JP2005243681A - 膜改質方法、膜改質装置及びスリミング量の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のフォトレジスト膜層の硬化方法は、いずれも加熱領域を含む温度範囲で電子ビームを照射するため、例えば図１１の（ａ）、（ｂ）に示すように被エッチング膜層１上のフォトレジスト膜層２が電子ビーム等の照射によって、同図の（ａ）に示す状態から同図の（ｂ）に示す状態まで収縮してレジストパターン２Ａの開口のしきい寸法であるＣＤ(Critical dimension)が変化（拡大）する。
【解決手段】本発明の膜改質方法は、フォトレジスト膜層２に電子ビームＢを照射してフォトレジスト膜層２を改質する際に、フォトレジスト膜層２を冷却した状態で電子ビームＢを照射することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、膜改質方法、膜改質装置及びスリミング量の制御方法に関し、更に詳しくは、例えばレジスト膜層のパターン開口の寸法変化を抑制することができる膜改質方法、膜改質装置及びスリミング量の制御方法に関する。

リソグラフィー技術の飛躍的な発展により、半導体装置の配線構造が急速に微細化すると共に多層化している。リソグラフィー工程では、例えば被エッチング膜層上に形成されたフォトレジストを所定のパターンで露光してレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして被エッチング膜層をエッチングすることによって配線パターンを形成している。現在のところ量産工程では露光光源としてはＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が使用され、０．１５μｍの微細化構造を実現している。しかし、今後、微細化が進み０．１５μｍ以降のデザインルールに対応するために、現在ではＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）やフッ素ダイマー（Ｆ_２）を利用するリソグラフィー技術が開発されている。リソグラフィー技術が０．１５μｍ以降のデザインルールになると、フォトレジスト材料も更に解像度が高く、エッチング耐性に優れ、ラインエッジラフネスを抑制できるフォトレジスト材料が必要になるため、このような要求を満たすフォトレジスト材料の開発が活発に行われている。

フォトレジスト材料に関して云えば、ＫｒＦエキシマレーザまではエッチング耐性に優れた芳香環を含むフォトレジスト材料が使用されているが、芳香環は１９３ｎｍに吸収帯域があるため、ＡｒＦエキシマレーザを使用する０．１５μｍ世代では芳香環を含むフォトレジスト材料を使用することができない。そこで現在、芳香環を含まないＡｒＦ用のフォトレジスト材料が種々開発されている。例えば、非特許文献１には、エッチング耐性を有するアダマンチルメタクリレートと、ｔ-ブチルメタクリレートの共重合体を組み合わせたフォトレジスト材料が記載されている。このフォトレジスト材料は、アダマンチル基に芳香環のように二重結合が含まれていないため、１９３ｎｍに対して十分な透明性を有する。また、特許文献１にも同種のＡｒＦ用のフォトレジスト材料が提案されている。

しかしながら、芳香環を含まないＡｒＦ用のフォトレジスト材料は、エッチング耐性が十分でなく、エッチング中にレジストパターンの側面が荒れるなどして、本来のレジストパターンを被エッチング膜層に対して正確に転写できず、回路不良等を起こす虞があった。そこで、フォトレジスト膜層に紫外線等の光学的処理によってフォトレジスト膜層を硬化させることによってエッチング耐性を向上させることで、このような問題に対処している。フォトレジスト膜層を光学的処理によって硬化させる技術としては、例えば特許文献２、３に開示されたものが知られている。

特許文献２に記載の技術は、第１の幅を持つ第１のパターン部と、第１の幅より大きい第２の幅を持つ第２のパターン部とからなるレジストパターンを有するフォトレジストのうち、第１のパターン部より幅の大きい第２のパターン部に光源を照射し、第１のバターン部に光源を照射せず第２のパターン部のみを硬化処理する技術である。光源を照射する際、フォトレジストの温度を９０℃（好ましくは室温）より低く保つようにしている。この技術は、大きなパターンほどエッチング中にパターン収縮を起こし易いために、大きなパターン部である第２のパターン部を硬化させてエッチング中の収縮を抑制しようとするものである。硬化処理の光源としては、紫外線や電子ビームが用いられている。

特許文献３に記載の技術では、ＡｒＦ用のフォトレジスト膜層に電子ビームを照射して硬化させてレジストパターンの変形を抑制している。この場合には電子ビームを照射する条件については記載されていない。また、電子ビームを照射して樹脂を硬化させる他の技術としては、特許文献４に記載された硬化性組成物の硬化方法や、特許文献５に記載されたカラーフィルタの製造方法がある。

FUJITSU.50,4.(07,1999)pp.253-258 特開２００２−１６９２９２号公報 特開平０８−２２７１６１号公報 特開２００３−０５１４４３号公報 特開平０８−２１１６１６号公報 特開２００２−０３１７１０号公報

しかしながら、特許文献２、４、５に記載の技術の場合には、いずれも加熱領域を含む温度範囲で電子ビームを照射するため、例えば図１１の（ａ）、（ｂ）に示すように被エッチング膜層１上のフォトレジスト膜層２が電子ビーム等の照射によって、同図の（ａ）に示す状態から同図の（ｂ）に示す状態まで収縮してレジストパターン２Ａの開口のしきい寸法であるＣＤ(Critical dimension)が変化（拡大）する現象が発生し、本来のレジストパターン２Ａを被エッチング膜層に転写できないという課題があった。この原因として、電子ビーム等の光源の照射時における余剰な熱（例えば、反応熱）によってフォトレジスト膜層からＣＯガス等の離脱等が起こりパターン収縮を起こすものと推定される。尚、図１１の（ｂ）におけるｔは、膜厚の減少厚を示す。

また、配線構造の多層化に対処するフォトレジスト材料として、三層レジスト（Tri Layer Resist）や二層レジスト(Bi Layer Resist)などが開発されているが、この場合には最上層にレジストパターン形成用のフォトレジスト膜層が形成され、その下層にエッチング耐性のある膜が形成され、フォトレジスト膜層がその下層膜のマスクとなり、この下層膜がその下層をエッチングする際のマスクとなる。この場合においても最上層のフォトレジスト膜層において上述の課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電子ビームの照射によってフォトレジスト膜層の硬化処理を行ってもフォトレジスト膜層の収縮を抑制して本来のレジストパターンを極力正確に被エッチング膜層に転写することができ、延いては回路不良を生じる虞がない膜改質方法、膜改質装置を提供することを目的としている。また、電子ビームの照射によるスリミング量の制御方法を併せて提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の膜改質方法は、被改質膜層に電子ビームを照射して上記被改質膜層を改質する方法において、上記被改質膜層を冷却した状態で電子ビームを照射することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の膜改質方法は、請求項１に記載の発明において、上記被改質膜層を０℃未満に冷却することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の膜改質方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記被改質膜層は、所定の開口寸法を有するパターンが形成されたＡｒＦレジスト膜層であり、上記電子ビームを照射して上記開口寸法の変化を抑制することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の膜改質方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記被改質膜層は、その上に形成された所定のパターンを有する第１のマスク層を介してエッチングされる被エッチング層であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の膜改質方法は、請求項４に記載の発明において、上記被改質膜層は、その下に形成された下層をエッチングする際の第２のマスク層として利用されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の膜改質方法は、請求項４または請求項５に記載の発明において、上記第１のマスク層は、ＡｒＦレジスト膜層であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載の膜改質方法は、請求項５または請求項６に記載の発明において、上記第２のマスク層は、無機材料層と有機材料層を積層してなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載の膜改質方法は、請求項７に記載の発明において、上記第２のマスク層は、塗布して形成されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載のスリミング量の制御方法は、所定の開口寸法を有するレジスト膜層を冷却した状態で電子ビームを照射し、上記電子ビームの照射線量で上記レジスト膜層のスリミング量を制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に記載のスリミング量の制御方法は、請求項９に記載の発明において、上記レジスト膜層を０℃未満に冷却することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１１に記載のスリミング量の制御方法は、請求項９または請求項１０に記載の発明において、上記レジスト膜層は、ＡｒＦレジスト膜層であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１２に記載の膜改質装置は、被処理体を載置する載置機構と、この載置機構上の被処理体に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段とを備え、上記被処理体に形成された被改質膜層に電子ビームを照射して上記被改質膜層を改質する装置において、上記載置機構に冷却手段を設け、上記冷却手段によって上記被改質膜層を冷却した状態で上記電子ビーム照射手段から電子ビームを照射することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１３に記載の膜改質装置は、請求項１２に記載の発明において、上記冷却手段は、上記被改質膜層を０℃未満に冷却するように構成されたことを特徴とするものである。

本発明の請求項１〜請求項８及び請求項１２、１３に記載の発明によれば、電子ビームの照射によってフォトレジスト膜層の硬化処理を行ってもフォトレジスト膜層の収縮を抑制してレジストパターンのＣＤの変化を格段に抑制して設計時のレジストパターンを正確に被エッチング膜層に転写することができ、延いては回路不良を生じる虞がない膜改質方法及び膜改質装置を提供することができる。また、本発明の請求項９〜請求項１１に記載の発明によれば、電子ビームの照射によるスリミング量の制御方法を併せて提供することができる。

以下、図１〜図１０に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。本発明の膜改質方法では、例えば図１、図２に示す本発明の膜改質装置の一実施形態である電子ビーム処理装置が用いられる。そこでまず、本実施形態の電子ビーム処理装置について説明し、次いで、この電子ビーム処理装置を用いた本実施形態の膜改質方法及びスリミング量の制御方法について説明する。

本実施形態の電子ビーム処理装置１０は、例えば図１に示すように、アルミニウム等によって減圧可能に形成された処理容器１１と、この処理容器１１内の底面中央に配設された冷却機構１２Ａを有するウエハの載置台１２と、この載置台１２と対向する処理容器１１の上面に同心円状に配列して取り付けられた複数（例えば、１９本）の電子ビームユニット１３と、載置台１２及び電子ビームユニット１３等を制御する制御装置１４とを備え、制御装置１４の制御下で作動する冷却機構１２Ａを介してウエハＷを冷却した状態で電子ビームユニット１３から載置台１２上のウエハＷ全面に電子ビームを照射し、後述するフォトレジスト膜層を改質する。この改質処理を以下ではＥＢキュアとして説明する。

上記載置台１２の下面には昇降機構１５が連結され、昇降機構１５のボールネジ１５Ａを介して載置台１２が昇降する。載置台１２の下面と処理容器１１の底面は伸縮自在なステンレス製のベローズ１６によって連結され、ベローズ１６によって処理容器１１内の気密を保持している。また、処理容器１１の周面にはウエハＷの搬出入口１１Ａが形成され、この搬出入口１１Ａにはゲートバルブ１７が開閉可能に取り付けられている。更に、処理容器１１には搬出入口１１Ａの上方に位置するガス供給口１１Ｂが形成され、処理容器１１の底面にはガス排気口１１Ｃが形成されている。そして、ガス供給口１１Ｂにはガス供給管１８を介してガス供給源（図示せず）が接続され、またガス排気口１１Ｃにはガス排気１９を介して真空排気装置（図示せず）が接続されている。尚、図１において、１６Ａはベローズカバーである。

更に、上記載置台１２は上面にヒータ１２Ｂを有し、このヒータ１２Ｂは必要に応じてウエハＷを所望の温度に調整するために用いられる。また、１９本の電子ビームユニット１３は、例えば図２に示すように、処理容器１１上面の中心に配置された１本の第１電子ビーム管１３Ａと、第１電子ビーム管１３Ａの周りに同心円状に配置された６本の第２電子ビーム管１３Ｂと、これらの第２電子ビーム管１３Ｂの周りに同心円状に配置された１２本の第３電子ビーム管１３Ｃとから構成され、第１、第２、第３電子ビーム管１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃをそれぞれブロック毎に制御することができる。第１、第２、第３電子ビーム管１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、それぞれ処理容器１１内に露出して配置された電子ビームの透過窓を有している。透過窓は例えば透明石英ガラスによって封止されている。そして、透過窓の下方にはグリッド状の検出機構２０が対向配置され、この検出機構２０に衝突する電子に基づいて照射量を検出し、検出信号が制御装置１４に入力する。制御装置１４は検出機構２０の検出信号に基づいて同心円状に配置された第１、第２、第３電子ビーム管１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの出力をそれぞれブロック毎に制御する。

而して、上記電子ビーム処理装置１０を用いた本実施形態の膜改質方法は、被改質膜層であるフォトレジスト膜層に電子ビームを照射してフォトレジスト膜層を改質する際に、フォトレジスト膜層を冷却した状態で電子ビームを照射する点に特徴がある。

即ち、図３の（ａ）に示すようにウエハ（図示せず）上面には、被エッチング膜層（例えば、ＳｉＯ_２膜層）１が形成され、このＳｉＯ_２膜層１上には例えばスピン塗布法によってフォトレジスト膜層２がＡｒＦ用フォトレジスト材料によって形成されている。そして、同図に示すようにリソグラフィー工程においてＡｒＦエキシマレーザによってレジストパターン２Ａが形成されている。ＡｒＦ用フォトレジスト材料としては、例えば、脂環族アクリレート樹脂及び／または脂環族メタクリレート樹脂を含む有機材料等が用いられる。

フォトレジスト膜層を冷却した状態で電子ビームを照射することによってＣＯガスや、Ｃ、Ｈを含む炭素化合物の離脱による組成変化を抑制してフォトレジスト膜層を硬化して高密度化することができる。従って、レジストパターンの開口におけるＣＤの変化を抑制することができる。また、電子ビームの照射によって離脱する炭素化合物は冷却されたレジストパターン開口の側壁に再付着して付着面を硬化し、エッチング時の保護膜としての機能を発揮する。フォトレジスト膜層の冷却温度は、０℃未満が好ましく、０〜−１０℃の範囲がより好ましい。冷却温度が０℃以上になると冷却が不十分で電子ビームの照射によるフォトレジスト膜層の発熱を抑制することが難しく、フォトレジスト膜層の温度が上がってＣＯガス等が離脱してフォトレジスト膜層の収縮が大きくなる虞があった好ましくない。

フォトレジスト膜層に入射する電子ビームＢの照射線量は、電子ビームユニット１３に給電する電流と照射時間によって制御することができる。照射線量としては２００〜２０００μＣ／ｃｍ^２の範囲が好ましい。２００μＣ／ｃｍ^２未満ではフォトレジスト膜層の改質が不十分で硬化せず、また、２０００μＣ／ｃｍ^２を超えるとフォトレジスト膜層の改質が過剰になって収縮が大きくなり、ＣＤが大きくなる虞があって好ましくない。尚、フォトレジスト膜層に入射する電子ビームＢの照射線量は処理室１１内のガス種及びガス圧力によって影響を受ける。

電子ビームＢによるフォトレジスト膜層の改質深さは電子ビームユニット１３に対する加速電圧によって制御することができる。電子ビームユニット１３の加速電圧としては１０〜１５ｋＶの範囲が好ましく、このときフォトレジスト膜層に入射する電子ビームＢの加速電圧は１〜１０ｋＶ程度に制御する。尚、フォトレジスト膜層に入射する電子ビームＢによる改質深さは処理室１１内のガス種及びガス圧力によって影響を受ける。

上記電子ビーム処理装置１０を用いて図３の（ａ）に示すレジストパターンが形成されたウエハＷを処理する場合には、ウエハＷを搬送機構のアーム（図示せず）を介して電子ビーム処理装置１０まで搬送すると、ゲートバルブ１７を開き、搬送機構のアームが搬出入口１１ＡからウエハＷを処理容器１１内へ搬送し、処理容器１１内で待機する載置台１２上にウエハＷを引き渡す。その後、搬送機構のアームが処理容器１１から退避し、ゲートバルブ１７を閉じ、処理容器１１内を気密状態にする。この間に昇降機構１５を介して載置台１２が上昇し、ウエハＷと電子ビームユニット１３との間隔を所定距離に保つ。

然る後、制御装置１４の制御下で、排気装置を介して処理容器１１内の空気を排気すると共にガス供給源から処理容器１１内へ例えば希ガス（例えば、アルゴンガス）を供給し、処理容器１１内の空気をアルゴンガスで置換し、処理容器１１内でウエハＷを冷却機構１２Ａによって冷却した状態で、電子ビームユニット１３の第１、第２、第３電子ビーム管１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃそれぞれの出力を同一に設定して図３の（ｂ）に示すように電子ビームＢを照射し、下記の処理条件でウエハＷ表面のフォトレジスト膜層２のＥＢキュアを行ってフォトレジスト膜層２を硬化させた。この際、下記条件で示すようにフォトレジスト膜層２の温度を−１０℃に設定した。そして、この時のＥＢキュア時間とフォトレジスト膜層２のレジストパターン２Ａの開口部のＣＤとの関係を図４の（ａ）に●印で示した。また、同図の（ｂ）にはＥＢキュア時間とフォトレジスト膜層２の膜厚との関係を●印で示した。ＣＤは開口部上端の値を示し、以下も同様である。

更に、フォトレジスト膜層２の改質に対する冷却温度の影響を観るために、フォトレジスト膜層２の温度を２５℃、６０℃に設定してＥＢキュアを行った結果を図４の（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示した。また、ＥＢキュアを施さないフォトレジスト膜層のＣＤ及び膜厚も併せて図４の（ａ）、（ｂ）に示した。尚、図４の（ａ）、（ｂ）において、■印は２５℃で処理した場合を示し、◆印は６０℃で処理した場合を示し、▲印は未処理の場合を示した。

[処理条件]
フォトレジスト膜層：脂環族メタクリレート樹脂系ＡｒＦレジスト材料
平均膜厚：３００ｎｍ
Ｈｅガス圧：１Ｔｏｒｒ
ウエハ温度：−１０℃
アルゴンガス流量：標準状態で３Ｌ／分
電子ビーム管とウエハの間隔：１００ｍｍ
電子ビーム管
印加電圧：１９ｋＶ
管電流：２５０μＡ／本

図４の（ａ）、（ｂ）に示す結果によれば、−１０℃で処理したフォトレジスト膜層のＣＤ及び膜厚は、未処理の場合と比較して僅かしか変化していないことが判る。また、２５℃で処理したフォトレジスト膜層のＣＤ及び膜厚は、−１０℃の場合と比較すると−１０℃のものよりは多少変化が大きいことが判る。これに対して６０℃で処理したフォトレジスト膜層は、ＥＢキュア時間が１５０秒程度までは２５℃の場合と大差ないが、ＥＢキュア時間が１５０秒を超える急激にＣＤが大きくなると共に膜厚が薄くなることが判る。従って、フォトレジスト膜層をＥＢキュアする場合には、０℃未満の温度領域で冷却することが好ましく、この場合には図３の（ｃ）に示すように従来と比較してＣＤ及び膜厚の変化（フォトレジスト膜層の収縮）を格段に抑制できることが判った。また、室温程度の冷却においてもＣＤ及び膜厚は大きく変化しないが、６５℃になるとＥＢキュア時間の経過と共にＣＤ及び膜厚の双方が急激に変化することが判った。

また、図５にはＥＢキュアの処理条件を変えた場合のＥＢキュア時間とフォトレジストの収縮率との関係を示してある。同図中、●印は加速電圧が１９ｋＶ、Ｈｅガス圧が５０Ｔｏｒｒ、レジスト温度が２５℃の場合の結果を示し、○印はレジスト温度を−１０℃に設定した以外は●印と同一の条件である。また、■印は加速電圧が１３ｋＶ、Ｈｅガス圧が１０Ｔｏｒｒ、レジスト温度が２５℃の場合の結果を示し、□印はレジスト温度を−１０℃に設定した以外は■印と同一の条件である。更に、◆印は加速電圧が１３ｋＶ、Ｈｅガス圧が３０Ｔｏｒｒ、レジスト温度が２５℃の場合の結果を示し、◇印はレジスト温度を−１０℃に設定した以外は◆印と同一の条件である。つまり、ここでは冷却温度、加速電圧、Ｈｅガス圧の影響を観るための処理を行った。これらの結果によれば、フォトレジスト膜層を冷却すれば、加速電圧及びＨｅガス圧に影響されることなく、フォトレジスト膜層の収縮を抑制できることが判った。また、加速電圧が同一の場合には、Ｈｅガス圧が低い方がＥＢキュア時間を短くできることが判った。

次に、図４の（ａ）（ｂ）に示したフォトレジスト膜層をエッチングした場合に得られたエッチングレートを図６に示した。図６に示す結果によれば、いずれの場合のもエッチングレートが未処理のものよりも低下し、フォトレジスト膜層が硬化していることが判った。そして、ＥＢキュア時のフォトレジスト膜層の温度及びＥＢキュア時間はエッチングレートにそれほど影響していないことが判った。この結果から、０℃未満で処理すれば、マスク層としての耐プラズマ性を有し、且つ従来と比較してＣＤの変化を格段に抑制することができ、被エッチング膜層に対してフォトレジストパターンをより正確に転写できることが判った。

また、図７には図６にける◆印（加速電圧：１３ｋＶ、Ｈｅガス圧：３０Ｔｏｒｒ、レジスト温度：２５℃）及び◇印（加速電圧：１３ｋＶ、Ｈｅガス圧：３０Ｔｏｒｒ、レジスト温度：−１０℃）で示した条件でフォトレジスト膜層をＥＢキュアした場合のＥＢキュア時間とフォトレジスト膜層の収縮率との関係を示している。図７に示す結果によれば、−１０℃に冷却してＥＢキュアをする方が、収縮率はキュア時間に対して変化率（勾配）が一定であること及び収縮の変化率（勾配）が小さいことが判った。尚、ここでは、レジストパターンが形成されていないフォトレジスト膜層、つまりフォトレジスト膜層のべた膜を使用した。

また、図８にはフォトレジスト膜層のＥＢキュア時間とレジストパターンのＣＤとの関係を調べた結果を示した。処理条件は、加速電圧が１９ｋＶ、電子ビーム管の管電流が２５０μＡ、Ｈｅガス圧が１Ｔｏｒｒ、レジスト温度が６０℃であった。図８に示す結果によれば、ＥＢキュア時間とレジストパターンのＣＤは概ね比例関係にあることが判った。このことから、ＥＢキュア時間、つまり電子ビームの照射線量によってＣＤを適宜制御することができることが判った。また、このことから、図９の（ａ）に示す被エッチング膜層１上に形成されたレジストパターン２Ａ（例えば、配線パターン）を有するフォトレジスト膜層２に同図の（ｂ）に示すように電子ビームＢを照射し、照射時間を制御することによって同図の（ｃ）に破線で示すように配線パターン２Ａを細くする、つまりスリミングできることが判った。この時、図７に示す結果からレジスト膜層を冷却して、例えば−１０℃でスリミングした方がキュア時間によるスリミング量の制御性が向上することが判る。

更に、図１０（ａ）〜（ｅ）に示すようにフォトレジスト膜層２が三層（Tri Layer Resist）の場合にも本実施形態の改質方法を適用することができる。この場合には例えば被エッチング膜層であるＳｉＯ_２膜層１の上面に形成された三層構造のフォトレジスト膜層２は、同図の（ａ）に示すように、有機材料からなる下層２１と、下層２１の上面に形成された無機材料からなる中間層２２とを有し、中間層２２の上面にフォトレジスト材料からなる上層２３が形成されており、例えば多層配線構造で深い表面段差がある場合に用いられる。これらの層２１、２２、２３は、いずれもスピン塗布法によって形成することができる。下層２１は表面段差を埋めて表面を平坦化する層であり、中間層２２はエッチング耐性に優れた層であり、上層２３はリソグラフィー技術によってレジストパターンを形成するための層である。

この場合には、図１０の（ａ）に示すように下層２１及び中間層２２が形成された段階で、同図の（ｂ）に示すように電子ビームＢを照射し、下層２１及び中間層２２を硬化して各層を高密度化する。次いで、中間層２２の上面に例えばＡｒＦ用フォトレジスト材料を塗布して上層２３を形成する。そして、ＡｒＦエキシマレーザをフォトレジスト層膜２に照射し、現像して同図の（ｃ）で示すようにレジストパターン２３Ａを形成する。図示してないが、この段階で再び電子ビームを照射して上層２３を硬化処理する。その後、同図の（ｄ）に示すように上層２３をマスクとして中間層２２をＣＦ系ガスによってエッチングすると、中間層２２には上層２３のレジストパターン２３Ａが高精度で転写される。この際、中間層２２は被エッチング膜層となる。次いで、Ｎ_２とＨ_２との混合ガスによって上層２３及び中間層２２をマスクとして下層２１をエッチングして下層２１にレジストパターン２３Ａが高精度に転写される。有機材料からなるフォトレジスト膜層の上層２３は、この工程において下層２１と同様にエッチング除去される。引き続き、ＣＦ系ガスによってエッチングを行うと被エッチング層であるＳｉＯ_２膜層１を上層２３のレジストパターン２３Ａと略同一の形状でエッチングすることができ、上層２３のＣＤと略同一寸法のＣＤを有するパターンを形成することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、フォトレジスト膜層２を冷却した状態で電子ビームＢの照射によってフォトレジスト膜層２の硬化処理を行ってもフォトレジスト膜層２の収縮を抑制してレジストパターン２Ａまたは２３ＡのＣＤの変化を格段に抑制して設計時のレジストパターン２Ａまたは２３Ａを正確にＳｉＯ_２膜層１に転写することができ、延いては回路不良を生じる虞がない。

また、本実施形態によれば、フォトレジスト膜層２を冷却した状態で電子ビームＢの照射時間（照射線量）を制御することによってレジストパターン２Ａまたは２３Ａのスリミング量を制御することができ、レジストパターン２Ａまたは２３Ａよりも細い配線パターンを形成することができる。つまり、ＡｒＦエキシマレーザによって形成される線幅よりも細線化することができる。

本発明は、例えば被エッチング膜層をエッチングする際に好適に利用することができる。

本発明の膜改質方法に好適に用いられる電子ビーム処理装置を示す構成図である。 図１に示す電子ビーム処理装置の電子ビーム管の配列の一例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の膜改質方法の工程を示す概念図である。 本発明の膜改質方法によって処理した結果を示すグラフで、（ａ）はＥＢキュア時間とレジストパターンのＣＤとの関係をグラフ、（ｂ）はＥＢキュア時間とレジスト膜厚との関係をグラフである。 本発明の膜改質方法によって処理した時のＥＢキュア時間とフォトレジスト膜層の収縮率との関係をグラフである。 本発明の膜改質方法によって処理したフォトレジスト膜層を介して被エッチング膜層をエッチングした時のＥＢキュア時間とエッチングレートとの関係をグラフである。 本発明の膜改質方法によって処理した時のＥＢキュア時間とフォトレジスト膜層の収縮率との関係をグラフである。 本発明の膜改質方法によって処理した時のＥＢキュア時間とフォトレジスト膜層のレジストパターンのＣＤとの関係をグラフである。 本発明のスリミング量の制御方法の工程を示す概念図である。 本発明の膜改質方法を三層構造のフォトレジスト膜層適用した場合の工程を示す概念図である。 従来の膜改質方法の工程を示す概念図である。

符号の説明

１ 被エッチング膜層
２ フォトレジスト膜層
１０ 電子ビーム処理装置（膜改質装置）
１２ 載置台（載置機構）
１２Ａ 冷却機構（冷却手段）
１３ 電子ビームユニット（電子ビーム照射手段）
２１ 下層
２２ 中間層
２３ 上層
Ｂ 電子ビーム

Claims (13)

1. 被改質膜層に電子ビームを照射して上記被改質膜層を改質する方法において、上記被改質膜層を冷却した状態で電子ビームを照射することを特徴とする膜改質方法。
2. 上記被改質膜層を０℃未満に冷却することを特徴とする請求項１に記載の膜改質方法。
3. 上記被改質膜層は、所定の開口寸法を有するパターンが形成されたＡｒＦレジスト膜層であり、上記電子ビームを照射して上記開口寸法の変化を抑制することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膜改質方法。
4. 上記被改質膜層は、その上に形成された所定のパターンを有する第１のマスク層を介してエッチングされる被エッチング層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膜改質方法。
5. 上記被改質膜層は、その下に形成された下層をエッチングする際の第２のマスク層として利用されることを特徴とする請求項４に記載の膜改質方法。
6. 上記第１のマスク層は、ＡｒＦレジスト膜層であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の膜改質方法。
7. 上記第２のマスク層は、無機材料層と有機材料層を積層してなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の膜改質方法。
8. 上記第２のマスク層は、塗布して形成されることを特徴とする請求項７に記載の膜改質方法。
9. 所定の開口寸法を有するレジスト膜層を冷却した状態で電子ビームを照射し、上記電子ビームの照射線量で上記レジスト膜層のスリミング量を制御することを特徴とするスリミング量の制御方法。
10. 上記レジスト膜層を０℃未満に冷却することを特徴とする請求項９に記載のスリミング量の制御方法。
11. 上記レジスト膜層は、ＡｒＦレジスト膜層であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のスリミング量の制御方法。
12. 被処理体を載置する載置機構と、この載置機構上の被処理体に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段とを備え、上記被処理体に形成された被改質膜層に電子ビームを照射して上記被改質膜層を改質する装置において、上記載置機構に冷却手段を設け、上記冷却手段によって上記被改質膜層を冷却した状態で上記電子ビーム照射手段から電子ビームを照射することを特徴とする膜改質装置。
13. 上記冷却手段は、上記被改質膜層を０℃未満に冷却するように構成されたことを特徴とする請求項１２に記載の膜改質装置。

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