JP2000100700A - パターン形成方法およびハイブリッド露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビームの解像性と光の生産性を兼ね備え
たパターン形成を可能とするパターン形成方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 被加工膜上に下層膜を形成する工程と、
前記下層膜上にレジスト膜を形成する工程と、紫外光を
用いてレジスト膜に所定パターンを露光する工程と、前
記レジスト膜に現像処理を施してレジストパターンを形
成する工程と、電子ビームを用いて前記下層膜に所定パ
ターンを露光する工程と、前記レジストパターン及び前
記下層膜の前記電子ビームで露光した所定パターン領域
をエッチングマスクとして用いて、前記下層膜をドライ
エッチングする工程とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン形成方法
およびハイブリッド露光方法に係り、特に、半導体装置
の製造に適用されるパターン形成方法およびハイブリッ
ド露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置製造工程における光リソグラ
フィーは、そのプロセス簡易性、低コストなどの利点に
より、広く用いられてきた。また、常に技術革新が続け
られており、近年では短波長化（ＫｒＦエキシマレーザ
ー光源）により、０．２５μｍ以下の素子の微細化が達
成されつつある。更に、微細化を進めるために、より短
波長のＡｒＦエキシマレーザー光源やレベンソン型の位
相シフトマスクの開発が進められており、０．１５μｍ
ルール対応の量産リソグラフィーツールとして期待され
ている。

【０００３】しかし、これを実現するための課題も多
く、その開発に要する時間が長期化しており、そのため
デバイスの微細化のスピードに追いつかなくなることが
懸念されている。

【０００４】これに対し、ポスト光リソグラフィーの第
１候補である電子ビームリソグラフィーは、細く絞った
ビームを用いて寸法０．０１μｍのパターンを形成する
ことが出来ることは実証済みである。

【０００５】しかし、電子ビームリソグラフィーは、微
細化という観点では、当面問題はなさそうであるが、デ
バイス量産ツールとしては、スループットに問題があ
る。即ち、細かいパターンを一つ一つ順番に描いていく
ため、どうして時間がかかってしまう。

【０００６】この問題を解決するために、電子ビームの
解像性と光の生産性を兼ね備えたパターン形成方法が提
案されている。すなわち、紫外光と電子ビームの双方に
感光するレジストを用い、紫外光で充分なマージンをも
って解像することが難しい微細パターンのみを電子ビー
ムを用いて露光し、それ以外のパターンを紫外光で露光
した後、レジストを現像処理してレジストパターンを形
成する方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、レジスト中の光強度分布と電子ビーム強度分布
が異なるために、光露光により形成したレジストパター
ンと電子ビーム露光により形成したレジストパターン
で、共に良好なプロファイルを得ることが困難であっ
た。また、この方法では、光露光により形成するパター
ン、及び電子ビームにより形成するパターンの位置を高
い精度で合わせることが重要である。しかし、従来の合
わせ方法では、下地基板に形成したアライメントマーク
に対して光露光により形成するパターン、及び電子ビー
ムにより形成するパターンの位置補正を行う間接合わせ
方式がとられており、直接合わせにより重ね合わせ精度
を向上することが出来ないことが大きな欠点となってい
る。

【０００８】本発明は、以上の事情に鑑みてなされ、光
露光では良好な形状が得られるが、電子ビーム露光では
良好な形状が得られないレジストを用いても、電子ビー
ムの解像性と光の生産性を兼ね備えたパターン形成を可
能とするパターン形成方法を実現することを目的とす
る。

【０００９】本発明の他の目的は、光露光と電子ビーム
露光で形成したパターンを直接合わせ方法により高精度
の重ね合わせを可能とするハイブリッド露光方法を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の発明は、被加工膜上に下層膜を形成する工程
と、前記下層膜上にレジスト膜を形成する工程と、紫外
光を用いてレジスト膜に所定パターンを露光する工程
と、前記レジスト膜に現像処理を施してレジストパター
ンを形成する工程と、電子ビームを用いて前記下層膜に
所定パターンを露光する工程と、前記レジストパターン
及び前記下層膜の前記電子ビームで露光した所定パター
ン領域をエッチングマスクとして用いて、前記下層膜を
ドライエッチングする工程とを具備することを特徴とす
るパターン形成方法を提供する。

【００１１】以上のように構成される第１の発明による
と、紫外光を用いてレジスト膜をパターニングし、電子
ビームを用いて下層膜をパターニングするので、電子ビ
ーム露光によっては良好なプロファイルが得られないレ
ジストでも、電子ビームの解像性と光の生産性を兼ね備
えたパターン形成が可能となる。

【００１２】第１の発明には、以下の具体的態様があ
る。

【００１３】（１）下層膜の紫外光での消衰係数ｋが
０．１＜ｋ＜１．０の範囲にあること。これによって、
光露光時に露光光のレジストへの反射を防ぎ寸法制御性
の良いレジストパターンを得ることができる。

【００１４】（２）下層膜は、シリコンとシリコンとの
結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を含有する樹脂
膜であること。この樹脂膜は、露光光である紫外光を吸
収するため、反射防止膜として作用する。また、電子ビ
ーム照射によりエッチレートが低下するため、電子ビー
ム露光領域をエッチングマスクとして用いて、未露光領
域をエッチングすることにより、パターン形成すること
ができる。

【００１５】（３）下層膜は、電子ビーム照射により硬
化する材料からなること。このような材料によると、電
子ビーム照射により有機化合物を硬化させることでエッ
チレートが低下するため、電子ビーム露光領域をエッチ
ングマスクとして用いて、未露光領域をエッチングする
ことにより、パターン形成することができる。

【００１６】（４）下層膜のドライエッチングを、塩素
原子または臭素原子を含むソースガスを用いて行うこ
と。これにより、下層膜にシリコンとシリコンとの結合
を主鎖に有する有機シリコン化合物を用いた場合、電子
ビーム露光領域に対して未露光領域を高選択比でエッチ
ングすることができる。

【００１７】（５）電子ビームを用いた下層膜への所定
パターンの露光の位置を、レジストパターンの位置情報
に基づいて補正すること。これにより、光露光で形成し
たレジストパターンを合わせマークとして用いて、直接
合わせで電子ビームで形成するパターンの位置合わせを
行うので、重ね合わせ精度が向上する。

【００１８】（６）位置情報の検出を電子ビームを用い
て行うこと。これにより、レジストパターン位置情報を
効果的に検出することができる。

【００１９】また、第２の発明は、被加工膜上にレジス
ト膜を形成する工程と、第１のエネルギービームを用い
て前記レジスト膜に所定パターンを露光する工程と、前
記レジスト膜に現像処理を施して、第１のレジストパタ
ーンを形成する工程と、前記レジストパターンの位置情
報を検出する工程と、前記位置情報の検出結果に基づい
て前記レジストパターンに第２のエネルギービームを用
いて所定パターンを露光する工程と、前記レジストパタ
ーンに現像処理を行い、第２のレジストパターンを形成
する工程とを具備することを特徴とするハイブリッド露
光方法を提供する。

【００２０】以上のように構成される第２の発明による
と、光露光で形成したレジストパターンを合わせマーク
として用いて、直接合わせで電子ビームで形成するパタ
ーンの位置合わせを行うので、重ね合わせ精度が大幅に
向上する。

【００２１】第２の発明には、以下の具体的態様があ
る。

【００２２】（１）第１のエネルギービームが紫外光、
第２のエネルギービームが電子ビームであること。

【００２３】（２）第１のエネルギービームが電子ビー
ム、第２のエネルギービームが紫外光であること。

【００２４】（３）第１のレジストパターン及び第２の
レジストパターンがポジ型パターンであること。

【００２５】（４）第１のレジストパターンがポジ型パ
ターン、第２のレジストパターンがネガ型パターンであ
ること。

【００２６】（５）位置情報の検出が光または電子ビー
ムを用いて行われること。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００２８】最初に、第１の発明に係る実施形態につい
て、図１を参照して説明する。

【００２９】まず、被加工膜１１上に下層膜１２を形成
する（図１（ａ））。被加工膜の種類は特に限定される
ことはないが、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン
膜、酸窒化シリコン膜、或はスピンオングラス、マスク
の製造の際に用いられるブランク材などのシリコン系絶
縁膜、アモルファスシリコン、ポリシリコン、シリコン
基板などのシリコン系材料、アルミニウム、アルミニウ
ムシリサイド、銅、タングステンなどの配線材料などを
挙げることができる。

【００３０】下層膜の膜厚は、０．００５〜５μｍが好
ましい。その理由は、０．００５μｍ以下では光露光時
に露光光の反射光を抑えることが困難であり、５μｍよ
り厚いと下層膜をエッチングする際に異方性良くエッチ
ングすることが困難となるためである。

【００３１】また、光露光時の露光波長における消衰係
数ｋが０．１＜ｋ＜１．０の範囲にある下層膜を用いる
ことが好ましい。その理由は、０．１以下では下層膜の
吸収能が低すぎて被加工膜からの露光光の反射を充分に
抑えることができず、１．０以上では逆に下層膜からの
露光光の反射が強くなってしまうためである。

【００３２】更に、下層膜としては、電子ビームの照射
によりエッチングレートが低下する材料を用いる必要が
ある。そのような材料として、例えばシリコンとシリコ
ンとの結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を挙げる
ことができる。シリコンとシリコンとの結合を主鎖に有
する有機シリコン化合物は、シリコンとシリコンとの結
合が露光光である紫外波長領域の光を吸収するため、光
露光時に反射防止膜として好適に作用する。

【００３３】また、シリコンとシリコンとの結合を主鎖
に有する有機シリコン化合物は、電子ビームの照射によ
り酸化炭化シリコンライクな膜になり、エッチングされ
にくくなる。

【００３４】シリコンとシリコンの結合を主鎖に有する
有機シリコン化合物としては、例えば一般式（ＳｉＲ¹¹
Ｒ¹²）で表わすことができるポリシランが挙げられる
（ここで、Ｒ¹¹およびＲ¹²は、水素原子または炭素数１
〜２０の置換もしくは非置換の脂肪族炭化水素または芳
香族炭価水素などを示す）。

【００３５】ポリシランとしては、単独重合体でも共重
合体でもよく、２種以上のポリシランが酸素原子、窒素
原子、脂肪族基、芳香族基を介して互いに結合した構造
を有するものでもよい。

【００３６】有機シリコン化合物の具体例として、下記
式［１−１］〜［１−１１４］に記載のポリシラン、或
いはポリシレンを挙げることができる。なお、式中、
ｍ、ｎは、正の整数を表わす。

【００３７】

【化１】

【００３８】

【化２】

【００３９】

【化３】

【００４０】

【化４】

【００４１】

【化５】

【００４２】

【化６】

【００４３】

【化７】

【００４４】

【化８】

【００４５】

【化９】

【００４６】

【化１０】

【００４７】

【化１１】

【００４８】

【化１２】

【００４９】

【化１３】

【００５０】

【化１４】

【００５１】

【化１５】

【００５２】これらの化合物の重量平均分子量は、特に
限定されることはないが、２００〜１００，０００が好
ましい。その理由は、分子量が２００未満では、レジス
ト溶媒に有機シリコン膜が溶解していまい、一方、１０
０，０００を超えると、有機溶剤に溶解しにくくなり、
溶液材料を作成しにくくなるためである。

【００５３】有機シリコン化合物は、一種類に限ること
はなく、数種類の化合物を混合してもよい。また、必要
に応じて貯蔵安定性をはかるために熱重合防止剤、シリ
コン系絶縁膜への密着性を向上させるための密着性向上
剤、シリコン系絶縁膜からレジスト中へ反射する光を防
ぐために紫外光を吸収する染料、ポリサルフォン、ポリ
ベンズイミダゾールなどの紫外光を吸収するポリマー、
電子ビーム露光時にレジストに蓄積される電荷を防ぐた
めに導電性物質、光、熱で導電性が生じる物質、或は溶
媒耐性、耐熱性をもたせるために有機シリコン化合物を
架橋させ得る架橋剤、架橋を促進するためのラジカル発
生剤を添加してもよい。

【００５４】導電性物質としては、例えば、有機スルフ
ォン酸、有機カルボン酸、多価アルコール、多価チオー
ル（例えばヨウ素、臭素）、ＳｂＦ₅ 、ＰＦ₅ 、Ｂ
Ｆ₅ 、ＳｎＦ₅ などが挙げられる。光、熱などのエネル
ギーで導電性が生じる物質としては、炭素クラスタ（Ｃ
₆₀、Ｃ₇₀）、シアノアントラセン、ジシアノアントラセ
ン、トリフェニルピニウム、テトラフルオロボレート、
テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン、フ
タルイミドトリフレート、パークロロペンタシクロドデ
カン、ジシアノベンゼン、ベンゾニトリル、トリクロロ
メチルトリアジン、ベンゾイルペルオキシド、ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸、ｔ−ブチルペルオキシドなど
が挙げられる。

【００５５】より具体的には、下記式［２−１］〜［２
−１８３］に記載の化合物を挙げることができる。

【００５６】

【化１６】

【００５７】

【化１７】

【００５８】

【化１８】

【００５９】

【化１９】

【００６０】

【化２０】

【００６１】

【化２１】

【００６２】

【化２２】

【００６３】

【化２３】

【００６４】

【化２４】

【００６５】

【化２５】

【００６６】

【化２６】

【００６７】

【化２７】

【００６８】

【化２８】

【００６９】

【化２９】

【００７０】

【化３０】

【００７１】

【化３１】

【００７２】

【化３２】

【００７３】

【化３３】

【００７４】

【化３４】

【００７５】

【化３５】

【００７６】

【化３６】

【００７７】

【化３７】

【００７８】

【化３８】

【００７９】

【化３９】

【００８０】

【化４０】

【００８１】

【化４１】

【００８２】架橋剤を添加する場合、有機シリコン化合
物は、主鎖のシリコンに水素が結合したものが好まし
い。架橋剤としては、多重結合を有する有機物を用いる
ことができる。多重結合を有する有機物とは、二重結合
または三重結合を有する化合物、より具体的には、ビニ
ル基、アクリル基、アリール基、イミド基、アセチレニ
ル基などを有する化合物である。このような多重結合を
有する有機物は、モノマー、オリゴマー、ポリマーのい
ずれでもよい。

【００８３】このような多重結合を有する有機物は、熱
または光により有機シリコン化合物のＳｉ−Ｈ結合との
間で付加反応を起こし、有機シリコン化合物を架橋させ
る。なお、多重結合を有する有機物は、自己重合してい
てもよい。多重結合を有する有機物の具体例を以下に示
す。

【００８４】

【化４２】

【００８５】

【化４３】

【００８６】

【化４４】

【００８７】

【化４５】

【００８８】

【化４６】

【００８９】

【化４７】

【００９０】

【化４８】

【００９１】

【化４９】

【００９２】

【化５０】

【００９３】

【化５１】

【００９４】上述のように、有機シリコン化合物に対し
て多重結合を有する有機物を混合した場合、触媒として
ラジカル発生剤または酸発生剤を添加してもよい。これ
らのラジカル発生剤または酸発生剤は、多重結合を有す
る有機物とＳｉ−Ｈの付加反応または自己重合を助ける
役割を有する。

【００９５】ラジカル発生剤としては、アゾ化合物（例
えば、アゾビスイソブチロニトリル）、過酸化物、アル
キルアリールケトン、シリルペルオキシド、有機ハロゲ
ン化物などが挙げられる。ラジカル発生剤は、光照射ま
たは加熱により分子中のＯ−Ｏ結合またはＣ−Ｃ結合が
分解してラジカルを発生する。ラジカル発生剤として
は、例えば化学式［４−１］〜［４−２４］により表さ
れるものが挙げられる。

【００９６】 ベンゾイルペルオキシド ［４−１］ ジターシャルブチルペルオキシド ［４−２］ ベンゾイン ［４−３］ ベンゾインアルキルエーテル ［４−４］ ベンゾインアルキルアリールチオエーテル ［４−５］ ベンゾイルアリールエーテル ［４−６］ ベンジルアルキルアリールチオエーテル ［４−７］ ベンジルアラルキルエタノール ［４−８］ フェニルグリオキサルアルキルアセタール ［４−９］ ベンゾイルオキシム ［４−１０］ トリフェニル−ｔ−ブチルシリルペルオキシド ［４−１１］

【化５２】

【００９７】ラジカル発生剤のうち、有機ハロゲン化物
としては、一般式［４−１８］で表されるトリハロメチ
ル−ｓ−トリアジン（例えば米国特許第３７７９７７８
号明細書参照）が好ましい。一般式［４−１８］におい
て、Ｑは臭素または塩素、Ｒ¹¹は−ＣＱ₃ 、−ＮＨ₂ 、
−ＮＨＲ¹³、−ＯＲ¹³または置換もしくは非置換のフェ
ニル基、Ｒ¹²は−ＣＱ₃ 、−ＮＨ₂ 、−ＮＨＲ¹³、−Ｎ
（Ｒ¹³）₂ 、−ＯＲ¹³、−（ＣＨ＝ＣＨ）_n −Ｗまたは
置換もしくは非置換のフェニル基、（ここで、Ｒ¹³はフ
ェニル基、ナフチル基または炭素数６以下の低級アルキ
ル基、ｎは１〜３の整数、Ｗは芳香環、複素環、または
下記一般式で表される基である。）を示す。これらは、
場合によっては、多重結合を有する化合物を存在させな
くても、光または熱によりポリシランを架橋させること
もある。

【００９８】

【化５３】

【００９９】式中、Ｚは酸素または硫黄、Ｒ¹⁴は低級ア
ルキル基またはフェニル基を示す。

【０１００】一般式［４−１８］で表されるトリハロメ
チル−ｓ−トリアジンのうちでは、特に、Ｒ¹²が−（Ｃ
Ｈ＝ＣＨ）_n −Ｗであるビニルトリハロメチル−ｓ−ト
リアジン（例えば米国特許第３９８７０３７号明細書参
照）が好ましい。ビニルトリハロメチル−ｓ−トリアジ
ンは、トリハロメチル基と、トリアジン環と共役するエ
チレン性不飽和結合とを有し、光分解性を示すｓ−トリ
アジンである。

【０１０１】なお、Ｗで表される芳香環または複素環に
は、以下のような置換基が導入されていてもよい。例え
ば、塩素、臭素、フェニル基、炭素数６以下の低級アル
キル基、ニトロ基、フェノキシ基、アルコキシ基、アセ
トキシ基、アセチル基、アミノ基およびアルキルアミノ
基などである。

【０１０２】一般式［４−１８］で表されるトリハロメ
チル−ｓ−トリアジンを化学式［４−２５］〜［４−３
４に］、その他のラジカル発生剤を化学式［４−３５］
〜［４−３９］に示す。これらのハロゲン化物は、場合
によっては、多重結合を有する化合物を存在させなくて
も、光または熱によりポリシランを架橋させることもあ
る。

【０１０３】

【化５４】

【０１０４】

【化５５】

【０１０５】酸発生剤としては、例えばオニウム塩、ハ
ロゲン含有化合物、オルトキノンジアジド化合物、スル
ホン化合物、スルホン酸化合物、ニトロベンジル化合物
が挙げられる。これらのうちでも、オニウム塩、オルト
キノンジアジド化合物が好ましい。

【０１０６】オニウム塩としては、ヨードニウム塩、ス
ルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、アン
モニウム塩が挙げられる。好ましくは、化学式［４−４
０］〜［４−４２］で表される化合物が挙げられる。

【０１０７】ハロゲン含有化合物としては、ハロアルキ
ル基含有炭化水素系化合物、ハロアルキル基含有炭化水
素系化合物、ハロアルキル基含有ヘテロ環状化合物など
が挙げられる。特に、化学式［４−４３］および［４−
４４］で表される化合物が好ましい。

【０１０８】ジニンジアジド化合物としては、ジアゾベ
ンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物などが挙
げられる。特に、化学式［４−４５］〜［４−４８］で
表される化合物が好ましい。

【０１０９】スルホン化合物としては、β−ケトスルホ
ン、β−スルホニルスルホンなどが挙げられる。特に、
化学式［４−４９］で表される化合物が好ましい。

【０１１０】ニトロベンジル化合物としては、ニトロベ
ンジルスルホネート化合物、ジニトロベンジルスルホネ
ート化合物などが挙げられる。特に、化学式［４−５
０］で表される化合物が好ましい。

【０１１１】スルホン酸化合物としては、アルキルスル
ホン酸エステル、ハロアルキルスルホン酸エステル、ア
リールスルホン酸エステル、イミノスルホネートなどが
挙げられる。特に、化学式［４−５１］〜［４−５３］
で表される化合物が好ましい。

【０１１２】

【化５６】

【０１１３】（式中、Ｒ¹⁴〜Ｒ¹⁶は互いに同一であって
も異なっていてもよく、それぞれ水素原子、アミノ基、
ニトロ基、シアノ基、置換もしくは非置換のアルキル基
またはアルコキシル基、ＸはＳｂＦ₆ 、ＰＦ₆ 、Ｂ
Ｆ₄ 、ＣＦ₃ ＣＯ₂ 、ＣｌＯ₄ 、ＣＦ₃ ＳＯ₃ 、

【化５７】

【０１１４】Ｒ¹⁷は水素原子、アミノ基、アニリノ基、
置換もしくは非置換のアルキル基またはアルコキシル
基、Ｒ¹⁸、Ｒ¹⁹は互いに同一であっても異なっていても
よく、それぞれ置換もしくは非置換のアルコキシル基、
Ｒ²⁰は水素原子、アミノ基、アニリノ基、置換もしくは
非置換のアルキル基またはアルコキシル基を示す。）

【化５８】

【０１１５】（式中、Ｒ²¹は、トリクロロメチル基、フ
ェニル基、メトキシフェニル基、ナフチル基またはメト
キシナフチル基を示す。）

【化５９】

【０１１６】（式中、Ｒ²²〜Ｒ²⁴は、互いに同一であっ
ても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、ハロゲン
原子、メチル基、メトキシ基または水酸基を示す。）

【化６０】

【０１１７】（式中、Ｒ²⁵は、−ＣＨ₂ −、−Ｃ（ＣＨ
₃ ）₂ −、−Ｃ（＝Ｏ）−または−ＳＯ₂ −を示し、ｑ
は１〜６の整数、ｒは０〜５の整数で、ｑとｒの合計は
１〜６である。）

【化６１】

【０１１８】（式中、Ｒ²⁶は、水素原子またはメチル
基、Ｒ²⁷は−ＣＨ₂ −、−Ｃ（ＣＨ₃ ）₂ −、−Ｃ（＝
Ｏ）−または−ＳＯ₂ −を示し、ｓは１〜６の整数、ｔ
は０〜５の整数で、ｓとｔの合計は１〜６である。）

【化６２】

【０１１９】（式中、Ｒ²⁸〜Ｒ₃₁は、互いに同一であっ
ても異なっていてもよく、それぞれ置換もしくは非置換
のアルキル基またはハロゲン原子、Ｙは−Ｃ（＝Ｏ）−
または−ＳＯ₂ −を示し、ｕは０〜３の整数である。）

【化６３】

【０１２０】（式中、Ｒ³²は、置換もしくは非置換のア
ルキル基、Ｒ³³は水素原子またはメチル基、Ｒ³⁴は

【化６４】

【０１２１】（ただし、Ｒ³⁵は、水素原子またはメチル
基、Ｒ³⁶、Ｒ³⁷は互いに同一であっても異なっていても
よく、それぞれ置換もしくは非置換のアルコキシル基を
示し、ｖは１〜３の整数である。）

【化６５】

【０１２２】（式中、Ｒ³⁸、Ｒ³⁹は、互いに同一であっ
ても異なっていてもよく、それぞれ水素原子または置換
もしくは非置換のアルキル基、Ｒ⁴⁰、Ｒ⁴¹は互いに同一
であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子また
は置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を
示す。）

【化６６】

【０１２３】（式中、Ｒ⁴²は水素原子または置換もしく
は非置換のアルキル基、Ｒ⁴³、Ｒ⁴⁴は互いに同一であっ
ても異なっていてもよく、それぞれ置換もしくは非置換
のアルキル基またはアリール基を示し、Ｒ⁴³とＲ⁴⁴はは
互いに結合して環構造を形成していてもよい。

【０１２４】

【化６７】

【０１２５】（式中、Ｚはフッ素原子または塩素原子を
示す、） 本発明において、有機シリコン化合物の架橋剤として
は、上述した多重結合を有する有機物以外にも以下のよ
うな物質を用いることが出来る。例えば、ヒドロキシル
基を有する有機物、エポキシ基を有する有機物、アミノ
基を有する有機物、ピリジンオキシド、アルコキシシリ
ル基、シリルエステル基、オキシムシリル基、エモキシ
シリル基、アミノシリル基、アミドシリル基、アミノキ
シシリル基またはハロゲンを有するケイ素化合物、有機
金属化合物、ハロゲンを含む化合物などである。

【０１２６】ヒドロキシル基を有する化合物としては、
多価アルコール、ノボラック樹脂、カルボキシル基を有
する化合物、シラノールが挙げられる。これらの化合物
は、光または熱によりＳｉ−Ｈと反応して有機シリコン
化合物を架橋させる。このような化合物の具体例を化学
式［５−１］〜［５−２８］に示す。

【０１２７】エポキシ基を有する化合物としては、一般
にエピビスタイプのエポキシ樹脂、または脂環式エポキ
シ樹脂と呼ばれるものが挙げられる。これらの樹脂で
は、一部にヒドロキシル基が付加していてもよい。ま
た、これらの樹脂とともに上述した酸発生剤を添加して
もよい。このような化合物の具体例を化学式［６−１］
〜［６−１２］に示す。

【０１２８】アミノ基を有する化合物としては、例えば
化学式［７−１］〜［７−９］に示したものが挙げられ
る。

【０１２９】ピリジンオキシドとしては、例えば化学式
［８−１］〜［８−６］に示したものが挙げられる。

【０１３０】アルコキシシリル基、シリルエステル基、
オキシムシリル基、エノキシシリル基、アミノシリル
基、アミドシリル基、アミノキシシリル基またはハロゲ
ンを有するケイ素化合物としては、例えば化学式［９−
１］〜［９−５２］に示したものが挙げられる。これら
の化学式において、Ｘは上記の置換基を表す。なお、こ
れらの化合物とともに、通常、シリコーンの縮合触媒と
して使用される白金、有機スズ化合物などの金属触媒、
塩基を使用してもよい。

【０１３１】有機金属化合物とは、有機基が置換した金
属塩、金属錯体を意味する。金属としては、Ｂ、Ｍｇ、
Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ
が用いられる。このような化合物の具体例を、化学式
［１０−１］〜［１０−９］に示す。

【０１３２】ハロゲンを含む化合物としては、例えば化
学式［１１−１］〜［１１−９］に示したものが挙げら
れる。

【０１３３】

【化６８】

【０１３４】

【化６９】

【０１３５】

【化７０】

【０１３６】

【化７１】

【０１３７】

【化７２】

【０１３８】

【化７３】

【０１３９】

【化７４】

【０１４０】

【化７５】

【０１４１】

【化７６】

【０１４２】

【化７７】

【０１４３】

【化７８】

【０１４４】

【化７９】

【０１４５】

【化８０】

【０１４６】有機溶剤としては、極性溶剤でも、無極性
溶剤でもよいが、多重結合を有する溶剤は、有機シリコ
ン化合物と反応しやすく、溶液材料が経時変化を起こし
やすくなるため、多重結合を含まない溶剤を使用する方
が好ましい。

【０１４７】以上の方法で溶液材料を作成し、被加工膜
上に、例えばスピンコーテング法などで溶液材料を塗布
した後、加熱して溶剤を気化することにより、下層膜を
形成する。

【０１４８】また、下層膜として電子ビーム照射により
重合、或は架橋して硬化する有機化合物を用いても良
い。硬化させることでエッチングレートが低下し、電子
ビーム露光領域をエッチングマスクとして用いて未露光
領域をエッチングして、下層膜をパターン形成すること
が可能になる。

【０１４９】さらに、電子ビームを照射することによ
り、下層膜表面を炭化してもよい。炭化させることでエ
ッチングレートが低下し、電子ビーム露光領域をエッチ
ングマスクとして用いて未露光領域をエッチングして、
下層膜をパターン形成することが可能になる。

【０１５０】次に、下層膜上にレジストパターンを形成
する。まず、有機シリコン膜上にレジスト溶液を塗布し
て、加熱処理を行い、レジスト１３を形成する（図１
（ａ））。レジストの膜厚は０．０１〜１０μｍである
のが好ましいが、レジストより下層の膜を寸法制御性よ
くエッチングできる膜厚であれば、露光時の露光量裕
度、フォーカス裕度、或は解像度を向上させるため薄い
方がよい。

【０１５１】レジストの種類は、特に限定されることは
なく、目的に応じて、ポジ型またはネガ型を選択して使
用することができる。具体的には、ポジ型レジストとし
ては、例えば、ナフトキノンジアジドとノボラック樹脂
とからなるレジスト（ＩＸ−７７０、日本合成ゴム社
製）、ｔ−ＢＯＣで保護したポリビニルフェノール樹脂
と光酸発生剤とからなる化学増幅型レジスト（ＡＰＥＸ
−Ｅ、シップレー社製）などが挙げられる。

【０１５２】また、ネガ型のレジストとしては、例え
ば、ポリビニルフェノールとメラミン樹脂および光酸発
生剤からなる化学増幅型レジスト（ＳＮＲ２００、シッ
プレー社製）、ポリビニルフェノールとビスアジド化合
物とからなるレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ、日立化成社
製）などが挙げられるが、これらに限定されることはな
い。

【０１５３】これらのレジスト溶液を下層膜上に、例え
ばスピンコーテング法などで塗布した後、加熱して溶媒
を気化させることでレジストを作成する。

【０１５４】次に、所定パターンをもったマスクを通し
て露光光である紫外光をレジストに対して照射する。紫
外光を照射するための光源としては水銀灯のｇ線（４３
６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、或はＸｅＦ（波長＝３
５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長＝３０８ｎｍ），ＫｒＦ
（波長＝２４８ｎｍ），ＫｒＣｌ（波長＝２２２ｎ
ｍ），ＡｒＦ（波長＝１９３ｎｍ）、Ｆ２（波長＝１５
１ｎｍ）等のエキシマレーザーを挙げることができる。

【０１５５】露光後のレジストは、必要に応じてポスト
エクスポージャーベークを行った後、テトラメチルアン
モニウム水溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等
の無機アルカリ水溶液、キシレン、アセトンの有機溶媒
を用いて現像処理が施され、レジストパターン１４が形
成される（図１（ｂ））。

【０１５６】次に、電子ビームを用いて下層膜に対して
所定パターンを露光する（図１（ｃ））。下層膜に電子
ビームを照射することにより、電子ビーム露光領域１６
を選択的にエッチングされにくくなるように改質するこ
とができる。

【０１５７】その際、前記レジストパターン１４の位置
情報の検出を光、或は電子ビーム１５で行って、前記位
置情報に基づいて電子ビーム露光で形成する所定パター
ンの位置を補正することが好ましい。この合わせ方法に
よれば、光露光で形成したレジストパターンに対して電
子ビーム露光で形成するパターンを直接合わせるので、
下地基板内に形成した合わせマークに対して光露光で形
成するパターンと電子ビーム露光で形成するパターンを
間接的に合わせる従来の方法と比べて、高い合わせ精度
を達成することができる。

【０１５８】次に、レジストパターン１４及び下層膜の
電子ビーム露光領域１６をエッチングマスクとして用い
て、下層膜１２をドライエッチングする（図１
（ｄ））。エッチング方式としては、例えば反応性イオ
ンエッチング、マグネトロン型反応性イオンエッチン
グ、電子ビームイオンエッチング、ＩＣＰエッチング、
またはＥＣＲイオンエッチングなど、微細加工可能なも
のであれば、特に限定されることはない。

【０１５９】下層膜にシリコンとシリコンとの結合を主
鎖に有する有機シリコン化合物を用いた場合、ソースガ
スとしては塩素、臭素のうちの少なくとも１つを含むガ
スを用いることが好ましい。そのようなガスとして、例
えば、ＣＦ₃ Ｃｌ、ＣＦ₂ Ｃｌ₂ 、ＣＦ₃ Ｂｒ、ＣＣｌ
₄ 、Ｃ₂ Ｆ₅ Ｃｌ₂ 、Ｃｌ₂ 、ＳｉＣｌ₄ 、Ｂｒ₂ 、Ｈ
Ｂｒ、ＨＣｌ、ＢＣｌ₃ などが挙げられる。

【０１６０】これらのガスが好ましい理由は、塩素、臭
素原子を含むガスを用いて発生したプラズマに該有機シ
リコン化合物はエッチングされやすいが、該有機シリコ
ン化合物に電子ビームを照射した領域は、酸化炭化シリ
コンライクな膜に改質し、エッチングされにくくなり、
電子ビーム未露光領域のみを選択的にエッチングして異
方性の高いパターンを得ることが可能になるからであ
る。

【０１６１】また、下層膜として炭素、酸素、窒素、硫
黄および水素で構成される有機化合物を用いた場合、酸
素ガス、ハロゲン系ガス、或は酸素ガスとハロゲン系ガ
スの混合ガスなどをソースガスとして用いることができ
る。ハロゲン系ガスとして、例えばＣＦ₄ 、Ｃ₄ Ｆ₈ 、
ＣＨＦ₃ 、ＣＦ₃ Ｃｌ、ＣＦ₂ Ｃｌ₂ 、ＣＦ₃ Ｂｒ、Ｃ
Ｃｌ₄ 、Ｃ₂ Ｆ₅ Ｃｌ₂ 、Ｃｌ₂ 、ＳｉＣｌ₄ 、Ｂ
ｒ₂ 、Ｉ₂ 、ＳＦ₆ 、ＨＢｒ、ＨＩ、ＨＣｌ、ＢＣｌ₃
などが挙げられる。

【０１６２】次に、第２の発明に係る実施形態について
図３を参照して説明する。

【０１６３】本実施形態では、ラインアンドスペースパ
ターンを光露光により形成し、光露光によっては充分な
マージンをもって解像することが困難な孤立抜きパター
ンを電子ビーム露光で形成した場合についての実施形態
である。

【０１６４】まず、シリコンウェハー３０上に被加工膜
３１を形成する。次いで、被加工膜３１上に反射防止膜
３２を形成する。次いで、反射防止膜３２上にレジスト
膜３３を形成する（図３（ａ））。

【０１６５】次に、第１のエネルギービーム３５として
例えばエキシマレーザを用いてレジストに対して露光を
行う（図３（ｂ））。更に、ベーキングを行った後、現
像処理を行って、露光部分３４を溶解除去して、ライン
アンドスペースパターン３６を含む第１のレジストパタ
ーンを形成する（図３（ｃ））。

【０１６６】その後、電子ビーム３７をレジストパター
ン３６に照射して、第１のレジストパターンの位置情報
の検出を行う。この時の照射量はレジストを感光しない
ような照射量である。

【０１６７】次に、第２のエネルギービーム３９として
電子ビームを用いて、第１のレジストパターンに対して
さらに露光を行う（図３（ｄ））。その際、第１のレジ
ストパターンの位置情報の検出結果に基づいて照射位置
を決定する。更に、ベーキングを行った後、現像処理を
行って、露光部分３８を溶解除去して、ラインアンドス
ペースパターン３６が混在する第２のレジストパターン
を形成する（図３（ｅ））。

【０１６８】以上の実施形態における被加工膜３１およ
びレジスト膜３３の材質および成膜方法は、図１を参照
して説明した第１の発明に係る実施形態で用いたものと
同様である。また、露光方法、現像方法等も、第１の発
明に係る実施形態に準じて、適宜、適切な方法を選択す
ることが出来る。

【０１６９】本実施形態によると、光露光で形成したパ
ターンと電子ビーム露光で形成したパターンを高精度で
位置合わせすることができる。

【０１７０】

【実施例】以下、本発明の種々の実施例と比較例を示
し、本発明について、より具体的に説明する。

【０１７１】実施例１ 本実施例では、ラインアンドスペースパターンを光露光
で形成し、光露光によっては充分なマージンをもって解
像することが困難な孤立抜きパターンを、電子ビーム露
光で形成した場合について説明する。

【０１７２】まず、シリコンウェハー１０上に被加工膜
１１として厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂ をＬＰＣＶＤ法で
形成した。次いで、被加工膜１１上に以下の（Ｓ１）〜
（Ｓ１０）の方法で下層膜１２を形成した（図１
（ａ））。

【０１７３】（Ｓ１）：式［１−５４］に記載の重量平
均分子量８，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ＝１
／４）１０ｇをアニソール９０ｇに溶解して調製した溶
液をスピンコーテング法で塗布した後、ホットプレート
を用いて１６０℃で９０秒間加熱した。

【０１７４】（Ｓ２）：式［１−５６］に記載の重量平
均分子量９，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ＝１
／４）１０ｇをアニソール９０ｇに溶解して調製した溶
液を（Ｓ１）と同様に塗布した後、加熱を行った。

【０１７５】（Ｓ３）：式［１−８４］に記載の重量平
均分子量１２，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ＝
１／４）１０ｇをアニソール９０ｇに溶解して調製した
溶液を（Ｓ１）と同様に塗布した後、加熱を行った。

【０１７６】（Ｓ４）：式［１−１］に記載の重量平均
分子量８，０００の有機シリコン化合物８．５ｇ、式
［３−８６］に記載の架橋剤１ｇ、式［４−１２］に記
載のラジカル発生剤０．５ｇをトルエン９０ｇに溶解し
て調製した溶液を、スピンコーテング法で塗布した後、
酸素濃度が５０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気下でホットプレ
ートを用いて１６０℃で９０秒間加熱した。

【０１７７】（Ｓ５）：式［１−２３］に記載の重量平
均分子量８，０００の有機シリコン化合物８．５ｇ、式
［３−７７］に記載の架橋剤１ｇ、式［４−１２］に記
載のラジカル発生剤０．５ｇをトルエン９０ｇに溶解し
て調製した溶液を（Ｓ４）と同様に塗布した後、加熱を
行った。

【０１７８】（Ｓ６）：式［１−２３］に記載の重量平
均分子量８，０００の有機シリコン化合物８．５ｇ、式
［４−２８］に記載のラジカル発生剤０．５ｇをトルエ
ン９０ｇに溶解して調製した溶液を（Ｓ４）と同様に塗
布した後、加熱を行った。

【０１７９】（Ｓ７）：式［１−２４］に記載の重量平
均分子量８，０００の有機シリコン化合物８．５ｇ、式
［３−６５］に記載の架橋剤１ｇ、式［４−１２］に記
載のラジカル発生剤０．５ｇをトルエン９０ｇに溶解し
て調製した溶液を（Ｓ４）と同様に塗布した後、加熱を
行った。

【０１８０】（Ｓ８）：式［１−５４］に記載の重量平
均分子量８，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ＝１
／４）９．５ｇ、式［４−２８］に記載のラジカル発生
剤０．５ｇをアニソール９０ｇに溶解して調製した溶液
を（Ｓ１）と同様に塗布した後、加熱を行った。

【０１８１】（Ｓ９）：式［１−５６］に記載の重量平
均分子量９，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ＝１
／４）９ｇ、式［４−２８］に記載のラジカル発生剤１
ｇをアニソール９０ｇに溶解して調製した溶液を（Ｓ
１）と同様に塗布した後、加熱を行った。

【０１８２】（Ｓ１０）：式［１−８４］に記載の重量
平均分子量１２，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ
＝１／４）９．５ｇ、スルフォンイミド０．５ｇをアニ
ソール９０ｇに溶解して調製した溶液を（Ｓ１）と同様
に塗布した後、加熱を行った。

【０１８３】下層膜の膜厚は、何れも３００ｎｍであ
る。分光エリプソを用いて測定した、露光波長２４８ｎ
ｍでの複素屈折率の測定結果を下記表１に示す。下記表
１から、何れの下層膜も露光波長に対して適度な吸収性
を有しており、光露光時に反射防止膜として作用するこ
とがわかる。

【０１８４】次に、各下層膜上にレジスト１３を形成し
た（図１（ａ）参照）。まず、重量平均分子量１２，０
００のポリビニルフェノールの水酸基の３０％をターシ
ャリブトキシカルボニル基で置換した抑止剤樹脂９．９
ｇ、酸発生剤としてスルフォンイミド０．１ｇを乳酸エ
チル９０ｇに溶解して調製したレジスト溶液を各下層膜
上にスピンコーテング法で塗布して、レジスト膜１３を
形成した。さらに、ホットプレートを用いて１１０℃で
９０秒間のベーキングを行った。ベーキング後のレジス
ト膜１３の膜厚は２００ｎｍである。

【０１８５】次いで、レジスト膜１３に対して、ＫｒＦ
エキシマレーザーを光源とする縮小光学型ステッパーを
用いて、０．２５μｍラインアンドスペースパターンの
露光を行った。更に、ホットプレートを用いて１１０℃
で９０秒間のベーキングを行った後、続いて０．２１規
定のＴＭＡＨ現像液を用いて現像処理を行い、ラインア
ンドスペースパターン１４を形成した（図１（ｂ））。

【０１８６】このようにして得たラインアンドスペース
パターン１４のプロファイル断面を走査型電子顕微鏡を
用いて観察したところ、何れの下層膜でも定在波による
波打ち形状はなく、露光光の被加工膜からの反射が抑え
られていることが分かる。

【０１８７】次に、加速電圧１．８ｋＶの電子ビーム１
５をレジストパターン１４に照射してレジストパターン
の位置情報の検出を行った。そして、各下層膜に対して
加速電圧１０ｋｅＶの電子ビームを照射して、未照射部
分が幅０．１０μｍの孤立抜きパターンとなる改質部分
１６を形成した。パターン形成に有効な改質部分を形成
するのに最低必要な電子ビーム照射量を下記表１に示
す。

【０１８８】（Ｓ８）〜（Ｓ１０）は、（Ｓ１）〜（Ｓ
３）の溶液中にそれぞれラジカル酸発生剤、或いは酸発
生剤を添加して形成した塗膜であるが、下記表１から、
パターンの形成に有効な改質を得るために必要な電子ビ
ーム照射量は下がっていることがわかる。

【０１８９】このように、ラジカル発生剤、或は酸発生
剤を下層膜に添加することにより、感度の向上が見込め
る場合があり、必要に応じてこれらの化合物を添加する
ことが好ましい。

【０１９０】なお、電子ビームの照射位置は、レジスト
パターンの位置情報の検出結果に基づいて行った。その
結果、ラインアンドスペースパターン１４と電子ビーム
照射領域１６とは１０〜３０ｎｍの重ね合わせ精度が得
られており、ギガビット級の大規模集積回路に必要なパ
ターンを形成する上で何ら支障はなく、光露光で形成し
たパターンと電子ビーム露光で形成したパターンを高精
度で位置合わせすることができた。

【０１９１】そして、レジストパターン１４及び下層膜
の電子ビーム露光領域１６をエッチングマスクとして用
いて、下層膜をドライエッチングした。エッチング装置
としてはマグネトロン型反応性イオンエッチャーを用
い、基板温度８０℃、励起電力２００Ｗ、真空度４０ｍ
Ｔｏｒｒ、ソースガスについては下記表１に記載の各条
件で、それぞれの下層膜をエッチングした（図１
（ｄ））。

【０１９２】

【表１】

【０１９３】その結果、レジストパターンをエッチング
マスクとして形成した下層膜パターン１７、電子ビーム
露光領域をエッチングマスクとして形成した下層膜パタ
ーン１８は、共に異方性がとれており、加工形状が良好
であった。このように、レジストパターンをエッチング
マスクとして用いて下層膜を異方性良くエッチングする
ことができたのは、シリコンとシリコンとの結合を主鎖
に有する有機シリコン化合物がエッチングされ易く、レ
ジストに対して高い選択比で削ることができるためであ
る。

【０１９４】また、下層膜の電子ビーム露光領域をエッ
チングマスクとして用いて、未露光領域を良くエッチン
グすることができたのは、電子ビーム照射により有機シ
リコン化合物が酸化炭化シリコンライクな膜になり、エ
ッチングされにくくなり、未露光領域が露光領域に比べ
高い選択比で削ることができたためであると考えられ
る。

【０１９５】比較例１ レジストに対して電子ビームおよび紫外光を用いてパタ
ーン露光を行った後、レジストを現像処理してレジスト
パターンを形成した。

【０１９６】まず、実施例１と同様にして被加工膜２１
を形成し、実施例１の（Ｓ１）記載の方法で下層膜２２
を形成した。次いで、実施例１と同様にしてレジスト膜
２３を形成した（図２（ａ））。

【０１９７】次に、レジスト膜２３に対してＫｒＦエキ
シマーレーザーを光源とする縮小光学型ステッパーを用
いて０．２５μｍラインアンドスペースパターンを露光
した。そして、加速電圧５０ｋｅＶの電子ビームを照射
量１０μＣ／ｃｍ² で照射して、幅０．１０μｍの孤立
抜きパターンを露光した（図２（ｂ）参照）。レジスト
膜中の光強度を電子ビーム強度の分布状態を図２（ｂ）
に示す。更に、ホットプレートを用いて１１０℃で９０
秒間ベーキングを行った後、０．２１規定のＴＭＡＨ現
像液を用いて現像処理を行い、ラインアンドスペースパ
ターン２６と孤立抜きパターン２７とが混在するレジス
トパターンを形成した。

【０１９８】光露光で形成したラインアンドスペースパ
ターン２６は、垂直なプロファイルであるが、電子ビー
ム露光で形成した孤立抜きパターン２７は逆テーパーと
なっている。この原因は、次のように考えられる。

【０１９９】まず、想定されるレジスト中での露光時の
光強度分布、及び電子ビーム強度分布を図２（ｂ）の２
４、２５にそれぞれ示す。レジスト膜２３中での光強度
２４は、下層部に近づくにつれて劣化している。実施例
１及び比較例１で用いたレジストは、光露光で垂直なプ
ロファイルが得られているが、これは、レジスト下層部
の現像液に対する溶解速度が上層部と比べ速く、レジス
ト下層部の光強度が弱くてもレジスト下層部が上層部と
比べ溶解しやすくなっているためである。

【０２００】一方、レジスト中での電子ビーム強度２５
は、膜厚方向で一定の強度分布を示している。従って、
本比較例では、下層部ほど現像液に溶けやすいレジスト
を使用しているため、電子ビーム露光では逆テーパーパ
ターンになったものと考えられる。

【０２０１】本比較例からも分かるように、本発明に係
るパターン形成方法によれば、電子ビーム露光で良好な
プロファイルが得られない、光露光用に組成を調節した
レジストでも、電子ビームの解像性と光の生産性を兼ね
備えたパターン形成を実現することができる。

【０２０２】実施例２ 本実施例は、下層膜の材料として有機シリコン化合物以
外の有機樹脂を用いた場合を示す。

【０２０３】まず、実施例１と同様にして被加工膜を形
成した。そして、以下に示す（Ｓ１１）〜（Ｓ１５）の
方法で、被加工膜上にそれぞれ下層膜を形成した。

【０２０４】（Ｓ１１）：重量平均分子量８，０００の
下記式［１２−１］に記載のノボラック樹脂１０ｇを乳
酸エチル９０ｇに溶解して調製した溶液を、スピンコー
テング法で塗布した後、ホットプレートを用いて３２０
℃で９０秒間加熱した。

【０２０５】（Ｓ１２）重量平均分子量１２，０００の
下記式［１２−２］に記載のポリスルフォン８ｇをシク
ロヘキサノン９２ｇに溶解して調製した溶液を、スピン
コーテング法で塗布した後、ホットプレートを用いて２
２０℃で９０秒間加熱した。

【０２０６】（Ｓ１３）重量平均分子量８，０００の下
記式［１２−３］に記載のポリベンズイミダゾール８ｇ
をシクロヘキサノン９２ｇに溶解して調製した溶液を、
（Ｓ１２）と同様に塗布した後、加熱を行った。

【０２０７】（Ｓ１４）重量平均分子量７，０００の下
記式［１２−４］に記載のポリイミド１０ｇをシクロヘ
キサノン９０ｇに溶解して調製した溶液を、（Ｓ１２）
と同様に塗布した後、加熱を行った。

【０２０８】（Ｓ１５）重量平均分子量７，０００の下
記式［１２−５］に記載のクロロ化ポリスチレン９ｇ、
染料としてポリアニリンブラックを乳酸エチルに溶解し
て調製した溶液を、（Ｓ１２）と同様に塗布した後、加
熱を行った。

【０２０９】

【化８１】

【０２１０】下層膜の膜厚は３００ｎｍである。また、
分光エリプソで測定した波長２４８ｎｍにおける複素屈
折率を下記表２に示す。下記表２から、何れの下層膜も
露光光に対して吸収性を有しており、光露光時に反射防
止膜として作用することがわかる。

【０２１１】

【表２】

【０２１２】次に、実施例１と同様にして下層膜上にラ
インアンドスペースパターンを形成した。さらに、実施
例１と同様にして、電子ビームを用いて下層膜に孤立抜
きパターンを露光した。

【０２１３】続いて、レジストパターン及び下層膜の電
子ビーム露光領域をエッチングマスクとして用いて、下
層膜のエッチングを行った。エッチング装置としては、
マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、基
板温度６０℃、励起電力２００Ｗ、真空度４０ｍＴｏｒ
ｒ、ソースガスについては下記表２に記載の各条件で行
った。エッチング後の下層膜の加工形状を観察したとこ
ろ、実施例１と同様に、異方性良く下層膜を加工するこ
とができた。

【０２１４】以下の実施例３〜７は、第２の発明に係る
実施例である。

【０２１５】実施例３ 本実施例は、ラインアンドスペースパターンを光露光に
より形成し、光露光によっては充分なマージンをもって
解像することが困難な孤立抜きパターンを電子ビーム露
光で形成した場合についての実施例である。

【０２１６】まず、シリコンウェハー３０上に被加工膜
３１として厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂ をＬＰＣＶＤ法で
形成した。次いで、被加工膜３１上にポリサルフォン樹
脂８ｇをシクロヘキサノン９２ｇに溶解して調製した溶
液をスピンコーティング法で塗布した後、ホットプレー
トを用いて２００℃で９０秒間ベーキングして、厚さ１
００ｎｍの反射防止膜３２を形成した。

【０２１７】分光エリプソを用いて測定した露光波長２
４８ｎｍでの複素屈折率は、ｎ＝１．７８、ｋ＝０．２
４であり、適度な吸収性を有しており、光露光時に反射
防止膜として作用することがわかる。

【０２１８】次いで、反射防止膜３２上にレジスト膜３
３を形成した（図３（ａ））。まず、重量平均分子量１
２，０００のポリビニルフェノールの水酸基の３０％を
ターシャリブトキシカルボニル基で置換した抑止剤樹脂
９．９ｇ、酸発生剤としてスルフォンイミド０．１ｇを
乳酸エチル９０ｇに溶解して調製したレジスト溶液を、
反射防止膜３２上にスピンコーテング法で塗布した。更
に、ホットプレートを用いて１１０℃で９０秒間のベー
キングを行った。ベーキング後のレジスト膜厚は２００
ｎｍである。

【０２１９】次に、第１のエネルギービーム３５とし
て、ＫｒＦエキシマレーザーを光源とする縮小光学型ス
テッパーを用いてレジストに対して露光を行った（図３
（ｂ））。更に、ホットプレートを用いて１１０℃で９
０秒間のベーキングを行った後、０．２１規定のＴＭＡ
Ｈ現像液を用いて現像処理を行って、露光部分３４を溶
解除去して、ラインアンドスペースパターン３６を含む
第１のレジストパターンを形成した（図３（ｃ））。

【０２２０】その後、加速電圧１．８ｋｅＶの電子ビー
ム３７をレジストパターン３６に照射して、第１のレジ
ストパターンの位置情報の検出を行った。この時の照射
量は０．０１μＣ／ｃｍ² と充分低く、レジストを感光
しないようにした。

【０２２１】次に、第２のエネルギービーム３９として
加速電圧１０ｋｅＶ、照射量１０μＣ／ｃｍ² の電子ビ
ームを用いて、第１のレジストパターンに対してさらに
露光を行った（図３（ｄ））。その際、第１のレジスト
パターンの位置情報の検出結果に基づいて照射位置を決
定した。更に、ホットプレートを用いて１１０℃で９０
秒間のベーキングを行った後、０．２１規定のＴＭＡＨ
現像液を用いて現像処理を行って、露光部分３８を溶解
除去して、抜き幅が０．１０μｍの孤立抜きパターン４
０と０．２５μｍラインアンドスペースパターン３６が
混在する第２のレジストパターンを形成した（図３
（ｅ））。

【０２２２】本実施例によると、光露光で形成したライ
ンアンドスペースパターン３６と電子ビーム露光で形成
した孤立抜きパターン４９とは、１０〜３０ｎｍの重ね
合わせ精度が得られており、ギガビット級の大規模集積
回路に必要なパターンを形成する上で何ら支障はなく、
光露光で形成したパターンと電子ビーム露光で形成した
パターンを高精度で位置合わせすることができた。

【０２２３】実施例４ 本実施例は、アライメントマークをレジストに形成し、
このアライメントマークを用いて位置合わせを行った例
について示す。

【０２２４】まず、実施例３と同様にしてシリコンウェ
ハー５０上に被加工膜５１、反射防止膜５２、レジスト
５３を順次形成した（図４（ａ））。次いで、第１のエ
ネルギービーム５５としてＫｒＦエキシマレーザーを光
源とする縮小光学型ステッパーを用いてレジストに対し
て露光を行った（図４（ｂ））。この時用いたフォトマ
スクには、後述の電子ビーム照射工程でアライメントマ
ークとして用いる十字パターンが含まれており、アライ
メントマークも同時に露光した。

【０２２５】次に、ホットプレートを用いて１１０℃で
９０秒間のベーキングを行った後、０．２１規定のＴＭ
ＡＨ現像液を用いて現像処理を行って、露光部分を溶解
除去して、ラインアンドスペースパターン５６、十字パ
ターン５７を含む第１のレジストパターンを形成した
（図４（ｃ））。

【０２２６】その後、ヘリウムネオンレーザー５８を十
字パターン５７に照射して、光露光で形成した第１のレ
ジストパターンの位置情報の検出を行った。位置検出の
ために用いる光は、レジストを感光しない波長領域、或
はレジストを感光しない照射量の光を用いる必要がある
が、本実施例で用いたヘリウムネオンレーザーの波長は
６３３ｎｍであり、レジストを感光させることはない。

【０２２７】次に、第２のエネルギービーム６０として
加速電圧１０ｋｅＶ、照射量１０μＣ／ｃｍ² の電子ビ
ームを用いて、光露光で形成したレジストパターンに対
してさらに露光を行った（図４（ｄ））。その際、電子
ビームの照射位置は、第１のレジストパターンの位置情
報の検出結果に基づいて行った。更に、ホットプレート
を用いて１１０℃で９０秒間のベーキングを行った後、
０．２１規定のＴＭＡＨ現像液を用いて現像処理を行っ
て露光部分５９を溶解除去して、抜き幅０．１０μｍの
孤立抜きパターン６１と、０．２５μｍラインアンドス
ペースパターン５６が混在する第２のレジストパターン
を形成した（図４（ｅ））。

【０２２８】このように、本実施例によると、光露光で
形成したラインアンドスペースパターン５６と電子ビー
ム露光で形成した孤立抜きパターン６１を、実施例３と
同様の重ね合わせ精度で位置合わせすることができた。

【０２２９】実施例５ 本実施例は、電子ビーム露光、光露光の順に所定パター
ンを露光した例を示す。

【０２３０】まず、実施例３と同様にして、シリコンウ
ェハー７０上に被加工膜７１、反射防止膜７２、レジス
ト７３を順次形成した（図５（ａ））。次いで、第１の
エネルギービーム７５として加速電圧１０ｋｅＶ、照射
量１０μＣ／ｃｍ² の電子ビームを用いて、レジストに
対して露光を行った（図３（ｂ））。同時に、光露光時
にアライメントマークとして用いる十字パターン３０７
も露光した。

【０２３１】電子ビームの照射は、キャラクタープロジ
ェクションにより行い、アパチャー内には孤立抜きパタ
ーンと十字パターンが蝕刻されており、１回の転写で孤
立抜きパターンと十字マークとが同時にレジストに転写
されるようになっている。

【０２３２】次に、ホットプレートを用いて１１０℃で
９０秒間のベーキングを行った後、続いて０．２１規定
のＴＭＡＨ現像液を用いて現像処理を行って、露光部分
７４ａ，７４ｂを溶解除去して、孤立抜きパターン７６
及び十字パターン７７を含む第１のレジストパターンを
形成した（図５（ｃ））。

【０２３３】その後、ヘリウムネオンレーザー７８を十
字パターン７７に照射して、光露光で形成した第１のレ
ジストパターンの位置情報の検出を行った。位置検出の
ために用いる光は、レジストを感光しない波長領域、或
はレジストを感光しない照射量の光を用いる必要があ
り、本実施例で用いたヘリウムネオンレーザーの波長は
６３３ｎｍであるので、レジストを感光させることはな
い。

【０２３４】次に、第２のエネルギービーム８０として
ＫｒＦエキシマレーザーを光源とする縮小光学型ステッ
パーを用いて、レジストに対して露光を行った（図５
（ｄ））。その際、十字パターンの位置情報の検出結果
に基づいてパターン位置を決定した。

【０２３５】更に、ホットプレートを用いて１１０℃で
９０秒間のベーキングを行った後、続いて０．２１規定
のＴＭＡＨ現像液を用いて現像処理を行って、露光部分
７９を除去し、０．２５μｍラインアンドスペースパタ
ーン８１と抜き幅０．１０μｍの孤立抜きパターン７６
とが混在する第２のレジストパターンを形成した（図５
（ｅ））。

【０２３６】このように、本実施例によると、光露光で
形成したラインアンドスペースパターン８１と電子ビー
ム露光で形成した孤立抜きパターン７６とを、実施例１
と同様の重ね合わせ精度で位置合わせすることができ
た。

【０２３７】実施例６ 本実施例では、第１のエネルギービームによりポジ型の
レジストパターン形成した後、第２のエネルギービーム
によりネガ型のレジストパターンを形成した例を示す。

【０２３８】まず、実施例３と同様にしてシリコンウェ
ハー２００上に被加工膜２０１、反射防止膜２０２、レ
ジスト２０３を順次形成した（図６（ａ））。次いで、
第１のエネルギービーム２０５としてＫｒＦエキシマレ
ーザーを光源とする縮小光学型ステッパーを用いてレジ
ストに対して露光を行った（図６（ｂ））。

【０２３９】更に、ホットプレートを用いて１１０℃で
９０秒間のベーキングを行った後、０．２１規定のＴＭ
ＡＨ現像液を用いて現像処理を行って、露光部分２０４
を溶解除去して、ラインアンドスペースパターン２０６
を含む第１のレジストパターンを形成した（図６
（ｃ））。

【０２４０】次に、実施例３と同様にして電子ビーム２
０７をレジストパターン２０６に照射して、第１のレジ
ストパターンの位置情報の検出を行った。その後、第２
のエネルギービーム（図示せず）として加速電圧１０ｋ
ｅＶ、照射量１０μＣ／ｃｍ² の電子ビームを用いてレ
ジストの領域２０８以外の部分に対して露光を行った
（図６（ｄ））。その際、第１のレジストパターンの位
置情報の検出結果に基づいて照射位置を決定した。

【０２４１】更に、ホットプレートを用いて１１０℃で
９０秒間のベーキングを行った後、メチルイソブチルケ
トンを現像液として用いて現像処理を行って、露光部分
以外の領域２０８を溶解除去して、抜き幅０．１０μｍ
の孤立抜きパターン２１０と０．２５μｍラインアンド
スペースパターン２０６が混在する第２のレジストパタ
ーンを形成した（図６（ｅ））。

【０２４２】このように、本実施例によると、光露光で
形成したラインアンドスペースパターン２０６と電子ビ
ーム露光で形成した孤立抜きパターン２１０とを、実施
例３と同様の重ね合わせ精度で位置合わせすることがで
きた。

【０２４３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、第１の発
明によると、紫外光でレジスト、電子ビームで下層膜を
それぞれパターニングするので、必ずしも電子ビーム露
光で良好なプロファイルが得られないレジストを使って
も、電子ビームの解像性と光の生産性を兼ね備えたパタ
ーン形成が可能になる。

【０２４４】また、第２の発明によると、光露光で形成
したレジストパターンを合わせマークとして用いて、直
接合わせ方法で電子ビームで形成するので、重ね合わせ
精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係るパターン形成方法を工程順に示
す断面図。

【図２】実施例２に係るパターン形成方法を工程順に示
す断面図。

【図３】実施例３に係るハイブリッド露光方法を工程順
に示す断面図。

【図４】実施例４に係るハイブリッド露光方法を工程順
に示す断面図。

【図５】実施例５に係るハイブリッド露光方法を工程順
に示す断面図。

【図６】実施例６に係るハイブリッド露光方法を工程順
に示す断面図。

【符号の説明】

１０，２０，３０，５０，７０，９０，２００…シリコ
ンウェハー、 １１，２１，３１，５１，７１，９１，２０１…被加工
膜、 １２、２２、３２、５２、７２，９２，２０２…反射防
止膜、 １３、２３、３３、５３、７３，９３，２０３…レジス
ト膜 １５…検出用光または電子ビーム １６…電子ビーム露光領域、 １７…レジストパターンをエッチングマスクとして加工
した下層膜の加工形状、 １８…電子ビーム露光領域をエッチングマスクとして加
工した下層膜の加工形状、 ２４…レジスト中の光強度、 ２５…レジスト中の電子ビーム強度、 ２６…光露光で形成したレジストパターン、 ２７…電子ビーム露光で形成したレジストパターン、 ３４，３８，５４，７４，７９，９４，９８，２０４，
２０８…露光部分、 ３５，５５，７５，９５，２０５…第１のエネルギービ
ーム、 ３６，５６，８１，９６，２０６…ラインアンドスペー
スパターン、 ３７，５８，７８，９７，２０７…位置情報を検出ため
のビーム、 ３９，５９，８０，９９…第２のエネルギービーム、 ４０，６１，７６，１００，２１０…孤立抜きパター
ン、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H025 AA02 AA03 AB16 AC01 AC06 AC08 AD01 AD03 BE00 BE01 BF30 CB17 CB29 CB41 CC17 DA12 DA13 DA14 DA34 FA06 FA17 FA41 2H097 AA13 CA12 CA16 FA02 FA03 LA10 5F046 AA02 AA09 AA17 AA20 CA04 JA22 PA07 5F056 AA31 DA02 DA04 DA07 DA22 DA30

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工膜上に下層膜を形成する工程と、 前記下層膜上にレジスト膜を形成する工程と、 紫外光を用いてレジスト膜に所定パターンを露光する工
   程と、 前記レジスト膜に現像処理を施してレジストパターンを
   形成する工程と、 電子ビームを用いて前記下層膜に所定パターンを露光す
   る工程と、 前記レジストパターン及び前記下層膜の前記電子ビーム
   で露光した所定パターン領域をエッチングマスクとして
   用いて、前記下層膜をドライエッチングする工程とを具
   備することを特徴とするパターン形成方法。
2. 【請求項２】 前記下層膜の前記紫外光での消衰係数ｋ
   が０．１＜ｋ＜１．０の範囲にあることを特徴とする請
   求項１に記載のパターン形成方法。
3. 【請求項３】 前記下層膜は、シリコンとシリコンとの
   結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を含有する樹脂
   膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のパ
   ターン形成方法。
4. 【請求項４】 前記下層膜は、電子ビーム照射により硬
   化する材料からなることを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれかの項に記載のパターン形成方法。
5. 【請求項５】 前記下層膜のドライエッチングを、塩素
   原子または臭素原子を含むソースガスを用いて行うこと
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の
   パターン形成方法。
6. 【請求項６】 前記電子ビームを用いた前記下層膜への
   所定パターンの露光の位置を、前記レジストパターンの
   位置情報に基づいて補正することを特徴とする請求項１
   ないし５のいずれかの項に記載のパターン形成方法。
7. 【請求項７】 前記位置情報の検出を電子ビームを用い
   て行うことを特徴とする請求項６に記載のパターン形成
   方法。
8. 【請求項８】 被加工膜上にレジスト膜を形成する工程
   と、 第１のエネルギービームを用いて前記レジスト膜に所定
   パターンを露光する工程と、 前記レジスト膜に現像処理を施して、第１のレジストパ
   ターンを形成する工程と、 前記レジストパターンの位置情報を検出する工程と、 前記位置情報の検出結果に基づいて前記レジストパター
   ンに第２のエネルギービームを用いて所定パターンを露
   光する工程と、 前記レジストパターンに現像処理を行い、第２のレジス
   トパターンを形成する工程とを具備することを特徴とす
   るハイブリッド露光方法。
9. 【請求項９】 前記第１のエネルギービームが紫外光、
   前記第２のエネルギービームが電子ビームであることを
   特徴とする請求項８に記載のハイブリッド露光方法。
10. 【請求項１０】 前記第１のエネルギービームが電子ビ
    ーム、前記第２のエネルギービームが紫外光であること
    を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド露光方法。
11. 【請求項１１】 前記第１のレジストパターン及び第２
    のレジストパターンがポジ型パターンであることを特徴
    とする請求項８ないし１０のいずれかの項に記載のハイ
    ブリッド露光方法。
12. 【請求項１２】 前記第１のレジストパターンがポジ型
    パターン、前記第２のレジストパターンがネガ型パター
    ンであることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれ
    かの項に記載のハイブリッド露光方法。
13. 【請求項１３】 前記位置情報の検出が光または電子ビ
    ームを用いて行われることを特徴とする請求項８ないし
    １３のいずれかの項に記載のハイブリッド露光方法。