JP3279822B2 - パターン形成方法 - Google Patents
パターン形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光や荷電粒子線を用いて
半導体の極微細加工を行なうリソグラフィ技術のレジス
ト処理方法に係り，特に露光によってレジスト膜表面に
形成された潜像を通常のウェット現像処理を用いること
なく，ドライエッチング等で加工してパターン形成を行
なうドライ現像方法に関する。
半導体の極微細加工を行なうリソグラフィ技術のレジス
ト処理方法に係り，特に露光によってレジスト膜表面に
形成された潜像を通常のウェット現像処理を用いること
なく，ドライエッチング等で加工してパターン形成を行
なうドライ現像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】リソグラフィにおいてレジストパターン
の形成は，従来，露光後のレジストを現像液に浸し，未
露光部と露光部の溶解性の差を利用してパターンを形成
するウェット現像法が広く用いられてきた。一方，現
在，工程数削減や解像性向上を目的として，露光によっ
てレジスト表面に形成された潜像を通常のウェット現像
法を用いることなくドライエッチング等でレジスト膜に
転写し，現像処理をドライ化する試みがなされている。
このうち検討が進んでいるのがシリル化反応を用いたネ
ガ化のレジストパターン形成である。その代表的な例が
文献１の表面，３０巻（１９９２），８５６ページに紹
介されている表面シリル化法である。本方法はレジスト
にポリ（ｐーｔｅｒｔーブトキシカルボニルオキシスチ
レン，ＰＢＯＣＳＴ）を用い，露光後にベークを行うこ
とによって露光部に生成したポリビニルフェノールを，
シリル化剤蒸気（ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）
等）と接触させてシリルエーテル化することを特徴とす
る。この結果，酸素の反応性イオンエッチングによって
シリル化部分に含まれるシリコン（Ｓｉ）が酸化してエ
ッチングマスクとなり，ネガ型のレジストパターン形成
が可能となる。また，露光部でのシリル化剤の拡散性を
利用する方法として，かつて例えば文献２のソリッド
ステート テクノロジー（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），３０巻（１９８７年），６号，
９３ページに記載されているようなＤＥＳＩＲＥ法（Ｄ
ｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＳＩｌｙｌａｔ
ｉｎｇ ＲＥｓｉｓｔ）がある。本方法はノボラック系
レジストをパターン露光後に加熱しながらＨＭＤＳ等の
シリル化剤蒸気と接触させ，露光部にシリル化剤を選択
的に拡散させることを特徴とする。この結果，引き続く
酸素の反応性イオンエッチングによってシリル化剤に含
まれるＳｉが酸化されてエッチングマスクとなり，ネガ
型のレジストパターン形成が可能となる。さらに，文献
３の特開昭６１ー４７６４１に記載されているように，
基板上に回転塗布法ないしはプラズマ重合反応を用いて
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるレジス
ト膜を設け，露光によってレジスト膜中に発生したラジ
カルにＳｉ含有モノマーをグラフト重合させ，酸素の反
応性イオンエッチングによって重合したモノマー中のＳ
ｉを酸化させてエッチングマスクに用い，ネガ型のＰＭ
ＭＡパターン形成を可能とした例がある。
の形成は，従来，露光後のレジストを現像液に浸し，未
露光部と露光部の溶解性の差を利用してパターンを形成
するウェット現像法が広く用いられてきた。一方，現
在，工程数削減や解像性向上を目的として，露光によっ
てレジスト表面に形成された潜像を通常のウェット現像
法を用いることなくドライエッチング等でレジスト膜に
転写し，現像処理をドライ化する試みがなされている。
このうち検討が進んでいるのがシリル化反応を用いたネ
ガ化のレジストパターン形成である。その代表的な例が
文献１の表面，３０巻（１９９２），８５６ページに紹
介されている表面シリル化法である。本方法はレジスト
にポリ（ｐーｔｅｒｔーブトキシカルボニルオキシスチ
レン，ＰＢＯＣＳＴ）を用い，露光後にベークを行うこ
とによって露光部に生成したポリビニルフェノールを，
シリル化剤蒸気（ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）
等）と接触させてシリルエーテル化することを特徴とす
る。この結果，酸素の反応性イオンエッチングによって
シリル化部分に含まれるシリコン（Ｓｉ）が酸化してエ
ッチングマスクとなり，ネガ型のレジストパターン形成
が可能となる。また，露光部でのシリル化剤の拡散性を
利用する方法として，かつて例えば文献２のソリッド
ステート テクノロジー（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），３０巻（１９８７年），６号，
９３ページに記載されているようなＤＥＳＩＲＥ法（Ｄ
ｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＳＩｌｙｌａｔ
ｉｎｇ ＲＥｓｉｓｔ）がある。本方法はノボラック系
レジストをパターン露光後に加熱しながらＨＭＤＳ等の
シリル化剤蒸気と接触させ，露光部にシリル化剤を選択
的に拡散させることを特徴とする。この結果，引き続く
酸素の反応性イオンエッチングによってシリル化剤に含
まれるＳｉが酸化されてエッチングマスクとなり，ネガ
型のレジストパターン形成が可能となる。さらに，文献
３の特開昭６１ー４７６４１に記載されているように，
基板上に回転塗布法ないしはプラズマ重合反応を用いて
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるレジス
ト膜を設け，露光によってレジスト膜中に発生したラジ
カルにＳｉ含有モノマーをグラフト重合させ，酸素の反
応性イオンエッチングによって重合したモノマー中のＳ
ｉを酸化させてエッチングマスクに用い，ネガ型のＰＭ
ＭＡパターン形成を可能とした例がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来法によれば，
文献１および２のようにレジストに露光に引き続いてシ
リル化処理を行ない，さらに酸素による反応性イオンエ
ッチングを行なうことによってウェット現像を用いずに
ネガ型のパターン形成が可能となる。しかし，シリル化
処理の反応性が充分ではないため比較的大きな露光量
や，あるいは処理中の基板加熱等が必要であった。ま
た，レジスト膜を回転塗布法によって設けるためプロセ
スの一貫処理が困難であった。一方，シリル化処理の反
応性は文献３のようにグラフト重合を用いることによっ
て向上し，さらに同文献の実施例で述べられているよう
に，レジスト膜の堆積をプラズマ重合法を用いて行なう
ことによりプロセスの一貫処理化が可能となる。しか
し，かかるレジスト膜がＰＭＭＡのためＳｉ等の被加工
基板のエッチングマスクとしては耐性に乏しいという問
題があった。
文献１および２のようにレジストに露光に引き続いてシ
リル化処理を行ない，さらに酸素による反応性イオンエ
ッチングを行なうことによってウェット現像を用いずに
ネガ型のパターン形成が可能となる。しかし，シリル化
処理の反応性が充分ではないため比較的大きな露光量
や，あるいは処理中の基板加熱等が必要であった。ま
た，レジスト膜を回転塗布法によって設けるためプロセ
スの一貫処理が困難であった。一方，シリル化処理の反
応性は文献３のようにグラフト重合を用いることによっ
て向上し，さらに同文献の実施例で述べられているよう
に，レジスト膜の堆積をプラズマ重合法を用いて行なう
ことによりプロセスの一貫処理化が可能となる。しか
し，かかるレジスト膜がＰＭＭＡのためＳｉ等の被加工
基板のエッチングマスクとしては耐性に乏しいという問
題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記従来法の問題点は，
Ｓｉ等の基板に対して充分なドライエッチング耐性を有
する少なくとも１つ以上のフェニル基を含有するポリメ
タクリレートまたはその誘導体，あるいはポリスチレン
またはその誘導体からなるレジスト膜をチャンバ内で高
周波ないしはマイクロ波等の電磁波，光ないしは電子等
の電離放射線を励起源とする重合反応を用いて基板上に
堆積させる工程，基板上に堆積したレジストに電離放射
線を露光し，露光部のレジスト表面ないしは内部にポリ
マーのラジカルを発生させる工程，同基板を同一チャン
バないしは大気中に取り出すことなく別のチャンバに搬
送し，Ｓｉを含有したモノマー・ガス雰囲気中に曝して
レジスト・ポリマーのラジカルにモノマー・ガスをグラ
フト重合させる工程，酸素の反応性イオンエッチングに
よって，重合したモノマーに含まれるＳｉを酸化させて
エッチングマスクに用いレジストパターンを形成する工
程，から構成されるパターン形成方法によって可能とな
る。
Ｓｉ等の基板に対して充分なドライエッチング耐性を有
する少なくとも１つ以上のフェニル基を含有するポリメ
タクリレートまたはその誘導体，あるいはポリスチレン
またはその誘導体からなるレジスト膜をチャンバ内で高
周波ないしはマイクロ波等の電磁波，光ないしは電子等
の電離放射線を励起源とする重合反応を用いて基板上に
堆積させる工程，基板上に堆積したレジストに電離放射
線を露光し，露光部のレジスト表面ないしは内部にポリ
マーのラジカルを発生させる工程，同基板を同一チャン
バないしは大気中に取り出すことなく別のチャンバに搬
送し，Ｓｉを含有したモノマー・ガス雰囲気中に曝して
レジスト・ポリマーのラジカルにモノマー・ガスをグラ
フト重合させる工程，酸素の反応性イオンエッチングに
よって，重合したモノマーに含まれるＳｉを酸化させて
エッチングマスクに用いレジストパターンを形成する工
程，から構成されるパターン形成方法によって可能とな
る。
【０００５】
【作用】本発明の作用を，以下，図１および図２を用い
て説明する。図１において１はハイドロカーボンからな
る反応ガスのプラズマ，２はプラズマ重合によって堆積
したレジスト膜，３はＳｉ基板，４は電離放射線，５は
電離放射線露光によってレジスト膜表面ないしは内部に
生じたラジカル，６はＳｉ含有モノマー，７は反応性イ
オンエッチングにおける酸素ラジカルないしはイオン，
８はエッチング後のレジストパターン，図２において９
はレジスト膜のポリマーである。
て説明する。図１において１はハイドロカーボンからな
る反応ガスのプラズマ，２はプラズマ重合によって堆積
したレジスト膜，３はＳｉ基板，４は電離放射線，５は
電離放射線露光によってレジスト膜表面ないしは内部に
生じたラジカル，６はＳｉ含有モノマー，７は反応性イ
オンエッチングにおける酸素ラジカルないしはイオン，
８はエッチング後のレジストパターン，図２において９
はレジスト膜のポリマーである。
【０００６】初めに，図１（ａ）のようにチャンバ内で
反応ガスのプラズマ１を重合させて基板３上にレジスト
膜２を堆積させる。次に図１（ｂ）のように電離放射線
４の露光によってレジスト膜２の表面ないしは内部にラ
ジカル５を発生させる。次に図１（ｃ）のようにレジス
ト膜２をＳｉ含有モノマー６雰囲気中に曝し，図２のよ
うにレジスト・ポリマー９に生じたラジカル５にＳｉ含
有モノマー６をグラフト重合させる。次に図１（ｄ）の
ように酸素７等で反応性イオンエッチングを行うことに
よって，露光部のラジカル５にグラフト重合したＳｉ含
有モノマー６のＳｉが酸化してエッチングマスクとな
り，ネガ型のレジストパターン８の形成が可能となる。
レジスト膜２に例えばフェニル基を含んだポリフェニル
メタクリレート（ＰＰｈＭＡ）やポリスチレンないしは
それらの誘導体を用いれば，これらのレジスト膜はＳｉ
に対して極めて高い耐ドライエッチング性を有するた
め，レジストパターン８をマスクとしてドライエッチン
グにより，下地のＳｉ基板３を容易に加工することが可
能となる。
反応ガスのプラズマ１を重合させて基板３上にレジスト
膜２を堆積させる。次に図１（ｂ）のように電離放射線
４の露光によってレジスト膜２の表面ないしは内部にラ
ジカル５を発生させる。次に図１（ｃ）のようにレジス
ト膜２をＳｉ含有モノマー６雰囲気中に曝し，図２のよ
うにレジスト・ポリマー９に生じたラジカル５にＳｉ含
有モノマー６をグラフト重合させる。次に図１（ｄ）の
ように酸素７等で反応性イオンエッチングを行うことに
よって，露光部のラジカル５にグラフト重合したＳｉ含
有モノマー６のＳｉが酸化してエッチングマスクとな
り，ネガ型のレジストパターン８の形成が可能となる。
レジスト膜２に例えばフェニル基を含んだポリフェニル
メタクリレート（ＰＰｈＭＡ）やポリスチレンないしは
それらの誘導体を用いれば，これらのレジスト膜はＳｉ
に対して極めて高い耐ドライエッチング性を有するた
め，レジストパターン８をマスクとしてドライエッチン
グにより，下地のＳｉ基板３を容易に加工することが可
能となる。
【０００７】
【実施例】〈参考例１〉 図３において１０は石英反応管，１１は高周波コイル，
１２から１５は真空チャンバ，１６，１７は反応ガス，
１８から２６はゲートバルブ，２７，２８は基板テーブ
ル，２９から３２はターボ分子ポンプ，３３から３６は
ロータリーポンプ，３７はイットリウム・アルミニウム
・ガーネット（ＹＡＧ）レーザ，３８は集光レンズ，３
９はビューポート，４０は金属ターゲット，４１は反射
型マスク，４２は反射鏡，４３は軟Ｘ線束，４４はモノ
マー容器，４５は平行平板型電極，４６は高周波電源，
４７は交流電源，４８はヒータである。
１２から１５は真空チャンバ，１６，１７は反応ガス，
１８から２６はゲートバルブ，２７，２８は基板テーブ
ル，２９から３２はターボ分子ポンプ，３３から３６は
ロータリーポンプ，３７はイットリウム・アルミニウム
・ガーネット（ＹＡＧ）レーザ，３８は集光レンズ，３
９はビューポート，４０は金属ターゲット，４１は反射
型マスク，４２は反射鏡，４３は軟Ｘ線束，４４はモノ
マー容器，４５は平行平板型電極，４６は高周波電源，
４７は交流電源，４８はヒータである。
【０００８】初めにゲートバルブ１８を開けて，Ｓｉ基
板３を真空チャンバ１２内に搬送した後，ゲートバルブ
２３を開けてポンプ２９と３３でチャンバ１２内の真空
引きを行なった。次にメチルメタクリレートのモノマガ
ス１６に高周波コイル１１による誘導磁場を印加してモ
ノマガスのプラズマ１を発生させ，膜厚１μｍのＰＭＭ
Ａレジスト膜２をＳｉ基板３上に堆積させた。次にゲー
トバルブ１９を開けてＳｉ基板３を真空チャンバ１３内
に搬送するとともにレーザ３７，レンズ３８，ビューポ
ート３９，アルミニウムのターゲット４０から構成され
るレーザプラズマＸ線源から発生する波長が１３ｎｍの
軟Ｘ線４３を，反射型マスク４１および反射鏡４２から
構成される縮小露光光学系を介して結像させ，１０ｍＪ
／ｃｍ2の露光量でレジスト膜２に所望のパターン露光
を行なって露光部分にラジカルを生成した。次にゲート
バルブ２０を開けてＳｉ基板３を真空チャンバ１４内に
搬送した後ゲートバルブ２０を閉め，モノマー容器４４
からビニルトリクロロシランの蒸気６を真空チャンバ１
４内に導入し，Ｓｉ基板３上のレジスト膜２の露光部分
に生じたラジカルにビニルトリクロロシラン６を重合さ
せた。次にゲートバルブ２５を開けてポンプ３１，３５
によってチャンバ内の真空引きを行なった後，ゲートバ
ルブ２１を開けて真空チャンバ１５内にＳｉ基板３を搬
送した。次に酸素ガス１７を導入するとともに平行平板
型電極４５に高周波４６を印加して酸素の反応性イオン
エッチングを行ない，レジスト膜２に重合したビニルト
リクロロシランに含まれるＳｉを酸化させてエッチング
マスクに用い，ネガ型のＰＭＭＡパターン８を形成し
た。さらにチャンバ１５内でＰＭＭＡパターン８をエッ
チングマスクに用い，６フッ化イオウ（ＳＦ6）ないし
は塩素（Ｃｌ2）ガスを用いて反応性イオンエッチング
を行なった結果，Ｓｉ基板３を寸法が０．１μｍの極微
細パターン状に加工することが可能であった。なお，本
参考例では波長が１３ｎｍの軟Ｘ線束４３を用いて露光
を行なったが，加速電圧が５ｋＶの電子線ないしは５０
ｋＶのガリウム（Ｇａ）イオン線を用いて露光を行なっ
た結果，同様にレジスト膜２の露光部分にビニルトリク
ロロシランをグラフト重合させることが可能であった。
また，軟Ｘ線束４３の替わりにエキシマレーザから発生
した波長が２４８ｎｍないしは１９３ｎｍの紫外線を用
いて露光を行なった結果，同様にレジスト膜２の露光部
分にビニルトリクロロシランをグラフト重合させること
が可能であった。さらに，本実施例ではＳｉ含有モノマ
ーにビニルトリクロロシランを用いたが，同様の効果は
ビニルメチルシラン，ビニルメトキシシラン，ビニルメ
チルクロロシラン，ビニルエチルシラン，ビニルエトキ
シシラン，トリビニルメチルシラン等，ビニル基以外の
部分を他の元素やアルキル基で置換したモノマー，ない
しはヘキサメチルジシラザン，ヘキサメチルシクロトリ
シラザン等，メチル基以外の部分を他の元素やアルキル
基で置換したモノマーを用いても得られた。さらに，本
参考例はチャンバ１２から１５内での一貫処理のため，
大気中に取り出すことなく真空，ないしは不活性ガス中
でＳｉ基板３の極微細加工が可能となった。
板３を真空チャンバ１２内に搬送した後，ゲートバルブ
２３を開けてポンプ２９と３３でチャンバ１２内の真空
引きを行なった。次にメチルメタクリレートのモノマガ
ス１６に高周波コイル１１による誘導磁場を印加してモ
ノマガスのプラズマ１を発生させ，膜厚１μｍのＰＭＭ
Ａレジスト膜２をＳｉ基板３上に堆積させた。次にゲー
トバルブ１９を開けてＳｉ基板３を真空チャンバ１３内
に搬送するとともにレーザ３７，レンズ３８，ビューポ
ート３９，アルミニウムのターゲット４０から構成され
るレーザプラズマＸ線源から発生する波長が１３ｎｍの
軟Ｘ線４３を，反射型マスク４１および反射鏡４２から
構成される縮小露光光学系を介して結像させ，１０ｍＪ
／ｃｍ2の露光量でレジスト膜２に所望のパターン露光
を行なって露光部分にラジカルを生成した。次にゲート
バルブ２０を開けてＳｉ基板３を真空チャンバ１４内に
搬送した後ゲートバルブ２０を閉め，モノマー容器４４
からビニルトリクロロシランの蒸気６を真空チャンバ１
４内に導入し，Ｓｉ基板３上のレジスト膜２の露光部分
に生じたラジカルにビニルトリクロロシラン６を重合さ
せた。次にゲートバルブ２５を開けてポンプ３１，３５
によってチャンバ内の真空引きを行なった後，ゲートバ
ルブ２１を開けて真空チャンバ１５内にＳｉ基板３を搬
送した。次に酸素ガス１７を導入するとともに平行平板
型電極４５に高周波４６を印加して酸素の反応性イオン
エッチングを行ない，レジスト膜２に重合したビニルト
リクロロシランに含まれるＳｉを酸化させてエッチング
マスクに用い，ネガ型のＰＭＭＡパターン８を形成し
た。さらにチャンバ１５内でＰＭＭＡパターン８をエッ
チングマスクに用い，６フッ化イオウ（ＳＦ6）ないし
は塩素（Ｃｌ2）ガスを用いて反応性イオンエッチング
を行なった結果，Ｓｉ基板３を寸法が０．１μｍの極微
細パターン状に加工することが可能であった。なお，本
参考例では波長が１３ｎｍの軟Ｘ線束４３を用いて露光
を行なったが，加速電圧が５ｋＶの電子線ないしは５０
ｋＶのガリウム（Ｇａ）イオン線を用いて露光を行なっ
た結果，同様にレジスト膜２の露光部分にビニルトリク
ロロシランをグラフト重合させることが可能であった。
また，軟Ｘ線束４３の替わりにエキシマレーザから発生
した波長が２４８ｎｍないしは１９３ｎｍの紫外線を用
いて露光を行なった結果，同様にレジスト膜２の露光部
分にビニルトリクロロシランをグラフト重合させること
が可能であった。さらに，本実施例ではＳｉ含有モノマ
ーにビニルトリクロロシランを用いたが，同様の効果は
ビニルメチルシラン，ビニルメトキシシラン，ビニルメ
チルクロロシラン，ビニルエチルシラン，ビニルエトキ
シシラン，トリビニルメチルシラン等，ビニル基以外の
部分を他の元素やアルキル基で置換したモノマー，ない
しはヘキサメチルジシラザン，ヘキサメチルシクロトリ
シラザン等，メチル基以外の部分を他の元素やアルキル
基で置換したモノマーを用いても得られた。さらに，本
参考例はチャンバ１２から１５内での一貫処理のため，
大気中に取り出すことなく真空，ないしは不活性ガス中
でＳｉ基板３の極微細加工が可能となった。
【０００９】〈実施例１〉 図３において反応ガス１６にフェニルメタクリレートの
モノマーを用い，Ｓｉ基板３上にプラズマ重合によって
膜厚が１μｍのＰＰｈＭＡのレジスト膜２を形成した。
次に参考例１と同様にチャンバ１３内で軟Ｘ線の露光，
１４内でビニルトリクロロシランのグラフト重合，１５
内で酸素の反応性イオンエッチングを行なってＰＰｈＭ
Ａパターン８を形成した。ＰＰｈＭＡはフェニル基を含
んでいるため，引き続くＳＦ6ないしはＣｌ2ガスのドラ
イエッチングによるＳｉ基板３の加工において，Ｓｉに
対するドライエッチング耐性がＰＭＭＡと比べて１桁以
上高く，ＰＰｈＭＡパターン８をマスクとすることによ
ってＳｉ基板３を容易に加工することが可能であった。
なお，同様に高い耐ドライエッチング性は反応ガス１６
にスチレン・モノマーを用い，Ｓｉ基板３上にポリスチ
レンのレジスト膜２を形成することによっても得られ
た。なお，グラフト重合処理中に電源４７でヒータ４８
に通電を行なってレジスト膜２を５０℃まで加熱した結
果，反応性が向上し，加熱を行なわない場合と比べて１
／２の露光量で同等なグラフト重合量を得ることが可能
であった。また，グラフト重合処理後レジスト膜２に２
００℃でベーキングを行なった結果，重合したビニルト
リクロロシラン同士の架橋によってレジスト膜２の膨潤
が抑えられて解像力が向上し，寸法が０．１μｍ以下の
レジストパターン８が得られた。さらにレジストにＰＰ
ｈＭＡ，ないしはＰＭＭＡの一部をフェニル基に置換し
た市販レジストであるφＭＡＣ（ダイキン工業），ＺＥ
Ｐ（日本ゼオン）等を用い，回転塗布法で基板３上にレ
ジスト膜２を設けた後にチャンバ１３に導入することに
よって，露光，グラフト重合，ドライエッチングの工程
のみをドライ化することも可能であった。
モノマーを用い，Ｓｉ基板３上にプラズマ重合によって
膜厚が１μｍのＰＰｈＭＡのレジスト膜２を形成した。
次に参考例１と同様にチャンバ１３内で軟Ｘ線の露光，
１４内でビニルトリクロロシランのグラフト重合，１５
内で酸素の反応性イオンエッチングを行なってＰＰｈＭ
Ａパターン８を形成した。ＰＰｈＭＡはフェニル基を含
んでいるため，引き続くＳＦ6ないしはＣｌ2ガスのドラ
イエッチングによるＳｉ基板３の加工において，Ｓｉに
対するドライエッチング耐性がＰＭＭＡと比べて１桁以
上高く，ＰＰｈＭＡパターン８をマスクとすることによ
ってＳｉ基板３を容易に加工することが可能であった。
なお，同様に高い耐ドライエッチング性は反応ガス１６
にスチレン・モノマーを用い，Ｓｉ基板３上にポリスチ
レンのレジスト膜２を形成することによっても得られ
た。なお，グラフト重合処理中に電源４７でヒータ４８
に通電を行なってレジスト膜２を５０℃まで加熱した結
果，反応性が向上し，加熱を行なわない場合と比べて１
／２の露光量で同等なグラフト重合量を得ることが可能
であった。また，グラフト重合処理後レジスト膜２に２
００℃でベーキングを行なった結果，重合したビニルト
リクロロシラン同士の架橋によってレジスト膜２の膨潤
が抑えられて解像力が向上し，寸法が０．１μｍ以下の
レジストパターン８が得られた。さらにレジストにＰＰ
ｈＭＡ，ないしはＰＭＭＡの一部をフェニル基に置換し
た市販レジストであるφＭＡＣ（ダイキン工業），ＺＥ
Ｐ（日本ゼオン）等を用い，回転塗布法で基板３上にレ
ジスト膜２を設けた後にチャンバ１３に導入することに
よって，露光，グラフト重合，ドライエッチングの工程
のみをドライ化することも可能であった。
【００１０】〈実施例２〉 図４において４９は膜厚が１μｍのベリリウム薄膜によ
る真空隔壁である。参考例１，実施例１と同じく，チャ
ンバ１２内でＳｉ基板３上にＰＰｈＭＡのレジスト膜２
を堆積した後チャンバ１４内に搬送し，軟Ｘ線束４３の
露光中にビニルトリクロロシラン６をチャンバ１４内に
導入して，露光中に同時にレジスト膜２にグラフト重合
を行なった。さらにＳｉ基板３をチャンバ１５内に搬送
し，酸素の反応性イオンエッチングを行なってレジスト
パターン８の形成，引き続きＳＦ6ないしはＣｌ2ガスで
ドライエッチングを行なってＳｉ基板３の加工を行なっ
た。この結果，露光後のグラフト重合処理が不要となる
ため，Ｓｉ基板３のプロセス処理時間の短縮が可能とな
った。
る真空隔壁である。参考例１，実施例１と同じく，チャ
ンバ１２内でＳｉ基板３上にＰＰｈＭＡのレジスト膜２
を堆積した後チャンバ１４内に搬送し，軟Ｘ線束４３の
露光中にビニルトリクロロシラン６をチャンバ１４内に
導入して，露光中に同時にレジスト膜２にグラフト重合
を行なった。さらにＳｉ基板３をチャンバ１５内に搬送
し，酸素の反応性イオンエッチングを行なってレジスト
パターン８の形成，引き続きＳＦ6ないしはＣｌ2ガスで
ドライエッチングを行なってＳｉ基板３の加工を行なっ
た。この結果，露光後のグラフト重合処理が不要となる
ため，Ｓｉ基板３のプロセス処理時間の短縮が可能とな
った。
【００１１】〈実施例３〉 図５において５０は波長が２４８ｎｍのクリプトンフロ
ライド（ＫｒＦ）・エキシマレーザ，５１はレーザ光，
５２は集光レンズ，５３はビューポートである。本実施
例では，Ｓｉ基板３上にレーザ光による光励起反応を用
いて反応ガス１６をラジカル化し，ＰＰｈＭＡのレジス
ト膜２を堆積した。さらにチャンバ１３内で軟Ｘ線の露
光，１４内でビニルトリクロロシランのグラフト重合，
１５内で酸素の反応性イオンエッチングを行なってレジ
ストパターン８の形成を行なった。光励起反応によって
堆積したレジスト膜２は膜質が緻密なため，ドライエッ
チングによる微細加工性が良好になり，寸法が０．１μ
ｍ以下のレジストパターン８が得られた。
ライド（ＫｒＦ）・エキシマレーザ，５１はレーザ光，
５２は集光レンズ，５３はビューポートである。本実施
例では，Ｓｉ基板３上にレーザ光による光励起反応を用
いて反応ガス１６をラジカル化し，ＰＰｈＭＡのレジス
ト膜２を堆積した。さらにチャンバ１３内で軟Ｘ線の露
光，１４内でビニルトリクロロシランのグラフト重合，
１５内で酸素の反応性イオンエッチングを行なってレジ
ストパターン８の形成を行なった。光励起反応によって
堆積したレジスト膜２は膜質が緻密なため，ドライエッ
チングによる微細加工性が良好になり，寸法が０．１μ
ｍ以下のレジストパターン８が得られた。
【００１２】〈実施例４〉 図６においてチャンバ１２内でＳｉ基板３上にＰＰｈＭ
Ａレジスト膜２を堆積し，チャンバ１３内で軟Ｘ線束４
３の露光を行なった。次にチャンバ５４，トランスファ
ロッド５５，ゲートバルブ５６，５７，イオンポンプ５
９，ターボ分子ポンプ６０，ロータリーポンプ６１から
構成されるシャトルチャンバをゲートバルブ５８を介し
てチャンバ１３に接続し，Ｓｉ基板３をシャトルチャン
バ内に格納した。次にシャトルチャンバをゲートバルブ
２０を介してチャンバ１４に接続し，Ｓｉ基板３をチャ
ンバ１４内に搬送した。次にビニルトリクロロシラン６
をチャンバ１４内に導入して，レジスト膜２の露光部分
にＳｉ含有モノマーをグラフト重合させた。さらにチャ
ンバ１５内に搬送し，反応性イオンエッチングによるレ
ジストパターン８の形成，引き続くドライエッチングに
よってＳｉ基板３を加工した。この結果，本実施例のよ
うに露光とグラフト重合用のチャンバが独立している場
合でも，Ｓｉ基板３を大気中に開放してラジカルの失活
による感度低下を引き起こすことなくグラフト重合処理
が可能となった。また，同様にチャンバ１２と１３，１
４と１５が分離している場合でも，Ｓｉ基板３の処理工
程間の搬送をシャトルチャンバを用いて大気中に取り出
すことなく行なうことが可能であった。
Ａレジスト膜２を堆積し，チャンバ１３内で軟Ｘ線束４
３の露光を行なった。次にチャンバ５４，トランスファ
ロッド５５，ゲートバルブ５６，５７，イオンポンプ５
９，ターボ分子ポンプ６０，ロータリーポンプ６１から
構成されるシャトルチャンバをゲートバルブ５８を介し
てチャンバ１３に接続し，Ｓｉ基板３をシャトルチャン
バ内に格納した。次にシャトルチャンバをゲートバルブ
２０を介してチャンバ１４に接続し，Ｓｉ基板３をチャ
ンバ１４内に搬送した。次にビニルトリクロロシラン６
をチャンバ１４内に導入して，レジスト膜２の露光部分
にＳｉ含有モノマーをグラフト重合させた。さらにチャ
ンバ１５内に搬送し，反応性イオンエッチングによるレ
ジストパターン８の形成，引き続くドライエッチングに
よってＳｉ基板３を加工した。この結果，本実施例のよ
うに露光とグラフト重合用のチャンバが独立している場
合でも，Ｓｉ基板３を大気中に開放してラジカルの失活
による感度低下を引き起こすことなくグラフト重合処理
が可能となった。また，同様にチャンバ１２と１３，１
４と１５が分離している場合でも，Ｓｉ基板３の処理工
程間の搬送をシャトルチャンバを用いて大気中に取り出
すことなく行なうことが可能であった。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように，本発明のパターン
形成方法によって通常のウェット現像処理を用いること
なく，高いスループットでチャンバ内の一貫処理による
レジストパターンの形成が可能となる。
形成方法によって通常のウェット現像処理を用いること
なく，高いスループットでチャンバ内の一貫処理による
レジストパターンの形成が可能となる。
【図１】本発明のパターン形成方法における，レジスト
処理工程の概念図である。
処理工程の概念図である。
【図２】本発明における，グラフト重合反応過程を示す
概念図である。
概念図である。
【図３】本発明のパターン形成方法を可能とする装置構
成の概念図である。
成の概念図である。
【図４】本発明のパターン形成方法を可能とする装置構
成の概念図である。
成の概念図である。
【図５】本発明のパターン形成方法を可能とする装置構
成の概念図である。
成の概念図である。
【図６】本発明のパターン形成方法を可能とする装置構
成の概念図である。
成の概念図である。
１：ハイドロカーボンからなる反応ガスのプラズマ，
２：プラズマ重合によって堆積したレジスト膜，３：Ｓ
ｉ基板，４：電離放射線，５：電離放射線露光によって
レジスト膜の表面ないしは内部に生じたラジカル，６：
Ｓｉ含有モノマー，７：反応性イオンエッチングにおけ
る酸素ラジカル／イオン，８：エッチング後のレジスト
パターン，９：レジスト膜のポリマー，１０：石英反応
管，１１：高周波コイル，１２ー１５：真空チャンバ，
１６，１７：反応ガス，１８ー２６：ゲートバルブ，２
７，２８：基板テーブル，２９ー３２：ターボ分子ポン
プ，３３ー３６：ロータリーポンプ，３７：ＹＡＧレー
ザ，３８：集光レンズ，３９：ビューポート，４０：金
属ターゲット，４１：反射型マスク，４２：反射鏡，４
３：軟Ｘ線束，４４：モノマー容器，４５：平行平板型
電極，４６：高周波電源，４７：交流電源，４８：ヒー
タ，４９：ベリリウム薄膜からなる真空隔壁，５０：Ｋ
ｒＦエキシマレーザ，５１：レーザ光，５２：集光レン
ズ，５３：ビューポート，５４：チャンバ，５５：トラ
ンスファロッド，５６ー５８：ゲートバルブ，５９：イ
オンポンプ，６０：ターボ分子ポンプ，６１：ロータリ
ーポンプ。
２：プラズマ重合によって堆積したレジスト膜，３：Ｓ
ｉ基板，４：電離放射線，５：電離放射線露光によって
レジスト膜の表面ないしは内部に生じたラジカル，６：
Ｓｉ含有モノマー，７：反応性イオンエッチングにおけ
る酸素ラジカル／イオン，８：エッチング後のレジスト
パターン，９：レジスト膜のポリマー，１０：石英反応
管，１１：高周波コイル，１２ー１５：真空チャンバ，
１６，１７：反応ガス，１８ー２６：ゲートバルブ，２
７，２８：基板テーブル，２９ー３２：ターボ分子ポン
プ，３３ー３６：ロータリーポンプ，３７：ＹＡＧレー
ザ，３８：集光レンズ，３９：ビューポート，４０：金
属ターゲット，４１：反射型マスク，４２：反射鏡，４
３：軟Ｘ線束，４４：モノマー容器，４５：平行平板型
電極，４６：高周波電源，４７：交流電源，４８：ヒー
タ，４９：ベリリウム薄膜からなる真空隔壁，５０：Ｋ
ｒＦエキシマレーザ，５１：レーザ光，５２：集光レン
ズ，５３：ビューポート，５４：チャンバ，５５：トラ
ンスファロッド，５６ー５８：ゲートバルブ，５９：イ
オンポンプ，６０：ターボ分子ポンプ，６１：ロータリ
ーポンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 史彦 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 (72)発明者 松井 都 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 (72)発明者 伊東 昌昭 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 (72)発明者 松坂 尚 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64−42648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−186935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−297435（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−66938（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03F 7/38 G03F 7/36 H01L 21/027 H01L 21/3065
Claims (7)
- 【請求項１】シリコン基板上に少なくとも１つ以上のフ
ェニル基を含有するポリメタクリレートまたはその誘導
体，あるいはポリスチレンまたはその誘導体からなるレ
ジスト膜をプラズマ重合により堆積させる工程， 電離放射線を用いて前記レジスト膜を露光し，露光部の
前記レジスト膜表面ないしは内部にラジカルを発生させ
る工程，シリコンを含有したモノマーガス雰囲気において 該ラジ
カルにモノマーをグラフト重合させ，酸素の反応性イオ
ンエッチングによってレジストパターンを形成する工
程， 該レジストパターンをマスクとしてドライエッチングに
よって前記シリコン基板を加工する工程を有し， 前記各工程は大気中に取り出すことなく行われる ことを
特徴とするパターン形成方法。 - 【請求項２】グラフト重合を行なう前記モノマーに一つ
以上のビニル基とシリコンとの化合物からなるモノマー
を用いることを特徴とする請求項１記載のパターン形成
方法。 - 【請求項３】グラフト重合を行なう前記モノマーに一つ
以上のメチル基とシリコンとの化合物からなるモノマー
を用いることを特徴とする請求項１及び２記載のパター
ン形成方法。 - 【請求項４】前記レジスト膜を堆積させる工程は、電離
放射線を用いて反応ガスを励起させることによって行う
ことを特徴とする請求項１から３記載のパターン形成方
法。 - 【請求項５】グラフト重合処理を露光中に行なうことを
特徴とする請求項１から４記載のパターン形成方法。 - 【請求項６】グラフト重合処理中ないしは処理後に基板
加熱を行なうことを特徴とする請求項１から５記載のパ
ターン形成方法。 - 【請求項７】前記電離放射線は紫外線からＸ線領域の
光，電子ないしはイオン等の荷電粒子線であることを特
徴とする請求項１から６記載のパターン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17641194A JP3279822B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | パターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17641194A JP3279822B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | パターン形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0844084A JPH0844084A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3279822B2 true JP3279822B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=16013219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17641194A Expired - Fee Related JP3279822B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | パターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3279822B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11237519A (ja) | 1998-02-24 | 1999-08-31 | Oki Electric Ind Co Ltd | 高分子パターンの形成方法 |
-
1994
- 1994-07-28 JP JP17641194A patent/JP3279822B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0844084A (ja) | 1996-02-16 |
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