JP2000091309A - Device and method for forming semiconductor pattern - Google Patents
Device and method for forming semiconductor patternInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造におけ
る微細パターンを形成する半導体パターン形成装置及び
その方法に関するものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor pattern forming apparatus and method for forming a fine pattern in semiconductor manufacturing.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体製造における微細パターン形成方
法としては、被加工基板上にレジストなる感光性材料を
塗布し、露光及び湿式現像処理を行うことによってレジ
ストのパターン形成を行う方法が一般的であった。然る
に、近年、パターンの微細化に伴いJournal o
f Photoplymer Science Tec
hnology Volume11,Number4
(1998)613−618に開示されるごとく、露光
後にケイ素(Si)を構成元素として含む有機ガス雰囲
気中で処理(シリル化処理)を行い、所望の部位のレジ
ストにのみ選択的にSi元素を導入することにより耐酸
素プラズマ性を付与し、その後、酸素プラズマにより乾
式(ドライ)現像して微細パターン形成を行う方法が検
討されている。2. Description of the Related Art In general, as a method of forming a fine pattern in the manufacture of semiconductors, a method of forming a resist pattern by applying a photosensitive material as a resist on a substrate to be processed, and performing exposure and wet development processing is common. Was. However, in recent years, with the miniaturization of patterns, Journal
f Photopolymer Science Tec
hnology Volume11, Number4
As disclosed in (1998) 613-618, after exposure, a treatment (silylation treatment) is performed in an organic gas atmosphere containing silicon (Si) as a constituent element, and a Si element is selectively applied only to a desired portion of the resist. A method has been studied in which oxygen plasma resistance is imparted by being introduced, and then a fine pattern is formed by dry (dry) development with oxygen plasma.
【0003】図を用いて従来例を説明する。図5に、工
程の模式図を示す。図6に、工程のフローチャートを示
す。図5の(a)は、被加工基板であり、1はSi基板
(シリコン基板)、9は酸化ケイ素(SiO2)膜であ
る。図6のS11によりSi基板1上にSiO2膜9が
形成されるものとする。次に、(b)に示すように、S
iO2膜9上にレジスト8を回転塗布する(S12)。
然る後、プリベークする(S13)。次に、(c)のよ
うに、レジスト8の所望の個所を露光することによりレ
ジスト8を架橋させ、レジスト8の架橋部4を形成する
(S14)。ここでいう露光方法とは、周知の紫外線、
X線、電子線等の高エネルギ照射が可能な露光方法が適
用可能である。そして、ポストベークする(S15)。
次に、露光により架橋させた架橋部4を含むレジスト8
をSi元素を含む有機ガス雰囲気、例えば、ジメチルシ
リルジメチルアミン(DMSDMA)雰囲気中に所望の
時間晒すことによりシリル化処理を行う(S16)。こ
のシリル化処理により(d)に示したように、前述の露
光による架橋部4を除く未架橋部5のレジスト8は、シ
リル化反応により構造中に含まれるフェノール性水酸基
とDMSDMAが反応して、レジスト8内にSi元素が
取り込まれることになる。図5において、シリル化され
た部分は、斜線で示した個所であり、以下、シリル化層
という。次に、(e)に示したように、酸素プラズマに
より全面をエッチングすることによりSi原子が入り込
んでいない架橋部4のみ選択的にレジスト8をエッチン
グ除去(ドライ現像)する。また、CF4等のCF系ガ
スやF系ガスによりエッチングすることにより、SiO
2膜が除去される(S17)。こうして、微細パターン
6を形成することができる。最後に、(f)に示すよう
に、レジスト8を剥離する(S18)。A conventional example will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a schematic diagram of the process. FIG. 6 shows a flowchart of the process. 5A shows a substrate to be processed, 1 is a Si substrate (silicon substrate), and 9 is a silicon oxide (SiO 2 ) film. It is assumed that the SiO 2 film 9 is formed on the Si substrate 1 by S11 in FIG. Next, as shown in FIG.
A resist 8 is spin-coated on the iO 2 film 9 (S12).
After that, prebaking is performed (S13). Next, as shown in (c), the resist 8 is cross-linked by exposing a desired portion of the resist 8 to form a cross-linked portion 4 of the resist 8 (S14). The exposure method here is a well-known ultraviolet ray,
An exposure method capable of irradiation with high energy such as X-rays and electron beams can be applied. Then, post-baking is performed (S15).
Next, a resist 8 including a crosslinked portion 4 crosslinked by exposure
Is exposed to an organic gas atmosphere containing a Si element, for example, a dimethylsilyldimethylamine (DMSDMA) atmosphere for a desired time to perform a silylation treatment (S16). As shown in (d) by this silylation treatment, the resist 8 in the uncrosslinked portion 5 excluding the crosslinked portion 4 due to the above-mentioned exposure reacts the phenolic hydroxyl group contained in the structure with DMSDMA by the silylation reaction. Then, the Si element is taken into the resist 8. In FIG. 5, the silylated portion is the portion indicated by oblique lines, and is hereinafter referred to as a silylated layer. Next, as shown in (e), the entire surface is etched by oxygen plasma to selectively remove the resist 8 by etching (dry development) only in the cross-linking portions 4 into which Si atoms do not enter. Further, by etching with CF-based gas such as CF 4 or F-based gas, SiO
The two films are removed (S17). Thus, the fine pattern 6 can be formed. Finally, as shown in (f), the resist 8 is stripped (S18).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のシリル化処理を
伴うパターン形成方法においては、被加工基板上にレジ
ストを0.5μm〜1.0μm(マイクロメートル)程
度の厚膜で塗布し、該レジストを露光及びシリル化処理
するようにしていたため、図7に示すように、レジスト
内の所望の深さLの部位だけ選択的にシリル化して、シ
リル化層(斜線部)の膜厚を制御するのが困難であり、
パターンの寸法制御性が悪かった。また、図8に示すよ
うに、シリル化層(斜線部)が厚く形成されると、該シ
リル化層が膨潤して隣接パターンと接触してしまうため
パターンの解像性を落としていた。また、図9に示すよ
うに、レジストの耐熱性が乏しいため、酸素プラズマで
のドライ現像処理する際に、微小パターンが熱変形して
しまった。また、シリル化層の深さの制御ができないた
め、シリル化層の及びレジストの剥離除去がし難かっ
た。等の課題があった。In a conventional pattern forming method involving a silylation treatment, a resist is applied on a substrate to be processed in a thick film of about 0.5 μm to 1.0 μm (micrometer), and the resist is formed. Is subjected to exposure and silylation processing, and as shown in FIG. 7, only a portion having a desired depth L in the resist is selectively silylated to control the thickness of the silylated layer (hatched portion). Is difficult,
The pattern dimension controllability was poor. In addition, as shown in FIG. 8, when the silylated layer (shaded portion) is formed thick, the silylated layer swells and comes into contact with an adjacent pattern, thereby reducing the resolution of the pattern. Further, as shown in FIG. 9, the heat resistance of the resist was poor, so that the micropattern was thermally deformed during dry development treatment with oxygen plasma. In addition, since the depth of the silylated layer cannot be controlled, it is difficult to remove the silylated layer and the resist. And other issues.
【0005】この発明は、以上のような課題を解決する
ためになされたものであり、半導体パターンの形成にシ
リル化処理を用いる場合に、微細パターンを正確に形成
することができる装置及びその方法を得ることを目的と
する。特に、シリル化層の深さの制御ができる装置及び
その方法を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an apparatus and method for accurately forming a fine pattern when a silylation process is used for forming a semiconductor pattern. The purpose is to obtain. In particular, it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method capable of controlling the depth of a silylated layer.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体パ
ターン形成装置は、基板上に下層レジストを形成する手
段と、下層レジスト上に上層レジストを形成する手段
と、上層レジストを露光する手段と、上層レジストをシ
リル化処理する手段と、シリル化処理した基板をエッチ
ング処理する手段とを備えたことを特徴とする。A semiconductor pattern forming apparatus according to the present invention comprises: means for forming a lower resist on a substrate; means for forming an upper resist on the lower resist; means for exposing the upper resist; It is characterized by comprising means for silylating the upper layer resist, and means for etching the silylated substrate.
【0007】上記下層レジストを形成する手段は、上層
レジストの形成及びシリル化処理に対して下層レジスト
が反応しないように下層レジストを熱処理することを特
徴とする。The means for forming the lower resist is characterized in that the lower resist is heat-treated so that the lower resist does not react to the formation and silylation treatment of the upper resist.
【0008】この発明に係る半導体パターン形成装置
は、下層レジストの材料として基板に対してドライエッ
チング耐性の大きい材料を用いることを特徴とする。The semiconductor pattern forming apparatus according to the present invention is characterized in that a material having a high dry etching resistance with respect to the substrate is used as a material of the lower resist.
【0009】上記半導体パターン形成装置は、更に、下
層レジストと上層レジストの間に、反射防止膜層を形成
する手段を備えたことを特徴とする。The above semiconductor pattern forming apparatus is further characterized by further comprising means for forming an antireflection film layer between the lower resist and the upper resist.
【0010】この発明に係る半導体パターン形成装置
は、上層レジストの材料として、露光光に対して透明な
材料を用いることを特徴とする。The semiconductor pattern forming apparatus according to the present invention is characterized in that a material transparent to exposure light is used as a material for the upper layer resist.
【0011】この発明に係る半導体パターン形成装置
は、上層レジストの材料として、露光光に対して透明な
材料に露光光に対して不透明な材料を添加することによ
り所望の透過率にした材料を用いることを特徴とする。In the semiconductor pattern forming apparatus according to the present invention, a material having a desired transmittance by adding an opaque material to the exposure light to a material transparent to the exposure light is used as the material of the upper layer resist. It is characterized by the following.
【0012】この発明に係る半導体パターン形成方法
は、微細パターン形成における半導体パターン形成方法
において、下層レジスト及び上層レジストからなる多層
レジスト構造を形成する工程と、上層レジストをシリル
化する工程とを備えたことを特徴とする。[0012] A semiconductor pattern forming method according to the present invention is a method for forming a semiconductor pattern in forming a fine pattern, the method comprising a step of forming a multilayer resist structure comprising a lower resist and an upper resist, and a step of silylating the upper resist. It is characterized by the following.
【0013】この発明に係る半導体パターン形成方法
は、上層レジストとして露光光に対して透明な材料を用
いた場合において、下層レジストと上層レジストの間
に、下層レジストによる露光光の反射を防止するための
反射防止膜を設ける工程を備えたことを特徴とする。According to the semiconductor pattern forming method of the present invention, when a material transparent to exposure light is used as an upper resist, reflection of exposure light by the lower resist is prevented between the lower resist and the upper resist. The step of providing an anti-reflection film.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】実施の形態1.図を用いて実施の
形態1を説明する。図1は、工程の模式図である。図2
は、工程のフローチャート図である。図2の左側には、
各ステップに用いる装置名を示している。以下、従来と
異なる点を中心に説明する。図1の(a)は、S11の
結果、製造された被加工基板であり、1はSi基板であ
り、9はSiO2膜である。まず、(b)のように、S
iO2膜9上に下層レジスト2としてノボラックレジス
ト(以下、ノボラック樹脂をベースとしたレジストをノ
ボラックレジストという。例えば、住友化学製i線レジ
ストPFI−38)を0.5μm程度の厚さに回転塗布
し(S21)、200〜300℃程度の温度でハードベ
ークして熱架橋させる(S22)。熱架橋とは熱により
焼き固まる場合の一例である。また、レジストとして光
や紫外線(UV)の照射により硬化する硬化樹脂を用い
てもよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of the process. FIG.
FIG. 4 is a flowchart of the process. On the left side of FIG. 2,
The names of the devices used in each step are shown. Hereinafter, the points different from the related art will be mainly described. FIG. 1A shows a substrate to be processed manufactured as a result of S11, 1 is a Si substrate, and 9 is a SiO 2 film. First, as shown in (b), S
A novolak resist (hereinafter, a resist based on a novolak resin is referred to as a novolak resist; for example, an i-line resist PFI-38 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) as the lower resist 2 is spin-coated to a thickness of about 0.5 μm on the iO 2 film 9. Then, hard baking is performed at a temperature of about 200 to 300 ° C. to thermally crosslink (S22). Thermal crosslinking is an example of the case where the material is baked by heat. Alternatively, a cured resin that is cured by irradiation with light or ultraviolet light (UV) may be used as the resist.
【0015】然る後、(c)のように、該ハードベーク
されたノボラックレジスト上にシリル化用の上層レジス
ト3として、ポリビニルフェノール樹脂、或いは、シリ
ル化用のレジスト(例えば、住友化学製NTS4)を回
転塗布法により0.05μm程度の薄膜に塗布形成する
(S23)。ここで、下層として塗布された下層レジス
ト2は高温度で熱架橋されているため、上層レジスト3
は、下層レジスト2と混ざり合うこと無く、良好に塗布
することが可能である。Thereafter, as shown in (c), a polyvinyl phenol resin or a silylation resist (for example, NTS4 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is formed on the hard-baked novolak resist as an upper layer resist 3 for silylation. ) Is applied on a thin film of about 0.05 μm by a spin coating method (S23). Here, since the lower resist 2 applied as the lower layer is thermally crosslinked at a high temperature, the upper resist 3
Can be satisfactorily applied without being mixed with the lower resist 2.
【0016】次いで、プリベークし(S13)、(d)
ように上層レジストの所望の個所を露光することにより
上層レジストを架橋させ、上層レジストの架橋部4を形
成する(S14)。ここでいう露光方法とは、周知の紫
外線、X線、電子線等の高エネルギ照射が可能な露光方
法が適用可能であるが、仮に、アルゴンフロライド(A
rF)エキシマレーザにより露光を行う場合は、照射量
は、上層レジストとしてポリビニルフェノール樹脂を用
いた場合は、200〜300mJ/cm2程度、また、
住友化学製シリル化用レジストNTS4を用いた場合
は、5〜10mJ/cm2程度が好適である。ここで、
住友化学製シリル化用レジストNTS4は、化学増幅型
レジストであり、露光後にポストベークとして110〜
130℃の温度で1分程度熱処理を施す必要がある(S
15)。Next, pre-baking (S13), (d)
By exposing a desired portion of the upper resist in such a manner, the upper resist is crosslinked to form a crosslinked portion 4 of the upper resist (S14). As the exposure method here, a known exposure method capable of irradiating high energy such as ultraviolet rays, X-rays, and electron beams can be applied.
rF) When exposing with an excimer laser, the irradiation amount is about 200 to 300 mJ / cm 2 when a polyvinyl phenol resin is used as the upper resist, and
When the silylation resist NTS4 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. is used, it is preferably about 5 to 10 mJ / cm 2 . here,
Sumitomo Chemical's silylation resist NTS4 is a chemically amplified resist, and is post-baked after exposure to 110-110.
It is necessary to perform heat treatment at a temperature of 130 ° C. for about 1 minute (S
15).
【0017】次に、(e)に示したように、露光により
架橋させた架橋部4を含むシリル化レジスト(上層レジ
スト)をSi元素を含む有機ガス雰囲気、例えば、ジメ
チルシリルジメチルアミン(DMSDMA)雰囲気中に
所望の時間晒すことによりシリル化処理を行う(S1
6)。このシリル化処理により、(e)に示したよう
に、前述の露光による架橋部4を除く、未架橋部5(斜
線で示した個所)のシリル化レジストは、シリル化反応
により構造中に含まれるフェノール性水酸基とDMSD
MAが反応して、レジスト内にSi元素が取り込まれる
ことになる。本発明においては、熱架橋させたノボラッ
クレジストは、シリル化反応を示さない。このように、
シリル化反応を示さないように熱架橋させたノボラック
レジスト上に、シリル化レジストを薄く(0.05μm
程度)塗布しているため、シリル化条件の変動等により
シリル化領域、つまり、Si元素の侵入深さが深さ方向
に拡散し過ぎることなく、侵入深さはシリル化レジスト
の塗布膜厚(0.05μm程度)によって決められるた
め、シリル化領域の制御及び寸法制御が極めて容易であ
る。即ち、シリル化したい深さと同じ膜厚の上層レジス
トを形成しておけばよい。Next, as shown in (e), the silylated resist (upper layer resist) including the crosslinked portion 4 crosslinked by exposure is exposed to an organic gas atmosphere containing Si element, for example, dimethylsilyldimethylamine (DMSDMA). The silylation treatment is performed by exposing the film to the atmosphere for a desired time (S1).
6). Due to this silylation treatment, as shown in (e), the silylated resist in the uncrosslinked portion 5 (the portion indicated by oblique lines) except for the crosslinked portion 4 due to the aforementioned exposure is included in the structure by the silylation reaction. Phenolic hydroxyl groups and DMSD
MA reacts and Si element is taken into the resist. In the present invention, the novolak resist thermally crosslinked does not show a silylation reaction. in this way,
On the novolak resist thermally crosslinked so as not to show a silylation reaction, a thin silylated resist (0.05 μm
Since the coating is applied, the silylation region, that is, the penetration depth of the Si element does not diffuse too much in the depth direction due to the variation of the silylation condition, and the penetration depth is determined by the coating thickness of the silylated resist ( (About 0.05 μm), it is very easy to control the silylation region and to control the size. In other words, an upper layer resist having the same thickness as the silylation depth may be formed.
【0018】次に、(f)に示したように、酸素プラズ
マにより全面をエッチングすることにより、Si原子が
入り込んでいない部位のみ選択的に下層レジストをエッ
チング除去(ドライ現像)することにより、微細パター
ン6を形成することができる。ここで、下層レジストは
高温でハードベークして熱架橋させているため、酸素プ
ラズマによるダメージを受け難く、図9に示したような
パターン変形等の無い良好なパターンを形成することが
できる。更には、シリル化処理されてレジスト内にSi
元素が付与されている領域が上層レジスト内に限定され
ているため、シリル化レジストの剥離除去においてアッ
シング除去(灰化除去)を行う場合でも、処理時間を制
御し易い利点もある。Next, as shown in (f), the entire surface is etched by oxygen plasma to selectively etch away (dry-develop) the lower resist only at a portion where Si atoms do not enter, thereby obtaining a fine pattern. The pattern 6 can be formed. Here, since the lower resist is hard baked at a high temperature and thermally crosslinked, it is hardly damaged by oxygen plasma, and a good pattern without pattern deformation or the like as shown in FIG. 9 can be formed. Further, the silylation treatment is performed so that Si
Since the region to which the element is added is limited in the upper resist, there is also an advantage that the processing time can be easily controlled even when ashing removal (ash removal) is performed in stripping and removing the silylated resist.
【0019】本実施の形態においては、露光した領域が
シリル化せずにドライ現像で除去されるポジ型プロセス
の場合について説明したが、露光した領域以外がシリル
化せずにドライ現像で除去されるネガ型プロセスにおい
ても本発明が有効であることは明白である。In this embodiment, the positive type process in which the exposed area is removed by dry development without being silylated has been described. However, the area other than the exposed area is removed by dry development without being silylated. It is clear that the present invention is also effective in a negative type process.
【0020】本実施の形態1は、Si基板1とSiO2
膜9からなる被加工基板上に、下層レジスト2として、
周知のノボラックレジストを回転塗布した後、高温でハ
ードベークし、該ハードベークしたノボラックレジスト
上に上層レジスト3としてシリル化用のレジストを薄膜
で塗布するようにしたものであり、2層構造のレジスト
を塗布形成し、薄膜塗布した上層レジスト3であるシリ
ル化レジストを露光することにより、該シリル化レジス
トのみを構造変化せしめ、しかる後、該上層レジストの
みがシリル化処理により選択的にシリル化されることを
利用して、上層シリル化パターンを形成し、その後、該
シリル化パターンをマスクにして下層レジストを酸素プ
ラズマでドライ現像するようにしたものである。In the first embodiment, the Si substrate 1 and the SiO 2
On the substrate to be processed composed of the film 9, as the lower layer resist 2,
A known novolak resist is spin-coated, hard-baked at a high temperature, and a resist for silylation is applied as a thin film as an upper resist 3 on the hard-baked novolak resist. By exposing the silylated resist, which is the upper resist 3 applied with a thin film, the structure of the silylated resist alone is changed. Thereafter, only the upper resist is selectively silylated by the silylation treatment. Utilizing this, an upper layer silylation pattern is formed, and then the lower layer resist is dry-developed with oxygen plasma using the silylation pattern as a mask.
【0021】以下に、実施の形態1による上層レジスト
(シリル化レジスト)と下層レジストの要求特性を示
す。 1.上層レジスト(シリル化レジスト)の要求特性 (1)シリル化反応すること。 (2)上層レジストの塗布時及びベーク時に下層レジス
トと混ざらないこと、反応しないこと(非相溶性)。 2.下層レジストの要求特性 (1)シリル化反応しないこと。 (2)上層レジストの塗布時及びベーク時に上層レジス
トと混ざらないこと。また、上層レジストと反応しない
こと(非相溶性)。 (3)SiO2膜のエッチング除去時に、エッチング耐
性が大きいこと。 (4)耐熱性、剛性が大きいこと。 従来は、シリル化反応することとSiO2膜のエッチン
グ除去時にエッチング耐性が大きいことの両方の特性を
用いるレジストを用いる必要があったが、この発明によ
れば、上層レジスト(シリル化レジスト)に対しての要
求特性として被加工基板(SiO2)に対してのエッチ
ング耐性が不要であるため、該シリル化レジストとして
上記のエッチング耐性のある材料に限定されることな
く、シリル化反応が可能なあらゆる材料を適用すること
ができる。The required characteristics of the upper resist (silylated resist) and the lower resist according to the first embodiment will be described below. 1. Required properties of upper layer resist (silylated resist) (1) Silylation reaction. (2) Do not mix with and react with the lower resist during application and baking of the upper resist (incompatibility). 2. Required properties of lower layer resist (1) No silylation reaction. (2) Do not mix with the upper layer resist during the application and baking of the upper layer resist. In addition, it does not react with the upper layer resist (incompatible). (3) High etching resistance when removing the SiO 2 film by etching. (4) High heat resistance and rigidity. Conventionally, it has been necessary to use a resist that uses both characteristics of performing a silylation reaction and having high etching resistance at the time of removing the SiO 2 film by etching. However, according to the present invention, the upper layer resist (silylated resist) is used. Since the etching resistance to the substrate to be processed (SiO 2 ) is not required as a required characteristic, the silylation reaction can be performed without being limited to the above-mentioned etching-resistant material as the silylated resist. Any material can be applied.
【0022】実施の形態2.図を用いて実施の形態2を
説明する。図3は、工程の模式図である。図4は、工程
のフローチャート図である。図3の(a)は、被加工基
板である。まず、実施の形態1と同様に、(b)のよう
に、SiO2膜9上に下層レジスト2としてノボラック
レジスト(例えば、住友化学製i線レジストPFI−3
8)を0.5μm程度の厚さに回転塗布し(S21)、
200〜300℃程度の温度でハードベークして熱架橋
させる(S22)。然る後、(c)に示したように、該
ハードベークされたノボラックレジスト上に反射防止膜
7として、例えば、Brewer science製d
−UV30を0.1μm厚に塗布形成し(S31)、1
80℃程度の温度で1分程度熱架橋させ(S32)、そ
の後、シリル化用の上層レジスト3を塗布する(S2
3)。ここで、本実施の形態2においては、上層のシリ
ル化レジストとしてポリビニルアルコール樹脂を回転塗
布法により、0.05μm程度の薄膜に塗布形成する。
その後、プリベークし(S13)、(e)に示したよう
に、該シリル化レジストであるポリビニルアルコール樹
脂を露光して、該上層レジストの露光部を架橋させる
(S14)。ここでの露光方法は、周知の紫外線、X
線、電子線等の高エネルギ照射が可能な露光方法が適用
可能であるが、仮に、アルゴンフロライド(ArF)エ
キシマレーザ光により露光を行う場合は、照射量は、上
層レジストとしてポリビニルアルコール樹脂を用いた場
合は、400〜500mJ/cm2程度が好適である。
ここでポリビニルアルコール樹脂は、露光光であるアル
ゴンフロライド(ArF)エキシマレーザ光に対して透
明であり、実施の形態1の場合と比べて、微小パターン
の露光においても光学コントラストを低下させること無
く良好にパターン形成することが可能である。また、こ
こで、該上層レジストは露光光に対して透明なため、下
層レジスト表面からの反射の影響を強く受けるため、パ
ターンの寸法制御上は反射防止膜7が重要である。下層
レジスト表面からの反射により、上層レジスト内で多重
干渉に起因する光の定在波が生じ、寸法シフト、ひいて
はパターン劣化が生じてしまう。反射防止膜7は、下層
レジスト上部表面からの露光光の反射を防止するもので
ある。Embodiment 2 FIG. Embodiment 2 will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic diagram of the process. FIG. 4 is a flowchart of the process. FIG. 3A shows a substrate to be processed. First, as in the first embodiment, a novolak resist (for example, an i-line resist PFI-3 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is formed on the SiO 2 film 9 as the lower resist 2 as shown in FIG.
8) is spin-coated to a thickness of about 0.5 μm (S21),
Hard baking is performed at a temperature of about 200 to 300 ° C. to thermally crosslink (S22). Thereafter, as shown in (c), as an anti-reflection film 7 on the hard-baked novolak resist, for example, d made by Brewer science
-Apply UV30 to a thickness of 0.1 μm (S31),
Thermal crosslinking is performed at a temperature of about 80 ° C. for about 1 minute (S32), and thereafter, an upper resist 3 for silylation is applied (S2).
3). Here, in the second embodiment, a polyvinyl alcohol resin is applied as a silylated resist of the upper layer to a thin film having a thickness of about 0.05 μm by a spin coating method.
Thereafter, prebaking is performed (S13), and as shown in (e), the polyvinyl alcohol resin, which is the silylated resist, is exposed to crosslink the exposed portion of the upper resist (S14). The exposure method here is a well-known ultraviolet ray, X
Exposure methods that can irradiate high energy rays such as X-rays and electron beams can be applied. When used, about 400 to 500 mJ / cm 2 is suitable.
Here, the polyvinyl alcohol resin is transparent to an argon fluoride (ArF) excimer laser beam, which is exposure light, and does not lower the optical contrast even in the exposure of a fine pattern as compared with the case of the first embodiment. A good pattern can be formed. Since the upper resist is transparent to the exposure light and is strongly affected by the reflection from the surface of the lower resist, the antireflection film 7 is important for controlling the dimension of the pattern. Reflection from the lower resist surface causes a standing wave of light due to multiple interference in the upper resist, causing a dimensional shift and, consequently, a pattern deterioration. The antireflection film 7 prevents reflection of exposure light from the upper surface of the lower resist.
【0023】なお、反射の影響を低減させるために反射
防止膜を適用する方法の代わりに、ポリビニルアルコー
ル樹脂に、露光光に対して吸収の大きい材料、例えば、
ノボラック樹脂を所望の量添加することにより、上層シ
リル化レジストの透過率を所望の値にして適用する方法
も寸法制御性を向上させることができる。In place of the method of applying an antireflection film to reduce the influence of reflection, polyvinyl alcohol resin is made of a material having high absorption for exposure light, for example,
By adding a desired amount of the novolak resin, the method of applying the transmittance of the upper silylated resist to a desired value and applying the same can also improve the dimensional controllability.
【0024】前述した露光により、(e)に示したよう
に、高エネルギ線の露光照射部を架橋部4として架橋さ
せることができる。次いで、実施の形態1と同様に、ポ
ストベークし(S15)、(f)に示したように、露光
により架橋させた架橋部を含むシリル化レジストをSi
を含むガス雰囲気、例えば、ジメチルシリルジメチルア
ミン(DMSDMA)雰囲気に所望の時間晒す(S1
6)。このシリル化処理により、(f)に示したよう
に、前述の露光による架橋部4を除く、未架橋部5(斜
線で示した個所)は、周知のシリル化反応により構造中
に含まれる水酸基とSiが反応して、レジスト内にSi
原子が取り込まれることになる。本発明においては、シ
リル化反応を示さないように、熱架橋させた反射防止膜
及びノボラックレジスト上にシリル化レジストを薄く
(0.05μm程度)塗布しているため、シリル化条件
の変動等によりSi原子の侵入深さが深さ方向に行き過
ぎることなく、上層レジストの塗布膜厚(0.05μm
程度)によって決められるため制御が極めて容易であ
る。By the above-described exposure, as shown in (e), the high-energy-ray exposure-irradiated portion can be crosslinked as the crosslink portion 4. Next, similarly to the first embodiment, post-baking is performed (S15), and as shown in (f), the silylated resist including the cross-linked portion cross-linked by exposure is exposed to Si.
Is exposed to a gas atmosphere containing, for example, dimethylsilyldimethylamine (DMSDMA) atmosphere for a desired time (S1).
6). By this silylation treatment, as shown in (f), the uncrosslinked portion 5 (the portion indicated by oblique lines) excluding the crosslinked portion 4 due to the above-mentioned exposure is converted into a hydroxyl group contained in the structure by a well-known silylation reaction. Reacts with Si to form Si in the resist.
Atoms will be incorporated. In the present invention, a thin (approximately 0.05 .mu.m) silylated resist is applied on the thermally crosslinked antireflection film and the novolak resist so as not to cause a silylation reaction. The coating thickness of the upper resist (0.05 μm
Control) is very easy.
【0025】次に、実施の形態1と同様に、(g)に示
したように、酸素プラズマにより全面をエッチングする
ことにより、Si原子が入り込んでいない部位(シリル
化されていない領域)のみ選択的に反射防止膜及び下層
レジストをエッチング除去する。また、CF系ガスによ
りSiO2膜9をエッチング除去する(S17)。こう
して、微細パターン6を形成することができる。本実施
の形態においては、透明な上層レジストとしてポリビニ
ルアルコール樹脂を適用した場合を説明したが、シリル
化が可能な露光光に対して透明な材料であれば本発明が
適用できるのは明白である。Next, as in the first embodiment, as shown in (g), the entire surface is etched by oxygen plasma to select only a portion into which Si atoms do not enter (a non-silylated region). The antireflection film and the lower resist are etched away. Further, the SiO 2 film 9 is removed by etching with a CF-based gas (S17). Thus, the fine pattern 6 can be formed. In the present embodiment, the case where a polyvinyl alcohol resin is applied as the transparent upper layer resist has been described, but it is obvious that the present invention can be applied to any material that is transparent to exposure light that can be silylated. .
【0026】以上のように、本発明は、微細パターン形
成におけるシリル化パターン形成方法において、レジス
トを多層に塗布形成し、薄膜に形成した上層レジストの
みをシリル化することを特徴とする。また、上層シリル
化レジストに周知の露光及び現像方法によりパターンを
形成し、しかる後、上層レジストをシリル化することを
特徴とする。また、微細パターン形成におけるシリル化
パターン形成方法において、上層に塗布形成するシリル
化層として、露光光に対して透明な材料に露光光に対し
て不透明な材料を添加することにより所望の透過率にし
た材料を用いることを特徴とする。また、上層に露光光
に対して透明な材料を用いた場合において、下層レジス
ト上に上層レジストの正しい露光のための反射防止膜を
設けることを特徴とする。As described above, the present invention is characterized in that in a method for forming a silylation pattern in forming a fine pattern, a resist is applied in multiple layers and only the upper layer resist formed in a thin film is silylated. Further, a pattern is formed on the upper layer silylated resist by a known exposure and development method, and thereafter, the upper layer resist is silylated. Further, in the method for forming a silylation pattern in the formation of a fine pattern, a desired transmittance can be obtained by adding a material that is opaque to exposure light to a material that is transparent to exposure light, as a silylated layer applied and formed on the upper layer. It is characterized by using a material as described above. Further, in the case where a material transparent to exposure light is used for the upper layer, an anti-reflection film is provided on the lower resist for correct exposure of the upper resist.
【0027】なお、この発明において、上層レジスト及
び下層レジストの「上層」と「下層」の意味は、基板に
近い方の層が「下層」であり、基板から遠い方の層が
「上層」という意味である。従って、上層レジストと下
層レジストの上又は下又は間に別な層が存在していても
構わない。また、プリベークやポストベークはオプショ
ンであり、必要があれば行う処理である。また、SiO
2膜は一例であり、他の膜でもよい。また、Si基板は
一例であり、他の半導体基板でもよい。また、ハードベ
ークにより熱架橋させるのは一例であり、上層レジスト
と下層レジストが非溶性になる処理であれば、どのよう
な処理でもよい。In the present invention, the terms “upper layer” and “lower layer” of the upper resist and the lower resist mean that the layer closer to the substrate is the “lower layer” and the layer farther from the substrate is the “upper layer”. Meaning. Therefore, another layer may exist above, below, or between the upper resist and the lower resist. Further, pre-bake and post-bake are optional, and are performed if necessary. In addition, SiO
The two films are examples, and other films may be used. Further, the Si substrate is an example, and another semiconductor substrate may be used. Further, the thermal cross-linking by hard baking is an example, and any processing may be used as long as the upper resist and the lower resist become insoluble.
【図1】 本発明の実施の形態1の工程模式図である。FIG. 1 is a process schematic diagram of Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 本発明の実施の形態1のフローチャート図で
ある。FIG. 2 is a flowchart of the first embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の実施の形態2の工程模式図である。FIG. 3 is a process schematic diagram of Embodiment 2 of the present invention.
【図4】 本発明の実施の形態2のフローチャート図で
ある。FIG. 4 is a flowchart of a second embodiment of the present invention.
【図5】 従来の工程模式図である。FIG. 5 is a schematic view of a conventional process.
【図6】 従来のフローチャート図である。FIG. 6 is a conventional flowchart.
【図7】 従来の課題を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a conventional problem.
【図8】 従来の課題を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional problem.
【図9】 従来の課題を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a conventional problem.
1 基板、2 下層レジスト、3 上層レジスト、4
架橋部、5 未架橋部、6 微細パターン、7 反射防
止膜、8 レジスト。1 substrate, 2 lower layer resist, 3 upper layer resist, 4
Crosslinked portion, 5 Uncrosslinked portion, 6 Fine pattern, 7 Antireflection film, 8 Resist.
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成11年7月16日(1999.7.1
6)[Submission Date] July 16, 1999 (1999.7.1)
6)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項1[Correction target item name] Claim 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項7[Correction target item name] Claim 7
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
Claims (8)
と、 下層レジスト上に上層レジストを形成する手段と、 上層レジストを露光する手段と、 上層レジストをシリル化処理する手段と、 シリル化処理した基板をエッチング処理する手段とを備
えたことを特徴とする半導体パターン形成装置。A means for forming a lower resist on the substrate; a means for forming an upper resist on the lower resist; a means for exposing the upper resist; a means for silylating the upper resist; A semiconductor pattern forming apparatus, comprising: means for etching a substrate.
層レジストの形成及びシリル化処理に対して下層レジス
トが反応しないように下層レジストを熱処理することを
特徴とする請求項1記載の半導体パターン形成装置。2. A semiconductor pattern forming method according to claim 1, wherein said means for forming the lower resist is heat-treated so that the lower resist does not react to the formation and silylation of the upper resist. apparatus.
ドライエッチング耐性の大きい材料を用いることを特徴
とする請求項1記載の半導体パターン形成装置。3. The semiconductor pattern forming apparatus according to claim 1, wherein a material having high dry etching resistance with respect to the substrate is used as a material of the lower layer resist.
下層レジストと上層レジストの間に、反射防止膜層を形
成する手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の半
導体パターン形成装置。4. The semiconductor pattern forming apparatus according to claim 1, further comprising:
2. The semiconductor pattern forming apparatus according to claim 1, further comprising means for forming an antireflection film layer between the lower resist and the upper resist.
して透明な材料を用いることを特徴とする請求項4記載
の半導体パターン形成装置。5. The semiconductor pattern forming apparatus according to claim 4, wherein a material transparent to exposure light is used as a material of the upper layer resist.
して透明な材料に露光光に対して不透明な材料を添加す
ることにより所望の透過率にした材料を用いることを特
徴とする請求項1記載の半導体パターン形成装置。6. A material having a desired transmittance by adding a material opaque to exposure light to a material transparent to exposure light, as a material of the upper layer resist. The semiconductor pattern forming apparatus according to the above.
ン形成方法において、 下層レジスト及び上層レジストからなる多層レジスト構
造を形成する工程と、 上層レジストをシリル化する工程とを備えたことを特徴
とする半導体パターン形成方法。7. A semiconductor pattern forming method for forming a fine pattern, comprising: a step of forming a multilayer resist structure including a lower resist and an upper resist; and a step of silylating the upper resist. Method.
な材料を用いた場合において、下層レジストと上層レジ
ストの間に、下層レジストによる露光光の反射を防止す
るための反射防止膜を設ける工程を備えたことを特徴と
する請求項7記載の半導体パターン形成方法。8. A step of providing an antireflection film between the lower resist and the upper resist in order to prevent reflection of the exposure light by the lower resist when using a material transparent to the exposure light as the upper resist. 8. The method according to claim 7, further comprising the step of:
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