JP2005173353A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 単層レジストプロセスと同等の簡略な現像工程でよい二層レジストプロセスのレジストパターン形成方法を提供する。
【解決手段】 基板１０上に下層レジスト膜１１を形成する工程(1)と、下層レジスト膜１１上に拡散防止膜１２を形成する工程(2)と、拡散防止膜１２上に上層レジスト膜１３を形成する工程(3)と、下層レジスト膜１１及び上層レジスト膜１３を同時に露光する工程(4)と、下層レジスト膜１１及び上層レジスト膜１３を同時に現像する工程(5)とを備えたものである。そして、エッチング耐性向上成分としてのＳｉが、下層レジスト膜１１に含まれず、上層レジスト膜１３に含まれる。拡散防止膜１２は、上層レジスト膜１３から下層レジスト膜１１へのＳｉの拡散を防止するとともに、露光時の光を透過させ、現像時の現像液で除去される性質を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造技術等における微細加工に用いられるレジストパターンに関し、詳しくはその形成方法に関する。

図３はレジストパターン形成方法の第一従来例を示す概略断面図であり、図３［１］〜図３［３］の順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。

第一従来例は、最も頻繁に用いられる単層レジストプロセスである。まず、図３［１］に示に示すように、酸化膜付きの基板５０上に通常のポジ型フォトレジストを塗布して膜厚約1μｍのレジスト膜５１を形成する。続いて、図３［２］に示すように、透明基板６０に所定のパターンの遮光膜６１が形成されたフォトマスク６２を用意し、フォトマスク６２とＫｒＦレーザ光６３とを用いて露光することにより、レジスト膜５１に感光部５２を形成する。最後に、図３［３］に示すように、アルカリ現像液で現像処理することにより、感光部５２を除去してレジストパターン５３を得る。

しかし、ここで用いるポジ型フォトレジストには、レジストパターン５３のドライエッチング耐性を高めるＳｉなどの成分を、含有させることができない。なぜなら、本来Ｓｉはフォトレジストの解像性に悪影響を与える不純物成分であるので、下地酸化膜のドライエッチングに耐え得るだけの塗布膜厚（この例では１μｍ）では十分な解像性能を得ることができないからである。一般に、十分な解像性能が得られるＳｉ含有フォトレジストの実用膜厚は２００ｎｍ以内とされている。したがって、単層レジストプロセスでは、十分な膜厚と十分なドライエッチング耐性とを兼ね備えたレジストパターンを得ることができなかった。

なお、図面では、分かりやすくするために、基板５０のごく一部のみを示し、かつ基板５０及び透明基板６０の厚みを薄く示している。他の図面でも同様である。

また、レジスト膜を単層ではなく二層とした二層レジストプロセスが知られている（例えば特許文献１）。そこで、Ｓｉ含有フォトレジストを上層レジスト膜として使用する二層レジストプロセスを、第二従来例として次に説明する。

図４はレジストパターン形成方法の第二従来例を示す概略断面図であり、図４［１］〜図４［４］の順に工程が進行する。以下、この図面に基づき説明する。

まず、図４［１］に示すように、酸化膜付きの基板７０上に、非感光性レジストとＳｉ含有ポジ型フォトレジストとを順次塗布することにより、非感光性の下層レジスト膜７１（膜厚８００ｎｍ程度）とＳｉを含有した上層レジスト膜７２（膜厚約２００ｎｍ程度）とを形成する。ここで非感光性レジストとしては、光酸発生剤などの感光性成分を含有しないノボラック系樹脂やアクリル系樹脂が主に使用される。また、ポジ型フォトレジストとしては、ポリシロキサン系樹脂又はポリヒドロキシスチレン樹脂をベースとしたＳｉ含有フォトレジストが主に使用される。

続いて、図４［２］に示すように、透明基板８０に所定のパターンの遮光膜８１が形成されたフォトマスク８２を用意し、フォトマスク８２とＫｒＦレーザ光８３とを用いて露光することにより、上層レジスト膜７２に感光部７３を形成する。

続いて、図４［３］に示すように、アルカリ現像液で感光部７３を溶解させることにより、上層レジスト７２のみからなるレジストパターン７４を得る。このとき、下層レジスト７１は非感光性であるためアルカリ現像液ではパターニングされない。

最後に、図４［４］に示すように、レジストパターン７４をマスクとしてＳＯ_２＋Ｏ_２混合ガスなどを用いてドライ現像処理を行うことにより、下層レジスト膜７１及び上層レジスト膜７２からなる最終的なレジストパターン７５を得る。

この二層レジストプロセスによれば、解像性を損なうことなく、十分なエッチング耐性を有するレジストパターン７５を得ることができる。

このように、Ｓｉ含有フォトレジストを上層レジスト膜７２として使用する二層レジストプロセスは、通常の半導体製造工程で用いられている単層レジストプロセスでは得ることのできない、高いドライエッチング耐性を有するレジストパターン７５を形成できるので、誘電体膜エッチングなどの厚い下地膜を加工する工程への適用が有望視されている。

特開平３−２８３４１８号公報

しかしながら、従来の二層レジストプロセスでは、下層レジスト膜７１のドライ現像処理が必要となることにより、上層レジスト膜７２のアルカリ現像液による現像処理とともに合計二回の現像工程が必要となるため、工程数及び使用装置が増えるという欠点があった。

そこで、本発明の目的は、単層レジストプロセスと同等の簡略な現像工程でよい二層レジストプロセスのレジストパターン形成方法を提供することにある。

本発明に係るレジストパターン形成方法は、エッチングの対象となる基板上にポジ型の下層レジスト膜を形成する工程と、この下層レジスト膜上にポジ型の上層レジスト膜を形成する工程と、下層レジスト膜及び上層レジスト膜を同時に露光する工程と、下層レジスト膜及び上層レジスト膜を同時に現像する工程と、を備えたものである。そして、エッチングに対する耐性を向上させるエッチング耐性向上成分が、上層レジスト膜のみに含まれる、ことを特徴とする。

まず、基板上に、下層レジスト膜及び上層レジスト膜を順次形成する。これらの下層レジスト膜及び上層レジスト膜は、同じポジ型であるので、同時に露光することができ、かつ同時に現像することができる。そのため、現像工程は、二層レジストプロセスでありながら、単層レジストプロセスと同じ一回で良い。また、下層レジスト膜は、エッチング耐性向上成分を含まないので、透光性が良い。一方、基板用エッチャントに曝される上層レジスト膜は、エッチング耐性向上成分を含む。したがって、解像性を損なうことなく、十分なエッチング耐性を有するレジストパターンが得られる。

請求項２記載のレジストパターン形成方法は、請求項１記載のレジストパターン形成方法において、下層レジスト膜と上層レジスト膜との間に拡散防止膜を形成する工程を更に備えている。この拡散防止膜は、上層レジスト膜から下層レジスト膜へのエッチング耐性向上成分の拡散を防止するとともに、露光時の光を透過させ、現像時の現像液で除去される性質を有する。

上層レジスト膜から下層レジスト膜へエッチング耐性向上成分が拡散すると、下層レジスト膜の透光性が落ちてしまう。そこで、エッチング耐性向上成分の拡散が無視できない場合は、このように拡散防止膜を設ける。また、拡散防止膜は、露光時の光を透過させ、現像時の現像液で除去される。したがって、拡散防止膜を設けても露光工程や現像工程が増えることはない。

請求項３記載のレジストパターン形成方法は、請求項１又は２記載のレジストパターン形成方法において、下層レジスト膜は上層レジスト膜に比べて露光時の光に対して高感度である、というものである。

露光時の光は、上層レジスト膜を通過して下層レジスト膜へ至るので、やや減衰して下層レジスト膜に到達する。特に上層レジスト膜は、エッチング耐性向上成分が含まれているので、その分、光減衰量も大きい。そのため、下層レジスト膜を上層レジスト膜よりも高感度にして、下層レジスト膜及び上層レジスト膜が均一に露光されるようにする。

請求項４記載のレジストパターン形成方法は、請求項１〜３記載のレジストパターン形成方法において、下層レジスト膜及び上層レジスト膜を組成する樹脂がポリシロキサン系樹脂又はポリヒドロキシスチレン系樹脂であり、エッチング耐性向上成分がシリコンである、というものである。

下層レジスト膜及び上層レジスト膜の具体例、並びにエッチング耐性向上成分の具体例である。もちろん、下層レジスト膜、上層レジスト膜及びエッチング耐性向上成分は、これらの具体例に限定されるものではない。

請求項５記載のレジストパターン形成方法は、請求項１〜４記載のレジストパターン形成方法において、現像液がアルカリ現像液であり、拡散防止膜は、ポリビニルアルコール又はポリビニルピロリドンをベースとする共重合体からなり、アルカリ現像液に対して可溶性を有する、というものである。

現像液及び拡散防止膜の具体例である。もちろん、現像液及び拡散防止膜は、これらの具体例に限定されるものではない。

請求項６記載のレジストパターン形成方法は、請求項５記載のレジストパターン形成方法において、拡散防止膜のアルカリ現像液に対する溶解速度は、拡散防止膜の原材料としてのモノマーの溶解成分と非溶解成分との共重合比率を調整することによって設定された、というものである。

拡散防止膜のアルカリ現像液に対する溶解速度は、拡散防止膜の溶解成分が多いほど大きくなる。

請求項７記載のレジストパターン形成方法は、請求項１〜３記載のレジストパターン形成方法において、ポジ型の下層レジスト膜及びポジ型の上層レジスト膜に代えて、ネガ型の下層レジスト膜及びネガ型の上層レジスト膜とした、というものである。

一般に、ネガ型は、ポジ型に比べて、解像度が低い。その理由は、ネガ型が現像時に現像液を吸収して膨潤するからである。したがって、低解像度でも良ければ、ネガ型を用いてもよい。

次に、言葉を換えて、本発明についてもう一度説明する。

本発明は、基板上に、ポジ型下層レジスト膜(高感度)、拡散防止膜(非感光性)、Ｓｉ含有ポジ型上層レジスト膜(低感度)の順に形成し、ポジ型下層レジスト膜とＳｉ含有ポジ型上層レジスト膜とを同時に露光かつ同時に現像するレジストパターン形成方法である。

下層レジスト膜として、感光性を有するポジ型フォトレジストを用いる。Ｓｉ含有ポジ型上層レジスト膜とポジ型下層レジスト膜とを同時に露光し、かつ同時にアルカリ現像液で現像処理を行う。このため、従来行われていた、下層レジスト膜のドライ現像処理が不要となる。ただし、Ｓｉの拡散を防ぐために、両者のレジスト膜の間に拡散防止膜を設けることが好ましく、かつレジストパターンの側壁を垂直にするために、ポジ型上層レジスト膜よりもポジ型下層レジスト膜を高感度に設定することが好ましい。

このように、Ｓｉ含有フォトレジストを上層レジスト膜として使用する二層レジストプロセスで、下層レジスト膜を現像するためのドライ現像を省略することができる。したがって、高いドライエッチング耐性を有するレジストパターンを簡単に形成できる。

本発明に係るレジストパターン形成方法によれば、エッチング耐性向上成分を含まないポジ型下層レジスト膜と、エッチング耐性向上成分を含むポジ型上層レジスト膜との二層にしたことにより、これらを同時に露光することができ、かつ同時に現像することができる。そのため、現像工程は、二層レジストプロセスでありながら、単層レジストプロセスと同じ一回にすることができる。しかも、下層レジスト膜はエッチング耐性向上成分を含まないので透光性が良く、かつエッチャントに曝される上層レジスト膜はエッチング耐性向上成分を含む。したがって、解像性を損なうことなく、十分なエッチング耐性を有するレジストパターンを、簡単な製造工程で得ることができる。また、本発明は、請求項ごとに次の効果も奏する。

請求項２記載のレジストパターン形成方法によれば、下層レジスト膜と上層レジスト膜との間に拡散防止膜を形成することにより、エッチング耐性向上成分が拡散して下層レジスト膜の透光性を損うことがない。しかも、拡散防止膜は、露光時の光を透過させ、現像時の現像液で除去される。したがって、露光工程や現像工程を増やすことなく、解像性を向上できる。

請求項３記載のレジストパターン形成方法によれば、光の透過を阻害するエッチング耐性向上成分を含む上層レジスト膜の下に位置する下層レジスト膜を、上層レジスト膜よりも高感度にすることにより、下層レジスト膜も上層レジスト膜と同じように感光するので、下層レジスト膜及び上層レジスト膜を均一に露光することができる。したがって、現像後の下層レジスト膜の側壁を垂直に形成できるので、基板のエッチング精度を向上できる。

図１は、本発明に係るレジストパターン形成方法の一実施形態を示す工程図である。図２は、本実施形態の概略断面図であり、図２［１］〜図２［３］の順に工程が進行する。以下、これらの図面に基づき説明する。

まず、図１及び図２［１］に基づき、本実施形態の概要を説明する。

本実施形態のレジストパターン形成方法は、エッチングの対象となる基板１０上にポジ型の下層レジスト膜１１を形成する工程(1)と、下層レジスト膜１１上に拡散防止膜１２を形成する工程(2)と、拡散防止膜１２上にポジ型の上層レジスト膜１３を形成する工程(3)と、下層レジスト膜１１及び上層レジスト膜１３を同時に露光する工程(4)と、下層レジスト膜１１及び上層レジスト膜１３を同時に現像する工程(5)とを備えたものである。

そして、エッチングに対する耐性を向上させるエッチング耐性向上成分としてのＳｉが、下層レジスト膜１１に含まれず、上層レジスト膜１３に含まれる。拡散防止膜１２は、上層レジスト膜１３から下層レジスト膜１１へのＳｉの拡散を防止するとともに、露光時の光を透過させ、現像時の現像液で除去される性質を有する。

次に、図２［１］〜図２［３］に沿って、更に詳しく説明する。

まず、図２［１］に示すように、酸化膜付きの基板１０上に、下層となるポジ型フォトレジスト、拡散防止膜となる樹脂、上層となるポジ型フォトレジストを順次塗布することにより、下層レジスト膜１１、拡散防止膜１２、上層レジスト膜１３を形成する。下層レジスト膜１１には、例えば膜厚８００ｎｍ程度のＫｒＦエキシマレーザ用の化学増幅型フォトレジストを用いる。化学増幅型フォトレジストは、樹脂、酸発生剤、溶媒等の混合液からなる。ここで用いる化学増幅型フォトレジストには、最も一般的なポリヒドロキシスチレン樹脂をベースとしたもので良い。上層レジスト膜１３には、例えば膜厚２００ｎｍ程度のＫｒＦ感光型Ｓｉ含有フォトレジストを用いる。これも、最も一般的なポリシロキサン系樹脂又はポリヒドロキシスチレン樹脂をベースとしたＳｉ含有フォトレジストで良い。また、下層レジスト膜１１と上層レジスト膜１３との間に、ＫｒＦ光を透過する性質を有する膜厚数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の非感光性の拡散防止膜１２を、塗布により形成する。拡散防止膜１２は、レジスト塗布後から現像前までの間のプリベーク中に、双方のレジスト膜１１，１３が相互拡散を起こして解像性能が劣化することを防止する。

続いて、図２［２］に示すように、透明基板２０に所定のパターンの遮光膜２１が形成されたフォトマスク２２を用意し、フォトマスク２２とＫｒＦレーザ光２３とを用いて露光することにより、下層レジスト膜１１及び上層レジスト膜１３に感光部１４を同時に形成する。

続いて、図２［３］に示すように、アルカリ現像液を用いて下層レジスト膜１１及び上層レジスト膜１３からなる感光部１４を溶解させることにより、レジストパターン１５を得る。この際、拡散防止層１２は、感光性を有しないものの膜厚が薄いために、下層レジスト膜１１及び上層レジス膜１３と同時にアルカリ現像液に溶解し、パターニングされる。このようにアルカリ現像液に可溶な拡散防止膜１２の材料としては、例えばポリビニルアルコールやポリビニルピロリドンをベースとする共重合体が使用可能である。拡散防止膜１２のアルカリ現像液に対する溶解速度は、平面方向への現像液の浸透を考慮すると、８×１０^−５μｍ／s〜８×１０^−４μｍ／s程度が適当である。この溶解速度は、原材料（モノマー）の溶解成分と非溶解成分との共重合比率を調整することにより、制御できる。なお、レジストパターン１５の側壁を垂直にするために、ＫｒＦ光に対する感光性は、上層レジスト膜１３よりも下層レジスト膜１１の方を高めに設定する必要がある。

以上の方法で得られたレジストパターン１５を用いて酸化膜付きの基板１０のドライエッチングを行った場合、レジストパターン１５の上層にドライエッチング耐性に優れたＳｉ含有層があるために、エッチレートの選択比が十分に確保される。更に、下層レジスト膜１１及び上層レジスト膜１３を同時にアルカリ現像液でパターニングしているために、従来の二層レジストプロセスで下層レジスト膜を現像するために行っていたドライ現像を省略できる。

本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、上層レジスト膜及び下層レジスト膜ともにＫｒＦ感光性のポジ型フォトレジストの組み合わせを示したが、このＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ光源（２４８ｎｍ）以外の例えばＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ光源（１９３ｎｍ）やＦ２（フッ素ダイマ）エキシマレーザ光源（１５７ｎｍ）に感光するポジ型フォトレジスト同士の組み合わせでも同様な効果を得ることができる。また、Ｓｉの拡散が許容できるならば、拡散防止膜を省略しても良い。

本発明に係るレジストパターン形成方法の一実施形態を示す工程図である。 図１における概略断面図であり、図２［１］〜図２［３］の順に工程が進行する。以下、これら レジストパターン形成方法の第一従来例を示す概略断面図であり、図３［１］〜図３［３］の順に工程が進行する。 レジストパターン形成方法の第二従来例を示す概略断面図であり、図４［１］〜図４［４］の順に工程が進行する。

符号の説明

１０ 基板
１１ 下層レジスト膜
１２ 拡散防止膜
１３ 上層レジスト膜
１５ レジストパターン

Claims (7)

1. エッチングの対象となる基板上にポジ型の下層レジスト膜を形成する工程と、この下層レジスト膜上にポジ型の上層レジスト膜を形成する工程と、前記下層レジスト膜及び前記上層レジスト膜を同時に露光する工程と、前記下層レジスト膜及び前記上層レジスト膜を同時に現像する工程と、を備えたレジストパターン形成方法であって、
   前記エッチングに対する耐性を向上させるエッチング耐性向上成分が、前記上層レジスト膜のみに含まれる、
   ことを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. 前記下層レジスト膜と前記上層レジスト膜との間に拡散防止膜を形成する工程を更に備え、
   この拡散防止膜は、前記上層レジスト膜から前記下層レジスト膜への前記エッチング耐性向上成分の拡散を防止するとともに、前記露光時の光を透過させ、前記現像時の現像液で除去される性質を有する、
   請求項１記載のレジストパターン形成方法。
3. 前記下層レジスト膜は、前記上層レジスト膜に比べて、前記露光時の光に対して高感度である、
   請求項１又は２記載のレジストパターン形成方法。
4. 前記下層レジスト膜及び前記上層レジスト膜を組成する樹脂がポリシロキサン系樹脂又はポリヒドロキシスチレン系樹脂であり、
   前記エッチング耐性向上成分がシリコンである、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のレジストパターン形成方法。
5. 前記現像液がアルカリ現像液であり、
   前記拡散防止膜は、ポリビニルアルコール又はポリビニルピロリドンをベースとする共重合体からなり、前記アルカリ現像液に対して可溶性を有する、
   請求項１乃至４のいずれかに記載のレジストパターン形成方法。
6. 前記拡散防止膜の前記アルカリ現像液に対する溶解速度は、当該拡散防止膜の原材料としてのモノマーの溶解成分と非溶解成分との共重合比率を調整することによって設定された、
   請求項５記載のレジストパターン形成方法。
7. 前記ポジ型の下層レジスト膜及び前記ポジ型の上層レジスト膜に代えて、ネガ型の下層レジスト膜及びネガ型の上層レジスト膜とした、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のレジストパターン形成方法。

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