JP4612013B2 - 電子ビーム描画方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の原理を示す概念図であり、被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト層における荷電粒子線照射によって生起する反応を模式的に示したものである。図1(a)は、従来の化学増幅型レジストに酸拡散抑止剤を添加したレジスト層における反応の様子を示したものである。図1(a)においては、荷電粒子線照射領域内に、酸拡散抑止剤が9個存在している。この領域内で荷電粒子線或いは2次電子が酸発生剤と反応し酸が1つ発生している。(図1(a)における黒丸印が発生した酸を表している)。この酸は、続くPEB(Post Exposure Bake:露光後ベーク)によって、図1の矢印方向に拡散するが、レジスト中に配合されている酸拡散抑止剤と衝突し、酸は失活する。荷電粒子線照射によって酸が生成し、酸拡散抑止剤との衝突によって失活するまでの平均拡散距離を図1(a)の点線の円で示している。一方、本発明における酸拡散抑止剤を増量した場合(図1(b))には、図1(a)の場合と比較して多数の酸拡散抑止剤が存在し、酸と酸拡散抑止剤とが反応する確率は高まるため、荷電粒子線照射によって生じる酸の平均拡散距離は短くなっている。
このように、従来の化学増幅型レジストを用いてパターン形成した図2の場合と、本発明の条件でパターン形成した図3とを比較すると明らかなように、パターンエッジ部分の凹凸の幅を示すΔW1とΔW2とでは、ΔW1>ΔW2の関係となり、本発明においてはよりパターンの精度が向上していることがわかる。
本実施の形態のパターン形成方法は、化学増幅型レジスト塗布工程、荷電粒子線照射工程、PEB(ポストイクスポージャベーク)工程、現像工程を少なくとも備えている。また、所望に応じて、化学増幅型レジスト塗布工程と、荷電粒子線照射工程との間に、化学増幅型レジスト塗布層から有機溶媒を除去するプリベーク工程を実施することができる。また、化学増幅型レジスト層を半導体などの基板上に形成する前に、基板表面の清浄化工程、あるいは、基板表面への反射膜形成工程を実施することもできる。
以下、順次このパターン形成方法について工程別に説明する。
この工程は、半導体、ガラス、セラミックスなどの被処理基板上に、化学増幅型レジストを塗布する工程である。
このレジスト塗布工程においては、スピンコータ、アプリケータ、バーコーター、スピナー、カーテンフローコーターなどの周知の装置を用いることができる。
化学増幅型レジストには、荷電粒子照射部分が現像液に可溶化するポジ型と、荷電粒子照射部分が不溶化するネガ型があり、ベース樹脂としては、ポジ型とネガ型のいずれとするかによって、使用できる樹脂材料が異なっている。
ポジ型レジストとしては、MIBK(メチルイソブチルケトン)と、イソプロピルアルコール(IPA)との混合溶媒によって現像されるPMMA(ポリメチルメタクリレート)がよく知られているが、最近では、レジスト性能の他に環境への負担軽減を重視したプロセスの採用が増加しており、アルカリ可溶化樹脂レジストを用いることが行われるようになっている。
アルカリ可溶化樹脂を含有するレジストとしては、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、置換ポリスチレンなどを用いることができる。
一方、熱酸発生剤としては、スルホンイミドが知られている。このスルホンイミドは、140〜150℃の温度範囲で酸を生成する。
本発明においては、酸拡散抑止剤として、アルカリ性物質、あるいは荷電粒子線照射によりアルカリ性物質を生成する物質を使用することができる。
具体的には、第三級アミン類、ベンジルカルバメート類、ベンゾインカルバメート類、o−カルバモイルヒドロキシアミン類、o−カルバモイルオキシム類、ジチオカルバメート第四級アンモニウム塩などが挙げられる。
次に、前記工程で化学増幅型レジストを塗布した基板を、プリベーク処理して、レジストに存在する溶剤等の揮発成分を除去する。通常80〜140℃で、ウェーハでは60秒程度、マスクでは10分程度加熱することによって行うことができる。化学増幅型レジストの現像特性に、化学増幅型レジスト膜のpHが影響を及ぼすことから、プリベーク処理の際の環境雰囲気として、酸性物質もしくはアルカリ性物質を含まない雰囲気とすることが好ましい。
次いで、荷電粒子露光装置を用いて、基板にパターンを形成する。化学増幅型レジストに照射された電子ビーム(EB)などの荷電粒子によって、化学増幅型レジストに配合されている酸発生剤から解離して生じる酸によって、化学増幅型レジストの溶解反応若しくは固化反応が生じる。本発明においては、荷電粒子としては電子ビームの例を示して説明しているが、本発明においては荷電粒子としては電子ビームに限らず、化学増幅型レジスト材料に溶解度変化を生じさせるものであれば、各種イオンビームであっても差し支えない。
この電子ビーム露光装置10および被処理基板26は、図示しないが全体を覆設する筐体に収容され、内部を真空に保つようになっている。また、図示しない制御装置によって、装置全体の動作を制御するようになっている。
この電子ビーム露光装置において、電流密度は電子銃12と第1レンズ14により制御される。
ところで、電子ビームの照射量Dは、電子ビームの量に比例する電流密度をJ、照射時間Tとすると、D=J・Tと表される。従って、電流密度を増加させれば、照射時間を伸ばすことなく、照射量を向上させることが可能であることが分かる。従って、電子ビーム露光のための電流密度を所定の設定値より増加させることによって、パターン形成処理のスループットに影響を及ぼす照射時間を長時間化することなく、前記反応を達成することができる。
電流密度の増加率としては、化学増幅型レジスト中に含まれる酸拡散抑止剤の量に依存する。酸拡散抑止剤の量が、酸の平均拡散距離を半減させる量であれば、電流密度を2倍程度にすることが好ましい。
次いで、露光後の加熱処理であるポストイクスポージャベークを行う。この工程によって、化学増幅型レジストの可溶化もしくは不溶化反応が生じる。つまり、酸発生剤から発生した酸の拡散と触媒作用が発現する。
ベーク温度としては、70℃〜150℃の範囲で行うことが好ましい。温度がより低いと、パターン形状が劣化し、解像性不足の点で、不都合である。
現像工程は、前工程までに基板上のレジストに形成された潜像を顕像化する工程で、通常アルカリ溶液でレジスト層を処理することによって、非硬化部分のレジストを除去する。非硬化部分とは、ポジ型レジストであれば、荷電粒子照射部分のことで、この部分のレジストは溶剤可溶となり、レジストが除去される。一方、ネガ型レジストの場合には、これと逆で、照射部分のレジスト材料が架橋などの現象により不溶化し、非照射部分のレジストが可溶であるため、この部分のレジストが除去される。
通常現像材としては、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)などのアルカリ溶液を用いることができる。
その後、生成したパターンを乾燥し、パターン形成された基板を得ることができる。
ガラス基板上に膜厚70nm(700Å)のクロム層膜、及び、厚さ30nm(300Å)の酸化クロム層をこの順に成膜し、6インチマスク用基板を作製した。
側鎖に溶解抑止効果を有する置換基を導入したポリビニルフェノール樹脂90重量部と、酸発生剤であるスクシンイミジルトリフルオロメタンスルホネート7重量部と、酸拡散抑止剤であるo−ニトロベンジルカルバメート6重量部を配合し、これを有機溶剤に溶解して化学増幅型レジストを形成した。
上記基板表面に、上記化学増幅型レジストを、スピンコータを用いて塗布し、110℃で600秒間プリベーク処理して、厚さ300nm(3000Å)のレジスト層とした。
次いで加速電圧50kVの電子ビーム露光装置を用いて、最大ビームサイズ1μm四方の電子ビームでパターンの露光を行った。照射量は、20μC/cm2で、電流密度は、100A/cm2とした。パターン幅は、500nm及び100nmとした。
次いで、基板をホットプレート上に載置し、レジスト層を120℃で900秒間加熱処理して潜像を形成した。その後、2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキサイド(TMAH)水溶液を用いて、23℃の温度で60秒間現像処理を行った。
さらに、酸拡散抑止剤の量を12質量部に増量して、上記実施例1と同様の方法でパターン形成を行った。
上記実施例1及び2で得られたパターンについて、数十μmの範囲内において、パターン寸法のばらつきの程度を示すLCD(3σ)精度を測定した。
また、同様に、1つのパターンついて、パターンエッジの凹凸の程度を表すLER精度を測定した。
その結果を表1に示す。
図5に示す顕微鏡写真(b)は、実施例1で得られた500nmのパターンの断面、写真(c)は、実施例2で得られた500nmのパターンの断面、写真(e)は、実施例1で得られた100nmのパターンの断面、及び写真(f)は、実施例2で得られた100nmのパターンの断面である。
図5の結果から明らかな様に、酸拡散抑止剤の量が増加するに従って、レジストトップの角の形状がシャープになり、レジストと基板界面の裾引きが小さくなり、さらに、レジスト中央部のくびれが低減することが明らかとなった。その結果、実施例のパターンにおいては微細パターンの倒れが発生していない。
12…電子銃
14…第1のレンズ
16…第1の成形絞り(第1のアパーチャ)
18…第2のレンズ
20…第2の成形絞り(第1のアパーチャ)
22…縮小レンズ
24…偏向器
26…被処理基板
28…電子ビーム
30…パターン
Claims (2)
- 基板表面に、化学増幅型レジストを塗布する工程と、
前記被処理基板表面の前記化学増幅型レジスト層に電子ビームを照射する工程と、
前記電子ビーム照射された化学増幅型レジスト層を加熱処理する工程と、
前記化学増幅型レジストに現像処理を施してパターニングする工程を備え、
前記化学増幅型レジストが、酸拡散抑止剤を含有し、
前記電子ビーム照射工程において照射する電子ビームを発生させるのに要する電流密度が、50〜5000A/cm 2 の範囲にあり、
前記酸発生剤の添加量が、全固形分量に対して、0.1〜30重量部の範囲であり、
前記酸拡散抑止剤が、第三級アミン、ベンジルカルバメート類、ベンゾインカルバメート類、o−カルバモイルヒドロキシアミン類、o−カルバモイルオキシム類、及びジチオカルバメート第四級アンモニウム塩からなる群から選ばれたものであり、
前記化学増幅型レジストを用いて、マスク描画を行うことを特徴とする電子ビーム描画方法。 - 前記レジストに形成された潜像を顕像化する現像工程において、アルカリ現像液を用いることを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム描画方法。
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