JPH08220777A - Pattern forming method - Google Patents
Pattern forming methodInfo
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- JPH08220777A JPH08220777A JP3042495A JP3042495A JPH08220777A JP H08220777 A JPH08220777 A JP H08220777A JP 3042495 A JP3042495 A JP 3042495A JP 3042495 A JP3042495 A JP 3042495A JP H08220777 A JPH08220777 A JP H08220777A
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Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体,磁性
体,超伝導体,誘電体等の固体素子の製造における微細
パターン形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine pattern forming method in the production of solid-state elements such as semiconductors, magnetic materials, superconductors, and dielectrics.
【0002】[0002]
【従来の技術】LSI等の回路パターン形成では、縮小
投影露光法が広く用いられている。近年、露光法におい
て、露光光の短波長化による解像度の向上が進みつつあ
る。従来から広く用いられてきた水銀ランプに代わっ
て、KrFエキシマレーザ(波長248nm)によって
0.25μmレベルのパターンが、ArFエキシマレー
ザ(波長193nm)によって0.2μmレベルの加工が
可能になると考えられている。2. Description of the Related Art A reduced projection exposure method is widely used for forming a circuit pattern of an LSI or the like. In recent years, in the exposure method, the resolution is being improved by shortening the wavelength of exposure light. It is considered that a 0.25 μm level pattern can be processed by a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) and a 0.2 μm level processing can be performed by an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) instead of a mercury lamp which has been widely used from the past. There is.
【0003】水銀ランプのg線又はi線を用いた露光で
は、ノボラック−ナフトキノンジアジド系のレジストが
広く用いられてきた。しかし、光源の短波長化が進むと
レジストによる露光光の吸収が強くなり、解像度及びレ
ジストパターン形状が悪化することが問題となった。For exposure using g rays or i rays of a mercury lamp, a novolak-naphthoquinonediazide type resist has been widely used. However, as the wavelength of the light source becomes shorter, the absorption of the exposure light by the resist becomes stronger, and the resolution and the resist pattern shape deteriorate.
【0004】そこでこれを解決するための方法の一つと
して表面反応レジストプロセスが検討されている。例え
ば、表面反応プロセスの代表であるシリル化プロセスで
は、レジスト膜の非露光領域あるいは露光領域に選択的
にシリコン含有分子を導入した後、これをマスクとして
酸素プラズマによるドライ現像(エッチング)を行う。
現像時に異方性プラズマを用いることにより垂直な断面
形状が得られるため、レジストによる光吸収の大きい遠
紫外領域の露光においても、高アスペクト比で形状のよ
いレジストパターンが得られると考えられる。Therefore, a surface reaction resist process is being studied as one of the methods for solving this problem. For example, in a silylation process, which is a typical surface reaction process, after silicon-containing molecules are selectively introduced into a non-exposed region or an exposed region of a resist film, dry development (etching) using oxygen plasma is performed using this as a mask.
Since a vertical cross-sectional shape can be obtained by using anisotropic plasma during development, it is considered that a resist pattern having a high aspect ratio and a good shape can be obtained even in the exposure to the deep ultraviolet region where the light absorption by the resist is large.
【0005】このようなシリル化プロセスは、DESI
REと呼ばれるプロセスをはじめ、種々のプロセスが提
案されており、例えばダイジェスト オブ テクニカル
ペーパーズ,1987 シンポジウム オン VLSI
テクノロジー,第7頁〜第8頁,(1987 Symposium o
n VLSI Technology, Digest of Technical Papers,pp7-
8(1987))に論じられている。Such a silylation process is known as DESI.
Various processes have been proposed, including a process called RE. For example, Digest of Technical Papers, 1987 Symposium on VLSI.
Technology, pp. 7-8, (1987 Symposium o
n VLSI Technology, Digest of Technical Papers, pp7-
8 (1987)).
【0006】最初に提案されたシリル化プロセスは、露
光後のレジスト中に気相中でシリル化剤を導入するもの
であったが、最近、装置及び温度制御の簡略化ができる
液相シリル化プロセスが研究されており、例えば、ジャ
ーナル オブ バキュームサイエンス アンド テクノ
ロジー B冊,第9巻,第6号,第3399頁〜340
5頁,1991年(Journal of Vacuum Science and Te
chnology B,Vol.9,No.6,pp3399-3405 (1991))で論じ
られている。The first proposed silylation process was to introduce a silylating agent into the resist after exposure in the gas phase, but recently, a liquid-phase silylation which can simplify the apparatus and temperature control. Processes are being studied, for example, Journal of Vacuum Science and Technology B, Vol. 9, No. 6, pages 3399-340.
P. 5, 1991 (Journal of Vacuum Science and Te
chnology B, Vol.9, No.6, pp3399-3405 (1991)).
【0007】また、シリル化プロセスと同じ原理で、シ
リコン化合物以外の物質をエッチングマスクとして導入
するプロセスとして、ゲルマニウム化合物を用いたゲル
ミル化プロセスが検討されており、例えば、ジャーナル
オブ フォトポリマー サイエンス アンド テクノ
ロジー 第4巻,第3号,第497−507,1991年
(Journal of Science and Technology vol.4, No. 3,
pp.497-507(1991))で論じられている。As a process of introducing a substance other than a silicon compound as an etching mask on the same principle as the silylation process, a germanylation process using a germanium compound is being studied. For example, Journal of Photopolymer Science and Technology. Volume 4, Issue 3, 497-507, 1991 (Journal of Science and Technology vol.4, No. 3,
pp.497-507 (1991)).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題を説明するために、エッチングマスクにシリコ
ン化合物を用いる従来ポジ型シリル化プロセスの問題点
を図2を用いて説明する。In order to explain the problems to be solved by the present invention, problems of the conventional positive type silylation process using a silicon compound as an etching mask will be described with reference to FIG.
【0009】ポジ型シリル化プロセスでは、被加工基板
5上に下地膜として塗布されたレジスト膜10が、まず
露光あるいは露光に引き続いて行われる熱処理によって
11のように架橋する。次に(b)に示すようにレジス
ト膜は、シリコン含有分子であるシリル化剤蒸気に暴
露、あるいはシリル化剤溶液中に浸漬される。これによ
り、架橋していない未露光部にシリル化剤が拡散し、シ
リル化拡散領域13いわゆるシリル化層が形成される。
次に、(c)に示すようにシリル化層13をエッチング
マスクとしてレジスト膜が酸素プラズマ9によってドラ
イ現像され、(d)に示すようなレジストパターンが形成
される。In the positive type silylation process, the resist film 10 applied as a base film on the substrate 5 to be processed is first crosslinked as indicated by 11 by exposure or heat treatment performed subsequent to the exposure. Next, as shown in (b), the resist film is exposed to the silylating agent vapor, which is a silicon-containing molecule, or immersed in the silylating agent solution. As a result, the silylating agent is diffused in the unexposed portion that is not crosslinked, and the silylated diffusion region 13 so-called silylated layer is formed.
Next, as shown in (c), the resist film is dry-developed by oxygen plasma 9 using the silylated layer 13 as an etching mask to form a resist pattern as shown in (d).
【0010】しかし、シリル化プロセスではシリル化剤
自身の重合があまり起こらないため、十分なエッチング
耐性が得られず、エッチング選択比が低いという問題が
あった。そのため、サブミクロンオーダーの厚さのシリ
ル化層が必要となるが、ポジ型シリル化プロセスでは、
レジスト高分子の架橋率に忠実にシリル化層が形成され
るため、シリル化の選択性が余り良くなかった。すなわ
ち、レジストの架橋率は光学像を忠実に反映するため、
光学像のコントラストが悪くなる微細領域(露光波長レ
ベル)では、シリル化層の断面形状はお椀状になり、現
像後の寸法制御性やマスク寸法忠実性(マスクリニアリ
ティー)が良くなかった。However, in the silylation process, since the silylating agent itself does not polymerize so much, sufficient etching resistance cannot be obtained and there is a problem that the etching selectivity is low. Therefore, a silylated layer with a thickness of the submicron order is required, but in the positive silylated process,
Since the silylated layer is formed faithfully to the cross-linking rate of the resist polymer, the silylation selectivity was not very good. That is, since the cross-linking rate of the resist faithfully reflects the optical image,
In a fine region (exposure wavelength level) where the contrast of the optical image is poor, the cross-sectional shape of the silylated layer becomes a bowl shape, and the dimensional controllability after development and the mask dimensional fidelity (mask linearity) were poor.
【0011】また、気相シリル化プロセスでは、微小な
温度分布によってシリル化層の厚さが大きく変化する欠
点があり、加えて、真空系を必要とするので装置が複雑
になる短所があった。一方、液相シリル化プロセスは、
処理装置が簡便で温度制御もたやすいという利点がある
が、有機系のシリル化剤及び溶媒を用いるために、シリ
ル化中のシリル化溶液の蒸発が起こりやすく、シリル化
のウエハ面内均一性や再現性が悪くなる傾向が見られ
た。更に、レジスト中にシリル化剤や溶媒が拡散してい
くため、レジストの膨張が引き起こされ、これによって
生じるパターンの変形や移動も問題であった。Further, the vapor-phase silylation process has a drawback that the thickness of the silylation layer changes greatly due to a minute temperature distribution, and in addition, since a vacuum system is required, the apparatus becomes complicated. . On the other hand, the liquid phase silylation process is
It has the advantage that the processing equipment is simple and the temperature control is easy, but since the organic silylating agent and solvent are used, evaporation of the silylation solution is likely to occur during silylation, and the uniformity of silylation on the wafer surface And the reproducibility tended to deteriorate. Furthermore, since the silylating agent and the solvent diffuse into the resist, the expansion of the resist is caused, and the deformation and movement of the pattern caused by this also poses a problem.
【0012】本発明の目的は、表面反応レジストプロセ
スにおいて、エッチングマスク形成時及びエッチング時
の露光領域/未露光領域間の選択性を向上し、良好な形
状の微細パターンをマスクリニアリティー良く、また、
パターンの変形や移動を起こさずに形成する方法を提供
することにある。The object of the present invention is to improve the selectivity between the exposed area / unexposed area during the formation of an etching mask and during the etching in the surface reaction resist process, and to form a fine pattern of a good shape with good mask linearity.
It is to provide a method for forming a pattern without causing deformation or movement of the pattern.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的は、パターン形
成が施される下地膜として、露光光の照射によって膜形
成物質の酸・塩基に対する供与/受容性が変化する膜を
用い、水素イオン指数(pH)の変化によってエッチン
グ耐性を有する化合物が析出する溶液に、所望の場所に
エネルギ線を照射した下地膜を接触させて、上記エッチ
ング耐性を有する化合物層を下地膜の非露光領域あるい
は露光領域表面に選択的に形成することによって達成さ
れる。Means for Solving the Problems The above object is to use, as a base film on which a pattern is formed, a film in which the donating / accepting property of a film-forming substance to an acid / base is changed by irradiation of exposure light. A solution in which a compound having etching resistance is deposited due to a change in (pH) is brought into contact with a base film irradiated with energy rays at a desired position, and the compound layer having etching resistance is exposed in a non-exposed region or an exposed region of the base film. This is achieved by selectively forming on the surface.
【0014】上記化合物として、ケイ酸イオンやケイ酸
フッ酸イオン溶液中から析出するメタケイ酸,アルミニ
ウムイオン溶液から析出する水酸化アルミニウム等を用
いることができる。As the above compound, silicate ions, metasilicic acid precipitated from a silicate hydrofluoric acid ion solution, aluminum hydroxide precipitated from an aluminum ion solution, or the like can be used.
【0015】[0015]
【作用】本発明の作用を下地膜に酸受容基と酸発生剤が
含まれているレジスト膜を用い、エッチングマスクとな
る化合物としてその形成元素の酸性溶液を中性あるいは
塩基性に変えることによって析出する物質を選択した場
合を例に取り、図1を用いて説明する。被加工基板5上
に下地膜として形成したレジスト膜4に露光マスク2及
び適当な光学系(図示せず、省略可能)を介して遠紫外
線1を照射し、遠紫外線照射部(以下露光部)3に酸を
発生させる。The function of the present invention is obtained by using a resist film containing an acid accepting group and an acid generator as a base film and changing the acidic solution of the forming element as a compound to be an etching mask to neutral or basic. An example of selecting a substance to be deposited will be described with reference to FIG. A far ultraviolet ray 1 is irradiated onto a resist film 4 formed as a base film on a substrate 5 to be processed through an exposure mask 2 and an appropriate optical system (not shown), and a far ultraviolet ray irradiation section (hereinafter referred to as an exposure section). Generate acid in 3.
【0016】その後、(b)に示すようにpHが調整さ
れているエッチングマスク形成元素含有溶液6中に浸漬
し、レジスト膜表面に溶液を浸透させる。未露光部のレ
ジスト表面近傍では溶液中のプロトンがレジスト中の酸
受容基によってトラップされて局所的に溶液のpHが塩
基側に移動し、エッチングマスクとなる化合物が析出す
る。一方、露光部のレジスト表面では、酸によって酸受
容基が失活しているか、もしくは酸がレジスト近傍の溶
液の酸性を強めるため、化合物の析出が起こらない。す
なわち、未露光部の表面近傍のみにエッチングマスク7
が形成される。その後、(c)に示すように酸素プラズ
マ9で異方性エッチングを行うことにより、(d)に示
す微細パターンが形成される。Then, as shown in (b), it is dipped in the etching mask-forming element-containing solution 6 whose pH is adjusted to permeate the solution into the resist film surface. In the vicinity of the resist surface in the unexposed portion, the protons in the solution are trapped by the acid accepting groups in the resist, and the pH of the solution locally moves to the base side, so that the compound serving as an etching mask is deposited. On the other hand, on the resist surface in the exposed area, the acid acceptor group is deactivated by the acid, or the acid strengthens the acidity of the solution in the vicinity of the resist, so that the compound does not precipitate. That is, the etching mask 7 is provided only in the vicinity of the surface of the unexposed portion.
Is formed. Then, anisotropic etching is performed with oxygen plasma 9 as shown in (c) to form a fine pattern shown in (d).
【0017】この方法では、化合物層を無機高分子状の
沈殿として形成することが可能なので、原子密度を高く
でき、下地(レジスト)膜加工時のエッチング耐性が高
くなる。従って、シリル化プロセスにおけるシリル化層
の場合のように化合物層を厚く形成する必要がない。こ
のため、下地膜表面付近の水素イオン濃度のあるしきい
値だけで化合物層の形成領域が決定されるので、未露光
部/露光部に高い選択性が得られ、コントラストの低い
光学像においても解像が可能となり、微細なパターンを
形状良く形成できる。According to this method, since the compound layer can be formed as an inorganic polymer-like precipitate, the atomic density can be increased and the etching resistance at the time of processing a base (resist) film is increased. Therefore, it is not necessary to form the compound layer thick as in the case of the silylated layer in the silylated process. Therefore, since the compound layer formation region is determined only by a certain threshold value of the hydrogen ion concentration near the surface of the base film, high selectivity can be obtained in the unexposed portion / exposed portion, and even in an optical image with low contrast. Resolution is possible, and a fine pattern can be formed with a good shape.
【0018】また、本パターン形成法では、エッチング
マスク形成の工程を、水溶液中で行うことも可能であ
る。水を溶媒とした場合、従来の液相シリル化プロセス
で主に用いられている有機溶媒に比べて蒸気圧が低くレ
ジストへの拡散も小さいため、ウエハ内でのむらがな
く、かつ、ウエハ間の再現性が良いパターン形成を行う
ことができる。また、本方法はポジ型のパターンの形成
方法であり、LSI製造時の孔パターンの形成におい
て、欠陥の低減の点で有利である。これは、露光マスク
の大部分が遮光部となるため、マスク上の欠陥が転写さ
れにくいからである。Further, in this pattern forming method, the step of forming the etching mask can be performed in an aqueous solution. When water is used as the solvent, the vapor pressure is lower and the diffusion to the resist is smaller than that of the organic solvent mainly used in the conventional liquid phase silylation process, so that there is no unevenness in the wafer and the difference between the wafers. It is possible to form a pattern with good reproducibility. Further, this method is a method of forming a positive type pattern, and is advantageous in reducing defects in forming a hole pattern at the time of manufacturing an LSI. This is because most of the exposure mask serves as a light-shielding portion, so that defects on the mask are less likely to be transferred.
【0019】ここでは、エッチングマスク形成元素の酸
性溶液と、酸受容基と酸発生剤が含まれる下地膜の組み
合わせを用いて説明したが、溶液や下地膜は種々の組み
合わせが可能である。例えば、上記の場合と同様な性質
を持つ下地膜と、塩基性溶液の組み合わせによりネガ型
パターンの形成が可能である。なお、ネガ型のパターン
形成法はレベンソン型位相シフト法を用いて配線パター
ンを作製するときに有利である。また、酸供与基と、塩
基発生剤を含む下地膜と塩基性溶液の組み合わせでもポ
ジ型のパターンが得られる。Although a combination of an acidic solution of an etching mask forming element and a base film containing an acid accepting group and an acid generator has been described here, various combinations of solutions and base films are possible. For example, it is possible to form a negative pattern by combining an underlying film having the same properties as in the above case with a basic solution. The negative pattern forming method is advantageous when a wiring pattern is formed by using the Levenson type phase shift method. A positive type pattern can also be obtained by combining a base film containing an acid-donating group and a base generator with a basic solution.
【0020】その他、化合物として両性電解質を適用し
た場合、酸及び塩基性溶液の両方に溶解しその中間のp
Hの溶液でのみ析出するため、酸あるいは塩基に傾いて
いる露光部および未露光部表面付近では化合物層が形成
されず、pHが移り変わる露光/未露光部の境界に化合
物層が形成される。すなわち、露光マスクパターンの輪
郭部のみにパターン形成できる。したがって、例えばラ
インアンドスペースパターンを露光した場合、形成され
るパターンのピッチは露光パターンの1/2になる。In addition, when an ampholyte is applied as a compound, it is dissolved in both an acid and a basic solution, and a p
Since it is precipitated only in the solution of H, the compound layer is not formed in the vicinity of the exposed or unexposed portion surface inclined to the acid or base, and the compound layer is formed at the exposed / unexposed portion boundary where the pH changes. That is, the pattern can be formed only on the contour portion of the exposure mask pattern. Therefore, for example, when a line and space pattern is exposed, the pitch of the formed pattern is ½ of the exposure pattern.
【0021】下地膜は、主成分がノボラック,ポリヒド
ロキシスチレン,ポリイミド,ポリシロキサン,ポリメ
タクリレートアセテート等の樹脂あるいはレジストを用
いることができる。また、レジスト膜に酸あるいは塩基
の供与/受容性を付与するために、酸あるいは塩基性官
能基で下地膜を化学修飾したり、酸あるいは塩基を下地
膜に添加することも可能である。なお、下地膜中に、酸
や塩基の分布を形成する物質は、ナフトキノン系感光
剤,オニウム塩系やスルホン酸エステル系の酸発生剤
等、トリアリールメタンのロイコ体等の塩基発生剤を用
いることができる。For the base film, a resin or resist whose main component is novolac, polyhydroxystyrene, polyimide, polysiloxane, polymethacrylate acetate or the like can be used. Further, in order to impart an acid or base donating / accepting property to the resist film, it is possible to chemically modify the base film with an acid or a basic functional group or add an acid or a base to the base film. As the substance that forms an acid or base distribution in the undercoat film, a naphthoquinone-based photosensitizer, an onium salt-based or sulfonate-based acid generator, or a base generator such as a triarylmethane leuco body is used. be able to.
【0022】なお、アジド等の架橋剤を下地膜に含ま
せ、下地膜塗布後に下地膜表面全体に露光を行うことに
より、エッチングマスクを形成する溶液に対する下地膜
の溶解を防ぐこともできる。By incorporating a crosslinking agent such as azide into the base film and exposing the entire surface of the base film after applying the base film, it is possible to prevent the base film from dissolving in the solution for forming the etching mask.
【0023】これまでの説明は全て光リソグラフィ、特
に遠紫外光を用いた場合について述べて来たが、通常の
水銀灯を用いた紫外光による露光,電子線やX線等の他
のエネルギ線を用いた露光でも同様である。Although all the explanations so far have been made with respect to optical lithography, particularly the case of using deep ultraviolet light, exposure with ultraviolet light using an ordinary mercury lamp and other energy rays such as electron beams and X-rays are performed. The same applies to the exposure used.
【0024】[0024]
(実施例1)シリコン基板上に、アミノ基を有するポリ
マをベース樹脂とし、酸発生剤としてスルホン酸エステ
ルを加えたレジストを回転塗布後、80℃でソフトベー
キングし、膜厚1μmのレジスト層を形成した。次にK
rFエキシマレーザ縮小投影露光装置(NA=0.45)
と所望のマスクパターンを用いて、レジスト層を露光し
た。その後、ケイ酸フッ酸(H2SiF6)水溶液にアン
モニア水を加えてpHを調節した溶液に、シリコン基板
を室温で2分間浸漬し、メタケイ酸((SiO2・H2O)
n)層を形成した。次に、基板を200℃でベークした
後、通常の方法で酸素RIEによる異方性ドライエッチ
ングを行った。Example 1 A resist having a polymer having an amino group as a base resin and a sulfonic acid ester as an acid generator added thereto was spin-coated on a silicon substrate and then soft-baked at 80 ° C. to form a resist layer having a thickness of 1 μm. Formed. Then K
rF excimer laser reduction projection exposure system (NA = 0.45)
Then, the resist layer was exposed using the desired mask pattern. Then, the silicon substrate was immersed at room temperature for 2 minutes in a solution in which ammonia water was added to a silicic acid-hydrofluoric acid (H 2 SiF 6 ) aqueous solution to obtain metasilicic acid ((SiO 2 · H 2 O)
n) layers were formed. Next, after baking the substrate at 200 ° C., anisotropic dry etching by oxygen RIE was performed by a usual method.
【0025】以上のプロセスによって形成されたレジス
トパターンを走査型電子顕微鏡を用いて観察した結果、
マスクパターンの遮光部に対応する部分にレジストパタ
ーンが残り、一方、露光部に対応する部分ではレジスト
がエッチングされるポジ像が得られたことを確認した。
また、形成されたエッチングマスクとレジスト膜とのエ
ッチングレート比は、SOGをエッチングマスクに用い
た場合と同様で通常のシリル化プロセスの場合の2倍以
上であった。その結果、0.25μm ラインアンドスペ
ースを始めとして、寸法0.25μm レベルの微細パタ
ーンが形状良く形成された。これらのパターンはシリル
化プロセスを用いた場合に比べてマスクリニアリティー
が良く、また、基板内の寸法ばらつきやパターンの移動
は見られなかった。As a result of observing the resist pattern formed by the above process with a scanning electron microscope,
It was confirmed that the resist pattern remained in the portion corresponding to the light shielding portion of the mask pattern, while the positive image in which the resist was etched was obtained in the portion corresponding to the exposed portion.
The etching rate ratio between the formed etching mask and the resist film was the same as that when SOG was used as the etching mask, and was twice or more that in the case of the usual silylation process. As a result, fine patterns with a size of 0.25 μm, including the 0.25 μm line and space, were formed in good shape. These patterns had better mask linearity as compared with the case of using the silylation process, and neither dimensional variation in the substrate nor pattern movement was observed.
【0026】なお、下地膜材料は本実施例に示したもの
に限らず、塩基性官能基で化学修飾したフェノール系,
ポリイミド系,シロキサン系等の樹脂やレジスト等を用
いることができる。また、下地膜に種々のアミン,多価
アルコール等を添加しても良い。下地膜中に局所的な酸
の供与/受容性分布を形成するには、本実施例で示した
ものに限らず、他の酸発生剤やナフトキノンジアジド等
の溶解抑止剤を適用することも可能であった。The material of the base film is not limited to that shown in this embodiment, but a phenol-based material chemically modified with a basic functional group,
A polyimide-based resin, a siloxane-based resin, a resist, or the like can be used. Further, various amines, polyhydric alcohols, etc. may be added to the base film. In order to form a local acid donating / accepting distribution in the undercoating film, not only the one shown in this example but also another acid generator or a dissolution inhibitor such as naphthoquinonediazide can be applied. Met.
【0027】また、酸供与性ポリマをベースとするか、
あるいは酸性添加剤を加え、また酸発生剤の代わりに露
光によって塩基を発生する構造を加えた下地膜を用い
て、同様のプロセスを行うことにより、未露光部が現像
されるネガ像を得ることも可能であった。Also based on acid donating polymers,
Alternatively, a negative image in which the unexposed area is developed can be obtained by performing the same process by adding an acidic additive and using a base film having a structure that generates a base upon exposure instead of the acid generator. Was also possible.
【0028】本実施例ではパターン露光にKrFエキシ
マレーザ縮小露光を用いたが、他の方法を用いても良
い。例えば、電子線露光,ArFエキシマレーザ密着露
光あるいは縮小投影露光、遠紫外線を光源とするステッ
プアンドスキャン反射型縮小投影露光または軟X線等を
用いることができる。また言うまでもないことである
が、NAもこれに限るものではない。Although KrF excimer laser reduction exposure was used for pattern exposure in this embodiment, other methods may be used. For example, electron beam exposure, ArF excimer laser contact exposure or reduction projection exposure, step-and-scan reflection type reduction projection exposure using deep ultraviolet light as a light source, or soft X-ray can be used. Needless to say, the NA is not limited to this.
【0029】(実施例2)シリコン基板上に、ベース樹
脂である部分保護したポリヒドロキシスチレンと、膜に
塩基性(酸受容性)を与える添加剤フェニレンジアミン
と、酸発生剤であるオニウム塩からなる塗膜をウエハ上
に形成した後、80℃でソフトベーキングし膜厚1μm
の下地層を形成した。次にArFエキシマレーザ露光装
置と所望のマスクパターンを用いて、下地層を密着露光
した。その後、硝酸アルミニウムの1%水溶液にアンモ
ニア水を加えてpHを調節した溶液に、シリコン基板を
室温で2分間浸漬し、水酸化アルミニウム層を形成し
た。次に、基板を200℃でベークした後、酸素RIE
による異方性ドライエッチングを行った。Example 2 A partially protected polyhydroxystyrene base resin, an additive phenylenediamine for imparting basicity (acid acceptability) to a film, and an onium salt as an acid generator were formed on a silicon substrate. After forming a coating film on the wafer, soft-bak it at 80 ℃ and film thickness is 1μm.
Underlayer was formed. Next, the underlayer was contact-exposed using an ArF excimer laser exposure device and a desired mask pattern. Then, the silicon substrate was immersed for 2 minutes at room temperature in a solution in which ammonia water was added to a 1% aqueous solution of aluminum nitrate to form an aluminum hydroxide layer. Next, after baking the substrate at 200 ° C., oxygen RIE is performed.
Anisotropic etching was performed.
【0030】以上のプロセスによって形成された下地パ
ターンを走査型電子顕微鏡を用いて観察した結果、マス
クパターンの遮光部と露光部の境界に対応する部分に下
地パターンが残った。ラインアンドスペースパターンの
場合、露光パターンの1/2のピッチでパターン形成が
可能であることを確認した。また、形成されたエッチン
グマスクと下地膜とのエッチングレート比は、SOGを
エッチングマスクに用いた場合と同様であった。As a result of observing the underlayer pattern formed by the above process with a scanning electron microscope, the underlayer pattern remained at the portion corresponding to the boundary between the light-shielding portion and the exposure portion of the mask pattern. In the case of the line-and-space pattern, it was confirmed that the pattern could be formed at a pitch of 1/2 of the exposure pattern. The etching rate ratio between the formed etching mask and the base film was similar to that when SOG was used as the etching mask.
【0031】エッチングマスクとなる化合物は、他の両
性電解質金属(例えばBe,Zn,Sn,Pb,Cr,
As等)の硝酸塩,硫酸塩,塩化物,酸化物,水酸化物
等を適用しても良い。また、酸供与性ポリマをベースと
するか、あるいは酸性添加剤を加え、また酸発生剤の代
わりに露光によって塩基を発生する構造を加えた下地膜
を用いても、同様のプロセスで同様なパターンを形成す
ることができる。さらに、添加剤濃度を調節することに
よって、未露光部の塩基供与を未露光部近傍の溶液を中
和する程度にすれば、第一実施例と同様に、マスクパタ
ーンに忠実なポジ型あるいはネガ型のパターンが得られ
た。本方法の特徴の一つは、通常のポジあるいはネガ型
パターン形成に加え、輪郭部を抽出したパターン形成が
添加剤濃度を調節することによって可能なことである。The compound serving as an etching mask is made of another amphoteric electrolyte metal (for example, Be, Zn, Sn, Pb, Cr,
As, etc., nitrates, sulfates, chlorides, oxides, hydroxides and the like may be applied. Also, even if an undercoating film based on an acid-donating polymer or added with an acidic additive and a structure for generating a base upon exposure instead of the acid generator is used, a similar pattern is obtained by the same process. Can be formed. Further, by adjusting the concentration of the additive so that the base donation in the unexposed area is neutralized to the solution in the vicinity of the unexposed area, a positive type or negative type faithful to the mask pattern can be obtained as in the first embodiment. A pattern of molds was obtained. One of the features of this method is that in addition to the usual positive or negative pattern formation, the pattern formation in which the contour portion is extracted is possible by adjusting the additive concentration.
【0032】下地膜の添加剤は本実施例に示したものに
限らず、種々のアミン,多価アルコール,有機酸等も適
用できる。下地膜材料や、下地膜中に局所的な酸の供与
/受容性分布を形成する物質も、実施例1と同様に、種
々の化合物が適用できる。また、本実施例ではパターン
露光にKrFエキシマレーザ縮小露光を用いたが、他の
露光方法を用いてもよいことは第一実施例と同様であ
る。The additives for the base film are not limited to those shown in this embodiment, and various amines, polyhydric alcohols, organic acids and the like can be applied. Various compounds can be applied to the material of the base film and the substance forming a local acid donating / accepting distribution in the base film, as in Example 1. Although KrF excimer laser reduction exposure was used for pattern exposure in this embodiment, other exposure methods may be used as in the first embodiment.
【0033】[0033]
【発明の効果】本発明によれば、通常のレジストに対し
光吸収が極めて大きくレジスト底部まで届かないような
波長領域の光、あるいは電子線を用いた場合や、露光時
の光学像のコントラストが低い場合でも、極めて微細か
つ良好な形状と大きなアスペクト比を有する下地パター
ンを、比較的簡単なプロセスで形成することができる。According to the present invention, the contrast of an optical image when using light or an electron beam in a wavelength range in which light absorption is extremely large for a normal resist and does not reach the bottom of the resist, or when exposed is Even if it is low, an underlying pattern having an extremely fine and good shape and a large aspect ratio can be formed by a relatively simple process.
【図1】本発明の原理を模式的に示す工程の説明図。FIG. 1 is an explanatory view of a process schematically showing the principle of the present invention.
【図2】従来の液相シリル化プロセスの工程を示す説明
図。FIG. 2 is an explanatory view showing steps of a conventional liquid phase silylation process.
1…遠紫外線、2…マスク、3…露光(酸性)領域、4
…酸受容性下地(レジスト)膜、5…被加工基板、6…
エッチングマスク形成元素含有溶液、7…化合物層(エ
ッチングマスク)、8…表面反応チャンバー、9…酸素
プラズマ。1 ... Deep UV rays, 2 ... Mask, 3 ... Exposure (acidic) region, 4
... acid-accepting underlayer (resist) film, 5 ... substrate to be processed, 6 ...
Etching mask forming element-containing solution, 7 ... Compound layer (etching mask), 8 ... Surface reaction chamber, 9 ... Oxygen plasma.
Claims (10)
上記下地膜の所望の場所にエネルギ線を照射する工程
と,上記下地膜の非露光領域または露光領域表面にエッ
チング耐性を有する化合物層を選択的に形成する工程
と,上記化合物層をエッチングマスクとして上記下地膜
をドライ現像する工程とを含むパターン形成方法におい
て、上記下地膜として、露光光の照射によって膜形成物
質の酸・塩基に対する供与/受容性が変化する膜を用
い、水素イオン指数の変化によってエッチング耐性を有
する化合物が析出する溶液に、所望の場所にエネルギ線
を照射した下地膜を接触させて、上記エッチング耐性を
有する化合物層を下地膜の非露光領域あるいは露光領域
表面に選択的に形成することを特徴とするパターン形成
方法。1. A step of forming a base film on a substrate to be processed,
A step of irradiating the desired position of the underlayer film with energy rays, a step of selectively forming a compound layer having etching resistance on the surface of the underexposed region or the exposed region of the underlayer film, and using the compound layer as an etching mask In the pattern forming method including the step of dry-developing the undercoat film, as the undercoat film, a film in which the donation / acceptability of a film-forming substance to an acid / base is changed by irradiation of exposure light is used, By contacting the underlayer film irradiated with energy rays at a desired location with a solution in which a compound having etching resistance is deposited, the compound layer having the above etching resistance is selectively applied to the surface of the underexposed region or the exposed region of the underlayer film. A pattern forming method comprising: forming.
受容基と露光光照射によって酸を発生する酸発生剤を含
む膜を用い、上記下地膜を上記露光光の照射工程後に酸
性あるいは中性に調製した上記溶液に浸漬あるいは接触
させることにより、露光光非照射領域にエッチングマス
クとなる化合物を選択的に形成させ、その後、ドライ現
像によって露光光照射領域の下地膜を除去して、ポジ型
のパターンを形成するパターン形成方法。2. The film according to claim 1, wherein the base film is a film containing an acid-accepting group and an acid generator that generates an acid upon exposure light irradiation, and the base film is acidic or medium after the exposure light irradiation step. By dipping or contacting with the above-prepared solution, a compound to be an etching mask is selectively formed in the exposure light non-irradiation area, and then the undercoat film in the exposure light irradiation area is removed by dry development, A pattern forming method for forming a pattern of a mold.
メタケイ酸((H2SiO3)n=(SiO2・H2O)n)
であり、上記溶液がケイ酸イオン(SiO3 2-)あるい
はケイ酸フッ酸イオン(SiF6 2-)の溶液であるパター
ン形成方法。3. The compound according to claim 1, wherein the compound is metasilicic acid ((H 2 SiO 3 ) n = (SiO 2 .H 2 O) n).
And the solution is a solution of silicate ions (SiO 3 2− ) or silicate hydrofluoric acid ions (SiF 6 2− ).
性及び塩基性溶液中では溶解し、その中間の水素イオン
濃度溶液中で析出する性質を有している両性電解質を適
用し、露光光照射によって酸・塩基の供与/受容性分布
が形成された上記下地膜を、上記両性電解質の溶液に浸
漬あるいは接触させることにより、露光光照射領域と非
照射領域の境界部分にのみエッチングマスクとなる化合
物を選択的に形成させ、その後、ドライ現像によって露
光光照射領域の下地膜を除去して、露光パターンの輪郭
部にパターン形成するパターン形成方法。4. The exposure light irradiation according to claim 1, wherein the compound is an amphoteric electrolyte which has a property of being dissolved in an acidic or basic solution and being precipitated in a solution having a hydrogen ion concentration in between. A compound serving as an etching mask only at the boundary between the exposure light irradiation area and the non-irradiation area by immersing or contacting the undercoating film on which the acid / base donating / accepting distribution is formed with the solution of the ampholyte. Is selectively formed, and then the underlying film in the exposure light irradiation region is removed by dry development to form a pattern on the contour portion of the exposure pattern.
物がBe,Zn,Al,Sn,Pb,Cr,As,Sb
等の元素の両性水酸化物であるパターン形成方法。5. The compound according to claim 1, wherein the compound is Be, Zn, Al, Sn, Pb, Cr, As, Sb.
A pattern forming method which is an amphoteric hydroxide of an element such as.
上記下地膜の主成分が、ノボラック,ポリヒドロキシス
チレン,ポリイミド,ポリシロキサン,ポリメタクリレ
ートアセテート等の構造を持つ樹脂、あるいはレジスト
であるパターン形成方法。6. The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
A pattern forming method, wherein the main component of the base film is a resin or a resist having a structure of novolac, polyhydroxystyrene, polyimide, polysiloxane, polymethacrylate acetate or the like.
て、上記下地膜に酸受容性を与える官能基としてアルコ
ール性水酸基やアミノ基等が、酸供与性を与える官能基
としてフェノール性水酸基,カルボキシル基,スルホニ
ル基等が下地膜構造に含まれているか、あるいは下地膜
成分にこれらの官能基を有する添加剤が含まれているパ
ターン形成方法。7. The functional group according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein an alcoholic hydroxyl group, an amino group or the like is a functional group which imparts an acid accepting property to the base film, and a phenol is a functional group which imparts an acid donating property. A pattern forming method in which a base hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfonyl group, or the like is contained in the base film structure, or an additive having such a functional group is contained in the base film component.
上記下地膜中に、ナフトキノン系感光剤,オニウム塩系
やスルホン酸エステル系等の露光によって酸に変化する
物質あるいは構造が含まれているパターン形成方法。8. The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
A method for forming a pattern, wherein the undercoating film contains a substance or structure such as a naphthoquinone-based photosensitizer, an onium salt-based photosensitizer, or a sulfonate ester-based substance that changes into an acid upon exposure.
上記下地膜中に、トリアリールメタンのロイコ体等の露
光によって塩基に変化する物質あるいは構造が含まれて
いるパターン形成方法。9. The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
A method of forming a pattern, wherein the underlayer film contains a substance or structure that changes into a base upon exposure, such as a leuco form of triarylmethane.
いて、上記下地膜に架橋剤を含ませ、下地膜塗布後に下
地膜表面全体に露光を行うことにより、下地膜表面を上
記エッチングマスクとなる化合物を形成する溶液に対し
て不溶化するパターン形成方法。10. The surface of the undercoating film according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the undercoating film contains a crosslinking agent, and after the undercoating film is applied, the entire surface of the undercoating film is exposed. A pattern forming method in which a compound forming an etching mask is insolubilized in a solution.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3042495A JPH08220777A (en) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | Pattern forming method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3042495A JPH08220777A (en) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | Pattern forming method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08220777A true JPH08220777A (en) | 1996-08-30 |
Family
ID=12303579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3042495A Pending JPH08220777A (en) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | Pattern forming method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08220777A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111933788A (en) * | 2020-08-11 | 2020-11-13 | 中国科学院紫金山天文台 | Method for preparing high-quality superconducting tunnel junction circuit |
-
1995
- 1995-02-20 JP JP3042495A patent/JPH08220777A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111933788A (en) * | 2020-08-11 | 2020-11-13 | 中国科学院紫金山天文台 | Method for preparing high-quality superconducting tunnel junction circuit |
CN111933788B (en) * | 2020-08-11 | 2024-05-31 | 中国科学院紫金山天文台 | Method for preparing high-quality superconducting tunnel junction circuit |
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