JP3035535B1 - パタ―ン形成方法及びパタ―ン形成装置 - Google Patents

パタ―ン形成方法及びパタ―ン形成装置

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JP3035535B1
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政孝 遠藤
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Abstract

【要約】 【課題】 ネガ型のシリル化プロセスを実現することを
目的とする。 【解決手段】 化学増幅型のポジ型レジストを基板1上
に塗布して加熱を行うことなく、レジスト膜3を形成す
る工程と、前記レジスト膜3に所望のパターン形状を持
つマスク4を介してエネルギービーム(ArFエキシマ
レーザー光5)を照射して露光する工程と、露光後に前
記レジスト膜3を加熱する工程と、前記レジスト膜3に
シリル化処理7を行い、前記レジスト膜3の露光部の表
面にシリコンを導入する工程と、前記シリコンを導入し
た露光部をマスクとして前記レジスト膜に対してドライ
エッチング9を行って、レジストパターン3Aを形成す
る工程とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造等
におけるパターン形成方法及びパターン形成装置、更
に、該方法に用いられるパターン形成材料に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子等の製造においては、
紫外線を用いたフォトリソグラフィによってパターン形
成を行っているが、半導体素子の微細化に伴って短波長
光源の使用が進められている。短波長光源を使用する場
合、焦点深度を高めたり、実用解像度を向上させたりす
るために、近年、ドライ現像を用いた表面解像プロセス
の開発が進められてきている。
【0003】表面解像プロセスとしては、Proc.S
PIE,Volume3333,p.188(199
8)に開示されているごとく、化学増幅型のポジ型レジ
ストを用いたネガ型シリル化プロセスが提案されてい
る。ネガ型シリル化プロセスは、露光によるレジスト中
の酸発生剤からの酸発生によりレジストのポリマーであ
るポリ(t−ブチルフェノール)のt−ブチル基を脱保
護させ、脱保護されてポリ(ビニールフェノール)とな
った露光部のレジストにのみシリル化処理によって選択
的にSi(ケイ素、即ち、シリコン)を導入する。後の
酸素プラズマエッチングによりSiの導入されていない
未露光部が選択的に除去され、ネガ型のパターンが形成
されるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の方法では、パターン形状が不良で、パターンの解
像性が悪いという課題があった。以下、このような従来
のパターン形成方法を、図3(a)〜(e)及び図4の
フローチャートを用いて説明する。シリル化用のレジス
トとして、以下の組成のレジストを用いた。 (1)ポリ(t−ブチルフェノール)・・・・・10g (2)ジフェニルジスルフォン[酸発生剤]・・0.3
g (3)ジグライム[溶媒]・・・・・・・・・・40g
【0005】基板1上に上記レジストを塗布し(S1
2)、90℃60秒のプリベーク(加熱)2を行い(S
13)、0.4μm厚のレジスト膜30を得た(図3
(a))。所望のパターンを描いたマスク4を介してA
rFエキシマレーザー光5にて露光を行う(図3
(b),S14)。この後、露光後ベークとして、90
℃90秒の加熱6を行い(S15)、t−ブチル基の脱
保護を促進させる(図3(c))。次に、ジメチルシリ
ルジメチルアミンにより気相のシリル化処理7を行い
(S16)、露光部にSiを導入してシリル化層80を
形成した(図3(d))。その後、シリル化層80をマ
スクとして、レジスト膜30に対して酸素とSO2を主
ガスとするTCP方式のドライエッチング9を行い(S
17)、0.13μmパターン30Aを形成した。パタ
ーン30Aは、形状が崩れた不良パターンであった(図
3(e))。
【0006】このような不良パターンの原因としては、
露光部のt−ブチル基の脱保護が十分でなく、そのため
に、後のシリル化処理によるシリル化層80のSiの含
有量が少なかったため、ドライエッチングに十分耐えな
かったと考えられる。このような不良パターンは、後工
程の不良につながり、ひいては、半導体素子製造の歩留
まり低下の原因となり、非常に大きな課題となってい
る。
【0007】この発明は、シリル化処理を用いた半導体
素子製造において、微細パターンを正確に形成すること
ができる方法及び装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、これらの従来
の課題を鑑み、化学増幅型のポジ型レジストを基板上に
塗布して加熱を行うことなく、レジスト膜を形成する工
程と、前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマス
クを介してエネルギービームを照射して露光する工程
と、露光後に、前記レジスト膜を加熱する工程と、前記
レジスト膜にシリル化処理を行い、前記レジスト膜の露
光部の表面にシリコンを導入する工程と、前記シリコン
を導入した露光部をマスクとして前記レジスト膜に対し
てドライエッチングを行って、レジストパターンを形成
する工程とを備えていることを特徴とするパターン形成
方法である。
【0009】加熱していないレジスト膜は、露光により
発生した酸の拡散がより大きくなりやすく、このため
に、露光によるt−ブチル基の脱保護がより多くなるこ
とを本発明者は見出した。t−ブチル基の脱保護がより
多くなることによって、シリル化処理によるレジスト膜
の露光部へのSiの導入がより多くなり、後のドライエ
ッチングに十分に耐えるマスクとなり、形状の良好なパ
ターンが形成できる。
【0010】なお、前述した露光後にレジスト膜を加熱
する工程は、t−ブチル基の脱保護を促進させるもので
あるが、なくてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明のパターン形成方法
を、図1(a)〜(e)及び図2のフローチャートを用
いて説明する。なお、図2の左側には、半導体パターン
形成装置の各装置名を示している。ここでは、化学増幅
型のポジ型レジストを用いたネガ型シリル化プロセスの
場合を説明する。シリル化用のレジストとして、以下の
組成のレジストを用いた。 (1)ポリ(t−ブチルフェノール)・・・・・10g (2)ジフェニルジスルフォン[酸発生剤]・・0.3
g (3)ジグライム[溶媒]・・・・・・・・・・40g
【0012】基板1上に上記レジストを塗布し(S1
2)、プリベークを行ことなく、0.4μm厚のレジス
ト膜3を得た(図1(a))。所望のパターンを描いた
マスク4を介してArFエキシマレーザー光5にて露光
を行う(図1(b),S14)。プリベークを行わない
レジスト膜は、露光により発生した酸の拡散がより大き
くなりやすい。このため、露光によるt−ブチル基の脱
保護がより多くなる。この後、露光後ベークとして90
℃90秒の加熱6を行い(S15)、t−ブチル基の脱
保護を促進させる(図1(c))。次に、ジメチルシリ
ルジメチルアミンにより気相のシリル化処理7を行い
(S16)、露光部にSiを導入してシリル化層8を形
成した(図1(d))。t−ブチル基の脱保護が多いた
め、シリル化処理によるSiの導入も多くなり、シリル
化層8がドライエッチングに十分耐えるマスクとなる。
その後、シリル化層8をマスクとしてレジスト膜3に対
して酸素とSO2(二酸化硫黄)を主ガスとするTCP
方式のドライエッチング9を行い(S17)、0.13
μmパターン3Aを形成した。パターン3Aは、形状が
矩形の良好なパターンであった(図2(e))。
【0013】本発明において、エネルギービームとして
はArFエキシマレーザーを用いたが、これに代えて、
KrFエキシマレーザー、他の遠紫外線、F2エキシマ
レーザー、他のVUV光(真空紫外線)、13nm光、
他のEUV光(極紫外線)、EB(電子線)又はX線等
を用いてもよい。
【0014】本発明において、シリル化処理は、気相又
は液相等により行ってよい。
【0015】本発明において、シリル化処理に用いるシ
リル化剤は、ジメチルシリルジメチルアミン、ジメチル
シリルジエチルアミン又はジメチルアミノジメチルジシ
ラン等を用いてもよく、これらに限定されない。
【0016】
【発明の効果】本発明を用いることにより、半導体素子
製造等のパターン形成を高精度に行うことができること
から、本発明は、工業的価値が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のパターン形成方法の各工程を示す断
面図である。
【図2】 本発明のパターン形成方法のフローチャート
図である。
【図3】 従来のパターン形成方法の各工程を示す断面
図である。
【図4】 従来のパターン形成方法のフローチャート図
である。
【符号の説明】
1 基板、2 加熱、3 加熱していないレジスト膜、
30 加熱したレジスト膜、3A,30A レジストパ
ターン、4 マスク、5 ArFエキシマレーザー光、
6 加熱、7 シリル化処理、8 シリル化層、9 ド
ライエッチング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/30 541Z 21/302 J 21/30 568 (56)参考文献 特開 平8−62860(JP,A) 特開 平7−78756(JP,A) 特開 平6−273943(JP,A) 特開 平5−303211(JP,A) 特開 平5−303210(JP,A) 特開 平4−87320(JP,A) 特開 平4−87319(JP,A) 特開 平2−52357(JP,A) 特開 平11−72922(JP,A) 特開 平9−106938(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/00 - 7/42

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 t−ブチル基により保護されたポリ(t
    −ブチルフェノール)と酸発生剤とを有する化学増幅型
    のポジ型レジストを基板上に塗布して加熱を行うことな
    くレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマスクを介
    してエネルギービームを照射して露光することにより酸
    発生剤から酸を発生させ、ポリ(t−ブチルフェノー
    ル)のt−ブチル基を脱保護させる工程と、 前記レジスト膜にシリル化処理を行い、前記レジスト膜
    の露光部の表面にシリコンを導入する工程と、 前記シリコンを導入した露光部をマスクとして前記レジ
    スト膜に対してドライエッチングを行って、レジストパ
    ターンを形成する工程とを備え 加熱を行うことなくレジスト膜を形成することにより、
    加熱を行ってレジスト膜を形成する場合に比べて、露光
    により発生した酸の拡散を大きくし、t−ブチル基の脱
    保護を多くする ことを特徴とするパターン形成方法。
  2. 【請求項2】 前記エネルギービームは、KrF,Ar
    F,F2,VUV光,13nm光,EUV光,EB又は
    X線であることを特徴とする請求項1記載のパターン形
    成方法。
  3. 【請求項3】 前記シリル化処理は、気相又は液によ
    り行うことを特徴とする請求項2記載のパターン形成方
    法。
  4. 【請求項4】 前記シリル化処理に用いるシリル化剤
    は、ジメチルシリルジメチルアミン、ジメチルシリルジ
    エチルアミン又はジメチルアミノジメチルジシランであ
    ることを特徴とする請求項2記載のパターン形成方法。
  5. 【請求項5】 t−ブチル基により保護されたポリ(t
    −ブチルフェノール)と酸発生剤とを有する化学増幅型
    のポジ型レジストを基板上に塗布して加熱を行うことな
    くレジスト膜を形成する手段と、 前記レジスト膜に所望のパターン形状を持つマスクを介
    してエネルギービームを照射して露光することにより酸
    発生剤から酸を発生させ、ポリ(t−ブチルフェノー
    ル)のt−ブチル基を脱保護させる手段と、 前記レジスト膜にシリル化処理を行い、前記レジスト膜
    の露光部の表面にシリコンを導入する手段と、 前記シリコンを導入した露光部をマスクとして前記レジ
    スト膜に対してドライエッチングを行って、レジストパ
    ターンを形成する手段とを備え、 加熱を行うことなくレジスト膜を形成することにより、
    加熱を行ってレジスト膜を形成する場合に比べて、露光
    により発生した酸の拡散を大きくし、t−ブチル基の脱
    保護を多くする ことを特徴とするパターン形成装置。
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