JP2006071913A - Resist pattern forming method - Google Patents

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JP2006071913A JP2004254494A JP2004254494A JP2006071913A JP 2006071913 A JP2006071913 A JP 2006071913A JP 2004254494 A JP2004254494 A JP 2004254494A JP 2004254494 A JP2004254494 A JP 2004254494A JP 2006071913 A JP2006071913 A JP 2006071913A
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Kazuyuki Sugita
和之 杉田
Masakuni Isogawa
昌邦 五十川
Hideki Okawa
秀樹 大川
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Chiba University NUC
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Chiba University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a relatively thick high-resolution resist pattern with light having a short wavelength such as deep-UV light as an exposure source. <P>SOLUTION: The method comprises: a step of forming a positive chemically amplified resist film containing a polymer having hydroxyl groups and a photoacid generator on a substrate to be etched; a step of silylating the polymer in a surface of the resist film by reacting the resist film with a silicon element-containing compound in a vapor phase or in a liquid phase; a step of exposing the silylated resist film by selective irradiation with deep-UV light, an ionizing radiation or near-field light; a step of desilylating the silylated polymer in the exposed portion of the surface of the resist film by heating the resist film after the exposure in an atmosphere of water vapor; a step of selectively removing the exposed portion up to a desired depth by development; and a step of further removing a resist film part located in the exposed portion by drying etching with an oxygen-containing gas through the unexposed portion as a mask. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レジストパターンの形成方法に関する。   The present invention relates to a resist pattern forming method.

レジストパターンは、一般に被エッチング基板にレジスト膜を形成し、このレジスト膜に所望の波長を有する光を用いてパターン露光し、現像処理して露光部(ポジ型レジストの場合)または未露光部(ネガ型レジストの場合)を選択的に溶解除去することにより形成される。   In general, a resist pattern is formed by forming a resist film on a substrate to be etched, pattern-exposing the resist film with light having a desired wavelength, developing the exposed portion (in the case of a positive resist) or unexposed portion ( This is formed by selectively dissolving and removing a negative resist).

このようなレジストパターンの解像限界は、光の回折の影響により露光時の光波長の1/2程度と考えられている。このため、微細なレジストパターンを形成するには波長の短い光を使用して露光することが考えられる。しかしながら、短波長化に伴って露光時のレジスト膜に対する焦点深度が浅くなるため、厚いレジスト膜に対する露光マージンが低下してパターン露光に忠実な高精度のレジストパターンの形成が困難になる。   The resolution limit of such a resist pattern is considered to be about ½ of the light wavelength during exposure due to the influence of light diffraction. For this reason, in order to form a fine resist pattern, it is conceivable to perform exposure using light having a short wavelength. However, as the wavelength becomes shorter, the depth of focus on the resist film during exposure becomes shallower, so that the exposure margin for a thick resist film is lowered and it becomes difficult to form a highly accurate resist pattern faithful to pattern exposure.

このようなことから、レジスト膜を積層構造にした多層レジスト法が提案されているが、レジストパターンを形成するための工程数が増加するという問題があった。   For this reason, a multi-layer resist method in which a resist film has a laminated structure has been proposed, but there is a problem that the number of steps for forming a resist pattern increases.

前記問題を解決するために特許文献1には、単一のレジスト膜の表面をシリル化してそのシリル化層をパターニングし、さらに残存したシリル化層をマスクとして下層のレジスト膜部分を酸素プラズマにより除去してレジストパターンを形成する方法が開示されている。この方法を以下に詳述する。   In order to solve the above-mentioned problem, Patent Document 1 discloses that the surface of a single resist film is silylated, the silylated layer is patterned, and the remaining resist film is used as a mask to form a lower resist film portion by oxygen plasma. A method of forming a resist pattern by removing the resist pattern is disclosed. This method is described in detail below.

まず、基板上にポリメチルペンテンスルフォンのような感光剤およびノボラック樹脂のような水酸基を持つポリマーを含むレジストを塗布、乾燥してレジスト膜を形成する。このレジスト膜を例えばヘキサメチルジシラザンのようなシリコン含有化合物の気相に接触させて前記レジスト膜表面と反応させてシリル化層を形成する。つづいて、このレジスト膜のシリル化層に電子線のような電離放射線を選択的に照射してパターン露光する。この時、露光部において前記シリル化層に存在する感光剤が分解してアルカリ現像液に可溶な分解生成物を生じる。ひきつづき、水酸化テトラメチルアンモニウムのようなアルカリ現像液で処理することにより前記シリル化層の露光部が選択的に溶解除去される。次いで、酸素を含むガスのドライエッチング(例えば酸素リアクティブイオンエッチング;酸素RIE)を行う。この時、前記アルカリ現像により残存したシリル化層が酸素RIEのマスクとして作用するため、前記シリル化層が溶解除去されたレジスト膜の露光部がエッチング除去されて表面にシリル化層を有するレジストパターンが形成される。   First, a resist containing a photosensitive agent such as polymethylpentene sulfone and a polymer having a hydroxyl group such as a novolac resin is applied on the substrate and dried to form a resist film. This resist film is brought into contact with the gas phase of a silicon-containing compound such as hexamethyldisilazane and reacted with the resist film surface to form a silylated layer. Subsequently, pattern exposure is performed by selectively irradiating the silylated layer of the resist film with ionizing radiation such as an electron beam. At this time, the photosensitizer present in the silylated layer is decomposed in the exposed portion to produce a decomposition product soluble in an alkali developer. Subsequently, the exposed portion of the silylated layer is selectively dissolved and removed by processing with an alkali developer such as tetramethylammonium hydroxide. Next, dry etching (for example, oxygen reactive ion etching; oxygen RIE) of a gas containing oxygen is performed. At this time, since the silylated layer remaining after the alkali development acts as a mask for oxygen RIE, the exposed portion of the resist film from which the silylated layer has been dissolved and removed is etched away and the resist pattern having the silylated layer on the surface Is formed.

以上、前述した特許文献1の発明において、酸素RIEのマスクとして作用するシリル化層(シリル化パターン)の形成は感光剤を含むレジスト膜表面にシリル化層を形成する工程、パターン露光によりシリル化層に存在する感光剤が分解してアルカリ現像液に可溶な分解生成物を生じさせる工程、アルカリ現像によりシリル化層の露光部を選択的に溶解除去する工程によってなされる。   As described above, in the invention of Patent Document 1 described above, the formation of a silylated layer (silylation pattern) that acts as a mask for oxygen RIE is performed by a step of forming a silylated layer on the surface of a resist film containing a photosensitizer and by pattern exposure. The photosensitizer present in the layer is decomposed to produce a decomposition product soluble in an alkali developer, and the exposed portion of the silylated layer is selectively dissolved and removed by alkali development.

なお、特許文献1の発明にはポリフタル酸アルデヒド(溶解抑止剤)およびオムニウム塩(光酸発生剤)を含む化学増幅型レジストが記載されている。
特許第2549317号
The invention of Patent Document 1 describes a chemically amplified resist containing polyphthalic aldehyde (dissolution inhibitor) and omnium salt (photoacid generator).
Japanese Patent No. 2549317

レジストパターンの解像限界は、光の回折の影響により露光時の光波長の1/2程度と考えられている。このため、微細なレジストパターンを形成するには波長の短い光を使用して露光することが考えられる。しかしながら、短波長化に伴って露光時のレジスト膜に対する焦点深度が浅くなるため、厚いレジスト膜に対する露光マージンが低下してパターン露光に忠実な高精度のレジストパターンの形成が困難になる。このようなことから、レジスト膜を積層構造にした多層レジスト法が提案されているが、レジストパターンを形成するための工程数が増加するという問題があった。   The resolution limit of the resist pattern is considered to be about ½ of the light wavelength during exposure due to the influence of light diffraction. For this reason, in order to form a fine resist pattern, it is conceivable to perform exposure using light having a short wavelength. However, as the wavelength becomes shorter, the depth of focus on the resist film during exposure becomes shallower, so that the exposure margin for a thick resist film is lowered and it becomes difficult to form a highly accurate resist pattern faithful to pattern exposure. For this reason, a multi-layer resist method in which a resist film has a laminated structure has been proposed, but there is a problem that the number of steps for forming a resist pattern increases.

一方、短波長化が進み、真空紫外光を用いるようになるとベースポリマーの光透過性が低下するため、脂環族またはフッ素系ポリマーを用いることが試みられている。しかしながら、このようなポリマーは成膜性、密着性に問題があり、その上材料が高価になる。   On the other hand, when the wavelength is shortened and the vacuum ultraviolet light is used, the light transmittance of the base polymer is lowered. Therefore, an attempt has been made to use an alicyclic or fluorine polymer. However, such a polymer has problems in film formability and adhesion, and the material becomes expensive.

また、短波長化が進むことに伴って使用する光源も高価になるため、マスクを変えるだけで既存のg線、i線露光装置を用いることができる近接場光リソグラフィが提案されている。しかしながら、近接場光はマスク直下にわずかしか発生させることができないため、単層レジストではパターン形成が困難となる。このようなことから、2層レジスト法が提案されているが、凹凸のある下地では2層目のレジストを薄く均一に塗布することが困難となる。   In addition, since the light source to be used becomes more expensive as the wavelength becomes shorter, near-field photolithography capable of using existing g-line and i-line exposure apparatuses by simply changing the mask has been proposed. However, since the near-field light can be generated only slightly under the mask, it is difficult to form a pattern with a single layer resist. For this reason, a two-layer resist method has been proposed, but it is difficult to apply the second-layer resist thinly and uniformly on an uneven base.

本発明は、高解像度、高感度で密着性の優れたレジストパターンの形成方法を提供するものである。   The present invention provides a method for forming a resist pattern having high resolution, high sensitivity and excellent adhesion.

本発明の一態様によると、
被エッチング基板に水酸基を持つポリマーおよび光酸発生剤を含むポジ型の化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をシリコン元素を含む化合物と気相中または液相中で反応させて前記レジスト膜の表面において前記ポリマーをシリル化する工程と、
前記レジスト膜のシリル化されたポリマー層にディープ紫外光、電離放射線または近接場光を選択的に照射して露光する工程と、
前記露光後の前記レジスト膜を水蒸気雰囲気中で加熱して前記レジスト膜表面の露光部においてシリル化されたポリマーを脱シリル化する工程と、
前記レジスト膜を現像して前記露光部を所望深さ選択的に除去する工程と、
シリル化されたポリマー層が残存する未露光部をマスクとして前記露光部に位置するレジスト膜部分をさらに酸素含有ガスを用いたドライエッチングにより除去する工程と
を含むことを特徴とするにレジストパターンの形成方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Forming a positive chemically amplified resist film containing a polymer having a hydroxyl group and a photoacid generator on the substrate to be etched;
Reacting the resist film with a compound containing silicon element in a gas phase or a liquid phase to silylate the polymer on the surface of the resist film;
A step of selectively irradiating the silylated polymer layer of the resist film with deep ultraviolet light, ionizing radiation or near-field light, and exposing;
Heating the resist film after the exposure in a water vapor atmosphere to desilylate the polymer silylated in the exposed portion of the resist film surface;
Developing the resist film to selectively remove the exposed portion to a desired depth;
And a step of removing the resist film portion located in the exposed portion by dry etching using an oxygen-containing gas using the unexposed portion where the silylated polymer layer remains as a mask. A forming method is provided.

本発明に係るレジストパターンの形成方法において、レジストの光透過性が低くなる電離放射線のような波長200nm以下の光源を用いる場合は活性水素を持たない有機溶媒に溶解する脂肪族ポリマーと水酸基を持つ脂肪族ポリマーとの共重合体をベースポリマーとして用いることが好ましい。   In the method for forming a resist pattern according to the present invention, when a light source having a wavelength of 200 nm or less, such as ionizing radiation, which reduces the light transmittance of the resist, an aliphatic polymer and a hydroxyl group that dissolves in an organic solvent not having active hydrogen It is preferable to use a copolymer with an aliphatic polymer as the base polymer.

本発明によれば、水酸基を持つポリマーおよび光酸発生剤を含むポジ型の化学増幅型レジスト膜表面の前記ポリマーをシリル化した後、ディープ紫外光または真空紫外光、軟X線のような電離放射線、あるいは近接場光で露光し、水蒸気加熱を施して選択的にシリル化されたポリマーを選択的に脱シリル化し、露光部のシリル化されたポリマーと未露光部の脱シリル化されたポリマーの現像液に対する溶解度差を利用して前記露光部を選択的に溶解除去して、シリル化されたポリマー層が残存する未露光部を酸素ドライエッチングのマスクとして利用して露光部を選択的にドライエッチングすることによって、deepUV光や真空紫外光、軟X線のような短波長の光、または近接場光を露光源とし、比較的厚さが厚く、かつ露光時のパターンに忠実な高解像度のレジストパターンの形成方法を提供できる。   According to the present invention, after silylating the polymer on the surface of a positive chemically amplified resist film containing a polymer having a hydroxyl group and a photoacid generator, ionization such as deep ultraviolet light, vacuum ultraviolet light, or soft X-rays is performed. Exposed to radiation or near-field light, steam heated to selectively desilylate the selectively silylated polymer, the exposed area silylated polymer and the unexposed area desilylated polymer The exposed portion is selectively dissolved and removed using a difference in solubility in the developer, and the exposed portion is selectively used using the unexposed portion where the silylated polymer layer remains as a mask for oxygen dry etching. By dry etching, deep UV light, vacuum ultraviolet light, short-wavelength light such as soft X-rays, or near-field light is used as an exposure source, and the pattern is relatively thick. It can provide a method of forming a resist pattern faithful high resolution.

以下、本発明に係るレジストパターンの形成方法を詳細に説明する。   Hereinafter, a method for forming a resist pattern according to the present invention will be described in detail.

(第1工程)
まず、被エッチング基板に水酸基を持つポリマーおよび光酸発生剤を含むポジ型の化学増幅型レジストの溶液を塗布し、乾燥することによりレジスト膜を形成する。つづいて、このレジスト膜をシリコン元素を含む化合物と気相中または液相中で反応(シリル化)させて前記レジスト膜表面において前記ポリマーをシリル化する。
(First step)
First, a positive chemically amplified resist solution containing a polymer having a hydroxyl group and a photoacid generator is applied to the substrate to be etched and dried to form a resist film. Subsequently, the resist film is reacted (silylated) with a compound containing silicon element in a gas phase or a liquid phase to silylate the polymer on the resist film surface.

前記被エッチング基板としては、例えばシリコン基板、化合物半導体基板、ガラス基板、またはこれら基板上に各種金属、半導体およびそれらの酸化物、窒化物などの膜を形成した構造のものを挙げることができる。   Examples of the substrate to be etched include a silicon substrate, a compound semiconductor substrate, a glass substrate, or a substrate having a structure in which films of various metals, semiconductors, oxides thereof, nitrides, and the like are formed on these substrates.

前記ポジ型の化学増幅型レジストとしては、例えばノボラック樹脂、ポリビニルフェノール、水酸基を置換基として持つ脂肪族、脂環族のポリマー(例えば、アルコールのポリアクリル酸エステルまたはポリメタクリル酸エステル)、およびこれらを含んだ共重合体やブレンドポリマー等の水酸基を持つポリマーと、トリフェニルスルフォニウム6フッ化アンチモン(TPS−SbF6)、ジフェニルヨウドニウム塩(DPIPF6)等の光酸発生剤とを含む組成を有する。   Examples of the positive chemically amplified resist include novolak resin, polyvinylphenol, aliphatic and alicyclic polymers having a hydroxyl group as a substituent (for example, polyacrylic acid ester or polymethacrylic acid ester of alcohol), and these And a polymer having a hydroxyl group such as a copolymer or a blend polymer containing a photoacid generator such as triphenylsulfonium hexafluoride antimony (TPS-SbF6) or diphenyliodonium salt (DPIPF6). .

特に、後述の露光工程でレジスト膜中を光透過し難い波長200nm以下の光源を用いる場合、前記水酸基を持つポリマーとしては活性水素を持たない有機溶媒に溶解する脂肪族ポリマーと水酸基を持つ脂肪族ポリマーとの共重合体であるポリマーを用いることが好ましい。この共重合体を具体的に例示すると、メタクリル酸メチル(MMA)とメタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)との共重合体、メタクリル酸メチル(MMA)とメタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)との共重合体、メタクリル酸メチル(MMA)とメタクリル酸2−ヒドロキシエトキシエチル(HEtO−EMA)との共重合体等を挙げることができる。前記活性水素を持たない有機溶媒に溶解する脂肪族ポリマーと水酸基を持つ脂肪族ポリマーの共重合比率は、前者の脂肪族ポリマー10〜90モル%、後者の脂肪族ポリマー90〜10モル%、より好ましくは前者の脂肪族ポリマー20〜50モル%、後者の脂肪族ポリマー80〜50モル%にすることが望ましい。
前記化学増幅型レジストの塗布溶媒は、活性水素を持たない有機溶媒を用いることが好ましい。活性水素を持つ有機溶媒を用いると、良好なシリル化反応が進行しなくなる虞がある。この活性水素を持たない有機溶媒としては、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテル(DGM)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチル−3−エトキシプロピルアセテート(EEP)等を挙げることができる。
In particular, when using a light source with a wavelength of 200 nm or less which is difficult to transmit light through the resist film in the exposure process described later, the polymer having a hydroxyl group is an aliphatic polymer dissolved in an organic solvent having no active hydrogen and an aliphatic having a hydroxyl group. It is preferable to use a polymer which is a copolymer with a polymer. Specific examples of this copolymer include a copolymer of methyl methacrylate (MMA) and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), methyl methacrylate (MMA) and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), And a copolymer of methyl methacrylate (MMA) and 2-hydroxyethoxyethyl methacrylate (HEtO-EMA). The copolymerization ratio of the aliphatic polymer dissolved in the organic solvent having no active hydrogen and the aliphatic polymer having a hydroxyl group is 10 to 90 mol% of the former aliphatic polymer, 90 to 10 mol% of the latter aliphatic polymer, Preferably, the former aliphatic polymer is 20 to 50 mol% and the latter aliphatic polymer is 80 to 50 mol%.
As the coating solvent for the chemically amplified resist, an organic solvent having no active hydrogen is preferably used. When an organic solvent having active hydrogen is used, there is a risk that a good silylation reaction will not proceed. Examples of the organic solvent having no active hydrogen include diethylene glycol monomethyl ether (DGM), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and ethyl-3-ethoxypropyl acetate (EEP).

前記気相で用いるシリコン元素を含む化合物(シリル化剤)としては、例えばヘキサメチルジシラザン(HMDS)、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルシクロトリシラザン(HMCTS)、トリメチルシリルジメチルアミン(TMSDMA)、トリメチルシリルジエチルアミン(TMSDEA)、ジメチルシリルジメチルアミン(DMSDMA)、1,1,4,4−テトラメチル−1,4−ビスディシエチレン(TMDDS)、1,2,3,4,5,6−ヘキサメチルシクロトリシラザン(HMCTS)、トリメチルシリルクロライド(TMSC)等を挙げることができる。   Examples of the compound containing silicon element (silylating agent) used in the gas phase include hexamethyldisilazane (HMDS), 1,1,3,3,5,5-hexamethylcyclotrisilazane (HMCS), and trimethylsilyldimethyl. Amine (TMSDMA), trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA), dimethylsilyldimethylamine (DMSDMA), 1,1,4,4-tetramethyl-1,4-bisdiethylene (TMDDS), 1,2,3,4,5 , 6-hexamethylcyclotrisilazane (HMCTS), trimethylsilyl chloride (TMSC) and the like.

前記液相で用いるシリコン元素を含む化合物(シリル化剤)としては、例えばヘキサメチルジシラザン(HMDS)、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルシクロトリシラザン(HMCTS)、ビスジメチルアミノジメチルシラン(B[DMA]DMS)、ビスジメチルアミノメチルシラン(B[DMA]MS)、トリメチルシリルクロライド(TMSC)等を挙げることができる。   Examples of the compound containing silicon element (silylating agent) used in the liquid phase include hexamethyldisilazane (HMDS), 1,1,3,3,5,5-hexamethylcyclotrisilazane (HMCS), and bisdimethyl. Examples thereof include aminodimethylsilane (B [DMA] DMS), bisdimethylaminomethylsilane (B [DMA] MS), and trimethylsilyl chloride (TMSC).

前記液相は、活性水素を持たない有機溶媒をシリル化促進剤として含むことが好ましい。シリル化促進剤として、活性水素を持つ有機溶媒を用いると良好なシリル化反応が進まなくなる虞がある。このシリル化促進剤としては、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテル(DGM)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチル−3−エトキシプロピルアセテート(EEP)等を挙げることができる。   The liquid phase preferably contains an organic solvent having no active hydrogen as a silylation accelerator. If an organic solvent having active hydrogen is used as the silylation accelerator, there is a risk that a good silylation reaction will not proceed. Examples of the silylation accelerator include diethylene glycol monomethyl ether (DGM), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl-3-ethoxypropyl acetate (EEP), and the like.

前記シリコン元素を含む化合物を液相で前記レジスト膜と反応させるには、例えばスプレーする方法、ディッピング法を採用することができる。   In order to react the compound containing silicon element with the resist film in a liquid phase, for example, a spraying method or a dipping method can be employed.

前記レジスト膜表面に形成されるシリル化されたポリマー層の厚さは、特に限定されないが、1μm程度のレジスト膜を用いた場合、100〜200nmにすることが好ましい。ただし、近接場光を光源として用いる場合には、前記シリル化されたポリマー層の厚さは50nm以下にすることが好ましい。   The thickness of the silylated polymer layer formed on the resist film surface is not particularly limited, but when a resist film of about 1 μm is used, it is preferably 100 to 200 nm. However, when near-field light is used as a light source, the thickness of the silylated polymer layer is preferably 50 nm or less.

(第2工程)
前記レジスト膜表面のシリル化されたポリマー層にディープ紫外光(deepUV光)、電離放射線、または近接場光を選択的に照射して露光(パターン露光)した後、このレジスト膜を水蒸気雰囲気中で加熱して前記レジスト膜表面の露光部においてシリル化されたポリマーを脱シリル化する。
(Second step)
After exposing the silylated polymer layer on the resist film surface to deep ultraviolet light (deep UV light), ionizing radiation, or near-field light for exposure (pattern exposure), the resist film is exposed to a water vapor atmosphere. By heating, the silylated polymer in the exposed portion on the resist film surface is desilylated.

前記電離放射線としては、例えば真空紫外光、軟X線、電子線、イオンビーム等を挙げることができる。   Examples of the ionizing radiation include vacuum ultraviolet light, soft X-rays, electron beams, and ion beams.

前記露光において、deepUV光、真空紫外光、軟X線、近接場光はマスクを用いて行うことができるため、生産性を向上させる点で有益である。   In the exposure, deep UV light, vacuum ultraviolet light, soft X-rays, and near-field light can be performed using a mask, which is advantageous in improving productivity.

前記水蒸気雰囲気は、絶対湿度で100g/m3以上にするか、もしくは水蒸気分圧で19934Pa以上にすることが好ましい。 The water vapor atmosphere is preferably 100 g / m 3 or more in absolute humidity or 19934 Pa or more in water vapor partial pressure.

前記加熱(一般的に基板の加熱)は、60〜130℃にすることが好ましい。この加熱温度を60℃未満にすると、前記露光部のシリル化されたポリマーを脱シリル化することが困難になる虞がある。一方、前記加熱温度が130℃を超えると脱シリル化されたポリマーのOH基のHが脱離して−O−を介して架橋が進行し、現像液に対して溶解し難くなる。このため、脱シリル化されたポリマーを有する露光部とシリル化されたポリマーを有する未露光部との間の現像液に対する溶解度差が小さくなる虞がある。   The heating (generally heating the substrate) is preferably 60 to 130 ° C. If the heating temperature is less than 60 ° C., it may be difficult to desilylate the silylated polymer in the exposed area. On the other hand, when the heating temperature exceeds 130 ° C., H of the OH group of the desilylated polymer is eliminated and crosslinking proceeds through —O—, which makes it difficult to dissolve in the developer. For this reason, there exists a possibility that the solubility difference with respect to the developing solution between the exposure part which has a desilylated polymer, and the unexposed part which has a silylated polymer may become small.

(第3工程)
前記水蒸気加熱後のレジスト膜を現像することにより露光部を所望深さ選択的に除去する。つづいて、シリル化されたポリマーが残存する未露光部をエッチングマスクとし、酸素含有ガスを用いたドライエッチングを施して露光部に位置するレジスト膜部分をさらに選択的にエッチング除去することによりレジストパターンを形成する。
(Third step)
The exposed portion is selectively removed to a desired depth by developing the resist film after the steam heating. Subsequently, the resist pattern is formed by further selectively removing the resist film portion located in the exposed portion by performing dry etching using an oxygen-containing gas using the unexposed portion where the silylated polymer remains as an etching mask. Form.

前記現像(例えば湿式現像)により露光部を選択的に溶解除去する際、予めシリル化された表層より深いレジスト膜部分が露出するまでその露光部を溶解除去することが好ましい。   When the exposed portion is selectively dissolved and removed by the development (for example, wet development), it is preferable to dissolve and remove the exposed portion until a resist film portion deeper than the previously silylated surface layer is exposed.

前記湿式現像は、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウムまたはアンモニアを水やアルコールで溶解したアルカリ現像液を用いて行うことができる。現像手段としては、例えばスプレー現像法、ディッピング現像法を採用することができる。   The wet development can be performed using, for example, an alkali developer in which tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, or ammonia is dissolved in water or alcohol. As the developing means, for example, a spray developing method or a dipping developing method can be employed.

前記酸素含有ガスとしては、例えば酸素単独、酸素とアルゴン等の不活性ガスとの混合ガス、または酸素とCO,CO2,NH3,N2O,SO2などのガスとの混合ガス等を用いることができる。 Examples of the oxygen-containing gas include oxygen alone, a mixed gas of oxygen and an inert gas such as argon, or a mixed gas of oxygen and a gas such as CO, CO 2 , NH 3 , N 2 O, and SO 2. Can be used.

前記酸素含有ガスを用いたドライエッチングとしては、例えば酸素をプラズマ化した雰囲気で行う酸素プラズマエッチング、または平行平板電極間で酸素をプラズマ化するとともに一方の電極に設置したレジスト膜を有する被エッチング基板に向けて酸素イオンを加速させてエッチングを行う酸素リアクティブイオンエッチング(酸素RIE)を採用することができる。   As the dry etching using the oxygen-containing gas, for example, oxygen plasma etching performed in an atmosphere in which oxygen is converted into plasma, or a substrate to be etched having a resist film disposed on one electrode while oxygen is converted into plasma between parallel plate electrodes Oxygen reactive ion etching (oxygen RIE) in which etching is performed by accelerating oxygen ions toward the surface can be employed.

以上説明した本発明によれば、単一のポジ型の化学増幅型レジストおよびdeepUV光や電離放射線(例えば真空紫外光、軟X線)、のような短波長光、または近接場光を露光源として用いることによって、比較的厚さが厚くかつ高解像度のレジストパターンを形成することができる。   According to the present invention described above, a single positive chemically amplified resist and short wavelength light such as deep UV light or ionizing radiation (for example, vacuum ultraviolet light, soft X-ray), or near-field light is used as an exposure source. As a result, a resist pattern having a relatively large thickness and a high resolution can be formed.

以下、ポリビニルフェノール(ポリマー)およびジフェニルヨウドニウム塩(光酸発生剤)を含む組成のポジ型の化学増幅型レジストを例にして本発明方法の作用を具体的に説明する。   Hereinafter, the operation of the method of the present invention will be specifically described by taking as an example a positive chemically amplified resist having a composition containing polyvinylphenol (polymer) and diphenyliodonium salt (photoacid generator).

被エッチング基板に形成された化学増幅型レジスト膜をシリコン元素を含む化合物(例えばヘキサメチルジシラザン)と気相中で反応(シリル化)させると、下記化1に示すようにポリビニルフェノールの−OH基のHが脱離して−O−にトリメチルシランが結合し、レジスト膜表面のポリマーがシリル化される。この時、化学増幅型レジストを用いることによって、レジスト膜の厚さ方向に亘るシリル化部/未シリル化部の境界のコントラストを大きくする、つまり明確な境界を形成することが可能になる。   When the chemically amplified resist film formed on the substrate to be etched is reacted (silylated) with a compound containing silicon element (for example, hexamethyldisilazane) in a gas phase, as shown in the following chemical formula 1, -OH of polyvinylphenol The group H is eliminated and trimethylsilane is bonded to -O-, and the polymer on the resist film surface is silylated. At this time, by using the chemically amplified resist, it becomes possible to increase the contrast of the boundary between the silylated portion / unsilylated portion in the thickness direction of the resist film, that is, to form a clear boundary.

前記レジスト膜に例えばdeepUV光や近接場光をマスクを通してパターン露光すると、下記化1に示すように露光部においてレジスト膜中の光酸発生剤が分解されて酸が発生する。パターン露光後に水蒸気雰囲気中で加熱すると、露光部において下記化1に示すように発生した酸が熱と水蒸気の助けを借りて前記ポリビニルフェノールの−O−に結合されたトリメチルシランに作用して脱シリル化がなされるとともに、トリメチルシラノールが脱離される。つまり、露光部において既にシリル化されたポリマーが元のポリビニフェノールの化学構造に変化する。このような露光部での脱シリル化により露光部とシリル化されたポリマーが残存する未露光部と間に大きな現像液に対する溶解度差が生じる、つまり露光部が溶解し易い状態に化学構造変化がなされる。

Figure 2006071913
When the resist film is subjected to pattern exposure through, for example, deep UV light or near-field light through a mask, the photoacid generator in the resist film is decomposed and acid is generated in the exposed portion as shown in Chemical Formula 1 below. When heated in a water vapor atmosphere after pattern exposure, the acid generated in the exposed area as shown in the following chemical formula 1 acts on trimethylsilane bonded to -O- of the polyvinylphenol with the help of heat and water vapor to remove it. Silylation is performed and trimethylsilanol is eliminated. That is, the already silylated polymer in the exposed area changes to the original polyvinylphenol chemical structure. Due to such desilylation in the exposed area, a large difference in solubility occurs in the developing solution between the exposed area and the unexposed area where the silylated polymer remains, that is, the chemical structure changes so that the exposed area is easily dissolved. Made.
Figure 2006071913

前記脱シリル化後に例えば水酸化テトラメチルアンモニウムのような現像液で湿式現像することにより露光部を選択的に所望深さ(好ましくはシリル化された層に相当する深さ)溶解除去する。この後、酸素含有ガスを用いたドライエッチングを施すことにより、シリル化されたポリマーが残存する未露光部がエッチングマスクとして作用し、このマスクから露出するレジスト膜部分が選択的にエッチング除去されてレジストパターンを形成することができる。   After the desilylation, the exposed portion is selectively removed to a desired depth (preferably a depth corresponding to the silylated layer) by wet development with a developer such as tetramethylammonium hydroxide. Thereafter, by performing dry etching using an oxygen-containing gas, the unexposed portion where the silylated polymer remains acts as an etching mask, and the resist film portion exposed from the mask is selectively etched away. A resist pattern can be formed.

このようなレジストパターンの形成において、脱シリル化後に湿式現像して露光部を所望深さ(好ましくはシリル化された層に相当する深さ)選択的に溶解除去することが必要である。これは、脱シリル化後に湿式現像を行わずに酸素含有ガスを用いたドライエッチングを施すと、脱シリル化されたポリマーを有する露光部とシリル化されたポリマーが残存する未露光部とのエッチング選択比を十分にとることが困難になるからである。   In forming such a resist pattern, it is necessary to selectively dissolve and remove the exposed portion to a desired depth (preferably a depth corresponding to the silylated layer) by wet development after desilylation. This is because when dry etching is performed using an oxygen-containing gas without performing wet development after desilylation, etching is performed between an exposed portion having a desilylated polymer and an unexposed portion in which the silylated polymer remains. This is because it becomes difficult to obtain a sufficient selection ratio.

事実、前記酸素含有ガスを用いたドライエッチング(例えば酸素RIE)によるエッチング時間に対するシリル化されたポリマーが表面に存在するレジスト膜および未シリル化ポリマーが表面に存在するレジスト膜のエッチング深さを図1に示す。なお、図1中のaは未シリル化ポリマーが表面に存在するレジスト膜のエッチング特性線、bはシリル化されたポリマーが表面に存在するレジスト膜のエッチング特性線である。この図1からエッチング時間を約20分間から約40分間に設定することによりシリル化されたポリマーが表面に存在する層がエッチングにより消滅することなくエッチングマスクとして作用し、露光部に位置する厚さ1μm(1000nm)程度の未シリル化されたレジスト膜をエッチング除去できることがわかる。つまり、酸素RIEにおいてシリル化されたポリマーが残存する未露光部は十分なエッチングマージンを取ることができる。   In fact, the etching depth of the resist film in which the silylated polymer exists on the surface and the resist film in which the unsilylated polymer exists on the surface with respect to the etching time by dry etching (for example, oxygen RIE) using the oxygen-containing gas is illustrated. It is shown in 1. In FIG. 1, a is an etching characteristic line of a resist film having an unsilylated polymer on the surface, and b is an etching characteristic line of a resist film having a silylated polymer on the surface. From FIG. 1, by setting the etching time from about 20 minutes to about 40 minutes, the layer where the silylated polymer exists on the surface acts as an etching mask without disappearing by etching, and the thickness located at the exposed portion. It can be seen that an unsilylated resist film of about 1 μm (1000 nm) can be removed by etching. That is, a sufficient etching margin can be taken in an unexposed portion where a polymer silylated in oxygen RIE remains.

したがって、本発明によれば単一のポジ型の化学増幅型レジストからdeepUV光や電子線のような短波長の光、近接場光を露光源として用いることによって、比較的厚さが厚く、かつ露光時のパターンに忠実な高解像度のレジストパターンを形成することができる。   Therefore, according to the present invention, by using short-wavelength light such as deep UV light or electron beam, or near-field light as an exposure source from a single positive-type chemically amplified resist, A high-resolution resist pattern that is faithful to the pattern at the time of exposure can be formed.

なお、前記パターン露光後に単に加熱処理する(乾燥雰囲気で加熱処理する)と、ポリマーの−O−に結合されたトリメチルシラン基とH基の置換反応(脱シリル化反応)が十分になされず、ポリマーが−O−を介して架橋反応を生じ、露光部の現像液に対する溶解性が低下する。その結果、高解像度のレジストパターンの形成が困難になる。   In addition, if the heat treatment is simply performed after the pattern exposure (heat treatment in a dry atmosphere), the substitution reaction (desilylation reaction) of the trimethylsilane group and H group bonded to —O— of the polymer is not sufficient, The polymer undergoes a cross-linking reaction through —O—, and the solubility of the exposed portion in the developer is lowered. As a result, it becomes difficult to form a high-resolution resist pattern.

以下、本発明の好ましい実施例を図2および図3を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

(実施例1)
まず、ポリビニルフェノール(ポリマー)およびジフェニルヨウドニウム塩(光酸発生剤)をジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解してポジ型の化学増幅型レジスト溶液を調製した。つづいて、このレジスト溶液を図2の(A)に示すように基板1上に塗布し、乾燥して厚さ1μmのポジ型レジスト膜2を形成した。この後、前記レジスト膜を70℃、10分間ベークした。
Example 1
First, polyvinylphenol (polymer) and diphenyliodonium salt (photoacid generator) were dissolved in diethylene glycol dimethyl ether to prepare a positive chemically amplified resist solution. Subsequently, this resist solution was applied onto the substrate 1 as shown in FIG. 2A and dried to form a positive resist film 2 having a thickness of 1 μm. Thereafter, the resist film was baked at 70 ° C. for 10 minutes.

プレート状ヒータを内蔵し、外周にヒータが配置された排気部を有するチャンバを用意し、このチャンバ内のプレート状ヒータ上に前記レジスト膜被覆基板を設置した。つづいて、前記ヒータおよびプレート状ヒータを加熱して前記チャンバ内および前記基板をそれぞれ70℃に加熱し、前記排気部を通して前記チャンバ内を真空排気した後、シリコン含有化合物であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)を前記チャンバ内に85〜100mTorrになるまで導入した。前記レジスト膜を20〜40分間HMDSの雰囲気に曝してそのレジスト膜表面でHMDSと反応させることにより、図2の(B)に示すようにレジスト膜2表面にポリビニルフェノールがシリル化された厚さ50〜80nmのシリル化層3を形成した。   A chamber having a built-in plate-shaped heater and having an exhaust portion with a heater arranged on the outer periphery was prepared, and the resist film-coated substrate was placed on the plate-shaped heater in the chamber. Subsequently, the heater and the plate heater are heated to heat the inside of the chamber and the substrate to 70 ° C., respectively, and the inside of the chamber is evacuated through the exhaust section. Then, hexamethyldisilazane (silicon-containing compound) HMDS) was introduced into the chamber until it reached 85-100 mTorr. The resist film is exposed to an atmosphere of HMDS for 20 to 40 minutes and reacted with HMDS on the resist film surface, whereby the thickness of the polyvinyl phenol silylated on the resist film 2 surface as shown in FIG. A silylated layer 3 of 50 to 80 nm was formed.

次いで、前記基板を前記チャンバから取出し、図2の(C)に示すようにこの基板1上のレジスト膜のシリル化層3にdeepUV光を露光用マスク4を通して7mJ/cm2の露光量でパターン露光を行った。この時、前記シリル化層3の露光部に存在する光酸発生剤から酸が発生して酸発生部5が前記レジスト膜2に形成された。つづいて、このレジスト膜を80〜130℃、水蒸気雰囲気(絶対湿度130g/m3以上)下で5〜20分間加熱処理することにより、図3の(D)に示すように露光部である酸発生部を脱シリル化して脱シリル化層6を形成した。 Next, the substrate is taken out from the chamber, and as shown in FIG. 2C, deep UV light is patterned on the silylated layer 3 of the resist film on the substrate 1 through the exposure mask 4 at an exposure amount of 7 mJ / cm 2. Exposure was performed. At this time, an acid was generated from the photoacid generator present in the exposed portion of the silylated layer 3 to form the acid generating portion 5 on the resist film 2. Subsequently, the resist film is heat-treated at 80 to 130 ° C. in a water vapor atmosphere (absolute humidity of 130 g / m 3 or more) for 5 to 20 minutes, thereby forming an acid as an exposed portion as shown in FIG. The generation part was desilylated to form a desilylated layer 6.

次いで、前記レジスト膜を1.5〜2.0%濃度の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で現像処理することにより脱シリル化層6を選択的に溶解除去することにより露光部が除去された。この時、図3の(E)に示すようにシリル化されたポリマーが残存する未露光部7間の溶解部8の段差は300nmより小さかった。つづいて、酸素をプラズマ化し、その酸素イオンを加速させる酸素リアクティブイオンエッチングを施した。この時、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7が酸素RIEのマスクとして作用するため、前記脱シリル化層が溶解除去されたレジスト膜2の露光部がエッチング除去されて図3の(F)に示すようにレジストパターン9が形成された。   Next, the exposed portion was removed by selectively dissolving and removing the desilylated layer 6 by developing the resist film with an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution having a concentration of 1.5 to 2.0%. At this time, as shown in FIG. 3E, the level difference of the dissolved portion 8 between the unexposed portions 7 where the silylated polymer remains was smaller than 300 nm. Subsequently, oxygen reactive ion etching was performed to convert oxygen into plasma and accelerate the oxygen ions. At this time, since the unexposed portion 7 where the silylated polymer remains acts as a mask for oxygen RIE, the exposed portion of the resist film 2 from which the desilylated layer has been dissolved and removed is etched away, as shown in FIG. As shown in F), a resist pattern 9 was formed.

得られたレジストパターンは、露光時のパターンに忠実な高解像度を有するものであった。   The obtained resist pattern had high resolution faithful to the pattern at the time of exposure.

また、シリル化層を有するレジスト膜をdeepUV光でパターン露光するに際し、7mJ/cm2の露光量で現像後のレジスト膜溶解部の段差を300nm以下とすることができるため、通常のエキシマレジストの感度(10〜20mJ/cm2)に比較しても十分な感度を有するものであった。 In addition, when a resist film having a silylated layer is subjected to pattern exposure with deep UV light, the step of the resist film dissolution portion after development can be reduced to 300 nm or less with an exposure amount of 7 mJ / cm 2 . Even when compared with the sensitivity (10 to 20 mJ / cm 2 ), the sensitivity was sufficient.

(実施例2)
まず、ポリビニルフェノール(ポリマー)およびトリフェニルスルホニウム塩(光酸発生剤)をジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解してポジ型の化学増幅型レジスト溶液を調製した。つづいて、このレジスト溶液を前述した図2の(A)と同様、基板1上に塗布し、乾燥して厚さ1μmのポジ型レジスト膜2を形成した。この後、前記レジスト膜を70℃、10分間ベークした。
(Example 2)
First, a positive chemically amplified resist solution was prepared by dissolving polyvinylphenol (polymer) and triphenylsulfonium salt (photoacid generator) in diethylene glycol dimethyl ether. Subsequently, the resist solution was applied onto the substrate 1 and dried to form a positive resist film 2 having a thickness of 1 μm, as in FIG. Thereafter, the resist film was baked at 70 ° C. for 10 minutes.

シリコン含有化合物であるヘキサメチルシクロシリシラザン(HMCTS)、ジエチレングリコールジメチルエーテルおよびn−デカンからなるシリル化溶液に前記レジスト膜を有する基板を2分間浸漬し、そのレジスト膜表面でHMCTSと反応させた後、n−デカン中で4分間ずつ2回リンスすることにより、前述した図2の(B)と同様、レジスト膜2表面にポリビニルフェノールがシリル化された厚さ100〜210nmのシリル化層3を形成した。なお、前記シリル化操作は乾燥窒素が満たされたドライボックス中で実施した。   After immersing the substrate having the resist film in a silylation solution composed of silicon-containing compound hexamethylcyclosilylsilazane (HMCTS), diethylene glycol dimethyl ether and n-decane for 2 minutes and reacting with the HMCTS on the resist film surface, By rinsing twice in n-decane for 4 minutes each, a silylated layer 3 having a thickness of 100 to 210 nm in which polyvinylphenol is silylated is formed on the surface of the resist film 2 as in FIG. did. The silylation operation was performed in a dry box filled with dry nitrogen.

次いで、前記基板を前記ドライボックスから取出し、前述した図2の(C)と同様、この基板1上のレジスト膜のシリル化層3にdeepUV光を露光用マスク4を通して5mJ/cm2の露光量でパターン露光を行った。この時、前記シリル化層3の露光部に存在する光酸発生剤から酸が発生して酸発生部5が前記レジスト膜2に形成された。つづいて、このレジスト膜を120℃、水蒸気雰囲気(絶対湿度130g/m3以上)下で5〜20分間加熱処理することにより、前述した図3の(D)と同様、露光部である酸発生部を脱シリル化して脱シリル化層6を形成した。 Next, the substrate is taken out of the dry box, and in the same manner as in FIG. 2C, the exposure amount of 5 mJ / cm 2 is passed through deep UV light through the exposure mask 4 to the silylated layer 3 of the resist film on the substrate 1. Then, pattern exposure was performed. At this time, an acid was generated from the photoacid generator present in the exposed portion of the silylated layer 3 to form the acid generating portion 5 on the resist film 2. Subsequently, the resist film is heat-treated at 120 ° C. under a water vapor atmosphere (absolute humidity of 130 g / m 3 or more) for 5 to 20 minutes, thereby generating an acid which is an exposed portion as in FIG. The portion was desilylated to form a desilylated layer 6.

次いで、前記レジスト膜を1.5〜2.0%濃度の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で現像処理することにより脱シリル化層6を選択的に溶解除去することにより露光部が除去された。この時、前述した図3の(E)と同様、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7間の溶解部8の段差は200nmであった。つづいて、酸素をプラズマ化し、その酸素イオンを加速させる酸素リアクティブイオンエッチングを施した。この時、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7が酸素RIEのマスクとして作用するため、前記脱シリル化層が溶解除去されたレジスト膜2の露光部がエッチング除去されて前述した図3の(F)と同様、レジストパターン9が形成された。   Next, the exposed portion was removed by selectively dissolving and removing the desilylated layer 6 by developing the resist film with an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution having a concentration of 1.5 to 2.0%. At this time, as in the case of (E) in FIG. 3 described above, the level difference of the dissolved portion 8 between the unexposed portions 7 where the silylated polymer remained was 200 nm. Subsequently, oxygen reactive ion etching was performed to convert oxygen into plasma and accelerate the oxygen ions. At this time, since the unexposed portion 7 where the silylated polymer remains functions as a mask for oxygen RIE, the exposed portion of the resist film 2 from which the desilylated layer has been dissolved and removed is etched away, and the above-described FIG. As in (F), a resist pattern 9 was formed.

得られたレジストパターンは、露光時のパターンに忠実な高解像度を有し、かつ電子素子基板をドライエッチングで加工するのに必要な十分な耐性と1μm以上の厚さを有するものであった。   The obtained resist pattern had high resolution faithful to the pattern at the time of exposure, and had sufficient resistance necessary for processing the electronic element substrate by dry etching and a thickness of 1 μm or more.

(実施例3)
まず、ポリビニルフェノール(ポリマー)およびトリフェニルスルホニウム塩(光酸発生剤)をジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解してポジ型の化学増幅型レジスト溶液を調製した。つづいて、このレジスト溶液を前述した図2の(A)と同様、基板1上に塗布し、乾燥して厚さ1μmのポジ型レジスト膜2を形成した。この後、前記レジスト膜を70℃、10分間ベークした。
(Example 3)
First, a positive chemically amplified resist solution was prepared by dissolving polyvinylphenol (polymer) and triphenylsulfonium salt (photoacid generator) in diethylene glycol dimethyl ether. Subsequently, the resist solution was applied onto the substrate 1 and dried to form a positive resist film 2 having a thickness of 1 μm, as in FIG. Thereafter, the resist film was baked at 70 ° C. for 10 minutes.

シリコン含有化合物であるテトラメチルジシラザン(TMDS)、ジエチレングリコールジメチルエーテルおよびn−デカンからなるシリル化溶液に前記レジスト膜を有する基板を2分間浸漬し、そのレジスト膜表面で前記TMDSと反応させた後、n−デカン中で4分間ずつ2回リンスすることにより、前述した図2の(B)と同様、レジスト膜2表面にポリビニルフェノールがシリル化された厚さ100〜250nmのシリル化層3を形成した。なお、前記シリル化操作は乾燥窒素が満たされたドライボックス中で実施した。   After immersing the substrate having the resist film in a silylation solution consisting of silicon-containing compound tetramethyldisilazane (TMDS), diethylene glycol dimethyl ether and n-decane for 2 minutes and reacting with the TMDS on the resist film surface, By rinsing twice for 4 minutes each in n-decane, a silylated layer 3 having a thickness of 100 to 250 nm in which polyvinylphenol is silylated is formed on the surface of the resist film 2 in the same manner as in FIG. did. The silylation operation was performed in a dry box filled with dry nitrogen.

次いで、前記基板を前記ドライボックスから取出し、前述した図2の(C)と同様、この基板1上のレジスト膜のシリル化層3にdeepUV光を露光用マスク4を通して5mJ/cm2の露光量でパターン露光を行った。この時、前記シリル化層3の露光部に存在する光酸発生剤から酸が発生して酸発生部5が前記レジスト膜2に形成された。つづいて、このレジスト膜を120℃、水蒸気雰囲気(絶対湿度130g/m3以上)下で5〜20分間加熱処理することにより、前述した図3の(D)と同様、露光部である酸発生部を脱シリル化して脱シリル化層6を形成した。 Next, the substrate is taken out of the dry box, and in the same manner as in FIG. 2C, the exposure amount of 5 mJ / cm 2 is passed through deep UV light through the exposure mask 4 to the silylated layer 3 of the resist film on the substrate 1. Then, pattern exposure was performed. At this time, an acid was generated from the photoacid generator present in the exposed portion of the silylated layer 3 to form the acid generating portion 5 on the resist film 2. Subsequently, the resist film is heat-treated at 120 ° C. under a water vapor atmosphere (absolute humidity of 130 g / m 3 or more) for 5 to 20 minutes, thereby generating an acid which is an exposed portion as in FIG. The portion was desilylated to form a desilylated layer 6.

次いで、前記レジスト膜を1.5〜2.0%濃度の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で現像処理することにより脱シリル化層6を選択的に溶解除去することにより露光部が除去された。この時、前述した図3の(E)と同様、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7間の溶解部8の段差は200nmであった。つづいて、酸素をプラズマ化し、その酸素イオンを加速させる酸素リアクティブイオンエッチングを施した。この時、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7が酸素RIEのマスクとして作用するため、前記脱シリル化層が溶解除去されたレジスト膜2の露光部がエッチング除去されて前述した図3の(F)と同様、レジストパターン9が形成された。   Next, the exposed portion was removed by selectively dissolving and removing the desilylated layer 6 by developing the resist film with an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution having a concentration of 1.5 to 2.0%. At this time, as in the case of (E) in FIG. 3 described above, the level difference of the dissolved portion 8 between the unexposed portions 7 where the silylated polymer remained was 200 nm. Subsequently, oxygen reactive ion etching was performed to convert oxygen into plasma and accelerate the oxygen ions. At this time, since the unexposed portion 7 where the silylated polymer remains functions as a mask for oxygen RIE, the exposed portion of the resist film 2 from which the desilylated layer has been dissolved and removed is etched away, and the above-described FIG. As in (F), a resist pattern 9 was formed.

得られたレジストパターンは、露光時のパターンに忠実な高解像度を有し、かつ電子素子基板をドライエッチングで加工するのに必要な十分な耐性と1μm以上の厚さを有するものであった。   The obtained resist pattern had high resolution faithful to the pattern at the time of exposure, and had sufficient resistance necessary for processing the electronic element substrate by dry etching and a thickness of 1 μm or more.

なお、シリル化工程でヘキサメチルシクロシリシラザン(HMCTS)を用いる実施例2では酸素リアクティブイオンエッチングの後に残渣を生じる傾向がある。これは、HMCTSでは構造中のSiに2つの窒素原子(N)が結合されているため、ポリビニルフェノール分子鎖同士を架橋させてしまい、湿式現像され難くなるものと考えられる。これに対し、実施例3ではシリル化工程で用いるテトラメチルジシラザン(TMDS)が構造中のSiに1つの窒素原子(N)のみが結合されて、架橋反応が生じないことから、パターニング特性が向上するものと考えられる。   In Example 2 in which hexamethylcyclosiliclazane (HMCTS) is used in the silylation process, a residue tends to be generated after oxygen reactive ion etching. In HMCTS, since two nitrogen atoms (N) are bonded to Si in the structure, it is considered that polyvinylphenol molecular chains are cross-linked with each other and are not easily wet-developed. On the other hand, in Example 3, since tetramethyldisilazane (TMDS) used in the silylation process is bonded with only one nitrogen atom (N) to Si in the structure, and no cross-linking reaction occurs, patterning characteristics are improved. It is thought to improve.

(実施例4)
まず、脂肪族ポリマーであるメタクリル酸メチルとメタクリル酸2−ヒドロキシエチルとの共重合体およびジフェニルヨウドニウム塩(光酸発生剤)をジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解してポジ型の化学増幅型レジスト溶液を調製した。つづいて、このレジスト溶液を前述した図2の(A)と同様、基板1上に塗布し、乾燥して厚さ1μmのポジ型レジスト膜2を形成した。この後、前記レジスト膜を70℃、10分間ベークした。
Example 4
First, a positive chemically amplified resist solution is prepared by dissolving a copolymer of an aliphatic polymer, methyl methacrylate and 2-hydroxyethyl methacrylate, and diphenyliodonium salt (photoacid generator) in diethylene glycol dimethyl ether. did. Subsequently, the resist solution was applied onto the substrate 1 and dried to form a positive resist film 2 having a thickness of 1 μm, as in FIG. Thereafter, the resist film was baked at 70 ° C. for 10 minutes.

シリコン含有化合物であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)、ジエチレングリコールジメチルエーテルおよびn−デカンからなる110℃に加熱されたシリル化溶液に前記レジスト膜を有する基板を5分間浸漬し、そのレジスト膜表面でHMDSと反応させた後、n−デカン中で4分間ずつ2回リンスすることにより、前述した図2の(B)と同様、レジスト膜2表面にメタクリル酸メチルとメタクリル酸2−ヒドロキシエチルとの共重合体がシリル化された厚さ200nmのシリル化層3を形成した。なお、前記シリル化操作は乾燥窒素が満たされたドライボックス中で実施した。   The substrate having the resist film is immersed in a silylation solution heated to 110 ° C. composed of silicon-containing compound hexamethyldisilazane (HMDS), diethylene glycol dimethyl ether and n-decane for 5 minutes. After the reaction, by rinsing twice for 4 minutes each in n-decane, the same weight of methyl methacrylate and 2-hydroxyethyl methacrylate is formed on the surface of the resist film 2 as in FIG. A silylated layer 3 having a thickness of 200 nm in which the coalescence was silylated was formed. The silylation operation was performed in a dry box filled with dry nitrogen.

次いで、前記基板を前記ドライボックスから取出し、前述した図2の(C)と同様、この基板1上のレジスト膜のシリル化層3に真空紫外光を露光用マスク4を通して5mJ/cm2の露光量でパターン露光を行った。この時、前記シリル化層3の露光部に存在する光酸発生剤から酸が発生して酸発生部5が前記レジスト膜2に形成された。つづいて、このレジスト膜を120℃、水蒸気雰囲気(絶対湿度130g/m3以上)下で5〜20分間加熱処理することにより、前述した図3の(D)と同様、露光部である酸発生部を脱シリル化して脱シリル化層6を形成した。 Next, the substrate is taken out of the dry box, and similarly to the case of FIG. 2C described above, vacuum ultraviolet light is exposed to the silylated layer 3 of the resist film on the substrate 1 through the exposure mask 4 at an exposure of 5 mJ / cm 2 . Pattern exposure was performed in the amount. At this time, an acid was generated from the photoacid generator present in the exposed portion of the silylated layer 3 to form the acid generating portion 5 on the resist film 2. Subsequently, the resist film is heat-treated at 120 ° C. under a water vapor atmosphere (absolute humidity of 130 g / m 3 or more) for 5 to 20 minutes, thereby generating an acid which is an exposed portion as in FIG. The portion was desilylated to form a desilylated layer 6.

次いで、前記レジスト膜を1.5〜2.0%濃度の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で現像処理することにより脱シリル化層6を選択的に溶解除去することにより露光部が除去された。この時、前述した図3の(E)と同様、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7間の溶解部8の段差は200nmであった。つづいて、酸素をプラズマ化し、その酸素イオンを加速させる酸素リアクティブイオンエッチングを施した。この時、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7が酸素RIEのマスクとして作用するため、前記脱シリル化層が溶解除去されたレジスト膜2の露光部がエッチング除去されて前述した図3の(F)と同様、レジストパターン9が形成された。   Next, the exposed portion was removed by selectively dissolving and removing the desilylated layer 6 by developing the resist film with an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution having a concentration of 1.5 to 2.0%. At this time, as in the case of (E) in FIG. 3 described above, the level difference of the dissolved portion 8 between the unexposed portions 7 where the silylated polymer remained was 200 nm. Subsequently, oxygen reactive ion etching was performed to convert oxygen into plasma and accelerate the oxygen ions. At this time, since the unexposed portion 7 where the silylated polymer remains functions as a mask for oxygen RIE, the exposed portion of the resist film 2 from which the desilylated layer has been dissolved and removed is etched away, and the above-described FIG. As in (F), a resist pattern 9 was formed.

得られたレジストパターンは、露光時のパターンに忠実な高解像度を有し、かつ電子素子基板をドライエッチングで加工するのに必要な十分な耐性と1μm以上の厚さを有するものであった。また成膜性、密着性についても問題がなかった。   The obtained resist pattern had high resolution faithful to the pattern at the time of exposure, and had sufficient resistance necessary for processing the electronic element substrate by dry etching and a thickness of 1 μm or more. Moreover, there was no problem about film forming property and adhesiveness.

(実施例5)
まず、ポリビニルフェノール(ポリマー)およびトリフェニルスルホニウム塩(光酸発生剤)をジエチレングリコールジメチルエーテルに溶解してポジ型の化学増幅型レジスト溶液を調製した。つづいて、このレジスト溶液を前述した図2の(A)と同様、基板1上に塗布し、乾燥して厚さ1μmのポジ型レジスト膜2を形成した。この後、前記レジスト膜を70℃、10分間ベークした。
(Example 5)
First, a positive chemically amplified resist solution was prepared by dissolving polyvinylphenol (polymer) and triphenylsulfonium salt (photoacid generator) in diethylene glycol dimethyl ether. Subsequently, the resist solution was applied onto the substrate 1 and dried to form a positive resist film 2 having a thickness of 1 μm, as in FIG. Thereafter, the resist film was baked at 70 ° C. for 10 minutes.

シリコン含有化合物であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)30%、シリル化促進剤としてジエチレングリコールジメチルエーテル1.5%およびn−デカンからなる110℃に加熱されたシリル化溶液に前記レジスト膜を有する基板を1分間浸漬し、そのレジスト膜表面でHMDSと反応させた後、n−デカン中で1分間ずつ2回リンスすることにより、前述した図2の(B)と同様、レジスト膜2表面にメタクリル酸メチルとメタクリル酸2−ヒドロキシエチルとの共重合体がシリル化された厚さ50nmのシリル化層3を形成した。なお、前記シリル化操作は乾燥窒素が満たされたドライボックス中で実施した。   A substrate having the resist film in a silylation solution heated to 110 ° C. composed of 30% of hexamethyldisilazane (HMDS) which is a silicon-containing compound, 1.5% of diethylene glycol dimethyl ether as a silylation accelerator and n-decane is 1 After immersing for a minute and reacting with HMDS on the surface of the resist film, rinsing twice in n-decane for 1 minute each to form methyl methacrylate on the surface of the resist film 2 as in FIG. A silylated layer 3 having a thickness of 50 nm in which a copolymer of 2-hydroxyethyl methacrylate was silylated was formed. The silylation operation was performed in a dry box filled with dry nitrogen.

次いで、前記基板を前記ドライボックスから取出し、前述した図2の(C)と同様、この基板1上のレジスト膜のシリル化層3に近接場光を露光用マスク4を通して5mJ/cm2の露光量でパターン露光を行った。この時、前記シリル化層3の露光部に存在する光酸発生剤から酸が発生して酸発生部5が前記レジスト膜2に形成された。つづいて、このレジスト膜を120℃、水蒸気雰囲気(絶対湿度130g/m3以上)下で5〜20分間加熱処理することにより、前述した図3の(D)と同様、露光部である酸発生部を脱シリル化して脱シリル化層6を形成した。 Next, the substrate is taken out of the dry box, and, as in the case of FIG. 2C, the near-field light is exposed to the silylated layer 3 of the resist film on the substrate 1 through the exposure mask 4 at an exposure of 5 mJ / cm 2 . Pattern exposure was performed in the amount. At this time, an acid was generated from the photoacid generator present in the exposed portion of the silylated layer 3 to form the acid generating portion 5 on the resist film 2. Subsequently, the resist film is heat-treated at 120 ° C. under a water vapor atmosphere (absolute humidity of 130 g / m 3 or more) for 5 to 20 minutes, thereby generating an acid which is an exposed portion as in FIG. The portion was desilylated to form a desilylated layer 6.

次いで、前記レジスト膜を1.5〜2.0%濃度の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で現像処理することにより脱シリル化層6を選択的に溶解除去することにより露光部が除去された。この時、前述した図3の(E)と同様、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7間の溶解部8の段差は50nmであった。つづいて、酸素をプラズマ化し、その酸素イオンを加速させる酸素リアクティブイオンエッチングを施した。この時、シリル化されたポリマーが残存する未露光部7が酸素RIEのマスクとして作用するため、前記脱シリル化層が溶解除去されたレジスト膜2の露光部がエッチング除去されて前述した図3の(F)と同様、レジストパターン9が形成された。   Next, the exposed portion was removed by selectively dissolving and removing the desilylated layer 6 by developing the resist film with an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution having a concentration of 1.5 to 2.0%. At this time, as in the case of FIG. 3E described above, the level difference of the dissolved portion 8 between the unexposed portions 7 where the silylated polymer remained was 50 nm. Subsequently, oxygen reactive ion etching was performed to convert oxygen into plasma and accelerate the oxygen ions. At this time, since the unexposed portion 7 where the silylated polymer remains functions as a mask for oxygen RIE, the exposed portion of the resist film 2 from which the desilylated layer has been dissolved and removed is etched away, and the above-described FIG. As in (F), a resist pattern 9 was formed.

得られたレジストパターンは、露光時のパターンに忠実な高解像度を有し、かつ電子素子基板をドライエッチングで加工するのに必要な十分な耐性と1μm以上の厚さを有するものであった。また成膜性、密着性についても問題がなかった。   The obtained resist pattern had high resolution faithful to the pattern at the time of exposure, and had sufficient resistance necessary for processing the electronic element substrate by dry etching and a thickness of 1 μm or more. Moreover, there was no problem about film forming property and adhesiveness.

前述した実施例4、5において、液相中でのシリル化の代わりに気相中でのシリル化を行っても、それら実施例と同様、露光時のパターンに忠実な高解像度を有し、かつ電子素子基板をドライエッチングで加工するのに必要な十分な耐性と1μm以上の厚さを有するレジストパターンを形成することができる。   In Examples 4 and 5 described above, even when silylation in the gas phase is performed instead of silylation in the liquid phase, the high resolution faithful to the pattern at the time of exposure is obtained, as in these examples. In addition, it is possible to form a resist pattern having sufficient resistance necessary for processing the electronic element substrate by dry etching and a thickness of 1 μm or more.

酸素含有ガスを用いたドライエッチング(例えば酸素RIE)におけるエッチング時間に対する未シリル化ポリマーが表面のみに存在するレジスト膜およびシリル化されたポリマーが表面に存在するレジスト膜、のエッチング深さの関係を示す特性図。The relationship between the etching depth of the resist film in which the unsilylated polymer exists only on the surface and the resist film in which the silylated polymer exists on the surface with respect to the etching time in dry etching (for example, oxygen RIE) using an oxygen-containing gas. FIG. 本発明の実施例1におけるレジストパターンの形成工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation process of the resist pattern in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1におけるレジストパターンの形成工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation process of the resist pattern in Example 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…レジスト膜、3…シリル化層、6…脱シリル化層、7…未露光部、9…レジストパターン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Resist film, 3 ... Silylated layer, 6 ... Desilylated layer, 7 ... Unexposed part, 9 ... Resist pattern.

Claims (6)

被エッチング基板に水酸基を持つポリマーおよび光酸発生剤を含むポジ型の化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をシリコン元素を含む化合物と気相中または液相中で反応させて前記レジスト膜の表面において前記ポリマーをシリル化する工程と、
前記レジスト膜のシリル化されたポリマー層にディープ紫外光、電離放射線または近接場光を選択的に照射して露光する工程と、
前記露光後の前記レジスト膜を水蒸気雰囲気中で加熱して前記レジスト膜表面の露光部においてシリル化されたポリマーを脱シリル化する工程と、
前記レジスト膜を現像して前記露光部を所望深さ選択的に除去する工程と、
シリル化されたポリマー層が残存する未露光部をマスクとして前記露光部に位置するレジスト膜部分をさらに酸素含有ガスを用いたドライエッチングにより除去する工程と
を含むことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
Forming a positive chemically amplified resist film containing a polymer having a hydroxyl group and a photoacid generator on the substrate to be etched;
Reacting the resist film with a compound containing silicon element in a gas phase or a liquid phase to silylate the polymer on the surface of the resist film;
A step of selectively irradiating the silylated polymer layer of the resist film with deep ultraviolet light, ionizing radiation or near-field light, and exposing;
Heating the resist film after the exposure in a water vapor atmosphere to desilylate the polymer silylated in the exposed portion of the resist film surface;
Developing the resist film to selectively remove the exposed portion to a desired depth;
And a step of removing the resist film portion located in the exposed portion by dry etching using an oxygen-containing gas using the unexposed portion in which the silylated polymer layer remains as a mask. Method.
前記の水酸基を持つポリマーは、波長200nm以下の露光光源を用いる場合、活性水素を持たない有機溶媒に溶解する脂肪族ポリマー10〜90モル%と水酸基を持つ脂肪族ポリマー90〜10モル%との共重合体であることを特徴とする請求項1記載のレジストパターンの形成方法。   When the exposure light source having a wavelength of 200 nm or less is used, the polymer having a hydroxyl group is composed of 10 to 90 mol% of an aliphatic polymer dissolved in an organic solvent having no active hydrogen and 90 to 10 mol% of an aliphatic polymer having a hydroxyl group. 2. The method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein the resist pattern is a copolymer. 前記化学増幅型レジストの塗布溶媒は、活性水素を持たない有機溶媒であることを特徴とする請求項1記載のレジストパターンの形成方法。   2. The method of forming a resist pattern according to claim 1, wherein the coating solvent for the chemically amplified resist is an organic solvent having no active hydrogen. 前記レジスト膜をシリコン元素を含む化合物と液相中で反応させてシリル化する工程において、前記液相は活性水素を持たない有機溶媒をシリル化促進剤として含むことを特徴とする請求項1記載のレジストパターンの形成方法。   2. The process of silylating the resist film with a compound containing silicon element in a liquid phase, wherein the liquid phase contains an organic solvent having no active hydrogen as a silylation accelerator. Of forming a resist pattern. 前記水蒸気雰囲気中での加熱は、60〜130℃の温度でなされること特徴とする請求項1記載のレジストパターンの形成方法。   The method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein the heating in the water vapor atmosphere is performed at a temperature of 60 to 130 ° C. 前記水蒸気雰囲気は、絶対湿度で100g/m3以上であること特徴とする請求項1記載のレジストパターンの形成方法。 The method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein the water vapor atmosphere is 100 g / m 3 or more in absolute humidity.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007329398A (en) * 2006-06-09 2007-12-20 Japan Science & Technology Agency Metal deposition method
JP2008013745A (en) * 2006-06-09 2008-01-24 Canon Inc Photosensitive compound, photosensitive composition, method of forming resist pattern and method of processing substrates

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