JPH01118126A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 電子ビームリソグラフィを用いた多層レジストプロセス
によりレジストパターンを形成する方法に関し、 チャージアップを防止しかつ低温での処理を可能とする
ことを目的とし、 下層レジストとして、芳香族ビニル化合物であって、そ
の一部が塩素を含む分子で塩素置換率に換算して５０％
以上で置換されておりかつ分子量が１３０００以下であ
るものを使用するように、構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はパターン形成方法に関し、さらに詳しく述べる
と、電子ビームリソグラフィを用いた多層レジストプロ
セスによりレジストパターンを形成する方法に関する。

本発明方法は、例えば集積回路、バブルメモリー素子等
の半導体装置、その他の製造において有利に使用するこ
とができる。

〔従来の技術〕

半導体装置等の製造において、高度に微細なレジストパ
ターンを形成するために、電子ビームリソグラフィと多
層レジストプロセスの組み合せが積極的に用いられてい
ることは周知の通りである。

かかる多層レジストプロセスでは、通常、耐ドライエツ
チング性の大きな下層レジストと電子ビーム露光に感度
を有する上層レジストからなる二層構造レジスト、二層
構造レジストの下層と上層の間に中間層を介在せしめた
三層構造レジストなどが用いられている。二層構造レジ
ストを用いた例で説明すると、基板上に例えばノボラッ
ク系のレジスト材料、例えば東京応化■製の０ＦＰＲ系
レジストを塗布して下層レジストを形成する。この下層
レジストは、上層レジスト塗布時の溶解を防止するため
に、２００℃前後の高温度での熱処理により不溶化させ
ておくのが一般的である。引き続いて、この下層レジス
ト上に例えばシリコーン系のレジスト材料、例えばシリ
ル系ポリメチルシルセスキオキサン（ＰＭＳＳ）を塗布
して上層レジストを形成する。レジスト膜の形成が完了
した後、上層レジストを電子ビーム露光によってパター
ニングし、現像する。次いで、得られた上層レジストパ
ターンをマスクとして、下層レジストを酸素プラズマで
エツチングする。微細な上層レジストパターンがそのま
＼下層レジストに転写されろことの結果、微細で厚膜な
、すなわち、高アスペクト比のレジストパターンが最終
的に得られる。このように、レジストに必要とされる機
能を二層もしくはそれ以上のレジストに分離してもたせ
ると、単層レジストで屡々問題となった下地段差の問題
や解像性及び耐ドライエツチング性の問題を解決するこ
とができる。

ところで、電子ビーム露光により上層レジストや中間レ
ジストのパターニングを行った場合には、レジストの帯
電（チャジ−アップ）現象が新たな問題として発生する
。すなわち、上記したようなノボラック系のレジスト材
料等に電子ビームを照射してパターニングを行う際には
、照射されたビームの電荷がレジスト膜に残存し、新た
に照射されてくるビームに斥力を与える結果、電子ビー
ムが曲げられ、位置合せマーク検出の不良や重ね合せの
ズレ、パターンの位置ズレ等が生じる。

パターンの精度低下をひきおこすチャージアップを防止
するために、現在いくつかの方法が提案されている。例
えば、研究実用化報告第３３巻第４号（１９８４）、Ｐ
、　６５５−６６３には、チャージアップ防止技術とし
て下層レジスト上に導電性金属であるモリブデン（Ｍｏ
）を蒸着し、Ｍｏ蒸着層上に上層レジストを形成するこ
とが提案されている。また、８４年秋季応物学会、１２
ｐ　−Ｔ−１２には、フェニルメタクリレート−メタク
リル酸共重合体レジスト上にアルミニウム（／ｌ　）を
蒸着することが提案されている。しかし、このように金
属の蒸着を行うことには工程の複雑さがあり、また、金
属が層間にあることにより、電子の透過率が低くなるの
で位置合せマークの検出が困難になる。さらにまた、８
６年春季応物学会、１ｐ−Ｚ−１３には、三層レジスト
の下層の０ＦＰＲ−８００（東京応化■製のノボラック
系レジスト）上に導電性ＩＴＯ膜を形成することが、そ
して同１ｐ−Ｚ−１０には、導電性カーボン膜を二層レ
ジストの下層に用いることが、それぞれ提案されている
。しかし、このように塗布導電膜を中間層に用いる方法
や導電性カーボン膜を用いる方法では、約３００℃以上
の高温度で処理を行うことが必須であって、それに原因
するところの、基板へのダメージといった不都合が発生
する。さらに、中間層塗布型導電膜では、必ず三層以上
の層梼成としなければならない、下層レジストについて
も高温処理が必要であり、膜の除去が困難である、とい
った不都合が存在し、一方、導電性カーボン膜では成膜
の複雑さが存在する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、従来の技術の項において説明したよう
な問題点を解決して、電子ビームリソグラフィを用いた
多層レジストプロセスにおい　、チャージアップを防止
しかつ低温での処理を可能とすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、電子ビームリソグラフィを用いた多層レ
ジストプロセスによりレジストパターンを形成するに当
って、下層レジストとして、芳香族ビニル化合物であっ
て、その一部が塩素を含む分子で塩素置換率に換算して
５０％以上で置換されており、かつ分子量が１３０００
以下であるものを使用することによって、上記した目的
を達成し得るということを見い出した。

本発明の実施において下層レジストとして用いられる芳
香族ビニル化合物は、好ましくは、ベンゼン、トルエン
、キシレン、エチルベンゼン、ジフェニルメタン、スチ
レン、プロピルベンゼン、安息香酸などとビニルとの重
合体であって、かがる重合体は、前記した通り、例えば
クロロメチルのような塩素を含む分子で塩素置換率に換
算して５０％以上、殊に７０％以上で置換されており、
かつ分子量が１３０００以下、特に１ｏｏｏｏ以下であ
る。

また、かかる重合体の分子量の下限は特に限定されない
というものの、一般には、製膜性や耐熱温度等の観点か
ら、２０００以上であることが好ましい。

有用な下層レジスト−形成用芳香族ビニル化合物として
は、例えば、ＣＭＳ　（クロロメチル化ポリスチレン）
、ＰＣ３（ポリ４−クロロスチレン）、αＣＭＳ　（ポ
リα−メチルスチレン）、ＰＶＢ（ポリベンジルクロラ
イド）などをあげることができる。

上記したような部分塩素化芳香族ビニル化合物は、通常
、それを下地上に塗布した後に加熱して、該下層レジス
ト上に形成されるべき層に対して不溶化するのが好まし
い。この不溶化処理のため、遠紫外線、電子ビーム、Ｘ
線、イオンビーム等の電離放射線の照射を有利に用いる
ことができる。

下層レジスト上に形成されるべきレジスト膜は、多層レ
ジストプロセスにおいて通常用いられている中間レジス
ト、上層レジストであることができる。例えば、二層レ
ジストの場合の上層レジストとしては、シリル化ポリメ
チルシルセスキオキサン（ＰＭＳＳ）　、クロロメチル
化ポリジフェニルシロキサン、その他をあげることがで
きる。これらの上層レジストは、電子ビーム露光に対す
る感度ばかりでなく、Ｘ線、遠紫外線、イオンビーム等
の露光に対しても感度を有し、したがって、本願明細書
では、゛電子ビーム”とは、広く電離放射線を指すこと
を理解されたい。

本発明を三層レジストに適用する場合には、中間レジス
トとして酸化珪素（ＳｉＯ□）膜等を、また、上層レジ
ストとして前記二層レジストの場合と同°じものを、そ
れぞれ有利に使用することができる。

〔作　用〕 本発明によるパターン形成方法においては、下層レジス
トとして用いられる部分塩素化芳香族ビニル化合物の分
子量と塩素置換量とが重要な役割を果す。これらのファ
クターがチャージアップの　・防止等にいかに作用する
のか、その正確なメカニズムは判明していないけれども
、本発明者らの今までの研究の成果から、次のような点
にあるものと解される：塩素を置換することにより、イ
オン伝導性を持たせることができ、これによりチャージ
アンプの防止をはかることができ、また、さらに分子量
が小さくなった場合には、分子配列の乱れが押えられる
ことにより、チャージアップの防止へ作用するのではな
いかと考えられる。

〔実施例〕

クロロメチル化率及び分子量を異にする種々のＣＭＳ　
（クロロメチル化ポリスチレン）のキシレン溶液をアル
ミニウム基板上に２．０μｍの厚さに塗布し、１００℃
で２０分間ベータした。この０ＭＳ膜に遠紫外線（Ｘｅ
　−Ｈｇ　ラップ、５００　Ｗ　＞を４０秒間照射した
。引き続いて、末端ヒドロキシル基をトリメチルクロロ
シランでシリル化したシリル化ポリメチルシルセスキオ
キサン（ＰＭＳＳ）のｎ−ブチルエーテル溶液を先に形
成したＣＭＳ膜上に０．２μｍの厚さに塗布し、８０’
Ｃで２０分間ベークした。目的とする二層レジストが得
られた。

次いで、得られた二層レジスト付きのアルミニウム基板
を１子ビーム露光装置に収容し、加速電圧２０ｋＶ及び
露光量２　Ｘ　１０−’Ｃ／ｃｄで所定のパターンで電
子ビーム露光を行った。露光の完了後、基板をＭｉＢＫ
（メチルイソブチルケトン）中に１分間浸漬して現像を
行い、さらにＩＰＡ（イソプロピルアルコール）中に３
０秒間浸漬してすすぎを行った。

次いで、上層レジスト現像後のアルミニウム基板をプラ
ズマエツチング装置（ｒｆパワー：３００Ｗ％　Ｏｚ：
ｌｏｏｓｃｃｍ　、圧カニ　０．０２Ｔｏｒｒ）に収容
し、残留せる上層レジスト（ＰＭＳＳ）のパターンをマ
スクとしてかつカーボンターゲットを用いて、酸素プラ
ズマで下層レジスト（ＣＭＳ）をエツチングした。エツ
チングの結果として、上層レジストのパターンがそのま
一下層しシストに転写され、０．３μｍライン＆０．３
μｍスペースを解像した。また、その際、各試料につい
て次表のようなチャージアップ量が測定された。なお、
チャージアンプ量は、基準パターンからのずれ（μｍ）
で評価した。

１　　　　　　　　０　　　　　　　１３０００　　　
　　　２．０２　　　　　　　１５　　　　　　　１３
０００　　　　　　１．３３　　　　　　　３０　　　
　　　　　１３０００　　　　　　０．８４　　　　　
　　５０　　　　　　　１３０００　　　　　　０．５
５　　　　　　　９０　　　　　　　１３０００　　　
　　　０．２６　　　　　　　　０　　　　　　　　７
５００　　　　　　２．０？　　　　　　　　３０　　
　　　　　　７５００　　　　　　０．５８　　　　　
　　５０　　　　　　　　　？５００　　　　　　０．
１９　　　　　　１００　　　　　　　　７５００　　
　　　　０．１これらの結果をもとに、チャージアップ
量に及ぼすクロロメチル化率の影響をプロットしたもの
が添付の第１図、そしてチャージアップ量に及ぼす分子
量の影響をプロットしたものが第２図である。

懇」二１１１１ 前記例１に記載の手法を繰り返した。但し、本例の場合
、下層レジストとして、ＣＭＳＯ代に０ＦＰＲ−８００
（ノボラック系レジスト、商品名）を使用し、これを２
．０μｍの厚さに塗布し、２５０℃で１時間にわたって
ベータした。測定されたチャージアップ量は２．４μｍ
であった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多層レジストプロセスによるパターン
形成において、チャージアップを防止し、よって、高精
度のパターンを形成することができ１、　また、低温で
の処理が可能となるので、作業性を著しく高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はチャージアップ量に対するクロロメチル化率の
影響を示したグラフ、そして第２図はチャージアップ量
に対する分子量の影響を示したグラフである。 第１面 チャージアップ量に対する分子量の影響焔２Ｔ２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子ビームリソグラフィを用いた多層レジストプロ
   セスによりレジストパターンを形成する方法であって、
   下層レジストとして、芳香族ビニル化合物であって、そ
   の一部が塩素を含む分子で塩素置換率に換算して５０％
   以上で置換されており、かつ分子量が１３０００以下で
   あるものを使用することを特徴とするパターン形成方法
   。 ２、前記部分塩素化芳香族ビニル化合物をその塗布後に
   加熱して不溶化せしめる、特許請求の範囲第１項に記載
   のパターン形成方法。 ３、前記部分塩素化芳香族ビニル化合物がクロロメチル
   化ポリスチレンであり、これに遠紫外線を照射して不溶
   化せしめる、特許請求の範囲第２項に記載のパターン形
   成方法。