JP2867975B2 - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レジストパターン
の形成方法に関し、特に、半導体ウェーハのような被加
工物を表面に有する下地基板上にエッチングマスク、イ
オン注入マスク等として用いられる、フォトレジスト膜
からなるパターンの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のレジストパターン形成方法では、
下地基板上にレジスト膜を塗布法で形成し、g線(波長
436nm)、i線(波長365nm)あるいはKrF
エキシマレーザ(波長248nm)を用いて露光を行
い、アルカリ水溶液にて現像を行う方法が用いられてき
た。このような従来の方法では、ハレーションと呼ばれ
る、下地基板からの反射光によるレジスト形状の劣化が
大きな問題となっている。また、下地基板の段差により
レジスト膜厚が変化すると、定在波効果によりパターン
寸法が変動するといった問題があった。これらの問題
は、半導体素子を作製する上で、トランジスタ特性のば
らつき、あるいは断線、短絡といった問題を引き起こ
す。
【0003】このような問題を解決する方法として、特
開昭62−63427号公報に記載されているようなレ
ジスト膜の下に反射防止膜を用いる方法が挙げられる。
この方法は、下地基板上に反射防止膜を塗布し、約18
0度以上の高温でハードベークを行った後、レジストを
塗布し、露光し、そして現像する方法(従来例)であ
る。
【0004】すなわち、図4(a)に示すように、シリ
コン基板上の絶縁膜1を被覆して、ポリシリコン膜やA
l−Si−Cu合金膜のような導電膜2を形成する。こ
の下地基板に例えばARC(Brewer Scien
ce社の商品名。ポリイミドを主体。)を塗布し、90
℃,90秒程度で乾燥させて反射防止膜3を形成し、約
180℃でハードベークを行なって硬化させる。次に、
図4(b)に示すように、硬化した反射防止膜3a上に
レジスト膜4を形成する。次に、図4(c)に示すよう
に、図示しないマスクを透過した露光光5をレジスト膜
に照射して露光部6を形成する。次に、現像をして、図
4(d)に示すように、レジスト膜4aのパターンを形
成する。前述のハードベークは、この現像時に反射防止
膜3aが除去されないように、180℃以上の高温で行
なうのである。次にレジスト膜4aをマスクにして異方
性エッチングにより反射防止膜3a及び導電膜2をエッ
チングしてゲート電極や配線などを形成し、最後に酸素
プラズマなどによりレジスト膜と反射防止膜を除去す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この従来技術を段差の
ある下地基板を使用する場合について説明すると、図5
(a)に示すように、シリコン基板上の絶縁膜1Aの表
面に段差がある場合、導電膜2Aを均一に形成できたと
して、塗布した反射防止膜3Aは段差上部では薄く、段
差下部では厚くなるといったように、膜厚が変動する。
塗布の段階で生じる膜厚変動は、反射防止膜用材料の粘
性に依存し、粘性が高い方が変動が少なくなるものの、
完全になくすことはできない。また、ハードベークの段
階では、ハードベーク温度が、反射防止膜のガラス転移
温度よりも高いため、反射防止膜が段差上部から段差下
部へと流動するので、図5(b)に示すように、ハード
ベーク後の反射防止膜3Aaの膜厚の不均一は大きくな
る。次に、図5(c)に示すように、レジスト膜4Aを
形成し、図5(d)に示すように、図示しないマスクと
透過した露光光5Aを照射し、現像により露光部6Aを
除去することにより、図5(e)に示すように、レジス
ト膜4Aa−1,4Aa−2を形成する。
【0006】図6に、レジスト寸法の反射防止膜膜厚依
存性の一例を示す。ただし、i線による露光を行なっ
た。反射防止膜の膜厚が変動した場合、レジスト寸法は
図6のように変動する。この寸法変動は、反射防止膜内
で入射光と反射光とが干渉するために起こる。寸法変動
は、反射防止膜の膜厚が約0.2μm以上と厚い場合に
は無視できるが、それよりも薄い場合には問題となる。
反射防止膜は、レジストパターンの形成後、レジスト膜
をマスクとしてエッチングされるが、反射防止膜とレジ
スト膜はどちらも有機膜であり、組成が類似しているた
め、エッチングの選択性を得ることが難しい。そのた
め、反射防止膜の膜厚を約0.2μm以上に厚くするこ
とは困難である。従って、図5(e)に示すように、段
差上部近傍のレジスト膜4Aa−2の寸法は、段差下部
近傍のレジスト膜4Aa−1より小さくなってしまう。
【0007】以上述べてきたように、反射防止膜はハレ
ーションや、定在波効果を抑えることができるが、段差
のある下地基板上に塗布し、ハードベークした場合、反
射防止膜の膜厚が変動し、そのためにレジスト寸法が変
動してしまう。
【0008】本発明は、反射防止膜の膜厚変動を抑えて
精度よくレジストパターンを形成する技術を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のレジストパター
ンの形成方法は、被加工物上に高分子を主体とする有機
物を塗布し乾燥して反射防止膜を形成する工程と、前記
反射防止膜が流動化しない温度でキュアしてガラス転移
温度を上げた後に、前記上昇したガラス転移温度以下の
温度でハードベークする工程と、前記ハードベークされ
た反射防止膜上にレジスト膜を形成し、紫外線または遠
紫外線を選択的に照射して露光し、現像する工程とを有
するというものである。
【0010】ここで、紫外線を照射してキュアを行なっ
てもよいし、電子ビームを照射してキュアを行なっても
よい。
【0011】更に、ポリイミドを主体とする有機物を塗
布することができる。
【0012】反射防止膜を高温でハードベークする前
に、キュアすることによって、反射防止膜は架橋し、ガ
ラス転移温度が上がる。そのため、その後ハードベーク
する際に反射防止膜の流動が起こらなくなる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1,図2を参照して本発明の第
1の実施の形態について説明する。
【0014】図1(a)に示すように、シリコン基板上
の段差のある絶縁膜1A(フィールド酸化膜及びゲート
酸化膜)を被覆してポリシリコン膜やポリサイド膜でな
る導電膜2Aを形成し、例えばARCを塗布し、90
℃,90秒の乾燥を行ない、反射防止膜3Aを形成す
る。次に、少なくとも近紫外線を放射する水銀ランプを
用いてUV照射を行ないつつ120℃、3分間の加熱を
した。このUVキュアにより、反射防止膜3Aは架橋
し、ガラス転移温度が上がった反射防止膜3Ab(図1
(b))となる。
【0015】次に、180℃で4分間、ホットプレート
上でハードベークを行なうと、硬化した反射防止膜3A
c(図1(c))が得られる。UVキュアを十分に行な
って反射防止膜3Abのガラス転移温度を180℃より
高くしておけばハードベークによって反射防止膜が流動
することによる形状変化は防止できる。
【0016】次に、反射防止膜3Ac上にKrFエキシ
マレーザ用化学増幅系レジストを塗布し、プリベークを
行なって、図1(d)に示すように、レジスト膜4Bを
形成する。次に、KrFエキシマレーザステッパーを使
用して、図1(e)に示すように、図示しないマスクを
透過した露光光5A(KrFエキシマレーザビーム)を
照射し、露光後ベークを行ない、現像を行なって露光部
6Bを除去することによってレジストパターンの形成を
終る。
【0017】以上の方法によって得られたレジストパタ
ーンを電子顕微鏡にて観察した結果、段差部とその近傍
においてもレジスト寸法変動の少ない、良好なパターン
が形成された。すなわち、図1(f)に示すように、段
差上部近傍のレジスト膜4Ba−1と段差下部近傍のレ
ジスト幅4Ba−2の寸法差はほとんどなかった。次
に、反応性イオンエッチングにより、レジスト膜4Ba
−1,4Ba−2をマスクにして、反射防止膜3Ac,
導電膜2Aをエッチングして図2(a)に示すように、
ゲート電極(DRAMではワード線を兼ねている)2A
a−1,2Aa−2を形成し、酸素プラズマなどによ
り、残ったレジスト膜4Bb−1,4Bb−2、反射防
止膜3Ac−1,3Ac−2を除去して、図2(b)に
示すように、ゲート電極2Aa−1,2Aa−2の形成
を終る。
【0018】反射防止膜3AをUVキュアしてガラス転
移温度を上昇させた後、上昇したガラス転移温度より低
い温度でハードベークするので、その際に反射防止膜の
流動が起らず、段差部での膜厚変動が抑えられ、従って
レジスト寸法の変動が抑えられ、幅が均一のゲート電極
が得られた。
【0019】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。
【0020】図3(a)に示すように、シリコン基板上
の段差のある絶縁膜1Aを被覆してポリシリコン膜等の
導電膜2Bを形成し、ARCを塗布し、90℃、90秒
の乾燥を行ない反射防止膜3Bを形成する。次に、室
温、真空中において、10kVで加速された電子ビーム
を全面に照射した。この時の露光量は500μC/cm
2 とした。こうして得られたガラス転移温度の上昇した
反射防止膜3Ba(図3(b))を180℃、4分間、
ホットプレート上でハードベークを行なって得られた反
射防止膜3Bb(図3(c))上に、図3(d)に示す
ように、i線用のレジスト膜4Cを形成し、i線ステッ
パーを用いて、図3(e)に示すように、露光光5Bを
照射し、露光後ベークを行ない、現像をして露光部6C
を除去する。以下の工程は第1の実施の形態と同様であ
る。
【0021】電子ビーム照射によって反射防止膜のガラ
ス転移温度を上げることができ、第1の実施の形態と同
様に段差部とその近傍における寸法変動の少ないレジス
トパターンの形成が可能であった。
【0022】以上、ゲート電極を形成する場合について
説明したが、本発明はAl−Si−Cu合金膜等を用い
て配線を形成する場合や、層間絶縁膜にスルーホールを
形成する場合等、半導体装置等におけるフォトリソグラ
フィー工程に適用しうることは改めて詳細に説明するま
でもなく明らかなことである。
【0023】又、KrFエキシマレーザや水銀ランプの
i線で露光を行なう場合について説明したが、水銀ラン
プのg線あるいはArFエキシマレーザで露光しても同
様の効果が得られる。また、第1の実施の形態ではUV
キュアの温度を120度に設定したが、架橋反応が進む
温度であり、かつキュア中に反射防止膜が流動化しない
温度であれば、何度で行ってもかまわない。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、反射防
止膜をキュアしてガラス転移温度を上げてからハードベ
ークを行なうので段差部とその近傍での反射防止膜の膜
厚変動を抑えることができるため、寸法変動の少ない良
好なレジストパターンを形成することができる。このた
め、微細なレジストパターンを寸法精度よく形成でき、
半導体装置の高密度化に寄与できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態について説明するた
めの(a)〜(f)に分図して示す工程順断面図。
【図2】図1に続いて(a),(b)に分図して示す工
程順断面図。
【図3】本発明の第2の実施の形態について説明するた
めの(a)〜(e)に分図して示す工程順断面図。
【図4】従来例について説明するための(a)〜(d)
に分図して示す工程順断面図。
【図5】従来例の問題点について説明するための(a)
〜(e)に分図して示す工程順断面図。
【図6】レジスト寸法の反射防止膜膜厚依存性を示すグ
ラフ。
【符号の説明】
1,1A 絶縁膜 2,2A,2B 導電膜 2Aa−1,2Aa−2 ゲート電極 3,3A,3Aa,3Ab,3Ac,3B,3Ba,3
Bb 反射防止膜 4,4A,4Aa−1,4Aa−2,4B,4Ba−
1,4Ba−2,4Cレジスト膜 5,5A,5B 露光光 6,6A,6B,6C 露光部

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工物上に高分子を主体とする有機物
    を塗布し乾燥して反射防止膜を形成する工程と、前記反
    射防止膜が流動化しない温度でキュアしてガラス転移温
    度を上げた後に、前記上昇したガラス転移温度以下の温
    度でハードベークする工程と、前記ハードベークされた
    反射防止膜上にレジスト膜を形成し、紫外線または遠紫
    外線を選択的に照射して露光し、現像する工程とを有す
    ることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
  2. 【請求項2】 紫外線を照射してキュアを行なう請求項
    1記載のレジストパターンの形成方法。
  3. 【請求項3】 電子ビームを照射してキュアを行なう請
    求項1記載のレジストパターンの形成方法。
  4. 【請求項4】 ポリイミドを主体とする有機物を塗布す
    る請求項1,2又は3記載のレジストパターンの形成方
    法。
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JP2000231197A (ja) * 1999-02-09 2000-08-22 Mitsubishi Electric Corp レジストパターン形成方法及びそれを用いた半導体装置の製造方法並びにレジストパターン形成装置及びホットプレート
JP2010245160A (ja) * 2009-04-02 2010-10-28 Renesas Electronics Corp 半導体装置の製造方法

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