JPH01140720A - 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〕 本発明は放射線照射によって半導体基板上に微細パター
ンを形成するリングラフィに係り、特にＸ線照射を用い
るＸ線リングラフィに好適なパターン形成方法に関する
。

〔従来の技術〕

Ｘ＋ｉｌＪソグラフイは光源に通常の光りソグラフイの
１史用波長と比べて、２桁ないし３桁波長の短かいＸ線
を用いるため高い解像度を有し、クォーター・ミクロン
のＬＳＩの量産法として極めて有望な手法である。

しかしながらＸ線リングラフィはＸ線に対するＶシスト
の感度が低いため、生産性が従来の光りソグラフイに及
ばないという問題があった。この問喧゛に対してグラフ
ト重合反応を用いたＸ線ノジストの高感度化プロセスが
検討され′ている。グラフト重合法を用いたパターン転
写方法に関連するものには２例えば特開昭５８−８６７
２６が挙げられる。本方法は第２図に示すようにＸ線、
あるいは紫外線、遠紫外線、電子線等の高エネルギー線
３をレジスト２上に照射してレジスト２内にポリマーラ
ジカル４を発生させ、しかる後にレジストをモノマーガ
スの雰囲気中に放置し、高エネルギー線３．照射部分の
ポリマーラジカル４にモノマーガス５を選択的にグラフ
ト重合させてパターン形成を行なうものである。

本方法によれば、従来の高分子主鎖の分解（ポジ型）、
または高分子主鎖内の架橋（ネガ型）を誘起する従来の
レジストと比べて、１桁以上小さいエネルギードーズ量
でパターンを形成することが可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は以下に指摘する問題があった。

すなわち、グラフト重合法によるパターン形成法では、
Ｘ線照射部分のレジスト内に発生したポリマーラジカル
にモノマーガスがグラフト重合され。

同部分がパターン部分となる。したがって同方法は一般
にネガ型レジスト・プロセスとして作用し。

ポジ型レジスト・プロセスとして使用できないという欠
点があった。

本発明の目的は上記従来法の欠点を改善し、グラフト重
合を利用したＸ線リソグラフィー技術によるパターン形
成法をポジ型レジスト・プロセスとして実施できる新規
なバター７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、Ｘ線照射によって分解反応を生ずる放射線
感光剤をレジストに用い、露光部分のレジストを分解さ
せるとともに、マスク吸収体パターン下部についても分
解反応が完了するより少なく、かつレジスト中にポリマ
ー・ラジカルを発生させるのに必要な一定量のＸ線を透
過させ、さらに同照射によってマスク吸収体パターン下
部のレジスト内に発生したラジカルに、モノマーガスを
選択的にグラフト重合させることにより達成される。

〔作用〕

第１図において７は照射Ｘ線、８はＸ線マスク。

９はＸ線マスク８の吸収体パターン部分、１０は薄膜メ
ンブＶンからなるＸ線の透過部分である。

２は基板１上に塗布されたＸ線照射によって分解反応を
生ずるレジストである。

Ｘｉマスク８の透過部分１０の下のレジスト部分１１は
Ｘ線７の照射によって分解反応を生ずるため、照射終了
後は第１図（ｂ）に示すように吸収体パターン９の下部
のみレジストパターン１２が残存する。

一方しシストパターン１２についても１分解反応が終了
するには至らないものの、吸収体パターン９を透過した
Ｘ線によって内部にポリマーラジカル４が生ずる。

さらに第１図（Ｃ）に示すように同レジストパターン１
２をモノマーガス５の雰囲気中に放置することによって
、ポリマーラジカル４とモノマーガス５がグラフト重合
を起こす。

その結果、第１図（ｄ）に示すように、膜厚や耐ドライ
エッチ性等の特性が元のレジストに比べて改質されたレ
ジストパターン１３を形成することが可能になる。

〔実施例〕

実施例１ 以下１本発明の一実施例を第１図、第３図により説明す
る。本実施例では第１図（ａ）におけるＸ線照射によっ
て分解反応を生ずるレジスト２に、ボＩＪ（２−メチル
ペンテン−１−スルホン、以下ＰＭＰＳと略す。）を用
いた。ＰＭＰＳのＸ線照射感度は、ジャーナル・オプｅ
エレクトロケミカル・ソサエティ、１３３巻、１号（１
９８６年）。

ｐｐ１４７−１５０　、持地他、において論じられてい
る。同文献に記載されたＰＭＰＳのＭｏＬα線（λ＝０
．５４１ｍ）に対するＸ線分解感度を第３図に記載した
。第３図によれば、約４０ｍＪ／ｃｄのＸ線照射によっ
てＰＭＰＳが分解され、膜厚が約０．１５μｍ減少する
ことが分かる。

そこで第１図（ａ）において、レジスト２に用いたＰＭ
ＰＳの膜厚をＱ、１５μｍに設定し、ＭｏＬａ線からな
る照射Ｘ線７によってレジスト露光部分１１に４０ｍＪ
／ｃ−の照射量を与えるとともに。

吸収体パターン９下のレジスト２についても約１０ｍＪ
／−のＸ線照射を行ない、同パターン下にポリマーラジ
カル４を発生させた。この場合。

Ｘ線マスク８の吸収体パターン部分９と透過部分１０と
の透過Ｘ線コントラストは１：４である。

したがってＭ　ｏ　Ｌ　ａ線（λ′ｒ、Ｑ、　５４　ｎ
　ｍ　）に対するＡｕの線吸収率μは　μｍ４〔μｍ〕
−１であるため、上記コントラストを得るためのＡｕ膜
厚は約０．３５μｍになり、通常のＸ線マスクのＡｕ膜
厚の１／２以下でパターン形成が可能となった。

よって、同マスクを用い、第１図（ｂ）に示すように照
射Ｘ線７によって４０ｍＪ／−のエネルギーを与えるこ
とによって、露光部分１１のレジストを分解して形成し
た０、５μｍラインアンドスペースの微細レジストパタ
ーン１２について、第１図（Ｃ）に示すように１００ｐ
ａのアクリル酸モノマー５雰囲気中に３０分間放置する
ことにより、レジストパターン１２内のポリマーラジカ
ル５とアクリル酸モノマー５がグラフト重合し、第１図
（ｄ）に示すように、膜厚が０．４μｍに増加した０１
５μｍラインアンドスペースのパターン１３が形成でき
た。

これにより、従来の代表的Ｘ線用ポジ型レジスト、ＮＰ
Ｒ３１２（商品名ＲＥ５０００Ｐ、日立化成製）で同程
度のパターンを形成するのに必要な露光量である２００
ｍＪ／−と比べて、１１５程匿の蕗元址でポジ型Ｖシス
トパターン形成が可能となった。

実施例２ 実施例２においては１本発明をドライエッチングプロセ
スと組み合わせ、微細パターンを形成した例について説
明する。本実施例では第４図（ａ）に示すように、基板
１上に２μｍ膜厚のポリイミド層１４（日立化成製ＰＩ
Ｑ、樹脂分濃度１４．５％）、また、０．１５μｍ膜厚
のＰＭＰＳ層２を塗布した。

さらに実施例１と同様のＡｕ膜厚０．３５μｍのＸ線マ
スクを用い、同マスクの露光部分に４０ｍＪ／−のＭｏ
Ｋα里を、また吸収体パターン下に１０ｍＪ／−を照射
することによって、第４図（ｂ）に示すようにポリイミ
ド１４上に０６５μｍラインアンドスペースのＰＭＰＳ
のパターン１２を形成するとともに同パターン内にポリ
マーラジカル４を発生させた。

次いで第４図（Ｃ）に示すように、同試料をＳｉ含有モ
ノマーであるメタクリロキシプロピルトリメトキシシラ
ン ｅ （ＣＨ２＝ＣＣ（ＣＨ２）３　Ｓ　ｉ　（ＯＭｅ）ｓ　
　）ガス５．１００ｐａ中に３０分間放置することによ
り、ポリマーラジカル４と３ｉ含有モノマー５のグラフ
ト重合を行なった。

さらに第４図（ｄ）に示すように、同試料に０２反応性
イオンエツチングを、Ｏｘ　＝０．１　ｐａ、　　ＲＦ
出力＝ｔｏｏｗの条件で９０分行なった。その結果、第
４図（ｄ）に示されるようにＶシストパターン１２中の
ポリマーラジカル４とグラフト重合したＳｉモノマー５
中のＳｉが液化され耐性を生じ。

０雪プラズマに対してエッチマスク１６として作用する
ことにより、第４図（ｅ）に示されるように。

膜厚２μｍ、０．５μｍラインアンドスペースの寸法の
ポリイミドパターン１７の加工が可能となった。

なお１本実施例ではＳｉ含有モノマーを用いて耐ドライ
エッチ性の向上をはかったが、同様の効果はフェニル基
を含むモノマーであるスチレンをグラフト重合すること
によっても可能であった。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明によれば、従来ネガ型Ｖシス
トプロセスとして用いられていたグラフト重合を、Ｘ線
リングラフィ用ポジ型レジストプロセスとして使用する
ことにより、既存のＸ線用ポジ型レジストと比べて高感
度化、あるいは耐ドライエッチ性の向上をはかることが
可能となる。

また、Ｘ線マスクコントラストを従来よりも低減できる
ため、吸収体膜厚低下によるＸ線マスクプロセスの簡略
化、あるいはＡｕに対して線吸収係数の小さなＷ、Ｔａ
、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、’ｌ’ｉ等の材料の使用が可能と
なり、マスク作製コストの低減をはかることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパターン形成方法の概念説明のための
縦断面図、第２図は従来のグラフト重合によるパターン
形成方法の概念説明のための縦断面図、第３図はＰＭＰ
ＳのＸ線照射に対する分解感度曲線図、第４図は本発明
をドライエッチングプロセスと組み合わせてパターン形
成を行なった実施例の工程説明のだめの縦断面図である
。 １・・・基板、２・・・レジスト、３・・・高エネルギ
ー線。 ４・・・ポリマーラジカル、５・・・モノマーガス、６
・・・モノマーガスがグラフト重合されたポリマーラジ
カル、７・・・照射Ｘ線、８・・・Ｘ線マスク、９・・
・吸収体パターン、１０・・・透過部分、１１・・・レ
ジスト露光部分、１２・・・レジストパターン、１３・
・・グラフト重合後のレジストパターン、１４・・・ポ
リイミド層、１５・・・Ｏ！プラズマ、１６・・・エッ
チマスク。 １７・・・ポリイミドパターン。 第２図 （Ｌン （り 第３図 １０　　　　　２ρ　　　　　　　　５１　　　　　／
ρρＸ窄に町丁量　　　　　し夷Ｊ／（／％Ｌ”Ｊ茅４ （久） ｉｓ　　”ン （ｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｘ線マスク上のパターンをマスク後方に配置した放
   射線感光剤に転写するＸ線リソグラフイ法において、Ｘ
   線照射によつて分解反応を生ずる材料を放射線感光剤に
   用い、Ｘ線マスクの吸収パターンのない部分に相当する
   露光部分の放射線感光剤を分解させるとともに、Ｘ線マ
   スクの吸収体パターン部分についても一定量のＸ線透過
   を行ない、吸収体パターン下部の放射線感光剤内にもポ
   リマーラジカルを発生させ、さらに同ラジカルにモノマ
   ーガスをグラフト重合させることを特徴とするパターン
   形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のパターン形成方法に
   おいて、モノマーガスにＳ＿１を含むモノマーを用いる
   ことによつて、グラフト重合されたパターンの耐ドライ
   エッチ性を向上させることを特徴とするパターン形成方
   法。 ３、特許請求の範囲第１項に記載のパターン形成方法に
   おいて、モノマーガスにフェニル基を含むモノマーを用
   いることによつて、グラフト重合されたパターンの耐ド
   ライエッチ性を向上させることを特徴とするパターン形
   成方法。