JPH0552662B2 - - Google Patents

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JPH0552662B2
JPH0552662B2 JP59170265A JP17026584A JPH0552662B2 JP H0552662 B2 JPH0552662 B2 JP H0552662B2 JP 59170265 A JP59170265 A JP 59170265A JP 17026584 A JP17026584 A JP 17026584A JP H0552662 B2 JPH0552662 B2 JP H0552662B2
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JP
Japan
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resist pattern
forming
graft
resist
polymerizable material
Prior art date
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JP59170265A
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JPS6147641A (ja
Inventor
Yoshihide Kato
Toshiaki Shinozaki
Kei Kirita
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPH0552662B2 publication Critical patent/JPH0552662B2/ja
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、レジストの感度を向上させて極微細
なレジストパターンを高速かつ高精度に形成する
ためのレジストパターン形成方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
1970年代以降、半導体デバイスの高集積化はめ
ざましい速さで進められ、小規模集積回路
(SSI)から、中期簿集積回路(MSI)、大規模集
積回路(LSI)、超大規模集積回路(超LSI)へと
進歩してきている。
半導体集積回路の高集積化は素子の微細化によ
つて実現されるため、微細かつ高精度なパターン
形成技術が切望されている。また、このようなパ
ターン形成技術が量産ラインで使用されるために
は、作業工程の高速性が必要であり、より高感度
のレジストの開発が期待されている。
そこで、近年、高精度の微細パターン形成技術
として、多層レジスト法と呼ばれるレジストパタ
ーンの形成方法が開発されている。この方法は、
被処理基板の表面に対して密着性の良好なレジス
ト層を最下層とし、必要に応じて多層のレジスト
層を形成し、最上層のレジスト層から順次下層へ
とパターン転写をしながらエツチングを施してい
くものである。
この多層レジスト法の代表例である三層レジス
ト方式を用いたパターン形成は以下の如くして行
なわれる。
まず、第5図に示す如く段差102を有する被
処理基板101上に最下層膜103として、
OFPR−800の商品名で市販されている東京応化
製のネガ型レジストを回転塗布法により段差10
2を埋めて平担化するに充分な膜厚(ここでは約
2μm)となるように塗布し、所定の温度および
時間でベーク処理を行なう。
次いで、第6図に示す如く、中間層104とし
て回転塗布法又はスパツタ蒸着法等によつてスピ
ンオングラス(SiO2)又はタングステン(W)、チ
タン(Ti)等の金属膜を形成し、必要に応じて
ベーク処理をする。
続いて、第7図に示す如く最上層105として
光あるいは電子線、X線に対して所定の感度を有
するレジスト膜を所定の膜厚で形成し、所定の温
度および時間でベーク処理を行なう。
このようにして形成された3層のレジスト膜の
うち最上層105に対して、所定の波長の光もし
くは所定エネルギーの電子線やX線を用いて、第
8図に示す如く選択的にエネルギー照射106を
行なう。
そして、第9図に示す如く、エネルギー照射を
受けた最上層105に対し、該レジストの材質に
応じた現像処理(通常は湿式現像)107を施
し、所望のレジストパターンを形成する。
この後、第10図に示す如く、該レジストパタ
ーンをマスクとして塩素系もしくは弗素系のガス
を用いた反応性イオンエツチング(RIE)108
により、中間層104をエツチングする。
更に、この中間層のエツチングパターンをマス
クとして酸素ガスを用いた反応性イオンエツチン
グにより、最下層をエツチングして第11図に示
す如く、所望の多層レジストパターン109が得
られる。
このような多層レジスト法の適用により、被処
理基板に段差があるような場応でもピンホールを
生じたりすることなく高精度の微細パターンを形
成することができる。
しかしながら、1層のレジストパターンを用い
る単層レジスト法に比べて工程が複雑になると共
に、各層間でパターンを転写しながらより下層の
エツチングを行なうため、各層間のパターン変換
差が生じ、このパターン変換差はパターンが微細
になればなるほど、無視し得ない影響を及ぼすこ
とが明らかとなつている。
このため、レジスト層の数を減少させるべく、
最上層と中間層の役割を併わせもつようなレジス
トとしてポリシロキサン系のネガ型レジストが種
種提案されているが、現像は従来と同様湿式現像
処理である。このようなネガ型レジストを用いて
も湿式現像処理を行なう限り、いわゆる膨潤現像
により隣接したパターンがつながつてしまいサブ
ミクロンの微細パターンを実用レベルで形成する
のは困難であつた。
また、高感度のレジストについてもいろいろな
試みがなされている。
例えば、周知のグラフト重合法を応用してポリ
メチルメタクリレート(PMMA)に電子線ある
いはX線を照射して選択的に活性化した後、単量
体としてアクリル酸蒸気を用いてグラフト重合
し、照射領域のポリメチルメタクリレートを更に
高分子量に架橋させることにより、湿式現像液に
対する該照射領域と非照射領域との溶解度の差を
利用してレジストパターンを形成する方法もあ
る。(アプライドフイジクスレター44(1984)973
(by Rensselaer Polytechnic Institute &
IBM.Appl.Phys.Letter 44(1984)973)、電気
化学学会、秋期学会、予稿集Vol.83−2(1983)
331(ECS Fall Meeting Extended Abstracts
Vol.83−2(1983)331参照) このような方法では、レジストの感度は極めて
高いが湿式現像には前述の如き膨潤現象が伴い、
パターン精度が低下すると共に、乾式現像ではポ
リメチルメタクリレートは充分な耐ドライエツチ
性をもたないため高精度のパターン形成は困難で
あつた。
〔発明の目的〕
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、
レジストの感度を向上させ製造工程の簡略化、製
造時間の短縮化をはかりつつ、高精度の微細レジ
ストパターンを形成することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、高分子膜等の、可グラフト重合材料
膜と金属又は半金属を含む単量体とのグラフト重
合反応によつて形成されたグラフト重合膜が耐ド
ライエツチ性を有することに着目し、該グラフト
重合膜をマスクとして使用し、ドライエツチング
処理を導入することにより、多層レジスト法の複
雑な工程を得ることなく実質的な単層レジスト法
を用いて、高精度のレジストパターンを得ようと
するものである。
すなわち、本発明では被処理基板上に、電磁波
もしくは荷電粒子線の所定のエネルギー照射によ
り活性化される高分子膜等の可グラフト重合材料
膜を形成し、該高分子膜に対して電磁波もしくは
荷電粒子線を選択的にエネルギー照射し、活性化
した後、この活性化された領域に金属もしくは半
金属を含む単量体を触れさせ、該高分子膜等の可
グラフト重合材料膜に対し選択的にグラフト重合
膜を形成し、該グラフト重合膜をマスクとしてエ
ネルギー非照射領域を選択的にドライエツチング
することにより、上記目的を達成する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、グラフト重合法を利用したレ
ジストの(電磁波あるいは荷電粒子線照射に対す
る)感度の飛躍的向上を維持しつつ、多層レジス
ト法のような複雑な工程を経ることなく実質的な
単層レジストを用いて、ドライプロセスのみで多
層レジストと同等以上の高精度のパターン形成が
容易に達成できる。
又、被処理基板の材質によつてはレジストの現
像工程と被処理基板のエツチング工程とを同一の
乾式工程によつて同時処理することができるた
め、パターン変換差がなくなると共にサブミクロ
ンパターン形成の障害となつていた膨潤現象がな
いため、高精度のサブミクロンパターンの形成が
可能となる。
また、多層の膜を形成する場合、均一にかつ膜
厚をコントロールするのは極めて困難であり、下
地の凹凸の影響を受けやすい。特に屈折率の大き
いレジスト材料を選んだ場合は、わずかな膜厚の
誤差も大きな光路長(屈折率n×膜厚t)の差と
なり、定在波の影響によりパターン精度の低下が
生じてしまうという問題があるが、1層のレジス
トに対してしかも表面層のみに露光を行えばよい
いため、下地の凹凸の影響で、レジストの膜厚に
ばらつきがある場合にも、影響を受けること無く
高精度のパターン形成を行うことができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例のレジストパターンの形
成方法について図面を参照しつつ詳細に説明す
る。
まず、被処理基板として約1μmの段差2を有
するシリコン基板を用い、第1図に示す如く該被
処理基板の表面全体に段差2を埋め尽して充分な
膜厚(約2μm)の高分子膜3としてポリメチル
メタクリレート(PMMA)を回転塗布法によつ
て形成した後、180℃1時間の加熱処理を行なう。
次いで、該高分子膜を活性化するに充分なエネ
ルギーを付与すべく、50keVの電子線4を20μ
/cm2の強さで、選択的に照射する。この後、こ
のエネルギー照射によつて選択的に活性化された
高分子膜とグラフト重合する単量体として、ビニ
ルトリクロロシランの蒸気5を直ちにもしくは該
ポリメチルメタクリレートの活性点が存続してい
るうちに、エネルギー照射領域に接触させグラフ
ト重合体層6を第2図に示す如く形成する。
このようにして形成されたグラフト重合体層6
をマスクとして、反応性ガス雰囲気(酸素分圧5
mTorr、300W)中で約25分間にわたつて反応性
イオンエツチング7を行なうことにより、第3図
に示す如く、非照射領域8のポリメチルメタクリ
レートを除去し、第4図に示す如きネガ型のレジ
ストパターンを得る。
この反応性イオンエツチング工程でのグラフト
重合体層6の膜減りは高々100Å程度で無視し得
る値であり、このグラフト重合体層はマスクとし
ての役割りを十分に果たしており、また、このエ
ツチング工程は異方性を有することにより、サイ
ドエツチもほとんどなく、このようにして得られ
たレジストパターンは極めて高精度であつた。
また、レジストも高分子膜1層で良く、高感度
である上従来の多層レジスト法に比べて形成工程
が極めて簡単であり、レジストパターン形成に要
する時間も大幅に短縮することができる。
なお、実施例においては高分子膜としてポリメ
チルメタクリレートを用いたがこの他、ポリメチ
ルメタクリレートの誘導体をはじめとし、グラフ
ト重合反応を生じ易い物質であれば良く、着膜方
法についても回転塗布法のみならず、プラズマ重
合法による乾式形成法等でもよい。
また、グラフト重合させるための単量体につい
ても、実施例で用いたシリコンを含むビニルトリ
クロロシランの他、金属あるいはゲルマニウム
(Ge)等の半金属を含む単量体であれば良い。
更に、被処理基板についても段差を有する基板
のみならず、段差のない金属薄膜付ガラス基板、
転写露光用マスク基板等でも同様の効果を奏効す
ることは言うまでもない。
また、高分子膜を選択的に活性化する方法とし
ては、電子線のみならず、イオン粒子線、X線、
あるいは紫外線等、種々の波長の光を用いること
ができる。
更にまた、高分子膜を活性化するために必要な
照射エネルギーは、用いる活性化手段によつて異
なるが、照射量は所望の重合体を得るに充分であ
れば、幅広い範囲で適宜設定すればよい。
加えて、反応性イオンエツチングに用いるガス
組成についても酸素に限定されることなく、エツ
チング速度比の充分大きくとれるようなガス組成
であれば酸素を含む混合ガス、あるいは酸素以外
のガスを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は、本発明実施例のレジスト
パターンの形成工程を示す図、第5図乃至第11
図は、従来の多層レジスト法によるレジストパタ
ーンの形成工程を示す図である。 101……被処理基板、102……段差、10
3……最下層膜、104……中間層、105……
最上層、106……エネルギー照射、107……
現像処理、108……反応性イオンエツチング、
109……多層レジストパターン、1……被処理
基板、2……段差、3……高分子膜、4……電子
線、5……単量体蒸気、6……グラフト重合体層
(照射領域)、7……反応性イオンエツチング、8
……非照射領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被処理基板上に可グラフト重合材料膜を形成
    する工程と、該可グラフト重合材料膜を選択的に
    活性化すべく、所定波長域の電磁波もしくは所定
    エネルギーの荷電粒子線を選択的に照射する工程
    と、前記所定波長域の電磁波もしくは荷電粒子線
    の照射より選択的に活性化された可グラフト重合
    材料膜に対し、金属あるいは半金属を含む単量体
    を含有する反応性ガスを供給し、前記単量体と前
    記活性化された可グラフト重合材料膜との反応に
    より、選択的なグラフト重合を行う工程と、該グ
    ラフト重合により形成された重合体層をマスクと
    して未照射領域の該可グラフト重合材料膜をドラ
    イエツチング処理により除去するエツチング工程
    とを含むことを特徴とするレジストパターンの形
    成方法。 2 前記可グラフト重合材料膜は高分子薄膜であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    レジストパターンの形成方法。 3 前記高分子薄膜はポリメチルメタクリレート
    (PMMA)またはその誘導体からなることを特徴
    とする特許請求の範囲第2項記載のレジストパタ
    ーンの形成方法。 4 前記単量体はビニル基を含む有機単量体から
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
    第3項のいずれかに記載のレジストパターンの形
    成方法。 5 前記単量体に含まれる半金属はシリコンであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
    4項のいずれかに記載のレジストパターンの形成
    方法。 6 前記単量体はビニルトリクロロシランである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第5
    項のいずれかに記載のレジストパターンの形成方
    法。 7 前記エツチング工程は異方性を有する反応性
    イオンエツチング工程であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに記載
    のレジストパターンの形成方法。 8 前記エツチング工程はエツチングガスとして
    酸素もしくは酸素を含む混合ガスを用いたドライ
    エツチング工程であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項乃至第7項のいずれかに記載のレジ
    ストパターンの形成方法。 9 前記所定波長域の電磁波は、X線もしくは紫
    外線乃至遠紫外線であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項乃至第8項のいずれかに記載のレ
    ジストパターンの形成方法。 10 前記所定エネルギーの荷電粒子線は、電子
    線もしくはイオン粒子線であること特徴とする特
    許請求の範囲第1項乃至第8項のいずれかに記載
    のレジストパターンの形成方法。
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