JP2005266477A

JP2005266477A - パターン形成方法

Info

Publication number: JP2005266477A
Application number: JP2004080495A
Authority: JP
Inventors: Masato Shigematsu; 正人重松
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】現像された化学増幅型フォトレジスト層のパターン形状を容易に適正形状にすることができるパターン形成方法を得る。
【解決手段】被エッチング膜上に、光酸発生剤を含む有機反射防止膜を形成する工程と、有機反射防止膜を所定温度で熱処理する工程と、有機反射防止膜上に化学増幅型フォトレジスト層を形成する工程と、化学増幅型フォトレジスト層に単一波長の光源を用いてマスク上のパターンを転写する工程と、化学増幅型フォトレジスト層を現像する工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被エッチング膜とレジスト層の間に反射防止膜を形成するパターン形成方法に関するものである。

半導体の微細加工技術では、光とレジストを用いて必要なパターンを形成するフォトリソグラフィが用いられる。しかし、年々微細化が進み、露光光が短波長化されるにつれ、入射光と入射光が被エッチング膜で反射した反射光とによる定在波が問題となってきた。そこで、反射光を抑制するために、反射の大きい被エッチング膜上に入射光を吸収する有機反射防止膜（Bottom Antireflective Coating: BARC）を形成する方法が用いられている。

また、さらに短波長光での高感度の解像を可能とするために、ＫｒＦ，ＡｒＦエキシマレーザ光対応材料として化学増幅型フォトレジスト層の実用化が進んでいる。この化学増幅型フォトレジスト層は、有機溶剤中に酸発生剤と溶解抑止剤を含み、露光によって酸を発生させる。そして、加熱するとその酸が溶解抑止剤に作用して、それを分解させ、アルカリ性現像液に可溶な構造に変化させる。

さらに、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）を使用するリソグラフィでは、従来の樹脂では透明性がたらず、厚膜化して高解像度を得ることができない。そこで、フッ素を導入してレジストの透明性を向上する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。しかし、この方法でもレジストの透明性が不足し、レジスト底部での光強度は表面の約１／３〜１／２に低下する。その結果、レジスト内部で酸発生量に分布が生じ、レジストパターン形状がいわゆるフッティング形状となる。これに対し、レジスト底部の酸を補うために、有機反射防止膜中にあらかじめ酸性物質を添加する方法がある（例えば、特許文献１及び２参照）。

"New Materials for 157nm Photoresists: Characterization and Properties" Proc. SPIE, 3999, 357 (2000) 特開２００２−３２８４７６特開２００３−１４０３５２

しかし、この方法では組み合わせるレジストによって酸性物質の量を調整する必要がある。従って、あらかじめ添加量を検討する必要があるため、サンプルの作成及び評価等に時間がかかり、コスト高になりやすい。

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、現像された化学増幅型フォトレジスト層のパターン形状を容易に適正形状にすることができるパターン形成方法を得るものである。

本発明に係るパターン形成方法は、被エッチング膜上に、光酸発生剤を含む有機反射防止膜を形成する工程と、有機反射防止膜を所定温度で熱処理する工程と、有機反射防止膜上に化学増幅型フォトレジスト層を形成する工程と、化学増幅型フォトレジスト層に単一波長の光源を用いてマスク上のパターンを転写する工程と、化学増幅型フォトレジスト層を現像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、有機反射防止膜からの酸で化学増幅型フォトレジスト層の底部の酸を補うことができるため、現像された化学増幅型フォトレジスト層のパターン形状がフッティング形状となるのを防ぎ、現像された化学増幅型フォトレジスト層のパターン形状を容易に適正形状にすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法を図１を参照しながら説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、被エッチング膜１１上に、光酸発生剤１２を含む有機反射防止膜１３を形成する。具体的には、適量の光酸発生剤１２を有機反射防止膜１３の他の構成剤とともに溶剤に溶かして溶液とし、この溶液を被エッチング膜１１上にスピン塗布する。その後、有機反射防止膜１３を架橋反応させるために、所定温度で熱処理して硬化させる。ただし、熱処理の温度は後述のようにして設定する。

次に、図１（ｂ）に示すように、有機反射防止膜１３上に化学増幅型フォトレジスト層１４を形成する。この化学増幅型フォトレジスト層１４は、１５７ｎｍリソグラフィ用のフッ素含有フォトレジストであり、膜厚１５０ｎｍで塗布する。そして、１１０℃で６０秒間の熱処理を行う。

次に、図１（ｃ）に示すように、化学増幅型フォトレジスト層１４に、単一波長１５７ｎｍの光源であるＦ_２露光機を用いて、フォトマスク１５上のパターンを転写する。そして、１１０℃で６０秒間の熱処理を行う。

次に、図１（ｄ）に示すように、化学増幅型フォトレジスト層１４を現像する。具体的には、露光された化学増幅型フォトレジスト層１４を２．３８％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）現像液で溶解して、現像された化学増幅型フォトレジスト層１６を得る。

上記のように、有機反射防止膜１３中に化学増幅型フォトレジスト層１６と同様に光酸発生剤を含ませることにより、有機反射防止膜１３からの酸で化学増幅型フォトレジスト層１４の底部の酸を補うことができるため、現像された化学増幅型フォトレジスト層１６のパターン形状がフッティング形状となるのを防ぎ、現像された化学増幅型フォトレジスト層１６のパターン形状を容易に適正形状にすることができる。

ただし、現像された化学増幅型フォトレジスト層のパターン形状が適正形状となるように有機反射防止膜１３の熱処理の温度を設定する。即ち、有機反射防止膜１３の熱処理の温度を１５０−２５０℃の間で制御して、酸の発生量を制御する。ここで、高温で熱処理するほど酸の発生量が多くなる。そして、熱処理の温度の決定は、化学増幅型フォトレジスト層１４の種類に応じて、現像された化学増幅型フォトレジスト層１６の断面形状から判断する。これにより、有機反射防止膜は変更せずに、その熱処理温度を変更するだけで、多種類の化学増幅型フォトレジスト層のパターン形状が適正形状となるように設定できる。

また、光酸発生剤１２として１５０℃以下の融点を持つものを用いるのが好ましい。このような光酸発生剤としては、例えば、１３２〜１３４℃の融点を持つトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナートがある。また、光源から照射される露光光の単一波長が１５７ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の実施の形態に係るパターン形成方法を示す断面図である。

符号の説明

１１被エッチング膜
１２光酸発生剤
１３有機反射防止膜
１４化学増幅型フォトレジスト層
１５マスク
１６現像された化学増幅型フォトレジスト層

Claims

被エッチング膜上に、光酸発生剤を含む有機反射防止膜を形成する工程と、
前記有機反射防止膜を所定温度で熱処理する工程と、
前記有機反射防止膜上に化学増幅型フォトレジスト層を形成する工程と、
前記化学増幅型フォトレジスト層に単一波長の光源を用いてマスク上のパターンを転写する工程と、
前記化学増幅型フォトレジスト層を現像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。
前記光酸発生剤として１５０℃以下の融点を持つものを用いることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
前記単一波長が１５７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成方法。