JPH02251961A - 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ＨＡ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、ムＳＩＣ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（ＰＭＭ人）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シ、例えば、ポリメタクリル酸ブチ
ル。

メタクリル酸メチμ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、ポリイソプロペニルケトン
、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υ、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４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４１
として高分子有機膜を２〜３μｍ厚塗市し厚塗間層４２
として５１０２等の無機膜、あるいはＳＯＧを０．２μ
ｍ厚塗市し、上層に電子線レジスト４３を０．５１ｔｍ
厚塗布し、その上にチャージ・アップを防止するために
アルミ層４４を約１００人蒸着する（第４図（ＩＬ）　
）。露光後、アルカリ水溶液でアルミ層４４を除去し、
その後現像する（第４図（ｂ）　）。

次に、このレジストパターンをマスクとして、中間層４
２のドライエツチングを行ない（第４図（Ｃ））、次に
中間層をマスクとして下層膜４１のドライエツチングを
行なう（第４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紅り、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・アップとは入射電子が、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、電子ビームリングラフイーにおいて
、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。

本発明者らはこれらの課題を解決するために、電子電導
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： （ただし、Ｒ１＋　Ｒ２、Ｒｓ　、　Ｒａは同−又は異
なったアルキル基、アルコキシ基ヲアラわし、ｎは正の
整数をあられす。） で表される、ポリジアセチレン系導電性高分子物質を電
子線レジストとして使用することにより、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
は主鎖に共役二重結合があり、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、三重結合は電子ビームに対して容易に分解し重合
反応をおこすので、電子ビームに対して高い感度を示す
ネガ型レジストになりうる。

また、一般式： （ただし、Ｒは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、ポリビニルシアン系高分子物質は導電性を
示さないが、熱を加えることによって、以下の反応が進
行し、高い導電率を示すようになる。

ＮＮ ↓ ５Ｎ１０＼Ｎ／”％Ｎ１０ち／ この高分子物質は主鎖に共役二重結合があり、電子ビー
ムにより、容易に重合反応をおこすので、電子ビームに
対して高い感度を示すネガ型レジストになりうる。

また、これらの電子電導性高分子物質を多層レジストの
下層膜として用いることにより、多層レジストを容易に
形成でき、チャージ・アップによるパターンずれ、フィ
ールド・パンティング・エラ、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る。

作用 本発明は前記した電子電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、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、電子ビーム描画時の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） 一般式：Ｒ−Ｃ三Ｇ−（、：Ｃ−Ｒ において、Ｒがウレタン誘導体基である３−メチル−ｎ
−ブトキシ−カルボニル−メチル−ウレタン（３８ＣＭ
Ｕ）をアセトンに溶解して紫外線を照射することによっ
てポリジアセチレンの重合体を合成した。この重合体を
クロロホルムに溶解し、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塗布し、熱
処理を行い、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、ドーズ量１０μｃ
　／ｃｍで電子線露光を行った後、極性溶媒で現像を行
った所、チャージ・アップによるパターン−ｊＴＬ、フ
ィールド・パッティング・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） 上記で示された重合体をクロロホルムに溶解させたのち
、不溶分をろ別し、レジスト溶媒とした。

このレジスト溶液を半導体基板上に滴下し、２ｏｏＯｒ
ｐｍでスピンコードし、２０Ｃ）Ｃ，２０分間のベーキ
ングを行い、１２μｍ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　、ドーズ量１０μＣ
／、−，４で電子線露光を行った後、極性溶媒で現像を
行った所、チャージ・アップによルハターンスレ、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１１として高分子有機膜を２μｍ厚塗市し、２
２０℃、２０分間のベーキングを行う。この上に中間層
１２としてＳＯＧを０．２μｍ厚塗布し、２００℃、２
０分間のベーキングを行う。この上に電子線レジスト１
３として、実施例１で得られた高分子有機膜を０．５μ
ｍ厚塗布し１５０Ｃ，２Ｑ分間のベーキングを行った（
第１図（ｌＬ））。次に加速ｔＢＥ２ｏｘｖ、”　−ス
ｌ　５１１Ｃ／ｐｉで電子線露光を行い、クロロホルム
で現像を行った所、正確な微細ネガ型レジストパターン
が得られた（第１図（′ｂ））。導電性が良いのでチャ
ージ・アップによるパターンずれ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１３のエ
ツチングを行った（第１図（Ｃ））。さらに、中間層を
マスクとして下層膜１１のエツチングを行い、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））。

以上のように、本実施例によれば、多層レジストの上層
レジストとしてこの導電性高分子物質を用いることによ
って、電子線露光時のチャージ・アップを防ぐことがで
き、正確な微細レジストパターンを形成することができ
る。

（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２１として実施例２で得られた重合体を塗布し
、２５０Ｃ，２０分間のベーキングを行い、２μｍｇの
膜を形成した。この上に中間層２２としてＳＯＣを０．
２μｍ厚塗市し、２００℃。

２０分間のベーキングを行い、さらに、この上に電子線
レジスト２３としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ
Ａ）を０．６ｐｍ厚塗布し、１７０℃。

２０分間のベーキングを行った（第２図（ａ））。次に
、加速電圧２０Ｋ　Ｖ　　ドーズ量１ｏ　ｏ　ｔｔｃ／
　ｔ＝４で電子線露光を行い、メチルイソブチルケトン
（ＭＩＢＫ）で現像を行うと、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
ジストパターンを形成することができた（第２図（ｂ）
）。このレジストパターンをマスクとして中間層のドラ
イエンチングを行い（第２図（Ｃ））、さらに中間層を
マスクとして下層膜のエツチングを行った（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。

以上のように、本実施例によれば多層レジストの下層膜
として、この導電性高分子物質を用いることによって、
電子線露光時のチャージ・アップを防止することができ
、正確な微細パターンを形成することができる。

（実施例６） 本発明の第６の実施例を第３図に示す。半導体基板１上
に下層膜３１として実施例１で得られた重合体を２μｍ
厚塗市し、２５０Ｃ，２Ｑ分間のベーキングを行った。

この上に電子線レジスト３２としてシリコン含有レジス
トを０．３μｍ厚塗布し、１００℃、２０分間のベーキ
ングを行った（第３図（ａ））。次に、加速電圧２０Ｋ
Ｖ、ドーズ量１０μＣ／　ｃａで電子線露光を行い、イ
ソプロピルアルコ−１ｖ（工Ｐム）で現像を行った所、
チャージ・アップによるパターンずれのない正確なレジ
ストパターンが得られた（第３図（ｂ））。このレジス
トパターンをマスクとして、下層膜のエツチングを行い
、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３図（Ｃ））。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、たとえば導電性有
機高分子物質であるポリジアセチレン。

ポリビニルシアン系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ネガ型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、入射電子によるチャージ・アップの影響はなくな
り、フィーμ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、多層レジストの下層膜として使用することにより
、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一実施例の工程断面図、第２図
は同曲の実施例の工程断面図、第３図は回能の実施例の
工程断面図、第４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、１１．２１・・・重下層膜、
１２．２２・・・山中間層、ｆｆ　３　、２３・・・・
・・レジスト。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　はが１名２ｔ
−Ｊ）Ｊ肢 ３ｆ−一一下層月走 ３２−一しラ又ト ３３−　変）球 Ｊ４−−−レジ得りＯ−ン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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、Ｒ＿４は同一又は
   異なったアルキル基、アルコキシ基をあ らわし、ｎは正の整数をあらわす。） で表される、ポリジアセチレン系の重合体よりなること
   を特徴とする微細パターン形成材料。
2. （２）一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒは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、ポリビニルシアン系の重合体よりなること
   を特徴とする微細パターン形成材料。
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、上記無機膜上にポリジアセチレン系重合体
   、または、ポリビニルシアン系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なることを特徴とするパターン形成
   方法。
4. （４）半導体基板上に、ポリジアセチレン系重合体、ま
   たはポリビニルシアン系重合体を塗布し熱処理する工程
   と、上記重合体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、および重合体膜をエッチングする工程と
   からなることを特徴とするパターン形成方 法。