JPH0450947A - 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　荷電ビーム直接描画により、半導体等の基板
上に高精度微細加工用のレジストパターンを形成するパ
ターン形成方法に関すム従来の技術 従来　ＩＣ及びＬＳＩ等の製造において（表　紫外線を
用いたホトリソグラフィによってパターンを形成してい
ａ　近ＬＬＳＩ素子のパターン寸法の微細４Ｅ、　　ま
たＡＳＩＣの製造に伴ｔ、Ｘ、少量多品種の要求より電
子ビームによる直接描画技術が開発されていも　しかし
　パターン形成に用いれられる電子ビームパターン形成
材料は一般にドライエッチ耐性に乏しく、また近接効果
とよばれる基板からの反射の影響により、解像性が悪く
、多層レジストを用いたパターン形成方法が提案されて
いる〔例えばＧ、Ｎ、Ｔａｙｌｅｒ　ｅａ　ａｌ、、プ
ロシーデレブオブエスピーアイイ（Ｐｒｏｃ、ｏｆ　５
ＰＩＥ）、Ｐ９２０−９３７、（１９８８）］。電子ビ
ームをもちいたリングラフィシ友　基板からの反射（近
接効果）の補正が必要不可欠であも　これを克服するた
めに多層レジスト法によるパターン形成方法が一般的で
あも　多層レジスト法はシリコン含有レジストによる２
層法と、通常の有機レジストによる３層法があも　これ
ら両者を比較すると２層法が工程数も少なくパターン転
写による寸法の変動も小さく、実際の量産に適した技術
であると考えられる。従来の２層レジストによるパター
ン形成方法を第２図を用いて説明すも　半導体等の基板
ｌ上に高分子有機膜（例えばＲＧ３９００Ｂ、日立化成
（株））を回転塗布し膜厚２．０μｍの下層膜５１を得
る（第２図（ａ））。次にシリコン化合物よりなるパタ
ーン形成材料５２を回転塗布し膜厚１．０μｍの上層レ
ジスト膜を得る。そして、電子ビーム１２で前記上層レ
ジストを選択的に直接描画する（第２図（ｂ））。つぎ
に有機溶剤で現像を行ないポジ型の上層パターン５２Ａ
を得る（第２図（Ｃ））。そして最後に上層パターン５
２Ａをマスクとし下層レジスト５１をエツチングしパタ
ーンを転写してパターン５２Ａを形成する（第２図＜ｄ
））。

発明が解、決しようとする課題 しかし　従来の上層に用いられるシリコン化合物は主鎖
の切断反応に伴う分子量差による溶解速度の差を利用し
たものであるた＆ｇ度が低く、電子ビーム露光法による
欠点である低いスルーブツトを解決することができなζ
〜　また分子量差によるパターン形成方法のた敢　現像
液として有機溶剤（例えばアルコ−／ｋ　　シクロヘキ
サン等）を用いる必要があり、作業者の健康に多大な影
響を与えも　ざらく　サブミクロン以下の超微細動ニレ
ベルでは近接効果による影響が大きく第２図に示すごと
く上層レジストパターンは逆三角形となり下層レジスト
へのパターン転写の際　寸法のシフトが重大な問題とな
も 近紙　高感度を存するレジストとして化学増幅作用を利
用したものが考案され　電子ビーＡＸ線　エキシマレー
ザ等の高エネルギー源を用いたりソグラフィへの応用が
検討されている（例えばＭａｃｆａｒｌａｎｄ　ｅｔ　
ａｌ、、Ｐｒｏｃ　ｏｆ　５ＰＩＥ、Ｐ９２０−２３．
（１９８８））。これら化学増幅系レジストは２層レジ
スト法の上層レジストとして用いた場合　下層レジスト
との間に高い選択比を有さす、また下層　上層レジスト
の界面でミキシングが発生し　結果として良好なパター
ンを形成することができな（〜　そのため中間層として
、シリコン化合物（例えばＳ○Ｇ）を成膜し３層レジス
ト法として利用せざるを得なｔ〜　３層レジスト法は工
程数の増加にともなうスルーブツトの低下、エツチング
プロセスの増加に伴うダストの増加　寸法シフトの増大
等の問題点があり。すなわち高感度なレジストによる２
層しジスト法ζよ　高スループツト、低ダストで高歩留
りな半導体集積回路の製造において極めて重要となも　
したがって本発明Ｌ　　高感度なパターン形成材料を用
いた２層レジストプロセスを用いることにより高スルー
プツト、低ダストで高歩留りな電子ビーム露光法を提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明のパターン形成方法ｔＬ　　基板上に高分子有機
膜を成膜、　熱処理する工程と、酸雰囲気下でアルカリ
可溶性となる官能基を有するシリコン系樹脂　露光によ
り酸を発生する感光性化台帳　前記樹脂及び感光性化合
物を溶解可能な溶媒を含むパターン形成材料を成膜、　
熱処理する工程と、電子ビームで前記材料膜を選択的に
露光する工程と、前記材料膜を加熱処理する工程と、前
記材料膜を現像して前記材料膜のパターンを形成する工
程と、前記材料膜をマスクとし前記高分子有機膜にパタ
ーンを転写する工程を有することを特徴とするパターン
形成方法を提供するものであも　また本発明はパターン
形成材料中のシリコン原子含有率が重量比で５％以上で
あるパターン形成方法を提供すも　官能基がメチル、イ
ソプロピノｋ　ターシャルブチル、メトキシメチル、イ
ソプロポキシメチル、テトラヒドロピラニルｋ　テトラ
ヒドロピラニル、　トリメチルシリノｋ　ターシャルブ
トキシカルボニノｋ　イソプロポキシカルボニルのいず
れかを含むことを提供すも　現像液がアルカリ水溶液で
あることを特徴とする。

作用 本発明の方法について説明すると、電子ビームで露光さ
れた感光性化合物は下記に示す化学反応にしたがって酸
を発生すム 露光工程に続いて加熱処理工程を行なうことにより、シ
リコン系樹脂の官能基が酸により化学変化をうけて、ア
ルカリ可溶性となり、結果としてアルカリ現像液に溶解
可能となム 他人　未露光部は酸が発生しないた敢　加熱処理中も何
ら化学変化をうけず、アルカリ可溶性基の発現はなｔ〜
　このように露光部と未露光部で現像液に対して大きな
溶解速度が生じるた敢　本発明の方法によれば良好なコ
ントラストを有したポジ型のパターンを形成することが
可能である。また　露光で発生した酸は触媒的に作用す
るた数置光は必要な酸を発生させるだけでよく、露光エ
ネルギーの低減　即ち感度の向上が可能となった実施例 本発明者らは電子ビームを用いた２層レジスト法の感度
を向上させるために化学増幅作用を用いることを考案し
た　化学増幅作用は露光により発性した酸を触媒的に樹
脂と反応させるた取　従来の主鎖切断型反応を用いたレ
ジストと比較し１０倍以上の感度向上を達成することが
できも　また樹脂に酸素系プラズマエツチングに高い耐
性を有するシリコンを含有させることにより、下層レジ
ストとのエツチング選択比を得ることが可能である。本
発明者らはシリコン含有率を検討した結果樹脂中にシリ
コン原子から５％以上含有する樹脂を用いたレジストは
下層レジストとの選択比が１０以上あることがわかっ九
　また官能基としてはメチ／ｋ　　イソプロピ／ｋ　　
ターシャルブチ／ｋ　　メトキシメチ瓜　イソプロポキ
シメチル、テトラヒドロピラニルｋ　テトラヒドロピラ
ニルｋ　トリメチルシリＡｙ、　　ターシャルブトキシ
カルボニノｋ　イソプロポキシカルボニル等が挙げられ
る力（これらに限定されるものではなく酸雰囲気下でア
ルカリ可溶性反応を示すものであれば何でもよｔ℃　ま
た酸発生剤についても同様で、電子ビーム露光により酸
を派生するものであれば何でもよく、例えば　ニトロベ
ンジル化合物　オニウム塩　スルフォン酸化合物等が挙
げられる力（これらに限定されるものではな（〜　溶媒
についても同様で前記樹脂及び酸発生剤を溶解可能なも
のであれば何でもよ（〜以下に実施例を用いて本発明を
さらに詳細に説明する力（本発明はこれら実施例に何ら
限定されるものではなＩ、〜 （実施例１） 下記の組成で試薬を調整しパターン形成材料としｔら ２ｐ−１ルエンスルフォン酸−２，６−ジニトロベンジ
ル１ｇ３ジエチレングリコールジメチルエーテル７０ｇ ここで［１］の樹脂は官能基としてターシャルブチルカ
ルボニル基を有し　主鎖としてポリシランを用いたもの
であム　その結果として、樹脂中のシリコン含有量は２
０％を超過し　下層レジストの間に良好な選択比を期待
できも　ターシャルブチルカルボニル基Ｇ−１下記に示
すごとく、酸雰囲気下で加熱することにより、−０−Ｃ
−Ｏ−結合が切断され結果として水酸基を発生すム また［２］は酸発生剤の一例として挙げたもので露光に
より以下の反応が発生すム また［３］は前記両者を溶解可能な溶媒であり、人体に
影響がない非アセテート系であム　第１図を用いて本発
明のパターン形成方法の一実施例を説明すも　半導体等
の基板１上に下層である高分子有機膜（例えばＲＧ３９
００Ｂ、日立化成（株））を回転塗布し　膜厚２，０μ
ｍの下層膜５１を得も　（第１図（ａ））。次に上記組
成で混合溶解されたレジストパターン形成材料１１を回
転塗布し膜厚１，０μｍの上層レジスト膜を得も　そし
て、電子ビーム１２で上層レジストパターン材料１１を
選択的に直接描画露光して露光部１１Ｂを形成する（第
１図（ｂ））。その後ホットプレート１３で基板１を加
熱処理する（第１図（Ｃ））。つぎに２．３８％テトラ
メチルアンモニウムヒドロキシ水溶液（ＮＭＤ〜３；東
京応化工業（株））で現像を行ない露光部１１Ｂを除去
してポジ型の上層パターン１１Ａを得る（第１図（ｄ）
）。そして最後に上層パターンＩＩＡをマスクとし下層
レジス５１をエツチングしパターンを転写してパターン
５１Ａを形成する（第１図（ｅ））。ここで本発明のパ
ターン形成方法と、従来のシリコン化合物（下図（Ａ）
）をパターン形成材料として用いた２層レジスト法の比
較を下図に示す。

ことが可能であることを示し　即板　デバイス設計どう
りの特性、信頼性を高歩留りに作製することが可能であ
り、特にサブハーフミクロン程度のデバイス作製にとっ
て極めて意義大なものである。

（実施例２） 酸発生剤を下記のものに変更する以外は実施例１と同様
な実験を行なっ九 本発明のパターン形成方法は従来のパターン形成方法と
比較Ｌ　　１０倍高い感度で良好な選択比を有する上層
パターンを形成することが可能であっ九　その結果　下
層へのパターン転写後のパターン寸法シフトが約１０分
の１と非常に小さい値となり、同時に選択比が高いため
プロセス終了後のダスト数も少なくなっ島　このことは
超微細で高密度な半導体デバイスの設計寸法どうりに形
成する上記の酸発生剤は一般にオニウム塩と呼ばれ一般
的な酸発生剤として用いられるものであもその結果　実
施例１と同様の良好な結果が得られた （実施例３） 樹脂を下記のものに変更する以外は実施例１と同様な実
験を行なった 上記樹脂（ヨ感応基としてターシャルブトキシ基を用い
たもので酸雰囲気下で下記の反応が発生しアルカリ可溶
性となる。従来のｔ−ＢＯＣはその分子中に２ケ所切断
され易い部分を有し　そのた塩パターンの安定性が低（
、結果としてパターン寸法を設計どうりに形成すること
が困難であっ九一方ターシャルブトキシ基は分子内に１
ケ所のみ切断され安い部分を有するた敦　パターン形成
時の安定性に高く、良好なパターン寸法制御性を有す。

その結果　実施例１と同様の良好な結果が得られた （実施例４） 樹脂を下記のものに変更する以外は実施例１と同様な実
験を行なっ九 上記樹脂（よ　主鎖をシロキサン結合としたもので、実
施例１の樹脂と比較し　高い耐熱性を有しこれを用いた
パターン形成材料は非常に良好な耐熱性を有し　良好な
結果が期待されも　その結果実施例１と同様の良好な結
果が得られ九（実施例５） 樹脂を下記のものに変更する以外は実施例１と同様な実
験を行なっ九 上記樹脂ζ友感応基としてトリメチルシリル基を付加し
たもので、この基を導入することによって上層レジスト
中のシリコン原子含有量を像行かさせることが可能で、
結果としてより高い選択比を得ることができも　その結
果　実施例１と同様の良好な結果が得られ九 （実施例６） 樹脂を下記のものに変更する以外は実施例１と同様な実
験を行なっに 上記樹脂（よ　分子中にフェノール基を導入することに
よって、耐熱性を向上させんとしたものであム　また　
フェノール基の−ＯＨは親水性を有し疎水性を示す下層
レジストとの密着性を向上させる効果を有すム　即ち、
耐熱性の高ＬＬ　　良好なパターンが高い密着性と共に
期待されも　その結果実施例１と同様の良好な結果が得
られ九（実施例７） 樹脂を下記のものに変更する以外は実施例１と同様な実
験を行なっｔも 上記樹脂６表　　主鎖としてラダー型ポリシロキサンを
用いたもので、シリコンを含有すると共へその３次元構
造により、高い選択比が期待されもその結果　実施例１
と同様の良好な結果が得られ九 （実施例８） 樹脂を下記のものに変更する以外は実施例１と同様な実
験を行なっ九 上記樹脂は　前記実施例を総合した構造を有するもので
、シロキサン結合による耐熱性と、−ＯＨ基による密着
法　ターシャルブトキシ基によるパターン寸法安定法　
フェノール基による耐熱法　密着性をそれぞれ向上させ
たものであも　その結果実施例１と同様の良好な結果が
得られた（実施例９） 現像液を２．３８％ＴＭＡＲと３％イソプロパツール混
合水溶液に変更する以外は実施例１と同様な実験を行な
った　現像液中にアルコール等の極性溶剤を混合するこ
とによって、疎水性である上層レジスト表面に単分子状
に吸着され　結果として、上層レジスト表面を親水性化
するた数　良好なぬれ性を得ることができも　これら吸
着層はパターン側面にも形成されるた八　結果として、
上層パターンと下層パターンとの界面への現像液の侵入
を阻害することが期待できも　また上層レジスト表面に
おいて、現像液のぬれ性が向上すること（よ露光訊　未
露光部の溶解速度を向上させることができ、結果として
感度の向上が期待されも　その結果　実施例１と同様の
良好な結果約２倍高感度で得られ九　以上のよう凶　本
発明によるパターン形成方法（戴　電子線を用いた２層
レジスト法として高い実用性を有す４　またパターン形
成材粁現像液等の材料を選択することにより様々な特性
を付加することも可能である。本実施例において樹脂の
官能基として安定性の高いターシャルブチル基　シリコ
ン含有率を増加できるトリメチルシリル基　一般的なタ
ーシャルブトキシカルボニル基を用いて説明した力（他
にメチル、イソプロピノｋ　メチルｋ　イソプロピノ民
　メトキシメチル、イソプロポキシメチノｋ　テトラヒ
ドロピラニルテトラヒドロピラニル、イソブロボキシカ
ルボニルメトキシメチノｋ　イソプロポキシメチノｋ　
テトラヒドロピラニルテトラヒドロビラ二］ｋ　イソプ
ロポキシカルボニル等が挙げられる力丈　もちろんこれ
に限定されるものではな鶏　酸発生剤についても同様で
、本実施例においては　一般的なニトロベンジル化合物
を用いて説明した力（電子線露光で酸を発生するもので
あれば何でもよく、他にオニウム塩　スルフォン酸化合
物等をあげることができる力（もちろんこれらに限定さ
れるものではなｔ〜　溶媒についても同様で本実施例に
おいては非アセテート系溶媒としてジエチレングリコー
ルジメチルエーテルを用いて説明した力交　樹脂　酸発
生剤を溶解可能であれば何でもよ（〜　露光光源につい
ても露光により酸を発生するものであれば何でもよ（、
例えばｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）に代表
される紫外ＩＬ　　ＫｒＦ（２４８ｎｍ）ＡｒＦ（１９
３ｎｍ）エキシマレーザに代表される遠紫外線やＸ線が
挙げられる力交もちろんこれらに限定されるものではな
し〜発明の効果 本発明（よ　電子線用２層レジスト法で、高感度式　寸
法シフトの少な１．Ｌ　　ダストフリー・なパターン形
成方法を提供するもの六　本発明によれば０゜３μｍル
ールの超微細パターンを高歩留りで形成することが可能
て　犬なる工業的価値を発揮するものであム

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例のパターン形成方法の工程断
面図　第２図は従来のパターン形成方法の工程断面図で
あも １・・・・基板１１・・・・本発明のパターン形成材粁
１２・・・・電子ビーへ１３・・・・ホットプレート、
５１・・・・下層レジスト、５２・・・・従来のパター
ン形成材挑代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名
第 図 第 図 １　ｌｌｌ−”４＋＝”−Ａ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に高分子有機膜を成膜、熱処理する工程と
   、酸雰囲気下でアルカリ可溶性となる官能基を有するシ
   リコン系樹脂、露光により酸を発生する感光性化合物、
   前記樹脂及び感光性化合物を溶解可能な溶媒を含むパタ
   ーン形成材料を成膜、熱処理する工程と、電子ビームで
   前記材料膜を選択的に露光する工程と、前記材料膜を加
   熱処理する工程と、前記材料膜を現像して前記材料膜の
   パターンを形成する工程と、前記材料膜をマスクとし前
   記高分子有機膜にパターンを転写する工程を有すること
   を特徴とするパターン形成方法。
2. （２）パターン形成材料中のシリコン原子含有率が重量
   比で５％以上であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のパターン形成方法。
3. （３）官能基がメチル、イソプロピル、ターシャルブチ
   ル、メトキシメチル、イソプロポキシメチル、テトラヒ
   ドロピラニル、テトラヒドロピラニル、トリメチルシリ
   ル、ターシャルブトキシカルボニル、イソプロポキシカ
   ルボニルのいずれかを含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のパターン形成方法。
4. （４）現像液がアルカリ水溶液であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のパターン形成方法。