JP2007086353A

JP2007086353A - 基材処理方法

Info

Publication number: JP2007086353A
Application number: JP2005274457A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Muramoto; 美幸村本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: JP4730533B2

Abstract

【課題】レジストパターンからのガスの発生を抑制しレジストパターンの発泡を防止して基材をイオンにより処理することができる基材処理方法を提供する。
【解決手段】フォトレジストを基材１０上に塗布してレジスト膜１１を形成するレジスト膜形成工程と、このレジスト膜１１を所望のパターンに合わせて選択的に露光するパターン露光工程と、露光後のレジスト膜１１を現像することによりレジストパターン１２を形成するレジストパターン形成工程と、該レジストパターン１２を１１０〜１７０℃で１２０〜６００秒間加熱するポストベーク工程と、ポストベーク工程後のレジストパターン１２に１４０〜２００℃で１００〜３００秒間ＵＶ照射するＵＶキュア工程と、ＵＶキュア工程後にレジストパターン１２を介して基材１０をイオンにより処理するドライエッチング工程とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レジストパターンを介して基材をイオンによりドライエッチング処理する基材処理方法に関する。

シリコンウェハや電極膜などの基材を微細加工する基材処理方法として、基材上にフォトレジスト材料からなるレジストパターンを所定形状に設け、このレジストパターンをマスクとして、不活性ガスイオンを衝撃させて基材をエッチングするイオンミリングによる方法が知られている（特許文献１参照）。

このようなイオンミリングでは、アルゴンイオン等を基材及びレジストパターンに衝撃させるため、この衝撃によりイオンミリング中にレジストパターンからガスが発生しレジストパターンが発泡してしまう傾向がある。このようにレジストパターンが発泡すると、レジストパターンに穴が開き、穴が開いた部分の基材はマスクされなくなるため、望まない領域がエッチングされてしまい、基材を所望のパターン形状に加工できないという問題が生じる。また、発泡により、レジストパターンの一部が基材上のレジストパターンが形成されていない箇所へと飛散した場合、飛散したレジストパターンが新たなマスクとなるため、基材を所望のパターンにエッチングできないという問題がある。さらに、発泡により飛散したレジストパターンが、イオンミリング装置内を汚染するという問題がある。

なお、基材を処理する際にレジストパターンからガスが発生し発泡してしまうという問題は、上述のイオンミリングだけではなく、例えば、レジストパターンをマスクとして基材にイオン注入を行うイオンによる処理においても同様に存在する。

特開２００５−３５２８２号公報（請求項１１等）

本発明は、このような事情に鑑み、レジストパターンからのガスの発生を抑制しレジストパターンの発泡を防止して基材をイオンにより処理することができる基材処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、フォトレジストを基材上に塗布してレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、このレジスト膜を所望のパターンに合わせて選択的に露光するパターン露光工程と、露光後の前記レジスト膜を現像することによりレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、該レジストパターンを１１０〜１７０℃で１２０〜６００秒間加熱するポストベーク工程と、ポストベーク工程後のレジストパターンに１４０〜２００℃で１００〜３００秒間ＵＶ照射するＵＶキュア工程と、ＵＶキュア工程後に前記レジストパターンを介して前記基材をイオンにより処理するドライエッチング工程とを具備することを特徴とする基材処理方法にある。
かかる第１の態様では、所定の温度及び時間で、ポストベーク工程及びＵＶキュア工程を行うことにより、ドライエッチング工程でレジストパターンからのガスの発生が抑制されてレジストパターンの発泡を防止することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ＵＶの波長が２００〜４００ｎｍであることを特徴とする基材処理方法にある。
かかる第２の態様では、波長が２００〜４００ｎｍのＵＶ（紫外線）を用いてＵＶキュア工程を行うことにより、その後のドライエッチング工程でレジストパターンの発泡を防止することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記ＵＶの照度が１００〜１５０ｍＷ／ｃｍ^２であることを特徴とする基材処理方法にある。
かかる第３の態様では、照度が１００〜１５０ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶを照射してＵＶキュア工程を行うことにより、その後のドライエッチング工程でレジストパターンの発泡を防止することができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記フォトレジストがノボラック系レジストであることを特徴とする基材処理方法にある。
かかる第４の態様では、ノボラック系レジストからなるレジストパターンの発泡を防止することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記ドライエッチングが、イオンミリングであることを特徴とする基材処理方法にある。
かかる第５の態様では、イオンミリングでエッチングする際のレジストパターンの発泡を防止することができる。

本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記イオンミリングが、アルゴンイオンによるイオンミリングであることを特徴とする基材処理方法にある。
かかる第６の態様では、アルゴンイオンを衝撃させてイオンミリングを行った場合の、レジストパターンの発泡を防止することができる。

本発明の第７の態様は、第５又は６の態様において、前記イオンミリングのエッチング時間が２０分以上であることを特徴とする基材処理方法にある。
かかる第７の態様では、イオンミリングによる基材の処理時間が長くても、レジストパターンの発泡を防止することができる。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記ポストベーク工程では、１１０〜１７０℃で２４０〜６００秒間又は１７０℃で１２０〜６００秒間で行うことを特徴とする基材処理方法にある。
かかる第８の態様では、ＵＶキュア工程でのレジストパターンの発泡も防止することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明の基材処理方法を、図１に基づいて説明する。なお、図１は、本発明の基材処理方法の概略を示す断面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、シリコンウェハ又は金属膜等の基材１０上にフォトレジストをスピンコート法等により塗布した後乾燥して、例えば、膜厚２〜４μｍ程度のレジスト膜１１を形成する（レジスト膜形成工程）。次に、所定パターンのマスクを介してレジスト膜１１を露光した後（パターン露光工程）、現像液で現像することにより、図１（ｂ）に示すように、レジストパターン１２を形成する（レジストパターン形成工程）。

なお、フォトレジストの種類としては、ポジ型レジスト及びネガ型レジストが挙げられる。また、フォトレジストの材料としては、例えば、ノボラック樹脂と感光剤等を溶剤に溶解したノボラック系レジストなど様々なレジストを用いることができる。さらに、フォトレジストの溶剤としては、例えば水酸化カリウム等のアルカリや、有機溶媒などが挙げられる。また、パターン露光工程で用いる光源としては、例えば、Ｘ線、電子線、エキシマレーザー及び高圧水銀灯などが挙げられる。

次に、レジストパターン１２を１１０〜１７０℃で１２０〜６００秒間加熱する（ポストベーク工程）。その後、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１２に１４０〜２００℃で１００〜３００秒間ＵＶ（紫外線）を照射することにより、レジストパターン１２を硬化する（ＵＶキュア工程）。このような所定条件でポストベーク工程及びＵＶキュア工程を行うことにより、後述する基材１０をイオンにより処理するドライエッチング工程でレジストパターン１２の発泡を防止することができる。

なお、ポストベーク工程の加熱は１１０〜１７０℃で１２０秒以上行う必要があるが、６００秒よりも長く加熱するとスループットが悪くなるため、６００秒以内とするのが好ましい。また、ドライエッチング工程のレジストパターン１２の発泡を防止するためには、ＵＶキュア工程のＵＶ照射は、１４０〜２００℃で１００秒以上行う必要がある。特に、ＵＶキュア工程のＵＶ照射を１４０℃で１８０秒以上行うことで、確実にドライエッチング工程のレジストパターンの発泡を防止することができると共に、レジストパターン１２の形状の変化も防止することができる。なお、３００秒よりも長くＵＶを照射するとスループットが悪くなるため、３００秒以内とするのが好ましい。

また、ＵＶキュア工程時にもレジストパターン１２が発泡する虞があるが、ポストベーク工程において、１１０〜１７０℃で２４０〜６００秒間、又は、１７０℃で１２０〜６００秒間加熱を行うことにより、ＵＶキュア工程時の発泡を確実に防止することができる。なお、本実施形態では、ＵＶキュア工程で照射するＵＶは、波長は２００〜４００ｎｍ、照度は１００〜１５０ｍＷ／ｃｍ^２とした。

次いで、図１（ｄ）に示すように、基材１０をＵＶキュア工程後のレジストパターン１２を介して、例えば、アルゴン（Ａｒ）イオンを用いたイオンミリングによりドライエッチングする（ドライエッチング工程）。これにより、図１（ｅ）に示すように、所望のパターン形状に基材１０が加工される。

ここで、イオンミリングでは、Ａｒなどの不活性ガスイオンを加速して試料基材１０に衝撃させて基材１０をエッチングする。このとき、アルゴンイオン等が基材１０上のレジストパターン１２にも衝撃するため、イオンミリング中にレジストパターン１２からガスが発生して、レジストパターン１２が発泡してしまう。しかしながら、本発明では、イオンミリングを行う前に所定条件のポストベーク工程及びＵＶキュア工程を行うことにより、イオンミリングの際のレジストパターン１２からのガスの発生を抑制することができるため、レジストパターン１２の発泡を防止することができる。このように、本発明の基材処理方法によれば、イオンミリングの際にレジストパターン１２が発泡しなくなるため、レジストパターン１２の穴あきによりマスクが不十分となって望まない領域がエッチングされてしまうことや、発泡により飛散したレジストパターン１２が基材１０上のレジストパターン１２が形成されていない箇所へと飛散して余計なマスクとなることを防止して、所望のパターン形状に基材１０をエッチングすることができる。また、発泡により飛散したレジストパターン１２が、イオンミリング装置内を汚染することもない。なお、イオンミリングを長時間、例えば２０分以上行う場合であっても、本発明の基材処理方法では所定条件のポストベーク工程及びＵＶキュア工程を経ているため、レジストパターン１２の発泡を防止できる。

ここで、試験例に基づき、本実施形態についてさらに詳述する。
（試験例）
シリコンウェハに同時に数十個のデバイスを作成した。詳しくは、シリコンウェハ上に、ノボラック系レジストを塗布・パターン露光・現像してレジストパターンを形成後、ポストベーク及びＵＶキュア（ＵＶ照度：１００〜１５０ｍＷ／ｃｍ^２、ＵＶ波長：２００〜４００ｎｍ）を行った。このレジストパターンを介してシリコンウェハに対して、アルゴンイオンを用いたイオンミリングを２０分間行ってシリコンウェハをエッチングすることにより、１枚のシリコンウェハに同じ数十個のデバイスを形成した。なお、粘度の異なる二種類のノボラック系レジスト（ノボラック系レジスト１及びノボラック系レジスト２）について、それぞれ表１のポストベーク及びＵＶキュア条件で、サンプル１〜１３を作成した。

このときのＵＶキュア後及びイオンミリング後のデバイス内について、レジストパターンの発泡の発生状況を観察した。この結果を表１に示す。なお、発泡発生状況は、デバイス内のレジストパターンに発生した気泡の数（発泡個数）／観察したウェハの枚数（ウェハ数）で示す。また、レジスト膜の膜厚もあわせて表１に示す。

表１に示すように、ポストベーク条件を１１０〜１７０℃で１２０〜６００秒間、ＵＶ照射を１４０〜２００℃で１００〜３００秒間とした場合は（サンプル番号４，５，８，１０，１２及び１３）、イオンミリングでレジストパターンに気泡が全く発生しなかった。また、２４０秒以上ポストベークを行った場合（サンプル番号１１及び１２）及び１７０℃でポストベークを行った場合（サンプル番号８）は、ＵＶキュア時も気泡が全く発生しなかった。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、イオンミリングにより基材をドライエッチングする基材処理方法について説明したが、本発明の基材処理方法は、イオンミリングに限定されず、様々なイオンにより基材を処理する方法に適用することができる。例えば、半導体等の製造におけるイオン注入による基材処理にも用いることができる。イオン注入でも上記イオンミリングと同様に、マスクとするレジストパターンからガスが発生する虞があるが、本発明の基材処理方法を適用する、すなわち、所定のポストベーク工程及びＵＶキュア工程を経ることにより、レジストパターンからのガスの発生を抑制することができる。このようにガスの発生を抑制することができるため、ガスの発生による真空低下も防止することができる。

本発明の基材処理方法の概略を示す断面図である。

符号の説明

１０基材、１１レジスト膜、１２レジストパターン

Claims

フォトレジストを基材上に塗布してレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、このレジスト膜を所望のパターンに合わせて選択的に露光するパターン露光工程と、露光後の前記レジスト膜を現像することによりレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、該レジストパターンを１１０〜１７０℃で１２０〜６００秒間加熱するポストベーク工程と、ポストベーク工程後のレジストパターンに１４０〜２００℃で１００〜３００秒間ＵＶ照射するＵＶキュア工程と、ＵＶキュア工程後に前記レジストパターンを介して前記基材をイオンにより処理するドライエッチング工程とを具備することを特徴とする基材処理方法。
請求項１において、前記ＵＶの波長が２００〜４００ｎｍであることを特徴とする基材処理方法。
請求項１又は２において、前記ＵＶの照度が１００〜１５０ｍＷ／ｃｍ^２であることを特徴とする基材処理方法。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記フォトレジストがノボラック系レジストであることを特徴とする基材処理方法。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記ドライエッチングが、イオンミリングであることを特徴とする基材処理方法。
請求項５において、前記イオンミリングが、アルゴンイオンによるイオンミリングであることを特徴とする基材処理方法。
請求項５又は６において、前記イオンミリングのエッチング時間が２０分以上であることを特徴とする基材処理方法。
請求項１〜７の何れかにおいて、前記ポストベーク工程では、１１０〜１７０℃で２４０〜６００秒間又は１７０℃で１２０〜６００秒間で行うことを特徴とする基材処理方法。