JPH07297100A

JPH07297100A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH07297100A
Application number: JP6084366A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoshimura; 俊之吉村; Hiroshi Shiraishi; 洋白石; Jiro Yamamoto; 治朗山本; Shinji Okazaki; 信次岡崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体加工において、低コストで高い寸法制御
性を有するパターン形成を実現する。【構成】シリコン基板１１上に形成したレジストである
クレゾールノボラック１２に、ヘキサメチルジシラザン
１３を表面吸着させる。エネルギ線である電子線１４を
選択的に照射して、ヘキサメチルジシラザン１３を除去
する。その後、酸素プラズマ処理をすると、残存したヘ
キサメチルジシラザン１３はＳｉＯ₂15となり、除去さ
れた部分のクレゾールノボラック１２はエッチングされ
る。【効果】マスクの直接加工後に酸素プラズマによる異方
性現像を行うために、低コストで寸法精度の高いパター
ン形成が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体の微細加工におい
て用いられるパターン形成方法に係り、特に、高い寸法
制御性を有するパターン形成に好適なパターン形成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体形成において、パターンを形成す
る技術を一般にリソグラフィと呼ぶ。このリソグラフィ
技術による微細パターン形成方法において、現在主に用
いられている一般的な方法は図３に示す手順に従ってい
る。まず、加工すべき半導体の基板３１に、レジストと
呼ばれる炭素を主成分とする主に有機高分子からなる薄
膜の基板３１への接着性を高めるための疎水化処理を施
す。次にレジスト３２の溶液を基板３１上に滴下して、
回転塗布等の方法で図３（ａ）に示すようにレジスト３
２を基板３１に被着させる。そしてレジスト溶液中の溶
媒を飛散させるため、加熱処理（ベーク）を行う。この
ベークは一定の温度に設定されたホットプレート上で基
板を一定時間静置することにより行われる。そして図３
（ｂ）に示すように、所望のパターンに従い紫外線や電
子線等のエネルギ線３３を選択的に照射し、パターンの
潜像３４を形成する。上記エネルギ線３３の照射によ
り、レジスト３２内に、パターン照射部である潜像３４
部とパターン未照射部とで、現像液への溶解速度に差が
生じる化学変化が発生する。この基板３１を現像液中に
浸漬すると、所望のパターンを形成することができる。

【０００３】上記化学変化において、潜像３４部の溶解
速度が大きくなってこの部分が溶解する場合、図３
（ｃ）に示すようにポジ型のレジストパターンが得られ
る。一方、潜像３４部の溶解速度が小さくなってこの部
分が残存する場合、図３（ｄ）に示すようにネガ型のレ
ジストパターンが得られる。このようにしてレジストパ
ターンを形成した後に、ドライエッチングによる基板３
１の加工や、イオン打ち込みによる不純物領域の基板へ
の選択的な導入が行われてきた。

【０００４】このようにパターン形成の際に、現像液と
いう液体を用いる方法を湿式現像（ウェット現像）と呼
ぶ。これまでの半導体形成においては、簡便さという点
からリソグラフィ工程ではウェット現像が一般に用いら
れてきた。しかし最近では、その方法の見直しが進んで
いる。即ち、パターン寸法の微細化と共にウェット現像
では寸法制御性が十分得られない場合があること，エネ
ルギ線として光を用いた場合に微細化のため波長を短く
するにつれてレジスト表面吸収が大きくなるためパター
ン形状が劣化すること、そして環境への影響を低減する
ためウェット現像で大量に用いる溶液を減少させる必要
があること等から、現像の際に液体を用いない乾式現像
（ドライ現像）の検討が進められている。例えば、寸法
制御性の問題点としては、ウェット現像を用いた場合に
は設計パターンから１０ｎｍ以内に加工後のパターン寸
法を制御することは困難であった。更に形成後のパター
ンの断面が丸くなってしまい、次工程のエッチング時に
寸法変動が生じる場合もあった。

【０００５】一方、ドライ現像方法は一般的に図４及び
図５に示す手順に従っている。例えば、ジャーナルオ
ブバキュームサイエンスアンドテクノロジＢ
第１１巻第６８１頁から第６８７頁（１９９３年）
(J. Vac. Sci. Technol. B11，681−687 (1993).）に開
示されているような方法があげられる。

【０００６】まず、レジスト４２溶液を基板４１上に滴
下して、回転塗布法で図４（ａ）に示すようにレジスト
４２を基板４１に被着させる。そしてレジスト溶液中の
溶媒を飛散させるため、ベーク処理を行う。そして図４
（ｂ）に示すように紫外線等のエネルギ線４３を所望の
パターンに従い選択的に照射して架橋領域４４を形成す
る。ここではエネルギ線４３のエネルギを吸収すること
で、レジスト４２の構成高分子に架橋（高分子同志が橋
渡しされ更に高分子化する）反応が進行する。ここでエ
ネルギ線４３としてレジスト内での吸収が大きな波長１
９３ｎｍの遠紫外線等の短波長の光が用いられているた
め、エネルギ吸収はレジスト表面部に限られる。

【０００７】次いで基板４１及びレジスト４２をシリル
化剤と呼ばれる物質の気体または液体に曝すことによ
り、シリル化剤の拡散によりレジスト４２にシリル化領
域４５を形成する。シリル化剤とは、一般に構成要素に
Ｓｉを含む材料を指す。ここでシリル化剤は高分子化し
た架橋領域４４には拡散しにくいことを利用して、エネ
ルギ線４３の非照射部分にシリル化領域４５が選択的に
導入される。そして、基板４１及びレジスト４２の酸素
プラズマ処理を行う。この酸素プラズマ処理中で、シリ
ル化領域４５の表面部分は酸素と反応して酸化ケイ素
（ＳｉＯx 、ここでＸは一般に２以下の数）を形成す
る。以下では簡単のためにＳｉＯ₂４６とする。一旦、
ＳｉＯ₂４６が形成されると最早酸素プラズマとの反応
は進行しない。このため酸素プラズマにエッチングされ
にくく（エッチング耐性を有し）、シリル化領域４５が
マスクとなって、その下のレジスト４２の領域を保護す
ることになる。一方、架橋領域４４は炭素を主成分とす
るため、酸素プラズマとの反応が進行して除去（エッチ
ング）される。このためエネルギ線４３非照射部分が残
存することになり、図４（ｃ）に示すようにポジ型のレ
ジストパターンが得られることになる。一方、シリル化
剤やレジスト材料によっては、シリル化剤が架橋領域に
選択的に拡散する場合がある。この際にはエネルギ線４
３照射部分が残存することになり、図４（ｄ）に示すよ
うにネガ型のレジストパターンが得られる。

【０００８】上記の方法はエッチング時のマスク領域を
エネルギ線照射後に導入する方式である。一方、マスク
領域をエネルギ線照射前に導入するアプローチとして、
例えばジャパニーズジャーナルオブアプライド
フィズィックス第３１巻第４３２７頁から第４３３１
頁(１９９２年)(Jpn. J. Appl. Phys. 31, 4327−4331
(1992).）あるいはアプライドフィズィックスレタ
ーズ第６２巻第３７２頁から第３７４頁(１９９３
年）(Appl. Phys. Lett. 62，372−374(1993).）に開示
された方法があげられる。

【０００９】その方法は図５に示す手順に従っている。
まず、第一のレジスト５２溶液を基板５１上に滴下し
て、主に回転塗布等の方法で図５（ａ）に示すように第
一のレジスト５２を基板５１に被着させる。そしてレジ
スト溶液中の溶媒を飛散させるため、ベーク処理を行
う。そして図５（ｂ）に示すように、第二のレジスト５
３層を形成する。第二のレジスト５３は大気中でのエネ
ルギ線の照射により、酸化反応が進行してＳｉＯ₂が形
成されるようなＳｉ含有材料である。第二のレジスト５
３層は薄膜でよく、その形成方法としては回転塗布法や
化学的気相成長法等が用いられる。図５(ｃ)に示すよう
に紫外線等のエネルギ線５４を所望のパターンに従い選
択的に照射した時、上述のように大気中で酸化反応が進
行してＳiＯ₂５５が形成される。そして主にハロゲンガ
スのプラズマ処理を行うことにより、図５（ｄ）に示す
ようにエネルギ線非照射領域の第二のレジスト５３が除
去される。ここで、ＳｉＯ₂５５はハロゲンガスプラズ
マに対する耐性を有する。その後、酸素プラズマ処理を
行う。ここではＳｉＯ₂５５となった第二のレジスト５
３はマスクとして機能し、ＳｉＯ₂５５が被わない第一
のレジスト５２部分が除去される。その結果、エネルギ
線５４照射部分が残存することになり、図５（ｅ）に示
すようにネガ型のレジストパターンが得られる。

【００１０】上記の第一のレジスト５２の形成方法とし
ては回転塗布法を用いているが、その他に例えばアイ
イーイーイーエレクトロンデバイスレターズ
第１１巻第３９１頁から第３９３頁(１９９０年)(I
EEE Electron Devices Lett.11, 391−393 (1990).）に
開示された化学的気相成長法を用いることもできる。

【００１１】そして、レジスト材料をエネルギ線照射に
より直接除去する方法として、アプライドフィズィッ
クスレターズ第４０巻第３７４頁から第３７５頁
（１９８２年）(Appl. Phys. Lett. 40，374−375(198
2).）に開示されたアブレーションを用いることができ
る。アブレーションとは、エネルギ密度が高いエネルギ
線の照射によって高分子化合物の結合の開裂が急激に起
こり、分解した部分がプラズマ状態となって発光を伴い
ながら高速に飛散していく現象のことを指す。

【００１２】あるいはアプライドフィズィックスレ
ターズ第６４巻第５６３頁から第５６５頁（１９９
４年）(Appl. Phys. Lett. 64，563−565(1994).）に開
示されたレーザ誘起反応を用いることもできる。ここで
はアブレーションが生じない低密度のエネルギ線（ここ
ではエキシマレーザ）照射によっても、高分子がレーザ
誘起反応により自己組織的にラインアンドスペースパタ
ーンを形成する。従って、ここで形成された第一のレジ
ストパターンを用いて第二のレジストにパターンを転写
することができる。第一のレジストにおいて、第一のレ
ジストパターンの除去部分（スペース部分）の除去が完
全でない場合でも、追加のエッチングを行うことでスペ
ース部分の除去を行うことができる。

【００１３】また、第二のレジストを回転塗布法で形成
した後に直接除去する方法として、例えばポリマエン
ジニアリングアンドサイエンス第１４巻第５２
５頁から第５２８頁（１９７４年）(Polymer Eng. Sci.
14，525−528(1974).）に開示された「蒸発現像法」(V
apor Development）や、特開昭60−43824 号公報に記載
された「光酸化エッチング法」等があげられる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のマス
ク領域をエネルギ線照射後に導入する方式では、シリル
化剤の導入が拡散に基づき行われるため、原理的には拡
散の方向に選択性は低い。そこでパターン寸法の制御
性、あるいはウェハ内の均一性について劣化が生じてし
まう。このため、プロセス条件の高精度な制御を必要と
し、実用上は問題が多いことがわかった。

【００１５】また、マスク領域をエネルギ線照射前に導
入する方式では、上述のマスク材料の拡散による導入が
ないために、パターン寸法の制御性、あるいはウェハ内
の均一性について問題が小さい。しかし、この方法では
第二のレジストの除去に当たりハロゲンガスのプラズマ
処理を行うことを必要としており、工程が複雑でプロセ
スコストを上昇させるという問題点がある。そこで本技
術の実用化にあたっては、低コスト化の方法を導入する
ことが必要であった。

【００１６】そして、レジストの直接加工法について行
われた公知例では、レジストを回転塗布法で形成してお
り、基板あるいは第一のレジストに素子形成に伴う凹凸
（段差）がある場合、回転塗布法に伴う膜厚の変動が発
生する。このため、形成したパターン寸法は膜厚の変化
に伴い、変動してしまうという問題があった。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには基板上にパターンを形成するパターン形成方法
で、基板上に第一の材料を形成する工程，第一の材料表
面部分に第二の材料を形成する工程，第二の材料に選択
的にエネルギ線を照射して第二の材料を直接加工する工
程，直接加工の結果出現した第二の材料が被わない第一
の材料部分を除去する工程からなるパターン形成方法に
おいて、第一の材料表面部分に第二の材料を形成する工
程が、少なくとも表面吸着、または第一の材料表面部分
への第二の材料の拡散の何れかによるパターン形成方法
を用いればよい。

【００１８】

【作用】本発明者等の研究の結果、次のことが明らかに
なった。

【００１９】まず図６（ａ）に示すように、第一の材料
６２を基板６１上に被着させる。第一の材料６２の主成
分は炭素（Ｃ）である。その方法としては、回転塗布法
や化学的気相成長法等の方法を用いる。そして図６
（ｂ）に示すように、第二の材料６３層を表面吸着によ
り形成する。この表面吸着は分子間力に基づく物理吸着
や、化学結合に基づく化学吸着の何れでもよい。

【００２０】その後に紫外線，電子線等のエネルギ線６
４を所望のパターンに従い選択的に照射する。ここで第
二の材料６３の第一の材料６２表面への吸着エネルギは
低いため、図６（ｃ）に示すようにエネルギ線６４照射
部の第二の材料６３は脱離して除去される。

【００２１】これに引き続き基板６１全体を酸素プラズ
マ処理する。第二の材料６３は酸素プラズマ中で酸素と
反応して、ＳｉＯ₂６５を形成する。一旦ＳｉＯ₂６５が
形成されると最早酸素プラズマとは反応しない。このた
め残存した第二の材料６３領域が変化したＳｉＯ₂６５
がマスクとなって、その下の第一の材料６２を保護する
ことになる。一方、ＳｉＯ₂６５が被わない第一の材料
６２はＣを主成分とするため、酸素プラズマとの反応が
進行してエッチングされる。このためエネルギ線６４非
照射部分が残存することになり、図６（ｄ）に示すよう
にポジ型のレジストパターンが得られることになる。

【００２２】この酸素プラズマ処理の際、酸素イオンの
入射方向は高周波電界のため基板に対して垂直方向にな
る。そのため異方性のエッチングが実現され、形成後の
パターン形状が良好となる。この第一の材料６２の異方
性エッチングの際に、若干横方向へのエッチングが進行
する場合がある。これはパターン寸法変動の要因となる
が、エッチング条件の調整により低減可能である。

【００２３】本方法の利点は、次の点があげられる。一
般に微細パターンを形成する場合、パターン形成材料の
膜厚を薄くすることが解像性の向上にとって必要であ
る。表面吸着層の膜厚は基本的に単分子あるいは数分子
相当であるため、膜厚は高々数ｎｍと極薄である。この
ためこの極薄膜を用いての微細加工では非常に高い解像
性が期待できる。そして、短波長の紫外線を用いた場合
の表面吸収の問題も、極薄膜を用いているために回避で
きる。

【００２４】この他、第二の材料の形成にあたり、第二
の材料を第一の材料中に拡散によって導入する方法を取
ってもよい。そして、第二の材料の除去方法は、脱離の
他にアブレーションやレーザ誘起反応を用いることもで
きる。

【００２５】本発明ではパターン形成すべき第二の材料
の導入が従来の回転塗布法を用いていないため、例え基
板や第一の材料に凹凸があっても表面形状に忠実に第二
の材料が形成され、膜厚が一定（コンフォーマル）に形
成できる。従って、膜厚の変動に伴うパターン寸法の変
動が抑制される。

【００２６】このように、本発明はエネルギ線照射によ
る直接加工であるため、公知例のようなハロゲンガスに
よるエッチングの工程が不要であり、解像性も高く、工
程簡略化が可能であるため低コスト化にとって相応しい
ものである。

【００２７】

【実施例】

（実施例１）まず図１（ａ）に示すように、第一の材料
として主成分としてＣを含む高分子樹脂のクレゾールノ
ボラック１２のシクロヘキサノン溶液を、例えば直径４
インチのシリコン基板１１上に回転塗布する。ここでは
毎分２,０００回転、１分間処理して、その後に溶媒を
飛散させるために１００℃、２分間の熱処理を行い、例
えば、３００ｎｍの厚さにクレゾールノボラック１２の
薄膜を形成する。このクレゾールノボラック１２は、例
えば、公知の重量平均分子量６,０００、公知の多分散
度１.５のものを用いた。ここで加工寸法と膜厚は同程
度であればよく、パターンの中に幅又は長さの目標とす
る加工寸法が３００ｎｍ以下の部分が含まれる場合、膜
厚は３００ｎｍ以下がよい。

【００２８】そして、図１（ｂ）に示すように、第二の
材料としてヘキサメチルジシラザン１３層をクレゾール
ノボラック１２上に表面吸着により形成する。基板温度
を例えば５０℃として、シリコン基板１１全体を真空ポ
ンプにより、例えば、１０の−１乗Ｐａ（パスカル）に
達した雰囲気中に設置する。これにヘキサメチルジシラ
ザン１３気体を例えば３０ｍｌ／分の流量で１分間流す
ことにより、クレゾールノボラック１２の表面に一層分
表面吸着させる。ここでは、クレゾールノボラック１２
や、クレゾールノボラック１２の表面吸着水に含まれる
水酸基にヘキサメチルジシラザン１３が化学的に結合す
る化学吸着により、表面吸着が実現される。

【００２９】そして、エネルギ線として電子線１４を用
いた場合、公知の電子線描画装置に上記のシリコン基板
１１を設置し、所望のパターンに従い選択的に電子線１
４を照射する。電子線の加速電圧は、例えば、２０ｋＶ
で、照射量は例えば１０μＣ／cm²とする。ここでヘキ
サメチルジシラザン１３のクレゾールノボラック１２表
面への吸着エネルギは約２ｍｅＶと低いため、図１
（ｃ）に示すように電子線１４照射部のヘキサメチルジ
シラザン１３は、加速された電子線のエネルギにより脱
離して除去される。加速電圧は２０ｋＶに限られること
はなく、一般に加速電圧が低い方が低照射量で脱離反応
が進行し、即ち、高感度な反応となる。

【００３０】これに引き続きシリコン基板１１全体を公
知の平行平板型の電極を有する真空容器内に入れ、酸素
プラズマ処理を行う。真空ポンプで減圧した後に酸素ガ
スを圧力１００Ｐａの圧力にまで導入し、例えば１３.
５６ＭＨｚの周波数で５０Ｗのパワーを高周波電源に
より供給する。ここで上部電極は接地され、下部電極に
高周波電力が印加されている。ここでは、例えば１５分
間の放電を行う。ヘキサメチルジシラザン１３は酸素プ
ラズマ中で酸素と反応してＳｉＯ₂１５を形成する。一
旦、ＳｉＯ₂１５が形成されると最早酸素プラズマとは
反応しない。このため残存したヘキサメチルジシラザン
１３領域がマスクとなって、その下のクレゾールノボラ
ック１２を保護することになる。一方、ヘキサメチルジ
シラザン１３が被わないクレゾールノボラック１２はＣ
を主成分とするため、酸素プラズマとの酸化反応が進行
してエッチングされることになる。高周波電界のために
酸素プラズマは入射方向が垂直方向となる。従って、電
子線１４非照射部分が残存した状態で異方性エッチング
が進行することになり、図１（ｄ）に示すようにポジ型
のレジストパターンが得られることになる。３００ｎｍ
のパターンを形成したところ、設計寸法からの変動が合
計１０ｎｍ以内の高精度な加工を実現することができ
た。

【００３１】酸素プラズマによりエッチングされる第一
の材料はクレゾールノボラックに限定されず、プロピル
フェノールノボラック，ポリビニルフェノール等のフェ
ノール樹脂，ポリメチルメタクリレート等のビニル重合
樹脂や、ポリイミド等のＣを主成分とする高分子樹脂、
又はその２種類以上の混合系であってもよい。

【００３２】実施例ではエネルギ線として電子線の場合
について説明したが、その他にイオン線等の粒子線や、
紫外線，Ｘ線，ガンマ線等の電磁波を用いても同様の効
果が得られる。

【００３３】又、上記の実施例では第二の材料としてヘ
キサメチルジシラザンを用いる場合について述べたが、
その他にメチルトリメトキシシラン，メチルトリエトキ
シシラン，ビニルトリアセトキシシラン等一般にシラン
カップリング剤と総称されるシリコン含有化合物を用い
ても同様の効果を得ることができる。

【００３４】（実施例２）実施例１では第二の材料を脱
離により除去する場合について説明したが、ここではア
ブレーション及びレーザ誘起反応により除去する場合に
ついて説明する。

【００３５】図２（ａ）に示すように、第一の材料とし
て主成分としてＣを含む高分子樹脂のポリメチルメタク
リレート２２の酢酸−２−エトキシエチル溶液を、例え
ば、直径４インチのシリコン基板２１上に回転塗布す
る。ここでは毎分１,０００回転、１分間処理して、そ
の後に溶媒を飛散させるために１７０℃、２０分間の熱
処理を行い、例えば、２００ｎｍの厚さにポリメチルメ
タクリレート２２薄膜を形成する。このポリメチルメタ
クリレート２２は、例えば公知の重量平均分子量３０
０,０００、公知の多分散度２.４のものを用いた。

【００３６】そして、図２（ｂ）に示すように、第二の
材料としてヘキサメチルジシラザン含有層２３をポリメ
チルメタクリレート２２の表面部分に拡散により形成す
る。基板温度を、例えば、１８０℃として、シリコン基
板２１全体を真空ポンプにより例えば１０の−２乗Ｐａ
（パスカル）に達した雰囲気中に設置する。これにヘキ
サメチルジシラザン気体を例えば２０ｍｌ／分の流量で
５分間流し、ポリメチルメタクリレート２２の表面部分
に拡散によって、厚さ約２０ｎｍのヘキサメチルジシラ
ザン含有層２３を形成する。その含有層の厚さは条件に
より制御することができ、一般に基板温度が高い程、そ
してガス導入時間が長い程、含有層は厚くなる。ここで
はヘキサメチルジシラザンの沸点である１２６℃以上
で、ポリメチルメタクリレートのガラス転位点以上の温
度を用いているため、表面吸着ではなくポリメチルメタ
クリレート内への拡散が生じる。

【００３７】そして、エネルギ線として、例えば、波長
２４８ｎｎの遠紫外光を用いる。この遠紫外光はクリプ
トン（Ｋｒ）とフッ素(Ｆ₂）の励起子（ヘテロエキシ
マ）ＫｒＦからの誘導放出により発生するエキシマレー
ザである。ここでエキシマレーザのエネルギ密度が高い
場合、アブレーションが発生する。例えば、１パルス当
たりのエネルギ（フルエンス）として３００ｍＪ／cm²
のＫｒＦエキシマレーザを用いる。この時、１パルス当
たり１０ｎｍのヘキサメチルジシラザン含有層２３がエ
ッチングされた。そこで２パルス入射で、ヘキサメチル
ジシラザン含有層２３がアブレーションにより除去され
る。ここでは必要とするパターンが作り込まれたマスク
を介してエキシマレーザ２４の４パルス入射を行い、図
２（ｃ）に示すように選択的にヘキサメチルジシラザン
含有層２３を完全に除去した。この際、ここに示すよう
にポリメチルメタクリレート２２がアブレーションによ
り一部分除去されてもよい。

【００３８】これに引き続きシリコン基板２１全体を公
知の平行平板型の電極を有する真空容器内に入れ、酸素
プラズマ処理を行う。真空ポンプで減圧した後に酸素ガ
スを圧力１００Ｐａの圧力にまで導入し、例えば、１
３.５６ＭＨｚの周波数で５０Ｗのパワーを高周波電源
により供給する。ここで上部電極は接地され、下部電極
に高周波電力が印加されている。例えば、１０分間の放
電を行う。ヘキサメチルジシラザン含有層２３表面のヘ
キサメチルジシラザンは酸素プラズマ中で酸素と反応し
てＳｉＯ₂２５を形成する。一旦、ＳｉＯ₂２５が形成
されると最早酸素プラズマとは反応しない。このため残
存したヘキサメチルジシラザン含有層２３領域がマスク
となって、その下のポリメチルメタクリレート２２を保
護することになる。一方、ヘキサメチルジシラザン含有
層２３が被わないポリメチルメタクリレート２２は、酸
素プラズマとの酸化反応が進行してエッチングされるこ
とになる。高周波電位のために酸素プラズマは入射方向
が垂直方向となる。従って、エキシマレーザ２４非照射
部分が残存した状態で異方性エッチングが進行すること
になり、図２（ｄ）に示すようにポジ型のレジストパタ
ーンが得られることになる。２００ｎｍのパターンを形
成したところ、設計寸法からの変動が合計１０ｎｍ以内
の高精度な加工を実現することができた。

【００３９】酸素プラズマによりエッチングされる第一
の材料はポリメチルメタクリレートに限定されず、クレ
ゾールノボラック，プロピルフェノールノボラック等の
フェノール樹脂，ポリスチレン等のビニル重合樹脂や、
ポリイミド等のＣを主成分とする高分子樹脂、又はその
２種類以上の混合系であってもよい。

【００４０】実施例ではエネルギ線として遠紫外線であ
るエキシマレーザの場合について説明したが、その他に
イオン線等の粒子線や、Ｘ線，ガンマ線等の電磁波を用
いても同様の効果が得られる。尚、エネルギ線として電
磁波を用いる場合に必要なマスクには、位相情報を用い
ることで解像性を向上させる公知の「位相シフトマス
ク」を用いてもよい。

【００４１】又、実施例では第二の材料としてヘキサメ
チルジシラザンを用いる場合について述べたが、これに
限られない。その他にメチルトリメトキシシラン，メチ
ルトリエトキシシラン，ビニルトリアセトキシシラン等
一般にシランカップリング剤と総称されるシリコン含有
化合物を用いても同様の効果を得ることができる。

【００４２】又、実施例では第二の材料の加工方法とし
てアブレーションを用いる場合について述べたが、低エ
ネルギ密度（低フルエンス）のレーザによるレーザ誘起
反応によりパターンを形成してもよい。

【００４３】（実施例３）上記の実施例では第一の材料
を公知の湿式である回転塗布法により形成することにつ
いて述べたが、本発明の実施はこれに限られることはな
い。

【００４４】例えば、シリコン基板を公知の平行平板型
のプラズマ発生装置内に設置する。真空ポンプで減圧し
た後、例えば、室温でキシレンガスを５０Ｐａの圧力と
なるように導入する。そして、例えば、１３.５６ＭＨ
ｚの周波数で０.５Ｗ／cm²のパワーを高周波電源によ
り供給する。ここで上部電極は接地され、基板が接地さ
れた下部電極は−４Ｖの直流電位が印加されている。こ
れによってキシレンのプラズマが発生してキシレンは分
解し、アモルファス（無定形）炭素（Ｃ）膜がシリコン
基板上に成長する。５分間の放電で、３００ｎｍの膜厚
のアモルファスＣ膜が得られた。ここではシリコン基板
に段差が含まれる場合にも、ほぼ平坦な膜を得ることが
できた。

【００４５】そして、実施例１又は２記載の第二の材料
膜の形成，エネルギ照射，酸素プラズマ処理を行うこと
により、ここで形成したアモルファスＣ膜のポジ型パタ
ーンを実現することができる。

【００４６】回転塗布法では基板段差の形状により、形
成される膜の形状が大きく影響を受ける。それに対し
て、本乾式方法は条件により基板段差にかかわらず平坦
な膜を形成すること、あるいは基板段差に忠実に従った
形状の膜を形成することが可能である。従って、第一の
膜形状の制御が必要な場合には乾式の膜形成方法が望ま
しい。

【００４７】実施例では供給ガスとしてキシレンの場合
について述べたが、その他にヘキサメチルジシラザン，
ベンゼン，スチレン，トルエン，ブタジエン等主成分に
Ｃを含むガスを用いても同様の効果を得ることができ
る。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば酸素プラズマを用いたド
ライ現像を用いるため、異方性のエッチングを実現し、
高い寸法制御性を有したパターン形成を行うのに大きな
効果があり、かつ膜厚一定に形成したドライ現像のマス
クを直接加工により形成するためプロセス低コスト化に
大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面吸着を用いた本発明の実施例の説明図。

【図２】アブレーションを用いた本発明の実施例の説明
図。

【図３】従来のウェット現像法の説明図。

【図４】従来のドライ現像法の説明図。

【図５】従来のドライ現像法の説明図。

【図６】本発明の原理の説明図。

【符号の説明】

１１…シリコン基板、１２…クレゾールノボラック、１
３…ヘキサメチルジシラザン、１４…電子線、１５…Ｓ
ｉＯ₂。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/3065 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５７３ 21/302 Ｈ 21/31 Ｃ (72)発明者岡崎信次東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にパターンを形成するパターン形成
方法で、前記基板上に第一の材料を形成する工程，前記
第一の材料表面部分に第二の材料を形成する工程，前記
第二の材料に選択的にエネルギ線を照射して前記第二の
材料を直接加工する工程，直接加工の結果出現した前記
第二の材料が被わない前記第一の材料部分を除去する工
程からなるパターン形成方法において、前記第一の材料
表面部分に前記第二の材料を形成する工程が、少なくと
も表面吸着、または前記第一の材料表面部分への前記第
二の材料の拡散の何れかによることを特徴とするパター
ン形成方法。
【請求項２】請求項１において、前記第二の材料を直接
加工する工程が、少なくとも脱離，アブレーション，レ
ーザ誘起反応の何れかによるパターン形成方法。
【請求項３】請求項１において、前記エネルギ線が少な
くとも電子線，イオン線等の粒子線，紫外線，Ｘ線，ガ
ンマ線等の電磁波の何れかであるパターン形成方法。
【請求項４】請求項１において、前記基板上で前記第二
の材料が被わない前記第一の材料部分を除去する工程
が、酸素プラズマ処理によるエッチングであるパターン
形成方法。
【請求項５】請求項４において、前記酸素プラズマ処理
中で、前記第二の材料が前記酸素プラズマと反応して前
記酸素プラズマに対してエッチング耐性を有する材料に
変化するパターン形成方法。
【請求項６】請求項５において、前記第二の材料がシラ
ンカップリング材料であるパターン形成方法。