JP2506952B2

JP2506952B2 - 微細パタ―ン形成方法

Info

Publication number: JP2506952B2
Application number: JP63161645A
Authority: JP
Inventors: 和彦橋本; 太一小泉; 憲司北川; 登野村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH0210357A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、半導体素子や集積回路を電子ビームを用い
てパターン形成して製作する際に使用する微細パターン
形成材料、ならびに同材料を用いた微細パターン形成方
法に関するものである。

従来の技術従来、IC及びLSI等の製造においては、紫外線を用い
たホトリソグラフィーによってパターン形成を行なって
いる。素子の微細化に伴ない、ステッパーレンズの高NA
化、短波長光源の使用等がすすめられているが、それに
よって焦点深度が浅くなるという欠点がある。また、LS
I素子のパターン寸法の微細化、ASICの製造等にともな
い、電子ビームリソグラフィーが用いられるようになっ
てきている。電子ビームリソグラフィーにおいては、電
子線レジストの耐ドライエッチ特性の悪さ、電子の前方
散乱，後方散乱のための近接効果によるパターン精度の
劣化、露光電子によるチャージ・アップ等の欠点があ
る。これらの欠点をおぎなうためにレジストの働きを感
光層と平坦化層とに分けた多層レジストプロセスは有効
な方法である。第３図は電子ビームリソグラフィーにお
ける多層レジストプロセスを説明する図である。近接効
果をおさえるために、下層膜21として有機膜を２〜３μ
ｍ厚塗布し、中間層22としてSiO₂等の無機膜あるいはSO
G（スピンオングラス）を塗布し、上層に電子線レジス
ト23を塗布し、この上にチャージ・アップを防止するた
めにアルミ層24を約100Å蒸着する（第３図（ａ））。
露光後、アルカリ水溶液でアルミ層を除去し、その後現
像する（第３図（ｂ））。次に、このレジストパターン
をマスクとして中間層22のドライエッチングを行ない
（第３図（ｃ））、次に中間層22をマスクとして下層膜
21のドライエッチングを行なう（第３図（ｄ））。

以上のような、多層レジストプロセスを用いることに
より、微細なパターンを高アスペクト比で形成すること
ができる。しかし、アルミ層やSiO₂層を蒸着する多層レ
ジストでは工程がより複雑となり、また、コンタミネー
ション等の問題があり、実用的でない。

電子線レジストの中で、ポリメチルメタクリレート
（PMMA）は最も解像性の良いものとして知られている
が、低感度であることが欠点である。それ故、近年ポジ
型電子線レジストの感度を高める多くの報告が行なわれ
ており、例えば、ポリメタクリル酸ブチル，メタクリル
酸メチルとメタクリル酸との共重合体，メタクリル惨と
アクリロニトリルとの共重合体，メタクリル酸メチルと
イソブチレンとの共重合体，ポリブテン−１−スルホ
ン，ポリイソプロペニルケトン，含フッ素ポリメタクリ
レート等のポジ型電子線レジストが発表されている。こ
れらのレジストはいづれも、側鎖に電子吸引性基を導
入、または、主鎖に分解しやすい結合を導入することに
よって電子ビームによる主鎖切断が容易におこるように
したレジストであり、高感度化をねらったものである
が、耐ドライエッチ性の悪さ、絶縁性によるチャージ・
アップの影響等の問題がある。

また、耐ドライエッチ性の高い二層レジスト用のレジ
ストとしてポリシロキサン，ポリシルセスキオキサン系
のレジストがあるが、感度，解像度が十分でなく、ま
た、絶縁性によるチャージ・アップの影響等の問題があ
る。

発明が解決しようとする課題上記のように、アルミ層つきの多層レジストプロセス
は有効な方法であるが、複雑な工程、アルミのコンタミ
ネーション等の問題点がある。また、アルミ層をとりの
ぞいた多層レジストプロセスでは、チャージ・アップの
問題がある。チャージ・アップとは露光電子が絶縁体で
あるレジスト、中間層、または下層にたまる現象であ
る。このチャージ・アップ効果により、電子ビームリソ
グラフィーにおいて、フィールド・バッティング、合わ
せ精度の劣化等、大きな問題が生じる。また、単層レジ
ストでも、このチャージ・アップ現象は見られ、三層レ
ジストと同様に、フィールド・バッティング、合わせ精
度の劣化をまねく。

すなわち、電子ビームリソグラフィーにおいて、露光
された電子は、レジスト中をエネルギーをうしないなが
ら散乱して、レジスト表面から１〜1.5μｍの深さで止
まってしまい、その領域でチャージがたまってしまう。
このたまったチャージにより、電子ビームが曲げられ、
フィールド・バッティング、合わせ精度の劣化をひきお
こすと考えた。

また、従来の二層レジスト用のレジストは、感度，解
像度ともに十分でなく、また、絶縁膜であるためチャー
ジ・アップをおこすという問題点があった。

本発明者らは、これらの課題を解決するために、導電
性無機高分子を電子線レジストとして使用し、また、そ
れらを用いた微細パターン形成方法を完成した。

課題を解決するための手段すなわち、本発明は、（ただし、R₁,R₂は同一又は異なった含フッ素アルキル
基、または、アルキル基，アルコキシ基をあらわし、ｎ
は正の整数をあらわす。）で表される、ポリホスファゼン系導電性無機高分子を電
子線レジストとして使用することにより、上記のような
問題点を解消しようというものである。この高分子物質
は、主鎖に共役二重結合があるので、高い導電率を示す
ので、電子によるチャージ・アップを防止することがで
きる。また、側鎖にフッ素を導入することによって、高
感度のポジ型レジストになりうる。また、主鎖がP,Nの
みから成っているので、耐ドライエッチ性が高く、二層
レジストの上層レジスト用として使用することができ
る。

また、レジストとして作用しなくても、三層レジスト
の中間層として、この導電性無機高分子を使用すること
により、多層レジストを容易に形成することができ、チ
ャージ・アップによるフィールド・バッティング・コラ
ー，アライメントずれのない正確なな微細レジストパタ
ーンを形成することができる。

作用本発明は前記した導電性無機高分子レジスト、およ
び、それを用いたレジストプロセスにより、容易にチャ
ージ・アップのおこらない正確な微細パターンを形成す
ることができる。アルミ層を蒸着する必要がなく、コン
タミネーションの問題もなく、工程を簡略化することが
でき、電子によるチャージ・アップを防止して、正確な
微細パターンを形成することができる。従って、本発明
を用いることによって、正確な高解像度な微細パターン
形成に有効に作用する。

実施例実施例１上記で示されたポリホスファゼンをクロロベンゼンに
溶解させた後、不溶分をろ別し、レジスト溶液とした。
このレジスト溶液を半導体基板上に滴下し、2000rpmで
スピンコートし、200℃,30分間のベーキングを行ない、
1.2μｍ厚のレジスト膜を形成した。このレジスト膜に
加速電圧20KV、照射量１×10^-5C/cm²で電子線露光を行
なった後、メチルイソブチルケトン（MIBK）とイソプロ
ピルアルコール（IPA）の混合液で現像を行なった所、
チャージ・アップによるフィールド、バッティング・エ
ラーのない正確なレジストパターンを得ることができ
た。

（実施例２）本発明の第２の実施例を第１図に示す。半導体基板１
上に下層膜として高分子有機膜２を塗布し、220℃,30分
間のベーキングを行なった。この上に実施例１で得られ
たポリホスファゼン無機膜３を塗布し、200℃,20分間の
ベーキングを行ない、0.5μｍ膜厚の無機膜を得た（第
１図（ａ））。次に、加速電圧20KV、照射量１×10^-5C/
cm²で電子線露光を行ない、MIBKとIPAの混合液で現像し
た所、正確な微細レジストパターンが得られた（第１図
（ｂ））。チャージ・アップによるフィールド・バッテ
ィング・エラーは全く見られなかった。このレジストパ
ターンをマスクとして、下層の高分子有機膜のエッチン
グを行ない、正確で垂直な微細レジストパターンを形成
することができた（第１図（ｃ）。

（実施例３）本発明の第３の実施例を第２図に示す。半導体基板１
上に下層膜として高分子有機膜11を塗布し、200℃,30分
間のベーキングを行なった。この上に下記に示すポリホ
スファゼン無機膜12を塗布し、200℃,20分間のベーキン
グを行なった。

さらに、この上に電子線レジスト13としてPMMAを塗布
し、170℃,20分間のベーキングを行なった（第２図
（ａ））。このレジスト膜に加速電圧20KV、照射量１×
10^-4C/cm²で電子線露光を行ない、MIBKとIPAの混合液で
現像を行なった所、チャージ・アップによるフィールド
・バッティング・エラーのない正確な微細レジストパタ
ーンを形成することができた（第２図（ｂ））。このレ
ジストパターンをマスクとして無機膜12のドライエッチ
ングを行ないい第２図（ｃ））、次に無機膜をマスクと
して高分子有無膜11のエッチングを行なった（第２図
（ｄ））。このようにして、正確で垂直な微細レジスト
パターンを得ることができた。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、導電性無機高
分子であるポリホスファゼン系ポリマーを電子線レジス
トとして使用することによって、高感度で高解像度のレ
ジストパターンを形成することができる。これらのレジ
ストを使用することによって、露光電子によるチャージ
・アップの影響はなくなり、フィールド・バッティン
グ、合わせ精度を向上させることができる。また。耐ド
ライエッチ性が十分高いので、二層レジストの上層レジ
ストとして使用することができる。

また、三層レジストの中間層として塗布することによ
って、容易にチャージ・アップを防止することができ、
正確で垂直な微細レジストパターンを形成することがで
き、超高密度集積回路の製造に大きく寄与することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における実施例の工程断面図、第２図は
同他の実施例の工程断面図、第３図は従来の多層レジス
ト法の工程断面図である。１……半導体基板、11……高分子有機膜、 12……無機膜、13……電子線レジスト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村登大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平１−44935（ＪＰ，Ａ) 特開平１−44927（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に高分子有機膜を塗布し熱処
理した後、前記高分子有機膜上に、（ただし、R₁、R₂は同一又は異なった含フッ素アルキル
基をあらわし、ｎは正の整数をあらわす。）で表されるポリホスファゼン系の無機高分子膜を塗布し
た後、熱処理する工程と、前記高分子有機膜及び前記無
機高分子膜が形成された前記半導体基板に対して電子線
露光を行なう工程と、現像を行なって前記無機高分子膜
の電子線露光された部分を選択的に除去し前記無機高分
子膜からなるレジストパターンを形成する工程と、前記
レジストパターンをマスクとして前記高分子有機膜をエ
ッチングする工程とを有する微細パターン形成方法。
【請求項２】半導体基板上に高分子有機膜を塗布し熱処
理した後、前記高分子有機膜上に、（ただし、R₁、R₂は同一又は異なったアルキル基または
アルコキシ基をあらわし、ｎは正の整数をあらわす。で表されるポリフォスファゼン系の無機高分子膜を塗布
した後、熱処理する工程と、前記無機高分子膜上にレジ
ストを塗布する工程と、前記レジスト、前記高分子有機
膜及び前記無機高分子膜が形成された前記半導体基板に
対して電子線露光を行なう工程と、現像を行なって前記
レジストの電子線露光された部分を選択的に除去しレジ
ストパターンを形成する工程と、前記レジストパターン
をマスクとして前記無機高分子膜及び前記高分子有機膜
をエッチングする工程とを有する微細パターン形成方
法。