JPH11242345A - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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Publication number
JPH11242345A
JPH11242345A JP10043107A JP4310798A JPH11242345A JP H11242345 A JPH11242345 A JP H11242345A JP 10043107 A JP10043107 A JP 10043107A JP 4310798 A JP4310798 A JP 4310798A JP H11242345 A JPH11242345 A JP H11242345A
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JP
Japan
Prior art keywords
resist film
resist
acid
polymer
pattern
Prior art date
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Pending
Application number
JP10043107A
Other languages
English (en)
Inventor
Masataka Endo
政孝 遠藤
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to US09/212,412 priority patent/US6331378B1/en
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Pending legal-status Critical Current

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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学増幅型のネガレジストからなるレジスト
膜に極紫外線をパターン露光してポジ型のレジストパタ
ーンを形成する方法において、得られるレジストパター
ンの寸法精度を向上させる。 【解決手段】 ポリマーと、極紫外線が照射されると酸
を発生する酸発生剤と、酸の存在下でポリマーを架橋さ
せる架橋剤とを有する化学増幅型ネガレジストを半導体
基板11上に塗布してレジスト膜12を形成する。次
に、レジスト膜12に極紫外線13をパターン露光し
て、レジスト膜12の露光部12aにおいて、酸を発生
させると共に発生した酸の働きによりポリマーを架橋さ
せる。次に、レジスト膜12の表面にシリル化剤15を
供給して、レジスト膜12の未露光部12bの表面にシ
リル化層16を形成する。レジスト膜12に対してシリ
ル化層16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12の未露光部12bからなるレジスト
パターン18を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置の製造工程において、半導体基板上にレジストパター
ンを形成するパターン形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体集積回路装置の製造工程に
おいては、紫外線を用いたホトリソグラフィによってレ
ジストパターンを形成しているが、近年の半導体集積回
路装置の高密度化及び高集積化に伴い、微細加工技術の
必要性が増大しており、これに対応するためには、露光
光源の短波長化が望まれる。
【0003】露光光源の短波長化に伴い、レジスト膜の
下地基板からの反射光やレジスト膜の段差の影響が顕著
になってくるので、これらの影響を回避するために、レ
ジスト膜の表面にマスク層を形成し、該マスク層を用い
てレジスト膜をパターニングする表面解像プロセス、例
えば、露光光源としてArFエキシマレーザ(波長:1
93nm)を用いると共に、レジスト材料として化学増
幅型レジストを用いるパターン形成方法が提案されてい
る。
【0004】以下、化学増幅型ネガレジストに対してA
rFエキシマレーザをパターン露光してポジ型のレジス
トパターンを形成する方法について、図2(a)〜
(c)及び図3(a)、(b)を参照しながら説明す
る。
【0005】まず、図2(a)に示すように、半導体基
板1の上に、ポリマーと、露光により酸を発生する酸発
生剤と、酸の存在下で加熱されるとポリマーを架橋させ
る架橋剤とを含む化学増幅型ネガレジストを塗布してレ
ジスト膜2を形成した後、図2(b)に示すように、レ
ジスト膜2に対してエキシマレーザ3を所望のパターン
形状を持つマスク4を介して露光する。このようにする
と、レジスト膜2における露光部2aにおいて酸発生剤
から酸が発生する。
【0006】次に、図2(c)に示すように、半導体基
板1ひいてはレジスト膜2を加熱すると、レジスト膜2
の露光部2aにおいては、酸が発生しているのでポリマ
ーが架橋剤の働きによって架橋する一方、未露光部2b
においては、酸が発生していないのでポリマーは架橋し
ない。
【0007】次に、図3(a)に示すように、レジスト
膜2の表面に全面に亘って、気相又は液相のジメチルシ
リルジメチルアミン(DMSDMA)からなるシリル化
剤5を供給する。このようにすると、レジスト膜2の未
露光部2bの表面にはシリル化層6Aが形成されるが、
架橋している露光部2aの表面にはシリル化層6Aは形
成されない。
【0008】次に、図3(b)に示すように、レジスト
膜2に対してシリル化層6AをマスクとしてO2 ガスか
らなるエッチングガス7Aによりドライエッチングを行
なうことにより、レジスト膜2の未露光部2bからなる
ポジ型のレジストパターン8Aを形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体集積
回路装置の一層の高集積化及びダウンサイジング化の要
望に対応するために、0.1μm前後のライン幅を有す
る微細なレジストパターンを形成する方法の開発が望ま
れる。
【0010】そこで、リソグラフィ工程における露光光
の解像度を高くするために、露光光源として、ArFエ
キシマレーザ(波長:193nm)に代えて、波長が1
3nm帯又は5nm帯の光である極紫外線を用いること
が考慮される。
【0011】以下、本件発明の前提として本件発明者が
考慮したパターン形成方法、つまり、下記の組成を有す
る化学増幅型ネガレジストからなるレジスト膜に極紫外
線をパターン露光してポジ型のレジストパターンを形成
する方法について、図4(a)〜(c)及び図5
(a)、(b)を参照しながら説明する。
【0012】 ポリマー………ポリビニルフェノール 1g 架橋剤…………メラミン 0.25g 酸発生剤………トリフェニルスルフォニウムトリフレート 0.04g 溶媒……………ジグライム 5g まず、図4(a)に示すように、半導体基板1の上に化
学増幅型ネガレジストからなり0.5μmの膜厚を有す
るレジスト膜2を形成した後、図4(b)に示すよう
に、レジスト膜2に対してマスク4を介して例えば波長
が13nm帯の光からなる極紫外線9を露光して、レジ
スト膜2の露光部2aに酸発生剤から酸を発生させる。
【0013】次に、図4(c)に示すように、半導体基
板1を100℃の温度下で60秒間ホットプレートによ
り加熱する。このようにすると、酸発生剤から発生した
酸の働きにより、ポリマーと架橋剤とが反応して、つま
りポリマーに含まれる架橋反応基としての水酸基が架橋
剤と反応してレジスト膜2の露光部2aは架橋する。
【0014】次に、図5(a)に示すように、レジスト
膜2の表面に全面に亘って、気相又は液相のジメチルシ
リルジメチルアミン(DMSDMA)からなるシリル化
剤5を供給する。このようにすると、レジスト膜2の未
露光部2bの表面にシリル化層6Bが形成されるが、架
橋しているレジスト膜2の露光部2aにはシリル化層6
Bは形成されない。
【0015】次に、図5(b)に示すように、レジスト
膜2に対してシリル化層6BをマスクとしてO2 ガスか
らなるエッチングガス7Bによりドライエッチングを行
なって、レジスト膜2の未露光部2bからなるポジ型の
レジストパターン8Bを形成する。
【0016】ところが、図4(c)に示すように、レジ
スト膜2におけるポリマーが架橋する領域(密な点々で
示す領域)は、露光部2aのみならず未露光部2bにも
拡がっているので、図5(a)に示すように、シリル化
層6Bの大きさ(幅)はレジスト膜2の未露光部2bの
大きさ(幅)よりも小さい。このため、図5(b)に示
すように、レジストパターン8Bの大きさ(幅)はマス
ク4の遮光部の大きさ(幅)よりも小さくなってしまう
という問題が発生した。このように、レジストパターン
8Bの寸法精度の低下は、半導体集積回路装置の製造方
法の後工程における不良要因になる。
【0017】前記に鑑み、本発明は、化学増幅型のネガ
レジストからなるレジスト膜に極紫外線をパターン露光
してポジ型のレジストパターンを形成する方法におい
て、得られるレジストパターンの寸法精度を向上させる
ことを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本件発明者は、レジスト
膜におけるポリマーが架橋する領域がレジスト膜の露光
部のみならず未露光部にも拡がる原因について検討を加
えた結果、レジスト膜に対して極紫外線をパターン露光
したときに、極紫外線のエネルギーが従来のArFエキ
シマレーザのエネルギーよりも高いので、レジスト膜の
未露光部における露光部と接する領域においても、露光
部に比べると少ないが酸発生剤から酸が発生する。この
ため、レジスト膜を加熱すると、レジスト膜の露光部の
みならず、レジスト膜の未露光部における露光部と接す
る領域においても、ポリマーが架橋するためであること
を見出した。
【0019】また、極紫外線のエネルギーはArFエキ
シマレーザのエネルギーよりも高いので、レジスト膜の
ポリマーは、極紫外線の照射のみによって、つまり加熱
を伴わなくても、架橋することも見出した。
【0020】本発明は前記の知見に基づいてなされたも
のであって、化学増幅型のネガレジストからなるレジス
ト膜の露光部において、ポリマーを加熱を伴うことなく
極紫外線の照射のみによって架橋させるものである。
【0021】具体的には、本発明に係るパターン形成方
法は、ポリマーと、極紫外線が照射されると酸を発生す
る酸発生剤と、酸の存在下でポリマーを架橋させる架橋
剤とを有する化学増幅型ネガレジストを基板上に塗布し
てレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に極紫外線
をパターン露光することにより、レジスト膜の露光部に
おいて、酸を発生させると共に発生した酸の働きにより
ポリマーを架橋させる工程と、レジスト膜の表面にシリ
ル化剤を供給して、レジスト膜の未露光部の表面にシリ
ル化層を形成する工程と、レジスト膜に対してシリル化
層をマスクとしてドライエッチングを行なって、レジス
ト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工
程とを備えている。
【0022】本発明のパターン形成方法によると、レジ
スト膜に極紫外線をパターン露光することにより、レジ
スト膜の露光部において酸を発生させると共に発生した
酸の働きによりポリマーを架橋させるため、パターン露
光の後にレジスト膜を加熱する場合に比べて、ポリマー
の架橋反応が抑制される。このため、レジスト膜の未露
光部における露光部と隣接する領域に酸が発生しても、
レジスト膜におけるポリマーが架橋する領域は露光部に
限られる。
【0023】本発明のパターン形成方法において、極紫
外線は、波長が13nm帯の光又は波長が5nm帯の光
であることが好ましい。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
パターン形成方法について図1(a)〜(d)を参照し
ながら説明する。
【0025】一実施形態に係るパターン形成方法は、下
記の組成を有する化学増幅型ネガレジストを用いる。
【0026】 ポリマー………ポリビニルフェノール 1g 架橋剤…………メラミン 0.25g 酸発生剤………トリフェニルスルフォニウムトリフレート 0.04g 溶媒……………ジグライム まず、図1(a)に示すように、半導体基板11の上に
化学増幅型ネガレジストからなり0.5μmの膜厚を有
するレジスト膜12を形成した後、図1(b)に示すよ
うに、レジスト膜12に対して例えば波長が13nm帯
の光からなる極紫外線13をマスク14を介して露光し
て、レジスト膜12の露光部12aにおいて、酸発生剤
から酸を発生させると共に発生した酸の働きによりポリ
マーを架橋させる。この場合、極紫外線はエネルギーが
高いので、レジスト膜12の露光部12aにおいては、
極紫外線の照射のみで加熱処理を施さなくてもポリマー
は架橋する。また、パターン露光の後にレジスト膜を加
熱する場合に比べて、ポリマーの架橋反応は抑制され
る。従って、レジスト膜12の未露光部12bにおける
露光部12aと隣接する領域に酸が発生しても、レジス
ト膜12におけるポリマーが架橋する領域は露光部12
aに限られる。
【0027】次に、図1(c)に示すように、レジスト
膜12の表面に全面に亘って、気相又は液相のジメチル
シリルジメチルアミン(DMSDMA)からなるシリル
化剤15を供給する。このようにすると、レジスト膜1
2の未露光部12bの表面にのみ選択的にシリル化層1
6が形成される。
【0028】次に、図1(d)に示すように、レジスト
膜12に対してシリル化層16をマスクとしてO2 ガス
からなるエッチングガス17によりドライエッチングを
行なって、レジスト膜12の未露光部12bからなるポ
ジ型のレジストパターン18を形成する。
【0029】本発明の一実施形態によると、レジスト膜
12におけるポリマーが架橋する領域は露光部12aに
限られているため、レジスト膜12の表面に形成される
シリル化層16の大きさ(幅)はレジスト膜12の未露
光部12bの大きさ(幅)とほぼ一致するので、寸法精
度に優れたレジストパターン17を形成することができ
る。
【0030】尚、極紫外線としては、波長が13nm帯
の光に代えて、波長が5nm帯の光を用いることができ
る。
【0031】
【発明の効果】本発明に係るパターン形成方法による
と、レジスト膜に極紫外線をパターン露光することによ
り、レジスト膜の露光部において酸を発生させると共に
発生した酸の働きによりポリマーを架橋させるため、パ
ターン露光の後にレジスト膜を加熱する場合に比べて、
ポリマーの架橋反応が抑制され、レジスト膜の未露光部
における露光部と隣接する領域に酸が発生しても、レジ
スト膜におけるポリマーが架橋する領域は露光部に限ら
れるので、レジスト膜の表面に形成されるシリル化層の
大きさはレジスト膜の未露光部の大きさとほぼ一致す
る。従って、レジスト膜に対してシリル化層をマスクと
してドライエッチングを行なって得られるレジストパタ
ーンの寸法精度は大きく向上する。
【0032】本発明のパターン形成方法において、極紫
外線として波長が13nm帯の光又は波長が5nm帯の
光を用いると、リソグラフィ工程における露光光の解像
度を確実に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の一実施形態に係る
パターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図2】(a)〜(c)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。
【図3】(a)、(b)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。
【図4】(a)〜(c)は、本発明の前提となるパター
ン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図5】(a)、(b)は、本発明の前提となるパター
ン形成方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
11 半導体基板 12 レジスト膜 12a 露光部 12b 未露光部 13 極紫外線 14 マスク 15 シリル化剤 16 シリル化層 17 エッチングガス 18 レジストパターン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリマーと、極紫外線が照射されると酸
    を発生する酸発生剤と、酸の存在下で前記ポリマーを架
    橋させる架橋剤とを有する化学増幅型ネガレジストを基
    板上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜に極紫外線をパターン露光することによ
    り、前記レジスト膜の露光部において、酸を発生させる
    と共に発生した酸の働きにより前記ポリマーを架橋させ
    る工程と、 前記レジスト膜の表面にシリル化剤を供給して、前記レ
    ジスト膜の未露光部の表面にシリル化層を形成する工程
    と、 前記レジスト膜に対して前記シリル化層をマスクとして
    ドライエッチングを行なって、前記レジスト膜の未露光
    部からなるレジストパターンを形成する工程とを備えて
    いることを特徴とするパターン形成方法。
  2. 【請求項2】 前記極紫外線は、波長が13nm帯の光
    又は波長が5nm帯の光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方法。
JP10043107A 1998-02-25 1998-02-25 パターン形成方法 Pending JPH11242345A (ja)

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JP10043107A JPH11242345A (ja) 1998-02-25 1998-02-25 パターン形成方法
US09/212,412 US6331378B1 (en) 1998-02-25 1998-12-16 Pattern forming method

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