JPH03137649A - 微細パターン形成材料およびパターン形成方法 - 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（友　半導体素子や集積回路を荷電ビームを用い
てパターン形成して製作する際に使用する微細パターン
形成材料ならびに同材料を用いた微細パターン形成方法
に関するものであａ従来の技術 従ｉ　　ＩＣ及びＬＳＩ等の製造においては　紫外線を
用いたホトリソグラフィーによってパターン形成を行な
っている。素子の微細化に伴な（（ステッパーレンズの
高ＮＡイｔ、　　短波長光源の使用等がすすめられてい
る戯　それによって焦点深度が浅くなるという欠点があ
ム　ま？、、ＬＳＩ素子のパターン寸法の微細（ＬＡＳ
ＩＣの製造等にともなし＼　電子ビームリソグラフィー
が用いられるようになってきている。この電子ビームリ
ソグラフィーによる微細パターン形成にはポジ型電子線
レジストは欠くことのできないものであム　その中でポ
リメチルメタクリレ−）　（ＰＭＭＡ）は最も解像性の
良いものきして知られている力丈　低感度であることが
欠点であも　それ渡　近年ポジ型電子線レジストの感度
を高める多くの報告が行なわれており、例えばポリメタ
クリル酸ブチ）ｌ＜　　メタクリル酸メチルとメタクリ
酸との共重合体　メタクリル酸とアクリロニトリルとの
共重合体　メタクリル酸メチルとイソブチレンとの共重
合体ポリブテン−１−スルホン、ポリイソプロペニルケ
トン、含フツ素ポリメタクリレート等のポジ型電子線レ
ジストが発表されていも　これらのレジストはいづれ耘
　側鎖に電子吸引性基を導入　または主鎖に分解しやす
い結合を導入することによって、電子ビームによる主鎖
切断が容易におこるようにしたレジストであり、高感度
化をねらったものである戟　解像度と感度の両方を十分
に満たしたものであるとはいえな（〜　また　耐ドライ
エッチ帳　耐熱性も十分良好なものであるとはいえない
たべ　ドライエツチング用のマスクとしては使用しにく
く、その利用は限られていも　通紙ノボラック樹脂に溶
解抑制剤を加えて、ポジ型の電子線レジストを提供して
いるものもある。これｃｔ　　レジストの末露光部パ　
アルカリ現像液に対して出来るだけ溶解しないようにす
るため鳳　メインポリマーであるノボラック樹脂に溶解
抑制剤を加え　露光部で（よ　この溶解抑制剤が分解し
低分子量化するためく　アルカリ現像液に対して溶解す
るというものであり、例え（戴　ノボラック樹脂にポリ
メチルペンテンスルホンを加えた電子線レジストが発表
されていも　ノボラック樹脂を含んでいるので、耐ドラ
イエツチ性が高く、またポリスルホンが分解するので感
度は高い戟　解像度が悪く、また　末露光部はアルカリ
現像液に対して、ある程度溶解してしまうの六　十分な
残膜厚を得ることができ哄　現像条件に対する寸法変動
が大きく、実用的であるとはいえな〜　また電子ビーム
リソグラフィーにおいて法　電子ビームレジストの耐ド
ライエツチ法　耐熱性の悪ま電子の前方散乱　後方散乱
のための近接効果によるパターン精度への影像　また　
入射電子のチャージ・アップによるパターン描画への影
響等の欠点がある。これらの欠点をおぎなうためく　レ
ジストの働きを感光層と平坦化層とに分けた多層レジス
ト法は非常に有効な方法であも　第３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ａ　近接効果をおさえるために下層膜３１として
高分子有機膜を２〜３μｍ厚塗布し　熱処理を行う（第
３図（ａ））。さらｊζこの上に中間層３２として５ｉ
０２等の無機膜あるいはＳＯＧ　（スピン　オン　グラ
ス）等の無機高分子膜を０．２μｍ厚塗布し　上層レジ
スト３３＜！ニジて電子線レジストを０．５μｍ厚塗布
し　その上にチャージ・アップを防止するためにアルミ
を約ｌＯＯ人蒸着する（第３図（ｂ））。電子ビーム描
画後、アルカリ水溶液でアルミ層を除去し　その後現像
し　レジストパターン３３Ｐを得る（第３図（Ｃ））。

次にこのレジストパターンをマスクとして中間層のドラ
イエツチングを行な１．Ｘ、さらく　この中間層をマス
クとして下層のドライエツチングを行なう（第３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、微細なパターンを高アスペクト比で形成するこ
とができも　しかし　アルミ層を蒸着する多層レジスト
プロセスでは工程がより複雑となり、また　コンタミネ
ーションの間凰　パターン転写時の寸法シフトが大きく
なる等の問題があり、現実的であるとはいえなし発明が
解決しようとする課題 上記のようく　アルミ層つきの多層レジストプロセスは
有効な方法である力（複雑な工租　アルミのコンタミネ
ーション、パターン転写時のレジスト寸法の変動等の課
題があも　まな　アルミ層をとりのぞいた多層レジスト
プロセスではチャージ・アップの課題がある。チャージ
・アップとは入射電子が絶縁体であるレジスト、中間層
または下層にたまる現象であも　このチャージ・アップ
効果により、電子ビームリソグラフィーにおいて（表　
つなぎ合わせ精度　重ね合わせ精度の劣化娠大きな問題
点が生じる。また　単層レジストでもこのチャージ・ア
ップ現象は見られ　三層レジストと同様につなぎ合わせ
精度　重ね合わせ精度の劣化をまねく。すなわ板　電子
ビームリソグラフィーにおいて、入射した電子はレジス
ト中を散乱する力（レジスト表面から１〜１．５μｍの
深さのところで止まってしま一＼　その領域でチャージ
がたまってしまう。この蓄積されたチャージにより電子
ビームが曲げられ　つなぎ合わせ精度　重ね合わせ精度
の劣化をひきおこすと考えられも電子ビーム描画の場合
、近接効果によるパターン精度への影響が太きいたへ　
厚い下層膜を塗布する必要があム　そこで、下層膜のマ
スクと、レジスト層との働きを同時に兼ね備えたシリコ
ン含有レジスト、無機レジスト等が開発されていも主鎖
にシロキサン結合を有したちへ　ラダー型ポリシロキサ
ン、カルコゲナイドガラス型無機レジスト等がある力交
　まだ十分に耐ドライエツチ性も向上させることができ
哄　まｔ−感度も解像度も悪く、実用にはほど遠いもの
であも　これらのレジスト（よ　現像液として有機溶媒
を用いるので、レジストの感度交歓　寸法変動も大きく
、プロセス余裕度も少なく、また　環境汚染等の課題も
あム　このような二層レジストプロセスでｋ　三層レジ
ストと同様にチャージアップ現象はおこるた八　レジス
ト上にアルミ層を蒸着してチャージアップを防止してい
も　また　アルミ層を用いたレジストプロセスで（よ　
アルミ層を除去する時へアルカリ水溶液を使用するため
有機アルカリ水溶液を現像液とするノボラック型レジス
トは使用できないという問題点もあム　本発明者らは　
これらの現象を解決するためく　有機アルカリ水溶液に
より現像可能な　高感度導電性電子線レジスト、また　
それらを用いた微細パターン形成方法を完成し九 課題を解決するための手段 本発明ζ上　アルカリ可溶性ノボラック樹脂と、荷電ビ
ームが照射されることによって分解をおこす導電性高分
子物質との混合物より成るものを提供すム　また　本発
明（よ　半導体基板上級　有機高分子膜を塗布し熱処理
する工程と、上記有機高分子膜上に無機膜を塗布し熱処
理する工程と、上記無機膜上く　ノボラック樹脂と導電
性高分子物質との混合物をレジスト膜として塗布し熱処
理する工程と、上記レジスト膜にパターンを描画後現像
してレジストパターンを形成する工程と、上記レジスト
パターンをマスクとして、上記無機膜および有機高分子
膜をエツチングする工程とを備えて成ることを特徴とす
る方法を提供するものであａ　また　本発明（よ　アル
カリ可溶性シリコン樹脂と、荷電ビームが照射されるこ
とによって分解をおこす導電性高分子物質との混合物よ
り成る微細パターン形成材料を提供する。さら鳳　本発
明は　半導体基板上へ　有機高分子膜を塗布し熱処理す
る工程と、上記有機高分子膜上ζζ　シリコン樹脂と導
電性高分子物質との混合物をレジスト膜として塗布し熱
処理する工程と、上記レジスト膜にパターンを描画後現
像してレジストパターンを形成する工程と、上記レジス
トパターンをマスクとして、上記有機高分子膜をエツチ
ングする工程とを備えて成る方法を提供すも 作用 本発明は前記した導電性電子線レジスト、及びそれらを
用いたレジストプロセスにより、容易にチャージアップ
によるパターンひずみのない正確な微細パターンを形成
することができる。特へアルミ薄膜を蒸着する必要がな
く、コンタミネーションの問題もなく、また　レジスト
プロセス工程を簡略化することができ、耐ドライエツチ
性が十分高いので、パターン転写時における寸法シフト
もなく、高感度へ　アルカリ水溶液を現像液として用い
ることができるのて　プロセス余裕度も大きく、描画電
子によるチャージアップを防止して、正確な微細レジス
トパターンを形成することができる。従って、本発明を
用いることによって、正確な高解像度な微細パターン形
成に有効に作用すム 実施例 ま哄　本発明の概要を述べａ　本発明ζ戴　アルカリ水
溶液に対して溶解可能なノボラック樹脂く溶解抑制剤と
して導電性高分子物質を混合したものを電子線レジスト
として使用することによって、上記のような問題点を解
消しようというものであム　電子ビームが照射されるこ
とによって、ノボラック樹脂より感度の高い導電性ポリ
マーが分解され　低分子量化し　溶解抑制剤としての作
用をなくし　アルカリ水溶液に対して溶解するようにな
る。−人　末露光部は導電性ポリマーが溶解抑制剤とし
て十分働くのて　アルカリ水溶液には全く溶解せず、十
分な残膜厚を得ることができ、ポジ型の電子線レジスト
として作用する。また　この電子線レジストは導電性高
分子を含んでいるので、高い導電率を示し　描画時にお
ける電子のチャージアップを防止することができ、つな
ぎ合わせ、重ね合わせ精度の劣化を防ぐことができも導
電性高分子物質としてζ友　例えば　ポリ（２−へキシ
ルチオフェン）、ポリ　（２−ペンチルチオフェン）、
ポリ　（２，３−ブチルチオフェン）、ポリ　（２，５
−チェニレンビニレン）、ポリアニリン等が挙げられも
　これらの化合物は電子ビームが照射することによって
、ｃ−８結合等が切断され　低分子量化すａ　すなわ板
　これらのレジスト材料（よ　メインポリマーとしての
アルカリ水溶液可溶のノボラック樹脂と、電子ビームに
よって分解し　さらく　描画時のチャージを取りのぞく
、溶解抑制剤としての導電性高分子の２成分から成って
おり、従って電子ビームに対して高い感度を示す導電性
電子線レジストになりつる。またノボラック樹脂のかわ
りにアルカリ水溶液可溶のシリコン樹脂を用いることに
よって、耐ドライエツチ性の高い二層レジスト用のシリ
コン含有導電性電子線レジストになりうａ　これらの導
電性電子線レジストを多層レジストの上層レジストとし
て使用することによって、アルミ層をつけずに多層レジ
ストを容易に形成することができ、耐ドライエツチ性は
十分高く、また　感度も高く、導電性があるので、描画
時のチャージアップ現象はおこらず、現像液として有機
アルカリ水溶液を使用することができるので、環境五　
人体上にもよく、容易に正確なポジ型微細しジストバタ
コンを形成することができも （実施例１） 分子量約５万のノボラック樹脂１．０ｇをエチルセロソ
ルブアセテート１００ｃｃに溶解された抵分子量約１０
万のポリジブチルチオフェン１．Ｏｇを加えて溶解し　
混合物を製造し九　この混合物を２５℃で５分間ゆるや
かにかくはんし　不溶物をろ別ａ　均一な溶液にしへ　
このレジスト溶液を半導体基板上に滴下り、、　　２０
０Ｏｒｐｍで２分間スピンコードを行った　この基板を
９０＼　２０分間のベーキングを行ＬＸ、１．２μｍ厚
のレジスト膜を得ることができ九　次間　加速電圧３０
に■、ドーズ量ｌＸｌ０−’ｃ／ｃｍ”で電子線描画を
行った微　有機アルカリ水溶液で２分間現像を行った所
、露光領域のレジストが溶解し　未露光領域のレジスト
は全く溶解されず正確で微細なポジ型レジストパターン
を形成することができた （実施例２） 実施例１において、ポリジブチルチオフェンのかわりに
ポリ　（２，５−チェニレンビニレン）をノボラック樹
脂に加えることによってレジスト膜を形成した　このレ
ジスト膜に加速電圧２０ＫｖＳ　　ドーズ量　１　ｘ　
１０−’　ｃ　／　ｃｍ”で電子線描画を行った後、有
機アルカリ水溶液で２分間現像を行った所、チャージア
ップによるパターンひずみのな賎　正確で微細なポジ型
レジストパターンを形成することができｔも　　また　
末照射部の膜減りはほとんどなかっ丸 （実施例３） 本発明の第３の実施例を第１図に示す。半導体基板１１
上に下層膜１２として高分子有機膜を２μｍ厚塗布Ｌ％
　２２０ｔ、　　２０分間のベーキングを行った（第１
図（ａ））、この上に中間層１３として５０Ｇをスピン
コードｔＡ２００＼　２０分間のベーキングを行っ九こ
の上に　実施例１で得られた混合物を上層レジスト１４
として塗布シ９０＼　２０分間のベーキングを行ｔ＼　
０．５μｍ厚のレジスト膜を形成した（第１図（ｂ））
。次へ　加速電圧２０ＫＶ、ドーズ量５Ｘ１０−’　ｃ
　／　ｃｍ”で電子線描画を行（＼　有機アルカリ水溶
液で２分間現像を行った所、正確な微細ポジ型レジスト
パターン１４Ｐを得ることができた（第１図（Ｃ））。

このレジストは導電性があるのて　チャージアップによ
るつなぎ合わせずれは全く見られなかった　このレジス
トパターンをマスクとして、中間層１３のエツチングを
行ｔ＼　さらに下層膜１２のエツチングを行（（正確で
垂直な微細レジストパターンを得ることができた（第１
図（ｄ））。以上のようＪＱ　　本実施例によれば　三
層レジストの上層レジストとして導電性レジストを用い
ることによって、高精度に微細なポジ型レジストパター
ンを形成することができる。

（実施例４） 分子量約１０万のポリ　（Ｐ−ヒドロキシフェニルシロ
キサン）１．０ｇをエチルセロソルブアセテート１００
ｃｃに溶解させた後、分子量的１ｏ万のポリ　（２−ペ
ンチルチオフェン）　１．０ｇを加えて溶解し　混合物
を製造した　この混合物を２５℃で５分間ゆるやかにか
くはんし　不溶物をろ別し　均一な溶液とし九　このレ
ジスト溶液を半導体基板上に滴下し２００Ｏｒｐｍで２
分間スピンコードを行っ九　この基板を９０＼　２０分
間のベーキングを行−入　１．２μｍ厚のレジスト膜を
得ることができ九　次く　加速電圧３０に■、ドーズ量
ｌＸ１０−’ｃ／ｃがで電子線描画を行った後、有機ア
ルカリ水溶液で２分間現像を行った所、末照射部のレジ
ストは全く溶解されず、正確で微細なポジ型レジストパ
ターンを得ることができ九 （実施例５ン 実施例２において、ポリ（２−ペンチルチオフェン）の
かわりへ　ポリ（２，５−チェニレンビニレン）をシロ
キサン樹脂に加えることによって、レジスト膜を形成し
九　このレジスト膜に加速電圧２０ＫＶ、　　ドーズ量
１　ｘ　１０−’　ｃ　／ｃがで電子線描画を行った後
、有機アルカリ水溶液で２分間現像を行った所、チャー
ジアップによるパターンひずみのな賎　正確で微細なポ
ジ型レジストパターンを形成することができた　また　
末照射部の膜減りはほとんどなかった （実施例６） 本発明の第６の実施例を第２図に示す。半導体基板１１
上に下層膜２１として高分子有機膜を２μｍ厚塗布Ｌ　
　２２０ｔ、　　２０分間のベーキングを行った（第２
図（ａ））。この上に実施例４で得られた混合物を上層
レジスト２２として塗布Ｌ　　９０ｔ、　　２０分間の
ベーキングを行１．ｘ　　０．５μｍ厚のレジスト膜を
形成した（第２図（ｂ））。次く　加速電圧２０ＫＶ、
　　ドーズ量５　ｘ　１０−”　ｃ　／　ａｍ”で電子
線描画を行（＼　有機アルカリ水溶液で２分間現像を行
った所、正確な微細ポジ型レジストパターン２２Ｐを得
ることができた（第２図（Ｃ））。このレジストは導電
性があるのてチャージアップによるつなぎ合わせずれは
全く見られなかっ九　このレジストパターンをマスクと
して、下層膜２１のエツチングを行（＼　正確で垂直な
微細レジストパターンを得ることができた（第２図（ｄ
））。

以上のようへ　本実施例によれば　二層レジストの上層
レジストとしてシリコン含有導電性レジストを用いるこ
とによって、高精度に微細なポジ型レジストパターンを
形成することができも発明の詳細 な説明したよう艮　本発明によれば　アルカリ可溶性ノ
ボラック樹脂へ　溶解抑制剤として導電性高分子を加え
て、電子線レジストとして使用することによって、高感
度で高解像嵐　耐ドライエツチ性の高いポジ型レジスト
パターンを、有機アルカリ水溶液を現像液として用いる
ことによって形成することができも　さらく　このレジ
ストは導電性があるので、三層レジストの上層レジスト
として使用することによって、描画時のチャージアップ
を防止でき、パターンひずみのな（＼　高精度で垂直な
微細レジストパターンを容易に形成することができも　
また　ノボラック樹脂のがわりにアルカリ可溶性シリコ
ン樹脂を使用することによって、二層レジストの上層レ
ジストとして使用でき、容易にチャージアップを防止す
ることができ、正確で垂直な微細レジストパターンを形
成することができ、超高密度集積回路の製造に大きく寄
与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の工程断面医第２図は
同地の実施例の工程断面図　第３図は従来の多層レジス
トプロセスの工程断面図であも１１・・・・半導体基板
１２・・・・下層１！Ｌ　　１３・・・・中間慰１４・
・・・上層レジスト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルカリ可溶性ノボラック樹脂と、荷電ビームが
   照射されることによって分解をおこす導電性高分子物質
   との混合物より成ることを特徴とする微細パターン形成
   材料。
2. （２）半導体基板上に、有機高分子膜を塗布し熱処理す
   る工程と、上記有機高分子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、ノボラック樹脂と導電性
   高分子物質との混合物をレジスト膜として塗布し熱処理
   する工程と、上記レジスト膜にパターンを描画後現像し
   てレジストパターンを形成する工程と、上記レジストパ
   ターンをマスクとして、上記無機膜および有機高分子膜
   をエッチングする工程とを備えて成ることを特徴とする
   微細パターン形成方法。
3. （３）アルカリ可溶性シリコン樹脂と、荷電ビームが照
   射されることによって分解をおこす導電性高分子物質と
   の混合物より成ることを特徴とする微細パターン形成材
   料。
4. （４）半導体基板上に、有機高分子膜を塗布し熱処理す
   る工程と、上記有機高分子膜上に、シリコン樹脂と導電
   性高分子物質との混合物をレジスト膜として塗布し熱処
   理する工程と、上記レジスト膜にパターンを描画後現像
   してレジストパターンを形成する工程と、上記レジスト
   パターンをマスクとして、上記有機高分子膜をエッチン
   グする工程とを備えて成ることを特徴とする微細パター
   ン形成方法。