JP2005236140A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光装置の解像限界以下のパターン寸法を持つレジストパターンを均一に形成することができるレジストパターン形成方法を得る。
【解決手段】 基板上にレジストを形成する工程と、フォトリソグラフィによりレジストに開口部を形成する工程と、開口部から所定距離よりも離れた領域におけるレジストのガラス転移温度を上げる工程と、開口部から所定距離以内の領域におけるレジストのガラス転移温度と開口部から所定距離よりも離れた領域におけるレジストのガラス転移温度の間の温度で熱処理する工程とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置の解像限界以下のパターン寸法を持つレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法に関するものである。

半導体デバイス製造において、微細なパターンを形成するためにリソグラフィが行われる。近年の半導体素子の微細化に伴い、露光装置の解像限界以下のパターンを形成するようなレジストパターン形成方法が検討されている。その１つとして、レジストを熱処理して開口部を微細化する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

従来のレジストパターン形成方法について図４を参照しながら説明する。まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板３１上に、被加工膜３２、下層反射防止膜３３及びレジスト３４を順に形成し、マスク３５を用いてレジスト３４を露光する。次に、図４（ｂ）に示すように、現像処理によりレジスト３４の被露光領域３６を除去して、レジスト３４に開口径Φ_１の開口部３７を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、パターン形成されたレジスト３４をレジスト樹脂のガラス転移温度Ｔ_ｇ近辺の温度で熱処理してフローさせ、パターンの開口部分を縮小させる。これにより、開口部３７の開口径をΦ_１より小さいΦ_２，Φ_３，Φ_４にすることができる。即ち、露光装置の解像限界以下のパターン寸法を持つレジストパターンを形成することができる。

そして、図４（ｄ）に示すように、レジスト３４をマスクとして、下層反射防止膜３３及び被加工膜３２をエッチングして、コンタクトホールやトレンチパターン等の開口部３８を形成する。

特開２００１−１４２１９９号公報

しかし、従来のレジストパターン形成方法では、パターンが密である領域Ｂよりもパターンが疎である領域Ａの方が、周辺から開口部３７に流れ込むレジストが多いため、領域Ａの開口径Φ_２は、領域Ｂの開口径Φ_３，Φ_４より小さくなる。従って、パターンの粗密によってレジストをフローさせた後に得られるパターンの開口部分の縮小量が異なるため、レジストパターンを均一に形成することができないという問題がある。

この問題を解決するために、露光用のマスクにダミーパターンを設けて縮小させるパターン近辺の樹脂量を調整する方法がある。しかし、このようなマスクの設計及び製造は困難であり、また、パターンによってはダミーパターンを配置できない場合もある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、露光装置の解像限界以下のパターン寸法を持つレジストパターンを均一に形成することができるレジストパターン形成方法を得るものである。

本発明に係るレジストパターン形成方法は、基板上にレジストを形成する工程と、フォトリソグラフィによりレジストに開口部を形成する工程と、開口部から所定距離よりも離れた領域におけるレジストのガラス転移温度を上げる工程と、開口部から所定距離以内の領域におけるレジストのガラス転移温度と開口部から所定距離よりも離れた領域におけるレジストのガラス転移温度の間の温度で熱処理する工程とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、露光装置の解像限界以下のパターン寸法を持つレジストパターンを均一に形成することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るレジストパターン形成方法について図１を参照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１１上に、被加工膜であるポリシリコン膜１２を９００ｎｍ形成する。次に、ポリシリコン膜１２上に、東京エレクトロン製塗布現像装置ＡＣＴ１２を用いて、日産化学製の下層反射防止膜ＡＲＣ２９Ａを膜厚７７ｎｍで回転塗布し、２０５℃で６０秒間熱処理して、下層反射防止膜１３を形成する。

そして、基板を常温に冷却した後、住友化学製のレジストＰＡＲ−７１５を膜厚４００ｎｍで回転塗布して、レジスト１４を形成する。ここで、レジスト１４のガラス転移温度は約１５０℃である。また、レジスト４として、化学増幅型ポジレジスト又はノボラック型ポジレジストを用いることができる。

次に、１３０℃で６０秒間熱処理し、常温に冷却した後、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を光源とするキヤノン製の露光装置ＦＰＡ−５０００ＡＳ３を用いて、ウェハ転写寸法１２０ｎｍ径の開口部のパターンを含むマスク１５を用いて、露光量１８５Ｊ／ｍ^２でレジスト１４にパターンを露光する。露光後に１３０℃で６０秒間熱処理し、常温でクーリングする。

次に、図１（ｂ）に示すように、現像処理によりレジスト１４の被露光領域１６を除去して、レジスト１４に開口径１２０ｎｍの開口部１７を形成する。即ち、フォトリソグラフィによりレジスト１４に開口部１７を形成する。

次に、図１（ｃ）に示すように、開口部から所定距離以内の領域１８、例えば、開口部１７の半径より３０ｎｍ大きい半径の領域を遮光したマスク１９を用いて、中心波長１７３ｎｍのウシオ電機製のＶＵＶエキシマランプを光源とした光を１２０秒間照射する。このように波長２００ｎｍ以下の光を照射することで、開口部から所定距離よりも離れた領域２０におけるレジスト１４のガラス転移温度を２００℃以上に上げる。なお、ＶＵＶエキシマランプを光源とした光を照射する代わりに、露光波長１５３ｎｍのＦ_２エキシマレーザを光源とした光を照射するか、電子照射装置を用いて電子線を照射してもよい。

次に、図１（ｄ）に示すように、１７０℃で６０秒間熱処理を行う。このように、開口部から所定距離以内の領域１８におけるレジスト１４のガラス転移温度１５０℃と開口部から所定距離よりも離れた領域２０におけるレジスト１４のガラス転移温度２００℃以上との間の温度で熱処理することで、開口部から所定距離以内の領域１８のみレジストがフローする。これにより、開口部１７の開口径は、現像直後の１２０ｎｍ径から、ウェハ内で均一に１００ｎｍ径となる。これにより、露光装置の解像限界以下のパターン寸法を持つレジストパターンを均一に形成することができる。

そして、図１（ｅ）に示すように、レジスト１４をマスクとして、下層反射防止膜１３及びポリシリコン膜１２をエッチングして、コンタクトホールやトレンチパターン等の開口部２１を形成する。

ここで、フローさせるレジスト領域の幅（開口部から領域の外周までの距離）と開口部の開口径の減少量の関係図を図２に示す。この図２の関係図に基づいて、開口部の開口径が所望の値となるように、フローさせるレジスト領域の開口部からの距離を設定する。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るレジストパターン形成方法について図３を参照しながら説明する。ただし、図１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

まず、図３（ａ）に示すように、実施の形態１と同様に、半導体基板１１上に、ポリシリコン膜１２、下層反射防止膜１３、レジスト１４を形成し、ウェハ転写寸法１２０ｎｍ径の開口部のパターンを含むマスク１５を用いて、露光量１８５Ｊ／ｍ^２でレジスト１４にパターンを露光する。露光後に１３０℃で６０秒間熱処理し、常温でクーリングする。

次に、図３（ｂ）に示すように、被露光領域１６から所定距離以内の領域２２、例えば、被露光領域１６の半径より２５ｎｍ大きい半径の領域を遮光したマスク２３を用いて、中心波長１７３ｎｍのウシオ電機製のＶＵＶエキシマランプを光源とした光を１２０秒間照射する。このように波長２００ｎｍ以下の光を照射することで、被露光領域１６から所定距離よりも離れた領域２２におけるレジスト１４のガラス転移温度を２００℃以上に上げる。なお、ＶＵＶエキシマランプを光源とした光を照射する代わりに、露光波長１５３ｎｍのＦ_２エキシマレーザを光源とした光を照射するか、電子照射装置を用いて電子線を照射してもよい。

次に、図３（ｃ）に示すように、現像処理によりレジスト１４の被露光領域１６を除去して、レジスト１４に開口径１２０ｎｍの開口部１７を形成する。

次に、図３（ｄ）に示すように、１７０℃で６０秒間熱処理を行う。このように、開口部１７から所定距離以内の領域１８におけるレジスト１４のガラス転移温度１５０℃と開口部１７から所定距離よりも離れた領域２０におけるレジスト１４のガラス転移温度２００℃以上との間の温度で熱処理することで、開口部１７から所定距離以内の領域１８のみレジストがフローする。これにより、開口部１７の開口径は、現像直後の１２０ｎｍ径から、ウェハ内で均一に１００ｎｍ径となる。これにより、露光装置の解像限界以下のパターン寸法を持つレジストパターンを均一に形成することができる。

そして、図３（ｅ）に示すように、レジスト１４をマスクとして、下層反射防止膜１３及びポリシリコン膜１２をエッチングして、コンタクトホールやトレンチパターン等の開口部２１を形成する。

本発明の実施の形態１に係るレジストパターン形成方法を示す断面図である。 フローさせるレジスト領域の幅と開口部の開口径の減少量の関係図である。 本発明の実施の形態２に係るレジストパターン形成方法を示す断面図である。 従来のレジストパターン形成方法を示す断面図である。

符号の説明

１１ 半導体基板
１２ ポリシリコン膜
１３ 下層反射防止膜
１４ レジスト
１５ マスク
１６ 被露光領域
１７ 開口部
１８ 開口部から所定距離以内の領域
１９ マスク
２０ 開口部から所定距離よりも離れた領域
２１ 開口部
２２ 被露光領域から所定距離以内の領域
２３ マスク

Claims (4)

1. 基板上にレジストを形成する工程と、
   フォトリソグラフィにより前記レジストに開口部を形成する工程と、
   前記開口部から所定距離よりも離れた領域における前記レジストのガラス転移温度を上げる工程と、
   前記開口部から所定距離以内の領域における前記レジストのガラス転移温度と前記開口部から所定距離よりも離れた領域における前記レジストのガラス転移温度の間の温度で熱処理する工程とを有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. 前記レジストのガラス転移温度を上げる工程において、前記開口部から所定距離以内の領域を遮光したマスクを用いて、前記レジストに波長２００ｎｍ以下の光を照射することを特徴とする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
3. 前記レジストのガラス転移温度を上げる工程において、前記開口部から所定距離以内の領域を遮光したマスクを用いて、前記レジストに電子線を照射することを特徴とする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
4. 基板上にレジストを形成する工程と、
   前記レジストにパターンを露光する工程と、
   前記レジストの被露光領域から所定距離よりも離れた領域における前記レジストのガラス転移温度を上げる工程と、
   現像処理により前記レジストの被露光領域を除去して開口部を形成する工程と、
   前記開口部から所定距離以内の領域における前記レジストのガラス転移温度と前記開口部から所定距離よりも離れた領域における前記レジストのガラス転移温度の間の温度で熱処理する工程とを有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
   
   
   

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