JPH03138922A - 微細パターン形成方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明（上　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
形成方法に関するものであも従来の技術 従来　ＩＣ及びＬＳＩ等の製造において（上　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っ
ていも　素子の微細化に伴なしく　ステッパーレンズの
高ＮＡｔ　　短波長光源の使用等がすすめられている力
丈　それによって焦点深度が浅くなるという欠点があａ
　ま？、ＬＳＩ素子のパターン寸法の微細（ＬＡＳＩＣ
の製造等にともな（＼　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も　この電子ビームリソグ
ラフィーはＬＳＩ素子に必要なミクロン及びサブミクロ
ンの幾何学形状を形成するのに最も有望な方法の一つで
あ翫　しかしなが収　電子ビームリソグラフィーの重大
な問題の一つは放射線感応有機レジスト薄膜中の電子の
後方散乱効果であも　これによって、解像力及び線幅の
制御に実際上の制限が生じも　制限は又　近接効果及び
基板の凹凸を反映したレジストの厚さの変動によっても
生じａまｔニ　　電子ビームリソグラフィーにおいて（
友　電子ビームレジストの耐ドライエツチ性の悪さ、前
記で述べた電子の前方散乱　後方散乱のための近接効果
によるパターン精度への影像　また　入射電子のチャー
ジアップによるパターン描画への影響等の欠点があも　
これらの欠点をおぎなうためへ　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法は非常に有効な
方法である。第６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ム　近接効果
をおさえるために下層膜６１として有機膜を２〜３μｍ
厚塗布し　中間層６２としてＳｉｏ＊等の無機膜あるい
はＳＯＧ　（スピン　オン　グラス）等の無機高分子膜
を０．２μｍ厚塗布し上層に電子線レジスト６３を０．
５μｍ厚塗布し　その上へ　チャージアップを防止する
ためにアルミニウム薄膜を約１００人蒸着する（第６図
（ａ））。パターン描画表　アルカリ水溶液でアルミ層
を除去し　その後、現像しレジストパターンを得る（第
６図（ｂ））。夕暮へ　このレジストパターンをマスク
として中間層のドライエツチングを行い（第６図（Ｃ）
）、次圏　中間層をマスクとして下層のドライエツチン
グを行い（第６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って、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も　しかし　アルミ層
を蒸着する多層レジストで（よ　工程がより複雑となり
、また　パターン転写時の寸法シフトが大きくなる等の
問題があり、実用的であるとはいえな（℃ 発明が解決しようとする課題 上記のようく　多層レジストプロセスは有効な方法であ
るバ　複雑な１毘　パターン転写時のレジスト寸法の変
動等の問題点があも　電子ビーム露光の場合、入射電子
の散乱による近接効果のパターン精度への影響が大きい
ので、厚い下層膜を塗布する必要があも　しかし　２〜
３μｍの厚さで１よ　完全に近接効果を抑えることはで
き机　また　これ以上の厚さの下層膜を塗布すると、パ
ターン転写時の寸法シフトが非常に大きくなったり、プ
ロセス的に困難であム　また　電子線レジストとして用
いられるノボラック系レジスト、　ＰＭＭＡ（ポリメチ
ルメタクリレート）系レジストともく　現像時間に対す
るレジストパターン寸法変動が大きく、プロセス余裕度
が小さいという問題点もあも　さらく　入射電子による
チャージアップを防止するためＩζ　レジスト上にＡｌ
薄膜を形成するプロセス！友　レジストがノボラック系
レジストの時は使用できないということもあり、プロセ
ス的に複雑という問題もあム　本発明者ら（よ　ごれら
の問題を解決するためぬ　簡易な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 本発明の微細パターン形成方法は以下の手段を用いａ　
すなわ板　半導体基板１鳳　高分子有機膜を塗布し熱処
理する工程と、上記有機膜上くイオン照射をすることに
よって高密度層の膜を形成する工程と、上記有機上に電
子線レジストを塗布し熱処理する工程と、パターン描画
表　現像しレジストパターンをマスクとして高分子有機
膜をエツチングする工程とを備えてなるものであもそし
て望ましく（上　　高分子有機膜上に照射するイオンと
して、シリコン、タングステン等の金属イオンを加速電
圧４０ｋＶ以玉　照射量Ｉ　Ｘ　１０”１ｏｎｓ／Ｃｆ
ｆ１１１以上照射する。また　本発明４上　半導体基板
上に　高分子有機膜を塗布し熱処理する工程と、上記有
機膜上く　水素イオンをＩ　Ｘ　１０’　”１ｏｎｓ／
　ｃｍ”以上照射することによって、高密度層の膜を形
成する工程と、上記有機膜上に有機シリコン化合物を塗
布し熱処理する工程と、上記有機シリコン化合物上に電
子線レジストを塗布し熱処理する工程と、パターン描画
に　現像Ｌ　レジストパターンをマスクとして、有機シ
リコン化合物、　高分子有機膜をエツチングする工程を
備える方法を提供すムさらにまた　本発明Ｃ瓜　　半導
体基板上へ　高分子有機膜を塗布し熱処理する工程と、
上記有機膜上く　合金属無機高分子膜を塗布し熱処理す
る工程と、上記無機高分子膜上に電子線レジストを塗布
し熱処理する工程と、パターン描画徽　現像しレジスト
パターンをマスクとして、無機高分子膜、高分子有機膜
をエツチングする工程とを備える方法を提供すム 作用 本発明は前記したレジストプロセスにより、容易に近接
効果によるパターン劣化の少な（＼　チャージアップに
よるパターンずれのない正確な微細パターンを形成する
ことができも　特へ　中間層として塗布可能な合金属無
機高分子を用いることによって、容易に高密度層を形成
することができ、近接効果　チャージアップを抑えるこ
とができ高プロセスマージンで正確な微細レジストパタ
ーンを形成することができも　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レジストパターン
形成に有効に作用すも 実施例 ま哄　本発明の概要を述べも　本発明は金属イオン、Ｓ
ｉイオンまたは水素イオンを下層膜に照射することによ
って、下層膜上に高密度層を形成し　電子ビーム描画に
おける近接効果　チャージアップ効果によるパターン劣
４Ｆ、　　上記のような問題点を解消しようというもの
であも　電子ビーム描画における入射電子はレジスト中
を散乱し　基板に達し　基板からの後方散乱が再びレジ
スト中に達すａ　従って、集積されたパターンにおいて
：上　近接したパターンからの電子の散乱によって、所
望のパターンが得られなも＼　近接効果の問題が発生す
ａ　この近接効果を防止するためく　下層膜上に高密度
層を形成すも　この高密度層は密度は約５〜２０ｇ／ｃ
ｍ’であり、この層によって、電子の後方散乱の量およ
び方向を制御することができ、近接効果によるパターン
の劣化を抑えることができも　金属イオンとしてはタン
ク７ｋ　　タングステン、レニウな　オスニラ入　白金
及び金等が用いられも　また　金属以外でもＳｉイオン
や水素イオンを用いて高密度層を形成することができへ
また　電子ビーム描画における入射電子は絶縁膜である
下層膜に蓄積されて、電子ビームが曲げられ　パターン
がひずんでしまう、チャージアップ効果の問題が発生す
翫　イオン照射したＭ（友　表面抵抗が下がっているの
で、このチャージアップを防止することができ翫　さら
く　レジストの現像時間に対するパターン寸法の変化の
少な（＼　プロセスマージンの高いレジストプロセスが
得られも　中間層として用いられる材料に高密度層とな
るものを用いて行うこともできも　特鳳　含金属無機高
分子、ポリタングステン酸系無機高分子（友溶媒可溶で
塗布可能であるので容易に高密度層を形成することがで
きも　従って、隣接パターンによる後方散乱電子を制御
することができ、近接効果を抑えることができも　また
含金属であるので抵抗値も低く、チャージアップを防止
することもでき、プロセスマージンの高いレジストプロ
セスが得られも　これらのレジストプロセスを用いるこ
とによって、高密度層を形成ヒ　パターン近接効果を抑
えることができ、また　アルミ薄膜をつけずく　入射電
子によるチャージアップを防止することができ、また　
現像時間に対するレジストパターン寸法変化の少な吹　
プロセスマージンの高ｔ＼　レジストプロセスが得られ
　バッティング・エラー、アライメントずれのない正確
な微細レジストパターンを形成することができも（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１１
上に下層膜１２として高分子有機膜を２μｍ厚塗布ＬＡ
２２０’Ｄ　　２０分間のベーキングを行っ九この１番
ヘ　　金属イオン１３としてＷ０イオンを加速電圧４０
　ｋ　Ｖ、　　照射量１　ｘ　１０”１ｏｎｓ／Ｃｍ２
全面−括照射して、下層膜上に　０．１μｍ厚の金属イ
オン照射領域１４を形成し７−ｏ（第１図（ａ））。さ
ら置　この上に電子線レジスト１５としてＡ　Ｚ　１３
５０Ｊノボラツク系レジストを０．５μｍ厚塗布り、　
　１００ｔ、　　９０ｓｅｃのベーキングを行った（第
１図（ｂ））。次に　加速電圧２０ｋＶ、ドーズ量３０
　μｃ　／　ｃｍ２で電子線露光を行１．％有機アルカ
リ水溶液で現像を行った所、近接効果の少なし＼　チャ
ージアップによるパターンずれのな℃＼　正確な微細レ
ジストパターンを形成することができた（第１図（Ｃ）
）。このレジストパターンをマスクとして、金属イオン
照射領域１４をエツチングして、さらく　下層膜１２の
エツチングを行賎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（第１図（ｄ））。加速電圧４０ｋＶ
、照射量１×１０”　１ｏｎｓ／　ｃがで０．１μ厚の
Ｗ０イオン照射層を形成することによって、下層膜上に
高密度層を形成することができ、電子ビーム描画におけ
る入射電子の後方散乱を制御することができ、隣接した
パターンによる近接効果は抑えられ　近接効果の少ない
レジストパターンを形成することができる。

また　金属イオン層なので、入射電子によるチャージは
蓄積されずく　チャージアップ効果もおこらな１　この
高密度層の密嵐　膜厚（よ　照射時の加速電圧　照射量
によって任意に変えることができるパ　効果的なの１友
　加速電圧４０ｋＶ以下、照射量１　ｘ　１０”　１ｏ
ｎｓ／　ａｍ２以上であ翫　また　金属イオンはＷ以外
の金属でもよく、またＳｉｏでもよい。

（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１１
上に下層膜２１として高分子有機膜を２μｍ厚塗布Ｌ２
２０＼　２０分間のベーキングを行つ九この１鳳　水素
イオン２２を加速電圧４０ｋＶ、　　照射量Ｉ　Ｘ　１
０”１ｏｎｓ／ａｍ”全面−括照射して、下層膜１顛０
．３μｍ厚の水素イオン照射による高密度層を形成した
（第２図（ａ））。さら鳳　この１艮　中間層２３とし
てＳＯＧを０．１μｍ厚塗布し　熱処理した檄上層レジ
スト２４としてＡ　Ｚ　２４００ノボラツク系レジスト
を０．５μｍ厚塗布り、　　１００ｔ、　　９０ｓｅｃ
のベーキングを行った（第２図（ｂ））。次く　加速電
圧２０ｋＶ、ドーズ量３０μｃ　／　ｃがで電子線露光
を行１．）　　有機アルカリ水溶液で現像を行った所、
近接効果の少なＩ、Ｘ、チャージアップによるパターン
ずれのな（Ｘ、正確な微細レジストパターンを形成する
ことができた（第２図（Ｃ））。このレジストパターン
をマスクとして中間層２３をエツチングして、さらＩζ
下層膜２１をドライエツチングすることにより、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（第２
図（ｄ））。加速電圧４０に’／、照射量１ｘ１０１テ
１ｏｎｓ／　ｃｍ２で０．３μｍ厚のＨ０イオン照射層
を形成することによって、下層膜上に高密度層を形成す
ることができ、電子ビーム描画における入射電子の後方
散乱を制御することがき、隣接したパターンによる近傍
効果は抑えられ　近接効果の少ないレジストパターンを
形成することができム　また　水素イオン照射層（友　
下層膜の表面の抵抗が下がっており、描画時のチャージ
アップを防止することができも　この高密度層の密度、
膜厚（よ　照射時の加速電圧、照射量によって任意に変
えることができる爪　効果的なのは加速電圧４０ｋＶ以
下、照射量ＬＸ　１０”１ｏｎｓ／　ｃｍ２以上であも
　また　現像時間に対するレジストパターン寸法の変化
を第５図に示す。下層膜にイオン照射のしていない通常
の三層レジストプロセスの場合、現像時間が長くなると
、レジストパターン寸法は次第に細くなっていく力（下
層膜にイオン照射を行（＼　高密度層を形成した新しい
三層レジストプロセスの場合、現像時間が長くなってｋ
　レジストパターン寸法はほとんど変化せ哄　プロセス
余裕度を非常に大きくすることができも （実施例３） 本発明の第３の実施例を第３図に示す。半導体基板ｌｌ
上に下層膜３１として高分子有機膜を２μｍ厚塗布Ｌ２
２０℃、２０分間のベーキングを行つ九この上に水素イ
オン３２を加速電圧４０ｋＶ、照射量１ｘ　Ｉ　Ｏ”　
１ｏｎｓ／　Ｃｍ”全面−括照射して、下層膜上にＯ４
“３μｍ厚の水素イオン照射領域３３を形成した（第３
図（ａ））。さらに　この上に上層レジスト３４としぐ
、　ソリコン含有レジストを０．５μｍ厚塗布し１５０
’ｔＥ、　　１０分間のベーキングを行った（第３　Ｅ
ｍ（ｂ））。

（づ（１に、加速電圧２０ｋＶ、ドーズ量２０μｅ／ｃ
がで電子線露光を行ｔ、ｘＩＰＡ（６イソブロビリアル
コール）で現像を行った所、近接効果の少なし″Ｉ、チ
ャージアップによるパターンずれのない正確な微細し、
’　；−（ドパターンを形成することができた（（第３
図（Ｃ））。このレジストパターンをマスクとして下層
膜３１のエツチングを行１．Ｌ　　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（第３図（ｄ））。

また　現像時間に対するレジスト寸法の変動も小さく、
プロセス余裕度を大きくすることができ九（実施例４） 本発明の第４の実施例を第４図に示す。半導体基板１１
上に下層膜４１として高分子有機膜を２μｍ厚塗布Ｌ２
２０℃、２０分間のベーキングを行った（第４図（ａ）
）。この上に中間層４２として含金属無機高分子である
ポリタングステン酸系高分子を０．２μｍ厚塗布し　熱
処理した後、上層レジスト４３としてＰＭＭＡ　（ポリ
メチルメタクリレート）レジストを０．５μｍ厚塗布Ｌ
Ａ１７０℃、２０分間のベーキングを行った（第４図（
ｂ））。次へ　加速電圧２０ｋＶ。

ドーズ量２００μｃ／ｃｍ”で電子線露光を行（＼　Ｔ
ＰＡ現像を行った所、近接効果の少な（＼　チャージア
ップによるパターンずれのな（−正確な微細レジストパ
ターンを形成することができた（第４図（Ｃ））。この
レジストパターンをマスクとして中間層４２のエツチン
グを行賎　さら鳳　下層膜４１をドライエツチングする
ことにより、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（第４図（ｄ））。以上のように　本実施
例によれ（戴　三層レジストの中間層に含金属無機高分
子を塗布し　高密度膜を形成することによって、高精度
に微細なレジストパターンを形成することができも発明
の詳細 な説明したよう艮　本発明によれ（渋　下層膜上に金属
イオンまたはシリコン、水素イオンを照射Ｌ　高密度層
を薄く形成することにより、電子ビーム描画時の入射電
子の散乱を制御することができ、隣接したパターンによ
る近接効果の少な賎まな　入射電子のチャージアップに
より、パターンひずみのなｔ、ｋ　　正確で微細なレジ
ストパターンを形成することができも　さらく　現像時
間に対するレジストパターン寸法の変動が小さく、プロ
セス余裕度も大きくすることができも　また　下層膜上
に含金属無機高分子を塗布し高密度層を形成することに
よってｋ　近接効果の少な（＼　チャージアップのおこ
らな賎　また　、プロセス余裕度の犬き頓　正確で微細
なレジスト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も

【図面の簡単な説明】

第１図（上　本発明における第一の実施例の工程断面図
　第２図は同第二の実施例の工程断面は第３図は同第三
の実施例の工程断面図　第４図は同第四の実施例の工程
断面図　第５図は実施例２における現像時間と、上層レ
ジストパターンの線幅の変化を示したグラフであり、第
６図は従来の多層レジスト法の工程断面図であも

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に、高分子有機膜を塗布し熱処理す
   る工程と、上記有機膜上に、イオン照射をすることによ
   って高密度層の膜を形成する工程と、上記有機上に電子
   線レジストを塗布し熱処理する工程と、パターン描画後
   、現像し、レジストパターンをマスクとして高分子有機
   膜をエッチングする工程とを備えてなること特徴とする
   微細パターン形成方法。
2. （２）高分子有機膜上に照射するイオンとして、シリコ
   ン、タングステン等の金属イオンを加速電圧４０ｋＶ以
   下、照射量１×１０＾１＾６ｉｏｎｓ／ｃｍ＾２以上照
   射することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微
   細パターン形成方法。
3. （３）半導体基板上に、高分子有機膜を塗布し熱処理す
   る工程と、上記有機膜上に、水素イオンを１×１０＾１
   ＾６ｉｏｎｓ／ｃｍ＾２以上照射することによって、高
   密度層の膜を形成する工程と、上記有機膜上に有機シリ
   コン化合物を塗布し熱処理する工程と、上記有機シリコ
   ン化合物上に電子線レジストを塗布し熱処理する工程と
   、パターン描画後、現像し、レジストパターンをマスク
   として、有機シリコン化合物、高分子有機膜をエッチン
   グする工程とを備えてなることを特徴とする微細パター
   ン形成方法。
4. （４）半導体基板上に、高分子有機膜を塗布し熱処理す
   る工程と、上記有機膜上に、含金属無機高分子膜を塗布
   し熱処理する工程と、上記無機高分子膜上に電子線レジ
   ストを塗布し熱処理する工程と、パターン描画後、現像
   し、レジストパターンをマスクとして、無機高分子膜、
   高分子有機膜をエッチングする工程とを備えてなること
   を特徴とする微細パターン形成方法。