JP2009188359A

JP2009188359A - パターン形成方法

Info

Publication number: JP2009188359A
Application number: JP2008029766A
Authority: JP
Inventors: Takusane Yamaoka; 卓実山岡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】ダメージのない、寸法安定性の良好なレジストパターンを形成する方法を提供すること。
【解決手段】貫通穴１１形成基板１０上に化学増幅型ネガレジストを塗布してネガレジスト膜１３を形成する工程と、このレジスト膜を選択的に露光する工程と、この露光されたネガレジスト膜上に化学増幅型ポジレジストを重ね塗布してネガレジスト膜１３とポジレジスト膜１４とからなる積層膜を形成する工程と、このポジレジスト膜を選択的に露光する工程と、その後現像して、ネガレジスト膜の露光部分１３ａとポジレジスト膜の未露光部分１４ａとの積層膜からなるパターンを形成する工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パターン形成方法に関し、特に化学増幅型のネガレジストとポジレジストとを用いるパターン形成方法に関する。

従来のレジストパターン形成方法において、通常のネガレジストを用いて、貫通穴が形成された、段差のある基板上にレジストを塗布すると、主にレジスト中に存在する気泡の影響により、この貫通穴に向かってレジストが引っ張られて、貫通穴部分のレジスト形状が悪くなり、部分的ではあるがレジストが抉られたようになって、得られるパターンの形状が悪くなるという問題がある。すなわち、ネガレジストでは、基板の段差の影響を受けて、レジストパターンが崩れるという問題がある。

また、ポジレジストを貫通穴が形成された、段差のある基板上に塗布した場合には、基板内に設けられている曲がりくねった連通路のような小さな径の穴の中に入ったレジストを除去することは出来ないという問題がある。これは、このような小さな径の穴の中には、露光用の感応波長の光が入り込めず露光出来ないからである。

また、半導体装置の製造方法において、被エッチング膜を形成した後、ネガレジストを塗布し、次いでポジレジストを塗布し、このポジレジストをパターン化し、ネガレジストの露出領域を除去し、被エッチング膜をウエットエッチングすることからなる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、ネガレジストとポジレジストを積層塗布しているが、このネガレジストは、環化ゴム系の樹脂であり、レジスト密着性増強剤として用いられているに過ぎない。

さらに、近年、配線付き基板の製造において、ハーフミクロン以下の線幅から成る超微細パターンの加工が必要とされるようになっている。そのために、フォトリソグラフィーに用いられる露光装置の使用波長は益々短波長化し、紫外線の中でも短波長のエキシマレーザー光（ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦなど）を用いることが検討されている。この短波長領域におけるリソグラフィーによりパターンを形成する際には、化学増幅型レジストが用いられている。

上記した化学増幅型レジストとしては各種のものが提案されており、例えば、アルカリ可溶性基と、このアルカリ可溶性基が酸により脱離して、アルカリ可溶性となる酸分解性基とを含有する感応性化合物を用いたレジスト材料が知られている（例えば、特許文献２参照）。その他にも、種々の化学増幅型レジストが提案されている。

特開２００３−２７３００４号公報（特許請求の範囲）特開平９−７３１７３号（特許請求の範囲）

本発明は、上述の従来技術の問題点を解決し、ダメージのない、寸法安定性の良好なレジストパターンを形成する方法を提供することを目的とする。

本発明のパターン形成方法は、貫通穴形成基板上に化学増幅型ネガレジストを塗布してネガレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜を選択的に露光する工程と、この露光されたネガレジスト膜上に化学増幅型ポジレジストを重ね塗布してネガレジスト膜とポジレジスト膜とからなる積層膜を形成する工程と、このポジレジスト膜を選択的に露光する工程と、その後現像して、ネガレジスト膜の露光部分とポジレジスト膜の未露光部分との積層膜からなるパターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。

このような工程を有するパターン形成方法によれば、貫通穴が形成された、段差のある基板上にダメージのない、段差の影響のない寸法安定性に優れたレジストパターンを形成できる。

本発明のパターン形成方法はまた、貫通穴形成基板上に化学増幅型ネガレジストを塗布してネガレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜を選択的に露光する工程と、この露光されたネガレジスト膜を加熱処理する工程と、このネガレジスト膜上に化学増幅型ポジレジストを重ね塗布してネガレジスト膜とポジレジスト膜とからなる積層膜を形成する工程と、このポジレジスト膜を選択的に露光する工程と、再度加熱処理する工程と、その後現像して、ネガレジスト膜の露光部分とポジレジスト膜の未露光部分との積層膜からなるパターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。

このような工程を有するパターン形成方法によっても、貫通穴が形成された、段差のある基板上にダメージのない、段差の影響のない寸法安定性に優れたレジストパターンを形成できる。

上記ポジレジスト膜の露光工程後の現像の工程で、上層のネガレジスト膜の未露光部分と下層のポジレジスト膜の露光部分とを同時に剥離除去する。

上記したように、性質の異なる化学増幅型ネガレジストと化学増幅型ポジレジストとをこの順序で重ね塗布して積層膜を形成することにより、レジストの塗布中に連通路のような小さな径の穴の中に入り込んだレジストの除去も可能であると共に、段差のある基板を用いる場合に、この段差によるパターンダメージの軽減が図れる。

本発明の実施形態によれば、レジストパターンは以下のようにして形成される。図１に本発明のパターン形成方法を説明するための工程フロー図を示す。

まず、貫通穴１１を有する段差の大きいＳｉウェハ１０を用意する（図１（ａ））。この基板内には、曲がりくねった連通路のような１０μｍ以下の径の穴１２が設けられている。このＳｉウェハ上に、アルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型ネガレジスト液をスピンコータなどを利用して塗布し、所定の温度で所定の時間加熱処理して塗膜中の残存溶剤を除去し、所定の膜厚のネガレジスト膜１３を形成する。このネガレジスト膜に対して適宜の感光波長の光を用いて所定の露光量で通常の条件で露光する工程（図１（ｂ）及び（ｃ））を行う。その後、露光されたネガレジスト膜を加熱処理する。図１（ｃ）において、１３ａは、露光部分であり、後工程の現像により残存する部分である。この露光されたネガレジスト膜１３上にアルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型ポジレジスト液をスピンコータなどを利用して重ね塗布し、所定の温度で所定の時間加熱処理して塗膜中の残存溶剤を除去し、所定の膜厚のネガレジスト膜１３とポジレジスト膜１４とからなる積層膜を形成する。次いで、このポジレジスト膜を適宜の感光波長の光を用いて所定の露光量で通常の条件で露光する工程（図１（ｄ）及び（ｅ））を行う。その後、所定の温度で所定の時間加熱処理（ＰＥＢ（Post Exposure baking））を施すことにより所定の膜厚のネガレジスト膜１３とポジレジスト膜１４とからなる積層膜を形成する。図１（ｅ）において、１４ａは、未露光部分であり、後工程の現像により残存する部分である。その後、所定の温度で所定の時間、所定のアルカリ性現像液を用いて現像して、ネガレジスト膜の未露光部分とポジレジスト膜の露光部分とを剥離除去し、ネガレジスト膜の露光部分１３ａとポジレジスト膜の未露光部分１４ａとの積層膜からなるパターンを形成する工程（図１（ｆ））を行う。最後に、所定の温度で所定の時間加熱処理する。かくして、貫通穴が形成された、段差のあるＳｉ基板上にダメージのない、段差の影響のない寸法安定性に優れたレジストパターンを形成できる。

上記化学増幅型レジストは、従来の光などの照射による単なる光反応を基本としたレジストと異なり、光反応でレジスト膜中に酸を発生させ、露光後に行う加熱（ベーク）処理により、この酸を触媒としてレジストの基材樹脂を反応せしめ、現像の結果としてパターンを得ることが出来るレジストである。露光で発生した酸が少量であっても、熱拡散により連鎖的に反応が進行するため、極めて感度が高い。この化学増幅型レジストは、スピンコータ、コータなどの適当な塗布方法により塗布後、所定のマスクを通して露光し、ベーク処理を行った後に現像することにより良好なレジストパターンを得ることができる。

化学増幅型ネガレジストとしては、例えば、酸による架橋反応を起こすことが可能な物質とヒドロキシル基やカルボキシル基などを有するアルカリ可溶性樹脂との混合物からなるレジストであれば、露光部分が選択的に架橋されうるので、好ましい。また、化学増幅型ポジレジストとしては、例えば、フェノール性ヒドロキシル基やカルボキシル基などの弱酸性の基を酸脱保護可能な保護基で修飾した構造を有する樹脂と露光により強酸を発生する物質とを組み合わせたレジストであれば、露光した後にＰＥＢを行うことにより、露光部分の選択的な脱保護を起こし、この脱保護を受けた部分が可溶となるので好ましい。

本発明によれば、露光用の感光波長の光としては、そのレジストに合わせて適宜選択された波長の光を用いればよい。具体的には、例えば、Ｇ線、ｉ線、Ｈ線、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）、Ｆ_２エキシマレーザー（１５７ｎｍ）などを挙げることが出来る。

本発明では、感光波長の異なる化学増幅型のネガレジストとポジレジストとの積層塗布を行い、その際の露光工程では、上記感光波長の光を、所望により、任意に適宜選択して用いればよい。それぞれの感光波長に応じて、所定の化学増幅型のネガレジスト及びポジレジストを適宜選択して用いることが出来る。

現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水などの無機アルカリ類、エチルアミン、ｎ−プロピルアミンなどの第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミンなどの第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミンなどの第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジンなどの環状アミン類などのアルカリ性水溶液を使用することができる。更に、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。

本発明のパターン形成方法を説明するための工程フロー図である。

符号の説明

１０Ｓｉウェハ、１１貫通穴、１２穴、１３ネガレジスト膜、１３ａネガレジスト膜の露光部分、１４ポジレジスト膜、１４ａポジレジスト膜の未露光部分

Claims

貫通穴形成基板上に化学増幅型ネガレジストを塗布してネガレジスト膜を形成する工程と、
このレジスト膜を選択的に露光する工程と、
この露光されたネガレジスト膜上に化学増幅型ポジレジストを重ね塗布してネガレジスト膜とポジレジスト膜とからなる積層膜を形成する工程と、
このポジレジスト膜を選択的に露光する工程と、
その後現像して、ネガレジスト膜の露光部分とポジレジスト膜の未露光部分との積層膜からなるパターンを形成する工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
貫通穴形成基板上に化学増幅型ネガレジストを塗布してネガレジスト膜を形成する工程と、
このレジスト膜を選択的に露光する工程と、
この露光されたネガレジスト膜を加熱処理する工程と、
このネガレジスト膜上に化学増幅型ポジレジストを重ね塗布してネガレジスト膜とポジレジスト膜とからなる積層膜を形成する工程と、
このポジレジスト膜を選択的に露光する工程と、
再度加熱処理する工程と、
その後現像して、ネガレジスト膜の露光部分とポジレジスト膜の未露光部分との積層膜からなるパターンを形成する工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
前記ポジレジスト膜の露光工程後の現像の工程で、上層のネガレジスト膜の未露光部分と下層のポジレジスト膜の露光部分とを同時に剥離除去することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。