JPH02293850A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置、マスク等の製造工程に適用され
るパターン形成方法に関するものである。

（従来の技術） 高密度集積回路、高速半導体素子、光部品等の製造に際
しては、微細加工技術として主に波長が４３６〜２４８
ロｌの光によるリソグラフィ技術が採用されている。か
かるリソグラフィ技術は、基板上に単層又は多層のレジ
スト膜を形成し、このレジスト膜に光を選択的に照射す
る露光を行なった後、水溶液又は有機溶媒を用いて現像
処理及びリンス処理を施という湿式処理によってレジス
トパターンを形成する方法である。なお、多層レジスト
膜の場合には上層パターンをマスクとして下層レジスト
膜を更に酸素ガスによる反応性イオンエッチング（Ｒ　
Ｉ　Ｅ）法を用いてエッチングして上層パターンを下層
レジスト膜に転写する方法が行われる。

しかしながら、上述したりソグラフィ技術では現像又は
リンス工程において水溶液や有機溶媒を使用する湿式処
理が不可欠であるため、現像液の温度、組成及び現像時
間等のプロセス条件を厳密に制御しなければならない。

また、現像液中のダストによる欠陥が生じ品いため、現
像液のダストレベルも相当厳密に制御する必要がある。

その結果、パターン形成工程が極めて繁雑になり、しか
も欠陥が発生し易いという問題があった。

また、半導体デバイス等の微細化に伴い、より短波長の
光がリソグラフィ光源として使用される傾向にあるが、
２００■以下の波長になるとレジストの吸収が大きくな
り、通常の方式によるパターン形成が困難となる。

このようなことから、湿式の現像工程を省略するりソグ
ラフィ技術として例えばポリメチルメタクリレート（Ｐ
ＭＭＡ）を短波長のエキシマレーザでパターン状に照射
し、レジストの照射部分を直接除去してパターン形成を
行なう方法がＲ．Ｓｒｌｎｖａｓａｎ　ａｎｄ　Ｖ．Ｍ
ａｙｎｅ−Ｂａｎｔｏｎ　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
Ｌ　．４１、５７Ｂ　（Ｉ９８２）に報告されている。

しかしながら、かかる方法ではＰＭＭＡレジストをかな
り薄膜化しなければサブミクロン水準の微細パターンを
形成できないため、高密度集積回路の微細加工に必要な
高アスペクト比の微細パターンの形成が困難であった。

こうしたことから、前記ＰＭＭＡレジストを多層レジス
トプロセスの上層レジストとして利用して高アスベクト
比のパターンを形成することが考えられる。しかしなが
ら、該ＰＭＭＡレジストは耐酸素ＲＩＥ性を有さないた
め、該ＰＭＭＡの上層パターンをマスクとして下層レジ
ストを酸素ＲＩＥ法でエッチング、転写することができ
ず、実質的に二層レジストプロセスに適用できない。ま
た、中間層を用いる三層レジストの上層として用いれば
、工程が二層レジストよりさらに複雑になる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、湿式の現像工程を省略した二層レジストのドライ
プロセスによって容易に高アスペクト比の微細パターン
を形成し得るパターン形成方法を提倶しようとするもの
である。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、基板上に有機高分子からなる下層膜及び下記
一般式（Ｉ）にて表されるシリコン含有モノマの単独亜
合体、異なるモノマ間の共重合体から選ばれる１種又は
２以上の高分子からなる上層膜を順次被覆する工程と、
この二層膜に波長３００ｎ一以下の電磁放射線をパター
ン状に照射し、照射された上層膜部分を選択的に除去し
て微細な上層パターンを形成する工程と、この上層パタ
ーンをマスクとして酸素ガスによる反応性イオンエッチ
ング法により下層膜を選択的に異方性エッチングして上
層パターンを下層膜に転写する工程とを具備したことを
特徴とするパターン形成方法である。

ＣＯＯＲ２ 但し、式中のＲｌはＣＨ３、ＣＦＳＦ，１つ以上のＳｉ
原子を含むアルキル基、又は Ｓｉ　　（Ｒ’）ｓ　　［Ｒ’　　；水素、アルキル基
］Ｒ２は１つ以上のＳｉ原子を含むアルキル基、１つ以
上のＳｉ原子を含むハロゲン化アル午ル基、１つ以上の
Ｓｉ原子及びＯ原子を含むアルキル基、又はＳ　ｉ　（
Ｒ’）　ｓ　［Ｒ’　；水素、アルキル基］を示す。

上記基板としては、例えば不純物をドーブしたシリコン
基板単独、又はこのシリコン基板を母材として酸化シリ
コン層を介して多結晶シリコン膜やＡＩ，Ｍｏなどの金
属膜を被覆したものなどの半導体基板、ガリウム砒素な
どの化合物半導体基板、透明ガラス板上にクロム膜や酸
化クロム膜を単独もしくは積層して被覆したマスク基板
等を挙げることができる。

上記下層膜の形成に用いられる有機高分子は、ＳＩ　　
ＧｅＳＳｎＳＦｅ等の金属原子を含まない通常の有機高
分子である。具体的には、東京応化社製のＯＦＰＲ−８
００、シップレー社製のＭＰ−２４００などのノボラッ
ク系のフォトレジスト、又はポリスチレン、ポリビニル
トルエン、クロロメチル化ボリスチレン、ポリアリルス
チレン、ポリクロロスチレン、塩素化ポリスチレン、塩
素化ポリビニルトルエン、塩素化ボリジメチルスチレン
、ポリビニルフェノール、ポリイソプロペニルフェノー
ルなどのスチレン系高分子を主成分とするもの、或いは
ポリイミド、ポリビニルナフタレン、クロロメチル化ポ
リビニルナフタレン、ポリビニルビリジン、ポリビニル
カルバゾールなどのボリマーを主成分とする高分子等を
挙げることができる。

上記一般式（Ｉ）のシリコン含有モノマに導入さｔ’Ｌ
るＲ’としては、例えば−ＣＩ＋３　　　−Ｃｕｌｌ，
−Ｓｉ　（ＣＩ＋３　）　３等を挙げることができる。

上記一般式（Ｔ）のシリコン含有モノマに導入されるＲ
２としては、例えば −Ｓｌ　（ＣＩ１３　）　３、 −Ｃｌｈ　Ｓｌ　（Ｃ！Ｉｉ　）　３、−０１＋２　Ｓ
ｉ　（ＣＬ　）　２　８１　（ＣＩ３　）　３−Ｓｉ　
（ＣＰｉ　）　＊、 ０−３１　（ＣＩ１３　）　３ −（ＧＨ２）　！ＳＩ−０−８１（ＣＨｉ　）　３０−
Ｓｌ　（Ｃｌｈ　）　３ ＣＩ１３ 一（ＣＨ２　）ｓ　　Ｓｔ−０−Ｓｔ（ＣＨ３　）３Ｃ
Ｉ＋３ ０−３１　　（ＣＨ３　　）　　３ −（ＣＨｚ　　）　　３　　ＳＩＣＩ＋３０−８１　　
（ＣＨ１　）　　３ 等を挙げることができる。

上記一般式（Ｉ）にて表されるシリコン含有モノマの単
独重合体、異なるモノマ間の共重合体におけるシリコン
含有率については、シリコン含有率が低く過ぎると、上
層パターンをマスクとして下層膜のエッチングを行う時
に上層膜が酸素プラズマに対して十分な耐性を持たせな
くなることから、７重量％以上にすることが好ましい。

上記波長３００ｎｓ以下の電磁放射線としては、例えば
ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８　ｎｍ）ＡｒＦエキ
シマレーザ（波長１９３ｎｉ）又はシンクロトロン放射
光から得られる波長５０〜２００ｒｖの真空紫外線、或
いは波長５〜５０人の軟Ｘ線等を挙げることができる。

（作用） 本発明によれば、特定の高分子により上層膜を形成する
二層レジストプロセスを採用することによって湿式の現
像処理工程を省略でき、かつかなり短波長の光源でも高
アスベクト比の微細なレジストパターンの形成が可能と
なる。

即ち、上記一般式（Ｉ）で表されるシリコン含有モノマ
の単独重合体、異なるモノマ間の共重合体から選ばれる
１種又は２種以上の高分子を、有機高分子からなる下層
膜上に通常のレジスト膜（Ｉ−１．５μｍ）よりもかな
り薄膜化（厚さ　０．１〜０．５μ〜）優′だ状態で上
層膜として形成するため、波長３００　ｎｍ以下の電磁
放射線の選択的な照射會参中古によって、照射部分が選
択的に除去されて容易にサブミクロン水準の微細でかつ
耐酸素ＲＩＥ性に優れた上層パターンを形成できる。そ
の結果、該上層パターンをマスクとして下層薄膜を酸素
ガスによるＲＩＥ法で異方性エッチングを行なうことに
よって上層パターンを下層膜に忠実に転写できるため、
現像処理工程を省略したプロセスで、しかも解像能力の
高い波長光源を使用して高アスペクト比の微細パターン
の形成が可能となる。また、こうした高アスペクト比の
パターンをマスクとして露出する基板部分を任意のエッ
チング法でエッチングすることによって、基板に高密度
のパターンを形成できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ まず、多結晶シリコン基板上に東京応化社製のＯＦＰＲ
−８００を１．５４ｍの膜厚で塗布した後、２００℃、
１時間加熱処理して下層レジスト膜を形成した。

つづいて、この下層レジスト膜上にボリトリメチルシリ
ルメチルα−クロルアクリレートを０，５μｍの膜厚で
塗布した後、１９０℃、３０分間加熱処理して上層レジ
スト膜を被覆し、二層レジスト膜を形成した。ひきつづ
き、波長１９３ｎａ＋のＡｒＦエキシマレーザを光源と
する縮小投影露光装置によって、パルス当り　１００ｍ
Ｊ／ｃｍ２の照度でパルスを５回、上層レジスト膜にパ
ターン状に照射し、該上層レジスト膜の照射部分を選択
的に除去した。

これによって、湿式の現像処理工程を行なうことなくシ
リコン原子を含むサブミクロンの微細な上層パターンが
形成された。

次いで、上層パターンをマスクとして酸素ガスによるＲ
ＩＥ法（ＲＦ出力；　　ＩＯＯＷ，圧力；５ｍｔｏｒｒ
、酸素ガス流量４０ｓｃｅ＋ｇ）で下層レジスト層をｌ
６分間異方性エッチングを行なった。この時、？層パタ
ーンはシリコンを含有する高分子からなり、耐酸素ＲＩ
Ｅ性に優れているため、該パターンが下層レシスト層に
忠実に転写されて高アスペクト比の微細レジストパター
ンが形成された。

その後、前記二層のレジストパターンをマスクとして露
出する多結晶シリコン基板を四塩化炭素ガスによるＲＩ
Ｅ法でエッチングしたところ、該基板表面にサブミクロ
ン水準の高密度のパターン（蝕刻パターン）を転写でき
た。

実施例２ まず、ＳｉＯ■基板上に東京応化社製のＯＦＰＲ−８０
０を１．５μｍの膜厚で塗布した後、２００℃、１時間
加熱処理して下層レジスト膜を形成し、更にこの下層レ
ジスト膜上に厚さ０．３μｍの下記構造式（Ａ）の上層
レジスト膜を被覆し、二層レジスト膜を形成した。

０−Ｓｔ　（ＣＨｉ　）　　ｉ （Ａ） 次いで、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを光源
とする縮小投影露光装置によって、パルス当り　ｌ００
ｓＪ／　ｃｓ＋２の照度でパルスを７回、上層レジスト
膜にパターン状に照射し、該上層レジスト膜の照射部分
を選択的に除去した。これによって、湿式の現像処理工
程を行なうことなくシリコン原子を含むサブミクロンの
微細な上層パターンが形成された。

次いで、上層パターンをマスクとして実施例１と同様に
酸素ガスによるＲＩＥ法で下層レジスト膜を異方性エッ
チングを行なった。その結果、上層パターンが下層レジ
スト膜に忠実に転写されて高アスペクト比の微細レジス
トパターンが形成された。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば一般式（Ｉ）で示さ
れるシリコン含有七ノマの単独重合体、異なるモノマ間
の共重合体から選ばれる１種又は２以上の高分子により
上層膜を形成する二層レジストプロセスを採用すること
によって、欠陥が発生し易い湿式の現像処理工程を省略
でき、かつ波長３００ｎ一以下の短波長光源でも高アス
ペクト比の微細なパターンを形成でき、ひいては高密度
半導体装置などの微細加工工程に有効に適用できる等顕
著な効果を奏する。

出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基板上に有機高分子からなる下層膜及び下記一般式（
   I ）にて表されるシリコン含有モノマの単独重合体、
   異なるモノマ間の共重合体から選ばれる１種又は２以上
   の高分子からなる上層膜を順次被覆する工程と、この二
   層膜に波長３００ｎｍ以下の電磁放射線をパターン状に
   照射し、照射された上層膜部分を選択的に除去して微細
   な上層パターンを形成する工程と、この上層パターンを
   マスクとして酸素ガスによる反応性イオンエッチング法
   により下層膜を選択的に異方性エッチングして上層パタ
   ーンを下層膜に転写する工程とを具備したことを特徴と
   するパターン形成方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） 但し、式中のＲ＾１はＣＨ＿３、Ｃｌ、Ｆ、１つ以上の
   Ｓｉ原子を含むアルキル基、又は Ｓｉ（Ｒ＾３）＿３［Ｒ＾３；水素、アルキル基］、Ｒ
   ＾２は１つ以上のＳｉ原子を含むアルキル基、１つ以上
   のＳｉ原子を含むハロゲン化アルキル基、１つ以上のＳ
   ｉ原子及びＯ原子を含むアルキル基、又はＳｉ（Ｒ＾４
   ）＿３［Ｒ＾４：水素、アルキル基］を示す。