JPS6233737B2 - - Google Patents

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JPS6233737B2
JPS6233737B2 JP58021731A JP2173183A JPS6233737B2 JP S6233737 B2 JPS6233737 B2 JP S6233737B2 JP 58021731 A JP58021731 A JP 58021731A JP 2173183 A JP2173183 A JP 2173183A JP S6233737 B2 JPS6233737 B2 JP S6233737B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
pattern
silicone resin
graft
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP58021731A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59148335A (en
Inventor
Masao Morita
Saburo Imamura
Toshiaki Tamamura
Osamu Kogure
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP58021731A priority Critical patent/JPS59148335A/en
Priority to US06/482,613 priority patent/US4426247A/en
Priority to EP83103348A priority patent/EP0091651B1/en
Priority to DE8383103348T priority patent/DE3377597D1/en
Publication of JPS59148335A publication Critical patent/JPS59148335A/en
Publication of JPS6233737B2 publication Critical patent/JPS6233737B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/265Selective reaction with inorganic or organometallic reagents after image-wise exposure, e.g. silylation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26

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  • Computer Hardware Design (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、気相グラフト重合法を利用し、被加
工基板上に高精度微細加工用の任意のレジストパ
ターンを直接形成する微細パターン形成法に関す
る。 (従来技術) 従来、IC及びLSI等の製造においては、被加工
基板面上に高分子化合物等からなるレジストを塗
布して膜を形成し、これに紫外線、遠紫外線、X
線及び電子線等の高エネルギー線をパターン状に
照射し、レジスト膜の化学変化により潜像を形成
し、その後現像によりパターン状のレジスト膜を
得、これを用いて被加工基板面の加工を行つてい
る。近年のISI素子のパターン寸法の微細化に伴
い、パターン形成に使用されるレジスト材料には
エネルギー線に対する高い感度及び解像度と共
に、基板加工時のドライエツチングに対する高い
耐性が必要になつている。これは、従来の腐食液
による湿式化学エツチングでは、加工精度が低
く、近年、基板のエツチングにドライエツチング
が使用されるようになつてきたためである。しか
しながら、レジスト材料の感度、解像度及びドラ
イエツチング耐性には互いに相反する傾向もあ
り、すべての性能を満足する材料は得られていな
い。 また、LSI素子の微細化に伴う別の重要な問題
点は、素子の配線の寸法を小さくしていくと、配
線抵抗が増大し、素子の高速化が図れないため、
配線の層みを大きくしたい要求があり、これによ
つて加工基板面にかなりの段差が生じる。このよ
うな基板面の加工を行うには、かなり厚いレジス
ト層を用いる必要がある。しかしながら、厚いレ
ジスト層を使用すると、一般に解像性が低下して
くる。これは取分け、レジストとして架橋反応を
利用するネガ形を用いた場合に著しく、スプレー
現像や溶媒浸漬等の湿式現像において、架橋部の
レジストが膨潤するためである。しかし、現在使
用されているLSI素子のパターンを電子ビームや
イオンビームを走査して直接ウエハー上に描画す
る方法では、ネガ形を使用した方が、効率的な場
合が多い。また、湿式現像法では、解像性低下以
外に可溶性レジスト成分の部分的な溶解によるピ
ンホールの発生や、現像溶媒中に混在する塵埃及
び不純物による欠陥の発生等で素子製造の歩留り
が低下する。 以上のような状況から、近年レジストのパター
ン形成過程を乾式で行う、いわゆるドライ現像の
可能な材料及び方法が精力的に研究されている。 G.N.テーラー(G.N.Taylor)等は、有機高分
子化合物であるポリジクロロプロピルアクリレー
ト中に、高エネルギー線の照射によりこの重合体
と反応して取込まれる単量体類を混入させてレジ
スト層とし、高エネルギー線照射後、試料を真空
下で加熱することにより、未照射部のレジスト層
から単量体類を除去し、この後、プラズマエツチ
ングを行うと、照射部には単量体類がグラフト重
合しているために、未照射部よりかなりエツチン
グ速度が遅くなり、パターンの形成が可能になる
ことを報告している〔ジヤーナル オブ ジ エ
レクトロケミカル ソサイエテイ(Journal of
the Electrochemical Society)第127巻第2665頁
(1980)、及びジヤーナル オブ バキユーム サ
イエンス アンド テクノロジー(Journal of
Vacuum Science and Technology)第19巻第
872頁(1981)参照〕。このテーラー等の方法と類
似の真空下での加熱による低分子化合物の除去と
ドライエツチングを組合せた方法は他にも数多く
発表されているが、それらはいずれも、照射部と
未照射部でのベースとなる高分子材料層が同じで
あるため、ドライエツチング現像時のエツチング
速度に充分高い選択比がとれず、照射部分の膜減
りが大きいという欠点があつた。 これらの方法とは全く異なつた考えで、原田等
は特願昭56―184495号において、乾式により直接
パターンを形成する方法を提案した。この方法
は、被加工基板面上に塗布した基材にパターン状
に高エネルギー線を照射して活性点を造り、この
膜上に付加重合可能な単量体ガスを導入してパタ
ーン照射部に選択的にグラフト重合させることに
より乾式で直接パターンを形成し、こうして得た
グラフト重合体膜パターンを用いて基材膜をドラ
イエツチング除去してパターンを形成する方法で
ある。原田等の方法では、基材膜にドライエツチ
ングされやすい高分子材料層、例えばポリメチル
メタクリレート等を、そしてグラフト重合体膜層
にドライエツチングされ難い高分子材料層、例え
ばポリスチレンを用いて、そのドライエツチング
速度の差を利用しようとするものであり、グラフ
ト重合体膜層と基材膜層の高分子材質を全く異な
るものにすることができるため、エツチング速度
に差をとりやすい。この方法で、原田等はポリメ
チルメタクリレート、ポリイソプロペニルケト
ン、ポリ塩化ビニリデン、ポリフツ化ビニリデン
等の有機高分子材料からなる基材膜上にスチレ
ン、メチルメタクリレート等の単量体をグラフト
重合することを提案した。しかし、基材膜とグラ
フト重合体膜が共に炭化水素系の不飽和化合物の
重合体であるため、充分高いエツチング選択比を
とることができなかつた。このため、基材膜層を
厚くして、形状比の良いレジストパターンを作製
するためには、グラフト重合体膜厚もかなり厚く
せざるを得ず、パターン部分に照射する高エネル
ギー線量も多くなり、また、グラフト重合処理時
間を長くする必要がある。しかも、グラフト重合
には方向性がないため、膜厚が大きくなると、そ
の分だけ線幅も広くなり、解像度の低下を起す。
更にグラフト重合は、基材表面のみでなく基材膜
中でも横方向に進行するため、これも解像性低下
の原因となつている。 これらの問題を解決するために玉村等は、基材
膜として、下層が有機高分子材料層から成り、上
層がシリコーン樹脂から成る2層の基材膜を用い
て、上層のシリコーン樹脂上に照射パターンの形
状のグラフト重合体膜を形成し、このグラフト重
合体膜をマスクとして、グラフト重合体膜に覆わ
れていない領域のシリコーン樹脂をエツチング除
去し、更にこのシリコーン樹脂に覆われていない
領域の有機高分子材料層をエツチング除去するこ
とにより、微細パターンを形成する方法を提案し
た。(特願昭57―59612号)この方法によれば、非
常に薄いシリコーン樹脂層を用いても、比較的厚
い有機高分子材料層にパターンを転写できるた
め、シリコーン樹脂層をエツチングするのに必要
な、マスクとするグラフト重合体膜も薄くてよ
い。このため、グラフト重合体膜厚を大きくする
ことにより生じる解像度の低下も改善されるだけ
でなく、高エネルギー線照射量の低減すなわち高
感度化にも、またグラフト重合処理時間の短縮に
も効果がある。 しかし、一般のシリコーン樹脂、特に室温硬化
型で二次元架橋のシリコーンゴムでは高エネルギ
ー線照射のみで膨張が起こり、照射部の周辺にし
わが生じるなどの問題が生じ、解像性を著しく低
下させるという欠点がある。また、膨張を起こさ
ない三次元架橋型シリコーン樹脂を用いた場合に
は、活性点の生成が極めて少なく、したがつて照
射量を増加し、グラフト時間を長くする必要が生
じるため、生産効率が著しく低下するという欠点
がある。さらに、直鎖状のシリコーンガムを用い
た場合には、そのガラス転移温度が低いため、膜
に流動性があり、解像性を低下させる原因とな
る。 (発明の目的) 本発明は微細パターンの形成法における前記問
題点を解決するためになされたもので、その目的
は高エネルギー線照射による基材膜の膨張および
流動が生じない高感度、高解像性の気相グラフト
重合による微細パターン形成法を提供することで
ある。又他の目的は高エネルギー線照射量の低減
が可能であり、生産効率が高い微細パターン形成
法を提供することである。 (発明の構成) 本発明について概説すれば、本発明は、基板上
に高エネルギー線照射により付加重合開始可能な
活性点を生成する基材よりなる膜を形成し、該膜
に高エネルギー線をパターン照射した後、該照射
膜を単量体ガス雰囲気にさらし、そのパターン照
射部を選択的にグラフト重合させてパターン形状
のグラフト重合体膜を形成することにより微細パ
ターンを形成する方法において、高エネルギー線
照射により付加重合開始可能な活性点を生成する
基材として三次元架橋型でビニル基を有するシリ
コーン樹脂を用いることを特徴とする微細パター
ン形成法(第1発明)及び基板上に高エネルギー
線照射により付加重合開始可能な活性点を生成す
る基材よりなる膜を形成し、該膜に高エネルギー
線をパターン照射した後、該照射膜を単量体ガス
雰囲気にさらし、そのパターン照射部を選択的に
グラフト重合させてパターン形状のグラフト重合
体膜を形成し、このグラフト重合体膜をマスクと
してエツチングにより基材膜に微細パターンを形
成する場合に、基材膜に、下層が有機高分子材料
層から成り、上層がシリコーン樹脂から成る2層
の基材膜を用いて、上層のシリコーン樹脂上に照
射パターンの形状のグラフト重合体膜を形成し、
このグラフト重合体膜をマスクとして、グラフト
重合体膜に覆われていない領域のシリコーン樹脂
をエツチング除去し、更にこのシリコーン樹脂に
覆われていない領域の有機高分子材料層をエツチ
ング除去することにより微細パターンを形成する
方法において、上層のシリコーン樹脂として三次
元架橋型でビニル基を有するシリコーン樹脂を用
いることを特徴とする微細パターン形成法(第2
発明)に関する。そして本発明は、従来の高エネ
ルギー線照射により基材膜に付加重合開始可能な
活性点を生成すること及び気相グラフト重合を利
用する微細パターン形成法における基材膜とし
て、硬化して網目構造を生成する三次元架橋型
で、ビニル基を有するシリコーン樹脂が高エネル
ギー線照射により膨張することなく効率的に活性
点を生成し、単量体ガス雰囲気内でグラフト重合
を開始でき、しかも基材膜が2層である場合、下
層の一般の有機高分子材料層に対してエツチング
速度の大きい酸素ガスを用いるドライエツチング
処理に対してほとんどエツチングされないことを
見い出したことによるものである。 従来三次元架橋型のシリコーン樹脂は高エネル
ギー線照射に対して比較的安定な―Si―O―結合
が多いため、高エネルギー線照射で活性点を生じ
させ、これにグラフト重合させることによりパタ
ーンを形成する方法に対しては感度的に劣ると考
えられ、これを使用した例がなく、また使用可能
性も不明であつた。本発明により、三次元架橋型
でビニル基を有するシリコーン樹脂を使用すれ
ば、三次元架橋することにより高エネルギー線照
射によるシリコーン樹脂膜の膨張をおさえられ、
しかも不飽和炭化水素基の代表であるビニル基を
有しているために高エネルギー線照射により非常
に効率よく活性点が生じる。しかも三次元架橋し
ているためガラス転移温度が高くシリコーンゴム
系の材料のような流動による解像性低下も生じな
い。したがつて解像性の向上と照射時間及びグラ
フト時間短縮による作業時間の短縮に対し大きな
効果がある。更に本発明のシリコーン樹脂は膜形
成時には非常に流動性であり、形成後に直ちに硬
化するために膜を薄くしても、ピンホールが生成
しにくいという利点がある。 次に添付図面を参照して、本発明を具体的に説
明する。 第1図は本発明の第1発明によるパターン形成
の一具体例を示した工程図であり、aは被加工基
板上に基材膜を形成する工程、bはaの基材膜の
所望のパターン領域に高エネルギー線を照射する
工程、cはbの照射基材膜を単量体ガス雰囲気に
さらしてグラフト重合体膜を形成する工程、dは
a,b及びcの工程により得られたグラフト重合
体膜パターンを表し、符号1は被加工基板、2は
基材膜、3は高エネルギー線、4は単量体ガス雰
囲気、5はグラフト重合体膜を示す。 実施に当つては、まず表面熱酸化したシリコー
ンウエハ等の基板1上に、三次元架橋型でビニル
基を有するシリコーン樹脂を塗布して基材膜2を
形成し(工程a)、次に、aの基材膜2の所望の
パターン領域に電子線、X線及び遠紫外線等の高
エネルギー線3を照射する(工程b)。この工程
で基材膜2の高エネルギー線照射部分に付加重合
開始可能な活性点が生成される。次いで、bで得
られた照射基材膜を所定の単量体ガス雰囲気4内
にさらしてパターン照射部を選択的にグラフト重
合させてパターン形状のグラフト重合体膜5を形
成する(工程c)。グラフト重合は高エネルギー
線3を照射され、付加重合開始可能な活性点が生
成された部分に生じる。このような工程を経て、
単量体ガス雰囲気を除去することにより所望のグ
ラフト重合体膜パターンが得られる(工程d)。
なお、dにおける未照射部の基材膜2はその次の
工程(図示せず)におけるドライエツチングによ
り除去されるが、照射部のグラフト重合膜パター
ンのドライエツチングによる膜厚減少は、全く生
じないか又生じても極く微量である。 次に、第2図は、本発明の第2発明による微細
パターン形成の一具体例を示した工程図である。 工程のaは有機高分子材料層の塗布、bはシリ
コーン樹脂層の塗布、cは高エネルギー線の照
射、dは付加重合可能な単量体ガスの導入による
グラフト重合、eはグラフト重合体膜パターンを
マスクとするシリコーン樹脂層のエツチング、f
はシリコーン樹脂層をマスクとする有機高分子材
料層のエツチング、gは被加工基板のエツチン
グ、そしてg′は被加工基板へのドーピングを示
す。しかして、符号11は被加工基板、12は有
機高分子材料層、13はシリコーン樹脂層、14
は高エネルギー線、15はグラフト重合用単量体
ガス、16はグラフト重合体膜、そして17はド
ーパントを意味する。 まず、被加工基板11面に、膜厚約1μmの比
較的厚い有機高分子材料層12を塗布する(工程
a)。この上に、約0.1μm程度の比較的薄いシリ
コーン樹脂層13を塗布する(工程b)。こうし
て得た2層膜を持つ基板上に、任意のパターン状
に高エネルギー線14を照射する(工程c)。高
エネルギー線としては、電子線、X線、イオンビ
ーム、遠紫外線等が使用可能である。こうして照
射した基板を、空気に接触させることなく付加重
合可能な単量体ガス15の雰囲気下におき、照射
部に単量体を選択的にグラフト重合させて、グラ
フト重合体膜16パターンを造る(工程d)。照
射後、基板を空気中に取出してからグラフト重合
させてもパターンは形成することができるが、照
射量が多量に必要で感度が低下する。グラフト重
合体膜の厚さは、照射量を増加するが、グラフト
重合時間を長くすることにより厚くすることがで
きるが、基材層上層部のシリコーン樹脂を、ドラ
イエツチングにより除去するのに充分な厚さを堆
積させればよい。シリコーン樹脂層を、0.1μm
厚とした場合、グラフト重合体膜厚は、0.2μm
程度で充分である。次いで、このグラフト重合体
膜パターンをマスクとして、グラフト重合体膜に
覆われていない領域すなわち未照射部のシリコー
ン樹脂層をドライエツチング除去する(工程
e)。エツチングガスとしては、グラフト重合体
膜層に比べてシリコーン樹脂の方をより速くエツ
チングするもの、通常CF4及びCHF3系のガスを
選ぶ。こうして得たパターン状のシリコーン樹脂
層をマスクとして、未照射領域の有機高分子材料
層を、ドライエツチングにより除去する(工程
f)。この際のエツチングガスとしては、有機高
分子材料層に比べてシリコーン樹脂層の方を遅く
エツチングするもの、通常酸素ガスを選ぶ。こう
して薄いグラフト重合体膜を用いて、比較的厚い
有機高分子材料層にパターンが形成できる。その
後は、このパターン状の有機高分子材料層を用い
て、下地の被加工基板面のエツチング加工(工程
g)、あるいはドーピング加工(工程g′)を行
う。 グラフト重合させる単量体ガスとしては、付加
重合能があり、しかもガス化可能な有機単量体、
例えばスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトル
エン、アクリロニトリル、メチルメタクリレー
ト、メタクリル酸、メチルアクリレート、マレイ
ミド等が使用できる。 シリコーン樹脂としては、三次元架橋型でニル
基を有しているシリコーン樹脂であればよく、例
えば両末端が水酸基のジメチルシロキサンオリゴ
マーにビニルトリエトキシシランを混合した組成
物、アルコキシ基などを導入して、空気中の水分
等により硬化できるように変性した三次元骨格を
有するポリビニルメチルシロキサン、両末端が水
素のビニルメチルシロキサンオリゴマーに白金触
媒を添加した組成物、ビニルメチルジエトキシシ
ラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエ
トキシシランを反応させて得られた反応生成物、
三次元架橋型シリコーン樹脂にポリビニルメチル
シロキサンを混合した組成物などが挙げられ、し
たがつて被加工基板上に塗布して皮膜を形成する
段階で三次元架橋を生成するシリコーン樹脂組成
物でもよい。 第2の発明において基材2層膜の下層に用いる
有機高分子材料膜は、シリコーン樹脂層を塗布す
る塗布溶液に溶解しないものなら、原理的には材
質を選ばないが、被加工基板の加工の際に耐性の
高いもの、すなわち酸素ガス以外の反応性ガスに
対するドライエツチング耐性が高く、被加工基板
への不純物混入の可能性の少ない、すなわち半導
体加工プロセスに適用できる材料が使われる。中
でも、ポリアミドイミド類、及びそれを硬化した
ポリイミド膜は、ほとんどの有機溶剤に不溶であ
り、高耐熱性及び加工耐性を持つており最適なも
のであるが、他のAZ系ホトレジスト、アクリル
酸、メタクリル酸とそれらの酸の芳香族エステル
との共重合体、ポリスチレン等が使用できる。 以下、本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるこ
となく、幅広い材料系の組合せが可能である。 実施例 1 ジメチルジエトキシシラン8部、メチルトリエ
トキシシラン6部、ビニルメチルジエトキシシラ
ン1部を加水分解して得られた樹脂の10%キシレ
ン―リグロイン混合溶液(混合比1:1)を調製
した。次にシリコン基板上にスピンコート法で前
記溶液を塗布し、0.4μm厚のビニル基含有シリ
コーン樹脂膜を形成した。次に電子線露光装置を
用いて20KVの加速電圧で5μm幅のラインパタ
ーンを種種の露光量で照射した。その後、空気に
接触することなく10-3トルの真空雰囲気下に試料
を移動し、3トルのガス圧で精製、脱気したスチ
レン単量体ガスを導入し、1時間放置して照射部
へのグラフト重合を行つた。顕微鏡観察から、照
射部に均一で光沢のあるグラフト重合ポリスチレ
ン膜が得られ、非照射部では全く膜厚増加はみら
れなかつた。約0.2μm厚のグラフト重合ポリス
チレン膜を得るのに必要な電子線照射量は約10μ
mC/cm2であつた。 この試料を150℃、30分間空気中で加熱した
後、20%の水素ガスを添加した四フツ化炭素ガス
を用いて、グラフト重合体膜に覆われていない、
すなわち未照射部のシリコーン樹脂を反応性スパ
ツタエツチングにより除去した。この時のグラフ
ト重合ポリスチレンとシリコーン樹脂のエツチン
グ速度比は約1:3で、0.4μmの厚さのシリコ
ーン樹脂を0.2μmの厚さのグラフト重合ポリス
チレン膜をマスクとしてエツチング除去できた。 実施例 2〜6 実施例1と同じ方法で膜厚0.4μmのシリコー
ン樹脂をシリコン基板上に塗布したものを5個作
製し、実施例1と同じ方法で電子線を照射した
後、それぞれの基材が酸素と接触しないようにし
てすばやく酸素のない真空雰囲気に移した。この
ようにして真空雰囲気に移した基材膜に付加重合
可能な各種単量体ガス雰囲気として、それぞれ3
トルの圧力になるようにして、メチルメタクリレ
ート(実施例2)、メチルアクリレート(実施例
3)、アクリロニトリル(実施例4)、ジビニルベ
ンゼン(実施例5)、マレイミド(実施例6)を
導入し、1時間放置してグラフト重合を行うと照
射部にのみ均一で光沢のあるグラフト重合体膜が
いずれの場合にも得られた。グラフト重合体膜厚
が0.2μmになるのに必要な電子線照射量を表1
に示した。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a fine pattern forming method that utilizes a vapor phase graft polymerization method to directly form an arbitrary resist pattern for high-precision microfabrication on a substrate to be processed. (Prior art) Conventionally, in the manufacture of ICs, LSIs, etc., a resist made of a polymer compound, etc. is applied on the surface of the substrate to be processed to form a film, and this is exposed to ultraviolet rays, deep ultraviolet rays, and X-rays.
High-energy beams such as beams and electron beams are irradiated in a pattern to form a latent image through chemical changes in the resist film, and then developed to obtain a patterned resist film, which is used to process the surface of the substrate to be processed. I'm going. With the miniaturization of pattern dimensions of ISI elements in recent years, resist materials used for pattern formation are required to have high sensitivity and resolution to energy rays as well as high resistance to dry etching during substrate processing. This is because conventional wet chemical etching using an etchant has low processing accuracy, and in recent years, dry etching has come to be used for etching substrates. However, the sensitivity, resolution, and dry etching resistance of resist materials tend to be contradictory to each other, and no material has been obtained that satisfies all of the properties. Another important problem with the miniaturization of LSI devices is that as the dimensions of the device wiring become smaller, the wiring resistance increases, making it impossible to increase the speed of the device.
There is a demand for larger wiring layers, which creates a considerable level difference on the surface of the processed substrate. To process such a substrate surface, it is necessary to use a fairly thick resist layer. However, the use of thicker resist layers generally results in lower resolution. This is particularly the case when a negative type resist that utilizes a crosslinking reaction is used, and this is because the resist in the crosslinked portions swells during wet development such as spray development or solvent immersion. However, in the currently used method of drawing LSI device patterns directly onto a wafer by scanning an electron beam or ion beam, it is often more efficient to use a negative type. In addition, with the wet development method, in addition to a decrease in resolution, the yield of device manufacturing decreases due to the occurrence of pinholes due to partial dissolution of soluble resist components and the occurrence of defects due to dust and impurities mixed in the developing solvent. . Under the above circumstances, in recent years, materials and methods that enable so-called dry development, in which the resist pattern forming process is performed dryly, have been actively researched. GN Taylor and others mix monomers into polydichloropropyl acrylate, which is an organic polymer compound, to react with this polymer when irradiated with high-energy rays to form a resist layer. After irradiation with energy rays, monomers are removed from the resist layer in unirradiated areas by heating the sample under vacuum. After this, plasma etching is performed, and the monomers are graft-polymerized in the irradiated areas. reported that the etching rate was considerably slower than that of the unirradiated area, making it possible to form a pattern [Journal of the Electrochemical Society].
the Electrochemical Society, Vol. 127, p. 2665 (1980), and the Journal of Baquium Science and Technology (1980).
Vacuum Science and Technology) Volume 19, No.
See page 872 (1981)]. Many other methods have been published that combine dry etching with the removal of low-molecular-weight compounds by heating under vacuum, similar to the method of Taylor et al. Since the base polymer material layer is the same, a sufficiently high selectivity cannot be achieved in the etching rate during dry etching development, resulting in a large film loss in the irradiated area. With a completely different idea from these methods, Harada et al. proposed a method of directly forming a pattern by a dry process in Japanese Patent Application No. 184495/1983. In this method, active points are created by irradiating a base material coated on the surface of the substrate to be processed with high-energy rays in a pattern, and a monomer gas capable of addition polymerization is introduced onto this film to form the irradiated part of the pattern. This is a method in which a pattern is directly formed in a dry process by selective graft polymerization, and the pattern is formed by removing the base film by dry etching using the thus obtained graft polymer film pattern. In the method of Harada et al., a polymer material layer that is easily dry-etched, such as polymethyl methacrylate, is used as the base film, and a polymer material layer that is difficult to dry-etch, such as polystyrene, is used as the graft polymer film layer. This method attempts to utilize the difference in etching speed, and since the graft polymer film layer and the base material film layer can be made of completely different polymer materials, it is easy to take advantage of the difference in etching speed. Using this method, Harada et al. graft polymerized monomers such as styrene and methyl methacrylate onto a base film made of organic polymer materials such as polymethyl methacrylate, polyisopropenyl ketone, polyvinylidene chloride, and polyvinylidene fluoride. proposed. However, since both the base film and the graft polymer film are polymers of hydrocarbon-based unsaturated compounds, a sufficiently high etching selectivity cannot be obtained. Therefore, in order to thicken the base film layer and create a resist pattern with a good shape ratio, the thickness of the graft polymer film must also be made considerably thicker, and the amount of high-energy radiation irradiated to the pattern area also increases. In addition, it is necessary to lengthen the graft polymerization treatment time. Moreover, since graft polymerization has no directionality, as the film thickness increases, the line width also increases accordingly, causing a decrease in resolution.
Furthermore, since graft polymerization progresses laterally not only on the surface of the substrate but also in the substrate film, this also causes a decrease in resolution. To solve these problems, Tamamura et al. used a two-layer base film, the lower layer consisting of an organic polymer material layer and the upper layer consisting of a silicone resin, and irradiated the upper layer silicone resin. A graft polymer film in the shape of a pattern is formed, and using this graft polymer film as a mask, the silicone resin in the area not covered by the graft polymer film is etched away, and then the silicone resin in the area not covered by the silicone resin is etched away. We proposed a method for forming fine patterns by etching away organic polymer material layers. (Patent Application No. 57-59612) According to this method, even if a very thin silicone resin layer is used, a pattern can be transferred to a relatively thick organic polymer material layer, which is necessary for etching the silicone resin layer. Furthermore, the graft polymer film used as a mask may also be thin. Therefore, it not only improves the decrease in resolution caused by increasing the thickness of the graft polymer film, but also reduces the amount of high-energy ray irradiation, that is, increases sensitivity, and shortens graft polymerization processing time. be. However, general silicone resins, especially room-temperature-curable, two-dimensionally cross-linked silicone rubber, expand when exposed to high-energy rays, causing problems such as wrinkles around the irradiated area and significantly reducing resolution. There are drawbacks. In addition, when using a three-dimensionally crosslinked silicone resin that does not cause expansion, the production of active sites is extremely small, and therefore it is necessary to increase the irradiation dose and lengthen the grafting time, which significantly reduces production efficiency. The disadvantage is that it decreases. Furthermore, when linear silicone gum is used, its glass transition temperature is low, so the film has fluidity, which causes a decrease in resolution. (Object of the Invention) The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the method of forming fine patterns, and its purpose is to provide high sensitivity and high resolution without causing expansion and flow of the base film due to high energy ray irradiation. An object of the present invention is to provide a method for forming a fine pattern by imageable vapor phase graft polymerization. Another object of the present invention is to provide a method for forming fine patterns that can reduce the amount of high-energy ray irradiation and has high production efficiency. (Structure of the Invention) To summarize the present invention, the present invention involves forming a film made of a base material that generates active sites capable of initiating addition polymerization by irradiation with high-energy rays on a substrate, and irradiating the film with high-energy rays. In a method of forming a fine pattern by exposing the irradiated film to a monomer gas atmosphere after pattern irradiation and selectively graft polymerizing the pattern irradiated areas to form a pattern-shaped graft polymer film, A fine pattern forming method (first invention) characterized in that a three-dimensionally crosslinked silicone resin having a vinyl group is used as a base material to generate active points capable of initiating addition polymerization by energy ray irradiation, and a high energy A film made of a base material that generates active sites capable of initiating addition polymerization upon irradiation with radiation is formed, and after irradiating the film with a pattern of high-energy rays, the irradiated film is exposed to a monomer gas atmosphere, and the irradiated portion of the pattern is exposed to a monomer gas atmosphere. is selectively graft-polymerized to form a pattern-shaped graft polymer film, and when a fine pattern is formed on a base film by etching using this graft polymer film as a mask, the base film has an organic polymer film as a lower layer. Using a two-layer base film consisting of a molecular material layer and an upper layer consisting of a silicone resin, a graft polymer film in the shape of an irradiation pattern is formed on the upper silicone resin layer,
Using this graft polymer film as a mask, the silicone resin in the area not covered by the graft polymer film is etched away, and the organic polymer material layer in the area not covered by this silicone resin is further etched away. A fine pattern forming method (second method) characterized in that a three-dimensionally crosslinked silicone resin having a vinyl group is used as the upper layer silicone resin
invention). In addition, the present invention can be used as a base film in a fine pattern forming method that utilizes conventional high-energy ray irradiation to generate active points capable of initiating addition polymerization in a base film and vapor phase graft polymerization. It is a three-dimensional cross-linked type that generates a silicone resin with vinyl groups that efficiently generates active sites without expanding when irradiated with high-energy rays, and can initiate graft polymerization in a monomer gas atmosphere. This is based on the discovery that when the film has two layers, the underlying organic polymer material layer is hardly etched by dry etching using oxygen gas, which has a high etching rate. Conventional three-dimensional cross-linked silicone resins have many -Si-O- bonds that are relatively stable against high-energy ray irradiation, so active points are generated by high-energy ray irradiation, and patterns can be created by graft polymerization to these. It is considered to be less sensitive to the formation method, and there have been no examples of its use, and the possibility of its use was unknown. According to the present invention, if a three-dimensionally crosslinked silicone resin having a vinyl group is used, expansion of the silicone resin film due to high energy ray irradiation can be suppressed by three-dimensionally crosslinking.
Moreover, since it has a vinyl group, which is a typical unsaturated hydrocarbon group, active points are generated very efficiently by high-energy ray irradiation. Moreover, since it is three-dimensionally crosslinked, it has a high glass transition temperature and does not suffer from a drop in resolution due to flow, unlike silicone rubber materials. Therefore, it has a great effect on improving resolution and shortening working time by shortening irradiation time and grafting time. Furthermore, the silicone resin of the present invention is very fluid during film formation, and hardens immediately after formation, so it has the advantage that pinholes are less likely to form even if the film is made thin. Next, the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a process diagram showing a specific example of pattern formation according to the first invention of the present invention, in which a is a step of forming a base film on a substrate to be processed, and b is a process of forming a desired base film of a. step of irradiating the pattern area with high-energy rays, c is a step of exposing the irradiated base film of b to a monomer gas atmosphere to form a graft polymer film, and d is a step of forming a graft polymer film obtained by steps a, b, and c. 1 represents a graft polymer film pattern, where 1 is a substrate to be processed, 2 is a base film, 3 is a high energy beam, 4 is a monomer gas atmosphere, and 5 is a graft polymer film. In implementation, first, a three-dimensionally crosslinked silicone resin having a vinyl group is applied onto a substrate 1 such as a silicone wafer whose surface has been thermally oxidized to form a base film 2 (step a), and then, High-energy rays 3 such as electron beams, X-rays, and far ultraviolet rays are irradiated onto the desired pattern area of the base film 2 of step a (step b). In this step, active points capable of initiating addition polymerization are generated in the high-energy ray irradiated portion of the base film 2. Next, the irradiated base material film obtained in step b is exposed to a predetermined monomer gas atmosphere 4 to selectively graft polymerize the pattern irradiated areas to form a pattern-shaped graft polymer film 5 (step c). . Graft polymerization occurs at a portion where the high energy beam 3 is irradiated and active sites capable of initiating addition polymerization are generated. After going through this process,
The desired graft polymer film pattern is obtained by removing the monomer gas atmosphere (step d).
Note that although the base film 2 in the unirradiated area in d is removed by dry etching in the next step (not shown), the film thickness of the graft polymer film pattern in the irradiated area does not decrease at all due to dry etching. Even if it occurs, the amount is extremely small. Next, FIG. 2 is a process diagram showing a specific example of fine pattern formation according to the second aspect of the present invention. Step a is coating an organic polymer material layer, b is coating a silicone resin layer, c is irradiation with high energy rays, d is graft polymerization by introducing a monomer gas capable of addition polymerization, and e is graft polymer film. Etching of silicone resin layer using pattern as mask, f
indicates etching of the organic polymer material layer using the silicone resin layer as a mask, g indicates etching of the substrate to be processed, and g' indicates doping of the substrate to be processed. Thus, reference numeral 11 is a substrate to be processed, 12 is an organic polymer material layer, 13 is a silicone resin layer, and 14 is a silicone resin layer.
15 is a monomer gas for graft polymerization, 16 is a graft polymer film, and 17 is a dopant. First, a relatively thick organic polymer material layer 12 having a thickness of approximately 1 μm is applied to the surface of the substrate 11 to be processed (step a). On top of this, a relatively thin silicone resin layer 13 of about 0.1 μm is applied (step b). The substrate having the two-layer film thus obtained is irradiated with high-energy rays 14 in an arbitrary pattern (step c). As the high energy beam, electron beams, X-rays, ion beams, deep ultraviolet rays, etc. can be used. The thus irradiated substrate is placed in an atmosphere of a monomer gas 15 capable of addition polymerization without being brought into contact with air, and the monomer is selectively graft-polymerized on the irradiated area to form a graft polymer film 16 pattern. (Step d). After irradiation, a pattern can be formed by taking the substrate out into the air and performing graft polymerization, but a large amount of irradiation is required and the sensitivity is reduced. The thickness of the graft polymer film can be increased by increasing the irradiation dose and lengthening the graft polymerization time, but it is not sufficient to remove the silicone resin in the upper layer of the base layer by dry etching. It is sufficient to deposit a certain thickness. silicone resin layer, 0.1μm
In terms of thickness, the graft polymer film thickness is 0.2μm
It is enough. Next, using this graft polymer film pattern as a mask, the area not covered by the graft polymer film, that is, the unirradiated portion of the silicone resin layer is removed by dry etching (step e). As the etching gas, one is selected that etches the silicone resin more quickly than the graft polymer film layer, usually a gas based on CF 4 and CHF 3 . Using the thus obtained patterned silicone resin layer as a mask, the organic polymer material layer in the unirradiated area is removed by dry etching (step f). As the etching gas at this time, a gas that etches the silicone resin layer more slowly than the organic polymer material layer is selected, usually oxygen gas. In this way, a thin graft polymer film can be used to form a pattern in a relatively thick layer of organic polymeric material. Thereafter, using this patterned organic polymer material layer, the surface of the underlying substrate to be processed is etched (step g) or doped (step g'). The monomer gas to be graft-polymerized includes organic monomers that have addition polymerization ability and can be gasified.
For example, styrene, divinylbenzene, vinyltoluene, acrylonitrile, methyl methacrylate, methacrylic acid, methyl acrylate, maleimide, etc. can be used. The silicone resin may be any silicone resin that is three-dimensionally crosslinked and has a nyl group, such as a composition in which vinyltriethoxysilane is mixed with a dimethylsiloxane oligomer that has hydroxyl groups at both ends, or a composition in which an alkoxy group is introduced. Polyvinylmethylsiloxane with a three-dimensional skeleton modified so that it can be cured by moisture in the air, a composition in which a platinum catalyst is added to a vinylmethylsiloxane oligomer with hydrogen terminals, vinylmethyldiethoxysilane, dimethyldiethoxy A reaction product obtained by reacting silane and methyltriethoxysilane,
Examples include compositions in which a three-dimensionally crosslinked silicone resin is mixed with polyvinylmethylsiloxane, and therefore silicone resin compositions that generate three-dimensional crosslinks at the stage of coating on a substrate to be processed to form a film may also be used. In the second invention, the organic polymer material film used as the lower layer of the base two-layer film can be made of any material in principle as long as it does not dissolve in the coating solution used to apply the silicone resin layer, but In this case, a material with high resistance to dry etching against reactive gases other than oxygen gas is used, and a material that is less likely to introduce impurities into the substrate to be processed, that is, a material that can be applied to semiconductor processing processes is used. Among them, polyamide-imides and polyimide films made from them are the most suitable as they are insoluble in most organic solvents and have high heat resistance and processing resistance, but other AZ-based photoresists, acrylic acid, Copolymers of methacrylic acid and aromatic esters of these acids, polystyrene, etc. can be used. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples, and a wide range of combinations of material systems are possible. Example 1 A 10% xylene-ligroin mixed solution (mixing ratio 1:1) of a resin obtained by hydrolyzing 8 parts of dimethyldiethoxysilane, 6 parts of methyltriethoxysilane, and 1 part of vinylmethyldiethoxysilane was prepared. did. Next, the solution was applied onto a silicon substrate by a spin coating method to form a 0.4 μm thick vinyl group-containing silicone resin film. Next, using an electron beam exposure device, a line pattern with a width of 5 μm was irradiated with various exposure doses at an accelerating voltage of 20 KV. After that, the sample was moved to a vacuum atmosphere of 10 -3 Torr without contact with air, and styrene monomer gas purified and degassed at a gas pressure of 3 Torr was introduced, and the sample was left for 1 hour to be transferred to the irradiation section. Graft polymerization was carried out. Microscopic observation revealed that a uniform and glossy graft polymerized polystyrene film was obtained in the irradiated area, and no increase in film thickness was observed in the non-irradiated area. The amount of electron beam irradiation required to obtain a graft polymerized polystyrene film with a thickness of approximately 0.2 μm is approximately 10 μm.
It was mC/ cm2 . After heating this sample in air at 150°C for 30 minutes, using carbon tetrafluoride gas to which 20% hydrogen gas was added,
That is, the silicone resin in the non-irradiated area was removed by reactive sputter etching. The etching rate ratio of the graft polymerized polystyrene and silicone resin at this time was about 1:3, and the silicone resin with a thickness of 0.4 μm could be removed by etching using the graft polymerized polystyrene film with a thickness of 0.2 μm as a mask. Examples 2 to 6 Five pieces of silicone resin coated with a film thickness of 0.4 μm on silicon substrates were prepared in the same manner as in Example 1, and after irradiating with an electron beam in the same manner as in Example 1, each substrate was coated with silicone resin. The material was quickly transferred to an oxygen-free vacuum atmosphere to avoid contact with oxygen. The base film thus transferred to a vacuum atmosphere was given an atmosphere of various monomer gases capable of addition polymerization.
methyl methacrylate (Example 2), methyl acrylate (Example 3), acrylonitrile (Example 4), divinylbenzene (Example 5), and maleimide (Example 6) were introduced at a pressure of When the graft polymerization was carried out after being left for 1 hour, a uniform and glossy graft polymer film was obtained only in the irradiated areas in all cases. Table 1 shows the amount of electron beam irradiation required to make the graft polymer film thickness 0.2 μm.
It was shown to.

【表】【table】

【表】 実施例 7〜10 ビニル基含有シリコーン樹脂として、両末端が
水酸基のジメチルシロキサンオリゴマー(分子量
約1200)にビニルトリエトキシシランを反応させ
たシリコーン樹脂(実施例7)、メトキシ基を側
鎖に20%含有するポリビニルメチルシロキサン
(実施例8)、両末端が水素のビニルメチルシロキ
サンオリゴマー(分子量約2000)に白金触媒を添
加して三次元化したシリコーン樹脂(実施例
9)、三次元架橋型シリコーン樹脂(SR2410トー
レシリコーン社製)にビニル基含有シリコーンゴ
ム(SH410トーレシリコーン社製)を5重量%混
合して得られたシリコーン樹脂(実施例10)を用
いた以外は、実施例1と同一の条件でグラフト重
合によるパターンを形成した。この時、グラフト
重合体膜が0.2μmになるのに必要な電子線照射
量は表2の通りであつた。
[Table] Examples 7 to 10 As a vinyl group-containing silicone resin, a silicone resin (Example 7) in which a dimethylsiloxane oligomer (molecular weight approximately 1200) having hydroxyl groups at both ends was reacted with vinyltriethoxysilane, and a silicone resin containing a methoxy group as a side chain. Polyvinylmethylsiloxane (Example 8) containing 20% of polyvinylmethylsiloxane (Example 8), silicone resin made three-dimensional by adding a platinum catalyst to a vinylmethylsiloxane oligomer (molecular weight approximately 2000) with hydrogen at both ends (Example 9), three-dimensional crosslinking Example 1 except that a silicone resin (Example 10) obtained by mixing 5% by weight of vinyl group-containing silicone rubber (SH410, manufactured by Toray Silicone) with molded silicone resin (SR2410, manufactured by Toray Silicone) was used. A pattern was formed by graft polymerization under the same conditions. At this time, the amount of electron beam irradiation required to make the graft polymer film 0.2 μm thick was as shown in Table 2.

【表】【table】

【表】 実施例 11〜13 実施例1の方法でシリコン基板上にシリコーン
樹脂を塗布、乾燥した試料を3枚作製し、これら
の試料に400メツシユの銅製メツシユをマスクと
してCu―L線(13.3Å)のX線(実施例11)、
500W Xe―Hgランプによる遠紫外線(実施例
12)、液体Ga―イオン源からの34KV加速電圧の
イオンビーム(実施例13)を照射し、それぞれ空
気に接触することなく10-3トルの真空下に試料を
移動し、3トルのスチレンガスを導入して1時間
グラフト重合を行つた結果、照射部に均一で光沢
のあるグラフト重合体膜パターンがいずれの試料
においても得られた。1時間のグラフト重合時間
でグラフト重合体膜が0.2μmの厚さになるのに
必要な各エネルギー線の照射量を表3に示した。
[Table] Examples 11 to 13 Three samples were prepared by coating and drying silicone resin on a silicon substrate using the method of Example 1, and using a 400-mesh copper mesh as a mask, Cu-L wire (13.3 Å) X-rays (Example 11),
Far ultraviolet rays using a 500W Xe-Hg lamp (example)
12), the sample was irradiated with an ion beam (Example 13) with an accelerating voltage of 34 KV from a liquid Ga ion source, and the sample was moved under a vacuum of 10 -3 Torr without contact with air, and then placed in a styrene gas of 3 Torr. was introduced and graft polymerization was carried out for 1 hour. As a result, a uniform and glossy graft polymer film pattern was obtained in the irradiated area in all samples. Table 3 shows the irradiation amount of each energy beam necessary for the graft polymer film to have a thickness of 0.2 μm in 1 hour of graft polymerization time.

【表】 実施例 14 実施例1の方法で調製したシリコーン樹脂の基
材膜を有する被加工基板に電子ビーム露光装置で
0.5μm幅、1μm幅、2μm幅、5μm幅の4
種のラインパターンを20KV電子ビームで照射し
た。その後、空気に触れることなく試料を10-3
ルの真空下に移動し、3トルのスチレン単量体ガ
スを導入し、1時間グラフト重合させたところ、
いずれのパターンにも均一なグラフト重合ポリス
チレン膜が得られた。表4に各パターン寸法につ
いて0.2μm厚のグラフト重合ポリスチレン膜が
得られた電子ビーム照射量と、この際のグラフト
重合体膜パターンの線幅を示した。
[Table] Example 14 A substrate to be processed having a silicone resin base film prepared by the method of Example 1 was exposed using an electron beam exposure device.
0.5μm width, 1μm width, 2μm width, 5μm width 4
The line pattern of seeds was irradiated with a 20KV electron beam. After that, the sample was moved to a vacuum of 10 -3 Torr without coming into contact with air, 3 Torr of styrene monomer gas was introduced, and graft polymerization was carried out for 1 hour.
A uniform graft-polymerized polystyrene film was obtained in each pattern. Table 4 shows the electron beam irradiation amount at which a 0.2 μm thick graft polymerized polystyrene film was obtained for each pattern size and the line width of the graft polymer film pattern at this time.

【表】 実施例 15 熱酸化したシリコン基板上に、スピンコート法
でポリアミド酸(デユポン社製、PI2500)のワニ
スを厚さ1.1μmに塗布する。このフイルムは、
300℃、1時間加熱して約0.9μm厚のポリイミド
膜を形成した。この上に、実施例1で用いたビニ
ル基含有シリコーン樹脂をスピンコート法で0.1
μmの厚さに塗布する。100℃で30分間窒素気流
下で乾燥した後、電子ビーム露光装置を用いて
20KVの加速電圧で5μm幅のラインパターンを
種種の露光量で照射した。その後、空気に接触す
ることなく10-3トルの真空雰囲気下に試料を移動
し、3トルのガス圧で精製、脱気したスチレン単
量体ガスを導入し、1時間放置して照射部へのグ
ラフト重合を行つた。顕微鏡観察から、照射部
に、均一で光沢のあるグラフト重合ポリスチレン
膜が得られ、非照射部では、全く膜厚増加はみら
れなかつた。約0.2μm厚のグラフト重合ポリス
チレン膜を得るのに必要な電子ビーム照射量は、
約10μC/cm2であつた。 この試料を、150℃、30分間空気中で加熱した
後、10%の水素ガスを添加した四フツ化炭素ガス
を用いて、グラフト重合体膜に覆われていない、
すなわち未照射部のシリコーン樹脂膜を反応性ス
パツタエツチングにより除去した。10%水素ガス
添加四フツ化炭素ガスによるグラフト重合ポリス
チレン膜と、シリコーン樹脂膜との反応性スパツ
タエツチング速度比は約1:1.3で、0.1μmの厚
さのシリコーン樹脂膜を0.2μm厚のグラフト重
合ポリスチレン膜をマスクとして充分にエツチン
グ除去できた。次いで、シリコーン樹脂膜に覆わ
れていない領域のポリイミド膜を酸素ガスを用い
る反応性スパツタエツチングで除去した。0.03ト
ルの圧力、5C.C./分の酸素ガス流量でのスパツ
タエツチング速度比は、ポリイミド膜とシリコー
ン樹脂膜で約40:1であつた。したがつて、未照
射部の0.9μm厚のポリイミド膜を完全にエツチ
ングした後も、照射部ではほとんど膜減りがみら
れなかつた。こうして0.2μm厚のグラフト重合
体膜から0.9μm厚のポリイミド膜にパターンの
転写を行うことができた。この0.9μm厚ポリイ
ミド膜を用いて被加工基板である熱酸化シリコン
層を10%水素ガス添加四フツ化炭素によつて反応
性スパツタエツチングして、深さ1μmの酸化シ
リコンパターンを作製した。 実施例 16〜20 実施例15の方法で塗布したポリイミド膜(0.9
μm)とシリコーン樹脂膜(0.1μm)の2層の
基材膜に実施例1〜6と同様の方法で種種の単量
体を使用してグラフト重合体膜を形成した。0.2
μmのグラフト重合体膜を形成するのに必要な電
子線照射量は表5の通りであつた。
[Table] Example 15 A varnish of polyamic acid (manufactured by DuPont, PI2500) is applied to a thickness of 1.1 μm by spin coating on a thermally oxidized silicon substrate. This film is
It was heated at 300° C. for 1 hour to form a polyimide film with a thickness of about 0.9 μm. On top of this, 0.1% of the vinyl group-containing silicone resin used in Example 1 was applied by spin coating.
Coat to a thickness of μm. After drying at 100 °C for 30 minutes under nitrogen flow, using an electron beam exposure device
A line pattern with a width of 5 μm was irradiated with various exposure doses at an accelerating voltage of 20 KV. After that, the sample was moved to a vacuum atmosphere of 10 -3 Torr without contact with air, and styrene monomer gas purified and degassed at a gas pressure of 3 Torr was introduced, and the sample was left for 1 hour to be transferred to the irradiation section. Graft polymerization was carried out. Microscopic observation revealed that a uniform and glossy graft polymerized polystyrene film was obtained in the irradiated area, and no increase in film thickness was observed in the non-irradiated area. The amount of electron beam irradiation required to obtain a graft polymerized polystyrene film with a thickness of approximately 0.2 μm is:
It was about 10 μC/cm 2 . This sample was heated in air at 150°C for 30 minutes, and then heated using carbon tetrafluoride gas to which 10% hydrogen gas was added.
That is, the silicone resin film in the non-irradiated area was removed by reactive sputter etching. The reactive sputter etching rate ratio of the graft polymerized polystyrene film using carbon tetrafluoride gas added with 10% hydrogen gas and the silicone resin film is approximately 1:1.3, and the 0.1 μm thick silicone resin film is replaced with the 0.2 μm thick silicone resin film. The graft polymerized polystyrene film was used as a mask to remove the film by etching. Next, the polyimide film in the area not covered with the silicone resin film was removed by reactive sputter etching using oxygen gas. The sputter etching rate ratio at a pressure of 0.03 Torr and an oxygen gas flow rate of 5 C.C./min was approximately 40:1 for the polyimide film and the silicone resin film. Therefore, even after the 0.9 μm thick polyimide film in the unirradiated area was completely etched, almost no film reduction was observed in the irradiated area. In this way, a pattern could be transferred from a 0.2 μm thick graft polymer film to a 0.9 μm thick polyimide film. Using this 0.9 μm thick polyimide film, a thermally oxidized silicon layer, which is a substrate to be processed, was subjected to reactive sputter etching with carbon tetrafluoride added with 10% hydrogen gas to produce a silicon oxide pattern with a depth of 1 μm. Examples 16-20 Polyimide films (0.9
A graft polymer film was formed on a two-layer base film of a silicone resin film (0.1 μm) and a silicone resin film (0.1 μm) using various monomers in the same manner as in Examples 1 to 6. 0.2
The amount of electron beam irradiation required to form a .mu.m graft polymer film was as shown in Table 5.

【表】 その後実施例15の方法でシリコーン樹脂をエツ
チングした後、ポリイミド膜をエツチングしたと
ころ、いずれの試料においてもグラフト重合体膜
のパターンをポリイミド膜に転写することができ
た。 実施例 21 実施例15の方法で、シリコーン樹脂として実施
例7〜10のシリコーン樹脂を用いたところ、いず
れも実施例15と同様にグラフト重合体膜のパター
ンをポリイミド膜に転写することができた。 実施例 22 実施例15の方法で、電子線照射量を4,7,
10,20μC/cm2とし、0.3,0.5,0.7,1.0μmの
ラインパターンを描画した後、実施例15と同様に
グラフト重合及びドライエツチングを行つたとき
の電子線照射量と最終的なポリイミドの線幅は表
6のようになつた。
[Table] After that, the silicone resin was etched by the method of Example 15, and then the polyimide film was etched, and in all samples, the pattern of the graft polymer film could be transferred to the polyimide film. Example 21 When the silicone resins of Examples 7 to 10 were used as the silicone resin in the method of Example 15, the pattern of the graft polymer film could be transferred to the polyimide film in the same manner as in Example 15. . Example 22 Using the method of Example 15, the electron beam irradiation amount was set to 4, 7,
After drawing line patterns of 0.3, 0.5, 0.7, and 1.0 μm at 10 and 20 μC/cm 2 , graft polymerization and dry etching were performed in the same manner as in Example 15. The line widths were as shown in Table 6.

【表】 比較例 1 実施例1で三次元架橋型シリコーンゴム
(SR2410トーレシリコーン社製)のみを用いて行
つたところ、約0.2μm厚のグラフト重合ポリメ
チルメタクリレート膜を得るのに必要な電子ビー
ム照射量は約300μC/cm2であつた。 比較例 2 実施例1で室温硬化型シリコーンゴム
(TSE3032東芝シリコーン社製)を用いたとこ
ろ、電子線照射部のみが膨張してしまい、グラフ
ト重合させることができなかつた。 比較例 3 実施例14において、シリコーンゴムであるビニ
ル基含有ポリジメチルシロキサン(SH―410トー
レシリコーン社製)を用いて解像度を測定したと
ころ、照射線幅がそれぞれ0.5,1,2,5μm
に対し、グラフト重合体膜の線幅は、0.7μm、
1.2μm、2.5μm、6.0μmとなつた。 前記実施例と比較例との対比から本発明のシリ
コーン樹脂が基材膜として他のシリコーン樹脂か
ら予測し得ない効果を奏することが判る。 (発明の効果) 以上の説明から明らかなように、被加工基板上
に設けた基材膜に高エネルギー線を照射し、その
照射領域に選択的にグラフト重合体膜パターンを
形成するに当り、基材膜が1層である場合には基
材として三次元架橋型でビニル基を有するシリコ
ーン樹脂を使用し、基材膜が2層である場合には
下層に比較的に厚い一般の有機高分子材料層を設
け、上層に前記シリコーン樹脂の比較的薄い層を
設けることにより、解像性の低下も少なく、高感
度でグラフト重合体膜を形成することができ、超
LSIの高密度化と作業効率の向上に大きな効果を
もたらす。
[Table] Comparative Example 1 In Example 1, using only the three-dimensional crosslinked silicone rubber (SR2410 manufactured by Toray Silicone), the electron beam required to obtain a graft polymerized polymethyl methacrylate film with a thickness of approximately 0.2 μm was obtained. The irradiation dose was approximately 300 μC/cm 2 . Comparative Example 2 When a room temperature curing silicone rubber (TSE3032 manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd.) was used in Example 1, only the electron beam irradiated area expanded and graft polymerization could not be carried out. Comparative Example 3 In Example 14, when the resolution was measured using vinyl group-containing polydimethylsiloxane (SH-410 manufactured by Toray Silicone Co., Ltd.), which is a silicone rubber, the irradiation line width was 0.5, 1, 2, and 5 μm, respectively.
On the other hand, the line width of the graft polymer film is 0.7μm,
They became 1.2μm, 2.5μm, and 6.0μm. From the comparison between the Examples and Comparative Examples, it can be seen that the silicone resin of the present invention exhibits effects as a base film that cannot be predicted from other silicone resins. (Effects of the Invention) As is clear from the above description, when irradiating a base film provided on a substrate to be processed with high-energy rays and selectively forming a graft polymer film pattern in the irradiated area, When the base film has one layer, a three-dimensionally crosslinked silicone resin having a vinyl group is used as the base material, and when the base film has two layers, a relatively thick general organic polymer is used as the lower layer. By providing a molecular material layer and a relatively thin layer of the silicone resin on top, it is possible to form a graft polymer film with high sensitivity and less deterioration in resolution.
This has a significant effect on increasing the density of LSI and improving work efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第1発明によるパターン形成の一具体
例を示した工程図であり、第2図は第2発明によ
るパターン形成の一具体例を示した工程図であ
る。 第1図中、1…被加工基板、2…基材膜、3…
高エネルギー線、4…単量体ガス雰囲気、5…グ
ラフト重合体膜。第2図中、11…被加工基板、
12…有機高分子材料層、13…シリコーン樹脂
層、14…高エネルギー線、15…単量体ガス、
16…グラフト重合体膜、17…ドーパント。
FIG. 1 is a process diagram showing a specific example of pattern formation according to the first invention, and FIG. 2 is a process diagram showing a specific example of pattern formation according to the second invention. In FIG. 1, 1...substrate to be processed, 2...base film, 3...
High energy ray, 4...monomer gas atmosphere, 5...graft polymer film. In Fig. 2, 11...substrate to be processed;
12... Organic polymer material layer, 13... Silicone resin layer, 14... High energy ray, 15... Monomer gas,
16... Graft polymer film, 17... Dopant.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板上に高エネルギー線照射により付加重合
開始可能な活性点を生成する基材よりなる膜を形
成し、該膜に高エネルギー線をパターン照射した
後、該照射膜を単量体ガス雰囲気にさらし、その
パターン照射部を選択的にグラフト重合させてパ
ターン形状のグラフト重合体膜を形成することに
より微細パターンを形成する方法において、高エ
ネルギー線照射により付加重合開始可能な活性点
を生成する基材として三次元架橋型でビニル基を
有するシリコーン樹脂を用いることを特徴とする
微細パターン形成法。 2 基板上に高エネルギー線照射により付加重合
開始可能な活性点を生成する基材よりなる膜を形
成し、該膜に高エネルギー線をパターン照射した
後、該照射膜を単量体ガス雰囲気にさらし、その
パターン照射部を選択的にグラフト重合させてパ
ターン形状のグラフト重合体膜を形成し、このグ
ラフト重合体膜をマスクとしてエツチングにより
基材膜に微細パターンを形成する場合に、基材膜
に、下層が有機高分子材料層から成り、上層がシ
リコーン樹脂から成る2層の基材膜を用いて、上
層のシリコーン樹脂上に照射パターンの形状のグ
ラフト重合体膜を形成し、このグラフト重合体膜
をマスクとして、グラフト重合体膜に覆われてい
ない領域のシリコーン樹脂をエツチング除去し、
更にこのシリコーン樹脂に覆われていない領域の
有機高分子材料層をエツチング除去することによ
り微細パターンを形成する方法において、上層の
シリコーン樹脂として三次元架橋型でビニル基を
有するシリコーン樹脂を用いることを特徴とする
微細パターン形成法。
[Claims] 1. A film made of a base material that generates active points capable of initiating addition polymerization by irradiation with high-energy rays is formed on a substrate, and after irradiating the film with high-energy rays in a pattern, the irradiated film is In a method of forming a fine pattern by exposing to a monomer gas atmosphere and selectively graft polymerizing the irradiated areas of the pattern to form a pattern-shaped graft polymer film, addition polymerization can be initiated by high-energy ray irradiation. A fine pattern forming method characterized by using a three-dimensionally crosslinked silicone resin having a vinyl group as a base material for generating active points. 2. A film made of a base material that generates active points capable of initiating addition polymerization by irradiation with high-energy rays is formed on a substrate, and after irradiating the film with high-energy rays in a pattern, the irradiated film is placed in a monomer gas atmosphere. When a pattern-shaped graft polymer film is formed by exposing and selectively graft polymerizing the pattern irradiated areas, and a fine pattern is formed on the base film by etching using this graft polymer film as a mask, the base film In this method, a graft polymer film in the shape of an irradiation pattern is formed on the upper silicone resin layer using a two-layer base film, the lower layer of which is an organic polymer material layer and the upper layer of which is a silicone resin. Using the combined film as a mask, the silicone resin in areas not covered by the graft polymer film is removed by etching.
Furthermore, in this method of forming a fine pattern by etching and removing the organic polymer material layer in the area not covered with the silicone resin, it is possible to use a three-dimensionally crosslinked silicone resin having a vinyl group as the upper layer silicone resin. Characteristic fine pattern formation method.
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