JP2009204674A - パターン形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レジスト残渣を低減し、加工精度を向上させたパターン形成方法を提供する。
【解決手段】被加工膜１上に下層膜２を形成する工程と、下層膜２上に、酸により脱保護する保護基を含むシリコン含有中間膜３を形成する工程と、シリコン含有中間膜３上にレジスト膜４を形成する工程と、レジスト膜４の所定領域を露光する工程と、現像液を用いて前記レジスト膜を現像する工程と、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、パターン形成方法に関するものである。
半導体素子の製造プロセスには、一般に、シリコンウェーハ上に被加工膜として複数の物質を堆積し、所望のパターンにパターニングする工程が多く含まれる。被加工膜のパターニングでは、まず、一般にレジストと呼ばれる感光性物質を被加工膜上に堆積してレジスト膜を形成し、このレジスト膜の所定領域の露光を行う。
続いて、レジスト膜の露光部又は非露光部を現像処理により除去してレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして被加工膜をドライエッチングする。
露光光源としては、スループットの観点から、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等の紫外光が用いられている。ＬＳＩの微細化に伴い要求される解像度がこれらの紫外光の波長以下となってきており、露光量裕度、フォーカス裕度等の露光プロセス裕度が不足してきている。解像度の向上のためレジスト膜の薄膜化が要求されてきているが、これまでの単層レジストプロセスでは十分なドライエッチング耐性を確保できず、被加工膜の高精度な加工が困難になっている。
このような問題の解決策として、被加工膜上に下層レジスト層、中間層、及び上層レジスト層を順次形成し、上層レジスト層に所定のパターンを形成後、中間層、下層レジスト層、及び被加工膜を順次エッチングする３層マスクプロセスが注目されている（例えば特許文献１参照）。
中間層とは、上層のパターンをエッチングプロセスにより下層にパターン転写する役割を有する。これにより中間層をマスクとして下層へパターン転写され、高アスペクト比の下層パターンが得られる。
この中間層には例えばＳｉＯ２が用いられるが、上層レジスト層のパターニングの際に、レジストパターン間にレジスト残渣が発生する。このレジスト残渣を除去するにあたり、上層レジストパターンが削れて所望の膜厚でなくなるという問題があった。また、レジスト残渣の発生にはバラツキがあり、これは被加工膜のエッチング後の寸法バラツキの原因になる。これにより被加工膜の加工精度が低下し、加工後の配線ショートやコンタクトホール未開口等が引き起こされるという問題があった。
特開平７−１８３１９４号公報
本発明はレジスト残渣を低減し、加工精度を向上させたパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によるパターン形成方法は、被加工膜上に下層膜を形成する工程と、前記下層膜上に、酸により脱保護する保護基を含むシリコン含有中間膜を形成する工程と、前記シリコン含有中間膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の所定領域を露光する工程と、現像液を用いて前記レジスト膜を現像する工程と、を有するものである。
また、本発明の一態様によるパターン形成方法は、被加工膜上に下層膜を形成する工程と、表面配向性を有するアルカリ可溶材料を添加したシリコン含有中間膜薬液を前記下層膜上に塗布する工程と、前記塗布したシリコン含有中間膜薬液をベーク処理してシリコン含有中間膜を形成する工程と、前記シリコン含有中間膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の所定領域を露光する工程と、現像液を用いて前記レジスト膜を現像する工程と、を有するものである。
また、本発明の一態様によるパターン形成方法は、被加工膜上に下層膜を形成する工程と、酸化チタンを添加したシリコン含有中間膜薬液を前記下層膜上に塗布する工程と、前記塗布したシリコン含有中間膜薬液をベーク処理してシリコン含有中間膜を形成する工程と、前記シリコン含有中間膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の所定領域を露光する工程と、現像液を用いて前記レジスト膜を現像する工程と、を有するものである。
本発明によれば、レジスト残渣を低減し、加工精度を向上できる。
以下、本発明の実施の形態によるパターン形成を図面に基づいて説明する。
図１乃至図７（図３、図６除く）に本発明の実施形態に係るパターン形成方法の工程断面図を示す。図１に示すように、シリコン基板１上に有機系下層膜２を膜厚３０００Åとなるようにスピンコート法で形成し、ベーキング処理する。有機系下層膜２は例えばノボラック樹脂である。
図２に示すように、有機系下層膜２上に、シリコンを含み、光反応性を有するシリコン含有中間膜３を膜厚４５０Åとなるようにスピンコート法で形成し、ベーキング処理する。光反応性を有する中間膜３は、例えば、酸により脱保護する保護基を有し、脱保護に伴いアルカリ可溶性となる膜を用いる。例えば、ｔｅｒｔ−ブチル基（ターシャリーブチル基）を用いてカルボキシル基を保護したｔｅｒｔ−ブチルエステルを保護基として用いることができる。
例えば５ｗｔ％となるようにｔｅｒｔ−ブチルエステルが添加されたシリコン含有中間膜薬液（例えばシロキサン溶液）をスピンコート法で塗布し、ベーキング処理することでシリコン含有中間膜３を形成することができる。図３にｔｅｒｔ−ブチルエステルの構造式を示す。
図４に示すように、シリコン含有中間膜３上にＡｒＦ（フッ化アルゴン）用ポジ型ＤＵＶ（Deep Ultra Violet：遠紫外光）レジスト膜４を膜厚１０００Åとなるようにスピンコート法で形成し、ベーキング処理する。さらに、レジスト膜４上に液浸フォトリソグラフィ用保護膜５を膜厚９００Åとなるようにスピンコート法で形成し、ベーキング処理する。
図５に示すように、例えば透過率６％のハーフトーンマスクを用いてＡｒＦエキシマレーザ露光装置（図示せず）により、ＮＡ＝１．２０、σ＝０．９３８／０．８３４、Ｑｕａｓｅｒ照明の条件でパターン露光する。露光量は例えば２０ｍＪ／ｃｍ２である。
この露光処理により、シリコン含有中間膜３の保護基は脱保護する。例えば、図６に示すように、ｔｅｒｔ−ブチルエステルが脱保護し、カルボキシル基に戻る。
図７に示すように、ベーキング処理及び２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液を用いた３０秒間のパドル現像を行うことで４３ｎｍのＬ／Ｓパターンを形成する。シリコン含有中間膜３に含まれるカルボキシル基はアルカリ可溶性であるため、現像処理で溶解する。
現像処理後のジストパターンのパターン間（凹部）のレジスト残渣は４Åであった。シリコン含有中間膜３に、酸により脱保護しアルカリ可溶性となる材料を含むことでレジストパターン間のレジスト残渣を低減できる。
なお、未露光部のシリコン含有中間膜３はレジスト膜４との密着性を有し、かつアルカリ不溶のままである。
（比較例）比較例によるパターン形成方法について説明する。比較例に示すパターン形成方法では、光反応性を有しない中間膜を用い、その他は上記第１の実施形態と同様にしてパターン形成を行った。
この場合、現像処理後のレジストパターンのパターン間（凹部）には２６Åのレジスト残渣が測定された。
一方、上記実施形態によるパターン形成方法では、３層マスクプロセスにおける中間膜に酸により脱保護しアルカリ可溶性となる材料を含むことで、露光及び現像処理後のレジスト残渣を低減することができる。
このように、本実施形態によるパターン形成方法は、レジスト残渣を低減し、加工精度を向上させることができる。
上記実施形態では、保護基としてｔｅｒｔ−ブチル基を用いてカルボキシル基を保護していたが、図８に示すような（ａ）メチルシクロヘキサン基や（ｂ）テトラヒドロピラン基を用いて保護しても良い。
また、カルボキシル基を保護したものでなく、図９に示すような、ベンゼンスルホン酸基を（ａ）ｔｅｒｔ−ブチル基、（ｂ）メチル基、又は（ｃ）エチル基を用いて保護したものをＳＯＧ液に添加してスピンコート塗布し、シリコン含有中間膜３を形成するようにしても良い。
また、シリコン含有中間膜薬液にポリアクリル酸、ポリアリルアミン等の脱水縮合ポリマーのようなアルカリ可溶でありかつ表面配向性のある材料や、シリコン含有レジストを添加するようにしても良い。アルカリ可溶の材料が中間膜３の表面部に形成され、現像処理時に現像液に溶解し、レジスト残渣を低減することができる。
また、シリコン含有中間膜薬液にＴｉＯ２（酸化チタン）を添加してもよい。酸化チタンは有機物を分解する光触媒としての効果がある。従って、酸化チタンを添加することにより、レジスト残りを分解することが可能となり、レジスト残渣を低減することができる。
また、シリコン含有中間膜薬液に材料を添加するのでなく、シリコン含有中間膜を形成後に、例えばシリコン含有レジスト膜のようなアルカリ可溶膜をスピンコート塗布し、中間膜を形成するようにしてもよい。このアルカリ可溶膜の膜厚は１０ｎｍ以下が好適である。
上述した実施の形態は一例であって限定的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。 同実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。 ｔｅｒｔ−ブチルエステルの構造式を示す。 同実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。 同実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。 ｔｅｒｔ−ブチルエステルの脱保護を示す。 同実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。 変形例による保護基の構造式を示す。 変形例による保護基の構造式を示す。
符号の説明
１ シリコン基板
２ 有機系下層膜
３ シリコン含有中間膜
４ レジスト膜
５ 保護膜

Claims (5)

  1. 被加工膜上に下層膜を形成する工程と、
    前記下層膜上に、酸により脱保護する保護基を含むシリコン含有中間膜を形成する工程と、
    前記シリコン含有中間膜上にレジスト膜を形成する工程と、
    前記レジスト膜の所定領域を露光する工程と、
    現像液を用いて前記レジスト膜を現像する工程と、
    を有することを特徴とするパターン形成方法。
  2. 前記シリコン含有中間膜は、前記保護基の脱保護によりアルカリ可溶性となることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
  3. 前記シリコン含有中間膜を形成する工程は、
    酸により脱保護する保護基を添加したシリコン含有中間膜薬液を前記有機下層膜上に塗布する工程と、
    前記塗布したシリコン含有中間膜薬液をベーク処理する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
  4. 被加工膜上に下層膜を形成する工程と、
    表面配向性を有するアルカリ可溶材料を添加したシリコン含有中間膜薬液を前記下層膜上に塗布する工程と、
    前記塗布したシリコン含有中間膜薬液をベーク処理してシリコン含有中間膜を形成する工程と、
    前記シリコン含有中間膜上にレジスト膜を形成する工程と、
    前記レジスト膜の所定領域を露光する工程と、
    現像液を用いて前記レジスト膜を現像する工程と、
    を有することを特徴とするパターン形成方法。
  5. 被加工膜上に下層膜を形成する工程と、
    酸化チタンを添加したシリコン含有中間膜薬液を前記下層膜上に塗布する工程と、
    前記塗布したシリコン含有中間膜薬液をベーク処理してシリコン含有中間膜を形成する工程と、
    前記シリコン含有中間膜上にレジスト膜を形成する工程と、
    前記レジスト膜の所定領域を露光する工程と、
    現像液を用いて前記レジスト膜を現像する工程と、
    を有することを特徴とするパターン形成方法。
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