JP2883798B2 - 半導体素子のパターン化方法 - Google Patents
半導体素子のパターン化方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チャージされた（荷
電）ビームリソグラフィに関し、特に、直接書き込み電
子ビームリソグラフィに関する。
電）ビームリソグラフィに関し、特に、直接書き込み電
子ビームリソグラフィに関する。
【０００２】
【従来の技術】チャージされたビームリソグラフィ技術
は、レジスト層に、時間とともにその強度が変化する走
査チャージビームでもって照射する（このチャージされ
たビームは通常「直接書き込み電子ビーム」である）。
このレジスト層は、ワークピースの上に配置される。こ
のワークピースは、移送シフトマスク用に用いられる透
明な基板を有する。
は、レジスト層に、時間とともにその強度が変化する走
査チャージビームでもって照射する（このチャージされ
たビームは通常「直接書き込み電子ビーム」である）。
このレジスト層は、ワークピースの上に配置される。こ
のワークピースは、移送シフトマスク用に用いられる透
明な基板を有する。
【０００３】このレジスト層は、ビーム照射の後、現像
され、これにより、所望の開口パターンがチャージされ
たビームの側面パターンに応じてレジスト層に形成され
る。その後、かくして、パターン化されたレジスト層
が、ワークピースに特徴を形成するために使用される。
すなわち、パターンマスクとして、パターン化されたレ
ジスト層を用いて、ビームの側面パターンに従って、ワ
ークピースをパターン化する。例えば、半導体ウェーハ
をワークピースとして用いると、このパターン化された
レジスト層はウェーハに注入されるイオンでもって照射
され、そして、ウェーハと反応して、ウェーハ内にリセ
ス領域を形成する。別法として、このパターン化された
レジスト層をウェーハ上のパターン化金属層の堆積用の
パターン化マスクとして用いて、集積回路を金属化す
る。透明な基板を用いると、このパターン化された抵抗
層は透明な基板の一部を選択的に除去するためのパター
ン化マスクとして用いることができる（あるいは、不透
明層の一部を除去する）。さらに、このパターン化され
たレジスト層は、半導体ウェーハとともにパターン化マ
スクとして用いられた後完全に除去される。
され、これにより、所望の開口パターンがチャージされ
たビームの側面パターンに応じてレジスト層に形成され
る。その後、かくして、パターン化されたレジスト層
が、ワークピースに特徴を形成するために使用される。
すなわち、パターンマスクとして、パターン化されたレ
ジスト層を用いて、ビームの側面パターンに従って、ワ
ークピースをパターン化する。例えば、半導体ウェーハ
をワークピースとして用いると、このパターン化された
レジスト層はウェーハに注入されるイオンでもって照射
され、そして、ウェーハと反応して、ウェーハ内にリセ
ス領域を形成する。別法として、このパターン化された
レジスト層をウェーハ上のパターン化金属層の堆積用の
パターン化マスクとして用いて、集積回路を金属化す
る。透明な基板を用いると、このパターン化された抵抗
層は透明な基板の一部を選択的に除去するためのパター
ン化マスクとして用いることができる（あるいは、不透
明層の一部を除去する）。さらに、このパターン化され
たレジスト層は、半導体ウェーハとともにパターン化マ
スクとして用いられた後完全に除去される。
【０００４】レジスト層に所望のパターンを形成する公
知の方法は、レジスト層を直接書き込み走査電子ビーム
に露出し、その後、このレジスト層をウェット現像する
ことにより所望のパターン化レジスト層を形成する。こ
の方法では、チャージングエフェクトと称される問題が
発生する。すなわち、走査の初期の段階において、電子
ビームによる導入される電子チャージが、次の時間後に
おいて、近傍の領域で電子ビームを側面方向に移動さ
せ、それにより、レジスト層の電子ビームに露出した部
分が所望の場所と同じとはならないという欠点である。
知の方法は、レジスト層を直接書き込み走査電子ビーム
に露出し、その後、このレジスト層をウェット現像する
ことにより所望のパターン化レジスト層を形成する。こ
の方法では、チャージングエフェクトと称される問題が
発生する。すなわち、走査の初期の段階において、電子
ビームによる導入される電子チャージが、次の時間後に
おいて、近傍の領域で電子ビームを側面方向に移動さ
せ、それにより、レジスト層の電子ビームに露出した部
分が所望の場所と同じとはならないという欠点である。
【０００５】Keiko Yano 等の著者による論文「電子ビ
ームリソグラフィにおけるチャージングエフェクトを減
少させる新たなプロセス」（JJAP Series 4,Proc.of 19
90 Intern. MicroProcess Conference,pp.147-150(199
0)）によれば、電子ビームの感受性の高いレジスト層を
用いてパターン化する方法がチャージングエフェクトを
減少させるので好ましいと記載されている。その方法
は、直接書き込み（走査）電子ビームを用いて、レジス
ト層に所望のパターンを生成し、レジスト層が電子ビー
ムに露出された後、レジスト層をウェット現像する。た
だし、レジスト層に電子ビームを照射する間、レジスト
層の上の接地された導電性有機材料層を追加し、さら
に、この導電性有機材料層とレジスト層の間に中間保護
層を追加することである。この誘電性有機材料層は電子
ビームに対し透明で、その目的は、導電性有機材料層を
接地することにより好ましくないチャージを除去するこ
とである。
ームリソグラフィにおけるチャージングエフェクトを減
少させる新たなプロセス」（JJAP Series 4,Proc.of 19
90 Intern. MicroProcess Conference,pp.147-150(199
0)）によれば、電子ビームの感受性の高いレジスト層を
用いてパターン化する方法がチャージングエフェクトを
減少させるので好ましいと記載されている。その方法
は、直接書き込み（走査）電子ビームを用いて、レジス
ト層に所望のパターンを生成し、レジスト層が電子ビー
ムに露出された後、レジスト層をウェット現像する。た
だし、レジスト層に電子ビームを照射する間、レジスト
層の上の接地された導電性有機材料層を追加し、さら
に、この導電性有機材料層とレジスト層の間に中間保護
層を追加することである。この誘電性有機材料層は電子
ビームに対し透明で、その目的は、導電性有機材料層を
接地することにより好ましくないチャージを除去するこ
とである。
【０００６】この導電性有機材料層は、有機溶剤の中の
ポリマの溶液からスピンコーティングにより形成され
る。この中間保護層の目的は、スピンコーティングのプ
ロセスの間、有機溶剤によりレジスト層の好ましくない
全体の除去を抑止することである。この保護層は、ポリ
ビニールアルコール（以下「ＰＶＡ」と称する）層で、
このポリビニールアルコール層は、電子ビーム照射が完
了した後、導電性有機材料層を除去した後、ポリビニー
ルアルコール層を水に溶解することによって除去され
る。
ポリマの溶液からスピンコーティングにより形成され
る。この中間保護層の目的は、スピンコーティングのプ
ロセスの間、有機溶剤によりレジスト層の好ましくない
全体の除去を抑止することである。この保護層は、ポリ
ビニールアルコール（以下「ＰＶＡ」と称する）層で、
このポリビニールアルコール層は、電子ビーム照射が完
了した後、導電性有機材料層を除去した後、ポリビニー
ルアルコール層を水に溶解することによって除去され
る。
【０００７】上記の方法の問題点は、ＰＶＡ界面におい
て、好ましくないポリマが形成され、蓄積されることで
ある。特に、この好ましくない残留物は、ワークピース
を被覆し、パターン化レジスト層のパターンをワークピ
ースに転写するのを困難にする。また、別の問題点は、
導電性有機材料層を除去する間、レジスト層に好ましく
ないピンホールが所々に形成される点である。このピン
ホールの形成は、ＰＶＡ層の多孔性と導電性有機材料層
を溶解するのに用いられる有機溶剤の中にレジストの溶
解性に起因している。特に、保護層におけるピンホール
は、溶剤がレジスト層にまで届き、その一部を溶かして
しまうことである。それ故に、これらの不利な点を除く
ことが望まれている。
て、好ましくないポリマが形成され、蓄積されることで
ある。特に、この好ましくない残留物は、ワークピース
を被覆し、パターン化レジスト層のパターンをワークピ
ースに転写するのを困難にする。また、別の問題点は、
導電性有機材料層を除去する間、レジスト層に好ましく
ないピンホールが所々に形成される点である。このピン
ホールの形成は、ＰＶＡ層の多孔性と導電性有機材料層
を溶解するのに用いられる有機溶剤の中にレジストの溶
解性に起因している。特に、保護層におけるピンホール
は、溶剤がレジスト層にまで届き、その一部を溶かして
しまうことである。それ故に、これらの不利な点を除く
ことが望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、空間的に選択され、チャージされた走査ビームを照
射する際に、レジスト層に形成されるピンホールを減少
させることである。さらに、またレジスト層と保護層と
の間に残留ポリマ層の形成を抑止する方法を提供するこ
とである。
は、空間的に選択され、チャージされた走査ビームを照
射する際に、レジスト層に形成されるピンホールを減少
させることである。さらに、またレジスト層と保護層と
の間に残留ポリマ層の形成を抑止する方法を提供するこ
とである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、特許請
求の範囲に記載したとうりである。
求の範囲に記載したとうりである。
【００１０】
【実施例】図１において、構造体１００は、水晶のよう
な材料から形成される透明基板１０を有し、その透明基
板１０の上部表面にパターン化されたクロム層１０．５
が形成される。この構造体１００は、位相シフトマスク
の形成の第１段階を表す。
な材料から形成される透明基板１０を有し、その透明基
板１０の上部表面にパターン化されたクロム層１０．５
が形成される。この構造体１００は、位相シフトマスク
の形成の第１段階を表す。
【００１１】電子ビーム感受性レジスト層１１が、クロ
ム層１０．５と透明基板１０の上に形成される。一般的
に中間保護層１２は、ポリビニールアルコール（「ＰＶ
Ａ」）製で、この中間保護層１２が電子ビーム感受性レ
ジスト層１１の上に形成され、接地された導電性有機材
料層１３が、この中間保護層１２の上に形成される。中
間保護層１２の厚さは、０．１５μｍである。
ム層１０．５と透明基板１０の上に形成される。一般的
に中間保護層１２は、ポリビニールアルコール（「ＰＶ
Ａ」）製で、この中間保護層１２が電子ビーム感受性レ
ジスト層１１の上に形成され、接地された導電性有機材
料層１３が、この中間保護層１２の上に形成される。中
間保護層１２の厚さは、０．１５μｍである。
【００１２】導電性有機材料層１３は、複合ＴＣＮＱ塩
（例、Ｎ＝ actylisoquinolinium-tetracyanoquinodime
than とポリマレジンと有機溶剤）のスピンオン結晶化
溶剤から形成される。この導電性有機材料層１３の厚さ
は約０．１μｍである。
（例、Ｎ＝ actylisoquinolinium-tetracyanoquinodime
than とポリマレジンと有機溶剤）のスピンオン結晶化
溶剤から形成される。この導電性有機材料層１３の厚さ
は約０．１μｍである。
【００１３】この導電性有機材料層１３は、接地され、
書き込みエレクトロンビーム１５が空間を選択的に走査
し、走査電子ビームの側面パターンにより決定されるパ
ターンに従って、電子ビーム感受性レジスト層１１の一
部を照射する。このようにして、電子ビーム感受性レジ
スト層１１の電子ビームが照射された部分は、１０ｋｅ
Ｖの電子チャージドーズ量を、１．０−１．２μｃ／ｃ
ｍ2（マイクロ−クーロン／ｃｍ2）の範囲で、１０ｋｅ
Ｖ電子チャージド−ズ量を０．７μｍの厚さのポリブテ
ンスルフォン製のレジスト層に受ける。かくして、電子
ビーム感受性レジスト層１１の電子ビーム照射領域は、
以下に説明するように後続の現像プロセスで処理され
る。
書き込みエレクトロンビーム１５が空間を選択的に走査
し、走査電子ビームの側面パターンにより決定されるパ
ターンに従って、電子ビーム感受性レジスト層１１の一
部を照射する。このようにして、電子ビーム感受性レジ
スト層１１の電子ビームが照射された部分は、１０ｋｅ
Ｖの電子チャージドーズ量を、１．０−１．２μｃ／ｃ
ｍ2（マイクロ−クーロン／ｃｍ2）の範囲で、１０ｋｅ
Ｖ電子チャージド−ズ量を０．７μｍの厚さのポリブテ
ンスルフォン製のレジスト層に受ける。かくして、電子
ビーム感受性レジスト層１１の電子ビーム照射領域は、
以下に説明するように後続の現像プロセスで処理され
る。
【００１４】次に（図２）、導電性有機材料層１３が、
酸素イオンプラズマでドライエッチングすることにより
除去される。この層１３．１（図２）は、エッチングの
中間段階における構造体２００に残った導電性有機材料
層１３の厚みを表す。このエッチングを続行して、中間
保護層１２の一部分（約０．０５μｍ）が取り除かれ
る。その後（図３）、この中間保護層１２を、水溶液３
０内に溶解することにより完全に除去する。この層１
２．１は、水の中でこれが溶解した中間段階における構
造体３００に残った中間保護層１２の厚さを表す。
酸素イオンプラズマでドライエッチングすることにより
除去される。この層１３．１（図２）は、エッチングの
中間段階における構造体２００に残った導電性有機材料
層１３の厚みを表す。このエッチングを続行して、中間
保護層１２の一部分（約０．０５μｍ）が取り除かれ
る。その後（図３）、この中間保護層１２を、水溶液３
０内に溶解することにより完全に除去する。この層１
２．１は、水の中でこれが溶解した中間段階における構
造体３００に残った中間保護層１２の厚さを表す。
【００１５】次に（図４）、酸素プラズマにより電子ビ
ーム感受性レジスト層１１の小部分がドライエッチング
で除去される。このようにして、電子ビーム感受性レジ
スト層１１の約０．０５μｍの厚さが除去されると、上
記に述べた一般的な元の厚さとなる。
ーム感受性レジスト層１１の小部分がドライエッチング
で除去される。このようにして、電子ビーム感受性レジ
スト層１１の約０．０５μｍの厚さが除去されると、上
記に述べた一般的な元の厚さとなる。
【００１６】図４において、レジスト層１１．１は、こ
のエッチングの間得られた構造体４００の中間段階に対
応し、図５において、レジスト層１１．２は、このエッ
チングが完了した後得られた構造体５００の段階に対応
する。
のエッチングの間得られた構造体４００の中間段階に対
応し、図５において、レジスト層１１．２は、このエッ
チングが完了した後得られた構造体５００の段階に対応
する。
【００１７】その後、開口（図６）がウェット現像によ
って、レジスト層１１．２に形成される。次に、適当な
大量の反応性イオンエッチングビーム（フッ素イオンを
含む）が形成されている構造体の上部表面に向けられ
て、レジスト層１１．２の開口の下の領域の透明基板１
０をエッチングする。このようにして構造体６００が得
られる。すなわち、レジスト層１１．２内に形成された
開口の下の領域の透明基板１０にリセス領域１０．１が
形成される。別法として、ウェットフッ化水素水（Ｈ
Ｆ:hydrofluoric acid）でもって、透明基板１０をエッ
チングすると、透明基板１０にリセス領域１０．１が形
成される。
って、レジスト層１１．２に形成される。次に、適当な
大量の反応性イオンエッチングビーム（フッ素イオンを
含む）が形成されている構造体の上部表面に向けられ
て、レジスト層１１．２の開口の下の領域の透明基板１
０をエッチングする。このようにして構造体６００が得
られる。すなわち、レジスト層１１．２内に形成された
開口の下の領域の透明基板１０にリセス領域１０．１が
形成される。別法として、ウェットフッ化水素水（Ｈ
Ｆ:hydrofluoric acid）でもって、透明基板１０をエッ
チングすると、透明基板１０にリセス領域１０．１が形
成される。
【００１８】次に、レジスト層１１．２が公知の有機溶
剤により除去される。かくして、形成された構造体は、
位相シフトリソグラフマスクとして使用される。本発明
の変形例として、透明基板１０の代わりに半導体基板を
レジストの開口を介してフッ化イオンを照射することな
く、他のイオンを半導体基板中に注入することと組み合
わせて、あるいは、塩化イオンで基板をドライエッチン
グすることにより、あるいは、金属のような材料を堆積
することと組み合わせて使用して、基板にリセスを形成
することもできる。すなわち、パターン化金属層を形成
して、半導体集積回路を形成する。
剤により除去される。かくして、形成された構造体は、
位相シフトリソグラフマスクとして使用される。本発明
の変形例として、透明基板１０の代わりに半導体基板を
レジストの開口を介してフッ化イオンを照射することな
く、他のイオンを半導体基板中に注入することと組み合
わせて、あるいは、塩化イオンで基板をドライエッチン
グすることにより、あるいは、金属のような材料を堆積
することと組み合わせて使用して、基板にリセスを形成
することもできる。すなわち、パターン化金属層を形成
して、半導体集積回路を形成する。
【００１９】導電層、あるいは保護層、あるいはその両
方を酸素でもってエッチングする代わりに他のガスを用
いて、例えば、窒素、二酸化硫黄、あるいはこのような
ガスの混合物を用いて行うこともできる。走査電子ビー
ムとして、化学放射ビームを用いる代わりに、走査イオ
ンビームを用いることもできる。
方を酸素でもってエッチングする代わりに他のガスを用
いて、例えば、窒素、二酸化硫黄、あるいはこのような
ガスの混合物を用いて行うこともできる。走査電子ビー
ムとして、化学放射ビームを用いる代わりに、走査イオ
ンビームを用いることもできる。
【００２０】
【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明
は、空間的に選択され、チャージされた走査ビームを照
射する際に、レジスト層に形成されるピンホールを減少
させることができる。
は、空間的に選択され、チャージされた走査ビームを照
射する際に、レジスト層に形成されるピンホールを減少
させることができる。
【図１】半導体素子に本発明の一実施例によるリソグラ
フプロセスを実行する第１ステップを表す図である。
フプロセスを実行する第１ステップを表す図である。
【図２】半導体素子に本発明の一実施例によるリソグラ
フプロセスを実行する第２ステップを表す図である。
フプロセスを実行する第２ステップを表す図である。
【図３】半導体素子に本発明の一実施例によるリソグラ
フプロセスを実行する第３ステップを表す図である。
フプロセスを実行する第３ステップを表す図である。
【図４】半導体素子に本発明の一実施例によるリソグラ
フプロセスを実行する第４ステップを表す図である。
フプロセスを実行する第４ステップを表す図である。
【図５】半導体素子に本発明の一実施例によるリソグラ
フプロセスを実行する第５ステップを表す図である。
フプロセスを実行する第５ステップを表す図である。
【図６】半導体素子に本発明の一実施例によるリソグラ
フプロセスを実行する第６ステップを表す図である。
フプロセスを実行する第６ステップを表す図である。
１０ 透明基板 １０．５ クロム層 １１ 電子ビーム感受性レジスト層 １２ 中間保護層 １３ 導電性有機材料層 １５ 書き込みエレクトロンビーム ３０ 水溶液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー ピエラット アメリカ合衆国、07920 ニュージャー ジー、バスキング リッジ、ハース ロ ード 10 (56)参考文献 特開 昭54−116883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−254729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−43681（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−87743（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−78216（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−26016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−74521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−162004（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/027
Claims (4)
- 【請求項１】 走査電荷ビームにより層にパターンを形
成する半導体素子のパターン化方法において、 （ａ） 前記ビームに感受性を有するレジスト層（１
１）の上に配置された前記ビームに対し透明な導電性材
料層（１３）の主表面に前記ビームを向けるステップ
と、 （ｂ） 前記導電性材料層（１３）をドライエッチング
により、その全部を除去するステップと、 （ｃ） 前記レジスト層（１１）を現像するステップ
と、からなり、 前記レジスト層（１１）が前記ビームのパターンに応じ
てパターン化されることを特徴とする半導体素子のパタ
ーン化方法。 - 【請求項２】 前記導電性材料層（１３）は、有機材料
製であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記導電性材料層（１３）と前記レジス
ト層（１１）との間に中間保護層（１２）が形成され、 前記ステップ（ｂ）と（ｃ）との間で （ｄ） 前記中間保護層（１２）の一部をドライエッチ
ングにより除去するステップと、 （ｅ） 前記中間保護層（１２）の残った全部を溶液中
に溶解させて除去するステップと（ｆ） 前記レジスト層（１１）の一部をドライエッチ
ングにより除去するステップと 、 をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の方
法。 - 【請求項４】 前記導電性材料層（１３）は、接地され
ていることを特徴とする請求項１、２、３の何れかに記
載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US99386692A | 1992-12-23 | 1992-12-23 | |
| US993866 | 1992-12-23 | ||
| US025714 | 1993-03-02 | ||
| US08/025,714 US5288368A (en) | 1992-12-23 | 1993-03-02 | Electron beam lithography with reduced charging effects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07176470A JPH07176470A (ja) | 1995-07-14 |
| JP2883798B2 true JP2883798B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=26700079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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