JP2004273940A - Method and device for pattern formation - Google Patents

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重夫 入江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern formation method and a pattern formation device which can form a desired pattern in a processing substrate by using F<SB>2</SB>laser beam. <P>SOLUTION: The method has a process for forming a reflection preventing film on a processing substrate, a process for forming a resist film on the reflection preventing film, a process for forming a resist pattern latent image by irradiating the resist film with exposure light via a prescribed mask, a process for forming a resist pattern by developing the resist film, a process for forming a reflection preventing film pattern by etching the reflection preventing film by using the resist pattern as a mask, a process for hardening the reflection preventing film pattern and a process for etching the processing substrate by using the reflection preventing film pattern as a mask after hardening treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン形成方法およびパターン形成装置に関し、より詳しくは、Fレーザを光源とする露光機を用いたパターン形成方法およびパターン形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【0003】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望のレジストパターンを形成する工程、および、このレジストパターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【0004】
このようなフォトリソグラフィ技術を用いて、微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するに際しては、微細なレジストパターンを形成することが必要となる。
【0005】
レジストパターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。
【0006】
従来、例えば64Mビットまでの集積度のDRAM(Dynamic Random Access Memory)の製造には、高圧水銀灯のi線(波長:365nm)が光源として使用されてきた。近年では、256メガビットDRAMの量産プロセスには、KrF(フッ化クリプトン)エキシマレーザ(波長:248nm)を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、1ギガビット以上の集積度を持つDRAMの製造には、ArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザ(波長:193nm)の実用化が検討されている。さらに、100nm以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いF(フッ素)レーザ(波長:157nm)を露光光源として用いることが考えられている。
【0007】
しかしながら、上記のレジストパターン潜像を形成する工程においては、従来より次のような問題があった。
【0008】
その1つは、レジスト膜に露光光を照射した場合、レジスト膜内部に光の多重干渉による定在波が発生し、これによりレジスト膜の膜厚方向に露光ムラが生じるというものである。このような露光ムラは、レジストパターンの形状劣化を引き起こし、パターン解像度の低下を招く。
【0009】
2つ目は、被加工基板に段差がある場合の露光光の反射の問題である。レジスト膜に露光光を照射すると、露光光はレジスト膜中を進んで行き、下地の非加工基板との界面で反射する。このとき、被加工基板の表面が水平である場合には、光は入射方向と反対の方向に反射する。一方、被加工基板の表面に段差があり、露光光がこの段差部で反射する場合には、光は段差部の傾斜角に対応して種々の方向に反射する。これにより、反射光が本来露光しない領域(マスクで遮蔽された領域)にも進入してその部分のレジスト膜を露光してしまい、所望のレジストパターンを形成することができなくなる。
【0010】
このような問題を解消するために、従来より、被加工基板とレジスト膜との間に反射防止膜を介在させる方法(Bottom Anti Reflective Coating Method,以下、BARC法という。)が用いられている。この方法によれば、レジスト膜を透過した露光光は、反射防止膜に吸収されて界面で反射しないようになる。
【0011】
図11〜図12を用いて、BARC法によるフォリソグラフィ工程について説明する。
【0012】
まず、半導体基板60の上に形成された被加工膜61上に、反射防止膜62を形成する(図11(a))。次に、反射防止膜62の上にレジスト膜63を形成し(図11(b))、マスク64を介して露光光65を照射する(図11(c))。続いて、現像処理を行い、レジストパターン66を形成する(図12(a))。その後、レジストパターン66をマスクとして、反射防止膜62をドライエッチングし、反射防止膜パターン67を形成する(図12(b))。さらに、レジストパターン66をマスクとして被加工膜61をドライエッチングして、所望の被加工膜パターン68を形成する(図12(c))。最後に、レジストパターン66および反射防止膜パターン67を除去して、図12(d)の構造とする。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、BARC法により、Fレーザを露光光源としてレジスト膜を露光する場合には次のような問題がある。
【0014】
レーザの発振波長は157nmと短波長であるために、レジスト膜には、このような短波長の光を透過する高い透明性が必要とされる。しかしながら、従来、Fレーザに対応するレジスト膜はなかった。そこで、KrFエキシマレーザまたはArFエキシマレーザに対応するレジスト膜を用い、これにFレーザ光を照射すると、波長157nmの光に対するレジスト膜の透過率が低いために露光光がレジスト膜の底部まで十分に到達せず、所望のレジストパターンを形成することができないという問題があった。
【0015】
この場合、レジスト膜の膜厚を小さくすると露光光をレジスト膜の底部まで到達させることが可能となる。しかし、このように薄いレジストパターンをマスクとして反射防止膜および被加工基板のエッチング処理を行うと、これらのパターニングが終了する前に、レジストパターンがエッチングによって消失してしまうという問題があった。さらに、反射防止膜の膜厚を小さくしてレジストパターンの消失を防ごうとすると、露光光の反射が大きくなり反射防止膜としての機能が果たせなくなるという問題もあった。
【0016】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、従来使用されてきたレジストを用いて、Fレーザを光源とする露光機により、被加工基板に所望のパターンを形成することのできるパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することにある。
【0017】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンに硬化処理を施す工程と、硬化処理後の反射防止膜パターンをマスクとして被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とする。硬化処理は、加熱処理または紫外線照射処理とすることができる。また、加熱と紫外線照射とが同じに行われる処理とすることもできる。さらに、硬化処理は、電子線照射処理とすることもできる。
【0019】
また、本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の表面にホウ素、ヒ素およびゲルマニウムよりなる群から選ばれるいずれか1の原子を導入する工程と、原子が導入された反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンをマスクとして被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とする。反射防止膜への原子の導入は、イオン注入法を用いて行うことができる。また、導入する原子のプラズマ中に反射防止膜を曝すことによっても行うことができる。
【0020】
本発明のパターン形成方法においては、反射防止膜をノボラック系樹脂組成物から形成することができる。また、露光光は波長157nmのFレーザ光とすることができる。さらに、レジスト膜は、KrFレジスト膜またはArFレジスト膜とすることができる。
【0021】
本発明のパターン形成方法においては、被加工基板はタングステン膜を有し、このタングステン膜上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜をエッチングすることができる。
【0022】
また、本発明のパターン形成方法においては、被加工基板はタングステン膜およびこのタングステン膜の上に形成された無機膜を有し、この無機膜の上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとして無機膜をエッチングすることができる。
【0023】
本発明のパターン形成装置は、被加工基板上に形成された反射防止膜をエッチングして反射防止膜パターンを形成するドライエッチング部と、この反射防止膜パターンに紫外線照射を行う紫外線照射部と、ドライエッチング部と紫外線照射部との間で被加工基板を搬送する搬送手段とを有することを特徴とする。紫外線照射部はさらに熱を発生するものとすることができる。また、ドライエッチング部と紫外線照射部とを、同一の真空チャンバ内に配置することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1〜図4を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法およびパターン形成装置について説明する。
【0025】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図1(a)に示すように、半導体基材1上に、化学気相成長法(Chemical Vaper Deposition,以下、CVDという。)などによってタングステン(W)膜2を形成する。タングステン膜2は、例えば、70nmのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【0026】
半導体基材1としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン(SiO)膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【0027】
半導体基材1上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)またはチタン(Ti)などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【0028】
次に、図1(b)に示すように、タングステン膜2の上に反射防止膜3を形成する。本実施の形態においては、屈折率nが1.60≦n≦1.90であり、消衰係数kが0.12≦kの反射防止膜であることが好ましい。また、10nm以上で200nm以下の膜厚であることが好ましい。
【0029】
また、本実施の形態における反射防止膜3は、有機材料を主成分とするものが好ましく用いられる。有機材料は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂および電子線硬化性樹脂のいずれであってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、ラジカル重合を利用して硬化するものであってもよいし、光により発生した酸により硬化するものであってもよい。
【0030】
次に、図1(c)に示すように、反射防止膜3の上にレジスト膜4を形成する。レジスト膜4の形成は、例えばスピンコート法などを用いて行うことができる。また、レジスト膜4の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【0031】
本発明において使用されるレジスト膜は、ポジ型のレジスト膜であってもよいし、ネガ型のレジスト膜であってもよい。また、光によって反応するレジスト膜であってもよいし、電子線によって反応するレジスト膜であってもよい。例えば、KrFエキシマレーザ用レジスト(KrFレジストともいう。以下、同じ。)として使用される、ポリヒドロキシスチレンなどのポリビニルフェノール系のレジストや、ArFエキシマレーザ用レジスト(ArFレジストともいう。以下、同じ。)として使用される、ポリメチルメタクリル酸などのポリアクリル酸系のレジストを使用することができる。
【0032】
次に、図2(a)に示すように、所定のマスク5を介してレジスト膜4に露光光6を照射する。露光装置としては、例えば、Fレーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスク5は、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【0033】
この露光は、レジスト膜4に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜4に露光光を照射することによって、図2(a)に示すように、レジスト膜4内に露光部41と未露光部42とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【0034】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【0035】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【0036】
例えば、ポジ型のレジスト膜を用いた場合、露光部41ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部42ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部41のみが現像液に溶解して除去される結果、図2(b)に示すようなレジストパターン7が形成される。
【0037】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【0038】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【0039】
次に、レジストパターン7をマスクとして反射防止膜3をドライエッチングして、図2(c)に示すような反射防止膜パターン8を形成する。この際、反射防止膜3のエッチングが進行してタングステン膜2が露出すると略同時に、レジストパターン7がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。
【0040】
本実施の形態では、図3(a)に示すように、反射防止膜のエッチング終了後、形成された反射防止膜パターン8に紫外線9を照射することを特徴としている。反射防止膜の種類に応じて、紫外線照射でなく電子線照射を行ってもよいし、あるいは加熱処理を行ってもよい。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
【0041】
このような処理を行うことにより、反射防止膜を形成する樹脂の硬化を進行させ、後工程でのドライエッチングに対する耐性を向上させることができる。具体的には、反射防止膜のエッチングレートが、下地のタングステン膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【0042】
例えば、反射防止膜の形成材料として熱硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜パターンに加熱処理を行う。加熱処理の条件は、樹脂の硬化反応が起こるような温度および時間とする。
【0043】
また、反射防止膜の形成材料として光硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜パターンに紫外線照射を行う。照射する光の波長および照射量は、樹脂の硬化が起こるような条件とする。
【0044】
さらに、反射防止膜の形成材料として電子線硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜に適当なエネルギーの電子線を照射する。
【0045】
以上のような処理を反射防止膜に行うことにより、反射防止膜を形成している樹脂の架橋密度が高まるなどして、ドライエッチング耐性を高めることができる。尚、反射防止膜の種類によって、例えば、加熱と紫外線照射とが同時に行われるようにしてもよい。
【0046】
本実施の形態においては、硬化による体積収縮の大きい材料を用いて形成された反射防止膜は、加熱または紫外線若しくは電子線の照射後のパターン寸法の変動が大きくなることから好ましくない。したがって、硬化による体積収縮の小さい樹脂組成物により形成された反射防止膜を用いることが好ましい。
【0047】
例えば、加熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を用いて形成した反射防止膜であれば、加熱処理後のパターンのシュリンク(寸法縮小)がほとんどないので、露光後のパターンサイズを維持することが可能である。
【0048】
次に、反射防止膜パターン8をマスクとしてタングステン膜2をドライエッチングして、図3(b)に示すようなタングステン膜パターン10を形成する。
【0049】
このように、本実施の形態においては、レジストパターンではなく反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜のエッチングを行う。これは、反射防止膜パターンの硬化反応を進めて耐エッチング性を向上させたことにより、反射防止膜パターンがタングステン膜エッチングの際のマスクとして十分に使用することができるようになったことに対応するものである。これにより、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用されればよいので、レジスト膜の膜厚を従来より小さいものとすることが可能となる。したがって、KrFエキシマレーザやArFエキシマレーザに対応したレジストを用い、Fレーザを光源として露光した場合であっても、レジスト底部まで十分に露光することが可能となる。
【0050】
タングステン膜パターンを形成した後は、不要となった反射防止膜パターンを除去して図3(c)に示す構造とする。
【0051】
1つの例として、被加工基板上に、膜厚50nmのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を塗布し、205℃で60秒間加熱することにより、膜厚120nmの反射防止膜を形成した。続いて、ポリビニルフェノール系のレジスト組成物を塗布し、130℃で60秒間加熱することにより、膜厚80nmのレジスト膜を形成した。
【0052】
次に、Fレーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。露光後、130℃で90秒間加熱を行った。続いて、濃度2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液を用いて現像し、レジストパターンを形成した。
【0053】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、下地のタングステン膜が露出すると略同時に、レジストパターンが完全にエッチングされるようにした。
【0054】
次に、波長365nmの紫外線を発生するランプを用いて、反射防止膜パターンに紫外線を60秒間照射した。その後、反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。
【0055】
最後に、酸素プラズマで反射防止膜パターンを除去することによって、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【0056】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜のエッチングを行うことができる。したがって、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。これにより、KrFエキシマレーザやArFエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Fレーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【0057】
図4(a)〜(c)は、本実施の形態におけるパターン形成装置の一例である。このパターン形成装置は、被加工基板上に形成された反射防止膜をエッチングして反射防止膜パターンを形成するドライエッチング部と、反射防止膜パターンに紫外線照射を行う紫外線照射部と、ドライエッチング部と紫外線照射部との間で被加工基板を搬送する搬送手段とを有することを特徴としている。
【0058】
図に示すように、本実施の形態にかかるパターン形成装置100は、真空チャンバ11内に、ドライエッチング部12と、紫外線照射部13とを有する。また、真空チャンバ11には、真空チャンバ11内にエッチングガスを導入する導入口14と、真空チャンバ11内で発生したガスなどを排気する排気口15とが設けられている。
【0059】
ドライエッチング部12は、接地された上部電極16と、上部電極16と対向する位置に所定の間隔をおいて配置された下部電極17とを有する。下部電極17は、高周波(RF)電源18に接続している。また、下部電極17は、基板載置台を兼ねているとともに、横方向に移動可能なステージ19上に設置されている。すなわち、ステージ19は、ドライエッチング部12と紫外線照射部13との間で、下部電極17の上に載置された基板を搬送する搬送手段としての役割を有している。
【0060】
一方、紫外線照射部13は、紫外線を発生するランプ部20を有する。
【0061】
まず、図4(a)を参照しながら、反射防止膜のエッチングを行う工程について説明する。
【0062】
下部電極17の上に、被加工基板21を載置する。被加工基板21は、本実施の形態により形成されたタングステン膜(図示せず)を有している。また、被加工基板21上には、反射防止膜およびレジストパターン(図示せず)が形成されており、レジストパターンが上部電極16側に向くようにして載置される。
【0063】
次に、導入口14からエッチングガスGを所定の流量で導入する。そして、下部電極17に高周波を印加すると、プラズマ放電域22に到達したエッチングガスがプラズマ化する。このプラズマガスを用い、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜の異方性エッチングを行う。エッチングにより発生したガスや余剰のエッチングガスGは、排気口15から真空チャンバ11の外へ排出される。
【0064】
反射防止膜のエッチングを終了した後は、続いて反射防止膜パターンの硬化処理を行う。図4(b)を参照しながら、反射防止膜パターンの硬化処理について説明する。
【0065】
ステージ19によって下部電極17を図の左方向に移動し、被加工基板21が紫外線照射部13に設けられたランプ部20の下に位置するようにする(図4(b))。ランプ部20には、反射防止膜を形成する樹脂の硬化に適当な紫外線を照射するランプが設けられている。ここで、紫外線照射部13は、被加工基板に紫外線を照射するとともに、ランプ部20からの放射熱によって被加工基板21を加熱することのできるものであることが好ましい。例えば、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプまたはメタルハライドランプなどを用いて、ランプ部を構成することができる。尚、分解反応が起こることを防ぐために、ランプ部にフィルタを用いて、短波長(例えば、200nm以下の波長)の光をカットするようにしてもよい。
【0066】
そして、硬化処理によって発生したガスGは、排気口15から真空チャンバ11の外へ排出される。
【0067】
本実施の形態のパターン形成装置によれば、紫外線照射部において反射防止膜パターンに紫外線を照射することによって、反射防止膜を形成する光硬化性樹脂の硬化を進行させることができる。また、反射防止膜が、加熱硬化性樹脂から形成されている場合であっても、紫外線照射部で発生する放射熱によって樹脂の硬化を進行させることができる。
【0068】
本実施の形態において行う硬化処理は、既にある程度硬化している樹脂に対して行うものであって、その目的はドライエッチング耐性を高めることにある。したがって、樹脂組成物を硬化して反射防止膜を形成する場合に比較すると、硬化条件はそれほど厳密なものである必要はない。したがって、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物から形成された反射防止膜であっても、紫外線照射の際に発生する熱によって硬化を進めることができ、本発明の目的を達成することができる。
【0069】
以上述べたように、本実施の形態のパターン形成装置によれば、放射熱を発生するランプを用いた紫外線照射部を設けることによって、光硬化性樹脂および熱硬化性樹脂の両方に対して、硬化を進めて耐エッチング性を向上させることができる。
【0070】
但し、反射防止膜が光硬化性の樹脂から形成されている場合において、被加工基板に熱が加わるのが好ましくない場合には、ランプ部に冷却手段を設けることが好ましい。例えば、ランプ部を冷却することによって、被加工基板上での温度上昇を抑えることができる。
【0071】
また、反射防止膜が熱硬化性の樹脂から形成されている場合において、被加工基板に紫外線が照射されることが好ましくない場合には、紫外線照射部に代えて加熱処理部を有するパターン形成装置とする。例えば、図4(a)〜(c)のランプ部に代えてヒータ部を設ける。これにより、反射防止膜に対して加熱処理のみを行うことができる。
【0072】
さらに、紫外線照射部と加熱処理部とを併せ持つパターン形成装置であってもよい。例えば、図4(a)〜(c)の装置において、下部電極17の下にヒータ(図示せず)を配置する。反射防止膜が光硬化性樹脂から形成されている場合には、ヒータの電源をオフとした状態で紫外線照射部13において紫外線照射を行う。この際、冷却手段(図示せず)によってランプ部20からの放射熱の発生を抑えるようにすれば、被加工基板が加熱されるのを防ぐことができる。一方、反射防止膜が熱硬化性樹脂から形成されている場合には、ヒータの電源をオンにして加熱処理を行う。この場合、ドライエッチング処理後、ステージ19によって、下部電極17をドライエッチング部12から紫外線照射部13へ移動させる必要はない。
【0073】
また、図4(a)〜(c)の装置において、紫外線照射部13に代えて電子線照射部(図示せず)を設けてもよい。これにより、電子線硬化性樹脂から形成されている反射防止膜の硬化処理を行うことが可能となる。
【0074】
反射防止膜パターンの硬化処理を終えた後は、続いて被加工基板のエッチング工程を行う。具体的には、本実施の形態にしたがって形成されたタングステン膜のエッチング処理を行う。図4(c)を参照しながら、このエッチング処理について説明する。
【0075】
まず、図4(b)で紫外線照射部13にある下部電極17を、ステージ19によって図の右方向へ移動させて、図4(c)に示す配置とする。これにより、被加工基板21を再びドライエッチング部12に位置させることができる。
【0076】
次に、導入口14からエッチングガスGを所定の流量で導入する。そして、下部電極17に高周波を印加すると、プラズマ放電域22に到達したエッチングガスがプラズマ化する。このプラズマガスを用い、反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜の異方性エッチングを行う。エッチングにより発生したガスや余剰のエッチングガスGは、排気口15から真空チャンバ11の外へ排出される。
【0077】
このように、本実施の形態のパターン形成装置によれば、反射防止膜のエッチング処理、硬化処理およびタングステン膜のエッチング処理を同一のチャンバ内で行うことができる。これにより、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることが可能となる。
【0078】
尚、ドライエッチング部と紫外線照射部とは、必ずしも同一のチャンバ内に配置されている必要はない。両者の間で被加工基板を搬送する搬送手段があれば、異なるチャンバ内に設けられていてもよい。
【0079】
実施の形態2.
図5〜図7を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態1と異なり、タングステン膜と反射防止膜との間に窒化シリコン膜を形成することを特徴としている。
【0080】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図5(a)に示すように、半導体基材25上に、CVD法などによってタングステン(W)膜26を形成する。タングステン膜26は、例えば、70nmのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【0081】
半導体基材25としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン(SiO)膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【0082】
半導体基材25上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)またはチタン(Ti)などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【0083】
次に、図5(b)に示すように、タングステン膜26の上に窒化シリコン膜27を形成する。窒化シリコン膜27は、タングステン膜をエッチングする際のマスクとして使用され、例えばCVD法などによって形成することができる。尚、タングステン膜の上に形成する膜は、窒化シリコン膜以外の他の無機膜(例えば、酸化シリコン膜など。)であってもよい。
【0084】
次に、図5(c)に示すように、窒化シリコン膜27の上に反射防止膜28を形成し、続いてレジスト膜29を形成する。
【0085】
本実施の形態においては、屈折率nが1.60≦n≦1.90であり、消衰係数kが0.12≦kの反射防止膜であることが好ましい。また、10nm以上で200nm以下の膜厚であることが好ましい。反射防止膜を形成する樹脂組成物は実施の形態1と同様のものを用いることができるが、特にノボラック系樹脂組成物を用いることが好ましい。
【0086】
また、レジスト膜29は、実施の形態1と同様のものを用いることができる。例えば、KrFエキシマレーザまたはArFエキシマレーザを光源とする露光機に対応したレジストを用いることができる。
【0087】
レジスト膜29の形成は、例えばスピンコート法などを用いて行うことができる。また、レジスト膜29の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【0088】
次に、図6(a)に示すように、所定のマスク30を介してレジスト膜29に露光光31を照射する。露光装置としては、例えば、Fレーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスクは、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【0089】
この露光は、レジスト膜29に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜29に露光光を照射することによって、図6(a)に示すように、レジスト膜29内に露光部291と未露光部292とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【0090】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【0091】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【0092】
例えば、ポジ型のレジスト膜を用いた場合、露光部291ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部292ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部292のみが現像液に溶解して除去される結果、図6(b)に示すようなレジストパターン32が形成される。
【0093】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【0094】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【0095】
次に、レジストパターン32をマスクとして反射防止膜28をドライエッチングして、図6(c)に示すような反射防止膜パターン33を形成する。この際、反射防止膜28のエッチングが進行して窒化シリコン膜27が露出すると略同時に、レジストパターン32がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。この場合、反射防止膜がノボラック型エポキシ樹脂から形成されている場合には、窒素(N)と酸素(O)の混合ガスまたはテトラフルオロメタン(CF)と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いることができる。
【0096】
次に、実施の形態1と同様にして、反射防止膜のエッチング終了後、形成された反射防止膜パターン33に紫外線34を照射する(図7(a))。尚、反射防止膜の種類に応じて、紫外線照射でなく電子線照射を行ってもよいし、あるいは加熱処理を行ってもよい。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
【0097】
このような処理を行うことにより、反射防止膜を形成する樹脂の硬化を進行させ、後工程でのドライエッチングに対する耐性を向上させることができる。具体的には、反射防止膜のエッチングレートが、下地の窒化シリコン膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【0098】
反射防止膜を形成する材料は、実施の形態1と同様に、硬化による体積収縮の小さい樹脂組成物であることが好ましい。例えば、加熱硬化性のノボラック系樹脂組成物であれば、加熱処理後のパターンのシュリンク(寸法縮小)がほとんどないので、露光後のパターンサイズを維持することが可能である。
【0099】
次に、反射防止膜パターン33をマスクとして窒化シリコン膜27をドライエッチングして、図7(b)に示すような窒化シリコン膜パターン35を形成する。この場合、エッチングガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、酸素(O)およびジフルオロメタン(CH)の混合ガスまたはテトラフルオロメタンと酸素の混合ガスを用いることができる。
【0100】
尚、テトラフルオロメタンと酸素の混合ガスを用いた場合には、反射防止膜のエッチングおよび窒化シリコン膜のエッチングを共通のエッチングガスとすることができる。
【0101】
次に、窒化シリコン膜パターン35をマスクとしてタングステン膜26のエッチングを行い、タングステン膜パターン36を形成する(図7(c))。エッチングガスとしては、例えば六フッ化硫黄(SF)と窒素(N)の混合ガスを用いることができる。
【0102】
1つの例として、被加工基板上に、膜厚50nmのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、CVD法を用いて膜厚70nmの窒化シリコン膜を形成した。
【0103】
次に、窒化シリコン膜の上に、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を塗布し、205℃で60秒間加熱することにより、膜厚100nmの反射防止膜を形成した。続いて、ポリビニルフェノール系のレジスト組成物を塗布し、130℃で60秒間加熱することにより、膜厚60nmのレジスト膜を形成した。
【0104】
次に、Fレーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。露光後、130℃で90秒間加熱を行った。続いて、濃度2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液を用いて現像し、レジストパターンを形成した。
【0105】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、下地の窒化シリコン膜が露出すると略同時に、レジストパターンが完全にエッチングされるようにした。
【0106】
次に、波長365nmの紫外線を発生するランプを用いて、反射防止膜パターンに紫外線を60秒間照射した。その後、反射防止膜パターンをマスクとして、窒化シリコン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、テトラフルオロメタン、酸素およびジフルオロメタンの混合ガスを用いた。
【0107】
次に、窒化シリコン膜をマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。以上の工程により、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【0108】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、反射防止膜パターンをマスクとした窒化シリコン膜のエッチングが可能となる。また、タングステン膜は、窒化シリコン膜パターンをマスクとしてエッチングされる。したがって、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。これにより、KrFエキシマレーザやArFエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Fレーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【0109】
また、本実施の形態における反射防止膜のエッチング処理、反射防止膜パターンの硬化処理、窒化シリコン膜のエッチング処理およびタングステン膜のエッチング処理は、実施の形態1で説明したパターン形成装置100を用いて好ましく行うことができる.
【0110】
以下に、図4のパターン形成装置100を本実施の形態に適用した場合について説明する。尚、図4(a)〜(c)における被加工基板21は、本実施の形態の方法に従ってレジストパターン形成工程までを終えたものであるとする。
【0111】
まず、被加工基板21をドライエッチング部12に置く(図4(a))。そして、導入口14からエッチングガスGを導入して反射防止膜のエッチングを行う。次に、ステージ19を紫外線照射部13へ移動し、被加工基板21に硬化処理を行う(図4(b))。その後、ステージ19をドライエッチング部12へ移動し、窒化シリコン膜のエッチング処理を行う(図4(c))。続いて、(必要に応じて)エッチングガスの入れ替えを行い、タングステン膜のエッチングを行う。
【0112】
このように、反射防止膜のエッチング処理からタングステン膜のエッチング処理までを同一のチャンバ内で行うことによって、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることが可能となる。
【0113】
実施の形態3.
図8〜図10を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。本実施の形態では、反射防止膜の表面にエッチングレートを遅くする原子を導入することを特徴としている。
【0114】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図8(a)に示すように、半導体基材40上に、CVD法などによってタングステン(W)膜41を形成する。タングステン膜41は、例えば、70nmのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【0115】
半導体基材40としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン(SiO)膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【0116】
半導体基材40上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)またはチタン(Ti)などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【0117】
次に、図8(b)に示すように、タングステン膜41の上に反射防止膜42を形成する。本実施の形態においては、屈折率nが1.60≦n≦1.90であり、消衰係数kが0.12≦kの反射防止膜であることが好ましい。また、10nm以上で200nm以下の膜厚であることが好ましい。反射防止膜を形成する樹脂組成物は実施の形態1と同様のものを用いることができるが、特にノボラック系樹脂組成物を用いることが好ましい。
【0118】
本実施の形態においては、反射防止膜42を形成した後、その表面に反射防止膜42のエッチングレートを遅くする原子を導入することを特徴としている。具体的には、反射防止膜42のエッチングレートが、下地のタングステン膜41のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【0119】
反射防止膜のエッチングレートを遅くする原子としては、例えば、ホウ素(B)、ヒ素(As)またはゲルマニウム(Ge)などが挙げられる。このような原子を反射防止膜に導入することによって、導入した部分における反射防止膜の構造を変化させて、ドライエッチング耐性を向上させることが可能となる。
【0120】
反射防止膜42への原子の導入は、例えば、図8(c)に示すように、イオン注入法を用いて行うことができる。本実施の形態は、反射防止膜表面のドライエッチング耐性を向上させることを目的としており、半導体装置の電気的特性には影響を及ぼさないことが好ましい。したがって、イオン注入は、打ち込みエネルギーを低くして、反射防止膜42の表面にのみ注入層43が形成されるようにする。具体的な注入層43の厚さは、ドライエッチングの条件などに応じて適宜設定することが好ましい。
【0121】
また、反射防止膜への原子の導入は、反射防止膜をプラズマ処理することによっても行うことができる。例えば、反射防止膜をホウ素プラズマ中に曝すことによって、反射防止膜の表面にホウ素を導入することができる。この方法によれば、表面近傍にのみ原子を導入することができるので、半導体装置の電気的特性に影響を与えるおそれがない。
【0122】
次に、図9(a)に示すように、表面の改質処理を終えた反射防止膜44の上にレジスト膜45を形成する。レジスト膜45は、実施の形態1と同様のものを用いることができる。例えば、KrFエキシマレーザまたはArFエキシマレーザを光源とする露光機に対応したレジストが挙げられる。
【0123】
レジスト膜45の形成は、例えばスピンコート法などによって行うことができる。また、レジスト膜45の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【0124】
次に、図9(b)に示すように、所定のマスク46を介してレジスト膜45に露光光47を照射する。露光装置としては、例えば、Fレーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスク46は、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【0125】
この露光は、レジスト膜45に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜45に露光光を照射することによって、図9(b)に示すように、レジスト膜45内に露光部451と未露光部452とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【0126】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【0127】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【0128】
例えば、ポジ型レジストを用いた場合、露光部451ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部452ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部451のみが現像液に溶解して除去される結果、図9(c)に示すようなレジストパターン48が形成される。
【0129】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【0130】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【0131】
次に、レジストパターン48をマスクとして反射防止膜44をドライエッチングして、図10(a)に示すような反射防止膜パターン49を形成する。この際、反射防止膜44のエッチングが進行してタングステン膜41が露出すると略同時に、レジストパターン48がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。反射防止膜がノボラック型エポキシ樹脂から形成されている場合には、窒素(N)と酸素(O)の混合ガスまたはテトラフルオロメタン(CF)と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いることができる。
【0132】
次に、反射防止膜パターン49をマスクとして、タングステン膜41のエッチングを行う。本実施の形態によれば、反射防止膜44の表面にエッチングレートを遅くする原子を導入するので、ドライエッチング耐性の高い反射防止膜パターン49を得ることができる。したがって、レジストパターン48ではなく、反射防止膜パターン49をマスクとして、タングステン膜41のエッチングを行うことができる。
【0133】
以上の工程によって、図10(b)に示すようなタングステン膜パターン50を得ることができる。
【0134】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜の改質処理を行うことによって、反射防止膜のドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜のエッチングを行うことができる。レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。したがって、KrFエキシマレーザやArFエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Fレーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【0135】
本実施の形態においては、タングステン膜の上に反射防止膜を形成したが、本実施の形態はこれに限られるものではない。実施の形態2と同様に、タングステン膜と反射防止膜の間に窒化シリコン膜などの無機膜を設け、反射防止膜パターンをマスクとして無機膜をエッチングした後、形成した無機膜パターンをマスクとしてタングステン膜をエッチングしてもよい。この場合、反射防止膜のエッチングレートが、下地の無機膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【0136】
無機膜が窒化シリコン膜であって、反射防止膜がノボラック系樹脂組成物から形成されている場合には、テトラフルオロメタン(CF)と酸素(O)の混合ガスをエッチングガスとして用いることによって、反射防止膜のエッチングと窒化シリコン膜のエッチングを連続して行うことができる。この場合、1の方法によれば、レジストパターンをマスクとしてこれらの膜をエッチングすることができる。また、他の方法によれば、まず、レジストパターンをマスクとして反射防止膜のエッチングを行い、レジストパターンがエッチングによって消失した段階で、反射防止膜をマスクとして窒化シリコン膜のエッチングを行うこともできる。
【0137】
【発明の効果】
本発明によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、そのドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとして下地膜のエッチングを行うことができ、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がないので、界面での露光光の反射を効果的に抑制することができる。
【0138】
また、本発明によれば、反射防止膜のエッチング処理、硬化処理および被加工基板のエッチング処理を同一のチャンバ内で行うパターン形成装置を用いる。したがって、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることも可能となる。
【0139】
さらに、本発明によれば、反射防止膜の改質処理を行うことによって、反射防止膜のドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとして下地膜のエッチングを行うことができ、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、実施の形態1にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図2】(a)〜(c)は、実施の形態1にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図3】(a)〜(c)は、実施の形態1にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図4】(a)〜(c)は、本発明にかかるパターン形成装置の一例を示す断面図である。
【図5】(a)〜(c)は、実施の形態2にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図6】(a)〜(c)は、実施の形態2にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図7】(a)〜(c)は、実施の形態2にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図8】(a)〜(c)は、実施の形態3にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図9】(a)〜(c)は、実施の形態3にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図10】(a)および(b)は、実施の形態3にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図11】(a)〜(c)は、従来のパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図12】(a)〜(d)は、従来のパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1,25,40 半導体基材、 2,26,41 タングステン膜、 3,28,42 反射防止膜、 4,29,45 レジスト膜、 5,30,46 マスク、 6,31,47 露光光、 7,32,48 レジストパターン、 8,33,49 反射防止膜パターン、 9,34 紫外線、 10,36,50タングステン膜パターン、 12 ドライエッチング部、 13 紫外線照射部、 21 被加工基板、 27 窒化シリコン膜、 35 窒化シリコン膜パターン、 43 注入層、 100 パターン形成装置。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern forming method and a pattern forming apparatus. 2 The present invention relates to a pattern forming method and a pattern forming apparatus using an exposure machine using a laser as a light source.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, the dimensions of individual elements have been miniaturized, and the widths of wirings, gates, etc. constituting each element have also been miniaturized.
[0003]
The photolithography technology that supports this miniaturization includes a process of applying a resist composition to the surface of a substrate to be processed to form a resist film, and irradiating light to expose a predetermined resist pattern to form a resist pattern latent image. Forming, a heat treatment if necessary, a step of developing this to form a desired resist pattern, and a step of performing processing such as etching on a substrate to be processed using the resist pattern as a mask. included.
[0004]
When a semiconductor device having a fine design rule is manufactured using such a photolithography technique, it is necessary to form a fine resist pattern.
[0005]
As one of means for miniaturizing a resist pattern, shortening of the wavelength of exposure light used for forming the above-described resist pattern latent image has been promoted.
[0006]
Conventionally, in the manufacture of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) having a degree of integration of, for example, up to 64 Mbits, an i-line (wavelength: 365 nm) of a high-pressure mercury lamp has been used as a light source. In recent years, a technology using a KrF (krypton fluoride) excimer laser (wavelength: 248 nm) as an exposure light source has been put to practical use in a mass production process of a 256 megabit DRAM. For the manufacture of a DRAM having a degree of integration of 1 gigabit or more, practical use of an ArF (argon fluoride) excimer laser (wavelength: 193 nm) is being studied. Further, as a technique for realizing a fine pattern corresponding to a design rule of 100 nm or less, F has a shorter wavelength. 2 It has been considered to use a (fluorine) laser (wavelength: 157 nm) as an exposure light source.
[0007]
However, in the step of forming the resist pattern latent image, there have been the following problems conventionally.
[0008]
One is that when exposure light is applied to the resist film, a standing wave is generated inside the resist film due to multiple interference of light, thereby causing exposure unevenness in the thickness direction of the resist film. Such exposure unevenness causes a deterioration in the shape of the resist pattern, leading to a reduction in pattern resolution.
[0009]
The second is a problem of reflection of exposure light when the substrate to be processed has a step. When the resist film is irradiated with exposure light, the exposure light travels through the resist film and is reflected at the interface with the underlying unprocessed substrate. At this time, when the surface of the substrate to be processed is horizontal, light is reflected in a direction opposite to the incident direction. On the other hand, when there is a step on the surface of the substrate to be processed and the exposure light is reflected at this step, the light is reflected in various directions corresponding to the inclination angle of the step. As a result, the reflected light also enters a region that is not originally exposed (a region shielded by the mask) and exposes the resist film in that portion, making it impossible to form a desired resist pattern.
[0010]
In order to solve such a problem, a method of interposing an anti-reflection film between a substrate to be processed and a resist film (Bottom Anti Reflective Coating Method, hereinafter referred to as a BARC method) has been used. According to this method, the exposure light transmitted through the resist film is absorbed by the antireflection film and is not reflected at the interface.
[0011]
A photolithography process using the BARC method will be described with reference to FIGS.
[0012]
First, an antireflection film 62 is formed on a film to be processed 61 formed on a semiconductor substrate 60 (FIG. 11A). Next, a resist film 63 is formed on the antireflection film 62 (FIG. 11B), and is irradiated with exposure light 65 via a mask 64 (FIG. 11C). Subsequently, a developing process is performed to form a resist pattern 66 (FIG. 12A). Thereafter, using the resist pattern 66 as a mask, the antireflection film 62 is dry-etched to form an antireflection film pattern 67 (FIG. 12B). Further, the processing target film 61 is dry-etched using the resist pattern 66 as a mask to form a desired processing target film pattern 68 (FIG. 12C). Finally, the resist pattern 66 and the antireflection film pattern 67 are removed to obtain a structure shown in FIG.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, according to the BARC method, F 2 When exposing a resist film using a laser as an exposure light source, there are the following problems.
[0014]
F 2 Since the laser oscillation wavelength is as short as 157 nm, the resist film is required to have high transparency for transmitting such short-wavelength light. However, conventionally, F 2 There was no resist film corresponding to the laser. Therefore, a resist film corresponding to a KrF excimer laser or an ArF excimer laser is used, 2 Irradiation with laser light has a problem that the exposure light does not sufficiently reach the bottom of the resist film because the transmittance of the resist film to light having a wavelength of 157 nm is low, and a desired resist pattern cannot be formed.
[0015]
In this case, if the thickness of the resist film is reduced, the exposure light can reach the bottom of the resist film. However, when the anti-reflection film and the substrate to be processed are etched using such a thin resist pattern as a mask, there is a problem that the resist pattern is lost by etching before the patterning is completed. Further, when the thickness of the antireflection film is reduced to prevent the resist pattern from disappearing, there is a problem that the reflection of the exposure light increases and the function as the antireflection film cannot be performed.
[0016]
The present invention has been made in view of such a problem. That is, an object of the present invention is to use a resist which has been conventionally used, and 2 An object of the present invention is to provide a pattern forming method and a pattern forming apparatus capable of forming a desired pattern on a substrate to be processed by an exposure machine using a laser as a light source.
[0017]
Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The pattern forming method of the present invention includes a step of forming an anti-reflection film on a substrate to be processed, a step of forming a resist film on the anti-reflection film, and a step of exposing light to the resist film through a predetermined mask. Forming a resist pattern latent image by irradiating the resist film, developing the resist film to form a resist pattern, and etching the anti-reflection film using the resist pattern as a mask to form the anti-reflection film pattern. The method includes a step of forming, a step of performing a hardening treatment on the antireflection film pattern, and a step of etching the substrate to be processed using the hardened antireflection film pattern as a mask. The curing treatment can be a heat treatment or an ultraviolet irradiation treatment. In addition, a process in which heating and irradiation with ultraviolet light are performed in the same manner may be employed. Further, the curing treatment may be an electron beam irradiation treatment.
[0019]
Further, in the pattern forming method of the present invention, a step of forming an anti-reflection film on the substrate to be processed, and introducing any one atom selected from the group consisting of boron, arsenic and germanium into the surface of the anti-reflection film And a step of forming a resist film on the antireflection film in which the atoms are introduced, and a step of forming a resist pattern latent image by irradiating the resist film with exposure light through a predetermined mask, Forming a resist pattern by developing the resist film, forming an antireflection film pattern by etching the antireflection film using the resist pattern as a mask, and processing using the antireflection film pattern as a mask Etching the substrate. The introduction of atoms into the antireflection film can be performed using an ion implantation method. Further, it can also be performed by exposing the antireflection film to the plasma of the atoms to be introduced.
[0020]
In the pattern forming method of the present invention, the antireflection film can be formed from a novolak-based resin composition. Exposure light is F-wave having a wavelength of 157 nm. 2 Laser light can be used. Further, the resist film can be a KrF resist film or an ArF resist film.
[0021]
In the pattern forming method of the present invention, the substrate to be processed has a tungsten film, and an antireflection film is formed on the tungsten film, and the tungsten film can be etched using the antireflection film pattern as a mask.
[0022]
Further, in the pattern forming method of the present invention, the substrate to be processed has a tungsten film and an inorganic film formed on the tungsten film, and an antireflection film is formed on the inorganic film. The inorganic film can be etched using the film pattern as a mask.
[0023]
The pattern forming apparatus of the present invention is a dry etching unit that forms an antireflection film pattern by etching an antireflection film formed on a substrate to be processed, an ultraviolet irradiation unit that irradiates the antireflection film pattern with ultraviolet light, It has a transport means for transporting the substrate to be processed between the dry etching section and the ultraviolet irradiation section. The UV irradiator may further generate heat. Further, the dry etching section and the ultraviolet irradiation section can be arranged in the same vacuum chamber.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
A pattern forming method and a pattern forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0025]
First, a semiconductor substrate on which a tungsten film is formed is prepared as a substrate to be processed. For example, as shown in FIG. 1A, a tungsten (W) film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 by a chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as CVD) or the like. The tungsten film 2 is used, for example, as a gate electrode material of a transistor corresponding to a design rule of 70 nm.
[0026]
As the semiconductor substrate 1, for example, silicon dioxide (SiO 2) is formed on a silicon substrate on which an element isolation region and a diffusion layer serving as a source or a drain are formed. 2 ) A film on which a gate insulating film such as a film is formed can be used.
[0027]
The film formed on the semiconductor substrate 1 is not limited to a tungsten film. For example, another conductive film such as molybdenum (Mo), tantalum (Ta), or titanium (Ti) may be formed. Further, the film is not limited to the gate electrode material, and another film may be formed as long as the film is used in a semiconductor device manufacturing process and requires patterning.
[0028]
Next, as shown in FIG. 1B, an antireflection film 3 is formed on the tungsten film 2. In this embodiment, the antireflection film preferably has a refractive index n of 1.60 ≦ n ≦ 1.90 and an extinction coefficient k of 0.12 ≦ k. Further, the thickness is preferably 10 nm or more and 200 nm or less.
[0029]
Further, as the antireflection film 3 in the present embodiment, a film mainly containing an organic material is preferably used. The organic material may be any of a thermosetting resin, a photocurable resin, and an electron beam curable resin. Further, the photo-curable resin composition may be one that cures by utilizing radical polymerization or one that is cured by an acid generated by light.
[0030]
Next, as shown in FIG. 1C, a resist film 4 is formed on the antireflection film 3. The formation of the resist film 4 can be performed using, for example, a spin coating method. Further, the thickness of the resist film 4 can be set to a predetermined thickness according to the manufacturing process of the semiconductor device. It becomes possible.
[0031]
The resist film used in the present invention may be a positive resist film or a negative resist film. Further, a resist film which reacts by light or a resist film which reacts by an electron beam may be used. For example, a polyvinyl phenol-based resist such as polyhydroxystyrene used as a resist for a KrF excimer laser (also referred to as a KrF resist, the same applies hereinafter), or a resist for an ArF excimer laser (also referred to as an ArF resist. The same applies hereinafter.) ), A polyacrylic acid-based resist such as polymethyl methacrylic acid can be used.
[0032]
Next, as shown in FIG. 2A, the resist film 4 is irradiated with exposure light 6 via a predetermined mask 5. As an exposure apparatus, for example, F 2 An exposure apparatus using a laser as a light source can be used. Further, as the mask 5, a mask corresponding to a resist pattern having a desired line width can be used.
[0033]
This exposure is performed for the purpose of forming a predetermined resist pattern latent image on the resist film 4. That is, by irradiating the resist film 4 with exposure light, a resist pattern latent image including an exposed portion 41 and an unexposed portion 42 is formed in the resist film 4 as shown in FIG.
[0034]
Next, a heat treatment is performed on the exposed semiconductor substrate. The heat treatment can be performed using a closed heating furnace, a hot plate, or the like.
[0035]
After the heat treatment process, the resist film is subjected to a development process. The development can be performed, for example, by alkali development using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide.
[0036]
For example, when a positive resist film is used, the exposed portion 41 has an alkali-soluble polymer structure, while the unexposed portion 42 has an alkali-insoluble polymer structure. Therefore, by performing the alkali developing treatment, only the exposed portion 41 is dissolved and removed in the developing solution, so that the resist pattern 7 as shown in FIG. 2B is formed.
[0037]
Next, the developing solution attached to the semiconductor substrate and the resist dissolved in the developing solution are washed away with a rinsing solution. Specifically, the rinsing liquid can be washed away by discharging the rinsing liquid onto the semiconductor substrate in a shower state or a spray state. When an alkaline aqueous solution is used as the developing solution, pure water can be used as the rinsing solution, for example.
[0038]
After washing away the developing solution and the resist dissolved in the developing solution with the rinsing solution, the rinsing solution is removed by drying. For example, drying can be performed by rotating the semiconductor substrate at a high speed.
[0039]
Next, the antireflection film 3 is dry-etched using the resist pattern 7 as a mask to form an antireflection film pattern 8 as shown in FIG. At this time, it is preferable to set the etching conditions so that the etching of the anti-reflection film 3 proceeds and the tungsten film 2 is exposed almost simultaneously with the etching of the resist pattern 7.
[0040]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, after the etching of the antireflection film is completed, the formed antireflection film pattern 8 is irradiated with ultraviolet rays 9. Depending on the type of antireflection film, electron beam irradiation may be performed instead of ultraviolet irradiation, or heat treatment may be performed. Further, these may be performed in combination.
[0041]
By performing such a treatment, the curing of the resin forming the antireflection film can be advanced, and the resistance to dry etching in a later step can be improved. Specifically, the etching rate of the antireflection film is set to be higher than the etching rate of the underlying tungsten film.
[0042]
For example, when a thermosetting resin composition is used as a material for forming the anti-reflection film, heat treatment is performed on the anti-reflection film pattern. The conditions of the heat treatment are set to a temperature and a time at which a curing reaction of the resin occurs.
[0043]
When a photocurable resin composition is used as a material for forming the antireflection film, the antireflection film pattern is irradiated with ultraviolet rays. The wavelength and irradiation amount of the light to be irradiated are set so as to cause the resin to be cured.
[0044]
Further, when an electron beam-curable resin composition is used as a material for forming the antireflection film, the antireflection film is irradiated with an electron beam having an appropriate energy.
[0045]
By performing the above treatment on the anti-reflection film, the cross-linking density of the resin forming the anti-reflection film is increased, and the dry etching resistance can be improved. Note that, depending on the type of the antireflection film, for example, heating and ultraviolet irradiation may be performed simultaneously.
[0046]
In the present embodiment, an antireflection film formed using a material having a large volume shrinkage due to curing is not preferable because variation in pattern dimensions after heating or irradiation with ultraviolet rays or electron beams becomes large. Therefore, it is preferable to use an antireflection film formed of a resin composition having a small volume shrinkage due to curing.
[0047]
For example, in the case of an antireflection film formed using a heat-curable novolak resin composition, the pattern size after exposure can be maintained because there is almost no shrinkage (dimension reduction) of the pattern after heat treatment. It is.
[0048]
Next, the tungsten film 2 is dry-etched using the antireflection film pattern 8 as a mask to form a tungsten film pattern 10 as shown in FIG.
[0049]
As described above, in the present embodiment, the tungsten film is etched using the antireflection film pattern as a mask instead of the resist pattern. This corresponds to the fact that the hardening reaction of the anti-reflection film pattern was promoted to improve the etching resistance, so that the anti-reflection film pattern could be sufficiently used as a mask when etching the tungsten film. Is what you do. This allows the resist pattern to be used only as a mask when etching the antireflection film, so that the thickness of the resist film can be made smaller than before. Therefore, using a resist corresponding to a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, 2 Even when exposure is performed using a laser as a light source, it is possible to sufficiently expose the bottom of the resist.
[0050]
After the formation of the tungsten film pattern, the unnecessary anti-reflection film pattern is removed to obtain a structure shown in FIG.
[0051]
As one example, a 50-nm-thick tungsten film was formed on a substrate to be processed. Next, a thermosetting novolak resin composition was applied on the tungsten film and heated at 205 ° C. for 60 seconds to form an antireflection film having a thickness of 120 nm. Subsequently, a polyvinylphenol-based resist composition was applied and heated at 130 ° C. for 60 seconds to form a resist film having a thickness of 80 nm.
[0052]
Next, F 2 The resist film was exposed through a mask using an exposure machine using a laser as a light source. After the exposure, heating was performed at 130 ° C. for 90 seconds. Subsequently, development was performed using a 2.38% concentration tetramethylammonium hydroxide solution to form a resist pattern.
[0053]
Next, dry etching of the antireflection film was performed using the resist pattern as a mask. A mixed gas of nitrogen and oxygen was used as an etching gas. At this time, the resist pattern was completely etched almost at the same time when the underlying tungsten film was exposed.
[0054]
Next, the antireflection film pattern was irradiated with ultraviolet rays for 60 seconds using a lamp that generates ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm. Thereafter, dry etching of the tungsten film was performed using the antireflection film pattern as a mask. As an etching gas, a mixed gas of sulfur hexafluoride and nitrogen was used.
[0055]
Finally, the gate electrode structure having a good fine pattern was obtained by removing the antireflection film pattern with oxygen plasma.
[0056]
According to the pattern forming method of the present embodiment, by performing the curing treatment of the antireflection film pattern, the tungsten film can be etched using the antireflection film pattern as a mask. Therefore, the resist pattern may be used only as a mask when etching the antireflection film, and the thickness of the resist film can be reduced. Thus, using a resist corresponding to a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, 2 Even when exposure is performed by an exposure machine using a laser as a light source, the exposure light can sufficiently reach the bottom of the resist film. In addition, since it is not necessary to reduce the thickness of the antireflection film, it is possible to prevent reflection of exposure light and form a good resist pattern.
[0057]
4A to 4C show an example of a pattern forming apparatus according to the present embodiment. The pattern forming apparatus includes a dry etching section for etching an antireflection film formed on a substrate to be processed to form an antireflection film pattern, an ultraviolet irradiation section for irradiating the antireflection film pattern with ultraviolet light, and a dry etching section. And a transport means for transporting the substrate to be processed between the substrate and the ultraviolet irradiation unit.
[0058]
As shown in the figure, the pattern forming apparatus 100 according to the present embodiment has a dry etching unit 12 and an ultraviolet irradiation unit 13 in a vacuum chamber 11. Further, the vacuum chamber 11 is provided with an inlet 14 for introducing an etching gas into the vacuum chamber 11 and an exhaust port 15 for exhausting gas generated in the vacuum chamber 11.
[0059]
The dry etching unit 12 has an upper electrode 16 that is grounded, and a lower electrode 17 that is disposed at a position facing the upper electrode 16 with a predetermined interval. The lower electrode 17 is connected to a radio frequency (RF) power supply 18. In addition, the lower electrode 17 is provided on a stage 19 which also serves as a substrate mounting table and is movable in a lateral direction. That is, the stage 19 has a role as a transport unit that transports the substrate placed on the lower electrode 17 between the dry etching unit 12 and the ultraviolet irradiation unit 13.
[0060]
On the other hand, the ultraviolet irradiation unit 13 has a lamp unit 20 that generates ultraviolet light.
[0061]
First, the step of etching the antireflection film will be described with reference to FIG.
[0062]
The substrate 21 to be processed is placed on the lower electrode 17. The substrate to be processed 21 has a tungsten film (not shown) formed according to the present embodiment. An anti-reflection film and a resist pattern (not shown) are formed on the substrate 21 to be processed, and the resist pattern is placed so as to face the upper electrode 16.
[0063]
Next, the etching gas G is introduced through the inlet 14. 1 At a predetermined flow rate. When a high frequency is applied to the lower electrode 17, the etching gas reaching the plasma discharge region 22 is turned into plasma. Using this plasma gas, anisotropic etching of the antireflection film is performed using the resist pattern as a mask. Gas generated by etching or surplus etching gas G 2 Is discharged from the exhaust port 15 to the outside of the vacuum chamber 11.
[0064]
After the etching of the anti-reflection film is completed, a curing treatment of the anti-reflection film pattern is performed. The curing treatment of the antireflection film pattern will be described with reference to FIG.
[0065]
The lower electrode 17 is moved leftward in the figure by the stage 19 so that the substrate 21 to be processed is located below the lamp unit 20 provided in the ultraviolet irradiation unit 13 (FIG. 4B). The lamp section 20 is provided with a lamp for irradiating ultraviolet rays suitable for curing the resin forming the anti-reflection film. Here, it is preferable that the ultraviolet irradiation unit 13 can irradiate the processing target substrate with ultraviolet light and can heat the processing target substrate 21 by radiant heat from the lamp unit 20. For example, the lamp unit can be configured using a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or the like. In order to prevent the decomposition reaction from occurring, a short wavelength light (for example, a wavelength of 200 nm or less) may be cut by using a filter in the lamp unit.
[0066]
The gas G generated by the curing process 3 Is discharged from the exhaust port 15 to the outside of the vacuum chamber 11.
[0067]
According to the pattern forming apparatus of the present embodiment, curing of the photocurable resin forming the antireflection film can be advanced by irradiating the antireflection film pattern with ultraviolet light in the ultraviolet irradiation section. Further, even when the antireflection film is formed of a thermosetting resin, the resin can be cured by radiant heat generated in the ultraviolet irradiation unit.
[0068]
The curing treatment performed in the present embodiment is performed on a resin that has already been cured to some extent, and its purpose is to increase dry etching resistance. Therefore, the curing conditions do not need to be so strict as compared with the case where the resin composition is cured to form the antireflection film. Therefore, even with an antireflection film formed from a thermosetting novolak resin composition, curing can be promoted by heat generated upon irradiation with ultraviolet light, and the object of the present invention can be achieved.
[0069]
As described above, according to the pattern forming apparatus of the present embodiment, by providing the ultraviolet irradiation unit using a lamp that generates radiant heat, for both the photocurable resin and the thermosetting resin, The curing can be advanced to improve the etching resistance.
[0070]
However, when it is not preferable that heat is applied to the substrate to be processed when the antireflection film is formed of a photocurable resin, it is preferable to provide a cooling unit in the lamp unit. For example, by cooling the lamp unit, it is possible to suppress a rise in temperature on the substrate to be processed.
[0071]
In the case where the anti-reflection film is formed of a thermosetting resin and it is not preferable that the substrate to be processed is irradiated with ultraviolet rays, a pattern forming apparatus having a heat treatment section instead of the ultraviolet irradiation section And For example, a heater unit is provided instead of the lamp unit in FIGS. Thereby, only the heat treatment can be performed on the antireflection film.
[0072]
Further, a pattern forming apparatus having both an ultraviolet irradiation unit and a heat treatment unit may be used. For example, in the apparatus shown in FIGS. 4A to 4C, a heater (not shown) is arranged below the lower electrode 17. When the anti-reflection film is formed of a photocurable resin, the ultraviolet irradiation is performed in the ultraviolet irradiation unit 13 with the power supply of the heater turned off. At this time, if the generation of radiant heat from the lamp section 20 is suppressed by a cooling means (not shown), the substrate to be processed can be prevented from being heated. On the other hand, when the anti-reflection film is formed of a thermosetting resin, the power of the heater is turned on to perform the heat treatment. In this case, it is not necessary to move the lower electrode 17 from the dry etching section 12 to the ultraviolet irradiation section 13 by the stage 19 after the dry etching processing.
[0073]
4A to 4C, an electron beam irradiation unit (not shown) may be provided instead of the ultraviolet irradiation unit 13. This makes it possible to perform a curing treatment on the antireflection film formed from the electron beam curable resin.
[0074]
After the curing treatment of the anti-reflection film pattern is completed, an etching process of the substrate to be processed is subsequently performed. Specifically, an etching process is performed on the tungsten film formed according to the present embodiment. This etching process will be described with reference to FIG.
[0075]
First, in FIG. 4B, the lower electrode 17 in the ultraviolet irradiation section 13 is moved rightward in the figure by the stage 19 to obtain the arrangement shown in FIG. 4C. Thereby, the substrate 21 to be processed can be positioned again in the dry etching section 12.
[0076]
Next, the etching gas G is introduced through the inlet 14. 4 At a predetermined flow rate. When a high frequency is applied to the lower electrode 17, the etching gas reaching the plasma discharge region 22 is turned into plasma. Using this plasma gas, anisotropic etching of the tungsten film is performed using the antireflection film pattern as a mask. Gas generated by etching or surplus etching gas G 5 Is discharged from the exhaust port 15 to the outside of the vacuum chamber 11.
[0077]
As described above, according to the pattern forming apparatus of the present embodiment, the etching treatment, the curing treatment, and the tungsten film etching treatment of the antireflection film can be performed in the same chamber. As a result, the throughput can be improved, and the yield can be improved by preventing the attachment of foreign substances and the like.
[0078]
Note that the dry etching section and the ultraviolet irradiation section need not always be arranged in the same chamber. As long as there is a transport means for transporting the substrate to be processed between the two, they may be provided in different chambers.
[0079]
Embodiment 2 FIG.
The pattern forming method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Unlike the first embodiment, the present embodiment is characterized in that a silicon nitride film is formed between a tungsten film and an antireflection film.
[0080]
First, a semiconductor substrate on which a tungsten film is formed is prepared as a substrate to be processed. For example, as shown in FIG. 5A, a tungsten (W) film 26 is formed on the semiconductor substrate 25 by a CVD method or the like. The tungsten film 26 is used, for example, as a gate electrode material of a transistor corresponding to a design rule of 70 nm.
[0081]
As the semiconductor base material 25, for example, silicon dioxide (SiO 2) is formed on a silicon substrate on which an element isolation region and a diffusion layer serving as a source or a drain are formed. 2 ) A film on which a gate insulating film such as a film is formed can be used.
[0082]
The film formed on the semiconductor substrate 25 is not limited to a tungsten film. For example, another conductive film such as molybdenum (Mo), tantalum (Ta), or titanium (Ti) may be formed. Further, the film is not limited to the gate electrode material, and another film may be formed as long as the film is used in a semiconductor device manufacturing process and requires patterning.
[0083]
Next, as shown in FIG. 5B, a silicon nitride film 27 is formed on the tungsten film 26. The silicon nitride film 27 is used as a mask when etching the tungsten film, and can be formed by, for example, a CVD method. Note that the film formed on the tungsten film may be an inorganic film other than the silicon nitride film (for example, a silicon oxide film).
[0084]
Next, as shown in FIG. 5C, an antireflection film 28 is formed on the silicon nitride film 27, and then a resist film 29 is formed.
[0085]
In this embodiment, the antireflection film preferably has a refractive index n of 1.60 ≦ n ≦ 1.90 and an extinction coefficient k of 0.12 ≦ k. Further, the thickness is preferably 10 nm or more and 200 nm or less. As the resin composition for forming the antireflection film, the same resin composition as in Embodiment 1 can be used, but it is particularly preferable to use a novolak-based resin composition.
[0086]
The same resist film 29 as that in Embodiment 1 can be used. For example, a resist corresponding to an exposure machine using a KrF excimer laser or an ArF excimer laser as a light source can be used.
[0087]
The formation of the resist film 29 can be performed by using, for example, a spin coating method or the like. Further, the thickness of the resist film 29 can be set to a predetermined thickness according to the manufacturing process of the semiconductor device. However, according to the pattern forming method of the present embodiment, the thickness can be made smaller than the conventional thickness. It becomes possible.
[0088]
Next, as shown in FIG. 6A, the resist film 29 is irradiated with exposure light 31 via a predetermined mask 30. As an exposure apparatus, for example, F 2 An exposure apparatus using a laser as a light source can be used. Further, a mask corresponding to a resist pattern having a desired line width can be used.
[0089]
This exposure is performed for the purpose of forming a predetermined resist pattern latent image on the resist film 29. That is, by irradiating the resist film 29 with exposure light, a resist pattern latent image including an exposed portion 291 and an unexposed portion 292 is formed in the resist film 29 as shown in FIG.
[0090]
Next, a heat treatment is performed on the exposed semiconductor substrate. The heat treatment can be performed using a closed heating furnace, a hot plate, or the like.
[0091]
After the heat treatment process, the resist film is subjected to a development process. The development can be performed, for example, by alkali development using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide.
[0092]
For example, when a positive resist film is used, the exposed portion 291 has an alkali-soluble polymer structure, while the unexposed portion 292 has an alkali-insoluble polymer structure. Therefore, by performing the alkali developing treatment, only the exposed portions 292 are dissolved and removed in the developing solution, and as a result, a resist pattern 32 as shown in FIG. 6B is formed.
[0093]
Next, the developing solution attached to the semiconductor substrate and the resist dissolved in the developing solution are washed away with a rinsing solution. Specifically, the rinsing liquid can be washed away by discharging the rinsing liquid onto the semiconductor substrate in a shower state or a spray state. When an alkaline aqueous solution is used as the developing solution, pure water can be used as the rinsing solution, for example.
[0094]
After washing away the developing solution and the resist dissolved in the developing solution with the rinsing solution, the rinsing solution is removed by drying. For example, drying can be performed by rotating the semiconductor substrate at a high speed.
[0095]
Next, the anti-reflection film 28 is dry-etched using the resist pattern 32 as a mask to form an anti-reflection film pattern 33 as shown in FIG. At this time, it is preferable to set the etching conditions so that the etching of the antireflection film 28 progresses and the silicon nitride film 27 is exposed almost at the same time as the resist pattern 32 disappears by the etching. In this case, when the anti-reflection film is formed of a novolak type epoxy resin, nitrogen (N 2 ) And oxygen (O 2 ) Mixed gas or tetrafluoromethane (CF 4 ) And oxygen can be used as an etching gas.
[0096]
Next, in the same manner as in Embodiment 1, after the etching of the anti-reflection film is completed, the formed anti-reflection film pattern 33 is irradiated with ultraviolet rays 34 (FIG. 7A). Note that, depending on the type of the antireflection film, electron beam irradiation may be performed instead of ultraviolet irradiation, or heat treatment may be performed. Further, these may be performed in combination.
[0097]
By performing such a treatment, the curing of the resin forming the antireflection film can be advanced, and the resistance to dry etching in a later step can be improved. Specifically, the etching rate of the antireflection film is set to be higher than the etching rate of the underlying silicon nitride film.
[0098]
The material for forming the anti-reflection film is preferably a resin composition having a small volume shrinkage due to curing, as in the first embodiment. For example, a heat-curable novolak resin composition hardly shrinks (reduces dimensions) of the pattern after the heat treatment, so that the pattern size after exposure can be maintained.
[0099]
Next, the silicon nitride film 27 is dry-etched using the antireflection film pattern 33 as a mask to form a silicon nitride film pattern 35 as shown in FIG. In this case, as an etching gas, for example, tetrafluoromethane (CF 4 ), Oxygen (O 2 ) And difluoromethane (CH 2 F 2 )) Or a mixed gas of tetrafluoromethane and oxygen can be used.
[0100]
When a mixed gas of tetrafluoromethane and oxygen is used, the etching of the antireflection film and the etching of the silicon nitride film can be used as a common etching gas.
[0101]
Next, the tungsten film 26 is etched using the silicon nitride film pattern 35 as a mask to form a tungsten film pattern 36 (FIG. 7C). As an etching gas, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) And nitrogen (N 2 ) Can be used.
[0102]
As one example, a 50-nm-thick tungsten film was formed on a substrate to be processed. Next, a 70-nm-thick silicon nitride film was formed over the tungsten film by a CVD method.
[0103]
Next, a thermosetting novolak resin composition was applied on the silicon nitride film, and heated at 205 ° C. for 60 seconds to form an antireflection film having a thickness of 100 nm. Subsequently, a polyvinylphenol-based resist composition was applied and heated at 130 ° C. for 60 seconds to form a resist film having a thickness of 60 nm.
[0104]
Next, F 2 The resist film was exposed through a mask using an exposure machine using a laser as a light source. After the exposure, heating was performed at 130 ° C. for 90 seconds. Subsequently, development was performed using a 2.38% concentration tetramethylammonium hydroxide solution to form a resist pattern.
[0105]
Next, dry etching of the antireflection film was performed using the resist pattern as a mask. A mixed gas of nitrogen and oxygen was used as an etching gas. At this time, the resist pattern was completely etched almost simultaneously with the exposure of the underlying silicon nitride film.
[0106]
Next, the antireflection film pattern was irradiated with ultraviolet rays for 60 seconds using a lamp that generates ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm. Thereafter, dry etching of the silicon nitride film was performed using the antireflection film pattern as a mask. As an etching gas, a mixed gas of tetrafluoromethane, oxygen and difluoromethane was used.
[0107]
Next, dry etching of the tungsten film was performed using the silicon nitride film as a mask. As an etching gas, a mixed gas of sulfur hexafluoride and nitrogen was used. Through the above steps, a gate electrode structure having a good fine pattern was obtained.
[0108]
According to the pattern forming method of the present embodiment, by performing the hardening treatment of the antireflection film pattern, the silicon nitride film can be etched using the antireflection film pattern as a mask. The tungsten film is etched using the silicon nitride film pattern as a mask. Therefore, the resist pattern may be used only as a mask when etching the antireflection film, and the thickness of the resist film can be reduced. Thus, using a resist corresponding to a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, 2 Even when exposure is performed by an exposure machine using a laser as a light source, the exposure light can sufficiently reach the bottom of the resist film. In addition, since it is not necessary to reduce the thickness of the antireflection film, it is possible to prevent reflection of exposure light and form a good resist pattern.
[0109]
Further, the etching treatment of the antireflection film, the curing treatment of the antireflection film pattern, the etching treatment of the silicon nitride film, and the etching treatment of the tungsten film in this embodiment are performed using the pattern forming apparatus 100 described in the first embodiment. It can be done preferably.
[0110]
Hereinafter, a case where the pattern forming apparatus 100 of FIG. 4 is applied to the present embodiment will be described. It is assumed that the substrate 21 to be processed in FIGS. 4A to 4C has been subjected to a resist pattern forming step according to the method of the present embodiment.
[0111]
First, the substrate 21 to be processed is placed on the dry etching section 12 (FIG. 4A). Then, the etching gas G is introduced through the inlet 14. 1 Is introduced to etch the antireflection film. Next, the stage 19 is moved to the ultraviolet irradiation unit 13 to perform a hardening process on the substrate 21 (FIG. 4B). After that, the stage 19 is moved to the dry etching section 12, and the silicon nitride film is etched (FIG. 4C). Subsequently, the etching gas is replaced (if necessary), and the tungsten film is etched.
[0112]
As described above, by performing the processes from the etching treatment of the anti-reflection film to the etching treatment of the tungsten film in the same chamber, the throughput can be improved, and the yield can be improved by preventing the attachment of foreign substances and the like. It becomes.
[0113]
Embodiment 3 FIG.
The pattern forming method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment is characterized in that atoms for lowering the etching rate are introduced into the surface of the antireflection film.
[0114]
First, a semiconductor substrate on which a tungsten film is formed is prepared as a substrate to be processed. For example, as shown in FIG. 8A, a tungsten (W) film 41 is formed on a semiconductor substrate 40 by a CVD method or the like. The tungsten film 41 is used, for example, as a gate electrode material of a transistor corresponding to a design rule of 70 nm.
[0115]
As the semiconductor substrate 40, for example, silicon dioxide (SiO 2) is formed on a silicon substrate on which an element isolation region and a diffusion layer serving as a source or a drain are formed. 2 ) A film on which a gate insulating film such as a film is formed can be used.
[0116]
The film formed on the semiconductor substrate 40 is not limited to the tungsten film. For example, another conductive film such as molybdenum (Mo), tantalum (Ta), or titanium (Ti) may be formed. Further, the film is not limited to the gate electrode material, and another film may be formed as long as the film is used in a semiconductor device manufacturing process and requires patterning.
[0117]
Next, as shown in FIG. 8B, an antireflection film 42 is formed on the tungsten film 41. In this embodiment, the antireflection film preferably has a refractive index n of 1.60 ≦ n ≦ 1.90 and an extinction coefficient k of 0.12 ≦ k. Further, the thickness is preferably 10 nm or more and 200 nm or less. As the resin composition for forming the antireflection film, the same resin composition as in Embodiment 1 can be used, but it is particularly preferable to use a novolak-based resin composition.
[0118]
The present embodiment is characterized in that after forming the anti-reflection film 42, atoms that slow down the etching rate of the anti-reflection film 42 are introduced into the surface thereof. Specifically, the etching rate of the antireflection film 42 is set to be higher than the etching rate of the underlying tungsten film 41.
[0119]
Examples of atoms that lower the etching rate of the antireflection film include boron (B), arsenic (As), and germanium (Ge). By introducing such atoms into the anti-reflection film, the structure of the anti-reflection film at the introduced portion can be changed, and the dry etching resistance can be improved.
[0120]
The introduction of atoms into the antireflection film 42 can be performed by using, for example, an ion implantation method as shown in FIG. The purpose of this embodiment is to improve the dry etching resistance of the surface of the antireflection film, and preferably does not affect the electrical characteristics of the semiconductor device. Therefore, in ion implantation, the implantation energy is reduced so that the implantation layer 43 is formed only on the surface of the antireflection film 42. It is preferable that the specific thickness of the injection layer 43 be appropriately set according to the conditions of dry etching.
[0121]
The introduction of atoms into the antireflection film can also be performed by subjecting the antireflection film to a plasma treatment. For example, by exposing the antireflection film to boron plasma, boron can be introduced to the surface of the antireflection film. According to this method, atoms can be introduced only in the vicinity of the surface, and there is no possibility that the electrical characteristics of the semiconductor device will be affected.
[0122]
Next, as shown in FIG. 9A, a resist film 45 is formed on the anti-reflection film 44 after the surface modification processing. As the resist film 45, the same one as in Embodiment 1 can be used. For example, there is a resist corresponding to an exposure machine using a KrF excimer laser or an ArF excimer laser as a light source.
[0123]
The formation of the resist film 45 can be performed by, for example, a spin coating method or the like. In addition, the thickness of the resist film 45 can be a predetermined thickness according to the manufacturing process of the semiconductor device. However, according to the pattern forming method of the present embodiment, the thickness can be smaller than the conventional thickness. It becomes possible.
[0124]
Next, as shown in FIG. 9B, the resist film 45 is irradiated with exposure light 47 via a predetermined mask 46. As an exposure apparatus, for example, F 2 An exposure apparatus using a laser as a light source can be used. Further, the mask 46 can be a mask corresponding to a resist pattern having a desired line width.
[0125]
This exposure is performed for the purpose of forming a predetermined resist pattern latent image on the resist film 45. That is, by irradiating the resist film 45 with exposure light, a resist pattern latent image including an exposed portion 451 and an unexposed portion 452 is formed in the resist film 45 as shown in FIG. 9B.
[0126]
Next, a heat treatment is performed on the exposed semiconductor substrate. The heat treatment can be performed using a closed heating furnace, a hot plate, or the like.
[0127]
After the heat treatment process, the resist film is subjected to a development process. The development can be performed, for example, by alkali development using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide.
[0128]
For example, when a positive resist is used, the exposed portion 451 has an alkali-soluble polymer structure, while the unexposed portion 452 has an alkali-insoluble polymer structure. Therefore, by performing the alkali developing treatment, only the exposed portions 451 are dissolved and removed in the developing solution, so that a resist pattern 48 as shown in FIG. 9C is formed.
[0129]
Next, the developing solution attached to the semiconductor substrate and the resist dissolved in the developing solution are washed away with a rinsing solution. Specifically, the rinsing liquid can be washed away by discharging the rinsing liquid onto the semiconductor substrate in a shower state or a spray state. When an alkaline aqueous solution is used as the developing solution, pure water can be used as the rinsing solution, for example.
[0130]
After washing away the developing solution and the resist dissolved in the developing solution with the rinsing solution, the rinsing solution is removed by drying. For example, drying can be performed by rotating the semiconductor substrate at a high speed.
[0131]
Next, the antireflection film 44 is dry-etched using the resist pattern 48 as a mask to form an antireflection film pattern 49 as shown in FIG. At this time, it is preferable to set the etching conditions so that the etching of the antireflection film 44 proceeds and the tungsten film 41 is exposed almost simultaneously with the etching of the resist pattern 48. When the anti-reflection film is formed of a novolak type epoxy resin, nitrogen (N 2 ) And oxygen (O 2 ) Mixed gas or tetrafluoromethane (CF 4 ) And oxygen can be used as an etching gas.
[0132]
Next, the tungsten film 41 is etched using the antireflection film pattern 49 as a mask. According to the present embodiment, since atoms for lowering the etching rate are introduced into the surface of the antireflection film 44, an antireflection film pattern 49 having high dry etching resistance can be obtained. Therefore, the tungsten film 41 can be etched using the antireflection film pattern 49 as a mask instead of the resist pattern 48.
[0133]
Through the above steps, a tungsten film pattern 50 as shown in FIG. 10B can be obtained.
[0134]
According to the pattern forming method of the present embodiment, the dry etching resistance of the antireflection film can be improved by performing the modification treatment of the antireflection film. Thus, the tungsten film can be etched using the antireflection film pattern as a mask. Since the resist pattern may be used only as a mask when etching the antireflection film, the thickness of the resist film can be reduced. Therefore, using a resist corresponding to a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, 2 Even when exposure is performed by an exposure machine using a laser as a light source, the exposure light can sufficiently reach the bottom of the resist film. In addition, since it is not necessary to reduce the thickness of the antireflection film, it is possible to prevent reflection of exposure light and form a good resist pattern.
[0135]
In the present embodiment, the anti-reflection film is formed on the tungsten film, but the present embodiment is not limited to this. As in Embodiment 2, an inorganic film such as a silicon nitride film is provided between the tungsten film and the antireflection film, the inorganic film is etched using the antireflection film pattern as a mask, and tungsten is formed using the formed inorganic film pattern as a mask. The film may be etched. In this case, the etching rate of the antireflection film is set to be higher than the etching rate of the underlying inorganic film.
[0136]
When the inorganic film is a silicon nitride film and the antireflection film is formed of a novolak resin composition, tetrafluoromethane (CF 4 ) And oxygen (O 2 By using the mixed gas of (2) as an etching gas, etching of the antireflection film and etching of the silicon nitride film can be performed continuously. In this case, according to the first method, these films can be etched using the resist pattern as a mask. According to another method, first, the antireflection film is etched using the resist pattern as a mask, and when the resist pattern has disappeared by etching, the silicon nitride film can be etched using the antireflection film as a mask. .
[0137]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hardening process of an antireflection film pattern can improve the dry etching resistance. Accordingly, the base film can be etched using the anti-reflection film pattern as a mask, and the resist pattern can be used only as a mask when etching the anti-reflection film. it can. Further, since it is not necessary to reduce the thickness of the antireflection film, reflection of exposure light at the interface can be effectively suppressed.
[0138]
Further, according to the present invention, a pattern forming apparatus is used in which an etching treatment, a curing treatment, and an etching treatment of a substrate to be processed are performed in the same chamber. Therefore, the throughput can be improved, and the yield can be improved by preventing the attachment of foreign substances and the like.
[0139]
Further, according to the present invention, the dry etching resistance of the antireflection film can be improved by performing the modification treatment of the antireflection film. Accordingly, the base film can be etched using the anti-reflection film pattern as a mask, and the resist pattern can be used only as a mask when etching the anti-reflection film. it can.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to a first embodiment;
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to the first embodiment.
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to the first embodiment;
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating an example of a pattern forming apparatus according to the present invention.
FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to a second embodiment;
FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to a second embodiment;
FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to a second embodiment;
FIGS. 8A to 8C are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to a third embodiment;
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to a third embodiment;
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views illustrating steps of a pattern forming method according to a third embodiment;
FIGS. 11A to 11C are cross-sectional views showing steps of a conventional pattern forming method.
12A to 12D are cross-sectional views illustrating steps of a conventional pattern forming method.
[Explanation of symbols]
1,25,40 semiconductor substrate, 2,26,41 tungsten film, 3,28,42 antireflection film, 4,29,45 resist film, 5,30,46 mask, 6,31,47 exposure light, 7 , 32, 48 resist pattern, 8, 33, 49 anti-reflection film pattern, 9, 34 ultraviolet ray, 10, 36, 50 tungsten film pattern, 12 dry etching part, 13 ultraviolet irradiation part, 21 substrate to be processed, 27 silicon nitride film , 35 silicon nitride film pattern, 43 injection layer, 100 pattern forming apparatus.

Claims (14)

被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、
前記レジスト膜に現像処理を施すことによって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をマスクとした前記反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、
前記反射防止膜パターンに硬化処理を施す工程と、
前記硬化処理後の反射防止膜パターンをマスクとして前記被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。
Forming an anti-reflection film on the substrate to be processed;
Forming a resist film on the antireflection film,
Forming a resist pattern latent image by irradiating the resist film with exposure light through a predetermined mask,
Forming a resist pattern by performing a development process on the resist film;
Forming an anti-reflection film pattern by etching the anti-reflection film using the resist pattern as a mask,
Performing a curing treatment on the antireflection film pattern,
Etching the substrate using the antireflection film pattern after the curing treatment as a mask.
前記硬化処理は、加熱処理および/または紫外線照射処理である請求項1に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to claim 1, wherein the curing treatment is a heat treatment and / or an ultraviolet irradiation treatment. 前記硬化処理は電子線照射処理である請求項1に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to claim 1, wherein the curing treatment is an electron beam irradiation treatment. 被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の表面にホウ素、ヒ素およびゲルマニウムよりなる群から選ばれるいずれか1の原子を導入する工程と、
前記原子が導入された反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、
前記レジスト膜に現像処理を施すことによって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をマスクとした前記反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。
Forming an anti-reflection film on the substrate to be processed;
A step of introducing any one atom selected from the group consisting of boron, arsenic, and germanium to the surface of the antireflection film,
Forming a resist film on the antireflection film in which the atoms have been introduced,
Forming a resist pattern latent image by irradiating the resist film with exposure light through a predetermined mask,
Forming a resist pattern by performing a development process on the resist film;
Forming an anti-reflection film pattern by etching the anti-reflection film using the resist pattern as a mask,
Etching the substrate to be processed using the antireflection film pattern as a mask.
イオン注入法を用いて前記原子の導入を行う請求項4に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to claim 4, wherein the atoms are introduced using an ion implantation method. 前記原子のプラズマ中に前記反射防止膜を曝して前記原子の導入を行う請求項4に記載のパターン形成方法。5. The pattern forming method according to claim 4, wherein the atoms are introduced by exposing the antireflection film to the plasma of the atoms. 前記反射防止膜はノボラック系樹脂組成物から形成されている請求項1〜6のいずれか1に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to claim 1, wherein the antireflection film is formed from a novolak-based resin composition. 前記露光光は波長157nmのFレーザ光である請求項1〜7のいずれか1に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to any one of claims 1 to 7 wherein the exposure light is the F 2 laser beam having a wavelength of 157 nm. 前記レジスト膜は、KrFレジスト膜またはArFレジスト膜である請求項1〜8のいずれか1に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to any one of claims 1 to 8, wherein the resist film is a KrF resist film or an ArF resist film. 前記被加工基板はタングステン膜を有し、該タングステン膜上に前記反射防止膜が形成されていて、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記タングステン膜をエッチングする請求項1〜9のいずれか1に記載のパターン形成方法。
The substrate to be processed has a tungsten film, and the antireflection film is formed on the tungsten film,
The pattern forming method according to claim 1, wherein the tungsten film is etched using the antireflection film pattern as a mask.
前記被加工基板はタングステン膜および該タングステン膜の上に形成された無機膜を有し、該無機膜の上に前記反射防止膜が形成されていて、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記無機膜をエッチングする請求項1〜9のいずれか1に記載のパターン形成方法。
The substrate to be processed has a tungsten film and an inorganic film formed on the tungsten film, and the antireflection film is formed on the inorganic film,
The pattern forming method according to claim 1, wherein the inorganic film is etched using the antireflection film pattern as a mask.
被加工基板上に形成された反射防止膜をエッチングして反射防止膜パターンを形成するドライエッチング部と、
前記反射防止膜パターンに紫外線照射を行う紫外線照射部と、
前記ドライエッチング部と前記紫外線照射部との間で前記被加工基板を搬送する搬送手段とを有することを特徴とするパターン形成装置。
A dry etching portion for etching the antireflection film formed on the substrate to be processed to form an antireflection film pattern,
An ultraviolet irradiation unit that performs ultraviolet irradiation on the antireflection film pattern,
A pattern forming apparatus comprising: transport means for transporting the substrate to be processed between the dry etching unit and the ultraviolet irradiation unit.
前記紫外線照射部がさらに熱を発生する請求項12に記載のパターン形成装置。The pattern forming apparatus according to claim 12, wherein the ultraviolet irradiation unit further generates heat. 前記ドライエッチング部と前記紫外線照射部とが同一の真空チャンバ内に配置されている請求項12または請求項13に記載のパターン形成装置。14. The pattern forming apparatus according to claim 12, wherein the dry etching section and the ultraviolet irradiation section are arranged in the same vacuum chamber.
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