JPS60218843A - パタン形成方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体集積回路などのノ臂タン形成において、
微細かつ高精度なノ９タン形成を行なう方法に関するも
のである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体集積回路などの／４’タン形成は半導体基板に光
あるいは電子線などの高エネルギー線に感応するレゾス
トを塗布し、これに該高エネルギー線を照射し、その後
現像を行ないバタン形成する。例えば、ボッ形レゾスト
の場合、高エネルギー線の照射にょクレゾストがエネル
ギーを吸収し、これによってレゾストの主鎖あるいは側
鎖の切断が起って分解し現像溶媒に可溶となる。このた
め、現像後に高エネルギー線を照射した部分のレゾスト
が除去されノやタンが形成される。

バタンか微細化すると、光露光では回折現象により形成
バタンの解像性が低下するため、電子線やＸ線などの高
エネルギー線が有利となる。

しかし、これらの高エネルギー線にも解像性を劣化させ
る要因がある。第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）
に電子線を用いた従来のノｆタン形成方法について示す
。第１図＜１）において、電子線ｌで基板３に塗布され
た感応材料（レゾスト２）を照射すると、レゾストおよ
び基板内に進入した電子は分子や原子と衝突し、後方散
乱電子４となって基板外に放出される。後方散乱電子の
飛程は電子線のエネルギーや基板の密度によって決るが
、通常数ないし十数ミクロンに及ぶ。この過程でレゾス
トは後方散乱電子にょシ再び感応しへ第１図（ｂ）の点
線で示したごとく、レゾストの分解領域は照射した電子
線の寸法（ビーム寸法）よりも広い範囲に及ぶ。このよ
うにレノスト中の電子線によってもたらされる蓄積エネ
ルギー量は、レゾストの上層部程ビーム寸法からの広が
りが小さくビーム寸法を反映したものとなる。現像工程
では、レゾストの上層部からレゾストの溶・解がすすむ
ため現像溶媒が基板に到達した時には、第１図（、）の
ごとくバタン幅はビーム寸法に較べ大きく広がってしま
う。すなわち、・レゾストの上層部における蓄積エネル
ギー量はレゾストの下層部に比して少ないが、現像溶媒
に浸漬される時間が長く横方向にレノストの溶解がすす
む。一方、レゾストの下層部はレゾスト中の蓄積エネル
ギ、−量が大きく、レゾストの溶解が急速に進行するた
め溶解領域は短時間のうちに広がる。このことにより、
ビーム寸法よりも広がったレゾスト／ぐタンが形成され
る。特に、バタン密度が高い場合には隣接したバタン部
を照射した時に発生する後方散乱電子の作用によりバタ
ンの解像性は著しく低下するという欠点があった。かか
る事情はＸ線露光における二次電子の発生がもたらす解
像性の低下、あるいは光露光における定在波の介在によ
るバタンエッソの不均一性など基板の影響による解像性
の劣化という観点からは共通した問題である。

〔発明の目的〕

本発明は、電子線描画での後方散乱電子、Ｘ線露光での
二次電子および光露光での定在波の介在による解像性や
寸法精度の低下を除くため、レゾストの上層部に形成し
た／４タンをレゾストの下層部に転写することを特徴と
したもので、矛の日藺Ｈ所田の励鋪−母よンを恵諧麻に
組入ｒとにある。

〔発明の実施例〕

第２図（、）〜（、）は本発明の一実施例を示す。第２
図（ＩＬ）に示すように、基板３に塗布した感応材料（
レゾスト２）に電子線１で描画する。この時、照射量は
十分に少なく、例えば適正照射量の１１５〜１／１０と
する。これにより、該レゾストを現像すると第２図（ｂ
）に示したごとくレゾスト２の上層部にビーム寸法を反
映した凹形の／４タンが形成される。該バタンに第２図
（ｃ）に示すごとくレゾスト２よシエッチング速度の遅
い材料５を塗布する。これには、レゾストとのエツチン
グ選択比の大きい材料、例えばシロキサン樹脂やスピン
オングラスなどを用いる。これら′の材料はスピンコー
・夕で手軽に、しかも均一性よく塗布できるので非常に
プロセスを簡略化できる。例えばシロキサン樹脂を塗布
した場合、ＣＦ４．ｆス雰囲気中でエツチングするとシ
ロキサン樹脂社均−にエツチングされる。エツチング時
間を適切に設定すると第２図（ｄ）で示すように、レゾ
ストの上層部に形成したツクタンの凹部のほぼ中央まで
シロキサン樹脂はエツチングされる。

その後、異方性エツチング装置を用いて０□ガス雰囲気
中でエツチングすると第２図（、）に示すようにシロキ
サン樹脂の下部以外のレゾストはすべて除去され、シロ
キサン樹脂の下部にビーム寸法を反映したＡ？メタン形
成される。

本実施例でＣＦ’４ｆスによるシロキサン樹脂のエツチ
ングをレゾストの上層部に形成したノ４タンの凹部の中
央よりさらに深くすると、ビーム寸法よりも小さいｉ４
タン形成も可能である。また、後方散乱電子の影響が少
ないレゾストの上層部に形成したパタンを使用している
ので、孤立ノ４タンでも、隣接した／ｆメタンも同一条
件で描画できる。さらに、／ヤタン形成のために必要と
なる照射量も大幅に減るため生産性の向上にもつながる
。

つぎに、本発明の具体的な実施例を示す。シリコンウェ
ハ基板に膜厚１μｍのホゾ形しゾスト、フェニールメタ
クリレート−メタクリル酸共重合体（φ−ＭＡＣ）を塗
布し、２００℃で一時間のプリベークをする。この試料
に０．２μｍ寸法の電子＃（３０ｋｅＶ　）を照射する
。照射ｉ拡従来の・臂り／形成法で必要となる照射量の
約１７１　Ｏの１０μＣ／ｃｍ２　とした。これを１，
４−ジオキサン２５％とゾインプチルヶトン７５％の混
合液に浸漬し現像すると電子線照射部にビーム寸法を反
映した深さ０．１５μｍ〜０．２μｍの凹／ぐタンが得
られた。この上にシロキサン樹脂をスピンコータによジ
膜厚０．６μｍ塗布すると、試料表面は平坦となる。こ
の試料を反応性イオンエツチング装置により、流ｉ　５
０　ｓｅｃｍのＣＦ４ガスを流して、／４ワー密度０．
３Ｗ／ｃｒＩＬ２で１２分間エツチングする。

その結果、シロキサン樹脂はレノストノ臂タン凹部のほ
ぼ中央までエツチングされた。その後、再び反応性イオ
ンエツチング装置により流量５０５ｃｃＨ１の０２ガス
を用いて、／切−密度０．夙２で１０分間エツチングす
ると、シロキサン樹脂の下部にアスペクト比の高いレノ
ストノ母タンが形成できた。この場合、シロキサン樹脂
はほとんどエツチングされず、φ−ＭＡＣのみがエツチ
ングされる。得られｆｃバタン寸法はビーム寸法を極め
て忠実に反映しており、０．０５μｍ以下の寸法精度で
あった。第１図に示す従来の方法では、後方散乱電子の
ため０．２μｍもの／４タン寸法の広がりがあるのに対
して、本方法では高精度な一量タン形成が可能であった
。

光露光を用いた実施例について示す。１μｍ幅のパタン
を有するマスクを介してホゾ形しゾス）ＡＺ１３５０Ｊ
に凹形パタン転写をした。光の照射量としては通常の約
１／１０の６ｍＪ／ｃｍ２に設定した。光の波長として
はｇライン（０，４３６μｍ）を用いた。この試料に前
述と同様にシロキサン樹脂を塗布し、反応性イオンエツ
チング装置にょクシロキサン樹脂をエツチングした。シ
ロキサン樹脂のエツチング工程では少しオーバにエツ、
チングし、レゾストに形成されている凹部の先端から約
５００′ｉのところまでシロキサン樹脂をエツチングし
た。この試料について前述と同得られたパタン寸法はマ
スク寸法よりも小さい０．８μｍ幅のパタンであった。

本方法では、付着材料のエツチング条件を制御すること
により、設計Ａｌタンより微細なパタンを形成すること
が可能であった。また、これらの実施例では従来法の約
１／１０の照射量で／ぐタン形成を行っておフ、照射時
間も大幅に短縮できた。

感応材料を変えた実施例を示す。シリコンウェハに１μ
ｍ膜厚のポリα、α−ツメチルペンシルメタクリレート
からなる高分子膜を塗布する。

これに２０μＣ贋の電子線を照射すると該高分子膜の表
面に深さ０．２μｍの凹バタンか形成される。これに、
シロキサン樹脂を付着させ、前述の方法によってシロキ
サン樹脂およびポリα、α−・ジメチルペンゾルメタク
リレートからなる高分子膜のエツチングを行い、ビーム
寸法と同じ１μｍ／４タンを得た。このような感応材料
では、公知のように電子線の照射により高分子の主鎖や
側鎖の切断が起って分解し、分子が蒸発するが簡略化で
きる。電子線照射だけで高分子が分解し、現像液を用い
る現像をせずに凹状・臂タン形成が可能な材料としては
上記ポリα、α−ツメチルペンシルメタクリレート以外
に、Ｍｌモモ２フ マまたはＭ１モノマ群とＭ２モノマ群の組合せからなる
コポリマを用いるもので、Ｍｌモモ２フ レート、α−メチルペンシルメタクリレート、ジフェニ
ルメタクリレート、トリフェニルメタクリレート、フェ
ニルメタクリレートなどのアリールメタクリレートおよ
び第三ブチルメタクリレート、Ｍ２モノマ群としては、
ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ，）ＣＯＯＲで表わされ、アルキル基
またはハロアルキル基Ｒが炭素数５以下であるアルキル
メタクリレートおよびハロアルキルメタクリレ−トラ用
いても、本発明の作用を実現できる。第−表は本実施例
と同じ作用が得られる感応材料の例を示したものである
。深さ０．２μｍの凹／４タンを形成するのに必要な照
射量を示しである。これらは高エネルギー線照射により
感応材料の上層部のみに凹パタンを形成すればよいため
、材料選択の範囲も広い特徴がある。

第−表 つぎに、付着材料としてアモルファスシリコン膜を用い
た実施例を示す。シリコンウェハに１μｍ膜厚の前述の
φ−ＭＡＣを塗布し、電子線によシ前述の描画条件およ
び現像条件で凹形パタンを形成する。これに、アモルフ
ァスシリコン膜をスパッタ装置を用いて付着した。これ
自体は公知の高周波スパッタ法により０．１μｍ／１０
分の付着速度でアモルファスシリコン膜は形成できる。

実施例では、膜厚０．６μｍのアモルファスシリコン膜
を形成した。これを、平行平板形ドライエツチング装置
により、流量２　０　ｓｅｃｍ　のＣＣｌ２Ｆ２ガスを
用いて、パワー密度０．３　８Ｗ／ｃＩｎ２で約２０分
エツチングした。その結果凹形パタンの１１は中央まで
アモルファスシリコンは均一にエツチングされた。さら
に、凹部に残存するアモルファスシリコンをマスクとし
て０２ガス雰囲気中でφ−ＭＡＣをエツチングするとア
モルファスシリコンの下部に１？タンが形成できた。

以上述べたように実施例では感応材料を感応する高エネ
ルギー線として電子線および元を用いたが、Ｘ線やイオ
ンビームなどを用いても同材料として本文中にのべたレ
ゾスト材の外、ＰＭＭＡ　（ポリメチルメタクリレート
）やＦＢＭ（ポリへキサフロロブチルメタクリレート）
などの電子線レゾストおよび０ＦＰＲ　−　８　０　０
などのホトレゾストなど高エネルギー線に感応するすべ
ての材料に対して適用が可能である。また、付着材料と
しては、上述したシリコン化合物あるいはシリコンの外
、ポリイミド膜やカーぎン膜など感応材料とのエツチン
グ選択比がとれるすべての材料に対して適用が可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、レゾストの上層部に形成
されたパタンをレゾストの下層部に転写するので電子線
描画での後方散乱電子、Ｘ線露光での二次電子および光
露元での定在波などの影響が軽減でき、設計パタンに忠
実なパタン形成が可能となる利点がおる。また、・照射
量を大幅に減少することができるため、パタン形成時間
が短縮できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のバタン形成方法の説明図、第２図は本発
明の一実施例を示す・ぐタン形成工程図でおる。 ｌ・・・電子線、２・・・レゾスト、３・・・基板、４
・・・後方散乱電子、５・・・感応材料とはエツチング
速度の異なる付着材懸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　元、電子線、Ｘ線もしくはイオンビームなどの高
   エネルギー線を用いて、ノ臂タンを形成する方法におい
   て、該高エネルギー線を、これに感応する感応材料に照
   射して、感応材料の上層部に凹状の／ぐタン形成を行い
   、該ｚ４’タン形成部に該感応材料とのエツチング選択
   比がとれる材料を付着せしめ、該付着材料を均一にエツ
   チングした後、上記凹部に残存する該付着材料をマスク
   として該感応材料の下層部に・ぐタンを転写することを
   特徴とする・ヤタン形成方法＠２、　上記感応材料とし
   てボッ形レゾストを使用することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のバタン形成方法。 ３、上記付着材料としてシリコンまたはシリコン化合物
   を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   バタン形成方法。 ４、上記感応材料として、高エネルギー線の照射だけで
   、現像液を用いる現像をせずに凹状ノ４タンが形成でき
   るＭ１モノマ群から選ばれるホモポリマまたはコポリマ
   またはＭｌモノマ群とＭ２モノマ群の組合せからなるコ
   ポリマを用いるもので、Ｍ１モノマ群としてはα、α−
   ツメチルペンシルメタクリレート、α−メチルペンシル
   メタクリレート、ジフェニルメタクリレート、トリフェ
   ニルメタクリレート、フェニルメタクリレートなどのア
   リールメタクリレートおよび第三ブチルメタクリレート
   、Ｍ２モノマ群としては、ＣＨ２＝　Ｃ（ＣＨ３）Ｃ０
   ＯＲで表わされ、アルキル基またはハロアルキル基Ｒが
   炭素数５以下であるアルキルメタクリレートおよびハロ
   アルキルメタクリレートを用いることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の・母タン形成方法。