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JP2005268612A - Pattern formation method - Google Patents

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JP2005268612A
JP2005268612A JP2004080669A JP2004080669A JP2005268612A JP 2005268612 A JP2005268612 A JP 2005268612A JP 2004080669 A JP2004080669 A JP 2004080669A JP 2004080669 A JP2004080669 A JP 2004080669A JP 2005268612 A JP2005268612 A JP 2005268612A
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JP
Japan
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resist film
film
resist
exposed
light
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Application number
JP2004080669A
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Japanese (ja)
Inventor
Masato Shigematsu
正人 重松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

【課題】 レジストのドライエッチング耐性を向上させつつ、微細なホールパターンを形成することができるパターン形成方法を得る。
【解決手段】 被エッチング膜上に第1のレジスト膜を形成する工程と、第1のレジスト膜をパターニングする工程と、第1のレジスト膜上に第2のレジスト膜を形成する工程と、第1のレジスト膜の上面が露出するまで第2レジストをエッチバックする工程と、第1のレジスト膜は感光され、第2のレジスト膜は感光されないような波長を有する光を用いて全面露光する工程と、第1のレジスト膜の感光した部分を除去する工程と、第1のレジスト膜の残された部分と第2のレジスト膜をマスクとして、被エッチング膜をパターニングする工程とを有する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a pattern forming method capable of forming a fine hole pattern while improving the dry etching resistance of a resist.
A step of forming a first resist film on a film to be etched, a step of patterning the first resist film, a step of forming a second resist film on the first resist film, Etching back the second resist until the upper surface of the first resist film is exposed, and exposing the entire surface using light having a wavelength such that the first resist film is exposed and the second resist film is not exposed And a step of removing the exposed portion of the first resist film, and a step of patterning the film to be etched using the remaining portion of the first resist film and the second resist film as a mask.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、フォトリソグラフィにより被エッチング膜をパターニングするパターン形成方法に関するものである。   The present invention relates to a pattern forming method for patterning a film to be etched by photolithography.

半導体微細加工のためのフォトレジストを用いた微細パターン形成では、微細化の進展に合わせて年々露光に用いる光の波長が短くなっている。既にArFレーザ光(露光波長193nm)が量産に用いられ、次世代プロセス用としてFレーザ光(露光波長157nm)の検討が進んでいる。 In the formation of a fine pattern using a photoresist for semiconductor fine processing, the wavelength of light used for exposure becomes shorter year by year as the miniaturization progresses. ArF laser light (exposure wavelength 193 nm) has already been used for mass production, and F 2 laser light (exposure wavelength 157 nm) has been studied for next-generation processes.

この157nm光に用いるレジストは、光の吸収を低減するためフッ素を含有することが知られている。一方、フッ素を含有することでドライエッチング耐性が劣るという欠点がある。これらの問題をクリアしつつ現在、ライン系の解像度は60nm程度が得られており、下地加工に必要な膜厚も確保できている。また、ホール系のパターン形成方法についても種々のものが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。   This resist used for 157 nm light is known to contain fluorine in order to reduce light absorption. On the other hand, there is a drawback that dry etching resistance is poor by containing fluorine. Currently, the resolution of the line system is about 60 nm while clearing these problems, and the film thickness necessary for the base processing can be secured. Various hole-based pattern forming methods have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特開平2−53060号公報JP-A-2-53060 特開平3−136233号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-136233 特開平7−111237号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-111237

しかし、ホール系については、ステッパの解像性能が得られず、微細化が非常に困難となっている。また、ライン系と比較して被エッチング膜が厚膜となるため、必要とされるレジスト膜厚もライン系より厚膜が要求されている。そのためにホール系の微細パターン形成については、レジストの熱流動によるシュリンク法やSi含有レジストを用いた2層プロセス法などが提案されている。しかし、これらの方法を用いてもホール系の解像度は80mm程度にとどまっている。   However, with respect to the Hall system, the resolution performance of the stepper cannot be obtained, and miniaturization is very difficult. Further, since the film to be etched is thicker than the line system, the required resist film thickness is also required to be thicker than that of the line system. Therefore, for the formation of a hole-based fine pattern, a shrink method using thermal flow of a resist, a two-layer process method using a Si-containing resist, and the like have been proposed. However, even if these methods are used, the resolution of the Hall system is only about 80 mm.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、レジストのドライエッチング耐性を向上させつつ、微細なホールパターンを形成することができるパターン形成方法を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a pattern forming method capable of forming a fine hole pattern while improving the dry etching resistance of a resist. is there.

本発明に係るパターン形成方法は、被エッチング膜上に第1のレジスト膜を形成する工程と、第1のレジスト膜をパターニングする工程と、第1のレジスト膜上に第2のレジスト膜を形成する工程と、第1のレジスト膜の上面が露出するまで第2レジストをエッチバックする工程と、第1のレジスト膜は感光され、第2のレジスト膜は感光されないような波長を有する光を用いて全面露光する工程と、第1のレジスト膜の感光した部分を除去する工程と、第1のレジスト膜の残された部分と第2のレジスト膜をマスクとして、被エッチング膜をパターニングする工程とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。   The pattern forming method according to the present invention includes a step of forming a first resist film on a film to be etched, a step of patterning the first resist film, and forming a second resist film on the first resist film. A step of etching back the second resist until the upper surface of the first resist film is exposed, and light having a wavelength such that the first resist film is exposed and the second resist film is not exposed. A step of exposing the entire surface, a step of removing the exposed portion of the first resist film, a step of patterning the film to be etched using the remaining portion of the first resist film and the second resist film as a mask, Have Other features of the present invention will become apparent below.

本発明により、レジストのドライエッチング耐性を向上させつつ、微細なホールパターンを形成することができる。   According to the present invention, a fine hole pattern can be formed while improving the dry etching resistance of a resist.

以下、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法を図1を参照しながら説明する。   Hereinafter, a pattern forming method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、図1(a)に示すように、シリコン基板11上に被エッチング膜となるシリコン酸化膜12をCVD法により400nm堆積する。   First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 12 to be etched is deposited to 400 nm on a silicon substrate 11 by a CVD method.

次に、図1(b)に示すように、シリコン酸化膜12上に有機系反射防止膜13を形成する。この有機系反射防止膜13は、波長157nmの光と下地膜であるシリコン酸化膜12に最適化している。   Next, as shown in FIG. 1B, an organic antireflection film 13 is formed on the silicon oxide film 12. The organic antireflection film 13 is optimized for light having a wavelength of 157 nm and the silicon oxide film 12 which is a base film.

次に、有機系反射防止膜13上に第1のレジスト膜であるフッ素含有レジスト膜14をスピン塗布により膜厚200nm形成する。ここで、フッ素含有レジスト膜14として、ポジ型であって157nm光を用いた場合にレジストボトム部での透過率が50%程度となるように、波長157nmの光に対する吸収係数が1〜2/μmである化学増幅型レジストを用いる。ただし、波長157nmの光に対する吸収係数が1.5/μmである化学増幅型レジストを用いるのが好ましい。   Next, a fluorine-containing resist film 14 that is a first resist film is formed on the organic antireflection film 13 by spin coating to a thickness of 200 nm. Here, when the fluorine-containing resist film 14 is positive and uses 157 nm light, the absorption coefficient for light with a wavelength of 157 nm is about 1/2 / so that the transmittance at the resist bottom portion is about 50%. A chemically amplified resist of μm is used. However, it is preferable to use a chemically amplified resist having an absorption coefficient of 1.5 / μm for light having a wavelength of 157 nm.

次に、図1(c)に示すように、フッ素含有レジスト膜14をパターニングする。具体的には次のようにする。まず、熱処理を行った後、フォトマスクを介して157nm光で露光する。この際、フォトマスクとして、後にホールを形成する部分がCrにより遮光されているパターンを有するものを用いる。露光後にPEBを行い、アルカリに可溶としたあとTMAH水溶液により現像してフッ素含有レジスト膜14を形成する。これにより、後にホールを形成する部分上にフッ素含有レジスト膜14が残る。なお、フッ素含有レジスト膜14は、光の透過率が低いため断面形状はテーパーとなり、倒れを抑制できる。   Next, as shown in FIG. 1C, the fluorine-containing resist film 14 is patterned. Specifically: First, after heat treatment, exposure is performed with 157 nm light through a photomask. At this time, a photomask having a pattern in which a portion where holes are to be formed later is shielded by Cr is used. After the exposure, PEB is performed, solubilized in alkali, and developed with an aqueous TMAH solution to form a fluorine-containing resist film 14. As a result, the fluorine-containing resist film 14 remains on the portion where holes are to be formed later. In addition, since the fluorine-containing resist film 14 has a low light transmittance, the cross-sectional shape becomes a taper, and collapse can be suppressed.

次に、図1(d)に示すように、フッ素含有レジスト膜14上に第2のレジスト膜として、エッチング耐性に優れているノボラック系レジスト膜15をスピン塗布により膜厚300nm形成する。その後、熱処理を行う。ここで、第2のレジスト膜として、ノボラック系樹脂の代わりに、ポリヒドロキシスチレン系樹脂等のベンゼン環を含む他の樹脂を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 1D, a novolac resist film 15 having excellent etching resistance is formed as a second resist film on the fluorine-containing resist film 14 by spin coating to a film thickness of 300 nm. Thereafter, heat treatment is performed. Here, as the second resist film, another resin containing a benzene ring such as a polyhydroxystyrene resin can be used instead of the novolac resin.

次に、図2(a)に示すように、フッ素含有レジスト膜14の上面が露出するまで、ノボラック系レジスト膜15をN/0ガスプラズマによりエッチバックする。 Next, as shown in FIG. 2 (a), until the upper surface of the fluorine-containing resist film 14 is exposed, a novolac resist film 15 is etched back by N 2/0 2 gas plasma.

次に、図2(b)に示すように、波長157nmの光で全面露光する。ここで、フッ素含有レジスト膜14は、157nm光で感光するが、ノボラック系レジスト膜15は、157nm光では感光しない。また、ノボラック系レジスト膜15は、波長157nmの光に対する吸収係数が8/μm以上あるため、フッ素含有レジスト膜14の上面での露出部以外が感光することもない。従って、フッ素含有レジスト膜14の上面及びその下部領域16のみが感光してアルカリに可溶となる。   Next, as shown in FIG. 2B, the entire surface is exposed with light having a wavelength of 157 nm. Here, the fluorine-containing resist film 14 is exposed to light of 157 nm, but the novolac resist film 15 is not exposed to light of 157 nm. In addition, since the novolac resist film 15 has an absorption coefficient of 8 / μm or more for light having a wavelength of 157 nm, the portions other than the exposed portion on the upper surface of the fluorine-containing resist film 14 are not exposed. Therefore, only the upper surface of the fluorine-containing resist film 14 and its lower region 16 are exposed to light and become soluble in alkali.

次に、図2(c)に示すように、再度PEB(post exposure bake)を行った後、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)水溶液により現像する。これにより、フッ素含有レジスト膜14の上面及びその下部領域16を除去し、開口部17を形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, after PEB (post exposure bake) is performed again, development is performed with a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution. Thereby, the upper surface of the fluorine-containing resist film 14 and its lower region 16 are removed, and the opening 17 is formed.

最後に、フッ素含有レジスト膜14の残された部分とノボラック系レジスト膜15をマスクとして、シリコン酸化膜12をパターニングして、ホール18を形成する。   Finally, using the remaining portion of the fluorine-containing resist film 14 and the novolac resist film 15 as a mask, the silicon oxide film 12 is patterned to form holes 18.

以上のように、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法では、解像性に優れるがドライエッチング耐性に劣る157nmフッ素含有レジスト膜14と、ドライエッチング耐性に優れるが解像性が低いノボラック系レジスト膜15を組み合わせている。これにより、最終的に形成されるホール18の径はフッ素含有レジスト膜14の上面の径で決まるため、微細なホールを開口することができる。また、表面をエッチング耐性に優れたノボラック系樹脂で覆うことで全体としてドライエッチング耐性の向上が見込まれる。   As described above, in the pattern forming method according to the embodiment of the present invention, the 157 nm fluorine-containing resist film 14 having excellent resolution but poor dry etching resistance, and a novolak system having excellent dry etching resistance but low resolution. A resist film 15 is combined. Thereby, since the diameter of the hole 18 finally formed is determined by the diameter of the upper surface of the fluorine-containing resist film 14, a fine hole can be opened. Further, the dry etching resistance can be improved as a whole by covering the surface with a novolac resin having excellent etching resistance.

本発明の実施の形態に係るパターン形成方法の断面図(前半)である。It is sectional drawing (the first half) of the pattern formation method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るパターン形成方法の断面図(後半)である。It is sectional drawing (latter half) of the pattern formation method which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 シリコン基板
12 シリコン酸化膜(被エッチング膜)
13 有機系反射防止膜
14 フッ素含有レジスト膜(第1のレジスト膜)
15 ノボラック系レジスト膜(第2のレジスト膜)
16 フッ素含有レジスト膜の上面及びその下部領域
17 開口部
18 ホール
11 Silicon substrate 12 Silicon oxide film (etched film)
13 Organic antireflection film 14 Fluorine-containing resist film (first resist film)
15 Novolac resist film (second resist film)
16 Upper surface of fluorine-containing resist film and lower region 17 Opening 18 Hole

Claims (3)

被エッチング膜上に第1のレジスト膜を形成する工程と、
前記第1のレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第1のレジスト膜上に第2のレジスト膜を形成する工程と、
前記第1のレジスト膜の上面が露出するまで前記第2レジストをエッチバックする工程と、
前記第1のレジスト膜は感光され、前記第2のレジスト膜は感光されないような波長を有する光を用いて全面露光する工程と、
前記第1のレジスト膜の感光した部分を除去する工程と、
前記第1のレジスト膜の残された部分と前記第2のレジスト膜をマスクとして、前記被エッチング膜をパターニングする工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。
Forming a first resist film on the film to be etched;
Patterning the first resist film;
Forming a second resist film on the first resist film;
Etching back the second resist until the upper surface of the first resist film is exposed;
Exposing the entire surface using light having a wavelength such that the first resist film is exposed and the second resist film is not exposed;
Removing the exposed portion of the first resist film;
A pattern forming method comprising: patterning the etching target film using the remaining portion of the first resist film and the second resist film as a mask.
第1のレジスト膜として、波長157nmの光に対する吸収係数が1〜2/μmであるレジストを用い、
第2のレジスト膜として、波長157nmの光に対する吸収係数が8/μm以上であるレジストを用い、
前記光として波長157nmの光を用い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。
As the first resist film, a resist having an absorption coefficient of 1-2 / μm for light with a wavelength of 157 nm is used.
As the second resist film, a resist having an absorption coefficient of 8 / μm or more for light with a wavelength of 157 nm is used.
The pattern forming method according to claim 1, wherein light having a wavelength of 157 nm is used as the light.
第2のレジスト膜として、ノボラック系樹脂又はポリヒドロキシスチレン系樹脂を用いることを特徴とする請求項1又は2記載のパターン形成方法。   3. The pattern forming method according to claim 1, wherein a novolac resin or a polyhydroxystyrene resin is used as the second resist film.
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