JPH03179724A - 電子線リソグラフィ用下層材料及びこれを用いたパターン形成方法 - 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） この発明は、電子線リソグラフィ法用の下層材料及びこ
れを用いたパターン形成方法に間するものである。

（従来の技術） 半導体素子の高集積化を図るため、サブミクロンレベル
の微細加工技術がますます必要になってきている。そこ
で、レジストパターンの形成に際しても、電子線により
レジストに所望のパターンを直接描画して所望のパター
ンを形成する方法（以下、電子線リソグラフィと云う、
）か用いられつつある。

しかし、電子線リソグラフィの解像度は入射電子のレジ
スト内散乱に起因する近接効果により低下する。即ち、
入射電子のレジスト内散乱（前方散乱）による分布の拡
がりや、下地例えば基板により反射され生じる後方散乱
電子により解像度が低下してまう、従って、電子線リソ
グラフィにより、微細かつ高アスペクト比の多層配線パ
ターン、ゲートパターン、コンタクトパターン等を形成
するには、上述の近接効果の低減が必須であフた。

そこで、電子線リソグラフィの分野においては、多層レ
ジスト法が早くから検討されていた。

多層レジスト法のうちの三層レジスト法では、基板上に
、基板上の段差を平坦化するための有機ポリマーから成
る膜厚が厚い下層と、酸素ガス反応性イオンエツチング
（０２−ＲＩＥ）に耐性を示す中間層と、電子線レジス
トでｔｉ戒された上層とがこの順に形成される。次に、
この多層膜の、先ず最上層の電子線レジストに対し電子
線描画が行なわれさらに現像が行なわれ、次に、電子線
レジストパターンがマスクとされ中間層のエツチングが
なされ、次に、下層が０２−ＲＩ　Ｅによってエツチン
グされる。この結果、高アスペクト比のパターンが得ら
れる。

また、多層レジスト法のうちの二層レジスト法では、上
述の上層及び中間層の両機能を持つケイ素含有レジスト
が用いられ、中間層の形成工程及び中周層のエツチング
工程が省略される。

しかし、多層レジスト法では各層が絶縁体で構成されて
いたため、電子線描画の際にその電荷か多層膜に蓄積さ
れでしまう（チャージアップと称される現象）。この結
果、負電荷同士の反発により電子線描画装置のビームが
曲げられるため、描画パターンの位置ずれが生しでいた
。チャージアップにより生しる上述のようなパターンす
れは、サブミクロンルールのパターンを形成する場合特
に問題になる。

そこで、チャージアップを防止するための何らかの手当
が必要になる。具体的には多層膜に何らかの導電性を付
与すれば良く、その−例としては例えば文献（ＳＰＩＥ
（エスピーアイイー）　Ｖｏｌ。

９２３　、　ｐｐ、　２８１〜２８８　（１９８８））
に開示されている方法かあった。

この文献に開示の方法は、三層レジスト法において、下
層形成後にこの表面（こ水素イオンを照射して下層に導
電性を付与するものであった。この方法１こよれば、例
えば、シリコン（Ｓｉ）基板上に厚さが１．７ｕｍのレ
ジスト層から成る下層を形成後、この下層に対し水素イ
オンを加速電圧４０ＫｅＶ及びドーズ量１×１０Ｉ６個
ｃｍ−２の条件で照射することにより、下層のシート抵
抗が１０１３Ω／口から１０’Ω／口に低下し、この結
果、描画パターンの位置ずれが防止出来た。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、上述の文献に開示の方法では、水素イオ
ンを照射するための専用の装置が必要になるという問題
点があった。現行のフォトリソグラフィ及び電子線リソ
グラフィ工程中（こおけるレジスト層形成工程では回転
塗布装置、ホットプレートのみが使用されていることを
考えると、水素イオン照射装置等のような真空装置は、
現行工程では異質の装置になる。従って、水素イオン照
射装置導入によるコスト上昇、水素イオン照射工程を追
加することによるスルーブツト低下等の種々の弊害を招
いてしまう。

この発明は、このような点に鑑みなされたものであり、
従ってこの発明の目的は、現行の電子線リソグラフィ工
程を変更することなくチャージアップによるパターンず
れを除去出来る電子線リソグラフィ用下層材料及びこれ
を用いたパターン形成方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この出願の第一発明によれ
ば、電子線リソグラフィ用レジストの下側に形成するた
めの下層材料を、樹脂及びグラファイトを含むもので構
成したことを特徴とする。

また、この出願の第二発明（こよれば、電子線リソグラ
フィによりパターン形成するに当たり、下地上側に樹脂
及びグラファイトを含む下層を形成する工程と、 この下層上に中間層を介して又は直接電子線リソグラフ
ィ用レジスト層を形成する工程と、この積層状態におい
て戦術の電子線リソグラフォトレジストに対し電子線を
選択的に照射する工程とを含むことを特徴とする。

ここで、第−及び第二発明で用いるグラファイトとしで
は、例えばカーボンブラックより得たグラファイト、石
油コークスグラファイト、熱分解グラファイト、ウィス
カー型グラファイト、単結晶グラファイト等を挙げるこ
とが出来る。また、樹脂としでは、特別に用意しても勿
論良いし、簡易には、多層レジスト法においで従来下層
として通常使用されでいたフォトレジストを用いても良
い。

なお、グラファイトの粒径は、導電性付与の点及び下層
の成膜性の点を比較考量して決定するのか良い。

また、本発明の下層材料におけるグラファイトの含有量
であるが、グラファイトが多すぎると下層の膜質がぜい
弱になったりグラファイト粒子が下層から放出されパー
ティクル（ここでは塵埃の意味）になり好ましくない、
また、少すぎるとチャージアップ防止効果が発現しない
。従って、この出願に係る発明者の詳細な実験によれば
、グラファイトの含有量は、５〜４０重量％の範囲内と
するのが好適である。なお、ここで云う含有量とは、 である、また、樹脂として市販のレジストを用いる場合
の上記含有量算出で云う樹脂の重さとは、レジスト中の
固形分の重さである。

（作用） このような構成によれば以下に説明するような作用が得
られる。

カーボンブラックより得たグラファイト、石油コークス
グラファイト、熱分解グラファイト、ウィスカー型グラ
ファイト、単結晶グラファイト等のグラファイトの電気
抵抗は、上記列記の順に１０−２Ω・ｃｍ〜１０１Ω・
ｃｍと低くなる。また、これらグラファイトの電気抵抗
は温度依存性を示すか、リソグラフィ工程で使用される
Ｏ〜３００°Ｃ程度の温度範囲では上述の電気抵抗範囲
内で変化する。

また、これらグラファイトは、電気伝導度に異方性があ
ることが知られでいるか、例えば天然単結晶グラファイ
トに近い物性を持つ高配向熱分解グラファイト（目○Ｐ
Ｇ）については室温でのＧａ　　＜ｃ面に平行な方向の
電気伝導度）が２．３×１０’Ｓ−ｃｍ−’、σ。（０
面に垂直な方向の電気伝導度）が５．９８−ｃｍ−’で
あり、いずれの方向においても例えば短結晶シリコンに
比しはるかに高い導電性を有する。

従って、グラファイトを含有させた下層材料の導電性は
、グラファイトを含有させない場合に比へ増加する。な
お、９個のトランス共役二重結合を持ち両端に８−イオ
ノン環の付いた全トランスＢ−カロチンのような低分子
化合物であってもハロゲンやＳＯ２のようなアクセプタ
ーをドーピングすることによってその導電性か増すこと
を考えても、グラファイトを含有させることにより被含
有物の導ｌｉ性が増すことは妥当性がある。

また、グラファイトの相隣り合う０面の間隔は３．３５
人、また、構造単位である六角形の一辺は１．４２大で
あることか知られているので、グラファイトを例えば粒
径０．１ｕｍの微粒子状にした場合でもこの微粒子の同
一面内には構造単位が３．６Ｘ１０５個程度在りざらに
この微粒子はこのような面が３００層も重なっているこ
とになる。従って、下層の膜質を損ねることがないよう
にグラファイトを微粒子状にしで含有させたとしても、
下層に導電性を付与出来る。

（実施例） 以下、この発明の電子線リソグラフィ用下層材料及びこ
れを用いたバターシ形成方法の実施例の説明を行なう。

なお、以下の説明中の使用材料、これらの混合量及び処
理条件等は、この発明の範囲内の好ましい条件を示した
にすぎない。従って、この発明がこれら条件にのみ限定
されるものでないことは理解されたい。

里Ｊｊ塾４例 第１実施例の下層材料を以下に説明するように調整する
。なお、この第１実施例では、樹脂としてＭＰ　１４０
０−３１フオトレジスト（シラブレー社製）を用い、グ
ラファイトとして単結晶グラファイトを用いる。

先ず、単結晶グラファイトをボールミルを用いて充分に
微粉末化する。

次１こ、ＭＰ　１４００−３１フォトレジスト１００ｍ
Ａ中に微粉末化した上記単結晶グラファイト５９を加え
る。

次１こ、この混合物をポットミルに移し、その後、この
混合物を２４時間粉砕・混練して、第１実施例の下層形
成材料を得る。

なお、ＭＰ　１４００−３１フオトレジストは、固形分
を３１重量％含んでいるので、このレジストの比重が約
１であるとして、第１実施例の下層材料（こおけるグラ
ファイトのおおよその含有量（重量％）は、５Ｘ　１０
０／　（３１＋５）　＝１４％である。

次に、下地としてのシリコンウェハ上に第１実施例の下
層材料を２０００回転／分の条件でスピンコードする。

その後、ホットプレートを用い、このシリコンウェハ８
１００℃の温度で１分間さらに２２０℃の温度で３分間
ベーキングする。これにより、シリコンウェハ上に膜厚
が２．５ｕｍの下層を形成する。

次に、この下層上にＳＮＲ−Ｍ２　（東ソー製の電子線
レジスト）をスピンコードする。その後、ホットプレー
トを用いこのシリコウェハを８０℃の温度で１分間ベー
キングする。これにより、膜厚が０．３５ｕｍの電子線
レジスト層を形成する。

次に、加速電圧が２０ＫＶの電子線を用いドズ量２０ｕ
Ｃ／ｃｍ２の条件で上記電子線レジスト層に所定のパタ
ーンを描画する。ここで所定のパターンとは、第１図に
示すようなライン部１１と、スペース部１３が各々ｌｕ
ｍでありライン部１１の全長が１１００ｕのラインアン
ドスペースパターン１５である。また、このパターン１
５の描画は、このパターン１５ヲライン全長の半分の位
置で２分割し上側領域工について図中Ｐ、〜Ｐ２まで順
次行ない、次に、下側領域ＩＩについて図中Ｐ３〜Ｐ４
まで順次行なう。

次に、電子線描画済み試料をジイソブチルケトン／エチ
ルシクロヘキサノン（４／１　：体積比）から成る現像
液により３０秒間現像し、その後、エチルシクロヘキサ
ノンにより３０秒間リンスする。

次に、得られた電子線レジストパターンをＳＥＭ（走査
型電子顕微ＷＩＡ）により観察したところ、領域Ｉ及び
領域ＩＩの各パターンのつなぎは良好であり両領域のパ
ターン間のずれは認められなかった。第２図（Ａ）はこ
の様子を示した図であり、実施例のパターンの第１図中
のＱ部分に相当する部分を示した平面図である。

墓ヱｊ９虹例 樹脂としてＭＰ２４００フォトレジスト（シラブレー社
製）を用い、グラファイトとして熱分解グラファイトを
用い、それ以外は第１実施例と同様な手順で第２実施例
の下層材料を調整する。

なお、なお、ＭＰ２４００フォトレジストは、固形分を
１７重量％含んでいるので、このレジストの比重が約１
であるとしで、第２実施例の下層材料におけるグラファ
イトのおおよその含有量（重量％）は、５Ｘ１００／　
（１７＋５）＝２３％である。

次に、シリコンウェハ上に第２実施例の下層材料を第１
実施例の場合と同様な手順で塗布し、その後ベーキング
して、第２実施例の下層材料から成る下層を形成する。

但し、この下層の膜厚は１．２ｕｍである。

次に、第１実施例と同様に、この下層上に電子線レジス
ト層を形成し、ざらに、電子線描画、現像、リンス及び
ＳＥＭによる観察を行なう。

第２実施例の場合も、第１実施例同様に位置ずれの無い
所望のパターンが得られていた。

處較１ シリコンウェハ上１こＭＰ１４００−３１フォトレジス
ト！２０００回転／分の条件でスピンコトする。その後
、ホットプレートを用い、このシリコンウェハｔ１００
℃の温度で１分間ざらに２２０℃の温度で３分間ベーキ
ングする。これにより、シリコンウェハ上にグラファイ
トは含まない膜厚が２．３ｕｍの下層を形成する。

次に、第１実施例と同様に、電子線レジスト層を形成し
、ざらに、電子線描画、現像、リンス及びＳＥＭによる
観察を行なう。

得られた比較例のパターンでは、第２図（Ｂ）に示すよ
うに、領域Ｉのパターンに対し領域Ｈのパターンか、Ｘ
方向に１．５ＬＩｍ、１／方向に１゜７ｇｍずれている
ことが分った。

上述の実験結果から明らかなように、この出願の電子線
りソグラフイ用下層材料は、従来の平坦化層として使用
できることは勿論のこと、チャージアップによるパター
ンずれを防止出来ることが分る。

上述においてはこの出願の電子線リソグラフィ用下層材
料及びこれを用いたパターン形成方法の実施例につき説
明したが、これら発明は上述の実施例のみに限定される
ものでない。

例えば上述の実施例では、下層材料の樹脂分として市販
のフォトレジストを用いでいたが、レジストの代わりに
単なる樹脂但し多層レジストプロセスでの選択エツチン
グ性等を満足する樹脂を用いても良い、そして、この樹
脂と、グラファイトとを適切な溶剤に入れ塗布溶液を調
整すれば下層材料の塗布溶液となる。

また、上述の実施例では、グラファイトとして単結晶グ
ラファイト又は熱分解グラファイトを用いていたが、他
のグラファイトでも勿論良い。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この出願の第一発
明の電子線リソグラフィ用下層材料及び第二発明のパタ
ーン形成方法によれば、電子線レジスト描画時のチャー
ジアップを防止出来よってパターンずれの無い所望のパ
ターンが得られる。

しかも、レジスト膜形成のための工程は従来と同じで艮
いため、コストアップやスルーブツト低下が起こること
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図（よ、描画パターンの説明に供する図、第２図（
Ａ）は、実施例のパターンを示す図、第２図（Ｂ）は比
較例のパターンを示す図である。 １１・・・ライン部、　　　　　１３・・・スペース部
１５・・・ラインアンドスペースパターン。 特 許 出 願 人 沖電気工業株式会社 ５ １１ニライン部 １３ニスペ一ス部 １５ニラインアンドスペ一スパターン 描画パターンの説明に供する図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子線リソグラフィ用レジストの下側に形成する
   ための、樹脂及びグラファイトを含むことを特徴とする
   電子線リソグラフィ用下層材料。
2. （２）前記グラファイトの含有量が５〜４０重量％であ
   る請求項１に記載の電子線リソグラフィ用下層材料。
3. （３）電子線リソグラフィによりパターン形成するに当
   たり、 下地上側に樹脂及びグラファイトを含む下層を形成する
   工程と、 該下層上に中間層を介して又は直接電子線リソグラフィ
   用レジスト層を形成する工程と、 該積層状態において前記電子線リソグラフィ用レジスト
   に対し電子線を選択的に照射する工程とを含むことを特
   徴とするパターン形成方法。
4. （４）前記下層中のグラファイトの含有量が５〜４０重
   量％である請求項３に記載のパターン形成方法。