JPH01147832A - 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〕 本発明はパターン形成方法に係り詳しくは、Ｓｉ基板に
簡便かつ高い精度にパターンを形成することに特に有効
なパターン形成方法に関する。

〔従来の技術〕

Ｓｉ基板上に形成した５ｉＯｚをマスクとして用いＳｉ
に深溝を形成する方法に関しては、例えばアイ・イー・
イー・イー・トランズアクション・オン・エレクトロン
・デバイスイズ・３１゜（１９８４年）第７４６頁（Ｔ
　ＥＥＥ、　Ｔｒａｒ＋ｓ。

ＦＸｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｗ、　３１　（１９８４）　
ＰＰ７４６）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〕

上記技術は、まずＳｉ基板上にＳｉＯ２膜を形成した後
に通常のりソグラフイ技術で所望の５ｉＯｚパターンを
形成する。そしてこのパターンをマスクとしてドライエ
ツチングでＳｉに深溝を形成しようとするものである０
本技術はＳｉに深溝を形成することが可能である。しか
しここでＳｉに深溝の形成を行なう前に５ｉＯｚのパタ
ーン形成が必要となり工程が複雑であること、パターン
の伝写工程が２回あり、かつ室温以上でのドライエツチ
ングを用いているため寸法制御性が低いことの問題があ
った。

本発明の目的は上記５ｉＯｚの形成工程を省き全体を簡
略化し、それによって高精度なパターン形成を可能にす
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、Ｓｉ基板上に塗布されたレジストに粒子線
を照射してパターン潜像を形成し、しかる後に現像し所
望のパターンを形成する際パターン形成完了以前に現像
を中断し、０℃以下の低温において′Ｎ！索によるドラ
イエツチングを行ないパターン形成部となるＳｉ基板を
露出させることでパターン形成を完了し更にエツチング
を続けＳｉ基板上に５ｉ０２膜を形成すること、そして
上記エツチングで残存したレジストを除去した後に、再
び０℃以下の低温においてドライエツチングを行ない上
記５ｉｎｓパターンをマスクとしてＳｉを加工してパタ
ーンを形成することで達成される。

〔作用〕

ドライエツチングでは、プラズマ中に発生した陽イオン
、中性粒子等が被エツチング物表面に入射する。ここで
表面原子と反応する陽イオンは電界で加速され被エツチ
ング物表面に対し垂直に入射するが、中性粒子で熱運動
のため方向性を持たない。従ってガス圧が約０．５　Ｔ
ｏｒｒ以下の場合、イオン入射方向に対して垂直な面に
はプラズマ中の陽イオンと中性粒子が入射し、イオン入
射方向に対して平行な面には中性粒子のみが入射すると
近似できる。そして入射した粒子は一部表面吸着される
。表面に吸着した化学的に活性な粒子は表面原子と反応
し、蒸気圧の高い反応生成物を形成して表面から脱離し
、ガス状となって排気されることにより表面のドライエ
ツチングが進む。そのため常温ではイオン入射方向と垂
直な方向及び平行な方向とにおいてエツチングが進行す
る。温度が低い場合、反応確率は低下して反応生成物の
蒸気圧も低下するため、エツチングの進行が遅くなる。

その結果、パターン側面にあたるイオン入射方向に対し
て平行な面はほとんどドライエツチングされないことに
なる。それに対して、イオン入射方向に対して垂直な面
では電界によって加速された高エネルギーのイオンが入
射するため、温度に対する依存性は低くドライエツチン
グが進行する。

ここでは１粒子線として電子線を用いた場合について説
明する。レジストに電子線が入射した場合、下地の基板
からの反射により、入射電子のエネルギーが堆積する領
域は広がる。しかしレジスト表面では下地からの距離が
遠く反射電子の影響が小さいためその広がりはほとんど
ない。

このため、表面部分が現像された時点で現像を中断した
場合、入射領域で忠実な凹凸が形成されることになる。

この状態で０２プラズマを用いたドライエツチングを行
ないレジスト全体の膜厚を減じれば、該凹凸の内凸部分
をＳｉ基板上に残すことができる。ここで常温でドライ
エツチングを行なうと、前述の如くパターン側面のエツ
チングが進行するため、パターン寸法が大きくなり望ま
しいものではない。低温でドライエツチングを行なえば
パターン側面のエツチングが抑制されるため、該凹凸の
内凸部分が寸法つずれかなくＳｉ基板上に残ることにな
る。

そして更に０２プラズマ中でのドライエツチングを続け
ると、Ｓｉと０２との反応により８１表面に５ｉＯｚが
成長する。即ち上記レジストのパターン形成工程におい
て凹部となった部分に選択的にＳ　ｉＯｚ膜が形成され
ることになる。

Ｓｉ上に残ったレジスト凸部を除去することでＳｉ上に
エツチングマスクとしてＳ　ｉ　Ｏｘが残った状態が得
られる。なお、ここで上記Ｏｚプラズマによるドライエ
ツチングを続行しているため、レジスト凸部の膜は減少
しており、レジスト除去工程が短縮化される。

この５ｉＯｚパターンをマスクとしてエツチングガスの
プラズマを用い、低温においてＳｉをドライエツチング
してパターンを形成する。低温におけるドライエツチン
グのため、前述の如くパターン側面方向へのエツチング
を抑制し、高精度に加工することが可能となる。

これらの機端に基づき、ポジ型レジストを用いた場合に
ついて第１図を用いて本発明の詳細な説明する。同図（
ａ）はＳｉ基板上１上に塗布されたレジスト２上に粒子
線３を照射しパターンの潜像を形成する様子を示す。そ
の後同図（ｂ）に示すように、現像を短時間行なうこと
によってレジスト表面部にパターンの凹凸を形成する。

そして全体を低温下に置きＯｚプラズマ中でドライエツ
チングすることによって、同図（Ｃ）に示すようにレジ
スト表面上の凹凸部の内凸部が高精度にＳｉ基板１上に
残ることでＳｉ基板１の露出部と非露出部とを形成する
。更に０２プラズマ中でのドライエツチングを続行する
と、同図（ｄ）に示すように８１基板１の露出部にＳ　
ｉ　０２５が形成される。

通常行なわれているアッシング処理で残存レジストを除
去すると、同図（ｅ）に示すようにＳｉ基板１上にパタ
ーン形成のための５ｉｎｓマスクパターンが得られる。

ここでＳｉとの反応性が高いエツチングガスプラズマ中
で低温においてドライエツチングすることにより、同図
（ｆ）に示すようにＳｉ基板１のパターン形成が完了す
る。

−段差がある場合のパターン形成について第２図を用い
て説明する。同図（ａ）のように段差があるＳｉ基板１
上にレジスト２を塗布し粒子線３でパターンの潜像４を
形成する。その後同図（ｂ）に示すように、現像を短時
間行なうことによって、レジスト表面部にパターンの凹
凸を形成する。そして全体を低温下に置き０２プラズマ
中でドライエツチングを行なう、この時Ｓｉ基板に段差
があるため１部分によりレジストの膜厚が異っている。

ここでドライエツチングを行なうと、同図（ｃ）に示す
ようにまず膜厚が薄いレジスト部分６でＳｉ基板が露出
する。更にドライエツチングを続けることによりレジス
トの膜厚が一様に減少し、同図（ｄ）に示すように膜厚
が厚いレジスト部７においてもＳｘ基板１が露出する。

この時、膜厚の薄いし、シスト部分６にはＳ　ｉ　Ｏｘ
が形成され始めている。そして低温での０２ドライエツ
チングを続行することにより、同図（ｅ）に示すように
膜厚が厚いレジスト部分７にも５ｉｏｔが形成される。

そして通常行なわれているアッシング処理で残存レジス
トを除去すると、同図（ｆ）に示すようにＳｉ基板１上
にパターン形成のためのＳｉ０ｇマスクパターンが得ら
れる。ここでＳｉとの反応性が高いエツチングガスプラ
ズマ中で低温においてドライエツチングすることにより
、同図（ｇ）に示すように８１基板１のパターン形成が
完了する。低温では前述の始くドライエツチングを続行
してもパターン側面方向にはエツチングが進行しないた
め、このように膜厚が異った部分がある場合でも寸法精
度は低下しない。

このように本発明を用いれば、レジスト表面に形成した
高精度なパターンがＳｚ基板にまで寸法シフトが小さく
転写されることになる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を用いて詳しく説明する。

実施例１ 第１図はＳｉ基板のドライエツチング加工の図を示す。

ここではレジスト２をポジ型電子線レジストＲＥ−５０
００Ｐ　（Ｆｌ立化成製）、粒子線３を電子線とした場
合の例を示す６シリコン基板／上にポジ型電子線レジス
トＲＥ−５０００Ｐ２を回転塗布により０．５μｍの膜
厚に塗布する。そして、同図（８）に示すように電子線
３を選択的に照射して所望のパターンの描画を行ない潜
像４を形成する。

ここで電子線描画装置は加速電圧３０ＫＶの可変矩形式
のものであり、最適な電子線照射量は現像条件によって
異るが、１乃至１００ｘｌＯ−８ｃ／ｄである。

次にこのポジ型電子線レジストＲＥ−５０００Ｐ３を現
像する。現像液はＲＥ　−５０００Ｐの専用現像液を用
いた。液温は１６乃至２２℃である。

ポジ型電子線レジスト２が塗布されたＳｉ基板１を現像
液に１０秒間浸漬し、静ｒｈ現像する。これによって同
図（ｂ）に示すようにポジ型電子線レジスト２表面に深
さ０．２μｍの凹凸が形成される。

その後、全体が一１１０℃に冷却された状態でＯｚプラ
ズマのドライエツチングを行なう。ここで０２圧は１０
０　ｍ　Ｔｏｒｒ、高周波出力２００Ｗ（電力密度０　
、２　ｗ　／　ｃｘｌ　）である。０２プラズマのドラ
イエツチングによって、同図（ｃ）に示すようにポジ型
電子線レジストは一様にエツチングされ現像時の段差が
保持されたままレジストの凸部が残り、Ｓｉ基板１上で
露出部、非露出部ができる。

更に０２プラズマ中でのドライエツチングを５分続行す
ると、同図（ｄ）に示すようにＳｉ基板１の露出部に５
ｉＯｚ５が形成された、次に通常行なわれているアッシ
ング処理により、レジストを除去した。ここでＯｘはＩ
Ｔｏｒｒ、高周波出力２００Ｗ（ｆｌ力密度Ｑ　、　２
　ｗ　／　ａｌ　）である。この結果、同図（ｅ）に示
すようにＳｉ基板上で１選択的に５ｉｆｔが形成された
状態となる。

そして−１１０℃に再び基板全体を冷却し、ＳＦｅを導
入してＳｉのドライエツチングを行なう。ここでＳＦｅ
圧は６５　ｍ　Ｔｏｒｒ、高周波電力２００Ｗ（電力密
度０　、２　ｍ　ｗ　／　ｃｘｌ　）である。実験によ
ると、５ｉｎｓとＳｉの選択比は２０から３０となり、
前記で形成されたＳ　、ｉ　０　ｚをマスクとして、同
図（ｆ）に示すように深さ５μｍのＳｉ深溝が寸法精度
よく形成された。

またエツチングガスとしてＣＣＵ　４あるいはＢｒｚガ
スを用いても同様の結果を得た。

第３図はドライエツチングに用いた高周波放電平行平板
型カソードカップル式プラズマエツチング装置を示す。

これは試料台８ならびに対向電極９に冷却装置１０（水
温以下、−１２０℃以上）を具備させた装置である。プ
ラズマは高周波電力をｒｆ電源１１から試料１２を載せ
た試料台８に印加し両電極間で発生させる。ガス導入に
はポート１３および１３′である。また、ガス交換のた
めの排気系１４を有したものである。

実施例２ 前記実施例において、加工基板としてｐｏｌｙ　−８ｉ
を用いた場合、同様にエツチングガスとしてＳ　Ｆ　ｇ
あるいはＣＣｎ４．Ｂｒｚを用い、温度を一１１０℃と
して、実施例１と同様の高精度なパターン形成が可能で
あった。

実施例３ 前記実施例において、加工基板としてアモルファス−８
ｉを用いた場合、同様にエツチングガスとしてＳＦｅあ
るいはＣＣΩ４．Ｂｒｚを用い、温度を一１１０℃とし
て、実施例１と同様の高精度なパターン形成が可能であ
った。

本方法は、マイクロ波エツチング装置やイオンビームエ
ツチング装置等の他のエツチング装置にも有効である。

またレジストとしてネガ型レジストを用いても本方法が
有効なことは言うまでもない。

本発明は粒子線として、光やイオン線、Ｘ線。

γ線を用いたりソグラフイにも有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レジスト表面部に形成したパターンが
複雑な工程を経ることなく、高精度にＳｉ基板に転写で
き、かつ５ｉＯｚ膜の形成工程を経なくてもよいため、
パターン形成の精度及び工程数低減に著しい効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための原理図、第２図
は本発明を段差基板に適用した場合の段面図、第３図は
本発明の実施に用いた平行平板型エツチング装置の一例
の構成を示す図である。 １・・・Ｓｉ基板、２・・・レジスト、３・・・粒子線
、４・・・潜像、５・・・５ｉＯｚ、６・・・膜厚が薄
いレジスト部分、７・・・膜厚が厚いレジスト部分、８
・・・試料台、９・・・対向電極、１０・・・冷却装置
、１１・・・ｒｆ電源、１２・・・試料、１３．１３’
・・・ガス導入口、］４・・・υ）　　　井　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ドライエッチング法を用いてＳｉ基板を加工する工
   程において、該Ｓｉ基板にあらかじめ設けたレジストパ
   ターンをマスクとして該Ｓｉ基板表面をＯ＿２プラズマ
   に曝すことで所定形状のＳｉＯ＿２膜を形成した後、該
   レジストパターンを除去し、しかる後に該ＳｉＯ＿２膜
   をマスクとしてドライエッチングで該Ｓｉ基板を加工す
   ることを特徴とするパターン形成方法。 ２、上記ドライエッチングは加工基板を０℃以下に保持
   することで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、上記パターン形成法においてマスクに用いるレジス
   トパターンとしては、該レジストにパターンを形成する
   ための現像を途中で中断してレジスト表面に凹凸を設け
   たものを用い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。