JPH01140718A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば半導体素子、磁気バブル素子、超電
導素子等の固体素子の作製における微細パターン形成方
法に係り、特にＤｅｅｐＵＶ光によるパターン転写に好
適なパターン形成方法に関する。

〔従来の技術〕

電子Ｍ、　Ｘ線、ＵＶｉに感度を有するネガ型レジスト
がいくつか報告されている。例えば、　ＭＲ８（商品名
ＲＤ２００ＯＮ　：日立化成）は、非膨潤かつ高感度、
高ドライエッチ耐性を有する優れたレジストである。Ｍ
Ｒ，８’＆用いたパターン形成に関しては１例えば、ア
イ・イー・イー・イー、エレクトロン・デバイス　レタ
ーズ、イー　デー　エルー　３　（１９８２）　５８　
（ＩＥＥＥ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ　Ｌｅｔｔ
、、　ＥＤＬ−３５８（１９８２））において論じられ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の電子線、Ｘ線、ＵＶ光に感度を有するネガ型レジ
ストの多くはＪ）ｅｅｐＵＶ領域の波長の光（以下ＤＵ
Ｖ光とする）に対する光吸収が非常に大きい。このため
、これらをエキシマ・レーザ・リソグラフィを始めとす
るＤＵＶ光を用いたリングラフィに適用した場合１次の
様な問題点を生じることが指摘されていた。

基板上に塗布した上記レジストの薄膜にＤＵＶ光を照射
すると、レジスト自体の大きな光吸収によりレジスト表
面より深さ方向に露光々の強度が急激に減少する。この
ため、その不溶化反応は光の到達できる膜の表面近傍に
おいて主に生ずる。即ち、膜の内部は比較的現像液に対
して溶は易いままに残る。従って、該レジスト膜にマス
クを介してＤＵＶ光を照射し、現像してレジストパター
ンを形成すると、パターン露光部のレジスト膜上部に比
べ下部の現像が速く進行するため、いわゆる逆テーバ状
となる。又逆テーパを防ぐため、現像時間を短くすると
、レジストが基板と接する部分で大きくすそをひいてし
まう。これは露光量、現像時間、フォーカス位置等の変
動に対するレジスト寸法の制御性が極めて悪いことを意
味している。

例えば、ＭＢ２の最適露光量はおよそ１００ｍＪ／−前
後であるが、この範囲の露光量を上記レジスト膜に照射
したときに生ずる不溶化層の厚さは表面から約０．５μ
ｍ以下である。従って、前記レジスト形状の逆テーバま
たはすそ引きを防止するにはレジスト膜厚を約０．５μ
ｍ以下とする必要がある。しかし、これでは下地の加工
に十分なレジスト膜厚を確保することができない。

本発明の目的は、ＵＶ領域で光吸収の大きな。

ＵＶ及び電子線の両方に対して感度を有するレジストを
用いて、ＵＶ露光によるパターン形成を行なった際にも
、現像後のレジスト形状が逆テーパ状とならず、良好な
プロファイルの得られるパターン形成方法を提供するこ
とにある。

本発明の別の目的は、上記光吸収の大きなレジストを用
いても露光量、現像時間、フォーカス位置等の変動に対
するレジスト寸法の変化の小さなパターン形成方法を提
供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記目的は、被加工基板上に塗布されたレジスト膜上に
所望のマスクパターンを介して露光した後、該レジスト
膜の全面又は上記マスクパターンの露光部を含む所定の
領域に−様な電子線を照射し、しかる後に現像を行なう
ことによって達成される。

又、上記目的は、被加工基板上に塗布されたレジスト膜
の全面又は上記マスクパターンの露光部を含む所定の領
域に−様な電子線を照射した後。

該レジスト膜上に所望のマスクパターンを介して露光し
、しかる後に現像を行なうことによっても達成される。

〔作用〕

前述のレジストパターンの逆テーパ又はすそ引き形状は
、パターン露光部のレジスト膜下部における不溶化が不
充分であることに起因している。

従って、これらを抑制するにはレジスト膜下部を感光さ
せ不溶化すればよい。

レジスト膜に入射した電子線は、レジスト分子との非弾
性衝突を繰り返すことにより散乱されつつそのエネルギ
ーを失なう。電子とレジスト分子との相互作用に起因す
るレジストの不溶化反応の断面積は、電子のエネルギー
に依存する。電子のレジスト膜への入射エネルギーを適
当に設定することにより、レジスト膜へ入射した電子が
、エネルギーを失ないつつ膜内部へ進むにつれ、その不
溶化反応の断面積を増大させることが可能である。

父、を子のレジスト内部での散乱、いわゆる前方散乱及
び、下地基板による電子の反射、いわゆる後方散乱によ
り、電子の軌跡の密度はレジスト膜の下部へ向うほど増
大する。従って、レジスト膜に電子線を照射した場合、
ＤＵＶ光を照射した場合とは逆にレジスト膜の下部が感
光し不溶化が進む。レジスト膜にＤＵＶ光と電子線の両
方を各々適当な露光量照射することにより、その不溶化
反応をレジスト膜の深さ方向に−様に生じせしめること
ができる。

本発明では、電子線のレジスト膜への−様な全面照射と
パターン化されたＤＵＶ元の照射を行なう。従って、パ
ターンの全面にわたり、Ｖシスト膜深さ方向の不溶化を
−様にすることはできない。

しかし、−様な電子線照射によるレジスト下部での不溶
化反応により、この部分での現像速度は−様に減少し、
その結果前述のレジストパターンの逆テーパ形状等の発
生が抑えられる。又、電子線の照射量、入射エネルギー
を選択することにより。

レジスト膜内の現像速度分布を制御し、所望のパターン
形状を得ることができる。

なお１本方法はポジ型レジストにも適用可能であること
をつけ加えておく。多くのポジ型レジストは、ネガ型レ
ジスト同様、　Ｄｅｅｐ−ＵＶ領域の波長を有する光に
対して強い吸収を示す。この場合。

ネガ型と逆にレジスト膜表面に近い程Ｖシストの可溶化
反応が進むため、現像後のパターン形状はいわゆる台形
状、又は三角形状となる。しかるに。

通常のＵＶ露光に加え本発明による−様な電子線照射を
行えば、レジスト膜表面近傍に比べレジスト膜下部が可
溶化され、その結果垂直に切り立ったレジストパターン
を得ることができる。但し、用いるポジ型レジストは、
パターン露光光と電子線の両方に感度を有することが必
要である。

〔実施例〕

（第１実施例） 以下１本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。

３ｉ基板１上にＭ几Ｓｖシスト（商品名几り２０００−
Ｎ＝日立化成）をスピン塗布し、８０Ｃで１０分間のベ
ータを行ない厚さ１．０μｍのレジスト層２を形成した
。

次に上記７９１１層２の全面に、加速電圧３０ｋＶで１
０μＣ／ｃｒＡの電子線３を−様に照射した。

電子線照射には２通常の電子線描画装置を用いた。

その後、エキシマ・Ｖ−ザ縮小投影露光装置を用いてパ
ターン化されたＫｒＦエキシマレーザ光４（波長２４８
ｎｍ）を上記レジスト膜２へ照射した。レーザ光の露光
量は５０ｍＪ／ｉから５００ｍ　Ｊ　／　ｃｒＡの間で
いろいろに設定した。

しかる後に現職してレジストパターン５を形成した。現
像は、ＮＭＤ−３（Ｚ３８％）（商品名二東京応化裂［
−水で４０％に希釈したものに１分間浸漬することによ
り行なった。

形成したパターンを走査型電子顕微鏡を用いて観察した
。その結果、極めてアスペクト比の高い良好な形状の０
．４μｍライン・アンド・スペースが形成されているこ
とがわかった。

比較のため、電子線３を照射しないで、エキシマレーザ
光４のみによりレジストパターンを形成した。これを同
様に観察したところ、０．４μｍのラインアンドスペー
スのレジスト形状は、著しい逆テーバ状を示した。又、
露光量と現像時間を採機に変えてパターンを形成したが
１本発明によるパターン形成方法で形成したパターンの
様なアスペクト比の高い良好な形状のパターンを形成す
ることは不可能であった。

又、電子線３を照射した場合と、照射しない場合の両方
に対して、レーザ光の露光量と現像時間及びフォーカス
位置を様々に変化させてレジストパターンを形成し、そ
の寸法の露光量及び現像時間依存性ｆ、調べた。その結
果、電子線３を照射した場合には、上記の諸パラメータ
に対するバタン寸法の変化を著しく抑えることができた
。

なお１本実抱例ではレジストとしてＭＢ２を用いたが、
これに限らずＵＶ光と電子線の両方に感度を有するレジ
ストであれば何を用いてもよい。

又、レジストのベータ条件、電子線の加速電圧と照射量
、Ｖ−ザ元の波長と露光量、現像液、現像条件について
も１本実施例に示したものに限らない。

なお前述のごとく本実施例においては−様な電子線を照
射する手段として電子線描画装置を用いた。しかし、上
記°装置は極微細パターン描画用であるため１本実施例
における全面照射には多大な時間を要した。従って１本
来はエレクトロン・シャワー等の大面積、大電流の得ら
れる電子線照射手段を用いるのが好ましい。

（第２実施例） 次に１本発明の別の実施例を第２図を用いて説明する。

第１実施例同様３ｉ基板１上にＭＲ８ンジストをスピン
塗布し、８０Ｃで１０分間のベークを行ない、ノジスト
層２を形成した。次に、エキシマ・Ｖ−ザ縮小投影露光
装置を用いてパターン化されたＫｒＦエキシマ・Ｖ−ザ
光４を上記レジスト膜上へ照射した。しかる後に、該レ
ジスト膜２の全面に−様な電子線３を照射し、その後現
像してレジストパターン５を形成した。レーザ光４及び
電子線３の照射量、電子線３の加速電圧、現像液。

現像方法は第１実施例に示したものと同様である。

形成されたパターンを観察した結果、第１実施例同様の
効果を確認した。

（第３実施例） 本実施例では、電子線照射部をＶシスト膜全面ではなく
、電子線描画装置に描画パターンを設定することにより
限定した。ここで、電子線照射部はパターン露光部を含
む領域とした。即ち、第３図に示される様に電子線照射
領域１０は、パターン露光領域１１を含む様に設定され
る。

これにより極微細パターン形成用電子線描画装置ｔ′ｆ
、用いても比較的短時間で電子線照射を完了することが
できた。父、電子線未照射部はパターン形成には影響を
与えず１本実施例においても、第１実施例同様の効果を
確認した。

〔発明の効果〕

上記説明より明らかな様に１本発明によるパターン形成
方法を用いれば、レジストの光吸収が大きくＶシスト膜
内で露光々の強度が深さ方向に急激に減少し、上記膜の
表面近傍のみしか感光されない場合にも、十分な膜厚と
良好な形状を併せもつ微細なレジストパターンを得るこ
とができる。

父１本発明によるパターン形成方法を用いれば。

露光量、現像時間、フォーカス位置の変動によるレジス
トパターン寸法の変化を低減し、安定したプロセスを得
ることができる。

さらに、これにより、一般に光吸収の大きなりＵＶ光を
用いた光リングラフィにおいても、多層Ｖシストプロセ
ス等を用いることなく、良好なパターン形成が可能で、
プロセスの簡略化とコストの低減を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、＠２図は本発明の実施例を示す模式的工程断面
図、第３図は本発明の別の実施例を示す模式的平面図で
ある。 １・・・基板、２・・・Ｖシスト層、３・・・電子線、
４・・・ノシターン化されたエキシマ・Ｖ−ザ光、５・
・・レジストパターン、１０・・・電子線照射領域、１
１・・・ノくターε

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工基板上に塗布されたレジスト膜上に所望のパ
   ターンを有するマスクを介して光を照射する過程と、上
   記レジスト膜を現像する過程を含むパターン形成方法に
   おいて、上記光の照射前又は照射後に、上記レジスト膜
   に対して電子線を照射することを特徴とするパターン形
   成方法。 ２、上記電子線照射はレジスト膜の全面に一様に行なわ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパタ
   ーン形成方法。 ３、上記電子線照射は、上記光によるパターン形成部分
   又はパターン露光部分を含む所定の領域内で一様に行な
   われることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパ
   ターン形成方法。 ４、上記レジストはネガ型であることを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項記載のパターン形成方法。 ５、上記光を照射する過程が、遠紫外（Ｄｅｅｐ―ＵＶ
   ）光を用いた縮小投影露光により行なわれることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のパターン形成方法。