JPH03182757A - 凹凸パターンの形成方法 - 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） 本発明はエネルギービームの照射による凹凸パターン（
レリーフパターン）の形成方法に関し、とりわけウェッ
ト現像処理工程を含まず、サブミクロンオーダーの凹凸
パターンを形成することが出来る凹凸パターンの形成方
法に関する。

（従来の技術及びその問題点） 従来、集積回路等の微細パターンを形成する為に、種々
の無機或は有機レジスト材料が知られているが、これら
のレジスト材料を用いたパターン形成方法は、ポジ型、
ネガ型を問わず、ＤＵＶ　（短波長紫外光）、ＥＢ（エ
レクトロンビーム）及びＸ線等のエネルギービームな、
上記レジスト材料に照射して、照射部と未照射部とにお
けるレジスト材料中の分子量の差からなる潜像を形成し
た後、有機溶剤を用いて前記分子量の差に基づく溶解速
度の差を利用することにより、凹凸パターンを形成する
のが一般的であった。

しかしながら、前記従来の方法ではその現像工程、即ち
凹凸パターンの形成工程において有機溶剤を用いる為に
以下の様な問題点を有していた。

ｌ）用いるレジスト材料によって有機溶剤の選定が難し
い。

２）有機溶剤でレジスト材料高分子が膨潤したり、形成
パターンが剥れたりして、微細パターンの形成が難しい
。

又、近年、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜
に電子線パルスを照射し、これを完全自己蒸発（アブレ
ーション）させてビアーホールを形成することにより、
凹凸パターンを形成する方法が知られている［Ｊ、　Ｋ
ｒ１ｓｈｎａｓ　ｗａｍｇ　ｅｔ　ａｌ、、　ＳＰＴＥ
Ｓｙｍｐ、　Ｐｒｏｃ、　１０８９（１９８９，３）参
照］。かかる凹凸パターンの形成方法は、有機溶剤を用
いないドライ現像処理方法である為、前記ｌ）及び２）
の如き問題点は有しないが、ＰＴＦＥ膜と基板界面での
エネルギービームの反射或は二次電子の放出によるパタ
ーン解像度の低下及び集積回路基板自身へのダメージの
増大等の新たな問題点を有している。

従って本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
、有機溶剤によるウェット現像処理を必要とせず、しか
も高感度で高解像度の凹凸パターンが再現性良く安定し
て得られる凹凸パターンの形成方法を提供することにあ
る。

（問題点を解決する為の手段） 上記目的は以下の本発明によって達成される。

即ち、本発明は、炭素を主鎖とし、その側鎖に水素原子
及びハロゲン原子からなる群から選ばれる少なくとも１
種の原子を有している高分子材料からなる膜に対して、
ａ）エネルギービームを照射する工程、及びｂ）酸化性
雰囲気中で加熱する工程を有することを特徴とする凹凸
パターンの形成方法である。

（作　　用） 特定の高分子膜にエネルギービームを照射する際に、該
エネルギービームのエネルギー量を上記高分子膜がアブ
レーションしない程度に抑制することにより、エネルギ
ービームの基板上での反射や二次電子の放出が抑えられ
、パターン解像度の低下及び基板自体の損傷が回避され
る。

上記工程においてエネルギービームの照射領域は高分子
構造が解離（劣化）しており、照射領域に対応した潜像
が形成されている。

上記層像を酸化性雰囲気中で加熱処理することにより、
前記エネルギービームの照射領域の高分子は迅速に揮散
して現像され、ポジ型の凹凸パターンが形成される。こ
の凹凸パターンは最初の工程で使用したエネルギービー
ムのエネルギー量が適度な範囲に制御されているので、
その形状はシャープであり、パターンの変形やシフトが
発生しない。

（好ましい実施態様） 次に好ましい実施態様を挙げて本発明を更に詳しく説明
する。

本発明で使用する高分子膜を形成する材料は、炭素を主
鎖とし、その側鎖に水素原子及びハロゲン原子からなる
群から選ばれる少なくとも１種の原子を有している高分
子材料である限り、従来公知の高分子材料はいずれも使
用することが出来る。

かかる高分子材料の例としては、エチレン、プロピレン
、ブテン、ブタジェン、イソプレン、クロロブレン、ス
チレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、弗
化ビニル、弗化ビニリデン、（メタ）アクリル酸、これ
らのエステル、（メタ）アクリロニトリル、（メタ）ア
クリルアミド等の単独重合体及びこれらの単量体の２種
以上からなる共重合体等、種々のものが挙げられるが、
エネルギービームによって化学結合が解離し易く（即ち
潜像形成が容易）、且つ形成された凹凸パターンの耐久
性、化学的及び物理的性質の点から好ましいものは、ハ
ロゲン化された炭化水素鎖からなるもの、例えば、ＰＴ
ＦＥ、ポリテトラクロロエチレン、ポリトリフルオロエ
チレン、ポリトリクロロエチレン、ポリジフルオロエチ
レン、ポリジクロロエチレン、ポリフルオロエチレン、
ポリクロロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン
、ポリプロモトリフルオロエチレン或はこれらを構成す
る単量体同士の共重合体が挙げられる。

上記の如き高分子材料からなる高分子膜は、シリコンウ
ェハー等の任意の基板上に薄膜、一般的には０．０５乃
至５μｍ１好ましくは０．２乃至１．２μｍの厚みに形
成することが好ましく、膜厚が上記範囲未満であるとピ
ンホールが発生し易くなり、ファインパターンの形成が
し難くなる等の点で不満足であり、一方、上記範囲を越
える膜厚である場合には高アスペクト比のパターンが得
にくくなる等の点で好ましくない。

上記高分子膜の成膜方法としては従来公知のいずれの方
法でもよいが、薄膜の均−性等の点がらは、ＣＶＤ法（
化学的気相堆積法）、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、
スパッタリング法、リアクティブ・スパッタリング法、
イオンブレーティング法、電子ビーム蒸着法が好適であ
る。

工程ａ）において、上記高分子膜に照射するエネルギー
ビームとしては、上記高分子膜の化学結合を解離させる
エネルギービームであればいずれのエネルギービームで
もよいが、得られる凹凸パターンの解像性等を考慮する
と、ＤＵＶ、ＶＵＶ（真空紫外光）、ＥＢ、Ｘ線、ＩＢ
（イオンビーム）等が好ましい。

エネルギービームの照射方法は、高分子膜を選択的に照
射する方法であり、例えば、描画方法や遮光マスク等を
使用する従来公知の照射方法でよい。

照射するエネルギー量は、１つは高分子膜のアブレーシ
ョンが起こらないことが必須の条件であり、更に好まし
くは高分子膜のアブレーションが生ぜず、且つエネルギ
ービームが高分子膜を透過して基板面に達しない照射量
であることが好ましい。

かかるエネルギービームの照射量は、使用する高分子材
料の種類、その膜厚、所望の凹凸パターン形状及び使用
するエネルギービーム等の種類によって種々変化し一層
には規定出来ないが、後述の実施例に例示する様に選択
した高分子材料の種類、膜厚、基板の種類、エネルギー
ビームの種類等によって数回の実験によって当業者が容
易に決定することが可能である。

以上の如きエネルギービームの照射によって、高分子膜
を構成している高分子材料の炭素−水素結合或は炭素−
ハロゲン結合が解離し、かかる解離部位（照射部位）と
未解離部位（未照射部位）とからなる潜像が形成される
（第１図す参照）。

又、エネルギービームの照射量によって形成される凹凸
形状の深さが変化し、エネルギービームが基板面付近に
達する場合には、図示の様に高分子膜の全部が揮散され
、一方、照射量が少なくなる程、凹部の深さは減少する
。

次に上記潜像を現像する為の酸化性雰囲気中での加熱工
程ｂ）を説明する。

かかる加熱工程は、前記エネルギービームを照射する工
程の後に実施してもよいし、又、エネルギービームの照
射と同時であってもよい。

酸化性雰囲気とは、空気（大気）に比較してより酸化性
雰囲気であることを意味し、例えば、酸素、オゾン等の
酸化性ガス雰囲気を加熱工程を行う系に、系全体の６０
％以上、更に好ましくは８０％以上となるように導入せ
しめることにより得られる雰囲気をいう。ここで前記酸
化性ガスの系全体に占める割合を６０％以上とすること
は現像処理時間が一層短縮され、パターン形成もより一
層シャープとなるので好ましい。又、その圧力は減圧下
でも加圧化でもよく特に限定されない。

酸素量は得られる凹凸パターンのアスペクト比を決める
因子となっている。この様な酸化性雰囲気を採用するこ
とによって、より低温での現像処理が可能で、熱による
凹凸パターンの変形等が一層良好に防止される。

加熱処理に使用する温度は、使用する高分子の種類、そ
の膜厚、所望の凹凸パターン及び使用するエネルギービ
ームの種類等によって種々変化し一層には規定出来ない
が、一般的には５０乃至５５０℃、好ましくは８０乃至
５００℃の温度で、加熱時間は一般的には０．５秒乃至
１時間、好ましくは１秒乃至３０分間程度である。

又、加熱方法としては、オーブンによる加熱、ホットプ
レートによる加熱、ランプ等を利用したフラッシュアニ
ール法等、種々の方法を利用することが出来る。

上記ｂ）工程においては、前記ａ）工程で形成された潜
像の結合解離部位（エネルギービーム照射部位）が揮散
されて、所望の凹凸パターンが形成される（第２図Ｃ参
照）。

以上の通り、本発明の凹凸パターン形成方法は上記ａ）
工程及びｂ）工程を有するが、これらの工程は同−又は
異なる装置内で順次行ってもよいし、連続して行っても
よいし、更に同時に行ってもよく、更にその前後に高分
子膜の成膜工程や凹凸パターンの後処理工程を付加して
もよいのは当然である。

（実施例） 次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明
する。

実施例１ 第１図示の如＜　ＳｉＯ□膜２を設けたシリコンウェＡ
−１上に、クロロトリフルオロロエチレンヲ原料として
プラズマＣＶＤ法により、厚み１μｍのポリクロロトリ
フルオロエチレン膜３を形成した。

次いでヘリウム雰囲気中において、Ｘ線源として電子線
励起固定ターゲット（Ｒｈ二波長＝４．６）方式のもの
を用い、加速電圧＝２０ｋＶ、加速電流＝４８ｍＡの条
件下で１８０分間所望の像を密着露光した。尚、この露
光条件は膜面で１００ｍＪ／ｃｒｔｒであった。

得られた潜像パターンを酸素／窒素＝５：ｌの雰囲気中
で１５０℃で加熱すると、露光部が除去されて未露光部
が残存するポジ型凹凸パターンが得られた。

上記パターンの線幅は、０．３５及び０．５μｍのもの
についてもパターンの変形及びパターン寸法のシフトは
認められず、高感度で高解像度のポジ型凹凸パターンが
得られた。

実施例２ 実施例１において露光領域を４分割して露光時間を夫々
４５分間、９０分間、１３５分間及び１８０分間とし、
以下実施例１と同様にして所望の像を密着露光した。

得られた潜像パターンを酸素／窒素＝５：１の雰囲気中
で１２０℃で加熱したところ、露光時間に応じた厚みを
有するポジ型凹凸パターンが形成された。

上記パターンの線幅は０．３５乃至１μｍのライン・ア
ンド・スペースであり、パターンの線幅の変形及びパタ
ーン寸法のシフトは認められず、高感度で高解像度のポ
ジ型凹凸パターンが得られた。

実施例３ 実施例１と同様の方法で、テトラフルオロエチレンを原
料として厚み１μｍのＰＴＦＥプラズマ重合膜を成膜し
、次いでＥＢ描画装置を用いて加速電圧＝１５ｋＶで描
画して得た潜像パターンを酸素／窒素＝４．５：１の酸
化性雰囲気中で１２０℃で加熱してポジ型凹凸パターン
を得た。

上記パターンの線幅は０．２５乃至ＩＬｔｍのライン・
アンド・スペースであり、パターンの線幅の変形及びパ
ターン寸法のシフトは認められず、高感度で高解像度の
ポジ型凹凸パターンが得られた。

実施例４ 実施例３において露光領域を４分割して、夫々の領域に
対して露光量を８０μＣ／ｃｎｆ、７゜ｕＣ／ａｎ！、
６０ｕＣ／ｃｒｄ及び５０ｕＣ／ｃｒｒｆとして夫々の
像を描画した。

得られた潜像パターンを酸素／窒素＝４．４：ｌの酸化
性雰囲気中で１２０’Ｃで加熱したところ、露光時間に
応じた厚みを有するポジ型凹凸パターンが形成された。

上記パターンの線幅は０．２５乃至１μｍのライン・ア
ンド・スペースであり、パターンの線幅の変形及びパタ
ーン寸法のシフトは認められず、高感度で高解像度のポ
ジ型凹凸パターンが得られた。

実施例５ 実施例１と同様の方法でテトラフルオロエチレンを原料
として厚みＩｕｍのＰＴＦＥプラズマ重合膜を成膜し、
次いでポリイミド膜製穴開きマスクを介してアルゴン（
Ａｒ”）イオンビームを照射して所望の潜像を形成した
。その際のアルゴン加速電圧は２０ｋＶとした。その後
、酸素／窒素＝５：１の酸化性雰囲気中で１３０℃に加
熱してポジ型凹凸パターンを得た。

このパターンはマスクパターンに忠実な２乃至１０μｍ
の幅のパターンであり、高感度で高解像度のポジ型凹凸
パターンが得られた。

実施例６ 実施例１と同様の方法でプロモトリフルオロエチレンを
原料として厚み１μｍのポリプロモトリフルオロエチレ
ンのプラズマ重合膜を成膜し、次いでＤＵＶ照射装置を
用いて露光エネルギー４゜ｍＪの条件下で照射して得た
潜像パターンを酸素／窒素＝５．５：１の酸化性雰囲気
中で１２５℃に加熱してポジ型凹凸パターンを得た。

上記ポジ型凹凸パターンの線幅は０．４５乃至１μｍの
ライン・アンド・スペースであり、パターンの線幅の変
形及びパターン寸法のシフトは認められず、高感度で高
解像度のパターンが得られた。

実施例７ 実施例１と同様の方法でテトラフロロエチレンとエチレ
ン（Ｃ，Ｈ，）ガスを原料として厚み１μｍのテトラフ
ルオロエチレンとエチレンの共重合体的プラズマ重合膜
を成膜し、次いでＥＢ描画装置を用いて加速電圧＝２０
ｋＶで描画して得た潜像パターンを酸素／窒素＝５．５
：１の雰囲気中で加熱してポジ型凹凸パターンを得た。

上記パターンの線幅は０．２５乃至１μｍのライン・ア
ンド・スペースであり、パターンの線幅の変形及びパタ
ーン寸法のシフトは認められず、高感度で高解像度のパ
ターンが得られた。

比較例１ 実施例３で用いたと同じプラズマＣＶＤ法で得た厚み１
μｍのＰＴＦＥプラズマ重合膜を用意した。

次いで、実施例３と同一のＥＢ描画装置を用い加速電圧
＝１５ｋＶで、露光量が１００ｇＣ／ｃｄとなる条件下
で描画した後、実施例３と同一条件で加熱したところ、
ポジ型凹凸パターンは得られたもののポジ型凹パターン
は目標線幅よりも細り、しかも線幅の変形を生じていた
。

尚、この条件下では既に潜像段階でパターンの如きもの
が顕微鏡で観察されていた。

比較例２ 実施例３で用いたと同じプラズマＣＶＤ法で得た厚み１
μｍのＰＴＦＥプラズマ重合膜を用意した。

次いで、実施例３と同一のＥＢ描画装置を用い加速電圧
＝１５ｋＶで、露光量が１０μＣ／ｃｒｔｒどなる条件
下で描画した後、実施例３と同一条件で加熱したが、顕
微鏡観察で判定出来るレベルのポジ型凹パターンは形成
されていなかった。

（発明の効果） 以上説明した様に、本発明のパターン形成方法によれば
、凹凸パターン形成工程をエネルギービーム照射工程と
加熱工程とを分離することによって、高分子膜をアブレ
ーションさせたり、基板を損傷させたりすることなく、
凹凸パターンを形成することが可能となった。

又、本発明方法は、サブミクロン領域にも適用し得るも
のであり、真空−貫プロセスに組み込むことが出来る。

以上の如き本発明方法は、集積回路等の微細パターンの
形成に有用であると共に、従来のレジスト材料を使用す
る各種印刷版の製造にも有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパターン形成方法の工程を模式的に説
明する図である。 ａは高分子膜の成膜工程を示し、ｂはエネルギービーム
の照射工程を示し、Ｃは形成された凹凸パターンを示す
。 ｌ：シリコンウェハー ２　：　５ｉ（ｈ膜 ３：高分子膜 ４：エネルギービーム 第 図 （Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素を主鎖とし、その側鎖に水素原子及びハロゲ
   ン原子からなる群から選ばれる少なくとも１種の原子を
   有している高分子材料からなる膜に対して、ａ）エネル
   ギービームを照射する工程、及びｂ）酸化性雰囲気中で
   加熱する工程を有することを特徴とする凹凸パターンの
   形成方法。
2. （２）高分子材料が、ハロゲン化炭化水素鎖からなる請
   求項１に記載の凹凸パターンの形成方法。
3. （３）エネルギービームの照射量が、ビームが基板に達
   しない量である請求項１に記載の凹凸パターンの形成方
   法。
4. （４）エネルギービームの照射量が、高分子材料の化学
   結合を解離させるが、該高分子材料を溶融しない量であ
   る請求項１に記載の凹凸パターンの形成方法。