JPH0321956A - Pattern forming method - Google Patents
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Landscapes
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、パターンの形成方法に係り、特にシリル化プ
ロセスを用いたパターンの形戊に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a method for forming a pattern, and more particularly to shaping a pattern using a silylation process.
（従来の技術）
半導体技術の進歩と共に半導体装置の高速化および高集
積化が進められてきている。(Prior Art) As semiconductor technology advances, semiconductor devices are becoming faster and more highly integrated.
これに伴い、パターンの微細化の必要性は高くなる一方
であり、高精度のパターン形戊が要求されるようになっ
てきている。Along with this, the need for finer patterns is increasing, and highly accurate pattern formation is also required.
現在のプロセスでは、感光性ボリマー（レジスト）パタ
ーンをマスクとして反応性イオンエッチング等により下
地薄膜をエッチングするという方法がとられている。The current process uses a photosensitive polymer (resist) pattern as a mask to etch the underlying thin film by reactive ion etching or the like.
このため、段差のある表面においても微細なレジストパ
ターンを高アスベクト比でかつ寸法精度よく形或するこ
とが必要とされる。Therefore, it is necessary to form a fine resist pattern with a high aspect ratio and with good dimensional accuracy even on a surface with steps.
そこで、まず表面を平坦化すると共に下地からの反射光
を吸収させるように下地用の厚いレジスト膜（感光性樹
脂膜）を塗布し、この上に高解像力レジストを塗布し、
バターニングする多層レジスト法と呼ばれるプロセスが
提案されている。Therefore, first, we flatten the surface and apply a thick resist film (photosensitive resin film) for the base so as to absorb the reflected light from the base, and then apply a high-resolution resist on top of this.
A process called a patterning multilayer resist method has been proposed.
この方伏では、下地から分離された理想条件ドで露光現
像を行うことができ、高解像で寸法精度の良好なレジス
トパターンを形成することができる。In this case, exposure and development can be performed under ideal conditions separated from the base, and a resist pattern with high resolution and good dimensional accuracy can be formed.
しかしながら、この方注では、反応性イオンエッチング
等のエッチング工程が２度以上必要となるのをはじめ、
工程が複雑となり、量産を１−１的とした実用化には適
さない。However, with this method, etching processes such as reactive ion etching are required more than once.
The process is complicated, and it is not suitable for practical use in mass production on a one-to-one basis.
そこで、−［程の簡略化をはかるべくいろいろな研究が
進められているが、その中で有望な技術の１つとしてシ
リル化プロでスがある。Therefore, various studies are being carried out to simplify the process, and one of the most promising technologies is silylation process.
このシリル化プロセスは、単層プロセスで、多層レジス
ト法における機能を実現するもので、究極的かつ理想的
なレジストプロセスと言えるものである。This silylation process is a single layer process that achieves the functions of a multilayer resist method, and can be said to be the ultimate and ideal resist process.
この代表的なプロセス（特開昭６１−１０７３４６号公
報）を、第３図（ａ）乃至第３図（ｄ）に示す。This typical process (Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-107346) is shown in FIGS. 3(a) to 3(d).
まず、第３図（ａ＞に示すように、段差を有する基板１
０１の表面にレジスト膜１０２を塗布する。First, as shown in FIG. 3(a), a substrate 1 having a step
A resist film 102 is applied to the surface of 01.
次いで、第３図（ｌ））に示すように、マスク１０３を
介して、紫外線等の露光用光線１０４によって選択的露
光を行い、該レジスト膜１０２に７′Ｆ？像１０５を形
成する。Next, as shown in FIG. 3(l), selective exposure is performed using an exposure light beam 104 such as ultraviolet rays through a mask 103, and the resist film 102 is exposed to 7'F? An image 105 is formed.
続いて、第３図（ｃ）に示すように、露光用光線１０４
に晒され潜像１０５を形戊した領域に、シノコン化合物
を選択的に吸収拡散せしめ、シリル化層１０６を形成す
る。Subsequently, as shown in FIG. 3(c), the exposure light beam 104 is
A silylated layer 106 is formed by selectively absorbing and diffusing the Sinocon compound in the area where the latent image 105 has been formed by exposure to the silylation layer 106.
そして、第３図（ｄ）に示すように、酸素ブラズマによ
る反応性イオンエッチング等により、レジスト膜１．
０ ２のシリル化層１０６以外の非露光領域を選択的に
除去し、所望のネガパターンを形成する。Then, as shown in FIG. 3(d), the resist film 1 is etched by reactive ion etching using oxygen plasma.
The non-exposed areas other than the 0.02 silylated layer 106 are selectively removed to form a desired negative pattern.
このようにして、高精度のレジストパターンが形成され
る。In this way, a highly accurate resist pattern is formed.
しかしながら、この方法においても、遠紫外線、Ｘ線な
どの放射線または電子線、イオンビーム等の荷電粒子線
等を露光用光線として用いパターン露光によって露光を
行う場合には、露光領域の表層のみシリル化されたり、
全くシリル化されなかったりするという問題があった。However, even in this method, when exposure is performed by pattern exposure using radiation such as far ultraviolet rays or or
There was a problem that silylation was not performed at all.
また、シリコン化合物の吸収選択性が不足し、非露光部
１０６ａにもシリコンが吸収されたり、像コントラスト
の不足にＣ′Ｐう露光量の不足もしくは露光部へのシリ
コンの吸収量が不足して、反応性イオンエッチングによ
るバターニングが理想的に進行せず、解像力の低下を招
くという問題があった。In addition, the absorption selectivity of the silicon compound is insufficient, and silicon is also absorbed in the non-exposed area 106a, and the image contrast is insufficient due to insufficient exposure to C'P or the amount of silicon absorbed into the exposed area is insufficient. However, there was a problem in that the patterning by reactive ion etching did not proceed ideally, leading to a decrease in resolution.
（発明が角ｑ決しようとする課題）
このように、従来のシリル化プロセスを用いたパターン
の形戊方法では、均一なシリル化を行うことが困難であ
り、解像力の向上を阻む問題となっていた。(Problem to be solved by the invention) As described above, in the conventional pattern forming method using the silylation process, it is difficult to perform uniform silylation, which poses a problem that hinders the improvement of resolution. was.
本発明は、前記実情に鑑みてなされたちのて、シリル化
プロセスを用いたパターンの形成に際し、コントラスト
を増大し、高精度のパターン形成を行うことを目的とす
る。The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to increase contrast and form a pattern with high accuracy when forming a pattern using a silylation process.
（課題を解決するだめの手段）
そこで、本発明の方法ては、パターン露光を行う第１の
露光時の露光条件を、感光性樹脂膜に架橋反応、分解反
応あるいは再結合反応を生せしめ、被照射領域の感光性
樹脂膜がシリル化しにくくなるようにするように設定し
て、硅素化合物の導入を妨げるようにし、さらに全面露
光を行う第２の露光工程において、感光剤の分解または
主鎖切断を生ぜしめるように設定し、この感光剤の分解
または主鎖切断のなされた領域に硅素化合物の導入を促
進させ、シリル化の選択比を向上させるようにしている
。(Means for Solving the Problem) Therefore, in the method of the present invention, the exposure conditions during the first exposure for pattern exposure are changed to cause a crosslinking reaction, a decomposition reaction, or a recombination reaction in the photosensitive resin film, The photosensitive resin film in the irradiated area is set to be difficult to silylate to prevent the introduction of silicon compounds, and in the second exposure step in which the entire surface is exposed, the decomposition of the photosensitizer or the main chain It is designed to cause cleavage, thereby promoting the introduction of a silicon compound into the region where the photosensitizer has been decomposed or its main chain has been cleaved, thereby improving the selectivity of silylation.
また、望まｌ， ＜は、第１の露光工程において、第２
の露光工程で大きな吸収を示す材料に変化する第２露光
抑制物質を添加したレジストを用いるようにしている。In addition, the desired l, < is the second exposure step in the first exposure step.
A resist added with a second exposure inhibiting substance that changes into a material exhibiting large absorption during the exposure process is used.
（作用）
上記方法によれば、感光剤および架橋剤を含むレジスト
材料を、遠視外線、Ｘ線など波長の短い光あるいは粒子
線等の高エネルギー線によって露光するこどにより、架
橋反応、分角ｑ反応あるいは再結合反応を生ぜしめる。(Function) According to the above method, a crosslinking reaction occurs by exposing a resist material containing a photosensitizer and a crosslinking agent to short-wavelength light such as hyperopic external rays and X-rays, or high-energy rays such as particle beams. Gives rise to a q reaction or a recombination reaction.
この反応により、シリル化反応Ｈｌにおける硅素化合物
の導入が妨げられる。This reaction prevents the introduction of silicon compounds in the silylation reaction H1.
一方、このレジストが他の露光条件を選ぶことにより、
感光剤の分解または主鎖切断を生ぜしめるものであれば
、この感光剤の分解または主鉛切断のなされた領域に硅
素化合物の導入を促進させることができる。このように
して、本発明の第１の方法では、シリル化の選択比を向
上させることができる。On the other hand, by selecting other exposure conditions, this resist
If it causes decomposition or main chain scission of the photosensitizer, it is possible to promote the introduction of the silicon compound into the region where the photosensitizer has been decomposed or the main chain has been cut. In this way, the first method of the present invention can improve the selectivity of silylation.
例えば、フェノール性樹脂をベースとしたノボラック型
レジストなどでは、遠視外線、Ｘ線、電子線等を用い、
高エネルギー露光を行うと、光架橋反応や分子の光吸収
に起因する熱架橋反応により、高分子量化が生じる。次
いで、水銀ランプなどを用いて、全面をｇ線、ｉ線、ｈ
線あるいは水銀の全ての発振波長を含む光を照射するこ
とにより、前記高エネルギー露光によって高分子量化を
生じた領域以外の領域の感光剤は分解する。For example, with novolac type resists based on phenolic resin, hyperopic external rays, X-rays, electron beams, etc. are used.
When high-energy exposure is performed, molecular weight increases due to a photocrosslinking reaction and a thermal crosslinking reaction caused by light absorption of molecules. Next, using a mercury lamp or the like, the entire surface is exposed to G-line, I-line, and H-line.
By irradiating the photosensitive material with radiation or light containing all the oscillation wavelengths of mercury, the photosensitizer in the area other than the area where the molecular weight has increased due to the high-energy exposure is decomposed.
このようにして処理のなされたウエハをシリル化処理す
ると、高エネルギー露光した部分はレジストの表層近傍
で架橋反応等によって高分子量化が生じているため、硅
素化合物の導入が抑制され、一方、感光剤の分解が生じ
た領域では硅素化合物の導入が促進される。この状態で
、酸素プラズマによるエッチングが行われるため、シリ
ル化されずに残った露光部の感光性樹脂膜は完全に除去
され、非露光部には感光性樹脂膜が残留する。このよう
に、これらの間にシリル化反応に対する選択比が生じ、
高精度のパターンを得ることが可能となる。When a wafer treated in this manner is subjected to silylation treatment, the high-energy exposed portion has a high molecular weight due to a crosslinking reaction etc. near the surface layer of the resist, so the introduction of silicon compounds is suppressed. The introduction of silicon compounds is promoted in areas where the decomposition of the agent occurs. In this state, etching is performed using oxygen plasma, so that the photosensitive resin film in the exposed areas that has not been silylated is completely removed, and the photosensitive resin film remains in the non-exposed areas. Thus, a selectivity ratio for the silylation reaction occurs between them,
It becomes possible to obtain a highly accurate pattern.
なお、さらにシリル化に先立ち、塩基性物質により処理
を行うことにより、遺択比を向上することができること
がある。この塩基性物質による処理工程は、全面露光工
程の前でも後でも良い。Furthermore, the selectivity ratio may sometimes be improved by treating with a basic substance prior to silylation. This basic substance treatment step may be performed before or after the entire surface exposure step.
また、この塩基性物質による処理は、ｏ℃から９０℃の
範囲で行うと、レジスト中の感光生成物が分解し、シリ
ル化がさらに容易となる。Furthermore, when this treatment with a basic substance is carried out at a temperature in the range of 0.degree. C. to 90.degree. C., the photosensitive products in the resist are decomposed and silylation becomes easier.
また、温度条件を８０℃から１８０’Ｃの範囲に設定す
ると、高エネルギー露光されなかった領域ではレジスト
中の感光／Ｌ成物が分解反応を生じ、高エネルギー露光
された領域では表層より深い部分で未反応感光剤のアゾ
化反応、アミド化反応が生じ、高エネルギー露光した部
分ではぎらに吐素化合物の導入が抑制される。この結果
、さらに高選択費のシリル化が可能となり、高精度のパ
ターンを得ることか可能となる。Furthermore, when the temperature condition is set in the range of 80°C to 180'C, the photosensitive/L composition in the resist will undergo a decomposition reaction in areas that have not been exposed to high-energy light, and in areas that have been exposed to high-energy light, it will cause a decomposition reaction in areas deeper than the surface layer. The unreacted photosensitizer undergoes an azotization reaction and an amidation reaction, and the introduction of emetic compounds into the glare is suppressed in the areas exposed to high energy. As a result, it becomes possible to perform silylization with even higher selection costs, and it becomes possible to obtain highly accurate patterns.
このように、パターン露光工程と、シリル化のための露
光工程（全面露光）が別工程となっているため、それぞ
れに最適となるような波長や照財エネルギーなど露光条
件を独立して選択することができる。解像度の向上をは
かることが可能となる。In this way, the pattern exposure process and the exposure process for silylation (full surface exposure) are separate processes, so the optimal exposure conditions for each such as wavelength and illuminant energy must be selected independently. be able to. It becomes possible to improve the resolution.
このようにして、極めて高精度のパターンが形成される
。In this way, extremely high precision patterns are formed.
また、第１の露光工程において、第２の露光工程で大き
な吸収を示す材料に変化する第２露光抑制物質を添加し
たレジストを用いるようにしているため、第１の露光工
程で形成された架橋構造層は、第２の露光工程では大き
な吸収を示し、下層への光の侵入を抑制する。このため
、第１の露光工程で形成される架橋構造層は、表層だけ
に過ぎないが、十分な光阻止性を呈し、下地がシリル化
されるのを防止する。In addition, in the first exposure step, a resist added with a second exposure suppressing substance that changes into a material exhibiting large absorption in the second exposure step is used, so that the cross-linking formed in the first exposure step is The structural layer exhibits large absorption in the second exposure step and suppresses light from penetrating into the underlying layer. Therefore, although the crosslinked structure layer formed in the first exposure step is only a surface layer, it exhibits sufficient light-blocking properties and prevents the base from being silylated.
（実施例）
以下、本発明実施例のレジストパターンの形成方法につ
いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。(Example) Hereinafter, a method for forming a resist pattern according to an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施例１
第１図（ａ）乃至第１図（ｅ）は、本発明の第１の実施
例のレジストパターンの形成工程を示す工程図である。Example 1 FIGS. 1(a) to 1(e) are process diagrams showing the resist pattern forming process of the first example of the present invention.
なお、この工程では、感光性樹脂（レジスト）として、
ノボラック樹脂８ｇと、光活性物質としてのナフトキノ
ンジアジドを含む感光剤２ｇとをエチルセロソルブアセ
テ−１− ２ ３ ｇ中で溶解したものを用いる。In addition, in this process, as a photosensitive resin (resist),
A solution of 8 g of novolac resin and 2 g of a photosensitizer containing naphthoquinone diazide as a photoactive substance in 1-23 g of ethyl cellosolve acetate is used.
まず、第１図（ａ）に示すごとく、パターン形成すべき
下地膜の形成されたシリコンウェハ１を予めヘキサメチ
ルジシラザンの雰囲気中に１２０秒間さらし、接着性向
上のための表面改質を行った後、前記感光性樹脂を、回
転数３５００ ｒ ｐｍでスピンコートし、膜厚１μｍ
の感光性樹脂膜２を形成した後、９０℃，５分のプリベ
ークを行う。First, as shown in FIG. 1(a), a silicon wafer 1 on which a base film to be patterned is formed is exposed in advance to an atmosphere of hexamethyldisilazane for 120 seconds to modify the surface to improve adhesion. After that, the photosensitive resin was spin-coated at a rotation speed of 3500 rpm to a film thickness of 1 μm.
After forming the photosensitive resin film 2, prebaking is performed at 90° C. for 5 minutes.
次いで、第１図（ｂ）に示すごとく、光ステッパを用い
てＫｒＦエキシマレーザによる波長２４８ｎｍの光４で
、該ウエハ１上の感光性樹脂膜２にパターン転写を行い
、マスクパターン３の潜像５ｓを形成する。このときの
露光量は１パルス当たり１ ０ ｍ Ｊ ／ ｃｄとし
た。Next, as shown in FIG. 1(b), a pattern is transferred onto the photosensitive resin film 2 on the wafer 1 using an optical stepper with light 4 of a wavelength of 248 nm from a KrF excimer laser, and the latent image of the mask pattern 3 is transferred. Form 5s. The exposure amount at this time was 10 mJ/cd per pulse.
そして、第１図（Ｃ）に示すごとく、水銀ランプからの
光線４Ｓを用いて基板表面全体を露光する。Then, as shown in FIG. 1(C), the entire surface of the substrate is exposed using a light beam 4S from a mercury lamp.
このときの露光量は２ ０ ０ ｍ Ｊ ／ ｃｊとし
た。The exposure amount at this time was 200 mJ/cj.
そして、この基板を真空チャンバーに設置し、該チャン
バー内を窒素で置換したのち、基板を加熱しなからへキ
サメチルジシラザンの蒸気を該チャンバー内に導入し、
シリル化処理を行う。このシリル化処理により、前記パ
ターン露光工程における露光領域はシリル化されず、第
１図（ｄ）に示すごと《、残りの非露光領域に選択的に
シリル化層６が形成される。Then, this substrate is placed in a vacuum chamber, the inside of the chamber is replaced with nitrogen, and the vapor of hexamethyldisilazane is introduced into the chamber without heating the substrate,
Perform silylation treatment. Due to this silylation treatment, the exposed areas in the pattern exposure step are not silylated, and a silylated layer 6 is selectively formed in the remaining non-exposed areas, as shown in FIG. 1(d).
そして、第１図（ｅ）に示すように、酸素ガスによる反
応性イオンエッチングによりシリル化層６を残し、シリ
ル化されずに残っている領域を選択的に除去する。この
ときのエッチング条件は、酸素流ｆｉ １ ０ ０ Ｓ
ＣＣＭ，圧力６．Ｏｒ’ａ，バワー１５０Ｗとした。Then, as shown in FIG. 1(e), by reactive ion etching using oxygen gas, the silylated layer 6 is left and the remaining unsilylated region is selectively removed. The etching conditions at this time are oxygen flow fi 1 0 0 S
CCM, pressure6. The power was set to 150W.
このようにして、０，３５μｍの高精度パターンを得る
ことができた。これは、あ゛らかじめパターン露光をお
こなっておき、シリル化のための露光モ程を全面露光と
することにより、確実にシリル化をおこなうことができ
たためと思われる。In this way, a highly accurate pattern of 0.35 μm could be obtained. This seems to be because silylation could be reliably carried out by performing pattern exposure in advance and making the exposure for silylation all over the surface.
すなわち、この場合、パターン露光を行う第１の露光工
程では、架橋反応、分解反応あるいは再桔合反応を生ぜ
しめるような高エネルギー露光を行い、この反応により
、シリル化反応時における硅素化合物の導入が妨げられ
るようにすると共に、全面露光を行う第２の露光工程で
は、露光条件を選択し、感光剤の分解または主鎖切断を
生ぜしめ、この感光剤の分解または主鎖切断のなされた
領域に硅素化合物の導入を促進させるようにしているた
め、シリル化の選択比を向上させることができる。この
ように、パターン露光領域では感光剤と光との反応によ
り生じた物質が触媒となり、樹脂の架橋が促進され、分
子量が増大した状態となる。That is, in this case, in the first exposure step of pattern exposure, high-energy exposure that causes a crosslinking reaction, decomposition reaction, or recombination reaction is performed, and this reaction causes the introduction of silicon compounds during the silylation reaction. In the second exposure step, which exposes the whole surface to light, the exposure conditions are selected to cause decomposition or main chain scission of the photosensitizer, and to remove the areas where the photosensitizer has been degraded or whose main chain has been severed. Since the introduction of the silicon compound is promoted, the selectivity of silylation can be improved. In this way, in the pattern exposure area, the substance produced by the reaction between the photosensitive agent and light acts as a catalyst, promoting crosslinking of the resin and increasing its molecular weight.
そして、全面露光工程では、前記パターン露光領域以外
の領域が深い領域まで完全に露光され、感光剤が感光さ
れて、シリル化され易い状態となる。Then, in the entire surface exposure step, the regions other than the pattern exposure region are completely exposed to deep regions, and the photosensitive agent is exposed to light and becomes easily silylated.
一方、分子量が増大した状態となったパターン露光領域
では、シリコンの導入が阻ＩＬされてシリル化は起こら
ない。このようにして、コントラストの高いパターン形
戊が可能となる。On the other hand, in the pattern exposed region where the molecular weight has increased, the introduction of silicon is blocked and silylation does not occur. In this way, it is possible to form a pattern with high contrast.
なお、この工程において、酸素ガスによる反応性イオン
エッチングに先立ち、シリル化されていない領域の表面
に付着したシリコン化合物を除去するようにすれば、さ
らに高精度のパターン形成が可能となる。Note that in this step, if the silicon compound attached to the surface of the non-silylated region is removed prior to reactive ion etching using oxygen gas, pattern formation with even higher precision is possible.
このようにして得られたレジストパターンをマスクとし
て、反応性イオンエッチングにより下地膜をエッチング
することにより、極めて高精度で良好なパターン形成が
可能となる。By etching the base film by reactive ion etching using the resist pattern thus obtained as a mask, it becomes possible to form a good pattern with extremely high precision.
また、前記実施例では、パターン露光に際し、ＫｒＦエ
キシマレーザの波長２４８ｒｖの光を用いたが、これに
限定されることなく、感光域の光から所望の波長でかつ
所望のエネルギーをもつ光を選択するようにすればよい
。全面露光の条件についても同様である。Further, in the above embodiment, light with a wavelength of 248 rv from a KrF excimer laser was used for pattern exposure, but the light is not limited to this, and light with a desired wavelength and desired energy is selected from the light in the photosensitive region. Just do it. The same applies to the conditions for full-surface exposure.
実施例２ 次に第２の実施例について説明する。Example 2 Next, a second embodiment will be described.
本発明の第２の実施例では、パターン露光を行う第１の
露光工程で用いる光を、前記第１の実施例で川いたＫｒ
Ｆエキシマレーザの波長２ ４ ８ ｎｍの光に代えて
、５０ｅＶの軟Ｘ線を用いる他は、感光性樹脂をはじめ
全て、前記第１の実施例と同様に行う。In the second embodiment of the present invention, the light used in the first exposure step for pattern exposure is
Everything including the photosensitive resin was carried out in the same manner as in the first embodiment, except that 50 eV soft X-rays were used in place of the 2 4 8 nm wavelength light of the F excimer laser.
これにより、０，１μｍの高精度パターンを得ることが
できた。As a result, a highly accurate pattern of 0.1 μm could be obtained.
実施例３ 次に第３の実施例について説明する。Example 3 Next, a third embodiment will be described.
本発明の第３の実施例では、パターン露光を行う第１の
露光工程で用いる光を、前記第１の実施例で用いたＫｒ
Ｆエキシマレーザの波長２４８ｎｍの光に代えて、電子
線を用いる他は、感光性樹脂をはじめ全て、前記第１の
実施例と同様に行う。In the third embodiment of the present invention, the light used in the first exposure step for pattern exposure is the same as that used in the first embodiment.
Except that an electron beam is used instead of the 248 nm wavelength light of the F excimer laser, everything including the photosensitive resin is carried out in the same manner as in the first embodiment.
この方法によっても、０．１μｍの高精度パターンを得
ることができた。Also by this method, a highly accurate pattern of 0.1 μm could be obtained.
実施例４ 次に第４の実施例について説明する。Example 4 Next, a fourth example will be described.
本発明の第４の実施例では、パターン露光を行う第１の
露光工程で用いる光は、前記第１の実施例と同様、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザの波長２４８ｎｍの光を用い、全面照
射工程では、前記第１の実施例では水銀ランプを用いた
のに代えて、ｇ線ランプを用い さらにこの後アンモニ
ア雰囲気中で９５℃３０分の熱処理を付加するようにし
ている。In the fourth embodiment of the present invention, as in the first embodiment, the light used in the first exposure step for pattern exposure is Kr.
In the whole surface irradiation process, a G-line lamp was used instead of the mercury lamp used in the first embodiment, using F excimer laser light with a wavelength of 248 nm. We are adding heat treatment.
そして、他は、感光性樹脂をはじめ全て、前記第１の実
施例と同様に行う。Everything else including the photosensitive resin is carried out in the same manner as in the first embodiment.
この方法によれば、０．３μｍの高精度パターンを得る
ことができた。According to this method, a highly accurate pattern of 0.3 μm could be obtained.
なお、このように全面照射の後、シリル化に先立ち、ア
ンモニアガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、高エ
ネルギー光によりパターン露光されない領域では、感光
生底物の分解反応が生じる一方、高エネルギー光により
パターン露光された領域では、表層より深い部分で未反
応感光剤のアゾ化反応、アミド化反応が生じてさらに硅
素化合物に対する阻止性が高くなり、さらに選択性を高
めることが可能となる。In addition, by performing heat treatment in an ammonia gas atmosphere after full-surface irradiation and prior to silylation, decomposition reactions of photosensitive biobottoms occur in areas that are not pattern exposed to high-energy light, while high-energy light In the pattern-exposed region, an azotization reaction and an amidation reaction of the unreacted photosensitizer occur in a portion deeper than the surface layer, further increasing the blocking property against silicon compounds and making it possible to further improve the selectivity.
なお、このアンモニアガス雰囲気中での熱処理温度は、
１００℃から１８０℃の間が望ましい。The heat treatment temperature in this ammonia gas atmosphere is
The temperature is preferably between 100°C and 180°C.
また、前記第２および第３の実施例においても第４の実
施例と同様、アンモニアガス雰囲気中での熱処理を付加
した結果さらに選択比が高められ、高梢度のパターン形
戊が可能となる。In addition, in the second and third embodiments, as in the fourth embodiment, heat treatment in an ammonia gas atmosphere is added, which further increases the selectivity and enables pattern formation with a high degree of topography. .
実施例５
第２図（ａ）乃至第２図（ｅ）は、本発明の第５の実施
例のレジストパターンの形成工程を示す王程図である。Embodiment 5 FIGS. 2(a) to 2(e) are diagrams showing the process of forming a resist pattern according to a fifth embodiment of the present invention.
なお、この工程では、感光性樹脂（レジスト）として、
クレゾール系ノボラック樹Ｗ＆４０ｇと、第２露光抑制
物質としてのシス型のジアセチルインジゴ０．１ｇと、
光活性物質としてのナフ１・キノンジアジドスルフォン
酸エステル感光剤１０ｇとをエチルセロソルブアセテー
ト１００ｇに溶解したものを用いる。In addition, in this process, as a photosensitive resin (resist),
40 g of cresol novolac tree W and 0.1 g of cis-type diacetylindigo as a second exposure suppressing substance,
A solution prepared by dissolving 10 g of a naph1-quinonediazide sulfonic acid ester photosensitizer as a photoactive substance in 100 g of ethyl cellosolve acetate is used.
まず、第２図（ａ）に示すごとく、パターン形成すべき
７’Ｊｔ！Ｉ膜の形成されたシリコンウェハ１］を予め
ヘキサメチルジシラザンの雰囲気中に１２０秒間さらし
、接着性向上のための表面改質を行った後、前記感光性
樹脂を、回転数３５００ ｒ ｐｍでスピンコートし、
膜厚１．６μｍの感光性樹脂膜１２を形成した後、９０
℃，５分のプリベークを行う。First, as shown in FIG. 2(a), 7'Jt! to be patterned! The silicon wafer 1 on which the I film was formed was exposed in advance to an atmosphere of hexamethyldisilazane for 120 seconds to perform surface modification to improve adhesion, and then the photosensitive resin was heated at a rotation speed of 3500 rpm. spin coat,
After forming the photosensitive resin film 12 with a film thickness of 1.6 μm,
Pre-bake at ℃ for 5 minutes.
次いで、第２図（ｌ））に示すごとく、光ステッパを用
いてＫｒＦエキシマレーザによる波長２４８ｎＩＩＩの
光１４で、該ウエハ１１上の感光性樹脂膜１２にパター
ン転写を行い、マスクパターン１３の／Ｖ４１象］．
５ Ｓを形成する。このときの露光量は２００ ｍ Ｊ
／ ｃ−とした。この潜像領域１５Ｓでは、ジアセチ
ルインジゴの重合が生じシス型に固定される（第１の露
光工程）。Next, as shown in FIG. 2(l), a pattern is transferred onto the photosensitive resin film 12 on the wafer 11 using an optical stepper with light 14 having a wavelength of 248nIII from a KrF excimer laser, and the mask pattern 13 is V41 elephant].
5 Form S. The exposure amount at this time was 200 mJ
/ c-. In this latent image area 15S, diacetyl indigo is polymerized and fixed in the cis form (first exposure step).
そして、第２図（ｅ）に示すごとく、ｇ線ステッパによ
り光線１４Ｓを用いて基板表面全体を露光する（第２の
露光工程）。このときの露光量は２０ ０ ｍ Ｊ ／
（２−とした。このとき、前記第１の露光工程で露光
されなかった領域では、ジアセチルインジゴはシス型か
らトランス型に変化し、４４０ｎｍの光（ｇ線）に対す
る吸収性は低下するため、露光が良好になされる。一方
、前記第１の露光工程で露光された領域では、ジアセチ
ルインジゴはシス型に固定されておりこの第２の露光工
程では変化せず、４４０ｎｍの光（ｇ線）に対する吸収
性が高いため、この潜像頭域１５Ｓの下層領域でも第２
の露光は完全に抑制される。Then, as shown in FIG. 2(e), the entire surface of the substrate is exposed using a light beam 14S using a g-line stepper (second exposure step). The exposure amount at this time was 200 mJ/
(It was set as 2-. At this time, in the region not exposed in the first exposure step, diacetyl indigo changes from cis type to trans type, and the absorption of 440 nm light (g line) decreases. On the other hand, in the area exposed in the first exposure step, diacetyl indigo is fixed in the cis form and does not change in the second exposure step, and is exposed to 440 nm light (g-line). Because the absorbency of
exposure is completely suppressed.
そして、この基板を真空チャンバーに設置し、該チャン
バー内を窒素で置換し、１２０℃、２０分のベーキング
を行たのち、基板を加熱しながらヘキサメチルジシラザ
ンの蒸気を該チャンバー内に導入し、１． ２ ０ ℃
、４５分のシリル化処理を行う。このシリル化処理によ
り、前記パターン露光工程における露光領域はシリル化
されず、第２図（ｄ）に示すごとく、残りの非露光領域
に選択的にシリル化層１６が形戊される。Then, this substrate was placed in a vacuum chamber, the inside of the chamber was replaced with nitrogen, and after baking was performed at 120° C. for 20 minutes, the vapor of hexamethyldisilazane was introduced into the chamber while heating the substrate. , 1. 20℃
, perform a silylation treatment for 45 minutes. Due to this silylation treatment, the exposed areas in the pattern exposure step are not silylated, and a silylated layer 16 is selectively formed in the remaining non-exposed areas, as shown in FIG. 2(d).
そして、第２図（Ｑ）に示すように、酸素ガスによる反
応性イオンエッチングによりシリル化層１６を残し、シ
リル化されずに残っている領域を選択的に除去する。こ
のときのエッチング条件は、酸素流ｆｆｉ １． ０
０ ＳＣＣＭ．圧力６．ＯＰａ，パワー１５０ｖとした
。Then, as shown in FIG. 2(Q), the silylated layer 16 is left behind and the remaining unsilylated region is selectively removed by reactive ion etching using oxygen gas. The etching conditions at this time are oxygen flow ffi1. 0
0 SCCM. Pressure6. OPa, power 150v.
このようにして、０．３５μｍの高精度パターンを得る
ことができた。In this way, a highly accurate pattern of 0.35 μm could be obtained.
このように、第１の実施例における効果に加えて、ジア
セチルインジゴのシス型からトランス型に変化する光異
性効果を利用し、全面露光工程である第２の露光工程で
光が表層の架橋構造層を透過し内部に到達するのを防止
し、シリル化が架橋構造層の内部まで形成されるのを防
止することができ、さらに選択性を高めることができ、
パターンの高精度化をはかることが可能となる。In this way, in addition to the effect of the first embodiment, by utilizing the photoisomerism effect of diacetyl indigo changing from the cis form to the trans form, light is applied to the crosslinked structure of the surface layer in the second exposure process, which is the entire surface exposure process. It can prevent silylation from penetrating the layer and reaching the inside, and can prevent silylation from forming inside the crosslinked structure layer, further increasing selectivity.
It becomes possible to improve the precision of the pattern.
なお、シリル化に先立ち、１２０℃、２０分のべ一キン
グ処理の前に９５℃，３０分のアンモニア処理を付加し
た場合、さらに高精度のパターン形或が可能となり、０
．３μｍの高情度パターンを得ることができた。In addition, if ammonia treatment is added for 30 minutes at 95°C before baking treatment at 120°C for 20 minutes prior to silylation, it is possible to form a pattern with even higher precision.
．． A high-density pattern of 3 μm could be obtained.
なお、第２露光抑制物質として、前記実施例ではジアセ
チルインジゴを用いたが、ジエトキシチオインジゴ、エ
トキシチオインジゴ等、他の物質を用いるようにしても
良い。Although diacetyl indigo was used as the second exposure suppressing substance in the above embodiments, other substances such as diethoxythioindigo and ethoxythioindigo may be used.
また、前記実施例では、シス型からトランス型に変化す
る光異性効果を利用し、光吸収波長を変化させたが、ト
ランス型からシス型に変化する光異性効果をもつものを
川いるようにしても良いし、さらには、スピロビランの
ようにＫｒＦエキシマレーザによる波長２４８ｎｍの光
１４で変化し、４３５ｒｖの光に吸収特性を持つ物質と
なるようなものを第２露光抑制物質として用いるように
しても良い。In addition, in the above example, the optical absorption wavelength was changed by utilizing the photoisomerism effect of changing from the cis type to the trans type, but it was also possible to change the optical absorption wavelength by using the photoisomerism effect of changing from the trans type to the cis type. Furthermore, a material such as spirobilane that changes with the light 14 at a wavelength of 248 nm from the KrF excimer laser and has absorption characteristics for light at 435 rv may be used as the second exposure suppressing material. Also good.
実施例６
次に本発明の第６の実施例として、第２露光抑制物質と
してスピロビランを用いた方法について説明する。Example 6 Next, as a sixth example of the present invention, a method using spirobilane as the second exposure suppressing substance will be described.
この−Ｔ二程では、感光性樹脂（レジスト）とＩ７て、
ポリビニルフェノール系ノボラック樹脂４０ｇと、第２
露光抑制物質としてのスピロビラン０．１ｇと、光活性
物質としてのナフトキノンジアジドスルフォン酸エステ
ル感光剤１０ｇとをエチルセロソルブアセテート１００
ｇに溶Ｍ Ｌ，たちのを用いる。In this -T second step, photosensitive resin (resist) and I7,
40g of polyvinylphenol novolak resin and a second
0.1 g of spirobilane as an exposure suppressing substance and 10 g of a naphthoquinonediazide sulfonic acid ester photosensitizer as a photoactive substance were mixed with 100 g of ethyl cellosolve acetate.
Use the solution M L, Tachino for g.
そして、第６の実施例と同様にして前処理、第１および
第２の露光を行うが、第１の露光工程において、ＫｒＦ
エキシマレーザによる波長２４８ｎｍの光４で、スピロ
ビランは４３５ｎｍに吸収特性を有する物質に変化する
。そこで、第２の露光工程において、実施例６と同様に
４４０ｎｍの光（ｇ線）で全面露光を行った場合、第１
の露光工程において形成された潜像領域は、この４４０
０ｍの光を吸収し、下層領域にはこの４４０ｎｍの光は
到達せず、第２の露光は完全に抑制される。Then, pretreatment, first and second exposure are performed in the same manner as in the sixth embodiment, but in the first exposure step, KrF
With light 4 having a wavelength of 248 nm from an excimer laser, spirobilane changes into a substance having absorption characteristics at 435 nm. Therefore, in the second exposure step, when the entire surface is exposed with 440 nm light (g-line) as in Example 6, the first
The latent image area formed in the exposure process of 440
This 440 nm light does not reach the underlying region, and the second exposure is completely suppressed.
後はまた同様にしてシリル化処理および現像処理を行い
、高精度の０．３５μｍラインアンドスペースパターン
を得ることができた。After that, silylation treatment and development treatment were performed in the same manner, and a highly accurate 0.35 μm line-and-space pattern could be obtained.
以上説明してきたように、本発明の方法によれば、感光
剤および架橋剤を含むレジスト材料を用い、高エネルギ
ー線によるパターン露光後、全面に感光域の波長を含む
光を照射して全面露光を行った後、シリコン化合物雰囲
気内で非露光領域のみをシリル化し、酸素プラズマ雰囲
気中で前記露光領域の非シリル化層である感光性樹脂膜
を遣択的に除去し、ポジ形のパターンを形或するように
しているため、コントラスｌ・が高く高精度のパタ一ン
の形成が可能となる。As explained above, according to the method of the present invention, a resist material containing a photosensitizer and a crosslinking agent is used, and after pattern exposure with high energy rays, the entire surface is exposed to light having a wavelength in the photosensitive range. After that, only the non-exposed areas are silylated in a silicon compound atmosphere, and the photosensitive resin film, which is the non-silylated layer, in the exposed areas is selectively removed in an oxygen plasma atmosphere to form a positive pattern. Since it has a certain shape, it is possible to form a highly accurate pattern with a high contrast l.
また、さらに第１の露光工程において、第２の露光工程
で大きな吸収を示す材料に変化する第２露光抑制物質を
添加した感光性樹脂を用いるようにしているため、第１
の露光工程で形成された架橋構造層は、第２の露光工程
では大きな吸収を示し、下層への光の侵入を抑制し、さ
らに遭択性の高いパターン形戊が可能となる。Further, in the first exposure step, the photosensitive resin added with a second exposure suppressing substance that changes into a material exhibiting large absorption in the second exposure step is used, so that the first exposure step
The crosslinked structure layer formed in the second exposure step exhibits large absorption in the second exposure step, suppresses light from penetrating into the underlying layer, and enables pattern formation with high coverage.
第１−図（ａ）乃至第１図（ｅ）は本発明の第１の実施
例の方法によるレジストパターン形成工程を示す図、第
２図（ａ）乃至第２図（０）は本発明の第６の実施例の
方法によるレジストパターン形成工程を示す図、第３図
（ａ）乃至第３図（ｄ）は従来例の方法によるレジスト
パターン形成工程を示す図である。
１ ０ １・・・基板、１０２・・・レジスト膜、］０
３・・マスク、１． ０ ４・・・露光用光線、１０５
・・・潜像、１０６・・・シリル化層、１０６ａ・・・
非露光部、１１１・・・征板、２，１２・・・レジスト
膜、３．１３・・・マスク、４．１４・・・露光用光線
、５．１５・・・潜像、５，１５３・・・表面阻止層、
６，１６・・・シリル化層。
第１図
第２図
第３図1-(a) to 1(e) are diagrams showing the resist pattern forming process according to the method of the first embodiment of the present invention, and FIG. 2(a) to FIG. FIGS. 3(a) to 3(d) are diagrams showing the resist pattern forming process according to the conventional method. 1 0 1...Substrate, 102...Resist film, ]0
3. Mask, 1. 0 4...Light beam for exposure, 105
...Latent image, 106...Silylated layer, 106a...
Non-exposed area, 111... Surface plate, 2, 12... Resist film, 3.13... Mask, 4.14... Exposure light beam, 5.15... Latent image, 5,153 ... surface blocking layer,
6,16...Silylated layer. Figure 1 Figure 2 Figure 3
Claims (7)
、 被処理基板上に、感光剤と架橋剤とを含む 感光性の感光性樹脂膜を塗布する感光性樹脂膜塗布工程
と 該感光性樹脂膜に選択的に架橋反応、分解 反応あるいは再結合反応を生ぜしめるように選択的に露
光する第１の露光工程と、 全面に感光域の波長を含む光を照射し、前 記第１の露光工程で露光された被照射領域以外の領域の
感光剤を光分解せしめる第２の露光工程と、シリコン化
合物雰囲気内で前記感光剤が光 分解せしめられた領域を選択的にシリル化するシリル化
工程と、 酸素プラズマ雰囲気中で前記被照射領域の 感光性樹脂膜を選択的に除去し、ポジ形のパターンを形
成する現像工程とを含むようにしたことを特徴とするパ
ターンの形成方法。(1) A method of forming a pattern on a substrate to be processed includes a photosensitive resin film coating step of coating a photosensitive resin film containing a photosensitive agent and a crosslinking agent on the substrate to be processed, and the photosensitive resin a first exposure step in which the film is selectively exposed to light so as to selectively cause a crosslinking reaction, decomposition reaction, or recombination reaction; and a first exposure step in which the entire surface is irradiated with light having a wavelength in the photosensitive region. a second exposure step in which the photosensitizer in a region other than the irradiated region exposed to light is photodecomposed; and a silylation step in which the region in which the photosensitizer has been photodecomposed is selectively silylated in a silicon compound atmosphere. A method for forming a pattern, comprising: selectively removing the photosensitive resin film in the irradiated area in an oxygen plasma atmosphere to form a positive pattern.
しめる塩基処理工程を含むようにしたことを特徴とする
請求項（１）記載のパターンの形成方法。(2) The pattern forming method according to claim (1), further comprising a base treatment step for absorbing a basic substance prior to the silylation step.
ジメチルアミン、トリメチルアミンなどのアミン類、あ
るいはこれらの誘導体のうちの少なくとも２種類の化合
物の混合物から構成されていることを特徴とする請求項
（２）記載のパターンの形成方法。(3) The basic substance is ammonia, imidazole,
3. The pattern forming method according to claim 2, wherein the pattern is formed from a mixture of at least two types of amines such as dimethylamine and trimethylamine, or derivatives thereof.
てのフェノール樹脂と感光剤としてのキノンアジド類を
具備してなることを特徴とする請求項（１）記載のパタ
ーンの形成方法。(4) The pattern forming method according to claim 1, wherein the photosensitive resin film comprises a phenol resin as a polymer component and a quinone azide as a photosensitizer.
光工程において吸収波長が変化し、第２露光工程におい
て光の侵入を抑制するような露光抑制物質とを含む物質
からなることを特徴とする請求項（１）記載のパターン
の形成方法。(5) The photosensitive resin film is made of a substance containing a photosensitizer, a crosslinking agent, and an exposure suppressing substance whose absorption wavelength changes in the first exposure step and suppresses light penetration in the second exposure step. The method for forming a pattern according to claim 1, characterized in that:
示す物質であることを特徴とする請求項（５）記載のパ
ターンの形成方法。(6) The method for forming a pattern according to claim (5), wherein the exposure-suppressing substance is a substance exhibiting a cis-trans isomerism effect.
を特徴とする請求項（５）記載のパターンの形成方法。(7) The pattern forming method according to claim (5), wherein the exposure inhibiting substance is a spirobilane.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156214A JP2823246B2 (en) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | Pattern formation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156214A JP2823246B2 (en) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | Pattern formation method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0321956A true JPH0321956A (en) | 1991-01-30 |
| JP2823246B2 JP2823246B2 (en) | 1998-11-11 |
Family
ID=15622857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1156214A Expired - Fee Related JP2823246B2 (en) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | Pattern formation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2823246B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04287047A (en) * | 1991-03-15 | 1992-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | Formation of pattern and production of photomask |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02127645A (en) * | 1988-11-08 | 1990-05-16 | Fujitsu Ltd | Formation of positive type pattern |
-
1989
- 1989-06-19 JP JP1156214A patent/JP2823246B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02127645A (en) * | 1988-11-08 | 1990-05-16 | Fujitsu Ltd | Formation of positive type pattern |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04287047A (en) * | 1991-03-15 | 1992-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | Formation of pattern and production of photomask |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2823246B2 (en) | 1998-11-11 |
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