JPH02183256A - Pattern forming method - Google Patents

Pattern forming method

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JPH02183256A
JPH02183256A JP1002991A JP299189A JPH02183256A JP H02183256 A JPH02183256 A JP H02183256A JP 1002991 A JP1002991 A JP 1002991A JP 299189 A JP299189 A JP 299189A JP H02183256 A JPH02183256 A JP H02183256A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
resist
resist layer
ultraviolet rays
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP1002991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Suzuki
隆 鈴木
Masakatsu Mihara
三原 正勝
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH02183256A publication Critical patent/JPH02183256A/en
Pending legal-status Critical Current

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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

PURPOSE:To obtain the pattern which is excellent in definition and dry etching resistance after curing by specifying the irradiation quantity of UV rays used for exposing the pattern on a resist layer at the time of forming the pattern applying a crosslinking agent-contg. positive type photoresist on a substrate to be treated. CONSTITUTION:The crosslinking agent-contg. novolak type positive resist is applied on a GaAs wafer 1 having the film to be worked to form the resist layer 2 and thereafter, the layer is subjected to soft baking in the atm. The resist layer 2 is then irradiated with g rays (436nm wavelength) 3 thereon at 1,000 to 2,000mJ/cm<2> irradiation quantity according to the desired pattern. The resist layer is subjected to the baking in the atm. after the exposing of the pattern to thermally crosslink the exposed part 4 of the resist; thereafter, the entire surface of the resist is irradiated with far UV rays 6 so that the unexposed part 5 formed after the pattern exposing is made soluble in a developing soln. Finally, the substrate 1 is developed to dissolve away the unexposed part 5 in the pattern exposing. The resist pattern having the excellent definition and the dry etching resistance after curing is obtd. in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、架橋剤含有ポジ型フォトレジストを用いた
イメージリバース法によるパターン形成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Objective of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a pattern forming method by an image reverse method using a positive photoresist containing a crosslinking agent.

(従来の技術) 今日、LSIの高集積化、高速化に伴い、FET等の素
子の性能向上が求められている。このためには、ゲート
長を短縮する等の微細加工技術が欠かせない技術である
。このような微細加工を行なうためには、基板上に微細
なパターンを形成する技術が必要であり、その一つの方
法としてイメーシリバース法が知られている。イメージ
リバース法は、従来、金属配線等を形成するためのりフ
トオフ法に主に用いられている。しかしながら、現像コ
ントラストを増大させることにより解像性を向上させる
ことができることから、他の微細加工にも有利であると
考えられている。
(Prior Art) Today, as LSIs become more highly integrated and faster, there is a demand for improved performance of elements such as FETs. For this purpose, microfabrication techniques such as shortening the gate length are essential techniques. In order to carry out such fine processing, a technique for forming fine patterns on a substrate is required, and the image reversing method is known as one of the methods. The image reverse method has conventionally been mainly used in the lift-off method for forming metal wiring and the like. However, since the resolution can be improved by increasing the development contrast, it is considered to be advantageous for other microfabrication as well.

イメージリバース法は、まず基板上に架橋剤含有ポジ型
フォトレジストの層を形成し、このレジスト層に紫外線
を用いてパターンを露光し、次いでベーキングすること
により露光部分のレジストを熱架橋させ、さらに遠紫外
線を用いてレジスト層全面を露光した後現像することに
よってレジストパターンを形成する。この方法では、最
初の紫外線を用いたパターン露光とそれに続くベーキン
グにより露光部分のレジストが架橋し、この部分が次に
レジスト全面に照射される遠紫外線を遮断するマスクと
して機能する。ベーキングの後に行なわれる遠紫外線の
照射により、上記紫外線に露光した部分以外のレジスト
は現像液に対して可溶性となり、現像により除去される
。したがって、最終的に基板上に残るレジストは最初に
紫外線を用いて露光された部分であり、ポジ型のレジス
トを用いていながらネガ型のパターンが得られる結果と
なる。
In the image reversal method, a layer of positive photoresist containing a crosslinking agent is first formed on a substrate, a pattern is exposed on this resist layer using ultraviolet rays, and then the exposed portions of the resist are thermally crosslinked by baking. A resist pattern is formed by exposing the entire surface of the resist layer to deep ultraviolet rays and then developing it. In this method, the exposed portions of the resist are crosslinked through initial pattern exposure using ultraviolet rays and subsequent baking, and this portion functions as a mask that blocks the deep ultraviolet rays that are then applied to the entire surface of the resist. By irradiating with deep ultraviolet rays after baking, the resist other than the portions exposed to the ultraviolet rays becomes soluble in a developer and is removed by development. Therefore, the resist that ultimately remains on the substrate is the portion that was first exposed to ultraviolet light, resulting in a negative pattern even though a positive resist is used.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、従来のイメージリバース法では、紫外線
を用いたパターン露光を°500a+J/c+n2以下
の照射量で行なっている。このためレジストの露光部分
の架橋度が小さくなり、現像時の膜減りによるパターン
細り等の解像性の劣化、および耐ドライエツチング性の
低下などの原因となっている。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the conventional image reverse method, pattern exposure using ultraviolet rays is performed with an irradiation dose of 500 a+J/c+n2 or less. For this reason, the degree of crosslinking in the exposed portion of the resist decreases, causing deterioration in resolution such as thinning of the pattern due to film thinning during development, and deterioration in dry etching resistance.

この発明は、解像性および硬化後の耐ドライエツチング
性に優れたレジストパターンの形成方法を提供すること
を目的とする。
An object of the present invention is to provide a method for forming a resist pattern with excellent resolution and dry etching resistance after curing.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記問題点に鑑み、この発明は、 被処理基板上に架橋剤含有ポジ型フォトレジストを塗布
して基板上にレジスト層を形成する工程と、 基板上に形成したレジスト層に紫外線を用いて所望のパ
ターンを露光する工程と、 紫外線を用いてパターンを露光したレジスト層をベーク
して、紫外線に感光したレジスト部分を熱架橋させる工
程と、 ベークしたレジスト層全面にわたって遠紫外線を照射す
る工程と、 遠紫外線を照射したレジスト層を現像処理する工程とを
有するパターン形成方法において、レジスト層上にパタ
ーンを露光するために用いる紫外線の照射量を1000
ないし2000IIIJ/ c+n 2とすることを特
徴とするパターン形成方法を提供するものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In view of the above-mentioned problems, the present invention includes the steps of: coating a positive photoresist containing a crosslinking agent on a substrate to be processed to form a resist layer on the substrate; , a step of exposing a desired pattern on a resist layer formed on a substrate using ultraviolet rays; a step of baking the resist layer with the pattern exposed using ultraviolet rays to thermally crosslink the resist portions exposed to ultraviolet rays; In a pattern forming method that includes a step of irradiating the entire surface of a baked resist layer with deep ultraviolet rays and a step of developing the resist layer irradiated with far ultraviolet rays, the amount of irradiation of ultraviolet rays used to expose a pattern on the resist layer is controlled. 1000
The present invention provides a pattern forming method characterized in that the patterning pattern is 2000IIIJ/c+n2.

(作用) イメージリバース法では、まず、レジストに紫外線を用
いてパターンを露光し、次いで露光後のレジストをベー
クすることによってレジストの露光部分を熱架橋させる
。次に、遠紫外線をレジストの全面に照射し、前記工程
により架橋したレジスト部分以外を現像液に対して可溶
化する。この場合、パターン露光の際の紫外線の照射量
が大きい程レジストの架橋度も大きくなり、レジストの
架橋度が大きい程現像液に対する不溶化がより顕著とな
る。したがって、イメージリバース法は、パターン露光
の際の照射量を大きくすることにより、パターン露光に
よる露光部分と某露光部分との現像時における溶解速度
差が大きくなり、現像コントラストをあげることができ
る。
(Function) In the image reverse method, first, a pattern is exposed on a resist using ultraviolet rays, and then the exposed resist is baked to thermally crosslink the exposed portions of the resist. Next, the entire surface of the resist is irradiated with deep ultraviolet rays to solubilize parts of the resist other than the crosslinked portions in the developer solution. In this case, the greater the amount of ultraviolet ray irradiation during pattern exposure, the greater the degree of crosslinking of the resist, and the greater the degree of crosslinking of the resist, the more pronounced the insolubility in the developer becomes. Therefore, in the image reverse method, by increasing the irradiation amount during pattern exposure, the difference in dissolution rate during development between the exposed area by pattern exposure and a certain exposed area becomes large, and the development contrast can be increased.

この発明のパターン形成方法においては、パターン露光
の際の照射量を1000〜2000aJ/ cm 2で
行なうが、これはパターン露光によるレジストの露光部
分が充分に架橋し、現像後の残膜率が100%となる照
射量以上の量である。したがって、この発明のパターン
形成方法は現像による膜減りがない。
In the pattern forming method of the present invention, the irradiation amount during pattern exposure is 1000 to 2000 aJ/cm2, which means that the exposed areas of the resist by pattern exposure are sufficiently crosslinked and the residual film rate after development is 100. % or more. Therefore, in the pattern forming method of the present invention, there is no film loss due to development.

また、上述したように、パターン露光によるレジストの
露光部分が充分に架橋するので、耐ドライエツチング性
が向上する。
Furthermore, as described above, the exposed portions of the resist through pattern exposure are sufficiently crosslinked, so that dry etching resistance is improved.

(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の方法を具体的に説明す
る。
(Example) Hereinafter, the method of the present invention will be specifically explained with reference to the drawings.

まず、第1図(a)に示すように、被処理基板である被
加工膜(例えばSiO’2)を有するGaAsウェハー
 1上に、架橋剤含有ノボラック系ポジ型レジストであ
るAZ5214 (ヘキスト・ジャパン社製)を塗布し
、膜厚1,5μ−のレジスト層2を形成する。
First, as shown in FIG. 1(a), AZ5214 (Hoechst Japan Co., Ltd.), which is a novolac positive type resist containing a crosslinking agent, is placed on a GaAs wafer 1 having a film to be processed (for example, SiO'2), which is a substrate to be processed. Co., Ltd.) to form a resist layer 2 having a thickness of 1.5 .mu.m.

レジスト層2を形成した後、大気中で90℃で2分間程
度のソフトベークを行なう。
After forming the resist layer 2, soft baking is performed at 90° C. for about 2 minutes in the air.

次いで、第1図(b)に示すように、露光装置を用い、
所望のパターンに従って、レジスト層2上にg線(波長
438rv)  3を照射量20口0IIJ/cI11
2で照射する。
Next, as shown in FIG. 1(b), using an exposure device,
According to the desired pattern, irradiation amount of G-line (wavelength 438rv) 3 is 20 0IIJ/cI11 on the resist layer 2.
Irradiate with 2.

パターンを露光した後、大気中で115℃で1分30秒
程度のベークを行ない、第1図(C)に示すようにレジ
ストの露光部分4を熱架橋させる。
After exposing the pattern, baking is performed in the atmosphere at 115° C. for about 1 minute and 30 seconds to thermally crosslink the exposed portions 4 of the resist as shown in FIG. 1(C).

ベークした後、第1図(d)に示すように、レジスト全
面に波長290rvの遠紫外線6を1分程度照射する。
After baking, as shown in FIG. 1(d), the entire surface of the resist is irradiated with deep ultraviolet rays 6 having a wavelength of 290 rv for about 1 minute.

これにより、パターン露光の際の未露光部分5は現像液
に対して可溶となる。
As a result, the unexposed portion 5 during pattern exposure becomes soluble in the developer.

最後に、基板1を、50%希釈したレジストの専用現像
液に室温で1分間浸漬することによりレジストの現像を
行ない、パターン露光における未露光部分5を溶解除去
する。
Finally, the resist is developed by immersing the substrate 1 in a 50% diluted resist special developer for 1 minute at room temperature, and the unexposed portions 5 in the pattern exposure are dissolved and removed.

これを洗浄し、さらに乾燥することによって、第1図(
e)に示すようなパターンゐ(形成された基板を得るこ
とができる。
By washing this and further drying it, as shown in Figure 1 (
A substrate formed with a pattern as shown in e) can be obtained.

なお、より耐ドライエツチング性に優れたレジストパタ
ーンを形成するためには、以下の様な点を考慮すれば良
いことが発明者達の実験の結果確認できた。
The inventors' experiments have confirmed that in order to form a resist pattern with better dry etching resistance, the following points should be taken into consideration.

この発明のパターン形成方法においては、基板上に形成
されたレジスト層にパターンを露光する際に紫外線を使
用する。ここでいう紫外線とは、波長438niのいわ
ゆるg線をも含めた光である。
In the pattern forming method of the present invention, ultraviolet rays are used when exposing a resist layer formed on a substrate to a pattern. The ultraviolet rays referred to here include light including so-called g-line having a wavelength of 438 ni.

この発明のパターン形成方法において使用する紫外線と
しては、前記のg線、または波長385nn+のいわゆ
るi線が好ましく、特にg線が好ましい。
The ultraviolet rays used in the pattern forming method of the present invention are preferably the above-mentioned g-line or the so-called i-line having a wavelength of 385 nn+, and the g-line is particularly preferable.

レジスト層にパターンを露光する際の前記紫外線の照射
量は1000ないし2000IIlj/cI112であ
り、好ましくは1500ないし2000mJ/ cm 
2である。
The irradiation amount of the ultraviolet rays when exposing the pattern on the resist layer is 1000 to 2000 IIlj/cI112, preferably 1500 to 2000 mJ/cm.
It is 2.

紫外線を照射したレジストの露光部分を架橋させるため
の加熱は、使用するレジストによって異なるが、ノボラ
ック系ポジ型レジストを用いた場合には、通常115な
いし 120℃で、1ないし2分間行なう。
Heating to crosslink the exposed portions of the resist irradiated with ultraviolet rays varies depending on the resist used, but when a novolac positive resist is used, it is usually carried out at 115 to 120° C. for 1 to 2 minutes.

レジスト層をベークした後、レジスト層全面に遠紫外線
を照射する。ここでいう遠紫外線とは、波長290tv
の光をも含めたものであり、特には波長290nsの光
が好ましい。
After baking the resist layer, the entire surface of the resist layer is irradiated with deep ultraviolet rays. The far ultraviolet rays referred to here have a wavelength of 290 tv.
In particular, light with a wavelength of 290 ns is preferable.

被処理基板上に架橋剤含有ポジ型フォトレジストを塗布
する方法としては、通常基板上にレジスト層を形成する
際に用いる方法を使用することができ、例えば、スピン
コーティング等を好適に用いることができる。
As a method for applying a crosslinking agent-containing positive photoresist onto a substrate to be processed, a method normally used for forming a resist layer on a substrate can be used, and for example, spin coating etc. can be preferably used. can.

ここで用いられる架橋剤含有ポジ型フォトレジストとし
ては、この発明のパターン形成方法において使用される
波長の紫外線および遠紫外線に感光性を有し、ベーキン
グによって紫外線に感光した部分を架橋させる架橋剤を
含有するものであればどのようなレジストでも使用する
ことができる。
The crosslinking agent-containing positive photoresist used here is sensitive to ultraviolet rays and deep ultraviolet rays at the wavelengths used in the pattern forming method of the present invention, and contains a crosslinking agent that crosslinks the portions exposed to ultraviolet rays by baking. Any resist can be used as long as it contains the resist.

このようなフォトレジストとしては、架橋剤含有ノボラ
ック系ポジ型レジストが知られている。
As such a photoresist, a crosslinking agent-containing novolac positive resist is known.

基板上に前記フォトレジストを塗布してレジスト層を形
成した後、レジスト層に残留する溶媒を除去し、および
/または基板とレジスト層との密告性を高める目的でレ
ジスト層をベークすることが好ましい。
After coating the photoresist on the substrate to form a resist layer, it is preferable to bake the resist layer for the purpose of removing the solvent remaining in the resist layer and/or improving the contact between the substrate and the resist layer. .

[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、解像性および硬化後
の耐ドライエツチング性に優れたレジストパターンの形
成方法が提供される。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a method for forming a resist pattern with excellent resolution and dry etching resistance after curing is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の詳細な説明する図である。 l・・・被処理基板、2・・・レジスト層、4・・・露
光部分、5・・・未露光部分。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
FIG. 1 is a diagram explaining the invention in detail. 1... Substrate to be processed, 2... Resist layer, 4... Exposed portion, 5... Unexposed portion. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被処理基板上に架橋剤含有ポジ型フォトレジスト
を塗布して基板上にレジスト層を形成する工程と、 基板上に形成したレジスト層に紫外線を用いて所望のパ
ターンを露光する工程と、 紫外線を用いてパターンを露光したレジスト層をベーク
して、紫外線に感光したレジスト部分を熱架橋させる工
程と、 ベークしたレジスト層全面にわたって遠紫外線を照射す
る工程と、 遠紫外線を照射したレジスト層を現像処理する工程とを
有するパターン形成方法において、レジスト層上にパタ
ーンを露光するために用いる紫外線の照射量を1000
ないし2000mJ/cm^2とすることを特徴とする
パターン形成方法。
(1) A step of coating a positive photoresist containing a crosslinking agent on the substrate to be processed to form a resist layer on the substrate, and a step of exposing the resist layer formed on the substrate to a desired pattern using ultraviolet light. , a step of baking a resist layer with a pattern exposed to ultraviolet rays and thermally crosslinking the resist portion exposed to ultraviolet rays, a step of irradiating the entire surface of the baked resist layer with deep ultraviolet rays, and a step of irradiating the resist layer with deep ultraviolet rays. In the pattern forming method, the amount of ultraviolet rays used to expose the pattern on the resist layer is 1000.
A method for forming a pattern, characterized in that the current is between 2000 mJ/cm^2 and 2000 mJ/cm^2.
(2)前記紫外線の波長が、365nmまたは436n
mである請求項1に記載のパターン形成方法。
(2) The wavelength of the ultraviolet rays is 365 nm or 436 nm.
The pattern forming method according to claim 1, wherein m.
(3)前記基板が半導体基板である請求項2に記載のパ
ターン形成方法。
(3) The pattern forming method according to claim 2, wherein the substrate is a semiconductor substrate.
(4)前記紫外線の波長が436nmで、その照射量が
1500ないし2000mJ/cm^2であり、かつ前
記遠紫外線の波長が290nmである請求項2に記載の
パターン形成方法。
(4) The pattern forming method according to claim 2, wherein the wavelength of the ultraviolet rays is 436 nm, the irradiation amount is 1500 to 2000 mJ/cm^2, and the wavelength of the deep ultraviolet rays is 290 nm.
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