JPH11258803A - Pattern forming material and pattern forming method - Google Patents

Pattern forming material and pattern forming method

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JPH11258803A
JPH11258803A JP10022874A JP2287498A JPH11258803A JP H11258803 A JPH11258803 A JP H11258803A JP 10022874 A JP10022874 A JP 10022874A JP 2287498 A JP2287498 A JP 2287498A JP H11258803 A JPH11258803 A JP H11258803A
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polymer
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政孝 遠藤
Masamitsu Shirai
正充 白井
Masahiro Kadooka
正弘 角岡
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a positive surface decorating process instead of a negative surface decorating process. SOLUTION: The pattern forming material consists of a polymer containing groups which produce acids by irradiation of energy beams or heating, and a compd. which produces a base by irradiation of energy beams. The polymer is binary or more-component polymer produced by polymerizing a compd. expressed by the formula with other groups. In the formula, R1 is a hydrogen atom or alkyl group, R2 and R3 are each independently hydrogen atoms, alkyl groups, phenyl groups or alkenyl groups, or bonded to form a cyclic structure of a cyclic alkyl group, cyclic alkenyl group, cyclic alkyl group having a phenyl group or a cyclic alkenyl group having a phenyl group.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置等を製作するプロセスにおける微細なレジストパター
ンの形成方法及び該方法に用いられるパターン形成材料
に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method of forming a fine resist pattern in a process of manufacturing a semiconductor integrated circuit device and the like, and a pattern forming material used in the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、IC又はLSI等の製造において
は、紫外線を用いたホトリソグラフィーによってパター
ン形成を行なっているが、半導体素子の微細化に伴って
短波長光源の使用が進められている。短波長光源を使用
する場合、焦点深度を高めたり実用解像度を向上させた
りするために、近年、ドライ現像を用いた表面解像プロ
セスの開発が進められてきている。
2. Description of the Related Art Hitherto, in the manufacture of ICs or LSIs, patterns have been formed by photolithography using ultraviolet rays, but with the miniaturization of semiconductor elements, the use of short-wavelength light sources has been promoted. In the case where a short-wavelength light source is used, development of a surface resolution process using dry development has been advanced in recent years in order to increase the depth of focus and improve the practical resolution.

【0003】表面解像プロセスとしては、例えば、US
P5,278,029号に示されるように、露光される
と酸を発生させるレジストよりなるレジスト膜の表面に
選択的にポリシロキサン膜を形成した後、該ポリシロキ
サンをマスクとして前記レジスト膜に対してドライエッ
チングを行なうことにより、レジストパターンを形成す
るネガ型の表面修飾プロセスが提案されている。
As a surface resolution process, for example, US Pat.
As shown in P5,278,029, after a polysiloxane film is selectively formed on the surface of a resist film made of a resist that generates an acid when exposed, the polysiloxane is used as a mask to form a resist on the resist film. A negative type surface modification process for forming a resist pattern by performing dry etching by using a conventional method has been proposed.

【0004】以下、前記レジストパターンの形成方法
を、図9(a)〜(d)を参照しながら説明する。
Hereinafter, a method of forming the resist pattern will be described with reference to FIGS.

【0005】露光されると酸を発生させるレジストとし
て、1,2,3,4−テトラヒドロナフチリデンイミノ
−p−スチレンスルフォナート(NISS)とメタクリ
ル酸メチル(MMA)との共重合体を使用した例につい
て説明する。
As a resist which generates an acid when exposed, a copolymer of 1,2,3,4-tetrahydronaphthylideneimino-p-styrenesulfonate (NISS) and methyl methacrylate (MMA) is used. An example will be described.

【0006】まず、図9(a)に示すように、半導体基
板10の上に塗布された、露光されると酸を発生させる
レジスト膜11に対してマスク13を用いてArFエキ
シマレーザ14を照射すると、レジスト膜11における
露光部11aに酸が発生する。この酸の働きによって露
光部11aは親水性に変化し、大気中の水を吸着し易く
なるので、図9(b)に示すように、露光部11aの表
面近傍に、薄い水の吸着層15が形成される。
First, as shown in FIG. 9A, an ArF excimer laser 14 is irradiated using a mask 13 on a resist film 11 applied on a semiconductor substrate 10 and generating an acid when exposed. Then, acid is generated in the exposed portion 11a of the resist film 11. Due to the action of the acid, the exposed portion 11a changes to hydrophilicity and easily adsorbs water in the atmosphere. Therefore, as shown in FIG. 9B, a thin water adsorbing layer 15 is formed near the surface of the exposed portion 11a. Is formed.

【0007】次に、レジスト膜11の表面にアルコキシ
シランガス16を導入すると、露光部11aの表面に発
生している酸が触媒となってアルコキシシランの加水分
解と脱水縮合とが起こり、図9(c)に示すように、露
光部11aの表面に金属酸化膜17が形成される。その
後、金属酸化膜17をマスクとしてレジスト膜11に対
してO2 プラズマ18を用いるRIEによりドライエッ
チングを行なうと、図9(d)に示すように、微細なレ
ジストパターン19が形成されるというものである。
Next, when an alkoxysilane gas 16 is introduced into the surface of the resist film 11, the acid generated on the surface of the exposed portion 11a acts as a catalyst to cause hydrolysis and dehydration condensation of the alkoxysilane, and FIG. As shown in c), a metal oxide film 17 is formed on the surface of the exposed portion 11a. Thereafter, when dry etching is performed on the resist film 11 by RIE using O 2 plasma 18 using the metal oxide film 17 as a mask, a fine resist pattern 19 is formed as shown in FIG. It is.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のパタ
ーン形成方法によると、レジスト膜の露光部に酸を発生
させ、発生した酸を触媒として露光部に選択的に金属酸
化膜を形成し、この金属酸化膜をマスクにしてドライエ
ッチングを行なうことにより、レジストパターンを形成
するので、レジスト膜の露光部にレジストパターンが形
成されるネガ型のリソグラフィプロセスとなる。
However, according to the above-described pattern forming method, an acid is generated in an exposed portion of a resist film, and a metal oxide film is selectively formed in the exposed portion using the generated acid as a catalyst. Since a resist pattern is formed by performing dry etching using the metal oxide film as a mask, a negative lithography process is performed in which a resist pattern is formed on an exposed portion of the resist film.

【0009】ネガ型のリソグラフィプロセスは、例えば
集積回路の多層配線を接続するコンタクトホールを形成
する場合に、次に示すような問題がある。
The negative type lithography process has the following problems, for example, when forming a contact hole for connecting a multilayer wiring of an integrated circuit.

【0010】まず、第1に、以下に説明するように、パ
ターン露光に通常用いられるマスクの使用上に問題があ
る。コンタクトホールを形成するリソグラフィ工程で
は、前述のようにネガ型のリソグラフィプロセスを用い
ると、マスクの開口率が非常に高くなる。すなわち、マ
スク上において、コンタクトホール部分にのみ露光光に
対する遮光膜が形成される一方、コンタクトホール以外
の部分は露光光を透過させるために遮光膜が除去されて
マスク基板の石英がむき出しの状態となる。一般に半導
体チップの面積に対する全コンタクトホールの占める面
積の割合は非常に小さいので、マスクにおいては遮光膜
の面積に対するむき出しの石英の面積の割合が高くつま
りマスクの開口率が高くなってしまう。
First, as described below, there is a problem in using a mask usually used for pattern exposure. In the lithography step of forming a contact hole, when a negative lithography process is used as described above, the aperture ratio of the mask becomes very high. That is, on the mask, a light-shielding film for exposure light is formed only in the contact hole portion, while the light-shielding film is removed in portions other than the contact hole in order to transmit the exposure light, and the quartz of the mask substrate is exposed. Become. In general, the ratio of the area occupied by all contact holes to the area of the semiconductor chip is very small, so that the ratio of the exposed quartz area to the area of the light-shielding film in the mask is high, that is, the aperture ratio of the mask is high.

【0011】マスクの開口率が高くなると、環境中から
のダストの汚染の影響が大きくなる。すなわち、マスク
の遮光膜の部分にダストが付着しても影響は殆ど無い
が、マスクの透過部分にダストが付着すると、ダストが
付着した部分が遮光部となる。ダストが付着したマスク
を用いて露光するとダスト付着部と対応する部分にパタ
ーン欠陥が発生する。以上説明したように、ネガ型のリ
ソグラフィプロセスは、マスクの開口率が高いために、
ダストの影響を受けやすく、歩留まりが低下し易いとい
う問題がある。
As the aperture ratio of the mask increases, the influence of dust contamination from the environment increases. That is, even if dust adheres to the light-shielding film portion of the mask, there is almost no effect. However, if dust adheres to the transparent portion of the mask, the portion where the dust adheres becomes a light-shielding portion. When exposure is performed using a mask to which dust is attached, a pattern defect occurs in a portion corresponding to the dust attached portion. As described above, the negative lithography process has a high aperture ratio of the mask,
There is a problem that it is susceptible to dust and the yield is easily reduced.

【0012】次に、第2の問題を説明する。コンタクト
ホールを形成するリソグラフィ工程において焦点深度の
向上を目的としてハーフトーン型マスクを用いる場合が
あるが、焦点深度向上の効果は、ポジ型のリソグラフィ
プロセスにおいてのみ得られ、ネガ型のリソグラフィプ
ロセスでは得られないという問題がある。このため、コ
ンタクトホールを形成する場合、ネガ型のプロセスはポ
ジ型のプロセスに比べて焦点深度が小さいという問題が
ある。
Next, the second problem will be described. In a lithography process for forming a contact hole, a halftone type mask may be used for the purpose of improving the depth of focus. There is a problem that can not be. For this reason, when forming a contact hole, there is a problem that a negative type process has a smaller depth of focus than a positive type process.

【0013】前述した第1及び第2の問題は、コンタク
トホールを形成する場合に限られず、光の透過部分の多
いマスクを用いる場合及び焦点深度の向上を図る場合に
発生する。
The above-mentioned first and second problems occur not only when forming a contact hole but also when using a mask having a large light transmitting portion and when improving the depth of focus.

【0014】前記に鑑み、本発明は、ネガ型の表面修飾
プロセスに代えて、ポジ型の表面修飾プロセスを実現す
ることを目的とする。
In view of the above, an object of the present invention is to realize a positive surface modification process instead of a negative surface modification process.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、加熱又は第1のエネルギービームの照射
により酸を発生させる基を含む重合体と、第1のエネル
ギービームとエネルギー帯が異なる第2のエネルギービ
ームの照射により塩基を発生させる化合物とからなるレ
ジスト膜を形成し、該レジスト膜のパターン露光の露光
部においては、重合体から発生した酸と化合物から発生
した塩基とを中和させる一方、レジスト膜のパターン露
光の未露光部においては、重合体から発生した酸を残存
させ、残存する酸の触媒作用により金属アルコキシドを
反応させて金属酸化膜を形成するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a polymer containing a group that generates an acid by heating or irradiation with a first energy beam; Forming a resist film comprising a compound that generates a base by irradiation with a second energy beam different from the first energy beam. In an exposed portion of the resist film subjected to pattern exposure, an acid generated from the polymer and a base generated from the compound are exposed to light. On the other hand, the acid generated from the polymer is left in the unexposed portion of the resist film which has not been subjected to pattern exposure, and the metal alkoxide is reacted by the catalytic action of the remaining acid to form a metal oxide film.

【0016】本発明に係る第1のパターン形成材料は、
加熱されると酸を発生させる基を含む重合体と、エネル
ギービームが照射されると塩基を発生させる化合物とか
らなる。
The first pattern forming material according to the present invention comprises:
It comprises a polymer containing a group that generates an acid when heated, and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam.

【0017】第1のパターン形成材料により形成された
レジスト膜が加熱されると全面に亘って重合体から酸が
発生し、その後、レジスト膜がエネルギービームにより
パターン露光されると、レジスト膜の露光部において
は、化合物から塩基が発生し、重合体から発生した酸と
化合物から発生した塩基とが中和する一方、レジスト膜
の未露光部においては酸が残存する。
When the resist film formed of the first pattern forming material is heated, an acid is generated from the polymer over the entire surface. After that, when the resist film is pattern-exposed by an energy beam, the resist film is exposed. In the part, the base is generated from the compound, and the acid generated from the polymer and the base generated from the compound are neutralized, while the acid remains in the unexposed part of the resist film.

【0018】本発明に係る第2のパターン形成材料は、
第1のエネルギー帯の第1のエネルギービームが照射さ
れると酸を発生させる基を含む重合体と、第1のエネル
ギー帯と異なる第2のエネルギー帯の第2のエネルギー
ビームが照射されると塩基を発生させる化合物とからな
る。
The second pattern forming material according to the present invention comprises:
A polymer containing a group that generates an acid when irradiated with a first energy beam in a first energy band, and a polymer that includes a second energy beam in a second energy band different from the first energy band. And a compound that generates a base.

【0019】第2のパターン形成材料により形成された
レジスト膜が第1のエネルギービームにより全面露光さ
れると重合体から全面に亘って酸が発生し、レジスト膜
が第2のエネルギービームによりパターン露光される
と、レジスト膜における第2のエネルギービームの露光
部においては、化合物から塩基が発生し、重合体から発
生した酸と化合物から発生した塩基とが中和する一方、
レジスト膜における第2のエネルギービームの未露光部
においては酸が残存する。
When the entire surface of the resist film formed by the second pattern forming material is exposed by the first energy beam, an acid is generated from the polymer over the entire surface, and the resist film is subjected to pattern exposure by the second energy beam. Then, in the exposed portion of the second energy beam in the resist film, a base is generated from the compound, while the acid generated from the polymer and the base generated from the compound are neutralized,
An acid remains in a portion of the resist film that has not been exposed to the second energy beam.

【0020】第1又は第2のパターン形成材料におい
て、重合体は、一般式
In the first or second pattern forming material, the polymer has a general formula

【0021】[0021]

【化5】 Embedded image

【0022】(但し、R1 は水素原子又はアルキル基を
示し、R2 及びR3 はそれぞれが互いに独立している水
素原子、アルキル基、フェニル基若しくはアルケニル
基、又は両者で環状となっている環状アルキル基、環状
アルケニル基、フェニル基を持つ環状アルキル基若しく
はフェニル基を持つ環状アルケニル基を示す)により表
される化合物に他の基が重合してなる2元以上の重合体
であることが好ましい。
(However, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group or an alkenyl group, or both are cyclic. A cyclic alkyl group, a cyclic alkenyl group, a cyclic alkyl group having a phenyl group, or a cyclic alkenyl group having a phenyl group). preferable.

【0023】ここで、2元以上の重合体中における一般
式[化5]で示す化合物の割合については、任意である
が、塩基による中和を容易にするために50mol%以
下であることが望ましい場合がある。
Here, the proportion of the compound represented by the general formula [Chemical Formula 5] in the binary polymer is arbitrary, but may be 50 mol% or less in order to facilitate neutralization with a base. It may be desirable.

【0024】また、第1のパターン形成材料において、
重合体は、一般式
Further, in the first pattern forming material,
The polymer has the general formula

【0025】[0025]

【化6】 Embedded image

【0026】(但し、R1 は水素原子又はアルキル基を
示し、R4 はアルキル基、アルケニル基、環状アルキル
基又は環状アルケニル基を示す)により表される化合物
に他の基が重合してなる2元以上の重合体であることが
好ましい。
(Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 4 represents an alkyl group, an alkenyl group, a cyclic alkyl group or a cyclic alkenyl group). The polymer is preferably a binary or higher polymer.

【0027】一般式[化6]により表わされる化合物
は、光の照射(エネルギービームの照射)によっては殆
ど酸を発生しないという特徴を持っている。ここで、2
元以上の重合体中における一般式[化6]で示す化合物
の割合については、任意であるが、塩基による中和を容
易にするために50mol%以下であることが望ましい
場合がある。
The compound represented by the general formula [Chemical Formula 6] has a feature that almost no acid is generated by light irradiation (energy beam irradiation). Where 2
The proportion of the compound represented by the general formula [Chemical Formula 6] in the original polymer or more is arbitrary, but may be desirably 50 mol% or less in order to facilitate neutralization with a base.

【0028】また、第1又は第2のパターン形成材料に
おいて、化合物は、アシルオキシム、ベンジルオキシカ
ルボニル化合物又はホルムアミドであることが好まし
い。
In the first or second pattern forming material, the compound is preferably an acyloxime, a benzyloxycarbonyl compound or formamide.

【0029】本発明に係る第1のパターン形成方法は、
加熱されると酸を発生させる基を含む重合体と、エネル
ギービームが照射されると塩基を発生させる化合物とか
らなるパターン形成材料を半導体基板上に塗布してレジ
スト膜を形成する第1の工程と、レジスト膜を加熱して
重合体から酸を発生させる第2の工程と、レジスト膜に
所望のパターン形状を持つマスクを介してエネルギービ
ームを照射して、レジスト膜の露光部に化合物から塩基
を発生させることにより、レジスト膜の露光部において
重合体から発生した酸と化合物から発生した塩基とを中
和させる第3の工程と、レジスト膜に金属アルコキシド
を供給して、レジスト膜の未露光部の表面に金属酸化膜
を形成する第4の工程と、金属酸化膜をマスクとしてレ
ジスト膜に対してドライエッチングを行なって、レジス
ト膜よりなるレジストパターンを形成する第5の工程と
を備えている。
The first pattern forming method according to the present invention comprises:
A first step of forming a resist film by applying a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam onto a semiconductor substrate And a second step of heating the resist film to generate an acid from the polymer, and irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape, thereby forming a base from the compound on the exposed portion of the resist film. A third step of neutralizing the acid generated from the polymer and the base generated from the compound in the exposed portion of the resist film by supplying a metal alkoxide to the resist film, A fourth step of forming a metal oxide film on the surface of the portion, and performing dry etching on the resist film using the metal oxide film as a mask; And a fifth step of forming the door pattern.

【0030】第1のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が加熱されると、レジスト膜の全面に亘って重合体
から酸が発生し、その後、レジスト膜がエネルギービー
ムによりパターン露光されると、レジスト膜の露光部に
おいては、化合物から塩基が発生し、重合体から発生し
た酸と化合物から発生した塩基とが中和する一方、レジ
スト膜の未露光部においては酸が残存する。次に、レジ
スト膜に金属アルコキシドを供給すると、レジスト膜の
未露光部においては、残存する酸の触媒作用によって金
属アルコキシドが反応して金属酸化膜が形成される一
方、レジスト膜の露光部においては、中和されているた
め金属酸化膜は形成されない。
According to the first pattern forming method, when the resist film is heated, an acid is generated from the polymer over the entire surface of the resist film. In the exposed portion of the film, a base is generated from the compound, and the acid generated from the polymer and the base generated from the compound are neutralized, while the acid remains in the unexposed portion of the resist film. Next, when a metal alkoxide is supplied to the resist film, the metal alkoxide reacts in the unexposed portion of the resist film due to the catalytic action of the remaining acid to form a metal oxide film, while in the exposed portion of the resist film, Since the metal oxide film is neutralized, no metal oxide film is formed.

【0031】本発明に係る第2のパターン形成方法は、
加熱されると酸を発生させる基を含む重合体と、エネル
ギービームが照射されると塩基を発生させる化合物とか
らなるパターン形成材料を半導体基板上に塗布してレジ
スト膜を形成する第1の工程と、レジスト膜に所望のパ
ターン形状を持つマスクを介してエネルギービームを照
射して レジスト膜の露光部に化合物から塩基を発生さ
せる第2の工程と、レジスト膜を加熱して重合体から酸
を発生させることにより、レジスト膜の露光部において
化合物から発生した塩基と重合体から発生した酸とを中
和させる第3の工程と、レジスト膜に金属アルコキシド
を供給して、レジスト膜の未露光部の表面に金属酸化膜
を形成する第4の工程と、金属酸化膜をマスクとしてレ
ジスト膜に対してドライエッチングを行なって、レジス
ト膜よりなるレジストパターンを形成する第5の工程と
を備えている。
A second pattern forming method according to the present invention comprises:
A first step of forming a resist film by applying a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam onto a semiconductor substrate And a second step of irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape to generate a base from a compound in an exposed portion of the resist film, and heating the resist film to remove an acid from the polymer. Generating a third step of neutralizing the base generated from the compound and the acid generated from the polymer in the exposed portion of the resist film, and supplying a metal alkoxide to the resist film to form an unexposed portion of the resist film. A fourth step of forming a metal oxide film on the surface of the substrate, and performing dry etching on the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist film comprising the resist film. A fifth step of forming a pattern.

【0032】第2のパターン形成方法によると、レジス
ト膜がエネルギービームによりパターン露光されると、
レジスト膜の露光部において化合物から塩基が発生し、
その後、レジスト膜が加熱されると、レジスト膜の全面
に亘って重合体から酸が発生し、レジスト膜の露光部に
おいては、化合物から発生した塩基と重合体から発生し
た酸とが中和する一方、レジスト膜の未露光部において
は酸が残存する。次に、レジスト膜に金属アルコキシド
を供給すると、レジスト膜の未露光部においては、残存
する酸の触媒作用によって金属アルコキシドが反応して
金属酸化膜が形成される一方、レジスト膜の露光部にお
いては、中和されているため金属酸化膜は形成されな
い。
According to the second pattern forming method, when the resist film is subjected to pattern exposure by the energy beam,
A base is generated from the compound in the exposed portion of the resist film,
Thereafter, when the resist film is heated, an acid is generated from the polymer over the entire surface of the resist film, and in the exposed portion of the resist film, the base generated from the compound and the acid generated from the polymer are neutralized. On the other hand, acid remains in the unexposed portions of the resist film. Next, when a metal alkoxide is supplied to the resist film, the metal alkoxide reacts in the unexposed portion of the resist film due to the catalytic action of the remaining acid to form a metal oxide film, while in the exposed portion of the resist film, Since the metal oxide film is neutralized, no metal oxide film is formed.

【0033】第1又は第2のパターン形成方法におい
て、第4の工程は、レジスト膜の未露光部に水を吸収さ
せる工程を含むことが好ましい。
In the first or second pattern forming method, it is preferable that the fourth step includes a step of absorbing water in an unexposed portion of the resist film.

【0034】本発明に係る第3のパターン形成方法は、
第1のエネルギー帯の第1のエネルギービームが照射さ
れると塩基を発生させる化合物と、第1のエネルギー帯
と異なる第2のエネルギー帯の第2のエネルギービーム
が照射されると酸を発生させる重合体とからなるパター
ン形成材料を半導体基板上に塗布してレジスト膜を形成
する第1の工程と、レジスト膜に所望のパターン形状を
持つマスクを介して第1のエネルギービームを照射し
て、レジスト膜における第1のエネルギービームの露光
部に化合物から塩基を発生させる第2の工程と、レジス
ト膜に対して第2のエネルギービームを全面に照射して
レジスト膜の全面に重合体から酸を発生させることによ
り、レジスト膜における第1のエネルギービームの露光
部において、化合物から発生した塩基と重合体から発生
した酸とを中和させる第3の工程と、レジスト膜に金属
アルコキシドを供給して、レジスト膜における第1のエ
ネルギービームの未露光部の表面に金属酸化膜を形成す
る第4の工程と、金属酸化膜をマスクとしてレジスト膜
に対してドライエッチングを行なって、レジスト膜より
なるレジストパターンを形成する第5の工程とを備えて
いる。
A third pattern forming method according to the present invention comprises:
A compound that generates a base when irradiated with a first energy beam in a first energy band, and generates an acid when irradiated with a second energy beam in a second energy band different from the first energy band A first step of forming a resist film by applying a pattern forming material comprising a polymer onto a semiconductor substrate, and irradiating the resist film with a first energy beam through a mask having a desired pattern shape; A second step of generating a base from a compound in a portion of the resist film exposed to the first energy beam, and irradiating the entire surface of the resist film with a second energy beam to apply an acid from a polymer to the entire surface of the resist film; By generating the acid, the base generated from the compound and the acid generated from the polymer are neutralized in the first energy beam exposed portion of the resist film. A third step of supplying a metal alkoxide to the resist film to form a metal oxide film on the surface of the resist film where the first energy beam has not been exposed, and a resist using the metal oxide film as a mask. A fifth step of performing dry etching on the film to form a resist pattern made of a resist film.

【0035】第3のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が第1のエネルギービームによりパターン露光され
ると、レジスト膜における第1のエネルギービームの露
光部において化合物から塩基が発生し、その後、レジス
ト膜が第2のエネルギービームにより全面露光されると
重合体から酸が発生する。レジスト膜における第1のエ
ネルギービームの露光部においては、化合物から発生し
た塩基と重合体から発生した酸とが中和する一方、レジ
スト膜における第1のエネルギービームの未露光部にお
いては酸が残存する。次に、レジスト膜に金属アルコキ
シドを供給すると、レジスト膜における第1のエネルギ
ービームの未露光部においては、残存する酸の触媒作用
によって金属アルコキシドが反応して金属酸化膜が形成
される一方、レジスト膜における第1のエネルギービー
ムの露光部においては、中和されているため金属酸化膜
は形成されない。
According to the third pattern forming method, when the resist film is subjected to pattern exposure by the first energy beam, a base is generated from the compound in the exposed portion of the resist film at the first energy beam, and thereafter, the resist film is exposed. Is exposed from the entire surface by the second energy beam, an acid is generated from the polymer. In the first energy beam exposed portion of the resist film, the base generated from the compound and the acid generated from the polymer are neutralized, while the acid remains in the unexposed first energy beam portion of the resist film. I do. Next, when a metal alkoxide is supplied to the resist film, the metal alkoxide reacts in the unexposed portion of the first energy beam of the resist film due to the catalytic action of the remaining acid to form a metal oxide film. In the exposed portion of the film with the first energy beam, the metal oxide film is not formed because it is neutralized.

【0036】第3のパターン形成方法において、第4の
工程は、レジスト膜における第1のエネルギービームの
未露光部に水を吸収させる工程を含むことが好ましい。
In the third pattern forming method, the fourth step preferably includes a step of absorbing water in the unexposed portion of the resist film with the first energy beam.

【0037】本発明に係る第4のパターン形成方法は、
第1のエネルギー帯の第1のエネルギービームが照射さ
れると酸を発生させる重合体と、第1のエネルギー帯と
異なる第2のエネルギー帯の第2のエネルギービームが
照射されると塩基を発生させる化合物とからなるパター
ン形成材料を半導体基板上に塗布してレジスト膜を形成
する第1の工程と、レジスト膜に対して第1のエネルギ
ービームを全面に照射して、レジスト膜に重合体から酸
を発生させる第2の工程と、レジスト膜に対して所望の
パターン形状を持つマスクを介して第2のエネルギービ
ームを照射して、レジスト膜における第2のエネルギー
ビームの露光部に化合物から塩基を発生させることによ
り、レジスト膜における第2のエネルギービームの露光
部において、重合体から発生した酸と化合物から発生し
た塩基とを中和させる第3の工程と、レジスト膜に金属
アルコキシドを供給して、レジスト膜における第2のエ
ネルギービームの未露光部の表面に金属酸化膜を形成す
る第4の工程と、金属酸化膜をマスクとしてレジスト膜
に対してドライエッチングを行なって、レジスト膜より
なるレジストパターンを形成する第5の工程とを備えて
いる。
A fourth pattern forming method according to the present invention comprises:
A polymer that generates an acid when irradiated with a first energy beam in a first energy band, and generates a base when irradiated with a second energy beam in a second energy band different from the first energy band A first step of forming a resist film by applying a pattern-forming material comprising a compound to be formed on a semiconductor substrate, and irradiating the entire surface of the resist film with a first energy beam to form a resist film from a polymer. A second step of generating an acid, and irradiating the resist film with a second energy beam through a mask having a desired pattern shape, so that the exposed portion of the second energy beam in the resist film is converted from a compound to a base. Is generated to neutralize the acid generated from the polymer and the base generated from the compound in the exposed portion of the resist film with the second energy beam. A third step of supplying a metal alkoxide to the resist film to form a metal oxide film on a surface of the resist film where the second energy beam has not been exposed, and using the metal oxide film as a mask. A fifth step of performing dry etching on the resist film to form a resist pattern made of the resist film.

【0038】第4のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が第1のエネルギービームにより全面露光される
と、レジスト膜の全面に亘って重合体から酸が発生し、
その後、レジスト膜が第2のエネルギービームによりパ
ターン露光されると、レジスト膜における第2のエネル
ギービームの露光部においては、化合物から塩基が発生
し、重合体から発生した酸と化合物から発生した塩基と
が中和する一方、レジスト膜における第2のエネルギー
ビームの未露光部においては酸が残存する。次に、レジ
スト膜に金属アルコキシドを供給すると、レジスト膜に
おける第2のエネルギービームの未露光部においては、
残存する酸の触媒作用によって金属アルコキシドが反応
して金属酸化膜が形成される一方、レジスト膜における
第2のエネルギービームの露光部においては、中和され
ているため金属酸化膜は形成されない。
According to the fourth pattern forming method, when the resist film is entirely exposed by the first energy beam, an acid is generated from the polymer over the entire surface of the resist film,
Thereafter, when the resist film is subjected to pattern exposure with the second energy beam, a base is generated from the compound in the exposed portion of the resist film with the second energy beam, and an acid generated from the polymer and a base generated from the compound are generated. Is neutralized, while an acid remains in a portion of the resist film that is not exposed to the second energy beam. Next, when a metal alkoxide is supplied to the resist film, the unexposed portion of the second energy beam in the resist film is
The metal alkoxide reacts due to the catalytic action of the remaining acid to form a metal oxide film. On the other hand, the metal oxide film is not formed in the exposed portion of the resist film exposed to the second energy beam because it is neutralized.

【0039】第4のパターン形成方法において、第4の
工程は、レジスト膜における第2のエネルギービームの
未露光部に水を吸収させる工程を含むことが好ましい。
In the fourth pattern forming method, the fourth step preferably includes a step of absorbing water in the unexposed portion of the resist film with the second energy beam.

【0040】第1〜第4のパターン形成方法において、
重合体は、一般式
In the first to fourth pattern forming methods,
The polymer has the general formula

【0041】[0041]

【化7】 Embedded image

【0042】(但し、R1 は水素原子又はアルキル基を
示し、R2 及びR3 はそれぞれが互いに独立している水
素原子、アルキル基、フェニル基若しくはアルケニル
基、又は両者で環状となっている環状アルキル基、環状
アルケニル基、フェニル基を持つ環状アルキル基若しく
は環状アルケニル基を示す)により表される化合物に他
の基が重合してなる2元以上の重合体であることが好ま
しい。
(However, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group or an alkenyl group, or both are cyclic. A cyclic alkyl group, a cyclic alkenyl group, or a cyclic alkyl group having a phenyl group or a cyclic alkenyl group).

【0043】ここで、2元以上の重合体中における一般
式[化7]で示す化合物の割合については、任意である
が、塩基による中和を容易にするために50mol%以
下であることが望ましい場合がある。
Here, the proportion of the compound represented by the general formula [Chemical Formula 7] in the binary polymer is arbitrary, but may be 50 mol% or less in order to facilitate neutralization with a base. It may be desirable.

【0044】また、第1又は第2のパターン形成方法に
おいて、重合体は、一般式
Further, in the first or second pattern forming method, the polymer is represented by the general formula

【0045】[0045]

【化8】 Embedded image

【0046】(但し、R1 は水素原子又はアルキル基を
示し、R4 はアルキル基、アルケニル基、環状アルキル
基又は環状アルケニル基を示す)により表される化合物
に他の基が重合してなる2元以上の重合体であることが
好ましい。
(Wherein R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 4 represents an alkyl group, an alkenyl group, a cyclic alkyl group or a cyclic alkenyl group). The polymer is preferably a binary or higher polymer.

【0047】一般式[化8]により表わされる化合物
は、光の照射(エネルギービームの照射)によっては殆
ど酸を発生しないという特徴を持っている。ここで、2
元以上の重合体中における一般式[化8]に示す化合物
の割合については、任意であるが、塩基による中和を容
易にするために50mol%以下であることが望ましい
場合がある。
The compound represented by the general formula [Chemical Formula 8] has a feature that almost no acid is generated by light irradiation (energy beam irradiation). Where 2
The proportion of the compound represented by the general formula [Chemical Formula 8] in the original polymer is arbitrary, but may be desirably 50 mol% or less in order to facilitate neutralization with a base.

【0048】また、第1〜第4のパターン形成方法にお
いて、化合物は、アシルオキシム、ベンジルオキシカル
ボニル化合物又はホルムアミドであることが好ましい。
特に、アシルオキシムとしては、ο−フェニルアセチル
−アセト−α−ナフトン−オキシム、ο−フェニルアセ
チル−アセト−β−ナフトン−オキシム又はο−フェニ
ルアセチル−アセトフェノン−オキシム等が挙げられ
る。
In the first to fourth pattern forming methods, the compound is preferably an acyl oxime, a benzyloxy carbonyl compound or formamide.
In particular, examples of the acyl oxime include o-phenylacetyl-aceto-α-naphthone-oxime, o-phenylacetyl-aceto-β-naphtone-oxime, o-phenylacetyl-acetophenone-oxime, and the like.

【0049】本発明に係る第5のパターン形成方法は、
加熱されると酸を発生させる基を含む重合体と、エネル
ギービームが照射されると塩基を発生させる化合物とか
らなるパターン形成材料を半導体基板上に塗布してレジ
スト膜を形成する第1の工程と、レジスト膜を加熱して
重合体から酸を発生させる第2の工程と、レジスト膜に
所望のパターン形状を持つマスクを介してエネルギービ
ームを照射してパターン露光した後、パターン露光され
たレジスト膜に対して気相又は液相で水処理を行なうこ
とにより、レジスト膜の露光部に化合物から塩基を発生
させ、発生した塩基とレジスト膜の酸とを中和させる第
3の工程と、レジスト膜を、水蒸気の雰囲気に曝した後
に、水蒸気と金属アルコキシドとの混合ガス雰囲気に曝
すことにより、レジスト膜の未露光部の表面に金属酸化
膜を形成する第4の工程と、レジスト膜に対して金属酸
化膜をマスクとしてドライエッチングを行なって、レジ
スト膜からなるレジストパターンを形成する第5の工程
とを備えている。
According to a fifth pattern forming method of the present invention,
A first step of forming a resist film by applying a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam onto a semiconductor substrate And a second step of heating the resist film to generate an acid from the polymer, irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape, and then subjecting the resist film to pattern exposure. Performing a water treatment on the film in a gas phase or a liquid phase to generate a base from the compound in an exposed portion of the resist film, and neutralizing the generated base and an acid in the resist film; By exposing the film to a mixed gas atmosphere of water vapor and a metal alkoxide after exposing the film to a water vapor atmosphere, a metal oxide film is formed on the surface of the unexposed portion of the resist film. A step, by performing dry etching of the metal oxide film as a mask the resist film, and a fifth step of forming a resist pattern made of the resist film.

【0050】本発明に係る第6のパターン形成方法は、
加熱されると酸を発生させる基を含む重合体と、エネル
ギービームが照射されると塩基を発生させる化合物とか
らなるパターン形成材料を半導体基板上に塗布してレジ
スト膜を形成する第1の工程と、レジスト膜を加熱して
重合体から酸を発生させる第2の工程と、レジスト膜に
所望のパターン形状を持つマスクを介してエネルギービ
ームを照射してパターン露光した後、パターン露光され
たレジスト膜を不活性ガスの雰囲気下で保持することに
より、レジスト膜の露光部に化合物から塩基を発生させ
て、発生した塩基とレジスト膜の酸とを中和させる第3
の工程と、レジスト膜を、水蒸気の雰囲気に曝した後
に、水蒸気と金属アルコキシドとの混合ガス雰囲気に曝
すことにより、レジスト膜の未露光部の表面に金属酸化
膜を形成する第4の工程と、レジスト膜に対して金属酸
化膜をマスクとしてドライエッチングを行なって、レジ
スト膜からなるレジストパターンを形成する第5の工程
とを備えている。
A sixth pattern forming method according to the present invention comprises:
A first step of forming a resist film by applying a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam onto a semiconductor substrate And a second step of heating the resist film to generate an acid from the polymer, irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape, and then subjecting the resist film to pattern exposure. By keeping the film under an atmosphere of an inert gas, a base is generated from the compound in the exposed portion of the resist film, and the third step is to neutralize the generated base and the acid of the resist film.
And a fourth step of exposing the resist film to an atmosphere of water vapor and then exposing the resist film to a mixed gas atmosphere of water vapor and metal alkoxide to form a metal oxide film on the surface of the unexposed portion of the resist film. A fifth step of performing dry etching on the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist pattern made of the resist film.

【0051】本発明に係る第7のパターン形成方法は、
加熱されると酸を発生させる基を含む重合体と、エネル
ギービームが照射されると塩基を発生させる化合物とか
らなるパターン形成材料を半導体基板上に塗布してレジ
スト膜を形成する第1の工程と、レジスト膜を加熱して
重合体から酸を発生させる第2の工程と、レジスト膜に
所望のパターン形状を持つマスクを介してエネルギービ
ームを照射してパターン露光した後、パターン露光され
たレジスト膜を、不活性ガスの雰囲気下で水蒸気の雰囲
気に曝すことにより、レジスト膜の露光部に化合物から
塩基を発生させて、発生した塩基とレジスト膜の酸とを
中和させる第3の工程と、レジスト膜を水蒸気と金属ア
ルコキシドとの混合ガス雰囲気に曝すことにより、レジ
スト膜の未露光部の表面に金属酸化膜を形成する第4の
工程と、レジスト膜に対して金属酸化膜をマスクとして
ドライエッチングを行なって、レジスト膜からなるレジ
ストパターンを形成する第5の工程とを備えている。
According to a seventh pattern forming method of the present invention,
A first step of forming a resist film by applying a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam onto a semiconductor substrate And a second step of heating the resist film to generate an acid from the polymer, irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape, and then subjecting the resist film to pattern exposure. A third step of exposing the film to an atmosphere of water vapor under an atmosphere of an inert gas to generate a base from the compound in an exposed portion of the resist film, thereby neutralizing the generated base and an acid of the resist film; Forming a metal oxide film on the surface of the unexposed portion of the resist film by exposing the resist film to a mixed gas atmosphere of water vapor and a metal alkoxide; A metal oxide film as a mask dry etching is performed, and a fifth step of forming a resist pattern made of the resist film against.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1(a)〜
(d)は、本発明の第1の実施形態に係るパターン形成
方法の各工程を示す断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIGS.
(D) is sectional drawing which shows each process of the pattern formation method which concerns on 1st Embodiment of this invention.

【0053】レジスト材料としては、[化9]で示され
る共重合体(加熱により酸を発生させる基を含む重合
体)と、[化10]で示される化合物(エネルギービー
ム(ArFエキシマレーザ)の照射により塩基を発生さ
せる化合物)をダイグライムに溶解したものとからなる
混合物を用いる。
As the resist material, a copolymer represented by the following formula [9] (a polymer containing a group capable of generating an acid upon heating) and a compound represented by the following formula [10] (an energy beam (ArF excimer laser)) are used. A mixture of a compound (a compound that generates a base upon irradiation) dissolved in diglyme.

【0054】[0054]

【化9】 Embedded image

【0055】[0055]

【化10】 Embedded image

【0056】まず、図1(a)に示すように、シリコン
よりなる半導体基板100の上に、前記レジスト材料を
スピンコートし、90℃の温度下において90秒間プリ
ベークして、膜厚1μmのレジスト膜101を形成す
る。このとき、膜剥がれ等は生じず、密着性の良好なレ
ジスト膜101が得られた。また、このプリベークの熱
により、[化11]に示すように、[化9]で示される
共重合体からスルフォン酸が発生した。
First, as shown in FIG. 1A, a resist material having a thickness of 1 μm was spin-coated on a semiconductor substrate 100 made of silicon and pre-baked at a temperature of 90 ° C. for 90 seconds. A film 101 is formed. At this time, no peeling of the film occurred, and the resist film 101 having good adhesion was obtained. Further, as shown in [Chemical formula 11], sulfonic acid was generated from the copolymer represented by [Chemical formula 9] due to the heat of the prebaking.

【0057】[0057]

【化11】 Embedded image

【0058】次に、レジスト膜101に対してマスク1
03を用いてエネルギービームとしてのArFエキシマ
レーザ104を照射することにより、レジスト膜101
にマスク103のパターンを転写する。このようにする
と、レジスト膜101の露光部101aの表面におい
て、[化12]の化学反応式に示すように、ο−フェニ
ルアセチル−アセトフェノン−オキシムが分解してベン
ジルアミンが発生する。
Next, a mask 1 is applied to the resist film 101.
The resist film 101 is irradiated with an ArF excimer laser 104 as an energy beam using
Then, the pattern of the mask 103 is transferred. As a result, o-phenylacetyl-acetophenone-oxime is decomposed on the surface of the exposed portion 101a of the resist film 101 as shown in the chemical reaction formula [Chem. 12] to generate benzylamine.

【0059】[0059]

【化12】 Embedded image

【0060】レジスト膜101の未露光部101bは、
[化11]に示す化学式中のスルホン酸基の働きにより
強い酸性を示す。一方、レジスト膜101の露光部10
1aにおいては、[化12]の化学反応式に示すよう
に、ο−フェニルアセチル−アセトフェノン−オキシム
が分解して塩基性のベンジルアミンが発生しているた
め、該ベンジルアミンがスルホン酸基の働きによる酸性
を打ち消すので、ある程度中和する。
The unexposed portion 101b of the resist film 101
It exhibits strong acidity due to the function of the sulfonic acid group in the chemical formula shown in [Chemical formula 11]. On the other hand, the exposed portion 10 of the resist film 101
In 1a, as shown in the chemical reaction formula [Chemical formula 12], o-phenylacetyl-acetophenone-oxime is decomposed to generate basic benzylamine, and the benzylamine functions as a sulfonic acid group. Neutralize to some extent to counteract acidity due to

【0061】レジスト膜101の未露光部101bは、
酸性の強い極性を示すため、中和された露光部101a
に比べて水が吸着し易い状態にある。すなわち、未露光
部101bにおいては、酸性の極性の強い基が存在する
ため、水との水素結合が強くなるので、水が吸収され易
くなる。これに対して、露光部101aにおいては、中
和により水との水素結合が弱くなるので、水が吸収され
難い状態になる。
The unexposed portion 101b of the resist film 101
Exposure part 101a neutralized to show strong acidic polarity
In this state, water is easily adsorbed. That is, in the unexposed portion 101b, a strong acidic polarity group is present, and the hydrogen bond with water is strengthened, so that water is easily absorbed. On the other hand, in the exposed portion 101a, the hydrogen bond with water is weakened by the neutralization, so that the water is hardly absorbed.

【0062】次に、図1(b)に示すように、半導体基
板100を30℃の温度下における相対湿度95%の空
気中に30分間保持することにより、レジスト膜101
の表面に水蒸気105を供給する。このようにすると、
水が吸着し易くなった未露光部101bの表面に水蒸気
105が吸着し、未露光部101bにおける表面から深
い部位例えば100nmの部位まで水が拡散する。露光
部101aは中和されているため水は吸着され難く、未
露光部101bに選択的に水の吸着層106が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 1B, the semiconductor substrate 100 is kept in air at a relative humidity of 95% at a temperature of 30 ° C. for 30 minutes to form a resist film 101.
Is supplied to the surface of the substrate. This way,
Water vapor 105 is adsorbed on the surface of the unexposed portion 101b where water is easily adsorbed, and water is diffused from the surface of the unexposed portion 101b to a deep portion, for example, a portion of 100 nm. Since the exposed portion 101a is neutralized, water is hardly adsorbed, and the water adsorbing layer 106 is selectively formed on the unexposed portion 101b.

【0063】次に、図1(c)に示すように、半導体基
板100を30℃の温度下における相対湿度95%の空
気中に保持した状態で、金属アルコキシドとしてのメチ
ルトリエトキシシラン(MTEOS)の蒸気107をレ
ジスト膜101の表面に30分間吹き付けると、レジス
ト膜101の未露光部101bの表面に金属酸化膜10
8が選択的に形成される。この場合、スルホン酸からの
酸(H+ )が触媒になってMTEOSの加水分解と脱水
縮合との反応が起きて金属酸化膜108が形成されるの
である。金属酸化膜108は触媒である酸(H+ )及び
水の存在するところに成長する。
Next, as shown in FIG. 1C, while the semiconductor substrate 100 is held in air at a relative humidity of 95% at a temperature of 30 ° C., methyltriethoxysilane (MTEOS) as a metal alkoxide is used. Is sprayed onto the surface of the resist film 101 for 30 minutes, so that the metal oxide film 10
8 are selectively formed. In this case, an acid (H + ) from sulfonic acid acts as a catalyst to cause a reaction between MTEOS hydrolysis and dehydration condensation to form a metal oxide film 108. The metal oxide film 108 grows where an acid (H + ) as a catalyst and water are present.

【0064】第1の実施形態によると、レジスト膜10
1の露光部101aにおいては、スルホン酸はベンジル
アミンの発生により中和されて触媒としての働きが失わ
れると共に、水が吸収され難いため、金属酸化膜は形成
されない。一方、レジスト膜101の未露光部101b
においては、触媒のH+ が存在すると共に十分な量の水
が吸収されているために、金属酸化膜108が形成され
る。
According to the first embodiment, the resist film 10
In the first exposed portion 101a, the sulfonic acid is neutralized by the generation of benzylamine to lose its function as a catalyst, and it is difficult for water to be absorbed, so that no metal oxide film is formed. On the other hand, the unexposed portion 101b of the resist film 101
In the above, the metal oxide film 108 is formed because H + of the catalyst is present and a sufficient amount of water is absorbed.

【0065】次に、図1(d)に示すように、金属酸化
膜108をマスクにしてO2 プラズマ109を用いてR
IE(反応性イオンエッチング)を行なうことにより、
レジストパターン110を形成する。この場合のO2
ラズマのRIEの条件は、例えば、平行平板型のRIE
装置を使用し、パワー:900W、圧力:0.7Pa、
流量:40SCCMである。
Next, as shown in FIG. 1 (d), by using the O 2 plasma 109 and the metal oxide film 108 as a mask R
By performing IE (Reactive Ion Etching)
A resist pattern 110 is formed. In this case, the O 2 plasma RIE condition is, for example, a parallel plate type RIE.
Using the device, power: 900W, pressure: 0.7Pa,
Flow rate: 40 SCCM.

【0066】第1の実施形態によると、未露光部101
bにのみ選択的に金属酸化膜108を形成し、該金属酸
化膜108を用いてエッチングするので、未露光部10
1bに垂直な断面形状を持つ0.15μmのポジ型のレ
ジストパターン110を形成することができる。
According to the first embodiment, the unexposed portion 101
Since the metal oxide film 108 is selectively formed only on the portion b, and etching is performed using the metal oxide film 108, the unexposed portion 10
A 0.15 μm positive resist pattern 110 having a cross section perpendicular to 1b can be formed.

【0067】また、図1(b)に示す工程において、レ
ジスト膜101に水蒸気105を供給するため、レジス
ト膜101の未露光部101bにおける表面から深い部
位まで水が拡散しているため、金属酸化膜108の成長
がレジスト膜101の内部に進行するので、膜厚の大き
い金属酸化膜108を形成することができる。
In the step shown in FIG. 1B, since water vapor 105 is supplied to the resist film 101, water is diffused from the surface of the unexposed portion 101b of the resist film 101 to a deep portion. Since the growth of the film 108 proceeds inside the resist film 101, the metal oxide film 108 having a large thickness can be formed.

【0068】さらに、図1(c)に示す工程において、
レジスト膜101に対して、相対湿度95%の空気中に
おいてMTEOSを供給するため、レジスト膜101に
吸収された水の蒸発が防止されると共に金属酸化膜10
8の形成に必要な水分が補給され、水の平衡状態が維持
されるので、O2 プラズマのRIEに耐える十分な膜厚
を有する金属酸化膜108を形成することができる。
Further, in the step shown in FIG.
Since MTEOS is supplied to the resist film 101 in air at a relative humidity of 95%, evaporation of the water absorbed by the resist film 101 is prevented, and the metal oxide film 10 is removed.
Since the water necessary for forming the layer 8 is supplied and the equilibrium state of the water is maintained, the metal oxide film 108 having a sufficient thickness to withstand RIE of O 2 plasma can be formed.

【0069】以上説明したように、第1の実施形態によ
ると、加熱により共重合体から酸が発生しているレジス
ト膜101に対してパターン露光し、露光部101aに
おいては塩基を発生させて露光部101aの酸性を中和
する一方、未露光部101bにのみ選択的に金属酸化膜
108を形成し、その後、金属酸化膜108をマスクと
してレジスト膜101に対してエッチングを行なうた
め、形状が良好で且つ微細なポジ型のレジストパターン
110を形成することができる。
As described above, according to the first embodiment, the resist film 101 in which an acid is generated from the copolymer by heating is subjected to pattern exposure, and the exposed portion 101a generates a base to expose the resist film 101. While neutralizing the acidity of the portion 101a, the metal oxide film 108 is selectively formed only on the unexposed portion 101b, and then the resist film 101 is etched using the metal oxide film 108 as a mask. And a fine positive resist pattern 110 can be formed.

【0070】また、金属酸化膜108の成長前に未露光
部101bに水を強制的に吸収させるため、O2 プラズ
マのRIEによるドライ現像において必要である十分な
膜厚の金属酸化膜108を形成することができる。
Since the unexposed portion 101b is forcibly absorbing water before the growth of the metal oxide film 108, the metal oxide film 108 having a sufficient film thickness necessary for dry development by O 2 plasma RIE is formed. can do.

【0071】金属アルコシキドとしては、MTEOSを
用いたが、これに代えて、CH3 Si(OCH3
3 (メチルトリメトキシシラン)、Si(OCH3 4
(テトラメトキシシラン)、Si(OC2 H5)4 (テ
トラエトキシシラン)、Ti(OC2 5 )4、Ge
(OC2 5 4 、Al(OC2 5 3 又はZr(O
25 3 等の他の金属アルコシキドを気相又は液相
で供給してもよい。
As the metal alkoxide, MTEOS was used, but instead of CH 3 Si (OCH 3 )
3 (methyltrimethoxysilane), Si (OCH 3 ) 4
(Tetramethoxysilane), Si (OC 2 H5) 4 ( tetraethoxysilane), Ti (OC 2 H 5 ) 4, Ge
(OC 2 H 5 ) 4 , Al (OC 2 H 5 ) 3 or Zr (O
Other metal alkoxides such as C 2 H 5 ) 3 may be supplied in the gas or liquid phase.

【0072】また、ドライ現像の方法としては、O2
ラズマによるRIEを用いたが、これに代えて、O2
ラズマによるECR(電子サイクロトロン共鳴エッチン
グ)等を用いてもよい。また、エッチングガス種として
は、O2 ガスにSO2 ガス等を添加してもよい。
Although RIE using O 2 plasma is used as a method for dry development, ECR (Electron Cyclotron Resonance Etching) using O 2 plasma may be used instead. Further, as an etching gas type, SO 2 gas or the like may be added to O 2 gas.

【0073】また、露光光源としては、ArFエキシマ
レーザを用いたが、これに代えて、i線、KrFエキシ
マレーザ、VUV、EUV、EB又はX線等を用いても
よい。
Although an ArF excimer laser is used as an exposure light source, an i-line, a KrF excimer laser, VUV, EUV, EB, X-ray, or the like may be used instead.

【0074】さらに、レジスト膜101の未露光部10
1bの表面に水を拡散する工程においては、半導体基板
100を水蒸気中に保持したが、これに代えて、半導体
基板100の上のレジスト膜101に液体の水を供給し
てもよい。もっとも、液相状態の水を供給する場合より
も気相状態の水を供給する方が、水の拡散が速やかに進
み、金属酸化膜108の深さが大きくなるので好まし
い。
Further, the unexposed portion 10 of the resist film 101
In the step of diffusing water to the surface of 1b, the semiconductor substrate 100 is held in water vapor. Alternatively, liquid water may be supplied to the resist film 101 on the semiconductor substrate 100. However, it is preferable to supply gas-phase water rather than liquid-phase water, because the diffusion of water proceeds quickly and the depth of the metal oxide film 108 increases.

【0075】(第2の実施形態)図2(a)〜(d)
は、本発明の第2の実施形態に係るパターン形成方法の
各工程を示す断面図である。
(Second Embodiment) FIGS. 2A to 2D
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating each step of a pattern forming method according to a second embodiment of the present invention. FIGS.

【0076】レジスト材料としては、[化13]で示さ
れる共重合体(加熱により酸を発生させる基を含む重合
体)と、[化14]で示される化合物(エネルギービー
ム(ArFエキシマレーザ)の照射により塩基を発生さ
せる化合物)をダイグライムに溶解したものとからなる
混合物を用いる。
As a resist material, a copolymer represented by the following formula [Chemical Formula 13] (a polymer containing a group generating an acid upon heating) and a compound represented by the following Formula [Chemical Formula 14] (energy beam (ArF excimer laser)) are used. A mixture of a compound (a compound that generates a base upon irradiation) dissolved in diglyme.

【0077】[0077]

【化13】 Embedded image

【0078】[0078]

【化14】 Embedded image

【0079】まず、図2(a)に示すように、シリコン
よりなる半導体基板200の上に、前記レジスト材料を
スピンコートし、120℃の温度下において90秒間プ
リベクしてして、膜厚1μmのレジスト膜201を形成
する。このとき、膜剥がれ等は生じず、密着性の良好な
レジスト膜201が得られた。また、このプリベークの
熱により、[化15]に示すように、[化13]で示さ
れる共重合体からスルフォン酸が発生した。
First, as shown in FIG. 2A, the resist material is spin-coated on a semiconductor substrate 200 made of silicon, and pre-baked at a temperature of 120 ° C. for 90 seconds to form a film having a thickness of 1 μm. Is formed. At this time, no peeling of the film occurred, and the resist film 201 having good adhesion was obtained. Further, as shown in [Chemical Formula 15], sulfonic acid was generated from the copolymer represented by [Chemical Formula 13] due to the heat of the prebaking.

【0080】[0080]

【化15】 Embedded image

【0081】次に、レジスト膜201に対してマスク2
03を用いてエネルギービームとしてのArFエキシマ
レーザ204を照射することにより、レジスト膜201
にマスク203のパターンを転写する。このようにする
と、レジスト膜201の露光部201aの表面におい
て、[化16]の化学反応式に示すように、ο−フェニ
ルアセチル−アセトフェノン−オキシムが分解してベン
ジルアミンが発生する。
Next, mask 2 is applied to resist film 201.
The resist film 201 is irradiated with an ArF excimer laser 204 as an energy beam using
Is transferred to the mask 203. As a result, o-phenylacetyl-acetophenone-oxime is decomposed on the surface of the exposed portion 201a of the resist film 201, as shown in the chemical reaction formula [Chem. 16], to generate benzylamine.

【0082】[0082]

【化16】 Embedded image

【0083】レジスト膜201の未露光部201bは、
[化15]に示す化学式中のスルホン酸基の働きにより
強い酸性を示す。一方、レジスト膜201の露光部20
1aにおいては、[化16]の化学反応式に示すよう
に、ο−フェニルアセチル−アセトフェノン−オキシム
が分解して塩基性のベンジルアミンが発生しているた
め、該ベンジルアミンがスルホン酸基の働きによる酸性
を打ち消すので、ある程度中和する。
The unexposed portion 201b of the resist film 201
It exhibits strong acidity due to the function of the sulfonic acid group in the chemical formula shown in [Formula 15]. On the other hand, the exposed portion 20 of the resist film 201
In 1a, o-phenylacetyl-acetophenone-oxime is decomposed to generate basic benzylamine as shown in the chemical reaction formula [Formula 16], and the benzylamine functions as a sulfonic acid group. Neutralize to some extent to counteract acidity due to

【0084】レジスト膜201の未露光部201bは、
酸性の強い極性を示すため、中和された露光部201a
に比べて水が吸着し易い状態にある。すなわち、未露光
部201bにおいては、酸性の極性の強い基が存在する
ため、水との水素結合が強くなるので、水が吸収され易
くなる。これに対して、露光部201aにおいては、中
和により水との水素結合が弱くなるので、水が吸収され
難い状態になる。
The unexposed portion 201b of the resist film 201
Exposure portion 201a neutralized to show strong acidic polarity
In this state, water is easily adsorbed. That is, in the unexposed portion 201b, since a group having strong acidic polarity is present, the hydrogen bond with water is strengthened, so that water is easily absorbed. On the other hand, in the exposure unit 201a, the hydrogen bond with water is weakened by the neutralization, so that the water is hardly absorbed.

【0085】次に、図2(b)に示すように、半導体基
板200を30℃の温度下における相対湿度95%の空
気中に30分間保持することにより、レジスト膜201
の表面に水蒸気205を供給する。このようにすると、
水が吸着し易くなった未露光部201bの表面に水蒸気
205が吸着し、未露光部201bにおける表面から深
い部位例えば100nmの部位まで水が拡散する。露光
部201aは中和されているため水は吸着され難く、未
露光部201bに選択的に水の吸着層206が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 2B, the semiconductor substrate 200 is kept in air at a relative humidity of 95% at a temperature of 30 ° C. for 30 minutes to form a resist film 201.
Water vapor 205 is supplied to the surface of. This way,
Water vapor 205 is adsorbed on the surface of the unexposed portion 201b where water is easily adsorbed, and water is diffused from the surface of the unexposed portion 201b to a deep portion, for example, a portion of 100 nm. Since the exposed portion 201a is neutralized, water is hardly adsorbed, and the water adsorbing layer 206 is selectively formed on the unexposed portion 201b.

【0086】次に、図2(c)に示すように、半導体基
板200を30℃の温度下における相対湿度95%の空
気中に保持した状態で、金属アルコキシドとしてのメチ
ルトリメトキシシラン(MTMOS)の蒸気207をレ
ジスト膜201の表面に20分間吹き付けると、レジス
ト膜201の未露光部201bの表面に金属酸化膜20
8が選択的に形成される。この場合、スルホン酸からの
酸(H+ )が触媒になってMTMOSの加水分解と脱水
縮合との反応が起きて金属酸化膜208が形成されるの
である。金属酸化膜208は触媒である酸(H+ )及び
水の存在するところに成長する。
Next, as shown in FIG. 2C, while the semiconductor substrate 200 is held in air at a relative humidity of 95% at a temperature of 30 ° C., methyltrimethoxysilane (MTMOS) as a metal alkoxide is used. Is sprayed onto the surface of the resist film 201 for 20 minutes, so that the metal oxide film 20
8 are selectively formed. In this case, an acid (H + ) from sulfonic acid acts as a catalyst to cause a reaction between hydrolysis and dehydration condensation of MTMOS to form a metal oxide film 208. The metal oxide film 208 grows where an acid (H + ) as a catalyst and water are present.

【0087】第2の実施形態によると、レジスト膜20
1の露光部201aにおいては、スルホン酸はベンジル
アミンの発生により中和されて触媒としての働きが失わ
れると共に、水が吸収され難いため、金属酸化膜は形成
されない。一方、レジスト膜201の未露光部201b
においては、触媒のH+ が存在すると共に十分な量の水
が吸収されているために、金属酸化膜208が形成され
る。
According to the second embodiment, the resist film 20
In the first exposed portion 201a, the sulfonic acid is neutralized by the generation of benzylamine and loses its function as a catalyst, and water is hardly absorbed, so that no metal oxide film is formed. On the other hand, the unexposed portion 201b of the resist film 201
In the above, the metal oxide film 208 is formed because H + of the catalyst is present and a sufficient amount of water is absorbed.

【0088】次に、図2(d)に示すように、金属酸化
膜208をマスクにしてO2 プラズマ209を用いてR
IE(反応性イオンエッチング)を行なうことにより、
レジストパターン210を形成する。この場合のO2
ラズマのRIEの条件は、例えば、平行平板型のRIE
装置を使用し、パワー:900W、圧力:0.7Pa、
流量:40SCCMである。
[0088] Next, as shown in FIG. 2 (d), with O 2 plasma 209 and the metal oxide film 208 as a mask R
By performing IE (Reactive Ion Etching)
A resist pattern 210 is formed. In this case, the O 2 plasma RIE condition is, for example, a parallel plate type RIE.
Using the device, power: 900W, pressure: 0.7Pa,
Flow rate: 40 SCCM.

【0089】第2の実施形態によると、未露光部201
bにのみ選択的に金属酸化膜208を形成し、該金属酸
化膜208を用いてエッチングするので、未露光部20
1bに垂直な断面形状を持つ0.15μmのポジ型のレ
ジストパターン210を形成することができる。
According to the second embodiment, the unexposed portion 201
Since the metal oxide film 208 is selectively formed only on the portion b, and etching is performed using the metal oxide film 208, the unexposed portion 20
A 0.15 μm positive resist pattern 210 having a cross section perpendicular to 1b can be formed.

【0090】また、図2(b)に示す工程において、レ
ジスト膜201に水蒸気205を供給するため、レジス
ト膜201の未露光部201bにおける表面から深い部
位まで水が拡散しているため、金属酸化膜208の成長
がレジスト膜201の内部に進行するので、膜厚の大き
い金属酸化膜208を形成することができる。
In the step shown in FIG. 2B, since water vapor 205 is supplied to the resist film 201, water is diffused from the surface of the unexposed portion 201b of the resist film 201 to a deep portion. Since the growth of the film 208 proceeds inside the resist film 201, the metal oxide film 208 having a large thickness can be formed.

【0091】さらに、図2(c)に示す工程において、
レジスト膜201に対して、相対湿度95%の空気中に
おいてMTMOSを供給するため、レジスト膜201に
吸収された水の蒸発が防止されると共に金属酸化膜20
8の形成に必要な水分が補給され、水の平衡状態が維持
されるので、O2 プラズマのRIEに耐える十分な膜厚
を有する金属酸化膜208を形成することができる。
Further, in the step shown in FIG.
Since MTMOS is supplied to the resist film 201 in air at a relative humidity of 95%, evaporation of water absorbed by the resist film 201 is prevented and the metal oxide film 20 is prevented from being evaporated.
Since the water necessary for forming the layer 8 is supplied and the equilibrium state of the water is maintained, the metal oxide film 208 having a sufficient thickness to withstand RIE of O 2 plasma can be formed.

【0092】以上説明したように、第2の実施形態によ
ると、加熱により共重合体から酸が発生しているレジス
ト膜201に対してパターン露光し、露光部201aに
おいては塩基を発生させて露光部201aの酸性を中和
する一方、未露光部201bにのみ選択的に金属酸化膜
208を形成し、その後、金属酸化膜208をマスクと
してレジスト膜201に対してエッチングを行なうた
め、形状が良好で且つ微細なポジ型のレジストパターン
210を形成することができる。
As described above, according to the second embodiment, the resist film 201 in which an acid is generated from the copolymer by heating is subjected to pattern exposure, and the exposed portion 201a generates a base to expose the resist film 201. While the acidity of the portion 201a is neutralized, the metal oxide film 208 is selectively formed only on the unexposed portion 201b, and thereafter, the resist film 201 is etched using the metal oxide film 208 as a mask. And a fine positive resist pattern 210 can be formed.

【0093】また、金属酸化膜208の成長前に未露光
部201bに水を強制的に吸収させるため、O2 プラズ
マのRIEによるドライ現像において必要である十分な
膜厚の金属酸化膜208を形成することができる。
In order to forcibly absorb water in the unexposed portion 201b before the growth of the metal oxide film 208, the metal oxide film 208 having a sufficient film thickness required for dry development by RIE of O 2 plasma is formed. can do.

【0094】金属アルコシキドとしては、MTMOSを
用いたが、これに代えて、CH3 Si(OC253
(メチルトリエトキシシラン)、Si(OCH34
(テトラメトキシシラン)、Si(OC254 (テ
トラエトキシシラン)、Ti(OC254 、Ge
(OC254 、Al(OC253 又はZr(O
253 等の他の金属アルコシキドを気相又は液相
で供給してもよい。
As the metal alkoxide, MTMOS was used. Instead, CH 3 Si (OC 2 H 5 ) 3 was used.
(Methyltriethoxysilane), Si (OCH 3 ) 4
(Tetramethoxysilane), Si (OC 2 H 5 ) 4 (tetraethoxysilane), Ti (OC 2 H 5 ) 4 , Ge
(OC 2 H 5 ) 4 , Al (OC 2 H 5 ) 3 or Zr (O
Other metal alkoxides such as C 2 H 5 ) 3 may be supplied in the gas or liquid phase.

【0095】また、ドライ現像の方法としては、O2
ラズマによるRIEを用いたが、これに代えて、O2
ラズマによるECR(電子サイクロトロン共鳴エッチン
グ)等を用いてもよい。また、エッチングガス種として
は、O2 ガスにSO2 ガス等を添加してもよい。
Although RIE using O 2 plasma is used as a method of dry development, ECR (Electron Cyclotron Resonance Etching) using O 2 plasma may be used instead. Further, as an etching gas type, SO 2 gas or the like may be added to O 2 gas.

【0096】また、露光光源としては、ArFエキシマ
レーザを用いたが、これに代えて、i線、KrFエキシ
マレーザ、VUV、EUV、EB又はX線等を用いても
よい。
Although an ArF excimer laser is used as an exposure light source, an i-line, a KrF excimer laser, VUV, EUV, EB, X-ray, or the like may be used instead.

【0097】さらに、レジスト膜201の未露光部20
1bの表面に水を拡散する工程においては、半導体基板
200を水蒸気中に保持したが、これに代えて、半導体
基板200の上のレジスト膜201に液体の水を供給し
てもよい。もっとも、液相状態の水を供給する場合より
も気相状態の水を供給する方が、水の拡散が速やかに進
み、金属酸化膜208の深さが大きくなるので好まし
い。
Further, the unexposed portion 20 of the resist film 201
In the step of diffusing water to the surface of 1b, the semiconductor substrate 200 is held in water vapor. Alternatively, liquid water may be supplied to the resist film 201 on the semiconductor substrate 200. However, it is preferable to supply gas-phase water rather than liquid-phase water, because the diffusion of water proceeds quickly and the depth of the metal oxide film 208 increases.

【0098】(第3の実施形態)図2(a)〜(d)
は、本発明の第3の実施形態に係るパターン形成方法の
各工程を示す断面図でもある。
(Third Embodiment) FIGS. 2A to 2D
FIGS. 9A and 9B are also cross-sectional views illustrating respective steps of a pattern forming method according to a third embodiment of the present invention.

【0099】レジスト材料としては、[化17]で示さ
れる共重合体(加熱により酸を発生させる基を含む重合
体)と、[化18]で示される化合物(エネルギービー
ム(ArFエキシマレーザ)の照射により塩基を発生さ
せる化合物)をモノグライムに溶解したものとからなる
混合物を用いる。
As a resist material, a copolymer represented by the following formula [Chemical Formula 17] (a polymer containing a group generating an acid upon heating) and a compound represented by the following Formula [Chemical Formula 18] (energy beam (ArF excimer laser)) are used. A mixture comprising a compound (a compound that generates a base upon irradiation) dissolved in monoglyme is used.

【0100】[0100]

【化17】 Embedded image

【0101】[0101]

【化18】 Embedded image

【0102】まず、図2(a)に示すように、シリコン
よりなる半導体基板200の上に、前記レジスト材料を
スピンコートし、80℃の温度下において90秒間プリ
ベクして、膜厚1μmのレジスト膜201を形成する。
このとき、膜剥がれ等は生じず、密着性の良好なレジス
ト膜201が得られた。このプリベークでは、[化1
7]で示される共重合体から酸は発生しなかった。
First, as shown in FIG. 2A, the resist material is spin-coated on a semiconductor substrate 200 made of silicon, and pre-baked at a temperature of 80 ° C. for 90 seconds to form a resist having a thickness of 1 μm. A film 201 is formed.
At this time, no peeling of the film occurred, and the resist film 201 having good adhesion was obtained. In this pre-bake,
No acid was generated from the copolymer represented by the formula [7].

【0103】次に、レジスト膜201に対してマスク2
03を用いてエネルギービームとしてのArFエキシマ
レーザ204を照射することにより、レジスト膜201
にマスク203のパターンを転写する。このようにする
と、レジスト膜201の露光部201aの表面におい
て、ο−フェニルアセチル−アセトナフトン−オキシム
が分解してベンジルアミンが発生する。
Next, a mask 2 is applied to the resist film 201.
The resist film 201 is irradiated with an ArF excimer laser 204 as an energy beam using
Is transferred to the mask 203. By doing so, o-phenylacetyl-acetonaphthone-oxime is decomposed on the surface of the exposed portion 201a of the resist film 201 to generate benzylamine.

【0104】次に、レジスト膜201に対して120℃
の温度下において90秒間のベーキングを行なう。この
ベーキングの熱により、[化19]の化学反応式に示す
ように、[化17]で示される共重合体からスルホン酸
が発生した。
Next, the resist film 201 is heated at 120 ° C.
Baking at a temperature of 90 seconds. Due to the heat of the baking, sulfonic acid was generated from the copolymer represented by Chemical Formula 17, as shown in the chemical reaction formula of Chemical Formula 19.

【0105】[0105]

【化19】 Embedded image

【0106】レジスト膜201の未露光部201bは、
[化19]に示す化学式中のスルホン酸基の働きにより
強い酸性を示す。一方、レジスト膜201の露光部20
1aにおいては、ο−フェニルアセチル−アセトナフト
ン−オキシムが分解して塩基性のベンジルアミンが発生
しているため、該ベンジルアミンがスルホン酸基の働き
による酸性を打ち消すので、ある程度中和する。
The unexposed portion 201b of the resist film 201
It exhibits strong acidity due to the function of the sulfonic acid group in the chemical formula shown in [Chemical Formula 19]. On the other hand, the exposed portion 20 of the resist film 201
In 1a, since o-phenylacetyl-acetonaphthone-oxime is decomposed to generate basic benzylamine, the benzylamine counteracts the acidity caused by the action of the sulfonic acid group, and is thus neutralized to some extent.

【0107】レジスト膜201の未露光部201bは、
酸性の強い極性を示すため、中和された露光部201a
に比べて水が吸着し易い状態にある。すなわち、未露光
部201bにおいては、酸性の極性の強い基が存在する
ため、水との水素結合が強くなるので、水が吸収され易
くなる。これに対して、露光部201aにおいては、中
和により水との水素結合が弱くなるので、水が吸収され
難い状態になる。
The unexposed portion 201b of the resist film 201
Exposure portion 201a neutralized to show strong acidic polarity
In this state, water is easily adsorbed. That is, in the unexposed portion 201b, since a group having strong acidic polarity is present, the hydrogen bond with water is strengthened, so that water is easily absorbed. On the other hand, in the exposure unit 201a, the hydrogen bond with water is weakened by the neutralization, so that the water is hardly absorbed.

【0108】次に、図2(b)に示すように、半導体基
板200を30℃の温度下における相対湿度95%の空
気中に30分間保持することにより、レジスト膜201
の表面に水蒸気205を供給する。このようにすると、
水が吸着し易くなった未露光部201bの表面に水蒸気
205が吸着し、未露光部201bにおける表面から深
い部位例えば100nmの部位まで水が拡散する。露光
部201aは中和されているため水は吸着され難く、未
露光部201bに選択的に水の吸着層206が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 2B, the semiconductor substrate 200 is kept in air at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 95% for 30 minutes to form a resist film 201.
Water vapor 205 is supplied to the surface of. This way,
Water vapor 205 is adsorbed on the surface of the unexposed portion 201b where water is easily adsorbed, and water is diffused from the surface of the unexposed portion 201b to a deep portion, for example, a portion of 100 nm. Since the exposed portion 201a is neutralized, water is hardly adsorbed, and the water adsorbing layer 206 is selectively formed on the unexposed portion 201b.

【0109】次に、図2(c)に示すように、半導体基
板200を30℃の温度下における相対湿度95%の空
気中に保持した状態で、金属アルコキシドとしてのメチ
ルトリメトキシシラン(MTMOS)の蒸気207をレ
ジスト膜201の表面に20分間吹き付けると、レジス
ト膜201の未露光部201bの表面に金属酸化膜20
8が選択的に形成される。この場合、スルホン酸からの
酸(H+ )が触媒になってMTMOSの加水分解と脱水
縮合との反応が起きて金属酸化膜208が形成されるの
である。金属酸化膜208は触媒である酸(H+ )及び
水の存在するところに成長する。
Next, as shown in FIG. 2C, with the semiconductor substrate 200 held in air at a relative humidity of 95% at a temperature of 30 ° C., methyltrimethoxysilane (MTMOS) as a metal alkoxide is used. Is sprayed onto the surface of the resist film 201 for 20 minutes, so that the metal oxide film 20
8 are selectively formed. In this case, an acid (H + ) from sulfonic acid acts as a catalyst to cause a reaction between hydrolysis and dehydration condensation of MTMOS to form a metal oxide film 208. The metal oxide film 208 grows where an acid (H + ) as a catalyst and water are present.

【0110】第3の実施形態によると、レジスト膜20
1の露光部201aにおいては、スルホン酸はベンジル
アミンの発生により中和されて触媒としての働きが失わ
れると共に、水が吸収され難いため、金属酸化膜は形成
されない。一方、レジスト膜201の未露光部201b
においては、触媒のH+ が存在すると共に十分な量の水
が吸収されているために、金属酸化膜208が形成され
る。
According to the third embodiment, the resist film 20
In the first exposed portion 201a, the sulfonic acid is neutralized by the generation of benzylamine and loses its function as a catalyst, and water is hardly absorbed, so that no metal oxide film is formed. On the other hand, the unexposed portion 201b of the resist film 201
In the above, the metal oxide film 208 is formed because H + of the catalyst is present and a sufficient amount of water is absorbed.

【0111】次に、図2(d)に示すように、金属酸化
膜208をマスクにしてO2 プラズマ209を用いてR
IE(反応性イオンエッチング)を行なうことにより、
レジストパターン210を形成する。この場合のO2
ラズマのRIEの条件は、例えば、平行平板型のRIE
装置を使用し、パワー:900W、圧力:0.7Pa、
流量:40SCCMである。
[0111] Next, as shown in FIG. 2 (d), with O 2 plasma 209 and the metal oxide film 208 as a mask R
By performing IE (Reactive Ion Etching)
A resist pattern 210 is formed. In this case, the O 2 plasma RIE condition is, for example, a parallel plate type RIE.
Using the device, power: 900W, pressure: 0.7Pa,
Flow rate: 40 SCCM.

【0112】第3の実施形態によると、未露光部201
bにのみ選択的に金属酸化膜208を形成し、該金属酸
化膜208を用いてエッチングするので、未露光部20
1bに垂直な断面形状を持つ0.15μmのポジ型のレ
ジストパターン210を形成することができる。
According to the third embodiment, the unexposed portion 201
Since the metal oxide film 208 is selectively formed only on the portion b, and etching is performed using the metal oxide film 208, the unexposed portion 20
A 0.15 μm positive resist pattern 210 having a cross section perpendicular to 1b can be formed.

【0113】また、図2(b)に示す工程において、レ
ジスト膜201に水蒸気205を供給するため、レジス
ト膜201の未露光部201bにおける表面から深い部
位まで水が拡散しているため、金属酸化膜208の成長
がレジスト膜201の内部に進行するので、膜厚の大き
い金属酸化膜208を形成することができる。
Further, in the step shown in FIG. 2B, since water vapor 205 is supplied to the resist film 201, since water is diffused from the surface of the unexposed portion 201b of the resist film 201 to a deep portion, metal oxide is formed. Since the growth of the film 208 proceeds inside the resist film 201, the metal oxide film 208 having a large thickness can be formed.

【0114】さらに、図2(c)に示す工程において、
レジスト膜201に対して、相対湿度95%の空気中に
おいてMTMOSを供給するため、レジスト膜201に
吸収された水の蒸発が防止されると共に金属酸化膜20
8の形成に必要な水分が補給され、水の平衡状態が維持
されるので、O2 プラズマのRIEに耐える十分な膜厚
を有する金属酸化膜208を形成することができる。
Further, in the step shown in FIG.
Since MTMOS is supplied to the resist film 201 in air at a relative humidity of 95%, evaporation of water absorbed by the resist film 201 is prevented and the metal oxide film 20 is prevented from being evaporated.
Since the water necessary for forming the layer 8 is supplied and the equilibrium state of the water is maintained, the metal oxide film 208 having a sufficient thickness to withstand RIE of O 2 plasma can be formed.

【0115】以上説明したように、第3の実施形態によ
ると、レジスト膜201に対してパターン露光して露光
部201aにおいて塩基を発生させた後、加熱により共
重合体から酸を発生させて露光部201aの塩基性を中
和する一方、未露光部201bにのみ選択的に金属酸化
膜208を形成し、その後、金属酸化膜208をマスク
としてレジスト膜201に対してエッチングを行なうた
め、形状が良好で且つ微細なポジ型のレジストパターン
210を形成することができる。
As described above, according to the third embodiment, after the resist film 201 is subjected to pattern exposure to generate a base in the exposed portion 201a, an acid is generated from the copolymer by heating to expose the base. While neutralizing the basicity of the portion 201a, the metal oxide film 208 is selectively formed only on the unexposed portion 201b, and then the resist film 201 is etched using the metal oxide film 208 as a mask. An excellent and fine positive resist pattern 210 can be formed.

【0116】また、金属酸化膜208の成長前に未露光
部201bに水を強制的に吸収させるため、O2 プラズ
マのRIEによるドライ現像において必要である十分な
膜厚の金属酸化膜208を形成することができる。
Since the unexposed portion 201b is forcibly absorbing water before the growth of the metal oxide film 208, the metal oxide film 208 having a sufficient film thickness necessary for dry development by O 2 plasma RIE is formed. can do.

【0117】金属アルコシキドとしては、MTMOSを
用いたが、これに代えて、CH3 Si(OC253
(メチルトリエトキシシラン)、Si(OCH34
(テトラメトキシシラン)、Si(OC254 (テ
トラエトキシシラン)、Ti(OC254 、Ge
(OC254 、Al(OC253 又はZr(O
253 等の他の金属アルコシキドを気相又は液相
で供給してもよい。
As the metal alkoxide, MTMOS was used. Instead, CH 3 Si (OC 2 H 5 ) 3 was used.
(Methyltriethoxysilane), Si (OCH 3 ) 4
(Tetramethoxysilane), Si (OC 2 H 5 ) 4 (tetraethoxysilane), Ti (OC 2 H 5 ) 4 , Ge
(OC 2 H 5 ) 4 , Al (OC 2 H 5 ) 3 or Zr (O
Other metal alkoxides such as C 2 H 5 ) 3 may be supplied in the gas or liquid phase.

【0118】また、ドライ現像の方法としては、O2
ラズマによるRIEを用いたが、これに代えて、O2
ラズマによるECR(電子サイクロトロン共鳴エッチン
グ)等を用いてもよい。また、エッチングガス種として
は、O2 ガスにSO2 ガス等を添加してもよい。
As the dry development method, RIE using O 2 plasma is used, but ECR (Electron Cyclotron Resonance Etching) using O 2 plasma may be used instead. Further, as an etching gas type, SO 2 gas or the like may be added to O 2 gas.

【0119】また、露光光源としては、ArFエキシマ
レーザを用いたが、これに代えて、i線、KrFエキシ
マレーザ、VUV、EUV、EB又はX線等を用いても
よい。
Although an ArF excimer laser is used as an exposure light source, an i-line, a KrF excimer laser, VUV, EUV, EB or X-ray may be used instead.

【0120】さらに、レジスト膜201の未露光部20
1bの表面に水を拡散する工程においては、半導体基板
200を水蒸気中に保持したが、これに代えて、半導体
基板200の上のレジスト膜201に液体の水を供給し
てもよい。もっとも、液相状態の水を供給する場合より
も気相状態の水を供給する方が、水の拡散が速やかに進
み、金属酸化膜208の深さが大きくなるので好まし
い。
Further, the unexposed portion 20 of the resist film 201
In the step of diffusing water to the surface of 1b, the semiconductor substrate 200 is held in water vapor. Alternatively, liquid water may be supplied to the resist film 201 on the semiconductor substrate 200. However, it is preferable to supply gas-phase water rather than liquid-phase water, because the diffusion of water proceeds quickly and the depth of the metal oxide film 208 increases.

【0121】(第4の実施形態)図3(a)〜(c)及
び図4(a)、(b)は、本発明の第3の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
(Fourth Embodiment) FIGS. 3A to 3C and FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing steps of a pattern forming method according to a third embodiment of the present invention. FIG.

【0122】レジスト材料としては、[化20]で示さ
れる共重合体(第2のエネルギービーム(i線)の照射
により酸を発生させる基を含む重合体)と、[化21]
で示される化合物(第1のエネルギービーム(ArFエ
キシマレーザ)の照射により塩基を発生させる化合物)
をダイグライムに溶解したものと混合物を用いる。
Examples of the resist material include a copolymer represented by the following chemical formula (a polymer containing a group that generates an acid by irradiation with a second energy beam (i-line));
(A compound that generates a base by irradiation with a first energy beam (ArF excimer laser))
Is dissolved in diglyme and a mixture is used.

【0123】[0123]

【化20】 Embedded image

【0124】[0124]

【化21】 Embedded image

【0125】まず、図3(a)に示すように、シリコン
よりなる半導体基板300の上に、前記レジスト材料を
スピンコートし、90℃の温度下において90秒間加熱
して、膜厚1μmのレジスト膜301を形成する。この
とき、膜剥がれ等は生じず、密着性の良好なレジスト膜
301が得られた。
First, as shown in FIG. 3A, the resist material is spin-coated on a semiconductor substrate 300 made of silicon, and heated at a temperature of 90 ° C. for 90 seconds to form a resist having a thickness of 1 μm. A film 301 is formed. At this time, no peeling of the film occurred, and a resist film 301 having good adhesion was obtained.

【0126】次に、レジスト膜301に対してマスク3
03を用いて第1のエネルギービームとしてのArFエ
キシマレーザ304を照射することにより、レジスト膜
301にマスク303のパターンを転写する。このよう
にすると、レジスト膜301の露光部301aの表面に
おいて、[化22]の化学反応式に示すように、οター
シャリーブチルアセチル−アセトフェノン−オキシムが
分解してアミンが発生する。
Next, mask 3 is applied to resist film 301.
The pattern of the mask 303 is transferred to the resist film 301 by irradiating an ArF excimer laser 304 as a first energy beam using the light-emitting element 03. As a result, o-tert-butylacetyl-acetophenone-oxime is decomposed on the surface of the exposed portion 301a of the resist film 301 as shown in the chemical reaction formula [Chem. 22] to generate amine.

【0127】[0127]

【化22】 Embedded image

【0128】次に、図3(b)に示すように、第2のエ
ネルギービームとしてi線305を用いてレジスト膜3
01の表面部を全面露光する。このようにすると、Ar
Fエキシマレーザ304によりパターン露光された露光
部301aにおいては、[化12]の化学反応式に示す
ように、i線305による全面露光により酸性のスルホ
ン酸が発生するので中和する。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist film 3 is formed by using an i-ray 305 as a second energy beam.
01 is entirely exposed. By doing so, Ar
In the exposed portion 301a that has been pattern-exposed by the F excimer laser 304, as shown in the chemical reaction formula [Chem. 12], the entire surface is exposed to the i-ray 305, so that acidic sulfonic acid is generated.

【0129】[0129]

【化23】 Embedded image

【0130】一方、ArFエキシマレーザ304による
パターン露光が行なわれなかった未露光部301bにお
いては、[化23]の化学反応式に示すように、i線3
05による全面露光によりスルホン酸が発生するので酸
性を示す。このとき、未露光部301bは酸性の強い極
性を示すため、中和された露光部301aに比べて水が
吸着し易い状態にある。
On the other hand, in the unexposed portion 301b where the pattern exposure by the ArF excimer laser 304 was not performed, as shown in the chemical reaction formula [Chemical Formula 23], the i-line 3
Since the sulfonic acid is generated by the whole surface exposure by the method of No. 05, it shows acidity. At this time, since the unexposed portion 301b has a strong acidic polarity, water is more likely to be adsorbed than the neutralized exposed portion 301a.

【0131】次に、図3(c)に示すように、半導体基
板300を30℃の温度下における相対湿度95%の空
気中に30分間保持することにより、レジスト膜301
の表面に水蒸気307を供給する。このようにすると、
水が吸着し易くなった未露光部301bの表面に水蒸気
307が吸着し、未露光部301bにおける表面から深
い部位例えば100nmの部位まで水が拡散する。露光
部301aは中和されているため水は吸着され難く、未
露光部301bに選択的に水の吸着層308が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 3C, the resist film 301 is held by keeping the semiconductor substrate 300 in air at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 95% for 30 minutes.
Water vapor 307 is supplied to the surface of. This way,
Water vapor 307 is adsorbed on the surface of the unexposed portion 301b where water is easily adsorbed, and water is diffused from the surface of the unexposed portion 301b to a deep portion, for example, a portion of 100 nm. Since the exposed portion 301a is neutralized, water is hardly adsorbed, and a water adsorption layer 308 is selectively formed on the unexposed portion 301b.

【0132】次に、図4(a)に示すように、半導体基
板300を30℃の温度下における相対湿度95%の空
気中に保持した状態で、金属アルコキシドとしてのMT
EOSの蒸気309をレジスト膜301の表面に30分
間吹き付けると、レジスト膜301の未露光部301b
の表面に金属酸化膜310が選択的に形成される。この
場合、スルホン酸からの酸(H+ )が触媒になってMT
EOSの加水分解と脱水縮合との反応が起きて金属酸化
膜310が形成される。金属酸化膜310は触媒である
酸(H+ )と水の存在するところに成長する。
Next, as shown in FIG. 4A, with the semiconductor substrate 300 held in air at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 95%, MT
When the EOS vapor 309 is sprayed on the surface of the resist film 301 for 30 minutes, the unexposed portion 301b of the resist film 301 is exposed.
Metal oxide film 310 is selectively formed on the surface of. In this case, the acid (H + ) from the sulfonic acid acts as a catalyst to produce MT
A reaction between hydrolysis and dehydration condensation of EOS occurs, and a metal oxide film 310 is formed. The metal oxide film 310 grows where an acid (H + ) as a catalyst and water are present.

【0133】第4の実施形態によると、レジスト膜30
1の露光部301aにおいては、アミンの働きはスルホ
ン酸の発生により中和されて触媒としての働きが失われ
ると共に水が吸収され難いため、金属酸化膜は形成され
ない。一方、レジスト膜301の未露光部301bにお
いては、触媒の酸が存在すると共に十分な量の水が吸収
されているために、金属酸化膜310が形成される。
According to the fourth embodiment, the resist film 30
In the first exposed portion 301a, the function of the amine is neutralized by the generation of sulfonic acid to lose the function as a catalyst, and it is difficult for water to be absorbed. Therefore, no metal oxide film is formed. On the other hand, in the unexposed portion 301b of the resist film 301, a metal oxide film 310 is formed because a catalyst acid is present and a sufficient amount of water is absorbed.

【0134】次に、図4(b)に示すように、金属酸化
膜310をマスクにしてO2 プラズマ311を用いてR
IEを行なうことにより、レジストパターン312を形
成する。この場合のO2 プラズマのRIEの条件は、例
えば平行平板型のRIE装置を使用し、パワー:900
W、圧力:0.7Pa、流量:40SCCMである。
[0134] Next, as shown in FIG. 4 (b), by using the O 2 plasma 311 and the metal oxide film 310 as a mask R
By performing IE, a resist pattern 312 is formed. In this case, the RIE conditions of the O 2 plasma are set, for example, by using a parallel plate type RIE apparatus with a power of 900.
W, pressure: 0.7 Pa, flow rate: 40 SCCM.

【0135】第4の実施形態によると、未露光部301
bにのみ選択的に金属酸化膜310を形成し、該金属酸
化膜310を用いてエッチングするので、未露光部30
1bに垂直な断面形状を持つ0.15μmのポジ型のレ
ジストパターン312を形成することができる。
According to the fourth embodiment, the unexposed portion 301
b, a metal oxide film 310 is selectively formed only on the unexposed portion 30 because the metal oxide film 310 is etched using the metal oxide film 310.
A 0.15 μm positive resist pattern 312 having a cross section perpendicular to 1b can be formed.

【0136】また、図3(c)に示す工程において、レ
ジスト膜301に水蒸気307を供給しているため、レ
ジスト膜301の未露光部301bにおける表面から深
い部位まで水が拡散しているため、金属酸化膜310の
成長がレジスト膜301の内部に進行するので、膜厚の
大きい金属酸化膜310を形成することができる。特
に、レジスト膜301の表面部分にのみ酸を発生させて
いるため、水の吸着層308の厚さを酸が発生している
深さに制限できるので、露光部301aの下側部分への
水の回り込みを防止することができる。
In the process shown in FIG. 3C, since water vapor 307 is supplied to the resist film 301, water is diffused from the surface of the unexposed portion 301b of the resist film 301 to a deep portion. Since the growth of the metal oxide film 310 proceeds inside the resist film 301, the metal oxide film 310 having a large thickness can be formed. In particular, since the acid is generated only on the surface portion of the resist film 301, the thickness of the water adsorption layer 308 can be limited to the depth at which the acid is generated. Can be prevented from wrapping around.

【0137】さらに、図4(a)に示す工程において、
レジスト膜301に対して、相対湿度95%の空気中に
おいてMTEOSを供給するため、レジスト膜301に
吸収された水の蒸発が防止されると共に金属酸化膜31
0の形成に必要な水分が補給され、水の平衡状態が維持
されるので、O2 プラズマのRIEに耐える十分な膜厚
を有する金属酸化膜310を形成することができる。
Further, in the step shown in FIG.
Since MTEOS is supplied to the resist film 301 in air at a relative humidity of 95%, evaporation of water absorbed by the resist film 301 is prevented and the metal oxide film 31 is removed.
Since the water necessary for forming 0 is supplied and the equilibrium state of water is maintained, the metal oxide film 310 having a sufficient thickness to withstand RIE of O 2 plasma can be formed.

【0138】以上説明したように、第4の実施形態によ
ると、第1のエネルギービームを用いてパターン露光を
行なって露光部301aに塩基を発生させた後、第2の
エネルギービームを用いて全面露光を行なって酸を発生
させることによって、パターン露光された露光部301
aを中性にする一方、未露光部301bを酸性にさせて
未露光部301bにのみ選択的に金属酸化膜310を形
成し、その後、金属酸化膜310を用いてレジスト膜3
01に対してエッチングを行なうため、形状が良好で且
つ微細なポジ型のレジストパターン312を形成するこ
とができる。また、金属酸化膜310の成長前に未露光
部301bに強制的に水を吸収させるため、O2 プラズ
マのRIEによるドライ現像において必要である十分な
膜厚の金属酸化膜310を形成することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, after pattern exposure is performed using the first energy beam to generate a base in the exposed portion 301a, the entire surface is formed using the second energy beam. Exposure is performed to generate an acid, so that the exposed portion 301 is pattern-exposed.
While neutralizing a, the unexposed portion 301b is made acidic to selectively form the metal oxide film 310 only on the unexposed portion 301b, and then the resist film 3 is formed using the metal oxide film 310.
Since the etching is performed on 01, a fine positive type resist pattern 312 having a good shape can be formed. In addition, since the unexposed portion 301b is forcibly absorbing water before the growth of the metal oxide film 310, the metal oxide film 310 having a sufficient film thickness required for dry development by RIE of O 2 plasma may be formed. it can.

【0139】尚、第4の実施形態においては、金属アル
コシキドとしては、MTEOSを用いたが、これに代え
て、CH3 Si(OCH33 (メチルトリメトキシシ
ラン)、Si(OCH34 (テトラメトキシシラ
ン)、Si(OC254 (テトラエトキシシラ
ン)、Ti(OC254 、Ge(OC254
Al(OC253 又はZr(OC253 等の他
の金属アルコシキドを気相又は液相で用いてもよい。
Incidentally, in the fourth embodiment, MTEOS was used as the metal alkoxide, but CH 3 Si (OCH 3 ) 3 (methyltrimethoxysilane), Si (OCH 3 ) 4 was used instead. (tetramethoxysilane), Si (OC 2 H 5 ) 4 ( tetraethoxysilane), Ti (OC 2 H 5 ) 4, Ge (OC 2 H 5) 4,
Other metal alkoxides such as Al (OC 2 H 5 ) 3 or Zr (OC 2 H 5 ) 3 may be used in the gas or liquid phase.

【0140】また、ドライ現像の方法としては、O2
ラズマによるRIEを用いたが、これに代えて、O2
ラズマによるECR(電子サイクロトロン共鳴エッチン
グ)等を用いてもよい。また、エッチングガス種として
は、O2 ガスにSO2 ガス等を添加してもよい。
As the method of dry development, RIE using O 2 plasma is used, but ECR (Electron Cyclotron Resonance Etching) using O 2 plasma may be used instead. Further, as an etching gas type, SO 2 gas or the like may be added to O 2 gas.

【0141】また、レジスト膜301の未露光部301
bの表面に水を拡散する工程においては、半導体基板3
00を水蒸気中に保持したが、これに代えて、半導体基
板300の上のレジスト膜301に液体の水を供給して
もよい。もっとも、液相状態の水を供給する場合よりも
気相状態の水を供給する方が、水の拡散が速やかに進
み、金属酸化膜310の深さが大きくなるので好まし
い。
The unexposed portion 301 of the resist film 301
b) in the step of diffusing water to the surface of the semiconductor substrate 3
Although 00 is held in water vapor, liquid water may be supplied to the resist film 301 on the semiconductor substrate 300 instead. However, it is preferable to supply gas-phase water rather than liquid-phase water, because the diffusion of water proceeds quickly and the depth of the metal oxide film 310 increases.

【0142】(第4の実施形態の変形例)第1のエネル
ギービーム(例えば、i線)により酸を発生させる基を
含む重合体([化20]で示される共重合体)と、第2
のエネルギービーム(例えば、ArFエキシマレーザ)
により塩基を発生させる化合物([化21]で示される
化合物)との混合物をレジスト材料として用いる。
(Modification of Fourth Embodiment) A polymer containing a group capable of generating an acid by a first energy beam (for example, i-ray) (a copolymer represented by Chemical Formula 20) and a second
Energy beam (eg, ArF excimer laser)
A mixture with a compound that generates a base (compound represented by Chemical Formula 21) is used as a resist material.

【0143】レジスト膜に対して第1のエネルギービー
ムにより全面露光して共重合体から酸を発生させた後、
第2のエネルギービームによりパターン露光してレジス
ト膜における第2のエネルギービームの露光部に塩基を
発生させる。このようにすると、レジスト膜における第
2のエネルギービームの露光部においては、共重合体か
ら発生した酸と化合物から発生した塩基とが中和する。
After the entire surface of the resist film is exposed to the first energy beam to generate an acid from the copolymer,
Pattern exposure is performed by the second energy beam to generate a base in the exposed portion of the resist film exposed to the second energy beam. By doing so, in the exposed portion of the resist film with the second energy beam, the acid generated from the copolymer and the base generated from the compound are neutralized.

【0144】一方、レジスト膜における第2のエネルギ
ービームの未露光部においては、共重合体から発生した
酸が残存するので、水蒸気を供給して水を吸収させた後
に、水蒸気とアルコキシシランとを供給すると、金属酸
化膜が形成される。
On the other hand, in the unexposed portion of the resist film where the second energy beam has not been exposed, the acid generated from the copolymer remains. After supplying water vapor to absorb the water, the water vapor and the alkoxysilane are separated. When supplied, a metal oxide film is formed.

【0145】次に、金属酸化膜を用いてレジスト膜に対
してエッチングを行なうことによりレジストパターンを
形成する。
Next, a resist pattern is formed by etching the resist film using the metal oxide film.

【0146】この第4の実施形態の変形例によっても、
第1〜第4の実施形態と同様に、形状が良好で且つ微細
なポジ型のレジストパターンを形成することができる。
According to the modification of the fourth embodiment,
As in the first to fourth embodiments, a fine positive resist pattern having a good shape can be formed.

【0147】尚、第1の実施形態、第2の実施形態、第
3の実施形態、第4の実施形態及びその変形例において
は、重合体として、[化9]、[化13]、[化1
7]、[化20]に示される共重合体を用いたが、これ
に代えて、例えば、[化24]〜[化30]に示される
ような、スルホン酸を発生させる基を含む共重合体を用
いてもよく、また、スルホン酸を発生させる基に代え
て、強酸の性質を持つ基を含む重合体を用いることもで
きる。
In the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment and the modifications thereof, as the polymer, [Chemical Formula 9], [Chemical Formula 13], [Chemical Formula 13] Chemical 1
7] and [Chemical Formula 20], but instead of this, for example, a copolymer containing a group that generates a sulfonic acid, such as those represented by Chemical Formulas 24 to 30 A combination may be used, and a polymer containing a group having a strong acid property may be used instead of the group that generates sulfonic acid.

【0148】[0148]

【化24】 Embedded image

【0149】[0149]

【化25】 Embedded image

【0150】[0150]

【化26】 Embedded image

【0151】[0151]

【化27】 Embedded image

【0152】[0152]

【化28】 Embedded image

【0153】[0153]

【化29】 Embedded image

【0154】[0154]

【化30】 Embedded image

【0155】尚、前記の共重合体中におけるスルホン酸
を発生させる基又は強酸の性質を持つ基の割合について
は、任意であるが、塩基による中和を容易にするため
に、50mol%以下であることが望ましい場合があ
る。
The proportion of the group generating sulfonic acid or the group having the property of a strong acid in the copolymer is not limited, but is preferably 50 mol% or less in order to facilitate neutralization with a base. Sometimes it is desirable.

【0156】また、第1の実施形態、第2の実施形態、
第3の実施形態、第4の実施形態及びその変形例におい
て、塩基を発生させる化合物としては、例えば、[化3
1]〜[化36]に示されるようなアミンを発生させる
基を含む化合物を用いてもよいし、アミンを発生させる
基に代えて塩基性の性質を持つ基を発生させる化合物を
用いることもできる。
In the first embodiment, the second embodiment,
In the third embodiment, the fourth embodiment and modifications thereof, the compound that generates a base includes, for example, [Chemical Formula 3]
Compounds containing a group that generates an amine as shown in [1] to [Formula 36] may be used, or a compound that generates a group having basic properties may be used instead of the group that generates an amine. it can.

【0157】[0157]

【化31】 Embedded image

【0158】[0158]

【化32】 Embedded image

【0159】[0159]

【化33】 Embedded image

【0160】[0160]

【化34】 Embedded image

【0161】[0161]

【化35】 Embedded image

【0162】[0162]

【化36】 Embedded image

【0163】また、第1の実施形態、第2の実施形態、
第3の実施形態、第4の実施形態及びその変形例におい
ては、スルホン酸発生基を含む重合体を用いたが、これ
に代えて、スルホン酸発生基に[化37]に示す基等が
重合してなる2元の重合体を用いてもよい。
Further, the first embodiment, the second embodiment,
In the third embodiment, the fourth embodiment and the modifications thereof, a polymer containing a sulfonic acid-generating group was used. However, instead of this, the group shown in [Formula 37] may be used as the sulfonic acid-generating group. A binary polymer obtained by polymerization may be used.

【0164】[0164]

【化37】 Embedded image

【0165】また、第4の実施形態において、第1のエ
ネルギービームによるパターン露光における露光光源と
しては、ArFエキシマレーザを用いたが、これに代え
て、i線、KrFエキシマレーザ、EB又はX線等を用
いてもよい。この場合には、[化21]で示される化合
物に代えて、これらのエネルギービームの照射によって
塩基を発生させる化合物を用いる必要がある。また、第
2のエネルギービームによる全面露光における露光光源
としては、i線を用いたが、他の光源を用いてもよい。
この場合にも、[化20]で示される重合体に代えて、
他の光源の照射によって酸を発生させる基を含む重合体
を用いる必要がある。
In the fourth embodiment, an ArF excimer laser is used as an exposure light source in pattern exposure using a first energy beam. Instead, an i-ray, a KrF excimer laser, an EB or an X-ray is used. Etc. may be used. In this case, it is necessary to use a compound that generates a base by irradiation with these energy beams, instead of the compound represented by Chemical Formula 21. Although the i-line is used as the exposure light source in the overall exposure using the second energy beam, another light source may be used.
Also in this case, instead of the polymer represented by [Chemical Formula 20],
It is necessary to use a polymer containing a group that generates an acid by irradiation with another light source.

【0166】ところで、第1〜第4の実施形態において
は、表面修飾膜である金属酸化膜の選択性が充分ではな
く、レジストパターンを形成した後の半導体基板上に金
属酸化膜からなる残渣が発生するという問題がある。
In the first to fourth embodiments, the selectivity of the metal oxide film as the surface modification film is not sufficient, and the residue formed of the metal oxide film remains on the semiconductor substrate after forming the resist pattern. There is a problem that occurs.

【0167】そこで、第1の実施形態において、レジス
ト膜の表面にエネルギービームをパターン露光したとき
に、ο−フェニルアセチル−アセトフェノン−オキシム
が分解してベンジルアミンが発生するメカニズムについ
て検討を行なった。ο−フェニルアセチル−アセトフェ
ノン−オキシムが分解してベンジルアミンが発生するメ
カニズムは[化38]に示す通りである。
Therefore, in the first embodiment, the mechanism by which o-phenylacetyl-acetophenone-oxime was decomposed to generate benzylamine when the surface of the resist film was subjected to pattern exposure with an energy beam was examined. The mechanism by which o-phenylacetyl-acetophenone-oxime is decomposed to generate benzylamine is as shown in [Formula 38].

【0168】[0168]

【化38】 Embedded image

【0169】まず、ο−フェニルアセチル−アセトフェ
ノン−オキシムは、光が照射されると、第1の反応つま
りラジカル分解が起きて、ラジカルa、CO2 、及びラ
ジカルbに分解する。その後、第2の反応が起きて、ラ
ジカルaとラジカルbとが結合した後、第3の反応つま
り大気中の水分による加水分解が起きて、ベンジルアミ
ンが生成されるのである。
First, when light is irradiated, o-phenylacetyl-acetophenone-oxime undergoes a first reaction, that is, radical decomposition, and is decomposed into radicals a, CO 2 , and radicals b. After that, a second reaction occurs, and the radical a and the radical b are combined, and then the third reaction, that is, hydrolysis by moisture in the air occurs, and benzylamine is generated.

【0170】ところで、本件発明者は、レジスト膜の未
露光部における塩基(OH- )の発生量を増加させて残
渣を低減するべく、ArFエキシマレーザ光の露光量を
増加させて実験を繰り返してみたが、やはり、半導体基
板の上に残渣が形成された。
By the way, the present inventor repeated experiments by increasing the amount of exposure to ArF excimer laser light in order to increase the amount of base (OH ) generated in the unexposed portions of the resist film and reduce residues. As a result, a residue was formed on the semiconductor substrate.

【0171】また、[化38]に示す化学反応を種々の
環境下で行なってみたところ、化学反応が行なわれる環
境によってベンジルアミンの生成量が異なること、及び
[化38]の反応式における第2の反応が大気中に存在
する炭素等の不純物の影響により阻害されることを見出
した。すなわち、[化38]に示す化学反応式における
第3の反応つまり大気中の水分による加水分解は必要で
あるが、この際、大気中に存在する炭素等の不純物によ
って第2の反応が阻害されるのである。
Further, when the chemical reaction shown in [Chemical Formula 38] was carried out in various environments, it was found that the amount of benzylamine produced differs depending on the environment in which the chemical reaction is carried out. The reaction No. 2 was found to be inhibited by the influence of impurities such as carbon present in the atmosphere. That is, the third reaction in the chemical reaction formula shown in [Chemical Formula 38], that is, hydrolysis by atmospheric moisture is necessary, but at this time, the second reaction is inhibited by impurities such as carbon present in the atmosphere. Because

【0172】以下、レジストパターンを形成した後の半
導体基板上に発生する金属酸化膜の残渣を低減すること
ができる方法について説明する。
A method for reducing the residue of the metal oxide film generated on the semiconductor substrate after forming the resist pattern will be described below.

【0173】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態に係るパターン形成方法について、図5(a)
〜(c)及び図6(a)〜(c)を参照しながら説明す
る。
(Fifth Embodiment) Hereinafter, a pattern forming method according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
6 (a) to 6 (c) and FIGS. 6 (a) to 6 (c).

【0174】まず、図5(a)に示すように、半導体基
板400の上に、以下に示す組成を有するレジスト材料
を塗布して、膜厚が0.5μmのレジスト膜401を形
成した。
First, as shown in FIG. 5A, a resist material having the following composition was applied on a semiconductor substrate 400 to form a resist film 401 having a thickness of 0.5 μm.

【0175】 重合体……ポリ(プロピリデンイミノスチレンスルフォン酸(14mol%) −co−メチルメタクリル酸(86mol%)) 10g 塩基発生化合物……ο−フェニルアセチルアセトフェノンオキシム 2.3g 溶媒………ジグライム 40g 次に、レジスト膜401に対して90℃の温度下におい
て、60秒間のホットプレートによる加熱402を行な
って、図5(b)に示すように、レジスト膜401の全
面に亘って酸(H+ )を発生させる。
Polymer: poly (propylidene iminostyrene sulfonic acid (14 mol%)-co-methyl methacrylic acid (86 mol%)) 10 g Base generating compound: o-phenylacetylacetophenone oxime 2.3 g Solvent: diglyme 40 g Next, the resist film 401 is heated 402 by a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 60 seconds, and acid (H) is applied over the entire surface of the resist film 401 as shown in FIG. + ).

【0176】次に、図5(c)に示すように、所望のパ
ターン形状を有するマスク403を用いて、ArFエキ
シマレーザ光404(NA:0.55)により、露光エ
ネルギー250mJ/cm2 の露光を行なう。尚、図5
(c)において、401aは露光部を示し、401bは
未露光部を示す。
Next, as shown in FIG. 5C, using a mask 403 having a desired pattern shape, an ArF excimer laser beam 404 (NA: 0.55) is used to perform exposure at an exposure energy of 250 mJ / cm 2 . Perform FIG.
In (c), 401a indicates an exposed portion, and 401b indicates an unexposed portion.

【0177】次に、図6(a)に示すように、N2 ガス
405の雰囲気下において、レジスト膜401の全面に
亘って水蒸気406を供給する水蒸気処理を行なう。こ
のようにすると、大気中の不純物により反応が阻害され
ないため、レジスト膜401の露光部401aにおい
て、塩基発生化合物であるο−フェニルアセチルアセト
フェノンオキシムからベンジルアミンよりなる塩基(O
- )が十分に生成され、十分に生成された塩基(OH
- )によりレジスト膜401中の酸(H+ )をほぼ完全
に中和される。
Next, as shown in FIG. 6A, a steam process for supplying steam 406 over the entire surface of the resist film 401 is performed in an atmosphere of N 2 gas 405. In this case, the reaction is not hindered by impurities in the atmosphere, and therefore, in the exposed portion 401a of the resist film 401, a base (O) composed of benzylamine from o-phenylacetylacetophenone oxime, which is a base generating compound,
H ) is sufficiently formed, and the fully formed base (OH
- ) Neutralizes the acid (H + ) in the resist film 401 almost completely.

【0178】次に、図6(b)に示すように、レジスト
膜401の全面に亘って、水蒸気406を供給する水蒸
気処理及びメチルトリメトキシシラン407を供給する
CVD処理を行なう。このようにすると、レジスト膜4
01の未露光部401bにおいてのみ金属酸化膜として
のポリシロキサン膜408が形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, a steam process for supplying steam 406 and a CVD process for supplying methyltrimethoxysilane 407 are performed over the entire surface of the resist film 401. By doing so, the resist film 4
The polysiloxane film 408 as a metal oxide film is formed only in the unexposed portion 401b of No. 01.

【0179】次に、図6(c)に示すように、レジスト
膜401に対してポリシロキサン膜408をマスクにし
てO2 ガス409によるドライエッチングを行なうこと
により現像してレジストパターン410を形成する。こ
のようにすると、レジスト膜401の露光部401aに
おいては残渣が形成されない。
Next, as shown in FIG. 6C, the resist film 401 is developed by performing dry etching with an O 2 gas 409 using the polysiloxane film 408 as a mask to form a resist pattern 410. . By doing so, no residue is formed in the exposed portion 401a of the resist film 401.

【0180】第5の実施形態によると、N2 ガス405
の雰囲気下において、レジスト膜401の全面に亘って
水蒸気406を供給する水蒸気処理を行なうため、[化
38]に示す化学反応式における第2の反応が阻害され
ないと共に[化38]に示す化学反応式における第3の
反応が促進されるので、塩基発生化合物からの塩基の発
生効率が向上する。
According to the fifth embodiment, N 2 gas 405
In the above atmosphere, the steam treatment for supplying the steam 406 over the entire surface of the resist film 401 is performed, so that the second reaction in the chemical reaction formula shown in [Chem. Since the third reaction in the formula is promoted, the generation efficiency of the base from the base generating compound is improved.

【0181】(第6の実施形態)以下、本発明の第6の
実施形態に係るパターン形成方法について、図5(a)
〜(c)、図6(b)、(c)及び図7(a)、(b)
を参照しながら説明する。
(Sixth Embodiment) Hereinafter, a pattern forming method according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
6C, FIGS. 6B and 6C, and FIGS. 7A and 7B.
This will be described with reference to FIG.

【0182】まず、図5(a)に示すように、半導体基
板400の上に第4の実施形態と同様の組成を有するレ
ジスト材料を塗布してレジスト膜401を形成した後、
該レジスト膜401に対して90℃の温度下において、
60秒間のホットプレートによる加熱402を行なっ
て、図5(b)に示すように、レジスト膜401の全面
に亘って酸(H+ )を発生させ、その後、図5(c)に
示すように、所望のパターン形状を有するマスク403
を用いて、ArFエキシマレーザ光404により露光を
行なう。
First, as shown in FIG. 5A, a resist material having the same composition as in the fourth embodiment is applied on a semiconductor substrate 400 to form a resist film 401.
At a temperature of 90 ° C. with respect to the resist film 401,
By performing heating 402 using a hot plate for 60 seconds, acid (H + ) is generated over the entire surface of the resist film 401 as shown in FIG. 5B, and thereafter, as shown in FIG. 5C. Mask 403 having a desired pattern shape
Exposure is performed using ArF excimer laser light 404 by using.

【0183】次に、図7(a)に示すように、レジスト
膜401の全面に亘って気相又は液相で水分420を供
給する。このようにすると、塩基発生化合物であるο−
フェニルアセチルアセトフェノンオキシムは多量の水分
を吸収するため、レジスト膜401の露光部401aに
おいて、ο−フェニルアセチルアセトフェノンオキシム
からベンジルアミンよりなる塩基(OH- )が十分に生
成され、十分に生成された塩基(OH- )によりレジス
ト膜401中の酸(H+ )をほぼ完全に中和される。
Next, as shown in FIG. 7A, moisture 420 is supplied in a gas phase or a liquid phase over the entire surface of the resist film 401. By doing so, the base generating compound ο-
Since phenylacetylacetophenone oxime absorbs a large amount of water, the base (OH ) composed of benzylamine is sufficiently generated from o-phenylacetylacetophenone oxime in the exposed portion 401 a of the resist film 401, and the sufficiently generated base is formed. The acid (H + ) in the resist film 401 is almost completely neutralized by (OH ).

【0184】次に、図7(b)に示すように、レジスト
膜401の全面に亘って水蒸気406を供給する水蒸気
処理を行なった後、図6(b)に示すように、レジスト
膜401の全面に亘って、水蒸気406を供給する水蒸
気処理及びメチルトリメトキシシラン407を供給する
CVD処理を行なう。このようにすると、レジスト膜4
01の未露光部401bにおいてのみ金属酸化膜として
のポリシロキサン膜408が形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, after performing a steam process for supplying steam 406 over the entire surface of the resist film 401, as shown in FIG. A steam process for supplying steam 406 and a CVD process for supplying methyltrimethoxysilane 407 are performed over the entire surface. By doing so, the resist film 4
The polysiloxane film 408 as a metal oxide film is formed only in the unexposed portion 401b of No. 01.

【0185】次に、図6(c)に示すように、レジスト
膜401に対してポリシロキサン膜408をマスクにし
てO2 ガス409によるドライエッチングを行なうこと
により現像してレジストパターン410を形成する。こ
のようにすると、レジスト膜401の露光部401aに
おいては残渣が形成されない。
Next, as shown in FIG. 6C, the resist film 401 is developed by performing dry etching with an O 2 gas 409 using the polysiloxane film 408 as a mask to form a resist pattern 410. . By doing so, no residue is formed in the exposed portion 401a of the resist film 401.

【0186】第6の実施形態によると、パターン露光さ
れたレジスト膜401に気相又は液相で水分420を供
給するため、[化38]に示す化学反応式における第3
の反応が促進されるので、塩基発生化合物からの塩基の
発生効率が向上する。
According to the sixth embodiment, since the water 420 is supplied to the pattern-exposed resist film 401 in a gas phase or a liquid phase, the third reaction in the chemical reaction formula shown in [Chem.
Is promoted, so that the efficiency of generating a base from the base generating compound is improved.

【0187】(第7の実施形態)以下、本発明の第7の
実施形態に係るパターン形成方法について、図5(a)
〜(c)、図6(b)、(c)及び図8(a)、(b)
を参照しながら説明する。
(Seventh Embodiment) Hereinafter, a pattern forming method according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
6C, FIGS. 6B and 6C, and FIGS. 8A and 8B.
This will be described with reference to FIG.

【0188】まず、図5(a)に示すように、半導体基
板400の上に第4の実施形態と同様の組成を有するレ
ジスト材料を塗布してレジスト膜401を形成した後、
該レジスト膜401に対して90℃の温度下において、
60秒間のホットプレートによる加熱402を行なっ
て、図5(b)に示すように、レジスト膜401の全面
に亘って酸(H+ )を発生させ、その後、図5(c)に
示すように、所望のパターン形状を有するマスク403
を用いて、ArFエキシマレーザ光404により露光を
行なう。
First, as shown in FIG. 5A, a resist material having the same composition as that of the fourth embodiment is applied on a semiconductor substrate 400 to form a resist film 401.
At a temperature of 90 ° C. with respect to the resist film 401,
By performing heating 402 using a hot plate for 60 seconds, acid (H + ) is generated over the entire surface of the resist film 401 as shown in FIG. 5B, and thereafter, as shown in FIG. 5C. Mask 403 having a desired pattern shape
Exposure is performed using ArF excimer laser light 404 by using.

【0189】次に、図8(a)に示すように、レジスト
膜401をN2 ガス430の雰囲気下で保持する。この
ようにすると、大気中の不純物により反応が阻害されな
いため、レジスト膜401の露光部401aにおいて、
塩基発生化合物であるο−フェニルアセチルアセトフェ
ノンオキシムからベンジルアミンよりなる塩基(O
- )が十分に生成され、十分に生成された塩基(OH
- )によりレジスト膜401中の酸(H+ )をほぼ完全
に中和される。
Next, as shown in FIG. 8A, the resist film 401 is kept under an atmosphere of N 2 gas 430. In this case, since the reaction is not hindered by impurities in the atmosphere, the exposed portion 401a of the resist film 401
A base consisting of benzylamine from o-phenylacetylacetophenone oxime, which is a base generating compound (O
H ) is sufficiently formed, and the fully formed base (OH
- ) Neutralizes the acid (H + ) in the resist film 401 almost completely.

【0190】次に、図8(b)に示すように、レジスト
膜401の全面に亘って水蒸気406を供給する水蒸気
処理を行なった後、図6(b)に示すように、レジスト
膜401の全面に亘って、水蒸気406を供給する水蒸
気処理及びメチルトリメトキシシラン407を供給する
CVD処理を行なう。このようにすると、レジスト膜4
01の未露光部401bにおいてのみ金属酸化膜として
のポリシロキサン膜408が形成される。
Next, as shown in FIG. 8B, after performing a steam process for supplying steam 406 over the entire surface of the resist film 401, as shown in FIG. A steam process for supplying steam 406 and a CVD process for supplying methyltrimethoxysilane 407 are performed over the entire surface. By doing so, the resist film 4
The polysiloxane film 408 as a metal oxide film is formed only in the unexposed portion 401b of No. 01.

【0191】次に、図6(c)に示すように、レジスト
膜401に対してポリシロキサン膜408をマスクにし
てO2 ガス409によるドライエッチングを行なうこと
により現像してレジストパターン410を形成する。こ
のようにすると、レジスト膜401の露光部401aに
おいては残渣が形成されない。
Next, as shown in FIG. 6C, the resist film 401 is developed by performing dry etching with an O 2 gas 409 using the polysiloxane film 408 as a mask to form a resist pattern 410. . By doing so, no residue is formed in the exposed portion 401a of the resist film 401.

【0192】第7の実施形態によると、パターン露光さ
れたレジスト膜401をN2 ガス430の雰囲気下で保
持するため、[化38]に示す化学反応式における第2
の反応が阻害されないので、塩基発生化合物からの塩基
の発生効率が向上する。
According to the seventh embodiment, since the resist film 401 subjected to the pattern exposure is kept under an atmosphere of N 2 gas 430, the second resist in the chemical reaction formula shown in [Chemical Formula 38] is used.
Is not inhibited, so that the efficiency of base generation from the base generating compound is improved.

【0193】尚、第5及び第7の実施形態においては、
不活性ガスとしてN2 ガス405、430を用いたが、
これに代えて、Arガス等の他の不活性ガスを用いても
よい。
Incidentally, in the fifth and seventh embodiments,
Although N 2 gases 405 and 430 were used as the inert gas,
Instead, another inert gas such as Ar gas may be used.

【0194】また、第5〜第7の実施形態においては、
アルコキシシランとしてメチルトリメトキシシラン40
7を供給したが、これに代えて、メチルトリエトキシシ
ラン、エチルトリエトキシシラン又はエチルトリメトキ
シシランを用いてもよい。また、本発明はこれらに限定
されない。
In the fifth to seventh embodiments,
Methyltrimethoxysilane 40 as alkoxysilane
Although 7 was supplied, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane or ethyltrimethoxysilane may be used instead. Further, the present invention is not limited to these.

【0195】また、第5〜第7の実施形態においては、
2 ガスによるドライエッチングを行なったが、エッチ
ングガス種としては、O2 ガスにSO2 ガス等を添加し
てもよい。
Also, in the fifth to seventh embodiments,
O 2 was dry-etched by gas as an etching gas species, the O 2 gas may be added to SO 2 gas or the like.

【0196】さらに、第5〜第7の実施形態において
は、露光をArFエキシマレーザ光としたが、本発明は
これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば
2 光等のVUV光、13nm光等のEUV光、電子線
又はX線等を用いてもよい。
[0196] Further, in the fifth to seventh embodiments, an exposure was ArF excimer laser beam, the present invention is not limited thereto. Alternatively, for example, F 2 such as light VUV Light, EUV light such as 13 nm light, electron beam, X-ray, or the like may be used.

【0197】[0197]

【発明の効果】第1のパターン形成材料によると、レジ
スト膜の露光部においては、重合体から発生した酸と化
合物から発生した塩基とが中和する一方、レジスト膜の
未露光部においては酸が残存するため、つまりレジスト
膜の未露光部においてのみ選択的に酸を残存させること
ができるため、ポジ型の表面修飾プロセスを実現するこ
とができる。
According to the first pattern forming material, the acid generated from the polymer and the base generated from the compound are neutralized in the exposed portion of the resist film, while the acid generated in the unexposed portion of the resist film is neutralized. Remains, that is, the acid can be selectively left only in the unexposed portions of the resist film, so that a positive surface modification process can be realized.

【0198】第2のパターン形成材料によると、レジス
ト膜における第2のエネルギービームの露光部において
は、重合体から発生した酸と化合物から発生した塩基と
が中和する一方、レジスト膜における第2のエネルギー
ビームの未露光部においては酸が残存するため、つまり
レジスト膜における第2のエネルギービームの未露光部
においてのみ選択的に酸を残存させることができるた
め、ポジ型の表面修飾プロセスを実現することができ
る。
According to the second pattern forming material, in the portion of the resist film exposed to the second energy beam, the acid generated from the polymer and the base generated from the compound are neutralized, while the second energy beam in the resist film is neutralized. Since the acid remains in the unexposed part of the energy beam, that is, the acid can be selectively left only in the unexposed part of the second energy beam in the resist film, realizing a positive surface modification process. can do.

【0199】また、第1又は第2のパターン形成材料
は、酸を発生させる基を含む重合体と塩基を発生させる
化合物との混合物であるため、重合体と化合物との混合
割合のフレキシビリティがある。
Further, since the first or second pattern forming material is a mixture of a polymer containing a group that generates an acid and a compound that generates a base, the flexibility of the mixing ratio between the polymer and the compound is reduced. is there.

【0200】第1又は第2のパターン形成材料におい
て、重合体が一般式[化1]により表される化合物に他
の基が重合してなる2元以上の重合体であるか、又は、
第1のパターン形成材料において、重合体が一般式[化
2]により表される化合物に他の基が重合してなる2元
以上の重合体であると、レジスト膜の未露光部において
金属酸化膜を形成する際に、重合体から発生するスルホ
ン酸が強い触媒作用を発揮するため、コントラストの高
いポジ型の表面修飾プロセスを実現することができる。
In the first or second pattern-forming material, the polymer is a binary polymer or more obtained by polymerizing a compound represented by the general formula [1] with another group, or
In the first pattern forming material, when the polymer is a binary polymer or more obtained by polymerizing another group to a compound represented by the general formula [Chemical Formula 2], metal oxidation occurs in an unexposed portion of the resist film. When forming a film, the sulfonic acid generated from the polymer exerts a strong catalytic action, so that a positive type surface modification process with high contrast can be realized.

【0201】また、第1又は第2のパターン形成材料に
おいて、化合物がアシルオキシム、ベンジルオキシカル
ボニル化合物又はホルムアミドであると、レジスト膜の
露光部においてアミンが発生し、アミンが酸を強力に中
和するため、コントラストの高いポジ型の表面修飾プロ
セスを実現することができる。
In the first or second pattern forming material, when the compound is an acyl oxime, a benzyloxy carbonyl compound or formamide, an amine is generated in the exposed portion of the resist film, and the amine strongly neutralizes the acid. Therefore, a positive type surface modification process with high contrast can be realized.

【0202】第1のパターン形成方法によると、レジス
ト膜がエネルギービームによりパターン露光されると、
レジスト膜の露光部においては、重合体から発生した酸
と化合物から発生した塩基とが中和する一方、レジスト
膜の未露光部においては酸が残存するため、レジスト膜
に金属アルコキシドを供給すると、レジスト膜の露光部
においては、中和されているため金属酸化膜が形成され
ない一方、レジスト膜の未露光部においては、酸の触媒
作用により金属酸化膜が形成されるので、ドライエッチ
ングを行なうことにより、ポジ型のパターン形状を有す
る良好で微細なレジストパターンを形成することができ
る。
According to the first pattern forming method, when the resist film is pattern-exposed by an energy beam,
In the exposed part of the resist film, while the acid generated from the polymer and the base generated from the compound are neutralized, while the acid remains in the unexposed part of the resist film, when the metal alkoxide is supplied to the resist film, In the exposed portion of the resist film, the metal oxide film is not formed because it is neutralized. On the other hand, in the unexposed portion of the resist film, the metal oxide film is formed by the catalytic action of the acid. Thereby, a good and fine resist pattern having a positive pattern shape can be formed.

【0203】第2のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が加熱されると、レジスト膜の露光部においては、
重合体から発生した酸と化合物から発生した塩基とが中
和する一方、レジスト膜の未露光部においては酸が残存
するため、レジスト膜に金属アルコキシドを供給する
と、レジスト膜の露光部においては、中和されているた
め金属酸化膜が形成されない一方、レジスト膜の未露光
部においては、酸の触媒作用により金属酸化膜が形成さ
れるので、ドライエッチングを行なうことにより、ポジ
型のパターン形状を有する良好で微細なレジストパター
ンを形成することができる。
According to the second pattern forming method, when the resist film is heated, the exposed portion of the resist film
While the acid generated from the polymer and the base generated from the compound neutralize, while the acid remains in the unexposed portion of the resist film, when a metal alkoxide is supplied to the resist film, in the exposed portion of the resist film, Since the metal oxide film is not formed due to the neutralization, the metal oxide film is formed by the catalytic action of the acid in the unexposed portion of the resist film. A good and fine resist pattern can be formed.

【0204】第1又は第2のパターン形成方法におい
て、第4の工程がレジスト膜の未露光部に水を吸収させ
る工程を含むと、レジスト膜の未露光部において表面か
ら深い部位まで水が拡散するので、レジスト膜の未露光
部の表面に形成される金属酸化膜の膜厚が大きくなる。
In the first or second pattern formation method, if the fourth step includes a step of absorbing water into the unexposed portion of the resist film, the water diffuses from the surface to a deep portion in the unexposed portion of the resist film. Therefore, the thickness of the metal oxide film formed on the surface of the unexposed portion of the resist film increases.

【0205】第3のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が第1のエネルギービームによりパターン露光され
ると、レジスト膜における第1のエネルギービームの露
光部においては、化合物から発生した塩基と重合体から
発生した酸とが中和する一方、レジスト膜における第1
のエネルギービームの未露光部においては酸が残存する
ため、レジスト膜に金属アルコキシドを供給すると、レ
ジスト膜における第1のエネルギービームの露光部にお
いては、中和されているため金属酸化膜が形成されない
一方、レジスト膜における第1のエネルギービームの未
露光部においては、酸の触媒作用により金属酸化膜が形
成されるので、ドライエッチングを行なうことにより、
ポジ型のパターン形状を有する良好で微細なレジストパ
ターンを形成することができる。
According to the third pattern forming method, when the resist film is pattern-exposed by the first energy beam, the exposed portion of the resist film exposed to the first energy beam contains the base generated from the compound and the polymer. While the generated acid neutralizes, the first in the resist film
When the metal alkoxide is supplied to the resist film because the acid remains in the unexposed portion of the energy beam, the metal oxide film is not formed in the exposed portion of the first energy beam in the resist film because the metal alkoxide is neutralized. On the other hand, in the unexposed portion of the first energy beam of the resist film, a metal oxide film is formed by the catalytic action of an acid.
A good and fine resist pattern having a positive pattern shape can be formed.

【0206】第3のパターン形成方法において、第4の
工程がレジスト膜における第1のエネルギービームの未
露光部に水を吸収させる工程を含むと、レジスト膜にお
ける第1のエネルギービームの未露光部において表面か
ら深い部位まで水が拡散するので、レジスト膜における
第1のエネルギービームの未露光部の表面に形成される
金属酸化膜の膜厚が大きくなる。
In the third pattern forming method, if the fourth step includes a step of absorbing water in the unexposed portion of the first energy beam in the resist film, the unexposed portion of the first energy beam in the resist film may be used. In this case, water diffuses from the surface to a deep portion, so that the thickness of the metal oxide film formed on the surface of the resist film where the first energy beam is not exposed is increased.

【0207】第4のパターン形成方法によると、レジス
ト膜が第2のエネルギービームによりパターン露光され
ると、レジスト膜における第2のエネルギービームの露
光部においては、重合体から発生した酸と化合物から発
生した塩基とが中和する一方、レジスト膜における第2
のエネルギービームの未露光部においては酸が残存する
ため、レジスト膜に金属アルコキシドを供給すると、レ
ジスト膜における第2のエネルギービームの露光部にお
いては、中和されているため金属酸化膜が形成されない
一方、レジスト膜における第2のエネルギービームの未
露光部においては、酸の触媒作用により金属酸化膜が形
成されるので、ドライエッチングを行なうことにより、
ポジ型のパターン形状を有する良好で微細なレジストパ
ターンを形成することができる。
According to the fourth pattern formation method, when the resist film is subjected to pattern exposure by the second energy beam, the exposed portion of the resist film exposed to the second energy beam is exposed to the acid generated from the polymer and the compound. While the generated base neutralizes, the second in the resist film
When the metal alkoxide is supplied to the resist film because the acid remains in the unexposed portion of the energy beam, the metal oxide film is not formed in the exposed portion of the second energy beam of the resist film because the metal alkoxide is neutralized. On the other hand, the metal oxide film is formed by the catalytic action of the acid in the unexposed portion of the second energy beam in the resist film.
A good and fine resist pattern having a positive pattern shape can be formed.

【0208】第4のパターン形成方法において、第4の
工程がレジスト膜における第2のエネルギービームの未
露光部に水を吸収させる工程を含むと、レジスト膜にお
ける第2のエネルギービームの未露光部において表面か
ら深い部位まで水が拡散するので、レジスト膜における
第2のエネルギービームの未露光部の表面に形成される
金属酸化膜の膜厚が大きくなる。
In the fourth pattern forming method, if the fourth step includes the step of absorbing water in the unexposed portion of the second energy beam in the resist film, the non-exposed portion of the second energy beam in the resist film may be used. In this case, water diffuses from the surface to a deep portion, so that the thickness of the metal oxide film formed on the surface of the resist film where the second energy beam is not exposed becomes large.

【0209】第1〜第4のパターン形成方法において、
重合体が一般式[化3]により表される化合物に他の基
が重合してなる2元以上の重合体であるか、又は、第1
のパターン形成方法において、重合体が一般式[化4]
により表される化合物に他の基が重合してなる2元以上
の重合体であると、レジスト膜の未露光部において金属
酸化膜を形成する際、スルホン酸が強い触媒作用を発揮
するため、レジスト膜の未露光部にのみ選択性の高い金
属酸化膜を形成できるので、ポジ型のパターン形状を有
する良好で且つより微細なレジストパターンを形成する
ことができる。
In the first to fourth pattern forming methods,
The polymer is a binary polymer or more obtained by polymerizing another group with a compound represented by the general formula [Chemical Formula 3], or
Wherein the polymer has the general formula [Chemical Formula 4]
When the compound represented by is a binary polymer or more obtained by polymerizing another group, when forming a metal oxide film in an unexposed portion of the resist film, sulfonic acid exerts a strong catalytic action, Since a highly selective metal oxide film can be formed only on the unexposed portions of the resist film, a favorable and finer resist pattern having a positive pattern shape can be formed.

【0210】第1〜第4のパターン形成方法において、
化合物がアシルオキシム、ベンジルオキシカルボニル化
合物又はホルムアミドであると、レジスト膜の露光部に
おいてアミンが発生し、アミンが酸を強力に中和するた
め、レジスト膜の未露光部にのみ選択性の高い金属酸化
膜を形成できるので、ポジ型のパターン形状を有する良
好で且つより微細なレジストパターンを形成することが
できる。
In the first to fourth pattern forming methods,
When the compound is an acyl oxime, a benzyloxycarbonyl compound or formamide, an amine is generated in the exposed portion of the resist film, and the amine strongly neutralizes the acid. Since an oxide film can be formed, a favorable and finer resist pattern having a positive pattern shape can be formed.

【0211】第5のパターン形成方法によると、酸が発
生したレジスト膜に対してパターン露光を行なった後、
パターン露光されたレジスト膜に対して気相又は液相で
水処理を行なうため、レジスト膜の露光部においては、
化合物からレジスト膜の酸を中和するのに十分な塩基が
発生する。このため、レジスト膜の露光部においては、
酸が残存しないため金属酸化膜が形成されないので、レ
ジストパターンを形成した後の半導体基板上に金属酸化
膜よりなる残渣が形成されない。
According to the fifth pattern forming method, after a resist film in which an acid has been generated is subjected to pattern exposure,
In order to perform water treatment in a gas phase or a liquid phase on a resist film subjected to pattern exposure, in an exposed portion of the resist film,
The compound generates a base sufficient to neutralize the acid in the resist film. Therefore, in the exposed portion of the resist film,
Since no metal oxide film is formed because no acid remains, no residue composed of the metal oxide film is formed on the semiconductor substrate after the formation of the resist pattern.

【0212】第6のパターン形成方法によると、酸が発
生したレジスト膜に対してパターン露光を行なった後、
パターン露光されたレジスト膜を不活性ガスの雰囲気下
で保持するため、レジスト膜の露光部においては化合物
からレジスト膜の酸を中和するのに十分な塩基が発生す
る。このため、レジスト膜の露光部においては、酸が残
存しないため金属酸化膜が形成されないので、レジスト
パターンを形成した後の半導体基板上に金属酸化膜より
なる残渣が形成されない。
According to the sixth pattern forming method, after a resist film in which an acid has been generated is subjected to pattern exposure,
Since the resist film that has been subjected to the pattern exposure is maintained in an atmosphere of an inert gas, a sufficient amount of base is generated from the compound in the exposed portion of the resist film to neutralize the acid of the resist film. For this reason, in the exposed portion of the resist film, no metal oxide film is formed because no acid remains, so that no residue made of the metal oxide film is formed on the semiconductor substrate after the formation of the resist pattern.

【0213】第7のパターン形成方法によると、酸が発
生したレジスト膜に対してパターン露光を行なった後、
パターン露光されたレジスト膜を不活性ガスの雰囲気下
で水蒸気の雰囲気に曝すため、レジスト膜の露光部にお
いては化合物からレジスト膜の酸を中和するのに十分な
塩基が発生する。このため、レジスト膜の露光部におい
ては、酸が残存しないため金属酸化膜が形成されないの
で、レジストパターンを形成した後の半導体基板上に金
属酸化膜よりなる残渣が形成されない。
According to the seventh pattern forming method, after a resist film in which an acid is generated is subjected to pattern exposure,
Since the pattern-exposed resist film is exposed to an atmosphere of water vapor under an atmosphere of an inert gas, a sufficient amount of base is generated from the compound in the exposed portion of the resist film to neutralize the acid of the resist film. For this reason, in the exposed portion of the resist film, no metal oxide film is formed because no acid remains, so that no residue made of the metal oxide film is formed on the semiconductor substrate after the formation of the resist pattern.

【0214】また、第7のパターン形成方法によると、
パターン露光されたレジスト膜を不活性ガスの雰囲気下
で水蒸気の雰囲気に曝すため、レジスト膜を水蒸気と金
属アルコキシドとの混合ガス雰囲気に曝す工程よりも前
に行なう水蒸気の雰囲気に曝す工程を省略することがで
きる。
Further, according to the seventh pattern forming method,
The step of exposing the resist film to the atmosphere of water vapor under an inert gas atmosphere omits the step of exposing the resist film to an atmosphere of water vapor performed before the step of exposing the resist film to an atmosphere of a mixed gas of water vapor and a metal alkoxide. be able to.

【0215】従って、第5〜第7のパターン形成方法に
よると、レジストパターンを形成した後の半導体基板上
に金属酸化膜よりなる残渣が形成されないため、後工程
における残渣に起因する不良要因を防止できるので、半
導体製造プロセスにおける歩留まりを向上させることが
できる。
Therefore, according to the fifth to seventh pattern forming methods, since a residue made of a metal oxide film is not formed on a semiconductor substrate after a resist pattern has been formed, a cause of a defect caused by the residue in a later step is prevented. Therefore, the yield in the semiconductor manufacturing process can be improved.

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

【図1】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing each step of a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(d)は本発明の第2又は第3の実施
形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図であ
る。
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views showing each step of a pattern forming method according to a second or third embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(c)は本発明の第4の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating respective steps of a pattern forming method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図4】(a),(b)は本発明の第4の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating respective steps of a pattern forming method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】(a)〜(c)は本発明の第5の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating respective steps of a pattern forming method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】(a)〜(c)は本発明の第5の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating respective steps of a pattern forming method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】(a)、(b)は本発明の第6の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views illustrating respective steps of a pattern forming method according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】(a)、(b)は本発明の第7の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views illustrating respective steps of a pattern forming method according to a seventh embodiment of the present invention.

【図9】(a)〜(d)は従来のパターン形成方法の各
工程を示す断面図である。
FIGS. 9A to 9D are cross-sectional views showing steps of a conventional pattern forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 半導体基板 101 レジスト膜 101a 露光部 101b 未露光部 103 マスク 104 ArFエキシマレーザ 105 水蒸気 106 水の吸着層 107 MTEOSの蒸気 108 金属酸化膜 109 O2 プラズマ 110 レジストパターン 200 半導体基板 201 レジスト膜 201a 露光部 201b 未露光部 203 マスク 204 ArFエキシマレーザ 205 水蒸気 206 水の吸着層 207 MTMOSの蒸気 208 金属酸化膜 209 O2 プラズマ 210 レジストパターン 300 半導体基板 301 レジスト膜 301a 露光部 301b 未露光部 303 マスク 304 ArFエキシマレーザ 305 i線 307 水蒸気 308 水の吸着層 309 MTEOSの蒸気 310 金属酸化膜 311 O2 プラズマ 312 レジストパターン 400 半導体基板 401 レジスト膜 401a 露光部 401b 未露光部 402 加熱 403 マスク 404 ArFエキシマレーザ 405 N2 ガスの雰囲気 406 水蒸気 407 メチルトリメトキシシラン 408 ポリシロキサン膜 409 O2 ガスのドライエッチング 410 レジストパターン 420 水分 430 N2 ガスの雰囲気100 semiconductor substrate 101 the resist film 101a exposed portion 101b unexposed portion 103 mask 104 ArF excimer laser 105 steam 106 adsorption layer 107 MTEOS steam 108 metal oxide film of water 109 O 2 plasma 110 resist pattern 200 semiconductor substrate 201 the resist film 201a exposed portion 201b Unexposed portion 203 Mask 204 ArF excimer laser 205 Water vapor 206 Water absorption layer 207 MTMOS vapor 208 Metal oxide film 209 O 2 plasma 210 Resist pattern 300 Semiconductor substrate 301 Resist film 301a Exposed portion 301b Unexposed portion 303 Mask 304 ArF excimer Laser 305 i-ray 307 Water vapor 308 Water adsorption layer 309 MTEOS vapor 310 Metal oxide film 311 O 2 plasma 312 Resist Pattern 400 semiconductor substrate 401 resist film 401a exposed part 401b unexposed part 402 heating 403 mask 404 ArF excimer laser 405 atmosphere of N 2 gas 406 water vapor 407 methyltrimethoxysilane 408 polysiloxane film 409 dry etching of O 2 gas 410 resist pattern 420 Atmosphere of moisture 430 N 2 gas

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G03F 7/38 512 G03F 7/38 512 H01L 21/027 H01L 21/30 502R 568 569H Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G03F 7/38 512 G03F 7/38 512 H01L 21/027 H01L 21/30 502R 568 569H

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加熱されると酸を発生させる基を含む重
合体と、エネルギービームが照射されると塩基を発生さ
せる化合物とからなることを特徴とするパターン形成材
料。
1. A pattern forming material comprising: a polymer containing a group that generates an acid when heated; and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam.
【請求項2】 第1のエネルギー帯の第1のエネルギー
ビームが照射されると酸を発生させる基を含む重合体
と、前記第1のエネルギー帯と異なる第2のエネルギー
帯の第2のエネルギービームが照射されると塩基を発生
させる化合物とからなることを特徴とするパターン形成
材料。
2. A polymer containing a group that generates an acid when irradiated with a first energy beam in a first energy band, and a second energy in a second energy band different from the first energy band. A pattern forming material comprising: a compound that generates a base when irradiated with a beam.
【請求項3】 前記重合体は、一般式 【化1】 (但し、R1 は水素原子又はアルキル基を示し、R2
びR3 はそれぞれが互いに独立している水素原子、アル
キル基、フェニル基若しくはアルケニル基、又は両者で
環状となっている環状アルキル基、環状アルケニル基、
フェニル基を持つ環状アルキル基若しくはフェニル基を
持つ環状アルケニル基を示す)により表される化合物に
他の基が重合してなる2元以上の重合体であることを特
徴とする請求項1又は2に記載のパターン形成材料。
3. The polymer has the general formula: (Provided that R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 2 and R 3 each represent a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group or an alkenyl group, each of which is independent of each other, or a cyclic alkyl group formed by both of them; , A cyclic alkenyl group,
3) a compound represented by the formula: (a) represents a cyclic alkyl group having a phenyl group or a cyclic alkenyl group having a phenyl group; 3. The pattern forming material according to item 1.
【請求項4】 前記重合体は、一般式 【化2】 (但し、R1 は水素原子又はアルキル基を示し、R4
アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基又は環状ア
ルケニル基を示す)により表される化合物に他の基が重
合してなる2元以上の重合体であることを特徴とする請
求項1に記載のパターン形成材料。
4. The polymer has a general formula: (However, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 4 represents an alkyl group, an alkenyl group, a cyclic alkyl group or a cyclic alkenyl group). The pattern forming material according to claim 1, which is a polymer of
【請求項5】 前記化合物は、アシルオキシム、ベンジ
ルオキシカルボニル化合物又はホルムアミドであること
を特徴とする請求項1又は2に記載のパターン形成材
料。
5. The pattern forming material according to claim 1, wherein the compound is an acyl oxime, a benzyloxy carbonyl compound, or formamide.
【請求項6】 加熱されると酸を発生させる基を含む重
合体と、エネルギービームが照射されると塩基を発生さ
せる化合物とからなるパターン形成材料を半導体基板上
に塗布してレジスト膜を形成する第1の工程と、 前記レジスト膜を加熱して前記重合体から酸を発生させ
る第2の工程と、 前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマスクを介
してエネルギービームを照射して、前記レジスト膜の露
光部に前記化合物から塩基を発生させることにより、前
記レジスト膜の露光部において前記重合体から発生した
酸と前記化合物から発生した塩基とを中和させる第3の
工程と、 前記レジスト膜に金属アルコキシドを供給して、前記レ
ジスト膜の未露光部の表面に金属酸化膜を形成する第4
の工程と、 前記金属酸化膜をマスクとして前記レジスト膜に対して
ドライエッチングを行なって、前記レジスト膜よりなる
レジストパターンを形成する第5の工程とを備えている
ことを特徴とするパターン形成方法。
6. A resist film is formed by applying on a semiconductor substrate a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam. A first step of heating the resist film to generate an acid from the polymer; and irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape. A third step of generating a base from the compound in the exposed portion of the resist film to neutralize an acid generated from the polymer and a base generated from the compound in the exposed portion of the resist film; Supplying a metal alkoxide to the film to form a metal oxide film on the surface of the unexposed portion of the resist film;
And a fifth step of dry-etching the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist pattern made of the resist film. .
【請求項7】 加熱されると酸を発生させる基を含む重
合体と、エネルギービームが照射されると塩基を発生さ
せる化合物とからなるパターン形成材料を半導体基板上
に塗布してレジスト膜を形成する第1の工程と、 前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマスクを介
してエネルギービームを照射して 前記レジスト膜の露
光部に前記化合物から塩基を発生させる第2の工程と、 前記レジスト膜を加熱して前記重合体から酸を発生させ
ることにより、前記レジスト膜の露光部において前記化
合物から発生した塩基と前記重合体から発生した酸とを
中和させる第3の工程と、 前記レジスト膜に金属アルコキシドを供給して、前記レ
ジスト膜の未露光部の表面に金属酸化膜を形成する第4
の工程と、 前記金属酸化膜をマスクとして前記レジスト膜に対して
ドライエッチングを行なって、前記レジスト膜よりなる
レジストパターンを形成する第5の工程とを備えている
ことを特徴とするパターン形成方法。
7. A resist film is formed by applying on a semiconductor substrate a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam. A first step of irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape to generate a base from the compound in an exposed portion of the resist film; and A third step of neutralizing the base generated from the compound and the acid generated from the polymer in the exposed portion of the resist film by heating the resist film to generate an acid from the polymer; A metal alkoxide to form a metal oxide film on the surface of the unexposed portion of the resist film.
And a fifth step of dry-etching the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist pattern made of the resist film. .
【請求項8】 前記第4の工程は、前記レジスト膜の未
露光部に水を吸収させる工程を含むことを特徴とする請
求項6又は7に記載のパターン形成方法。
8. The pattern forming method according to claim 6, wherein the fourth step includes a step of absorbing water in an unexposed portion of the resist film.
【請求項9】 第1のエネルギー帯の第1のエネルギー
ビームが照射されると塩基を発生させる化合物と、前記
第1のエネルギー帯と異なる第2のエネルギー帯の第2
のエネルギービームが照射されると酸を発生させる重合
体とからなるパターン形成材料を半導体基板上に塗布し
てレジスト膜を形成する第1の工程と、 前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマスクを介
して第1のエネルギービームを照射して、前記レジスト
膜における第1のエネルギービームの露光部に前記化合
物から塩基を発生させる第2の工程と、 前記レジスト膜に対して第2のエネルギービームを全面
に照射して前記レジスト膜の全面に前記重合体から酸を
発生させることにより、前記レジスト膜における第1の
エネルギービームの露光部において、前記化合物から発
生した塩基と前記重合体から発生した酸とを中和させる
第3の工程と、 前記レジスト膜に金属アルコキシドを供給して、前記レ
ジスト膜における第1のエネルギービームの未露光部の
表面に金属酸化膜を形成する第4の工程と、 前記金属酸化膜をマスクとして前記レジスト膜に対して
ドライエッチングを行なって、前記レジスト膜よりなる
レジストパターンを形成する第5の工程とを備えている
ことを特徴とするパターン形成方法。
9. A compound that generates a base when irradiated with a first energy beam in a first energy band, and a second compound in a second energy band different from the first energy band.
A first step of applying a pattern forming material comprising a polymer that generates an acid when irradiated with an energy beam onto a semiconductor substrate to form a resist film; and a mask having a desired pattern shape on the resist film. A second energy beam irradiating a first energy beam through the compound to generate a base from the compound in an exposed portion of the resist film with the first energy beam; and a second energy beam to the resist film. By generating acid from the polymer on the entire surface of the resist film by irradiating the entire surface of the resist film, in the exposed portion of the first energy beam in the resist film, generated from the polymer generated from the base and the polymer generated from the compound A third step of neutralizing an acid; and supplying a metal alkoxide to the resist film to form a first energy in the resist film. A fourth step of forming a metal oxide film on the surface of the unexposed portion of the negative beam, and a dry etching of the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist pattern made of the resist film. 5. A pattern forming method, comprising:
【請求項10】 前記第4の工程は、前記レジスト膜に
おける第1のエネルギービームの未露光部に水を吸収さ
せる工程を含むことを特徴とする請求項9に記載のパタ
ーン形成方法。
10. The pattern forming method according to claim 9, wherein the fourth step includes a step of absorbing water in an unexposed portion of the resist film with the first energy beam.
【請求項11】 第1のエネルギー帯の第1のエネルギ
ービームが照射されると酸を発生させる重合体と、前記
第1のエネルギー帯と異なる第2のエネルギー帯の第2
のエネルギービームが照射されると塩基を発生させる化
合物とからなるパターン形成材料を半導体基板上に塗布
してレジスト膜を形成する第1の工程と、 前記レジス
ト膜に対して第1のエネルギービームを全面に照射し
て、前記レジスト膜に前記重合体から酸を発生させる第
2の工程と、 前記レジスト膜に対して所望のパターン形状を持つマス
クを介して第2のエネルギービームを照射して、前記レ
ジスト膜における第2のエネルギービームの露光部に前
記化合物から塩基を発生させることにより、前記レジス
ト膜における第2のエネルギービームの露光部におい
て、前記重合体から発生した酸と前記化合物から発生し
た塩基とを中和させる第3の工程と、 前記レジスト膜に金属アルコキシドを供給して、前記レ
ジスト膜における第2のエネルギービームの未露光部の
表面に金属酸化膜を形成する第4の工程と、 前記金属酸化膜をマスクとして前記レジスト膜に対して
ドライエッチングを行なって、前記レジスト膜よりなる
レジストパターンを形成する第5の工程とを備えている
ことを特徴とするパターン形成方法。
11. A polymer that generates an acid when irradiated with a first energy beam in a first energy band, and a second energy band in a second energy band different from the first energy band.
A first step of applying a pattern-forming material comprising a compound that generates a base when irradiated with an energy beam onto a semiconductor substrate to form a resist film; and applying a first energy beam to the resist film. A second step of irradiating the entire surface to generate an acid from the polymer in the resist film, and irradiating the resist film with a second energy beam through a mask having a desired pattern shape, By generating a base from the compound in the second energy beam exposed portion of the resist film, the second energy beam exposed portion in the resist film is generated from the acid generated from the polymer and the compound. A third step of neutralizing a base and a metal alkoxide to the resist film to form a second gas in the resist film; A fourth step of forming a metal oxide film on the surface of the unexposed portion of the energy beam, and dry etching the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist pattern made of the resist film A pattern forming method, comprising: a fifth step.
【請求項12】 前記第4の工程は、前記レジスト膜に
おける第2のエネルギービームの未露光部に水を吸収さ
せる工程を含むことを特徴とする請求項11に記載のパ
ターン形成方法。
12. The pattern forming method according to claim 11, wherein the fourth step includes a step of absorbing water in an unexposed portion of the resist film with the second energy beam.
【請求項13】 前記重合体は、一般式 【化3】 (但し、R1 は水素原子又はアルキル基を示し、R2
びR3 はそれぞれが互いに独立している水素原子、アル
キル基、フェニル基若しくはアルケニル基、又は両者で
環状となっている環状アルキル基、環状アルケニル基、
フェニル基を持つ環状アルキル基若しくは環状アルケニ
ル基を示す)により表される化合物に他の基が重合して
なる2元以上の重合体であることを特徴とする請求項6
〜12のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
13. The polymer represented by the general formula: (Provided that R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 2 and R 3 each represent a hydrogen atom, an alkyl group, a phenyl group or an alkenyl group, each of which is independent of each other, or a cyclic alkyl group formed by both of them; , A cyclic alkenyl group,
7. A polymer represented by the formula (2), which is a cyclic alkyl group or a cyclic alkenyl group having a phenyl group).
13. The pattern forming method according to any one of items 12 to 12.
【請求項14】 前記重合体は、一般式 【化4】 (但し、R1 は水素原子又はアルキル基を示し、R4
アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基又は環状ア
ルケニル基を示す)により表される化合物に他の基が重
合してなる2元以上の重合体であることを特徴とする請
求項6又は7に記載のパターン形成方法。
14. The polymer has the general formula: (Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and R 4 represents an alkyl group, an alkenyl group, a cyclic alkyl group or a cyclic alkenyl group). The pattern forming method according to claim 6, wherein the polymer is a polymer.
【請求項15】 前記化合物は、アシルオキシム、ベン
ジルオキシカルボニル化合物又はホルムアミドであるこ
とを特徴とする請求項6〜12のいずれか1項に記載の
パターン形成方法。
15. The pattern forming method according to claim 6, wherein the compound is an acyl oxime, a benzyloxy carbonyl compound, or formamide.
【請求項16】 加熱されると酸を発生させる基を含む
重合体と、エネルギービームが照射されると塩基を発生
させる化合物とからなるパターン形成材料を半導体基板
上に塗布してレジスト膜を形成する第1の工程と、 前記レジスト膜を加熱して前記重合体から酸を発生させ
る第2の工程と、 前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマスクを介
してエネルギービームを照射してパターン露光した後、
パターン露光された前記レジスト膜に対して気相又は液
相で水処理を行なうことにより、前記レジスト膜の露光
部に前記化合物から塩基を発生させ、発生した塩基と前
記レジスト膜の酸とを中和させる第3の工程と、 前記レジスト膜を、水蒸気の雰囲気に曝した後に、水蒸
気と金属アルコキシドとの混合ガス雰囲気に曝すことに
より、前記レジスト膜の未露光部の表面に金属酸化膜を
形成する第4の工程と、 前記レジスト膜に対して前記金属酸化膜をマスクとして
ドライエッチングを行なって、前記レジスト膜からなる
レジストパターンを形成する第5の工程とを備えている
ことを特徴とするパターン形成方法。
16. A resist film is formed by applying on a semiconductor substrate a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam. A second step of heating the resist film to generate an acid from the polymer; and irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape. After doing
By subjecting the resist film subjected to the pattern exposure to water treatment in a gas phase or a liquid phase, a base is generated from the compound in an exposed portion of the resist film, and the generated base and the acid of the resist film are interposed. Forming a metal oxide film on the surface of the unexposed part of the resist film by exposing the resist film to a mixed gas atmosphere of water vapor and a metal alkoxide after exposing the resist film to a water vapor atmosphere; A fourth step of performing dry etching on the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist pattern made of the resist film. Pattern formation method.
【請求項17】 加熱されると酸を発生させる基を含む
重合体と、エネルギービームが照射されると塩基を発生
させる化合物とからなるパターン形成材料を半導体基板
上に塗布してレジスト膜を形成する第1の工程と、 前記レジスト膜を加熱して前記重合体から酸を発生させ
る第2の工程と、 前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマスクを介
してエネルギービームを照射してパターン露光した後、
パターン露光された前記レジスト膜を不活性ガスの雰囲
気下で保持することにより、前記レジスト膜の露光部に
前記化合物から塩基を発生させ、発生した塩基と前記レ
ジスト膜の酸とを中和させる第3の工程と、 前記レジスト膜を、水蒸気の雰囲気に曝した後に、水蒸
気と金属アルコキシドとの混合ガス雰囲気に曝すことに
より、前記レジスト膜の未露光部の表面に金属酸化膜を
形成する第4の工程と、 前記レジスト膜に対して前記金属酸化膜をマスクとして
ドライエッチングを行なって、前記レジスト膜からなる
レジストパターンを形成する第5の工程とを備えている
ことを特徴とするパターン形成方法。
17. A resist film is formed by applying on a semiconductor substrate a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam. A second step of heating the resist film to generate an acid from the polymer; and irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape. After doing
By holding the pattern-exposed resist film in an atmosphere of an inert gas, a base is generated from the compound in an exposed portion of the resist film, and a generated base and an acid of the resist film are neutralized. Forming a metal oxide film on the surface of the unexposed portion of the resist film by exposing the resist film to a mixed gas atmosphere of water vapor and a metal alkoxide after exposing the resist film to a water vapor atmosphere; And a fifth step of dry-etching the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist pattern made of the resist film. .
【請求項18】 加熱されると酸を発生させる基を含む
重合体と、エネルギービームが照射されると塩基を発生
させる化合物とからなるパターン形成材料を半導体基板
上に塗布してレジスト膜を形成する第1の工程と、 前記レジスト膜を加熱して前記重合体から酸を発生させ
る第2の工程と、 前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマスクを介
してエネルギービームを照射してパターン露光した後、
パターン露光された前記レジスト膜を、不活性ガスの雰
囲気下で水蒸気の雰囲気に曝すことにより、前記レジス
ト膜の露光部に前記化合物から塩基を発生させ、発生し
た塩基と前記レジスト膜の酸とを中和させる第3の工程
と、 前記レジスト膜を水蒸気と金属アルコキシドとの混合ガ
ス雰囲気に曝すことにより、前記レジスト膜の未露光部
の表面に金属酸化膜を形成する第4の工程と、 前記レジスト膜に対して前記金属酸化膜をマスクとして
ドライエッチングを行なって、前記レジスト膜からなる
レジストパターンを形成する第5の工程とを備えている
ことを特徴とするパターン形成方法。
18. A resist film is formed by applying on a semiconductor substrate a pattern forming material comprising a polymer containing a group that generates an acid when heated and a compound that generates a base when irradiated with an energy beam. A second step of heating the resist film to generate an acid from the polymer; and irradiating the resist film with an energy beam through a mask having a desired pattern shape. After doing
By exposing the pattern-exposed resist film to an atmosphere of water vapor under an atmosphere of an inert gas, a base is generated from the compound in an exposed portion of the resist film, and the generated base and an acid of the resist film are converted. A third step of neutralizing, a fourth step of exposing the resist film to a mixed gas atmosphere of water vapor and a metal alkoxide to form a metal oxide film on a surface of an unexposed portion of the resist film, A fifth step of performing dry etching on the resist film using the metal oxide film as a mask to form a resist pattern made of the resist film.
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