JPS6147641A - レジストパタ−ンの形成方法 - Google Patents

レジストパタ−ンの形成方法

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JPS6147641A
JPS6147641A JP59170265A JP17026584A JPS6147641A JP S6147641 A JPS6147641 A JP S6147641A JP 59170265 A JP59170265 A JP 59170265A JP 17026584 A JP17026584 A JP 17026584A JP S6147641 A JPS6147641 A JP S6147641A
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resist pattern
polymer film
forming
etching
resist
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JP59170265A
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Yoshihide Kato
加藤 芳秀
Toshiaki Shinozaki
篠崎 俊昭
Kei Kirita
桐田 慶
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、レジストの感度を向上させ極微細なレジスト
パターンを高速かつ高精度に形成するためのレジス) 
yfターン形成方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
1970年代以降、半導体デバイスの高集積化はめざま
しい速さで進められ、小規模集積回路(SSI)から、
中規模集積回路(MSI)、大規模集積回路(LSI)
 、超大規模集積回路(超LSI)へと進歩してきてい
る。
半導体集積回路の高集積化は素子の微細化によって実現
されるため、微細かつ高精度なパターン形成技術が切望
されている。ti このようなパターン形成技術が量産
ラインで使用されるためには、作業工程の高速性が必要
であり、よ)高感度のレジストの開発が期待されている
そこで、近年、高精度の微細・ぐターン形成技術として
、多層レジスト法と呼ばれるレゾスト層(ターンの形成
方法が開発されている。この方法は、被処理基板の表面
に対して密着性の良好なレジスト層を最下層とし、必要
に応じて多層のレジスト層を形成し、最上層のレゾスト
層から1閣次下層へとパターン転写をしながらエツチン
グを施していくものである。
この多層レゾスト法の代表例である三層レジスト方式を
用いたパターン形成は以下の如くして行々われる。
まず、第5図に示す如く段差102を有する被処理基板
ioi上に最下層膜103として、0FPR−800の
商品名で市販されている東京応化製のネガ型レゾストを
回転塗布法により段差102を埋めて平担化するに充分
な膜厚(ここでは約2μm)となるように塗布し、所定
の温度および時間でベーク処理を行なう。
次いで、第6図に示す如く、中間層104として回転塗
布法又はヌパッタ蒸着法等によってスピンオングラス(
5tO2)又はタングステン(W)、チタン(Ti)等
の金属膜を形成し、必要に応じてベーク処理をする。
続いて、第7図に示す如く最上層105として光あるh
は電子線、X線に対して所定の感度を有するレジスト膜
を所定の膜厚で形成し、所定の温度および時間でベーク
処理を行なう。
このようにして形成された3層のレジスト膜のうち最上
層105に対して、所定の波長の光もしくは所定エネル
ギーの電子線やX線を用いて、第8図に示す如く選択的
にエネルギー照射106を行なう。
そして、第9図に示す如く、エネルギー照射を受けた最
上層105に対し、該レジストの材質に応じた現像処理
(通常は湿式現像)107を施し、所望のレジストパタ
ーンを形成する。
この後、第10図に示す如く、該レジストパターンをマ
スクとして塩素系もしくは弗素系のガスを用いた反応性
イオンエツチング(RIE) 108により、中間層1
04をエツチングする。
更ニ、この中間層のエツチングツクターンをマスクとし
て酸素ガスを用いた反応性イオンエツチングにより、最
下層をエツチングして第11図に示す如く、所望の多層
レジス) ノ9ターン109が得られる。
このような多層レジスト法の適用により、被処理基板に
段差があるような場合でもピンホールを生じたシするこ
となく高精度の微細パターンを形成することができる。
しかしながら、1層のレジストパターンを用いる単層レ
ジスト法に比べて工程が複雑になると共に、各層間でパ
ターンを転写しながらよシ下層のエツチングを行なうた
め、各層間のパターン変−換差が生じ、このパターン変
換差はツクターンが微細になればなるほど、無視し得な
い影響を及ぼすことが明らかとなっている。
このため、レジスト層の数を減少させるべく、最上層と
中間層の役割を併わせもつようなレジストとしてポリシ
ロキサン系のネガ型レゾストが種種提案されているが、
現像は従来と同様湿式現像処理である。このようなネガ
屋レジストを用いても湿式現像処理を行なう限シ、いわ
ゆる膨潤現像により隣接し九ノやターンがつながってし
まいサブミクロンの微細パターンを実用レベルで形成ス
るのは困難でおった。
また、高感度のレゾストについてもいろいろな試みがな
されている。
例えば、周知のグラフト重合法を応用してポリメチルメ
タクリレ−)(PMMA)に電子線あるいはX線管照射
して選択的に活性化した後、単量体としてアクリル酸蒸
気を用いてグラフト重合し、照射領域のポリメチルメタ
クリレートを更に高分子量に架橋させることにより、湿
式現像液に対する該照射領域と非照射領域との溶解度の
差を利用してレゾストノやターンを形成する方法もおる
O(by Renaaelaer Po1ytechn
ic In5titute & IBM。
Appl、 Phys、 Letter 44(198
4) 973. EC8FallMeeting Ex
t@nded Abstracts Vol・83−2
 (19g3)331参照) このような方法では、レゾストの感度は極めて高いが湿
式現像には前述の如き膨潤現象が伴い、パターン精度が
低下すると共に、乾式現像ではポリメチルメタクリレー
トは充分な耐ドライエツチ性をもたないため高精度のパ
ターン形成は困難であったO 〔発明の目的〕 本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、レジスト
の感度を向上させ製造工程の簡略化、製造時間の短縮化
をはかシつつ、高精度の微細VシストiRターンを形成
することを目的とする0〔発明の概要〕 本発明は、高分子膜とを属又は半金属を含む単量体との
グラフト重合反応によって形成された・グラフト重合膜
が耐ドライエツチ性を有することに着目し、該グラフト
重合膜をマスクとして使用し、ドライエッチング工程を
導入することにより、多層レジスト法の複雑な工程を得
ることなく実質的な単層レゾスト法を用いて、高精度の
レジメ) /−I’ターンを得ようとするものでおる。
すなわち、本発明では被処理基板上に、電磁波もしくは
荷電粒子線の所定のエネルギー照射により活性化される
高分子膜を形成し、該高分子膜に対して電磁波もしくは
荷電粒子線を選択的にエネルギー照射し、活性化した後
、この活性化された領域に金属もしくは半金属を含む単
量体を触れさせ、該高分子膜に対し選択的にグラフト重
合膜を形成し、該グラフト重合膜をマスクとしてエネル
ギー非照射領域を選択的にドライエツチングすることに
より、上記目的を達成する0 〔発明の効果〕 ゛ 本発明によれば、グラフト重合法を利用したレゾス
トの(電磁波あるいは荷電粒子線照射に対する)感度の
飛躍的向上を維持しつつ、多層レジスト法のような複雑
な工程を経ることなく実質的な単層レゾストを用いて、
多層レノストと同等以上の高精度のパターン形成が容易
に達成できる。
又、被処理基板の材質によってはレジストの現像工程と
被処理基板のエツチング工程とを同一の乾式1程によっ
て同時処理することができるため、パターン変換差がな
くなると共にサブミクロンパターン形成の障害となって
いた膨潤現象がないため、高精度のサブミクロソノ4タ
ーンの形成が可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例のレジストパターンの形成方法に
ついて図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、被処理基板として約1μmの段差2を有するシリ
コン基板を用い、第1図に示す如く該被処理基板の表面
全体に段差2を埋め尽して充分な膜厚(約2μm)の高
分子膜3としてポリメチルメタクリレ−)(PMMA)
を回転塗布法によって形成した後、180℃1時間の加
熱処理を行なう。
次いで、該高分子膜を活性化するに充分な工・ネルギー
を付与すべく、50 keVの電子線4t−20μl/
c!n20強さで、選択的に照射する。この後、このエ
ネルギー照射によって選択的に活性化された高分子膜と
グラフト重合する単量体として、ビニルトリクロロシラ
/の蒸気5を直ちにもしくは該ポリメチルメタクリレー
トの活性点が存続しているうちに、エネルギー照射領域
に接触させグラフト重合体層6を第2図に示す如く形成
する。
このようにして形成されたグラフト重合体層6をマスク
として、反応性ガス雰囲気(酸素分圧5mTorr、 
300 W )中で約25分間にわたって反応性イオン
エツチング7を行なうことにより、第3図に示す如く、
非照射領域8のポリメチルメタクリレートを除去し、第
4図に示す如きネガ型のレジストパターンを得る。
この反応性イオンエツチング工程でのグラフト重合体層
6の膜減シは高々100X程度で無視し得る値でちゃ、
このグラフト重合体層はマスクとしての役割シを十分に
果たしておシ、また、このエツチング工程は異方性を有
することにより、サイドエッチもほとんどなく、このよ
うにして得られたレジストパターンは極めて高精度でお
った。
また、レゾストも高分子膜1層で良く、高感度である上
従来の多層レジスト法に比べて形成工程が極めて簡単で
あり、レジストパターン形成に要する時間も大幅に短縮
することができる。
なお、実施例においては高分子膜としてポリメチルメタ
クリレートを用いたがこの他、ポリメチルメタクリレー
トの誘導体をはじめとし、グラフト重合反応を生じ易い
物質であれば良く、着膜方法についても回転塗布法のみ
ならず、プラズマ重合法による乾式形成法等でもよい。
また、グラフト重合させるための単量体についても、実
施例で用いたシリコンを含むビニルトリクロロシランの
他、金属あるいはゲルマニウム(Go)等の半金属を含
む単量体であれば良い。
更に、被処理基板についても段差を有する基板のみなら
ず、段差のない金属薄膜付ガラス基板、転写露光用マス
ク基板等でも同様の効果を奏効することは言うまでもな
い。
また、高分子膜を選択的に活性化する方法としては、電
子線のみならず、イオン粒子線、X線、あるいは紫外線
等、種々の波長の光を用いることができる。
更にまた、高分子膜を活性化するために必要な照射エネ
ルギーは、用いる活性化手段によって異なるが、照射量
は所望の重合体を得るに充分であれば、幅広い範囲で適
宜設定すればよい0加えて、反応性イオンエツチングに
用いるガス組成についても酸素に限定されることなく、
エツチング速度比の充分大きくとれるようなガス組成で
あれば酸素を含む混合ガス、あるいは酸素以外のガスを
用いても良い。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は、本発明実施例のレジストパターン
の形成工程を示す図、第5図乃至第11図は、従来の多
層レゾスト法によるレジストパターンの形成工程を示す
図でおる。 101・・・被処理基板、lO2・・・段差、103・
・・最下層膜、104・・・中間層、105・・・最上
層、106・・・エネルギー照射、107・・・現像処
理、lO8・・・反応性イオンエツチング、109・・
・多層レジストパターン、l・・・被処理基板、2・・
・段差、3・・・高分子膜、4・・・電子線、5・・・
単量体蒸気、6・・・グラフト重合体層(照射領域)、
7・・・反応性イー、t 7エツチング、8・・・非照
射領域。 第1図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図 第11図 1、事件の表示 昭和59年特許願第1702658 2、発明の名称 レジストパターンの形成方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 (307)株式会社 東芝 4、代理人 (〒104)東京都中央区銀座2丁目11番2号5、補
正命令の日付 昭和59年11月7日 7、補正の内容 (1)  本願明細書のwJ7ページ第1第1巨行目の
r(by・・・EC8 Jを「アブライドフイジクスレ
タ−44(1984)973(by R@ns@ela
sr Po1yt@ahnieInstitute &
 IBM. Appl 、 Phys. Lett@r
 44 (1984)973 ) 、電気化学学会,秋
期学会、予稿集vol。 83−2(1983)331(EC8 Jと補正する。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被処理基板上に高分子膜を形成する工程と、該高
    分子膜を選択的に活性化すべく、所定波長域の電磁波も
    しくは所定エネルギーの荷電粒子線を選択的に照射する
    工程と、選択的に活性化された高分子膜に対し、金属又
    は半金属を含む単量体を反応させ選択的なグラフト重合
    を行なう工程と、該グラフト重合により形成された重合
    体層をマスクとして未照射領域の該高分子薄膜をドライ
    エッチング処理により除去するエッチング工程とを含む
    ことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
  2. (2)前記高分子膜は、ポリメチルメタクリレート(P
    MMA)又はその誘導体からなることを特徴とする特許
    請求の範囲第(1)項記載のレジストパターンの形成方
    法。
  3. (3)前記単量体は、ビニル基を含む有機単量体からな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項又は第(
    2)項記載のレジストパターンの形成方法。
  4. (4)前記単量体に含まれる半金属はシリコンであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項乃至第(3)
    項のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
  5. (5)前記単量体はビニルトリクロロシランであること
    を特徴とする特許請求の範囲第(1)項又は第(2)項
    記載のレジストパターンの形成方法。
  6. (6)前記エッチング工程は異方性を有する反応性イオ
    ンエッチング工程であることを特徴とする特許請求の範
    囲第(1)項乃至第(5)項のいずれかに記載のレジス
    トパターンの形成方法。
  7. (7)前記エッチング工程はエッチングガスとして酸素
    もしくは酸素を含む混合ガスを用いたドライエッチング
    工程であることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項
    乃至第(6)項のいずれかに記載のレジストパターンの
    形成方法。
  8. (8)前記所定波長域の電磁波は、X線もしくは紫外線
    乃至遠紫外線であることを特徴とする特許請求の範囲第
    (1)項乃至第(7)項のいずれかに記載のレジストパ
    ターンの形成方法。
  9. (9)前記所定エネルギーの荷電粒子線は、電子線もし
    くはイオン粒子線であることを特徴とする特許請求の範
    囲第(1)項乃至第(7)項のいずれかに記載のレジス
    トパターンの形成方法。
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