JP2548308B2 - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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JP2548308B2
JP2548308B2 JP63161640A JP16164088A JP2548308B2 JP 2548308 B2 JP2548308 B2 JP 2548308B2 JP 63161640 A JP63161640 A JP 63161640A JP 16164088 A JP16164088 A JP 16164088A JP 2548308 B2 JP2548308 B2 JP 2548308B2
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体素子や集積回路を電子ビームを用い
てパターン形成して製作する際に使用する微細パターン
形成材料、ならびに同材料を用いた微細パターン形成方
法に関するものである。
従来の技術 従来、IC及びLSI等の製造においては、紫外線を用い
たホトリソグラフィーによってパターン形成を行なって
いる。素子の微細化にともない、ステッパーレンズの高
NA化,短波長光源の使用等がすすめられているが、それ
によって焦点深度が浅くなるという欠点がある。また、
LSI素子のパターン寸法の微細化,ASICの製造等にともな
い、電子ビームリソグラフィーが用いられるようになっ
てきている。この電子ビームリソグラフィーによる微細
パターン形成にはポジ型電子線レジストは欠くことので
きないものである。その中でポリメチルメタクリレート
(PMMA)は最も解像性の良いものとして知られている
が、低感度であることが欠点である。それ故、近年ポジ
型電子線レジストの感度を高める多くの報告が行なわれ
ており、例えば、ポリメタクリル酸ブチル,メタクリル
酸メチルとメタクリル酸との共重合体,メタクリル酸と
アクリロニトリルとの共重合体,メタクリル酸メチルと
イソブチレンとの共重合体,ホリブテン−1−スルホ
ン,ポリイソプロペニルケトン,含フッ素ポリメタクリ
レート等のポジ型電子線レジストが発表されている。こ
れらのレジストはいずれも、側鎖に電子吸引性基を導
入、または、主鎖に分解しやすい結合を導入することに
よって、電子ビームによる主鎖切断が容易におこるよう
にしたレジストであり、高感度化をねらったものである
が、耐ドライエッチ性の悪さ,絶縁性によるチャージア
ップの影響,有機溶媒現像液による汚染等の問題があ
る。また、電子ビームリソグラフィーにおいては、電子
の前方散乱,後方散乱のための近接効果によるパターン
精度の劣化等の欠点があり、これらの欠点をおぎなうた
めに、レジストの働きを感光層と平坦化層とに分けた多
層レジストプロセスは有効な方法である。第3図は、電
子ビームリソグラフィーにおける多層レジストプロセス
を説明する図である。近接効果をおさえるために下層膜
21として有機膜を2〜3μm厚塗布し、中間層22として
SiO2等の無機膜、あるいはSOGを塗布し、上層に電子線
レジスト23を塗布し、その上にチャージ・アップを防止
するためにアルミ層24を約100Å蒸着する(第3図
(a))。露光後、アルカリ水溶液でアルミ層24を除去
し、その後現像する(第3図(b))。次に、このレジ
ストパターンをマスクとして、中間層22のドライエッチ
ングを行ない(第3図(c))、次に中間層をマスクと
して下層膜21のドライエッチングを行なう(第3図
(d))。以上のような多層レジストプロセスを用いる
ことにより、微細なパターンを高アスペクト比で形成す
ることができる。しかし、アルミ層を蒸着する多層レジ
ストでは工程がより複雑となり、また、コンタミネーシ
ョン等の問題があり、実用的でない。
発明が解決しようとする課題 上記のように、アルミ層つきの多層レジストプロセス
は有効な方法であるが、複雑な工程,アルミのコンタミ
ネーション等の問題点がある。また、アルミ層をとりの
ぞいた多層レジストプロセスでは、チャージ・アップの
問題がある。チャージ・アップとは露光電子が、絶縁体
であるレジスト,中間層または下層にたまる現象であ
る。このチャージ・アップ効果により、電子ビームリソ
グラフィーにおいて、フィールド・バッティング,合わ
せ精度の劣化等大きな問題が生じる。また、単層レジス
トでも、このチャージ・アップ現象は見られ、三層レジ
ストと同様に、フィールド・バッティング,合わせ精度
の劣化をまねく。
すなわち、電子ビームリソグラフィーにおいて、露光
された電子はレジスト中をエネルギーをうしないながら
散乱して、レジスト表面から1〜1.5μmの深さで止ま
ってしまい、その領域でチャージがたまってしまう。こ
のたまったチャージにより電子ビームが曲げられ、フィ
ールド・バッティング,合わせ精度の劣化をひきおこす
と考えた。
また、従来の電子線レジストは耐ドライエッチ性が悪
く、有機溶媒現像液による環境汚染も問題であった。
本発明者らはこれらの課題を解決するために、イオン
伝導性高分子を電子線レジストとして使用し、また、そ
れらを用いた微細パターン形成方法を完成した。
課題を解決するための手段 すなわち、本発明は、 一般式: または、 (ただし、R1,R2,R3は同一または異なったアルキル基を
あらわし、nは正の整数をあらわす。)で表される、第
4級アンモニウムイオン型のイオン伝導性高分子を電子
線レジストと組み合わせて使用することにより上述の問
題点を解消しようというものである。この高分子物質
は、側鎖に第4級のアンモニウムイオンがあるので、高
い導電率を示すので、電子によるチャージ・アップを防
止することができる。
また、これらのイオン伝導性高分子物質を多層レジス
トのアルミ層のかわりとして電子線レジストの上層膜と
して使用することにより、多層レジストを容易に形成す
ることができ、さらに、このイオン伝導性高分子物質は
水溶性高分子であるので、水で容易に除去することがで
き、チャージ・アップによるフィールド・バッティング
・エラー,アライメントのずれのない正確な微細レジス
トパターンを形成することができる。
作用 本発明は前記したイオン伝導性高分子物質を用いたレ
ジストプロセスにより、容易にチャージ・アップのおこ
らない正確な微細パターンを形成することができる。特
に、水溶性高分子物質であるので、レジストの上層膜と
して使用して除去液として水を使用することができ、環
境汚染の問題もなく、また、アルミ層を蒸着する必要が
なく、コンタミネーションの問題もなく、工程を簡略化
することができ、電子によるチャージ・アップを防止し
て、正確な微細パターンを形成することができる。さら
に、電子線レジストの下層膜として使用することによっ
て電子ビーム露光時の入射電子によるチャージ・アップ
を防止することができ、工程を簡略化することができ、
正確な微細パターンを形成することができる。従って、
本発明を用いることによって正確な高解像度な微細パタ
ーン形成に有効に作用する。
実施例 (実施例1で用いる材料1) P−メチルスチレン10ccを、アゾビスイソブチロニト
リル(AIBN)を重合開始剤として40℃重合体を合成し
た。得られた重合体をメタノール−テトラヒドロフラン
系で再沈精製した。この重合体をメチルセロソルブアセ
テートに溶解し、メチル基の水素をトリメチルアンモニ
ウムに置換することによって、下記の重合体が得られ
た。
分子量約10万のこの重合体を水に溶解させたのち、不
溶分をろ別し、レジスト溶液とした。このレジスト溶液
を半導体基板上に滴下し、200rpmでスピンコートし、20
0℃,30分間のベーキングを行ない、1.2μm厚のレジス
ト膜を形成することができた。このレジスト膜に加速電
圧20KV,照射量1.0×10-5C/cm2で電子線露光を行なった
後、水で現像を行なった所、チャージ・アップによるフ
ィールド・バッティング・エラーのない正確なネガ型レ
ジストパターンを得ることができた。
なお、このようにこのレジスト膜のチャージ・アップ
防止機能の発揮により、チャージ・アップにもとづく不
都合を解消することができる。
(実施例2で用いる材料) 上記で示されたポリマーを水に溶解させたのち、不溶
分をろ別し、レジスト溶液とした。このレジスト溶液を
半導体基板上に滴下し、2000rpmでスピンコートし、200
℃,30分間のベーキングを行ない、1.2μm厚のレジスト
膜を形成した。このレジスト膜に加速電圧20KV,照射量
1×10-5C/cm2で電子線露光を行なった後、水で現像を
行なった所、チャージ・アップによるフィールド・バッ
ティング・エラーのない正確なネガ型レジストパターン
を得ることができた。
(実施例1) 本発明の第1の実施例を第1図に示す。半導体基板1
上に下層膜2として高分子有機膜を塗布し、220℃,20分
間のベーキングを行なう。この上にSOG3をスピンコート
し、200℃,20分間のベーキングを行なう。この上に電子
線レジスト4として含フッ素ポリメタクリレートをスピ
ンコートし、180℃,30分間ベーキングを行ない、0.5μ
m厚の電子線レジスト膜を形成した。この電子線レジス
ト膜上に、前記の実施例1で用いる材料をインキ伝導性
の高分子有機膜5として塗布し、150℃,20分間のベーキ
ングを行なった(第1図(a))。次に、加速電圧20K
V,照射量5×10-6C/cm2で電子線露光を行ない、水洗し
て高分子有機膜5を除去する。この工程では、レジスト
4はこの電子線露光で感応する必要があるが、高分子有
機膜5は感応する必要はなく、チャージ・アップ防止機
能を有するイオン伝導性高分子有機膜として用い、水洗
除去されればよい。その後、メチルイソプチルケトン
(MIBK)とイソプロピルアルコール(IPA)の混合液で
現像すると、正確な微細レジスト4からなるパターン7
が得られた(第1(b))。導電性が良いのでチャージ
・アップによるフィールド・バッティング・エラーは全
く見られなかった。このレジストパターンをマスクとし
て、中間層SOG(スピン オン グラス)3のエッチン
グを行なった(第1図(c))。そして、中間層をマス
クとして、下層膜2のエッチングを行ない、正確で垂直
な微細高分子膜パターンを得ることができた(第1図
(d))。
(実施例2) 本発明の第2の実施例を第2図に示す。半導体基板1
上に下層膜として前述の実施例2で用いる材料の重合体
を塗布し、200℃,30分間のベーキングを行ない、高分子
有機膜11を形成した。この上にSOG12を塗布し、200℃,2
0分間のベーキングを行ない、さらに、この上に電子線
レジスト13として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)
を塗布し、170℃,30分間のベーキングを行なった(第2
図(a))。次に、加速電圧20KV,照射量1×10-4C/cm2
で電子線露光を行ない、MIBKとIPAの混合液で現像を行
なうと、高分子有機膜5のチャージ・アップ防止機能に
より、チャージ・アップによるフィールド・バッティン
グ・エラーのない正確な微細レジスト13よりなるパター
ン15を形成することができた(第2図(b))。この場
合も膜5は電子線露光で必ずしも感応しなくてもよい。
このレジストパターン15をマスクとしてSOG12のドライ
エッチングを行ない(第2図(c))、次にSOG12をマ
スクとして高分子有機膜11のエッチングを行なった(第
2図(d))。このようにして、正確で垂直な微細レジ
ストパターンを得ることができた。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、イオン伝導性
高分子物質である第4級アンモニウムイオン型のポリマ
ーを電子線レジストの上に形成して使用することによっ
て、高感度で高解像度,高精度のレジストパターンを形
成することができる。これらの高分子物質を使用するこ
とによって、アルミ膜を使用せずにすみ、コンタミネー
ションの問題もなく、また露光電子によるチャージ・ア
ップの影響はなくなり、フィールド・バッティング,合
わせ精度を向上させることができる。また、水溶性高分
子物質であるので、水で除去することができ、汚染等の
問題もない。
また上記、高分子物質を三層レジストの下層膜として
塗布する本発明の方法を用いることによって、容易に電
子ビーム露光時のチャージ・アップを防止することがで
き、正確で垂直な微細パターンを形成することができ、
超高密度集積回路の製造に大きく寄与することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における実施例の工程断面図、第2図は
同他の実施例の工程断面図、第3図は従来の多層レジス
ト法の工程断面図である。 1……半導体基板、2……下層膜、3……SOG、4……
電子線レジスト、5……高分子有機膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 登 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−53837(JP,A) 特開 昭58−21736(JP,A) 特開 昭48−14742(JP,A) 特開 昭57−96333(JP,A) 特開 昭59−93441(JP,A) 特開 昭62−113136(JP,A) 特開 昭59−53837(JP,A) 特開 平1−132122(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に、高分子有機膜を塗布し熱
    処理した後、上記高分子有機膜上に無機膜を塗布し、熱
    処理する工程と、上記無機膜上に電子線レジストを塗布
    する工程と、上記レジスト上に、 一般式: (ただし、R1、R2、R3は同一又は異なったアルキル基を
    あらわし、nは正の整数をあらわす。) または、一般式: (ただし、R1、R2、は同一または異なったアルキル基を
    あらわし、nは正の整数をあらわす。)で表される。第
    4級アンモニウムイオンの重合体からなるチャージアッ
    プ防止膜を塗布し、熱処理する工程と、電子線によるパ
    ターン描画後、上記チャージアップ防止膜を全て除去す
    るとともに現像により上記レジストをパターニングし、
    その後上記レジストのパターンをマスクとして上記無機
    膜および上記高分子有機膜をエッチングする工程とを有
    することを特徴とする微細パターン形成方法。
  2. 【請求項2】半導体基板上に、 一般式: (ただし、R1、R2、R3は同一又は異なったアルキル基を
    あらわし、nは正の整数をあらわす。) または、一般式: (ただし、R1、R2、は同一または異なったアルキル基を
    あらわし、nは正の整数をあらわす。)で表される、第
    4級アンモニウムイオンの重合体からなるチャージアッ
    プ防止膜を塗布し、熱処理する工程と、上記チャージア
    ップ防止膜上に無機膜を塗布し、熱処理する工程と、上
    記無機膜上に電子線レジストを塗布する工程と、電子線
    によるパターン描画後、現像により上記レジストのパタ
    ーンをマスクとして上記無機膜および上記チャージアッ
    プ防止膜をエッチングする工程とを有することを特徴と
    する微細パターン形成方法。
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