JPH02252233A - 微細パターン形成方法 - 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、微細パターン形成方法に関するものであり、
特に電子ビーム照射を行うことによってレジストのドラ
イエッチング耐性を向上させるプロセスに関するもので
ある。

従来の技術 微細パターン形成プロセスは、リソグラフィープロセス
とエツチングプロセスに分けられる。リソグラフィープ
ロセスにおいて形成されたレジストパターンの耐ドライ
エッチング性を高めるために、従来はレジスト成分に耐
ドライエッチ性の高いフェニル基の導入、シリコン樹脂
の使用等を通して、レジスト材料自身の耐ドライエッチ
ング性を高める工夫が行われている。

また、プロセスの面から、パターン形成後に遠紫外線（
ｎｖｖ）を照射して、耐熱性を向上させているが、非ノ
ボラック樹脂レジストには全く効果がなく、多層レジス
トを用いることによって、基板のエツチング時に耐えう
るパターン形成が行われている。第４図は電子ビームリ
ソグラフィーにおける多層レジストプロセスを説明する
図である。半導体基板１上に下層膜４１として高分子有
機膜を２〜３μｍ厚塗布し、中間層４２として８１０２
等の無機膜、あるいは高分子無機膜を０．２μｍ厚塗布
し、上層にレジスト４３としてＰＭＭ人レジストをＯ，
Ｓμｍ厚塗布する（第４図ａ）。パター７描画後、メチ
ルインブチルケトン（Ｍ　Ｘ　Ｂ　Ｋ）とイソプロピル
アルコール（ＩＰム）で現像を行い、レジストパターン
を形成する（第４図ｂ）。

次に、このレジストパターンをマスクとして中間層４２
のドライエッチングを行い、さらに、下層膜４１のドラ
イエッチングを行う（第４図Ｃ）。

このレジストパターンをマスクとして半導体基板１のド
ライエッチングを行う（第４図ｄ）。以上のような多層
レジストプロセスを用いることにより、基板をエツチン
グすることができる耐ドライエッチ性、耐熱性の高い微
細なレジストパターンを形成することができる。

発明が解決しようとする課題 微細パターン形成プロセス、特にリソグラフィープロセ
スにおいては、パターンが微細化するにつれて形成され
るレジストパターンの膜減りが起こる。そのため、サイ
ズの異なるパターンをレジストで形成した際には、パタ
ーンの高さが不均一になり、続くエツチングプロセスで
のパターンの転写が、特に微細なパターンにおいて困難
になっている。前記の様に、従来、レジスト自身の耐ド
ライエッチング性を高める事が様々な工夫により行なわ
れているが、リソグラフィープロセスにおける微細パタ
ーンでの膜減りは避は難い問題である。

また、レジストの膜厚が薄い程、形成されるパターンの
微細化が可能であるが、基板エツチング時にレジスト自
身もエツチングされるため、膜厚カ薄い程エツチングプ
ロセスでのパターン転写が困難になる。

特に、トレンチエツチングやムｌエツチングの場合、レ
ジストの膜厚を厚くしマスクとして耐えうるようにして
、解像度を犠牲にしているという問題点がある。

また、前記のように、多層レジストプロセスでは、工程
数が増えてしまい、よシ複雑となったり、また、中間層
、下層へパターン転写を行う時のライン寸法の細シが大
きな問題である。

本発明者らは、これらの課題を解決するために、レジス
トパターンに電子ビームを全面−括照射することにより
、耐ドライエッチ性、耐熱性を向上させ、高精度に基板
をエツチングすることができる微細パターン形成方法を
完成した。

課題を解決するだめの手段 すなわち、本発明は、リソグラフィープロセスにおいて
形成された、耐ドライエッチ性の悪いレジストパターン
に、低加速度電子ビームを全面−括照射することによっ
て、レジストの耐ドライエッチ性、耐熱性を向上させ、
レジスト単層で基板のドライエッチングを行うことがで
きる方法である。

また、三層レジストプロセスの上層レジストパターンへ
、低加速度電子ビームを全面−括照射することにより、
レジストの耐ドライエッチ性を高め、高精度にパターン
転写を行うことができ、容易に微細なレジストパターン
を形成することができる。

レジストへ電子ビーム照射を行うことによってレジスト
を炭素の多い状態にすることができ、レジストの耐ドラ
イエッチ性を向上させることができ、基板のエツチング
を容易に行うことができる。

作用 本発明は、前記したプロセスにより、リソグラフィープ
ロセスにおいて形成されたレジストパターンに、低加速
度電子ビームを全面−括照射することにより、レジスト
の耐ドライエッチ性を向上させ、容易に高精度のパター
ン転写を行うことができる。

特に、電子ビーム照射は大気圧中で行うことができ、照
射も容易であるため、インライン化も可能であり、工程
を簡略化することができる。また、電子ビームの加速電
圧を変えることにより、レジストパターン表面のみ、あ
るいはレジスト全体の耐ドライエッチ性を向上させるこ
とができ、半導体基板のドライエッチングマスクとして
有効に作用する。

実施例 以下の本発明の微細パターン形成方法の一実施例につい
て説明する。まず、ムｌ配線のパターニングを行った場
合の一実施例を第１図に示す。

レジストとして耐ドライエッチ性が低く、解像度の良い
電子線レジストであるポリメチルメタクリレート（ＰＭ
Ｍム）を用い、１μｍ厚のムｌ基板１１上に２０００　
ｖｐｍでスピン塗布した後、１７０’Ｃ，２０分間のベ
ーキングを行うことにより、膜厚１．２μｍのレジスト
膜１２を得た（第１図ａ）。

コレに加速電圧２０ｋＶ、ドーズ量１ｒｓｏｐａ／ｄで
電子線露光を行い、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ
）とイ／、；’ｏピルアルコール（ＩＰム）との混合液
で現像を行い、微細レジストパターンが得られた（第１
図ｂ）。このレジストパターンに加速電圧２ｋＶ、ドー
ズ量２００　ｐｏ／ｃＡ　　で電子ビーム１３を全面−
括照射し、レジスト膜を完全に改質した（第１図Ｃ）。

このレジストパターンをマスクとして第１図Ｃ〜ｅのよ
うに５ｉＯ１４。

Ｃｈ混合ガスを用いて、ムｌ基板１１をドライエッチン
グをした結果、レジストパターンはｔ子ビー・ム照射を
行わなかったレジストに比べてエッチレートは％以下と
なシ、非常に良好なドライエッチ耐性を示し、微細なム
ｅパターンを形成することができた。

以上のように、本実施例によれば、耐ドライエッチング
性の悪いレジストに電子ビーム照射を行うことによって
、塩素系ガスに対するレジストの耐ドライエッチ性を４
倍以上に向上させることができる。しかも、単層レジス
トにより、正確にＡ４のエツチングを行うことができ、
微細なムｌ配線パターンを形成することができる。

次に電子ビーム照射後、トレンチエツチングを行った場
合の実施例を第２図に示す。

レジストとしてＤｖｖレジストであるＰＭＭ人レジスト
を用い、２０００ｖｐｍでＳｉ基板２１上にスピン塗布
した後、１７０°Ｃ，２０分間のベーキングを行い、膜
厚１．２μｍのレジスト膜２２を得た（第２図ａ）。こ
れにｎｖｖ露光を行い、ＭＩＢＫとＩＰ人の混合液で現
像を行い、微細パターンを得た（第２図ｂ）。このレジ
ストパターンに加速電圧２　ｋＶ　、ドーズ量１０ｏｏ
μＣ／ｄで電子ビーム１３を全面−括照射し、レジスト
膜を完全に改質した（第２図Ｃ）。このレジストパター
ンをマスクとして第２図ｃ　−ｅに示すようにＣＨＦ、
　、　Ｃ２Ｆ６ガスを用いてＳｉ基板２１のトレンチエ
ツチングを行った結果、レジストパターンは電子ビーム
照射を行わなかったレジストに比べて、エッチレートは
Ｚ以下になり、非常に良好なドライエッチング耐性を示
し、正確な微ＭｉＳｉ）レンチパターンを形成すること
ができた。さらに、テーパーのついたパターンも、サイ
ドエッチされることなく、パターン転写時の寸法変動も
なかった。

以上のように、本実施例によれば、レジストパターンに
低加速度電子ビームを全面−括照射を行うことによって
、フッ素系ガスに対するレジストの耐ドライエッチ性を
３倍以上に向上させることができ、レジスト膜単層をマ
スクとして、Ｓｉのトレンチエツチングを行うことがで
きる。

次に、多層レジストプロセスを用いた場合の実施例を第
３図に示す。

半導体Ｓｉ基板３ｏ上に下層膜３１として高分子有機膜
を２μｍ厚塗布し、２２０’Ｃ，２０分間のベーキング
を行う。この上に中間層３２としてＳＯＧを０．２ｐｍ
厚塗布し、２００’Ｃ，２０分間のベーキングを行う。

さらに、この上にレジスト３３としてＰＭＭＡレジスト
をＯ，Ｓμｍ厚塗布し、１７０°Ｃ，２０分間のベーキ
ングを行う（第３図ａ）。これに加速電圧２０ｋＶ、ド
ーズ量１ｏ。

μｃ／　ｃｔｌで電子線露光を行い、ＭＩＢＫとＩＰム
の混合液で現像を行い、微細パターンが得られた悌３図
ｂ）。このレジストパターンに加速電圧２ｋＶ。

ドーズ量２００μＣ／ｃ−で電子ビーム３６を全面−括
照射し、レジスト膜を完全に改質した。このレジストパ
ターンをマスクとして中間層、下層膜をドライエッチン
グを行い、垂直で微細なレジストパターンを得ることが
できた（第３図Ｃ）。このレジストパターンをマスクと
して第３図ｄ〜ｅに示すようにＳｉ基板のトレンチエツ
チングを行った結果、正確な微細Ｓｉ　トレンチエツチ
ングを形成することができた。

以上のように、本実施例によれば、三層レジストの上層
レジストパターンに低加速度電子ビームを全面−括照射
することによυ、レジストの耐ドライエッチ性を向上さ
せ、パターン転写時の寸法シフトをなくし、正確で微細
なレジストパターンを形成することができる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、レジストパターン
へ低加速度電子ビーム照射を行うことにより、レジスト
の耐ドライエッチ性が向上し、膜厚の薄いレジスト、及
び膜減シしたレジストによる微細パターンの形成がきわ
めて容易に行うことができ、微細なレジストパターンを
用いたドライエッチングを高精度に行うことが可能とな
る。

特に、耐ドライエッチ性の悪いレジスト単層を用いて、
微細なレジストパターンを形成し、ドライエッチングを
行うことができる。また、多層レジストの上層レジスト
パターンに電子ビーム照射を行うことにより、正確で微
細なレジストパターンを形成することができ、基板のド
ライエッチングを行うことができ、高密度集積回路の製
造に犬きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の微細パターン形成方法の第１の実施例
の工程断面図、第２図は同第２の実施例の工程断面図、
第３図は同第３の実施例の工程断面図、第４図は従来の
多層レジスト法の工程断面図である。 １・・・・・・半導体基板、１１・・・・・・ムｌ、１
２　、２２・・・・・・ＰＭＭムレシスト、１３・・・
・・・電子ビーム、２１・・・・・・Ｓ１基板。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名５ｏ
−ｓｒＸｌ苺 Ｉｊ−−・４：寥ビー４ 眺

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に、感光性樹脂膜を塗布し、パター
   ン形成を行った後、電子ビーム照射を行い、前記レジス
   ト表面を改質することにより、レジストの耐ドライエッ
   チ性を向上させ、前記レジストパターンをマスクとして
   、前記半導体基板のドライエッチングを行うことを特徴
   とする微細パターン形成方法。
2. （２）半導体基板上に、高分子有機膜を塗布し熱処理す
   る工程と、上記高分子有機膜上に無機膜を塗布し熱処理
   する工程と、上記無機膜上に感光性樹脂膜を塗布し熱処
   理する工程と、パターン描画後、現像した後、電子ビー
   ム照射を行う工程と、前記レジストパターンをマスクと
   して、前記無機膜、および高分子有機膜をドライエッチ
   ングする工程とからなることを特徴とする微細パターン
   形成方法。