスにより容易
に除去することができるパターンを形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】 第1図A〜第1図Dは本発明の一実施例を工程順に示す
斜視図である。 図面における主要な符号の説明 1……半導体基板、2……金属膜、3……ネガ型レジス
ト分子層、4……電子ビーム、5……架橋反応を起こし
たネガ型レジスト分子から成る部分、6……レジストパ
ターン、7……金属極微細線。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−104437(JP,A) 特開 昭62−59951(JP,A) 特開 昭63−13036(JP,A) 特開 昭63−213343(JP,A) 特開 昭50−130369(JP,A) 特開 昭58−86726(JP,A) 特開 昭58−176938(JP,A) 特開 昭58−194336(JP,A) 特開 昭64−42648(JP,A) 特開 平2−976(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 7/038

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガス状のネガ型レジストを含む雰囲気中で
    基体上に荷電粒子線の走査を104〜105回繰り返し行うこ
    とにより上記基体の表面に吸着している上記ネガ型レジ
    スト分子の架橋反応を起こし、この架橋反応を起こした
    上記ネガ型レジスト分子から成るパターンを形成するよ
    うにしたことを特徴とするパターン形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2920922B2 (ja) 1988-10-21 1999-07-19 ソニー株式会社 パターン形成方法

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JP2920922B2 (ja) 1988-10-21 1999-07-19 ソニー株式会社 パターン形成方法

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