JPH0210354A

JPH0210354A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH0210354A
Application number: JP63161640A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hashimoto; 和彦橋本; Taichi Koizumi; 太一小泉; Kenji Kawakita; 川北　憲司; Noboru Nomura; 登野村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1990-01-16
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JP2548308B2

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、ヌテッパーレンズの
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ンブチレンとの共重合体。

ホリプテンー１−スルホン、ポリインプロペニルケトン
、含フツ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シ、高感度化
をねらったものであるが、耐ドライエツチ性の悪さ、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、電子ビームリングラフイ
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シ、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５ｉ０２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２
４を約１ｏｏ人蒸着する（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図中））。

次に、このレジストパターンをマスクとして、中間層２
２のドライエツチングを行ない（第３図（Ｃ））、次に
中間層をマスクとして下層膜２１のドライエツチングを
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シ複雑となり、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。まだ、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・アンプとは露光電子が、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・
アップ効果によシ、電子ビームリソグラフィーにおいて
、フィールド番バッティング、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ツチ性が悪く
、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。

課題を解決するだめの手段すなわち、本発明は、または、（ただし、Ｒ１ｒ　Ｒ２＋　Ｒ３は同一または異なった
アルキル基をあられし、ｎは正の整数をあられす。）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して使用することによシ上記
のような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、第４級アンモニウ
ムイオンは電子吸引性基として作用するので、電子ビー
ムに対して主鎖切断がおこシやすく、また、水溶性高分
子でもあるので、現像液として水を使用することによっ
て、高感度のネガ型レジストになシうる。

また、これらのイオン伝導性高分子物質を多層レジスト
のアルミ層のかわシ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、チャージ・アップ
によるフィールド・バッティング・エラー、アジイメン
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電子線レジスト、および
それを用いたレジストプロセスによシ、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、水溶液高分子物質であるので、現像
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。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）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℃で重合体
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、２０Ｏｒｐｍでスピンコードし、２００℃
、３０分間のベーキングを行ない、１．２μｍ厚のレジ
スト膜を形成することができた。このレジスト膜に加速
電圧２゜ＫＶ、照射量１．ｏｘｌｏ−”Ｃ／ｃｒＡ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２）Ｈ３ＣＨ３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、２００Ｏｒｐｍでスピンコードし
、２０ｏ℃、３０分間のベーキングを行ない、１．２μ
ｍ厚のレジスト膜を形成した。このレジスト膜に加速電
圧２０　ＫＶ　、照射量１×１０−５０／ｄ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／ｌ／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３）本発明の第３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℃、２
０分間のベーキングを行なう。この上に５ＯＧａをスピ
ア：Ｉ−）１．．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として含フツ素ポリメ
タクリレートをスピンコードし、１８０’Ｃ，３０分間
ベーキングを行ない、Ｏ，Ｓμｍ厚のレジスト膜を形成
した。このレジスト膜上に、実施例１で得られた高分子
有機膜６を塗布し、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２０ＫＶ　
。

照射量５ｘ　１ｏ−６Ｃ／ｃｒＡ　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。その後、メチ
ルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）とイソプロピルアルコ
ール（Ｉ　ＰＡ　）の混合液で現像すると、正確な微細
レジストパターンが得られた（第１図（ロ））。

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％５ＯＧ（スピン　
オン　グラス）３のエツチングを行なった（第１図（Ｃ
））。そして、中間層をマスクとして、下層膜２のエツ
チングを行ない、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））。

（実施例４）本発明の第４の実施例を第２図に示す。半導体基板１上
に下層膜として実施例２で得られた重合体を塗布し、２
００ｔｌ：、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５ＯＧ１２を塗布し、２
００℃、２０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、１７０ｔｌ：、３０分間の
ベーキングを行なった（第２図（ａ））。次に、加速電
圧２０　ＫＶ　、照射量１ｘ１ｏ−’　Ｃ／ｃ！　テ電
子線露光を行ない、ＭＩＢＫとＩＰＡの混合液で現像を
行なうと、チャージアップによるフィールドΦパッティ
ング命エラーのない正確な微細レジストパターンを形成
するととができた（第２図軸））。このレジストパター
ンをマスクとしてＳＯＧのドライエツチングを行ない（
第２図（Ｃ））、次にＳＯＧをマスクとして高分子有機
膜１１のエツチングを行なった（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。

発明の詳細な説明したように、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
電子線レジストとして使用すると、高感度で高解像度の
レジストパターンを形成することができる。これらのレ
ジストを使用することによって、露光電子によるチャー
ジ・アップの影響はなくなシ、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。まだ、水溶性高
分子物質であるので、水で現像することができ、汚染等
の問題もない。

また三層レジストのレジスト上に塗布するか、または、
下層膜として塗布することによって、容易にチャージ・
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
同地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、
６・・・・・・高分子有機膜。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３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重合体より
なることは特徴とする微細パターン形成材料。
（２）一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ、Ｒ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重合体より成ることを特徴と
する微細パターン形成材料。
（３）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、上記無機膜上にレジストを塗布する工程と、
上記レジスト上に、一般式：▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３は同一又は異なった
アルキル基をあらわし、ｎは正の整数をあられす。または、一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２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膜、および、高分子有機膜をエ
ッチングする工程とから成ることを特徴とする微細パタ
ーン形成方法。