JP2004212563A - Formation method of resist pattern and manufacture method of semiconductor device using same - Google Patents

Formation method of resist pattern and manufacture method of semiconductor device using same Download PDF

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JP2004212563A JP2002380953A JP2002380953A JP2004212563A JP 2004212563 A JP2004212563 A JP 2004212563A JP 2002380953 A JP2002380953 A JP 2002380953A JP 2002380953 A JP2002380953 A JP 2002380953A JP 2004212563 A JP2004212563 A JP 2004212563A
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Yasuro Mitsuyoshi
靖郎 三吉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a formation method of resist pattern which suppresses the decrease of concentrations of an acid generator or an acid generated from the acid generator in a resist film and is capable of forming a resist pattern having a rectangular shape, and to provide a manufacture method of a semiconductor device using the formation method. <P>SOLUTION: In the formation method of resist pattern, the chemically amplified resist film 4 comprising a silicon dioxide film 2, an antireflection film 3 and the acid generator is formed on a semiconductor substrate 1. The resist film 4 is irradiated with exposure light via a prescribed mask, thereby, the acid is generated from the acid generator on an exposure part and, thereafter, the resist film 4 is heat-treated in a heating atmosphere containing the acid generator or acid materials. Thereafter, the resist film 4 is subjected to development and the resist pattern is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学増幅型レジストのレジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関し、特に、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光またはFエキシマレーザ光を光源とする露光装置に対応した化学増幅型レジストのレジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【0003】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望の微細パターンを形成する工程、および、この微細パターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【0004】
パターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。
【0005】
従来、例えば64Mビットまでの集積度のDRAMの製造には、高圧水銀灯のi線(波長:365nm)が光源として使用されてきた。近年では、256メガビットDRAMの量産プロセスには、KrF(フッ化クリプトン)エキシマレーザ(波長:248nm)を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、1ギガビット以上の集積度を持つDRAMの製造には、ArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザ(波長:193nm)の実用化が検討されている。さらに、100nm以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いF(フッ素)エキシマレーザ(波長:157nm)を露光光源として用いることも考えられている。
【0006】
一方、より高解像度の露光技術として、電子線リソグラフィ技術の開発も進められている。電子線リソグラフィ技術は本質的に優れた解像度を有しているために、DRAMを代表とする最先端デバイスの開発に適用されている他、一部ASICの生産にも用いられている。
【0007】
このようなフォトリソグラフィ技術や電子線リソグラフィ技術においては、従来より化学増幅型レジストが用いられている。
【0008】
一般に、ポジ型の化学増幅型レジストは、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤を含有する。ここで、アルカリ不溶性ポリマーは、例えば、ポリビニルフェノールのフェノール性水酸基を保護基によってブロックした構造を有している。
【0009】
このような化学増幅型レジストに対し、適当なマスクを介して露光光を照射すると、露光部で酸発生剤が分解することによって酸を生じる。その後、加熱処理を行うと、フェノール性水酸基をブロックしている保護基が酸の触媒作用により加熱分解するために、保護基がはずれてフェノール性水酸基となる。これにより、化学増幅型レジストは、露光部においてアルカリ可溶性となる。したがって、アルカリ現像液を用いた現像処理によって露光部を溶解除去することによって、所望のレジストパターンを形成することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、露光後の加熱処理工程において、酸発生剤や酸発生剤から生じた酸が蒸発することによって、これらがレジスト外部へと拡散してしまうという問題があった。このような現象は特にレジストの表面付近で見られることから、レジストの表面付近では、酸濃度の低下による保護基の残存によってアルカリ可溶性構造が形成されなくなるという問題があった。
【0011】
このようなレジストをアルカリ現像した場合、レジスト下部よりもレジスト上部の方が現像液に溶解し難くなるために、レジスト形状は理想的な矩形形状とはならずに逆テーパ形状(Tトップ形状)となる。したがって、レジスト寸法の制御性が著しく低下するという問題があった。また、得られたレジストパターンをマスクとして下地膜の加工を行う場合にも、所望の寸法および形状を有するパターンに加工できないという問題があった。
【0012】
また、このような問題は上記のポジ型レジストだけではなく、ネガ型レジストにおいても見られる。ネガ型レジストでは、本来、露光部が硬化することによって現像液に溶解しない構造となる。しかしながら、加熱処理工程での酸発生剤や酸発生剤から生じた酸の蒸発によって、レジスト上部の方がレジスト下部よりも現像液に溶解し易くなる。このため、現像後のレジスト形状が逆テーパ形状になるとともに、著しい膜減りも発生するという問題があった。
【0013】
さらに、レジスト表面からの酸の蒸発による影響は、レジストの膜厚に対する表面積の割合が大きいほど顕著となる。ArFエキシマレーザやFエキシマレーザなどの光源を用いた露光技術では、膜厚の薄いレジストであることが必要とされるため、上記問題の解決が急務となっている。
【0014】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、レジスト膜中での酸発生剤や酸発生剤から生じた酸の濃度が小さくなることを抑制し、矩形形状を有するレジストパターンを形成することのできるレジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0015】
また、本発明の目的は、レジスト膜の膜厚にかかわらず酸発生剤や酸発生剤から生じた酸の蒸発を抑制し、特に、ArFエキシマレーザやFエキシマレーザなどを光源とする露光装置に対応するレジストであっても良好なパターンを形成することのできるレジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0016】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加工基板の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する第1の工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる第2の工程と、酸発生剤を添加した加熱雰囲気中に第2の工程を終えた被加工基板を入れてレジスト膜に加熱処理を行う第3の工程と、レジスト膜に現像処理を行う第4の工程とを有することを特徴とするレジストパターン形成方法に関する。
【0018】
第3の工程は、加熱雰囲気中の酸発生剤またはこの酸発生剤から生じた酸と、レジスト膜中の酸発生剤または酸との間に気液平衡が成立する状態で行うことができる。
【0019】
レジスト膜中の酸発生剤は光酸発生剤または電子線酸発生剤とすることができる。
【0020】
加熱雰囲気に添加した酸発生剤は光酸発生剤または熱酸発生剤とすることができる。
【0021】
レジスト膜中の酸発生剤と加熱雰囲気中に添加した酸発生剤とは同一の物質とすることができる。
【0022】
また、本発明は、被加工基板の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する第1の工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる第2の工程と、酸を添加した加熱雰囲気中に第2の工程を終えた被加工基板を入れてレジスト膜に加熱処理を行う第3の工程と、レジスト膜に現像処理を行う第4の工程とを有することを特徴とするレジストパターン形成方法に関する。
【0023】
第3の工程は、加熱雰囲気中の酸とレジスト膜中の酸との間に気液平衡が成立する状態で行うことができる。
【0024】
本発明において、第3の工程は密閉式の加熱炉を用いて行うことができる。
【0025】
また、本発明において、レジスト膜の膜厚は50nm〜400nmの範囲とすることができる。
【0026】
また、本発明において、露光光は波長248nmのKrFエキシマレーザ光とすることができる。
【0027】
また、本発明において、露光光は波長193nmのArFエキシマレーザ光とすることができる。
【0028】
また、本発明において、露光光は波長157nmのFエキシマレーザ光とすることができる。
【0029】
さらに、本発明は、被加工基板を半導体基材として前記のレジストパターン形成方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0030】
【発明の実施の形態】
図1〜図7を用いて、本実施の形態によるレジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法を説明する。
【0031】
まず、被加工基板として半導体基材を準備する。例えば、図1に示すように、半導体基板1上に二酸化シリコン(SiO)膜2を形成する。
【0032】
半導体基板としては、例えばシリコン基板を用いることができる。半導体基板には、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されていてもよい。
【0033】
二酸化シリコン膜は、例えば化学気相成長法(Chemical VaperDeposition,以下、CVDという。)などによって形成することができる。
【0034】
半導体基板上に形成する膜は、二酸化シリコン膜に限られるものではない。半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜が形成されていてもよい。例えば、窒化シリコン(Si)膜などの他の絶縁膜を形成してもよいし、導電膜を形成してもよい。また、半導体基板上に形成される膜は単層の膜に限られるものではなく、2以上の膜が積層された膜であってもよい。さらに、ゲート電極などが形成された半導体基板上にこれらの膜が形成されていてもよい。
【0035】
次に、図2に示すように、二酸化シリコン膜2の上に反射防止膜3を形成する。
【0036】
反射防止膜3は、後工程で形成するレジスト膜をパターニングする際に、レジスト膜を透過した露光光を吸収することによって、レジスト膜と反射防止膜との界面における露光光の反射を無くす役割を果たす。反射防止膜としては有機物を主成分とする膜を用いることができ、例えば、スピンコート法などによって形成することができる。尚、本発明においては、反射防止膜はなくてもよい。
【0037】
次に、図3に示すように、反射防止膜3の上に化学増幅型のレジスト膜4を形成する。レジスト膜の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができる。例えば、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザまたはFエキシマレーザを光源とする露光装置に対応させるために、50nm〜400nmの範囲の膜厚としてもよい。
【0038】
化学増幅型のレジストとしては、例えば、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤を含むものを用いることができる。アルカリ不溶性ポリマーとしては、例えば、水酸基などのアルカリ可溶性の官能基をt−ブトキシカルボニル基などの保護基で保護したものを用いることができる。
【0039】
酸発生剤としては、光により酸を発生する光酸発生剤や、電子線により酸を発生する電子線酸発生剤などを用いることができる。光酸発生剤としては、例えばトリフェニルスルホニウムトリフラートなどを挙げることができる。
【0040】
また、本発明が適用可能な化学増幅型レジストは、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤により構成された2成分型のレジストに限定されるものではない。本発明は、例えば、アルカリ可溶性ポリマー、酸発生剤および溶解阻害剤により構成された3成分系のレジストにも適用することができる。
【0041】
次に、図4に示すように、所定のマスク5を介してレジスト膜4に露光光6を照射する。露光装置としては、例えば、紫外線露光装置、電子線露光装置、KrFエキシマ露光装置、ArFエキシマ露光装置またはFエキシマ露光装置などを用いることができる。
【0042】
この露光は、レジスト膜4に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜4に露光光を照射することによって、図4に示すように、レジスト膜4内に露光部41と未露光部42とからなるレジストパターン潜像が形成される。この際、露光部41において、レジスト膜中に含まれる酸発生剤から酸が生じる。一方、未露光部42では酸発生剤は露光されず、したがって酸が生じることはない。
【0043】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。本発明においては、密閉式の加熱炉の中で加熱処理を行うことが好ましい。
【0044】
本発明は、雰囲気中に酸発生剤を添加し、加熱雰囲気中に存在する気体の酸発生剤またはこれから生じた酸と、レジスト膜中に存在する酸発生剤または酸との間に気液平衡が成立する状態で加熱処理を行うことを特徴とする。雰囲気中に添加する酸発生剤は、熱によって酸を発生する物質であってもよいし、光によって酸を発生する物質であってもよい。例えば、レジスト膜中に含まれる酸発生剤と同じ物質を用いることができる。
【0045】
また、本発明は、雰囲気中に酸を添加し、これとレジスト膜中に存在する酸との間に気液平衡が成立する状態で加熱処理を行ってもよい。
【0046】
加熱炉の中に半導体基材を入れて加熱処理を行った場合、温度が上昇し、レジスト膜中の酸発生剤の沸点に達すると、酸発生剤は蒸発してレジスト膜中から雰囲気中へと拡散していく。しかしながら、雰囲気中を予め酸発生剤の蒸気で満たし、所定の加熱温度において、レジスト膜中に存在する酸発生剤と雰囲気中に存在する酸発生剤との間に気液平衡が成立するようにしておくと、レジスト膜中からの酸発生剤の蒸発が見かけ上行われないようにすることが可能となる。
【0047】
また、雰囲気中に添加した酸発生剤から生じた酸の蒸気と、レジスト膜中に存在する酸とが気液平衡の状態にあるようにしても、加熱処理工程におけるレジスト膜中からの酸の蒸発を見かけ上抑制することが可能となる。
【0048】
さらに、雰囲気中に酸を添加し、これとレジスト膜中に存在する酸とが気液平衡の状態にあるようにすることによっても、加熱処理工程におけるレジスト膜中からの酸の蒸発を見かけ上抑制することが可能となる。
【0049】
雰囲気中に添加する酸発生剤の量は、所定の加熱温度において、レジスト膜中の酸発生剤または酸と、雰囲気中の酸発生剤または酸との間で気液平衡が成立することのできる量とする。同様に、雰囲気中に添加する酸の量も、所定の加熱温度において、レジスト膜中の酸と雰囲気中の酸との間で気液平衡が成立することのできる量とする。加熱処理温度が高くなると、レジスト膜から蒸発する酸発生剤や酸の量は多くなるので、雰囲気中に添加する酸発生剤または酸の量も多くすることが必要となる。
【0050】
本発明によれば、雰囲気中に酸発生剤または酸を添加し、酸発生剤若しくはこれから生じた酸の蒸気または添加した酸の蒸気によって加熱雰囲気が満たされた状態で半導体基材の加熱処理を行うことにより、レジスト膜中からの酸発生剤または酸の蒸発を抑制することが可能となる。これにより、露光部における酸の濃度を均一にしておくことができるので、図5に示すように、保護基の熱分解反応を進行させて露光部41′全体に均一にアルカリ可溶性ポリマーの構造が生じるようにすることができる。
【0051】
本発明は、レジスト膜の膜厚が薄い場合(例えば、膜厚50nm〜400nmである場合)に特に有効である。レジスト膜の膜厚が薄い場合には、レジスト膜からの酸発生剤または酸の蒸発によって、レジスト膜中に存在する酸発生剤または酸の濃度が著しく小さくなる。本発明によれば、酸発生剤または酸の蒸発を抑えて露光部におけるレジスト膜を均一にアルカリ可溶性構造とすることができるので、レジスト膜の膜厚にかかわらず良好なレジストパターンを形成することが可能となる。したがって、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザまたはFエキシマレーザを光源とする露光装置に対応するレジストであっても良好なパターンを形成することができる。
【0052】
加熱処理工程を終えた後は、通常の条件に従って現像を行う。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像によって行うことができる。
【0053】
レジスト膜において、露光部ではアルカリ可溶性ポリマーが生成されている一方、未露光部ではアルカリ不溶性ポリマーのままである。したがって、現像処理を行うことによって、露光部のみが現像液に溶解して除去される結果、図6に示すような矩形状のレジストパターン7が形成される。
【0054】
比較のために、図7に、従来法によるレジストパターンの形成方法を示す。図7(a)は、従来法による加熱処理後のレジスト膜の模式図、図7(b)は図7(a)の現像処理後のレジストパターンの模式図である。
【0055】
露光工程において、所定のマスクを介して露光光が照射されることにより、露光部には酸発生剤から生じた酸が存在するようになる。一方、未露光部には酸は存在しない。次に、乾燥雰囲気中で乾燥処理を行うと、露光部に発生した酸がレジスト膜の表面から蒸発してしまう結果、レジスト膜上部の方が下部よりも酸濃度が小さい状態となる。したがって、図7(a)に示すように、レジスト膜8は、酸濃度の異なる3つの領域、露光部上部81、露光部下部82および未露光部83に大別されることになる。
【0056】
酸濃度の違いによって、ポリマーのアルカリ可溶化反応に違いが生じるために、現像処理を行うとレジストパターンは、図7(b)に示すような形状のパターンとなる。すなわち、未露光部83におけるレジスト膜は、アルカリ不溶性であるために現像液に溶解せず残存する。これに対して、露光部下部82におけるレジスト膜は、アルカリ可溶性であるために現像液に溶解して除去される。しかしながら、露光部上部81におけるレジスト膜は、酸の欠乏によって不均一なアルカリ可溶性構造となっているために、上部へ行く程現像液に溶解し難くなる。したがって、露光部上部81では、現像処理後の形状はテーパ形状となる。
【0057】
一方、本実施の形態によれば、露光部におけるレジスト膜が均一なアルカリ可溶性構造となっているので、現像処理によって露光部のレジスト膜を矩形状に除去することができる。これにより、残った未露光部のレジスト膜によって形成されるレジストパターンの形状も矩形状とすることができる。
【0058】
本実施の形態に示す方法に従ってレジストパターンを形成した後は、このレジストパターンをマスクとして下地の二酸化シリコン膜をエッチングすることによって、二酸化シリコン膜を所望のパターンに加工することができる。また、このレジストパターンをマスクとしたエッチング工程を半導体装置の製造方法に適用することによって、良好な素子特性を有する半導体装置を製造することが可能となる。
【0059】
本実施の形態では、ポジ型のレジストを用いた例について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、ネガ型のレジストにも適用することができる。
【0060】
また、本実施の形態においては、半導体基材上にレジストパターンを形成する例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。レジストパターンをマスクとして下地材のパターニングを必要とする目的であれば、他の用途に適用することも可能である。例えば、下地材がガラス基板上に形成された薄膜であってもよいし、プラスチック基板上に形成された薄膜であってもよい。
【0061】
本実施の形態によれば、酸発生剤または酸を加熱雰囲気に添加した状態で加熱処理を行うことによって、レジスト膜からの酸発生剤または酸の蒸発を抑制することができる。したがって、露光部のレジスト膜をその上下に渡って均一なアルカリ可溶性構造に変えることができるので、現像処理後のレジストパターンの形状を矩形形状とすることが可能となる。
【0062】
また、本実施の形態によれば、レジスト膜の膜厚にかかわらず酸の蒸発を抑制することができるので、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザまたはFエキシマレーザなどを光源とする露光装置に対応して形成される、膜厚50nm〜400nmの範囲のレジストであっても良好なパターンを形成することができる。
【0063】
さらに、本実施の形態によれば、矩形形状を有するレジストパターンを形成することができるので、下地膜を所望の寸法および形状を有するパターンに加工することが可能となる。
【0064】
【実施例】
実施例1.
まず、シリコン基板上に、二酸化シリコン膜をCVD法によって500nm程度の厚さで形成した。
【0065】
次に、二酸化シリコン膜の上に、シプレイ(Shipley)社製のAR19を反射防止膜として形成した。具体的には、AR19の溶液をスピンコータによって二酸化シリコン膜の上に回転塗布した後、215℃で90秒間加熱処理を行った。得られたAR19の膜厚は約85nmであった。
【0066】
続いて、反射防止膜の上に、住友化学社製のArFレジストPAR−700をレジスト膜として形成した。具体的には、PAR−700の溶液をスピンコータによって反射防止膜の上に回転塗布した後、110℃で60秒間加熱処理を行った。得られたPAR−700の膜厚は約300nmであった。
【0067】
次に、ニコン社製の露光機ArFエキシマスキャナS302Aを用い、ライン・アンド・スペースパターン(ライン幅130nm、スペース幅130nm)を有するマスクを介して、レジスト膜に7.0mJ/cmの露光光を照射した。露光機の開口数(N.A.)は0.60とし、σ(光源のN.A./レンズのN.A.)は0.70とした。
【0068】
次に、露光後のシリコン基板をプロキシミティ式の密閉型オーブンの中に入れ、115℃で60秒間熱処理を行った。オーブン内は、乾燥空気にトリフェニルスルホニウムトリフラートを約100ppm濃度で添加した雰囲気とした。
【0069】
次に、加熱処理を終えた半導体基板を2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に60秒間浸漬した後、純水で60秒間リンスした。
【0070】
得られたレジストパターンを観察したところ、良好な矩形状パターンが形成されていた。
【0071】
実施例2.
まず、シリコン基板上に、二酸化シリコン膜をCVD法によって500nm程度の厚さで形成した。
【0072】
次に、二酸化シリコン膜の上に、ブリューワサイエンス社製のDUV30Jを反射防止膜として形成した。具体的には、DUV30Jの溶液をスピンコータによって二酸化シリコン膜の上に回転塗布した後、205℃で90秒間加熱処理を行った。得られたDUV30Jの膜厚は約85nmであった。
【0073】
続いて、反射防止膜の上に、クラリアント社製のFレジストFX−1000Pをレジスト膜として形成した。具体的には、FX−1000Pの溶液をスピンコータによって反射防止膜の上に回転塗布した後、150℃で60秒間加熱処理を行った。得られたFX−1000Pの膜厚は約120nmであった。
【0074】
次に、エキシテック社製の露光機Fマイクロステッパを用い、ライン・アンド・スペースパターン(ライン幅70nm、スペース幅70nm)を有するマスクを介して、レジスト膜に20mJ/cmの露光光を照射した。露光機の開口数(N.A.)は0.85とし、σ(光源のN.A./レンズのN.A.)は0.70とした。
【0075】
次に、露光後のシリコン基板をプロキシミティ式の密閉型オーブンの中に入れ、130℃で90秒間熱処理を行った。オーブン内は、乾燥空気にトリフェニルスルホニウムトリフラートを約100ppm濃度で添加した雰囲気とした。
【0076】
次に、加熱処理を終えた半導体基板を2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に30秒間浸漬した後、純水で60秒間リンスした。
【0077】
得られたレジストパターンを観察したところ、良好な矩形状パターンが形成されていた。
【0078】
比較例1.
まず、シリコン基板上に、二酸化シリコン膜をCVD法によって500nm程度の厚さで形成した。
【0079】
次に、二酸化シリコン膜の上に、シプレイ(Shipley)社製のAR19を反射防止膜として形成した。具体的には、AR19の溶液をスピンコータによって二酸化シリコン膜の上に回転塗布した後、215℃で90秒間加熱処理を行った。得られたAR19の膜厚は約85nmであった。
【0080】
続いて、反射防止膜の上に、住友化学社製のArFレジストPAR−700をレジスト膜として形成した。具体的には、PAR−700の溶液をスピンコータによって反射防止膜の上に回転塗布した後、110℃で60秒間加熱処理を行った。得られたPAR−700の膜厚は約300nmであった。
【0081】
次に、ニコン社製の露光機ArFエキシマスキャナS302Aを用い、ライン・アンド・スペースパターン(ライン幅130nm、スペース幅130nm)を有するマスクを介して、レジスト膜に7.0mJ/cmの露光光を照射した。露光機の開口数(N.A.)は0.60とし、σ(光源のN.A./レンズのN.A.)は0.70とした。
【0082】
次に、露光後のシリコン基板をプロキシミティ式の密閉型オーブンの中に入れ、115℃で60秒間熱処理を行った。オーブン内は乾燥空気雰囲気とした。
【0083】
次に、加熱処理を終えた半導体基板を2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に60秒間浸漬した後、純水で60秒間リンスした。
【0084】
得られたレジストパターンを観察したところ、露光部上部のレジストパターンの形状はテーパ形状となった。
【0085】
比較例2.
まず、シリコン基板上に、二酸化シリコン膜をCVD法によって500nm程度の厚さで形成した。
【0086】
次に、二酸化シリコン膜の上に、ブリューワサイエンス社製のDUV30Jを反射防止膜として形成した。具体的には、DUV30Jの溶液をスピンコータによって二酸化シリコン膜の上に回転塗布した後、205℃で90秒間加熱処理を行った。得られたDUV30Jの膜厚は約85nmであった。
【0087】
続いて、反射防止膜の上に、クラリアント社製のFレジストFX−1000Pをレジスト膜として形成した。具体的には、FX−1000Pの溶液をスピンコータによって反射防止膜の上に回転塗布した後、150℃で60秒間加熱処理を行った。得られたFX−1000Pの膜厚は約120nmであった。
【0088】
次に、エキシテック社製の露光機Fマイクロステッパを用い、ライン・アンド・スペースパターン(ライン幅70nm、スペース幅70nm)を有するマスクを介して、レジスト膜に20mJ/cmの露光光を照射した。露光機の開口数(N.A.)は0.85とし、σ(光源のN.A./レンズのN.A.)は0.70とした。
【0089】
次に、露光後のシリコン基板をプロキシミティ式の密閉型オーブンの中に入れ、130℃で90秒間熱処理を行った。オーブン内は乾燥空気雰囲気とした。
【0090】
次に、加熱処理を終えた半導体基板を2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に30秒間浸漬した後、純水で60秒間リンスした。
【0091】
得られたレジストパターンを観察したところ、露光部上部のレジストパターンの形状はテーパ形状となった。
【0092】
【発明の効果】
本発明によれば、酸発生剤または酸を加熱雰囲気に添加した状態で加熱処理を行うことによって、レジスト膜からの酸発生剤または酸の蒸発を抑制することができる。したがって、露光部のレジスト膜をその上下に渡って均一なアルカリ可溶性構造に変えることができるので、現像処理後のレジストパターンの形状を矩形形状とすることが可能となる。
【0093】
また、本発明によれば、レジスト膜の膜厚にかかわらず酸の蒸発を抑制することができるので、膜厚の薄いレジスト膜であっても良好なパターンを形成することができる。したがって、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザまたはFエキシマレーザなどを光源とする露光装置に対応した、良好な形状を有するレジストパターンを形成することが可能となる。
【0094】
さらに、本発明によれば、矩形形状を有するレジストパターンを形成することができるので、下地膜を所望のパターンに加工して、良好な素子特性を有する半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図2】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図3】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図4】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図5】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図6】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図7】従来のレジストパターン形成方法を示す図であり、(a)は、従来法による加熱処理後のレジスト膜の模式図、(b)は(a)の現像処理後のレジストパターンの模式図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、 2 二酸化シリコン膜、 3 反射防止膜、 4 レジスト膜、 5 マスク、 6 露光光、 7,8 レジストパターン。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a resist pattern of a chemically amplified resist and a method for manufacturing a semiconductor device using the same, and more particularly, to a KrF excimer laser beam, an ArF excimer laser beam, or a FrF excimer laser beam. 2 The present invention relates to a method of forming a resist pattern of a chemically amplified resist corresponding to an exposure apparatus using excimer laser light as a light source, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, the dimensions of individual elements have been miniaturized, and the widths of wirings, gates, etc. constituting each element have also been miniaturized.
[0003]
The photolithography technology that supports this miniaturization includes a process of applying a resist composition to the surface of a substrate to be processed to form a resist film, and irradiating light to expose a predetermined resist pattern to form a resist pattern latent image. Forming, a heat treatment if necessary, a step of developing this to form a desired fine pattern, and a step of performing processing such as etching on the substrate to be processed using the fine pattern as a mask. included.
[0004]
As one of means for miniaturizing a pattern, shortening the wavelength of exposure light used for forming the resist pattern latent image has been promoted.
[0005]
Conventionally, for manufacturing a DRAM having a degree of integration of, for example, 64 Mbits, an i-line (wavelength: 365 nm) of a high-pressure mercury lamp has been used as a light source. In recent years, a technology using a KrF (krypton fluoride) excimer laser (wavelength: 248 nm) as an exposure light source has been put to practical use in a mass production process of a 256 megabit DRAM. For the manufacture of a DRAM having a degree of integration of 1 gigabit or more, practical use of an ArF (argon fluoride) excimer laser (wavelength: 193 nm) is being studied. Further, as a technique for realizing a fine pattern corresponding to a design rule of 100 nm or less, F has a shorter wavelength. 2 It is also considered to use a (fluorine) excimer laser (wavelength: 157 nm) as an exposure light source.
[0006]
On the other hand, electron beam lithography technology is being developed as a higher resolution exposure technology. Since the electron beam lithography technology has an inherently excellent resolution, it has been applied to the development of leading-edge devices typified by DRAMs, and is also partially used in the production of ASICs.
[0007]
In such photolithography technology and electron beam lithography technology, a chemically amplified resist has conventionally been used.
[0008]
Generally, a positive chemically amplified resist contains an alkali-insoluble polymer and an acid generator. Here, the alkali-insoluble polymer has, for example, a structure in which a phenolic hydroxyl group of polyvinyl phenol is blocked by a protecting group.
[0009]
When such chemically amplified resist is irradiated with exposure light through an appropriate mask, an acid is generated by the decomposition of the acid generator at the exposed portion. After that, when a heat treatment is performed, the protective group blocking the phenolic hydroxyl group is thermally decomposed by the catalytic action of the acid, so that the protective group is removed to become a phenolic hydroxyl group. Thereby, the chemically amplified resist becomes alkali-soluble in the exposed portion. Therefore, a desired resist pattern can be formed by dissolving and removing the exposed portion by a developing process using an alkali developing solution.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the heat treatment step after the exposure, there is a problem that the acid generator and the acid generated from the acid generator evaporate, so that they are diffused outside the resist. Since such a phenomenon is particularly observed near the surface of the resist, there has been a problem that an alkali-soluble structure is not formed near the surface of the resist due to the remaining protective group due to a decrease in the acid concentration.
[0011]
When such a resist is alkali-developed, the upper part of the resist is more difficult to dissolve in the developing solution than the lower part of the resist, so that the resist shape is not an ideal rectangular shape but an inverted taper shape (T-top shape). It becomes. Therefore, there has been a problem that the controllability of the resist dimensions is significantly reduced. Also, when processing the base film using the obtained resist pattern as a mask, there is a problem that it cannot be processed into a pattern having desired dimensions and shape.
[0012]
Such a problem is found not only in the above-mentioned positive resist but also in a negative resist. The negative resist has a structure that is hardly dissolved in the developing solution by hardening the exposed portion. However, due to the evaporation of the acid generator and the acid generated from the acid generator in the heat treatment step, the resist upper portion is more easily dissolved in the developer than the resist lower portion. For this reason, there has been a problem that the resist shape after the development becomes an inversely tapered shape and a remarkable film reduction occurs.
[0013]
Further, the effect of the evaporation of the acid from the resist surface becomes more remarkable as the ratio of the surface area to the resist film thickness increases. ArF excimer laser or F 2 In an exposure technique using a light source such as an excimer laser, a resist having a small film thickness is required.
[0014]
The present invention has been made in view of such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a resist pattern forming method capable of suppressing a decrease in the concentration of an acid generator or an acid generated from an acid generator in a resist film and forming a resist pattern having a rectangular shape. And a method of manufacturing a semiconductor device using the same.
[0015]
Another object of the present invention is to suppress the evaporation of an acid generator or an acid generated from an acid generator regardless of the thickness of a resist film. 2 An object of the present invention is to provide a resist pattern forming method capable of forming a good pattern even with a resist corresponding to an exposure apparatus using an excimer laser or the like as a light source, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.
[0016]
Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a first step of forming a chemically amplified resist film containing an acid generator on a substrate to be processed, and irradiating the resist film with exposure light through a predetermined mask to form an exposure portion. A second step of generating an acid from the acid generator by a third step; and a third step of subjecting the processed substrate after the second step to a heating atmosphere containing the acid generator and performing a heat treatment on the resist film. And a fourth step of performing development processing on the resist film.
[0018]
The third step can be performed in a state where a gas-liquid equilibrium is established between the acid generator in the heating atmosphere or the acid generated from the acid generator and the acid generator or the acid in the resist film.
[0019]
The acid generator in the resist film can be a photoacid generator or an electron beam acid generator.
[0020]
The acid generator added to the heating atmosphere can be a photoacid generator or a thermal acid generator.
[0021]
The acid generator in the resist film and the acid generator added in the heating atmosphere can be the same substance.
[0022]
Further, the present invention provides a first step of forming a chemically amplified resist film containing an acid generator on a substrate to be processed, and irradiating the resist film with exposure light through a predetermined mask, A second step of generating an acid from the acid generator in the exposed portion, and a third step of subjecting the processed substrate after the second step to a heating atmosphere containing an acid and performing a heat treatment on the resist film. And a fourth step of performing development processing on the resist film.
[0023]
The third step can be performed in a state where a gas-liquid equilibrium is established between the acid in the heating atmosphere and the acid in the resist film.
[0024]
In the present invention, the third step can be performed using a closed heating furnace.
[0025]
In the present invention, the thickness of the resist film can be in the range of 50 nm to 400 nm.
[0026]
In the present invention, the exposure light may be KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm.
[0027]
In the present invention, the exposure light may be ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm.
[0028]
Further, in the present invention, the exposure light has a wavelength of 157 nm. 2 Excimer laser light can be used.
[0029]
Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using the above-described method for forming a resist pattern using a substrate to be processed as a semiconductor substrate.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A method for forming a resist pattern according to the present embodiment and a method for manufacturing a semiconductor device using the same will be described with reference to FIGS.
[0031]
First, a semiconductor substrate is prepared as a substrate to be processed. For example, as shown in FIG. 1, silicon dioxide (SiO 2) 2 2) Form the film 2.
[0032]
As the semiconductor substrate, for example, a silicon substrate can be used. An element isolation region, a diffusion layer serving as a source or a drain, or the like may be formed in the semiconductor substrate.
[0033]
The silicon dioxide film can be formed by, for example, a chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as CVD).
[0034]
The film formed on the semiconductor substrate is not limited to a silicon dioxide film. Other films may be formed as long as they are used in a semiconductor device manufacturing process and require patterning. For example, silicon nitride (Si 3 N 4 A) Another insulating film such as a film may be formed, or a conductive film may be formed. Further, the film formed on the semiconductor substrate is not limited to a single-layer film, and may be a film in which two or more films are stacked. Further, these films may be formed on a semiconductor substrate on which a gate electrode and the like are formed.
[0035]
Next, as shown in FIG. 2, an antireflection film 3 is formed on the silicon dioxide film 2.
[0036]
The antireflection film 3 has a role of eliminating the reflection of the exposure light at the interface between the resist film and the antireflection film by absorbing the exposure light transmitted through the resist film when patterning the resist film formed in a later step. Fulfill. As the antireflection film, a film containing an organic substance as a main component can be used, and for example, can be formed by a spin coating method or the like. In the present invention, the anti-reflection film may not be provided.
[0037]
Next, as shown in FIG. 3, a chemically amplified resist film 4 is formed on the antireflection film 3. The thickness of the resist film can be a predetermined thickness according to the manufacturing process of the semiconductor device. For example, KrF excimer laser, ArF excimer laser or F 2 In order to correspond to an exposure apparatus using an excimer laser as a light source, the thickness may be in the range of 50 nm to 400 nm.
[0038]
As the chemically amplified resist, for example, a resist containing an alkali-insoluble polymer and an acid generator can be used. As the alkali-insoluble polymer, for example, a polymer obtained by protecting an alkali-soluble functional group such as a hydroxyl group with a protecting group such as a t-butoxycarbonyl group can be used.
[0039]
As the acid generator, a photoacid generator that generates an acid by light, an electron beam acid generator that generates an acid by an electron beam, and the like can be used. Examples of the photoacid generator include triphenylsulfonium triflate.
[0040]
The chemically amplified resist to which the present invention can be applied is not limited to a two-component resist composed of an alkali-insoluble polymer and an acid generator. The present invention can be applied to a three-component resist composed of, for example, an alkali-soluble polymer, an acid generator and a dissolution inhibitor.
[0041]
Next, as shown in FIG. 4, the resist film 4 is irradiated with exposure light 6 via a predetermined mask 5. Examples of the exposure apparatus include an ultraviolet exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus, a KrF excimer exposure apparatus, an ArF excimer exposure apparatus, and an F exposure apparatus. 2 An excimer exposure apparatus or the like can be used.
[0042]
This exposure is performed for the purpose of forming a predetermined resist pattern latent image on the resist film 4. That is, by irradiating the resist film 4 with exposure light, a resist pattern latent image including an exposed portion 41 and an unexposed portion 42 is formed in the resist film 4 as shown in FIG. At this time, in the exposed part 41, an acid is generated from the acid generator contained in the resist film. On the other hand, in the unexposed portion 42, the acid generator is not exposed, so that no acid is generated.
[0043]
Next, a heat treatment is performed on the exposed semiconductor substrate. In the present invention, the heat treatment is preferably performed in a closed heating furnace.
[0044]
According to the present invention, an acid generator is added to an atmosphere, and a gas-liquid equilibrium is established between a gaseous acid generator or an acid generated therefrom in a heating atmosphere and an acid generator or an acid present in a resist film. It is characterized in that the heat treatment is performed in a state where is satisfied. The acid generator added to the atmosphere may be a substance that generates an acid by heat or a substance that generates an acid by light. For example, the same substance as the acid generator contained in the resist film can be used.
[0045]
Further, in the present invention, an acid may be added to the atmosphere, and the heat treatment may be performed in a state where a gas-liquid equilibrium is established between the acid and the acid present in the resist film.
[0046]
When a semiconductor substrate is placed in a heating furnace and heat treatment is performed, when the temperature rises and reaches the boiling point of the acid generator in the resist film, the acid generator evaporates and moves from the resist film into the atmosphere. And spread. However, the atmosphere is previously filled with the vapor of the acid generator so that, at a predetermined heating temperature, a gas-liquid equilibrium is established between the acid generator present in the resist film and the acid generator present in the atmosphere. By doing so, it is possible to prevent the evaporation of the acid generator from the resist film from being apparently performed.
[0047]
Further, even when the vapor of the acid generated from the acid generator added to the atmosphere and the acid present in the resist film are in a gas-liquid equilibrium state, even if the acid in the resist film in the heat treatment step is in a vapor-liquid equilibrium state, Evaporation can be apparently suppressed.
[0048]
Furthermore, by adding an acid to the atmosphere so that the acid and the acid present in the resist film are in a gas-liquid equilibrium state, the evaporation of the acid from the resist film in the heat treatment step may be apparent. It can be suppressed.
[0049]
The amount of the acid generator to be added to the atmosphere is such that, at a predetermined heating temperature, a gas-liquid equilibrium can be established between the acid generator or the acid in the resist film and the acid generator or the acid in the atmosphere. Amount. Similarly, the amount of the acid to be added to the atmosphere is set to an amount capable of establishing a gas-liquid equilibrium between the acid in the resist film and the acid in the atmosphere at a predetermined heating temperature. When the heat treatment temperature increases, the amount of the acid generator and the acid evaporated from the resist film increases, so that the amount of the acid generator or the acid added to the atmosphere also needs to be increased.
[0050]
According to the present invention, an acid generator or an acid is added to the atmosphere, and the heat treatment of the semiconductor substrate is performed in a state where the heating atmosphere is filled with the acid generator or the vapor of the acid generated from the acid generator or the vapor of the added acid. This makes it possible to suppress the evaporation of the acid generator or acid from the resist film. As a result, the concentration of the acid in the exposed portion can be made uniform, and as shown in FIG. 5, the thermal decomposition reaction of the protecting group proceeds to uniformly form the structure of the alkali-soluble polymer in the entire exposed portion 41 '. Can occur.
[0051]
The present invention is particularly effective when the thickness of the resist film is small (for example, when the thickness is 50 nm to 400 nm). When the thickness of the resist film is small, the concentration of the acid generator or the acid existing in the resist film is significantly reduced due to the evaporation of the acid generator or the acid from the resist film. According to the present invention, a resist film in an exposed portion can be uniformly made to have an alkali-soluble structure by suppressing evaporation of an acid generator or an acid, so that a good resist pattern can be formed regardless of the thickness of the resist film. Becomes possible. Therefore, KrF excimer laser, ArF excimer laser or F 2 A good pattern can be formed even with a resist corresponding to an exposure apparatus using an excimer laser as a light source.
[0052]
After the completion of the heat treatment step, development is performed under ordinary conditions. The development can be performed, for example, by alkali development using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide.
[0053]
In the resist film, an alkali-soluble polymer is generated in an exposed portion, while an alkali-insoluble polymer remains in an unexposed portion. Therefore, by performing the developing process, only the exposed portion is dissolved and removed in the developing solution, and as a result, a rectangular resist pattern 7 as shown in FIG. 6 is formed.
[0054]
For comparison, FIG. 7 shows a conventional method of forming a resist pattern. FIG. 7A is a schematic diagram of a resist film after a heat treatment according to a conventional method, and FIG. 7B is a schematic diagram of a resist pattern after a development process of FIG. 7A.
[0055]
In the exposure step, the exposure light is irradiated through a predetermined mask, so that the acid generated from the acid generator is present in the exposed portion. On the other hand, no acid is present in the unexposed portions. Next, when a drying treatment is performed in a dry atmosphere, the acid generated in the exposed portion evaporates from the surface of the resist film, and as a result, the upper portion of the resist film has a lower acid concentration than the lower portion. Therefore, as shown in FIG. 7A, the resist film 8 is roughly divided into three regions having different acid concentrations, an exposed portion upper portion 81, an exposed portion lower portion 82, and an unexposed portion 83.
[0056]
Since the difference in acid concentration causes a difference in the alkali solubilization reaction of the polymer, the resist pattern becomes a pattern having a shape as shown in FIG. That is, the resist film in the unexposed portion 83 remains undissolved in the developer because it is insoluble in alkali. On the other hand, the resist film in the exposed portion lower portion 82 is removed by dissolving in a developing solution because it is soluble in alkali. However, since the resist film in the exposed portion upper portion 81 has a non-uniform alkali-soluble structure due to lack of acid, it becomes more difficult to dissolve in the developer toward the upper portion. Therefore, in the upper portion 81 of the exposed portion, the shape after the development processing is a tapered shape.
[0057]
On the other hand, according to the present embodiment, since the resist film in the exposed portion has a uniform alkali-soluble structure, the resist film in the exposed portion can be removed in a rectangular shape by the developing treatment. Thereby, the shape of the resist pattern formed by the remaining unexposed resist film can also be made rectangular.
[0058]
After a resist pattern is formed according to the method described in this embodiment, the silicon dioxide film can be processed into a desired pattern by etching the underlying silicon dioxide film using the resist pattern as a mask. In addition, by applying the etching process using the resist pattern as a mask to a method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device having good element characteristics can be manufactured.
[0059]
In this embodiment mode, an example using a positive resist has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a negative resist.
[0060]
Further, in this embodiment, an example in which a resist pattern is formed on a semiconductor base material has been described, but the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to other uses as long as the purpose requires patterning of a base material using a resist pattern as a mask. For example, the base material may be a thin film formed on a glass substrate, or may be a thin film formed on a plastic substrate.
[0061]
According to the present embodiment, by performing the heat treatment in a state in which the acid generator or the acid is added to the heating atmosphere, the evaporation of the acid generator or the acid from the resist film can be suppressed. Therefore, the resist film in the exposed portion can be changed to a uniform alkali-soluble structure over and under the exposed portion, so that the shape of the resist pattern after the development processing can be rectangular.
[0062]
Further, according to the present embodiment, since the evaporation of the acid can be suppressed regardless of the thickness of the resist film, the KrF excimer laser, the ArF excimer laser or the Fr excimer laser can be used. 2 A good pattern can be formed even with a resist having a film thickness in the range of 50 nm to 400 nm, which is formed corresponding to an exposure apparatus using an excimer laser or the like as a light source.
[0063]
Furthermore, according to the present embodiment, since a resist pattern having a rectangular shape can be formed, it is possible to process the base film into a pattern having desired dimensions and shapes.
[0064]
【Example】
Embodiment 1 FIG.
First, a silicon dioxide film was formed with a thickness of about 500 nm on a silicon substrate by a CVD method.
[0065]
Next, AR19 manufactured by Shipley was formed as an anti-reflection film on the silicon dioxide film. Specifically, the solution of AR19 was spin-coated on the silicon dioxide film by a spin coater, and then heat-treated at 215 ° C. for 90 seconds. The thickness of the obtained AR19 was about 85 nm.
[0066]
Subsequently, an ArF resist PAR-700 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was formed as a resist film on the antireflection film. Specifically, after the PAR-700 solution was spin-coated on the antireflection film by a spin coater, a heat treatment was performed at 110 ° C. for 60 seconds. The thickness of the obtained PAR-700 was about 300 nm.
[0067]
Next, using an exposure machine ArF excimer scanner S302A manufactured by Nikon Corporation, a resist film having a line and space pattern (line width 130 nm, space width 130 nm) was 7.0 mJ / cm through a mask having a line and space pattern. 2 Of exposure light. The numerical aperture (NA) of the exposure machine was 0.60, and σ (NA of light source / NA of lens) was 0.70.
[0068]
Next, the exposed silicon substrate was placed in a proximity-type closed oven and heat-treated at 115 ° C. for 60 seconds. The atmosphere in the oven was obtained by adding triphenylsulfonium triflate to dry air at a concentration of about 100 ppm.
[0069]
Next, the semiconductor substrate after the heat treatment was immersed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide for 60 seconds, and then rinsed with pure water for 60 seconds.
[0070]
Observation of the obtained resist pattern revealed that a good rectangular pattern was formed.
[0071]
Embodiment 2. FIG.
First, a silicon dioxide film was formed with a thickness of about 500 nm on a silicon substrate by a CVD method.
[0072]
Next, DUV30J manufactured by Brewer Science was formed as an anti-reflection film on the silicon dioxide film. Specifically, after a solution of DUV30J was spin-coated on the silicon dioxide film by a spin coater, a heat treatment was performed at 205 ° C. for 90 seconds. The thickness of the obtained DUV30J was about 85 nm.
[0073]
Then, on the anti-reflection film, Clariant F 2 The resist FX-1000P was formed as a resist film. Specifically, the FX-1000P solution was spin-coated on the antireflection film by a spin coater, and then heat-treated at 150 ° C. for 60 seconds. The film thickness of the obtained FX-1000P was about 120 nm.
[0074]
Next, an exposing machine F 2 Using a microstepper, a resist film having a thickness of 20 mJ / cm was passed through a mask having a line and space pattern (line width 70 nm, space width 70 nm). 2 Of exposure light. The numerical aperture (NA) of the exposure machine was 0.85, and σ (NA of light source / NA of lens) was 0.70.
[0075]
Next, the exposed silicon substrate was placed in a proximity-type closed oven and heat-treated at 130 ° C. for 90 seconds. The atmosphere in the oven was obtained by adding triphenylsulfonium triflate to dry air at a concentration of about 100 ppm.
[0076]
Next, the semiconductor substrate after the heat treatment was immersed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide for 30 seconds, and then rinsed with pure water for 60 seconds.
[0077]
Observation of the obtained resist pattern revealed that a good rectangular pattern was formed.
[0078]
Comparative Example 1
First, a silicon dioxide film was formed with a thickness of about 500 nm on a silicon substrate by a CVD method.
[0079]
Next, AR19 manufactured by Shipley was formed as an anti-reflection film on the silicon dioxide film. Specifically, the solution of AR19 was spin-coated on the silicon dioxide film by a spin coater, and then heat-treated at 215 ° C. for 90 seconds. The thickness of the obtained AR19 was about 85 nm.
[0080]
Subsequently, an ArF resist PAR-700 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was formed as a resist film on the antireflection film. Specifically, after the PAR-700 solution was spin-coated on the antireflection film by a spin coater, a heat treatment was performed at 110 ° C. for 60 seconds. The thickness of the obtained PAR-700 was about 300 nm.
[0081]
Next, using an exposure machine ArF excimer scanner S302A manufactured by Nikon Corporation, a resist film having a line and space pattern (line width 130 nm, space width 130 nm) was 7.0 mJ / cm through a mask having a line and space pattern. 2 Of exposure light. The numerical aperture (NA) of the exposure machine was 0.60, and σ (NA of light source / NA of lens) was 0.70.
[0082]
Next, the exposed silicon substrate was placed in a proximity-type closed oven and heat-treated at 115 ° C. for 60 seconds. The oven had a dry air atmosphere.
[0083]
Next, the semiconductor substrate after the heat treatment was immersed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide for 60 seconds, and then rinsed with pure water for 60 seconds.
[0084]
Observation of the obtained resist pattern revealed that the shape of the resist pattern above the exposed portion was tapered.
[0085]
Comparative Example 2.
First, a silicon dioxide film was formed with a thickness of about 500 nm on a silicon substrate by a CVD method.
[0086]
Next, DUV30J manufactured by Brewer Science was formed as an antireflection film on the silicon dioxide film. Specifically, after a solution of DUV30J was spin-coated on the silicon dioxide film by a spin coater, a heat treatment was performed at 205 ° C. for 90 seconds. The thickness of the obtained DUV30J was about 85 nm.
[0087]
Subsequently, on the anti-reflection film, Clariant F 2 The resist FX-1000P was formed as a resist film. Specifically, the FX-1000P solution was spin-coated on the antireflection film by a spin coater, and then heat-treated at 150 ° C. for 60 seconds. The film thickness of the obtained FX-1000P was about 120 nm.
[0088]
Next, the exposing machine F 2 Using a microstepper, a resist film having a thickness of 20 mJ / cm was passed through a mask having a line and space pattern (line width 70 nm, space width 70 nm). 2 Of exposure light. The numerical aperture (NA) of the exposure machine was 0.85, and σ (NA of light source / NA of lens) was 0.70.
[0089]
Next, the exposed silicon substrate was placed in a proximity-type closed oven and heat-treated at 130 ° C. for 90 seconds. The oven had a dry air atmosphere.
[0090]
Next, the semiconductor substrate after the heat treatment was immersed in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide for 30 seconds, and then rinsed with pure water for 60 seconds.
[0091]
Observation of the obtained resist pattern revealed that the shape of the resist pattern above the exposed portion was tapered.
[0092]
【The invention's effect】
According to the present invention, by performing the heat treatment in a state where the acid generator or the acid is added to the heating atmosphere, the evaporation of the acid generator or the acid from the resist film can be suppressed. Therefore, the resist film in the exposed portion can be changed to a uniform alkali-soluble structure over and under the exposed portion, so that the shape of the resist pattern after the development processing can be made rectangular.
[0093]
Further, according to the present invention, the evaporation of the acid can be suppressed irrespective of the thickness of the resist film, so that a good pattern can be formed even with a thin resist film. Therefore, KrF excimer laser, ArF excimer laser or F 2 It is possible to form a resist pattern having a good shape corresponding to an exposure apparatus using an excimer laser or the like as a light source.
[0094]
Furthermore, according to the present invention, since a resist pattern having a rectangular shape can be formed, a semiconductor device having good element characteristics can be manufactured by processing a base film into a desired pattern.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an example of a method for forming a resist pattern according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a method for forming a resist pattern according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for forming a resist pattern according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for forming a resist pattern according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a method for forming a resist pattern according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method for forming a resist pattern according to the present invention.
7A and 7B are diagrams showing a conventional resist pattern forming method, in which FIG. 7A is a schematic diagram of a resist film after a heat treatment by a conventional method, and FIG. FIG.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor substrate, 2 silicon dioxide film, 3 anti-reflection film, 4 resist film, 5 mask, 6 exposure light, 7,8 resist pattern.

Claims (13)

被加工基板の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する第1の工程と、
前記レジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で前記酸発生剤から酸を発生させる第2の工程と、
酸発生剤を添加した加熱雰囲気中に前記第2の工程を終えた前記被加工基板を入れて前記レジスト膜に加熱処理を行う第3の工程と、
前記レジスト膜に現像処理を行う第4の工程とを有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
A first step of forming a chemically amplified resist film containing an acid generator on a substrate to be processed;
A second step of irradiating the resist film with exposure light through a predetermined mask to generate an acid from the acid generator in an exposed portion;
A third step of placing the substrate after the second step in a heating atmosphere containing an acid generator and subjecting the resist film to a heat treatment;
And a fourth step of performing a development process on the resist film.
前記第3の工程は、前記加熱雰囲気中の前記酸発生剤または該酸発生剤から生じた酸と、前記レジスト膜中の前記酸発生剤または前記酸との間に気液平衡が成立する状態で行われる請求項1に記載のレジストパターン形成方法。The third step is a state in which a gas-liquid equilibrium is established between the acid generator or the acid generated from the acid generator in the heating atmosphere and the acid generator or the acid in the resist film. 2. The method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein the method is performed. 前記レジスト膜中の前記酸発生剤は光酸発生剤または電子線酸発生剤である請求項1または2に記載のレジストパターン形成方法。The method according to claim 1, wherein the acid generator in the resist film is a photoacid generator or an electron beam acid generator. 前記加熱雰囲気に添加した前記酸発生剤は光酸発生剤または熱酸発生剤である請求項1〜3のいずれか1に記載のレジストパターン形成方法。The method according to claim 1, wherein the acid generator added to the heating atmosphere is a photo acid generator or a thermal acid generator. 前記レジスト膜中の前記酸発生剤と前記加熱雰囲気中に添加した前記酸発生剤とは同一の物質である請求項1〜4のいずれか1に記載のレジストパターン形成方法。The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the acid generator in the resist film and the acid generator added in the heating atmosphere are the same substance. 被加工基板の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する第1の工程と、
前記レジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で前記酸発生剤から酸を発生させる第2の工程と、
酸を添加した加熱雰囲気中に前記第2の工程を終えた前記被加工基板を入れて前記レジスト膜に加熱処理を行う第3の工程と、
前記レジスト膜に現像処理を行う第4の工程とを有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
A first step of forming a chemically amplified resist film containing an acid generator on a substrate to be processed;
A second step of irradiating the resist film with exposure light through a predetermined mask to generate an acid from the acid generator in an exposed portion;
A third step of placing the substrate after the second step in a heating atmosphere to which an acid has been added and performing a heat treatment on the resist film;
And a fourth step of performing a development process on the resist film.
前記第3の工程は、前記加熱雰囲気中の前記酸と、前記レジスト膜中の前記酸との間に気液平衡が成立する状態で行われる請求項6に記載のレジストパターン形成方法。7. The method according to claim 6, wherein the third step is performed in a state where a gas-liquid equilibrium is established between the acid in the heating atmosphere and the acid in the resist film. 前記第3の工程は密閉式の加熱炉を用いて行う請求項1〜7のいずれか1に記載のレジストパターン形成方法。The resist pattern forming method according to any one of claims 1 to 7, wherein the third step is performed using a closed heating furnace. 前記レジスト膜の膜厚が50nm〜400nmである請求項1〜8のいずれか1に記載のレジストパターン形成方法。The method according to claim 1, wherein the resist film has a thickness of 50 nm to 400 nm. 前記露光光は波長248nmのKrFエキシマレーザ光である請求項1〜9のいずれか1に記載のレジストパターン形成方法。The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the exposure light is a KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm. 前記露光光は波長193nmのArFエキシマレーザ光である請求項1〜9のいずれか1に記載のレジストパターン形成方法。The resist pattern forming method according to any one of claims 1 to 9, wherein the exposure light is ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm. 前記露光光は波長157nmのFエキシマレーザ光である請求項1〜9のいずれか1に記載のレジストパターン形成方法。A resist pattern forming method according to any one of claims 1 to 9 wherein the exposure light is F 2 excimer laser beam having a wavelength of 157 nm. 前記被加工基板は半導体基材である請求項1〜12のいずれか1に記載のレジストパターン形成方法を用いた半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device using the method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein the substrate to be processed is a semiconductor substrate.
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KR100674932B1 (en) 2005-01-03 2007-01-26 삼성전자주식회사 Method for forming fine pattern of semiconductor device using chemically amplified photoresist compounds including photoacid generator and thermoacid generator

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