JP2003338452A - パターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
ンダーカットが発生しないようにして、パターン形状の
向上を図る。 【解決手段】 基板10の上に、表面にラフネスを有す
る低誘電率絶縁膜11を形成した後、低誘電率絶縁膜1
1に対して、チャンバー12の内部で二酸化炭素の超臨
界流体14により表面処理を行なって、低誘電率絶縁膜
11の表面を平滑化する。表面が平滑化された低誘電率
絶縁膜11の上に化学増幅型レジストを塗布してレジス
ト膜16を形成した後、該レジスト膜16に対してパタ
ーン露光を行なう。パターン露光されたレジスト膜16
に対して、現像、リンス及び乾燥を行なって、レジスト
パターン19を形成する。
Description
置の製造プロセス等に用いられるパターン形成方法に関
するものである。
おいては、半導体集積回路の大集積化に伴って、リソグ
ラフィ技術による形成されるレジストパターンのサイズ
(パターン幅)の一層の微細化が図られており、これに
伴い、レジストパターンのアスペクト比は著しく増加し
ている。
縁膜の比誘電率を一層低くすることが求められており、
通常用いられているシリコン酸化膜よりも比誘電率が低
い低誘電率絶縁膜、例えば空孔を有する絶縁膜又は有機
材料を含む絶縁膜の使用が提唱されている。
図6(a) 〜(d) を参照しながら説明する。
スト材料を準備する。
よりなる有機ポリマー(例えば、日立化成社製:SiL
K(比誘電率:2.65))を堆積して低誘電率絶縁膜
2を形成した後、上記の組成を有する化学増幅型レジス
トを塗布し、その後、基板1をホットプレート(図示は
省略している)により90℃の温度下で60秒間加熱し
て、0.4μmの厚さを持つレジスト膜3を形成する。
3に対して、所望のパターンを有するフォトマスク4を
介してArFエキシマレーザ5を照射してパターン露光
を行なう。
ットプレート(図示は省略している)により105℃の
温度下で90秒間加熱することにより、レジスト膜3に
対して露光後加熱(PEB)を行なう。このようにする
と、レジスト膜3の露光部3aは、酸発生剤から酸が発
生するのでアルカリ性現像液に対して可溶性に変化する
一方、レジスト膜3の未露光部3bは、酸発生剤から酸
が発生しないのでアルカリ性現像液に対して難溶性のま
まである。
対して、2.38wt%のテトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド水溶液よりなるアルカリ性現像液によ
り60秒間の現像を行なった後、純水で60秒間のリン
スを行ない、その後、パターン露光されたレジスト膜3
を乾燥させると、図6(d) に示すように、レジスト膜3
の未露光部3bからなり0.11μmのパターン幅を有
するレジストパターン6が得られる。
示すように、レジストパターン6の断面形状は裾引き状
態になり、パターン形状は不良であった。
ーン6を形成する場合であったが、ネガ型のレジストパ
ターンを形成する場合には、レジストパターンの断面形
状はアンダーカット状態になり、やはりパターン形状は
不良であった。
あるレジストパターンをマスクにエッチングを行なう
と、得られる被処理膜のパターンの形状も不良になるの
で、半導体素子の歩留まりが低下してしまうという問題
がある。
のパターン形状を良好にすることを目的とする。
め、本件発明者らは、レジストパターンの形状が不良に
なる原因について種々の検討を加えた結果、被処理膜が
空孔を有している場合又は被処理膜が有機材料を含む場
合に、レジストパターンの形状が不良になることを見出
した。
被処理膜の上に形成されるレジストパターンの断面形状
が不良になる理由について検討した結果、以下の現象を
見出した。すなわち、低誘電率絶縁膜、例えば空孔を有
するポーラス膜又は有機材料を含むために表面にラフネ
スを有する有機膜の上に形成された化学増幅型レジスト
材料よりなるレジスト膜に対してパターン露光を行なう
と、レジスト膜の露光部から発生する酸が、被処理膜の
空孔又はラフネスの凹部に取り込まれるため、レジスト
膜の露光部の底部において、酸の量が不足するので酸の
触媒反応が十分に行なわれない。このため、ポジ型レジ
スト膜の露光部の底部では現像液に対する可溶化が損な
われ、またネガ型のレジスト膜の露光部の底部では現像
液に対する不溶化が損なわれる結果、ポジ型のレジスト
パターンでは裾引きが発生し、またネガ型のレジストパ
ターンではアンダーカットが発生するのである。
酸が、被処理膜の空孔又は凹部に取り込まれないように
するための方策について検討した結果、被処理膜を超臨
界流体中で処理すると、被処理膜の表面が平滑化される
ため、つまり被処理膜の空孔又は凹部が低減するため、
被処理膜に取り込まれる酸の量が低減することを見出し
た。
たものであって、具体的には、本発明に係るパターン形
成方法は、空孔を有するか又は有機材料を含む被処理膜
を超臨界流体中で処理して被処理膜の表面を平滑化する
工程と、平滑化された被処理膜の上に化学増幅型レジス
トよりなるレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に
対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう
工程と、パターン露光されたレジスト膜を現像してレジ
ストパターンを形成する工程とを備えている。
内部に形成されていてもよいし、被処理膜の表面に形成
されていてもよい。
空孔を有するか又は有機材料を含む被処理膜を超臨界流
体中で処理して被処理膜の表面を平滑化しておいてか
ら、つまり被処理膜の表面の空孔又は凹部を低減してお
いてから、被処理膜の上に化学増幅型レジストよりなる
レジスト膜を形成するため、レジスト膜の露光部におい
て発生する酸が被処理膜の空孔又は凹部に取り込まれ難
くなる。このため、レジスト膜の露光部の底部における
酸の触媒反応が低減しないので、ポジ型のレジストパタ
ーンにおける裾引き現象及びネガ型のレジストパターン
におけるアンダーカット現象を抑制することができ、良
好な断面形状を有するレジストパターンを形成すること
ができる。
化学増幅型レジストは、ベースポリマーにエステル基よ
りなる酸脱離基を含んでいることが好ましい。
るので、レジスト膜のパターン形状が良好になる。
t−ブチルオキシカルボニル基又はアダマンチル基であ
ることが好ましい。
化学増幅型レジストは、イミド化合物よりなる酸発生剤
を含んでいることが好ましい。
オンとカチオンとが生成されたときに、これらのアニオ
ンとカチオンとが互いに接近する特性を有しているた
め、発生する酸の見かけ上のサイズが、他の酸発生剤か
ら生成される酸のサイズよりも大きい。このため、イミ
ド化合物より生成される酸は、被処理膜の表面の空孔又
は凹部に捕捉されにくいので、失活し難い。
ノトシレート、ナフタレンイミノトシレート、ベンゼン
イミノトリフレート、ナフタレンイミノトリフレート又
はフタルイミノトリフレートであることが好ましい。
被処理膜を超臨界流体中で処理する工程は、臨界温度未
満且つ臨界圧力以上に保たれることにより亜臨界状態に
ある超臨界流体中において被処理膜の表面を平滑化した
後、亜臨界状態にある超臨界流体を加熱して超臨界状態
の超臨界流体に変化させ、その後、超臨界状態の超臨界
流体を減圧して通常状態の流体に戻す工程を含むことが
好ましい。
界流体つまり高密度の超臨界流体と置換すると、被処理
膜の表面の凸部を構成する材料は亜臨界状態の超臨界流
体と速やかに置換して、被処理膜の表面から離脱するの
で、被処理膜の表面は速やかに平滑化される。
た亜臨界状態の超臨界流体は、加熱により超臨界状態の
超臨界流体に変化した後、減圧により通常状態の流体に
戻されるため、液体状態の超臨界流体と気体状態の超臨
界流体とが混在する状態が存在しないので、被処理膜に
対する表面処理は効率良く行なわれる。
被処理膜を超臨界流体中で処理する工程は、臨界温度以
上且つ臨界圧力以上に保たれることにより超臨界状態に
ある超臨界流体中において被処理膜の表面を平滑化する
工程を含むことが好ましい。
に平滑化することができる。
超臨界流体は、二酸化炭素の超臨界流体であることが好
ましい。
確実に得ることができる。
超臨界流体は、フローしていることが好ましい。
超臨界流体中に溶解しており、超臨界流体の表面を構成
していた材料は、フローしている超臨界流体と共に外部
に排出されるため、被処理膜の表面は効率良く平滑化さ
れる。
の第1の実施形態に係るパターン形成方法について、図
1(a) 〜(c) 及び図2(a) 、(b) を参照しながら説明す
る。
芳香族炭化水素よりなる有機ポリマー(例えば、日立化
成社製:SiLK(比誘電率:2.65))を堆積し
て、被処理膜としての低誘電率絶縁膜11を形成する。
このようにすると、低誘電率絶縁膜11は有機ポリマー
よりなるため、低誘電率絶縁膜11の表面にはラフネス
が存在する。
12の内部に移送した後、該チャンバー12の内部に、
30分間に亘って、二酸化炭素(CO2 )の超臨界流
体(40℃の温度及び80気圧に保たれることにより超
臨界状態である。)を貯留しているボンベ13から超臨
界流体14を供給すると共に、チャンバー12内の超臨
界流体14を排出ポンプ15により外部に排出する。
尚、二酸化炭素の臨界温度は31.0℃であると共に、
二酸化炭素の臨界圧力は72.9気圧である。
表面に存在するラフネスの凸部を構成する材料は、超臨
界流体14と置換された後、超臨界流体14と共にチャ
ンバー12の外部に排出されるので、低誘電率絶縁膜1
1の表面のラフネスは低減し、その結果として、低誘電
率絶縁膜11の表面に存在する凹部は低減する。
膜11をチャンバー12の外部に移送する。
幅型レジスト材料を準備する。
化された低誘電率絶縁膜11の上に、上記の組成を有す
る化学増幅型レジストを塗布し、その後、基板10をホ
ットプレート(図示は省略している)により90℃の温
度下で60秒間加熱して、0.4μmの厚さを持つレジ
スト膜16を形成する。
16に対して、所望のパターンを有するフォトマスク1
7を介して、開口数:NAが0.60であるArFエキ
シマレーザ露光装置から出射されたArFエキシマレー
ザ18を照射してパターン露光を行なう。
ホットプレート(図示は省略している)により105℃
の温度下で90秒間加熱することにより、レジスト膜1
6に対して露光後加熱(PEB)を行なう。このように
すると、レジスト膜16の露光部16aは、酸発生剤か
ら酸が発生するのでアルカリ性現像液に対して可溶性に
変化する一方、レジスト膜16の未露光部16bは、酸
発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対し
て難溶性のままである。
の下に形成されている低誘電率絶縁膜11の表面の凹部
は低減しているため、レジスト膜16の露光部16aに
発生した酸は、低誘電率絶縁膜11の表面の凹部に捕捉
され難いので、レジスト膜16の露光部16aにおいて
酸の触媒反応が良好に行なわれる。
に対して、2.38wt%のテトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイド水溶液よりなるアルカリ性現像液に
より60秒間の現像を行なった後、純水で60秒間のリ
ンスを行ない、その後、パターン露光されたレジスト膜
16を乾燥させると、図2(b) に示すように、レジスト
膜16の未露光部16bからなり、0.11μmのパタ
ーン幅を有するレジストパターン19が得られる。
において酸の触媒反応が良好に行なわれるため、レジス
ト膜16の未露光部16bからなり、裾引きがなくて矩
形状断面を有する良好なレジストパターン19を得るこ
とができる。
態の二酸化炭素の超臨界流体中において、低誘電率絶縁
膜11に対する表面処理を行なったが、これに代えて、
亜臨界状態の二酸化炭素の超臨界流体中において表面処
理を行なってもよい。以下、この方法について図5を参
照しながら説明する。
ば28℃で且つ超臨界圧力(Pc)以上の圧力例えば8
0気圧に保たれることにより亜臨界状態である二酸化炭
素の超臨界流体中に低誘電率絶縁膜11を40秒間保持
して、低誘電率絶縁膜11の表面のラフネスの凸部を構
成する材料を亜臨界状態である二酸化炭素の超臨界流体
と置換する。このようにすると、凸部を構成する材料
は、亜臨界状態であるため高密度である超臨界流体と効
率良く置換するため、低誘電率絶縁膜11の表面の凹部
は速やかに低減する。
界流体を、超臨界圧力(Pc)以上の圧力に保ったま
ま、超臨界温度(Tc)以上の温度例えば40℃に加熱
して、亜臨界状態の超臨界流体を超臨界状態の超臨界流
体に変化させた後、超臨界温度(Tc)以上の温度に保
ったまま、圧力を超臨界圧力(Pc)以上から常圧に戻
して、超臨界状態の超臨界流体を亜臨界状態の超臨界流
体に変化させ、その後、温度を超臨界温度(Tc)から
常温に戻して、亜臨界状態の超臨界流体を通常の流体に
変える。
体状態の超臨界流体と気体状態の超臨界流体とが混在す
る状態が存在しないため、低誘電率絶縁膜11に対する
表面処理が良好に行なわれる。
実施形態の変形例に係るパターン形成方法について説明
する。該変形例は、第1の実施形態と比べて、化学増幅
型レジスト材料が異なるのみであるから、ここでは、化
学増幅型レジスト材料についてのみ説明する。すなわ
ち、化学増幅型レジスト材料として、以下の組成を有す
るものを用いる。
ては、ベースポリマーは、エステル基よりなる酸脱離基
として、アダマンチル基を有しているが、これに代え
て、t−ブチル基又はt−ブチルオキシカルボニル基を
有していてもよい。
いては、イミド化合物よりなる酸発生剤として、ナフタ
レンイミノトシレートを有しているが、これに代えて、
ベンゼンイミノトシレート、ベンゼンイミノトリフレー
ト、ナフタレンイミノトリフレート又はフタルイミノト
リフレートを有していてもよい。
酸脱離基と、イミド化合物よりなる酸発生剤とを同時に
用いたが、これらのうちのいずれか一方のみを用いても
よく、この場合でも同様の良好な効果が得られる。
実施形態に係るパターン形成方法について、図3(a) 〜
(c) 及び図4(a) 、(b) を参照しながら説明する。
されたシロキサン(比誘電率:2.5)を堆積して、被
処理膜としての低誘電率絶縁膜21を形成する。このよ
うにすると、低誘電率絶縁膜21は炭素含有シロキサン
よりなるため、低誘電率絶縁膜21の表面にはラフネス
が存在する。
22の内部に移送した後、該チャンバー22の内部にお
いて、二酸化炭素(CO2 )の超臨界流体(20℃の温
度及び80気圧に保たれることにより亜臨界状態であ
る。)23により30分間の表面平滑化処理を行なう。
において、低誘電率絶縁膜21の表面におけるラフネス
の凸部を構成する材料は、亜臨界状態であるために高密
度である超臨界流体と効率良く置換されるので、低誘電
率絶縁膜21の表面の凹部は速やかに低減する。その
後、表面が平滑化された低誘電率絶縁膜21をチャンバ
ー22の外部に移送する。
幅型レジスト材料を準備する。
化された低誘電率絶縁膜21の上に、上記の組成を有す
る化学増幅型レジストを塗布し、その後、基板20をホ
ットプレート(図示は省略している)により100℃の
温度下で90秒間加熱して、0.4μmの厚さを持つレ
ジスト膜24を形成する。
24に対して、所望のパターンを有するフォトマスク2
5を介して、開口数:NAが0.68であるKrFエキ
シマレーザ露光装置から出射されたKrFエキシマレー
ザ26を照射してパターン露光を行なう。
ホットプレート(図示は省略している)により120℃
の温度下で90秒間加熱することにより、レジスト膜2
4に対して露光後加熱(PEB)を行なう。このように
すると、レジスト膜24の露光部24aは、酸発生剤か
ら酸が発生するのでアルカリ性現像液に対して難溶性に
変化する一方、レジスト膜24の未露光部24bは、酸
発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対し
て可溶性のままである。
の下に形成されている低誘電率絶縁膜21の表面の凹部
は低減しているため、レジスト膜24の露光部24aに
発生した酸は、低誘電率絶縁膜21の表面の凹部に捕捉
され難いので、レジスト膜24の露光部24aにおいて
酸の触媒反応が良好に行なわれる。
に対して、2.38wt%のテトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイド水溶液よりなるアルカリ性現像液に
より60秒間の現像を行なった後、純水で60秒間のリ
ンスを行ない、その後、パターン露光されたレジスト膜
24を乾燥させると、図4(b) に示すように、レジスト
膜24の露光部24aからなり、0.12μmのパター
ン幅を有するレジストパターン27が得られる。
において酸の触媒反応が良好に行なわれるため、レジス
ト膜24の未露光部24bからなり、アンダーカットの
ない矩形状断面を有する良好なレジストパターン27を
得ることができる。
ば低温の方が密度は大きくなる。従って、第2の実施形
態のように、20℃の温度及び80気圧に保たれること
により亜臨界状態である二酸化炭素の超臨界流体中にお
いて表面処理を行なうと、低誘電率絶縁膜21の表面ラ
フネスの凸部を構成する材料は亜臨界状態の超臨界流体
23と効率良く置換するため、低誘電率絶縁膜21の表
面処理は速やかに行なわれる。
(Tc)未満の温度で且つ超臨界圧力(Pc)以上の圧
力に保たれることにより亜臨界状態である二酸化炭素の
超臨界流体を、超臨界圧力(Pc)以上の圧力に保った
まま、超臨界温度(Tc)以上の温度に加熱して、亜臨
界状態の超臨界流体を超臨界状態の超臨界流体に変化さ
せた後、超臨界温度(Tc)以上の温度に保ったまま、
圧力を超臨界圧力(Pc)以上から常圧に戻して、超臨
界状態の超臨界流体を亜臨界状態の超臨界流体に変化さ
せ、その後、温度を超臨界温度(Tc)から常温に戻し
て、亜臨界状態の超臨界流体を通常の流体に変えること
が好ましい。
体状態の超臨界流体と気体状態の超臨界流体とが混在す
る状態が存在しないため、低誘電率絶縁膜21に対する
表面処理は効率良く行なわれる。
超臨界流体として、二酸化炭素を単独で用いたが、これ
に代えて、二酸化炭素に、エントレーナとして、アルコ
ール、炭化水素、エーテル又はカルボン酸などの有機溶
剤を少量添加してもよい。このようにすると、アルコー
ルと超臨界流体との置換が促進される。
は、二酸化炭素の超臨界流体(臨界温度:31.0℃、
臨界圧力:72.9気圧)を用いたが、これに代えて、
水(H 2O )の超臨界流体(臨界温度:374.2℃、
臨界圧力:218.3気圧)、又はアンモニア(N
H3 )の超臨界流体(臨界温度:132.3℃、臨界圧
力:111.3気圧)を用いてもよい。もっとも、二酸
化炭素は、臨界温度及び臨界圧力が他の流体に比べて低
いので、超臨界状態にすることが容易である。
と、表面の空孔又は凹部が低減された被処理膜の上に化
学増幅型レジストよりなるレジスト膜を形成するため、
レジスト膜の露光部において発生する酸が被処理膜の空
孔又は凹部に取り込まれ難くなるので、ポジ型のレジス
トパターンにおける裾引き現象及びネガ型のレジストパ
ターンにおけるアンダーカット現象を抑制することがで
き、良好な断面形状を有するレジストパターンを形成す
ることができる。
ン形成方法の各工程を示す断面図である。
ン形成方法の各工程を示す断面図である。
ン形成方法の各工程を示す断面図である。
ン形成方法の各工程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 空孔を有するか又は有機材料を含む被処
理膜を超臨界流体中で処理して、前記被処理膜の表面を
平滑化する工程と、 平滑化された前記被処理膜の上に化学増幅型レジストよ
りなるレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパタ
ーン露光を行なう工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像してレジスト
パターンを形成する工程とを備えていることを特徴とす
るパターン形成方法。 - 【請求項2】 前記化学増幅型レジストは、ベースポリ
マーにエステル基よりなる酸脱離基を含んでいることを
特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。 - 【請求項3】 前記エステル基は、t−ブチル基、t−
ブチルオキシカルボニル基又はアダマンチル基であるこ
とを特徴とする請求項2に記載のパターン形成方法。 - 【請求項4】 前記化学増幅型レジストは、イミド化合
物よりなる酸発生剤を含んでい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。 - 【請求項5】 前記イミド化合物は、ベンゼンイミノト
シレート、ナフタレンイミノトシレート、ベンゼンイミ
ノトリフレート、ナフタレンイミノトリフレート又はフ
タルイミノトリフレート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。 - 【請求項6】 前記被処理膜を超臨界流体中で処理する
工程は、臨界温度未満且つ臨界圧力以上に保たれること
により亜臨界状態にある前記超臨界流体中において前記
被処理膜の表面を平滑化した後、亜臨界状態にある前記
超臨界流体を加熱して超臨界状態の前記超臨界流体に変
化させ、その後、超臨界状態の前記超臨界流体を減圧し
て通常状態の流体に戻す工程を含むことを特徴とする請
求項1に記載のパターン形成方法。 - 【請求項7】 前記被処理膜を超臨界流体中で処理する
工程は、臨界温度以上且つ臨界圧力以上に保たれること
により超臨界状態にある前記超臨界流体中において前記
被処理膜の表面を平滑化する工程を含むことを特徴とす
る請求項1に記載のパターン形成方法。 - 【請求項8】 前記超臨界流体は、二酸化炭素の超臨界
流体であることを特徴とする請求項1、6又は7に記載
のパターン形成方法。 - 【請求項9】 前記超臨界流体は、フローしていること
を特徴とする請求項1、6又は7に記載のパターン形成
方法。
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