JPS6057938A - 極微細パタ−ン形成方法 - Google Patents

極微細パタ−ン形成方法

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JPS6057938A
JPS6057938A JP16596483A JP16596483A JPS6057938A JP S6057938 A JPS6057938 A JP S6057938A JP 16596483 A JP16596483 A JP 16596483A JP 16596483 A JP16596483 A JP 16596483A JP S6057938 A JPS6057938 A JP S6057938A
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克己 森
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真二 松井
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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】 本発明は電子ビームによって昇華する有機高分子の作成
方法と、極めて細く集束した電子ビームと上記有機高分
子とを用いて極微なパターンを形成する極微細パターン
形成方法に関する。
超LSI技術の発達を支えて来た重要な技術として超微
細加工技術があるが、その中で感放射線レジストは不可
欠の利用技術として認められて来た。感放射線レジスト
は放射lit照射によりて溶剤に溶解されにくくなるよ
うに変性する特性、ある射線を照射し、残留あるいは溶
解せしめてパターンを形成するととKなる。パターンを
形成するためにはレジストの塗布、焼きなまし、露光、
現像、更に焼きなましの工程が必要となる。
従来量も細い描画ができる電子ビームt#画でも、レジ
ストに電子ビームを照射すると、レジスト内の原子と入
射して来た電子とが、衝突をくり返し、入射する際の電
子ビームの径より、はるかに広範囲まで、電子が散乱す
るため露光される範囲が広がりてLま5゜更に露光後、
レジスト膜にパターンを作るために現像液と呼ばれる溶
剤に浸して、レジストの不必要な部分を溶解してパター
ン化した保護膜が形成される訳である。その際、溶剤が
レジスト分子の間に入り込んで、レジストが膨潤などの
現象でレジストパターン自体が変形を生じる。従って従
来の方法で形成できるパターンの寸法は0.1μ+m(
100OJL )程度が限界と思われている。
しかるに、今日の科学の発展により1oooX塀下の、
極微構造物性の新しい分野が開拓されつつあるが、1o
ooX以下の極微構造を制御性をもたせて加工する技術
は極めて困難と思われて来た。
1oooX以下の極微構造を形成するためには、電子の
散乱をできうるかCり少なくすることが必要で、そのた
めにはレジストを薄くすると同時に基板までも極薄にす
ることが要求されるが、この方法で250Xのパターン
を形成したという報告があるが、実用的に必要な金属細
線や半導体極微構造の形成が困難であり、取り扱いに必
要な十分な強度も得られず、実用的価値を見出し得7c
いものである。1oooX以下のw?構造の実IJJK
は特殊のものを除いて実用的に耐える技術け)−]とん
どないといえる。
本発明の目的は上記の亭情を−I4E!!シて、十分な
堆り扱い強度をもった基板の上KK子の散乱の影響がな
く極微構造を実現する方法を提供することである。
さて、100OX以下の極@構造を実現するために必要
なリングラフィ技術は荷電ビームを利用する以外に適当
な手段はない。荷電粒子の内で最も小さく集束しえて分
解能が高いのは電子ビームである。電子ビームは荷電量
がすべての粒子で同じであり制御性が良いことから、極
微構造のリングラフィ技術としてtしている。電子ビー
ムを使って最も微細な構造を作りうる方法は電子ビーム
直接描画と呼ばれる方法である。この方法はレジストと
呼ぶ保護膜を用いるための電子の散乱は避けることかで
きずこの現象が解像限界を与えていた。
解像限界を破る方法として電子の散乱の影響をなくす方
法が提案できる。それには二つある。一つはレジストを
直接電子ビームでエツチングしてしまう方法、もう一つ
は基板上に直接物質をデボジシ日ンさせる方法である。
本発明は前者の直接電子ビームでレジストをエツチング
してしまう方法を与えるものである。
電子ビーム描画に用いられるレジストはPMMA。
PGMAなど多くのレジス、トが開発されているが、い
ずれも直接電子ビームでエツチングすることはできない
。そこで電子ビームの照射によって揮発しやすいフッ化
物の高分子膜を利用して、これをレジストとして、10
00A以下の極微構造金属線又は半導体線等を形成しよ
うとするのである。
まず第1に、フッ化物の高分子膜の形成方法に関して説
明する。
フッ化物高分子はブラズ1重合反応を利用して形成する
。理解をしやすくするため図を用いて説明する。
第1図は本発明に用いる装置の概略図で、電子ビームを
発生し集束する部分と反応ガスX e F 2の供給部
と、電子ビームと反応ガスとを反応きせる容器の3つの
部分から成ることを示している。
電子ビーム112は電子光学系109を通じて集束され
ており、基板105上に必要な電流省度と、ビーム径を
与える様に調整できるよう圧している。X s F z
の供給部101は反応容器106中と細いパイプ103
で継がっており、容器の中で高分子反応に必要なCはC
F4、CHF3などの1%以下の濃度でX e F 2
の中に稀釈された状純で送り出されている。反応容器1
06は10 mtorr 程度になるまで圧力はさげら
れており、基板105上にC,F1分子が吸着する様に
配信しである。
基板105上に吸着したCとFの分子に電子ビームを照
Ωjすることで、e、着分子はイオン化し表面上でマイ
クロプラズマ状態となる。この状態でイオン化した吸着
分子は電子ビームによる励起エネルギーによりて反応し
、プラズマ高分子化反応な生ずる。第2図は模式的にマ
イクロプラズマによる反応を示したもので21はシリコ
ンや酸化シリコンなどの基板で23は吸着する前の供給
している( X e F 2 + Cx )の分子、2
2は表面に吸着している分子を示している。電子ビーム
26の照射によ、ってイオン化した吸着分子は電子から
受けたエネルギーによって着脱し、マイクロプラズマ状
態になることを示している。
マイクロプラズマ状態で高分子化は進行し、電子ビーム
照射点を中心に高分子化したF、Cの高分子膜が基板上
に形成される。
この時の電子ビームの電流密度は0.5 A/II!以
上あることが望ましい。プラズマ重合反応は拡散するた
めビーム点から数mmはなれても高分子膜を形成できる
。高分子膜の形成される範囲と厚さは。
Cの密度、反応容器の圧力、反応ガスの流速、電子ビー
ムの電流密度などが関係している。
形成された高分子は分子量がそれ程大きくないが、通常
の洋式エツチングには十分耐えうる保護膜となっている
。一方この方法で得た高分子膜を10 ””torr以
下の超高真空下で電子ビームを照射すると、容易に気化
する性質を示す。我々の実験では、10 torrの真
空下で10pA、ビーム径5声−加速電圧30KeVで
照射すると数秒で気化し、1μ園の厚みの高分子膜に加
工できた。
このように本発明を実施すれば微細な径の電子ビームで
散乱による電子の拡がりの影響を受けずに極微なパター
ンを形成することができる。
次にこのような電子ビームに照射で気化するプラズマ高
分子をレジストとして極微な金属線あるいは半導体細線
を形成する方法について詳述する。
第3−1図で31が基板、32はシリコン酸化膜、33
はポリシリコン、34が、マイクロプラズマによる高分
子薄膜である。この高分子膜は電子ビームの照射により
て気化する性質を示すのであるが、従来の電子ビー^V
レストと異なり、レジスト内あるいけ基板表面から散乱
する電子によって影響を受けない。従って極細径の電子
ビームで気化すればほとんど電子ビーム径と同じ程度の
加工ができる。IBMのBrosrs達はNaCノに電
子ビームを照射することで2nmの径の穴をあけた事を
報告している。その際の手法はHa(IJが電子ビーム
で気化するという特性を利用したものである。本発明の
プラズマ重合高分子膜は感度はNa(J!より2〜3桁
高く、実用性は格段に優れている。第3−2図は電子ビ
ームでパターンが形成された際の断面図を示している。
高分子膜の下にはポリシリコン薄膜33が設けられてい
る。第3−3図において、ポリシリフン薄膜33をX 
e F 2の雰囲気ガス中Kfi&、<だけでエツチン
グされ図に示す様に等1的形状を得るすなわち高分子薄
膜340オーバーハングを形成することができる。
35はX e F 2の雰囲気ガスを示しており、エッ
チレートの調整はN2ガスあるいはArガス又は真空度
を下げるなどすることで可能である。
第3−4図では上記のように形成したパターンに金属膜
又は半導体膜を蒸着すると36に示すような形で蒸着さ
れパターン部分の金属又は半導体は基板32の上にパタ
ーンが形成される。この際パターン中は電子ビームの径
程度まで細くでき。
10nm以下でも形成が可能である。#Ll−5C!A
は上層のポリシリコン層をとりはらって金属又は半導体
細線を絶線膜上に形成した際の断面図である。この例で
は33としてポリシリコンを用いたがアモルファスシリ
コンでも半結晶シリコンでもよい。
このように本発明の方法を用いることKよって、実用的
に意味のある斬微な構造の細線が形成できる。
ス等の研究の発展に重要な役割を果しうるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のプラズマ重合膜形成するための装置の
概略図。101はX e F 2 + C工の供給用チ
ェンバーで102 K示すX s F z + Cx’
に: M華させ、伝送管103で反応容器106に結ば
れている。 104はステージ、105は試料基板で、107は数l
11−の穴でここから電子ビーム112が照射される。 108は真空を保つための容器で全体を10torr以
下に保っである。109は電子光学系、110は鏡筒、
111は電子ビーム放射のための電子銃である。 第2図は表面で生ずる反応を示す模式図。21は基板、
22は吸着分子、23は吸着前の分子、24は電子ビー
ムと反応を起こす分子、25は反応した着脱分子でこれ
がイオン化しており、マイクルプラズマ状態罠なってい
る。 第3−1図〜第3−5図はリフトオフ法を用いた極@構
造パターン形成プpセスを説明するための断面図である
。31は基板、32はシリコン酸化膜、33はポリシリ
コン膜、34はプラズマ重合高分子膜、35はX e 
F 2ガス、36は金属又は苧導体膜で蒸着によって得
られる。37は本発明によって得られる極微構造の金属
又は半導体装置亭3−5目 亭3−4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭素を含む分子が吸着した表面K X e F 
    2 を流し、これに電子ビームを照射することによ−)
    【有機薄膜を作成し、次KML子ビームを所望の部分に
    照射して、その部分の前記有機薄膜を昇華させることを
    特徴とする極微細パターン形成方法。
  2. (2)少なくとも表面にシリコン層を備えしかもその表
    面に炭素を含む分子が吸着した基板上KXaF。 を流し、これに電子ビームを照射することによって有機
    1に膜を作成し、累(妻に電1子ビームを所望の部分に
    照射して、その部分の前記有*薄膜を列華させ、次にこ
    の薄膜をマスクK 、 X @F 2 界囲気中で、下
    層の前記シリコン層をオーバーハングが生ずる程度にエ
    ツチングしたる俵、金属側斜あるいは半導体材料を蒸着
    し、次に前記有機薄膜及び前記シリコン層を取り去るこ
    とを%微とする極微細パターン形成方法。
JP16596483A 1983-09-09 1983-09-09 極微細パタ−ン形成方法 Granted JPS6057938A (ja)

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