JP4302065B2 - パターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、レジストパターンを用いたパターン形成方法に関する。
リソグラフィ技術を用いて形成されるレジストパターンをマスクに用いて、被加工膜の加工、並びに拡散層の選択形成が行われる(特許文献1)。レジストパターンの微細化に伴い、被加工膜の加工不良、拡散層の形成不良が生じ、形成される半導体装置が不良となるという問題があった。
特開2003−140361号公報
本発明の目的は、歩留まりの向上を図り得るパターン形成方法を提供することにある。
本発明の一例に係わるパターン形成方法は、半導体基板上に形成された被加工膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にマスクに形成されたパターンを転写して、前記レジスト膜に前記パターンの潜像を形成する工程と、前記パターンに対応するレジストパターンを形成するために、前記潜像が形成されたレジスト膜を現像する工程と、前記レジストパターンの表面に樹脂膜が選択形成されたマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンのスリミングを行う工程と、前記スリミング後、前記マスクパターンをマスクに前記被加工膜をエッチする工程とを含むことを特徴とする。
本発明の一例に係わるパターン形成方法は、半導体基板上に形成された被加工膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にマスクに形成されたパターンを転写して、前記レジスト膜に前記パターンの潜像を形成する工程と、前記パターンに対応するレジストパターンを形成するために、前記潜像が形成されたレジスト膜を現像する工程と、前記レジストパターンの表面に樹脂膜を選択形成する工程と、表面に前記樹脂膜が形成されたレジストパターンをマスクに前記被加工膜をエッチングし、被加工膜パターンを形成する工程と、前記被加工膜パターンのスリミングを行う工程とを含むことを特徴とする。
本発明の一例に係わるパターン形成方法は、被加工膜上にレジスト膜を形成する工程と、被加工膜上に樹脂及び溶剤を含む高分子膜形成用塗布材料を塗布する工程と、前記被加工膜表面に前記樹脂が架橋して形成された架橋層、及び前記架橋層上に前記溶剤が揮発した非架橋層を形成する工程と、前記非架橋層を選択除去する工程と、前記架橋層上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクに前記被加工膜を加工する工程とを含むことを特徴とする。
本発明の一例に係わるパターン形成方法は、基体上に第1の溶液に対して可溶、且つアルカリ現像液、第2の溶液、第3の溶液及び第4の溶液に不溶な反射防止膜を形成する工程と、前記反射防止膜上に、前記第1の溶液を含まず、前記第2の溶液を含むレジスト膜形成用塗布材料を塗布する工程と、前記レジスト膜形成用塗布材料中の第2の溶液を除去することによって、前記第3の溶液に不溶なレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にパターンを転写して潜像パターンを形成する工程と、前記アルカリ現像液を用いて前記潜像パターンが形成された前記レジスト膜を現像し、前記潜像パターンに対応するレジストパターン形成する工程と、前記レジストパターン上に、第1の溶液を含まず、第3の溶液及び樹脂を含む高分子膜形成用塗布材料を塗布する工程と、前記レジストパターン表面に前記樹脂が架橋して形成された第1の溶液に不溶な架橋層、及び前記架橋層上に前記樹脂を主成分とする非架橋層を形成する工程と、第4の溶液を用いて前記非架橋層を選択除去する工程と、前記第1の溶液を用いて、反射防止膜をエッチングする工程とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、レジストパターンのラフネスの低減、パターン倒れの抑制、レジストパターンの下層の反射防止膜の加工不良の抑制を図ることが出来、歩留まりが向上する。
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
(第1の問題)
半導体装置の設計寸法の微細化に伴い現像後のレジストパターンのラフネスが特に問題になってきている。このラフネスは被加工膜へ転写され、デバイスパターンの寸法制御性を劣化させる要因となる。従来技術では、このラフネスの低減方法として、主として材料側からのアプローチがあった。しかし、材料側からの手法によってでは、露光後の酸拡散長の増大などレジストに要求される解像性とトレードオフの関係にあった。
また、特許3057879号公報に記載の側壁樹脂膜形成方法もレジストのラフネスの低減効果があることがわかっている。しかし、側壁樹脂膜形成方法は、本来レジストパターンの寸法を補正するためのものであり、ラフネスの低減と共に、パターンの寸法変動が生じるという問題点があった。
第1及び第2の実施形態では、上記第1の問題を解決するための手法を説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図1(a)に示すように、図示されないシリコン基板上に、膜厚が2nmのシリコン酸化膜10、膜厚150nmのポリシリコン膜(被加工膜)11を形成する。ポリシリコン膜11上に図示されない有機反射防止膜{ARC29A(日産化学社製)}を膜厚78nmとなるように塗布し、ホットプレート上において190℃で60秒間加熱する。その後、膜厚300nmのArF化学増幅型レジスト膜を形成するために、ArF化学増幅型ポジレジスト用塗布材料を前記反射防止膜上に塗布し、ホットプレート上で120℃で60秒間加熱する。その後、前記基板をArFエキシマレーザー露光装置NSR S305B((株)ニコン社製)により、透過率6%のハーフトーンマスクを介して100nmのラインアンドスペースパターンを露光した。照明条件はNAが0.68、σが0.75、2/3の輪帯照明が用いられている。その後、ホットプレート上130℃で60秒間、ポストエクスポジャーベーク(Post Exposure Bake:以下PEBとする)を行った。その後、23℃に調整された現像液AD−10(多摩化学(株))に60秒間浸漬したところ、露光量32mJ/cm2で所望寸法のレジストパターン12が得られる。このとき、100nmL/Sパターンのラフネスとして線幅バラツキを測定すると、3σで10.8nmであった。
続いて、図1(b)に示すように、前記のレジストパターン12上に、超微細加工補助剤(Clariant社製)13を塗布する。図1(c)に示すように、ホットプレート上で130℃で90秒間加熱し、超微細加工補助剤13中の溶剤を揮発させて樹脂膜14を形成すると共に、レジストパターン12と樹脂膜14との界面に架橋層15を形成する。その後、図1(d)に示すように、純水で60秒間リンスし、樹脂膜14の除去を行う。その後、表面に架橋層15が形成されているレジストパターン12の線幅を測定すると、線幅は17nm太っていた。また、ラフネスとして、線幅バラツキを測定したところ、3σで7.8nmとラフネスが改善していることがわかった。レジストパターン12と架橋層15とをマスクパターン12,15と表記する。
その後、図1(e)に示すように、マスクパターン12,15の線幅増加分を補正するために、酸素を含むプラズマによるRIE法によりスリミングを行う。ここで、スリミングとは、リアクティブイオンエッチング工程などの手法により、被加工膜上に形成されたマスクパターンの線幅寸法よりも被加工膜に転写されたパターンの線幅寸法を細くなるように加工する工程を示すものである。
スリミング後、マスクパターン12,15のスリミング量を測定すると、20nmとなり、十分に寸法精度の範囲内であることがわかった。また、線幅バラツキは、3σ=8.0nmと側壁樹脂膜形成工程から変化していないことがわかった。なお、スリミング量の制御はRIEの時間を変化させることで制御可能である。
その後、図1(f)に示すように、前記ポリシリコン膜11をハロゲンガスを含むRIE条件にて加工を行い、100nmのL/Sパターンを得た。形成されたポリシリコンの100nmL/Sのラフネスは、線幅バラツキで3σ=8nmと良好な値を示した。
従来、レジストパターンの表面に架橋層を形成するので、目標のパターンの寸法より細いレジストパターンを形成しなければならない。細いレジストパターンを形成するためには、露光時の露光量裕度、焦点深度裕度等の露光マージンが狭くなる。本実施形態では、架橋層を形成した後、スリミングを行うので、露光マージンが広い条件でパターンの転写を行うことができる。スリミング量は本実施形態に限定されるものではなく、更に現像後のレジストパターンの線幅寸法よりも被加工膜の線幅寸法が細くなっても良い。
本実施形態によれば、マスクパターン12,15のラフネスが抑制されるため、ポリシリコン膜11のエッチング時の加工不良が抑制され、歩留まりが向上する。また、レジストパターン12の形成時、露光マージンが広い条件でパターンを転写することができるので、レジストパターンの形成不良が抑制され、歩留まりが向上する。
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図2(a)〜図2(d)に示した工程は、第1の実施形態で図1(a)〜図1(d)を参照して説明した工程と同様なので説明を省略する。
図2(e)に示すように、ポリシリコン膜11をハロゲンガスを含むRIE条件にて加工を行う。ポリシリコン膜11の線幅は、所望寸法よりも17nm太くなっていた。しかし、形成されたポリシリコン膜11の100nmL/Sパターンのラフネスは、線幅バラツキで3σ=8nmと良好な値を示した。
その後、図2(f)に示すように、パターンの線幅増加分を補正するために、同じくハロゲンガスを含むプラズマによるポリシリコン膜11のRIE法によりスリミングを行う。その後、ポリシリコン膜11のスリミング量を測定すると、20nmとなり、十分に寸法精度の範囲内であることがわかった。また、線幅バラツキは、3σ=8.0nmと側壁樹脂膜形成工程から変化していないことがわかった。なお、スリミング量の制御はRIEの時間を変化させることで、制御可能である。
従来、レジストパターンの表面に架橋層を形成するので、目標のパターンの寸法より細いレジストパターンを形成しなければならない。細いレジストパターンを形成するためには、露光時の露光量裕度、焦点深度裕度等の露光マージンが狭くなる。本実施形態では、ポリシリコン膜11のパターニングを行った後にポリシリコン膜11のスリミングを行うので、露光マージンが広い条件でパターンの転写を行うことができる。スリミング量は本実施形態に限定されるものではなく、更に現像後のレジストパターンの線幅寸法よりも被加工膜の線幅寸法が細くなっても良い。
本実施形態によれば、マスクパターン12,15のラフネスが抑制されるため、ポリシリコン膜11の加工時の加工不良が抑制され、歩留まりが向上する。また、レジストパターン12の形成時、露光マージが広い条件でパターンを転写することができるので、レジストパターンの形成不良が抑制され、歩留まりが向上する。
(第2の問題)
半導体素子の製造方法は、一般に、シリコンウェハー上に被加工膜として複数の物質を堆積し、所望のパターンにパターニングする多くの工程を含む。被加工膜のパターニングでは、まず、一般にレジストと呼ばれる感光性物質を被加工膜上に堆積し、レジスト膜を形成し、このレジスト膜の所定の領域に露光を施す。次いで、レジスト膜の露光部または未露光部を現像処理により除去してレジストパターンを形成し、さらにこのレジストパターンをエッチングマスクとして被加工膜をドライエッチングする。
露光光源としては、スループットの観点からKrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザなどの紫外光が用いられているが、LSIの微細化に伴い要求される解像度がこれらの紫外光の波長以下となってきており、露光量裕度、フォーカス裕度などの露光プロセス裕度が不足してきているのが実情である。特に微細なラインパターンではパターン倒れの問題が深刻で実用上50nm程度の寸法が限界となっていた。露光光源の変更や新たなレジスト材料の開発も検討されてはいるものの、コストの増大に繋がるため、装置や材料の大幅な変更を伴うことなく、より微細なラインパターンをパターン倒れ無く形成する方法が望まれている。
第3及び第4の実施形態では、第2の問題を解決するための手法を説明する。
(第3の実施形態)
図3は、本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図3(a)に示すように、シリコン基板20上に、膜厚80nmのSOG膜21を形成するために、SOG膜形成用塗布材料スピンコートした後、205℃で60秒ベーキング処理を行う。次いで、図3(b)に示すように、SOG膜21上に超微細加工補助剤22を膜厚300nmとなるようにスピンコートする。超微細加工補助剤22は、溶剤と水溶性樹脂とを含む。図3(c)に示すように、120℃、60秒のベーキング処理を行って、超微細加工補助剤中の溶剤を揮発させて樹脂膜23を形成すると共に、SOG膜21上に3nmの架橋層24を形成する。架橋層24は、超微細加工補助剤中の樹脂が架橋反応することによって形成される。次に、図3(d)に示すように、純水を用いた60秒のリンス処理を行って、樹脂膜23を選択除去する。
その後、図3(e)に示すように、架橋層24上にArF用ポジ型DUVレジスト膜形成用塗布材料をスピンコートした後、130℃、60秒のベーキング処理を行って膜厚150nmのレジスト膜25を形成する。
次に、このレジスト膜をArFエキシマレーザー露光装置にてNA=0.85、σ=0.90、3/4輪帯照明の条件で、透過率6%のハーフトーンマスクを用いてL/Sパターンをレジスト膜に転写し、パターンの潜像26を形成する(図3(f))。さらに130℃で90秒のベーキング処理を行った後、2.38wt%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いた30秒間のパドル現像を行う。露光量は28mJ/cm2から1mJ毎に増やして0.07μm以下のL/Sパターンを形成する。露光量が35mJの時に0.045μmのL/Sパターン27を形成することが出来た。架橋層24とL/Sパターン27の密着性は良好であり、レジストパターンのパターン倒れが生じることが抑制された。
次いで、図3(h)に示すように、L/Sパターン27をマスクに、架橋層24、SOG膜21、シリコン基板20をエッチングする。L/Sパターン27及び架橋層24は、このエッチング工程の途中で無くなる。
上述したように、パターン倒れが抑制され、歩留まりの向上を図ることができる。架橋層24の膜厚が30nmより厚いと、架橋層24をパターニングする前にL/Sパターン27が無くなる。ところが、架橋層24はSOG膜21上に薄く形成されるので、SOG膜21のパターニング前に上層のL/Sパターン27が除去されることがないので、SOG膜21をパターニングすることができる。
尚、本実施形態は多層レジストプロセスにも適用できる。その場合には、SOG膜の下に下層レジスト膜を形成する。下層レジスト膜の材質としては、ノボラック樹脂などが挙げられる。より好ましくはカーボンの重量含有率が85%以上の有機膜が望ましい。
さらに、本実施形態では、シリコン基板を被加工膜としているが、被加工膜としては、半導体装置の製造にて使用されるポリシリコン膜、シリコン酸化膜、シリコンナイトライド膜、アルミ膜などがあり、特にシリコン膜に限定されるものではない。
(第4の実施形態)
図4は、本発明の第4の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図4(a)に示すように、シリコン基板20上に、膜厚80nmのSOG膜21を形成するために、SOG膜形成用塗布材料スピンコートした後、205℃で60秒ベーキング処理を行う。次いで、アクリル系の樹脂を含む反射防止膜形成用塗布材料をスピンコートした後、スピン乾燥する。図4(b)に示すように、スピン乾燥時に、反射防止膜形成用塗布材料に含まれる樹脂が架橋した反射防止膜33、及び樹脂が架橋していない非架橋層34が形成される。反射防止膜33の膜厚は5nmであり、反射防止膜33及び非架橋層34の積算膜厚は80nmである。
次に、図4(c)に示すように、非架橋層34を除去するために、シクロヘキサノンを用いた30秒のリンス処理を行う。通常、スピン乾燥後にベーキングを行う。ベーキングを行うと完全に架橋してしまい、シクロヘキサノンを用いたリンス処理により、薄い反射防止膜33を得ることが出来ない。
次いで、図4(d)に示すように、第3の実施形態と同様に、反射防止膜33上にL/Sパターン27を形成する。反射防止膜33とL/Sパターン27の密着性は良好であり、レジストパターンのパターン倒れが生じることが抑制された。
次いで、図4(e)に示すように、L/Sパターン27をマスクに、反射防止膜33、SOG膜21、シリコン基板20をエッチングする。L/Sパターン27及び反射防止膜33は、このエッチング工程の途中で無くなる。
上述したように、L/Sパターン27のパターン倒れが抑制され、歩留まりの向上を図ることができる。反射防止膜33の膜厚が30nmより厚いと、反射防止膜33をパターニングする前にL/Sパターン27が無くなる。ところが、反射防止膜33はSOG膜21上に薄く形成されるので、SOG膜21のパターニング前に上層のL/Sパターン27が除去されることがないので、SOG膜21をパターニングすることができる。
尚、本実施形態は多層レジストプロセスにも適用できる。その場合には、SOG膜の下に下層レジスト膜を形成する。下層レジスト膜の材質としては、ノボラック樹脂などが挙げられる。より好ましくはカーボンの重量含有率が85%以上の有機膜が望ましい。
さらに、本実施形態では、シリコン基板を被加工膜としているが、被加工膜としては、半導体装置の製造にて使用されるポリシリコン膜、シリコン酸化膜、シリコンナイトライド膜、アルミ膜などがあり、特にシリコン膜に限定されるものではない。
(第3の問題)
従来技術は、アルカリ可溶性反射防止膜上にレジスト塗布、露光、ベークを行う。次に、アルカリ現像液にて、レジストパターンと反射防止膜を同時に現像するが、微細スペースパターンと孤立残しパターンの様な異種パターン間によって、反射防止膜の形状が異なってしまうという問題点があった。この原因は、微細スペースパターンは、孤立残しパターンと比較してレジストが感じる光強度が小さいため、微細スペースパターンの方が、孤立残しパターンよりもレジストの溶解速度が遅い。その結果、アルカリ可溶性反射防止膜の溶解開始のタイミングが、微細スペースパターンの方が遅くなるためである。
第5の実施形態では、第3の問題を解決するための手法を説明する。
(第5の実施形態)
図5は、本発明の第5の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図5(a)に示すように、半導体基板40上に、Shipley社製の熱架橋型の反射防止膜形成用塗布材料を塗布した後、200℃で60秒間ベークを行い、95nm膜厚の反射防止膜41を形成する。反射防止膜41上に、第2の溶液として乳酸エチルを含むJSR製ESCAP型レジスト材料を塗布する。このレジスト材料に含まれる第2の溶液は、反射防止膜41を溶かさない。120℃,60秒間のベークを行い、300nm膜厚のレジスト膜を形成する。その後、ニコン製のKrF露光装置S205Dにて、通常照明の条件で透過率6%のハーフトーンマスクを用いて露光を行い、レジスト膜に潜像パターンを形成する。120℃,60秒でベークし、2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液(アルカリ性現像)で現像し、レジストパターン42を形成する。アルカリ性現像液は反射防止膜41を溶かすことがない。
次に、図5(b)に示すように、形成されたレジストパターン42上に、クラリアント社製RELACS(商標登録)剤(R500)43を300nmの膜厚で塗布する。RELACS(商標登録)剤(R500)43には、第3の溶液として水、及び水溶性ポリマーが含まれる。この第3の溶液は、反射防止膜41を溶かすことがない。
図5(c)に示すように、130℃,60秒でベークを行う。この時、レジスト(JSR性ESCAP型レジスト)とRELACS(商標登録)剤43との間に、架橋層44が形成されると共に、RELACS(商標登録)剤43中の溶剤が揮発した水溶性ポリマーを主とする非架橋層45が形成される。現像を行う。この時、図5(d)に示すように、非架橋層45が純水(第4の溶液)にて溶解され、パターンが形成される。図5(e)に示すように、シクロヘキサノン溶液(第1の溶液)にて60秒間、反射防止膜41のエッチングを行う図6に架橋層の種々の溶液に対する溶解性を示すグラフを示す。この時、図6に示すように、架橋層44はシクロヘキサノン溶液には溶解しない。なお、OK82シンナー及びγブチルラクトンは、レジストの剥離に用いられる溶剤である。OK82シンナーはプロピレングリコールメチルエーテル(80%)とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(20%)の混合溶液に含まれる溶剤である。反射防止膜を剥離する際、反射防止膜の溶解開始タイミングは、微細スペースパターンと孤立残しパターンで同一であるため、異種パターン間においても、反射防止膜形状は同一である。
次いで、図5(f)に示すように、レジストパターンをマスクに、半導体基板40にイオン注入を行って拡散層46を形成する。その後、架橋層44、レジストパターン42、及び反射防止膜41を除去した後、アニールを行う。
本実施形態によれば、溶媒に対し不溶化層を形成することにより、レジストパターンと反射防止膜で異なる溶液でパターニングすることが出来、上記異種パターンでも、反射防止膜形状が同一になる。
本実施形態は、イオン注入のマスクを形成する実施形態を示したが、他の工程にも用いることができる。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
第1の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。 第2の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。 第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。 第4の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。 第5の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。 第5の実施形態に係わる架橋層の種々の溶液に対する溶解性を示すグラフ。
符号の説明
10…シリコン酸化膜,11…ポリシリコン膜,12…レジストパターン,13…樹脂膜,14…架橋層

Claims (5)

  1. 基体上に反射防止膜を形成する工程と、
    前記反射防止膜上に、前記反射防止膜を溶解するシクロヘキサノン溶液を含まず、前記反射防止膜を溶解しない乳酸エチル溶液を含むレジスト膜形成用塗布材料を塗布する工程と、
    前記レジスト膜形成用塗布材料中の乳酸エチル溶液を除去することによってレジスト膜を形成する工程と、
    前記レジスト膜にパターンを転写して潜像パターンを形成する工程と、
    前記反射防止膜を溶解しないアルカリ現像液を用いて前記レジスト膜を現像し、前記潜像パターンに対応するレジストパターン形成する工程と、
    前記レジストパターン上に、シクロヘキサノン溶液を含まず、前記レジスト膜及び前記反射防止膜を溶解しない水または水溶性ポリマー及び樹脂を含む高分子膜形成用塗布材料を塗布する工程と、
    前記レジストパターン表面に前記樹脂が架橋して形成されたシクロヘキサノン溶液に不溶な架橋層、及び前記架橋層上に前記樹脂を主成分とする非架橋層を形成する工程と、
    前記反射防止膜を溶解しない純水を用いて前記非架橋層を除去する工程と、
    シクロヘキサノン溶液を用いて、前記反射防止膜をエッチングする工程と、
    を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  2. 前記樹脂が、水溶性ポリマーあることを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
  3. 前記基体が半導体基板であって、
    前記反射防止膜をエッチングした後、前記レジストパターン及び架橋層をマスクに用いて、前記半導体基板に不純物を注入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。
  4. 前記レジストパターンは、孤立残しパターン及び微細スペースパターンを含むことを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。
  5. 請求項1乃至請求項の何れかに記載されたパターン形成方法を用いて半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3774713B2 (ja) * 2003-10-15 2006-05-17 株式会社東芝 コンタクトホールの形成方法
US8642474B2 (en) * 2007-07-10 2014-02-04 Advanced Micro Devices, Inc. Spacer lithography
JP2009295745A (ja) * 2008-06-04 2009-12-17 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JP2011066164A (ja) * 2009-09-16 2011-03-31 Tokyo Electron Ltd マスクパターンの形成方法及び半導体装置の製造方法
WO2012057967A2 (en) 2010-10-27 2012-05-03 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for controlling photoresist line width roughness
US8962224B2 (en) 2012-08-13 2015-02-24 Applied Materials, Inc. Methods for controlling defects for extreme ultraviolet lithography (EUVL) photomask substrate
US9240321B2 (en) * 2013-08-05 2016-01-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Mask having separated line patterns connected by a connecting pattern
JP2016213475A (ja) * 2015-05-13 2016-12-15 東京エレクトロン株式会社 シュリンク及び成長方法を使用する極端紫外線感度低下

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3705896A1 (de) * 1986-02-24 1987-08-27 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd Verfahren zur herstellung eines fotoresistmusters auf einer substratflaeche und ein dafuer geeignetes schaumentfernungsmittel
JP3057879B2 (ja) 1992-02-28 2000-07-04 株式会社日立製作所 半導体装置の製造方法
JP3382028B2 (ja) 1993-09-10 2003-03-04 株式会社東芝 薄膜形成方法
US5906911A (en) * 1997-03-28 1999-05-25 International Business Machines Corporation Process of forming a dual damascene structure in a single photoresist film
JP3406302B2 (ja) 2001-01-16 2003-05-12 株式会社半導体先端テクノロジーズ 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置
JP4178360B2 (ja) * 2001-06-14 2008-11-12 信越化学工業株式会社 脂環構造を有する新規エポキシ化合物、高分子化合物、レジスト材料、及びパターン形成方法
JP2003140361A (ja) 2001-10-31 2003-05-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd パターン形成方法
US20040029047A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-12 Renesas Technology Corp. Micropattern forming material, micropattern forming method and method for manufacturing semiconductor device
JP3850772B2 (ja) 2002-08-21 2006-11-29 富士通株式会社 レジストパターン厚肉化材料、レジストパターンの製造方法、及び半導体装置の製造方法
JP2004093832A (ja) 2002-08-30 2004-03-25 Renesas Technology Corp 微細パターン形成材料、微細パターン形成方法および半導体装置の製造方法
JP2004103926A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Renesas Technology Corp レジストパターン形成方法とそれを用いた半導体装置の製造方法およびレジスト表層処理剤

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