JP3017776B2 - Pattern formation method - Google Patents

Pattern formation method

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JP3017776B2
JP3017776B2 JP17962690A JP17962690A JP3017776B2 JP 3017776 B2 JP3017776 B2 JP 3017776B2 JP 17962690 A JP17962690 A JP 17962690A JP 17962690 A JP17962690 A JP 17962690A JP 3017776 B2 JP3017776 B2 JP 3017776B2
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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の製造方法におけるリソグラフィ
ー工程に係わり、特にパターンの形成方法に関する。
The present invention relates to a lithography step in a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a pattern.

(従来の技術) 最近の半導体技術の進歩には著しいものがありその進
歩とともに半導体装置の高速化および高集積化が進めら
れてきている。これに伴い回路パターンの微細化の必要
性は高くなる一方であり、高精度のパターン形成が要求
されるようになってきている。
(Prior Art) Recent progress in semiconductor technology has been remarkable, and with the progress of these technologies, higher speed and higher integration of semiconductor devices have been promoted. Along with this, the necessity of miniaturization of circuit patterns has been increasing, and high-precision pattern formation has been required.

現在、レジストパターンをマスクとしてRIE(反応性
イオンエッチング)により素子等が形成された下地の半
導体基板を加工する方法がパターン形成プロセスに用い
られている。
At present, a method of processing an underlying semiconductor substrate on which elements and the like are formed by RIE (reactive ion etching) using a resist pattern as a mask is used in a pattern forming process.

このため微細な回路パターンを形成するには、微細な
レジストパターンを高アスペクト比でかつ寸法精度良く
形成することが要求される。
Therefore, in order to form a fine circuit pattern, it is required to form a fine resist pattern with a high aspect ratio and high dimensional accuracy.

このレジストパターンの形成プロセスには単層レジス
トプロセスと多層レジストプロセスとがある。
The resist pattern forming process includes a single-layer resist process and a multi-layer resist process.

前者の単層レジストプロセスは、素子等の形成された
半導体基板上にレジスト層を1層設け、これを露光、現
像によりパターニングしてレジストパターンを形成する
方法である。ところで、一般に素子等が形成された半導
体基板表面は段差が存在する。この段差を平坦化するた
め、ある程度の厚み(1μm以上)を有するレジスト層
を形成する必要があるが、レジスト層の膜厚が増加する
と、レジスト層中の焦点深度の確保が難しくなる問題が
ある。また、レジスト層により露光光は吸収され、レジ
スト層の膜厚が増加すると、ランバートの法則に従って
レジスト層底部における光強度は減少し、このため解像
度が劣化するという問題もある。
The former single-layer resist process is a method in which one resist layer is provided on a semiconductor substrate on which elements and the like are formed, and is patterned by exposing and developing to form a resist pattern. By the way, in general, there are steps on the surface of a semiconductor substrate on which elements and the like are formed. In order to flatten this step, it is necessary to form a resist layer having a certain thickness (1 μm or more). However, when the thickness of the resist layer increases, it is difficult to secure a depth of focus in the resist layer. . In addition, when the exposure light is absorbed by the resist layer and the thickness of the resist layer increases, the light intensity at the bottom of the resist layer decreases according to Lambert's law, which causes a problem that the resolution is deteriorated.

この問題を解決する手法として多層レジストプロセス
がある。この多層レジストプロセスは素子等の形成され
た半導体基板上に複数のレシスト層を重ねて設け、最上
層に形成されたパターンを上から順にパターニングして
いくレジストパターンの形成方法である。
As a technique for solving this problem, there is a multilayer resist process. This multilayer resist process is a method of forming a resist pattern in which a plurality of resist layers are provided on a semiconductor substrate on which elements and the like are formed, and a pattern formed on an uppermost layer is patterned in order from the top.

例えば3層レジストプロセスでは、半導体基板上に2
〜3μm厚で平坦化層を形成し、この半導体基板表面の
段差を平坦化した後、この平坦化層の上に中間層、例え
ばSOG(Spin on glass)層、さらにその上に露光光に対
して感度の良い感光性樹脂層を形成する。この後、パタ
ーン露光により、前記感光性樹脂層をパターニングし、
これをマスクとしてフッ素原子を含むガス等を用いた異
方性エッチングによりパターンを中間層に転写する。さ
らに、この中間層のパターンをマスクにして酸素ガスに
よる異方性エッチングを行ってパターンを形成する。
For example, in a three-layer resist process, two
After forming a flattening layer having a thickness of about 3 μm and flattening a step on the surface of the semiconductor substrate, an intermediate layer, for example, a SOG (Spin on glass) layer is formed on the flattening layer, and further, an exposure light is formed thereon. To form a photosensitive resin layer having good sensitivity. Thereafter, by pattern exposure, the photosensitive resin layer is patterned,
Using this as a mask, the pattern is transferred to the intermediate layer by anisotropic etching using a gas containing fluorine atoms or the like. Further, using the pattern of the intermediate layer as a mask, anisotropic etching using oxygen gas is performed to form a pattern.

この3層レジストプロセスでは、下層の平坦化層によ
り半導体基板表面の段差を平坦化し、さらに中間層によ
り上下のレジスト層を分離するため、上層の感光性樹脂
層の役割は露光による高解像のパターニングのみにあ
る。前述したように、レジスト層(この場合感光性樹脂
層)の膜厚が増加すると焦点深度や解像度の問題が生じ
るので、感光性樹脂層は薄く形成される場合が多い。
In this three-layer resist process, the step of the surface of the semiconductor substrate is flattened by a lower flattening layer, and the upper and lower resist layers are separated by an intermediate layer. There is only patterning. As described above, when the film thickness of the resist layer (in this case, the photosensitive resin layer) increases, the depth of focus and the resolution are problematic. Therefore, the photosensitive resin layer is often formed to be thin.

しかしながら感光性樹脂層を薄膜化すると次の問題が
生ずる。すなわち、薄膜化された感光性樹脂層を現像す
る場合、現像時間が短くなり現像時間に対するマージン
も小さくなるので、同一ウエーハ面内及び異なるウエー
ハ間で現像された感光性樹脂層の膜厚や寸法精度のばら
つきが大きくなってしまう。又、薄膜ゆえに後のエッチ
ング工程に対して耐性が劣化する等の問題が生じる。
However, reducing the thickness of the photosensitive resin layer causes the following problem. That is, when developing a thinned photosensitive resin layer, the development time is shortened and the margin for the development time is reduced, so that the thickness and dimensions of the photosensitive resin layer developed within the same wafer surface and between different wafers Variations in accuracy will increase. In addition, there arises a problem that the resistance to a subsequent etching process is deteriorated due to the thin film.

従って、パターンの膜厚の減少を抑えることが、必要
であるが、その方法として例えば現像液に対する表面難
溶化法がある。表面難溶化法を説明するための工程断面
図を第10図に示す。
Therefore, it is necessary to suppress a decrease in the film thickness of the pattern. For example, there is a method of insolubilizing the surface with a developing solution. FIG. 10 is a process cross-sectional view for explaining the surface insolubilization method.

この表面難溶化法では、まず基板91上に感光性樹脂層
92を形成した後(第10図(a))、この樹脂層92の表面
を有機アルカリ現像液に晒す(第10図(b))。この
時、感光性樹脂層92に含まれる樹脂が有機アルカリ現像
液に対して可溶性であるため、アルカリ現像液に溶出
し、この樹脂層92の表面部分92aの膜減りが起こる。ま
た、前記樹脂92に含まれる感光剤はこの樹脂層92表面に
凝縮する。この感光剤は一般にアルカリ現像液に難溶性
であり、前記樹脂層92の表面には難溶化層93が形成され
る。
In this surface insolubilization method, a photosensitive resin layer is first placed on the substrate 91.
After forming 92 (FIG. 10 (a)), the surface of the resin layer 92 is exposed to an organic alkali developer (FIG. 10 (b)). At this time, since the resin contained in the photosensitive resin layer 92 is soluble in the organic alkali developing solution, it is eluted in the alkali developing solution, and the surface portion 92a of the resin layer 92 is reduced in film thickness. The photosensitive agent contained in the resin 92 condenses on the surface of the resin layer 92. This photosensitive agent is generally hardly soluble in an alkali developer, and a hardly soluble layer 93 is formed on the surface of the resin layer 92.

なおこの難溶化層93は感光性樹脂層92表面より800Å
以下の領域に形成され、樹脂層92の内部は通常の感光性
樹脂層と変わらない。次に、マスク94を介して放射線95
を照射し、照射部分96が易溶化層に変化する(第10図
(c))。またこの照射部分96を易溶化層に変化させる
ためには、通常露光量より多くの露光量を必要とするた
め、残存した難溶化層93の下部の露光部近傍で露光滲み
が生じる。97の点線はこの樹脂層93の内部における露光
部と非露光部の境界線である。従って前記樹脂層93を現
像すると表面の難溶化層93は現像液に対して非常に安定
でほとんど膜減りを起こさないが、放射線照射領域96は
易溶化層であるため現像除去される。この際、非露光部
表面の難溶化層93は現像されないが、その下部の露光部
近傍は、前述したように滲みが生じているため、露光部
より浸入した現像液に対し徐々に溶解し、結果的に境界
線97まで現像が容易に進む。従って、現像が進むに従っ
て難溶化層93の下部で、横方向に現像が進み、その結果
パターンの形状は上部にひさしが付いた状態になり形状
が劣化してしまう(第10図(d))。
Note that this hardly soluble layer 93 is 800 μm from the surface of the photosensitive resin layer 92.
It is formed in the following region, and the inside of the resin layer 92 is not different from a normal photosensitive resin layer. Next, the radiation 95 is passed through the mask 94.
And the irradiated portion 96 changes to a solubilized layer (FIG. 10 (c)). Further, in order to change the irradiated portion 96 into a solubilized layer, an exposure amount larger than a normal exposure amount is required, so that exposure blur occurs near the exposed portion below the remaining hardly soluble layer 93. A dotted line 97 is a boundary line between an exposed portion and a non-exposed portion inside the resin layer 93. Therefore, when the resin layer 93 is developed, the hardly-solubilized layer 93 on the surface is very stable to the developing solution and hardly undergoes film reduction. At this time, the hardly-solubilized layer 93 on the surface of the non-exposed portion is not developed, but the vicinity of the exposed portion below the portion is blurred as described above, so that it gradually dissolves in the developer penetrating from the exposed portion, As a result, the development easily proceeds to the boundary line 97. Therefore, as the development proceeds, the development proceeds in the horizontal direction below the hardly-solubilized layer 93, and as a result, the shape of the pattern becomes a state in which the upper portion has an eave, and the shape is deteriorated (FIG. 10 (d)). .

(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、多層レジストプロセスにおいて、
焦点深度を広く確保し解像度を上げるため感光性樹脂層
は薄膜化して形成される場合が多いが、従来のプロセス
により薄膜化した感光性樹脂層を現像する場合、現像に
関する時間は短くなり現像時間に対するマージンも小さ
くなるので、同一ウエーハ面内及び異なるウエーハ間で
感光性樹脂層の膜厚や寸法精度のばらつきが大きくなっ
てしまう問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the multilayer resist process,
In order to increase the depth of focus and increase the resolution, the photosensitive resin layer is often formed as a thin film, but when developing a photosensitive resin layer thinned by a conventional process, the time required for development is shortened and the development time is reduced. Therefore, there is a problem that the variation in the thickness and the dimensional accuracy of the photosensitive resin layer becomes large within the same wafer surface and between different wafers.

このような問題に対処するためにパターンの膜厚の減
少を押さえる方法として表面難溶化法が知られている
が、難溶化層は感光性樹脂層の表面にしか形成されず、
現像を行った場合、上部にひさしが付いた形状のパター
ンが生じ、全体のパターン形状としては、劣化してしま
う。
To cope with such a problem, a surface insolubilization method is known as a method of suppressing a decrease in the thickness of the pattern, but the insolubilized layer is formed only on the surface of the photosensitive resin layer,
When development is performed, a pattern having a shape with an eaves on the upper portion is generated, and the overall pattern shape is deteriorated.

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、前述した
問題を解決したパターンの形成方法を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a pattern forming method which solves the above-mentioned problem.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

(課題を解決するための手段) 前述した問題を解決するため、本願第1の発明は、基
板上に感光性樹脂の薄膜を形成する工程と、この感光性
樹脂の薄膜の表面をアルカリ現像液にさらすことによ
り、前記感光性樹脂の薄膜の全体をアルカリ難溶化する
工程と、前記難溶化した感光性樹脂の薄膜をパターン露
光する工程と、その後現像することにより感光性樹脂の
パターンを形成する工程と、前記パターン形成領域を含
む感光性樹脂薄膜の表面部分に対して放射線を照射する
工程と、前記パターン上にグラフト重合により選択的に
堆積層を形成する工程とを含むことを特徴とするパター
ン形成方法を提供する。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, a first invention of the present application comprises a step of forming a thin film of a photosensitive resin on a substrate, and the step of forming a thin film of the photosensitive resin on an alkaline developer. Forming a photosensitive resin pattern by exposing the entire photosensitive resin thin film to alkali insolubilization, pattern exposure of the insolubilized photosensitive resin thin film, and subsequent development. A step of irradiating radiation to a surface portion of the photosensitive resin thin film including the pattern forming region, and a step of selectively forming a deposition layer on the pattern by graft polymerization. A method for forming a pattern is provided.

また本願第2の発明は、基板上に感光性樹脂の薄膜を
形成する工程と、この感光性樹脂の薄膜をパターン露光
する工程と、その後、テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイドを主成分とする2.15%乃至2.38%の濃度の
有機アルカリ現像液又はコリンを主成分とする2.57%乃
至3.15%の濃度の有機アルカリ現像液で現像を行い、感
光性樹脂のパターンを形成する工程と、前記形成された
パターン上にグラフト重合により選択的に堆積層を形成
する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法を
提供する。
The second invention of the present application also includes a step of forming a thin film of a photosensitive resin on a substrate, a step of pattern-exposing the thin film of the photosensitive resin, and thereafter, a step of forming a thin film of 2.15% or less containing tetramethylammonium hydroxide as a main component. Developing with an organic alkali developer having a concentration of 2.38% or an organic alkali developer having a concentration of 2.57% to 3.15% containing choline as a main component to form a pattern of a photosensitive resin; And selectively forming a deposited layer by graft polymerization.

(作用) 本願第1の発明であれば、基体上に感光性樹脂の薄膜
を形成し、この薄膜の表面をアルカリ現像液にさらすこ
とにより前記薄膜全体をアルカリ難溶化した後、前記難
溶化した薄膜をパターン露光し、その後現像により前記
薄膜をパターンに加工するので、高精度の薄膜パターン
を形成することができる。さらに、現像に要する時間を
長くすることができ現像時間に対するマージンを大きく
とることができる。従って、同一ウエーハ面内及び異な
るウエーハ間で前記感光性樹脂層の膜厚や寸法精度のば
らつきが生じることはない。その後、この薄膜パターン
上にグラフト重合により選択的に堆積層を形成すること
により、後のエッチング工程に対して十分な耐性を有し
寸法精度のすぐれたパターンを形成することができる。
(Function) According to the first aspect of the present invention, a photosensitive resin thin film is formed on a substrate, and the entire thin film is hardly alkali-soluble by exposing the surface of the thin film to an alkali developing solution. Since the thin film is subjected to pattern exposure and then developed to process the thin film into a pattern, a highly accurate thin film pattern can be formed. Further, the time required for development can be lengthened, and the margin for the development time can be increased. Accordingly, there is no variation in the thickness and dimensional accuracy of the photosensitive resin layer within the same wafer surface and between different wafers. Thereafter, by selectively forming a deposited layer on the thin film pattern by graft polymerization, a pattern having sufficient resistance to a subsequent etching step and excellent dimensional accuracy can be formed.

本願第2の発明であれば、基体上に感光性樹脂の薄膜
を形成し、この感光性樹脂の薄膜をパターン露光した
後、比較的低濃度の現像液を用いて前記パターン露光さ
れた感光性樹脂の薄膜を現像し、パターンに加工するの
で、現像時間に対するマージンを大きくとることがで
き、十分なエッチング耐性を有する寸法精度のすぐれた
パターンを形成更に、前記パターン上にグラフト重合に
より選択的に堆積層を形成することにより、より十分な
エッチング耐性を有するパターンを形成することができ
る。
According to the second aspect of the present invention, a photosensitive resin thin film is formed on a substrate, the photosensitive resin thin film is subjected to pattern exposure, and then the pattern-exposed photosensitive film is exposed using a relatively low-concentration developer. Since the resin thin film is developed and processed into a pattern, a margin for the development time can be increased, and a pattern with excellent dimensional accuracy having sufficient etching resistance is formed. By forming the deposited layer, a pattern having more sufficient etching resistance can be formed.

(実施例) 以下本発明によるパターン形成方法の実施例を図面を
用いて詳細に説明する。
(Example) Hereinafter, an example of a pattern forming method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1の実施例 第1図は本願第1の発明の一実施例を示す工程断面図
である。シリコン基板1にノボラック系樹脂と感光剤で
あるナフトキノンジアジド誘導体を有するg線用ポジ型
フォトレジストをスピンコートし、200℃、30分のベー
キングを行い、膜厚2.0μmの平坦化層2を形成した。
次にこの平坦化層2の上にSOGをスピンコートし200℃、
15分のベーキングを行った膜厚0.2μmの中間層3を形
成した。さらにこの中間層3の上にg線用ポジ型フォト
レジストを膜厚1000Åで塗布し感光性樹脂層4を形成し
た(第1図(a))。
First Embodiment FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of the first invention of the present application. A silicon substrate 1 is spin-coated with a g-line positive photoresist having a novolak resin and a naphthoquinonediazide derivative as a photosensitizer, and baked at 200 ° C. for 30 minutes to form a 2.0 μm-thick planarization layer 2. did.
Next, SOG is spin-coated on the flattening layer 2 at 200 ° C.
The intermediate layer 3 having a thickness of 0.2 μm was baked for 15 minutes. Further, a positive photoresist for g-line was applied on the intermediate layer 3 at a thickness of 1000 ° to form a photosensitive resin layer 4 (FIG. 1A).

次に前記感光性樹脂層4を、テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド(TMAH)を2.38%含むアルカリ現
像液に30秒晒した。この時感光性樹脂層4のうち表面積
4aが400Å溶出し、感光性樹脂層4の残りの膜厚は600Å
となり、全体が難溶化層(4b)となった(第1図
(b))。
Next, the photosensitive resin layer 4 was exposed to an alkali developing solution containing 2.38% of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) for 30 seconds. At this time, the surface area of the photosensitive resin layer 4
4a is eluted at 400 、, and the remaining thickness of the photosensitive resin layer 4 is 600 Å
And the whole became a hardly-solubilized layer (4b) (FIG. 1 (b)).

次にマスク5を介して露光光6としてg線(波長436n
m)を200mJ/cm2の露光エネルギーで照射した(第1図
(c))。7は照射領域である。次に感光性樹脂層4bの
表面に対し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサ
イド(TMAH)の2.38%現像液(有機アルカリ現像液)を
用いて、30秒のディップ現像を行い、感光性樹脂パター
ン4cを形成した(第1図(d))。なおこの時、パター
ン寸法のリニアリティーは、マスク寸法±10%の精度で
0.35μmのパターンまで得られた。比較のため感光性樹
脂層の膜厚を1.5μmと厚くする他は条件を同じにして
パターン形成を行ったが、この場合と比べて解像度が0.
15μm上昇することを確認した。この実施例のように感
光性樹脂層をアルカリ現像液に晒しその厚みを800Å以
下とした場合、感光性樹脂層全体が難溶化層となり、現
像の際にパターン上部にひさしが生じること無く、また
膜減りも抑えられていることから現像時間に対するマー
ジンも増大する。
Next, a g-line (wavelength 436 nm)
m) was irradiated at an exposure energy of 200 mJ / cm 2 (FIG. 1 (c)). Reference numeral 7 denotes an irradiation area. Next, the surface of the photosensitive resin layer 4b is subjected to dip development for 30 seconds using a 2.38% developer (organic alkali developer) of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) to form a photosensitive resin pattern 4c. (FIG. 1 (d)). At this time, the linearity of the pattern dimension is within ± 10% of the mask dimension.
A pattern of 0.35 μm was obtained. For comparison, a pattern was formed under the same conditions except that the thickness of the photosensitive resin layer was increased to 1.5 μm.
It was confirmed that the height increased by 15 μm. When the photosensitive resin layer is exposed to an alkali developing solution and its thickness is set to 800 mm or less as in this example, the entire photosensitive resin layer becomes a hardly soluble layer, and no eaves are formed on the upper portion of the pattern during development, and Since the film loss is suppressed, the margin for the development time also increases.

下地の極く薄いエッチングの場合には、これをマスク
にすることも考えられるが、通常は以下の工程を行うこ
とが望ましい。すなわち、パターン4cの形成された基板
1を真空引き可能なチャンバー(図示しない)の中に配
置し、このチャンバーを真空引きしながらスチレンモノ
マーを気体状態でチャンバー内に導入した。
In the case of extremely thin etching of the base, it can be used as a mask, but it is usually desirable to perform the following steps. That is, the substrate 1 on which the pattern 4c was formed was placed in a chamber (not shown) that can be evacuated, and while this chamber was evacuated, the styrene monomer was introduced into the chamber in a gaseous state.

次に、Xe−Hgランプ8を全面照射しながら、前記スチ
レンモノマーを感光性樹脂パターン4b上に選択的にグラ
フト重合させグラフト重合層9を形成した(第1図
(e))。この時、前記重合層9のラインアンドスペー
スは前述した0.35μmを保っており、この重合層9によ
り膜厚は0.5μmに増加してエッチング耐性の十分な膜
厚となった。
Next, while irradiating the entire surface with a Xe-Hg lamp 8, the styrene monomer was selectively graft-polymerized on the photosensitive resin pattern 4b to form a graft polymerization layer 9 (FIG. 1 (e)). At this time, the line and space of the polymer layer 9 was maintained at 0.35 μm as described above, and the film thickness was increased to 0.5 μm by the polymer layer 9, and the film thickness was sufficient for etching resistance.

次に、重合層9をマスクにして中間層3、平坦化層2
を順々に異方的にエッチングしていき、多層レジストパ
ターンを形成した。
Next, using the polymerized layer 9 as a mask, the intermediate layer 3 and the planarizing layer 2 are used.
Was sequentially anisotropically etched to form a multilayer resist pattern.

これにより、従来よりもパターン形状の改善された多
層レジストパターンを得ることがてきた。
As a result, a multilayer resist pattern having an improved pattern shape has been obtained.

第2の実施例 次に本願第1の発明によるパターンの形成方法の第2
の実施例を第1図を用いて説明する。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the pattern forming method according to the first invention of the present application will be described.
Will be described with reference to FIG.

まず、シリコン基板1にノボラック系樹脂とナフトキ
ノンジアジド(感光剤)とを含むg線用ポジ型フォトレ
ジストをスピンコートし、200℃、30分のベーキングを
行い、膜厚1.6μmの平坦化層2を形成した。この平坦
化層2の上にSOGをスピンコートし、200℃、15分のベー
キングを行って膜厚0.1μmの中間層3を形成した後、
この中間層3の上にマクダミド社製PR1024を膜厚800Å
で塗布し感光性樹脂層4を形成した(第1図(a))。
First, a positive photoresist for g-line containing a novolak resin and naphthoquinonediazide (photosensitizer) is spin-coated on a silicon substrate 1 and baked at 200 ° C. for 30 minutes to form a planarization layer 2 having a thickness of 1.6 μm. Was formed. SOG is spin-coated on the flattening layer 2 and baked at 200 ° C. for 15 minutes to form an intermediate layer 3 having a thickness of 0.1 μm.
On this intermediate layer 3, PR1024 manufactured by MacDamide Co.
To form a photosensitive resin layer 4 (FIG. 1A).

次に、この感光性樹脂層4をテトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド(TMAH)2.38%現像液に30秒晒
し、感光性樹脂層4の膜厚を420Åとするとともに、感
光性樹脂層4全体を難溶化層4bとした(第1図
(b))。次に前記感光性樹脂層4に対して、マスク5
を介して露光光6としてKrFエキシマレーザの248nmの波
長の光6を露光し(第1図(c))、現像を行って0.25
μmのライン&スペースを有するパターン4cを精度よく
得た(第1図(d))。さらに、前述した第1の実施例
と同様に感光性樹脂パターン4c上にスチレンモノマーを
グラフト重合させた後(第1図(e))、エッチングを
行ってレジストパターンを形成した。
Next, the photosensitive resin layer 4 is exposed to a 2.38% developing solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) for 30 seconds to make the thickness of the photosensitive resin layer 4 420 mm and to make the entire photosensitive resin layer 4 hardly soluble. This was a layer 4b (FIG. 1 (b)). Next, a mask 5 is applied to the photosensitive resin layer 4.
Is exposed to light 6 having a wavelength of 248 nm of a KrF excimer laser as the exposure light 6 (FIG. 1 (c)).
A pattern 4c having a line and space of μm was obtained with high precision (FIG. 1 (d)). Further, a styrene monomer was graft-polymerized on the photosensitive resin pattern 4c in the same manner as in the first embodiment (FIG. 1 (e)), and etching was performed to form a resist pattern.

この実施例によっても、従来よりもパターン形状の改
善された多層レジストパターンを得ることができた。
According to this embodiment also, a multilayer resist pattern having an improved pattern shape can be obtained.

第3の実施例 第2図は本願第1の発明によるパターンの形成方法の
第3の実施例を示す工程断面図である。以下の図におい
て第1図と同一の部分には同一の符号を付して示し詳細
な説明は省略する。
Third Embodiment FIG. 2 is a process sectional view showing a third embodiment of the pattern forming method according to the first invention of the present application. In the following drawings, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

まず第1、2の実施例と同様にシリコン基板1上に平
坦化層2、中間層(SOG層)3を形成した後、g線用ポ
ジ型フォトレジストを膜厚1200Åで塗布し感光性樹脂層
21を形成した(第2図(a))。
First, a flattening layer 2 and an intermediate layer (SOG layer) 3 are formed on a silicon substrate 1 in the same manner as in the first and second embodiments. layer
21 was formed (FIG. 2 (a)).

次に前記感光性樹脂層21の表面全体に対し、放射線22
として水銀ランプのg線を45mJ/cm2の露光エネルギーで
照射した(第2図(b))。なお、21aはg線照射領域
を示し、この領域は感光性樹脂層21の表面部分に形成さ
れる。次にこの感光性樹脂層21の表面をテトラメチルア
ンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)2.38%の現像液
に30秒晒した。この時感光性樹脂層21のうち表面から55
0Å以内の部分(21b)が溶出し、感光性樹脂層21の膜厚
は650Åとなって、この層全体が難溶化層21cとなった
(第2図(c))。
Next, radiation 22 is applied to the entire surface of the photosensitive resin layer 21.
G light from a mercury lamp was applied at an exposure energy of 45 mJ / cm 2 (FIG. 2 (b)). Here, 21a indicates a g-ray irradiation area, which is formed on the surface of the photosensitive resin layer 21. Next, the surface of the photosensitive resin layer 21 was exposed to a developer of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) 2.38% for 30 seconds. At this time, the photosensitive resin layer 21 has 55
The portion (21b) within 0 ° was eluted, the thickness of the photosensitive resin layer 21 became 650 °, and the entire layer became the hardly soluble layer 21c (FIG. 2 (c)).

この実施例のように、有機アルカリ現像液に晒す前に
g線等の放射線22を感光性樹脂層21の表面に対して弱く
照射すると、有機アルカリ現像液に晒した段階で感光し
た感光剤が溶出し、それに伴いこの感光した感光剤の回
りの樹脂も溶出する。また、感光していない感光剤の多
くは表面に凝縮する。この結果感光性樹脂層21の表面で
は、放射線の照射を行わず、有機アルカリ現像液に晒し
ただけの場合と比べて、有機アルカリ現像液に対して可
溶性の樹脂が少なくなり、且つ有機アルカリ現像液に対
して難溶性の感光剤がより多く凝縮し、より強固な難溶
化層が形成される。
As in this example, when the surface of the photosensitive resin layer 21 is weakly irradiated with radiation 22 such as g-ray before exposure to the organic alkali developer, the photosensitive agent exposed at the stage of exposure to the organic alkali developer becomes The resin around the exposed photosensitive agent is also eluted. Further, most of the unsensitized photosensitive agent condenses on the surface. As a result, the resin on the surface of the photosensitive resin layer 21 is less soluble in the organic alkali developing solution than in the case where the photosensitive resin layer 21 is not exposed to radiation and is simply exposed to the organic alkali developing solution. The photosensitive agent that is hardly soluble in the liquid is more condensed, and a stronger hardly soluble layer is formed.

次に、露光光6として、水銀ランプのg線をマスク5
を介して550mJ/cm2の露光エネルギーで照射した(第2
図(d))。さらに、感光性樹脂層21c表面にテトラメ
チルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)2.38%現
像液を晒して30秒のディップ現像を行い、感光性樹脂パ
ターン21dを形成した(第2図(e))。なお、パター
ン寸法のリニアリティーはマスク寸法±10%の精度で0.
35μmのパターンまで得られ、感光性樹脂層の膜厚を1.
5μmとする他は同じ条件でパターニングした場合と比
べて、解像度が0.15μm上昇することを確認した。その
後、先の実施例と同様にパターン21d上に選択的にスチ
レンモノマーをグラフト重合させ、エッチング工程を経
て、ほぼ同様の精度で多層レジストパターンを形成でき
た(第2図(f))。
Next, as exposure light 6, a g-line of a mercury lamp is used as a mask 5.
With an exposure energy of 550 mJ / cm 2 (second
Figure (d). Further, a 2.38% developing solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was exposed to the surface of the photosensitive resin layer 21c to perform dip development for 30 seconds to form a photosensitive resin pattern 21d (FIG. 2 (e)). The linearity of the pattern size is 0.
A pattern of up to 35 μm was obtained, and the thickness of the photosensitive resin layer was 1.
It was confirmed that the resolution was increased by 0.15 μm as compared with the case where patterning was performed under the same conditions except that the thickness was set to 5 μm. Thereafter, a styrene monomer was selectively graft-polymerized on the pattern 21d in the same manner as in the previous example, and a multilayer resist pattern could be formed with almost the same precision through an etching step (FIG. 2 (f)).

次に、第3図を用いて本願発明の実施例の効果につい
て説明する。すなわち、同図は、横軸に露光量の尺度と
して露光時間をとり、縦軸に初期(未現像)の感光性樹
脂層の膜厚(d0)に対する現像終了後の膜厚(d1)の割
合(相対膜厚)をとった時の従来の現像処理(○)、
本願第1及び第2の実施例の有機アルカリ現像液処理
(△)、及び本願第3の実施例(有機アルカリ現像液
処理の前に放射線照射を行う場合(□)それぞれの特性
図を示すものである。ここで露光後の現像時間は一定と
した。
Next, the effect of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. That is, in the figure, the horizontal axis represents the exposure time as a measure of the amount of exposure, and the vertical axis represents the thickness (d 1 ) of the initial (undeveloped) photosensitive resin layer after the development with respect to the thickness (d 0 ) of the photosensitive resin layer. Conventional development processing when the ratio (relative film thickness) is taken (と),
Characteristic diagrams of the organic alkali developer treatment (△) of the first and second embodiments of the present application and the characteristic diagram of the third embodiment (radiation irradiation before treatment with the organic alkali developer (□)) of the third embodiment are shown. Here, the development time after exposure was fixed.

この図において露光量(時間)を増加していったとき
の相対膜厚の急峻な立ち下りを示す部分の傾き(γ値と
呼ぶ)に着目すると、、、でそれぞれ3.02、3.7
4、14.9となり、はよりも大きく、はよりも極
めて大きな値となっている。
Focusing on the slope (referred to as γ value) of a portion showing a steep fall of the relative film thickness when the exposure amount (time) is increased in FIG.
4 and 14.9, which are larger than and extremely larger than.

このγ値が大きい程、所定の露光量に対して露光部と
非露光部での相対膜厚の差が大きくなる。つまり露光部
はより現像され易く、非露光部はより現像され難くな
る。従って、得られるパターンは側壁の立った良好な形
状のパターンが得られるのであり、これにより本願第3
の実施例(□)が極めて優れていることがわかる。ま
た、本願第1及び第2の実施例(△)の場合であって
も、従来(○)よりは改善されることがわかった。
The greater the γ value, the greater the difference in relative film thickness between the exposed and unexposed areas for a given exposure. That is, the exposed portion is more easily developed, and the non-exposed portion is more difficult to be developed. Therefore, the obtained pattern is a pattern having a good shape with the side walls raised.
It can be seen that Example (□) is extremely excellent. Further, it was found that even in the case of the first and second embodiments (本 願) of the present application, the improvement was achieved as compared with the conventional case (○).

第4の実施例 第4図は、本願第1の発明によるパターンの形成方法
による第4の実施例を示す工程断面図である。
Fourth Embodiment FIG. 4 is a process sectional view showing a fourth embodiment of the pattern forming method according to the first invention of the present application.

まず第1の実施例と同様にシリコン基板1上に平坦化
層2、中間層3(SOG層)を形成した後、g線用ポジ用
レジストを膜厚1200Åで塗布して感光性樹脂層31を形成
する(第4図(a))。次にマスク32を用いて感光性樹
脂層31のパターン形成領域31aに対して水銀ランプのg
線33を45mJ/cm2の露光エネルギーで照射した(第4図
(b))。これにより、前記実施例と同様に強固な難溶
化層を形成することが可能となる。
First, after forming a planarizing layer 2 and an intermediate layer 3 (SOG layer) on a silicon substrate 1 in the same manner as in the first embodiment, a positive resist for g-line is applied in a thickness of 1200 ° to form a photosensitive resin layer 31. Is formed (FIG. 4A). Next, using a mask 32, the mercury lamp g is applied to the pattern formation region 31a of the photosensitive resin layer 31.
Line 33 was irradiated at an exposure energy of 45 mJ / cm 2 (FIG. 4 (b)). This makes it possible to form a strong hardly-solubilized layer as in the above-described embodiment.

次にこの感光性樹脂層31の表面をテトラアンモニウム
ハイドロオキサイド(TMAH)2.38%の現像液に30秒晒し
た。この時感光性樹脂層31のうち31bに相当する部分が
溶出した。すなわちパターン形成領域では600Å溶出し
てこの領域全体が難溶化する一方、パターン形成領域外
では200Å溶出した。その結果感光性樹脂層31cに示すよ
うにパターン形成領域外が突出した形状となる(第4図
(c))。
Next, the surface of the photosensitive resin layer 31 was exposed to a developer of 2.38% of tetraammonium hydroxide (TMAH) for 30 seconds. At this time, a portion corresponding to 31b of the photosensitive resin layer 31 was eluted. That is, 600 ° was eluted in the pattern forming region and the entire region was hardly dissolved, while 200 ° was eluted outside the pattern forming region. As a result, as shown in the photosensitive resin layer 31c, a shape protruding outside the pattern formation region is obtained (FIG. 4 (c)).

次に、露光光6として水銀ランプのg線をマスク5を
介して550mJ/cm2の露光エネルギーで照射した。さら
に、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TM
AH)2.38%現像液に感光性樹脂層31cの表面を晒して、3
0秒のディップ現像を行いパターン31dを形成した。な
お、パターン寸法のリニアティーはマスク寸法±10%の
精度で0.35μmのパターンまで得られ、感光性樹脂層の
膜厚を1.5μmとした場合と比べて解像度が0.15μm上
昇することを確認した。この後、パターン31c上にスチ
レンモノマーをグラフト重合させ、エッチング工程を経
て同じ精度でレジストパターンを形成できた。
Next, g-rays from a mercury lamp were irradiated as exposure light 6 through a mask 5 at an exposure energy of 550 mJ / cm 2 . In addition, tetramethylammonium hydroxide (TM
AH) Exposing the surface of the photosensitive resin layer 31c to a 2.38% developer,
Dip development was performed for 0 second to form a pattern 31d. The linearity of the pattern dimension was obtained up to a pattern of 0.35 μm with an accuracy of ± 10% of the mask dimension, and it was confirmed that the resolution was increased by 0.15 μm as compared with the case where the thickness of the photosensitive resin layer was 1.5 μm. . Thereafter, a styrene monomer was graft-polymerized on the pattern 31c, and a resist pattern could be formed with the same precision through an etching process.

また、この実施例で得られたパターンは、第3の実施
例と同様に第1及び第2の実施例で得られたパターンと
比べて、側壁に立った良好な形状のものが得られた。
Further, the pattern obtained in this example had a better shape standing on the side wall as compared with the patterns obtained in the first and second examples as in the third example. .

第5の実施例 第5図は本願第1の発明によるパターン形成方法の第
5の実施例を示す工程断面図である。
Fifth Embodiment FIG. 5 is a process sectional view showing a fifth embodiment of the pattern forming method according to the first invention of the present application.

シリコン基板41上にシリコン酸化膜42を膜厚1000Åで
形成し、さらにその上にg線用ポジ型フォトレジストを
膜厚800Åで塗布して感光性樹脂層43を形成した(第5
図(a))。
A silicon oxide film 42 is formed on a silicon substrate 41 to a thickness of 1000 、, and a positive photoresist for g-line is applied thereon to a thickness of 800 を to form a photosensitive resin layer 43 (fifth embodiment).
Figure (a).

次にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
(TMAH)2.38%現像液に感光性樹脂層43を30秒、晒して
表面部分43aを溶出し層全体を難溶化層43bとした(第5
図(b))。この時の感光性樹脂層の膜厚は350Åであ
った。さらに前記難溶化した感光性樹脂膜43bに対して
マスク5を介して水銀ランプのg線を照射し(第5図
(c))、現像を行って0.35μmのラインアンドスペー
スのパターン43cを精度よく得た(第5図(d))。こ
の後、パターン43c上にスチレンモノマーをグラフト重
合させ、同じ精度でレジストパターンを形成できた(第
5図(e))。
Next, the photosensitive resin layer 43 was exposed to a 2.38% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) developer for 30 seconds to elute the surface portion 43a, and the entire layer was made a hardly soluble layer 43b (fifth embodiment).
Figure (b). At this time, the thickness of the photosensitive resin layer was 350 °. Further, the insolubilized photosensitive resin film 43b is irradiated with a g-ray of a mercury lamp through a mask 5 through a mask 5 (FIG. 5 (c)), and developed to accurately form a 0.35 μm line and space pattern 43c. It was well obtained (Fig. 5 (d)). Thereafter, a styrene monomer was graft-polymerized on the pattern 43c, and a resist pattern was formed with the same precision (FIG. 5 (e)).

なお、前述した第1乃至第5の実施例において感光性
樹脂層にi線用ポジ型レジストを用い、表面全体の露光
及びパターン露光に水銀ランプのi線(波長365nm)を
用いた場合には、いずれもパターン寸法のリニアティー
はマスク寸法±10%の精度で0.30μmのパターンまで得
られた。なお、g線用感光性樹脂層、i線用感光性樹脂
層いずれの場合においても、水銀ランプの300nm以上の
波長の光を用いて表面全体の露光を行うことができ、こ
の場合も同様の効果が得られた。
In the above-described first to fifth embodiments, when a positive resist for i-line is used for the photosensitive resin layer and i-line (wavelength 365 nm) of a mercury lamp is used for the entire surface exposure and pattern exposure, In each case, the linearity of the pattern dimension was obtained up to a pattern of 0.30 μm with an accuracy of the mask dimension ± 10%. In addition, in any case of the g-line photosensitive resin layer and the i-line photosensitive resin layer, the entire surface can be exposed using light having a wavelength of 300 nm or more of a mercury lamp. The effect was obtained.

第6の実施例 以下、本願第2の発明によるパターンの形成方法の実
施例を説明する。
Sixth Embodiment An embodiment of a pattern forming method according to the second invention of the present application will be described below.

第6図は本願第2の発明によるパターンの形成方法の
一実施例を説明するための工程断面図である。まず、シ
リコン基板61上にポジ型レジスト(東京応化工業社製)
を3000rpmで回転塗布して、180℃で20分間ベーキング
し、膜厚2.0μmの平坦化層62を形成した。次にこの平
坦化層62上にSOGを塗布し、200℃で15分間ベーキング
し、酸化シリコンに変化させて中間層63を形成した。さ
らに、この中間層63上にi線用ポジ型レジスト(日本合
成ゴム社製)を4000rpmで回転塗布し、90℃でベーキン
グして、膜厚0.5μmの感光性樹脂層64を形成した(第
6図(a))。
FIG. 6 is a process sectional view for explaining one embodiment of the pattern forming method according to the second invention of the present application. First, a positive resist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) on a silicon substrate 61
Was spin-coated at 3000 rpm and baked at 180 ° C. for 20 minutes to form a planarization layer 62 having a thickness of 2.0 μm. Next, SOG was applied on the flattening layer 62, baked at 200 ° C. for 15 minutes, and changed to silicon oxide to form an intermediate layer 63. Further, a positive resist for i-line (manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co.) was spin-coated at 4000 rpm on the intermediate layer 63 and baked at 90 ° C. to form a photosensitive resin layer 64 having a thickness of 0.5 μm (No. FIG. 6 (a).

次に、第6図(b)に示すようにこの感光性樹脂層64
の表面に対して、マスク5を介して露光光6として水銀
ランプのi線を照射した。ここで、7は照射領域を示
す。次に第6図(c)に示すように、テトラメチルアン
モニウムハイドロオキサイド(TMAH)を2.24%含有する
低濃度の有機アルカリ現像液を用いて、パドル式で45秒
間現像を行い、側壁が垂直に近い感光性樹脂層パターン
64を0.35μmのラインアンドスペースで形成した。
Next, as shown in FIG.
Was irradiated with i-rays from a mercury lamp as exposure light 6 through a mask 5. Here, 7 indicates an irradiation area. Next, as shown in FIG. 6 (c), using a low-concentration organic alkali developer containing 2.24% of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), development was performed for 45 seconds by a paddle method, and the side wall was vertically extended. Close photosensitive resin layer pattern
64 was formed with a 0.35 μm line and space.

なお、現像液濃度及び現像時間の組み合わせを2.31%
及び38sec、2.38%及び30secとしても寸法精度の高い良
好なパターンを得ることが出来た。さらにまた、テトラ
メチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)の濃度
を2.15%乃至2.24%で行っても良好なパターンを得るこ
とが出来た。又、この実施例において現像液温度は23℃
とした。
The combination of the developer concentration and the development time was 2.31%
Also, good patterns with high dimensional accuracy could be obtained at 38 sec, 2.38% and 30 sec. Furthermore, a good pattern could be obtained even when the concentration of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was set at 2.15% to 2.24%. In this embodiment, the temperature of the developer is 23 ° C.
And

本願第2の発明の実施例の現像液濃度と現像時間は、
第7図の特性図に基づき設定した。すなわち、この図に
おいて、斜線で示す範囲、すなわち2.15%乃至2.38%の
現像液濃度が現像時間に対するマージンを拡大できる適
当な濃度を示している。つまり、2.15%以下の現像液濃
度では、現像時間がかかり過ぎたり、濃度が薄すぎるこ
とにより露光部と非露光部の現像選択性が低下しパター
ン形状の劣化が生じるので、適用が難しいことがわかっ
た。従って、第7図の斜線の部分が、本願第2の発明の
実施例の適用範囲である。
The developer concentration and the developing time of the embodiment of the second invention of the present application are as follows.
It was set based on the characteristic diagram of FIG. In other words, in this drawing, the range indicated by the hatching, that is, the developer concentration of 2.15% to 2.38% indicates an appropriate concentration that can expand the margin for the development time. In other words, if the developer concentration is 2.15% or less, the application time is too long, or the concentration is too low, so that the development selectivity of the exposed part and the non-exposed part is reduced and the pattern shape is deteriorated. all right. Therefore, the shaded portion in FIG. 7 is the applicable range of the embodiment of the second invention of the present application.

また、この実施例においてある濃度での最適現像時間
とγ値との関係を第8図に示す。この図からわかるよう
に、現像液濃度2.24%、2.31%、2.38%の順に高γ値を
示した。しかもこの順にパターン形状は良好だった。ま
た、現像液濃度が2.24%では現像時間45sec、2.31%で
は38sec、2.38%では30secがγ値の極大値を与えてい
る。この現像時間を中心として、±12%程度の現像マー
ジンが確認できた。また各濃度でのγ値の極大値は濃度
が低くなるほど大きくなっており、この極大値に対応す
る現像時間は濃度が高くなるほど短くなっている。さら
に、各濃度での極大値は、ほぼ直線上でシフトしてい
る。
FIG. 8 shows the relationship between the optimum developing time at a certain density and the γ value in this embodiment. As can be seen from this figure, high γ values were shown in the order of the developer concentration of 2.24%, 2.31%, and 2.38%. Moreover, the pattern shape was good in this order. When the developer concentration is 2.24%, the development time is 45 seconds, at 2.31% 38 seconds, and at 2.38% 30 seconds, the maximum value of the γ value is given. A development margin of about ± 12% was confirmed around this development time. The maximum value of the γ value at each density increases as the density decreases, and the development time corresponding to the maximum value decreases as the density increases. Further, the maximum value at each concentration is shifted substantially on a straight line.

以上の検討を行った結果、現像液濃度は2.15%乃至2.
38%、より好ましくは、2.24%乃至2.38%の範囲で設定
することが効果的で、また現像時間は現像液濃度2.24%
では45sec、2.31%では38sec、2.38%では30secが最高
であった。
As a result of the above examination, the developer concentration was 2.15% to 2.
It is effective to set 38%, more preferably in the range of 2.24% to 2.38%, and the developing time is 2.24%
At 45 seconds, the maximum was 38 seconds at 2.31%, and 30 seconds at 2.38%.

以上、述べたように本願第2の発明の実施例によれば
現像液濃度を通常より低くすることにより、感光性樹脂
層の現像速度が小さくなり、その現像に要する時間を延
長できるので、現像時間に対するマージンを大きくとる
ことができ、寸法精度のすぐれたパターンを形成するこ
とができる。また、パターンの膜厚は十分厚くエッチン
グ耐性も十分である。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, by making the developer concentration lower than usual, the developing speed of the photosensitive resin layer is reduced, and the time required for the development can be extended. A large margin for time can be taken, and a pattern with excellent dimensional accuracy can be formed. Further, the film thickness of the pattern is sufficiently large and the etching resistance is sufficient.

尚、上記した現像条件は前述した第1の実施例乃至第
5の実施例のg線用レジストでもほぼ同様の条件であ
り、これらの実施例でも適用可能である。
The developing conditions described above are almost the same for the g-line resists of the first to fifth embodiments described above, and can be applied to these embodiments.

第7の実施例 第9図は本願第2の発明によるパターンの形成方法の
他の実施例を示す工程断面図である。現像時間及び現像
液濃度は、第6の実施例と同様とした。
Seventh Embodiment FIG. 9 is a process sectional view showing another embodiment of the pattern forming method according to the second invention of the present application. The developing time and the developer concentration were the same as in the sixth embodiment.

まず第9図(a)に示すように、第6の実施例と同様
にしてシリコン基板61上に平坦化層62、中間層63、感光
性樹脂層71からなる多層レジスト層をこの順に形成し
た。
First, as shown in FIG. 9 (a), a multilayer resist layer composed of a planarizing layer 62, an intermediate layer 63 and a photosensitive resin layer 71 was formed in this order on a silicon substrate 61 in the same manner as in the sixth embodiment. .

次に、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
(TMAH)を2.38%含有する有機アルカリ現像液に感光性
樹脂層71の表面を30秒間浸し、水洗することにより、第
9図(b)に示すように、感光性樹脂層71表面に難溶化
層71aを形成した。なお、この時感光性樹脂層71は、そ
の表面部分71bが溶出することにより膜減りして難溶化
層71cとなった。
Next, the surface of the photosensitive resin layer 71 is immersed in an organic alkali developing solution containing 2.38% of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) for 30 seconds and washed with water to obtain a photosensitive resin layer as shown in FIG. 9 (b). The hardly soluble layer 71a was formed on the surface of the conductive resin layer 71. At this time, the photosensitive resin layer 71 was reduced in film thickness due to elution of the surface portion 71b, and became the hardly soluble layer 71c.

次に第9図(c)に示すように、露光光6として水銀
ランプのi線をマスク5を介してパターン照射した後、
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)
を2.24%含有する有機アルカリ現像液を用い、パドル式
で感光性樹脂層71cの表面を45秒間現像することによ
り、第9図(d)に示すように非露光部の残存したパタ
ーン71cを形成した。この場合前記難溶化層71aのため、
感光性樹脂パターン71cの膜減りを防ぐことができ、パ
ターン寸法0.35μmの形状がより良好なパターンを得る
ことができた。なおこの実施例においても、現像液濃度
及び現像時間の組み合わせを2.31%及び38sec、2.38%
及び30secとして良好なパターンを得ることができた。
また、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
(TMAH)の濃度を2.15%乃至2.24%で行っても良好なパ
ターンを得ることが出来た。
Next, as shown in FIG. 9 (c), after pattern irradiation of i-line of a mercury lamp as the exposure light 6 through the mask 5,
Tetramethylammonium hydroxide (TMAH)
By developing the surface of the photosensitive resin layer 71c by a paddle method using an organic alkali developer containing 2.24% for 45 seconds, a pattern 71c in which a non-exposed portion remains is formed as shown in FIG. 9 (d). did. In this case, because of the hardly soluble layer 71a,
The film thickness of the photosensitive resin pattern 71c was prevented from being reduced, and a better pattern having a pattern size of 0.35 μm was obtained. In this example, the combination of the developer concentration and the developing time was 2.31% and 38 sec, and 2.38%.
And a good pattern could be obtained for 30 sec.
A good pattern could be obtained even when the concentration of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was set at 2.15% to 2.24%.

第8の実施例 次に本願第2の発明によるパターンの形成方法の他の
実施例を第6図を用いて説明する。
Eighth Embodiment Next, another embodiment of the pattern forming method according to the second invention will be described with reference to FIG.

第6の実施例と同様に、シリコン基板61上に平坦化6
2、中間層63、感光性樹脂層64からなる多層レジスト層
を形成した後(第6図(a))、水銀ランプのi線をパ
ターン露光し(第6図(b))。定在波による形状の劣
化を軽減するために、110℃で2分間ベーキングする。
次にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TM
AH)2.24%の有機アルカリ現像液で45秒間現像すること
により良好な形状のパターンを得ることができた(第6
図(c))。なお、現像液濃度及び現像時間の組み合わ
せを2.31%及び38sec、2.38%及び30secとしても良好な
パターンを得ることができた。また、テトラメチルアン
モニウムハイドロオキサイド(TMAH)の濃度を2.15%乃
至2.24%で行っても良好なパターンを得ることが出来
た。
As in the sixth embodiment, a planarization 6
2. After forming a multilayer resist layer composed of the intermediate layer 63 and the photosensitive resin layer 64 (FIG. 6A), i-line of a mercury lamp is subjected to pattern exposure (FIG. 6B). Baking is performed at 110 ° C. for 2 minutes in order to reduce shape deterioration due to standing waves.
Next, tetramethylammonium hydroxide (TM
AH) A pattern having a good shape could be obtained by developing with a 2.24% organic alkali developer for 45 seconds (No. 6).
Figure (c). A good pattern could be obtained even when the combination of the developer concentration and the developing time were set to 2.31% and 38 sec, 2.38% and 30 sec. A good pattern could be obtained even when the concentration of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was set at 2.15% to 2.24%.

第9の実施例 次に本願第2の発明によるパターンの形成方法のさら
に他の実施例を第6図及び第9図を用いて説明する。
Ninth Embodiment Next, still another embodiment of the pattern forming method according to the second invention of the present application will be described with reference to FIGS.

第6の実施例と同様に、シリコン基板61上に平坦化層
62、中間層63、感光性樹脂層64からなる多層レジスト層
を形成した後(第6図(a))、水銀ランプのi線をパ
ターン露光した(第6図(b))。次にコリンを2.95%
含む有機アルカリ現像液で45秒現像することにより、パ
ターン寸法0.35μmの良好なパターンを得ることができ
た(第6図(c))。なおこの実施例の条件で第7の実
施例のように、i線露光前に3.15%のコリン溶液に30se
c浸してから水洗する(第9図(b))ことにより、パ
ターンの膜減りが少ない良好なパターンを得ることがで
きた。また、第8の実施例のようにi線露光後に110℃
で2分間ベーキングすることにより良好なパターンを得
ることができた。またこの実施例のようにコリンを含む
現像液の場合には、コリンの濃度を2.57%乃至3.15%で
行うと、良好なパターンを得ることができた。
As in the sixth embodiment, a planarizing layer is formed on a silicon substrate 61.
After forming a multi-layer resist layer comprising 62, an intermediate layer 63 and a photosensitive resin layer 64 (FIG. 6 (a)), the i-line of a mercury lamp was subjected to pattern exposure (FIG. 6 (b)). Then choline 2.95%
By performing development for 45 seconds with the organic alkaline developer containing the composition, a good pattern having a pattern size of 0.35 μm could be obtained (FIG. 6 (c)). Under the conditions of this embodiment, as in the seventh embodiment, 30 sec.
c By immersion and washing with water (FIG. 9 (b)), a good pattern with little film loss of the pattern could be obtained. Also, as in the eighth embodiment, after the i-line exposure,
Baking for 2 minutes to obtain a good pattern. Further, in the case of a developer containing choline as in this example, when the concentration of choline was set at 2.57% to 3.15%, a good pattern could be obtained.

なお本発明は前述した実施例に限られるものではな
く、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications without departing from the scope of the claims.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように本発明によるパターンの形成方法で
あれば、現像時間に対するマージンを大きくとることが
でき、十分なエッチング耐性を有する寸法精度のすぐれ
たパターンを形成することができる。
As described above, according to the pattern forming method of the present invention, a margin for the development time can be increased, and a pattern having sufficient etching resistance and excellent dimensional accuracy can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本願第1の発明によるパターンの形成方法の一
実施例を示す工程断面図、第2図、第4図、第5図は本
願第1の発明によるパターンの形成方法の他の実施例を
示す工程断面図、第3図はγ値特性を示す特性図、第6
図は本願第2の発明によるパターンの形成方法の一実施
例を示す工程断面図、第7図は前記第6図の一実施例に
おける現像液濃度とその濃度での最適現像時間との関係
を示す特性図、第8図は前記第6図の一実施例における
現像液濃度での最適現像時間とγ値との関係を示す特性
図、第9図は本願第2の発明によるパターンの形成方法
の他の実施例を示す工程断面図、第10図は従来の表面難
溶化法を説明するための工程断面図である。 1,41,61……シリコン基板、2,62……平坦化層、3,63…
…中間層、4,21,31,43,64,71,92……感光性樹脂層、4a,
21b,31b,43a,71b……感光性樹脂層4の表面層(溶出
層)、4b,21c,31c,43b……難溶化層、4c,21d,31d,43c,7
1c……感光性樹脂パターン、5,32,94……マスク、6,33
……露光光、7,21a,96……照射領域、8……Xe−Hgラン
プ、9……グラフト重合層、22,95……放射線、31aパタ
ーン形成領域、42……シリコン酸化膜、71a,93……難溶
化層、91……基板、92a……感光性樹脂層92の表面部
分、97……露光部と非露光部の境界線。
FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of a pattern forming method according to the first invention of the present application, and FIGS. 2, 4 and 5 show another embodiment of a pattern forming method according to the first invention of the present application. FIG. 3 is a process sectional view showing an example, FIG.
FIG. 7 is a sectional view showing a step of an embodiment of a pattern forming method according to the second invention of the present application. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the developer concentration and the optimum developing time at the concentration in the embodiment of FIG. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the optimum developing time at the developer concentration and the γ value in the embodiment of FIG. 6, and FIG. 9 is a pattern forming method according to the second invention of the present application. FIG. 10 is a process cross-sectional view showing another example, and FIG. 10 is a process cross-sectional view for explaining a conventional surface insolubilization method. 1,41,61 …… Silicon substrate, 2,62 …… Planarization layer, 3,63…
… Intermediate layer, 4,21,31,43,64,71,92 …… Photosensitive resin layer, 4a,
21b, 31b, 43a, 71b ... surface layer (elution layer) of photosensitive resin layer 4, 4b, 21c, 31c, 43b ... hardly soluble layer, 4c, 21d, 31d, 43c, 7
1c …… Photosensitive resin pattern, 5,32,94 …… Mask, 6,33
Exposure light, 7, 21a, 96 Irradiation area, 8 Xe-Hg lamp, 9 Graft polymer layer, 22, 95 Radiation, 31a pattern formation area, 42 Silicon oxide film, 71a Reference numeral 93 denotes a hardly soluble layer, 91 denotes a substrate, 92a denotes a surface portion of the photosensitive resin layer 92, and 97 denotes a boundary between an exposed portion and a non-exposed portion.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/32 G03F 6/38 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/32 G03F 6/38

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に感光性樹脂の薄膜を形成する工程
と、この感光性樹脂の薄膜の表面をアルカリ現像液にさ
らすことにより、前記感光性樹脂の薄膜の全体をアルカ
リ難溶化する工程と、前記難溶化した感光性樹脂の薄膜
をパターン露光する工程と、その後現像することにより
感光性樹脂のパターンを形成する工程と、前記パターン
形成領域を含む感光性樹脂薄膜の表面部分に対して放射
線を照射する工程と、前記パターン上にグラフト重合に
より選択的に堆積層を形成する工程とを含むことを特徴
とするパターン形成方法。
1. A step of forming a photosensitive resin thin film on a substrate, and a step of exposing the surface of the photosensitive resin thin film to an alkali developing solution to make the entire photosensitive resin thin film hardly alkali-soluble. And a step of pattern exposure of the insoluble photosensitive resin thin film, a step of forming a photosensitive resin pattern by subsequent development, and a surface portion of the photosensitive resin thin film including the pattern forming region A method for forming a pattern, comprising: irradiating radiation; and selectively forming a deposited layer on the pattern by graft polymerization.
【請求項2】前記現像時の感光性樹脂の薄膜の厚みは80
0Å以下としたことを特徴とする請求項(1)記載のパ
ターン形成方法。
2. The photosensitive resin thin film at the time of development has a thickness of 80
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the angle is set to 0 [deg.] Or less.
【請求項3】基板上に感光性樹脂の薄膜を形成する工程
と、この感光性樹脂の薄膜をパターン露光する工程と、
その後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
を主成分とする2.15%乃至2.38%の濃度の有機アルカリ
現像液又はコリンを主成分とする2.57%乃至3.15%の濃
度の有機アルカリ現像液で現像を行い、感光性樹脂のパ
ターンを形成する工程と、前記形成されたパターン上に
グラフト重合により選択的に堆積層を形成する工程とを
含むことを特徴とするパターン形成方法。
3. A step of forming a photosensitive resin thin film on a substrate, a step of pattern-exposing the photosensitive resin thin film, and
Thereafter, development is carried out with an organic alkali developer having a concentration of 2.15% to 2.38% mainly containing tetramethylammonium hydroxide or an organic alkali developer having a concentration of 2.57% to 3.15% mainly containing choline. A pattern forming method, comprising: forming a resin pattern; and selectively forming a deposited layer on the formed pattern by graft polymerization.
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