JPH03184319A - 凹凸パターンの形成方法 - Google Patents

凹凸パターンの形成方法

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JPH03184319A
JPH03184319A JP1321370A JP32137089A JPH03184319A JP H03184319 A JPH03184319 A JP H03184319A JP 1321370 A JP1321370 A JP 1321370A JP 32137089 A JP32137089 A JP 32137089A JP H03184319 A JPH03184319 A JP H03184319A
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JP
Japan
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pattern
film
energy beam
uneven pattern
heated
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JP1321370A
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English (en)
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Masao Sugata
菅田 正夫
Hideo Kato
日出夫 加藤
Tsutomu Ikeda
勉 池田
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  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

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Xl1等のエネルギービーム
を、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。
1)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1゜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1)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)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様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。
上記潜像を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、P
TFE、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5μm、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−性等の点からは、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概
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の制御も可能である。
次に上記潜像を現像する為の加熱工程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。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
化し一概には規定出来ないが、一般的には50乃至55
0℃、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。
(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ハ
ー1上に、クロロトリフルオロエチレンを原料としてプ
ラズマCVD法により、厚み1μmのポリクロロトリフ
ルオロエチレンプラズマ膜3を形成した。
次いで真空中(2X l O−”Torr)において、
X線源として電子線励起固定ターゲット(Rh: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上で80 m J /
 c rdであった。
得られた潜像パターンを空気雰囲気中で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空気雰囲気中で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
1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空気雰囲気中で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/ c rd、70μC/ c
 rrr、60ILC/crrr及び50uC/crd
として夫々の像を描画した。
得られた潜像パターンを空気雰囲気中で、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6上記パターンの線幅は0.2
5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1μm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
空気雰囲気中で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40mJの条件下で照射して得た
潜像パターンを空気雰囲気中で125℃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0,45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ポ
ジ型凹凸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ルオロエチレンとエチ
レン(C,H4)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=2
0kVで描画して得た潜像パターンを空気雰囲気中で1
50℃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100uC/Cボとなる条件下
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I
LLm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/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
。 1:シリコンウェハー 2:5iOi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)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、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。
JP1321370A 1989-12-13 1989-12-13 凹凸パターンの形成方法 Pending JPH03184319A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007029810A1 (ja) * 2005-09-09 2007-03-15 Tokyo University Of Science Educational Foundation Administrative Organization 3次元モールドの製造方法、微細加工物の製造方法、微細パターン成形品の製造方法、3次元モールド、微細加工物、微細パターン成形品及び光学素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007029810A1 (ja) * 2005-09-09 2007-03-15 Tokyo University Of Science Educational Foundation Administrative Organization 3次元モールドの製造方法、微細加工物の製造方法、微細パターン成形品の製造方法、3次元モールド、微細加工物、微細パターン成形品及び光学素子

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