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JP2002260991A - Fine resist pattern, method of forming fine pattern, and semiconductor device - Google Patents

Fine resist pattern, method of forming fine pattern, and semiconductor device

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JP2002260991A
JP2002260991A JP2001059800A JP2001059800A JP2002260991A JP 2002260991 A JP2002260991 A JP 2002260991A JP 2001059800 A JP2001059800 A JP 2001059800A JP 2001059800 A JP2001059800 A JP 2001059800A JP 2002260991 A JP2002260991 A JP 2002260991A
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exposure
forming
resist
region
layer
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Isao Sato
功 佐藤
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Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の表面にさらに微細なパターンを
形成することができる微細レジストパターン、微細パタ
ーンの形成方法及び半導体装置を提供する。 【解決手段】 基板6上に、特定の元素を含む特定のガ
スに接触して特定の元素と結合し所定のエッチングガス
に対する耐性が強化される性質を有するレジスト層9を
形成する工程と、レジスト層9に第一の露光10を行
い、第一の露光領域9bと第一の非露光領域9aとを形
成する工程と、第一の露光領域9bに対して第二の露光
11を行い、第二の露光領域9cと第三の露光領域9d
とを形成する工程と、レジスト層9を特定のガスにさら
して第三の露光領域9dのみを特定の元素と結合させる
工程と、第二の露光領域9cと第一の非露光領域9aと
をエッチングにより除去し第三の露光領域9eからなる
レジストパターンを形成する工程とを備えた。
(57) Abstract: A fine resist pattern, a method for forming a fine pattern, and a semiconductor device capable of forming a finer pattern on the surface of a semiconductor device are provided. A step of forming a resist layer (9) on a substrate (6), which is in contact with a specific gas containing a specific element and bonds with the specific element to enhance resistance to a predetermined etching gas, Performing a first exposure 10 on the layer 9 to form a first exposure area 9b and a first non-exposure area 9a; and performing a second exposure 11 on the first exposure area 9b, Second exposure area 9c and third exposure area 9d
A step of exposing the resist layer 9 to a specific gas to bond only the third exposed region 9d to a specific element; and forming the second exposed region 9c and the first non-exposed region 9a Removing by etching to form a resist pattern composed of the third exposed region 9e.

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】この発明は、微細レジストパ
ターン、微細パターンの形成方法及び半導体装置に関
し、特に、半導体装置の製造において微細な記憶保持パ
ターンを形成するための微細レジストパターン、微細パ
ターンの形成方法及び半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine resist pattern, a method for forming a fine pattern, and a semiconductor device, and more particularly, to a fine resist pattern and a fine pattern for forming a fine memory holding pattern in the manufacture of a semiconductor device. The present invention relates to a method and a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5にて、半導体装置を製造する際の従
来の微細パターンの形成方法、すなわち円筒状パターン
形成方法について説明する。図5(A)〜(D)は、従
来のレジストパターンの形成方法において、各工程にお
ける半導体装置を示す概略断面図である。なお、同図に
おいて、円筒状パターン5と接続される活性化領域につ
いては、簡単のため図示を省略する。
2. Description of the Related Art A conventional method for forming a fine pattern, that is, a method for forming a cylindrical pattern when manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG. 5A to 5D are schematic cross-sectional views showing a semiconductor device in each step in a conventional method for forming a resist pattern. It should be noted that, in the figure, illustration of an activation region connected to the cylindrical pattern 5 is omitted for simplicity.

【0003】まず、同図(A)に示すように、露光・現
像・エッチング工程が行われる。すなわち、まず、基板
1上に、レジスト2を塗布する。その後、露光・現像・
エッチングを行い、レジスト2に、凹状部を形成する。
これにより、半導体装置の露光・現像・エッチング工程
が終了する。
First, as shown in FIG. 1A, an exposure, development and etching process is performed. That is, first, the resist 2 is applied on the substrate 1. After that, exposure, development,
Etching is performed to form a concave portion in the resist 2.
Thus, the exposure, development, and etching steps of the semiconductor device are completed.

【0004】次に、同図(B)に示すように、ポリシリ
コン膜形成工程が行われる。すなわち、露光・現像・エ
ッチング工程後の半導体装置において、凹状部を有する
レジスト2の表面に、ポリシリコン膜3を成膜する。こ
れにより、半導体装置のポリシリコン膜形成工程が終了
する。
Next, as shown in FIG. 1B, a polysilicon film forming step is performed. That is, in the semiconductor device after the exposure, development, and etching steps, the polysilicon film 3 is formed on the surface of the resist 2 having the concave portion. Thus, the step of forming the polysilicon film of the semiconductor device is completed.

【0005】次に、同図(C)に示すように、酸化膜形
成工程が行われる。すなわち、ポリシリコン膜形成工程
後の半導体装置において、ポリシリコン膜3が形成され
たレジスト2上に、さらに、酸化膜4を成膜する。これ
により、半導体装置の酸化膜形成工程が終了する。
Next, as shown in FIG. 1C, an oxide film forming step is performed. That is, in the semiconductor device after the polysilicon film forming step, an oxide film 4 is further formed on the resist 2 on which the polysilicon film 3 is formed. Thus, the oxide film forming step of the semiconductor device is completed.

【0006】最後に、同図(D)に示すように、エッチ
バック工程が行われる。すなわち、酸化膜形成工程後の
半導体装置において、ポリシリコン膜3と酸化膜4とが
形成されたレジスト2表面の全面をエッチバックして、
凹状部以外の領域のポリシリコン膜3と酸化膜4とを除
去する。そして、ポリシリコン膜3aの所望の円筒状パ
ターン5を形成する。これにより、半導体装置の微細パ
ターン形成についての全工程が完了することになる。
Finally, as shown in FIG. 1D, an etch back step is performed. That is, in the semiconductor device after the oxide film forming step, the entire surface of the resist 2 on which the polysilicon film 3 and the oxide film 4 are formed is etched back,
The polysilicon film 3 and the oxide film 4 in the region other than the concave portion are removed. Then, a desired cylindrical pattern 5 of the polysilicon film 3a is formed. As a result, all the steps for forming the fine pattern of the semiconductor device are completed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置の高
集積化に対する要求は、技術の進展とともに益々高まっ
ている。そして、記憶保持に関わる半導体装置について
も、同様の要求があり、少ない容積の中で大きな記憶保
持容量を確保できる半導体装置の開発が盛んに進められ
ている。すなわち、半導体装置に形成される記憶保持パ
ターンは、極めて微細なパターンであることが必要とな
っている。
In recent years, demands for higher integration of semiconductor devices have been increasing more and more with advances in technology. There is a similar demand for a semiconductor device related to memory retention, and a semiconductor device capable of securing a large memory retention capacity in a small volume has been actively developed. That is, the memory holding pattern formed on the semiconductor device needs to be an extremely fine pattern.

【0008】ところが、上記の従来の技術においては、
極めて微細なパターンを形成することが難しかった。す
なわち、露光部の光線波長やレンズ開口数を変更して解
像度を向上すれば、露光・現像・エッチング工程におい
て、より微細な凹状部を形成することができる。しか
し、成膜工程において、その微細な凹状部にポリシリコ
ン膜や酸化膜を一定の品質で形成することは、技術的に
難しい問題があった。そして、凹状部が微細なものにな
ればなるほど、その克服すべく問題は大きなものとなっ
ていた。
However, in the above-mentioned conventional technology,
It was difficult to form an extremely fine pattern. That is, if the resolution is improved by changing the light beam wavelength or the lens numerical aperture of the exposed portion, a finer concave portion can be formed in the exposure, development, and etching steps. However, there is a technically difficult problem in forming a polysilicon film or an oxide film at a constant quality in the fine concave portion in the film forming process. And, the finer the concave portion, the greater the problem to overcome.

【0009】この発明は上述したような問題点を解消す
るためになされたもので、複雑な成膜工程を経ることな
く、半導体装置の表面にさらに微細なパターンを形成す
ることができる微細レジストパターン、微細パターンの
形成方法及び半導体装置を提供することを課題とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and a fine resist pattern capable of forming a finer pattern on the surface of a semiconductor device without going through a complicated film forming process. It is an object to provide a method for forming a fine pattern and a semiconductor device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本願発明者は、上記課題
を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに
至った。すなわち、基板上に塗布するレジストとして、
ポリビニルフェノールの水酸基をt-ブトキシカルボニル
基(t−BOC基)とアセタール基とによって保護した
共重合ポリマーをメインポリマーとするレジストを用い
る。このレジストは、そのレジスト表面への露光量の大
きさによって、次の三種類の化学的態様を有することに
なる。
Means for Solving the Problems The inventor of the present invention has conducted studies for solving the above problems, and as a result, has come to know the following matters. That is, as a resist applied on the substrate,
A resist having a copolymer in which a hydroxyl group of polyvinyl phenol is protected by a t-butoxycarbonyl group (t-BOC group) and an acetal group is used as a main polymer. This resist has the following three chemical modes depending on the amount of exposure to the resist surface.

【0011】まず、第一の態様としては、上述のレジス
トの表面に、高い露光量の露光を行った場合である。こ
の場合には、レジストが露光により架橋して、その後に
特定の元素としてのシリコン(Si)を含むガスと接触
しても、シリコンと結合(シリル化)することはない。
First, a first mode is a case where a high exposure amount is exposed on the surface of the above-described resist. In this case, the resist is not cross-linked (silylated) even if the resist is cross-linked by exposure to a gas containing silicon (Si) as a specific element.

【0012】次に、第二の態様としては、レジストの表
面に、中程度の露光量の露光を行った場合である。この
場合には、レジストが露光により架橋せずに脱保護化し
て、その後にシリコンを含むガスと接触すると、シリル
化することになる。
Next, the second mode is a case where the surface of the resist is exposed with a medium exposure amount. In this case, when the resist is deprotected without being cross-linked by exposure, and then comes into contact with a gas containing silicon, the resist is silylated.

【0013】そして、第三の態様としては、レジストの
表面に、低い露光量の露光(まったく露光しない場合も
含む。)を行った場合である。この場合には、レジスト
は露光により脱保護化することも、架橋することもな
く、その後にシリコン含有ガスと接触しても、シリル化
しない。
[0013] The third embodiment is a case where the surface of the resist is exposed with a low exposure amount (including the case where no exposure is performed at all). In this case, the resist is not deprotected by exposure, does not crosslink, and does not silylate even when subsequently contacted with a silicon-containing gas.

【0014】本発明は上記研究結果より、上述の課題を
解決するためになされたものであり、すなわち、この発
明の請求項1記載の発明にかかる微細レジストパターン
の形成方法は、基板上に、特定の元素を含む特定のガス
に接触して当該特定の元素と結合し所定のエッチングガ
スに対する耐性が強化される性質を有するレジスト層を
形成する工程と、前記レジスト層に第一のパターンで第
一の露光を行い、該第一の露光を受けた第一の露光領域
と該第一の露光を受けない第一の非露光領域とを形成す
る工程と、前記第一の露光領域の外縁から所定間隔で縮
小した第二のパターンで前記第一の露光領域に対して第
二の露光を行い、前記第一の露光領域のうちで該第二の
露光を受けた第二の露光領域と該第二の露光を受けない
第三の露光領域とを形成する工程と、前記レジスト層を
前記特定の元素を含む特定のガスにさらして前記第三の
露光領域のみを前記特定の元素と結合させる工程と、前
記第二の露光領域と前記第一の非露光領域とをエッチン
グにより除去し前記第三の露光領域からなるレジストパ
ターンを形成する工程とを備えたものである。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems based on the above research results. That is, the method for forming a fine resist pattern according to the first aspect of the present invention comprises: A step of forming a resist layer having a property of contacting with a specific gas containing a specific element and bonding with the specific element and enhancing resistance to a predetermined etching gas; and forming a resist pattern on the resist layer in a first pattern. Performing one exposure, a step of forming a first exposure area that has received the first exposure and a first non-exposure area that does not receive the first exposure, from the outer edge of the first exposure area A second exposure is performed on the first exposure region with a second pattern reduced at a predetermined interval, and a second exposure region that has undergone the second exposure in the first exposure region and A third exposure area that does not receive a second exposure Forming, exposing the resist layer to a specific gas containing the specific element, and bonding only the third exposed region to the specific element, and forming the second exposed region and the first Removing the non-exposed area by etching to form a resist pattern comprising the third exposed area.

【0015】また、請求項2記載の発明にかかる微細レ
ジストパターンの形成方法は、上記請求項1に記載の発
明において、前記レジスト層を、アセタール基とt-ブ
トキシカルボニル基とによって保護化されたポリマーに
て形成したものである。
According to a second aspect of the present invention, in the method for forming a fine resist pattern according to the first aspect, the resist layer is protected by an acetal group and a t-butoxycarbonyl group. It was formed from a polymer.

【0016】また、請求項3記載の発明にかかる微細レ
ジストパターンの形成方法は、上記請求項1又は請求項
2に記載の発明において、前記特定の元素を、シリコン
としたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of forming a fine resist pattern according to the first or second aspect of the present invention, wherein the specific element is silicon.

【0017】また、請求項4記載の発明にかかる微細レ
ジストパターンの形成方法は、上記請求項1〜請求項3
のいずれかに記載の発明において、前記所定のエッチン
グガスを、酸素ガスとしたものである。
Further, the method of forming a fine resist pattern according to the invention of claim 4 is the above-mentioned claim 1 to claim 3.
In the invention described in any one of the above, the predetermined etching gas is oxygen gas.

【0018】また、請求項5記載の発明にかかる微細レ
ジストパターンの形成方法は、上記請求項1〜請求項4
のいずれかに記載の発明において、前記第三の露光領域
からなるレジストパターンを、円形状、矩形状、ライン
・アンド・スペース形状又は十字形状としたものであ
る。
Further, the method of forming a fine resist pattern according to the invention of claim 5 provides the method of forming a fine resist pattern according to claims 1 to 4 above.
In the invention according to any one of the above, the resist pattern comprising the third exposure region is formed in a circular shape, a rectangular shape, a line-and-space shape, or a cross shape.

【0019】さらに、この発明の請求項6記載の発明に
かかる半導体装置は、前記請求項1〜請求項5のいずれ
かに記載の微細レジストパターンの形成方法によって製
造したものである。
A semiconductor device according to a sixth aspect of the present invention is manufactured by the method for forming a fine resist pattern according to any one of the first to fifth aspects.

【0020】さらに、この発明の請求項7記載の発明に
かかる微細パターンの形成方法は、基板上に被加工層を
形成する工程と、前記被加工層の上に第一のレジスト層
を形成する工程と、前記第一のレジスト層の上に、特定
の元素を含む特定のガスに接触して当該特定の元素と結
合し所定のエッチングガスに対する耐性が強化される性
質を有する第二のレジスト層を形成する工程と、前記第
二のレジスト層に第一のパターンで第一の露光を行い、
該第一の露光を受けた第一の露光領域と該第一の露光を
受けない第一の非露光領域とを形成する工程と、前記第
一の露光領域の外縁から所定間隔で縮小した第二のパタ
ーンで前記第一の露光領域に対して第二の露光を行い、
前記第一の露光領域のうちで該第二の露光を受けた第二
の露光領域と該第二の露光を受けない第三の露光領域と
を形成する工程と、前記第二のレジスト層を前記特定の
元素を含む特定のガスにさらして前記第三の露光領域の
みを前記特定の元素と結合させる工程と、前記第一の非
露光領域をエッチングにより除去し前記第一のレジスト
層の露出領域を形成する工程と、前記第一のレジスト層
の露出領域をエッチングにより除去し前記被加工層の第
一の露出領域を形成するとともに、前記第二のレジスト
層の第二の露光領域をエッチングにより除去し前記第一
のレジスト層の露出領域を形成する工程と、前記被加工
層の第一の露出領域を一定厚さエッチングにより除去す
る工程と、前記第一のレジスト層の露出領域をエッチン
グにより除去し前記被加工層の第二の露出領域を形成す
る工程と、前記第二のレジスト層の第三の露光領域をマ
スクとして、前記被加工層の第一の露出領域をエッチン
グにより除去し、前記被加工層の第二の露出領域を所定
厚さ残してエッチングすることにより、前記被加工層の
パターンを形成する工程とを備えたものである。
Further, in the method for forming a fine pattern according to the present invention, a step of forming a layer to be processed on a substrate and a step of forming a first resist layer on the layer to be processed are provided. Step, a second resist layer having a property of being in contact with a specific gas containing a specific element and bonding with the specific element to enhance resistance to a predetermined etching gas on the first resist layer And forming a first exposure on the second resist layer in a first pattern,
Forming a first exposure area that has received the first exposure and a first non-exposure area that does not receive the first exposure; and a step of reducing at a predetermined interval from an outer edge of the first exposure area. Perform a second exposure on the first exposure area in a second pattern,
Forming a second exposure area of the first exposure area that has undergone the second exposure and a third exposure area that does not receive the second exposure, and the second resist layer Exposing the third exposed region only to the specific element by exposing to the specific gas containing the specific element, and exposing the first resist layer by removing the first non-exposed region by etching Forming a region and removing the exposed region of the first resist layer by etching to form a first exposed region of the processed layer, and etching a second exposed region of the second resist layer Forming an exposed region of the first resist layer by removing the first exposed region of the layer to be processed by a constant thickness etching, etching the exposed region of the first resist layer Before removal by Forming a second exposed region of the layer to be processed, and using the third exposed region of the second resist layer as a mask, removing the first exposed region of the layer to be processed by etching; Forming a pattern of the layer to be processed by etching while leaving a second exposed region of the layer with a predetermined thickness.

【0021】また、請求項8記載の発明にかかる微細パ
ターンの形成方法は、上記請求項7に記載の発明におい
て、前記第二のレジスト層を、アセタール基とt-ブト
キシカルボニル基とによって保護化されたポリマーにて
形成したものである。
In the method for forming a fine pattern according to the present invention, the second resist layer is protected by an acetal group and a t-butoxycarbonyl group. It was formed from the polymer obtained.

【0022】また、請求項9記載の発明にかかる微細パ
ターンの形成方法は、上記請求項7又は請求項8に記載
の発明において、前記特定の元素を、シリコンとしたも
のである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of forming a fine pattern, the specific element is silicon in the seventh or eighth aspect of the invention.

【0023】また、請求項10記載の発明にかかる微細
パターンの形成方法は、上記請求項7〜請求項9のいず
れかに記載の発明において、前記所定のエッチングガス
を、酸素ガスとしたものである。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for forming a fine pattern according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the predetermined etching gas is oxygen gas. is there.

【0024】また、請求項11記載の発明にかかる微細
パターンの形成方法は、上記請求項7〜請求項10のい
ずれかに記載の発明において、前記被加工層のパターン
を、円形状、矩形状、ライン・アンド・スペース形状又
は十字形状としたものである。
In the method for forming a fine pattern according to the present invention, the pattern of the layer to be processed may be circular or rectangular. , A line and space shape or a cross shape.

【0025】さらに、この発明の請求項12記載の発明
にかかる半導体装置は、前記請求項7〜請求項11のい
ずれかに記載の微細パターンの形成方法によって製造さ
れたものである。
A semiconductor device according to a twelfth aspect of the present invention is manufactured by the method for forming a fine pattern according to any one of the seventh to eleventh aspects.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1を図面に基づいて詳細に説明する。図1
(A)〜(J)は、本発明の実施の形態1の微細パター
ンの形成方法において、各工程における半導体装置を示
す概略断面図である。なお、同図において、微細パター
ン7bと接続される活性化領域については、簡単のため
図示を省略する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Figure 1
FIGS. 3A to 3J are schematic cross-sectional views illustrating a semiconductor device in each step in a method for forming a fine pattern according to the first embodiment of the present invention. It should be noted that in the figure, illustration of an activation region connected to the fine pattern 7b is omitted for simplicity.

【0027】まず、図1(A)に示すように、積層工程
が行われる。すなわち、最初に、基板6上に、被加工層
7を形成する。ここで、例えば、基板6はSiOから
なり、半導体装置の層間膜として機能する。他方、被加
工層7はポリシリコンからなり、半導体装置の被加工基
板として機能する。そして、基板6上に、被加工層7を
0.5μm程度の膜厚で成膜するのが好適である。
First, as shown in FIG. 1A, a laminating step is performed. That is, first, the processed layer 7 is formed on the substrate 6. Here, for example, the substrate 6 is made of SiO 2 and functions as an interlayer film of the semiconductor device. On the other hand, the processing target layer 7 is made of polysilicon and functions as a processing target substrate of the semiconductor device. Then, on the substrate 6, the layer to be processed 7 is
It is preferable to form a film with a thickness of about 0.5 μm.

【0028】次に、第一のレジスト層としての下層レジ
スト8を、被加工層7上に塗布した後に、これを熱架橋
する。ここで、下層レジスト8としては、例えば、材質
にノボラックレジスト(例えば、住友化学製i線レジス
トPFI-38)を用いることができる。さらに、この
ときの下層レジスト2の膜厚は、いわゆる回転塗布によ
り0.4μm程度の膜厚とすることが好適であり、その場
合の熱架橋は 200〜300℃の温度にて達成することがで
きる。
Next, after a lower resist 8 as a first resist layer is applied on the layer 7 to be processed, this is thermally crosslinked. Here, as the lower layer resist 8, for example, a novolak resist (for example, an i-line resist PFI-38 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) can be used as a material. Further, the thickness of the lower resist 2 at this time is preferably about 0.4 μm by so-called spin coating, in which case thermal crosslinking can be achieved at a temperature of 200 to 300 ° C. .

【0029】次に、第二のレジスト層としての上層レジ
スト9を、下層レジスト8上に塗布する。ここで、上層
レジスト9は、上述したように、一定条件の下でシリコ
ン含有ガス中にてシリコンと結合するシリル化レジスト
である。このシリル化レジストは、例えば、ポリビニル
フェノール系ポリマーのフェノール性水酸基をt−BO
C基とアセタール基とで保護したポリマーをメインポリ
マーとしたものであり、さらにこれをPGMEA等の溶媒に
溶解させて、酸発生剤(例えば、Triphenylsulfonium t
riflate)を添加して調合したものである。そして、こ
のシリル化レジストを、回転塗布により、下層レジスト
8上に、0.03〜0.07μmの薄膜にて形成することが好適
である。
Next, an upper resist 9 as a second resist layer is applied on the lower resist 8. Here, as described above, the upper layer resist 9 is a silylated resist that bonds to silicon in a silicon-containing gas under a certain condition. This silylated resist is obtained, for example, by adding a phenolic hydroxyl group of a polyvinylphenol-based polymer to t-BO.
A polymer protected by a C group and an acetal group is used as a main polymer. The polymer is further dissolved in a solvent such as PGMEA to form an acid generator (eg, Triphenylsulfonium t
riflate). Then, it is preferable to form this silylated resist on the lower resist 8 as a thin film of 0.03 to 0.07 μm by spin coating.

【0030】このようにして、半導体装置の積層工程が
終了する。なお、下層レジスト8は、上述のように、塗
布工程後に高温で熱処理されている。そのため、その後
に塗布される上層レジスト9は、下層レジスト8と混ざ
り合うことなく良好に塗布されることになる。
Thus, the lamination process of the semiconductor device is completed. The lower resist 8 is heat-treated at a high temperature after the application step, as described above. Therefore, the upper-layer resist 9 applied thereafter is preferably applied without being mixed with the lower-layer resist 8.

【0031】次に、図1(B)に示すように、第一露光
工程が行われる。すなわち、積層工程後の半導体装置に
おいて、半導体装置の上層レジスト9の表面に、第一の
パターンで第一露光10を行う。そして、第一露光10
を受けた第一の露光領域としての上層レジスト第一領域
9bと、第一露光10を受けない第一の非露光領域とし
ての上層レジスト非第一領域9aとを形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a first exposure step is performed. That is, in the semiconductor device after the laminating step, the first exposure 10 is performed in the first pattern on the surface of the upper resist 9 of the semiconductor device. And the first exposure 10
Then, an upper resist first region 9b as a first exposure region receiving the first exposure and an upper resist non-first region 9a as a first non-exposure region not receiving the first exposure 10 are formed.

【0032】ここで、第一露光10については、紫外
線、X線、電子線等の高エネルギ照射が可能な光源を用
いることができ、 例えば、アルゴンフロライド・エキ
シマレーザ(ArFエキシマレーザ)を光源とした場合
には、第一露光10の照射量を3〜8mJ/cmとするこ
とが好適である。なお、この第一露光10を行う図示せ
ぬ露光部には、第一のパターンに対応した所定の開口を
有する第一マスクが設置されることになる。そして、本
実施の形態1においては、第一マスクとして矩形状の開
口を有するマスクを用いており、その開口の形状は、例
えば、縦0.9μm×横1.9μmとすることができる。
Here, for the first exposure 10, a light source capable of irradiating high energy such as ultraviolet rays, X-rays, and electron beams can be used. For example, an argon fluoride excimer laser (ArF excimer laser) is used as a light source. In this case, the irradiation amount of the first exposure 10 is preferably set to 3 to 8 mJ / cm 2 . It should be noted that a first mask having a predetermined opening corresponding to the first pattern is provided in an unillustrated exposure portion for performing the first exposure 10. In the first embodiment, a mask having a rectangular opening is used as the first mask, and the shape of the opening can be, for example, 0.9 μm in length × 1.9 μm in width.

【0033】こうして、第一露光10を受けた上層レジ
スト第一領域9bは、その中程度の露光量により、分解
(脱保護化)する。すなわち、上層レジスト9におい
て、第一露光10により分解状態にある上層レジスト第
一領域9bと、第一露光10を受けずに分解状態にない
上層レジスト非第一領域9aとの、化学的性質の異なる
二領域が発生する。これにより、半導体装置の第一露光
工程が終了する。
In this manner, the upper resist first region 9b which has received the first exposure 10 is decomposed (deprotected) by the medium exposure amount. That is, in the upper resist 9, the chemical properties of the upper resist first region 9 b in the decomposed state by the first exposure 10 and the upper resist non-first region 9 a in the decomposed state without receiving the first exposure 10 are different. Two different regions occur. Thus, the first exposure process of the semiconductor device ends.

【0034】次に、図1(C)に示すように、第二露光
工程が行われる。すなわち、第一露光工程後の半導体装
置において、上層レジスト第一領域9b上に、第二のパ
ターンで第二露光11を行い、110〜130℃にて約1分間
の熱処理をする。そして、上層レジスト第一領域9bの
うちで、第二露光11を受けた第二の露光領域としての
上層レジスト第二領域9cと、第二露光11を受けない
第三の露光領域としての上層レジスト第三領域9dとを
形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a second exposure step is performed. That is, in the semiconductor device after the first exposure step, the second exposure 11 is performed in the second pattern on the upper resist first region 9b, and the heat treatment is performed at 110 to 130 ° C. for about 1 minute. In the upper resist first region 9b, the upper resist second region 9c as a second exposure region receiving the second exposure 11, and the upper resist as a third exposure region not receiving the second exposure 11 A third region 9d is formed.

【0035】ここで、この第二露光工程においては、上
述のArFエキシマレーザを光源とした場合には、照射
量を100〜300mJ/cmとすることが好適である。すなわ
ち、第二露光工程における第二露光11の露光量は、上
述の第一露光工程における第一露光10の露光量に比べ
て、大きなものとなっている。なお、この第二露光11
を行う露光部には、第二のパターンに対応した所定の開
口を有する第二マスクが設置されることになる。そし
て、本実施の形態1においては、第二マスクとして矩形
状の開口を有するマスクを用いており、その開口の形状
は、例えば、縦0.7μm×横1.7μmとすることができ
る。すなわち、上層レジスト第二領域9cは、上層レジ
スト第一領域9aの外縁から所定間隔で縮小したもので
ある。
Here, in the second exposure step, when the above-mentioned ArF excimer laser is used as a light source, the irradiation amount is preferably set to 100 to 300 mJ / cm 2 . That is, the exposure amount of the second exposure 11 in the second exposure step is larger than the exposure amount of the first exposure 10 in the above-described first exposure step. The second exposure 11
A second mask having a predetermined opening corresponding to the second pattern is set in the exposure unit performing the above. In the first embodiment, a mask having a rectangular opening is used as the second mask, and the shape of the opening can be, for example, 0.7 μm × 1.7 μm. That is, the upper resist second region 9c is reduced at a predetermined interval from the outer edge of the upper resist first region 9a.

【0036】こうして、第二露光11を受けた上層レジ
スト第二領域9cは、その大きな露光量により架橋す
る。すなわち、上層レジスト9において、第二露光11
により架橋した上層レジスト第二領域9cと、第一露光
10のみを受けて第二露光11を受けずに分解した上層
レジスト第三領域9dと、第一露光10と第二露光11
のいずれも受けずに架橋も分解もしない上層レジスト非
第一領域9aとの、化学的性質の異なる三領域が発生す
る。これにより、半導体装置の第二露光工程が終了す
る。
In this way, the upper resist second region 9c which has received the second exposure 11 is crosslinked by the large exposure. That is, the second exposure 11
The upper resist second region 9c cross-linked by the above, the upper resist third region 9d decomposed by receiving only the first exposure 10 and not receiving the second exposure 11, the first exposure 10 and the second exposure 11
Therefore, three regions having different chemical properties from the upper resist non-first region 9a which is not crosslinked or decomposed without any of the above are generated. Thereby, the second exposure process of the semiconductor device ends.

【0037】次に、図1(D)に示すように、シリル化
処理工程が行われる。すなわち、第二露光工程後の半導
体装置は、特定のガスとしてのシリコン含有気体にさら
される。ここで、シリコン含有気体としては、例えば、
ジメチルシリルジメチルアミン(DMSDMA)を用いることが
できる。なお、図1(D)中の記号Siはシリコン含有
気体を示し、半導体装置の露出面がシリコン含有気体と
接触している状態である。
Next, as shown in FIG. 1 (D), a silylation step is performed. That is, the semiconductor device after the second exposure step is exposed to a silicon-containing gas as a specific gas. Here, as the silicon-containing gas, for example,
Dimethylsilyldimethylamine (DMSDMA) can be used. Note that the symbol Si in FIG. 1D indicates a silicon-containing gas, in which the exposed surface of the semiconductor device is in contact with the silicon-containing gas.

【0038】そして、シリコン含有気体と接触すること
により、上層レジスト第三領域9dのみがシリル化し
て、上層レジストパターン9eを形成することになる。
すなわち、大きな露光11を受けないで中程度の露光1
0のみを受けて分解状態にある上層レジスト第三領域9
dのみが、フェノール性水酸基とDMSDMAとの化学反応に
より、その領域内にシリコンを取り込むことになる。そ
して、まったく露光を受けていない上層レジスト非第一
領域9aと、架橋された上層レジスト第二領域9cとに
ついては、シリコンを取り込まない。このようにして、
半導体装置のシリル化処理工程が終了する。
Then, by contact with the silicon-containing gas, only the upper resist third region 9d is silylated, thereby forming the upper resist pattern 9e.
That is, medium exposure 1 without large exposure 11
Upper resist third region 9 which is in a decomposed state by receiving only 0
Only d will take in silicon in that region due to the chemical reaction between the phenolic hydroxyl groups and DMSDMA. The upper resist non-first region 9a that has not been exposed at all and the crosslinked upper resist second region 9c do not take in silicon. In this way,
The silylation process of the semiconductor device ends.

【0039】次に、図1(E)に示すように、第三露光
工程が行われる。すなわち、シリル化処理工程後の半導
体装置において、上層レジスト9の全領域、すなわち、
上層レジスト非第一領域9aと上層レジスト第二領域9
cと上層レジストパターン9eとについて、第三露光1
2を行う。そして、熱処理をすることにより、上層レジ
スト非第一領域9aは分解する。ここで、第三露光12
は、例えば、上述のArFエキシマレーザを光源とした
場合には、照射量を3〜8mJ/cmとすることが好適であ
る。このようにして、半導体装置の第三露光工程が終了
する。
Next, as shown in FIG. 1E, a third exposure step is performed. That is, in the semiconductor device after the silylation process, the entire region of the upper resist 9, that is,
Upper resist non-first area 9a and upper resist second area 9
c and the upper resist pattern 9e, the third exposure 1
Do 2 Then, by performing the heat treatment, the upper resist non-first region 9a is decomposed. Here, the third exposure 12
For example, when the above-described ArF excimer laser is used as a light source, the irradiation amount is preferably set to 3 to 8 mJ / cm 2 . Thus, the third exposure step of the semiconductor device is completed.

【0040】次に、図1(F)に示すように、第一除去
工程が行われる。すなわち、第三露光工程後の半導体装
置において、第三露光工程により分解した上層レジスト
非第一領域9aをエッチングにより除去する。そして、
下層レジスト8の露出領域を形成する。
Next, as shown in FIG. 1F, a first removal step is performed. That is, in the semiconductor device after the third exposure step, the upper resist non-first region 9a decomposed in the third exposure step is removed by etching. And
An exposed region of the lower resist 8 is formed.

【0041】ここで、第一除去工程におけるエッチング
除去方法としては、例えば、アルカリ現像液による湿式
現像方法を用いることができる。これにより、上層レジ
スト非第一領域9aは溶解除去される。これに対して、
上層レジスト第二領域9cについては、架橋しているた
めアルカリ現像液に溶解しない。また、上層レジストパ
ターン9eについても、シリル化しているためアルカリ
現像液に溶解しない。このようにして、半導体装置の第
一除去工程が終了する。
Here, as the etching removing method in the first removing step, for example, a wet developing method using an alkali developing solution can be used. Thus, the upper resist non-first region 9a is dissolved and removed. On the contrary,
Since the upper resist second region 9c is cross-linked, it does not dissolve in the alkaline developer. Also, the upper resist pattern 9e is not dissolved in the alkali developing solution because it is silylated. Thus, the first removing step of the semiconductor device is completed.

【0042】次に、図1(G)に示すように、第二除去
工程が行われる。すなわち、第一除去工程後の半導体装
置において、上層レジスト第二領域9cと、下層レジス
ト8における露出領域とが、エッチングにより除去され
る。これにより、上層レジスト9については、上層レジ
ストパターン9eのみが残存する。そして、下層レジス
ト8については、下層レジスト第三領域8aと、露出領
域としての下層レジスト第二領域8bとが残存する。そ
して、被加工層7については、非第一領域において第一
の露出領域が形成されることになる。
Next, as shown in FIG. 1G, a second removal step is performed. That is, in the semiconductor device after the first removing step, the upper resist second region 9c and the exposed region in the lower resist 8 are removed by etching. Thus, only the upper resist pattern 9e remains in the upper resist 9. Then, as for the lower resist 8, the lower resist third region 8a and the lower resist second region 8b as an exposed region remain. And about the to-be-processed layer 7, a 1st exposure area | region is formed in a non-first area | region.

【0043】ここで、第二除去工程における除去方法と
しては、例えば、酸素プラズマによるエッチング(ドラ
イ現像)方法を用いることができる。この場合、上層レ
ジストパターン9eについては、シリル化されており所
定のエッチングガスとしての酸素ガスに対する耐性が強
化されているために、酸素プラズマ処理を受けてもエッ
チング除去されない。これに対して、非第一領域の下層
レジストについては酸素プラズマ処理によりエッチング
除去されるとともに、シリル化していない上層レジスト
第二領域9cについても酸素プラズマ処理によりエッチ
ング除去される。また、エッチングの処理条件は、例え
ば、ラムリサーチ社製エッチング装置TCP−9400
を用いた場合、最高出力200W、最低出力5Wの条件で、約
15秒の処理時間が必要となる。このようにして、半導
体装置の第二除去工程が終了する。
Here, as a removing method in the second removing step, for example, an etching (dry development) method using oxygen plasma can be used. In this case, since the upper resist pattern 9e is silylated and has enhanced resistance to oxygen gas as a predetermined etching gas, the upper resist pattern 9e is not etched away even when subjected to oxygen plasma processing. On the other hand, the lower resist of the non-first region is etched away by the oxygen plasma treatment, and the non-silylated upper resist second region 9c is also removed by the oxygen plasma treatment. The etching processing conditions include, for example, an etching apparatus TCP-9400 manufactured by Lam Research.
When using, a processing time of about 15 seconds is required under the conditions of a maximum output of 200 W and a minimum output of 5 W. Thus, the second removing step of the semiconductor device is completed.

【0044】次に、図1(H)に示すように、第三除去
工程が行われる。すなわち、第二除去工程後の半導体装
置において、下層レジスト第二領域8bと上層レジスト
パターン9eとをエッチングマスクとして、露出領域で
ある非第一領域の被加工層7を、所望の膜厚L1だけエ
ッチング除去して、被加工層残存部7aを形成する。こ
こで、例えば、ポリシリコンにて形成される被加工層7
の膜厚が0.5μmであるとすると、除去される被加工層
7の膜厚L1を約0.05μmとするのが好適である。この
ようにして、半導体装置の第三除去工程が終了する。
Next, as shown in FIG. 1H, a third removing step is performed. That is, in the semiconductor device after the second removing step, the processed layer 7 in the non-first region, which is the exposed region, is formed by the desired film thickness L1 using the lower resist second region 8b and the upper resist pattern 9e as an etching mask. By etching and removing, the remaining layer 7a to be processed is formed. Here, for example, the processed layer 7 formed of polysilicon
Is 0.5 μm, it is preferable that the thickness L1 of the layer 7 to be removed be about 0.05 μm. Thus, the third removing step of the semiconductor device is completed.

【0045】次に、図1(I)に示すように、第四除去
工程が行われる。すなわち、第三除去工程後の半導体装
置において、下層レジスト第二領域8bのみをエッチン
グ除去する。そして、被加工層残存部7aの第二の露出
領域を形成する。ここで、第四除去工程における除去方
法としては、例えば、上述した酸素プラズマによるエッ
チング方法を用いることができる。このようにして、半
導体装置の第四除去工程が終了する。
Next, as shown in FIG. 1I, a fourth removing step is performed. That is, in the semiconductor device after the third removing step, only the lower resist second region 8b is removed by etching. Then, a second exposed region of the processed layer remaining portion 7a is formed. Here, as the removing method in the fourth removing step, for example, the above-described etching method using oxygen plasma can be used. Thus, the fourth removing step of the semiconductor device is completed.

【0046】次に、図1(J)に示すように、第五除去
工程が行われる。すなわち、第四除去工程後の半導体装
置において、上述の第三除去工程と同様に、被加工層7
のエッチング除去を行う。すなわち、上層レジストパタ
ーン9eをマスクとして、第一の露出領域として非第一
領域の被加工層7については、そのすべてがエッチング
除去される。そして、第二の露出領域として第二領域の
被加工層7については、所望の膜厚L2を残して、それ
以外がエッチング除去される。ここで、残存する第二領
域の被加工層7の膜厚L2は、上述の第三除去工程にて
除去した被加工層7の膜厚L1とほぼ等しい。こうし
て、半導体装置の第五除去工程が終了して、所望の被加
工層の微細パターン7bが形成されることになる。
Next, as shown in FIG. 1J, a fifth removing step is performed. That is, in the semiconductor device after the fourth removing step, the processed layer 7
Is removed by etching. That is, using the upper resist pattern 9e as a mask, the entire processed layer 7 in the non-first region as the first exposed region is etched away. Then, with respect to the processed layer 7 in the second region as the second exposed region, the remaining portion is etched away except the desired film thickness L2. Here, the thickness L2 of the processed layer 7 in the remaining second region is substantially equal to the thickness L1 of the processed layer 7 removed in the above-described third removal step. Thus, the fifth removal step of the semiconductor device is completed, and the desired fine pattern 7b of the layer to be processed is formed.

【0047】以上説明したように、本実施の形態1のよ
うに構成された微細パターンの形成方法及び半導体装置
においては、ポリシリコン膜の成膜工程を微細パターン
7bの形成後に行うのではなく、ポリシリコン膜を予め
基板6上に被加工層7として積層した後に、下層レジス
ト8と上層レジスト9とのレジスト層を積層している。
そして、上層レジスト9は、高い露光量の第二露光11
を行うと架橋した上層レジスト第二領域9cを形成し
て、その後シリル化せずにその領域が最終的にポジ型レ
ジストとして機能する。一方、中露光量の第一露光10
を行うと脱保護化した上層レジスト第一領域9bを形成
して、その後シリル化してその領域がネガ型レジストと
して機能する。さらに、第一露光10及び第二露光11
を行わない上層レジスト非第一領域9aにおいては、そ
の後シリル化せずにその領域がポジ型レジストとして機
能する。そして、このような上層レジスト9の化学的性
質を利用して、複数の露光工程と除去工程とを行うこと
により、半導体装置の表面に極めて微細なパターンを形
成することができる。
As described above, in the method for forming a fine pattern and the semiconductor device configured as in the first embodiment, the step of forming the polysilicon film is not performed after the formation of the fine pattern 7b. After laminating a polysilicon film as a layer to be processed 7 on a substrate 6 in advance, a resist layer of a lower resist 8 and an upper resist 9 is laminated.
Then, the upper resist 9 has a high exposure amount of the second exposure 11.
Is performed, a crosslinked upper resist second region 9c is formed, and the region finally functions as a positive resist without silylation. On the other hand, the first exposure 10
Is performed, a deprotected upper resist first region 9b is formed, and then the region is silylated to function as a negative resist. Further, a first exposure 10 and a second exposure 11
In the upper resist non-first region 9a where the above-mentioned process is not performed, the region functions as a positive resist without being silylated thereafter. By performing a plurality of exposure steps and a plurality of removal steps using the chemical properties of the upper resist 9, an extremely fine pattern can be formed on the surface of the semiconductor device.

【0048】なお、本実施の形態1においては、基板6
上に、被加工層7、下層レジスト8、上層レジスト9を
形成した半導体装置において、被加工層7の微細パター
ンを形成した。これとは別に、基板6上にレジスト層と
しての上層レジスト9のみを形成した半導体装置におい
て、本実施の形態1における図1(A)〜(D)と同様
の工程を経た後に、上層レジスト非第一領域9aと上層
レジスト第二領域9cとをエッチング除去する工程を経
ることによって、レジスト層の微細レジストパターンを
形成することができる。
In the first embodiment, the substrate 6
In the semiconductor device having the processed layer 7, the lower resist 8, and the upper resist 9 formed thereon, a fine pattern of the processed layer 7 was formed. Separately from this, in a semiconductor device in which only the upper resist 9 as a resist layer is formed on the substrate 6, after performing the same steps as FIGS. 1A to 1D in the first embodiment, the upper resist is removed. By performing the step of etching and removing the first region 9a and the upper resist second region 9c, a fine resist pattern of the resist layer can be formed.

【0049】実施の形態2.以下、この発明の実施の形
態2を図面に基づいて詳細に説明する。図2(A)〜
(C)は、本発明の実施の形態2を示す微細パターンの
形成方法を示す概略図である。本実施の形態2において
は、露光部に設置される第一マスク20と第二マスク2
1の形状、半導体装置に形成される微細パターン25の
形状が、前記実施の形態1と相違する。すなわち、前記
実施の形態1における第一マスク等の開口形状が矩形状
であるのに対して、本実施の形態2においては第一マス
ク等の開口形状が円形状となっている。そして、本実施
の形態2においては、前記実施の形態1と同様に、複数
の露光工程、除去工程等を経て、半導体装置上に被加工
層の微細パターン25を形成する。
Embodiment 2 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG.
(C) is a schematic diagram showing a method for forming a fine pattern according to the second embodiment of the present invention; In the present second embodiment, the first mask 20 and the second mask 2
The shape 1 and the shape of the fine pattern 25 formed on the semiconductor device are different from those of the first embodiment. That is, while the opening shape of the first mask and the like in the first embodiment is rectangular, the opening shape of the first mask and the like in the second embodiment is circular. In the second embodiment, as in the first embodiment, a fine pattern 25 of a layer to be processed is formed on a semiconductor device through a plurality of exposure steps, removal steps, and the like.

【0050】以下、図2(A)〜(C)にて、第一マス
ク20、第二マスク21、微細パターン25の相互の関
係について、詳細に説明する。まず、同図(A)は、第
一露光工程時に用いられる第一マスク20を示す概略図
である。第一マスク20には、直径D1の円形状の開口
を有する第一マスク開口部20aが設けられている。そ
して、この第一マスク20に向けて、光源から第一露光
に対応した光が照射される。この光源光は、第一マスク
開口部20aのみを透過して、投影レンズを介して、半
導体装置の上層レジスト表面を照射する。こうして、投
影レンズの倍率に対応して、上層レジスト上に、直径d
1の上層レジスト第一領域を形成する。
Hereinafter, the relationship between the first mask 20, the second mask 21, and the fine pattern 25 will be described in detail with reference to FIGS. First, FIG. 1A is a schematic diagram showing a first mask 20 used in a first exposure step. The first mask 20 is provided with a first mask opening 20a having a circular opening having a diameter D1. Then, light corresponding to the first exposure is emitted from the light source toward the first mask 20. This light source light passes through only the first mask opening 20a and irradiates the upper resist surface of the semiconductor device via the projection lens. Thus, the diameter d is formed on the upper resist in accordance with the magnification of the projection lens.
A first upper resist first region is formed.

【0051】次に、同図(B)は、第二露光工程時に用
いられる第二マスク21を示す概略図である。第二マス
ク21には、直径D2の円形状の開口を有する第二マス
ク開口部21aが設けられている。ここで、第二マスク
開口部21aの直径D2は、第一マスク開口部20aの
直径D1より小さく形成されている。そして、この第二
マスク21に向けて、光源から第二露光に対応した光が
照射される。この光源光は、第二マスク開口部21aの
みを透過して、半導体装置の上層レジスト表面を照射す
る。こうして、上層レジスト上に、直径d2の上層レジ
スト第二領域を形成する。
FIG. 5B is a schematic view showing a second mask 21 used in the second exposure step. The second mask 21 has a second mask opening 21a having a circular opening having a diameter D2. Here, the diameter D2 of the second mask opening 21a is formed smaller than the diameter D1 of the first mask opening 20a. Then, light corresponding to the second exposure is emitted from the light source toward the second mask 21. This light source light passes through only the second mask opening 21a and irradiates the upper resist surface of the semiconductor device. Thus, an upper resist second region having a diameter d2 is formed on the upper resist.

【0052】最後に、同図(C)は、半導体装置に形成
される微細パターン25を示す概略図である。上述の第
一マスク20による第一露光工程、第二マスク21によ
る第二露光工程を経た後に、前記実施の形態1と同様
に、第三露光工程、複数の除去工程を行う。これによ
り、最終的に半導体装置には、同図の斜線で示す外径d
1、内径d2の凸部を有する微細パターン25が形成さ
れることになる。
Finally, FIG. 3C is a schematic diagram showing a fine pattern 25 formed on the semiconductor device. After the first exposure step using the first mask 20 and the second exposure step using the second mask 21, the third exposure step and a plurality of removal steps are performed as in the first embodiment. As a result, the semiconductor device finally has an outer diameter d indicated by oblique lines in FIG.
1. A fine pattern 25 having a convex portion with an inner diameter d2 is formed.

【0053】以上説明したように、本実施の形態2のよ
うに構成された微細パターンの形成方法においては、比
較的自由な形状の、極めて微細なパターンを半導体装置
に形成することができる。
As described above, in the method for forming a fine pattern configured as in the second embodiment, an extremely fine pattern having a relatively free shape can be formed on a semiconductor device.

【0054】実施の形態3.以下、この発明の実施の形
態3を図面に基づいて詳細に説明する。図3(A)〜
(C)は、本発明の実施の形態3を示す微細パターンの
形成方法を示す概略図である。本実施の形態3において
は、第一マスク30と第二マスク31の形状、微細パタ
ーン35の形状が、前記実施の形態2と相違する。すな
わち、前記実施の形態2における微細パターンの形状が
円形状であるのに対して、本実施の形態3においては微
細パターンの形状が十字形状となっている。そして、本
実施の形態3においては、前記実施の形態2と同様に、
複数の露光工程、除去工程等を経て、半導体装置上に被
加工層の微細パターン35を形成する。
Embodiment 3 FIG. Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG.
(C) is a schematic view showing a method for forming a fine pattern according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the shapes of the first mask 30 and the second mask 31 and the shape of the fine pattern 35 are different from those of the second embodiment. That is, while the shape of the fine pattern in the second embodiment is circular, the shape of the fine pattern in the third embodiment is a cross. In the third embodiment, as in the second embodiment,
After a plurality of exposure steps, removal steps, and the like, a fine pattern 35 of a layer to be processed is formed on the semiconductor device.

【0055】以下、図3(A)〜(C)にて、第一マス
ク30、第二マスク31、微細パターン35の相互の関
係について、詳細に説明する。まず、同図(A)は、第
一露光工程時に用いられる第一マスク30を示す概略図
である。第一マスク30には、縦M2×横M1の矩形状
の開口を有する第一マスク開口部30aが設けられてい
る。そして、この第一マスク30に向けて、光源から第
一露光に対応した光が照射される。この光源光は、第一
マスク開口部30aのみを透過して、投影レンズを介し
て、半導体装置の上層レジスト表面を照射する。こうし
て、投影レンズの倍率に対応して、上層レジスト上に、
縦m2×横m1の矩形状の上層レジスト第一領域を形成
する。
Hereinafter, the relationship between the first mask 30, the second mask 31, and the fine pattern 35 will be described in detail with reference to FIGS. First, FIG. 1A is a schematic view showing a first mask 30 used in a first exposure step. The first mask 30 is provided with a first mask opening 30a having a rectangular opening of M2 × M1. Then, light corresponding to the first exposure is emitted from the light source toward the first mask 30. This light source light passes through only the first mask opening 30a and irradiates the upper resist surface of the semiconductor device via the projection lens. In this way, corresponding to the magnification of the projection lens,
A rectangular upper resist first region having a length of m2 and a width of m1 is formed.

【0056】次に、同図(B)は、第二露光工程時に用
いられる第二マスク31を示す概略図である。第二マス
ク31には、縦M4×横M3の範囲内に4つの矩形状の
第二マスク開口部31a、31b、31c、31dが、
その中央部に十字形状部を設けるように形成されてい
る。ここで、第二マスク開口部31a、31b、31
c、31dの縦M4×横M3の範囲は、第一マスク開口
部30aの縦M2×横M1より小さく形成されている。
そして、この第二マスク31に向けて、光源から第二露
光に対応した光が照射される。この光源光は、第二マス
ク開口部31a、31b、31c、31dを透過して、
半導体装置の上層レジスト表面を照射する。こうして、
上層レジスト上に、縦m4×横m3の範囲内に4つの矩
形状の上層レジスト第二領域を形成する。
FIG. 7B is a schematic view showing a second mask 31 used in the second exposure step. The second mask 31 has four rectangular second mask openings 31a, 31b, 31c, and 31d in a range of M4 × M3.
It is formed so as to provide a cross-shaped portion at the center thereof. Here, the second mask openings 31a, 31b, 31
The range of length M4 × width M3 of c and 31d is formed smaller than length M2 × width M1 of the first mask opening 30a.
Then, light corresponding to the second exposure is emitted from the light source toward the second mask 31. This light source light passes through the second mask openings 31a, 31b, 31c, 31d,
The upper resist surface of the semiconductor device is irradiated. Thus,
Four rectangular upper resist second regions are formed on the upper resist in a range of m4 × m3.

【0057】最後に、同図(C)は、半導体装置に形成
される微細パターン35を示す概略図である。上述の第
一マスク30による第一露光工程、第二マスク31によ
る第二露光工程を経た後に、前記実施の形態2と同様
に、第三露光工程、複数の除去工程を行う。これによ
り、最終的に半導体装置には、同図の斜線で示すように
内部に十字形状の凸部を有する微細パターン35が形成
されることになる。
Finally, FIG. 3C is a schematic diagram showing a fine pattern 35 formed on the semiconductor device. After the first exposure step using the first mask 30 and the second exposure step using the second mask 31, the third exposure step and a plurality of removal steps are performed in the same manner as in the second embodiment. As a result, a fine pattern 35 having a cross-shaped protruding portion therein is finally formed on the semiconductor device as shown by hatching in FIG.

【0058】以上説明したように、本実施の形態3のよ
うに構成された微細パターンの形成方法においては、比
較的自由な形状の、極めて微細なパターンを半導体装置
に形成することができる。
As described above, in the method for forming a fine pattern configured as in the third embodiment, an extremely fine pattern having a relatively free shape can be formed on a semiconductor device.

【0059】実施の形態4.以下、この発明の実施の形
態4を図面に基づいて詳細に説明する。図4(A)〜
(C)は、本発明の実施の形態4を示す微細パターンの
形成方法を示す概略図である。本実施の形態4において
は、第一マスク40と第二マスク41の形状、微細パタ
ーン45の形状が、前記実施の形態2と相違する。すな
わち、前記実施の形態2における微細パターンの形状が
円形状であるのに対して、本実施の形態4においては微
細パターンの形状がライン・アンド・スペース形状とな
っている。そして、本実施の形態4においては、前記実
施の形態2と同様に、複数の露光工程、除去工程等を経
て、半導体装置上に被加工層の微細パターン45を形成
する。
Embodiment 4 FIG. Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 (A)-
(C) is a schematic view showing a method for forming a fine pattern according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the shapes of the first mask 40 and the second mask 41 and the shape of the fine pattern 45 are different from those of the second embodiment. That is, while the shape of the fine pattern in the second embodiment is circular, the shape of the fine pattern in the fourth embodiment is a line-and-space shape. In the fourth embodiment, as in the second embodiment, a fine pattern 45 of a layer to be processed is formed on a semiconductor device through a plurality of exposure steps, removal steps, and the like.

【0060】以下、図4(A)〜(C)にて、第一マス
ク40、第二マスク41、微細パターン45の相互の関
係について、詳細に説明する。まず、同図(A)は、第
一露光工程時に用いられる第一マスク40を示す概略図
である。第一マスク40には、縦N2×横N1の矩形状
の開口を有する第一マスク開口部40aが設けられてい
る。そして、この第一マスク40に向けて、光源から第
一露光に対応した光が照射される。この光源光は、第一
マスク開口部40aのみを透過して、投影レンズを介し
て、半導体装置の上層レジスト表面を照射する。こうし
て、投影レンズの倍率に対応して、上層レジスト上に、
縦n2×横n1の矩形状の上層レジスト第一領域を形成
する。
Hereinafter, the mutual relationship between the first mask 40, the second mask 41, and the fine pattern 45 will be described in detail with reference to FIGS. First, FIG. 1A is a schematic view showing a first mask 40 used in a first exposure step. The first mask 40 is provided with a first mask opening 40a having a rectangular opening of N2 × N1. Then, light corresponding to the first exposure is emitted from the light source toward the first mask 40. This light source light passes through only the first mask opening 40a and irradiates the upper resist surface of the semiconductor device via the projection lens. In this way, corresponding to the magnification of the projection lens,
A rectangular upper layer first region of n2 × n1 is formed.

【0061】次に、同図(B)は、第二露光工程時に用
いられる第二マスク41を示す概略図である。第二マス
ク41には、縦N2×横N1の範囲内に5つの矩形状の
第二マスク開口部41a、41b、41c、41d、4
1eが、均等な間隔で設けられている。ここで、第二マ
スク開口部41a、41b、41c、41d、41eの
縦の長さはN2となっており、第一マスク開口部30a
の縦長N2と等しく形成されている。これに対して、第
二マスク開口部41a、41b、41c、41d、41
eのそれぞれの横幅は、第一マスク開口部30aの横長
N1の1/11の長さとなるように形成されている。そ
して、この第二マスク41に向けて、光源から第二露光
に対応した光が照射される。この光源光は、第二マスク
開口部41a、41b、41c、41d、41eを透過
して、半導体装置の上層レジスト表面を照射する。こう
して、上層レジスト上に、縦n2×横n1の範囲内に5
つの矩形状の上層レジスト第二領域を形成する。
FIG. 7B is a schematic view showing a second mask 41 used in the second exposure step. The second mask 41 has five rectangular second mask openings 41a, 41b, 41c, 41d, 4d within a range of N2 × N1.
1e are provided at equal intervals. Here, the vertical length of the second mask openings 41a, 41b, 41c, 41d, 41e is N2, and the first mask openings 30a
Is formed equal to the vertical length N2. On the other hand, the second mask openings 41a, 41b, 41c, 41d, 41
Each of the horizontal widths e is formed to be 1/11 of the horizontal length N1 of the first mask opening 30a. Then, light corresponding to the second exposure is emitted from the light source toward the second mask 41. This light source light passes through the second mask openings 41a, 41b, 41c, 41d, and 41e and irradiates the upper resist surface of the semiconductor device. In this way, 5 × 5 in the range of n2 × n1 on the upper resist
Two rectangular upper resist second regions are formed.

【0062】最後に、同図(C)は、半導体装置に形成
される微細パターン45を示す概略図である。上述の第
一マスク40による第一露光工程、第二マスク41によ
る第二露光工程を経た後に、前記実施の形態2と同様
に、第三露光工程、複数の除去工程を行う。これによ
り、最終的に半導体装置には、同図の斜線で示すように
6つの凸部を有するライン・アンド・スペースとしての
微細パターン45が形成されることになる。
Finally, FIG. 3C is a schematic diagram showing a fine pattern 45 formed on the semiconductor device. After the first exposure step using the first mask 40 and the second exposure step using the second mask 41, a third exposure step and a plurality of removal steps are performed as in the second embodiment. As a result, a fine pattern 45 as a line and space having six convex portions is finally formed on the semiconductor device as shown by oblique lines in FIG.

【0063】以上説明したように、本実施の形態4のよ
うに構成された微細レジストパターンの形成方法におい
ては、比較的自由な形状の、極めて微細なパターンを半
導体装置に形成することができる。
As described above, in the method of forming a fine resist pattern configured as in the fourth embodiment, an extremely fine pattern having a relatively free shape can be formed on a semiconductor device.

【0064】なお、上記各実施の形態においては、被加
工層7としてポリシリコンを用いて半導体装置の微細パ
ターンを形成したが、その代わりに、被加工層7として
低誘電率材料としての有機材料(例えば、デユポン製シ
ルク等である。)を用いることもできる。そして、例え
ば、第一マスクにはライン・アンド・スペースの開口部
を設け、第二マスクには円形状の開口部を設ければ、ラ
イン・アンド・スペースの凸部の中央に円形状の凹部を
有する、低誘電率材料からなる微細パターンを形成する
ことができる。
In each of the above embodiments, a fine pattern of a semiconductor device is formed by using polysilicon as the layer 7 to be processed. Instead, an organic material as a low dielectric constant material is used as the layer 7 to be processed. (For example, silk made of DuPont). For example, if the first mask is provided with a line-and-space opening and the second mask is provided with a circular opening, a circular recess is provided at the center of the line-and-space protrusion. And a fine pattern made of a low dielectric constant material can be formed.

【0065】また、本発明が上記各実施の形態に限定さ
れず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形
態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記
構成部材の数、位置、形状等や、各工程の手順、回数等
は上記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上
で好適な数、位置、形状等や、各工程の手順、回数等に
することができる。
Further, it is apparent that the present invention is not limited to the above embodiments, and that the embodiments can be appropriately modified within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members, the procedure of each step, the number of times, and the like are not limited to the above-described embodiments. The procedure of the process, the number of times, etc. can be used.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、ポリシリコン膜等の成膜工程を微細パターンの形成
後に行う必要がないことに加えて、比較的自由な形状
の、極めて微細なパターンを形成することができる微細
レジストパターン、微細パターンの形成方法及び半導体
装置を提供することができる。
Since the present invention is constructed as described above, it is not necessary to perform the step of forming a polysilicon film or the like after the formation of a fine pattern. It is possible to provide a fine resist pattern capable of forming a simple pattern, a method for forming a fine pattern, and a semiconductor device.

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

【図1】 本発明の実施の形態1を示す微細パターンの
形成方法において、各工程における半導体装置を示す概
略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device in each step in a method for forming a fine pattern according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態2に示す微細パターンの
形成方法において、(A)第一露光工程時に用いられる
第一マスクを示す概略図と、(B)第二露光工程時に用
いられる第二マスクを示す概略図と、(C)半導体装置
に形成される微細パターンを示す概略図とである。
FIGS. 2A and 2B are schematic views showing (A) a first mask used in a first exposure step and (B) a second mask used in a second exposure step in the method for forming a fine pattern according to the second embodiment of the present invention; 3A and 3B are a schematic diagram showing two masks and a schematic diagram showing a fine pattern formed in a semiconductor device.

【図3】 本発明の実施の形態3に示す微細パターンの
形成方法において、(A)第一露光工程時に用いられる
第一マスクを示す概略図と、(B)第二露光工程時に用
いられる第二マスクを示す概略図と、(C)半導体装置
に形成される微細パターンを示す概略図とである。
FIG. 3 is a schematic diagram showing (A) a first mask used in a first exposure step and (B) a second mask used in a second exposure step in the method for forming a fine pattern according to the third embodiment of the present invention; 3A and 3B are a schematic diagram showing two masks and a schematic diagram showing a fine pattern formed in a semiconductor device.

【図4】 本発明の実施の形態4に示す微細パターンの
形成方法において、(A)第一露光工程時に用いられる
第一マスクを示す概略図と、(B)第二露光工程時に用
いられる第二マスクを示す概略図と、(C)半導体装置
に形成される微細パターンを示す概略図とである。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating (A) a first mask used in a first exposure step and (B) a second mask used in a second exposure step in the method for forming a fine pattern according to the fourth embodiment of the present invention. 3A and 3B are a schematic diagram showing two masks and a schematic diagram showing a fine pattern formed in a semiconductor device.

【図5】 従来の微細パターンの形成方法において、各
工程における半導体装置を示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device in each step in a conventional method for forming a fine pattern.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 基板、 7 被加工層、 7a 被加工層残存部、
7b 微細パターン、 8 下層レジスト、 8a 下
層レジスト第三領域、8b 下層レジスト第二領域、
9 上層レジスト、9a 上層レジスト非第一領域、
9b 上層レジスト第一領域、9c 上層レジスト第二
領域、 9d 上層レジスト第三領域、9e 上層レジ
ストパターン、 10 第一露光、 11 第二露光、
12 第三露光、 20、30、40 第一マスク、2
0a、30a、40a 第一マスク開口部、 21、3
1、41 第二マスク、21a、31a〜31d、41
a〜41e 第二マスク開口部、25、35、45 微
細パターン。
6 substrate, 7 processed layer, 7a remaining portion of processed layer,
7b fine pattern, 8 lower resist, 8a lower resist third region, 8b lower resist second region,
9 upper layer resist, 9a upper layer resist non-first region,
9b upper resist first region, 9c upper resist second region, 9d upper resist third region, 9e upper resist pattern, 10 first exposure, 11 second exposure,
12 Third exposure, 20, 30, 40 First mask, 2
0a, 30a, 40a First mask opening, 21, 3
1, 41 Second mask, 21a, 31a to 31d, 41
a to 41e Second mask opening, 25, 35, 45 Fine pattern.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 7/40 521 H01L 21/28 D H01L 21/28 21/30 568 502C Fターム(参考) 2H025 AA02 AB16 AD03 BE00 BE10 BG00 CB41 DA11 FA06 FA39 FA41 2H096 AA25 BA11 EA14 HA23 HA30 KA03 4M104 BB01 DD62 DD65 HH14 5F046 AA13 JA22 LA14 LA18 LA19──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G03F 7/40 521 H01L 21/28 D H01L 21/28 21/30 568 502C F-term (Reference) 2H025 AA02 AB16 AD03 BE00 BE10 BG00 CB41 DA11 FA06 FA39 FA41 2H096 AA25 BA11 EA14 HA23 HA30 KA03 4M104 BB01 DD62 DD65 HH14 5F046 AA13 JA22 LA14 LA18 LA19

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、特定の元素を含む特定のガス
に接触して当該特定の元素と結合し所定のエッチングガ
スに対する耐性が強化される性質を有するレジスト層を
形成する工程と、前記レジスト層に第一のパターンで第
一の露光を行い、該第一の露光を受けた第一の露光領域
と該第一の露光を受けない第一の非露光領域とを形成す
る工程と、前記第一の露光領域の外縁から所定間隔で縮
小した第二のパターンで前記第一の露光領域に対して第
二の露光を行い、前記第一の露光領域のうちで該第二の
露光を受けた第二の露光領域と該第二の露光を受けない
第三の露光領域とを形成する工程と、前記レジスト層を
前記特定の元素を含む特定のガスにさらして前記第三の
露光領域のみを前記特定の元素と結合させる工程と、前
記第二の露光領域と前記第一の非露光領域とをエッチン
グにより除去し前記第三の露光領域からなるレジストパ
ターンを形成する工程とを備えたことを特徴とする微細
レジストパターンの形成方法。
A step of contacting a specific gas containing a specific element on the substrate to form a resist layer having a property of bonding with the specific element and enhancing resistance to a predetermined etching gas; Performing a first exposure on the resist layer in a first pattern, a step of forming a first exposure area that has received the first exposure and a first non-exposure area that does not receive the first exposure, Perform a second exposure on the first exposure area in a second pattern reduced at a predetermined interval from the outer edge of the first exposure area, the second exposure in the first exposure area Forming a second exposed region received and a third exposed region not subjected to the second exposure, and exposing the resist layer to a specific gas containing the specific element to form the third exposed region Only bonding with the specific element, and the second exposure region Removing the first non-exposed area by etching to form a resist pattern comprising the third exposed area.
【請求項2】 前記レジスト層は、アセタール基とt-
ブトキシカルボニル基とによって保護化されたポリマー
にて形成されたことを特徴とする請求項1に記載の微細
レジストパターンの形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the resist layer comprises an acetal group and t-
2. The method for forming a fine resist pattern according to claim 1, wherein the method is formed of a polymer protected by a butoxycarbonyl group.
【請求項3】 前記特定の元素は、シリコンであること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の微細レジス
トパターンの形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the specific element is silicon.
【請求項4】 前記所定のエッチングガスは、酸素ガス
であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか
に記載の微細レジストパターンの形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the predetermined etching gas is an oxygen gas.
【請求項5】 前記第三の露光領域からなるレジストパ
ターンは、円形状、矩形状、ライン・アンド・スペース
形状又は十字形状であることを特徴とする請求項1〜請
求項4のいずれかに記載の微細レジストパターンの形成
方法。
5. The resist pattern according to claim 1, wherein the resist pattern comprising the third exposure region has a circular shape, a rectangular shape, a line-and-space shape, or a cross shape. The method for forming a fine resist pattern according to the above.
【請求項6】 前記請求項1〜請求項5のいずれかに記
載の微細レジストパターンの形成方法によって製造され
たことを特徴とする半導体装置。
6. A semiconductor device manufactured by the method for forming a fine resist pattern according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 基板上に被加工層を形成する工程と、前
記被加工層の上に第一のレジスト層を形成する工程と、
前記第一のレジスト層の上に、特定の元素を含む特定の
ガスに接触して当該特定の元素と結合し所定のエッチン
グガスに対する耐性が強化される性質を有する第二のレ
ジスト層を形成する工程と、前記第二のレジスト層に第
一のパターンで第一の露光を行い、該第一の露光を受け
た第一の露光領域と該第一の露光を受けない第一の非露
光領域とを形成する工程と、前記第一の露光領域の外縁
から所定間隔で縮小した第二のパターンで前記第一の露
光領域に対して第二の露光を行い、前記第一の露光領域
のうちで該第二の露光を受けた第二の露光領域と該第二
の露光を受けない第三の露光領域とを形成する工程と、
前記第二のレジスト層を前記特定の元素を含む特定のガ
スにさらして前記第三の露光領域のみを前記特定の元素
と結合させる工程と、前記第一の非露光領域をエッチン
グにより除去し前記第一のレジスト層の露出領域を形成
する工程と、前記第一のレジスト層の露出領域をエッチ
ングにより除去し前記被加工層の第一の露出領域を形成
するとともに、前記第二のレジスト層の第二の露光領域
をエッチングにより除去し前記第一のレジスト層の露出
領域を形成する工程と、前記被加工層の第一の露出領域
を一定厚さエッチングにより除去する工程と、前記第一
のレジスト層の露出領域をエッチングにより除去し前記
被加工層の第二の露出領域を形成する工程と、前記第二
のレジスト層の第三の露光領域をマスクとして、前記被
加工層の第一の露出領域をエッチングにより除去し、前
記被加工層の第二の露出領域を所定厚さ残してエッチン
グすることにより、前記被加工層のパターンを形成する
工程とを備えたことを特徴とする微細パターンの形成方
法。
7. A step of forming a layer to be processed on a substrate; and a step of forming a first resist layer on the layer to be processed.
On the first resist layer, a second resist layer having a property of contacting with a specific gas containing a specific element and bonding with the specific element to enhance resistance to a predetermined etching gas is formed. Performing a first exposure on the second resist layer with a first pattern, a first exposure area that has received the first exposure, and a first non-exposure area that does not receive the first exposure. And forming, the second exposure to the first exposure region in a second pattern reduced at a predetermined interval from the outer edge of the first exposure region, the second exposure of the first exposure region Forming a second exposure area that has received the second exposure and a third exposure area that does not receive the second exposure,
Exposing the second resist layer to a specific gas containing the specific element to combine only the third exposed region with the specific element, and removing the first non-exposed region by etching; Forming an exposed region of the first resist layer, and removing the exposed region of the first resist layer by etching to form a first exposed region of the processed layer; Removing the second exposed region by etching to form an exposed region of the first resist layer; and removing the first exposed region of the processed layer by etching with a constant thickness; and Removing the exposed region of the resist layer by etching to form a second exposed region of the processed layer, and using the third exposed region of the second resist layer as a mask, the first of the processed layer Dew Forming a pattern of the processed layer by removing the region by etching and etching the second exposed region of the processed layer while leaving a predetermined thickness. Forming method.
【請求項8】 前記第二のレジスト層は、アセタール基
とt-ブトキシカルボニル基とによって保護化されたポ
リマーにて形成されたことを特徴とする請求項7に記載
の微細パターンの形成方法。
8. The method according to claim 7, wherein the second resist layer is formed of a polymer protected by an acetal group and a t-butoxycarbonyl group.
【請求項9】 前記特定の元素は、シリコンであること
を特徴とする請求項7又は請求項8に記載の微細パター
ンの形成方法。
9. The method for forming a fine pattern according to claim 7, wherein the specific element is silicon.
【請求項10】 前記所定のエッチングガスは、酸素ガ
スであることを特徴とする請求項7〜請求項9のいずれ
かに記載の微細パターンの形成方法。
10. The method for forming a fine pattern according to claim 7, wherein the predetermined etching gas is an oxygen gas.
【請求項11】 前記被加工層のパターンは、円形状、
矩形状、ライン・アンド・スペース形状又は十字形状で
あることを特徴とする請求項7〜請求項10のいずれか
に記載の微細パターンの形成方法。
11. The pattern of the layer to be processed is circular,
The method for forming a fine pattern according to any one of claims 7 to 10, wherein the method has a rectangular shape, a line-and-space shape, or a cross shape.
【請求項12】 前記請求項7〜請求項11のいずれか
に記載の微細パターンの形成方法によって製造されたこ
とを特徴とする半導体装置。
12. A semiconductor device manufactured by the method for forming a fine pattern according to any one of claims 7 to 11.
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