JPH033213B2 - - Google Patents
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Classifications
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、V−LSI等の半導体デバイス、磁
気バブルデバイス、表面弾性波素子等の製造時の
リソグラフイにおけるドライ現像が可能なレジス
ト材料およびそのレジスト材料をドライ現像する
パターン形成方法に関するものである。Detailed Description of the Invention The present invention provides a resist material that can be dry developed in lithography during the production of semiconductor devices such as V-LSI, magnetic bubble devices, surface acoustic wave devices, etc., and a method for dry developing the resist material. The present invention relates to a pattern forming method.
微細パターン形成方法の従来例を第1図により
説明する。第1図aにおいて、1は半導体基板、
2はその表面のシリコン熱酸化膜であり、まずこ
のような半導体基板1上にレジスト膜3を形成す
る。このレジスト膜3は、半導体基板1上にレジ
ストをスピン塗布法で0.3〜2μm程度塗布した後、
レジスト所定の温度(100℃程度)でプリベーク
して溶剤を除去することにより形成される。 A conventional example of a fine pattern forming method will be explained with reference to FIG. In FIG. 1a, 1 is a semiconductor substrate;
2 is a silicon thermal oxide film on the surface thereof, and first, a resist film 3 is formed on such a semiconductor substrate 1. This resist film 3 is formed by applying a resist to a thickness of about 0.3 to 2 μm on the semiconductor substrate 1 using a spin coating method.
Resist is formed by pre-baking at a predetermined temperature (approximately 100°C) to remove the solvent.
次に、所望のパターン形状に焼付けるために、
レジスト膜3に光または電離性放射線4を照射す
る(第1図b参照)。 Next, to bake into the desired pattern shape,
The resist film 3 is irradiated with light or ionizing radiation 4 (see FIG. 1b).
その後、半導体基板1を現像液5で洗浄して、
この半導体基板1上のレジスト膜3の可溶部分を
除去することにより、レジスト膜3をレジスト膜
パターン3′とする(第1図c,d参照)。 After that, the semiconductor substrate 1 is cleaned with a developer 5, and
By removing the soluble portion of the resist film 3 on the semiconductor substrate 1, the resist film 3 is made into a resist film pattern 3' (see FIGS. 1c and d).
そして、しかる後は、上記洗浄により柔らかく
なつたレジスト膜パターン3′を乾燥硬化させて
半導体基板1との密着性をよくし、シリコン熱酸
化膜2のエツチングに耐えられるようにするた
め、約百数十度の乾燥雰囲気でベーキングを行う
ものである。 After that, the resist film pattern 3', which has been softened by the cleaning, is dried and hardened to improve its adhesion to the semiconductor substrate 1 and to make it resistant to etching of the silicon thermal oxide film 2. Baking is performed in a dry atmosphere at several tens of degrees.
なお、ベーキング後は、レジスト膜パターン
3′を保護マスクとして化学エツチ液またはガス
プラズマにてシリコン熱酸化膜2の不要部分がエ
ツチング除去される。さらに、このエツチング後
に、残存するシリコン熱酸化膜2上のレジスト膜
パターン3′が溶剤または酸素プラズマアツシヤ
などの方法で除去される(第1図e参照)。 After baking, unnecessary portions of the silicon thermal oxide film 2 are etched away using a chemical etchant or gas plasma using the resist film pattern 3' as a protective mask. Furthermore, after this etching, the remaining resist film pattern 3' on the silicon thermal oxide film 2 is removed by a method such as a solvent or oxygen plasma assembling (see FIG. 1e).
このような方法において、レジストとしては、
「ネガ形」と「ポジ形」の両方を使用できる。ネ
ガ形は照射部が架橋結合を生じるものをいい、こ
れに対してポジ形は照射部が分子崩壊するものを
いう。 In such a method, as a resist,
Both “negative type” and “positive type” can be used. Negative type refers to those in which cross-linking occurs in the irradiated area, whereas positive type refers to those in which molecules collapse in the irradiated area.
ネガ形のうち、主い光に感度を有するレジスト
は市販品がいくつか知られており、これらは、分
子量200000程度のポリビニール桂皮酸エステル
(poly vinyl cinnamate)に小量の増感剤を添加
したものである。また、市販品のいくつかが主い
光に感度を有するネガ形の他のレジストとして知
られており、これらは、ポリイソプレンを主成分
とする環化ゴムと、光架橋剤であるビスアジドか
らなる。 Among the negative types, there are several commercially available resists that are sensitive to the main light, and these are made by adding a small amount of sensitizer to polyvinyl cinnamate with a molecular weight of about 200,000. This is what I did. In addition, some commercial products are known as other negative-tone resists that are sensitive to light, and these are composed of a cyclized rubber whose main component is polyisoprene and a photocrosslinking agent, bisazide. .
一方、主に光に感度を有するポジ形のレジスト
として典形的なものは、石炭酸ホルマリン樹脂に
キノン・ジアザイド(quinon diazidide)類の分
子をスルホン基を介して結合したものである。 On the other hand, a typical positive resist that is mainly sensitive to light is one in which quinone diazide molecules are bonded to a carbonic acid formalin resin via a sulfone group.
また、電離性放射線に感度を有するレジストと
しては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)
が最も著名なポジ形レジストであり、これに対し
てネガ形としてはポリグリシジルメタクリレート
がある。 In addition, polymethyl methacrylate (PMMA) is a resist sensitive to ionizing radiation.
is the most famous positive type resist, while polyglycidyl methacrylate is the negative type.
上記従来の方法は、レジスト膜3に対する焼付
け方法(露出方法)が光あるいは電離性放射線い
ずれの方法においても、ネガ形レジスト膜におい
ては、照射部が架橋反応により照射部分の分子量
を増大させて現像液5に不溶化させる方法か、ポ
ジ形レジスト膜においては、照射部分の分子量を
低下させて現像液5に溶かす方法、または感光剤
の光分解によつて感光部分を可溶化する方法であ
る。 In the conventional method described above, regardless of whether the baking method (exposure method) for the resist film 3 is light or ionizing radiation, in the case of a negative resist film, the irradiated area increases the molecular weight of the irradiated area through a crosslinking reaction and is developed. In the case of a positive resist film, the molecular weight of the irradiated area is lowered and dissolved in the developer 5, or the photosensitive area is solubilized by photodecomposition of the photosensitizer.
したがつて、従来の方法では、現像は現像液5
によるウエツト方式によらざるを得ず、レジスト
膜3の現像液5への溶解性がパターンニング特性
に依存するため、レジストの製造ロツトあるいは
現像液5の製造ロツトによりパターンニング特性
のバラツキが大きい欠点がある。また、ネガ形レ
ジストにおいては、現像液5のレジスト膜3への
浸透によりレジスト膜パターン3′の膨潤が生じ
やすく、微細パターン形成が困難である場合が多
い。 Therefore, in the conventional method, development is carried out using developer solution 5.
Because the solubility of the resist film 3 in the developer 5 depends on the patterning properties, the patterning properties vary greatly depending on the production lot of the resist or the production lot of the developer 5. There is. Furthermore, in the case of a negative resist, the resist film pattern 3' is likely to swell due to the penetration of the developer 5 into the resist film 3, making it difficult to form a fine pattern in many cases.
一方、ポジ形レジストの場合は、半導体基板1
との密着性が一般に乏しく、現像液5のレジスト
膜3への浸透により微小パターンの剥離流出が生
じる場合も時に認められる。また、現像液5によ
り柔らかくなつたレジスト膜パターン3′を乾燥
硬化させるポストベーキング工程を要し、さら
に、現像液5に関する公害対策の必要性があると
同時に、現像液5の多量消費を要するという多く
の欠点があつた。 On the other hand, in the case of a positive resist, the semiconductor substrate 1
In general, the adhesion between the resist film 3 and the resist film 3 is poor, and the penetration of the developer 5 into the resist film 3 sometimes causes peeling and outflow of minute patterns. In addition, a post-baking step is required to dry and harden the resist film pattern 3' that has been softened by the developer 5, and furthermore, there is a need to take measures against pollution regarding the developer 5, and at the same time, a large amount of the developer 5 is consumed. There were many shortcomings.
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、ド
ライ現像が可能なレジスト材料、およびそのレジ
スト材料をドライ現像するパターン形成方法を提
供し、従来の欠点を解決することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a dry-developable resist material and a pattern forming method for dry-developing the resist material, thereby solving the conventional drawbacks.
以下この発明の実施例を説明するが、その前に
この発明につき概述する。 Embodiments of the present invention will be described below, but before that, the present invention will be briefly described.
この発明では、2×104〜200×104の分子量を
有するポリメチルメタクリレート(PMMA)と
ヘキサメチルジシラザン(HMDS)との10対1
近傍の容積比の混合体よりなるレジスト材料とす
る。 In this invention, a 10:1 ratio of polymethyl methacrylate (PMMA) with a molecular weight of 2×10 4 to 200×10 4 and hexamethyldisilazane (HMDS) is used.
The resist material is made of a mixture of similar volume ratios.
そして、このレジスト材料を、電子線、光線ま
たはX線で所定のパターンに焼付ける(露光す
る)。このようにして露光すると、上記レジスト
材料は、露光部の構成分子の側鎖が切断されるネ
ガ形の挙動をとる。 This resist material is then printed (exposed) in a predetermined pattern with electron beams, light beams, or X-rays. When exposed in this manner, the resist material exhibits a negative behavior in which the side chains of molecules constituting the exposed portion are cut.
したがつて、上記露光後、ブラズマ照射を行う
と、レジスト材料の未露光部がエツチング除去さ
れるようになり、ドライ現像法で微細なレジスト
パターンを形成することができる。 Therefore, when plasma irradiation is performed after the above-mentioned exposure, the unexposed portions of the resist material are etched away, and a fine resist pattern can be formed by dry development.
ここで、ドライ現像法としては、上記のように
プラズマ現像法(高周波誘導により発生するプラ
ズマを利用する)を用い、通常、減圧した酸素雰
囲気中でのプラズマにより現像するものである
が、フレオンガスあるいは四塩化炭素ガスなどの
ガスプラズマで行うことも可能である。また、酸
素、フレオンガス、四塩化炭素ガスのうち適当な
複数種の混合ガスプラズマで行うこともできる。 Here, as the dry development method, as mentioned above, the plasma development method (using plasma generated by high frequency induction) is used, and development is usually performed with plasma in a reduced pressure oxygen atmosphere, but Freon gas or It is also possible to use gas plasma such as carbon tetrachloride gas. Further, it can also be carried out using a mixed gas plasma of a plurality of suitable gases among oxygen, Freon gas, and carbon tetrachloride gas.
第2図はこの発明の第1の実施例を説明するた
めの図である。この図により、第1の実施例につ
いて述べる。第2図aにおいて、11は半導体基
板、12はその表面のシリコン熱酸化膜であり、
まず、このような半導体基板11上にレジスト膜
13を形成する。このレジスト膜13は、半導体
基板11上にレジスト溶液をスピン塗布法で0.5
〜2μmの厚さに塗布した後、80℃で30分間ベーク
することにより形成される。ここで、上記レジス
ト溶液は、ポリメチルメタクリレート(平均重量
分子量600000、数平均分子量290000、分散2.07)
溶液にヘキサメチルジシラザン溶液を10対1の容
積比に混合してなる。 FIG. 2 is a diagram for explaining the first embodiment of the invention. The first embodiment will be described with reference to this figure. In FIG. 2a, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a silicon thermal oxide film on its surface,
First, a resist film 13 is formed on such a semiconductor substrate 11. This resist film 13 is formed by spin-coating a resist solution onto the semiconductor substrate 11 at a rate of 0.5%.
It is formed by coating to a thickness of ~2 μm and then baking at 80 °C for 30 minutes. Here, the above resist solution is polymethyl methacrylate (average weight molecular weight 600000, number average molecular weight 290000, dispersion 2.07)
The solution is mixed with a hexamethyldisilazane solution at a volume ratio of 10:1.
次に、電子線14をレジスト膜13に所定パタ
ーンに照射する(第2図b参照)。この場合、電
子線照射量は、レジスト膜13の感度曲線から決
定するものであり、感度曲線は、加速電圧20KV
による電子線照射量に対するプラズマ現像後の残
存膜厚特性(第3図に示す)から得ている。 Next, the resist film 13 is irradiated with an electron beam 14 in a predetermined pattern (see FIG. 2b). In this case, the electron beam irradiation amount is determined from the sensitivity curve of the resist film 13, and the sensitivity curve is determined at an accelerating voltage of 20KV.
It is obtained from the characteristics of the remaining film thickness after plasma development (shown in FIG. 3) with respect to the electron beam irradiation amount.
しかる後、半導体基板11をO2プラズマ中に
放置することにより、半導体基板11上のレジス
ト膜13の上記電子線14が照射されていない部
分をエツチング除去する。 Thereafter, by leaving the semiconductor substrate 11 in O 2 plasma, the portions of the resist film 13 on the semiconductor substrate 11 that are not irradiated with the electron beam 14 are etched away.
この現像工程が第2図cに図示されている。第
2図cにおいて、15は高周波電源、16は多数
の小孔をもつ金属製円筒からなるシールドチユー
ブ(通常エツチトンネルと称され、以下そのよう
に記す)、17はO2ガス導入口、18はロータリ
ーポンプによる排気口である。このような装置に
おけるエツチトンネル16内に半導体基板11を
設置することにより、半導体基板11上のレジス
ト膜13の上記電子線14が照射されていない部
分がエツチング除去される。この場合、上記エツ
チトンネル16によれば、現像に必要なラジカル
は小孔を通して半導体基板11の位置まで拡散し
てくるが、プラズマ自体は半導体基板11に直接
触れない。したがつて、現像の均一性が大きく向
上する。また、このような現像法の条件の典形例
としてはRF出力100W、圧力8Torrであり、この
条件においては、およそ30分程度のエツチング時
間で約1.8μmのレジスト膜が現像される。このよ
うにしてレジスト膜13の不要部分を除去するこ
とにより、レジスト膜13がレジスト膜パターン
13′となる(第2図d参照)。 This development process is illustrated in Figure 2c. In Fig. 2c, 15 is a high-frequency power source, 16 is a shield tube made of a metal cylinder with many small holes (usually called an etch tunnel, hereinafter referred to as such), 17 is an O 2 gas inlet, and 18 is an exhaust port using a rotary pump. By placing the semiconductor substrate 11 in the etch tunnel 16 in such an apparatus, the portions of the resist film 13 on the semiconductor substrate 11 that are not irradiated with the electron beam 14 are etched away. In this case, according to the etch tunnel 16, the radicals necessary for development diffuse through the small holes to the position of the semiconductor substrate 11, but the plasma itself does not directly touch the semiconductor substrate 11. Therefore, the uniformity of development is greatly improved. Furthermore, a typical example of the conditions for such a development method is an RF output of 100 W and a pressure of 8 Torr, and under these conditions, a resist film of about 1.8 μm is developed in an etching time of about 30 minutes. By removing unnecessary portions of the resist film 13 in this manner, the resist film 13 becomes a resist film pattern 13' (see FIG. 2d).
そして、その後は、レジスト膜パターン13′
を保護膜としてイオンエツチまたはプラズマエツ
チングにてシリコン熱酸化膜12の不要部分を除
去し、さらにその後に、残存するレジスト膜パタ
ーン13′を酸素プラズマまたは熱硫酸にて除去
することにより、シリコン熱酸化膜12のパター
ンニング形成がなされる(第2図e参照)。 After that, the resist film pattern 13'
The unnecessary portions of the silicon thermal oxide film 12 are removed using ion etching or plasma etching as a protective film, and then the remaining resist film pattern 13' is removed using oxygen plasma or hot sulfuric acid to remove the silicon thermal oxide film. 12 patterning formations are made (see FIG. 2e).
以上のように、第1の実施例では、ポリメチル
メタクリレートとヘキサメチルジシラザンとの上
記容積比の混合物からなるレジスト膜13の表面
に電子線14を照射して、レジスト膜13に所定
のパターン形状を焼付けた後、このレジスト膜1
3を有する半導体基板11をO2プラズマ中に放
置することにより、レジスト膜13の電子線照射
の有無によるO2プラズマエツチング速度の違い
を利用して、レジスト膜13をドライパターンニ
ング(ドライ現像)することができる。したがつ
て、従来の湿式現像液を必要とするレジストのパ
ターンニング特性のバラツキおよび現像液による
膨潤や、微小パターンの剥離流出さらには公害対
策の必要性など、現像液を用いた従来方式の欠点
を解決し得る。 As described above, in the first embodiment, the electron beam 14 is irradiated onto the surface of the resist film 13 made of a mixture of polymethyl methacrylate and hexamethyldisilazane in the above volume ratio, and a predetermined pattern is formed on the resist film 13. After baking the shape, this resist film 1
By leaving the semiconductor substrate 11 having 3 in O 2 plasma, the resist film 13 is dry patterned (dry development) by utilizing the difference in O 2 plasma etching speed depending on whether or not the resist film 13 is irradiated with an electron beam. can do. Therefore, there are drawbacks to conventional methods using developers, such as variations in the patterning properties of resists that require conventional wet developers, swelling caused by the developer, peeling and leakage of minute patterns, and the need for pollution control measures. can be solved.
第1の実施例では、パターンニング形成のため
の露光に電子線を用いた。これに対して、第2の
実施例では、電子線に代えて遠紫外線を用いた。
この場合の遠紫外線は、λ=253.7nmに強い輝線
を有するXe−Hgランプを光源として発生させ
た。そして、第2の実施例では、上記遠紫外線に
よる露光後、第1の実施例と同様にしてドライ現
像を行つた。その結果は、第1の実施例の場合と
ほぼ同様であつた。 In the first example, an electron beam was used for exposure to form a pattern. On the other hand, in the second embodiment, deep ultraviolet rays were used instead of the electron beam.
The far ultraviolet rays in this case were generated using a Xe-Hg lamp as a light source, which has a strong emission line at λ=253.7 nm. In the second example, after exposure to the deep ultraviolet rays, dry development was performed in the same manner as in the first example. The results were almost the same as in the first example.
第3の実施例では、軟X線を用いて露光を行つ
た。この露光によつても、以後、上述実施例と同
様のドライ現像を行うことにより、上述実施例と
同様の結果を得ることができた。 In the third example, exposure was performed using soft X-rays. Even with this exposure, the same results as in the above-mentioned example could be obtained by performing the same dry development as in the above-mentioned example.
上記ポリメチルメタクリレートとヘキサメチル
ジシラザンとの容積比は、10対1近傍であれば上
記の好ましい結果を与えるが、仮りにHMDS比
が小さくなると、上述したO2プラズマ中での
PMMAのエツチングレートが大きくなり過ぎ、
好ましくない。又逆の場合は該エツチングレート
が限りなく0に近づくことになりその必要がな
い。 If the volume ratio of polymethyl methacrylate to hexamethyldisilazane is around 10:1, it will give the above preferable results, but if the HMDS ratio becomes small, the above - mentioned
The etching rate of PMMA becomes too large,
Undesirable. In the opposite case, the etching rate approaches zero and there is no need to do so.
この発明において、上述したヘキサメチルジシ
ラザンの驚くべき効果を確認するために以下の比
較試験を行つた。 In this invention, the following comparative test was conducted to confirm the surprising effects of hexamethyldisilazane described above.
レジスト基材として、フエノール系樹脂である
商品名MP−1400−27及び同AZ−4110を用い、
シリコン化合物としてトリメチルシリルジアゾメ
タンMe3SiCHN2を用いた(含有率は夫々22.4
%)。これらレジスト材料を基板に塗布し、夫々
60℃及び80℃で30分プリベークを行い、O2RIEエ
ツチングを10分間行つた(O2RIE装置:AMT社
PLASMA−1)。その結果はエツチング量が多
く、本発明の目的には全く適合し得なかつた。 As the resist base material, phenolic resins MP-1400-27 and AZ-4110 were used.
Trimethylsilyldiazomethane Me 3 SiCHN 2 was used as the silicon compound (the content was 22.4
%). These resist materials are applied to the substrate, and each
Prebaking was performed at 60°C and 80°C for 30 minutes, and O 2 RIE etching was performed for 10 minutes (O 2 RIE device: AMT).
PLASMA-1). As a result, the amount of etching was large, and it could not meet the purpose of the present invention at all.
以上詳述したように、この発明のレジスト材料
は、ポリメチルメタクリレートとヘキサメチルジ
シラザンとの10対1近傍の容積比の混合体からな
る。また、この発明のパターン形成方法は、上記
レジスト材料を基板に塗布した後、電子線、X線
または光線により所定のパターンにレジスト材料
を焼付け、以後、プラズマ中に放置することによ
り上記レジスト材料の焼きつけられていない部分
をエツチング除去するものである。本発明におい
て、上記レジスト材料中の特定量のヘキサメチル
ジシラザンの存在が、上記実施例の如く驚くほど
の優れたドライパターニング特性を示すのであ
り、その結果上述の問題点を解消し、即ちパター
ン特性の向上のみならず公害の除去および製造コ
ストの低減を図ることができる。 As detailed above, the resist material of the present invention is composed of a mixture of polymethyl methacrylate and hexamethyldisilazane in a volume ratio of approximately 10:1. In addition, the pattern forming method of the present invention includes coating the resist material on a substrate, baking the resist material into a predetermined pattern using electron beams, X-rays, or light beams, and then leaving the resist material in plasma. This is to remove the unburned parts by etching. In the present invention, the presence of a specific amount of hexamethyldisilazane in the resist material exhibits surprisingly excellent dry patterning properties as in the above examples, and as a result, the above problems are solved, i.e., the pattern In addition to improving properties, it is possible to eliminate pollution and reduce manufacturing costs.
第1図は従来の微細パターン形成方法を説明す
るための図、第2図はこの発明のレジスト材料お
よびそのパターン形成方法の第1の実施例を説明
するための図、第3図は電子線照射量に対するレ
ジストの残存膜厚特性の実験結果を示す図であ
る。
11……半導体基板、13……レジスト膜、1
4……電子線、13′……レジスト膜パターン。
FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional fine pattern forming method, FIG. 2 is a diagram for explaining a first embodiment of the resist material and pattern forming method of the present invention, and FIG. 3 is an electron beam diagram. FIG. 3 is a diagram showing experimental results of resist residual film thickness characteristics with respect to irradiation amount. 11...Semiconductor substrate, 13...Resist film, 1
4...Electron beam, 13'...Resist film pattern.
Claims (1)
キサメチルジシラザンとの容積比10対1近傍の混
合物からなるレジスト材料。 2 ポリメチルメタクリレート(PMMA)とヘ
キサメチルジシラザンとの容積比10対1近傍の混
合物からなるレジスト材料を基板に塗布する工程
と、電子線またはx線または光線を所定のパター
ンによつて照射して上記レジスト材料を焼付ける
工程と、プラズマ中に放置することにより上記レ
ジスト材料の焼きつけられていない所定のパター
ンの部分をエツチング除去する工程とからなるレ
ジスト材料のパターン形成方法。[Claims] 1. A resist material comprising a mixture of polymethyl methacrylate (PMMA) and hexamethyldisilazane at a volume ratio of approximately 10:1. 2. Applying a resist material consisting of a mixture of polymethyl methacrylate (PMMA) and hexamethyldisilazane at a volume ratio of around 10:1 to the substrate, and irradiating the substrate with electron beams, x-rays, or light beams in a predetermined pattern. A method for forming a pattern of a resist material, which comprises the steps of: baking the resist material using a resist material; and etching away a predetermined pattern portion of the resist material that has not been baked by leaving it in plasma.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP56042293A JPS57157241A (en) | 1981-03-25 | 1981-03-25 | Formation of resist material and its pattern |
Applications Claiming Priority (1)
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JP56042293A JPS57157241A (en) | 1981-03-25 | 1981-03-25 | Formation of resist material and its pattern |
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JPS57157241A JPS57157241A (en) | 1982-09-28 |
JPH033213B2 true JPH033213B2 (en) | 1991-01-18 |
Family
ID=12631988
Family Applications (1)
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Also Published As
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JPS57157241A (en) | 1982-09-28 |
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