JP2793251B2 - The pattern forming method - Google Patents

The pattern forming method

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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置、マスク等の製造工程に適用されるパターン形成方法に関するものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION OBJECTS OF THE INVENTION (INDUSTRIAL FIELD) The present invention relates to a semiconductor device, it relates to a pattern forming method applied to a manufacturing process of the mask or the like.

(従来の技術) 高密度集積回路、高速半導体素子、光部品等の製造に際しては、微細加工技術として主に波長が436〜248nmの光によるリソグラフィ技術が採用されている。 (Prior art) high density integrated circuits, high-speed semiconductor devices, in the production of such optical components, mainly wavelengths are employed lithography with light of 436~248nm as microfabrication techniques. かかるリソグラフィ技術は、基板上に単層又は多層のレジスト膜を形成し、このレジスト膜に光を選択的に照射する露光を行なった後、水溶液又は有機溶媒を用いて現像処理及びリンス処理を施という湿式処理によってレジストパターンを形成する方法である。 Such lithography technique is to form a monolayer or multilayer resist film on a substrate, after performing exposure for selectively irradiating light onto the resist film, facilities the development and rinsing treatment using an aqueous solution or an organic solvent it is a method of forming a resist pattern by wet process of. なお、多層レジスト膜の場合には上層パターンをマスクとして下層レジスト膜を更に酸素ガスによる反応性イオンエッチング(RIE)法を用いてエッチングして上層パターンを下層レジスト膜に転写する方法が行われる。 The method for transferring the upper layer pattern is etched using reactive ion etching (RIE) method with further oxygen gas lower resist film upper layer pattern as a mask to lower resist film is performed in the case of a multilayer resist film.

しかしながら、上述したリソグラフィ技術では現像又はリンス工程において水溶液や有機溶媒を使用する湿式処理が不可欠であるため、現像液の温度、組成及び現像時間等のプロセス条件を厳密に制御しなければならない。 However, since the lithography technique described above is essential wet process using an aqueous solution or an organic solvent in the developer or rinsing step, the temperature of the developing solution, must be tightly controlled process conditions such as the composition and the development time. また、現像液中のダストによる欠陥が生じ易いため、現像液のダストレベルも相当厳密に制御する必要がある。 Moreover, liable defects by dust in the developer occurs, it is necessary to correspond strictly controlled even dust level of the developer. その結果、パターン形成工程が極めて繁雑になり、しかも欠陥が発生し易いという問題があった。 As a result, a very complicated pattern formation step, moreover defect is disadvantageously liable to occur.

また、半導体デバイス等の微細化に伴い、より短波長の光がリソグラフィ光源として使用される傾向にあるが、200nm以下の波長になるとレジストの吸収が大きくなり、通常の方式によるパターン形成が困難となる。 Further, with the miniaturization of semiconductor devices such as, but shorter wavelength light tends to be used as a lithographic light source, and becomes equal to or less than the wavelength 200nm resist absorption increases, the difficulty patterning by a normal method Become.

このようなことから、湿式の現像工程を省略するリソグラフィ技術として例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)を短波長のエキシマレーザでパターン状に照射し、レジストの照射部分を直接除去してパターン形成を行なう方法がR.Srinvasan and V.Mayne−Banton Appl.P For this reason, a method of a wet development step to be omitted lithography as for example polymethylmethacrylate (PMMA) was irradiated in a pattern with an excimer laser of short wavelength, perform an irradiated portion of the resist is removed directly to patterning There R.Srinvasan and V.Mayne-Banton Appl.P
hys.Lett, 41 、576(1982)に報告されている。 hys.Lett, have been reported in the 41, 576 (1982). しかしながら、かかる方法ではPMMAレジストをかなり薄膜化しなければサブミクロン水準の微細パターンを形成できないため、高密度集積回路の微細加工に必要な高アスペクト比の微細パターンの形成が困難であった。 However, in such a way it can not form a fine pattern of sub-micron level to be significantly thinned PMMA resist, it was difficult to form a fine pattern with a high aspect ratio required for fine processing of high density integrated circuits. こうしたことから、前記PMMAレジストを多層レジストプロセスの上層レジストとして利用して高アスペクト比のパターンを形成することが考えられる。 For these reasons, it is conceivable to form a pattern with a high aspect ratio by using as the upper layer resist of a multilayer resist process the PMMA resist. しかしながら、該PMMAレジストは耐酸素RIE性を有さないため、該PMMAの上層パターンをマスクとして下層レジストを酸素RIE法でエッチング、転写することができず、実質的に二層レジストプロセスに適用できない。 However, the PMMA resist for no resistance to oxygen RIE resistance, can not be etched, transfer the lower layer resist by oxygen RIE method upper layer pattern as a mask of the PMMA, it can not be substantially applied to double-layer resist process . また、中間層を用いる三層レジストの上層として用いれば、工程が二層レジストよりさらに複雑になる。 Further, by using as the upper layer of the three-layer resist using an intermediate layer, step becomes more complex than bilayer resist.

(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、湿式の現像工程を省略した二層レジストのドライプロセスによって容易に高アスペクト比の微細パターンを形成し得るパターン形成方法を提供しようとするものである。 (0007) The present invention has been made to solve the conventional problems described above, the easily high aspect ratio by a dry process of a two-layer resist is omitted wet development step a fine pattern pattern forming method capable of forming is intended to provide.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、基板上に有機高分子からなる下層膜及び下記一般式(I)にて表されるシリコン含有モノマの単独重合体、異なるモノマ間の共重合体から選ばれる1種又は2以上の高分子からなる上層膜を順次被覆する工程と、 前記二層膜に波長50〜300nmの電磁放射線をパターン状に照射し、照射された上層膜部分を湿式現像せずに直接除去して微細な上層パターンを形成する工程と、 前記上層パターンをマスクとして酸素ガスによる反応性イオンエッチング法により下層膜を選択的に異方性エッチングして上層パターンを下層膜に転写する工程と を具備したことを特徴とするパターン形成方法である。 [Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems) The present invention is a homopolymer of a silicon-containing monomer represented by the lower layer film and the following general formula comprising an organic polymer on the substrate (I), different monomers a step of sequentially coating one or more upper layer comprising a polymer selected from a copolymer between, irradiated with electromagnetic radiation of a wavelength 50~300nm in a pattern the bilayer membrane, the irradiated layer a step of directly removing the film portion without wet development to form a fine upper layer pattern, the upper layer is selectively anisotropically etched underlayer film by reactive ion etching with oxygen gas the upper layer pattern as a mask a pattern forming method characterized by comprising the step of transferring the pattern to the underlying layer.

但し、式中のR 1はCH 3 、Cl、F、1つ以上のSi原子を含むアルキル基、又はSi(R 3 [R 3 ;水素、アルキル基]、R 2は1つ以上のSi原子を含むアルキル基、1つ以上のSi原子を含むハロゲン化アルキル基、1つ以上のSi However, R 1 in the formula is CH 3, Cl, an alkyl group containing F, one or more Si atoms, or Si (R 3) 3 [R 3; hydrogen, an alkyl group], R 2 is one or more alkyl group containing Si atoms, a halogenated alkyl group containing one or more Si atoms, one or more Si
原子及びO原子を含むアルキル基、又はSi(R 4 Alkyl groups containing atoms and O atoms, or Si (R 4)
[R 4 ;水素、アルキル基]を示す。 3 [R 4; hydrogen, an alkyl group] shows the.

上記基板としては、例えば不純物をドープしたシリコン基板単独、又はこのシリコン基板を母材として酸化シリコン層を介して多結晶シリコン膜やAl、Moなどの金属膜を被覆したものなどの半導体基板、ガリウム砒素などの化合物半導体基板、透明ガラス板上にクロム膜や酸化クロム膜を単独もしくは積層して被覆したマスク基板等を挙げることができる。 As the substrate, for example, an impurity-doped silicon substrate alone, or the silicon substrate through the silicon oxide layer as a base material polycrystalline silicon film or Al, a semiconductor substrate such as those coated with a metal film such as Mo, gallium it can be exemplified compound semiconductor substrate such as arsenic, the mask substrate or the like coated with a chromium film and chromium oxide alone or laminated on a transparent glass plate.

上記下層膜の形成に用いられる有機高分子は、Si、G The organic polymer used for forming the underlayer film, Si, G
e、Sn、Fe等の金属原子を含まない通常の有機高分子である。 e, Sn, customary organic polymer containing no metal atom such as Fe. 具体的には、東京応化社製のOFPR−800、シップレー社製のMP−2400などのノボラック系のフォトレジスト、又はポリスチレン、ポリビニルトルエン、クロロメチル化ポリスチレン、ポリアリルスチレン、ポリクロロスチレン、塩素化ポリスチレン、塩素化ポリビニルトルエン、塩素化ポリジメチルスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイソプロペニルフェノールなどのスチレン系高分子を主成分とするもの、或いはポリイミド、ポリビニルナフタレン、クロロメチル化ポリビニルナフタレン、ポリビニルビリジン、ポリビニルカルバゾールなどのポリマーを主成分とする高分子等を挙げることができる。 Specifically, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. of OFPR-800, photoresist novolak, such as MP-2400 of Shipley Co., or polystyrene, polyvinyl toluene, chloromethylated polystyrene, polyallyl styrene, poly-chlorostyrene, chlorinated polystyrene, chlorinated polyvinyl toluene, chlorinated poly dimethylstyrene, poly vinylphenol, those based on styrenic polymers such as poly-isopropenylphenol, or polyimide, polyvinyl naphthalene, chloromethylated poly vinyl naphthalene, polyvinyl bi-lysine, polyvinyl carbazole mention may be made of a polymer such as a polymer, such as a main component.

上記一般式(I)のシリコン含有モノマに導入される Is introduced into the silicon-containing monomer of the above general formula (I)
R 1としては、例えば−CH 3 、−Cl、−Si(CH 3等を挙げることができる。 The R 1, may be, for example, -CH 3, -Cl, a -Si (CH 3) 3 or the like.

上記一般式(I)のシリコン含有モノマに導入される Is introduced into the silicon-containing monomer of the above general formula (I)
R 2としては、例えば The R 2, for example, 等を挙げることができる。 And the like can be given.

上記一般式(I)にて表されるシリコン含有モノマの単独重合体、異なるモノマ間の共重合体におけるシリコン含有率については、シリコン含有率が低く過ぎると、 Homopolymers of a silicon-containing monomer represented by the above formula (I), for the silicon content in the copolymer between different monomers, if too low silicon content,
上層パターンをマスクとして下層膜のエッチングを行う時に上層膜が酸素プラズマに対して十分な耐性を持たせなくなることから、7重量%以上にすることが好ましい。 The upper layer pattern since the upper film will not to have a sufficient resistance to oxygen plasma when etching the lower layer film as a mask, it is preferable to 7% by weight or more.

上記波長50〜300nmの電磁放射線としては、例えばKrF The electromagnetic radiation of the wavelength 50 to 300 nm, for example, KrF
エキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)又はシンクロトロン放射光から得られる波長5 Excimer laser (wavelength 248 nm), the wavelength obtained from an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) or synchrotron radiation 5
0〜200nmの真空紫外線等を挙げることができる。 Vacuum ultraviolet rays of 0~200nm can be mentioned.

(作用) 本発明によれば、特定の高分子により上層膜を形成する二層レジストプロセスを採用することによって湿式の現像処理工程を省略でき、かつかなり短波長の光源でも高アスペクト比の微細なレジストパターンの形成が可能となる。 According to (action) the present invention, it can be omitted wet developing process by adopting a two-layer resist process for forming an upper layer film by a specific polymer, and fine as high aspect ratio at a fairly short wavelength light source formation of the resist pattern becomes possible.

即ち、上記一般式(I)で表されるシリコン含有モノマの単独重合体、異なるモノマ間の共重合体から選ばれる1種又は2種以上の高分子を、有機高分子からなる下層膜上に通常のレジスト膜(1〜1.5μm)よりもかなり薄膜化(厚さ0.1〜0.5μm)した状態で上層膜として形成するため、波長50〜300nmの電磁放射線の選択的な照射によって、照射部分が選択的に除去されて容易にサブミクロン水準の微細でかつ耐酸素RIE性に優れた上層パターンを形成できる。 That is, a homopolymer of a silicon-containing monomer represented by the general formula (I), one or more polymers selected from copolymers between different monomers, on the lower film made of an organic polymer to form a general resist film (1 to 1.5 [mu] m) the upper layer at a fairly thin (thickness 0.1 to 0.5 [mu] m) a state than, by selective irradiation of electromagnetic radiation of wavelength 50 to 300 nm, is irradiated portion easily can be formed fine and upper layer pattern having excellent resistance to oxygen RIE of the submicron level is selectively removed. その結果、該上層パターンをマスクとして下層薄膜を酸素ガスによるRIE法で異方性エッチングを行なうことによって上層パターンを下層膜に忠実に転写できるため、現像処理工程を省略したプロセスで、しかも解像能力の高い波長光源を使用して高アスペクト比の微細パターンの形成が可能となる。 As a result, it is possible to faithfully transfer the upper layer pattern to the underlying film by performing anisotropic etching by RIE the lower thin film by oxygen gas upper layer pattern as a mask, a process is omitted a development processing step, moreover resolved using high wavelength light source capable it is possible to form a fine pattern with a high aspect ratio. また、こうした高アスペクト比のパターンをマスクとして露出する基板部分を任意のエッチング法でエッチングすることによって、基板に高密度のパターンを形成できる。 Further, by etching the substrate portion exposed pattern of such high aspect ratio as a mask in any etching method can form a dense pattern on the substrate.

(実施例) 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 (Example) Hereinafter, an embodiment of the present invention in detail.

実施例1 まず、多結晶シリコン基板上に東京応化社製のOFPR− Example 1 First, on the polycrystalline silicon substrate manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. of OFPR-
800を1.5μmの膜厚で塗布した後、200℃、1時間加熱処理して下層レジスト膜を形成した。 800 was coated in a thickness of 1.5μm to, 200 ° C., to form a lower resist film for 1 hour heat treatment. つづいて、この下層レジスト膜上にポリトリメチルシリルメチルα−クロルアクリレートを0.5μmの膜厚で塗布した後、190℃、 Then, after the poly-trimethylsilyl methyl α- chloro acrylate was coated in a thickness of 0.5μm on the lower resist film, 190 ° C.,
30分間加熱処理して上層レジスト膜を被覆し、二層レジスト膜を形成した。 The upper resist film coated by heating for 30 minutes to form a bilayer resist film. ひきつづき、波長193nmのArFエキシマレーザを光源とする縮小投影露光装置によって、パルス当り100mJ/cm 2の照度でパルスを5回、上層レジスト膜にパターン状に照射し、該上層レジスト膜の照射部分を選択的に除去した。 Subsequently, the reduction projection exposure apparatus as a light source an ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm, 5 times the pulse intensity of the pulse per 100 mJ / cm 2, was irradiated in a pattern on the upper resist film, the irradiated portion of the upper layer resist film It was selectively removed. これによって、湿式の現像処理工程を行なうことなくシリコン原子を含むサブミクロンの微細な上層パターンが形成された。 Thus, a fine upper layer pattern of submicron containing silicon atoms without performing a wet developing process is formed.

次いで、上層パターンをマスクとして酸素ガスによる Then, with oxygen gas upper layer pattern as a mask
RIE法(RF出力;100W、圧力;5mtorr、酸素ガス流量40scc RIE method (RF output; 100W, pressure; 5 mtorr, oxygen gas flow rate 40scc
m)で下層レジスト層を16分間異方性エッチングを行なった。 The lower resist layer was subjected to 16 minutes anisotropic etching in m). この時、上層パターンはシリコンを含有する高分子からなり、耐酸素RIE性に優れているため、該パターンが下層レシスト層に忠実に転写されて高アスペクト比の微細レジストパターンが形成された。 At this time, the upper layer pattern is made of a polymer containing silicon and excellent resistance to oxygen RIE resistance, the pattern is faithfully transferred to the lower layer Reshisuto layer fine resist pattern having a high aspect ratio is formed.

その後、前記二層のレジストパターンをマスクとして露出する多結晶シリコン基板を四塩化炭素ガスによるRI Then, RI by a polycrystalline silicon substrate of carbon tetrachloride gas to expose a resist pattern of the two layers as a mask
E法でエッチングしたところ、該基板表面にサブミクロン水準の高密度のパターン(触刻パターン)を転写できた。 It was etched in Method E, was transferred dense pattern of submicron levels (Sawakoku pattern) on the substrate surface.

実施例2 まず、SiO 2基板上に東京応化社製のOFPR−800を1.5μ Example 2 First, 1.5μ the OFPR-800 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., on a SiO 2 substrate
mの膜厚で塗布した後、200℃、1時間加熱処理して下層レジスト膜を形成し、更にこの下層レジスト膜上に厚さ0.3μmの下記構造式(A)の上層レジスト膜を被覆し、二層レジスト膜を形成した。 After coating with a thickness of m, 200 ° C., to form a lower resist film by 1 hour heating, and further covers the upper resist film having the structural formula shown below having a thickness of 0.3μm on the lower resist film (A) to form a bilayer resist film.

次いで、波長193nmのArFエキシマレーザを光源とする縮小投影露光装置によって、パルス当り100mJ/cm 2の照度でパルスを7回、上層レジスト膜にパターン状に照射し、該上層レジスト膜の照射部分を選択的に除去した。 Then, by the reduction projection exposure apparatus as a light source an ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm, 7 times the pulse intensity of the pulse per 100 mJ / cm 2, was irradiated in a pattern on the upper resist film, the irradiated portion of the upper layer resist film It was selectively removed.
これによって、湿式の現像処理工程を行なうことなくシリコン原子を含むサブミクロンの微細な上層パターンが形成された。 Thus, a fine upper layer pattern of submicron containing silicon atoms without performing a wet developing process is formed.

次いで、上層パターンをマスクとして実施例1と同様に酸素ガスによるRIE法で下層レジスト膜を異方性エッチングを行なった。 It was then subjected to anisotropic etching the lower resist film by RIE according Likewise oxygen gas as in Example 1 to the upper layer pattern as a mask. その結果、上層パターンが下層レジスト膜に忠実に転写されて高アスペクト比の微細レジストパターンが形成された。 As a result, the upper layer pattern is faithfully transferred fine resist pattern having a high aspect ratio formed in the lower resist film.

[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば一般式(I)で示されるシリコン含有モノマの単独重合体、異なるモノマ間の共重合体から選ばれる1種又は2以上の高分子により上層膜を形成する二層レジストプロセスを採用することによって、欠陥が発生し易い湿式の現像処理工程を省略でき、かつ波長300nm以下の短波長光源で高アスペクト比の微細なパターンを形成でき、ひいては高密度半導体装置などの微細加工工程に有効に適用できる等顕著な効果を奏する。 As described above in detail [Effect of the invention], a homopolymer of a silicon-containing monomer represented by the general formula (I) according to the present invention, one or more polymers selected from copolymers between different monomers by by adopting a two-layer resist process for forming an upper layer film, can be omitted easy wet developing process defect has occurred, and can form a fine pattern having a high aspect ratio in the following short wavelength light source wavelength 300 nm, exhibits equal remarkable effects can be effectively applied and thus fine processing steps such as high-density semiconductor device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−154050(JP,A) 特開 平2−115853(JP,A) 特開 昭59−105638(JP,A) 特開 昭63−216044(JP,A) 特開 昭63−116151(JP,A) 特開 昭60−119549(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl. 6 ,DB名) G03F 7/00 - 7/16 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (56) reference Patent flat 1-154050 (JP, a) JP flat 2-115853 (JP, a) JP Akira 59-105638 (JP, a) JP Akira 63- 216044 (JP, a) JP Akira 63-116151 (JP, a) JP Akira 60-119549 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) G03F 7/00 - 7 / 16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】基板上に有機高分子からなる下層膜及び下記一般式(I)にて表されるシリコン含有モノマの単独重合体、異なるモノマ間の共重合体から選ばれる1種又は2以上の高分子からなる上層膜を順次被覆する工程と、 前記二層膜に波長50〜300nmの電磁放射線をパターン状に照射し、照射された上層膜部分を湿式現像せずに直接除去して微細な上層パターンを形成する工程と、 前記上層パターンをマスクとして酸素ガスによる反応性イオンエッチング法により下層膜を選択的に異方性エッチングして上層パターンを下層膜に転写する工程と を具備したことを特徴とするパターン形成方法。 1. A homopolymer of a silicon-containing monomer represented by the lower layer film and the following general formula comprising an organic polymer on the substrate (I), 1 kind or 2 or more selected from copolymers between different monomers a step of sequentially coating the upper layer film comprising a polymer of the irradiated electromagnetic radiation of wavelength 50~300nm in a pattern bilayer membrane, fine directly remove irradiated upper layer portion without wet development forming an a upper layer pattern, it was and a step of transferring the upper layer pattern an underlying film selectively anisotropically etched by reactive ion etching with oxygen gas the upper layer pattern as a mask underlayer film pattern forming method according to claim. 但し、式中のR 1はCH 3 、Cl、F、1つ以上のSi原子を含むアルキル基、又はSi(R 3 [R 3 ;水素、アルキル基]、R 2は1つ以上のSi原子を含むアルキル基、1つ以上のSi原子を含むハロゲン化アルキル基、1つ以上のSi However, R 1 in the formula is CH 3, Cl, an alkyl group containing F, one or more Si atoms, or Si (R 3) 3 [R 3; hydrogen, an alkyl group], R 2 is one or more alkyl group containing Si atoms, a halogenated alkyl group containing one or more Si atoms, one or more Si
    原子及びO原子を含むアルキル基、又はSi(R 4 Alkyl groups containing atoms and O atoms, or Si (R 4)
    [R 4 ;水素、アルキル基]を示す。 3 [R 4; hydrogen, an alkyl group] shows the.
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