JPH07254556A - Pattern forming method and equipment therefor - Google Patents

Pattern forming method and equipment therefor

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JPH07254556A
JPH07254556A JP6208466A JP20846694A JPH07254556A JP H07254556 A JPH07254556 A JP H07254556A JP 6208466 A JP6208466 A JP 6208466A JP 20846694 A JP20846694 A JP 20846694A JP H07254556 A JPH07254556 A JP H07254556A
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JP
Japan
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photoresist
chamber
film
organic compound
pattern
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Application number
JP6208466A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazunari Takemoto
一成 竹元
Tomoko Hiraiwa
知子 平岩
Toru Otsubo
徹 大坪
Yoshitada Oshida
良忠 押田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to perform pattern formation by a full dry integrated process by producing Si radical in non-oxidizing atmosphere under a reduced pressure, by forming a photoresist by recombination and by radiating electromagnetic wave to the photoresist through a mask. CONSTITUTION:Gases are exhausted by vacuum from a reaction chamber 6-3 and a decomposition chamber 6-2, a substrate holder 10 is carried to the reaction chamber 6-3, N2 gas is introduced to a gasification chamber 6-1, a sample boat 11 is filled with a sample 12 containing Si and it is exhausted by vacuum, the sample 12 is heated and gasified in a gasification chamber 6-1, Si-Si bonding is cleavaged by the temperature inside a quartz tube 17 in the decomposition chamber 6-2, it is then recombined in the reaction chamber 6-3 and the photoresist is formed on the substrate. Next, the substrate holder 10 is carried to an exposure and developing chamber, laser light is radiated to a photomask having a predetermined pattern by means of illuminating optical system, and the pattern image of the photomask is transferred to the photoresist.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パターン形成方法およ
びその形成装置に係り、特に半導体装置およびエレクト
ロニクス分野における微細パターン形成に好適なパター
ン形成方法およびその形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern forming method and its forming apparatus, and more particularly to a pattern forming method and its forming apparatus suitable for forming a fine pattern in the fields of semiconductor devices and electronics.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体分野に代表されるように、
素子の大容量化、高機能化が急速に進み、これに伴い回
路パターンがより微細化し、また回路構造もより複雑化
してきた。この微細パターン形成にはフォトエッチング
技術が用いられている。その一般的工程は以下に示す工
程から成る。
2. Description of the Related Art Recently, as represented by the semiconductor field,
With the rapid increase in the capacity and functionality of devices, the circuit patterns have become finer and the circuit structures have become more complicated. A photo-etching technique is used for forming this fine pattern. The general process consists of the following steps.

【0003】(1)基板上全面に被加工膜を成膜する。 (2)フォトレジストを塗布、露光、現像して所定パタ
ーンのフォトレジストのマスクを形成する。 (3)フォトレジストのマスクに覆われていない部分の
被加工膜をエッチングする。 (4)フォトレジストを除去する。
(1) A film to be processed is formed on the entire surface of a substrate. (2) A photoresist is applied, exposed and developed to form a photoresist mask having a predetermined pattern. (3) Etching the processed film in the portion of the photoresist not covered by the mask. (4) Remove the photoresist.

【0004】上記した工程は、スパッタリングなど真空
中で行うものから、露光や現像など大気あるいは溶液中
で行うものまで様々な工程が混在している。そのため、
工程数の増加、複雑化、基板の移動量、時間の増加など
製造時間の短縮とクリーン化を妨げる要因が多かった。
The above-mentioned steps are mixed with various steps from those performed in vacuum such as sputtering to those performed in the atmosphere or solution such as exposure and development. for that reason,
There were many factors that hindered reduction of manufacturing time and cleanliness, such as increase in the number of steps, complication, movement of substrate, and increase in time.

【0005】一方、これらの問題を解決する方法とし
て、上記した一連の工程を大気と遮断され、かつ減圧さ
れた状態で一貫して行う方法が提案されている。ここで
は、このような一貫工程を全ドライ一貫プロセスと定義
する。フォトエッチングプロセスの全ドライ一貫プロセ
ス化における最大の課題は、フォトレジストの成膜、露
光、現像、除去のいずれの工程をもドライプロセスで行
うことである。
On the other hand, as a method for solving these problems, there has been proposed a method in which the above-described series of steps are carried out consistently in a state in which the atmosphere is shut off and the pressure is reduced. Here, such an integrated process is defined as an all dry integrated process. The biggest problem in making the photoetching process an all-dry integrated process is to perform all the steps of film formation, exposure, development, and removal of the photoresist by a dry process.

【0006】それ故、最近では、例えば、特開平4−6
3414号公報に見られるようにフォトレジストを用い
ない方法も提案されている。すなわち、この方法は、N
2ガスの存在下で、Si膜(あるいはAl膜)に所定
のマスクを介して、エキシマレーザーを照射することに
より、表面を選択的に酸化し、例えば2nm程度の厚さ
のSiOx(AlOx)膜を形成し、これをエッチングマ
スクにして、酸化されない表面領域を、ドライエッチン
グにより選択的にエッチングして、所定のパターンを形
成するものである。しかし、この方法は、被加工膜が少
なくとも光酸化される金属の場合に限定される。また、
NO2を用いた光酸化は、数nm深さの極最表面の反応
であるため、充分な厚さのエッチングマスクを得難いと
いう問題があった。
Therefore, recently, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 4-6.
As seen in Japanese Patent No. 3414, a method using no photoresist has been proposed. That is, this method
By irradiating the Si film (or Al film) with an excimer laser through a predetermined mask in the presence of O 2 gas, the surface is selectively oxidized, for example, SiOx (AlOx) having a thickness of about 2 nm. A film is formed, and using this as an etching mask, the surface region that is not oxidized is selectively etched by dry etching to form a predetermined pattern. However, this method is limited to the case where the film to be processed is at least a metal that is photooxidized. Also,
Since photooxidation using NO 2 is a reaction on the outermost surface having a depth of several nm, there is a problem that it is difficult to obtain an etching mask having a sufficient thickness.

【0007】また、アプライド・フィジックス・レター
ズ、62(4)、ページ372(1993年)[App
l.Phis.Lett.,62(4),372(19
93)]によれば、モノアルキルシランを原材料として
形成したフォトレジストであるプラズマ重合膜を、O2
存在下において所定のマスクを介してエキシマレーザー
光を照射、露光することで、露光領域にSi−O−Si
構造を有するパターンを作り、未露光部とのエッチング
選択比を生じさせ、Cl2エッチングガスによる現像工
程において、フォトレジストパターンを形成することが
可能であることが報告されている。しかし、この方法
は、モノアルキルシランという安全上取扱い難い化合物
(一般に常温、大気中で発火性の気体)を用いる必要が
有り、また、フォトレジストの除去についても考慮され
ていなかった。
Also, Applied Physics Letters, 62 (4), page 372 (1993) [App.
l. Phis. Lett. , 62 (4), 372 (19
93)], a plasma-polymerized film, which is a photoresist formed from a monoalkylsilane as a raw material, is treated with O 2
By irradiating and exposing the excimer laser light through a predetermined mask in the presence of Si-O-Si
It has been reported that it is possible to form a pattern having a structure, generate an etching selection ratio with respect to an unexposed portion, and form a photoresist pattern in a developing process using a Cl 2 etching gas. However, this method requires the use of a monoalkylsilane compound that is difficult to handle for safety (generally, a gas that is ignitable in the air at room temperature), and the removal of the photoresist has not been considered.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記した従来技術の問題点を解決することにあ
り、その第1の目的は全ドライ一貫プロセスによりパタ
ーンを形成する改良されたパターン形成方法を、そして
第2の目的はその形成装置を、それぞれ提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems of the prior art, the first of which is an improved pattern forming pattern by an all dry integrated process. A forming method and a second purpose thereof are to provide the forming apparatus, respectively.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記した本発明の第1の
目的は、基板上に被加工膜を堆積する第1の工程と、被
加工膜上にフォトレジストを形成する第2の工程と、フ
ォトレジストに所定のパターンを有するフォトマスクを
介して露光を行う第3の工程と、露光後のフォトレジス
トを現像する第4の工程と、第3の工程および第4の工
程により得られたフォトレジストパターンをマスクにし
て被加工膜をエッチングする第5の工程と、フォトレジ
ストパターンを除去する第6の工程とを少なくとも含む
フォトエッチングプロセスを全ドライ一貫プロセスとす
るパターン形成方法において、前記第2の工程は減圧下
の非酸化性雰囲気で、固体もしくは液体のSiを含む有
機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物を分
解してSiラジカルを生成させる段階と、分解生成した
Siラジカルを反応させて再結合することにより、被加
工膜上にSi−Si結合を有する有機化合物から成るフ
ォトレジストを成膜させる段階とを有して成り、前記第
3の工程および第4の工程は、前記有機化合物のSi−
Si結合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波
を、前記マスクを介してフォトレジストに照射すること
によって露光と共に現像を進行させる段階を有するフォ
トレジストマスクパターン形成工程から成るパターン形
成方法により達成される。
The above-mentioned first object of the present invention is to provide a first step of depositing a film to be processed on a substrate and a second step of forming a photoresist on the film to be processed. Obtained by the third step of exposing the photoresist through a photomask having a predetermined pattern, the fourth step of developing the exposed photoresist, and the third and fourth steps. In the pattern forming method, the photo-etching process including at least a fifth step of etching the film to be processed using the photoresist pattern as a mask and a sixth step of removing the photoresist pattern is an all-dry integrated process. The second step is a step of vaporizing a solid or liquid organic compound containing Si in a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure, and a step of decomposing the vaporized organic compound to produce a Si radical. And a step of forming a photoresist made of an organic compound having a Si—Si bond on the film to be processed by reacting and recombining the decomposed and generated Si radicals, In the third step and the fourth step, Si-
A pattern forming method comprising a photoresist mask pattern forming step including a step of advancing development with exposure by irradiating the photoresist with an electromagnetic wave having sufficient energy to break Si bonds. It

【0010】上記第2の工程で、気化した有機化合物を
分解してSiラジカルを生成させるには、有機化合物を
例えばヒーターや赤外線ランプ等で加熱分解するか、電
磁波照射により分解するか(例えば波長350nm以
下、実用的に好ましくは190nm程度の紫外線照
射)、もしくは低温プラズマ照射により分解するか(好
ましいプラズマ照射領域としてアフタグロー部を利用)
のいずれかの分解方法により行なうことが望ましい。な
お、前記全工程は大気と遮断され、かつ、減圧された状
態で一貫して行われても良い。
In the second step, in order to decompose the vaporized organic compound to generate Si radicals, the organic compound is decomposed by heating, for example, with a heater or an infrared lamp, or is decomposed by electromagnetic wave irradiation (for example, wavelength). Ultraviolet irradiation of 350 nm or less, preferably about 190 nm for practical use) or decomposition by low-temperature plasma irradiation (afterglow part is used as preferable plasma irradiation area)
It is desirable to carry out by any one of the above decomposition methods. It should be noted that all of the above steps may be performed consistently in a state in which the atmosphere is shut off and the pressure is reduced.

【0011】ここで、フォトレジスト膜を形成する出発
原料は、Siを含有し、かつ、Siに結合するHが2個
以下の有機化合物であり、例えば、下記の化学構造式
(1)で表される環状のジアルキルシラン化合物、
(2)で表されるフルオロシラン化合物、もしくは
(3)で表される鎖状のジアルキルシラン化合物やポリ
シラン化合物のいずれか一種、もしくは複数種が使用さ
れる。ただし、式中のR1、R2はアルキル基、アリール
基から選ばれた有機基を表わし、R3、R4はフルオロ
基、パーフルオロアルキル基、フェニル基、パーフルオ
ロフェニル基、パーフルオロアルキル置換フェニル基か
ら選ばれた異なる有機基を表わし、n1、n2はいずれも
正の整数を表わす。実用的に好ましくは、n1=1〜
5、n2=1〜1,000程度であり、特に600〜
1,000が好ましい。
Here, the starting material for forming the photoresist film is an organic compound containing Si and having 2 or less H bonded to Si, and is represented by, for example, the following chemical structural formula (1). A cyclic dialkylsilane compound,
One or more of the fluorosilane compound represented by (2) or the chain-like dialkylsilane compound or polysilane compound represented by (3) is used. However, R 1 and R 2 in the formula represent an organic group selected from an alkyl group and an aryl group, and R 3 and R 4 represent a fluoro group, a perfluoroalkyl group, a phenyl group, a perfluorophenyl group, a perfluoroalkyl group. It represents different organic groups selected from substituted phenyl groups, and n 1 and n 2 are both positive integers. Practically preferably, n 1 = 1 to 1
5, n 2 = 1 to 1,000, especially 600 to
1,000 is preferred.

【0012】[0012]

【化4】 [Chemical 4]

【0013】[0013]

【化5】 [Chemical 5]

【0014】[0014]

【化6】 [Chemical 6]

【0015】具体的な出発原料としては、好ましくは、
ヘキサメシチルシクロプロパシラン、オクタフェニルシ
クロブタシラン、デカメチルシクロペンタシラン、ドデ
カメチルシクロヘキサシラン、テトラデカメチルシクロ
ヘプタシラン、フェニルフルオロシラン、パーフルオロ
フェニルフルオロシランや、下記化学構造式(4)およ
び(5)等が挙げられる。
As a specific starting material, preferably,
Hexamesitylcyclopropasilane, octaphenylcyclobutasilane, decamethylcyclopentasilane, dodecamethylcyclohexasilane, tetradecamethylcycloheptasilane, phenylfluorosilane, perfluorophenylfluorosilane and the following chemical structural formula (4) And (5).

【0016】[0016]

【化7】 [Chemical 7]

【0017】[0017]

【化8】 [Chemical 8]

【0018】そして、第2の工程で形成されたフォトレ
ジストは、一旦分解された有機化合物が再結合した、少
なくとも2個以上のSi−Si結合を有する有機化合物
となっている。
The photoresist formed in the second step is an organic compound having at least two Si-Si bonds in which the once decomposed organic compound is recombined.

【0019】上記フォトレジストに露光を行う第3の工
程と、露光後のフォトレジストを現像する第4の工程と
は、統合して同一工程で実施する。すなわち、露光は前
記Si−Si結合を有するフォトレジストに、所定のマ
スクパターンを介してSi−Si結合を解裂するに十分
な波長とエネルギーを有する電磁波を照射することで行
う。照射する電磁波は、真空紫外域の波長350nm以
下の紫外線が有効で、現状では190nm程度までの光
源が実用的に好ましいものとして使用できる。将来さら
に波長の短い光源が開発されれば当然のことながら有効
な光源として使用できることは云うまでもない。照射量
は、使用するフォトレジストの組成(Si−Si結合を
有する有機化合物)により異なるが、実用的には少なく
とも500mJ/cm2が必要となる。
The third step of exposing the photoresist and the fourth step of developing the exposed photoresist are integrated and performed in the same step. That is, the exposure is performed by irradiating the photoresist having the Si-Si bond with an electromagnetic wave having a wavelength and energy sufficient to break the Si-Si bond through a predetermined mask pattern. As the electromagnetic wave to be applied, ultraviolet rays having a wavelength of 350 nm or less in the vacuum ultraviolet region are effective, and at present, a light source up to about 190 nm can be used as a practically preferable one. Needless to say, if a light source with a shorter wavelength is developed in the future, it can be used as an effective light source. The irradiation dose depends on the composition of the photoresist used (organic compound having a Si—Si bond), but at least 500 mJ / cm 2 is required for practical use.

【0020】ここで、フォトレジストの露光された領域
のSi−Si結合を有する有機化合物は選択的に分解さ
れ、Siを含む分解生成物はガス状物質として真空排気
下で系外に除去され、露光と共に現像が進行する。この
真空排気下での露光−現像工程においては、分解生成物
を系外に効率良く排気除去するため、露光雰囲気中にキ
ャリアガスを導入し、ガス流下で露光−現像することも
有効である。キャリアガスとしては、マスクを形成する
フォトレジストを劣化させないように、例えばAr、N
2等の不活性ガス、場合によっては、例えば水素等の還
元ガスを使用する。
Here, the organic compound having a Si--Si bond in the exposed region of the photoresist is selectively decomposed, and the decomposition product containing Si is removed as a gaseous substance outside the system under vacuum exhaust, Development proceeds with exposure. In this exposure-development process under vacuum exhaust, it is also effective to introduce a carrier gas into the exposure atmosphere and perform exposure-development under a gas flow in order to efficiently exhaust and remove decomposition products out of the system. The carrier gas is, for example, Ar or N so as not to deteriorate the photoresist forming the mask.
An inert gas such as 2 and , depending on the case, a reducing gas such as hydrogen is used.

【0021】上記フォトレジストパターン(レジストマ
スク)を除去する第6の工程は、フォトレジストパター
ンを形成する第3、第4の露光−現像工程と同様に、S
i−Si結合を解裂するに十分な波長とエネルギーを有
する電磁波を、フォトレジスト全面に照射することで、
フォトレジストを構成しているSi−Si結合を有する
有機化合物を分解させ、分解生成物をガス状物質として
系外に排気除去する工程とするものである。
The sixth step of removing the photoresist pattern (resist mask) is the same as the third and fourth exposure-development steps of forming the photoresist pattern.
By irradiating the entire surface of the photoresist with an electromagnetic wave having a wavelength and energy sufficient to break the i-Si bond,
This is a step of decomposing the organic compound having a Si—Si bond constituting the photoresist, and exhausting and removing the decomposition product as a gaseous substance out of the system.

【0022】また、段差を有する基板等においては、基
板全面に、例えば、ジ−p−キシリレン、ポリアミド
酸、ポリイミド、ポリ尿素等で代表される、気相で成膜
できる高分子化合物の中で、比較的分子量の小さい、加
熱すると軟化変形する性質を有する有機化合物を用い
て、有機平坦化膜を形成する工程を設け、この有機平坦
化膜の上に、前記のフォトレジストを形成する工程を設
けても良い。
In the case of a substrate having a step, among polymer compounds capable of forming a film in a vapor phase, represented by, for example, di-p-xylylene, polyamic acid, polyimide, polyurea, etc., on the entire surface of the substrate. A step of forming an organic planarizing film is provided by using an organic compound having a relatively small molecular weight and having a property of softening and deforming when heated, and a step of forming the photoresist on the organic planarizing film. It may be provided.

【0023】また、基板の被加工膜上に、被加工膜と十
分なエッチング選択比を有した、例えばフェノールノボ
ラック系樹脂、ポリイミド系樹脂、カーボン膜等で代表
されるエッチングマスクを形成する工程を設け、このエ
ッチングマスク上に前記フォトレジストを形成する工程
を設けてもよい。これにより、エッチングマスクとフォ
トレジストとの2重層からなる2層レジストを形成する
ことができる。
Further, a step of forming an etching mask having a sufficient etching selectivity with respect to the film to be processed, which is represented by, for example, phenol novolac resin, polyimide resin, carbon film, etc., on the film to be processed of the substrate. A step of forming the photoresist may be provided on the etching mask. As a result, it is possible to form a two-layer resist having a double layer of the etching mask and the photoresist.

【0024】そして、本発明の第2の目的は、少なくと
も基板上にフォトレジストを形成する第1の室と、フォ
トレジストに露光を行う第2の室と、基板を搬送する第
3の室とを少なくとも備えたパターン形成装置であっ
て、前記各室はいずれも真空封止可能に構成され、前記
第1の室および第2の室は、それぞれ個別に設けられた
ゲートバルブを介して第3の室とつながり、前記フォト
レジストを形成する第1の室は、非酸化性の雰囲気で、
固体もしくは液体のSiを含む有機化合物を気化する気
化室と、気化した有機化合物を分解してSiラジカルを
生成させる分解室と、分解した有機化合物を再結合する
反応室とを含み、前記フォトレジストに露光を行う第2
の室は、少なくとも前記再結合を解裂するに十分なエネ
ルギーを有する電磁波を前記フォトレジストに照射する
手段(例えば真空紫外域の波長350nm以下の紫外線
照射による電磁波照射手段)を備えた露光室で構成する
ことで達成される。
A second object of the present invention is to provide at least a first chamber for forming a photoresist on the substrate, a second chamber for exposing the photoresist, and a third chamber for transferring the substrate. A pattern forming apparatus including at least: each of the chambers is configured to be vacuum-sealable, and the first chamber and the second chamber each have a third chamber through a gate valve provided individually. The first chamber, which is connected to the chamber for forming the photoresist, has a non-oxidizing atmosphere,
The photoresist includes a vaporization chamber that vaporizes a solid or liquid organic compound containing Si, a decomposition chamber that decomposes the vaporized organic compound to generate Si radicals, and a reaction chamber that recombines the decomposed organic compound. Exposure to the second
Is an exposure chamber provided with means for irradiating the photoresist with electromagnetic waves having energy sufficient to break the recombination (for example, electromagnetic wave irradiating means for irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 350 nm or less in the vacuum ultraviolet region). It is achieved by configuring.

【0025】上記分解室で気化した有機化合物を分解し
てSiラジカルを生成させる手段としては、例えばヒー
ター加熱や赤外線ランプによる加熱手段、真空紫外域の
波長350nm以下の紫外線照射による電磁波照射手
段、マイクロ波放電による低温プラズマ照射手段等の分
解手段が使用される。
As means for decomposing the organic compound vaporized in the decomposition chamber to generate Si radicals, for example, heating means by a heater or an infrared lamp, electromagnetic wave irradiating means by ultraviolet irradiation with a wavelength of 350 nm or less in the vacuum ultraviolet region, micro A decomposition means such as a low temperature plasma irradiation means by wave discharge is used.

【0026】さらに、第1の室は有機化合物を原料とし
て薄膜を形成するものなので、フォトレジストを成膜す
るだけでなく、フォトレジストを成膜する下地膜となる
有機平坦化膜やエッチングマスクを、形成する構成とす
ることもできる。
Further, since the first chamber is for forming a thin film using an organic compound as a raw material, not only is a photoresist formed, but also an organic planarizing film and an etching mask to be a base film for forming a photoresist are formed. Alternatively, it may be configured to be formed.

【0027】[0027]

【作用】パターン形成方法の発明について説明すると、
成膜工程においては、気化させる段階が、常温において
固体もしくは液体のフォトレジストの原料であるSiを
含む安全上取扱い易い有機化合物を、ドライプロセス用
に真空排気下、酸化反応等によるSi−O−Si構造が
発生しないように、非酸化性の雰囲気で気化させる。
The function of the pattern forming method will be described.
In the film forming step, the step of vaporizing is performed by using an organic compound, such as Si, which is a raw material of a photoresist that is solid or liquid at room temperature, as a safe and easy-to-handle organic compound under vacuum evacuation for dry process by Si--O-- It is vaporized in a non-oxidizing atmosphere so that no Si structure is generated.

【0028】また、有機化合物を分解させる段階、前記
気化した有機Si化合物のSi−Si結合を、真空排気
下で熱分解(例えば、400℃以上の温度条件下)、も
しくは、電磁波で分解(例えば、波長350nm以下の
紫外線で)、あるいは、低温プラズマを用いて分解(例
えば、Arガスの低温プラズマのアフタグロー部を用い
た)して、Si−Si結合が解裂したSiラジカルを生
成する。
In the step of decomposing the organic compound, the Si-Si bond of the vaporized organic Si compound is thermally decomposed under vacuum exhaust (for example, under a temperature condition of 400 ° C. or higher) or is decomposed by electromagnetic waves (for example, Or with ultraviolet light having a wavelength of 350 nm or less) or by using low temperature plasma (for example, using an afterglow part of low temperature plasma of Ar gas) to generate Si radicals in which the Si—Si bond is cleaved.

【0029】さらに、反応させる段階は、前記Siラジ
カルを、真空排気下で冷却し、少なくとも2個以上のS
i−Si結合に再結合する。すなわち、基板上にSi−
Si結合の膜を堆積し、フォトレジストの薄膜を形成す
る。このように、安全上取扱い易い有機化合物を用い
て、真空排気下、有機化合物を分解させる段階が薄膜の
材料を供給し、反応させる段階が、膜を堆積させる工程
としたので、有機平坦化膜(その他、カーボン膜などの
エッチングマスクをも含む)等の金属以外の基板もしく
は膜の上でも、所望の厚さを有するフォトレジストが安
全かつ容易に形成できる。
Further, in the reacting step, the Si radicals are cooled under evacuation, and at least two or more S radicals are added.
Recombines to i-Si bond. That is, Si-on the substrate
A Si-bonded film is deposited to form a photoresist thin film. As described above, since the step of decomposing the organic compound by using the organic compound which is easy to handle for safety is the step of supplying the material of the thin film and the step of reacting is the step of depositing the film, the organic planarizing film A photoresist having a desired thickness can be safely and easily formed even on a substrate or film other than metal such as (including an etching mask such as a carbon film).

【0030】なお、この成膜工程は、有機化合物の薄膜
を形成できるものなので、フォトレジストの成膜のみな
らず、有機平坦化膜やカーボン膜などのエッチングマス
クの成膜も可能である。
Since the thin film of the organic compound can be formed in this film forming step, not only the film forming of the photoresist but also the film forming of the etching mask such as the organic flattening film or the carbon film is possible.

【0031】露光工程および現像工程では、有機Si化
合物のSi−Si結合を解裂するに十分なエネルギーを
有する電磁波(波長が350nm以下の紫外線、例え
ば、波長248nmのKrFエキシマレーザーを照射量
500mJ/cm2以上で照射)を、所望のパターンが
形成されたマスクを介して選択的にフォトレジストに照
射するので、このフォトレジストの露光領域においては
Si−Si結合の解裂が多数箇所起こり、分子を系外に
排気するに十分な大きさのガス状のSiラジカルに分解
することができる。すなわち、真空排気下で、露光を行
うと、露光部分が分解して低分子化されたガス状物質と
なって除去され、現像される(露光とともに現像が進行
する)。
In the exposure step and the development step, an electromagnetic wave (ultraviolet ray having a wavelength of 350 nm or less, for example, KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, irradiation amount of 500 mJ / (irradiation at cm 2 or more) is selectively applied to the photoresist through a mask on which a desired pattern is formed. Therefore, in the exposed region of the photoresist, many Si-Si bond cleavages occur, and Can be decomposed into gaseous Si radicals of sufficient size to be exhausted out of the system. That is, when exposure is performed under vacuum exhaustion, the exposed portion is decomposed into a low molecular weight gaseous substance, which is removed and developed (development proceeds with exposure).

【0032】なお、この真空排気下での露光時に、露光
面上に不活性ガス等のキャリアガスを導入することによ
り、露光によって生成されたフォトレジストの分解生成
物をキャリアガスと共に系外に効率良く排気除去できる
という効果がある。
By introducing a carrier gas such as an inert gas onto the exposed surface during the exposure under the vacuum evacuation, the decomposition products of the photoresist produced by the exposure are efficiently transferred out of the system together with the carrier gas. There is an effect that exhaust gas can be removed well.

【0033】このような、露光工程および現像工程を統
合した工程で、フォトレジストが選択的にエッチングさ
れて、ポジ像パターンが形成されたレジストマスク得ら
れるので、工程の削減と単純化、および基板移動量削減
等により、パターン形成時間の短縮や歩留まり向上が図
れる。
In such a process in which the exposure process and the development process are integrated, the photoresist is selectively etched to obtain a resist mask on which a positive image pattern is formed. Therefore, the number of processes can be reduced and the substrate can be simplified. By reducing the amount of movement, the pattern formation time can be shortened and the yield can be improved.

【0034】なお、フォトレジストパターンをマスクと
した被加工膜のエッチングは、周知のドライエッチング
方法により実施できる。
The etching of the film to be processed using the photoresist pattern as a mask can be carried out by a known dry etching method.

【0035】フォトレジストパターンの除去工程は、前
記の露光工程および現像工程を統合した工程と同様に行
われる。すなわち、基板の全面に電磁波を照射して、S
i−Si結合の解裂により、フォトレジストパターンを
ガス状のSiラジカルに分解して除去する。これによ
り、工程の削減と単純化、および、基板移動量削減等が
さらに進み、パターン形成時間の短縮や歩留まり向上が
さらに進んだドライ一貫プロセスを提供できる。なお、
不活性ガス等のキャリアガス流下で、露光を行うと、揮
発しにくい成膜物質の除去も、キャリアガスの作用によ
り容易に除去可能となり有効である。
The photoresist pattern removing step is performed in the same manner as the above-mentioned step in which the exposure step and the developing step are integrated. That is, by irradiating the entire surface of the substrate with electromagnetic waves, S
By cleaving the i-Si bond, the photoresist pattern is decomposed into gaseous Si radicals and removed. As a result, it is possible to provide a dry integrated process in which the number of steps is reduced and simplified, the substrate movement amount is further reduced, and the pattern formation time is shortened and the yield is further improved. In addition,
When exposure is carried out under a flow of a carrier gas such as an inert gas, it is effective that the film-forming substance which is hard to volatilize can be easily removed by the action of the carrier gas.

【0036】つぎに、パターン形成装置の発明について
説明すると、フォトレジストを成膜する第1の室は気化
室と分解室と反応室とから成なり、気化室は、加熱手段
とガス導入および排気手段とを有し、常温において固体
もしくは液体の、フォトレジストの原材料であるSiを
含む安全上取扱い易い有機化合物を大気圧で室内に導入
後、ドライプロセス用に真空排気下で加熱して、酸化反
応等によるSi−O−Si構造が発生しないように、非
酸化性の雰囲気下で気化する構成とする。
Next, the invention of the pattern forming apparatus will be described. The first chamber for depositing a photoresist is composed of a vaporization chamber, a decomposition chamber and a reaction chamber, and the vaporization chamber is provided with heating means, gas introduction and exhaust. And an organic compound that is solid or liquid at room temperature and is easy to handle for safety, including Si, which is a raw material for photoresist, is introduced into the chamber at atmospheric pressure, and then heated under vacuum exhaust for dry process to oxidize it. The structure is such that vaporization is performed in a non-oxidizing atmosphere so that a Si-O-Si structure is not generated due to a reaction or the like.

【0037】分解室は、ヒータ等の加熱手段、電磁波照
射手段、もしくはプラズマ照射手段(低温プラズマ)等
の分解手段有し、気化した有機Si化合物のSi−Si
結合を、真空排気下で上記手段によって分解して、Si
−Si結合が解裂したSiラジカルを生成する。
The decomposition chamber has a decomposition means such as a heating means such as a heater, an electromagnetic wave irradiation means, or a plasma irradiation means (low temperature plasma), and is a vaporized organic Si compound of Si--Si.
The bond is decomposed by the above-described means under vacuum evacuation to obtain Si
-Si bonds are cleaved to generate Si radicals.

【0038】反応室は、少なくとも基板支持台と排気手
段とを有しており、分解室で生成したSiラジカルを、
真空排気下で冷却し、少なくとも2個以上のSi−Si
結合に再結合する。すなわち、冷却手段を備えた基板支
持台上に載置された基板表面にSi−Si結合を有する
再結合膜を堆積し、フォトレジストの薄膜を形成する。
The reaction chamber has at least a substrate support and an evacuation means, and the Si radicals generated in the decomposition chamber are
Cooled under vacuum exhaust and at least two or more Si-Si
Rejoin to join. That is, a recombination film having a Si—Si bond is deposited on the surface of a substrate placed on a substrate support table equipped with a cooling unit to form a photoresist thin film.

【0039】このように、気化室において、安全上取扱
い易いドライプロセス用の気化した化合物を作成し、そ
れを分解室で分解して低分子のSiラジカルを生成し、
反応室で再結合させてこれを基板表面上に薄膜を形成す
ことにより回収する。すなわち、パターン形成装置外部
では、安全上取扱い易い固体もしくは液体の有機化合物
を扱うので、設置場所の制約が少なく、かつ、取扱いが
容易な、安全性の高いパターン形成装置が実現できる。
As described above, in the vaporization chamber, a vaporized compound for dry process which is easy to handle for safety is prepared and decomposed in the decomposition chamber to generate low molecular Si radicals.
It is recovered by recombining in the reaction chamber and forming a thin film on the substrate surface. That is, since a solid or liquid organic compound that is easy to handle for safety is handled outside the pattern forming apparatus, it is possible to realize a highly safe pattern forming apparatus that has few restrictions on the installation location and is easy to handle.

【0040】また、気化室と分解室と反応室と詳細工程
毎に分け、各室を分離できるようにゲートバルブを介し
て接続した構成としたので、工程制御が容易であり、簡
単な制御で、有機平坦化膜やエッチングマスク等の金属
以外の基板もしくは膜の上にでも、所望の厚さを有する
フォトレジストが容易に形成できる。そして、フォトレ
ジストを形成する基板は、搬送室に隣接した反応室に設
置すれば良いので、工程の削減と単純化、および、基板
移動量削減等により、パターン形成時間の短縮や歩留ま
り向上が図れるパターン形成装置が実現できる。
Further, since the vaporization chamber, the decomposition chamber, the reaction chamber, and the detailed process are divided and connected through a gate valve so that each chamber can be separated, the process control is easy and simple control is possible. A photoresist having a desired thickness can be easily formed on a substrate or film other than metal, such as an organic flattening film or an etching mask. Since the substrate on which the photoresist is formed may be installed in the reaction chamber adjacent to the transfer chamber, the number of steps can be reduced and simplified, and the amount of substrate movement can be reduced to shorten the pattern formation time and improve the yield. A pattern forming device can be realized.

【0041】また、第2の室は、有機Si化合物のSi
−Si結合を解裂するに十分な波長とエネルギーを有す
る電磁波(波長350nm以下の紫外線)の照射手段
(紫外線放射光源)と排気手段とを設けた露光室であ
り、ここでは、従来のフォトエッチングプロセスでのフ
ォトレジストパターン形成時の露光と現像、およびレジ
ストパターンをマスクとして使用した後のフォトレジス
トの除去の工程を全て実施する。
Further, the second chamber contains Si of an organic Si compound.
An exposure chamber provided with an irradiation unit (ultraviolet radiation source) of electromagnetic waves (ultraviolet rays having a wavelength of 350 nm or less) having a wavelength and energy sufficient to cleave —Si bonds and an exhaust unit. All the steps of exposure and development at the time of forming the photoresist pattern in the process and removal of the photoresist after using the resist pattern as a mask are performed.

【0042】すなわち、レジストパターンの形成時に
は、光源からの光を、所定のパターンを有するマスクを
介してフォトレジストに照射、露光するか、あるいはフ
ォトレジストの除去の工程においては、フォトレジスト
全面に照射して、露光部分のSi−Si結合の解裂によ
り、フォトレジストパターンをガス状のSiラジカルに
分解して除去する。したがって、第2の室により、工程
の削減と単純化、および、工程毎の基板移動量削減等に
より、パターン形成時間の短縮や歩留まり向上が図れ、
しかも、工程毎に室を設けることなく、1つの光源を設
けただけの、共通化された小型で経済的なパターン形成
装置が実現できる。
That is, at the time of forming the resist pattern, the light from the light source is irradiated onto the photoresist through a mask having a predetermined pattern and exposed, or in the step of removing the photoresist, the entire surface of the photoresist is irradiated. Then, the photoresist pattern is decomposed into gaseous Si radicals and removed by cleavage of the Si—Si bond in the exposed portion. Therefore, by the second chamber, the number of steps can be reduced and simplified, and the amount of substrate movement for each step can be reduced to shorten the pattern formation time and improve the yield.
Moreover, it is possible to realize a common, compact and economical pattern forming apparatus in which only one light source is provided without providing a chamber for each process.

【0043】なお、この第2の室は、フォトレジストを
露光してパターン化する工程を実施する露光室となるこ
とから、露光光学系を含むので振動を嫌い、他の処理
室、例えば基板を搬送する第3の室との連結部において
は、防振構造を施して精密な露光が実施できる露光室と
することが望ましい。
Since this second chamber is an exposure chamber for carrying out the step of exposing and patterning the photoresist, it does not vibrate because it includes an exposure optical system, so that another processing chamber, for example, a substrate, can be removed. It is desirable to provide an anti-vibration structure in the connecting portion with the third chamber for carrying, so that the exposure chamber can perform precise exposure.

【0044】[0044]

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を用いて詳細
に説明する。 〈実施例1〉図1、図2、図4を用いて本発明によるパ
ターン形成方法を実施するパターン形成装置の一構成例
について説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. <Embodiment 1> A configuration example of a pattern forming apparatus for carrying out a pattern forming method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 4.

【0045】図1はパターン形成装置の主要部を示す上
面図である。パターン形成装置は基板(図示せず)を保
持して搬送する基板ホルダー10を出し入れするロード
ロック室1と、基板のクリーニングを行う基板前処理室
2と、被加工膜の成膜室3と、エッチングマスクの成膜
室4と、有機平坦化膜の成膜室5と、気化室6−1、分
解室6−2および反応室6−3の3室から成るフォトレ
ジストの成膜室6(本発明の第1の室に相当する)と、
露光および現像室7(本発明の第2の室に相当する)
と、エッチング室8と、基板ホルダー10を各室間に移
送する搬送機構(図示せず)を有する搬送室9(本発明の
第3の室に相当する)とで構成した。ただし、フォトレ
ジストの成膜室6への基板搬送は反応室6−3のみに行
う。
FIG. 1 is a top view showing the main part of the pattern forming apparatus. The pattern forming apparatus includes a load lock chamber 1 for loading and unloading a substrate holder 10 that holds and transports a substrate (not shown), a substrate pretreatment chamber 2 for cleaning the substrate, and a deposition chamber 3 for a film to be processed. A photoresist film forming chamber 6 including an etching mask film forming chamber 4, an organic planarizing film film forming chamber 5, and a vaporization chamber 6-1, a decomposition chamber 6-2, and a reaction chamber 6-3. Corresponding to the first chamber of the present invention),
Exposure and development chamber 7 (corresponding to the second chamber of the present invention)
And an etching chamber 8 and a transfer chamber 9 having a transfer mechanism (not shown) for transferring the substrate holder 10 between the chambers (corresponding to the third chamber of the present invention). However, the transfer of the substrate to the film forming chamber 6 of the photoresist is performed only in the reaction chamber 6-3.

【0046】この構成において、ロードロック室1、基
板前処理室2、被加工膜の成膜室3、エッチングマスク
の成膜室4、有機平坦化膜の成膜室5、フォトレジスト
の成膜室6、気化室6−1、分解室6−2、反応室6−
3、露光および現像室7、エッチング室8、搬送室9の
いずれの室も真空機密可能に構成されており、室内を真
空排気するための真空排気装置(図示せず)が分解室6−
2を除いてそれぞれ備えられている。
In this structure, the load lock chamber 1, the substrate pretreatment chamber 2, the film formation chamber 3 for the film to be processed, the film formation chamber 4 for the etching mask, the film formation chamber 5 for the organic planarization film, and the film formation for the photoresist. Chamber 6, Vaporization Chamber 6-1, Decomposition Chamber 6-2, Reaction Chamber 6-
3, all of the exposure and development chamber 7, the etching chamber 8 and the transfer chamber 9 are configured to be vacuum-tight, and a vacuum exhaust device (not shown) for exhausting the interior of the chamber is provided with a decomposition chamber 6-.
Each is equipped with the exception of 2.

【0047】なお、ロードロック室1、基板前処理室
2、被加工膜の成膜室3、エッチングマスクの成膜室
4、有機平坦化膜の成膜室5、フォトレジストの成膜室
6(反応室6−3)、露光および現像室7、エッチング
室8はそれぞれ搬送室9の周囲に配置し、ゲートバルブ
9a、9b、9c、9d、9e、9f、9g、9hをそ
れぞれ介して搬送室9と接続した。
A load lock chamber 1, a substrate pretreatment chamber 2, a film forming chamber 3 for a film to be processed, an etching mask film forming chamber 4, an organic planarizing film forming chamber 5, and a photoresist film forming chamber 6. The (reaction chamber 6-3), the exposure and development chamber 7, and the etching chamber 8 are arranged around the transport chamber 9 and transported through the gate valves 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, and 9h, respectively. Connected to chamber 9.

【0048】ロードロック室1には、搬送室9とつなが
るゲートバルブ9aの他に、基板ホルダー10の出し入
れを外部と行うための扉1aを設け、また、反応室6−
3と分解室6−2との間はバルブ6cとを介して接続
し、さらに、分解室6−2と反応室6−3の真空を保
ち、気化させる試料(フォトレジスト膜を形成する原材
料と成るSiを含む有機化合物)を設置するために気化
室6−1には分解室6−2との間にバルブ6bと試料ボ
ート(あるいは試料シリンダー)の出し入れを外部と行
うための扉6aを設けた。
In addition to the gate valve 9a connected to the transfer chamber 9, the load lock chamber 1 is provided with a door 1a for loading and unloading the substrate holder 10, and a reaction chamber 6-
3 and the decomposition chamber 6-2 are connected via a valve 6c, and further, the vacuum of the decomposition chamber 6-2 and the reaction chamber 6-3 is kept and vaporized (a raw material for forming a photoresist film and In order to install the Si-containing organic compound), a valve 6b is provided between the vaporization chamber 6-1 and the decomposition chamber 6-2, and a door 6a is provided for taking the sample boat (or the sample cylinder) in and out. It was

【0049】基板前処理室2はスパッタエッチングによ
るクリーニングができる機能を有するもので、本実施例
においてはRFスパッタエッチングによって行われる。
なお、イオンガンを装備すれば、スパッタエッチングの
代わりにイオンビームエッチングでクリーニングするこ
ともできる。
The substrate pretreatment chamber 2 has a function capable of being cleaned by sputter etching, and in this embodiment, it is carried out by RF sputter etching.
If equipped with an ion gun, cleaning can be performed by ion beam etching instead of sputter etching.

【0050】被加工膜の成膜室3は、通常のスパッタリ
ング室としたが、この代わりに周知の真空蒸着もしくは
プラズマCVDによる成膜室としても良い。また、2層
レジスト膜を形成する際に使用するエッチングマスク成
膜室4は、スパッタリングもしくはプラズマCVDによ
る成膜室とした。
Although the film forming chamber 3 for the film to be processed is a normal sputtering chamber, it may be a known film forming chamber by vacuum vapor deposition or plasma CVD instead. Further, the etching mask film forming chamber 4 used when forming the two-layer resist film was a film forming chamber by sputtering or plasma CVD.

【0051】基板に段差がある場合に段差解消のために
形成する有機平坦化膜の成膜室4は、成膜原料に応じて
通常複数個必要となるが、この例では2個の蒸着源を有
する真空蒸着装置とした。
When there is a step on the substrate, a plurality of film forming chambers 4 for forming an organic planarizing film for eliminating the step are usually required depending on the film forming material. In this example, two evaporation sources are used. It was a vacuum evaporation system having.

【0052】図2はフォトレジストの成膜室6の詳細な
構成を示す断面図の一例である。気化室6−1は、有機
化合物の試料12を入れるボート11と、ボート11を
保持する支持台13と、試料12を気化させる加熱手段
(本実施例では赤外線ランプとしたが、紫外線ランプと
してもよい)14と、試料12を気化室6−1に入れる
際、N2ガス等でこの気化室を大気圧にするためのガス
導入口15と、排気口16とで構成し、分解室6−2
は、気化した試料を分解する熱を均一に伝えるのに適し
た円筒管(本実施例では石英管を使用)17と加熱手段
(本実施例では赤外線ランプを使用)18と、加熱によ
り分解室6−2が変形して真空度が劣化することを防止
するための、分解室6−2の冷却機構である水冷機構1
9とで構成した。また、反応室6−3は基板ホルダー1
0を設置する支持台20(冷却等の温度制御手段が内蔵
されているが図示せず)と、膜厚を測定する膜厚モニタ
21と、排気口22とで構成した。
FIG. 2 is an example of a sectional view showing the detailed structure of the photoresist film forming chamber 6. The vaporization chamber 6-1 includes a boat 11 for containing a sample 12 of an organic compound, a support 13 for holding the boat 11, and a heating means for vaporizing the sample 12 (in this embodiment, an infrared lamp is used, but an ultraviolet lamp may also be used. 14), and when the sample 12 is put into the vaporization chamber 6-1, it is composed of a gas introduction port 15 and an exhaust port 16 for making the vaporization chamber atmospheric pressure by N 2 gas or the like. Two
Is a cylindrical tube (a quartz tube is used in this embodiment) 17 suitable for uniformly transmitting the heat that decomposes the vaporized sample, a heating means (an infrared lamp is used in this embodiment) 18, and a decomposition chamber by heating. A water cooling mechanism 1 which is a cooling mechanism of the decomposition chamber 6-2 for preventing the degree of vacuum from deteriorating due to the deformation of 6-2.
9 and 9. Further, the reaction chamber 6-3 is the substrate holder 1
It is composed of a support base 20 (not shown) in which a temperature control means such as cooling is built in, a film thickness monitor 21 for measuring the film thickness, and an exhaust port 22.

【0053】このフォトレジストの成膜室6は、有機化
合物を原料とする薄膜を形成できるので、後述する実施
例で示すようなフォトレジスト以外の有機化合物の薄膜
の形成にも利用できる。なお、支持台20には、後述す
る実施例で示すような有機平坦化膜を構成するために、
加熱すると軟化変形する性質を有する有機化合物を加工
可能なように加熱手段を設けた。
Since this photoresist film forming chamber 6 can form a thin film of an organic compound as a raw material, it can also be used for forming a thin film of an organic compound other than the photoresist as shown in Examples described later. In addition, in order to form an organic flattening film as shown in Examples described later on the support 20,
A heating means was provided so that an organic compound having a property of softening and deforming when heated could be processed.

【0054】図3は、露光および現像室7の構成を示す
断面図である。露光および現像室7は、KrFエキシマ
レーザーを発信する光源27と、照明光学系28と、所
定のパターンを有したフォトマスク29と、投影光学系
30とを露光および現像室7の外側に配置し、露光およ
び現像室7の中に光を導入するための窓31と、基板ホ
ルダー10を設置する試料保持台32と、ガス導入口3
3と、排気口34とを設けた構成とした。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the exposure and development chamber 7. The exposure and development chamber 7 has a light source 27 that emits a KrF excimer laser, an illumination optical system 28, a photomask 29 having a predetermined pattern, and a projection optical system 30 arranged outside the exposure and development chamber 7. , A window 31 for introducing light into the exposure and development chamber 7, a sample holder 32 for mounting the substrate holder 10, and a gas inlet 3
3 and the exhaust port 34 are provided.

【0055】この露光および現像室7は、フォトレジス
トの露光と現像によるレジストパターンの形成工程と、
その後の工程となるフォトレジストの除去工程との実施
を可能とする。なお、本実施例においては、キャリアガ
ス導入口33を排気系の上流側に設け、通常は真空排気
下で実施する薄膜の加工の他、Arガス等の不活性ガス
等、フォトレジスト薄膜の原料に対応する種類のキャリ
アガスを流しながら薄膜を露光により加工できる構成と
し、露光により分解されたフォトレジストの分解生成物
をこのキャリアガスにより効率良く外部に排気、除去で
きるようにし、フォトレジスト薄膜の原料に揮発性の低
い原料をも使用できるようにした。
The exposure and development chamber 7 includes a step of forming a resist pattern by exposing and developing a photoresist.
It is possible to carry out a subsequent step of removing the photoresist. In the present embodiment, the carrier gas inlet 33 is provided on the upstream side of the exhaust system, and in addition to the processing of a thin film that is usually performed under vacuum exhaust, an inert gas such as Ar gas is used as a raw material for a photoresist thin film. The thin film can be processed by exposure while flowing a carrier gas of a type corresponding to the above, and the decomposition products of the photoresist decomposed by exposure can be efficiently exhausted and removed to the outside by this carrier gas. The raw material with low volatility can be used.

【0056】なお、被加工膜のエッチング室8にはRF
プラズマを用いた反応性イオンエッチングが可能な構成
とした。また、マイクロ波でプラズマを発生させる方式
を用いることもできる。
In the etching chamber 8 for the film to be processed, RF is applied.
The configuration is such that reactive ion etching using plasma is possible. Alternatively, a method of generating plasma with microwaves can be used.

【0057】〈実施例2〉図4は、実施例1の図2に示
したフォトレジストの成膜室6に対応する他の構成例を
示す断面図である。図示のように実施例1の図2と異な
る点は、試料12の気化室6−1と、分解室6−2の構
成であり、気化室6−1は、有機化合物の試料12を入
れる試料シリンダー23と、試料を気化させる加熱手段
(本実施例では電熱線を使用)24および温度調節器
(図示せず)とで構成し、分解室6−2は、実施例1の
加熱分解手段の代わりに、気化した試料にプラズマを照
射して分解するプラズマ照射手段を設けて構成した。
<Embodiment 2> FIG. 4 is a sectional view showing another structural example corresponding to the photoresist film forming chamber 6 shown in FIG. As shown in the figure, the point different from FIG. 2 of Example 1 is the configuration of the vaporization chamber 6-1 of the sample 12 and the decomposition chamber 6-2. The decomposition chamber 6-2 is composed of a cylinder 23, heating means for vaporizing a sample (heating wire is used in this embodiment) 24, and a temperature controller (not shown). Instead, a plasma irradiation means for irradiating the vaporized sample with plasma to decompose it was provided.

【0058】すなわち、分解室6−2の25は、プラズ
マ発生部(本実施例ではマイクロ波電源を使用)であ
り、プラズマを発生させるための原料ガスとなるArガ
スが、ガス導入口26から流量調節バルブ6dを介して
プラズマ発生部25に送給されると低温プラズマが発生
する構成となっている。気化室6−1から送給された有
機化合物の気体がこのプラズマに曝されると分解が生じ
てSiラジカルが生成する。このプラズマに曝される位
置が低温プラズマのアフタグロー部となるように設定さ
れたおり、有機化合物を容易に分解し、Siラジカルが
生成し易い条件となっている。
That is, 25 in the decomposition chamber 6-2 is a plasma generator (in this embodiment, a microwave power source is used), and Ar gas, which is a raw material gas for generating plasma, is introduced from the gas inlet 26. Low-temperature plasma is generated when the plasma is supplied to the plasma generation unit 25 via the flow rate control valve 6d. When the gas of the organic compound sent from the vaporization chamber 6-1 is exposed to this plasma, decomposition occurs and Si radicals are generated. The position exposed to this plasma is set to be the afterglow part of the low-temperature plasma, and the conditions are such that an organic compound is easily decomposed and Si radicals are easily generated.

【0059】なお、気化室6−1の試料シリンダー23
と、石英製のガス供給管17aとを連結するバルブ6e
は電磁開閉弁で構成され、分解室6−2の石英管17b
と気化室6−1のガス供給管17aとを連結するバルブ
6bは流量調節弁で構成されている。
The sample cylinder 23 in the vaporization chamber 6-1
And a valve 6e for connecting the quartz gas supply pipe 17a
Is a solenoid valve, and is a quartz tube 17b in the decomposition chamber 6-2.
The valve 6b that connects the gas supply pipe 17a of the vaporization chamber 6-1 with the valve 6b is a flow rate control valve.

【0060】このフォトレジストの成膜室6は、有機化
合物を原料とする薄膜を形成できるので、後述する実施
例で示すようなフォトレジスト以外の有機化合物の薄膜
の形成にも利用できる。
Since this photoresist film forming chamber 6 can form a thin film of an organic compound as a raw material, it can also be used for forming a thin film of an organic compound other than the photoresist as shown in Examples described later.

【0061】〈実施例3〉図5は、図4に示したフォト
レジストの成膜室6のプラズマ照射による分解手段の代
わりに、電磁波照射による分解手段を備えた変形例を示
す断面図である。基本的には実施例2と同一構成である
が、分解室6−2の構成のみが異なっている。すなわ
ち、分解室6−2の石英管17bの外部に配設された光
源27から照明光学系28により電磁波が石英管17b
内の気化された有機化合物に照射され、Siラジカルを
生成する。光源27としては、波長350nm以下の紫
外線を放射するものであればよく、例えば水銀ランプ、
もしくは図3の露光−現像室に使用されたKrFエキシ
マレーザー等が用いられる。
<Embodiment 3> FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modification in which a decomposition means by electromagnetic wave irradiation is provided in place of the decomposition means by plasma irradiation in the photoresist film forming chamber 6 shown in FIG. . The structure is basically the same as that of the second embodiment, but only the structure of the decomposition chamber 6-2 is different. That is, electromagnetic waves are emitted from the light source 27 disposed outside the quartz tube 17b in the decomposition chamber 6-2 by the illumination optical system 28 to the quartz tube 17b.
The vaporized organic compound in the interior is irradiated and produces Si radicals. The light source 27 may be any one that emits ultraviolet rays having a wavelength of 350 nm or less, such as a mercury lamp,
Alternatively, the KrF excimer laser used in the exposure-developing chamber of FIG. 3 is used.

【0062】〈実施例4〉図6は、パターン形成装置の
他の実施例を示す上面図である。装置構成は、基本的に
実施例1の図1に示した構成と同一である。ただし、装
置構成を小型化するために図1からエッチングマスクの
成膜室4と有機平坦化膜の成膜室5とを取り除いた点が
異なる。その他の装置構成および装置の機能は、実施例
1の図1で説明した内容と重複するので、説明を省略す
る。フォトレジストの成膜室6についても実施例1の図
2に示した構成、実施例2の図4に示した構成、および
実施例3の図5に示した構成のいずれもが使用可能であ
る。
<Embodiment 4> FIG. 6 is a top view showing another embodiment of the pattern forming apparatus. The device configuration is basically the same as the configuration shown in FIG. 1 of the first embodiment. However, the difference is that the etching mask film forming chamber 4 and the organic planarizing film forming chamber 5 are removed from FIG. 1 in order to downsize the device configuration. Other device configurations and device functions are the same as those described in the first embodiment with reference to FIG. For the photoresist film forming chamber 6, any of the structure shown in FIG. 2 of the first embodiment, the structure shown in FIG. 4 of the second embodiment, and the structure shown in FIG. 5 of the third embodiment can be used. .

【0063】〈実施例5〉次に、実施例1で示した本発
明のパターン形成装置を用いて、実際にパターンを形成
した一実施例について、図1〜図3および図7を用いて
説明する。図7は本実施例によるパターン形成の工程
を、基板の断面図で示した工程図である。
<Embodiment 5> Next, one embodiment in which a pattern is actually formed by using the pattern forming apparatus of the present invention shown in Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and 7. To do. 7A to 7C are process diagrams showing the process of pattern formation according to this embodiment in a sectional view of the substrate.

【0064】図7の工程図の説明に入る前に、基板の前
処理を以下の工程で実施した。まず、Si基板35を図
1に示したパターン形成装置の基板ホルダー10にセッ
トし、扉1aを通してロードロック室1に入れ、ロード
ロック室1の室内を真空排気装置(図示せず)で1.3
×10~3Pa以下に真空排気する。なお、搬送室9は真
空排気装置(図示せず)によって常に真空排気し、真空度
を1.3×10~3以下の圧力に保つようにした。ここで
ゲートバルブ9aを開け、基板ホルダー10を搬送室9
に移し、ゲートバルブ9aを閉じる。
Prior to the description of the process chart of FIG. 7, the substrate was pretreated in the following steps. First, the Si substrate 35 is set on the substrate holder 10 of the pattern forming apparatus shown in FIG. 1 and put into the load lock chamber 1 through the door 1a, and the inside of the load lock chamber 1 is evacuated by a vacuum exhaust device (not shown). Three
Evacuate to × 10 to 3 Pa or less. The transfer chamber 9 was constantly evacuated by a vacuum exhaust device (not shown) so that the degree of vacuum was maintained at a pressure of 1.3 × 10 3 or less. Here, the gate valve 9a is opened, and the substrate holder 10 is moved to the transfer chamber 9
And the gate valve 9a is closed.

【0065】次に基板前処理室2を真空排気し、真空度
を5×10~5Pa以下にしておく。ゲートバルブ9bを
開け、基板ホルダー10を基板前処理室2に搬送し、ゲ
ートバルブ9bを閉じる。基板ホルダー10は基板前処
理室2のRF印加側電極(図示せず)上に設置する。こ
こで基板前処理室2にArガスを80sccm流し、系
内の圧力を3Paに調整し、300WのRFパワーを1
分間印加した。前処理が終了した後、Arガスの導入を
止め、真空排気して真空度を1.3×10~3Pa以下に
した後、ゲートバルブ9bを開け基板ホルダー10を搬
送室9に移す。基板前処理室2は真空排気して真空度を
5×10~5Pa以下にしておく。
Next, the substrate pretreatment chamber 2 is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less. The gate valve 9b is opened, the substrate holder 10 is transported to the substrate pretreatment chamber 2, and the gate valve 9b is closed. The substrate holder 10 is installed on the RF application side electrode (not shown) of the substrate pretreatment chamber 2. Here, Ar gas of 80 sccm is flown into the substrate pretreatment chamber 2, the pressure in the system is adjusted to 3 Pa, and the RF power of 300 W is set to 1
It was applied for a minute. After the pretreatment is completed, the introduction of Ar gas is stopped, the vacuum is evacuated to a vacuum degree of 1.3 × 10 3 Pa or less, the gate valve 9 b is opened, and the substrate holder 10 is transferred to the transfer chamber 9. The substrate pretreatment chamber 2 is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less.

【0066】以下、図7の工程図にしたがって順次説明
する。図7(a)で示す被加工膜36の形成工程は、次
のように実施した。図1に示した装置の被加工膜の成膜
室3(本実施例ではスパッタリング室)を真空排気して
真空度を5×10~5Pa以下にし、ゲートバルブ9cを
開け、基板ホルダー10を被加工膜の成膜室3に搬送
し、ゲートバルブ9cを閉じる。ここで被加工膜の成膜
室3にArガスを80sccm流し、室内の圧力を0.
5Paに調整し、500WのRFパワーを印加し、被加
工膜であるSiO2膜36を200nmの厚さに成膜し
た。被加工膜の成膜後、Arガスの導入を止め、室内を
真空排気して、真空度を5×10~5Pa以下にする。次
いで、ゲートバルブ9cを開け、基板ホルダー10を搬
送室9に移し、ゲートバルブ9cを閉じる。被加工膜の
成膜室3は真空排気して真空度を5×10~5Pa以下に
しておく。
The steps will be sequentially described below with reference to the process chart of FIG. The process of forming the film to be processed 36 shown in FIG. 7A was performed as follows. The film forming chamber 3 (sputtering chamber in this embodiment) of the film to be processed of the apparatus shown in FIG. 1 is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less, the gate valve 9c is opened, and the substrate holder 10 is opened. The film is transferred to the film forming chamber 3 for the film to be processed, and the gate valve 9c is closed. Here, Ar gas of 80 sccm is flown into the film forming chamber 3 for the film to be processed, and the pressure in the chamber is set to 0.
The pressure was adjusted to 5 Pa, RF power of 500 W was applied, and a SiO 2 film 36 as a film to be processed was formed to a thickness of 200 nm. After forming the film to be processed, the introduction of Ar gas is stopped and the chamber is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less. Next, the gate valve 9c is opened, the substrate holder 10 is moved to the transfer chamber 9, and the gate valve 9c is closed. The film forming chamber 3 for the film to be processed is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less.

【0067】図7(b)で示すフォトレジスト膜37の
形成工程は、次のように実施した。図1、図2に示した
ようにフォトレジストの成膜室6の気化室6−1と分解
室6−2の間のバルブ6bを閉じる。分解室6−2と反
応室6−3の間のバルブ6cを開ける。反応室6−3お
よび分解室6−2を真空排気して真空度を5×10~5
a以下にし、ゲートバルブ9fを開け、基板ホルダー1
0を反応室6−3に搬送し、ゲートバルブ9fを閉じ
る。また、気化室6−1にN2ガスを導入し、真空度を
大気圧に戻した後、扉6aを開け、フォトレジスト膜を
形成する原材料と成るSiを含む有機化合物であるドデ
カメチルシクロヘキサシランを試料12として試料ボー
ト11に充填し、扉6aを閉じて、真空排気し、真空度
を5×10~5Pa以下にする。次に、分解室6−2の赤
外線ランプ18を用いて石英管17の内部温度を600
℃に調節する。
The step of forming the photoresist film 37 shown in FIG. 7B was carried out as follows. As shown in FIGS. 1 and 2, the valve 6b between the vaporization chamber 6-1 and the decomposition chamber 6-2 of the photoresist film forming chamber 6 is closed. The valve 6c between the decomposition chamber 6-2 and the reaction chamber 6-3 is opened. The reaction chamber 6-3 and the decomposition chamber 6-2 are evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 to 5 P.
a, the gate valve 9f is opened, and the substrate holder 1
0 is conveyed to the reaction chamber 6-3, and the gate valve 9f is closed. In addition, after introducing N 2 gas into the vaporization chamber 6-1 and returning the degree of vacuum to atmospheric pressure, the door 6a is opened, and dodecamethylcyclohexahexa which is an organic compound containing Si serving as a raw material for forming a photoresist film. The sample boat 11 is filled with orchid as the sample 12, the door 6a is closed, and the chamber is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less. Next, the infrared lamp 18 in the decomposition chamber 6-2 was used to increase the internal temperature of the quartz tube 17 to 600
Adjust to ℃.

【0068】次に、バルブ6bを開け、試料12を赤外
線ランプ14で加熱して150℃に保つ。ドデカメチル
シクロヘキサシランは気化室6−1において150℃に
加熱され気化し、さらに、分解室6−2の石英管17内
部の温度(600℃)により、Si−Si結合が解裂
し、数種のSiを含む化学種が生成される。この化学種
が反応室6−3において再結合して基板上にSi−Si
結合の膜状に堆積する。反応室6−3内の支持台20に
は、基板温度を室温以下に設定し得る温度制御手段が配
設(図2では図面が省略されている)されているが、こ
の例では基板温度を室温に設定して堆積させた。これに
より、反応室6−3において基板上に500nmの厚さ
のフォトレジスト37を形成することができた。なお、
膜厚の制御は、膜厚モニタ21で所望の膜厚になったと
きにバルブ6cを閉じて行う。
Next, the valve 6b is opened and the sample 12 is heated by the infrared lamp 14 and kept at 150.degree. Dodecamethylcyclohexasilane is heated to 150 ° C. in the vaporization chamber 6-1 and vaporized, and further, the temperature inside the quartz tube 17 (600 ° C.) in the decomposition chamber 6-2 causes the Si—Si bond to be broken, A species containing the species Si is generated. The chemical species are recombined in the reaction chamber 6-3 to form Si-Si on the substrate.
Deposited in the form of a bond. The support 20 in the reaction chamber 6-3 is provided with temperature control means (not shown in FIG. 2) capable of setting the substrate temperature at room temperature or lower. It was set at room temperature and deposited. As a result, the photoresist 37 having a thickness of 500 nm could be formed on the substrate in the reaction chamber 6-3. In addition,
The film thickness is controlled by closing the valve 6c when the film thickness monitor 21 reaches a desired film thickness.

【0069】フォトレジストの成膜後、気化室6−1と
分解室6−2の赤外線ランプ14および18の電源を切
り、ゲートバルブ9fを開け、基板ホルダー10を搬送
室9に移し、ゲートバルブ9fを閉じる。バルブ6bも
閉じておく。
After forming the photoresist film, the infrared lamps 14 and 18 in the vaporization chamber 6-1 and the decomposition chamber 6-2 are turned off, the gate valve 9f is opened, the substrate holder 10 is transferred to the transfer chamber 9, and the gate valve is opened. Close 9f. The valve 6b is also closed.

【0070】図7(c)で示す露光および現像工程は、
次のように実施した。図3に示した露光および現像室7
を、真空排気して真空度を5×10~5Pa以下にし、ゲ
ートバルブ9gを開け、基板ホルダー10を露光および
現像室7に搬送し、ゲートバルブ9gを閉じる。次い
で、光源27のKrFエキシマレーザーで発振させた波
長248nmのレーザー光を照明光学系28よって所定
のパターン(本実施例では1μmラインアンドスペース
パターン)を有するフォトマスク29に均一に照射し、
フォトマスク29のパターン像を投影光学系30によっ
て基板35上のフォトレジスト37の表面に石英製の窓
31を通して結像させる。光が照射された部分では、フ
ォトレジスト分子のSi−Si結合が解裂し、低分子化
された化学種はガス状物質となって排気口34から室外
に排気される。したがって、本フォトレジスト37はフ
ォトマスクのパターン像に対してポジ像を与える。この
ようにしてフォトマスク29のパターン像を、フォトレ
ジスト37に転写した。
The exposure and development process shown in FIG.
It was carried out as follows. Exposure and development chamber 7 shown in FIG.
Is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 to 5 Pa or less, the gate valve 9g is opened, the substrate holder 10 is transported to the exposure and development chamber 7, and the gate valve 9g is closed. Then, a laser beam having a wavelength of 248 nm oscillated by the KrF excimer laser of the light source 27 is uniformly irradiated on the photomask 29 having a predetermined pattern (1 μm line and space pattern in this embodiment) by the illumination optical system 28,
The pattern image of the photomask 29 is formed by the projection optical system 30 on the surface of the photoresist 37 on the substrate 35 through the window 31 made of quartz. In the portion irradiated with light, the Si—Si bond of the photoresist molecule is cleaved, and the chemical species whose molecular weight has been lowered becomes a gaseous substance and is exhausted to the outside through the exhaust port 34. Therefore, the photoresist 37 gives a positive image to the pattern image of the photomask. In this way, the pattern image of the photomask 29 was transferred to the photoresist 37.

【0071】図3を用いた露光のいまひとつの方法とし
て、ガス導入口33からキャリアガスとしてAr、N2
等の不活性ガスを供給しながら露光することも可能であ
る。この方法によれば、露光によりフォトレジスト分子
のSi−Si結合が解裂して低分子化された化学種(ガ
ス状物質)を、室外にさらに効率よく排気除去すること
ができる。
As another method of exposure using FIG. 3, Ar, N 2 as a carrier gas from the gas inlet 33 is used.
It is also possible to perform exposure while supplying an inert gas such as. According to this method, the chemical species (gaseous substance) whose molecular weight has been lowered due to the cleavage of the Si-Si bond of the photoresist molecule by exposure can be more efficiently exhausted and removed to the outside of the room.

【0072】図7(d)で示す被加工膜(SiO2)3
6のエッチング工程は、次のように実施した。図1に示
した被加工膜のエッチング室8の真空度を5×10~5
a以下にし、ゲートバルブ9hを開け、基板ホルダー1
0をエッチング室8に移し、ゲートバルブ9hを閉じ
る。エッチングガスとしてCH22ガスを20sccm
の流量で導入し、室内の真空度を7Paに調整する。3
00WのRFパワーを印加し被加工膜であるSiO2
36のエッチングを行った。次いで、ゲートバルブ9h
を開け、基板ホルダー10を搬送室9に搬送し、ゲート
バルブ9hを閉じる。
Processed film (SiO 2 ) 3 shown in FIG. 7D
The etching process of No. 6 was performed as follows. The degree of vacuum in the etching chamber 8 for the film to be processed shown in FIG. 1 is set to 5 × 10 to 5 P
a, the gate valve 9h is opened, the substrate holder 1
0 is transferred to the etching chamber 8 and the gate valve 9h is closed. CH 2 F 2 gas as the etching gas is 20 sccm
At a flow rate of, and the degree of vacuum in the room is adjusted to 7 Pa. Three
The RF power of 00 W was applied to etch the SiO 2 film 36 as the film to be processed. Next, gate valve 9h
Open, the substrate holder 10 is transferred to the transfer chamber 9, and the gate valve 9h is closed.

【0073】最後に、図7(e)で示すフォトレジスト
37の除去工程を、次のように実施した。図1、図3に
示した露光および現像室7を真空排気して真空度を5×
10~5Pa以下にし、ゲートバルブ9gを開け、基板ホ
ルダー10を露光および現像室7に搬送し、ゲートバル
ブ9gを閉じる。次いで、光源27のKrFエキシマレ
ーザーで発振させた波長248nmのレーザー光を、照
明光学系28によって基板35上に残存するフォトレジ
スト37の最表面に焦点を合わせ、全面に照射、露光す
る。これにより、フォトレジスト37を分解し室外に排
気、除去することができる。フォトレジスト37の除去
が完了した後、ゲートバルブ9gを開け、基板ホルダー
10を搬送室9に搬送し、ゲートバルブ9gを閉じる。
Finally, the step of removing the photoresist 37 shown in FIG. 7E was carried out as follows. The exposure and development chamber 7 shown in FIGS. 1 and 3 is evacuated to a vacuum degree of 5 ×.
The pressure is set to 10 to 5 Pa or less, the gate valve 9g is opened, the substrate holder 10 is conveyed to the exposure and development chamber 7, and the gate valve 9g is closed. Next, a laser beam having a wavelength of 248 nm oscillated by the KrF excimer laser of the light source 27 is focused on the outermost surface of the photoresist 37 remaining on the substrate 35 by the illumination optical system 28, and the entire surface is irradiated and exposed. As a result, the photoresist 37 can be decomposed and exhausted to the outside of the room. After the removal of the photoresist 37 is completed, the gate valve 9g is opened, the substrate holder 10 is transferred to the transfer chamber 9, and the gate valve 9g is closed.

【0074】以上述べたようにして、被加工膜SiO2
膜36の1μmラインアンドスペースのパターンを形成
することができた。被加工膜36の成膜、フォトレジス
ト37の形成、露光、現像、被加工膜のエッチング、フ
ォトレジストの除去の各工程を大気と遮断され、かつ減
圧された状態で一貫して行うことができた。
As described above, the film to be processed SiO 2
A 1 μm line and space pattern of the film 36 could be formed. The steps of forming the film to be processed 36, forming the photoresist 37, exposing, developing, etching the film to be processed, and removing the photoresist can be performed consistently in a state where the atmosphere is shielded and the pressure is reduced. It was

【0075】〈実施例6〉次に、実施例1および2で示
した装置を用いて、実際にパターンを形成した他の実施
例について、図1および図3および図4および図7を用
いて説明する。本実施例は、フォトレジストの成膜の
際、固体もしくは液体のSiを含む有機化合物の分解
を、低温プラズマを用いて行ったものである。図7は本
実施例によるパターン形成の工程を、基板の断面図で示
した工程図である。なお、本実施例では、図7(b)工
程を除き、図7(a)および図5(c)〜(e)工程
は、実施例4と同様に行ったので、ここではこれらの工
程の説明を省略し、図7(b)工程を主体に説明する。
<Embodiment 6> Next, with reference to FIGS. 1 and 3 and FIGS. 4 and 7, another embodiment in which a pattern is actually formed by using the apparatus shown in Embodiments 1 and 2 will be described. explain. In this embodiment, when a photoresist is formed, a solid or liquid organic compound containing Si is decomposed by using low temperature plasma. 7A to 7C are process diagrams showing the process of pattern formation according to this embodiment in a sectional view of the substrate. In this example, except for the step of FIG. 7B, the steps of FIG. 7A and FIGS. 5C to 5E were performed in the same manner as in Example 4, and therefore, here, these steps are omitted. Description will be omitted, and the description will focus on the process of FIG.

【0076】図7(b)で示すフォトレジスト膜37の
形成工程は次のように実施した。図4に示した成膜室6
の分解室6−2と反応室6−3の間のバルブ6cを開け
る。反応室6−3および分解室6−2を真空排気して真
空度を5×10~5Pa以下にし、ゲートバルブ9fを開
け、基板ホルダー10を反応室6−3に搬送し、ゲート
バルブ9fを閉じる。フォトレジスト膜を形成する原材
料と成るSiを含む有機化合物であるフェニルフルオロ
シランは試料12として、気化室6−1である試料シリ
ンダー23に予め充填しておく。試料シリンダー23は
電磁弁6eを介して気化室6−1と流量調節用のバルブ
6bで仕切られ、常に一定温度に保つように電熱器24
と温度調節器(図示せず)によって温度調節される。
The step of forming the photoresist film 37 shown in FIG. 7B was carried out as follows. Film forming chamber 6 shown in FIG.
The valve 6c between the decomposition chamber 6-2 and the reaction chamber 6-3 is opened. The reaction chamber 6-3 and the decomposition chamber 6-2 are evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 to 5 Pa or less, the gate valve 9f is opened, the substrate holder 10 is transferred to the reaction chamber 6-3, and the gate valve 9f is opened. Close. Phenylfluorosilane, which is an organic compound containing Si, which is a raw material for forming a photoresist film, is preliminarily filled as a sample 12 in a sample cylinder 23 which is a vaporization chamber 6-1. The sample cylinder 23 is partitioned by a vaporization chamber 6-1 and a flow rate adjusting valve 6b via an electromagnetic valve 6e, and an electric heater 24 keeps the temperature constant at all times.
The temperature is controlled by a temperature controller (not shown).

【0077】反応室6−3および分解室6−2を真空排
気しながら、分解室6−2につながる石英管17bに、
ガス導入口26、バルブ6dを介してArガスを毎分2
0ml供給し、真空度を10Paに保った。石英管17
bにマイクロ波電源(図示せず)からマイクロ波をプラ
ズマ発生部25に導き、Arプラズマを発生させる。
While evacuating the reaction chamber 6-3 and the decomposition chamber 6-2, the quartz tube 17b connected to the decomposition chamber 6-2 was
2 Ar gas per minute through the gas inlet 26 and the valve 6d
0 ml was supplied and the degree of vacuum was maintained at 10 Pa. Quartz tube 17
In step b, a microwave is guided from a microwave power source (not shown) to the plasma generation unit 25 to generate Ar plasma.

【0078】次に、分解室6−2を真空排気し、真空度
を5×10~5Pa以下にする。次に、原材料と成るSi
を含む有機化合物であるフェニルフルオロシランを毎分
10ml供給し、Arプラズマと接触させた。これによ
りフェニルフルオロシランは、2個のSi−H結合が解
烈してSiラジカルを生成し、反応室6−3において冷
却されて再結合することにより、Si−Si結合が生成
し、基板35上に膜状に堆積する。これにより、反応室
6−3の基板35上に300nmの厚さのフォトレジス
ト37を形成することができる。なお、膜厚の制御は、
膜厚モニタ21で所望の膜厚になったときに、原料ガス
の供給を止めることで行う。
Next, the decomposition chamber 6-2 is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 to 5 Pa or less. Next, the raw material Si
10 ml / min of an organic compound containing phenylfluorosilane was supplied and brought into contact with Ar plasma. As a result, in the phenylfluorosilane, two Si—H bonds are exploded to generate Si radicals, which are cooled in the reaction chamber 6-3 and recombined to generate Si—Si bonds. A film is deposited on top. Thus, the photoresist 37 having a thickness of 300 nm can be formed on the substrate 35 in the reaction chamber 6-3. The film thickness can be controlled by
When the film thickness monitor 21 reaches a desired film thickness, the supply of the raw material gas is stopped.

【0079】フォトレジストの成膜後、マイクロ波およ
びArの供給を止める。反応室6−3および分解室6−
2を真空排気して、真空度を5×10~5Pa以下にし、
ゲートバルブ9fを開け、基板ホルダー10を搬送室9
に移し、ゲートバルブ9fを閉じる。バルブ6bも閉じ
ておく。
After the photoresist is formed, the supply of microwave and Ar is stopped. Reaction chamber 6-3 and decomposition chamber 6-
2 is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 to 5 Pa or less,
The gate valve 9f is opened, and the substrate holder 10 is placed in the transfer chamber 9
And the gate valve 9f is closed. The valve 6b is also closed.

【0080】以上の方法により、最終的に実施例4と同
様にSiO2膜36の1μmラインアンドスペースのパ
ターンを形成することができた。被加工膜36の成膜、
フォトレジスト37の形成、露光、現像、被加工膜のエ
ッチング、フォトレジストの除去の各工程を大気と遮断
され、かつ減圧された状態で一貫して行うことができ
た。
By the above method, a 1 μm line-and-space pattern of the SiO 2 film 36 could be finally formed in the same manner as in Example 4. Formation of the film to be processed 36,
The steps of forming the photoresist 37, exposing, developing, etching the film to be processed, and removing the photoresist could be consistently performed under a reduced pressure while being shielded from the atmosphere.

【0081】〈実施例7〉次に、実施例1で示したパタ
ーン形成装置を用いて、実際にパターンを形成した他の
実施例について、図1〜図3および図8を用いて説明す
る。本実施例は、段差を有する基板において、全ドライ
一貫プロセスのパターン形成精度を維持するために、有
機平坦化膜を形成して基板を平坦化し、この上でフォト
レジストの成膜を実施するものである。図8は本実施例
によるパターン形成の工程を、基板の断面図で示した工
程図であり、以下、この図にしたがって順次説明する。
<Embodiment 7> Next, another embodiment in which a pattern is actually formed by using the pattern forming apparatus shown in Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and 8. In this embodiment, in order to maintain the pattern forming accuracy of the all dry consistent process on a substrate having a step, an organic planarizing film is formed to planarize the substrate, and a photoresist is formed on this. Is. FIG. 8 is a process drawing showing a cross-sectional view of a substrate for the process of pattern formation according to this embodiment, and the process will be sequentially described below with reference to this drawing.

【0082】まず、図8(f)で示す基板38の前処理
および被加工膜39の形成工程は、次のように実施し
た。段差を有する基板38上に、図1に示した装置の基
板前処理室2を用いて、実施例5と同様に、基板38の
前処理を実施した。次いで被加工膜39の形成工程は、
次のように実施した。被加工膜の成膜室3(本実施例で
はスパッタリング室)を真空排気して真空度を5×10
~5Pa以下にし、ゲートバルブ9cを開け、基板ホルダ
ー10を被加工膜の成膜室3に搬送し、ゲートバルブ9
cを閉じる。ここで被加工膜の成膜室3にArガスを5
0sccm流し、室内の圧力を0.5Paに調整し、5
00WのRFパワーを印加し、被加工膜であるAl膜3
9を500nmの厚さに成膜した。
First, the pretreatment of the substrate 38 and the process of forming the film to be processed 39 shown in FIG. 8F were carried out as follows. Pretreatment of the substrate 38 was performed on the substrate 38 having steps by using the substrate pretreatment chamber 2 of the apparatus shown in FIG. 1 in the same manner as in Example 5. Next, in the process of forming the processed film 39,
It was carried out as follows. The film forming chamber 3 for the film to be processed (sputtering chamber in this embodiment) is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5.
The pressure is set to 5 Pa or less, the gate valve 9c is opened, and the substrate holder 10 is transferred to the film forming chamber 3 for the film to be processed.
Close c. Here, Ar gas is supplied to the film forming chamber 3 for the film to be processed in an amount of 5
Flow at 0 sccm, adjust the pressure in the room to 0.5 Pa, and
Al film 3 which is a film to be processed by applying RF power of 00W
9 was deposited to a thickness of 500 nm.

【0083】被加工膜の成膜後、Arガスの導入を止
め、室内を真空排気して、真空度を5×10~5Pa以下
にする。次いで、ゲートバルブ9cを開け、基板ホルダ
ー10を搬送室9に移し、ゲートバルブ9cを閉じる。
被加工膜の成膜室3は真空排気して真空度を5×10~5
Pa以下にしておく。
After forming the film to be processed, the introduction of Ar gas is stopped and the chamber is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less. Next, the gate valve 9c is opened, the substrate holder 10 is moved to the transfer chamber 9, and the gate valve 9c is closed.
The film forming chamber 3 for the film to be processed is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 to 5
Keep at Pa or less.

【0084】図8(g)で示す段差を有する基板38を
平坦化する有機平坦化膜40の形成工程は、図1の有機
平坦化膜の成膜室(本実施例では蒸着装置)5を用い
て、次のように実施した。ゲートバルブ9eを閉じてか
ら、有機平坦化膜の成膜室5にN2ガスを導入し、真空
度を大気圧に戻した後、扉5aを開け、2つの蒸着ボー
トに、それぞれピロメリット酸二無水物と、4,4’−
ジアミノジフェニルエーテルとを等モル量設置する。扉
5aを閉じ、真空排気して、真空度を5×10~5Pa以
下にする。ゲートバルブ9eを開け、基板ホルダー10
を有機平坦化膜の成膜室5に搬送し、ゲートバルブ9e
を閉じる。次に、ピロメリット酸二無水物を100℃
に、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを150℃
に加熱した。このようにして、基板上に、ポリアミド酸
の膜を堆積した。これを、真空排気下基板加熱して、2
00℃に保持し、ポリイミドに変化させ、有機平坦化膜
40とした。
In the step of forming the organic planarizing film 40 for planarizing the substrate 38 having the step shown in FIG. 8G, the organic planarizing film forming chamber (vapor deposition apparatus in this embodiment) 5 of FIG. 1 is used. It was carried out as follows. After closing the gate valve 9e, N 2 gas was introduced into the film forming chamber 5 for the organic planarizing film, the vacuum degree was returned to atmospheric pressure, the door 5a was opened, and pyromellitic acid was placed in each of the two vapor deposition boats. Dianhydride and 4,4'-
Install equimolar amounts of diaminodiphenyl ether. The door 5a is closed and evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less. Open the gate valve 9e and open the substrate holder 10.
Is transferred to the organic flattening film forming chamber 5, where the gate valve 9e
Close. Next, add pyromellitic dianhydride to 100 ° C.
Then, add 4,4'-diaminodiphenyl ether to 150 ° C.
Heated to. In this way, a polyamic acid film was deposited on the substrate. The substrate is heated under vacuum exhaust to
The temperature was maintained at 00 ° C. and changed to polyimide to form the organic flattening film 40.

【0085】図8(h)で示すフォトレジスト41の形
成工程は、次のように実施した。実施例5と同様に、フ
ォトレジストの成膜室6を用い、ドデカメチルシクロヘ
キサシランを原料物質にしてフォトレジスト41を平坦
化した有機平坦化膜40の上に形成した。
The step of forming the photoresist 41 shown in FIG. 8H was carried out as follows. As in Example 5, the photoresist film forming chamber 6 was used to form the photoresist 41 on the planarized organic flattening film 40 using dodecamethylcyclohexasilane as a raw material.

【0086】図8(i)で示す露光および現像工程は、
次のように実施した。図1の露光および現像室7におい
て、実施例5と同様にしてフォトレジスト41のパター
ンを得る。
The exposure and development steps shown in FIG.
It was carried out as follows. In the exposure and development chamber 7 of FIG. 1, the pattern of the photoresist 41 is obtained in the same manner as in the fifth embodiment.

【0087】図8(j)で示す有機平坦化膜40のエッ
チング工程は、次のように実施した。図1の被加工膜の
エッチング室8を5×10~5Pa以下に排気し、ゲート
バルブ9hを開け、基板ホルダー10を被加工膜のエッ
チング室8に移し、ゲートバルブ9hを閉じる。エッチ
ングガスとして、O2ガスを80sccmの流量で導入
し、室内の真空度を10Paに調整する。300WのR
Fパワーを印加し有機平坦化膜40のエッチングを行っ
た。このエッチング処理は、露出している有機平坦化膜
40を酸素プラズマにより燃焼させて除去する周知のプ
ラズマアッシャーによるものである。
The etching process of the organic flattening film 40 shown in FIG. 8 (j) was carried out as follows. The etching chamber 8 for the film to be processed in FIG. 1 is evacuated to 5 × 10 to 5 Pa or less, the gate valve 9h is opened, the substrate holder 10 is transferred to the etching chamber 8 for the film to be processed, and the gate valve 9h is closed. O 2 gas was introduced as an etching gas at a flow rate of 80 sccm to adjust the degree of vacuum in the chamber to 10 Pa. 300W R
The organic flattening film 40 was etched by applying F power. This etching process is performed by a well-known plasma asher which burns and removes the exposed organic planarizing film 40 with oxygen plasma.

【0088】図8(k)で示す被加工膜39のエッチン
グ工程は、次のように実施した。有機平坦化膜40のエ
ッチングを実施後、このまま同じ室(エッチング室8)
で、O2ガスの供給を止め、真空排気して、真空度を5
×10~5Pa以下にし、実施例5の図7(d)の工程と
同様に被加工膜であるAl膜39のエッチングを行っ
た。
The etching process of the processed film 39 shown in FIG. 8 (k) was carried out as follows. After the organic flattening film 40 is etched, the same chamber (etching chamber 8) is kept as it is.
Then, stop the supply of O 2 gas, evacuate it, and adjust the vacuum to 5
× not exceed 10 ~ 5 Pa, it was etched Al film 39 steps and a film to be processed in the same manner in FIG. 7 of Example 5 (d).

【0089】最後に、エッチング終了後、図8(l)で
示すフォトレジスト41の除去工程を、次のように実施
した。実施例5の図7(e)の工程と同様に、露光およ
び現像室7においてフォトレジスト41の除去を行っ
た。
Finally, after the etching is completed, the step of removing the photoresist 41 shown in FIG. 8L is carried out as follows. Similar to the process of FIG. 7E of Example 5, the photoresist 41 was removed in the exposure and development chamber 7.

【0090】このようにして、有機平坦化層40を設け
て被加工膜39のパターン形成を行う場合にも、全プロ
セスに渡ってドライ一貫プロセスで行うことができた。
In this way, even when the organic flattening layer 40 is provided and the patterning of the film to be processed 39 is performed, the dry consistent process can be performed over the whole process.

【0091】〈実施例8〉次に実施例1のパターン形成
装置を用いて、実際にパターンを形成した他の実施例に
ついて、図1、図2、図9を用いて説明する。本実施例
は、フォトレジスト膜の下地に第2のレジスト膜として
カーボン膜を形成して2層レジスト膜を形成して被加工
膜をエッチングする方法について示すものである。製造
工程は、これまでの実施例と同様に全ドライ一貫プロセ
スによるものである。以下、図9に示した断面工程図に
したがって順次説明する。
<Embodiment 8> Next, another embodiment in which a pattern is formed by using the pattern forming apparatus of Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 9. This example shows a method of forming a carbon film as a second resist film on a base of a photoresist film to form a two-layer resist film and etching a film to be processed. The manufacturing process is based on the all dry integrated process as in the previous examples. Hereinafter, description will be sequentially made according to the cross-sectional process diagram shown in FIG.

【0092】図9(m)で示す基板の前処理および被加
工膜43の形成工程は、次のように実施した。基板42
上に、図1の基板前処理室2と被加工膜の成膜室3を用
いて、実施例7と同様に、基板の前処理を実施後、被加
工膜としてAl膜43を500nmの厚さに形成した。
The pretreatment of the substrate and the process of forming the film 43 to be processed shown in FIG. 9 (m) were carried out as follows. Board 42
Using the substrate pretreatment chamber 2 and the film formation chamber 3 for the film to be processed shown in FIG. 1, the Al film 43 having a thickness of 500 nm is formed as the film to be processed after the substrate pretreatment is performed in the same manner as in Example 7. Formed.

【0093】図9(n)で示すエッチングマスク44の
形成工程は、次のように実施した。図1のエッチングマ
スクの成膜室4(本実施例ではスパッタリング室)を真
空排気して真空度を5×10~5Pa以下にし、ゲートバ
ルブ9dを開け、基板ホルダー10をエッチングマスク
の成膜室4に搬送し、ゲートバルブ9dを閉じる。ここ
でエッチングマスクの成膜室4にArガスを50scc
m流し、室内の圧力を0.5Paに調整し、600Wの
RFパワーを印加し、エッチングマスクであるカーボン
膜44を400nmの厚さに成膜した。カーボン膜44
の成膜後、Arガスの導入を止め、室内を真空排気し
て、真空度を5×10~5Pa以下にする。次いで、ゲー
トバルブ9dを開け、基板ホルダー10を搬送室9に移
し、ゲートバルブ9dを閉じる。エッチングマスクの成
膜室4は真空排気して真空度を5×10~5Pa以下にし
ておく。
The step of forming the etching mask 44 shown in FIG. 9N was performed as follows. The etching mask film forming chamber 4 (sputtering chamber in this embodiment) in FIG. 1 is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less, the gate valve 9d is opened, and the substrate holder 10 is used as an etching mask film. It is conveyed to the chamber 4 and the gate valve 9d is closed. Here, Ar gas of 50 scc is applied to the film forming chamber 4 of the etching mask.
m flow, the pressure inside the chamber was adjusted to 0.5 Pa, RF power of 600 W was applied, and a carbon film 44 as an etching mask was formed to a thickness of 400 nm. Carbon film 44
After film formation, the introduction of Ar gas is stopped and the chamber is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less. Next, the gate valve 9d is opened, the substrate holder 10 is moved to the transfer chamber 9, and the gate valve 9d is closed. The film forming chamber 4 for the etching mask is evacuated to a vacuum degree of 5 × 10 5 Pa or less.

【0094】図9(o)で示すフォトレジスト膜45の
形成工程は、次のように実施した。実施例5の図7
(b)に示したフォトレジストの成膜工程と同様にし
て、フォトレジストの成膜室6を用い、ドデカメチルシ
クロヘキサシランを原料物質にしてフォトレジスト45
をカーボン膜44の上に形成した。
The step of forming the photoresist film 45 shown in FIG. 9 (o) was performed as follows. FIG. 7 of Example 5
In the same manner as the photoresist film forming step shown in (b), the photoresist film forming chamber 6 is used, and the photoresist 45 is formed using dodecamethylcyclohexasilane as a raw material.
Was formed on the carbon film 44.

【0095】図9(p)で示す露光および現像工程は、
次のように実施した。露光および現像室7を用いて、実
施例5の図7(c)に示した工程と同様にポジパターン
を得る。
The exposure and development steps shown in FIG.
It was carried out as follows. Using the exposure and development chamber 7, a positive pattern is obtained in the same manner as in the step shown in FIG.

【0096】図9(q)で示すエッチングマスク44の
エッチング工程は、次のように実施した。図1の被加工
膜のエッチング室8の真空度を5×10~5Pa以下に
し、ゲートバルブ9hを開け、基板ホルダー10を被加
工膜のエッチング室8に移し、ゲートバルブ9hを閉じ
る。エッチングガスとしてO2ガスを50sccmの流
量で導入し、室内の真空度を10Paに調整する。30
0WのRFパワーを印加しカーボン膜44のエッチング
を行った。
The etching process of the etching mask 44 shown in FIG. 9 (q) was carried out as follows. The degree of vacuum in the etching chamber 8 for the film to be processed in FIG. 1 is set to 5 × 10 to 5 Pa or less, the gate valve 9h is opened, the substrate holder 10 is transferred to the etching chamber 8 for the film to be processed, and the gate valve 9h is closed. O 2 gas was introduced as an etching gas at a flow rate of 50 sccm to adjust the degree of vacuum in the chamber to 10 Pa. Thirty
The carbon film 44 was etched by applying RF power of 0 W.

【0097】図9(r)で示す被加工膜43のエッチン
グ工程は、次のように実施した。エッチングマスク44
のエッチング実施後、このまま同じ室(エッチング室
8)で、O2ガスの供給を止め、真空排気して、真空度
が5×10~5Paになったら、実施例7の図8(k)工
程と同様に被加工膜であるAl膜43のエッチングを行
った。
The etching process of the processed film 43 shown in FIG. 9 (r) was performed as follows. Etching mask 44
After the etching was performed, the supply of O 2 gas was stopped in the same chamber (etching chamber 8) as it was, and the chamber was evacuated to a degree of vacuum of 5 × 10 to 5 Pa. The Al film 43 which is the film to be processed was etched in the same manner as in the process.

【0098】エッチング終了後、図9(s)で示すフォ
トレジスト45の除去工程は、次のように実施した。実
施例5と同様に、図3の露光および現像室7においてフ
ォトレジスト45の除去を行った。
After the etching, the step of removing the photoresist 45 shown in FIG. 9 (s) was carried out as follows. As in Example 5, the photoresist 45 was removed in the exposure and development chamber 7 shown in FIG.

【0099】最後に、図9(t)で示すエッチングマス
ク44の除去工程を、次のように実施した。図1の被加
工膜のエッチング室8の真空度を5×10~5Pa以下に
し、ゲートバルブ9hを開け、基板ホルダー10を被加
工膜のエッチング室8に移し、ゲートバルブ9hを閉じ
る。エッチングガスとしてO2ガスを50sccmの流
量で導入し、室内の真空度を10Paに調整する。30
0WのRFパワーを印加しカーボン膜44の除去を行っ
た。
Finally, the step of removing the etching mask 44 shown in FIG. 9 (t) was performed as follows. The degree of vacuum in the etching chamber 8 for the film to be processed in FIG. 1 is set to 5 × 10 to 5 Pa or less, the gate valve 9h is opened, the substrate holder 10 is transferred to the etching chamber 8 for the film to be processed, and the gate valve 9h is closed. O 2 gas was introduced as an etching gas at a flow rate of 50 sccm to adjust the degree of vacuum in the chamber to 10 Pa. Thirty
The carbon film 44 was removed by applying RF power of 0 W.

【0100】このようにして、エッチングマスク44と
フォトレジスト45との2層レジスト膜を用いて被加工
膜43のパターン形成を行う場合にも、これまでの実施
例と同様に全プロセスに渡ってドライ一貫プロセスで行
うことができた。
In this way, even when the patterning of the film 43 to be processed is performed using the two-layer resist film of the etching mask 44 and the photoresist 45, it is possible to perform the whole process in the same manner as in the above-described embodiments. It could be done in a dry integrated process.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明により所
期の目的を達成することができた。すなわち、被加工膜
の成膜、フォトレジストの形成、露光、現像、被加工膜
のエッチング、フォトレジストの除去の各工程を大気と
遮断され、かつ減圧された状態で一貫して行うことがで
きた。これにより、従来必要であった各工程間における
大気圧からの真空排気を行う工程や、溶液処理後の洗
浄、乾燥工程等の付随工程をなくすことができ、製造時
間の短縮等、生産性を向上することができる。
As described above in detail, according to the present invention, the intended purpose can be achieved. That is, the steps of forming a film to be processed, forming a photoresist, exposing, developing, etching a film to be processed, and removing a photoresist can be performed consistently in a state where the atmosphere is shielded and the pressure is reduced. It was As a result, it is possible to eliminate the steps that are conventionally required, such as the step of performing vacuum evacuation from the atmospheric pressure between the steps, and the steps such as cleaning and drying steps after the solution treatment, and shortening the manufacturing time and improving productivity. Can be improved.

【0102】また、工程数および工程間の基板の移動量
が減少して、ゴミが付着する機会が減少して製造歩留ま
りを向上する効果がある。さらに、フォトレジスト材と
して安全上取扱いが容易なSiを含む有機化合物を使用
した全ドライ一貫プロセスが実現できたので、パターン
形成作業や装置の設置の制約が少なくなり、経済的で安
全なフォトエッチング工程が実現可能となる。
Further, the number of steps and the amount of movement of the substrate between steps are reduced, the chances of dust adhesion are reduced, and the manufacturing yield is improved. Furthermore, since we were able to realize an all-dry integrated process that uses an organic compound containing Si as a photoresist material that is safe and easy to handle, there are fewer restrictions on pattern formation work and equipment installation, and economical and safe photo etching. The process becomes feasible.

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

【図1】本発明のパターン形成装置の一構成例を示す上
面図。
FIG. 1 is a top view showing a configuration example of a pattern forming apparatus of the present invention.

【図2】同じくフォトレジストの成膜室の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a photoresist film forming chamber.

【図3】同じく露光および現像室の断面図。FIG. 3 is a sectional view of the exposure and development chamber.

【図4】同じく、フォトレジストの成膜室の他の構成例
を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing another example of the structure of a photoresist film forming chamber.

【図5】同じく、フォトレジストの成膜室のさらに異な
る他の構成例を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing still another example of the structure of the photoresist film forming chamber.

【図6】同じくパターン形成装置の他の構成例を示す上
面図。
FIG. 6 is a top view showing another configuration example of the pattern forming apparatus.

【図7】同じくパターン形成方法の一実施例を示す工程
図。
FIG. 7 is a process drawing that similarly shows an embodiment of a pattern forming method.

【図8】同じくパターン形成方法の他の実施例を示す工
程図。
FIG. 8 is a process drawing showing another embodiment of the pattern forming method.

【図9】同じくパターン形成方法のさらに異なる他の実
施例を示す工程図。
FIG. 9 is a process drawing showing another embodiment of the same pattern forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ロードロック室、 1a、5a、6a…扉、 2…基板前処理室、 3…被加工膜の成膜室、 4…エッチングマスクの成膜室、 5…有機平坦化膜の成膜室、 6…フォトレジストの成膜室、 6−1…気化室、 6−2…分解室、 6−3…反応室、 6b〜6d…バルブ(流量調節弁) 6e…電磁弁、 7…露光および現像室、 8…エッチング室、 9…搬送室、 9a〜9h……ゲートバルブ、 10…基板ホルダー、 11…試料ボート(または試料シリンダー)、 12…試料、 13、20、32…支持台、 14…赤外線ランプ、 15、26、33…ガス導入口、 16、22、34…排気口、 17…石英管、 18…赤外線ランプ(または紫外線ランプ)、 19…冷却機構、 21…膜厚モニタ、 25…プラズマ発生部、 27…光源、 28…照明光学系、 29…フォトマスク、 30…投影光学系、 31…窓、 35、38、42…基板、 36…SiO2膜、 37、41、45…フォトレジスト、 39、43…Al膜、 40…有機平坦化層、 44…カーボン膜。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Load lock chamber, 1a, 5a, 6a ... Door, 2 ... Substrate pretreatment chamber, 3 ... Processed film forming chamber, 4 ... Etching mask forming chamber, 5 ... Organic planarization film forming chamber , 6 ... Photoresist film forming chamber, 6-1 ... Vaporization chamber, 6-2 ... Decomposition chamber, 6-3 ... Reaction chamber, 6b to 6d ... Valve (flow control valve) 6e ... Electromagnetic valve, 7 ... Exposure and Developing chamber, 8 ... Etching chamber, 9 ... Transfer chamber, 9a to 9h ... Gate valve, 10 ... Substrate holder, 11 ... Sample boat (or sample cylinder), 12 ... Sample, 13, 20, 32 ... Support base, 14 ... infrared lamp, 15, 26, 33 ... gas inlet, 16, 22, 34 ... exhaust port, 17 ... quartz tube, 18 ... infrared lamp (or ultraviolet lamp), 19 ... cooling mechanism, 21 ... film thickness monitor, 25 ... Plasma generator, 27 ... Light source, 28 ... Meiko science system, 29 ... photomask, 30 ... projection optical system, 31 ... window, 35,38,42 ... substrate, 36 ... SiO 2 film, 37,41,45 ... photoresist, 39, 43 ... Al film, 40 ... organic flattening layer, 44 ... carbon film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/30 515 B 567 21/302 H (72)発明者 押田 良忠 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 21/30 515 B 567 21/302 H (72) Inventor Yoshitada Oshida Yoshida Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture 292, Machi Incorporated company Hitachi, Ltd.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に被加工膜を堆積する第1の工程
と、被加工膜上にフォトレジストを形成する第2の工程
と、フォトレジストに所定のパターンを有するフォトマ
スクを介して露光を行う第3の工程と、露光後のフォト
レジストを現像する第4の工程と、第3の工程および第
4の工程により得られたフォトレジストパターンをマス
クにして被加工膜をエッチングする第5の工程と、フォ
トレジストパターンを除去する第6の工程とを少なくと
も含むフォトエッチングプロセスを全ドライ一貫プロセ
スとするパターン形成方法において、前記第2の工程は
減圧下の非酸化性雰囲気で、固体もしくは液体のSiを
含む有機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合
物を分解してSiラジカルを生成させる段階と、分解生
成したSiラジカルを反応させて再結合することによ
り、被加工膜上にSi−Si結合を有する有機化合物か
ら成るフォトレジストを成膜させる段階とを有して成
り、前記第3の工程および第4の工程は、前記有機化合
物のSi−Si結合を解裂するに十分なエネルギーを有
する電磁波を、前記マスクを介してフォトレジストに照
射することによって露光と共に現像を進行させる段階を
有するフォトレジストマスクパターン形成工程から成る
パターン形成方法。
1. A first step of depositing a film to be processed on a substrate, a second step of forming a photoresist on the film to be processed, and exposure through a photomask having a predetermined pattern on the photoresist. And a fourth step of developing the exposed photoresist, and a fifth step of etching the film to be processed by using the photoresist patterns obtained in the third and fourth steps as a mask. And a sixth step of removing the photoresist pattern, a pattern forming method in which the photoetching process is an all-dry integrated process, wherein the second step is a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure, and a solid or A step of vaporizing a liquid organic compound containing Si, a step of decomposing the vaporized organic compound to generate a Si radical, and a decomposed Si radical Reacting and recombining to form a photoresist made of an organic compound having a Si—Si bond on the film to be processed. The third step and the fourth step include: A photoresist mask pattern forming process including a step of advancing development together with exposure by irradiating the photoresist with an electromagnetic wave having sufficient energy for breaking Si-Si bonds of the organic compound through the mask. Pattern formation method.
【請求項2】上記フォトレジストパターンを除去する第
6の工程は、前記フォトレジストマスクパターン上の全
面を前記第3の工程と同様の露光工程で露光し、フォト
レジストマスクを前記露光により分解除去する工程とし
て成る請求項1記載のパターン形成方法。
2. A sixth step of removing the photoresist pattern is to expose the entire surface of the photoresist mask pattern by the same exposure step as the third step, and decompose and remove the photoresist mask by the exposure. The pattern forming method according to claim 1, wherein the pattern forming method comprises the step of:
【請求項3】上記第2の工程で有機化合物を分解してS
iラジカルを生成させる段階を、前記有機化合物の加熱
分解、電磁波照射による分解、もしくは低温プラズマ照
射による分解のいずれかの分解方法により行なう段階と
して成る請求項1記載のパターン形成方法。
3. The organic compound is decomposed in the second step to obtain S.
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the step of generating i radicals is performed by any one of decomposition methods such as thermal decomposition of the organic compound, decomposition by electromagnetic wave irradiation, or decomposition by low temperature plasma irradiation.
【請求項4】上記固体もしくは液体のSiを含む有機化
合物を、下記化学構造式(1)、(2)および(3)で
表される化合物の少なくとも一種で構成して成る請求項
1もしくは2記載のパターン形成方法。 【化1】 【化2】 【化3】 ただし、式中のR1、R2はアルキル基、アリール基から
選ばれた有機基を表わし、R3、R4はフルオロ基、パー
フルオロアルキル基、フェニル基、パーフルオロフェニ
ル基、パーフルオロアルキル置換フェニル基から選ばれ
た異なる有機基を表わし、n1、n2は正の整数を表わ
す。
4. The solid or liquid organic compound containing Si is constituted by at least one of compounds represented by the following chemical structural formulas (1), (2) and (3). The described pattern forming method. [Chemical 1] [Chemical 2] [Chemical 3] However, R 1 and R 2 in the formula represent an organic group selected from an alkyl group and an aryl group, and R 3 and R 4 represent a fluoro group, a perfluoroalkyl group, a phenyl group, a perfluorophenyl group, a perfluoroalkyl group. It represents a different organic group selected from substituted phenyl groups, and n 1 and n 2 represent positive integers.
【請求項5】上記第1乃至第6の工程を、大気と遮断さ
れ、かつ、減圧された状態下で処理する工程として成る
請求項1乃至4いずれか一に記載のパターン形成方法。
5. The pattern forming method according to claim 1, wherein the first to sixth steps are carried out in a state of being shielded from the atmosphere and under a reduced pressure.
【請求項6】段差を有する基板上に被加工膜を堆積する
第1の工程と、被加工膜上に有機平坦化膜を形成する第
2の工程と、有機平坦化膜の上にフォトレジストを形成
する第3の工程と、フォトレジストに所定のパターンを
有するマスクを介して露光を行う第4の工程と、露光後
のフォトレジストを現像する第5の工程と、第4の工程
および第5の工程により得られたフォトレジストパター
ンをマスクにして有機平坦化膜をエッチングする第6の
工程と、得られた有機平坦化膜パターンをマスクにして
被加工膜をエッチングする第7の工程と、フォトレジス
トパターンを除去する第8の工程とを少なくとも含むフ
ォトエッチングプロセスを全ドライ一貫プロセスとする
パターン形成方法において、前記第3の工程は、減圧下
の非酸化性雰囲気で、固体もしくは液体のSiを含む有
機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物を分
解してSiラジカルを生成させる段階と、分解生成した
Siラジカルを反応させて再結合することにより、被加
工膜上にSi−Si結合を有する有機化合物から成るフ
ォトレジストを成膜させる段階とを有して成り、前記第
3の工程および第4の工程は、前記有機化合物のSi−
Si結合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波
を、前記マスクを介してフォトレジストに照射すること
によって露光と共に現像を進行させる段階を有するフォ
トレジストマスクパターン形成工程から成るパターン形
成方法。
6. A first step of depositing a film to be processed on a substrate having a step, a second step of forming an organic planarizing film on the film to be processed, and a photoresist on the organic planarizing film. Forming step, a fourth step of exposing the photoresist through a mask having a predetermined pattern, a fifth step of developing the exposed photoresist, a fourth step and a fourth step A sixth step of etching the organic planarizing film using the photoresist pattern obtained in the step 5 as a mask, and a seventh step of etching the film to be processed using the obtained organic planarizing film pattern as a mask. And a photoetching process including at least an eighth step of removing the photoresist pattern as an all dry integrated process, wherein the third step is a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure. A film to be processed by vaporizing a solid or liquid organic compound containing Si, decomposing the vaporized organic compound to generate Si radicals, and reacting the decomposed Si radicals to recombine And a step of depositing a photoresist made of an organic compound having a Si-Si bond thereon, wherein the third step and the fourth step are Si- of the organic compound.
A pattern forming method comprising a photoresist mask pattern forming step including a step of irradiating an electromagnetic wave having sufficient energy for breaking Si bonds to the photoresist through the mask to proceed with development along with exposure.
【請求項7】基板上に被加工膜を堆積する第1の工程
と、被加工膜上に被加工膜と十分なエッチング選択比を
有するエッチングマスクを形成する第2の工程と、エッ
チングマスク上に、フォトレジストを形成する第3の工
程と、フォトレジストに所定のパターンを有するフォト
マスクを介して露光を行う第4の工程と、露光後のフォ
トレジストを現像する第5の工程と、第4の工程および
第5の工程により得られたフォトレジストパターンをマ
スクにしてエッチングマスクをエッチングする第6の工
程と、被加工膜を第6の工程により得られたエッチング
マスクを用いてエッチングする第7の工程と、フォトレ
ジストパターンを除去する第8の工程と、エッチングマ
スクを除去する第9の工程とを少なくとも含むフォトエ
ッチングプロセスを全ドライ一貫プロセスとするパター
ン形成方法において、前記第3の工程は、減圧下の非酸
化性雰囲気で、固体もしくは液体のSiを含む有機化合
物を気化させる段階と、気化した有機化合物を分解して
Siラジカルを生成させる段階と、分解生成したSiラ
ジカルを反応させて再結合することにより、被加工膜上
にSi−Si結合を有する有機化合物から成るフォトレ
ジストを成膜させる段階とを有して成り、前記第3の工
程および第4の工程は、前記有機化合物のSi−Si結
合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波を、前
記マスクを介してフォトレジストに照射することによっ
て露光と共に現像を進行させる段階を有するフォトレジ
ストマスクパターン形成工程から成るパターン形成方
法。
7. A first step of depositing a film to be processed on a substrate, a second step of forming an etching mask having a sufficient etching selection ratio with the film to be processed on the film to be processed, and an etching mask. A third step of forming a photoresist, a fourth step of exposing the photoresist through a photomask having a predetermined pattern, a fifth step of developing the exposed photoresist, and A sixth step of etching the etching mask using the photoresist pattern obtained in the steps 4 and 5 as a mask, and a step of etching the film to be processed using the etching mask obtained in the sixth step. And a photoetching process including at least an eighth step of removing the photoresist pattern and a ninth step of removing the etching mask. In the pattern forming method which is a dry integrated process, the third step is a step of vaporizing a solid or liquid organic compound containing Si in a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure, and a step of decomposing the vaporized organic compound to produce Si. And a step of forming a photoresist made of an organic compound having a Si—Si bond on the film to be processed by reacting and recombining the decomposed and generated Si radicals. In the third step and the fourth step, the photoresist is irradiated with an electromagnetic wave having sufficient energy to cleave the Si-Si bond of the organic compound, and the photoresist is exposed and developed together. A pattern forming method comprising a photoresist mask pattern forming step having a step of advancing.
【請求項8】上記第3の工程で有機化合物を分解してS
iラジカルを生成させる段階を、前記有機化合物の加熱
分解、電磁波照射による分解、もしくは低温プラズマ照
射による分解のいずれかの分解方法により行なう段階と
して成る請求項6もしくは7記載のパターン形成方法。
8. The organic compound is decomposed in the third step to obtain S.
The pattern forming method according to claim 6 or 7, wherein the step of generating i radicals is performed by a decomposition method such as thermal decomposition of the organic compound, decomposition by electromagnetic wave irradiation, or decomposition by low temperature plasma irradiation.
【請求項9】上記フォトレジストパターンを除去する第
8の工程は、前記フォトレジストマスクパターン上の全
面を前記第4の工程と同様の露光工程で露光し、フォト
レジストマスクを前記露光により分解除去する工程とし
て成る請求項6もしくは7記載のパターン形成方法。
9. In an eighth step of removing the photoresist pattern, the entire surface of the photoresist mask pattern is exposed by the same exposure step as in the fourth step, and the photoresist mask is decomposed and removed by the exposure. 8. The pattern forming method according to claim 6 or 7, which comprises the step of:
【請求項10】上記有機平坦化膜を形成する第2の工程
は、減圧下の非酸化性雰囲気で固体もしくは液体の有機
化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物を熱分
解してラジカルを生成させる段階と、生成したラジカル
を反応させて再結合することにより、被加工膜上に有機
平坦化膜を成膜させる段階とを含んで成る請求項6記載
のパターン形成方法。
10. The second step of forming the organic planarizing film comprises the steps of vaporizing a solid or liquid organic compound in a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure, and thermally decomposing the vaporized organic compound to generate radicals. 7. The pattern forming method according to claim 6, comprising: a step of generating the radicals, and a step of reacting the generated radicals to recombine to form an organic planarizing film on the film to be processed.
【請求項11】上記有機平坦化膜を形成する第2の工程
は、減圧下、少なくとも2種類の固体もしくは液体の有
機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物を反
応させて被加工膜上に薄膜を成膜させる段階と、成膜し
た薄膜を加熱処理して有機平坦化膜を形成させる段階と
を含んで成る請求項6記載のパターン形成方法。
11. The second step of forming the organic planarizing film comprises the steps of vaporizing at least two kinds of solid or liquid organic compounds under reduced pressure and reacting the vaporized organic compounds on the film to be processed. 7. The pattern forming method according to claim 6, comprising the steps of: forming a thin film on the substrate; and heating the formed thin film to form an organic planarization film.
【請求項12】上記エッチングマスクを形成する第2の
工程は、減圧下、少なくとも2種類の固体もしくは液体
の有機化合物を気化させる段階と、気化した有機化合物
を反応させて被加工膜上に薄膜を成膜させる段階と、成
膜した薄膜を加熱処理してエッチングマスクを形成させ
る段階とを含んで成る請求項7記載のパターン形成方
法。
12. The second step of forming the etching mask comprises the steps of vaporizing at least two kinds of solid or liquid organic compounds under reduced pressure and reacting the vaporized organic compounds to form a thin film on the film to be processed. 8. The pattern forming method according to claim 7, further comprising the steps of: forming a film, and heating the formed thin film to form an etching mask.
【請求項13】上記エッチングマスクを形成する第2の
工程は、有機化合物もしくはカーボンをターゲットに用
いて、スパッタ法で被加工膜上にエッチングマスクを形
成させるか、もしくは、有機化合物を用いたプラズマC
VD法によって被加工膜上にエッチングマスクを形成さ
せる段階を含んで成る請求項7記載のパターン形成方
法。
13. In the second step of forming the etching mask, an organic compound or carbon is used as a target to form an etching mask on the film to be processed by a sputtering method, or plasma using an organic compound is used. C
The pattern forming method according to claim 7, further comprising the step of forming an etching mask on the film to be processed by the VD method.
【請求項14】基板上にフォトレジストを形成する第1
の室と、フォトレジストに露光を行う第2の室と、基板
を搬送する第3の室とを少なくとも有したパターン形成
装置であって、前記各室はいずれも真空封止可能に構成
され、前記第1の室および第2の室は、それぞれ個別に
設けられたゲートバルブを介して第3の室とつながり、
前記フォトレジストを形成する第1の室は、非酸化性の
雰囲気で、固体もしくは液体のSiを含む有機化合物を
気化する気化室と、気化した有機化合物を分解してSi
ラジカルを生成させる分解室と、分解した有機化合物を
再結合する反応室とを含み、前記フォトレジストに露光
を行う第2の室は、少なくとも前記再結合を解列するに
十分なエネルギーを有する電磁波を前記フォトレジスト
に照射する手段を備えた露光室で構成して成るパターン
形成装置。
14. A first method for forming a photoresist on a substrate.
And a second chamber for exposing the photoresist, and a third chamber for transferring the substrate, each of which is configured to be vacuum-sealable. The first chamber and the second chamber are connected to the third chamber via gate valves individually provided,
The first chamber for forming the photoresist is a non-oxidizing atmosphere, a vaporizing chamber for vaporizing a solid or liquid organic compound containing Si, and a vaporizing organic compound for decomposing the vaporized organic compound to produce Si.
The second chamber, which includes a decomposition chamber for generating radicals and a reaction chamber for recombining decomposed organic compounds, and which exposes the photoresist has at least an electromagnetic wave having sufficient energy to break the recombination. Forming apparatus comprising an exposure chamber equipped with means for irradiating the photoresist.
【請求項15】上記第1の室の気化室と、分解室と、反
応室とは、いずれも真空封止可能な構成で、気化室と分
解室、分解室と反応室、および反応室と第3の室とが、
それぞれ個別に設けられたゲートバルブを介して接続さ
れ、かつ、気化室には、少なくとも固体もしくは液体の
有機化合物を挿入するゲートバルブ、および気化室を大
気圧に戻すガス導入手段と、有機化合物を気化する加熱
手段とを備え、分解室には、少なくとも有機化合物を分
解する手段として加熱手段、電磁波照射手段、もしくは
低温プラズマ照射手段を備え、反応室には、少なくとも
第3の室から搬入された基板を保持する保持手段と、排
気手段と、前記分解室で生成したラジカルを反応させて
再結合させることにより成膜する手段とを備えて成る請
求項14記載のパターン形成装置。
15. The vaporization chamber, the decomposition chamber, and the reaction chamber of the first chamber are all vacuum-sealable, and the vaporization chamber and the decomposition chamber, the decomposition chamber and the reaction chamber, and the reaction chamber. The third room is
Each of them is connected through a gate valve provided individually, and a gate valve for inserting at least a solid or liquid organic compound into the vaporization chamber, and a gas introduction means for returning the vaporization chamber to atmospheric pressure, and an organic compound. The decomposition chamber is equipped with a heating means, an electromagnetic wave irradiation means, or a low-temperature plasma irradiation means as a means for decomposing at least an organic compound, and the reaction chamber is loaded from at least the third chamber. 15. The pattern forming apparatus according to claim 14, further comprising: a holding unit that holds the substrate, an exhaust unit, and a unit that reacts radicals generated in the decomposition chamber to recombine to form a film.
【請求項16】上記第2の室は、少なくとも、上記再結
合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波を上記
フォトレジストに照射する露光手段と、第3の室から搬
入された基板を保持する保持手段と、露光により解裂し
たフォトレジストの分解生成物を排気除去する排気手段
とを備えて成る請求項14記載のパターン形成装置。
16. The second chamber holds at least exposure means for irradiating the photoresist with electromagnetic waves having sufficient energy to break the recombination, and a substrate carried in from the third chamber. 15. The pattern forming apparatus according to claim 14, further comprising: a holding unit for removing the decomposition product of the photoresist decomposed by exposure by exhaustion.
【請求項17】上記第2の室は、室内にキャリアガスを
導入するガス導入手段と、導入ガス流下において、上記
再結合を解裂するに十分なエネルギーを有する電磁波を
上記フォトレジストに照射する露光手段と、第3の室か
ら搬入された基板を保持する保持手段と、露光により解
裂したフォトレジストの分解生成物を排気除去する排気
手段とを備えて成る請求項14記載のパターン形成装
置。
17. The second chamber irradiates the photoresist with gas introducing means for introducing a carrier gas into the chamber and an electromagnetic wave having sufficient energy to break the recombination under a flow of the introduced gas. 15. The pattern forming apparatus according to claim 14, further comprising: an exposure unit, a holding unit for holding the substrate carried in from the third chamber, and an exhaust unit for exhausting and removing the decomposition product of the photoresist cleaved by the exposure. .
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