JP2010225616A - Pattern forming method - Google Patents

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Hiroshi Tonokawa
浩 殿川
Masaaki Ogawa
政章 小川
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Consortium for Advanced Semiconductor Materials and Related Technologies
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for enabling accurate microfabrication by suppressing the LER of a resist without causing a significant increase in dielectric constant and drastic deterioration in insulation properties. <P>SOLUTION: A pattern forming method is configured to process a resist into a prescribed pattern by post-baking after exposure and development. The post-baking includes first post-baking and second post-baking executed after the first post-baking. The temperature of the second post-baking is higher than that of the first post-baking. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は微細加工に用いられるパターン形成技術に関する。例えば、半導体装置における配線形成に際して用いられる絶縁膜加工技術に関する。   The present invention relates to a pattern formation technique used for fine processing. For example, the present invention relates to an insulating film processing technique used for wiring formation in a semiconductor device.

大規模集積回路は集積度が高まる一方である。そして、集積回路を構成するトランジスタ等の半導体素子は小型化する一方である。この小型化によって、半導体素子の動作速度は向上する。しかしながら、集積度の向上に伴い、配線量が増大する。この為、配線による遅延時間が大規模集積回路の動作速度を律速するようになって来た。この遅延時間は、配線抵抗と配線容量とに依存する。従って、配線抵抗および配線容量の低減が求められている。配線抵抗の低抵抗化は、配線材料をAlからCuに変更することで実現されている。尚、Cuより低抵抗の材料は未だ提案されていない。   Large scale integrated circuits are becoming increasingly integrated. Then, semiconductor elements such as transistors constituting the integrated circuit are being reduced in size. This miniaturization improves the operating speed of the semiconductor element. However, the amount of wiring increases as the degree of integration increases. For this reason, the delay time due to the wiring has come to determine the operation speed of the large-scale integrated circuit. This delay time depends on the wiring resistance and the wiring capacitance. Therefore, reduction of wiring resistance and wiring capacity is required. Reduction of wiring resistance is realized by changing the wiring material from Al to Cu. A material having a resistance lower than that of Cu has not yet been proposed.

ところで、集積度を上げ、半導体1チップに搭載する半導体素子の数を増加させると、これら多数の半導体素子を結線し、動作させる為、信号を伝達する為の信号配線ばかりか、電源を供給する為の電源配線も著しく増加する。すなわち、配線総数が急速に増加する。すなわち、微細化・高密度化の進展に伴って、配線容量は増加する一方である。   By the way, when the degree of integration is increased and the number of semiconductor elements mounted on one semiconductor chip is increased, not only signal wiring for transmitting signals but also power is supplied to connect and operate these many semiconductor elements. The power supply wiring for this is also increased significantly. That is, the total number of wirings increases rapidly. That is, with the progress of miniaturization and higher density, the wiring capacity is increasing.

さて、配線による遅延時間を短縮し、所望の性能を確保する為、配線容量の低減が求められた。この為、絶縁膜には比誘電率の低い材料を用いる必要が有る。このような観点から、低誘電率絶縁膜材料(Low-k膜材料)の開発が推し進められている。   Now, in order to shorten the delay time due to wiring and ensure desired performance, reduction of wiring capacity has been demanded. For this reason, it is necessary to use a material having a low relative dielectric constant for the insulating film. From this point of view, development of low dielectric constant insulating film materials (low-k film materials) is being promoted.

ところで、半導体装置の配線形成プロセスは、一般的には、次の通りである。先ず、絶縁膜に配線用の溝を形成する。この後で、前記溝にCuを充填する。このCu充填にはメッキの手法が用いられる。Cuは前記溝からオーバーするように充填されているから、この余分なCuは除去される。除去・平坦化にはCMP(Chemical Mechanical Polishing)の手法が採用されている。すなわち、所謂、ダマシン法が提案されている。特に、上下配線間を接続するビアと上層配線溝を同時に加工するデュアルダマシン法が、プロセスの簡略化およびビアの低抵抗化の観点から、普及している。特に、リソグラフィプロセスの重ね合せ誤差のビア抵抗変動に与える影響が小さいことから、デュアルダマシン法の中でも、ビアファーストデュアルダマシン配線形成方法(上層配線層と下層配線層を結ぶビアを下層配線の上に加工した後で上層配線を加工する方法)は、広く普及している。   By the way, the wiring formation process of a semiconductor device is generally as follows. First, a wiring groove is formed in the insulating film. Thereafter, the groove is filled with Cu. A plating method is used for filling the Cu. Since Cu is filled so as to exceed the groove, this excess Cu is removed. A CMP (Chemical Mechanical Polishing) method is employed for removal and planarization. That is, a so-called damascene method has been proposed. In particular, the dual damascene method, in which vias connecting upper and lower wirings and upper wiring grooves are simultaneously processed, is widespread from the viewpoint of simplifying the process and reducing the resistance of vias. In particular, since the influence of the overlay error of the lithography process on the via resistance fluctuation is small, even in the dual damascene method, the via first dual damascene wiring formation method (via connecting the upper wiring layer and the lower wiring layer on the lower wiring) The method of processing the upper layer wiring after processing) is widely used.

さて、配線形成にあっては、次のことが問題になり始めている。すなわち、レジストのLER(Line Edge Roughness)が問題として指摘され出した。このLERは、レジストパターン側壁面の粗さを意味する。通常、上面から見て、線として長手方向を観察するが、深さ方向の粗さも重要である。何故なら、レジストパターンのLERは、最終的に、下層の被加工部に転写される。従って、次の工程で様々な不都合が起きる。そして、これらの不都合は、半導体装置の電気的特性のバラツキとなって顕在化する。   Now, in wiring formation, the following has started to become a problem. That is, LER (Line Edge Roughness) of the resist has been pointed out as a problem. This LER means the roughness of the side wall surface of the resist pattern. Usually, when viewed from the top, the longitudinal direction is observed as a line, but the roughness in the depth direction is also important. This is because the LER of the resist pattern is finally transferred to the lower part to be processed. Therefore, various inconveniences occur in the next process. These inconveniences are manifested as variations in the electrical characteristics of the semiconductor device.

リソグラフィによるパターン形成後、電磁界レンズによって、一次電子が集束され、パターン上に照射される。照射面から放出される2次電子や反射電子が捕集され、そのラインプロファイルからパターン・エッジが検出され、パターン寸法が測定される。このパターン寸法値はCritical Dimension(CD値)と定義される。そして、CD値の変動が小さなことは大事な要件である。しかしながら、半導体装置の電気的特性の観点から、CD値の変動を制御する以外にも、局所的なラインパターンの寸法バラツキであるLERを低減することも大事である。例えば、LERのバラツキが特定のL/S(Line/Space)における限界的な寸法値に対して5%以上のバラツキが有ると、半導体装置の特性が確実に変動する。そして、歩留まりが確実に低下する。従って、微細パターンの形成に際して、LERを低減することが重要である。   After pattern formation by lithography, primary electrons are focused by an electromagnetic lens and irradiated onto the pattern. Secondary electrons and reflected electrons emitted from the irradiated surface are collected, a pattern edge is detected from the line profile, and a pattern dimension is measured. This pattern dimension value is defined as Critical Dimension (CD value). A small CD value variation is an important requirement. However, from the viewpoint of the electrical characteristics of the semiconductor device, it is important to reduce LER, which is a local variation in the dimension of the line pattern, in addition to controlling the CD value variation. For example, if the LER variation is 5% or more with respect to a limit dimension value in a specific L / S (Line / Space), the characteristics of the semiconductor device are surely changed. And a yield falls reliably. Therefore, it is important to reduce LER when forming a fine pattern.

図1は、レジストパターン形成の一般的な工程図である。図1中、1はレジスト、2はBARC(Bottom Anti-Reflection Coating)、3はメタル用絶縁膜(Low-k膜)、4はSi基板である。パターン形成は、先ず、レジスト1が塗布される。塗布後、プリベーク(加熱)が行われる。プリベーク後、露光が行なわれる。露光後、PEB(Post Exposure Bake:加熱)が行われる。PEB後、現像が行われる。現像後、ポストベーク(加熱)が行われる。ポストベーク後に、メタル用絶縁膜(Low-k膜)3のエッチングが行われる。   FIG. 1 is a general process diagram for forming a resist pattern. In FIG. 1, 1 is a resist, 2 is a BARC (Bottom Anti-Reflection Coating), 3 is a metal insulating film (low-k film), and 4 is a Si substrate. For pattern formation, first, a resist 1 is applied. After application, pre-baking (heating) is performed. After pre-baking, exposure is performed. After exposure, PEB (Post Exposure Bake: heating) is performed. Development is performed after PEB. After the development, post baking (heating) is performed. After the post-baking, the metal insulating film (Low-k film) 3 is etched.

ところで、LERを抑制する為、リソグラフィ後に、DUV光照射やイオン照射などの後処理が提案されている。しかしながら、従来提案の手法は、レジストパターンの変質(傾きや過剰な収縮)を引き起こしている。かつ、脆弱な絶縁膜(Low-k膜)の誘電率増大や絶縁性劣化を引き起こしている。例えば、DUV光照射やイオン照射で効果を得る為には、数分間照射してレジストパターンを加熱しなければならない。しかしながら、そうすると、温度が高くなり、レジストパターンが変形(リフロー)する。レジストパターンの変形が起きない程度の照射では、LER抑制効果が乏しい。更には、レジストを透過した紫外線やイオンに絶縁膜(Low-k膜)3が曝される為、絶縁膜(Low-k膜)3の誘電率増大や絶縁性劣化が大きくなる。そして、デバイスの特性が低下し、製造歩留まりが悪化する。   By the way, in order to suppress LER, post-processing such as DUV light irradiation and ion irradiation has been proposed after lithography. However, the conventionally proposed method causes deterioration of the resist pattern (tilt and excessive shrinkage). In addition, the dielectric constant of the fragile insulating film (Low-k film) is increased and the insulating property is deteriorated. For example, in order to obtain an effect by DUV light irradiation or ion irradiation, the resist pattern must be heated by irradiation for several minutes. However, if it does so, temperature will become high and a resist pattern will deform | transform (reflow). Irradiation that does not cause deformation of the resist pattern has a poor LER suppression effect. Furthermore, since the insulating film (Low-k film) 3 is exposed to ultraviolet rays and ions that have passed through the resist, the dielectric constant of the insulating film (Low-k film) 3 is increased and the insulation is deteriorated. And the characteristic of a device falls and manufacturing yield deteriorates.

特に、65nm,45nm,32nmと言った超微細配線形成工程への適応を考慮すると、LERの悪影響は顕著になって来た。そして、従来の手法では対応が困難になって来た。   In particular, the adverse effect of LER has become prominent in consideration of adaptation to the ultrafine wiring forming process such as 65 nm, 45 nm, and 32 nm. And it has become difficult to cope with the conventional methods.

又、LERの低減の為のレジスト材料の開発が進められて来た。これは、レジストパターン形成時の品質が材質にも強く依存しているからである。図2は、LERの説明とLER発生を説明する為のものである。LERは材料・プロセス起因と謂れ、ラインエッジの平面寸法の揺らぎである。この揺らぎは、エッジの長手方向のみならず、厚み方向も含まれる。謂わば、加工されたレジストのエッジ平面の凹凸であるとも謂える。このLERはCD−SEMを用いて計測できる。先ず、Cd−SEM画像からラインパターンのエッジ(×印)が測定される。次に、このエッジ位置の平均値が算出される。各エッジ位置の平均値からのズレ(バラツキ)3σがLERと定義される。   In addition, development of resist materials for LER reduction has been underway. This is because the quality at the time of forming the resist pattern strongly depends on the material. FIG. 2 is for explaining the LER and the generation of the LER. The LER is the so-called material / process and is the fluctuation of the plane dimension of the line edge. This fluctuation includes not only the longitudinal direction of the edge but also the thickness direction. So-called so-called irregularities on the edge plane of the processed resist. This LER can be measured using a CD-SEM. First, the edge (x mark) of the line pattern is measured from the Cd-SEM image. Next, an average value of the edge positions is calculated. The deviation (variation) 3σ from the average value of each edge position is defined as LER.

特開2001−332484号公報JP 2001-332484 A 特表2005−535936号公報JP 2005-535936 A 特開2001−358061号公報JP 2001-358061 A 特開平6−275510号公報JP-A-6-275510

特許文献1(特開2001−332484号公報)には、LER抑制技術として、光照射によってレジスト材料を硬化させる技術が提案されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-332484 proposes a technique for curing a resist material by light irradiation as a LER suppression technique.

特許文献2(特表2005−535936号公報)には、LER抑制技術として、臭素を含むプラズマによってフォトレジスト材料を硬化させる技術が提案されている。   Patent Document 2 (Japanese Patent Publication No. 2005-535936) proposes a technique for curing a photoresist material with plasma containing bromine as a LER suppression technique.

特許文献3(特開2001−358061号公報)には、LER抑制技術として、リソグラフィでパターン形成されたレジストマスクにArイオンを注入してフォトレジスト材料を硬化させる技術が提案されている。   Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-358061) proposes a technique for curing a photoresist material by implanting Ar ions into a resist mask patterned by lithography as a LER suppression technique.

特許文献4(特開平6−275510号公報)には、LER抑制技術として、レジスト塗布後の熱処理を減圧下(真空中)において行う技術が提案されている。   Patent Document 4 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-275510) proposes a technique for performing heat treatment after resist coating under reduced pressure (in a vacuum) as a LER suppression technique.

ところで、特許文献1,2,3,4の技術によれば、LER抑制効果が得られている。   By the way, according to the techniques of Patent Documents 1, 2, 3, and 4, the LER suppression effect is obtained.

しかしながら、これ等の手法が実施された場合、脆弱な絶縁膜(Low-k膜)の劣化度合いが大きかった。例えば、特許文献1の技術が採用された場合、照射された紫外光によって絶縁膜(Low-k膜)の特性劣化は避けられなかった。特許文献2の技術が採用された場合、プラズマの還元作用によってレジスト膜の構造変化が起こり、パターン変形が生じて、パターンサイズが設計値から狂ってしまった。特許文献3の技術が採用された場合、イオン注入によってパターン寸法(ライン幅)が細くなり、パターン寸法の細りを見込んでラインを太めに仕上げると、露光マージンの低下が起きてしまった。特許文献4の技術が採用された場合、レジスト塗布後の熱処理が真空装置内で行われる為、スループットが低下した。   However, when these methods were implemented, the degree of deterioration of the fragile insulating film (Low-k film) was large. For example, when the technique of Patent Document 1 is adopted, characteristic deterioration of the insulating film (Low-k film) is unavoidable due to the irradiated ultraviolet light. When the technique of Patent Document 2 is adopted, the structure of the resist film changes due to the reducing action of the plasma, pattern deformation occurs, and the pattern size deviates from the design value. When the technique of Patent Document 3 is adopted, the pattern dimension (line width) is reduced by ion implantation, and if the line is finished thicker in anticipation of the pattern dimension becoming thinner, the exposure margin is reduced. When the technique of Patent Document 4 is adopted, the throughput is lowered because the heat treatment after the resist coating is performed in a vacuum apparatus.

従って、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点を解決することである。特に、誘電率の大幅な増大や絶縁性の大幅な劣化が引き起こされること無く、レジストのLERが抑制され、正確な微細加工が可能になる技術を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the above problems. In particular, it is to provide a technique capable of suppressing the LER of a resist and enabling accurate fine processing without causing a significant increase in dielectric constant or a significant deterioration in insulation.

前記課題を解決する為の研究が、鋭意、推し進められて行った。その結果、LER発生の大きな原因は、現像工程で露光部のレジストが現像液へ溶解する時、未露光部のレジスト表層部が現像液に不均一に溶解して行くのであろうと想像されるに至った。すなわち、現像液で溶解する時の不均一性によって、レジストパターンのライン端が直線に仕上がらず、うねり(LER)を生むのであろうと考えられるに至った。このLERは数nmと小さいものの、L/Sが90nm,65nm,45nmと微細化するに従い、数nmオーダーのLERでも無視できなくなって来た。そして、微細化の進展に伴って、レジスト材料の改善のみでは、もはや、LERの低減には限界が有った。   Research to solve the above problems has been conducted with eagerness. As a result, it is imagined that the major cause of LER generation is that when the resist in the exposed area is dissolved in the developing solution in the developing process, the resist surface layer in the unexposed area is dissolved in the developing solution unevenly. It came. That is, it has been considered that the line end of the resist pattern is not finished in a straight line due to non-uniformity when dissolved in the developer, and swell (LER) is generated. Although this LER is as small as several nm, as the L / S becomes finer to 90 nm, 65 nm, and 45 nm, even LER on the order of several nm cannot be ignored. And with the progress of miniaturization, there is no limit to the reduction of LER just by improving the resist material.

ところで、パターン形成後には、レジスト材料は、強固に硬化し、エッチング耐性が向上していることが大事である。従って、レジスト材料メーカ推奨の温度(100〜130℃程度)でのベークより、更に高い温度でベークを行った方が耐エッチング性は向上しているであろうと考えられた。そこで、ポストベーク時の温度とCD,LERとの関係を調べた。図3は、レジストのポストベーク時の温度を横軸に取り、CD値およびLER値(90nmL/SにおけるCD値およびLER値)を縦軸に取って、プロットしたグラフである。これによれば、ポストベーク温度が約150℃程度までは寸法変動が少ない。LER値は、徐々に小さくなるものの、5nmより大きい。ポストベーク温度が約160℃であると、LER値が小さな値(4.6nm)であったものの、寸法変動が5nm以上と大きい。ポストベーク温度が170℃であると、パターン全体がリフローを起こした。すなわち、パターン形成が出来ない(解像されて無い)状態となった。従って、このレジストのポストベーク温度は150℃が上限と考えざるを得なかった。因みに、ポストベーク温度が160℃の場合には、90nmL/Sに対する寸法の変動比率が6%であった。そして、この変動では、寸法精度の悪影響が大き過ぎるものであった。従って、エッチング耐性からポストベーク温度は高温の方が好ましいであろうと想像したものの、高温でのポストベークは好ましく無いことが判った。尚、110℃(レジスト材料メーカ推奨の低い温度)でポストベークを行っても、LER値は小さくなかった。   By the way, after the pattern formation, it is important that the resist material is hardened and the etching resistance is improved. Therefore, it was considered that the etching resistance would be improved by baking at a higher temperature than at the temperature recommended by the resist material manufacturer (about 100 to 130 ° C.). Therefore, the relationship between the post-baking temperature and CD, LER was examined. FIG. 3 is a graph in which the temperature during post-baking of the resist is plotted on the horizontal axis, and the CD value and LER value (CD value and LER value at 90 nm L / S) are plotted on the vertical axis. According to this, there is little dimensional variation until the post-bake temperature is about 150 ° C. The LER value is larger than 5 nm although it gradually decreases. When the post-bake temperature is about 160 ° C., the LER value is small (4.6 nm), but the dimensional variation is large as 5 nm or more. When the post bake temperature was 170 ° C., the entire pattern was reflowed. In other words, the pattern could not be formed (not resolved). Therefore, the upper limit of the post-baking temperature of this resist has been considered to be 150 ° C. Incidentally, when the post-bake temperature was 160 ° C., the dimensional variation ratio with respect to 90 nm L / S was 6%. And in this variation, the adverse effect of dimensional accuracy was too great. Therefore, although it was imagined that a higher post-baking temperature would be preferable from the etching resistance, it was found that post-baking at a high temperature is not preferable. Even when post-baking was performed at 110 ° C. (low temperature recommended by the resist material manufacturer), the LER value was not small.

更なる研究が、本発明者によって、鋭意、推し進められて行った。すなわち、パターン変形が生じたレジストの流動性は何に起因しているのかの検討が推し進められた。その結果、レジスト膜中に含まれている(残っている)溶剤が大きな要因なのではなかろうかと想像されるに至った。そして、溶剤が十分に取り除かれた後ならば、高温でポストベークを行なっても、リフロー等は起きないのではなかろうかと考えた。そこで、先ず、低温でのポストベークを行った後、即ち、レジスト膜中に残存している溶剤が十分に取り除かれた後、高温でのポストベークを行なったならば、問題が解決されるのではなかろうかと考えられるに至った。   Further research has been carried out by the inventor in earnest. In other words, investigations have been made on what causes the fluidity of the resist in which pattern deformation has occurred. As a result, it has been imagined that the solvent contained (residual) in the resist film may be a major factor. Then, after the solvent was sufficiently removed, it was thought that reflow or the like would not occur even if post-baking was performed at a high temperature. Therefore, after the post-baking at a low temperature, that is, after the solvent remaining in the resist film is sufficiently removed, the problem is solved if the post-baking at a high temperature is performed. Then it came to be considered.

そこで、先ず、110℃でのポストベークが45秒間行われた。この温度では低温ベークであるから、レジスト膜のリフロー等の問題は起きなかった。そして、溶剤は十分に取り除かれた。この後、より高い温度でのポストベークが行われた。その結果が図4に示される。図4のグラフは、後段階のポストベーク(高温ポストベーク)時の温度を横軸に取り、CD値およびLER値(90nmL/SにおけるCD値およびLER値)を縦軸に取って、プロットしたグラフである。図4の平面写真および断面図は、左端の(1)が高温ポストベーク温度は120℃の場合、真中の(2)は高温ポストベーク温度が160℃の場合、右端の(3)は高温ポストベーク温度が170℃の場合のものである。この図4によれば、160℃と言った高温でのポストベークでも、寸法変動が少なく、LERは小さいことが判る。   Therefore, first, post-baking at 110 ° C. was performed for 45 seconds. Since this temperature is low-temperature baking, problems such as reflow of the resist film did not occur. And the solvent was removed sufficiently. This was followed by a post-bake at a higher temperature. The result is shown in FIG. The graph of FIG. 4 is plotted with the temperature at the post-baking stage (high temperature post-baking) in the subsequent stage on the horizontal axis and the CD value and the LER value (CD value and LER value at 90 nm L / S) on the vertical axis. It is a graph. 4A and 4B, the leftmost (1) is the high temperature post-baking temperature of 120 ° C, the middle (2) is the high-temperature post-baking temperature of 160 ° C, and the rightmost (3) is the high-temperature post-baking. This is for a baking temperature of 170 ° C. According to FIG. 4, it can be seen that there is little dimensional variation and LER is small even when post-baking at a high temperature of 160 ° C.

このような知見から、ポストベークを、最初は、低い温度で行い、その後、高い温度で行ったならば、誘電率の大幅な増大や絶縁性の大幅な劣化が引き起こされること無く、レジストのLERが抑制され、正確な微細加工が可能になるであろうとの啓示を得るに至った。   From such knowledge, if the post-baking is initially performed at a low temperature and then at a high temperature, the LER of the resist is not caused without causing a significant increase in dielectric constant or a significant deterioration in insulation. As a result, a revelation was made that accurate microfabrication would be possible.

そして、上記知見を基にして更なる実験が続けられた。その結果、レジスト膜に残存している溶剤を取り除く温度域で初期のポストベークを行い、この後、エッチング耐性を向上させる為の高温域で後期のポストベークを行った処、更に好ましい結果が得られた。例えば、初期ポストベークをレジスト膜中に残存している溶剤の沸点よりも10〜20℃低い温度で行い、後期ポストベークを前記溶剤の沸点よりも10〜20℃高い温度で行った処、更に好ましい結果が得られた。すなわち、誘電率の大幅な増大や絶縁性の大幅な劣化が引き起こされないものであった。かつ、LERは大幅に抑制された。そして、正確な微細加工が可能になった。例えば、製造された半導体装置の電気的特性を調べた処、パターン寸法の大きな変動は認められなかった。かつ、LER(局所的なラインパターン寸法のバラツキの指標)は大幅に低減された。更には、絶縁膜(Low-k膜)の大幅な特性劣化も無いことが確認できた。   Further experiments were continued based on the above findings. As a result, an initial post-bake was performed at a temperature range where the solvent remaining in the resist film was removed, and then a subsequent post-bake was performed at a high temperature range to improve etching resistance. It was. For example, the initial post-baking is performed at a temperature 10-20 ° C. lower than the boiling point of the solvent remaining in the resist film, and the late post-baking is performed at a temperature 10-20 ° C. higher than the boiling point of the solvent, Favorable results have been obtained. That is, no significant increase in dielectric constant or significant deterioration in insulation was caused. And LER was suppressed significantly. And accurate microfabrication became possible. For example, when the electrical characteristics of the manufactured semiconductor device were examined, no great variation in pattern dimensions was observed. In addition, LER (an index of variation in local line pattern dimensions) was greatly reduced. Furthermore, it was confirmed that there was no significant characteristic deterioration of the insulating film (Low-k film).

上記知見を基にして本発明が達成されたものである。   The present invention has been achieved based on the above findings.

前記の課題は、露光・現像後にポストベークしてレジストを所定パターンに加工するパターン形成方法において、
前記ポストベークは、第1のポストベークと、この第1のポストベークの後に行われる第2のポストベークとを具備し、
前記第2のポストベークの温度は前記第1のポストベークの温度よりも高い
ことを特徴とするパターン形成方法によって解決される。
The above-mentioned problem is a pattern forming method in which a resist is processed into a predetermined pattern by post-baking after exposure and development.
The post-bake comprises a first post-bake and a second post-bake performed after the first post-bake,
The temperature of the second post-bake is higher than the temperature of the first post-bake, which is solved by the pattern forming method.

特に、露光・現像後にポストベークしてレジストを所定パターンに加工するパターン形成方法において、
前記ポストベークは、第1のポストベークと、この第1のポストベークの後に行われる第2のポストベークとを具備し、
前記第1のポストベークの温度はレジストに含まれる溶剤の沸点よりも5〜50℃低い温度であり、
前記第2のポストベークの温度はレジストに含まれる溶剤の沸点よりも5〜50℃高い温度である
ことを特徴とするパターン形成方法によって解決される。
In particular, in a pattern forming method for processing a resist into a predetermined pattern by post-baking after exposure and development,
The post-bake comprises a first post-bake and a second post-bake performed after the first post-bake,
The temperature of the first post-bake is 5 to 50 ° C. lower than the boiling point of the solvent contained in the resist,
The temperature of the second post-baking is solved by the pattern forming method, which is 5 to 50 ° C. higher than the boiling point of the solvent contained in the resist.

又、上記のパターン形成方法であって、
前記第1のポストベークの温度は100〜150℃であり、
前記第2のポストベークの温度は150〜200℃である
ことを特徴とするパターン形成方法によって解決される。
Further, in the above pattern forming method,
The temperature of the first post-bake is 100 to 150 ° C.
The temperature of the second post-bake is 150 to 200 ° C., which is solved by the pattern forming method.

又、上記のパターン形成方法であって、
低い温度での第1のポストベークの時間は15〜90秒であり、
高い温度での第2のポストベークの時間は15〜90秒である
ことを特徴とするパターン形成方法によって解決される。
Further, in the above pattern forming method,
The first post-bake time at low temperature is 15-90 seconds,
The second post-bake time at a high temperature is 15 to 90 seconds, which is solved by the pattern forming method.

レジストのLERが抑制され、正確な微細加工が行われる。しかも、レジストの下層に在る絶縁膜に誘電率の大幅な増大や絶縁性の大幅な劣化が引き起こされることも無い。更には、絶縁膜の高精度な加工が出来る。   The LER of the resist is suppressed and accurate fine processing is performed. In addition, the dielectric film under the resist does not cause a significant increase in dielectric constant or a significant deterioration in insulation. Furthermore, the insulating film can be processed with high accuracy.

レジストパターン形成工程説明図Resist pattern formation process explanatory drawing LERとLER発生を説明する図Diagram explaining LER and LER occurrence ポストベーク温度とCD,LERとの関係を示すグラフGraph showing the relationship between post bake temperature and CD, LER ポストベーク温度とCD,LERとの関係を示すグラフGraph showing the relationship between post bake temperature and CD, LER ポストベークの温度プロファイル例Example of post-baking temperature profile 本発明の実施によるパターンの断面写真Cross-sectional photograph of a pattern according to the practice of the present invention

本発明はパターン形成方法である。特に、露光・現像後にポストベークしてレジストを所定パターンに加工するパターン形成方法である。例えば、L/Sが100nm以下のパターンを形成するに際して用いられるパターン形成方法である。そして、前記ポストベークは、第1のポストベークと、この第1のポストベークの後に行われる第2のポストベークとを具備する。前記第2のポストベークの温度が前記第1のポストベークの温度よりも高いことが大きな特徴である。   The present invention is a pattern forming method. In particular, it is a pattern forming method in which a resist is processed into a predetermined pattern by post-baking after exposure and development. For example, it is a pattern formation method used when forming a pattern with L / S of 100 nm or less. The post bake includes a first post bake and a second post bake performed after the first post bake. The second post-bake temperature is higher than the first post-bake temperature.

特に、第1のポストベークの温度はレジストに含まれる溶剤の沸点よりも5〜50℃(より好ましくは、10〜30℃)低い温度である。更に具体的に述べると、レジストの一般的な溶剤は、その沸点が約140〜180℃程度である。例えば、レジストは、樹脂(支持体)、酸発生剤、溶剤、及び必要に応じてその他の添加剤から構成されている。そして、ArFを光源とする露光向けのレジストでは、PGMA(プロピレングルコールモノメチルエーテルアセテート)、EL(乳酸エチル)、Diglyme(ジエチレングリコールジメチルエーテル)等が溶剤(沸点は約140〜180℃)として使用されている。従って、第1のポストベークの温度は100〜150℃程度であることが好ましい。勿論、溶剤の沸点未満の温度である。より好ましくは100℃以上である。そして、130℃以下である。尚、溶剤の沸点より高い温度でポストベークを行った場合、レジストパターン全体が変形(リフロー)し、適切なレジストプロファイルが得られ難い。そして、上記のような低温ポストベーク(第1のポストベーク)を先ず実施することにより、溶剤の沸点より低い温度で溶剤は除去(飛散)され、レジストの流動性が封じられる。すなわち、上記の如きの低温ポストベークは、レジストパターンの変形が起きない加熱であり、レジストの流動性が低く、現像工程で発生した未露光部のレジスト表層部が現像液に不均一な溶解(うねり)を生じさせ難い。この第1のポストベーク(低温ポストベーク)の時間は15〜90秒である。30秒以上がより好ましい。そして、60秒以下がより好ましい。   In particular, the temperature of the first post-bake is 5 to 50 ° C. (more preferably 10 to 30 ° C.) lower than the boiling point of the solvent contained in the resist. More specifically, a general solvent for resist has a boiling point of about 140 to 180 ° C. For example, the resist includes a resin (support), an acid generator, a solvent, and other additives as necessary. In resists for exposure using ArF as a light source, PGMA (propylene glycol monomethyl ether acetate), EL (ethyl lactate), Diglyme (diethylene glycol dimethyl ether) and the like are used as solvents (boiling point is about 140 to 180 ° C.). Yes. Accordingly, the temperature of the first post-bake is preferably about 100 to 150 ° C. Of course, the temperature is lower than the boiling point of the solvent. More preferably, it is 100 ° C. or higher. And it is 130 degrees C or less. When post-baking is performed at a temperature higher than the boiling point of the solvent, the entire resist pattern is deformed (reflowed), and it is difficult to obtain an appropriate resist profile. Then, by first performing the low-temperature post-bake (first post-bake) as described above, the solvent is removed (scattered) at a temperature lower than the boiling point of the solvent, and the fluidity of the resist is sealed. That is, the low-temperature post-bake as described above is a heating that does not cause deformation of the resist pattern, the flowability of the resist is low, and the unexposed resist surface layer portion generated in the development process is non-uniformly dissolved in the developer ( It is difficult to cause undulation. The time for this first post-bake (low temperature post-bake) is 15 to 90 seconds. More preferably 30 seconds or more. And 60 seconds or less are more preferable.

上記第1のポストベーク(低温ポストベーク)の次に第2のポストベーク(高温ポストベーク)が行われる。この第2のポストベークの温度はレジストに含まれる溶剤の沸点よりも5〜50℃(より好ましくは、10〜30℃)高い温度である。具体的に述べると、一般的なレジストの溶剤の沸点が約140〜180℃程度であることから、第2のポストベークの温度は150〜200℃程度である。勿論、溶剤の沸点以上の温度である。より好ましくは160℃以上である。そして、180℃以下である。この高温ポストベークの時間は15〜90秒である。30秒以上がより好ましい。そして、60秒以下がより好ましい。これにより、レジスト膜の焼き締めが出来、エッチング耐性に富むものとなる。そして、下層絶縁膜(Low-k膜)が精度良くパターン形成できる。   Following the first post-baking (low-temperature post-baking), a second post-baking (high-temperature post-baking) is performed. The temperature of the second post-bake is 5 to 50 ° C. (more preferably 10 to 30 ° C.) higher than the boiling point of the solvent contained in the resist. Specifically, since the boiling point of a general resist solvent is about 140 to 180 ° C., the temperature of the second post-bake is about 150 to 200 ° C. Of course, the temperature is equal to or higher than the boiling point of the solvent. More preferably, it is 160 ° C. or higher. And it is 180 degrees C or less. This high temperature post-bake time is 15 to 90 seconds. More preferably 30 seconds or more. And 60 seconds or less are more preferable. As a result, the resist film can be baked and the etching resistance is high. Then, the lower insulating film (Low-k film) can be patterned accurately.

以下、具体的な実施例を挙げて説明する。   Hereinafter, specific examples will be described.

[実施例1]
本実施例は、LERがパターン精度に大きな影響を及ぼすファインパターン領域(例えば、L/Sが100nm以下)のビアファーストデュアルダマシン配線形成に本発明が適用された例である。この寸法領域ではLERのバラツキ影響が非常に大きい。
[Example 1]
In this embodiment, the present invention is applied to the formation of a via first dual damascene wiring in a fine pattern region (for example, L / S is 100 nm or less) in which LER greatly affects pattern accuracy. In this size region, the influence of LER variation is very large.

ArF線の露光用のレジスト材は市販のものを用いた。この市販のレジスト材の溶剤は沸点が140℃のものであった。この市販のレジスト材メーカは、温度が100〜130℃、時間が60秒以下のポストベーク条件を推奨している。   A commercially available resist material was used for exposure of ArF rays. The solvent of this commercially available resist material had a boiling point of 140 ° C. This commercially available resist material manufacturer recommends post-baking conditions in which the temperature is 100 to 130 ° C. and the time is 60 seconds or less.

リソグラフィプロセスにおけるレジストパターン形成フローは、レジスト塗布→プリベーク→露光→PEB→現像→ポストベークである。通常のフローが採用された。すなわち、先ず、上記レジスト材が厚さ150nm塗布された。この後、120℃で60秒のプリベークが行われた。そして、ArFスキャナで露光・現像が行われた。   The resist pattern formation flow in the lithography process is resist coating → pre-baking → exposure → PEB → development → post-baking. The normal flow was adopted. That is, first, the resist material was applied to a thickness of 150 nm. Thereafter, prebaking was performed at 120 ° C. for 60 seconds. Then, exposure and development were performed with an ArF scanner.

現像後、ポストベークが行なわれた。ポストベークには、コータデベロッパ装置(東京エレクトロン株式会社製のACT−12)が用いられた。すなわち、先ず、低温ポストベーク(130℃,45秒)が行われた。この低温ポストベークの後で、高温ポストベーク(160℃,45秒)が行われた。   After development, post-baking was performed. A coater / developer apparatus (ACT-12 manufactured by Tokyo Electron Limited) was used for the post-baking. That is, first, low-temperature post-baking (130 ° C., 45 seconds) was performed. This low temperature post-bake was followed by a high temperature post-bake (160 ° C., 45 seconds).

比較の為に、130℃,60秒の条件でポストベークが行われた。   For comparison, post-baking was performed at 130 ° C. for 60 seconds.

その結果、本実施例にあっては、75nmL/Sにおける寸法変動が無かった。LERは3.1nmであった。尚、比較例にあっては、LERが4.3nmであった。従って、低温ポストベーク→高温ポストベークと言った本発明の実施はLERを小さく出来ていることが判る。すなわち、微細パターンが高精度で形成される。しかも、特許文献1,2,3,4に記載の如きの余分な装置が必要なく、簡単に実施できる。
尚、上記実施例で得たパターンの断面写真を図6に示す。
As a result, in this example, there was no dimensional variation at 75 nm L / S. The LER was 3.1 nm. In the comparative example, the LER was 4.3 nm. Therefore, it can be seen that the implementation of the present invention such as low temperature post-bake → high temperature post-bake can reduce the LER. That is, a fine pattern is formed with high accuracy. Moreover, an extra device as described in Patent Documents 1, 2, 3, and 4 is not necessary and can be easily implemented.
In addition, the cross-sectional photograph of the pattern obtained in the said Example is shown in FIG.

[実施例2]
上記実施例と同様に行われた。但し、レジスト塗布厚は220nmである。又、レジスト材が異なるものであり、溶剤の沸点は160℃であった。この為、最初の低温ポストベーク条件を120℃で50秒、第2段階の高温ポストベーク条件を200℃で40秒とした。
[Example 2]
It carried out similarly to the said Example. However, the resist coating thickness is 220 nm. The resist material was different, and the boiling point of the solvent was 160 ° C. For this reason, the first low-temperature post-bake condition was 120 ° C. for 50 seconds, and the second high-temperature post-bake condition was 200 ° C. for 40 seconds.

比較の為に、120℃,60秒の条件でポストベークが行われた。   For comparison, post-baking was performed at 120 ° C. for 60 seconds.

その結果、本実施例にあっては、90nmL/Sにおける寸法変動が無かった。LERは4.4nmであった。尚、比較例にあっては、LERが6.3nmであった。従って、低温ポストベーク→高温ポストベークと言った本発明の実施はLERを小さく出来ていることが判る。すなわち、微細パターンが高精度で形成される。しかも、特許文献1,2,3,4に記載の如きの余分な装置が必要なく、簡単に実施できる。   As a result, in this example, there was no dimensional variation at 90 nm L / S. The LER was 4.4 nm. In the comparative example, the LER was 6.3 nm. Therefore, it can be seen that the implementation of the present invention such as low temperature post-bake → high temperature post-bake can reduce the LER. That is, a fine pattern is formed with high accuracy. Moreover, an extra device as described in Patent Documents 1, 2, 3, and 4 is not necessary and can be easily implemented.

1 レジスト
2 BARC(Bottom
Anti-Reflection Coating)
3 メタル用絶縁膜(Low-k膜)
4 Si基板

1 resist 2 BARC (Bottom
Anti-Reflection Coating)
3 Metal insulation film (Low-k film)
4 Si substrate

Claims (5)

露光・現像後にポストベークしてレジストを所定パターンに加工するパターン形成方法において、
前記ポストベークは、第1のポストベークと、この第1のポストベークの後に行われる第2のポストベークとを具備し、
前記第2のポストベークの温度は前記第1のポストベークの温度よりも高い
ことを特徴とするパターン形成方法。
In the pattern forming method of processing the resist into a predetermined pattern by post-baking after exposure and development,
The post-bake comprises a first post-bake and a second post-bake performed after the first post-bake,
The pattern forming method, wherein the temperature of the second post-bake is higher than the temperature of the first post-bake.
第1のポストベークの温度はレジストに含まれる溶剤の沸点よりも5〜50℃低い温度であり、
第2のポストベークの温度はレジストに含まれる溶剤の沸点よりも5〜50℃高い温度である
ことを特徴とする請求項1のパターン形成方法。
The temperature of the first post-bake is 5 to 50 ° C. lower than the boiling point of the solvent contained in the resist,
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the temperature of the second post-bake is 5 to 50 [deg.] C. higher than the boiling point of the solvent contained in the resist.
第1のポストベークの温度は100〜150℃であり、
第2のポストベークの温度は150〜200℃である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2のパターン形成方法。
The temperature of the first post-bake is 100 to 150 ° C.
The pattern forming method according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the second post-bake is 150 to 200 ° C.
低い温度での第1のポストベークの時間は15〜90秒であり、
高い温度での第2のポストベークの時間は15〜90秒である
ことを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかのパターン形成方法。
The first post-bake time at low temperature is 15-90 seconds,
4. The pattern forming method according to claim 1, wherein the second post-bake time at a high temperature is 15 to 90 seconds.
L/Sが100nm以下のパターン形成方法である
ことを特徴とする請求項1〜請求項4いずれかのパターン形成方法。

The pattern forming method according to claim 1, wherein L / S is a pattern forming method of 100 nm or less.

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