JP2008066587A - パターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便かつ低コストに現像欠陥を抑制することが可能な水溶性パターン形成材料を用いたパターン形成方法を提供すること。
【解決手段】パターン形成方法は、半導体基板1の主表面上にレジストパターン12を形成する工程と、前記レジストパターン12の上に、酸の存在下で熱架橋性を有する水溶性パターン形成材料を塗布する工程と、前記水溶性パターン形成材料の前記レジストパターンと接する部分に加熱によって架橋膜50を形成する工程と、前記水溶性パターン形成材料の前記架橋膜50以外の部分を、界面活性剤を含んだアルカリ水溶液を用いて除去する工程とを含む。
【選択図】 図6
【解決手段】パターン形成方法は、半導体基板1の主表面上にレジストパターン12を形成する工程と、前記レジストパターン12の上に、酸の存在下で熱架橋性を有する水溶性パターン形成材料を塗布する工程と、前記水溶性パターン形成材料の前記レジストパターンと接する部分に加熱によって架橋膜50を形成する工程と、前記水溶性パターン形成材料の前記架橋膜50以外の部分を、界面活性剤を含んだアルカリ水溶液を用いて除去する工程とを含む。
【選択図】 図6
Description
本発明は、半導体製造工程に使用される微細パターン形成材料を用いたパターン形成方法における現像処理に関するものである。
半導体プロセスは微細化の一途をたどっており、リソグラフィ技術におけるアプローチとしては、露光装置における露光波長の短波長化、高NA(開口数)化等が挙げられる。しかしながら、これらのアプローチには新たな設備が必要であり、コストや大幅なプロセスの変更等の問題がある。また、露光波長によるレジストパターン微細化には限界がある。
従って、低コストで、プロセス変更の少ない試みがなされており、レジストプロセスの工夫として、水溶性微細パターン形成材料を用いたRELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink)処理によるレジストパターンの微細化の試みが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
RELACS処理においては、まず、通常のレジストパターンの形成後に、その上から水溶性微細パターン形成材料を塗布し、加熱により架橋膜を形成する。その後、非架橋部分を取り除く現像処理を行う。
この現像処理において、純水のみを用いた場合には、膜に現像欠陥が生じてしまうことが知られていた。RELACS処理において生ずる現像欠陥は、当初のレジストパターンにおける開口部が未開口になってしまうという事態を引き起こし問題であった。
これに対して、現像欠陥を抑制するために、現像処理に界面活性剤水溶液を用いる提案がされている(例えば、特許文献2参照)。しかし、界面活性剤水溶液は高価であるという問題があった。
特開平10−73927号公報
特開2002−49161号公報
本発明は、簡便かつ低コストに現像欠陥を抑制することが可能な水溶性パターン形成材料を用いたパターン形成方法を提供する。
この発明の一態様に係るパターン形成方法は、半導体基板の主表面上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンの上に、酸の存在下で熱架橋性を有する水溶性パターン形成材料を塗布する工程と、前記水溶性パターン形成材料の前記レジストパターンと接する部分に加熱によって架橋膜を形成する工程と、前記水溶性パターン形成材料の前記架橋膜以外の部分を、界面活性剤を含んだアルカリ水溶液を用いて除去する工程とを含む。
本発明によれば、簡便かつ低コストに現像欠陥を抑制することが可能な水溶性パターン形成材料を用いたパターン形成方法を提供できる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係わるパターン形成方法を図1乃至図6を用いて以下に説明する。
本発明の第1の実施形態に係わるパターン形成方法を図1乃至図6を用いて以下に説明する。
[RELACS処理前のレジストパターン形成]
まず、図1に示すように、半導体基板1上に、ArF有機反射防止膜(日産化学社製ARC29A)をスピンコートにより塗布して、溶剤を揮発させるために温度215℃で1分間ベークし、厚さ80nmの反射防止膜11を形成する。
まず、図1に示すように、半導体基板1上に、ArF有機反射防止膜(日産化学社製ARC29A)をスピンコートにより塗布して、溶剤を揮発させるために温度215℃で1分間ベークし、厚さ80nmの反射防止膜11を形成する。
その後、図2に示すように、反射防止膜11の上にArFポジレジスト(JSR社製)をスピンコートにより塗布し、温度130℃で1分間ベークし、厚さ400nmのレジスト膜12を形成した。
その後、上記レジスト膜12に、ArFエキシマレーザー露光装置にてNA=0.78、2/3輪帯照明の条件で、透過率6%のハーフトーンマスクを用いて露光する(図示せず)。その後、温度100℃で1分間ベークする。これは、ポストベーク(PEB:Post Exposure Bake)であり、化学増幅型レジストにおいて露光によって発生した酸と脱離基との反応(脱離反応)を促進するための処理である。
その後、2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液で現像し、図3に示すように直径150nmのコンタクトホールパターン10を形成した。なおここで、界面活性剤入りの2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液(多摩化学社製AD-10現像液)を用いて現像してもよい。
[RELACS処理]
図4に示すように、コンタクトホールパターン10に、水溶性パターン形成材料であるRELACS材(AZエレクトロニックマテリアルズ社製:R602)13を膜厚300nmでスピンコート法により塗布する。
図4に示すように、コンタクトホールパターン10に、水溶性パターン形成材料であるRELACS材(AZエレクトロニックマテリアルズ社製:R602)13を膜厚300nmでスピンコート法により塗布する。
その後、図5に示すように、155℃90秒ベークを行うことにより、RELACS材13のレジストパターン12と接する部分に架橋膜50を形成する。
その後、現像処理を行う。現像処理は、まず純水で40秒リンスを行い、次に界面活性剤入り2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液(多摩化学社製AD-10現像液)を用いて10秒リンスを行い、更に純水を用いて10秒リンスを行うことからなる。この現像処理によって、図6に示すようにRELACS材13の架橋膜50以外の部分を除去することにより、コンタクトホールパターン20を形成した。
なお、上記現像処理は、界面活性剤を含んだテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を用いるのであれば、上記手順に限定されず、また必ずしも純水を用いなくてもかまわない。
また、コンタクトホールパターン10を形成するときに、界面活性剤入り2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液(多摩化学社製AD-10現像液)を用いていた場合には、RELACS処理の現像処理においても同一の現像液を使用することになるので処理が簡便になる。
その後、スピン乾燥により乾燥を行った。RELACS処理されたコンタクトホールパターン20の直径を測長SEMを用いて計測したところ、コンタクトホールパターン10よりも20nmだけパターンシュリンクし、130nmとなった(図6)。
[欠陥検査]
図3に示したコンタクトホールパターン10が形成された状態と、図6に示したコンタクトホールパターン20が形成された状態とを光学式欠陥検査装置を用いて欠陥検査を行った。それぞれのパターンが形成された状態においてウェハ上に形成された線状欠陥の個数を表1に示す。
図3に示したコンタクトホールパターン10が形成された状態と、図6に示したコンタクトホールパターン20が形成された状態とを光学式欠陥検査装置を用いて欠陥検査を行った。それぞれのパターンが形成された状態においてウェハ上に形成された線状欠陥の個数を表1に示す。
表1より、RELACSプロセス前後で欠陥数が増加していないことが分かる。
ここで、カウントした線状欠陥とは、例えば図7の写真に示すような線状欠陥70を1個として数える。線状欠陥70は、コンタクトホールパターン75の並びが何本か並列して形成された評価パターン上に、開口が不完全なコンタクトホールパターン71と膜厚が変動しているレジスト領域72とからなる一塊のマクロな欠陥である。
ここで、比較のため従来のパターン形成方法について説明する。従来のパターン形成方法は、例えば、図4までの工程は本実施形態と同様である。その後、図8に示すように、150℃90秒ベークを行うことにより、RELACS材13のレジストパターン12と接する部分に架橋膜80を形成する。なお、本実施形態の場合に比べてベーク温度が低いのは、この後説明する現像工程の違いによるパターンのシュリンク量の違いを考慮して最終的に形成されるコンタクトホールパターンの直径を本実施形態の場合と揃えるために熱架橋量を減らすためである。
この後、純水のみで60秒リンスを行う現像処理を行う。この現像処理によって、図9に示すようにRELACS材13の架橋膜80以外の部分を除去することにより、コンタクトホールパターン30を形成した。
その後、スピン乾燥により乾燥を行った。RELACS処理されたコンタクトホールパターン30の直径を測長SEMを用いて計測したところ、コンタクトホールパターン10よりも20nmだけパターンシュリンクし、130nmとなった(図9)。
図3に示したコンタクトホールパターン10が形成された状態と、図9に示したコンタクトホールパターン30が形成された状態とを光学式欠陥検査装置を用いて欠陥検査を行った。それぞれのパターンが形成された状態においてウェハ上に形成された線状欠陥の個数を表2に示す。
表2より、RELACSプロセス後に欠陥数が増加していることが分かる。
さらに、別の評価パターンを用いて、本実施形態に係る現像方法を、従来の現像方法と比較した結果を以下に示す。
それぞれ別の3枚のウェハに対して、光学式欠陥検査装置を用いて欠陥検査を行った結果が、線状欠陥のウェハ上の分布を示した欠陥マップとして図10乃至図12に示されている。
図10は、RELACS処理前のレジストパターン形成時に欠陥検査を行ったときの欠陥マップである。図11は、RELACS処理において、純水、界面活性剤入り2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液(多摩化学社製AD-10現像液)、純水の順に用いて現像処理を行った後に欠陥検査を行ったときの欠陥マップである。図12は、RELACS処理において、従来のように純水のみを用いて現像処理を行った後に欠陥検査を行ったときの欠陥マップである。
純水のみを用いて現像処理を行った図12の場合は、線状欠陥が多数発生してしまう。しかし、界面活性剤入り2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液(多摩化学社製AD-10現像液)を用いた図11の本実施形態の場合には、線状欠陥が発生していないのがわかる。
以上説明したように、界面活性剤が入ったアルカリ水溶液である、界面活性剤入り2.38重量%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を現像処理に用いることによって、従来問題になっていたRELACSプロセスに起因する現像欠陥の発生を防ぐことが可能となった。
本実施形態においては、従来汎用的に用いられている既存の現像液を用いているので、低コストかつ簡便に現像欠陥、即ち未開口パターンが発生することが回避可能となる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係わるパターン形成方法を図1乃至図5、図13を用いて以下に説明する。
本発明の第2の実施形態に係わるパターン形成方法を図1乃至図5、図13を用いて以下に説明する。
[RELACS処理前のレジストパターン形成]
第1の実施形態に係わるパターン形成方法と全く同様の工程を経る。
第1の実施形態に係わるパターン形成方法と全く同様の工程を経る。
[RELACS処理]
図5に至るまでの工程は、第1の実施形態に係わるパターン形成方法と全く同じである。
図5に至るまでの工程は、第1の実施形態に係わるパターン形成方法と全く同じである。
その後、現像処理を行う。現像処理は、まず純水で40秒リンスを行い、次に界面活性剤入り2.38重量%の水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いて10秒リンスを行い、更に純水を用いて10秒リンスを行うことからなる。この現像処理によって、図13に示すようにRELACS材13の架橋膜50以外の部分を除去することにより、コンタクトホールパターン40を形成した。
なお、上記現像処理は、界面活性剤を含んだ水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いるのであれば、上記手順に限定されず、また必ずしも純水を用いなくてもかまわない。
その後、スピン乾燥により乾燥を行った。RELACS処理されたコンタクトホールパターン40の直径を測長SEMを用いて計測したところ、コンタクトホールパターン10よりも20nmだけパターンシュリンクし、130nmとなった(図13)。
[欠陥検査]
図3に示したコンタクトホールパターン10が形成された状態と、図13に示したコンタクトホールパターン40が形成された状態とを光学式欠陥検査装置を用いて欠陥検査を行った。それぞれのパターンが形成された状態においてウェハ上に形成された線状欠陥の個数を表4に示す。
図3に示したコンタクトホールパターン10が形成された状態と、図13に示したコンタクトホールパターン40が形成された状態とを光学式欠陥検査装置を用いて欠陥検査を行った。それぞれのパターンが形成された状態においてウェハ上に形成された線状欠陥の個数を表4に示す。
表4より、RELACSプロセス前後で欠陥数が増加していないことが分かる。
以上説明したように、界面活性剤が入ったアルカリ水溶液である、界面活性剤入り2.38重量%の水酸化カリウム(KOH)水溶液を現像処理に用いることによって、高価な界面活性剤水溶液を用いないで、RELACSプロセスに起因する現像欠陥、即ち未開口パターンの発生を防ぐことが可能となった。
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
1…半導体基板、10…コンタクトホールパターン、11…ArF有機反射防止膜、
12…レジスト膜、13…RELACS材、20…コンタクトホールパターン、
30…コンタクトホールパターン、40…コンタクトホールパターン、
50、80…架橋膜、70…線状欠陥、71…開口が不完全なコンタクトホールパターン
72…膜厚が変動しているレジスト領域、75…コンタクトホールパターン。
12…レジスト膜、13…RELACS材、20…コンタクトホールパターン、
30…コンタクトホールパターン、40…コンタクトホールパターン、
50、80…架橋膜、70…線状欠陥、71…開口が不完全なコンタクトホールパターン
72…膜厚が変動しているレジスト領域、75…コンタクトホールパターン。
Claims (5)
- 半導体基板の主表面上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの上に、酸の存在下で熱架橋性を有する水溶性パターン形成材料を塗布する工程と、
前記水溶性パターン形成材料の前記レジストパターンと接する部分に加熱によって架橋膜を形成する工程と、
前記水溶性パターン形成材料の前記架橋膜以外の部分を、界面活性剤を含んだアルカリ水溶液を用いて除去する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。 - 前記除去する工程における薬液を使用する順番が、
純水、前記界面活性剤を含んだアルカリ水溶液、純水の順である
ことを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。 - 前記界面活性剤を含んだアルカリ水溶液は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含有する水溶液である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のパターン形成方法。 - 前記界面活性剤を含んだアルカリ水溶液は、水酸化カリウムを含有する水溶液である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のパターン形成方法。 - 前記界面活性剤を含んだアルカリ水溶液は、前記レジストパターンを形成する工程で使用する現像液である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のパターン形成方法。
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