JPH0455328B2 - - Google Patents

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JPH0455328B2
JPH0455328B2 JP60035692A JP3569285A JPH0455328B2 JP H0455328 B2 JPH0455328 B2 JP H0455328B2 JP 60035692 A JP60035692 A JP 60035692A JP 3569285 A JP3569285 A JP 3569285A JP H0455328 B2 JPH0455328 B2 JP H0455328B2
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JP
Japan
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etching
sensitive material
pattern
pattern forming
forming method
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JP60035692A
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English (en)
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JPS61194831A (ja
Inventor
Korehito Matsuda
Katsuyuki Harada
Shigeru Morya
Tetsuyoshi Ishii
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Priority to US06/721,306 priority patent/US4634645A/en
Priority to CA000478690A priority patent/CA1264596A/en
Priority to EP85104417A priority patent/EP0158357B1/en
Priority to DE8585104417T priority patent/DE3581822D1/de
Publication of JPS61194831A publication Critical patent/JPS61194831A/ja
Publication of JPH0455328B2 publication Critical patent/JPH0455328B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/40—Treatment after imagewise removal, e.g. baking

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路パタンなど微細で高密度なパ
タンを高精度に形成する方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
半導体集積回路などのパタン形成は、半導体基
板に光、X線、電子線あるいはイオンビームなど
の高エネルギー線に感応するレジストを塗布し、
これに上記高エネルギー線を照射し、現像をおこ
なうことによつて行なわれている。
パンタンが微細化すると、光露光では回折現象
や定在波などにより、形成されるパタンの解像性
が低下する。それ故、電子線やX線などの高エネ
ルギー線が有利となるが、これら高エネルギー線
を用いた場合でも、後方散乱現象あるいは二次電
子の発生などにより解像性が低下する。
上記問題点を解決したパタン形成方法を本発明
者らは、特願昭59−74690号として出願した。第
1図a〜eにこの方法を示す。すなわち、パタン
を形成する場合、基板3に塗布されたレジスト
(感応材料)2に光、電子線、X線またはイオン
ビームなどの高エネルギー線1を照射し、現像工
程を通して該レジスト表層に凹パタンを形成す
る。(第1図a,b)該試料にレジスト2とエツ
チング選択比がとれる材料、例えばシリコーン樹
脂(付着材料)4を塗布し凹パタン部を平坦化す
る(第1図c)。該シリコーン樹脂を均一にエツ
チングして凹パタン部にシリコーン樹脂を残し、
これをマスクにしてO2ガスによる反応性イオン
エツチング(RIE)によりレジストを除去する
(第1図d,e)。これにより、シリコーン樹脂の
下にあるレジストは残り、それ以外のレジストは
除去されるため、基板上にレジストパタンが形成
される。かかる工程で最も重要となるのは、平坦
化されたシリコーン樹脂をエツチングしてマスク
を形成する工程にある。レジスト表層に形成され
た凹パタンは、高エネルギー線のプロフアイルを
反映しており、一般にテーパ状あるいはサインカ
ーブ状になつている。したがつて、シリコーン樹
脂のエツチングを停止する深さによつてパタン寸
法が広がつたり狭まつたりするため、エツチング
の終点判定を高精度に行う必要がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記特願昭59−74690号の方法において、シリ
コーン樹脂のエツチングはシリコーン樹脂の塗布
膜厚とエツチレートから算出されるエツチング時
間により終点判定をしていた。エツチレートは、
ガス圧の変化や基板温度の変化などにより変化す
るため、これらを高精度に制御するのは困難であ
つた。CF4ガスを用いてシリコーン樹脂をエツチ
ングする場合、エツチレートの変化は、約10%に
もなることがわかつた。シリコーン樹脂の塗布膜
厚を2μmとした場合同一エツチング時間で0.2μm
のエツチング誤差が生じる。これは、パタン寸法
誤差に換算すると0.1〜0.15μmもの誤差となる。
このように上記パタン形成法は、マスク形成工
程におけるマスク材のエツチング精度がパタン寸
法精度に直接反映されるため、マスク材のエツチ
レートから算出したエツチング時間による制御で
は不十分であつた。
本発明はこれらの欠点を解決するため、レジス
トとマスク材料の界面を検出する方法を与えるも
ので、その目的は、マスク材のエツチングの終点
判定を高精度に行うことによりパタン形成精度を
向上させることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明によれば、上記問題点は、付着材料と
感応材料との界面を検出し、この検出に基づいて
付着材料のエツチング終点を判定することによつ
て解決される。
〔実施例〕
第2図a,b,cは本発明の一実施例である。
まず、基板3にラベル物質として5%のZnBrを
含有したフエニールメタクリレート/メタクリル
酸共重合体(φ−MAC)レジスト5を1.5μm塗
布する。これを200℃で一時間プリベークする。
この試料に電子線を照射後、1,4−ジオキサン
25%とジイソブチルケトン75%の混合液で現象
し、レジスト表層に0.2〜0.3μm深さの凹パタン
を形成する。第2図aのごとくこれにシリコーン
樹脂4をスピンコートして基板全体を平坦化す
る。シリコーン樹脂膜厚を3μm以上塗布すれば
基板全体を平坦化できる。つぎに、シリコーン樹
脂を反応性イオンエツチング装置によりCF4ガス
を用いて反応性イオン12によりエツチングす
る。エツチングの状況は該反応性イオンエツチン
グ装置10に接続してある質量分析装置11でモ
ニターした。シリコーン樹脂のエツチングが進み
レジストの平坦部が露出しはじめるとレジスト中
に含まれているZnが質量分析装置で質量スペク
トルM/e=32.5のところに検出できた。この状
態は第2図bで示されるごとく、シリコーン樹脂
4がレジスト平坦部でなくなり、凹パタン部にの
み存在する状態となる。この後、シリコーン樹脂
のエツチレートと残存膜厚の1/2から算出される
エツチング時間によりシリコーン樹脂のエツチン
グを続けると、第2図cで示すごとくシリコーン
樹脂4は凹パタンの1/2の深さのところまで正確
にエツチングできる。この場合のシリコーン樹脂
のエツチング精度は、200〜300Åであつた。これ
は寸法精度に換算すると約150〜200Åとなり、極
めて高精度な寸法制御が可能となつた。
第3図には、他の実施例を示す。基板3にポリ
メチルメタクリレート(PMMA)レジスト2を
1.5μm塗布し、ペリベーク後電子線を照射してメ
チルイソブチルケトンとイソプロパノールの混合
液で現象する。ポストベーク後ラベル物質として
ZnBr5%含有レジストφ−MAC5を0.1μm程度塗
布し、プリベーク後、シリコーン樹脂4で凹パタ
ンを平坦化する。
これをCF4ガスを用いた反応性イオンエツチン
グによりエツチングする。シリコーン樹脂4のエ
ツチングが進みφ−MACが露出すると、φ−
MAC中に含まれているZn2+が質量分析装置によ
りM/e=32.5のところに検出され、シリコーン
樹脂がレジストの平坦部で無くなつたことがわか
る。凹パタンの中央深さまでシリコーン樹脂をエ
ツチングするには、上述したごとくシリコーン樹
脂のエツチレートと残存膜厚から算出されるエツ
チング時間によりエツチングを続行すればよいこ
とになる。この実施例の場合でも、寸法精度は
0.05μm以下が達成できた。本実施例では、ZnBr
含有φ−MACをラベル物質として用いたが、
PMMAの代わりにこれをレジストとして用いて
もその効果は全く同じである。
第4図a,b,c,dに他の実施例を示す。基
板3にPMMAレジスト2を1.5μm塗布し、プリ
ベークする。これに、ラベル物質として有機金属
例えばアルミニユウムターシヤルブチレート
(Al(OC4H9)3)を溶解した希薄PMMA5を500
Å程度塗布しプリベークする。さらに、この試料
にPMMAを0.1μm塗布しプリベークする。
第4図aに示すようにラベル物質5はPMMA
にはさまれた状態となる。これに電子ビーム照射
して現象すると第4図bに示すようにレジスト表
層にビーム形状を反映した深さ0.3μmの凹パタン
が形成できる。凹パタン深さのほぼ中央部に存在
するラベル物質は非常に薄くPMMAの現像過程
でPMMAと同様に溶解される。この試料にシリ
コーン樹脂4を塗布し、平坦化すると第4図cに
示すようになる。これをCF4とO2ガスを用いた、
反応性イオンエツチングによりエツチする。この
場合、CF4とO2の混合比、ガス圧およびRFパワ
ーを制御してシリコーン樹脂とPMMAレジスト
のエツチレートを同じになるようなエツチング条
件で行なつた。また、エツチング状態は、発光ス
ペクトル分析装置によりモニタした。シリコーン
樹脂のエツチングが進みラベル物質の表面が露出
されると、アルミニウムから波長、3082Å、3093
Å、3944Åおよび3962Åにシリコーン樹脂のエツ
チングから得られる発光強度の5倍程度のピーク
が検出できた。この状態でエツチングを停止する
と第4図dのごとく、シリコーン樹脂は現像工程
後に得られた凹パタン深さの1/2の深さまでエツ
チングされており、ビーム寸法を非常によく反映
したマスクパタンが形成できた。
本実施例で示したラベル物質のほかにアルミニ
ウムアセチルアセトネート、Al(CH2COCH2−
COCH3)3やポリメチルアルミノキサン(−
CH3AlO)o――などの有機金属を用いても全く同様
の効果が得られた。
これまでの実施例ではラベル物質をレジスト層
に混入させたものであるが、マスク材に混入させ
た実施例について示す。リグロインにシリコーン
樹脂とポリアルミノキサンを10:1の割合で溶か
し、これをマスク材として用いた。PMMAに形
成した凹パタンを該マスク材で平坦化する。これ
をCF4ガスを用いて反応性イオンエツチング装置
により該マスク材をエツチングすると、ポリアル
ミノキサン中のAl原子から3082〜3962Å波長の
強い発光スペクトルが得られた。エツチングを約
20分間続けるとマスク材からの発光強度が1/3以
下に減少しPMMA平坦部におけるマスク材が無
くなつたことが検出できた。さらにエツチングを
2分間行うとPMMAの表層に形成した凹パタン
のほぼ中央までマスク材はエツチングされており
高精度なパタン寸法制御が可能であつた。
ラベル物質を用いない実施例を示す。φ−
MACレジストに電子ビームで凹パタンを形成し、
この試料にシリコーン樹脂をスピンコーテイング
し、平坦化した。これをCF4と20%のO2ガスを用
いて反応性エツチング装置によりエツチングし
た。質量分析装置で質量スペクトルを観察する
と、エツチング開始から約20分間M/e=85のと
ころにピークが観測された。これは、シリコーン
樹脂中のSiとCF4ガス中のFとが反応してSiF+ 3を
形成したためである。エツチング時間20分を過ぎ
るとM/e=85の強度が1/4に減少し、シリコー
ン樹脂が無くなつたことが検出できた。この試料
をさらに5分間エツチングしたところ、寸法精度
のよいマスクパタンが形成できた。
なお、感応材料としては各実施例で用いたもの
に限らない。例えば電子線照射だけで高分子が分
解し、現象液を用いる現象をせずに凹状パタン形
成が可能な材料としては第1のモノマ群から選ば
れるもののホモポリマもしくはコポリマ、または
第1のモノマ群と第2のモノマ群の組合せからな
るコポリマを用いることができ、第1のモノマ群
としてはα,α−ジメチルベンジルメタクリレー
ト、α−メチルベンジルメタクリレート、ジフエ
ニルメタクリレート、トリフエニルメタクリレー
ト、フエニルメタクリレートなどのアリームメタ
クリレートおよび第三ブチルメタクリレート、第
2のモノマ群としては、CH2=C(CH3)COOR
で表わされ、アルキル基またはハロアルキル基R
が炭素数5以下であるアルキルメタクリレートお
よびハロゲンアルキルメタクリレートがある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、マスク材
料のエツチングの終点判定をラベル物質または、
レジストとマスク材との質量または発光スペクト
ルによつて行つているため、エツチング条件の変
化には依存せず高精度な終点判定ができ、パタン
形成精度を向上させる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は特願昭59−74690号のパタン形成工程
図、第2図〜第4図は本発明の実施例のパタン形
成工程図。 1……高エネルギー線、2……レジスト、3…
…基板、4……シリコーン樹脂、5……ラベル物
質。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光、電子線、X線もしくはイオンビームなど
    の高エネルギー線を、これに感応する感応材料に
    照射して、該感応材料の上層部に凹状のパタン形
    成を行い、該パタン形成部に該感応材料とのエツ
    チング選択比がとれる材料を付着せしめ、該付着
    材料を均一にエツチングした後、上記凹部に残存
    する該付着材料をマスクとして該感応材料の下層
    部にパタンを転写するパタン形成方法であつて、
    上記付着材料と上記感応材料との界面を、上記付
    着材料および上記感応材料のいずれか一方に含ま
    れ、他方には含まれない元素の質量または発光ス
    ペクトル強度の変化に基づいて検出し、該付着材
    料のエツチングを終点判定することを特徴とする
    パタン形成方法。 2 上記感応材料または付着材料を構成する元素
    とは異なる元素を含むラベル物質を該感応材料ま
    たは該付着材料に混入させておき、該ラベル物質
    の質量または発光スペクトル強度の変化により付
    着材料のエツチング判定をすることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のパタン形成方法。 3 上記感応材料と付着材料との界面にラベル物
    質層を設け、これを検出することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のパタン形成方法。 4 上記ラベル物質が、形成した凹パタン深さの
    中央にくるようにあらかじめ感応材料とラベル物
    質層をサンドウイツチ構造にしておくことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のパタン形成方
    法。 5 上記ラベル物質として、有機金属を用いるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項、第3項ま
    たは第4項記載のパタン形成方法。
JP60035692A 1984-04-13 1985-02-25 パタン形成方法 Granted JPS61194831A (ja)

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US06/721,306 US4634645A (en) 1984-04-13 1985-04-09 Method of forming resist micropattern
CA000478690A CA1264596A (en) 1984-04-13 1985-04-10 Method of forming resist micropattern
EP85104417A EP0158357B1 (en) 1984-04-13 1985-04-11 Method of forming resist micropattern
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