JPH09134858A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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JPH09134858A
JPH09134858A JP29287095A JP29287095A JPH09134858A JP H09134858 A JPH09134858 A JP H09134858A JP 29287095 A JP29287095 A JP 29287095A JP 29287095 A JP29287095 A JP 29287095A JP H09134858 A JPH09134858 A JP H09134858A
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resist
acid
semiconductor substrate
exposure
exposed
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JP29287095A
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Takeo Watanabe
健夫 渡邊
Shigeyasu Mori
重恭 森
Takashi Fukushima
隆史 福島
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板に十分な酸がトラップされること
になり、所望のレジストパターンを形成する際に、レジ
スト中に発生した酸が半導体基板中へ拡散することが防
止され、断面形状が垂直な、高コントラストを有するレ
ジストパターンを形成することができる。 【解決手段】 (i) 半導体基板上に酸発生化学増幅系レ
ジストを塗布し、該レジスト全面を露光した後、該レジ
ストをほぼ完全に剥離し、(ii)再度、前記半導体基板上
に酸発生化学増幅系レジストを塗布した後、該レジスト
に選択的に露光を行い、(iii) 露光後ベーク及び前記レ
ジストの現像を行うレジストパターンの形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レジストパターン
の形成方法に関し、より詳細には半導体リソグラフィー
技術に用いられる酸発生化学増幅系レジストを用いたレ
ジストパターンの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
酸発生化学増幅系レジストは、ネガ型レジストではアル
カリ可溶樹脂、酸発生剤及び架橋剤から構成されてお
り、ポジ型レジストでは、架橋剤の代わりに溶解抑止剤
が使用されて構成されている。ポジ型の酸発生化学増幅
系レジストは、露光により発生した酸を触媒として溶解
抑止剤(基)が分解してアルカリ可溶となることによ
り、ポジ型パターンを形成するものである。これを図3
を用いて説明する。
【0003】図3(a)に示したように、半導体基板3
0上に酸発生化学増幅系ポジ型レジスト31を塗布した
後、露光前ベークを行い、図中に示した光強度プロファ
イル32を有する光により、選択的にレジスト31を露
光する。この露光により、図3(b)に示したように、
光強度に応じてレジスト31に露光部31Aが形成され
る。
【0004】次いで、図3(c)に示したように、露光
後ベーク(PEB)を行うことにより露光部31Aが可
溶化部31Bに変化する。従って、図3(d)に示した
ように、アルカリ現像を行うことにより、可溶化部31
Bが溶解し、ポジ型のレジストパターン33が形成され
る。一方、ネガ型の酸発生化学増幅系レジストは、露光
により感光性酸発生剤から発生した酸を触媒として、露
光後ベーク(PEB)時に架橋不溶化することにより、
その後のアルカリ現像によってネガ型パターンを形成す
るものである。これを図4を用いて説明する。
【0005】図4(a)に示したように、半導体基板4
0上に酸発生化学増幅系ネガ型レジスト41を塗布した
後、露光前ベークを行い、図中に示した光強度プロファ
イル42を有する光により、選択的にレジスト41を露
光する。この露光により、図4(b)に示したように、
光強度に応じてレジスト41に露光部41Aが形成され
る。
【0006】次いで、図4(c)に示したように、露光
後ベーク(PEB)を行うことにより露光部41Aが不
溶化部41Bに変化する。従って、図4(d)に示した
ように、アルカリ現像を行うことにより、不溶化部41
B以外の部分が溶解し、ネガ型のレジストパターン43
が形成される。ところが上記したような酸発生化学増幅
系レジスト31、41を用いたレジストパターン形成方
法においては、露光により発生した酸が、レジスト3
1、41底面において下地基板30、40に捕獲され、
レジスト31、41の底面付近の酸が失活する。よっ
て、図3(d)に示すようにポジ型レジストパターン3
3では裾引き33aが発生し、図4(d)に示すように
ネガ型レジストパターン43では裾の括れ43aが発生
する。つまり、下地基板の影響によりレジストパターン
形状が劣化するという問題があった。
【0007】これに対して、特開平3−141632号
公報に、基板上に酸化膜を形成し、この酸化膜をプラズ
マ処理して表面を高密度化した後、酸発生化学増幅系レ
ジストを塗布して、レジスト内の酸の酸化膜への拡散を
防止する方法が提案されている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、(i) 半
導体基板上に酸発生化学増幅系レジストを塗布し、該レ
ジスト全面を露光した後、該レジストをほぼ完全に剥離
し、(ii)再度、前記半導体基板上に酸発生化学増幅系レ
ジストを塗布した後、該レジストに選択的に露光を行
い、(iii) 露光後ベーク及び前記レジストの現像を行う
レジストパターンの形成方法が提案される。
【0009】また、別の観点から、(I) 半導体基板上
に、ベースポリマーと酸発生剤とからなるポリマー塗膜
を形成し、該ポリマー塗膜全面を露光した後、該ポリマ
ー塗膜をほぼ完全に剥離し、(II)しかる後、前記半導体
基板上に酸発生化学増幅系レジストを塗布し、該レジス
トに選択的に露光を行い、(III) 露光後ベーク及び前記
レジストの現像を行うレジストパターンの形成方法が提
案される。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明においては、レジスト底面
において下地基板に捕獲されることによるレジスト内の
酸の失活を防止することにより、垂直な断面形状を有す
るレジストパターンを形成することができるレジストパ
ターンの形成方法である。本発明の方法の工程(i) にお
いては、まず、半導体基板上に酸発生化学増幅系レジス
トを塗布する。この場合の半導体基板としては、一般に
半導体装置を形成するために使用されるシリコン基板、
化合物半導体基板などが用いられ、半導体基板上に直接
酸発生化学増幅系レジストを塗布することが好ましい。
【0011】化学増幅系レジストは、一般にベースポリ
マー、酸発生剤及び溶解抑止剤(ポジ型)又は溶解抑止
基が導入されたベースポリマーと酸発生剤、あるいはベ
ースポリマー、酸発生剤及び架橋剤(ネガ型)からなる
ものであり、本発明においては、一般にフォトリソグラ
フィ工程において使用することができる全てのポジ型又
はネガ型の化学増幅系レジストを用いることができる。
例えば、ベースポリマーとしては、アルカリ可溶性の樹
脂が好ましく、具体的にはo−,m−,p−フェノール
ノボラック、クレゾールノボラック等のノボラック樹
脂、m−,p−ポリヒドロキシスチレン系樹脂が挙げら
れる。また、化学増幅系レジスト自体の薄膜化及びレジ
スト剥離のためのエッチング時に基板等との選択比をか
せぐことができるトリメチルシリルメチルメタリレート
(TMSAAM)等のシリコン含有アルカリ可溶樹脂を
挙げることもできる。なかでもクレゾールノボラック系
樹脂及びポリヒドロキシスチレン系樹脂が好ましい。
【0012】また、酸発生剤としては、オニウム塩又は
非オニウム塩のいずれも使用することができ、ヨードニ
ウム塩、スルホニウム塩、トリアジン、スルホン酸エス
テル系のものを挙げることができる。具体的には、ジフ
ェニルヨードニウムトリフレート、(4−メトキシフェ
ニル)フェニルヨードニウム ヘキサフルオロアンチモ
ネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム
ヘキサフルオロボレート等;トリフェニルスルホニウ
ム ヘキサフルオロホスフェート、(4−メトキシフェ
ニル)ジフェニルスルホニウム ヘキサフルオロアンチ
モネート、2−(2−ナフチル)−2−オキソエチルテ
トラヒドロチオフェニウム トリフレート、シクロヘキ
シ(2−オキソシクロヘキシル)メチルスルホニウム
トリフレート等;2,4,6-トリス(トリクロロメチル)−
5−トリアジン、2(4(メトキシ−1−ナフチル)−
4,6−ビス(トリクロロメチル)−トリアジン、2
(p−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロ
メトキシ)−5−トリアジン等;ベンゾイン トシレー
ト、ピロガロール トリメシレート、2−ニトロベンジ
ル トシレート、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメ
タン等が挙げられる。なお、この際用いる酸発生剤は、
後の工程、つまりレジストパターン形成のために塗布す
るレジストと同程度の量子収率の酸を発生させることが
できるものを選択して使用することが好ましい。
【0013】さらに溶解抑止剤としては、ジブトキシカ
ルボニル ビスフェノールA,ジブトキシカルボニル
o−クレゾールフタレイン等のt−ブトキシカルボニル
(Boc)基を有するもの、ピラニル基、t−ブトキシ
カルボニルメチル基、トリアルキルシリル(アルキルと
しては、例えばメチル、エチル、プロピル等)基等を有
するビスフェノール、クレゾールフタレイン等を挙げる
ことができる。架橋剤としては、特に限定されるもので
はないが、例えばノボラック系樹脂を用いる場合にはメ
ラミン誘導体等が挙げられる。
【0014】本発明においては、上記ベースポリマー、
酸発生剤及び溶解抑止剤又は架橋剤等はいずれも任意に
組み合わせて、適当な溶媒に溶解して使用することがで
きる。溶媒としては、使用するベースポリマーを溶解す
ることができ、容易に除去することができるように沸点
が70〜160℃程度と比較的低いものであり、かつ経
済性及び安全性を考慮して適宜選択することができる。
例えば、メチル−3−メトキシプロピオネート、メトキ
シイソプロパノール、エトキシイソプロパノール、ジグ
ライム、乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエー
テルアセテート、ペグミヤ等が挙げられ、なかでもジグ
ライムが好ましい。この場合、ベースポリマー、酸発生
剤及び溶解抑止剤又は架橋剤の割合は、それぞれ、溶媒
に対して10重量%〜60重量%程度、ベースポリマー
に対して1重量%〜20重量%程度、ベースポリマーに
対して5重量%〜50重量%程度が好ましく、より好ま
しくは、それぞれ、30重量%程度、5重量%程度及び
25重量%程度である。
【0015】上記化学増幅系レジストは、スピンコート
法、スプレイ法、気相塗布法等の任意の方法で、膜厚2
000Å〜10000Å程度に塗布することが好まし
い。また、半導体基板上にレジストを塗布した後、60
〜110℃、10〜120秒間程度、露光前ベークをす
ることが好ましい。次いで、レジスト全面に露光を行
う。この場合の露光光は特に限定されるものではなく、
i線(365nm)、g線(436nm)、エキシマレ
ーザ(KrF:248nm,ArF:193nm)、電
子ビーム又はX線(10-2〜数100Å)等を用いるこ
とができる。また、露光量は、酸発生剤から酸を十分に
発生させることができる露光量が好ましく、X線を用い
る場合には照射エネルギーが10〜800mJ/cm2
程度、電子ビームを用いる場合には0.5μC/cm2
〜10μC/cm2 程度、KrFを用いる場合には10
〜60mJ/cm2 程度であることが好ましい。また、
露光は大気中、窒素ガス雰囲気中、真空中で行ってもよ
い。特に大気中の場合、露光の温度は20〜30℃程度
であることが好ましい。さらに、照射時間は、エネルギ
ー量により異なるが、0.1〜5秒間程度が好ましい。
【0016】全面露光の後、半導体基板上のレジストを
ほぼ完全に剥離する。剥離は、特に限定されるものでは
なく、適当な溶解液を用いてレジストを溶解・除去する
ウェットエッチング、酸素プラズマによるアッシング、
例えばCF4 のようなハロゲン化ガスのプラズマ等によ
るドラエイエッチング等により行うことができる。なか
でも、エッチングレートが速く、下地基板との選択性が
良好で、等方性エッチングを可能にする酸素プラズマア
ッシングが好ましい。
【0017】工程(ii)において、半導体基板上に再度、
酸発生化学増幅系レジストを塗布する。この場合の酸発
生化学増幅系レジストとしては上述と同様のものを用い
ることができ、工程(i) において用いた酸発生化学増幅
系レジストと同じものを再度塗布してもよいし、異なる
種類の酸発生化学増幅系レジストを塗布してもよい。塗
布の方法及び膜厚等は上述と同様である。また、任意に
露光前ベークを行ってもよい。
【0018】次いで、得られたレジスト上に選択的に露
光を行う。この際の選択的露光は、所望のマスクを用い
て所望の露光光をレジスト上に照射することにより行う
ことができる。マスクとしては、例えば、石英基板等の
透明基板上に、例えばクロム、タングステン、タンタ
ル、モリブデン等により所望の形状、例えばライン/ス
ペース、リング形状等のパターンが形成されたマスクを
挙げることができる。この際の露光光の種類、照射量、
照射時間等は上記と同様である。
【0019】工程(iii) において、露光後ベークを行
う。例えば、80〜100℃の温度範囲で60〜120
秒間程度行うことが好ましい。また、レジストの現像
は、用いるレジストの種類、分子量、経済性等を考慮し
て、適当な現像液、例えばアルカリ現像液を選択して行
うことができる。具体的には、テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド(TMAH)現像液にレジストを
30〜120秒間程度さらすことにより現像することが
できる。
【0020】上記工程を順次行うことにより、半導体基
板に十分な酸がトラップされることになり、所望のレジ
ストパターンを形成する際に、レジスト中に発生した酸
が半導体基板中へ拡散することが防止され、断面形状が
垂直な、高コントラストを有するレジストパターンが形
成されることとなる。また、別の発明の工程(I) におい
ては、まず、半導体基板上に、ベースポリマーと酸発生
剤とからなるポリマー塗膜を形成する。この場合のポリ
マー塗膜は、例えば、一般にフォトレジストに用いられ
るベースポリマー(例えばノボラック系樹脂、ポリスチ
レン系樹脂の場合、平均分子量;1000〜4000程
度)に酸発生剤を含有した材料を、適当な溶媒に溶解し
て用いることができる。ベースポリマー及び酸発生剤
は、工程(i) のレジストの説明において例示した材料を
挙げることができる。また、上述したベースポリマーの
他、レジストに用いられるコポリマー、例えば4−ヒド
ロキシスチレンとt−ブチルアクリレートとの共重合
体、アダマンチルメタクリレートと3−オキソシクロヘ
キシルメタクリレートとの共重合体等を用いることもで
きる。さらに、シロキサン又はシリセスキオキサンを骨
格とした樹脂、又は当該樹脂に上記溶解抑止基を導入し
たシリコン含有ポリマー等を用いることもできる。
【0021】上記ベースポリマーと酸発生剤とは、上述
のような適当な溶媒に溶解して使用することができる。
この場合、ベースポリマーの割合は、溶媒に対して10
重量%〜60重量%程度が好ましい、より好ましくは3
0重量%程度である。また、酸発生剤の割合は、ベース
ポリマーに対して、1重量%〜20重量%程度が好まし
い。より好ましくは、5重量%程度である。
【0022】工程(I) におけるその他の工程、工程(II)
及び(III) は、工程(i) 〜(iii) と同様に行うことがで
きる。以下に、本発明に係るレジストパターンの形成方
法の詳細を図面に基づいて説明する。
【0023】実施の態様1(ネガ型レジスト/ネガ型レ
ジストパターン) 図1(a)に示したように、半導体基板10上に、クレ
ゾールノボラック系のネガ型の酸発生化学増幅系レジス
ト(SAL601−ER7;シップレイ社製)11を
0.7μm程度の厚さで塗布し、ホットプレート上で1
00℃、60秒間の露光前ベークを行った。
【0024】その後、このレジスト11上に放射光X線
により全面露光を行った。放射光X線のピーク波長は
0.7nmであり、露光量は300mJ/cm2 であっ
た。この全面露光により、レジスト11の露光部に発生
した酸のうち、レジスト11底面付近の酸が半導体基板
10に捕獲される。続いて、図1(b)に示したよう
に、酸素プラズマアッシングによりレジスト11を全部
剥離した。
【0025】次に、図1(c)に示したように、再度、
半導体基板10上に上述のレジストと同様のネガ型の酸
発生化学増幅系レジスト13を0.7μm程度の厚さで
塗布し、ホットプレート上で100℃、60秒間の露光
前ベークを行った。続いて、X線マスク(図示せず)を
用いて、図中に示した光強度プロファイル12を有する
放射光X線により、選択的にレジスト13を露光した。
この際の放射光X線のピーク波長は0.7nmであり、
露光量は300mJ/cm2 であった。
【0026】さらに、図1(d)に示したように、この
露光により、光強度に応じてレジスト13に露光部13
Aを形成した。この際、すでに全面露光により発生した
酸が半導体基板10に捕獲されているので、露光部13
Aにおいてレジスト13底面付近の酸が再び半導体基板
10に捕獲されることはなく、レジスト13底面付近の
酸濃度は変化しない。
【0027】次いで、図1(e)に示したように、10
5℃、60秒間の露光後ベーク(PEB)及び現像液M
F−319(シップレイ・マイクロエレクトロニクス社
製)によるアルカリ現像を行うことにより、可溶化部1
3Bを溶解させ、さらにリンスすることにより、裾引き
無く、垂直なレジストパターン14を形成した。
【0028】実施の態様2(ポジ型レジスト/ポジ型レ
ジストパターン) 図2(a)に示したように、半導体基板20上に、ポリ
ヒドロキシスチレン系のポジ型の酸発生化学増幅系レジ
スト(APEX−E;シップレイ社製)21を0.75
μm程度の厚さで塗布し、ホットプレート上で100
℃、60秒間の露光前ベークを行った。
【0029】その後、このレジスト21上に全面露光を
行った。露光波長は248nmであり、露光量は20m
J/cm2 であった。この全面露光により、レジスト2
1の露光部に発生した酸のうち、レジスト21底面付近
の酸が半導体基板20に捕獲される。続いて、図2
(b)に示したように、120秒間の酸素プラズマアッ
シングによりレジスト21を全部剥離した。
【0030】次に、図2(c)に示したように、再度、
半導体基板20上に上述のレジストと同様のポジ型の酸
発生化学増幅系レジスト23を0.75μm程度の厚さ
で塗布し、ホットプレート上で100℃、60秒間の露
光前ベークを行った。続いて、クロムマスク(図示せ
ず)を用いて、図中に示した光強度プロファイル22を
有する露光光により、選択的にレジスト23を露光し
た。この際の露光波長は248nmであり、露光量は2
0mJ/cm2 であった。
【0031】さらに、図2(d)に示したように、この
露光により、光強度に応じてレジスト23に露光部23
Aを形成した。この際、すでに全面露光により発生した
酸が半導体基板20に捕獲されているので、露光部23
Aにおいてレジスト23底面付近の酸が再び半導体基板
20に捕獲されることはなく、レジスト23底面付近の
酸濃度は変化しない。
【0032】次いで、図2(e)に示したように、90
℃、60秒間の露光後ベーク(PEB)及び現像液MF
−319(シップレイ・マイクロエレクトロニクス社
製)によるアルカリ現像を行うことにより、露光部23
Aを溶解させて不溶部23Bを残し、さらにリンスする
ことにより、裾引き無く、垂直なレジストパターン24
を形成した。
【0033】実施の態様3(ポリマー/ネガ型レジスト
パターン) まず、溶媒としてメチル−3−メトキシプロピオネート
を用い、溶媒に対して30重量%の骨格樹脂がm−クレ
ゾールノボラックである樹脂(平均分子量2000;ポ
リスチレン換算)、樹脂に対して5重量%の酸発生剤で
あるトリフェニルスルホニウムトリフレートからなる酸
発生剤含有ポリマー溶液を調製した。
【0034】このポリマー溶液を、実施例1における最
初に半導体基板上に塗布するネガ型レジスト11の代わ
りに用いた。それ以外は、実施例1と同様に露光前ベー
クを行い、全面露光し、ポリマー底面付近の酸を半導体
基板に捕獲させた。その後、実施例1と同様に、ポリマ
ーを全部剥離し、半導体基板上に実施例1と同様のネガ
型の酸発生化学増幅系レジストを塗布・露光前ベークを
行い、実施例1と同様の方法で裾引きが無く、垂直なレ
ジストパターンを形成した。
【0035】実施の態様4(ポリマー/ポジ型レジスト
パターン) まず、溶媒としてメチル−3−メトキシプロピオネート
を用い、溶媒に対して30重量%のベースポリマーがポ
リヒドロキシスチレンである樹脂(平均分子量1000
〜4000;ポリスチレン換算)、樹脂に対して5重量
%の酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフレ
ートからなる酸発生剤含有ポリマー溶液を調製した。
【0036】このポリマー溶液を、実施例2における最
初に半導体基板上に塗布するポジ型レジスト21の代わ
りに用いた。それ以外は、実施例2と同様に露光前ベー
クを行い、全面露光し、ポリマー底面付近の酸を半導体
基板に捕獲させた。その後、実施例2と同様に、ポリマ
ーを全部剥離し、半導体基板上に実施例2と同様のポジ
型の酸発生化学増幅系レジストを塗布・露光前ベークを
行い、実施例2と同様の方法で裾引きが無く、垂直なレ
ジストパターンを形成した。
【0037】
【発明の効果】本発明のレジストパターンの形成方法に
よれば、予め下地基板に酸をトラップさせることによ
り、レジスト底面において下地基板に捕獲されることに
よるレジスト内の酸の失活を防止することができ、高コ
ントラストを有する垂直な断面形状のレジストパターン
を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレジストパターンの形成方法の一
つの実施の態様を示す工程図である。
【図2】本発明に係るレジストパターンの形成方法の別
の実施の態様を示す工程図である。
【図3】従来のポジ型レジストを用いたレジストパター
ンの形成方法の一つの態様を示す工程図である。
【図4】従来のネガ型レジストを用いたレジストパター
ンの形成方法の一つの態様を示す工程図である。
【符号の説明】
10、20 半導体基板 11、13 ネガ型酸発生化学増幅系レジスト 12、22 光強度プロファイル 13A、23A 露光部 13B 可溶化部 14、24 レジストパターン 21、23 ポジ型酸発生化学増幅系レジスト 23B 不溶化部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (i) 半導体基板上に酸発生化学増幅系レ
    ジストを塗布し、該レジスト全面を露光した後、該レジ
    ストをほぼ完全に剥離し、(ii)再度、前記半導体基板上
    に酸発生化学増幅系レジストを塗布した後、該レジスト
    に選択的に露光を行い、(iii) 露光後ベーク及び前記レ
    ジストの現像を行うことを特徴とするレジストパターン
    の形成方法。
  2. 【請求項2】 工程(i) における酸発生化学増幅系レジ
    ストと、工程(ii)における酸発生化学増幅系レジストと
    が、同一のものである請求項1記載のレジストパターン
    の形成方法。
  3. 【請求項3】 工程(i) における酸発生化学増幅系レジ
    ストと、工程(ii)における酸発生化学増幅系レジストと
    が、異なるものである請求項1記載のレジストパターン
    の形成方法。
  4. 【請求項4】 (I) 半導体基板上に、ベースポリマーと
    酸発生剤とからなるポリマー塗膜を形成し、該ポリマー
    塗膜全面を露光した後、該ポリマー塗膜をほぼ完全に剥
    離し、(II)しかる後、前記半導体基板上に酸発生化学増
    幅系レジストを塗布し、該レジストに選択的に露光を行
    い、(III) 露光後ベーク及び前記レジストの現像を行う
    ことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
  5. 【請求項5】 ポリマー塗膜が、ノボラック系樹脂、ポ
    リヒドロキシスチレン系樹脂又はそれらの誘導体からな
    る群から選択された少なくとも1つと酸発生剤とからな
    る請求項4記載のレジストパターンの形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001053068A (ja) * 1999-06-11 2001-02-23 Shipley Co Llc 反射防止ハードマスク組成物

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JP2001053068A (ja) * 1999-06-11 2001-02-23 Shipley Co Llc 反射防止ハードマスク組成物

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