JPH03138922A - Minute-pattern forming method - Google Patents

Minute-pattern forming method

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JPH03138922A
JPH03138922A JP27741889A JP27741889A JPH03138922A JP H03138922 A JPH03138922 A JP H03138922A JP 27741889 A JP27741889 A JP 27741889A JP 27741889 A JP27741889 A JP 27741889A JP H03138922 A JPH03138922 A JP H03138922A
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JP
Japan
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film
pattern
resist
applying
electron beam
Prior art date
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Pending
Application number
JP27741889A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Hashimoto
和彦 橋本
Noboru Nomura
登 野村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH03138922A publication Critical patent/JPH03138922A/en
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Abstract

PURPOSE:To form a minute resist pattern having high resolution by projecting ions on an organic film, forming a high density film, applying electron beam resist on the organic film, performing heat treatment, drawing a pattern, developing the pattern, and etching an organic polymer film with the resist pattern as a mask. CONSTITUTION:An organic polymer film as a lower film 12 is applied on a semiconductor substrate 11. Baking is performed. W<+> ions as metallic ions 13 are projected on the film, and a metallic-ion projected region 14 is formed on the lower film. Then, novolac based resist is applied on the region 14 as an upper electron beam resist layer 15. After baking, electron beam lithography is performed. Development is performed with organic alkali solution. Then, with a resist pattern 15P as a mask, the metallic-ion projected region 14 is etched. The lower film 12 is further etched. Thus, the accurate, minute resist pattern without pattern distortion can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明(上 半導体素子や集積回路を電子ビームを用い
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
形成方法に関するものであも従来の技術 従来 IC及びLSI等の製造において(上 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っ
ていも 素子の微細化に伴なしく ステッパーレンズの
高NAt  短波長光源の使用等がすすめられている力
丈 それによって焦点深度が浅くなるという欠点があa
 ま?、LSI素子のパターン寸法の微細(LASIC
の製造等にともな(\ 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も この電子ビームリソグ
ラフィーはLSI素子に必要なミクロン及びサブミクロ
ンの幾何学形状を形成するのに最も有望な方法の一つで
あ翫 しかしなが収 電子ビームリソグラフィーの重大
な問題の一つは放射線感応有機レジスト薄膜中の電子の
後方散乱効果であも これによって、解像力及び線幅の
制御に実際上の制限が生じも 制限は又 近接効果及び
基板の凹凸を反映したレジストの厚さの変動によっても
生じaまtニ  電子ビームリソグラフィーにおいて(
友 電子ビームレジストの耐ドライエツチ性の悪さ、前
記で述べた電子の前方散乱 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も 
これらの欠点をおぎなうためへ 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
方法である。第6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ム 近接効果
をおさえるために下層膜61として有機膜を2〜3μm
厚塗布し 中間層62としてSio*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厚塗布し上層に電子線レジスト63を0.
5μm厚塗布し その上へ チャージアップを防止する
ためにアルミニウム薄膜を約100人蒸着する(第6図
(a))。パターン描画表 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を得る(第
6図(b))。夕暮へ 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い(第6図(C)
)、次圏 中間層をマスクとして下層のドライエツチン
グを行い(第6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って、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で(よ 工程がより複雑となり
、また 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、実用的であるとはいえな(℃ 発明が解決しようとする課題 上記のようく 多層レジストプロセスは有効な方法であ
るバ 複雑な1毘 パターン転写時のレジスト寸法の変
動等の問題点があも 電子ビーム露光の場合、入射電子
の散乱による近接効果のパターン精度への影響が大きい
ので、厚い下層膜を塗布する必要があも しかし 2〜
3μmの厚さで1よ 完全に近接効果を抑えることはで
き机 また これ以上の厚さの下層膜を塗布すると、パ
ターン転写時の寸法シフトが非常に大きくなったり、プ
ロセス的に困難であム また 電子線レジストとして用
いられるノボラック系レジスト、 PMMA(ポリメチ
ルメタクリレート)系レジストともく 現像時間に対す
るレジストパターン寸法変動が大きく、プロセス余裕度
が小さいという問題点もあも さらく 入射電子による
チャージアップを防止するためIζ レジスト上にAl
薄膜を形成するプロセス!友 レジストがノボラック系
レジストの時は使用できないということもあり、プロセ
ス的に複雑という問題もあム 本発明者ら(よ ごれら
の問題を解決するためぬ 簡易な微細パターン形成方法
を完成した 課題を解決するための手段 本発明の微細パターン形成方法は以下の手段を用いa 
すなわ板 半導体基板1鳳 高分子有機膜を塗布し熱処
理する工程と、上記有機膜上くイオン照射をすることに
よって高密度層の膜を形成する工程と、上記有機上に電
子線レジストを塗布し熱処理する工程と、パターン描画
表 現像しレジストパターンをマスクとして高分子有機
膜をエツチングする工程とを備えてなるものであもそし
て望ましく(上  高分子有機膜上に照射するイオンと
して、シリコン、タングステン等の金属イオンを加速電
圧40kV以玉 照射量I X 10”1ons/Cf
f111以上照射する。また 本発明4上 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、上記有
機膜上く 水素イオンをI X 10’ ”1ons/
 cm”以上照射することによって、高密度層の膜を形
成する工程と、上記有機膜上に有機シリコン化合物を塗
布し熱処理する工程と、上記有機シリコン化合物上に電
子線レジストを塗布し熱処理する工程と、パターン描画
に 現像L レジストパターンをマスクとして、有機シ
リコン化合物、 高分子有機膜をエツチングする工程を
備える方法を提供すムさらにまた 本発明C瓜  半導
体基板上へ 高分子有機膜を塗布し熱処理する工程と、
上記有機膜上く 合金属無機高分子膜を塗布し熱処理す
る工程と、上記無機高分子膜上に電子線レジストを塗布
し熱処理する工程と、パターン描画徽 現像しレジスト
パターンをマスクとして、無機高分子膜、高分子有機膜
をエツチングする工程とを備える方法を提供すム 作用 本発明は前記したレジストプロセスにより、容易に近接
効果によるパターン劣化の少な(\ チャージアップに
よるパターンずれのない正確な微細パターンを形成する
ことができも 特へ 中間層として塗布可能な合金属無
機高分子を用いることによって、容易に高密度層を形成
することができ、近接効果 チャージアップを抑えるこ
とができ高プロセスマージンで正確な微細レジストパタ
ーンを形成することができも 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レジストパターン
形成に有効に作用すも 実施例 ま哄 本発明の概要を述べも 本発明は金属イオン、S
iイオンまたは水素イオンを下層膜に照射することによ
って、下層膜上に高密度層を形成し 電子ビーム描画に
おける近接効果 チャージアップ効果によるパターン劣
4F、  上記のような問題点を解消しようというもの
であも 電子ビーム描画における入射電子はレジスト中
を散乱し 基板に達し 基板からの後方散乱が再びレジ
スト中に達すa 従って、集積されたパターンにおいて
:上 近接したパターンからの電子の散乱によって、所
望のパターンが得られなも\ 近接効果の問題が発生す
a この近接効果を防止するためく 下層膜上に高密度
層を形成すも この高密度層は密度は約5〜20g/c
m’であり、この層によって、電子の後方散乱の量およ
び方向を制御することができ、近接効果によるパターン
の劣化を抑えることができも 金属イオンとしてはタン
ク7k  タングステン、レニウな オスニラ入 白金
及び金等が用いられも また 金属以外でもSiイオン
や水素イオンを用いて高密度層を形成することができへ
また 電子ビーム描画における入射電子は絶縁膜である
下層膜に蓄積されて、電子ビームが曲げられ パターン
がひずんでしまう、チャージアップ効果の問題が発生す
翫 イオン照射したM(友 表面抵抗が下がっているの
で、このチャージアップを防止することができ翫 さら
く レジストの現像時間に対するパターン寸法の変化の
少な(\ プロセスマージンの高いレジストプロセスが
得られも 中間層として用いられる材料に高密度層とな
るものを用いて行うこともできも 特鳳 含金属無機高
分子、ポリタングステン酸系無機高分子(友溶媒可溶で
塗布可能であるので容易に高密度層を形成することがで
きも 従って、隣接パターンによる後方散乱電子を制御
することができ、近接効果を抑えることができも また
含金属であるので抵抗値も低く、チャージアップを防止
することもでき、プロセスマージンの高いレジストプロ
セスが得られも これらのレジストプロセスを用いるこ
とによって、高密度層を形成ヒ パターン近接効果を抑
えることができ、また アルミ薄膜をつけずく 入射電
子によるチャージアップを防止することができ、また 
現像時間に対するレジストパターン寸法変化の少な吹 
プロセスマージンの高t\ レジストプロセスが得られ
 バッティング・エラー、アライメントずれのない正確
な微細レジストパターンを形成することができも(実施
例1) 本発明の第1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LA
220’D  20分間のベーキングを行っ九この1番
ヘ  金属イオン13としてW0イオンを加速電圧40
 k V、  照射量1 x 10”1ons/Cm2
全面−括照射して、下層膜上に 0.1μm厚の金属イ
オン照射領域14を形成し7−o(第1図(a))。さ
ら置 この上に電子線レジスト15としてA Z 13
50Jノボラツク系レジストを0.5μm厚塗布り、 
 100t、  90secのベーキングを行った(第
1図(b))。次に 加速電圧20kV、ドーズ量30
 μc / cm2で電子線露光を行1.%有機アルカ
リ水溶液で現像を行った所、近接効果の少なし\ チャ
ージアップによるパターンずれのな℃\ 正確な微細レ
ジストパターンを形成することができた(第1図(C)
)。このレジストパターンをマスクとして、金属イオン
照射領域14をエツチングして、さらく 下層膜12の
エツチングを行賎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))。加速電圧40kV
、照射量1×10” 1ons/ cがで0.1μ厚の
W0イオン照射層を形成することによって、下層膜上に
高密度層を形成することができ、電子ビーム描画におけ
る入射電子の後方散乱を制御することができ、隣接した
パターンによる近接効果は抑えられ 近接効果の少ない
レジストパターンを形成することができる。
Detailed Description of the Invention: Industrial Field of Application The present invention (1) relates to a method for forming fine patterns used in patterning and manufacturing semiconductor elements and integrated circuits using electron beams, and is not limited to conventional techniques. In the manufacture of ICs, LSIs, etc. (1) Even though pattern formation is performed by photolithography using ultraviolet rays, as elements become smaller, the use of high NAt and short wavelength light sources for stepper lenses is recommended. The disadvantage is that the depth of focus is shallow.
Ma? , fine pattern dimensions of LSI devices (LASIC
As electron beam lithography has come into use, it is one of the most promising methods for forming the micron and submicron geometries required for LSI devices. However, one of the major problems with electron beam lithography is the backscattering effect of electrons in radiation-sensitive organic resist thin films, which can pose practical limitations on resolution and linewidth control. Limitations are also caused by proximity effects and variations in resist thickness reflecting substrate irregularities.
There are other disadvantages such as the poor dry etching resistance of electron beam resists, the impact on pattern accuracy due to the proximity effect due to forward scattering and back scattering of electrons mentioned above, and the influence on pattern writing due to the charge-up of incident electrons.
To overcome these drawbacks, a multilayer resist method in which the functions of the resist are divided into a photosensitive layer and a flattening layer is a very effective method. Figure 6 is a diagram explaining the multilayer resist process in electron beam lithography.In order to suppress the proximity effect, an organic film with a thickness of 2 to 3 μm is used as the lower layer film 61.
An inorganic film such as Sio* or an inorganic polymer film such as SOG (spin-on glass) is applied to a thickness of 0.2 μm as an intermediate layer 62, and an electron beam resist 63 is applied as an upper layer to a thickness of 0.2 μm.
After applying the film to a thickness of 5 μm, approximately 100 people deposited a thin aluminum film on top of it to prevent charge-up (Figure 6(a)). Pattern drawing table The aluminum layer is removed with an alkaline aqueous solution and then developed to obtain a resist pattern (Fig. 6(b)). At dusk, dry etching the intermediate layer using this resist pattern as a mask (Figure 6 (C))
), then dry etching the lower layer using the middle layer as a mask (Figure 6(d)). By using the multilayer resist process described above, it is possible to form fine patterns with a high aspect ratio. Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, the multilayer resist process is an effective method. However, in the case of electron beam exposure, the proximity effect caused by the scattering of incident electrons has a large effect on pattern accuracy, so it is necessary to apply a thick underlayer film.
1. It is impossible to completely suppress the proximity effect with a thickness of 3 μm. Furthermore, if a lower layer film with a thickness greater than 1 is applied, the dimensional shift during pattern transfer will become extremely large, and the process will be difficult. In addition, novolac resists and PMMA (polymethyl methacrylate) resists, which are used as electron beam resists, also have the problem of large variations in resist pattern dimensions with respect to development time and small process latitude. Al on the Iζ resist to prevent
The process of forming a thin film! Tomo: When the resist is a novolak resist, it cannot be used, and there is also the problem that the process is complicated. Means for Solving the Problems The fine pattern forming method of the present invention uses the following means.
In other words, Semiconductor substrate 1: A step of applying a polymeric organic film and heat treatment, a step of forming a high-density layer film by ion irradiation on the organic film, and applying an electron beam resist on the organic film. It is also preferable that the ion irradiation onto the polymeric organic film is silicon, silicon, etc. Accelerating metal ions such as tungsten at a voltage of 40kV or more Irradiation amount I x 10”1ons/Cf
Irradiate over f111. In addition, according to the fourth aspect of the present invention, a step of applying a polymeric organic film on a semiconductor substrate and heat-treating the semiconductor substrate, and a step of applying hydrogen ions on the organic film at I.times.
a step of forming a high-density layer film by irradiating the organosilicon compound over a cm"; a step of applying an organic silicon compound on the organic film and heat-treating the organic film; and a step of applying an electron beam resist on the organic silicon compound and heat-treating the organic film. In addition, the present invention provides a method comprising a step of etching an organic silicon compound or a polymeric organic film using a developing resist pattern as a mask for pattern drawing. The process of
A step of applying an alloy metal inorganic polymer film on the organic film and heat-treating it, a step of applying an electron beam resist on the inorganic polymer film and heat-treating it, and a step of pattern drawing. The present invention provides a method comprising a step of etching a molecular film or a polymeric organic film.The present invention uses the above-described resist process to easily produce accurate fine patterns with less pattern deterioration due to the proximity effect (\ without pattern deviation due to charge-up). In particular, by using an alloy metal inorganic polymer that can be coated as an intermediate layer, a high-density layer can be easily formed, suppressing the proximity effect and charge-up, and achieving a high process margin. Therefore, by using the present invention, it is effective to form an accurate, high-resolution fine resist pattern. is a metal ion, S
By irradiating the underlying film with i-ions or hydrogen ions, a high-density layer is formed on the underlying film to solve the above-mentioned problems such as pattern inferiority due to the proximity effect and charge-up effect in electron beam lithography. Amo Incoming electrons in electron beam lithography are scattered in the resist and reach the substrate, and back scattering from the substrate reaches the resist again. Therefore, in an integrated pattern: Top By scattering electrons from nearby patterns, the desired A pattern cannot be obtained\ The problem of proximity effect occurs.A To prevent this proximity effect, a high-density layer is formed on the lower layer.The density of this high-density layer is approximately 5 to 20 g/c.
This layer makes it possible to control the amount and direction of electron backscattering, and to suppress pattern deterioration due to the proximity effect.Metal ions include Tungsten, Renium, Platinum, and Even if metals such as gold are used, it is also possible to form a high-density layer using Si ions or hydrogen ions.In addition, incident electrons in electron beam lithography are accumulated in the underlying film, which is an insulating film, and the electron beam Bending The pattern is distorted and the problem of charge-up effect occurs. Ion-irradiated M (Friend) Since the surface resistance is lower, this charge-up can be prevented. Although a resist process with a high process margin can be obtained with little change in Polymers (soluble in friendly solvents and can be coated) can easily form a high-density layer. Therefore, backscattered electrons due to adjacent patterns can be controlled and the proximity effect can be suppressed. Since it is a metal, it has a low resistance value and can prevent charge-up, making it possible to obtain a resist process with a high process margin. By applying a thin aluminum film, charge-up due to incident electrons can be prevented, and
Minimal change in resist pattern dimensions with respect to development time
It is possible to obtain a resist process with a high process margin and form an accurate fine resist pattern without batting errors or misalignment (Example 1) A first example of the present invention is shown in FIG. . semiconductor substrate 11
A 2 μm thick polymeric organic film is coated on top as the lower layer 12 LA
220'D Baked for 20 minutes and accelerated the W0 ion as metal ion 13 to No. 1 at a voltage of 40
kV, irradiance 1 x 10”1ons/Cm2
The entire surface is irradiated to form a metal ion irradiation region 14 with a thickness of 0.1 μm on the lower layer film 7-o (FIG. 1(a)). Place it on top of this as electron beam resist 15 A Z 13
Apply 50J novolak resist to a thickness of 0.5 μm,
Baking was performed at 100 tons for 90 seconds (Fig. 1(b)). Next, acceleration voltage 20kV, dose amount 30
Row 1 of electron beam exposure at μc/cm2. % organic alkali aqueous solution, there was little proximity effect \ No pattern shift due to charge-up \ \ It was possible to form an accurate fine resist pattern (Figure 1 (C)
). Using this resist pattern as a mask, the metal ion irradiation region 14 was etched, and the underlying film 12 was further etched to obtain an accurate and vertical fine resist pattern (FIG. 1(d)). Acceleration voltage 40kV
By forming a 0.1μ thick W0 ion irradiation layer with an irradiation dose of 1×10” 1ons/c, a high-density layer can be formed on the underlying film, and the backscattering of incident electrons in electron beam writing can be reduced. The proximity effect caused by adjacent patterns can be suppressed, and a resist pattern with less proximity effect can be formed.

また 金属イオン層なので、入射電子によるチャージは
蓄積されずく チャージアップ効果もおこらな1 この
高密度層の密嵐 膜厚(よ 照射時の加速電圧 照射量
によって任意に変えることができるパ 効果的なの1友
 加速電圧40kV以下、照射量1 x 10” 1o
ns/ am2以上であ翫 また 金属イオンはW以外
の金属でもよく、またSioでもよい。
In addition, since it is a metal ion layer, charges caused by incident electrons are not accumulated, and a charge-up effect does not occur. 1 friend Accelerating voltage 40kV or less, irradiation amount 1 x 10" 1o
The metal ion may be a metal other than W or may be Sio.

(実施例2) 本発明の第2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L2
20\ 20分間のベーキングを行つ九この1鳳 水素
イオン22を加速電圧40kV、  照射量I X 1
0”1ons/am”全面−括照射して、下層膜1顛0
.3μm厚の水素イオン照射による高密度層を形成した
(第2図(a))。さら鳳 この1艮 中間層23とし
てSOGを0.1μm厚塗布し 熱処理した檄上層レジ
スト24としてA Z 2400ノボラツク系レジスト
を0.5μm厚塗布り、  100t、  90sec
のベーキングを行った(第2図(b))。次く 加速電
圧20kV、ドーズ量30μc / cがで電子線露光
を行1.)  有機アルカリ水溶液で現像を行った所、
近接効果の少なI、X、チャージアップによるパターン
ずれのな(X、正確な微細レジストパターンを形成する
ことができた(第2図(C))。このレジストパターン
をマスクとして中間層23をエツチングして、さらIζ
下層膜21をドライエツチングすることにより、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))。加速電圧40に’/、照射量1x101テ
1ons/ cm2で0.3μm厚のH0イオン照射層
を形成することによって、下層膜上に高密度層を形成す
ることができ、電子ビーム描画における入射電子の後方
散乱を制御することがき、隣接したパターンによる近傍
効果は抑えられ 近接効果の少ないレジストパターンを
形成することができム また 水素イオン照射層(友 
下層膜の表面の抵抗が下がっており、描画時のチャージ
アップを防止することができも この高密度層の密度、
膜厚(よ 照射時の加速電圧、照射量によって任意に変
えることができる爪 効果的なのは加速電圧40kV以
下、照射量LX 10”1ons/ cm2以上であも
 また 現像時間に対するレジストパターン寸法の変化
を第5図に示す。下層膜にイオン照射のしていない通常
の三層レジストプロセスの場合、現像時間が長くなると
、レジストパターン寸法は次第に細くなっていく力(下
層膜にイオン照射を行(\ 高密度層を形成した新しい
三層レジストプロセスの場合、現像時間が長くなってk
 レジストパターン寸法はほとんど変化せ哄 プロセス
余裕度を非常に大きくすることができも (実施例3) 本発明の第3の実施例を第3図に示す。半導体基板ll
上に下層膜31として高分子有機膜を2μm厚塗布L2
20℃、20分間のベーキングを行つ九この上に水素イ
オン32を加速電圧40kV、照射量1x I O” 
1ons/ Cm”全面−括照射して、下層膜上にO4
“3μm厚の水素イオン照射領域33を形成した(第3
図(a))。さらに この上に上層レジスト34としぐ
、 ソリコン含有レジストを0.5μm厚塗布し150
’tE、  10分間のベーキングを行った(第3 E
m(b))。
(Example 2) A second example of the present invention is shown in FIG. semiconductor substrate 11
A 2 μm thick polymeric organic film is applied on top as the lower layer 21 L2
20\ Baking for 20 minutes, hydrogen ions 22 accelerated voltage 40kV, irradiation amount I x 1
0"1ons/am" whole surface-batch irradiation, lower layer film 1 screen 0"
.. A 3 μm thick high-density layer was formed by hydrogen ion irradiation (FIG. 2(a)). In this one, SOG was applied to a thickness of 0.1 μm as the intermediate layer 23, and AZ 2400 novolak resist was applied to a thickness of 0.5 μm as the heat-treated upper layer resist 24, 100t, 90sec.
Baking was performed (Fig. 2(b)). Next, electron beam exposure was performed at an accelerating voltage of 20 kV and a dose of 30 μc/c. ) After developing with an organic alkaline aqueous solution,
It was possible to form an accurate fine resist pattern (FIG. 2 (C)) with little proximity effect I, Then, Iζ
By dry etching the lower film 21, an accurate and vertical fine resist pattern could be obtained (second
Figure (d)). By forming a 0.3 μm thick H0 ion irradiation layer with an acceleration voltage of 40'/cm2 and a irradiation dose of 1 x 101 tes/cm2, a high-density layer can be formed on the underlying film, and the incident electrons in electron beam lithography can be The backscattering of the hydrogen ion irradiated layer (friend
The resistance of the surface of the lower layer film is lowered, and it is possible to prevent charge-up during drawing.
The film thickness can be changed arbitrarily depending on the accelerating voltage during irradiation and the irradiation dose.It is effective to use an accelerating voltage of 40 kV or less and a irradiation dose of LX of 10"1 ons/cm2 or more. This is shown in Figure 5. In the case of a normal three-layer resist process in which the underlying film is not ion irradiated, as the development time becomes longer, the resist pattern dimensions gradually become thinner. In the case of the new three-layer resist process that forms a high-density layer, the development time is longer and the k
Although the resist pattern dimensions hardly change, the process latitude can be made very large (Embodiment 3) A third embodiment of the present invention is shown in FIG. semiconductor substrate ll
On top, a 2 μm thick polymeric organic film is applied as the lower layer 31 L2
Baking was performed at 20°C for 20 minutes. Hydrogen ions were then accelerated at a voltage of 40 kV and a dose of 1x I O".
1ons/Cm” full-surface irradiation to deposit O4 on the lower layer film.
“A hydrogen ion irradiation region 33 with a thickness of 3 μm was formed (third
Figure (a)). Furthermore, on top of this, a 0.5 μm thick resist containing silicon was applied as the upper layer resist 34.
'tE, baked for 10 minutes (3rd E
m(b)).

(づ(1に、加速電圧20kV、ドーズ量20μe/c
がで電子線露光を行t、xIPA(6イソブロビリアル
コール)で現像を行った所、近接効果の少なし″I、チ
ャージアップによるパターンずれのない正確な微細し、
’ ;−(ドパターンを形成することができた((第3
図(C))。このレジストパターンをマスクとして下層
膜31のエツチングを行1.L  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3図(d))。
(1) Acceleration voltage 20kV, dose 20μe/c
When electron beam exposure was performed and development was performed with xIPA (6 isobrobylyalcohol), there was little proximity effect, accurate fine patterning with no pattern shift due to charge-up,
';-(The pattern could be formed ((3rd
Figure (C)). Using this resist pattern as a mask, the lower layer film 31 is etched in rows 1. L It was possible to obtain an accurate and vertical fine resist pattern (Fig. 3(d)).

また 現像時間に対するレジスト寸法の変動も小さく、
プロセス余裕度を大きくすることができ九(実施例4) 本発明の第4の実施例を第4図に示す。半導体基板11
上に下層膜41として高分子有機膜を2μm厚塗布L2
20℃、20分間のベーキングを行った(第4図(a)
)。この上に中間層42として含金属無機高分子である
ポリタングステン酸系高分子を0.2μm厚塗布し 熱
処理した後、上層レジスト43としてPMMA (ポリ
メチルメタクリレート)レジストを0.5μm厚塗布L
A170℃、20分間のベーキングを行った(第4図(
b))。次へ 加速電圧20kV。
In addition, the variation in resist dimensions with respect to development time is small.
Process margin can be increased (Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. semiconductor substrate 11
On top, a 2 μm thick polymeric organic film is applied as a lower layer 41 L2
Baking was performed at 20°C for 20 minutes (Figure 4(a)
). On this, a polytungstic acid polymer, which is a metal-containing inorganic polymer, is applied to a thickness of 0.2 μm as an intermediate layer 42, and after heat treatment, a PMMA (polymethyl methacrylate) resist is applied to a thickness of 0.5 μm as an upper layer resist 43.
Baking was performed at 170°C for 20 minutes (see Figure 4).
b)). Next Acceleration voltage 20kV.

ドーズ量200μc/cm”で電子線露光を行(\ T
PA現像を行った所、近接効果の少な(\ チャージア
ップによるパターンずれのな(−正確な微細レジストパ
ターンを形成することができた(第4図(C))。この
レジストパターンをマスクとして中間層42のエツチン
グを行賎 さら鳳 下層膜41をドライエツチングする
ことにより、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4図(d))。以上のように 本実施
例によれ(戴 三層レジストの中間層に含金属無機高分
子を塗布し 高密度膜を形成することによって、高精度
に微細な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(渋 下層膜上に金属
イオンまたはシリコン、水素イオンを照射L 高密度層
を薄く形成することにより、電子ビーム描画時の入射電
子の散乱を制御することができ、隣接したパターンによ
る近接効果の少な賎まな 入射電子のチャージアップに
より、パターンひずみのなt、k  正確で微細なレジ
ストパターンを形成することができも さらく 現像時
間に対するレジストパターン寸法の変動が小さく、プロ
セス余裕度も大きくすることができも また 下層膜上
に含金属無機高分子を塗布し高密度層を形成することに
よってk 近接効果の少な(\ チャージアップのおこ
らな賎 また 、プロセス余裕度の犬き頓 正確で微細
な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も
Electron beam exposure was performed at a dose of 200 μc/cm” (\ T
When PA development was performed, it was possible to form an accurate fine resist pattern with little proximity effect (no pattern shift due to charge-up) (Figure 4 (C)). Using this resist pattern as a mask, the intermediate By dry etching the lower layer 41 after etching the layer 42, an accurate and vertical fine resist pattern could be obtained (FIG. 4(d)).As described above, according to this example, (Dai) By applying a metal-containing inorganic polymer to the middle layer of a three-layer resist to form a high-density film, it is possible to form a fine resist pattern with high precision. By irradiating metal ions, silicon, or hydrogen ions on the lower layer film, by forming a thin high-density layer, it is possible to control the scattering of incident electrons during electron beam writing, and the proximity effect due to adjacent patterns・By charging up the incident electrons, it is possible to form accurate and fine resist patterns with no pattern distortion. In addition, by coating a metal-containing inorganic polymer on the lower layer film to form a high-density layer, it is possible to reduce the proximity effect (\ \ charge-up occurs). It is possible to form a resist pattern with a high density, making it possible to greatly contribute to the production of ultra-high density integrated circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(上 本発明における第一の実施例の工程断面図
 第2図は同第二の実施例の工程断面は第3図は同第三
の実施例の工程断面図 第4図は同第四の実施例の工程
断面図 第5図は実施例2における現像時間と、上層レ
ジストパターンの線幅の変化を示したグラフであり、第
6図は従来の多層レジスト法の工程断面図であも
Figure 1 (top) A cross-sectional view of the process of the first embodiment of the present invention Figure 2 is a cross-sectional view of the process of the second embodiment Figure 3 is a cross-sectional view of the third embodiment of the invention Figure 4 is the same A cross-sectional view of the process of the fourth embodiment. Figure 5 is a graph showing the development time and the change in line width of the upper resist pattern in Example 2. Figure 6 is a cross-sectional view of the process of the conventional multilayer resist method. Amo

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)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、上記有機膜上に、イオン照射をすることによ
って高密度層の膜を形成する工程と、上記有機上に電子
線レジストを塗布し熱処理する工程と、パターン描画後
、現像し、レジストパターンをマスクとして高分子有機
膜をエッチングする工程とを備えてなること特徴とする
微細パターン形成方法。
(1) A step of applying and heat-treating a polymeric organic film on a semiconductor substrate, a step of forming a high-density layer film on the organic film by irradiating ions, and applying an electron beam resist on the organic film. 1. A method for forming a fine pattern, comprising the steps of coating and heat-treating the film, and after drawing the pattern, developing it and etching the polymeric organic film using the resist pattern as a mask.
(2)高分子有機膜上に照射するイオンとして、シリコ
ン、タングステン等の金属イオンを加速電圧40kV以
下、照射量1×10^1^6ions/cm^2以上照
射することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の微
細パターン形成方法。
(2) A patent claim characterized in that the polymeric organic film is irradiated with metal ions such as silicon or tungsten at an acceleration voltage of 40 kV or less and a irradiation dose of 1×10^1^6 ions/cm^2 or more. The fine pattern forming method according to item 1.
(3)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、上記有機膜上に、水素イオンを1×10^1
^6ions/cm^2以上照射することによって、高
密度層の膜を形成する工程と、上記有機膜上に有機シリ
コン化合物を塗布し熱処理する工程と、上記有機シリコ
ン化合物上に電子線レジストを塗布し熱処理する工程と
、パターン描画後、現像し、レジストパターンをマスク
として、有機シリコン化合物、高分子有機膜をエッチン
グする工程とを備えてなることを特徴とする微細パター
ン形成方法。
(3) A process of applying and heat-treating a polymeric organic film on a semiconductor substrate, and adding 1×10^1 hydrogen ions onto the organic film.
A step of forming a high-density layer film by irradiating at ^6 ions/cm^2 or more, a step of applying an organic silicon compound on the organic film and heat-treating it, and applying an electron beam resist on the organic silicon compound. 1. A method for forming a fine pattern, the method comprising: a heat treatment step; and a step of developing the pattern after drawing it and etching the organic silicon compound or polymeric organic film using the resist pattern as a mask.
(4)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、上記有機膜上に、含金属無機高分子膜を塗布
し熱処理する工程と、上記無機高分子膜上に電子線レジ
ストを塗布し熱処理する工程と、パターン描画後、現像
し、レジストパターンをマスクとして、無機高分子膜、
高分子有機膜をエッチングする工程とを備えてなること
を特徴とする微細パターン形成方法。
(4) A step of applying an organic polymer film on the semiconductor substrate and heat-treating it; a step of applying a metal-containing inorganic polymer film on the organic film and heat-treating it; and a step of applying an electron beam resist on the inorganic polymer film. After the pattern is drawn and developed, the inorganic polymer film is formed using the resist pattern as a mask.
A method for forming a fine pattern, comprising the step of etching a polymeric organic film.
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