JP3785353B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、下地のパターンに対して自己整合的にパターニングするリソグラフィ技術を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
微細加工技術のなかで、特にマスク間の重ね合わせ精度を向上させる技術は大変重要な技術の一つである。一般的に、重ね合わせ精度は最小寸法の20%程度は必要であり、微細化が進むに連れて同時に重ね合わせ精度も向上させて行く必要がある。
【0003】
そこで、公知のアライメント方法においては、現在露光装置として主流になっている縮小投影露光装置に、テレビ画像を利用するものやレーザ光を使用するもの等がある。例えば、マスクとウエハとの相対的な位置合わせは、性能向上を図る為の重要な一要素となっている。特に、最近の露光装置における位置合わせにおいては、半導体素子の高集積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するものが要求されている。多くの位置合わせ装置においては、マスクおよびウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントパターン(「アライメントマーク」とも言う)を所謂スクライブライン上に設け、上記マスクのアライメントマークおよびウエハのアライメントマークから得られる位置情報を利用して、マスクおよびウエハのアライメントを行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のマスクとウエハとのアライメントマークを利用したアライメント方法を用いる半導体装置の製造方法においては、以下のような問題がある。すなわち、下地基板上でのアライメント精度を高めるためには、アライメント光学系の改良や検出装置の分解能を向上させること等が必要である。しかしながら、未だ十分ではなく、図12(a)に示すように、段差の上面1で周囲が囲まれた凹部2内に、互いに対向する上面1間の幅一杯にレジストパターン3をパターニングしようとしても、上面1が非常に微細である場合には、図12(b)に示すようなアライメントのずれが生じてしまうのである。
【0005】
そこで、この発明の目的は、微細な下地パターンの場合であってもアライメントずれが起こらずにパターニングできるリソグラフィ技術を用いた半導体装置の製造方法方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第1の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にレジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記塗布されたレジストの膜厚を薄くするための前処理工程と、上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分において上記段差の上面とオーバーラップするように形成された露光パターンあるいは遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光を行う露光工程と、後の現像によって上記レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【0007】
上記構成によれば、前処理工程において、塗布されたレジストの膜厚を薄くするための前処理が行われ、現像前に、薄膜化工程において、後の現像によって上記レジストの膜厚が薄くなるように薄膜化処理が行われる。その際に、上記レジストが下地の段差上面まで薄膜化されることによって、上記レジストが上記下地の段差下面上のみに自己整合的に残される。したがって、露光工程において、上記上面とオーバーラップするようにオーバーラップ露光を行うことによって、現像工程において、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着しているレジストパターンが上記下面上に形成される。
【0008】
また、1実施例では、上記第1の発明の半導体装置の製造方法において、上記レジスト塗布工程においてはネガ型レジストを塗布し、上記前処理工程においては,上記ネガ型レジストの表面に,上記露光によってネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液を塗布し、上記薄膜化工程においては,上記薬液を上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させる。
【0009】
この実施例によれば、上記露光工程において露光された部分のネガ型レジストであっても、現像工程において上記下地の段差上面まで薄膜化される。したがって、上記段差の下面上のみに、露光パターンの形状を有して上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着しているレジストパターンが形成される。尚、上記薬液の塗布は、上記露光工程の後であっても差し支えない。
【0010】
また、1実施例では、上記第1の発明の半導体装置の製造方法において、上記レジスト塗布工程においてはポジ型レジストを塗布し、上記前処理工程においては,上記ポジ型レジストの表面に,上記ポジ型レジストに対して脱保護反応を起こさせる薬液を塗布し、上記薄膜化工程においては,上記薬液を上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させる。
【0011】
この実施例によれば、上記露光工程において露光されなかった部分のポジ型レジストであっても、現像工程において上記下地の段差上面まで薄膜化される。したがって、上記段差の下面上のみに、遮光パターンの形状を有して上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着したレジストパターンが形成される。尚、上記薬液の塗布は、上記露光工程の後であっても差し支えない。
【0012】
ところで、上記第1の発明においては、上記薬液を下地の段差上面近傍にまで拡散させる工程を「薄膜化工程」としている。本来「レジストの薄膜化」とは、「上記薬液の拡散」と「上記薬液が拡散された領域のレジストの除去」とを言うべきではあるが、後者は現像工程によってパターニングと同時に行われるため現像工程に含め、前者のみを薄膜化工程としている。
【0013】
また、第2の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分において上記段差の上面とオーバーラップするように形成された遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光する第1露光工程と、上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光する第2露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【0014】
上記構成によれば、第1露光工程において露光されていない部分のポジ型レジストが、第2露光工程において下地の段差上面近傍まで全面露光される。したがって、現像工程において、上記第1露光工程において露光されていない部分のポジ型レジストが上記上面まで薄膜化される。したがって、上記下地における段差の下面上のみに、遮光パターンの形状を有して上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着しているレジストパターンが形成される。上記第1露光工程と第2露光工程とは、何れを先に行っても差し支えない。
【0015】
また、第3の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面に,上記上面における膜厚が下式(5)で得られるX値のうちの何れか一つになり,上記下面における膜厚が下式(6)で得られるY値のうちの何れか一つになるようにレジストを塗布するレジスト塗布工程と、露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
X={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・(2n−1) …(5)
Y={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・2m …(6)
但し、n,mは自然数
【0016】
上記構成によれば、下地の段差における下面での膜厚がレジストの感度が一番高い膜厚になるように、また、上記段差における上面での膜厚がレジストの感度が一番低い膜厚になるように上記レジストが塗布される。したがって、露光工程によって、感度が一番高い上記下面上のレジストのみが感光する。その結果、ネガ型レジストを用いた場合には、上記下面上のみに、上記段差の側壁に密着したレジストパターンが自己整合的に形成される。また、ポジ型レジストを用いた場合には、上記上面上のみにレジストパターンが自己整合的に形成される。
【0017】
また、第4の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面に,上記上面における膜厚が下式(7)で得られるX値のうちの何れか一つになり,上記下面における膜厚が下式(8)で得られるY値のうちの何れか一つになるようにレジストを塗布するレジスト塗布工程と、露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
X={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・2n …(7)
Y={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・(2m−1) …(8)
但し、n,mは自然数
【0018】
上記構成によれば、下地の段差における上面での膜厚がレジストの感度が一番高い膜厚になるように、また、上記段差における下面での膜厚膜厚がレジストの感度が一番低い膜厚になるように上記レジストが塗布される。したがって、露光工程によって、感度が一番高い上面上のレジストのみが感光する。その結果、ネガ型レジストを用いた場合には、上記上面上のみにレジストパターンが自己整合的に形成される。また、ポジ型レジストを用いた場合には、上記下面上のみに、上記段差の側壁に密着したレジストパターンが自己整合的に形成される。
【0019】
また、1実施例では、上記第3の発明あるいは第4の発明の何れか一つの半導体装置の製造方法において、上記XおよびYの値の夫々は、±Z(Z={(露光光波長)/8}/(レジストの屈折率))の範囲内にある。
【0020】
この実施例によれば、上記段差の上面および下面における膜厚に、レジストの感度が一番高い膜厚と一番低い膜厚との差の1/2の誤差が許容される。したがって、上記レジストの塗布時における膜厚の制御が容易になり、簡単に自己整合的にレジストパターンが形成される。
【0021】
また、第5の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記上面上あるいは下面上の何れか一方に焦点を合わせて露光を行う露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【0022】
上記構成によれば、段差が形成された下地上に塗布されたレジストに対して、上記段差の上面上または下面上の何れか一方に焦点を合わせて露光が行われる。したがって、ネガ型レジストを用いて、下地における上面上に焦点を合わせた場合には上記上面上にのみに自己整合的にレジストパターンが形成される一方、下面上に焦点を合わせた場合には上記下面上にのみに自己整合的にレジストパターンが形成される。また、ポジ型レジストを用いて、下地における上面上に焦点を合わせた場合には上記下面上にのみに自己整合的にレジストパターンが形成される一方、上記下面上に焦点を合わせた場合には上記上面上にのみに自己整合的にレジストパターンが形成される。
【0023】
また、第6の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記下地の表面に対して斜め方向から光をあてて露光を行う露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【0024】
上記構成によれば、段差が形成された下地上に塗布されたレジストに、上記下地の表面に対して斜め方向から光をあてて露光が行われる。その結果、上記段差の下面上には上記段差の側壁の影になって光が当らない部分が生ずる。したがって、ポジ型レジストを用いることによって、上記下面上には上記段差の側壁に密着したレジストパターンが形成される。
【0025】
また、1実施例では、上記第6の発明の半導体装置の製造方法において、上記露光工程においては、複数の方向から光をあてて露光を行う。
【0026】
この実施例によれば、例えば、上記露光光を当てる複数の方向に上記段差の側壁に対して相反する2方向が含まれるようにすると共に、ポジ型レジストを用いれば、互いに対向する2つの側壁に挟まれた下面上における中央部に上記2つの側壁の影になって1回も露光されない部分が生ずる。したがって、その場合は、現像によって、上記下面上における中央部に両端が上記側壁に密着したレジストパターンが形成される。
【0027】
また、1実施例では、上記第6の発明の半導体装置の製造方法において、上記複数の斜め方向から光をあてて露光を行う露光工程においては、1回の露光では上記レジストがパターニングされない程度の光量で露光を行う。
【0028】
この実施例によれば、例えば、上記段差の側壁に対して相反する2方向から露光を行うと共に、ポジ型レジストを用いれば、互いに対応する2つの側壁に挟まれた下面上における上記2つの側壁に沿ってこの側壁の影になって1回しか露光されない部分が生ずる。したがって、その場合には、現像によって、上記下面上における上記2つの側壁に密着したレジストパターンが形成される。
【0029】
また、第7の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみに,レジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にネガ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記ネガ型レジスト表面に,後の露光によって上記ネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液を塗布する前処理工程と、上記ネガ型レジストの全面に露光を行う露光工程と、上記薬液を上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させて,後の現像によって上記ネガ型レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【0030】
上記構成によれば、前処理工程において塗布されたネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液が、全面露光を行った後に、薄膜化工程において、上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散される。したがって、上記露光によって発生した酸が失活されたネガ型レジストの部分が現像によって溶解・除去されて、上記ネガ型レジストの膜厚が上記段差の上面まで薄くなる。こうして、上記ネガ型レジストが上記下地における段差の下面上に残されて、レジストパターンが上記下面上のみに自己整合的に形成される。
【0031】
また、第8の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみに,レジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記ポジ型レジスト表面に,上記ポジ型レジストに対して脱保護反応を起こさせる薬液を塗布する前処理工程と、上記薬液を上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させて,後の現像によって上記ポジ型レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【0032】
上記構成によれば、前処理工程において塗布されたポジ型レジストに脱保護反応を起こさせる薬液が、薄膜化工程において、上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散される。したがって、上記脱保護反応を起こしたポジ型レジストの部分が現像によって溶解・除去されて、上記ポジ型レジストの膜厚が上記段差の上面まで薄くなる。こうして、上記ポジ型レジストが上記下地における段差の下面上に残されて、レジストパターンが上記下面上のみに自己整合的に形成される。
【0033】
また、第9の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみに,レジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光する露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【0034】
上記構成によれば、露光工程において、塗布されたポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍まで全面露光される。したがって、上記ポジ型レジストにおける感光した部分が現像によって溶解・除去されて、上記ポジ型レジストの膜厚が上記上面まで薄くなる。こうして、上記ポジ型レジストが上記下地における段差の下面上に残されて、レジストパターンが上記下面上のみに自己整合的に形成される。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
<第1実施の形態>
図1は、本実施の形態の半導体装置の製造方法によって途中まで形成されたトランジスタの構造を示す図である。尚、図1(a)は断面図であり、図1(b)は平面図である。ここで、図1(a)は、図1(b)におけるA‐A'矢視断面図である。
【0036】
図1に示すトランジスタは、シリコン基板11上に、絶縁膜12,0.25μm程度の膜厚の多結晶シリコン膜13および0.20μm程度の膜厚のシリコン酸化膜14を堆積する。次に、リソグラフィ技術を用いてレジスト(図示せず)をパターニングし、そのレジストをマスクとしてシリコン酸化膜14を加工した後、レジストを除去する。次に、パターニングされたシリコン酸化膜14をマスクとして、多結晶シリコン膜13および絶縁膜12を加工してゲート電極およびゲート酸化膜を形成した後、シリコン窒化膜15を50nm程堆の膜厚で全面に堆積させる。こうして、シリコン窒化膜15で覆われた凸部16で成る段差を形成するのである。尚、以下においては、説明の都合上、凸部16の側壁と凸部16で囲まれたシリコン窒化膜15とで形成された凸部16の上面よりも下側に在る領域を凹部17と言うことにする。
【0037】
ここで、上記ゲート電極である多結晶シリコン膜13は、長さが0.24μmで幅が2.5μmに加工されている。また、凸部16の高さは0.45μmである。以下、図1に示す状態に対して、引き続いて、上記段差による凹部17内にのみ自己整合的にパターニングする方法について説明する。その際に用いる図2においては、シリコン基板11は省略すると共に、絶縁膜(ゲート酸化膜)12,多結晶シリコン膜(ゲート電極)13,シリコン酸化膜14およびシリコン窒化膜15の区別をなくして、最外層に位置するシリコン窒化膜15の輪郭のみで代表して表現している。尚、図2(a)から図2(e)の各図における上段は断面図であり、下段は平面図である。
【0038】
本実施の形態においては、図2に示す様に、段差のある下地にネガ型レジストを塗布し、その上に塩基性化合物入りの上層反射防止膜を塗布し、露光して現像することによって、凹部17内にだけレジストをパターニングする方法である。以下、図2に従って順次説明する。
【0039】
先ず、側鎖の30%にt‐ブトキシカルボニル基を導入したポリビニルフェノールを基材樹脂とし、この基材樹脂100部(重量部、以下同様)と、架橋剤であるメチル化メチロールメラミン20部と、光酸発生剤であるトリフェニルスルフォニウムトリフレート5部とを、溶剤である乳酸エチル400部に溶解して、ネガ型のレジストを作成する。そして、図2(a)に示すように、上記ネガ型のレジスト21を、凸部16が形成された下地に3000rpm以下の低回転で、表面が平坦になるようにスピン塗布する。
【0040】
上記レジスト21を塗布する際に、上記レジスト21は、低粘度(5cp以下)であるほど下地の段差の影響を受けず平坦に塗布される。すなわち、低粘度,低速回転によって、ストリエーション(ウエハの中心側から外側に向に彗星が尾を引いたように発生する塗布むら)の発生を押さえることができ、非常に平坦に塗布できるのである。さらに、レジスト21をより厚く塗るほど、より下地の段差の影響を受けず平坦にできる。しかしながら、それでも、下地の段差が大き過ぎる場合や凹凸が一定に存在しない等の理由によってレジスト21の表面を平坦にするのが困難な場合は、下地にダミーパターンを入れること等によって下地自体の凹凸をできる限り均一にすることが必要である。次に、レジスト21をプリベークするのであるが、後の工程である薄膜化工程での均一性やレートの安定を考慮すると上記プリベークの温度は110℃程度がベストである。しかしながら、80℃から130℃の程度でも可能である。また、他のレジストを使用する場合でも、通常のフォトリソグラフィで使用するプリベーク温度よりも高めの温度が好ましい。
【0041】
次に、現像工程でレジスト膜厚を薄くするための前処理工程として、図2(b)に示すように、塩基性化合物入りの上層反射防止膜22を、塗布むらが起こらないようになるべく均一に塗布する。その場合、塗布むらが起こると、後に塩基を拡散させる際に拡散にむらが生ずるので、なるべく5000rpm以上の高回転でスピン塗布することによって均一に塗布する。
【0042】
尚、上記上層反射防止膜22としては、塩基性化合物であるN‐メチルピロリドン(NMP)が5重量%含まれたTSP9A(東京応化学工業(株)製)が適当である。しかしながら、上記NMPの含有量は2重量%〜15重量%であっても差し支えない。他に、上層反射防止膜22としては、クラリアント(株)製のアクアタール等でも使用可能である。また、上層反射防止膜22に含有される上記塩基性化合物としては、芳香族アミン類,脂肪族アミン類,イソプロピルアミン,アルキルアミン類,ジクロヘキシルアミン,アニソンおよびそれらの誘導体等であってもよい。
【0043】
ところで、上記レジストの膜厚は、例えば、上記プリベーク等で通常で5%程度塗布後の膜厚よりも薄くなる。また、現像工程においても、通常で5%〜10%塗布後の膜厚よりも薄くなる。しかしながら、上記「レジスト膜厚を薄くする」とは、上述のような膜減りではなく、レジストの膜厚を塗布後の膜厚よりも積極的に薄くすることを言う。こうして、凸部16上のレジストが無くなるまで、あるいは凸部16の高さよりも薄くして、凹部17内のみにレジストを残すのである。
【0044】
その場合、上述のように、上記レジスト21表面を平坦にすることによって、レジスト21の膜厚を凸部16の上面まで薄くしても、凹部17内にはレジスト21を厚く残すことができる。また、凹部17内の広い個所にレジストパターンを形成できるのである。さらに、レジスト21を凹部17内にだけに残すことによって、後の露光工程において、アライメントずれの影響を考慮することなく、確実に凹部17のみに自己整合的にレジストパターンを形成することが可能になるのである。
【0045】
次に、図2(c)に示すように、KrFエキシマレーザ(波長248nm)ステッパを用いて、露光量が580J/m,開口数(NA)が0.6,コヒーレンシ(σ)が0.65の条件で露光する。但し、23はレーザ光であり、24はマスクである。ここで、上記露光は、レジストパターンの密着させたい部分をオーバーラップさせて行う。つまり、上記露光パターン25を、最終的に形成したいレジストパターン29(図2(e)参照)の大きさよりも、密着させたい部分(この場合には、レジストパターン29の両端を凸部16に密着させたいのであるからレジストパターン29の両端部)が0.05μm程度大きくなるように設定する。こうして、密着させたい部分の露光パターン25を凸部16にオーバーラップさせるのである。その結果、露光パターン25における密着させる部分にアライメントずれ生じても露光することができるようになり、露光時のアライメントずれの影響を防止できるのである。
【0046】
上記露光の際に、長さが0.24μmのパターンを、より良い形状にパターニングするには、露光量が580J/m、開口数(NA)が0.6、コヒーレンシ(σ)が0.65程度の条件がベストである。上記条件は、露光装置に依存する。また、上記オーバーラップ露光させる場所やオーバーラップ量についても、アライメントずれが考えられる範囲でよい。
【0047】
次に、130℃,90秒の条件で、塩基性化合物入りの上層反射防止膜22およびレジスト21に対してPEB(露光後べーク)を行って、レジスト21の薄膜化を行う。その際に、前処理において塗布された薬液の効果によって、上層反射防止膜22中の塩基性化合物を、図2(d)に示すように、レジスト21における凸部16の上面よりも上層(レジスト上層)26に拡散させる。こうすることによって、拡散した塩基性化合物が、上記露光によってレジスト上層26中の露光部(露光部上層)27に発生した酸を失活させるのである。その結果、酸が失活した露光部上層27におけるレジスト21の架橋が抑制される。但し、露光領域における露光部上層27の下側の露光部下層28には塩基性化合物が拡散されておらず、上記露光によって発生した酸は失活していない。したがって、露光部下層28におけるレジスト21の架橋は抑制されず、架橋が生じているのである。
【0048】
次に、現像液(例えば、2.38%TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)水溶液:東京応化学工業株式会社製NMD‐W)で60秒間現像する。この現像によって、上記露光の際に架橋が起っていないレジスト21(つまり、露光部下層28以外のレジスト21)が、現像液に溶解して除去される。こうして、図2(e)に示すように、露光部下層28のレジスト21のみが残って、レジストパターン29が形成されのである。
【0049】
その際に、図2(b)の前処理によって塗布された薬液の効果によってレジストパターン29が薄膜化される。詳しくは、露光部上層27のレジスト21に対して膜減り量が大きくなるような影響が与えられる。その結果、現像液処理時に、レジストパターン29のパターニングと同時に、露光部上層27が溶解するのである。次に、110℃で60秒間ポストベーク(現像液処理後ベーク)を行う。
【0050】
上述したように、上記露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行っている。そのために、露光パターン25を、最終的に形成したいレジストパターン29の長さよりも両端部において長く設定している。その結果、露光部上層27は、露光パターン25の両端部において凸部16の上面に掛ることになる。ところが、上記薄膜化によって露光部上層27が除去されるため、レジストパターン29の両端部から凸部16上に延びる部分が除去され、所望の長さを有し且つ両端が凸部16の側壁に密着したレジストパターン29が得られるのである。尚、その際におけるレジストパターン29の薄膜化は、上層反射防止膜中22のアルカリの濃度やPEBの温度・時間等で制御可能である。
【0051】
上述のように、周囲が凸部16で囲まれた凹部17内に、互いに対向する凸部16に両端を密着させたレジストパターン29を形成する場合には、以下のようにする。すなわち、凸部16が形成された下地に、ネガ型のレジスト21を表面が平坦になるように塗布し、プリベークし、塩基性化合物入りの上層反射防止膜22を均一に塗布する。そして、所望のレジストパターン29の長さよりも両端部において0.05μm程度長く設定された露光パターン25を有するマスク24を用いて露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。
【0052】
次に、PEBを行って上記上層反射防止膜22中の塩基性化合物をレジスト21における凸部16の上層であるレジスト上層26に拡散させる。こうして、拡散した塩基性化合物によって、上記露光で露光部上層27に発生した酸を失活させてレジスト21の架橋を抑制する。そして、現像することによって、露光部下層28以外のレジスト21を溶解・除去してレジストパターン29を形成するのである。
【0053】
その場合、
(1)オーバーラップ露光を行うことによって露光パターン25のアライメントずれの影響が防止されて、両端が凸部16の側壁に密着したレジストパターン29を形成できる。
(2)露光部上層27の露光による架橋を上記薄膜化によって抑制して現像によって除去し、(1)のオーバーラップ露光露の結果レジストパターン29の両端部から凸部16上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン29を形成できる。
【0054】
こうして、図2(e)に示すように、必要な個所だけが凸部16に密着され且つその個所でアライメントずれが無いレジストパターン29をパターニングすることができる。また、レジストパターン29の高さが薄膜化によって低くなっており、且つ、レジストパターン29の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているため、レジストパターン29の変形や倒壊を防ぐことができるのである。さらに、下地パターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無くなるので、最終的に形成される半導体装置の微細化が可能になる。
【0055】
尚、図2(b)の前処理工程においては、上記ポジ型レジスト21上に上層反射防止膜22を塗布しているが、上層反射防止膜22に限定されるものではない。例えば、CEL(コントラスト・エンハンスト・レイヤー)等の表面に塗布できる物であって塩基性化合物が入っている物、あるいは、露光によってレジスト21中に発生した酸を失活できる物であればよい。つまり、上記酸を失活できる物としては、上記発生する酸の強度を「X」とすれば、PH値が(14−X)である物であればよい。但し、上記PH値は、±10%程度誤差があっても薄膜化は可能である。また、塩基性化合物の塗布は、露光後であっても差し支えない。
【0056】
<第2実施の形態>
図3は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第1実施の形態において図1に示す下地と同様である。また、図3においても最外層に位置するシリコン窒化膜15の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【0057】
上記第1実施の形態においては、レジストとしてネガ型レジストを用いたが、本実施の形態においては、図3に示すように、段差のある下地にポジ型レジストを塗布し、その上に酸性化合物入りの上層反射防止膜を塗布し、露光して現像することによって、凹部17内にだけレジストをパターニングする。以下、図3に従って順次説明する。
【0058】
先ず、図3(a)に示すように、ポジ型のレジスト31を、凸部16が形成された下地に塗布する。ここで、ポジ型レジスト31としては、ポリビニルフェノール「Poly (4-vinylphenol)」の水酸基を溶解抑止基として酢酸ターシャリーブチル基「t-butoxycarbonylmethoxy group」で一部置換したもの「Random copolymer of poly(p-t-butoxycarbonylmethoxystyrene) and poly(4-vinylphenol)」(BOCM‐PVP)を、レジスト用のポリマーとして用いた。上記ポリビニルフェノールとしては、丸善石油化学のPHM‐C(Mw=5100)を用いた。その場合の溶解抑止基の導入率は26mol%である。酸発生剤としては、みどり化学製のオニウム塩「Triphenylsulphonium trifluoromethanesulphonate」(TPS‐OTf)を用いた。図3(a)に示すように、BOCM‐PVPとオニウム塩との200:1の混合物を、25wt%の濃度でエチルセロソルブアセテート(ECA)に溶解したものをレジスト31として、上記第1実施の形態の場合と同様にスピン塗布する。そして、図3(b)に示すように、酸性化合物入りの上層反射防止膜32をなるべく均一にスピン塗布する。この図3(b)の工程が、現像工程で薄膜化するための前処理工程となる。
【0059】
その場合、上記第1実施の形態の場合と同様に、塗布むらが起こると後の酸を拡散させる際に影響が出てしまうので、なるべく高回転で塗布することによって均一に塗布する。上層反射防止膜32中の酸性化合物は、トリフロロメタンスルフォン酸であり、5重量%のものが適当であるが2重量%〜15重量%でも可能である。また、上層反射防止膜32としては、クラリアント(株)製のアクアタール等でも可能である。
【0060】
次に、図3(c)に示すように露光を行う。尚、33はレーザ光であり、34はマスクである。その場合に、レジストとしてポジ型レジスト31を使用しているため、マスク34の露光パターンは第1実施の形態における図2(c)の場合とは逆であり、光の透過領域・不透過領域が逆になっている。そして、現像工程の1つのステップである露光後ベーク(PEB)が行われる。このPEBによってレジスト31の薄膜化が行われ、図3(d)に示すように、前処理工程として塗布された上層反射防止膜32中の酸がレジスト31側に拡散して、レジスト31における凸部16の上面よりも上層(レジスト上層)36が脱保護反応を起こす。すなわち、レジスト上層36に含まれる未露光部分(未露光部上層)37も脱保護反応を起こすのである。
【0061】
次に、現像工程の現像液処理およびポストベークを行う。この現像液処理の際に、上記前処理工程によって塗布された薬液の効果によってレジスドが薄膜化される。詳しくは、レジスト31における露光領域および未露光部で脱保護反応を起こした領域(すなわち、未露光部下層28以外のレジスト31)が、パターニングと同じに現像液に溶解して除去される。こうして、図3(e)に示すように、未露光部下層38のレジスト31のみが残って、レジストパターン39が形成されのである。その結果、オーバーラップ露光の結果レジストパターン39の両端部から凸部16上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン39が形成されるのである。尚、その際におけるレジスト31の薄膜化は、上層反射防止膜中32の酸の濃度やPEBの温度・時間等で制御可能である。また、上層反射防止膜32中に含まれる酸の強度は、露光の際に発生する酸と同じ物が好ましい。
【0062】
上述のように、本実施の形態において、周囲が凸部16で囲まれた凹部17内に、互いに対向する凸部16に両端を密着させたレジストパターン39を形成する場合には、以下のようにする。すなわち、凸部16が形成された下地に、ポジ型のレジスト31を表面が平坦になるように塗布し、酸性化合物入りの上層反射防止膜32を均一に塗布する。そして、所望のレジストパターン39の長さよりも両端部において0.05μm程度長く設定された遮光パターン35を有するマスク34を用いて露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。
【0063】
次に、上記PEBによって薄膜化を行い、上記上層反射防止膜32中の酸性化合物をレジスト上層36に拡散させる。こうして、拡散した酸性化合物によって未露光部上層37に脱保護反応を起させる。そして、現像することによって、上記脱保護反応が起きていない未露光部下層38以外のレジスト31を溶解・除去してレジストパターン39を形成するのである。
【0064】
その場合、上記第1実施の形態の場合と同様に、上記オーバーラップ露光を行うことによって遮光パターン35のアライメントずれの影響が防止されて、両端が凸部16の側壁に密着したレジストパターン39を形成できる。また、未露光部上層37に薄膜化によって脱保護反応を起させ、現像によって除去する。その結果、レジストパターン39の両端部から凸部16上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン39を形成できるのである。
【0065】
こうして、図3(e)に示すように、必要な個所だけが凸部16に密着され且つその個所でアライメントずれが無いレジストパターン39をパターニングすることができる。また、レジストパターン39の高さが薄膜化によって低くなっており、且つ、レジストパターン39の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているため、レジストパターン39の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【0066】
尚、上記ポジ形レジスト32の上に塗布する物は上層反射防止膜32でなくとも、上記CEL等の表面に塗布する物で酸が入っている物、あるいは、酸によってレジスト32を分解できるものであればよい。その場合の酸の値は、露光によってレジスト32中に発生する酸と同じ強度が好ましく、そのPH値は、±10%程度誤差があっても薄膜化は可能である。また、酸性化合物の塗布は、露光の後でも差し支えない。
【0067】
<第3実施の形態>
図4は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第1実施の形態において図1に示す下地と同様である。また、図4においても最外層に位置するシリコン窒化膜15の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【0068】
本実施の形態においては、上記第1,第2実施の形態のごとくレジストを薄膜化するための前処理工程として上層反射防止膜22,32を形成することなく、段差のある下地に透過率の低いポジ型レジストを塗布して、薄膜化したい領域を露光することでレジスト膜厚を薄膜化してパターニングする方法である。以下、図4に従って順次説明する。
【0069】
先ず、図4(a)に示すように、染料入りポジ型レジスト41(レジスト膜厚0.1μmにおける透過率が40%)を、凸部16が形成された下地に塗布する。尚、後の薄膜化の制御をし易くするためには、レジスト41の透過率は、レジスト膜厚0.1μmにおいて20%〜50%程度がよい。次に、図4(b)に示すように、上記第2実施の形態の場合と同様に、所望のレジストパターン47の長さよりも両端部において0.05μm程度長く設定された遮光パターン44を有するマスク43を用いて露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。尚、42はレーザ光である。
【0070】
次に、図4(c)に示すように、上記レジスト41における凸部16の上面よりも上層(レジスト上層)45にのみ光が届く程度の露光量で、塗布領域全面を露光する。その際に、露光されたレジスト上層45では脱保護反応が起こる。すなわち、レジスト上層45に含まれる1回目のオーバーラップ露光の際における未露光部分も露光されて脱保護反応を起こすのである。また、レジスト41が染料入りであり、さらに厚く塗ってあるため、露光の際に光の届く深さを制御し易い。つまり、2回目の露光時における露光量やレジスト41の透過率やPEBの温度を調整することによって、次の現像時においてレジスト41の薄膜化を容易に制御できるのである。
【0071】
次に、現像することによって、上記レジスト41における1回目あるいは2回目の露光時における露光領域 (すなわち、1回目および2回目の露光時共に未露光である未露光部下層46以外のレジスト21)が、現像液に溶解して除去される。こうして、図4(e)に示すように、未露光部下層46のレジスト41のみが残って、レジストパターン47が形成される。その結果、レジストパターン47の両端部から凸部16上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン47が形成されるのである。
【0072】
上述のように、本実施の形態においては、レジストとしてポジ型レジスト41を塗布し、上記第2実施の形態と同様に、所望のレジストパターン47の長さよりも両端部において長い遮光パターン44を有するマスク43を用いて1回目の露光(オーバーラップ露光)を行う。引き続いて、レジスト上層45だけに光が届く程度の露光量で塗布領域全面に対して2回目の露光を行う。こうして、2回目の露光によって、レジスト上層45において1回目の露光時に露光されなかった領域にも脱保護反応を起させて除去することができ、上記第2実施の形態における酸性化合物入りの上層反射防止膜32とその塗布工程とを不用にできる。したがって、コストの削減と工程の短縮を図ることができるのである。
【0073】
その場合、上記各実施の形態の場合と同様に、上記オーバーラップ露光を行うことによって遮光パターン44のアライメントずれの影響が防止されて、両端が凸部16の側壁に密着したレジストパターン47を形成できる。また、レジスト上層45を除去することによって、レジストパターン47の両端部から凸部16上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン47を形成できるのである。
【0074】
こうして、図4(d)に示すように、必要な個所だけが凸部16に密着され且つその箇所でアライメントずれが無いレジストパターン47をパターニングすることができる。また、レジストパターン47の高さが薄膜化によって低くなっており、且つ、レジストパターン47の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているため、レジストパターン47の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【0075】
尚、上記ポジ形レジスト41は、ある程度透過率が低い方が上記薄膜化の制御はし易い。しかしながら、透過率の低いレジスト41でなくとも、表面を少ない露光量で塗布領域全面を露光することで、同様にレジスト41を薄膜化することは可能であり、露光量やPEBの温度で薄膜化を制御できる。また、レジストパターン47を薄膜化するための露光とレジストパターン47をパターニングするための露光とは、何れを先に行っても差し支えない。
【0076】
<第4実施の形態>
図5は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第1実施の形態において図1に示す下地と同様である。また、図5においても最外層に位置するシリコン窒化膜15の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【0077】
本実施の形態においては、感度の膜厚依存性の大きなレジストを用いて、上記下地における凸部間の凹部内段にだけレジストをパターニングする方法である。以下、図5に従って順次説明する。
【0078】
先ず、下式に基づいて、感度の膜厚依存性が大きなネガ型レジストレジストのレジストスイングカーブの周期を求める。
0.248μm(露光波長)÷2÷1.777(レジスト屈折率)=0.0697μm
【0079】
実際には上記下地等の影響によってレジストスイングカーブの周期が異なる場合があるため、実際にパターニングを行う下地と露光マスクとを用いて実験的にレジストスイングカーブの周期を測定することも大変重要である。その場合、実際にパターニングを行う露光マスクを使用してパターニングを行い、パターニング後の線幅で感度を調べるのが最も良い。
【0080】
上述の方法によって実際に測定した結果を用いて、横軸で膜厚を表わし、縦軸で露光量を表すと、図6に示すようなレジストスイングカーブの感度曲線が得られる。この図6に示すレジストスイングカーブの感度が一番低い部分(点A)と感度が一番高い部分(点B)との間のレジストの基準膜厚差を測定する。このようにして測定した感度が一番低い部分と一番高い部分との間の基準膜厚差の値を用いて、上記下地に塗布されたレジストの凸部16と凹部17との膜厚差が上記基準膜厚差の自然数倍になるように、下地の凸部16の高さを調節する。この凸部16の高さは、図6に示すレジストを用いる場合には、レジストスイングカーブの周期の1/2である0.035μmの自然数倍が好ましい。このように、図6に示すスイングカーブの感度曲線における上記点Bと点Aとの差の自然数倍の値が、最適な凸部16の高さである。しかしながら、凸部16の実際の高さと最適高さとが、最適な凸部16の高さの1/2(=露光光波長÷8÷レジスト屈折率)程度異なっていても差し支えない。
【0081】
次に、図5(a)に示すように、上記感度の膜厚依存性の大きなネガ型レジスト51を、凹部17での膜厚H1がレジスト51の感度が一番高い膜厚になるように塗布する。一方、凸部16での膜厚H2はレジスト51の感度が一番低い膜厚にする。その場合、上述したように、凹部17および凸部16での膜厚は、夫々の最適な膜厚から図6に示す点Bと点Aとの差の1/2程度ずれていても差し支えない。
【0082】
次に、図5(b)に示すように、上記第1実施の形態の場合と同様に、所望のレジストパターン55の長さよりも両端部において0.05μm程度長く設定された露光パターン54を有するマスク53を用いて、凹部17にパターニングできる最低の露光量で露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。尚、52はレーザ光である。そして、現像することによって、図5(c)に示すように、露光部分のレジスト51のみが残って、レジストパターン55が形成されるのである。
【0083】
その際に、上記露光パターン54と凸部16とがオーバーラップしている部分は上述したようにレジスト51の感度が一番低く、且つ、凹部17にパターニングできる最低の露光量で露光するために、レジスト51は感光しない。そのために、上記オーバーラップ部分のレジスト51は現像の際に溶解して除去され、その結果、両端が凸部16の側壁に密着したレジストパターン55が得られるのである。
【0084】
上述のように、本実施の形態においては、感度の膜厚依存性の大きなネガ型レジスト51を、凹部17での膜厚H1がレジスト51の感度が一番高い膜厚になる一方、凸部16での膜厚H2がレジスト51の感度が一番低い膜厚になるように塗布する。そして、上記第1実施の形態と同様に、所望のレジストパターン55の長さよりも両端部において長い露光パターン54を有するマスク53を用いてオーバーラップ露光を行う。こうすることによって、露光パターン54と凸部16とがオーバーラップしている部分は、レジスト51の感度が一番低いために感光せず、凹部17のみに両端が凸部16の側壁に密着した所望の長さのレジストパターン55を形成できるのである。
【0085】
したがって、図5(c)に示すように、必要な個所だけが凸部16に密着し且つその箇所でアライメントずれが無いレジストパターン55をパターニングすることができる。また、レジストパターン55の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているため、レジストパターン55の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【0086】
尚、本実施の形態においては、感度の膜厚依存性の大きなレジスト51を用いているが、特に感度の膜厚依存性の大きなレジストではなく通常のレジストであっても感度はある程度膜厚に依存するので、本実施の形態は適用できる。また、本実施の形態においては、ネガ型レジスト51を、下地の凹部17での膜厚がレジスト51の感度が一番高い膜厚になるように塗布している。しかしながら、逆に、凸部16での膜厚がレジスト51の感度が一番高い膜厚になるように塗布することも可能である。その場合には、図7に示すように、下地の凸部16上部のみに、凸部16と凹部17との段差に対してアライメントずれが無いレジストパターン56がパターニングされる。
【0087】
また、本実施の形態においては、ネガ型レジスト51を用いたが、逆にポジ型レジストを用いて、下地の凹部17での膜厚がレジストの感度が一番高い膜厚になり、凸部16での膜厚がレジスト51の感度が一番低い膜厚になるように塗布することも可能である。その場合には、所望のレジストパターン55の長さよりも両端部において長い光遮光パターンを有するマスクを用いて露光することによって、図8に示すように、必要な個所だけ密着させてアライメントずれが無いレジストパターン57をパターニングできる。その際に、凸部16上部全面にも、凸部16と凹部17との段差に対して自己整合的にレジストパターン58が形成される。
【0088】
さらに、上記ポジ型レジストを用いて、下地の凹部17での膜厚がレジストの感度が一番低い膜厚になり、凸部16での膜厚がレジスト51の感度が一番高いい膜厚になるように塗布することも可能である。その場合には、凹部17内全面に、凸部16と凹部17との段差に対して自己整合的にアライメントずれの無いレジストパターンが形成される。このように、ポジ型レジストを使用して凹部17内全面にレジストパターンを形成した場合には、形成されたレジストパターンに対して、更にパターニングすることも可能である。
【0089】
また、上記ネガ型レジストを用い、上記凸部16での膜厚をレジスト感度が高い膜厚にする一方、凹部17での膜厚をレジスト感度が低い膜厚にし、凸部16における所望の部分に露光することによって、凸部16上部の所望部分にレジストパターンを形成することができる。また、凸部16と凹部17とでの感度を反対にし、凹部17における所望の部分に露光することによって、レジストパターンが形成される場所を、反対の凹部17のみにすることができる。
【0090】
また、上記ポジ型レジストを用い、上記凸部16での膜厚をレジスト感度が高い膜厚にする一方、凹部17での膜厚をレジスト感度が低い膜厚にし、凸部16における所望の部分に露光を行うことによって、凹部17内全面と凸部16上の所望部分とにレジストパターンを形成することができる。また、凸部16と凹部17とでの感度を反対にし、凹部17における所望の部分に露光することによって、凸部16上全面と凹部17内の所望部分とにレジストパターンを形成することができる。
【0091】
尚、本実施の形態においては、感度の膜厚依存性の大きなレジストを用いているが、他の物理的要件によってレジストの感度を膜厚の方向に変えても同じ効果が得られる。すなわち、露光の光が届かないほど段差が大きい。光を吸収できる物質があるために露光の光がレジスト層内で繰り返し反射する毎に吸収されて感度が悪くなる。露光の光を効率よく反射できる物質があるために上記反射の回数が増加して感度が良くなる。等の物理的要件によって、塗布されたレジストに感度が低い部分と感度が高い部分とを形成する。こうすることによって、レジストの感度が変化する境界に対して自己整合的にパターニングできるのである。
【0092】
<第5実施の形態>
図9は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第1実施の形態において図1に示す下地と同様である。また、図9においても最外層に位置するシリコン窒化膜15の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【0093】
本実施の形態においては、レジストの焦点深度(DOF)を利用して、凹部17内だけにレジストをパターニングする方法である。以下、図9に従って順次説明する。
【0094】
先ず、ステッパにおけるフォーカスのベスト位置(形状良くパターニングできる位置)を凹部17に合わせる。その場合における、凸部16の高さは、フォーカスのベスト位置ではないためレジストパターンが残らないような高さに設定しておく。
【0095】
次に、図9(a)に示すように、DOFが狭いネガ型レジスト(つまり、フォーカスのベスト位置から少しフォーカス値を増減するだけでパターンが形成されないレジスト)61を塗布する。次に、上記第1実施の形態の場合と同様に、所望のレジストパターン65の長さよりも両端部において0.05μm程度長く設定された露光パターン64を有するマスク63を用いて、図9(b)に示すように露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。尚、62はレーザ光である。そして、現像することによって、図9(c)に示すように、露光部分のレジスト61のみが残って、レジストパターン65が形成されるのである。
【0096】
その際に、上記露光パターン64と凸部16とがオーバーラップしている部分は、上述したようにフォーカスのベスト位置ではないためレジスト61は感光しない。そのために、上記オーバーラップ部分のレジスト61は現像の際に溶解して除去され、その結果、両端が凸部16の側壁に密着したレジストパターン65が得られるのである。
【0097】
こうして、必要な個所だけが凸部16に密着し且つその箇所でアライメントずれが無いレジストパターン65をパターニングすることができる。また、レジストパターン65の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているために、レジストパターン65の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【0098】
尚、このDOFを利用する方法においては、ステッパの開口数(NA)を、より大きくすればする程、DOFが狭いレジスト61を用いるのと同じ効果を得ることができる。
【0099】
<第6実施の形態>
図10は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第1実施の形態において図1に示す下地と同様である。また、図10においても最外層に位置するシリコン窒化膜15の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【0100】
本実施の形態においては、凸部を有する下地に、ウエハの表面に対して斜め方向から露光することによって、レジストをパターニングする方法である。以下、図10に従って順次説明する。
【0101】
先ず、図10(a)に示すように、凸部16を有する下地に、化学増幅系ポジ型レジスト71を塗布する。その場合、後に凸部16の側壁に対して斜めから露光するために、反射の影響を考えて、上記第3実施の形態において用いた染料入りレジストを使用したり、レジスト71の表面に上記第1,第2実施の形態において用いた上層反射防止膜等を形成したりするのが好ましい。
【0102】
次に、エキシマレーザを用いた露光装置におけるレーザ光72の照射方向を、一定方向に揃い且つウエハの表面に対して斜めに真直ぐになるように設定する。そして、図10(b)に示すように、凹部17の中央にレーザ光72が当たらないような角度で全面露光する。更に、図10(c)に示すように、ウエハ表面に垂直であって凸部16の壁面の方向に延在する面に対して対象な角度で、今一度、レーザ光72を照射して反対の向きから斜めに全面露光する。尚、73は、レジスト71における1回露光されている領域である。こうして、2回露光することによって、凹部17内の中央部には凸部16の影になって全く露光されない部分が生ずる。その際に、露光の角度を調整することによって、凹部17中央部の非露光部分の幅や高さを変化させることができ、形成されるレジストパターン74の大きさや形状を変えることができるのである。
【0103】
次に、現像することよって、上記2回の露光によって露光された部分のレジスト71が溶解して除去される。こうして、凹部17低面の中央部における露光されない部分が、図10(d)に示すように、レジストパターン74として形成されるのである。
【0104】
その際に、上記凸部16の上面は、方向が揃い且つ真直ぐな2方向からのレーザ光72によって満遍なく露光される。したがって、現像後における凸部16の上面には、角部も含めてレジストパターン74は形成されないのである。
【0105】
こうして、必要な個所だけが凸部16に密着し且つその箇所でアライメントずれが無いレジストパターン74をパターニングすることができる。また、レジストパターン74の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているために、レジストパターン74の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【0106】
<第7実施の形態>
図11は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第1実施の形態において図1に示す下地と同様である。また、図11においても最外層に位置するシリコン窒化膜15の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【0107】
上記第6実施の形態においては、2回の斜め露光によって凹部17内の中央部にレジストパターン74を形成している。これに対して、本実施の形態においては、2回の斜め露光によって凸部16の側壁にレジストパターンを形成する方法である。以下、図11に従って順次説明する。
【0108】
先ず、図11(a)に示すように、凸部16を有する下地に、ポジ型レジスト81を塗布する。次に、図11(a)および図11(b)に示すように、上記第6実施の形態の場合と同様に、ウエハ表面に垂直であって凸部16の壁面の方向に延在する面に対して対象な2つの角度でレーザ光82を2回露光する。その際に、2回の露光とも、1回の露光ではレジスト81が感光しない程度の少ない露光量(2回の露光では感光する露光量)で露光するのである。
【0109】
こうすることによって、図11(c)に示すように、凹部17内の中央部にはレーザ光82によって2回露光される部分84ができ、凹部17内における凸部16の側壁に沿って1回しか露光されない(つまり感光しない)部分83ができる。そのために、現像することによって、図11(d)に示すように、凸部16の側壁にレジストのサイドウォール(レジストパターン)85が形成される。その際に、露光の角度を調整することによって、レジストパターン85の大きさや形状を変えることができるのである。
【0110】
ところで、上記各実施の形態において用いるレジスト21,31,41,51,61,71,81は、形成されたレジストパターン29,39,47,55,56,57,58,65,74,85をマスクとして、次の製造工程においてエッチングを行う際に耐え得るものであればよい。また、上記各レジストの塗布方法や平坦化の平坦具合は、各レジストにおける凸部16の上面よりも上層であるレジスト上層の除去およびパターニングが終了した際に、最もレジストパターンの薄い(つまり低い)部分が上記エッチングの際に耐え得る程度の膜厚になるような塗布方法や平坦具合であれば良い。
【0111】
また、上記レジストの薄膜化(レジスト上層の除去)方法については、上記第1,第2実施の形態のごとく薬液を拡散させて現像する方法や、上記第3実施の形態のごとく露光して現像する方法に限らず、ドライエッチング,RIE(リアクティブ・イオンエッチング),ウエットエッチング,研磨またはCMP(化学的機械研磨)等のレジストを薄膜化できる方法であれば良い。但し、露光後に上記薬液を拡散させて現像する方法や露光して現像する方法のように、露光によって薄膜化を行う方が新たなる設備投資の必要がなく、コスト的に有利である。
【0112】
また、特に上記レジスト上層の除去する工程を設けないで、通常のレジストよりも膜減り量が大きいレジストを使用してもよい。また、通常の現像液よりも膜減り量が大きい現像液を使用してもよい。また、「凹部17内のみに塗布できるレジスト」や「凸部16上に塗布された部分が現像工程で取り除かれるようなレジスト」が実現された場合には、そのようなレジストを使用してもよい。
【0113】
また、露光については、上記KrFエキシマレーザ光に限らず、i線,電子線,X線,ArFエキシマレーザ光またはEUV(超紫外線)光等のレジストを感光させることが可能なものであればよい。現像についても、上記NMD‐W現像液に限らず、有機溶媒等の感光したレジストを現像できる物であればよい。オーバーラップ露光の方法についても、上記各実施の形態のごとく予めマスクの露光パターンや遮光パターン自体を所望のレジストパターンよりも大きくしておく方法の他に、露光量増やす方法やスキャン露光(露光時にステージを動かす露光)方法等を用いてもよい。
【0114】
また、上記第1実施の形態〜第5実施の形態においては、マスク24,34,43,53,63を用いた露光によってレジストパターン29,39,47,55,57,65を形成している。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、上記レジスト上層の除去のみを行い、凹部17内に残ったレジストをマスクとして、イオン注入やエッチング等を行うことも可能である。
【0115】
また、上記第6,第7実施の形態においては、ウエハ表面に垂直であって凸部16の壁面の方向に延在する面に対して対象な2つの角度でレーザ光を2回露光するのであるが、その際における露光角度をウエハに対してより平行に近いに角度にすることによって、凹部17内全面にレジストを残すことができる。上述のように、こうして凹部17内に残ったレジストそのものを、加工マスクや注入マスクとして用いることが可能である。
【0116】
また、上記各実施の形態においては、下地に形成された段差の一例として、凸部16によって形成された場合を例に上げて説明している。しかしながら、この発明における段差はこれに限定されるものではなく、上面と下面とこの両面に連なる側壁で構成されているもの総てを含むものである。
【0117】
【発明の効果】
以上より明らかなように、第1の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上にレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にレジストを平坦に塗布し、上記レジストを薄膜化するための前処理を行い、上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分で上記段差の上面とオーバーラップする露光パターンあるいは遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光を行い、後の現像で上記レジストが薄くなるような薄膜化を行った後、現像を行うので、上記現像によって上記レジストの膜厚を薄くできる。
【0118】
したがって、上記レジストを下地における段差の上面まで薄膜化することによって、上記下面上のみにレジストパターンを形成できる。その場合、上記上面とオーバーラップするようにオーバーラップ露光を行っているので、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記側壁に密着したレジストパターンを自己整合的に形成できる。
【0119】
すなわち、この発明によれば、アライメントのズレの影響を考慮することなく確実に上記下面上のみに、自己整合的にレジストパターンを形成することが可能になる。また、上記上面までレジストを薄膜化することによって、上記上面上にレジストパターンが乗り上げることがない。さらに、形成されたレジストパターンの高さは、上記薄膜化で低くなっている。したがって、上記レジストパターンの変形や倒壊を防ぐことができ、歩留まりを向上できる。さらに、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無くなるので、得られる半導体装置を微細化できる。
【0120】
また、1実施例の半導体装置の製造方法は、上記レジスト塗布時にはネガ型レジストを塗布し、上記前処理時には上記ネガ型レジストの表面に上記露光によって発生する酸を失活させる薬液を塗布し、上記薄膜化時には上記レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで上記薬液を均等に拡散させるので、露光されたネガ型レジストを上記上面まで薄膜化することができる。したがって、上記段差の下面上のみに、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記側壁に密着すると共に、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを形成できる。
【0121】
また、1実施例の半導体装置の製造方法は、上記レジスト塗布時にはポジ型レジストを塗布し、上記前処理時には上記ポジ型レジストの表面に脱保護反応を起こさせる薬液を塗布し、上記薄膜化時には上記レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで上記薬液を均等に拡散させるので、露光されないポジ型レジストを上記上面まで薄膜化することができる。したがって、段差の下面上のみに、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着すると共に、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを形成できる。
【0122】
また、第2の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上にレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布し、上記レジストパターンが段差の側壁に密着する部分で上記段差の上面とオーバーラップする遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光(第1露光)を行い、レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光(第2露光)した後、現像を行うので、上記第1露光工程において露光されないポジ型レジストを、上記第2露光によって感光させて上記上面まで薄膜化することができる。
【0123】
したがって、この発明によれば、上記アライメントズレの影響を考慮することなく、上記段差の下面上のみに、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記側壁に密着すると共に、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを自己整合的に形成できる。さらに、上記薄膜化によって上記レジストパターンの高さを低くして、上記レジストパターンの変形や倒壊を防ぐことができ、歩留まりを向上できる。さらに、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無く、得られる半導体装置を微細化できる。
【0124】
また、第3の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面に、上記上面での膜厚が下式(9)で得られるX値の何れか一つになり、上記下面上での膜厚が下式(10)で得られるY値の何れか一つになるようにレジストを塗布し、露光した後、現像するので、上記露光によって、感度が一番高い上記下面上のレジストのみを感光させることができる。したがって、ネガ型レジストを用いた場合には、上記下面上のみに、上記段差の側壁に密着したレジストパターンを自己整合的に形成できる。また、ポジ型レジストを用いた場合は、上記上面上のみにレジストパターンを自己整合的に形成できる。すなわち、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無く、得られる半導体装置を微細化できる。
X={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・(2n−1) …(9)
Y={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・2m …(10)
但し、n,mは自然数
【0125】
また、第4の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面に、上記上面での膜厚が下式(11)で得られるX値の何れか一つになり、上記下面での膜厚が下式(12)で得られるY値の何れか一つになるようにレジストを塗布し、露光した後に、現像するので、上記露光によって、感度が一番高い上記上面上のレジストのみを感光させることができる。したがって、ネガ型レジストを用いた場合は、上記上面上のみにレジストパターンを自己整合的に形成できる。また、ポジ型レジストを用いた場合は、上記下面上のみに、上記段差の側壁に密着したレジストパターンを自己整合的に形成できる。すなわち、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無く、得られる半導体装置を微細化できる。
X={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・2n …(11)
Y={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・(2m−1) …(12)
但し、n,mは自然数
【0126】
また、1実施例の半導体装置の製造方法は、上記X及びYの値の夫々を、±Z(Z={(露光光波長)/8}/(レジストの屈折率))の範囲内にあるようにしたので、上記段差の上面および下面における膜厚に、レジストの感度が一番高い膜厚と一番低い膜厚との差の1/2の誤差を許容することができる。したがって、上記レジストの塗布時における膜厚の制御を容易にすることができる。
【0127】
また、第5の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にレジストを塗布し、上記上面上あるいは下面上の何れか一方に焦点を合わせて露光を行った後、現像を行うので、ネガ型レジストを用いて、上記段差の上面上に焦点を合わせた場合には上記上面上にのみに、下面上に焦点を合わせた場合には上記下面上にのみに、自己整合的にレジストパターンを形成できる。また、ポジ型レジストを用いて、上記上面上に焦点を合わせた場合には上記下面上にのみに、上記下面上に焦点を合わせた場合には上記上面上にのみに自己整合的にレジストパターンを形成できる。したがって、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無く、得られる半導体装置を微細化できる。
【0128】
また、第6の発明は、下地における段差の下面上にレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にレジストを塗布し、上記下地の表面に対して斜め方向から露光を行った後、現像を行うので、上記下地における段差の下面上には側壁の影になって光が当らない部分が生ずる。したがって、ポジ型レジストを用いることによって、露光マスクを用いることなく、上記下面上に側壁に密着したレジストパターンを自己整合的に形成できる。すなわち、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無いため、得られる半導体装置を微細化できる。
【0129】
また、1実施例の半導体装置の製造方法は、上記露光工程において複数の方向から露光を行うので、例えば、上記段差の壁面に対して相反する2方向から露光することによって、互いに対向する2つの側壁に挟まれた下面上における中央部に上記2つの側壁の影になって1回も露光されない部分が生ずる。したがって、その場合には、ポジ型レジストを用いれば、上記下面上における中央部に、両端が上記側壁に密着したレジストパターンを形成できる。
【0130】
また、1実施例の半導体装置の製造方法において、上記複数の斜め方向から露光を行う際に、1回の露光では上記レジストがパターニングされない程度の光量で露光を行うので、例えば、上記段差の側壁に対して相反する2方向から露光することによって、互いに対向する2つの側壁に挟まれた下面上における上記2つの側壁に沿ってこの側壁の影になって1回しか露光されない部分が生ずる。したがって、その場合には、ポジ型レジストを用いれば、上記下面上における上記2つの側壁に密着したレジストパターンを形成できる。
【0131】
また、第7の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にネガ型レジストを平坦に塗布し、上記ネガ型レジストの表面に上記露光によって発生する酸を失活させる薬液を塗布し、全面露光を行い、上記レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで上記薬液を均等に拡散させた後、現像を行うので、露光されたネガ型レジストを上記段差の上面まで薄膜化することができる。したがって、上記下地における段差の下面上のみに、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを自己整合的に形成できる。
【0132】
また、第8の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布し、上記レジストの表面に脱保護反応を起こさせる薬液を塗布し、上記レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで上記薬液を均等に拡散させた後、現像を行うので、上記脱保護反応によって上記ポジ型レジストを上記段差の上面まで薄膜化することができる。したがって、上記下地における段差の下面上のみに、上面上への乗り上げがないレジストパターンを自己整合的に形成できる。
【0133】
また、第9の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布し、上記ポジ型レジスト内における下地の段差上面近傍までを全面露光した後、現像を行うので、上記全面露光によって上記ポジ型レジストを上記段差の上面まで薄膜化することができる。したがって、上記下地における段差の下面上のみに、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを自己整合的に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の半導体装置の製造方法によって途中まで形成されたトランジスタの構造を示す図である。
【図2】 図1に示すトランジスタ構造を下地として凹部内にレジストをパターニングする方法を示す図である。
【図3】 図2とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図4】 図2および図3とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図5】 図2〜図4とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図6】 感度の膜厚依存性が大きいレジストの感度曲線を示す図である。
【図7】 図5において図6とは逆の感度膜厚依存性を呈するレジストを用いた場合のレジストパターンを示す図である。
【図8】 図5においてポジ型レジストを用いた場合のレジストパターンを示す図である。
【図9】 図2〜図5とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図10】 図2〜図9とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図11】 図2〜図10とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図12】 従来のアライメントマークを利用したアライメント方法を適用した場合に得られるレジストパターンの例を示す図である。
【符号の説明】
11…シリコン基板、
12…絶縁膜(ゲート酸化膜)、
13…多結晶シリコン膜(ゲート電極)、
15…シリコン窒化膜、
16…凸部、
17…凹部、
21…ネガ型レジスト、
22,32…上層反射防止膜、
23,33,42,52,62,72,82…レーザ光、
24,34,43,53,63…マスク、
25,54,64…露光パターン、
26,36,45…レジスト上層、
27…露光部上層、
28…露光部下層、
29,39,47,55,56,57,58,65,74,85…レジストパターン、
31,81…ポジ型レジスト、
35,44…遮光パターン、
37…未露光部上層、
46…未露光部下層、
41…染料入りポジ型レジスト、
51…感度の膜厚依存性の大きなネガ型レジスト、
61…DOFが狭いネガ型レジスト、
71…化学増幅系ポジ型レジスト、
73,83…1回露光された領域、
84…2回露光された領域。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device using a lithography technique for patterning in a self-aligned manner with respect to a base pattern.
[0002]
[Prior art]
Among microfabrication techniques, a technique for improving the overlay accuracy between masks is one of the most important techniques. Generally, the overlay accuracy needs to be about 20% of the minimum dimension, and it is necessary to improve the overlay accuracy at the same time as miniaturization progresses.
[0003]
Therefore, in the known alignment method, there are a reduction projection exposure apparatus which is currently used as an exposure apparatus, a method using a television image, a method using a laser beam, and the like. For example, relative alignment between a mask and a wafer is an important element for improving performance. In particular, in recent alignment in an exposure apparatus, in order to achieve high integration of semiconductor elements, a device having alignment accuracy of, for example, submicron or less is required. In many alignment apparatuses, a so-called alignment pattern (also referred to as an “alignment mark”) for alignment is provided on a so-called scribe line on the mask and wafer surface, and is obtained from the alignment mark on the mask and the alignment mark on the wafer. The position information is used to align the mask and the wafer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method for manufacturing a semiconductor device using the alignment method using the alignment mark between the mask and the wafer has the following problems. That is, in order to increase the alignment accuracy on the base substrate, it is necessary to improve the alignment optical system and the resolution of the detection device. However, it is still not sufficient, and as shown in FIG. 12A, an attempt is made to pattern the
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using a lithography technique capable of patterning without causing misalignment even in the case of a fine base pattern.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first invention is a method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a resist pattern in close contact with a side wall of a step on a lower surface of the step in a base having a step formed on the surface. The step of forming the resist pattern includes: a resist coating step for applying a resist flatly on the surface of the base; a pretreatment step for reducing the thickness of the applied resist; and An exposure process in which overlap exposure is performed using a mask having an exposure pattern or a light-shielding pattern formed so as to overlap with the upper surface of the step at a portion in close contact with the side wall of the step, and the film thickness of the resist by subsequent development Is characterized by including a thinning process for making the film thinner and a developing process.
[0007]
According to the above configuration, in the pretreatment step, pretreatment for reducing the thickness of the applied resist is performed, and before development, in the thinning step, the resist film thickness is reduced by subsequent development. Thus, a thinning process is performed. At that time, the resist is thinned to the upper surface of the underlying step, so that the resist is left in a self-aligned manner only on the lower surface of the underlying step. Therefore, by performing overlap exposure so as to overlap the upper surface in the exposure step, the resist pattern that is in close contact with the side wall of the step at the position where the overlap exposure is performed in the development step is performed on the lower surface. Formed on top.
[0008]
In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first invention, a negative resist is applied in the resist coating step, and the exposure is performed on the surface of the negative resist in the pretreatment step. Then, a chemical solution that deactivates the acid generated in the negative resist is applied, and in the thinning step, the chemical solution is evenly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the negative resist.
[0009]
According to this embodiment, even the negative resist in the portion exposed in the exposure step is thinned to the upper surface of the base step in the development step. Therefore, a resist pattern that has the shape of an exposure pattern and is in close contact with the side wall of the step is formed only on the lower surface of the step, where the overlap exposure is performed. The chemical solution may be applied after the exposure step.
[0010]
In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the invention, a positive resist is applied in the resist coating step, and the positive resist is applied to the surface of the positive resist in the pretreatment step. A chemical solution that causes a deprotection reaction is applied to the mold resist, and in the thinning step, the chemical solution is evenly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the positive resist.
[0011]
According to this embodiment, even a portion of the positive resist that has not been exposed in the exposure process is thinned to the upper surface of the base step in the development process. Therefore, a resist pattern having a light shielding pattern shape and in close contact with the side wall of the step is formed only on the lower surface of the step at the location where the overlap exposure is performed. The chemical solution may be applied after the exposure step.
[0012]
By the way, in the said 1st invention, the process of diffusing the said chemical | medical solution to the upper surface of the level | step difference of a base | substrate is set as the "thinning process." Originally, “resist thinning” should mean “diffusion of the chemical solution” and “removal of the resist in the region where the chemical solution is diffused”, but the latter is performed simultaneously with patterning by the development process. Only the former is included in the thinning process.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method including a step of forming a resist pattern in close contact with a side wall of the step on a lower surface of the step in a base having a step formed on the surface. The step of forming a resist is a resist coating step of applying a positive resist flatly on the underlying surface, and a light shielding formed so as to overlap the upper surface of the step at a portion where the resist pattern is in close contact with the side wall of the step. A first exposure step of performing overlap exposure using a mask having a pattern, a second exposure step of exposing the entire surface of the positive resist up to the vicinity of the upper surface of the step, and a development step. Yes.
[0014]
According to the above configuration, the portion of the positive resist that has not been exposed in the first exposure process is exposed to the vicinity of the upper surface of the base step in the second exposure process. Therefore, in the development process, the positive resist in the portion not exposed in the first exposure process is thinned to the upper surface. Therefore, a resist pattern having a light-shielding pattern shape and in close contact with the side wall of the step is formed only on the lower surface of the step in the base at the place where the overlap exposure is performed. Any of the first exposure step and the second exposure step may be performed first.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method including a step of forming a resist pattern only on the upper surface or only the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface, wherein the resist pattern is formed. In the process, the film thickness on the upper surface is any one of the X values obtained by the following equation (5) on the surface of the base, and the film thickness on the lower surface is obtained by the following equation (6). It includes a resist coating process for coating a resist so as to have any one of the Y values, an exposure process, and a development process.
X = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · (2n−1) (5)
Y = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · 2 m (6)
Where n and m are natural numbers
[0016]
According to the above configuration, the film thickness on the lower surface of the step in the base is the film thickness with the highest resist sensitivity, and the film thickness on the upper surface in the step is the film thickness with the lowest resist sensitivity. The resist is applied so that Therefore, only the resist on the lower surface having the highest sensitivity is exposed by the exposure process. As a result, when a negative resist is used, a resist pattern in close contact with the side wall of the step is formed in a self-aligned manner only on the lower surface. When a positive resist is used, a resist pattern is formed in a self-aligned manner only on the upper surface.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method including a step of forming a resist pattern only on the upper surface or only the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface, wherein the resist pattern is formed. In the process, the film thickness on the upper surface is any one of the X values obtained by the following equation (7) on the surface of the base, and the film thickness on the lower surface is obtained by the following equation (8). It includes a resist coating process for coating a resist so as to have any one of the Y values, an exposure process, and a development process.
X = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · 2n (7)
Y = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · (2m−1) (8)
Where n and m are natural numbers
[0018]
According to the above configuration, the film thickness on the upper surface of the base step is the highest film thickness of the resist, and the film thickness on the lower surface of the step is the lowest resist sensitivity. The resist is applied so as to have a film thickness. Therefore, only the resist on the upper surface having the highest sensitivity is exposed by the exposure process. As a result, when a negative resist is used, a resist pattern is formed in a self-aligned manner only on the upper surface. When a positive resist is used, a resist pattern in close contact with the side wall of the step is formed in a self-aligned manner only on the lower surface.
[0019]
In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the third invention and the fourth invention, each of the values of X and Y is ± Z (Z = {(exposure light wavelength)). / 8} / (the refractive index of the resist)).
[0020]
According to this embodiment, an error of 1/2 of the difference between the film thickness with the highest resist sensitivity and the film thickness with the lowest resist is allowed in the film thickness on the upper and lower surfaces of the step. Therefore, it becomes easy to control the film thickness at the time of applying the resist, and a resist pattern can be easily formed in a self-aligning manner.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method including a step of forming a resist pattern only on the upper surface or only the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface, wherein the resist pattern is formed. The step of performing includes a resist coating step of applying a resist to the surface of the base, an exposure step of performing exposure while focusing on either the upper surface or the lower surface, and a developing step. Yes.
[0022]
According to the above configuration, the resist applied on the base on which the step is formed is exposed while focusing on either the upper surface or the lower surface of the step. Therefore, when a negative resist is used and the focus is focused on the upper surface of the base, a resist pattern is formed in a self-aligned manner only on the upper surface. A resist pattern is formed in a self-aligned manner only on the lower surface. In addition, when a positive resist is used to focus on the upper surface of the base, a resist pattern is formed in a self-aligned manner only on the lower surface, whereas when a focus is applied to the lower surface, A resist pattern is formed in a self-aligning manner only on the upper surface.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method including a step of forming a resist pattern in close contact with a side wall of the step on a lower surface of the step in a base having a step formed on the surface. The step of forming includes: a resist coating step for applying a resist to the surface of the base; an exposure step for exposing the base surface to light by applying light from an oblique direction; and a development step. It is said.
[0024]
According to the above configuration, exposure is performed by irradiating the resist applied on the base on which the step is formed with light from an oblique direction with respect to the surface of the base. As a result, there is a portion on the lower surface of the step that is shaded by the side wall of the step and is not exposed to light. Therefore, by using a positive resist, a resist pattern in close contact with the side wall of the step is formed on the lower surface.
[0025]
In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect of the invention, in the exposure step, exposure is performed by applying light from a plurality of directions.
[0026]
According to this embodiment, for example, two directions opposite to the side wall of the step are included in a plurality of directions to which the exposure light is applied, and if a positive resist is used, two side walls opposed to each other are used. In the center portion on the lower surface sandwiched between the two, there is a portion that is not exposed to the shadows of the two side walls. Therefore, in this case, a resist pattern in which both ends are in close contact with the side wall is formed at the center on the lower surface by development.
[0027]
In one embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect of the invention, in the exposure process in which exposure is performed by applying light from a plurality of oblique directions, the resist is not patterned by a single exposure. Exposure is performed with light intensity.
[0028]
According to this embodiment, for example, when the exposure is performed from two opposite directions with respect to the side wall of the step, and the positive resist is used, the two side walls on the lower surface sandwiched between the two corresponding side walls. A portion of the side wall is shadowed by this side wall and is exposed only once. Therefore, in this case, a resist pattern in close contact with the two side walls on the lower surface is formed by development.
[0029]
The seventh invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a resist pattern only on the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface, the step of forming the resist pattern comprising A resist coating step for applying a negative resist flatly on the surface of the base; and a pretreatment step for applying a chemical solution that deactivates the acid generated in the negative resist by subsequent exposure to the negative resist surface. And an exposure process for exposing the entire surface of the negative resist, and the chemical solution is uniformly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the negative resist, and the film thickness of the negative resist is developed by subsequent development. Is characterized by including a thinning process for making the film thinner and a developing process.
[0030]
According to the above configuration, the chemical solution for deactivating the acid generated in the negative resist applied in the pretreatment step is exposed to the entire surface, and then in the thinning step, the step of the base in the negative resist is performed. Evenly diffuses to the vicinity of the upper surface. Accordingly, the portion of the negative resist in which the acid generated by the exposure is deactivated is dissolved and removed by development, and the film thickness of the negative resist is reduced to the upper surface of the step. Thus, the negative resist is left on the lower surface of the step in the base, and a resist pattern is formed in a self-aligned manner only on the lower surface.
[0031]
Further, an eighth invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a resist pattern only on the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface, the step of forming the resist pattern comprising A resist coating step for flatly applying a positive resist on the surface of the base, a pretreatment step for applying a chemical solution causing a deprotection reaction to the positive resist on the surface of the positive resist, and the chemical solution Including a thinning step and a developing step in which the film thickness of the positive resist is reduced by subsequent development. It is characterized by.
[0032]
According to the above configuration, the chemical solution that causes the deprotection reaction to the positive resist applied in the pretreatment process is evenly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the positive resist in the thinning process. . Accordingly, the portion of the positive resist that has undergone the deprotection reaction is dissolved and removed by development, and the film thickness of the positive resist is reduced to the upper surface of the step. Thus, the positive resist is left on the lower surface of the step in the base, and a resist pattern is formed in a self-aligned manner only on the lower surface.
[0033]
The ninth invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a resist pattern only on the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface, the step of forming the resist pattern comprising And a resist coating process for flatly applying a positive resist on the surface of the base, an exposure process for exposing the entire surface of the positive resist up to the upper surface of the step of the base, and a development process. Yes.
[0034]
According to the above configuration, in the exposure step, the entire surface is exposed to the vicinity of the upper surface of the base step in the applied positive resist. Therefore, the exposed portion of the positive resist is dissolved and removed by development, and the thickness of the positive resist is reduced to the upper surface. Thus, the positive resist is left on the lower surface of the step in the base, and a resist pattern is formed in a self-aligned manner only on the lower surface.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a transistor formed partway through the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a plan view. Here, FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
[0036]
In the transistor shown in FIG. 1, an insulating
[0037]
Here, the
[0038]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, by applying a negative resist on a stepped base, applying an upper antireflection film containing a basic compound thereon, exposing and developing, In this method, the resist is patterned only in the
[0039]
First, polyvinyl phenol having a t-butoxycarbonyl group introduced in 30% of the side chain as a base resin, 100 parts of this base resin (parts by weight, the same applies hereinafter), 20 parts of methylated methylol melamine as a crosslinking agent, Then, 5 parts of triphenylsulfonium triflate as a photoacid generator is dissolved in 400 parts of ethyl lactate as a solvent to form a negative resist. Then, as shown in FIG. 2A, the negative resist 21 is spin-coated on the base on which the
[0040]
When the resist 21 is applied, the resist 21 is applied more flatly as it has a lower viscosity (5 cp or less) and is not affected by the underlying step. In other words, low viscosity and low-speed rotation can suppress the occurrence of striation (coating unevenness that occurs as a comet has a tail extending outward from the center side of the wafer) and can be applied very flatly. . Furthermore, the thicker the resist 21 is applied, the more flattened it is without being influenced by the underlying step. However, if it is still difficult to flatten the surface of the resist 21 due to an excessively large base level difference or unevenness, the unevenness of the base itself can be obtained by inserting a dummy pattern in the base. Must be made as uniform as possible. Next, the resist 21 is pre-baked, and the temperature of the pre-bake is preferably about 110 ° C. in consideration of uniformity and rate stability in the subsequent thin film forming step. However, it is possible even at a temperature of 80 ° C to 130 ° C. Even when other resists are used, a temperature higher than the pre-baking temperature used in normal photolithography is preferable.
[0041]
Next, as a pretreatment step for reducing the resist film thickness in the development step, as shown in FIG. 2 (b), the
[0042]
The
[0043]
By the way, the film thickness of the resist is usually smaller than the film thickness after application of about 5% by the pre-bake or the like. Also, in the developing process, the film thickness is usually thinner than 5% to 10% after coating. However, “reducing the resist film thickness” means not reducing the film thickness as described above but actively reducing the film thickness of the resist more than the film thickness after coating. In this way, the resist is left only in the
[0044]
In this case, as described above, by flattening the surface of the resist 21, the resist 21 can be left thick in the
[0045]
Next, as shown in FIG. 2C, using a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) stepper, the exposure amount is 580 J / m, the numerical aperture (NA) is 0.6, and the coherency (σ) is 0.65. Exposure is performed under the following conditions. However, 23 is a laser beam and 24 is a mask. Here, the exposure is performed by overlapping the portions of the resist pattern that are desired to adhere. That is, the
[0046]
In order to pattern a pattern having a length of 0.24 μm into a better shape during the exposure, the exposure amount is 580 J / m, the numerical aperture (NA) is 0.6, and the coherency (σ) is 0.65. The condition of the degree is the best. The above conditions depend on the exposure apparatus. Further, the place where the overlap exposure is performed and the overlap amount may be within a range in which misalignment can be considered.
[0047]
Next, PEB (post-exposure baking) is performed on the
[0048]
Next, development is performed for 60 seconds with a developing solution (for example, 2.38% TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution: NMD-W manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). By this development, the resist 21 that is not crosslinked during the exposure (that is, the resist 21 other than the exposed portion lower layer 28) is dissolved in the developer and removed. In this way, as shown in FIG. 2 (e), only the resist 21 of the exposed portion lower layer 28 remains and a resist
[0049]
At that time, the resist
[0050]
As described above, overlap exposure is performed in order to prevent the influence of misalignment during the exposure. Therefore, the
[0051]
As described above, when the resist
[0052]
Next, PEB is performed to diffuse the basic compound in the
[0053]
In that case,
(1) By performing overlap exposure, the influence of misalignment of the
(2) Cross-linking due to exposure of the exposed portion
[0054]
In this way, as shown in FIG. 2 (e), it is possible to pattern a resist
[0055]
In the pretreatment step of FIG. 2B, the
[0056]
<Second Embodiment>
FIG. 3 shows a method for patterning a resist in a concave portion of a base having a convex portion in the present embodiment. In addition, the base | substrate which has a convex part is the same as the base | substrate shown in FIG. 1 in the said 1st Embodiment. Also, in FIG. 3, only the outline of the silicon nitride film 15 located in the outermost layer is representatively expressed, and the upper stage is a sectional view and the lower stage is a plan view.
[0057]
In the first embodiment, a negative resist is used as the resist. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, a positive resist is applied to a ground with a step, and an acidic compound is formed thereon. The resist is patterned only in the
[0058]
First, as shown in FIG. 3A, a positive resist 31 is applied to the base on which the
[0059]
In that case, as in the case of the first embodiment described above, uneven application causes an influence when the acid is diffused later, so that the application is performed uniformly by applying as high a rotation as possible. The acidic compound in the
[0060]
Next, exposure is performed as shown in FIG. In addition, 33 is a laser beam and 34 is a mask. In this case, since the positive resist 31 is used as the resist, the exposure pattern of the
[0061]
Next, a developing solution treatment and a post-bake are performed in the development process. During this developer processing, the resist is thinned by the effect of the chemical applied in the pre-processing step. Specifically, the exposed region in the resist 31 and the region where the deprotection reaction has occurred in the unexposed portion (that is, the resist 31 other than the unexposed portion lower layer 28) are dissolved and removed in the developer in the same manner as the patterning. Thus, as shown in FIG. 3E, only the resist 31 of the unexposed portion
[0062]
As described above, in the present embodiment, when the resist
[0063]
Next, the PEB is thinned to diffuse the acidic compound in the
[0064]
In that case, as in the case of the first embodiment, by performing the overlap exposure, the influence of misalignment of the
[0065]
In this way, as shown in FIG. 3E, only a necessary portion is brought into close contact with the
[0066]
It should be noted that the object applied on the positive resist 32 is not the
[0067]
<Third Embodiment>
FIG. 4 shows a method for patterning a resist in a concave portion of a base having a convex portion in the present embodiment. In addition, the base | substrate which has a convex part is the same as the base | substrate shown in FIG. 1 in the said 1st Embodiment. Also, in FIG. 4, only the outline of the silicon nitride film 15 located in the outermost layer is representatively expressed, and the upper stage is a sectional view and the lower stage is a plan view.
[0068]
In the present embodiment, as in the first and second embodiments, the upper
[0069]
First, as shown in FIG. 4A, a dye-containing positive resist 41 (with a transmittance of 40% at a resist film thickness of 0.1 μm) is applied to the base on which the
[0070]
Next, as shown in FIG. 4C, the entire coating region is exposed with an exposure amount that allows light to reach only the upper layer (resist upper layer) 45 above the upper surface of the
[0071]
Next, by developing, an exposure area in the first or second exposure of the resist 41 (that is, the resist 21 other than the unexposed portion lower layer 46 that is unexposed in both the first and second exposures) is formed. And dissolved in the developer to be removed. Thus, as shown in FIG. 4E, only the resist 41 of the unexposed lower layer 46 remains, and a resist
[0072]
As described above, in the present embodiment, the positive resist 41 is applied as a resist, and the
[0073]
In that case, as in the case of each of the above-described embodiments, the overlap exposure prevents the effect of misalignment of the
[0074]
In this way, as shown in FIG. 4D, it is possible to pattern a resist
[0075]
It should be noted that the positive resist 41 has a low transmittance to a certain extent, and it is easier to control the thinning. However, even if the resist 41 has a low transmittance, it is possible to reduce the thickness of the resist 41 in the same manner by exposing the entire surface of the coating region with a small exposure amount. Can be controlled. Further, the exposure for thinning the resist
[0076]
<Fourth embodiment>
FIG. 5 shows a method for patterning a resist in a concave portion of a base having a convex portion in the present embodiment. In addition, the base | substrate which has a convex part is the same as the base | substrate shown in FIG. 1 in the said 1st Embodiment. Also, in FIG. 5, only the outline of the silicon nitride film 15 located in the outermost layer is representatively expressed, and the upper stage is a sectional view and the lower stage is a plan view.
[0077]
In this embodiment, the resist is patterned only in the inner recesses between the protrusions on the base using a resist having a large film thickness dependency of sensitivity. In the following, description will be made sequentially with reference to FIG.
[0078]
First, based on the following equation, the period of the resist swing curve of the negative resist having a large sensitivity dependency on the film thickness is obtained.
0.248 μm (exposure wavelength) ÷ 2 ÷ 1.777 (resist refractive index) = 0.09797 μm
[0079]
Actually, the resist swing curve period may vary depending on the influence of the above-mentioned ground, etc., so it is also very important to experimentally measure the period of the resist swing curve using the ground and the exposure mask on which patterning is actually performed. is there. In that case, it is best to perform patterning using an exposure mask that actually performs patterning and to examine the sensitivity with the line width after patterning.
[0080]
Using the results actually measured by the above-described method, when the film thickness is represented on the horizontal axis and the exposure amount is represented on the vertical axis, a resist swing curve sensitivity curve as shown in FIG. 6 is obtained. The difference in the reference film thickness of the resist between the portion with the lowest sensitivity (point A) and the portion with the highest sensitivity (point B) shown in FIG. 6 is measured. Using the value of the reference film thickness difference between the lowest and highest sensitivity measured in this way, the difference in film thickness between the
[0081]
Next, as shown in FIG. 5A, the negative resist 51 having a large film thickness dependence of the sensitivity is applied to the film thickness H in the
[0082]
Next, as shown in FIG. 5B, similarly to the case of the first embodiment, the exposure pattern 54 is set to be about 0.05 μm longer at both ends than the length of the desired resist
[0083]
At that time, the portion where the exposure pattern 54 and the
[0084]
As described above, in the present embodiment, the negative resist 51 whose sensitivity is highly dependent on the film thickness is replaced with the film thickness H in the
[0085]
Therefore, as shown in FIG. 5C, it is possible to pattern the resist
[0086]
In the present embodiment, the resist 51 having a large film thickness dependency of sensitivity is used. However, the sensitivity is not limited to a certain level even if it is a normal resist instead of a resist having a large film thickness dependency of sensitivity. This embodiment can be applied because it depends. Further, in the present embodiment, the negative resist 51 is applied so that the film thickness in the
[0087]
In the present embodiment, the negative resist 51 is used, but on the contrary, the positive resist is used, and the film thickness at the
[0088]
Furthermore, using the positive resist, the thickness of the
[0089]
Further, using the negative resist, the film thickness at the
[0090]
In addition, the positive resist is used to make the film thickness at the
[0091]
In this embodiment, a resist whose sensitivity is highly dependent on the film thickness is used, but the same effect can be obtained even if the sensitivity of the resist is changed in the direction of the film thickness due to other physical requirements. That is, the step is so large that the exposure light does not reach. Since there is a substance capable of absorbing light, the exposure light is absorbed every time it is repeatedly reflected in the resist layer, and the sensitivity is deteriorated. Since there is a substance that can efficiently reflect the exposure light, the number of reflections increases and the sensitivity is improved. Due to physical requirements such as the above, a low-sensitivity portion and a high-sensitivity portion are formed in the coated resist. By doing so, patterning can be performed in a self-aligned manner with respect to the boundary where the sensitivity of the resist changes.
[0092]
<Fifth embodiment>
FIG. 9 shows a method of patterning a resist in a concave portion of a base having a convex portion in the present embodiment. In addition, the base | substrate which has a convex part is the same as the base | substrate shown in FIG. 1 in the said 1st Embodiment. Also, in FIG. 9, only the outline of the silicon nitride film 15 located in the outermost layer is representatively represented, and the upper stage is a sectional view and the lower stage is a plan view.
[0093]
In the present embodiment, the resist is patterned only in the
[0094]
First, the best position of focus on the stepper (position where patterning can be performed with good shape) is aligned with the
[0095]
Next, as shown in FIG. 9A, a negative resist 61 having a narrow DOF (that is, a resist in which a pattern is not formed by slightly increasing or decreasing the focus value from the best focus position) is applied. Next, as in the case of the first embodiment, a
[0096]
At this time, since the portion where the exposure pattern 64 and the
[0097]
In this way, it is possible to pattern the resist pattern 65 in which only necessary portions are in close contact with the
[0098]
In this method using DOF, the larger the numerical aperture (NA) of the stepper, the more the same effect as using the resist 61 having a narrow DOF can be obtained.
[0099]
<Sixth embodiment>
FIG. 10 shows a method of patterning a resist in a concave portion of a base having a convex portion in the present embodiment. In addition, the base | substrate which has a convex part is the same as the base | substrate shown in FIG. 1 in the said 1st Embodiment. Also, in FIG. 10, only the outline of the silicon nitride film 15 located in the outermost layer is representatively expressed, and the upper stage is a cross-sectional view and the lower stage is a plan view.
[0100]
In this embodiment, the resist is patterned by exposing a base having a convex portion to the surface of the wafer from an oblique direction. In the following, description will be made sequentially with reference to FIG.
[0101]
First, as shown in FIG. 10A, a chemically amplified positive resist 71 is applied to the base having the
[0102]
Next, the irradiation direction of the
[0103]
Next, by developing, the resist 71 in the portion exposed by the two exposures is dissolved and removed. Thus, the unexposed portion in the central portion of the lower surface of the
[0104]
At that time, the upper surface of the
[0105]
In this way, it is possible to pattern the resist
[0106]
<Seventh embodiment>
FIG. 11 shows a method of patterning a resist in a concave portion of a base having a convex portion in the present embodiment. In addition, the base | substrate which has a convex part is the same as the base | substrate shown in FIG. 1 in the said 1st Embodiment. Also, in FIG. 11, only the outline of the silicon nitride film 15 located in the outermost layer is representatively represented, and the upper stage is a cross-sectional view and the lower stage is a plan view.
[0107]
In the sixth embodiment, the resist
[0108]
First, as shown in FIG. 11A, a positive resist 81 is applied to the base having the
[0109]
By doing so, as shown in FIG. 11C, a
[0110]
By the way, the resists 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81 used in the above-described embodiments are obtained by changing the formed resist
[0111]
As for the resist thinning method (resist upper layer removal), the chemical solution is diffused and developed as in the first and second embodiments, and the exposed and developed as in the third embodiment. Any method can be used as long as it can thin the resist, such as dry etching, RIE (reactive ion etching), wet etching, polishing, or CMP (chemical mechanical polishing). However, it is advantageous in terms of cost to reduce the thickness of the film by exposure, as in the method of developing by spreading the chemical solution after exposure or the method of developing by exposure, because there is no need for new equipment investment.
[0112]
In addition, a resist having a larger amount of film loss than a normal resist may be used without providing a step of removing the resist upper layer. Further, a developer having a larger amount of film loss than a normal developer may be used. In addition, when a “resist that can be applied only in the
[0113]
Further, the exposure is not limited to the KrF excimer laser beam, but may be any one that can sensitize a resist such as i-line, electron beam, X-ray, ArF excimer laser beam or EUV (extreme ultraviolet) light. . The development is not limited to the above-mentioned NMD-W developer, and any material that can develop a photosensitive resist such as an organic solvent may be used. As for the overlap exposure method, in addition to the method in which the mask exposure pattern and the light shielding pattern itself are made larger than the desired resist pattern in advance as in each of the above embodiments, the exposure amount increasing method and the scan exposure (during exposure) An exposure method that moves the stage may be used.
[0114]
In the first to fifth embodiments, the resist
[0115]
In the sixth and seventh embodiments, the laser beam is exposed twice at two target angles with respect to the surface perpendicular to the wafer surface and extending in the direction of the wall surface of the
[0116]
In each of the above embodiments, as an example of the step formed on the base, the case where the
[0117]
【The invention's effect】
As apparent from the above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, when a resist pattern is formed on the lower surface of the step in the base, the resist is applied flatly on the surface of the base, and the resist is formed into a thin film. Pre-processing is performed, overlap exposure is performed using a mask having an exposure pattern or a light-shielding pattern that overlaps the upper surface of the step at a portion where the resist pattern is in close contact with the side wall of the step, and subsequent development Since the development is performed after thinning the resist so that the resist becomes thin, the development can reduce the thickness of the resist.
[0118]
Therefore, a resist pattern can be formed only on the lower surface by thinning the resist to the upper surface of the step on the base. In that case, since the overlap exposure is performed so as to overlap the upper surface, a resist pattern in close contact with the side wall can be formed in a self-aligned manner at the place where the overlap exposure is performed.
[0119]
That is, according to the present invention, it is possible to reliably form a resist pattern in a self-aligned manner only on the lower surface without considering the influence of the misalignment. Further, by thinning the resist to the upper surface, the resist pattern does not run on the upper surface. Further, the height of the formed resist pattern is lowered by the above-mentioned thinning. Therefore, deformation and collapse of the resist pattern can be prevented, and the yield can be improved. Furthermore, since it is not necessary to provide an alignment margin for the underlying pattern, the resulting semiconductor device can be miniaturized.
[0120]
In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device, a negative resist is applied at the time of applying the resist, and a chemical that deactivates the acid generated by the exposure is applied to the surface of the negative resist at the time of the pretreatment, When the film is thinned, the chemical solution is evenly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the resist, so that the exposed negative resist can be thinned to the upper surface. Therefore, a resist pattern can be formed only on the lower surface of the step, which is in close contact with the side wall at the place where the overlap exposure is performed and does not run on the upper surface.
[0121]
In one embodiment, the semiconductor device manufacturing method includes applying a positive resist during the resist coating, applying a chemical solution that causes a deprotection reaction to the surface of the positive resist during the pretreatment, and performing the thinning. Since the chemical solution is evenly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the resist, a positive resist that is not exposed can be thinned to the upper surface. Therefore, a resist pattern can be formed only on the lower surface of the step, in close contact with the side wall of the step at the position where the overlap exposure is performed, and without running on the upper surface.
[0122]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein when a resist pattern is formed on a lower surface of a step in a base, a positive resist is applied flatly on the surface of the base, and the resist pattern is a side wall of the step. Overlap exposure (first exposure) is performed using a mask having a light-shielding pattern that overlaps the upper surface of the step at the portion in close contact with the upper surface, and the entire surface is exposed up to the vicinity of the upper surface of the underlying step in the resist (second exposure). Then, since development is performed, the positive resist that is not exposed in the first exposure step can be exposed to light by the second exposure to be thinned to the upper surface.
[0123]
Therefore, according to the present invention, the influence of the alignment deviation is not considered, and only the lower surface of the step is in close contact with the side wall at the place where the overlap exposure is performed, and the ride on the upper surface is performed. It is possible to form a resist pattern with no self alignment. Furthermore, the height of the resist pattern can be lowered by the thinning, the deformation and collapse of the resist pattern can be prevented, and the yield can be improved. Furthermore, it is not necessary to provide an alignment margin for the underlying pattern, and the resulting semiconductor device can be miniaturized.
[0124]
Further, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the third aspect of the present invention, when the resist pattern is formed only on the upper surface or the lower surface of the step in the base, the film thickness on the upper surface is expressed by the following formula ( After applying and exposing a resist so that it becomes one of the X values obtained in 9) and the film thickness on the lower surface becomes one of the Y values obtained in the following formula (10) Since the development is performed, only the resist on the lower surface having the highest sensitivity can be exposed by the exposure. Therefore, when a negative resist is used, a resist pattern in close contact with the side wall of the step can be formed in a self-aligned manner only on the lower surface. When a positive resist is used, a resist pattern can be formed in a self-aligned manner only on the upper surface. That is, it is not necessary to provide an alignment margin for the underlying pattern, and the resulting semiconductor device can be miniaturized.
X = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · (2n−1) (9)
Y = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · 2 m (10)
Where n and m are natural numbers
[0125]
In addition, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, when a resist pattern is formed only on the upper surface or only the lower surface of the step in the base, the film thickness on the upper surface is expressed by the following formula ( 11), a resist is applied so that the film thickness on the lower surface is any one of the Y values obtained by the following formula (12), and after exposure, Since the development is performed, only the resist on the upper surface having the highest sensitivity can be exposed by the exposure. Therefore, when a negative resist is used, a resist pattern can be formed in a self-aligned manner only on the upper surface. When a positive resist is used, a resist pattern that is in close contact with the side wall of the step can be formed in a self-aligned manner only on the lower surface. That is, it is not necessary to provide an alignment margin for the underlying pattern, and the resulting semiconductor device can be miniaturized.
X = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · 2n (11)
Y = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · (2m−1) (12)
Where n and m are natural numbers
[0126]
In the semiconductor device manufacturing method of one embodiment, each of the values of X and Y is in a range of ± Z (Z = {(exposure light wavelength) / 8} / (resist refractive index)). As a result, an error of 1/2 of the difference between the film thickness with the highest resist sensitivity and the film thickness with the lowest sensitivity can be allowed for the film thickness on the upper and lower surfaces of the step. Therefore, control of the film thickness at the time of application of the resist can be facilitated.
[0127]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: applying a resist to the surface of the base when the resist pattern is formed only on the upper surface or the lower surface of the step in the base; Since exposure is performed after focusing on one of the above, development is performed, so when focusing on the upper surface of the step using a negative resist, only on the upper surface, on the lower surface When focused, a resist pattern can be formed in a self-aligned manner only on the lower surface. In addition, when a positive resist is used, the resist pattern is self-aligned only on the lower surface when focused on the upper surface, and only on the upper surface when focused on the lower surface. Can be formed. Therefore, it is not necessary to provide an alignment margin for the underlying pattern, and the resulting semiconductor device can be miniaturized.
[0128]
According to a sixth aspect of the present invention, when a resist pattern is formed on the lower surface of the step in the base, a resist is applied to the surface of the base, the surface of the base is exposed from an oblique direction, and then developed. As a result, there is a portion on the lower surface of the step in the base that does not receive light due to the shadow of the side wall. Therefore, by using a positive resist, a resist pattern in close contact with the side wall can be formed in a self-aligned manner on the lower surface without using an exposure mask. That is, since it is not necessary to provide an alignment margin for the underlying pattern, the resulting semiconductor device can be miniaturized.
[0129]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment, since the exposure is performed from a plurality of directions in the exposure step, for example, by exposing from two directions opposite to the wall surface of the step, In the central part on the lower surface sandwiched between the side walls, there is a portion that is not exposed once even in the shadow of the two side walls. Therefore, in that case, if a positive resist is used, a resist pattern in which both ends are in close contact with the side wall can be formed in the central portion on the lower surface.
[0130]
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device of one embodiment, when performing exposure from the plurality of oblique directions, the exposure is performed with an amount of light that does not pattern the resist in a single exposure. By exposing from two opposite directions, a portion of the lower surface sandwiched between the two opposing side walls is exposed to the shadows of the side walls along the two side walls. Therefore, in that case, if a positive resist is used, a resist pattern in close contact with the two side walls on the lower surface can be formed.
[0131]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein when a resist pattern is formed only on a lower surface of a step in a base, a negative resist is applied flatly on the surface of the base, and the surface of the negative resist is formed. A chemical solution that deactivates the acid generated by the exposure is applied to the entire surface, and the entire surface is exposed. The chemical solution is evenly diffused to the vicinity of the upper surface of the step in the resist. The negative resist can be thinned to the upper surface of the step. Therefore, a resist pattern which does not run on the upper surface can be formed in a self-aligned manner only on the lower surface of the step in the base.
[0132]
In addition, according to the eighth aspect of the present invention, when the resist pattern is formed only on the lower surface of the step in the base, a positive resist is applied flatly on the surface of the base and is removed from the surface of the resist. Since a chemical solution that causes a protective reaction is applied and the chemical solution is evenly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the resist, development is performed, so that the positive resist is removed from the step by the deprotection reaction. The film can be thinned to the upper surface. Therefore, a resist pattern that does not run on the upper surface can be formed in a self-aligned manner only on the lower surface of the step in the base.
[0133]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein when a resist pattern is formed only on a lower surface of a step in a base, a positive resist is applied flatly on the surface of the base, Since development is performed after the entire surface up to the vicinity of the upper surface of the step of the base is formed, the positive resist can be thinned to the upper surface of the step by the entire surface exposure. Therefore, a resist pattern which does not run on the upper surface can be formed in a self-aligned manner only on the lower surface of the step in the base.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a transistor formed partway through a semiconductor device manufacturing method according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a method of patterning a resist in a recess using the transistor structure shown in FIG. 1 as a base.
FIG. 3 is a diagram showing a patterning method different from FIG.
4 is a diagram showing a patterning method different from those in FIGS. 2 and 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a patterning method different from those in FIGS.
FIG. 6 is a diagram showing a sensitivity curve of a resist having a large film thickness dependence of sensitivity.
7 is a diagram showing a resist pattern when a resist exhibiting sensitivity film thickness dependence opposite to that in FIG. 6 is used in FIG.
8 is a view showing a resist pattern when a positive resist is used in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a patterning method different from those in FIGS.
FIG. 10 is a diagram showing a patterning method different from those in FIGS.
FIG. 11 is a diagram showing a patterning method different from those in FIGS.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a resist pattern obtained when an alignment method using a conventional alignment mark is applied.
[Explanation of symbols]
11 ... Silicon substrate,
12 ... Insulating film (gate oxide film),
13 ... polycrystalline silicon film (gate electrode),
15 ... Silicon nitride film,
16 ... convex part,
17 ... recess,
21 ... Negative resist,
22, 32 ... upper antireflection film,
23, 33, 42, 52, 62, 72, 82 ... laser light,
24, 34, 43, 53, 63 ... masks,
25, 54, 64 ... exposure pattern,
26, 36, 45 ... resist upper layer,
27 ... upper layer of exposed part,
28 ... lower layer of the exposed part,
29, 39, 47, 55, 56, 57, 58, 65, 74, 85 ... resist pattern,
31, 81... Positive resist,
35, 44 ... shading pattern,
37 ... upper layer of unexposed part,
46 ... Unexposed lower layer,
41 ... Positive resist containing dye,
51. Negative resist having a large film thickness dependence of sensitivity.
61 ... Negative resist with a narrow DOF,
71. Chemically amplified positive resist,
73, 83 ... areas exposed once,
84: Area exposed twice.
Claims (14)
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にレジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記塗布されたレジストの膜厚を薄くするための前処理工程と、
上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分において上記段差の上面とオーバーラップするように形成された露光パターンあるいは遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光を行う露光工程と、
後の現像によって上記レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a resist pattern in close contact with a side wall of a step on a lower surface of the step in a base having a step formed on a surface,
The step of forming the resist pattern includes:
A resist coating process for flatly applying a resist to the surface of the base;
A pretreatment step for reducing the thickness of the coated resist;
An exposure step of performing overlap exposure using a mask having an exposure pattern or a light-shielding pattern formed so as to overlap the upper surface of the step at a portion where the resist pattern is in close contact with the side wall of the step;
A thinning step for reducing the film thickness of the resist by subsequent development;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
上記レジスト塗布工程においてはネガ型レジストを塗布し、
上記前処理工程においては、上記ネガ型レジストの表面に、上記露光によってネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液を塗布し、
上記薄膜化工程においては、上記薬液を上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the resist coating process, a negative resist is applied,
In the pretreatment step, a chemical solution that deactivates the acid generated in the negative resist by the exposure is applied to the surface of the negative resist.
In the thinning process, the chemical solution is uniformly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the negative resist.
上記レジスト塗布工程においてはポジ型レジストを塗布し、
上記前処理工程においては、上記ポジ型レジストの表面に、上記ポジ型レジストに対して脱保護反応を起こさせる薬液を塗布し、
上記薄膜化工程においては、上記薬液を上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the resist coating process, a positive resist is applied,
In the pretreatment step, a chemical solution that causes a deprotection reaction on the positive resist is applied to the surface of the positive resist.
In the thinning step, the chemical solution is uniformly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the positive resist.
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分において上記段差の上面とオーバーラップするように形成された遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光する第1露光工程と、
上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光する第2露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a resist pattern in close contact with a side wall of a step on a lower surface of the step in a base having a step formed on a surface,
The step of forming the resist pattern includes:
A resist coating step of flatly applying a positive resist on the surface of the base;
A first exposure step of performing an overlap exposure using a mask having a light shielding pattern formed so as to overlap the upper surface of the step at a portion where the resist pattern is in close contact with the side wall of the step;
A second exposure step for exposing the entire surface up to the vicinity of the upper surface of the base step in the positive resist;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面に、上記上面における膜厚が下式(1)で得られるX値のうちの何れか一つになり、上記下面における膜厚が下式(2)で得られるY値のうちの何れか一つになるように、レジストを塗布するレジスト塗布工程と、
露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
X={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・(2n−1) …(1)
Y={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・2m …(2)
但し、n,mは自然数A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a resist pattern only on the upper surface or only the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface,
The step of forming the resist pattern includes:
On the surface of the base, the film thickness on the upper surface is one of the X values obtained by the following equation (1), and the film thickness on the lower surface is the Y value obtained by the following equation (2). A resist coating step of coating a resist so as to be any one of
An exposure process;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
X = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · (2n−1) (1)
Y = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · 2 m (2)
Where n and m are natural numbers
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面に、上記上面における膜厚が下式(3)で得られるX値のうちの何れか一つになり、上記下面における膜厚が下式(4)で得られるY値のうちの何れか一つになるように、レジストを塗布するレジスト塗布工程と、
露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
X={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・2n …(3)
Y={(露光光波長)/4}/(レジストの屈折率)・(2m−1) …(4)
但し、n,mは自然数A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a resist pattern only on the upper surface or only the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface,
The step of forming the resist pattern includes:
On the surface of the base, the film thickness on the upper surface is one of the X values obtained by the following equation (3), and the film thickness on the lower surface is the Y value obtained by the following equation (4). A resist coating step of coating a resist so as to be any one of
An exposure process;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
X = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · 2n (3)
Y = {(exposure light wavelength) / 4} / (refractive index of resist) · (2m−1) (4)
Where n and m are natural numbers
上記XおよびYの値の夫々は、±Z(Z={(露光光波長)/8}/(レジストの屈折率))の範囲内にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claim 5 or Claim 6,
Each of the values of X and Y is within a range of ± Z (Z = {(exposure light wavelength) / 8} / (resist refractive index)).
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
上記上面上あるいは下面上の何れか一方に焦点を合わせて露光を行う露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a resist pattern only on the upper surface or only the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface,
The step of forming the resist pattern includes:
A resist coating step of coating a resist on the surface of the base;
An exposure step of performing exposure while focusing on either the upper surface or the lower surface;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
上記下地の表面に対して斜めの方向から光をあてて露光を行う露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a resist pattern in close contact with a side wall of a step on a lower surface of the step in a base having a step formed on a surface,
The step of forming the resist pattern includes:
A resist coating step of coating a resist on the surface of the base;
An exposure step of performing exposure by applying light from an oblique direction to the surface of the base;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
上記露光工程においては、複数の方向から光をあてて露光を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
In the exposure step, the semiconductor device manufacturing method is characterized in that exposure is performed by applying light from a plurality of directions.
上記露光工程においては、1回の露光では上記レジストがパターニングされない程度の光量で露光を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 10,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein, in the exposure step, the exposure is performed with an amount of light such that the resist is not patterned by one exposure.
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にネガ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記ネガ型レジスト表面に、後の露光によってネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液を塗布する前処理工程と、
上記ネガ型レジストの全面に露光を行う露光工程と、
上記薬液を上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させて、後の現像によって上記ネガ型レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a resist pattern only on the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface,
The step of forming the resist pattern includes:
A resist coating step of flatly applying a negative resist to the surface of the base;
A pretreatment step of applying a chemical solution that deactivates the acid generated in the negative resist by subsequent exposure to the negative resist surface;
An exposure process for exposing the entire surface of the negative resist;
A thinning process in which the chemical solution is uniformly diffused to the vicinity of the upper surface of the base step in the negative resist, and the film thickness of the negative resist is reduced by subsequent development,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記ポジ型レジスト表面に、上記ポジ型レジストに対して脱保護反応を起こさせる薬液を塗布する前処理工程と、
上記薬液を上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させて、後の現像によって上記ポジ型レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a resist pattern only on the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface,
The step of forming the resist pattern includes:
A resist coating step of flatly applying a positive resist on the surface of the base;
A pretreatment step of applying a chemical solution that causes a deprotection reaction to the positive resist on the positive resist surface;
A thinning step for uniformly diffusing the chemical solution to the vicinity of the upper surface of the base step in the positive resist so that the film thickness of the positive resist is reduced by subsequent development;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光する露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a resist pattern only on the lower surface of the step in the base having a step formed on the surface,
The step of forming the resist pattern includes:
A resist coating step of flatly applying a positive resist on the surface of the base;
An exposure process for exposing the entire surface up to the vicinity of the upper surface of the base step in the positive resist;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a developing step.
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