JPH02976A - 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） 本発明は半導体集積回路形成のための基板加工。

薄膜加工に用いる微細高精度なマスクパターンの形成方
法に関するものである。

（従来の技術） 半導体集積回路の高密度化、高速化には素子の微細化が
重要である。このため、パターン形成の第１段階であり
、またその後のプロセスにおける加工品質に大きな影響
を与えるレジストブヮセスにおいて、微細パターン形成
のための種々の検討がなされている。多層レジスト法は
その代表的なものであり、露光マージンが大きいこと、
精度と微細化が両立できることなどから各種露光法に適
用されている。

多層レジスト法では、下地基板、薄膜加工用マスクとな
る下地膜、これをパターン加工するマスクとなる中間膜
、露光によりパターン形成するレジスト膜の３層構造レ
ジスト法が最も広く用いられている。下地膜としてはノ
ボラック樹脂系の高分子膜、中間膜としてはシリコン系
の高分子または無機膜が用いられる。パターン形成のプ
ロセスとしては、まず紫外線、電子線、Ｘ線等によりレ
ジストパターンを形成し、これをマスクとして中間膜を
加工する。続いてこれをマスクに下地膜を加工し、下地
薄膜をするためのマスク形成が完了する。各層の加工法
としてはレジストパターン形成には溶剤を用いるウェッ
ト現像、中間膜、下地膜加工にはプラズマエツチングま
たは高周波ＲＩＥ等が用いられる。３層構造レジスト法
では下地の凹凸や材料特性の影響を軽減し、かつ、上層
レジストの薄膜化を図ってレジストパターン形成時の微
細化、高精度化を図るとともに、その後の加工にドライ
エツチングを用いて厚膜で急峻なマスクパターンを形成
している。

（発明が解決しようとする課題） しかし、従来の多層レジスト法では、薄膜ではあるが、
後のドライエツチング工程を考慮して０．５ＩＩ以上の
レジスト膜厚を必要とし、また現像が溶剤によるウェッ
ト処理であるため解像力には限界がある。さらに多層の
薄膜を形成、処理する必要性から工程数の増大、プロセ
ス途上での欠陥誘起が必然であり、信耘性の低下が大き
な問題となっている。

本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、その目的は従来の多層レジスト法における解像力、工
程数、信頼性等の問題点を解決し、簡便、高信軌に極微
細領域のパターンを形成する方法を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は基板上に形成され
た高分子からなる中間膜を形成する工程と、該中間膜上
に反応性ガスと反応して化合物を形成するための薄膜層
を形成する工程と、反応性ガス雰囲気中でイオンビーム
、電子ビームのいずれかを照射し、該薄膜層の表面に薄
膜層構成原子と反応性ガス原子との化合物を形成する工
程と、この化合物または化合物以外の薄膜層を除去しマ
スクパターンを形成する工程と、該マスクパターンを用
いて中間膜にパターンを形成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を発明の要旨とする。

（作用） 本発明ではイオンビームまたは電子ビームによる表面反
応励起によりパターン状にレジスト表面に薄層の化合物
層を形成し、これをスパッタの生じない低エネルギーの
反応性イオンによりパターン加工し、さらにこれをマス
クに同様に低エネルギーの反応性イオンによりレジスト
層の加工をすることで、解像力を向上させ、工程数を低
減して、信頬性高く微細パターンを形成することができ
る。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例は
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更あるいは改良を行いうることは言うまでも
ない。

第１図は本発明の工程概要を示す。図において、１は基
板、２はレジスト膜、３は露光ビーム、４は反応性ガス
、２１は化合物形成薄膜層、２２は化合物形成部である
。

パターンを形成する場合、まず基板ｌ上にレジスト膜２
を形成する（工程ｉ）。レジスト材料としては、とくに
感光性（イオンビーム、電子ビームに対する感度）は必
要なく、最終的に基板を加工するために充分な耐エツチ
ング性と膜厚が満足されていれば良い０本実施例では塗
布の容易さからＰＭＭＡを用いた。続いて表面全体にシ
リコンをイオン注入し５００人程度の厚さに化合物薄膜
形成層２１を形成しく工程ｉｉ　）　、酸化窒素ガス雰
囲気で電子線を照射し、レジスト膜表面近傍のシリコン
と酸素の結合反応を励起して２００人程度の厚さに化合
物形成部２２を形成する（工程１ｉｉ）、次に５０ｅＶ
以下のエネルギーの塩素イオンを照射して、電子線を照
射しない部分の化合物薄膜形成層を除去する（工程ｉｖ
）、続いて、５０ｅＶ以下のエネルギーの酸素イオンを
照射して、化合物形成部２２をマスクにレジスト膜を除
去する（工程ｖ）０本発明の工程ではスパッタリングの
生じない５０ｅＶ以下のエネルギーの反応性イオンを用
いてレジストパターン創成、レジスト膜加工するので、
化合物形成部の膜厚は非常に薄くすることができ、かつ
、パターン形成のすべての工程がドライエツチングを用
いるので工程の簡略化、制御性向上が図れる。

本発明では、化合物形成薄膜層をシリコンのイオン注入
で形成したが、他の材料、たとえばゲルマニウム、ガリ
ウム、チタン、アルミニウムでも良い、また、化合物形
成薄膜層の形成方法としては、イオン注入の他に、プラ
ズマ堆積、蒸着などによって５００人程度の厚さの薄膜
を形成しても良い、さらに、化合物形成部を形成するた
めに、電子ビームの替わりに酸素などのイオンビームを
用いれば化合物形成の効率が大幅に改善される。また、
さらに、電子ビームまたはイオンビームと同時に紫外線
を照射することにより、化合物形成の高速化、高品質化
を図ることができる。紫外線照射により化合物形成薄膜
と反応性ガスを中間的に励起するので、ガス分子の吸着
を増加させるとともに、イオンビームまたは電子ビーム
照射による反応を支援することができる。

以上の説明では、電子ビームまたはイオンビームの照射
により形成した化合物層を残してエッチマスクとした。

同様の方法で、化合物層部分だけを除去し、未反応の部
分をエッチマスクとすることもできる。これを効果的に
利用すれば、パターンの反転が容易にできる。

また、５０ｅＶ以下にエネルギーを制御してマスクおよ
びレジストを加工するには電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）プラズマを用いるのが最適である。ＥＣＲプラズ
マによるエツチングに関しては文献（Ｊｏｕｎａｌ　ｏ
ｆ　Ｖａｃｕｕｓ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ＋ｖｏ１．　Ｂ４（１９８６）　、Ｐ、６
９６）にも詳細に述べられている。低エネルギーイオン
を利用するので、原子の結合状態に依存したエツチング
ができるので、例えば金属と金属酸化物のエツチング速
度の違いを大きくし、選択性の高いエツチングが実現で
きる。

さらに、ラジカル等等方的エツチングを抑制してエツチ
ングできるので、アンダカットのない、マスクに忠実で
急峻なパターンが形成できる。

本発明では、パターン幅精度は化合物形成部の形成精度
に依存する。レジスト膜を感光させ、溶媒現像を行う従
来の露光法では、電子ビームやイオンビームの散乱によ
り露光領域が広がること、溶媒現像による露光部と未露
光部の選択性が低いことが原因で精度が低下するばかり
ではなく、パターンの微細化の大きな障害となっている
０本発明では、露光部が数百人の薄層に限定されるため
入射ビームの形状に忠実にマスク層が形成され、かつ、
露光部と未露光部が選択性高くエツチングされるので、
精度の高いパターン形成が可能である。さらに、従来法
ではレジストの深さ方向に入射ビームが広がるので、レ
ジストの深さ方向に急峻なパターンを形成するのは困難
であった０本発明では、エツチングイオンの方向に忠実
にレジスト層が加工されるので、精度良く急峻な厚膜レ
ジストパターンが形成される。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば基板上に形成され
た高分子からなる中間膜を形成する工程と、咳巾間膜上
に反応性ガスと反応して化合物を形成するための薄膜層
を形成する工程と、反応性ガス雰囲気中でイオンビーム
、電子ビームのいずれかを照射し、該薄膜層の表面に薄
膜層構成原子と反応性ガス原子との化合物を形成する工
程と、この化合物または化合物以外の薄膜層を除去しマ
スクパターンを形成する工程と、該マスクパターンを用
いて中間膜にパターンを形成する工程とからなることに
よって、微細、高精度の厚膜レジストパターンが簡便に
信幀性高く形成できる。この結果、大規模集積回路の形
成のために必要とされる種々の材料の微細パターン形成
が容易、高精度に実現できる。

【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実施例を示す
。 ｌ・・・・・基板 ２・・・・・レジスト膜 ３・・・・・露光ビーム ４・・・・・反応性ガス ２１・・・・・化合物形成薄膜層 ２２・・・・・化合物形成部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された高分子からなる中間膜を形成
   する工程と、該中間膜上に反応性ガスと反応して化合物
   を形成するための薄膜層を形成する工程と、反応性ガス
   雰囲気中でイオンビーム、電子ビームのいずれかを照射
   し、該薄膜層の表面に薄膜層構成原子と反応性ガス原子
   との化合物を形成する工程と、この化合物または化合物
   以外の薄膜層を除去しマスクパターンを形成する工程と
   、該マスクパターンを用いて中間膜にパターンを形成す
   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。
2. （２）薄膜層の構成原子としてシリコン、ゲルマニウム
   、ガリウム、セシウム、チタン、アルミニウムのいずれ
   かまたは複数の元素を含み、かつ、反応性ガスが酸素、
   窒素、炭素のいずれかまたは複数の元素を含むことを特
   徴とする請求項１記載の微細パターン形成方法。
3. （３）電子サイクロトロン共鳴放電によりプラズマを形
   成し、プラズマ中の反応性イオンを５０ｅＶ以下の低エ
   ネルギー領域に制御して基板上に照射することによりマ
   スクパターンおよび中間膜にパターン形成することを特
   徴とする請求項１記載の微細パターン形成方法。
4. （４）イオンビームまたは電子ビームと同時に紫外線を
   照射することを特徴とする請求項１記載の微細パターン
   形成方法。