JP3061037B2 - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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JP3061037B2
JP3061037B2 JP10280684A JP28068498A JP3061037B2 JP 3061037 B2 JP3061037 B2 JP 3061037B2 JP 10280684 A JP10280684 A JP 10280684A JP 28068498 A JP28068498 A JP 28068498A JP 3061037 B2 JP3061037 B2 JP 3061037B2
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/70466Multiple exposures, e.g. combination of fine and coarse exposures, double patterning or multiple exposures for printing a single feature

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造に
利用されるレジストパターンの形成方法に関し、特にレ
ジスト表面を選択的にシリル化してレジストのパターン
形成を行う方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程では、半導体基板
の表面に対して選択的に不純物を導入し、あるいは選択
的にエッチングを行う工程が不可欠であり、その際に半
導体基板を選択的に露呈するためにレジストを所要のパ
ターンに形成することが必要とされる。従来、このレジ
ストパターンを形成する技術として、レジストを選択的
にシリル化し、このシリル化した領域をマスクとした選
択エッチングによってレジストをパターン形成する技術
が提案されている。例えば、この種の技術として、特開
平3−6566号公報、特開平5−303210号公
報、特開平5−304086号公報、特開平10−16
3084号公報等に記載の技術が挙げられる。これらの
従来技術のうち、特開平5−303210号公報に記載
の技術を簡単に説明する。
【0003】図3は当該公報に記載の技術の概略を示す
工程断面図であり、図3(a)のように、半導体基板等
の基板201上にレジストを塗布してレジスト膜202
を形成した後、所望のパターンに形成したフォトマスク
203を用いて前記レジスト膜に当該パターンを露光す
る。しかる上で、図3(b)のように、前記フォトマス
クを外した上でレジスト膜の全面に前記パターン露光光
よりも低エネルギで遠紫外光204を照射する。そし
て、図3(c)のように、前記パターン露光光が露光さ
れた領域205のレジスト膜の表面を選択的にシリル化
し、このシリル化した領域をマスクとしてレジスト膜2
02をドライエッチングにより現像することで、図3
(d)のように、シリル化していない領域のレジストが
除去され、前記所望のパターンのレジストパターン20
6を形成している。この従来の技術では、レジスト膜2
02に対してパターン露光を起こった後に、全面に遠紫
外光204を照射することで、パターン露光によるレジ
スト膜202の未露光部207を架橋し、この架橋され
た未露光領域207でのシリル化の反応を防止し、シリ
ル化領域205がレジスト膜202の横方向に広がるこ
とを抑制して高精度のパターン形成を実現しようとする
ものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この従来の技術では、
レジスト膜202に対する遠紫外光204の照射は、パ
ターン露光での未露光領域を架橋するために行っている
が、この架橋反応がパターン露光領域にまで影響をおよ
ぼすことを防止するために、遠紫外光のエネルギはパタ
ーン露光のエネルギよりも低くしている。このため、遠
紫外光がレジスト膜の厚み方向に深く進入されず、レジ
スト膜202の未露光領域の表面部207のみが架橋さ
れることになる。そのため、その後のシリル化の工程に
おいて、シリル化反応を進行させ、シリル化がレジスト
膜の深さ方向に進行したときに、図3(c)に矢印で示
すように、架橋されたレジストの架橋領域207の表面
部よりも深い領域においてシリル化が横方向に進行して
しまい、結果としてシリル化領域205が未露光領域に
まで進入し、横方向の寸法が拡大され、形成するレジス
トパターンの寸法精度を低下するおそれがある。
【0005】本発明の目的は、シリル化がレジスト膜の
横方向に進行してシリル化領域が拡大することを防止
し、高精度のパターン形成を可能にしたレジストパター
ンの形成方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
したレジスト膜に対し、所要のパターンの露光を行い、
かつ前記レジスト膜を選択的にシリル化し、前記シリル
化領域をマスクにして前記レジスト膜を選択的にエッチ
ングする工程を含むレジストパターンの形成方法におい
て、前記パターンの露光を行う前に、前記レジスト膜の
全面に前記レジスト膜に対する光透過率の低い露光光で
第1の露光と、前記レジスト膜の前記露光されない領
域を架橋するためのベーク処理を行い、前記レジスト膜
の表面部以外の領域を架橋させる工程を含むことを特徴
とする。
【0007】本発明のレジストパターンの形成方法の好
ましい形態としては、基板上にレジストを塗布してレジ
スト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の全面に前記
レジスト膜に対する光透過率の低い露光光での第1の露
光を行ない前記レジスト膜の表面領域を露光する工程
と、前記レジスト膜をベーク処理し前記第1の露光領域
を除く前記レジスト膜の表面領域以外の厚さ領域を架橋
する工程と、前記レジスト膜に対して所要のパターンの
第2の露光を行ない前記レジスト膜の表面領域を選択的
に露光して当該露光領域を架橋する工程と、前記レジス
ト膜の表面に対してシリル化処理を行ない前記第2の露
光の未露光領域をシリル化する工程と、前記レジスト膜
をドライエッチングにより現像し、前記シリル化されな
い領域のレジスト膜を選択的に除去する工程とを含むこ
とを特徴とする。ここで、前記第1の露光はKrFエキ
シマレーザー光を用い、前記第2の露光はArFエキシ
マレーザー光が用いられる。また、前記レジスト膜の現
像工程は、酸素プラズマを用いたドライエッチング法が
用いられる。
【0008】本発明のレジストパターン形成方法では、
第1の露光によりレジスト表面以外の部分を架橋させた
後、第2の露光によりパターンを露光することによって
レジスト表面の未露光領域を架橋し、しかる後にシリル
化処理を行うことにより、シリル化がレジストの深さ方
向及び横方向にまで拡大することが防止でき、高精度の
パターン露光によるレジストパターン形成が可能とな
る。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1及び図2は本発明の形成方法を
工程順に示す断面図である。先ず、図1(a)のよう
に、基板、ここでは半導体基板101の表面にi線レジ
ストを所要の厚さ、例えば1.5μm程度に塗布してレ
ジスト膜102を形成する。次いで、図1(b)のよう
に、前記レジスト膜の全面に、KrFエキシマレーザー
露光機でKrFエキシマレーザー光103を露光する。
次に、180℃、2分間のベークを行う。前記KrFエ
キシマレーザー光103の全面露光とベークによって、
図1(c)に示すように、前記レジスト膜102の表面
以外の部分104が架橋する。これは、KrFエキシマ
レーザー光の波長(248nm)におけるi線レジスト
の透過率が低いため、レジスト膜102の表面のみ露光
され、レジスト膜102の厚み方向に深い領域104は
露光されることがなく、この未露光の領域104で架橋
反応が生じるためである。
【0010】次いで、図2(a)のように、所望のフォ
トマスク105を用いて前記レジスト膜102の表面
に、ArFエキシマレーザー露光機を用いてArFエキ
シマレーザー光106で前記フォトマスク105のマス
クパターンをパターン露光する。これにより、図2
(b)に示すように、ArFエキシマレーザー光はパタ
ーン露光領域107のレジスト膜102の表面を架橋さ
せる。これはArFエキシマレーザー光は波長(193
nm)が短いため、ArFエキシマレーザー光106が
露光されたレジスト中のポリマーが架橋反応を起こすた
めである。しかる上で、図2(c)のように、ヘキサメ
チルジシラザン(HMDS)雰囲気で200℃、5分間
熱処理することによって、レジスト膜102の表面の、
架橋されていない領域108がシリル化される。このシ
リル化は、HMDSとレジストポリマー中のOH基との
結合反応を利用したもので、この反応自体は前記した各
公報に記載されているものと同じである。最後に、酸素
プラズマを用いたドライエッチング法によって前記レジ
スト膜102を現像することにより、前記シリル化領域
108はエッチングが進行せず、シリル化が行われてい
ない架橋されている領域107とその直下の領域がエッ
チングされ、結果として図2(d)のように、シリル化
領域108がマスクとなったレジストパターン109が
形成される。このレジストパターン109は、前記フォ
トマスク105のネガパターンとして形成される。
【0011】このように、本発明では、先にレジスト膜
102の全面にKrFエキシマレーザー光103を照射
し、かつベーク処理することで、レジスト膜102の表
面部以外の領域104を架橋する。この処理により、レ
ジスト膜102はその全厚み1.5μmのうち、表面部
の0.数μmの厚み領域のみが以降の工程において実質
的なレジスト膜として有効となる。その上でレジスト膜
102にArFエキシマレーザー光106を用いてパタ
ーン露光を行うことにより、レジスト膜102は実質的
なレジストとして有効な表面部の薄い膜厚部分において
パターンの露光部107が架橋されるため、この処理の
後はパターン露光されない領域の、しかもレジスト膜1
02の表面部の薄い膜厚部分のみが架橋されない領域と
して残されることになる。そして、レジスト膜102に
対してシリル化を実行することにより、前記したレジス
ト膜102の表面部の薄い膜厚部分のパターン未露光部
108のみがシリル化されることになる。このとき、パ
ターン露光部の周囲、及びそれよりも深い領域107,
104は全て架橋されているため、シリル化される領域
108が前記パターン未露光部の横方向及び深さ方向に
進行することはない。したがって、その後のレシスト膜
102に対する現像により、レジスト膜102はシリル
化された領域108、すなわちフォトマスク105によ
るパターン露光領域のみがエッチングされずに残され、
このパターン露光領域をマスクとしたエッチングが行わ
れ、高精度のレジストパターンが形成されることにな
る。
【0012】ここで、本発明においては、レジスト膜の
全面に照射する第1の露光光は、レジスト膜の表面部の
薄い領域のみを露光してベーク工程による架橋を生じさ
せないためのものであり、したがってレジスト膜の表面
部のみに露光を実現するものであれば前記した実施形態
のような波長248nmのKrFエキシマレーザー光に
限定されるものではない。また、レジスト膜に対してパ
ターン露光する第2の露光光は、レジスト膜に露光した
領域を架橋するものであり、したがって露光領域を架橋
するものであれば前記した実施形態のような193nm
のArFエキシマレーザー光に限定されるものではな
い。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、レジスト
膜に対して光透過率の低い露光光を用いての第1の露光
、露光されない領域を架橋するためのベーク処理によ
レジスト表面以外の部分を架橋させた後、所要のパタ
ーンの露光を行うことによってレジスト表面の未露光領
域を架橋し、しかる後にシリル化処理を行うことによ
り、シリル化がレジストの深さ方向及び横方向にまで拡
大することが防止でき、レジスト形状を改善し、高解像
度化、および焦点深度を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパターン形成方法の製造工程断面図の
その1である。
【図2】本発明のパターン形成方法の製造工程断面巣の
その2である。
【図3】従来のパターン形成方法の一例の製造工程断面
図である。
【符号の説明】
101 半導体基板 102 レジスト膜 103 KrFエキシマレーザー光 104 架橋領域 105 フォトマスク 106 ArFエキシマレーザー光 107 架橋領域 108 シリル化領域 109 レジストパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/30 566 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/00 - 7/42 H01L 21/027

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成したレジスト膜に対し、所
    要のパターンの露光を行い、かつ前記レジスト膜を選択
    的にシリル化し、前記シリル化領域をマスクにして前記
    レジスト膜を選択的にエッチングする工程を含むレジス
    トパターンの形成方法において、前記パターンの露光を
    行う前に、前記レジスト膜の全面に前記レジスト膜に対
    する光透過率の低い露光光での第1の露光と、前記レジ
    スト膜の前記露光されない領域を架橋するためのベーク
    処理を行い、前記レジスト膜の表面部以外の領域を架橋
    させる工程を含むことを特徴とするレジストパターンの
    形成方法。
  2. 【請求項2】 基板上にレジストを塗布してレジスト膜
    を形成する工程と、前記レジスト膜の全面に前記レジス
    ト膜に対する光透過率の低い露光光での第1の露光を行
    ない前記レジスト膜の表面領域を露光する工程と、前記
    レジスト膜をベーク処理し前記第1の露光領域を除く
    記レジスト膜の表面領域以外の厚さ領域を架橋する工程
    と、前記レジスト膜に対して所要のパターンの第2の露
    光を行ない前記レジスト膜の表面領域を選択的に露光し
    て当該露光領域を架橋する工程と、前記レジスト膜の表
    面に対してシリル化処理を行ない前記第2の露光の未露
    光領域をシリル化する工程と、前記レジスト膜をドライ
    エッチングにより現像し、前記シリル化されない領域の
    レジスト膜を選択的に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。
  3. 【請求項3】 前記第1の露光はKrFエキシマレーザ
    ー光を用い、前記第2の露光はArFエキシマレーザー
    光を用いる請求項2に記載のレジストパターンの形成方
    法。
  4. 【請求項4】 前記レジスト膜の現像工程は、酸素プラ
    ズマを用いたドライエッチング法である請求項2または
    3に記載のレジストパターンの形成方法。
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