JP4322482B2 - 微細レジストパターンの形成方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に高アスペクト比の微細レジストパターンの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスは益々高集積化し、それに伴いレジストパターンの微細化が急速に進んでいる。また、下地膜をパターニングする際にレジストパターンに対してドライエッチング耐性(CF系ガスに対する耐性)は従来通り要求される。このため、単層レジストプロセスでは、数百nmオーダーのレジスト厚が要求される。
【0003】
以下、図9〜図14を参照して、従来のレジストパターンの形成方法について説明する。
図9〜図11は、従来の微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図であり、図12〜図14は、従来の高アスペクト比の微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である。
先ず、図9に示すように、最終的にエッチングによりパターニングされる下地膜11上に、レジストを回転塗布してレジスト12を形成する。
次に、図10に示すように、レジスト12に対して露光光13を照射し、レジスト12内に露光部12Aを形成する。その後、ベークを行う。これにより、露光部12Aにおいて化学増幅反応が起こる。
次に、所定の現像液を用いた現像処理、リンス、およびリンス液の乾燥を行う。これにより、図11に示すように、下地膜11上にレジストパターン14が形成される。
【0004】
上述したように、所望のレジストパターンの微細化に対して、レジストパターンのエッチング耐性は相応の性能が要求される。このため、現像処理後に要求されるレジストパターンのアスペクト比は益々大きくなる傾向にある。70nmノード世代において、必要レジスト膜厚を例えば300nmとすると、アスペクト比は4を超えることになる。
従来、図12〜図14に示すように、上記図9〜図11に示す形成方法と同様にして、高アスペクト比のレジストパターンを形成していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アスペクト比が4を超えるラインレジストパターンを形成する場合、図14に示すように、現像処理工程終了後にリンス液を乾燥する際に、レジストパターン間に存在するリンス液の毛管力による凝集力によって、ラインレジストパターン(特に密集パターン)が倒壊してしまうという問題があった。
図15は、レジストパターン間に存在するリンス液の凝集力を説明するための断面図である。
図15に示すように、リンス液を乾燥する際、ラインレジストパターンには、レジスト12間に存在するリンス液16の表面張力が作用する。レジスト12間に挟まれた液体16に発生する凝集力(圧力)pは、液体16の表面張力をσとすると、p=σ/Rで表される。ここで、Rは液面の曲率半径である。
密集ラインパターンを微細化するとライン(レジスト12)間のスペースdが狭くなり、それに伴って液面の曲率半径Rも小さくなるため、凝集力pが大きくなる。この凝集力pによりレジスト12に加わる剥離力Fはアスペクト比に比例するため、レジストパターンのアスペクト比が4以上の場合、剥離力Fがレジスト12と基板(下地膜11)との接着力を超えてしまう。このため、上述したように、レジストパターン15の倒壊が発生してしまう。
【0006】
このリンス液の凝集力を抑えるため、表面張力の小さなリンス液の使用、または液相と気相の界面を消失させる超臨界乾燥法などが提案されている。しかし、これらには有機廃液の処理問題や、大規模な装置を導入する必要性があるため、実プロセスには未だ採用されていない。
【0007】
従って、レジストパターンの倒壊を防止するためには、このレジスト間に生ずる凝集力を低減するか、凝集力よりも大きい物理力が必要である。
【0008】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、レジスト間に存在する液体の凝集力に起因するレジスト倒壊を防止し、高アスペクト比の微細レジストパターンを形成することを目的とする。
また、高アスペクト比の微細レジストパターンをマスクとして用い、微細パターンを形成することも目的とする。
【0009】
【課題を解決する為の手段】
請求項1の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、下地膜上に、ポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有するレジストを形成する工程と、
前記レジストに対して露光光を照射する工程と、
前記レジストに対して波長180nm〜200nmの光を10〜30mJ/cm 2 のエネルギー量だけ照射して、前記レジストの表層に架橋部を形成する架橋部形成工程と、
前記架橋部形成工程の終了後に、現像処理を行う現像工程と、
前記現像処理の終了後に、前記架橋部を除去する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【0013】
請求項2の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、請求項1に記載の形成方法において、
酸素系プラズマ処理により前記架橋部を除去することを特徴とするものである。
【0014】
請求項3の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、請求項1又は2に記載の形成方法において、
前記現像工程は、
前記現像処理の終了後に、リンス液を用いてリンスを行う工程と、
前記リンス液を乾燥させる工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【0015】
請求項4の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項1から3の何れかに記載の形成方法を用いて形成された微細レジストパターンをマスクとして、下地膜をフッ化炭素系プラズマによりドライエッチングする工程を含むことを特徴とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【0017】
実施の形態1.
図1〜図6は、本発明の実施の形態1による高アスペクト比の微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である。
先ず、図1に示すように、下地膜1上にレジスト2を膜厚300nm程度になるように回転塗布する。ここで、レジスト2は、ある特定領域の波長に対して強い吸収を有するものであり、例えば、ポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有する化学増幅型レジストである。
そして、レジスト2を塗布した後、100℃程度の温度で60秒間熱処理を行う。
【0018】
次に、図2に示すように、レジスト2に対して電子線3を照射する露光処理を行い、レジスト2内に露光部2Aを形成する。その後、110℃程度の温度で90秒間熱処理を行う。これにより、レジスト2の露光部2Aにおいて、化学増幅反応が起こる。また、露光処理は、可変矩型電子線露光装置を用いて行った。なお、露光処理は、上記電子線露光に限らず、露光光を照射する光露光でもよい。
【0019】
次に、図3に示すように、レジスト2表面に、レジスト2に対して吸収率が高く、且つレジスト2に含有されるポリマーの主鎖を切断しない波長領域の光6を、所定のエネルギー量だけ照射する。この光照射により、レジスト2の露光部2A及び未露光部において光架橋反応が起こり、レジスト2の最表層にアルカリ現像液(後述)に対して不溶である架橋部7が形成される。
ここで、例えば、レジスト2としてポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有する化学増幅型レジストを用いた場合、波長180nm〜200nmの光6を、10〜30mJ/cm2のエネルギー量だけ照射する。この照射光6の波長及びエネルギー量について以下に説明する。
先ず、照射光の波長について説明する。
図7は、ポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有するレジストの波長に対する透過率を示す図である。すなわち、照射光の波長と、レジストの透過率との関係を示す図である。なお、レジストの膜厚は100nmである。
図7に示すように、波長190nm付近に強い吸収帯があり、この吸収帯においてレジストの透過率は1%以下となっている。これは、レジストが含有するポリマーに存在するベンゼン環のπ電子による光の吸収であり、波長180nm〜200nmの範囲で吸収が大変高い。従って、この高い吸収が得られる波長180nm〜200nmの光6を照射することにより、その照射光6はレジスト最表面のみに作用し、レジストの上層数nmの深さだけを架橋反応させることが可能となる。なお、この波長領域の光6は、レジスト2に含有されたポリマー主鎖を切断しない。
次に、照射光のエネルギーについて説明する。
図8は、ポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有するレジストの光エネルギーに対する感度曲線を示す図である。詳細には、レジスト塗布後に、光6の照射、ベーク、現像処理を行った場合の、照射光の照射エネルギーと現像処理後のレジスト膜厚変化との関係を示している。図8に示すように、10〜30mJ/cm2の照射エネルギー領域において、レジスト膜厚が減少していない。すなわち、このエネルギー領域の光6を照射することにより、レジストがアルカリ不溶となっている。これは、このエネルギー領域において、ポリマー間の架橋反応が起こっていることを示している。従って、10〜30mJ/cm2のエネルギー量だけ光6を照射することにより、レジストに架橋反応を起こすことが可能となる。
【0020】
次に、図4に示すように、通常用いられるアルカリ現像液(例えば、2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液)を用いて、60秒間湿式現像処理を行う。この現像処理において、レジスト2最表層に形成された架橋部7は弱い架橋であるため現像液がレジスト2の内部に浸透し、アルカリ溶解コントラストが得られる。そして、リンス液を用いてリンスを行った後、リンス液を乾燥する。
【0021】
最後に、図5に示すように、酸素又は酸素を含む混合ガスのプラズマ(以下「酸素系プラズマ」という。)8を用いたプラズマ処理を行い、レジスト2最表層に形成された架橋部7を除去する。これにより、図6に示すように、下地膜1上に高アスペクト比の微細レジストパターン4が形成される。ここで、プラズマ処理は、枚葉式アッシング装置を用いて行った。
【0022】
以上説明したように、本実施の形態1では、現像処理前にレジスト2表面に光6を照射することにより、レジスト2の最表層に架橋部7を形成した後、現像処理を行った。
従って、現像処理後のレジストパターンは、その最上層がアルカリ現像液に対して不溶な架橋部7によりブリッジされている。よって、現像処理により露光部2Aが除去されるが、架橋部7は除去されずに残存する。このため、現像処理後のリンス液乾燥時に、リンス液の凝集力よりも大きな物理力が得られ、レジストパターンの倒壊を防止することができる。すなわち、本実施の形態1による方法によって、高アスペクト比の微細レジストパターンを形成することができる。また、この高アスペクト比の微細レジストパターンを用いて下地膜1をエッチングすることにより、微細パターンを形成することができる。
本実施の形態1では、レジスト2が含有するポリマーに対して吸収率の高い波長領域の照射光6を照射することとした。従って、レジスト2の最表層においてのみ架橋反応を起こすことが可能である。このため、レジスト2の架橋率を低く抑えることができ、現像処理時にアルカリ現像水溶液が架橋部7を介してレジスト2内に浸透することができ、アルカリ溶解コントラストが得られる。また、レジスト最表層の架橋部7は弱い架橋構造であるため、現像後に行われる短時間の酸素系プラズマ処理によって容易に除去することができる。
また、本実施の形態1による微細レジストパターンの形成方法は、既存の半導体製造装置を用いて行うことができる。よって、新たな設備導入コストは発生しないため、半導体装置の製造コストの増加を抑えることができる。
【0023】
なお、本実施の形態1では、プラズマ処理を枚葉式アッシング装置で行っているが、枚葉式ドライエッチング装置で行ってもよい。この場合、プラズマ処理と、該プラズマ処理に続いて行う下地膜1のドライエッチングと、を同一チャンバ内で連続して行うことができ、スループットを向上させることができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、レジスト間に存在する液体の凝集力に起因するレジスト倒壊を防止し、高アスペクト比の微細レジストパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その1)。
【図2】 本発明の実施の形態1による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その2)。
【図3】 本発明の実施の形態1による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その3)。
【図4】 本発明の実施の形態1による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その4)。
【図5】 本発明の実施の形態1による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その5)。
【図6】 本発明の実施の形態1による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その6)。
【図7】 レジストの波長に対する透過率を示す図である。
【図8】 レジストの光エネルギーに対する感度曲線を示す図である。
【図9】 従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その1)。
【図10】 従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その2)。
【図11】 従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その3)。
【図12】 従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その4)。
【図13】 従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その5)。
【図14】 従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である(その6)。
【図15】 レジストパターン間に存在するリンス液の表面張力を示す断面図である。
【符号の説明】
1 下地膜
2 レジスト
2A 露光部
3 電子線、露光光
4 微細レジストパターン
6 照射光
7 架橋部
8 酸素系プラズマ
Claims (4)
- 下地膜上に、ポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有するレジストを形成する工程と、
前記レジストに対して露光処理を行う工程と、
前記レジストに対して波長180nm〜200nmの光を10〜30mJ/cm 2 のエネルギー量だけ照射して、前記レジストの表層に架橋部を形成する架橋部形成工程と、
前記架橋部形成工程の終了後に、現像処理を行う現像工程と、
前記現像工程の終了後に、前記架橋部を除去する工程と、
を含むことを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。 - 請求項1に記載の形成方法において、
酸素系プラズマ処理により前記架橋部を除去することを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。 - 請求項1又は2に記載の形成方法において、
前記現像工程は、
前記現像処理の終了後に、リンス液を用いてリンスを行う工程と、
前記リンス液を乾燥させる工程と、
を含むことを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。 - 請求項1から3の何れかに記載の形成方法を用いて形成された微細レジストパターンをマスクとして、下地膜をフッ化炭素系プラズマによりドライエッチングする工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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