JPS6224625A - パタン形成方法 - 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〕 本発明は半導体製造等における微細パタン形成法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の集積度は回路パタンの微細化とともに
向上し、現在ではミクロンからサブミクロン領域のパタ
ン形成技術が要求されるに至っている。

サブミクロン領域のパタン形成法として、いくつかの方
法が従来提案されているが、実用に供し得る技術はきわ
めて少ない。その理由は、実用的には、パタンの高解像
性や高精度化と同時にパタン形成速度の高速化を満たさ
ねばならないためで、あまり繁雑な工程を経ることが許
されないためである。

従来、サブミクロン領域のパタン形成法としてよ（用い
られている方法に多層レジスト法（例えば、米国特許第
４２４４７９９号）がある。ここでは、多層レジスト法
として最も基本的な三層レジストについて述べる。

第３図に三層レジストによるパタン形成プロセスを示す
。１は光、電子線、イオン、またはＸ線などのエネルギ
ー線である。２はエネルギー＄ＩＫ感応するレジスト（
一般的には上層レジストと呼ぶ）、３は中間層、４は下
層レジストである。

３の中間層は下層レジストをエツチングする際のマスク
七なるため、耐エッチ性の高い材料、例えばスピンオン
グラスやシリコーン樹脂が用いられる。５は基板である
。上層レジスト２にエネルギーＦ１１を照射すると、該
上層レジストは分解して低分子量のポリマーが生成され
る。これを現像液に浸漬すると照射した領域が溶解し、
上層レジスト２にパタンか形成される。該試料を灰石性
イオンエツチング装置に入れ、ＣＦ、　　ガス雰！ＭＪ
気中で該上層レジスト２をマスクにしてエツチングする
と、中間層３に上層レジストパタンか転写される。

さらに、蚊中間層３をマスクとして反応性イオンエツチ
ング装置を用いて０□　ガス雰囲気中でエツチングする
と、下層レジスト４に該中間層３のパタンが転写される
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の方法は、現在生産ラインで用いられている単層レ
ジスト法を比較して、■基板段差のカバーリング、■蓄
板加工のエツチング耐性、■解像性などの点で優れた利
点をもつ反面、ガスの異なるドライエツチングを２度行
なわなければならず、プロセスが抄雑になる欠点があっ
た。また、一般に形成されるパインの解像性や寸法ａ囲
は上層レジストが薄くなるほど向上することが知られて
いるが、実際には中間層に対するドライエッチ耐性のた
め、通常０．３〜０．５μｍとあまシ薄（できない欠Ａ
があった。さらに、中間層を上層レジストパタンをマス
クにしてエツチングしている間に、上層レジストもエツ
チングが進むため、パインの寸法猜度を正確に保つこと
がかなシむず〃島しくなるという欠点もあった。また、
中間ｒｉ！Ｉ３は、下層レジスト４のマスクとなるため
、通常レジストを構成している原子（例えば、Ｃ，Ｈ，
Ｏなど）よシ密度の高い原子（例えば阻、　Ｇｅ　、　
ＭＯなど）が含まれている。このため、エネルギー線と
して成子ビームを用いる場合には、中間層によシ後方散
乱された電子が上層レジストの解像性を劣化させるとい
う問題もあった。

本発明の目的は、パタン形成プロセスの簡略化、パタン
の解像性およびパタン精度の向上を達成することにある
。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明は、光、電子線、イオンまたはｘｇなどのエネル
ギー線を用いたパタン形成において、基板上に、少なく
とも一層にフッ素化合物を含む−ａｔ″！たけ複数種の
材料を順次漬層する工程と、該積層材料の少な（とも一
層にエネルギー線を照射してパタンを形成する工程と、
該パダン内もしくはパタン外のみに選択的に付着材を付
着させる工程と、付着材をマスクとして、該積層材料を
加工する工程を有することを％徴としている２上記フツ
素化会物としては、ポリへキサフルオ　゛ロブチルメタ
クリレート、またはポリ１，１ジメチル２　、２　＃　
３　ｓ　３テトラフルオａプロピルメタクリレート、ま
たはへキサフルオロプチルメＩクリレートトゲリシジル
メタクリレート共重合体などのフッ素含有ポリマーを用
いることが望ましい。

また、上記付層材としては、シリコン化合物を用いるこ
とが望ましい。

（’Ｊ施例］ 本発明は、表面エネルギーの低いフッ素化合物とシリコ
ン系樹脂はその密着性て著しく欠けるという実験事実を
利用してめるものである。

以下、ＩＥｌ［１、第２図を参照して本発明の実施例を
でついて説明する。なお、これらの図において、塩３図
（示す構成要素と同一の要素には同一符号を付しである
。

本発明の一実施例を第１図に示す。シリコン基板５に下
層レジスト４としてＡＺ１３５０Ｊ（シプレー社ｊｌｌ
ｌ）を膜厚１．５　μｍ回転塗布し、２００℃で３θ分
間ベークした。該試料にフッ素含有ポリマー６としてヘ
キサフルオロブチルメタクリレートとグリシジルメタク
リレート共重合体（この側斜は、ＦＲＭ　−Ｇ　　とい
う名で文献１に開示されている。）をＯ，Ｉμｍ回転塗
布し、１４０℃で３０分間ベークした。これにエネルギ
ーＭｌとして電子ビームを照射してパタンの幻像を形成
した。

（第１図（ａ）参照）ＦＢＭ−Ｇは電子ビームやＸＩＩ
Ｉ！に高い感応性を示すことが知られている。本実施例
では３０ＫＶの電子ビームを用い、３　ｔｔＣ／ｃｍ２
の照射量でパタン形成した。これをエタノールとインブ
チルアルコールの混せ比１対１の現像液に６０秒間浸漬
すると、電子ビームを照射した部分のＦＢＭ　−Ｇ　　
が酵解されパタンが形成できた。

（Ｆ、　１　［６（ｂ）参ｆｆ１）　下Ｗｚｖシｙ、　
）ＡＺ　ｉ　３５０　Ｊは電子ビーム感度が数百μＣ／
譚２　と極めて吐いた齢とハードベークの効果のためＦ
ＢＭ　−Ｇ　の開口部の下層レジストは全く変化しなか
った。つぎに該試料を回転塗布装置に乗せ、高速回転（
３０００ｒｐｍ　〜６０００　ｒｐｍ　）させて付着材
７としてシリコン樹脂を滴下した。この操作によ＃）第
１図０に示すごと（ＦＢＭ−Ｇ　　の開口部にのみシリ
コン樹脂は付着し、ＦＢＭ　−Ｇ　　には全（付着しな
かった。これは、シリコン樹脂とＦＢＭ−Ｇのぬれ性や
密着性がシリコン樹脂とＡＺ１３５０Ｊのそれらよシ著
しく劣る九めである。このような現象はボ１１１　、　
ｌジメチル２，２，３．３テトラフルオロプロビルメダ
クリレート（ＦＰＭ　　；　文献２　＆Ｉ伸）　、ボッ
１ヘキサフルオ口プチルメダクリレート（ＦＢＭ：文献
３参照）およびテフロンなどのフッ素含有有機ポ１１７
−とシリコン樹脂の間で起こることを確認して＾る。シ
リコン樹脂は約０．１μｍ厚でＦＢＭ　−Ｇ　　の開口
部に堆積してい友。該試料を乾燥させ、その後反応性イ
オンエツチング装置（ＲＩＥ　）　　によシ、流量５０
　ｓｃｃｍ　（７）０□ガスを用いて、パワー密Ｋ　Ｏ
，３Ｗ　７ｃｍ　２の条件で約１２分間エツチングした
。この操作によシ、第１図（ａ）に示すととぐ、基板５
上に原パタンとは相補するパタンか形成された。エツチ
ングの間、シリコン樹脂は殆んどエツチングされず形成
されタレシストパタンハ、上層レジストパ４ンｔ−極メ
てよく反映してお夛、高い寸法精度のパタン形成が可能
であった。

本実施例では、エネルギー線として電子ビームを用いた
が、Ｘ線やイオンビームを用いてモ全（同様のプロセス
でパイン形成できる。また、光に感応するフッ素含有レ
ジストを用いても、全（同様のプロセスでパタン形成で
きる。、また、フッ未含有ボ１１マ一層を基板に塗布し
、ポリマー上にパタン形成後シリコン樹脂を塗布して基
板上Ｋｇ接シＩＩコン樹脂バｌンを形成し、該シリコン
樹脂をマスクして基板加工することも可能である。

第２図ＫＭ二の実施例を示す。シリコン基板５に下層レ
ジスト４としてＡＺ　　１３５０Ｊを１．５μｍ厚回転
塗布し、２００℃で３０分間ベークした。これに、フッ
素含有レジスト６としてＦＢＭを回転塗布にょシ０．菖
μｍ厚塗布し、１４０℃で３０分間ベータし念。さらに
この上に上層レジスト２としてＡＺ１３５０Ｊを０．１
μｍ厚回転塗布し、９０℃で３０分間ベータした。該試
料をｇライン（波長４３６ｍ）ステッパーを用いて６ｏ
ＩＩ＆Ｊ／鋸２で露光し、現像液（ＭＦ　２４１２：）
ｆ２０＝　１：　１）に約６０秒間浸漬してパタン形成
しｆｔ、ＦＢＭ　　レジストは光に感応しないため、　
第２図（ｂ）に示すようにパタンは上層レジストのみに
形成される。これに、前述の実施例で用いたシリコン樹
脂を付着材７として前述の手原で回転塗布した。その結
果、第２図（ｃ）に示すとと（ＦＢＭレジストの表面が
露出しているパタン開口部には全（シリコン樹脂は堆積
されず上層レジスト２のＡＺ　　１３５０Ｊ　のみに０
．２μｍ程度、堆積された、該試料をＲＩＥにより前述
の条件でエツチングすると、第２図（ｄ）に示すような
原パ４ンと同一のレジストパインが基板５上に形成でき
た。

本実施例では、光露光によるパタン形成を示したが、上
層レジストを電子ビームレジスト、例えばポリメチルメ
タクリレート（ＰＭＭＡ　）　、フェニールメタクリレ
ートとメグクリル酸との共重合体（φ−ＭＡＣ）、クロ
ロメチル化ポリスチレン（ＣＭＳ　）　　など、あるい
は、Ｘ線しジストヲ用いればそれらのエネルギー線にも
適用できることは明白である。さらに本発明の主旨に従
えば、上層レジストとして第２図に示したよりなポジ形
だけでな（、ネガ形レジストを用いてもその効果は全く
変わらない。また、シリコン樹脂を上層レジストとして
用い、パタン形成後フッ素含有ポリマーを塗布するとい
う逆の工程を用いてもよい。さらに、第一、第二の実施
例を通して、下層材料としてＡＺＩ３５０Ｊレジストを
用いたが、これに限られるものでない。下層材料の役割
はあ（ｆで、上層く形成したパタンを転写でき、基板加
工に耐え得る材料であればよいからで、その選択範囲は
広い。−例として掲げるならば、ＣＭＳ　　、　　φ−
ＭＡＣ，０ＦＰＲ８００（東京応化梨）などのレジスト
やポリイミド膜カーボン膜などを用いても本発明の効果
を損なうものでないことは明らかである。また、本実施
例では、レジストの固化、乾燥に電気炉を用いたが、公
知のホットプレートやマイクロ波加熱器などを用いるこ
とも可能である。

また、付着材の塗布方法として回転塗布の例を示したが
、これ以外の方法例えば、スプレー塗布、浸漬塗布法等
覆々の方法を用いることが可能である。

（参考文献：１） Ｈ，Ａｓａｋａｗｅ　ｅｔ　ａｌ、　５７ｍ１）’）、
　ｏｎ　ＶＬＳＩ’ｌ’ｅｒｈｎｏ１．、Ｐ　８８　（
１９８２）　０１ｅｏ、　Ｊａｐａｎ（参考文献：２） Ｍ、　Ｋａｋｕｃｈｉ　ｅｔ　ＰＬｌ、　Ｊ、　Ｅｌｅ
ｃｔ、ｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、。

１２４、Ｐ、　　１６４８（１９７７）（参考文献：３
） Ｋｐ　Ｍｕｒａｓｅ　ｅｔ　ａｌ、　Ｐｒｏｃ、　　Ｉ
ｎｔ、　Ｃｏｎｆ。

Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ、ｙ、　Ｐ　２６１　
（１９７７）ｐａｒｉｓ、　Ｆｒａｎｃｅ 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明では、従来の三層レジスト法
のように上層レジストをマスクとして中間層をエツチン
グする工程がなく、上層のパタン形成後に単に付着材を
回転塗布で選択的にマスクパタンを形成てきるので、プ
ロセスが簡略化すれ、パタン形成速度が向上する。また
、中間層をエツチングする必要がないことは、上層レジ
ストを十分に薄くできパタンの解像性が向上すると同時
に、上層レジストのダメージが全くなく極めて寸法精度
の良いパタン形成が可能となる。また、上層レジストに
パタンを形成した後に付着材を付着できるため、付着材
の選択範囲が広がる利点があるだけでな（、上層パタン
形成時に付着物質の影響を考慮せずに理想的条件下で高
解像パタン形成ができる利点もある。さらに、本発明で
は、必要に応じて原パタンを簡本な方法で反転状態、ま
たは層状態にすること、すなわち、ネガ、ボジバ４ンが
形成できるたぬ、本発明の適用範囲が広がる利点もある
。また、ネガパタンにっｈて言及すれば、一般的に高解
像性を有するポジ形しジスｂの使用が可能であるから、
群像性の高いネガパタンが形成できる、などの利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

ｓｇ１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の薦−の実施例のパタ
ン形成工程図、ｆａ２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第二
の実施例のパタン形成工程図、第３図は従来の三層レジ
スト法のパイン形成工程図である。 ｌ・・・・・・エネルギー線、２・旧・・エネルギー線
に感応するレジスト、３・・・・・・中間層、４・・・
・・・下層レジスト、５・・・・・・基板、６・・・・
・・フッ素含有ポリマー、７・・・・・・付着材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１、）光、電子線、イオンまたはＸ線などのエネルギ
   ー線を用いたパタン形成において、基板上に、少なくと
   も一層にフッ素化合物を含む一種または複数種の材料を
   順次積層する工程と、該積層材料の少なくとも一層にエ
   ネルギー線を照射してパタンを形成する工程と、該パタ
   ン内もしくはパタン外のみに選択的に付着材を付着させ
   る工程と、付着材をマスクとして、該積層材料を加工す
   る工程を有することを特徴とするパタン形成方法。 （２、）上記フッ素化合物として、ポリヘキサフルオロ
   ブチルメタクリレート、またはポリ１，１ジメチル２，
   ２，３，３テトラフルオロプロピルメタクリレート、ま
   たはヘキサフルオロブチルメタクリレートとグリシジル
   メタクリレート共重合体などフッ素含有ポリマーを用い
   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、）上記付着材として、シリコン化合物を用いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   のパタン形成方法。