JPH06333817A - 微細パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高反射基板上に反射防止膜を用いてパタ−ン
形成を行う場合に、反射防止膜の形成、除去及び、反射
率の制御を容易にする。 【構成】 有機低分子化合物により構成された反射防止
膜形成材料を気体状態２とし、前記気体雰囲気中で半導
体基板１を処理することにより反射防止膜３を形成す
る。その後レジスト膜４を形成し、露光、現像すること
により、レジストパタ−ンを形成する。反射防止膜３を
水溶性材料で構成すれば、現像時に同時に除去すること
が可能である。この反射防止膜３は、均一な膜厚で薄膜
を形成することが可能であり、適度な反射率を与えるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や集積回路
を製作する際の、微細パターン形成方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣ及びＬＳＩ等の製造において
は、紫外線または遠紫外線を用いたホトリソグラフィー
によってパターン形成を行っている。その中で、遠紫外
線により露光する場合、酸化膜、窒化膜、メタル等の基
板からの反射は、より長波長の光を用いる場合よりもは
るかに大きく、基板に段差がある場合や、表面に凹凸が
ある場合には、その影響を受け易く、正確なパタ−ン転
写が困難になる。この様な反射の影響を抑制するため、
従来ＴｉＮ等の無機膜や、樹脂と染料より成る有機膜を
反射防止膜として用いていた。

【０００３】図４に従来の反射防止膜を用いた場合のパ
タ−ン形成方法を示す。半導体基板上１にＴｉＮ等の無
機材料を堆積、または染料を含む有機材料を塗布するこ
とにより反射防止膜８を形成した後、感光性樹脂を塗布
しレジスト膜４を形成する（図４（ａ））。レジスト膜
を露光した後現像し、レジストパタ−ンを形成した後
（図４（ｂ））、ＲＩＥにより反射防止膜のエッチング
を行う（図４（ｃ））。ここで、無機材料の堆積工程
は、スループット、コスト的にも不利であると同時に、
膜により得られる反射率は限られており、後に示すよう
に、反射率が低すぎるために問題が生じる場合もある。
一方、有機材料を用いた場合、膜形成はスピンコートで
行うためプロセスは簡便であるが、この場合、段差基板
に均一に膜を形成することは不可能であり、必ず膜厚に
ムラが生じる。この様な膜厚のムラは、特に薄膜の場
合、反射率のムラにつながり易く、パタ−ン精度に悪影
響を与える。また厚膜にすると、除去の最にレジストの
寸法シフトが生じ易くなる。また、反射率の調整はある
程度膜厚調整により行うことができるが、一様に塗布で
きる膜厚には限りがあり、極端な薄膜化は不可能であ
る。さらにまた、有機高分子膜を使用する場合、レジス
ト膜との間に中間混合層が形成され易く、パタ−ン形成
に悪影響を与える。

【０００４】また、上記のようなプロセス上の問題点以
外にも、基板からの反射を抑制すること自体がレジスト
パタ−ン形成に与える影響がある。上記の様に、基板反
射を抑制しなければ正確なパタ−ンの転写は困難であ
り、反射防止膜を形成することにより、レジストパタ−
ンはマスクに忠実なものとなるものの、極端に基板反射
をなくすとレジストの底部が露光され難くなり、ネガ型
レジストではアンダーカット、ポジ型レジストではテー
パが生じ、解像度が低下するという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、反射防
止膜を使用するレジストプロセスは、特に露光光に遠紫
外線を用い、高透明性レジストで、高反射基板上にレジ
ストパタ−ンを形成する場合、欠かせないプロセスにな
りつつあるが、プロセスの複雑化、エッチング時の寸法
シフトという大きな問題がある。また、反射率の極端な
低下による解像度の低下、パタ−ン形状の劣化も深刻な
課題である。さらに、有機材料のスピンコートによる反
射防止膜は、段差基板上に一様な膜厚で形成することが
困難であるために、レジストパタ−ンの寸法ばらつき、
さらにはエッチング時の寸法シフト量のばらつきが大き
くなるという問題があった。

【０００６】これらの問題を解決するために、簡便なプ
ロセスで、適度な反射率を与える反射防止膜を、段差基
板上に一様に形成し、殆ど寸法シフトを起こさずに除去
することが可能な微細パターン形成方法を完成した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の微細パターン形
成方法は、芳香環あるいは二重結合を含み、遠紫外線を
吸収することが可能である有機化合物を気体状態とし、
半導体基板を前記気体雰囲気中で処理することにより、
前記半導体基板上に有機単分子膜または有機多分子膜か
らなる第１層すなわち反射防止膜を形成する工程と、感
光性樹脂を塗布することにより第２層を形成する工程
と、遠紫外線により露光した後現像処理することにより
レジストパターンを形成する工程とを備えた方法を提供
するものである。

【０００８】そして、望ましくは、反射防止膜を形成す
る化合物がＮ−Ｎ,Ｎ−Ｈ,Ｎ−Ｓｉ,Ｓ−Ｓ,Ｓ−Ｈ結合
の何れかを含み、あるいは分解してこれらの結合を形成
することにより、これらの物質が半導体基板と化学吸着
により結合することを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の微細パタ−ン形成方法は、
分子中に芳香環、あるいは二重結合を含み、遠紫外線を
吸収することが可能であり、かつ水酸基、または、カル
ボキシル基を含みアルカリ水溶液に可溶な有機化合物を
気体状態とし、半導体基板を前記気体雰囲気中で処理す
ることにより、前記半導体基板上に有機単分子膜または
有機多分子膜からなる第１層、すなわち反射防止膜を形
成する工程と、感光性樹脂を塗布した後熱処理を行い、
第２層を形成する工程と、遠紫外線により第２層を露光
する工程と、アルカリ水溶液で現像することにより第２
層にレジストパタ−ンを形成すると同時に第１層の露出
した部分を除去する工程とを備えた方法を提供するもの
である。

【００１０】また、本発明の微細パタ−ン形成方法は、
分子中に芳香環、あるいは二重結合を含み、遠紫外線を
吸収することが可能な有機化合物を気体状態とし、半導
体基板を前記気体雰囲気中で処理することにより、半導
体基板上に有機単分子膜または有機多分子膜からなる第
１層、すなわち反射防止膜を形成する工程と、感光性樹
脂を塗布した後熱処理を行い、第２層を形成する工程
と、遠紫外線により第２層を露光する工程と、アルカリ
水溶液で現像することにより第２層にレジストパタ−ン
を形成する工程と、第２層のレジストパタ−ンをマスク
として、プラズマ、または反応性イオンエッチングによ
り、第１層のエッチングを行う工程とを備えた方法を提
供するものである。

【００１１】さらにまた、本発明の微細パタ−ン形成方
法は、上記第２層のレジストパタ−ンをマスクとして、
プラズマ、または反応性イオンエッチングにより、第１
層のエッチングと同時に基板のエッチングを行うことを
特徴とする方法を提供するものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、前記した微細パターン形成方
法により、均一な膜厚で、適度な反射率を与える反射防
止膜を容易に形成でき、容易に除去できるため、マスク
から基板への、正確で、高精度なパタ−ンの転写を容易
に行うことができる。特に、反射防止膜を構成する分子
は、芳香環、または共役二重結合等の遠紫外線を吸収す
る原子団を含むため、十分に遠紫外線を吸収することが
できる。

【００１３】また、反射防止膜を形成する化合物とし
て、Ｎ−Ｎ,Ｎ−Ｈ,Ｎ−Ｓｉ,Ｓ−Ｓ,Ｓ−Ｈ結合を含む
化合物を用いれば、第１層は基板に一様に吸着し、さら
に続けると、第１層上に次々と堆積する。堆積を続ける
と膜厚が厚くなり、反射率は低下しているので、適当な
膜厚で堆積をやめれば、適度な反射率を与える反射防止
膜を形成することができる。この様にして、均質な薄膜
を形成することにより、基板反射の影響を抑制し、しか
も反射率を下げ過ぎないことが可能になる。

【００１４】また、反射防止膜の除去方法としては、予
め材料中に水酸基、カルボキシル基等のアルカリ水溶液
に対する溶解性を与える置換基を含ませておくことによ
り、現像の際に、同時にアルカリ水溶液に溶解する。ま
た、ドライエッチングによる除去を行う場合も、膜厚が
薄いために容易に除去できると同時に、膜厚が均一であ
るので、寸法シフト、あるいは寸法シフト量のバラツキ
がほとんど発生しない。このことは、反射防止膜のみを
単独で除去する場合も、同時に基板をエッチングする場
合も同様である。

【００１５】

【実施例】まず、本発明の概要を述べる。本発明は、酸
化膜、窒化膜、金属等の基板上に、遠紫外線を用いてパ
タ−ン形成する際に、基板に単分子膜または多分子膜か
らなる反射防止膜を形成し、基板反射を抑制することに
より、上記の様な課題を解決しようとするものである。
ここで、反射防止膜を形成する材料は、薄膜で露光光を
十分吸収できるものでなければならない。そのため、分
子中に芳香環等の共役二重結合を多く含む化合物が望ま
しい。また、単分子膜、または多分子膜を安定して形成
するために、Ｎ−Ｎ，Ｎ−Ｈ、Ｎ−Ｓｉ，Ｓ−Ｓ，Ｓ−
Ｈ結合等を有し、基板に吸着することができる化合物が
望ましい。さらに、化合物は常温で液体であり、容易に
気体となるものでなくてはならない。例えば、（化１）
の様な物質は、上記の性質を合わせ持つ。ここでＲ₁〜
Ｒ₆は、置換基を含んでもよいアルキル基、フェニル基
などであり、Ｒ₁〜Ｒ₆の少なくとも一つは芳香環を含
む。

【００１６】

【化１】

【００１７】また、化合物を気体状態にする手段として
は、加熱、減圧、バブリング等があり、何れの方法を用
いても、また、これらを組み合わせても同様の効果が得
られる。

【００１８】一方、前記のようにして形成した反射防止
膜を取り除く方法としては、現像時に同時に除去する場
合、現像後、反射防止膜をプラズマあるいはＲＩＥによ
り除去する場合、また、プラズマあるいはＲＩＥにより
反射防止膜を除去する際に、基板を同時にドライエッチ
ングする場合がある。

【００１９】現像時に同時に除去する場合、反射防止膜
を構成する化合物は、（化２）の様に、水酸基、あるい
はカルボキシル基を有し、アルカリ可溶性であることが
望ましい。また、アルカリ水溶液との水和力よりも、基
板との結合が弱いものでなければならない。ここでＲ₇
〜Ｒ₁₀は、置換基を含んでもよいアルキル基、フェニル
基などを示す。

【００２０】

【化２】

【００２１】プラズマあるいはＲＩＥにより除去する場
合、反射防止膜の構成には制約はない。プラズマ、ＲＩ
Ｅには、酸素系のガスを用いることにより、基板に影響
を与えずに反射防止膜をエッチングすることが可能であ
る。なお、反射防止膜の膜厚は、数ｎｍ〜数十ｎｍであ
るため、エッチングに要する時間は数十秒で良く、レジ
ストパタ−ンの寸法シフトをほとんど起こさない。ま
た、同時に基板のエッチングを行う場合も、反射防止膜
の膜厚が薄いため、通常基板をドライエッチングする条
件で容易に除去され、レジストパタ−ンの寸法シフトを
起こさない。

【００２２】（実施例１）以下、本発明の一実施例の微
細パターン形成方法について図面を参照しながら説明す
る。図１は、本発明の一実施例に於ける工程断面図であ
る。

【００２３】半導体基板１を（化３）の気体雰囲気２中
で６０秒間処理し（図１（ａ））、厚さ１０ｎｍの反射
防止膜３を得た。反射防止膜を形成した半導体基板の２
４８ｎｍの遠紫外線に対する反射率は、３５％であり、
反射防止膜形成前の反射率が７２％であったので、十分
に基板からの反射を抑制できた。

【００２４】

【化３】

【００２５】その後、１.０μｍのレジスト膜４を形成
し、マスク５を通してＫｒＦエキシマレーザ光６を照射
した後（図１（ｂ））、現像することにより、垂直な形
状のレジストパタ−ンを、段差部のハレーションの影響
を受けずに安定して形成することができた（図１
（ｃ））。

【００２６】以上のように、本実施例によれば、高反射
の半導体基板を反射防止膜形成材料のガス雰囲気中で処
理することにより反射防止膜３が形成でき、この反射防
止膜３で反射を抑制することにより、段差上でも安定し
てレジストパタ−ンを形成することができる。

【００２７】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
の微細パタ−ン形成方法について、図面を参照しながら
説明する。図２は、本発明の第２の実施例における工程
断面図である。

【００２８】半導体基板１を（化４）の気体雰囲気２中
で９０秒間処理し（図２（ａ））、厚さ１５ｎｍの反射
防止膜３を得た。反射防止膜を形成した半導体基板の２
４８ｎｍの遠紫外線に対する反射率は、３０％であり、
反射防止膜形成前の反射率が７６％であったので、十分
に基板からの反射を抑制できた。

【００２９】

【化４】

【００３０】その後、１.０μｍのレジスト膜４を形成
し、マスク５を通してＫｒＦエキシマレーザ光７を照射
した後（図２（ｂ））、ＴＭＡＨ２.３８％の有機アル
カリ水溶液により、１分間の現像処理を行ったところ、
垂直な形状のレジストパタ−ンが形成されると同時に、
反射防止膜も除去することができた。この際、段差部の
ハレーションの影響は観察されなかった（図２
（ｃ））。

【００３１】以上のように、本実施例によれば、高反射
の半導体基板を水酸基を含む反射防止膜形成材料のガス
雰囲気中で処理することにより反射防止膜３が形成で
き、この反射防止膜３で反射を抑制することにより、段
差上でも安定してレジストパタ−ンを形成することがで
き、特別なプロセスを加えることなく、寸法シフトもな
く、反射防止膜を除去することができる。

【００３２】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
の微細パタ−ン形成方法について説明する。

【００３３】実施例１と同様に、反射防止膜３を形成し
た後、レジスト膜４を形成し、露光、現像を行うことに
よりレジストパタ−ンを形成した後、Ｏ₂ガス系ＲＩＥ
により３０秒間の処理を行ったところ、反射防止膜３を
容易に除去することができた。この際レジストパタ−ン
の寸法シフトは殆ど発生しなかった。

【００３４】以上のように、本実施例によれば、ガス雰
囲気中で処理することにより形成した反射防止膜３は、
レジストパタ−ン形成後、Ｏ₂ＲＩＥにより容易に、寸
法シフトを起こさずに除去することができる。

【００３５】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
の微細パタ−ン形成方法について図面を参照しながら説
明する。図３は、本発明の第４の実施例における工程断
面図である。

【００３６】実施例１と同様に、半導体基板１上に反射
防止膜３を形成した後、レジスト膜４を形成し、露光、
現像を行うことによりレジストパタ−ンを形成した後
（図３（ａ））、塩素ガス系ＲＩＥによるドライエッチ
ングを行ったところ、寸法シフトは反射防止膜のない場
合と殆ど変わりなく被エッチング膜７のエッチングを行
うことができ、基板段差によるハレイションの影響のな
いパタ−ンを形成することができた（図３（ｂ））。

【００３７】以上のように、本実施例によれば、ガス雰
囲気中で処理することにより形成した反射防止膜３は、
レジストパタ−ン形成後、通常通りのエッチング処理を
行う際に容易に除去され、寸法シフト等の悪影響を殆ど
与えない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高反射率を持つ段差基板上に、芳香環、あるいは二重結
合を含み、遠紫外線を吸収することができる有機化合物
を用いることにより、反射防止膜を形成でき、段差部の
乱反射による影響を緩和できる。特に、膜形成材料を気
相状態とし、半導体基板に吸着、あるいは堆積させるプ
ロセスを用いるため、従来の樹脂を用いて、スピンコー
トを行う反射防止膜の様に、段差の影響を受けることな
く、均一な膜厚で形成でき、かつ薄膜化も可能である。

【００３９】また、分子中に、Ｎ−Ｎ,Ｎ−Ｈ,Ｎ−Ｓ
ｉ,Ｓ−Ｓ,Ｓ−Ｈ結合の何れかを含むことにより、分子
が基板に化学吸着を起こすことにより、より安定して反
射防止膜を形成することができる。さらにまた、反射率
は膜厚により容易に制御することが可能である。従っ
て、適当な反射率を与える反射防止膜を安定して形成す
ることが可能であるため、反射率を低減し過ぎることに
よるレジストパタ−ンの形状劣化、解像度の低下を防ぐ
ことができる。

【００４０】さらに、膜厚が均一であるため基板反射
率、エッチング時の寸法シフト量にもばらつきがなく、
安定して、レジストパタ−ン、あるいはエッチング後の
パタ−ンの形成が可能となる。また、薄膜であるため
に、除去時の寸法シフトが殆ど問題にならない。またこ
の反射膜形成の工程は、従来レジストコート前に行って
いるＨＭＤＳ（へキサメチルジシラザン）の気相処理と
殆ど同じであり、非常に容易に行うことができ、さら
に、反射防止膜形成材料中に水酸基、カルボキシル基等
の水素結合可能な基を含ませることにより、現像液であ
る有機アルカリ水溶液に対し可溶となり、現像と同時に
除去を行うことが可能となるため、特別なプロセスを必
要としない。また、ドライエッチングにより除去を行う
場合も、容易に行うことができ、さらに同時に基板のエ
ッチングを行えば通常通りにエッチングが可能であるた
め、特別な除去工程を行う必要がない。従って、本発明
を用いることにより、反射防止膜を用いた、高反射基板
への遠紫外線による微細パタ−ン形成に有効に作用す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における微細パターン形
成方法の工程断面図

【図２】本発明の第２の実施例における微細パターン形
成方法の工程断面図

【図３】本発明の第４の実施例における微細パターン形
成方法の工程断面図

【図４】従来の微細パタ−ン形成方法の工程断面図

【符号の説明】

１ 半導体シリコン基板 ２ 反射防止膜材料ガス ３ 反射防止膜 ４ レジスト ５ マスク ６ 遠紫外線 ７ 被エッチング膜 ８ 従来の反射防止膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芳香環、あるいは二重結合を含み、遠紫外
   線を吸収することが可能な有機化合物を気体状態とし、
   半導体基板を前記気体雰囲気中で処理することにより、
   前記半導体基板上に有機単分子膜または有機多分子膜か
   らなる第１層を形成する工程と、 感光性樹脂を塗布した後熱処理することにより第２層を
   形成する工程と、 遠紫外線により露光した後、現像処理することによりレ
   ジストパターンを形成する工程とを備えた微細パターン
   形成方法。
2. 【請求項２】第１層を構成する有機化合物が、Ｎ−Ｎ,
   Ｎ−Ｈ,Ｎ−Ｓｉ,Ｓ−Ｓ,Ｓ−Ｈ結合の何れかを含み、
   あるいは分解してこれらの基を発生することにより、単
   分子膜、または多分子膜の最下層が半導体基板と化学吸
   着により結合することを特徴とする請求項１記載の微細
   パタ−ン形成方法。
3. 【請求項３】分子中に芳香環、あるいは二重結合を含
   み、遠紫外線を吸収することが可能であり、かつ水酸
   基、または、カルボキシル基を含みアルカリ水溶液に可
   溶な有機化合物を気体状態とし、半導体基板を前記気体
   雰囲気中で処理することにより、前記半導体基板上に有
   機単分子膜または有機多分子膜からなる第１層を形成す
   る工程と、 感光性樹脂を塗布した後熱処理を行い、第２層を形成す
   る工程と、 遠紫外線により第２層を露光する工程と、 アルカリ水溶液で現像することにより第２層にレジスト
   パタ−ンを形成すると同時に第１層の露出した部分を除
   去する工程とを備えた微細パタ−ン形成方法。
4. 【請求項４】分子中に芳香環、あるいは二重結合を含
   み、遠紫外線を吸収することが可能な有機化合物を気体
   状態とし、半導体基板を前記気体雰囲気中で処理するこ
   とにより、前記半導体基板上に有機単分子膜または有機
   多分子膜からなる第１層を形成する工程と、 感光性樹脂を塗布した後熱処理を行い、第２層を形成す
   る工程と、 遠紫外線により第２層を露光する工程と、 アルカリ水溶液で現像することにより第２層にレジスト
   パタ−ンを形成する工程と、 第２層をマスクとして、プラズマ、または反応性イオン
   エッチングにより、第１層のエッチングを行う工程とを
   備えた微細パタ−ン形成方法。
5. 【請求項５】第１層のエッチングと同時に基板のエッチ
   ングを行うことを特徴とする請求項４記載の微細パタ−
   ン形成方法。