JP3725385B2

JP3725385B2 - レジストパターンの形成方法

Info

Publication number: JP3725385B2
Application number: JP36929699A
Authority: JP
Inventors: 功太佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001185473A

Description

【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するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の集積度の向上と共に、パターンの微細化も進んでいる。０．５μｍまでの微細加工はその光源として水銀ランプの輝線（ｇ線：４３６ｎｍ、Ｉ線：３６５ｎｍ）を用いた用いた縮小投影露光法により行われていた。しかし、最小幅寸法が０．５μｍ以下の領域（以下、「サブハーフミクロン領域」という）のリソグラフィでは上述の露光方法ではパターン形成が困難となったため、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）を光源とした露光方法が注目されてきた。
【０００３】
また、レジスト材料もこれまでのｇ線、ｉ線で用いられてきたキノンジアジド系レジストは、ＫｒＦエキシマレーザー光に対しては吸収が大きいことから高い解像力が望めないため、化学増幅レジストが用いられるようになった。
【０００４】
ここで、ポジ型化学増幅レジストについて説明する。ポジ型化学増幅レジストは、光照射により酸を発生する酸発生剤と、酸を触媒として加熱により反応し、現像液に対する溶解性が変化するポリマー系から成る。レジスト塗布、プリベーク工程後はＰＶＰ（ポリビニルフェノール）の水酸基が保護基でブロックされ、基材樹脂はアルカリ現像液に対して不溶解である。次に、露光によって酸が発生し、現像液への浸液前に行うポストエクスポジャーベーク（以下、「ＰＥＢ」という。）によって、基材樹脂の保護基が外れることで、水酸基が復活し、アルカリ現像液に対して可溶となりパターンが形成される。このとき保護基は離脱する。
【０００５】
上述の手法を用い、サブハーフミクロン領域の露光が可能となったが、更に微細化が進み、アスペクト比が高まることによって、レジストパターンが倒壊する現象が問題となってきた。
【０００６】
上述のレジストパターンの倒壊は一般的には、パターン間隔の密な部分でリンス液の乾燥が遅れやすく、リンス液による表面張力にアンバランスが生じることによって引き起こされるといわれている。これを改善するため、リンス液への界面活性剤の添加、有機系リンス液の採用、凍結乾燥法等が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パターン崩壊の原因として、上記要因のほかに、露光部と未露光部において、ＰＥＢによる膜収縮が両者でかなり異なり、これがパターン倒壊に大きく影響を及ぼすことがわかった。以下に詳細を示す。
【０００８】
ポジ型化学増幅レジストにて、レジスト塗布プリベーク後の初期のレジスト膜厚と、露光装置による露光及びＰＥＢを行った後のレジスト膜厚を測定した結果、未露光部ではほとんど膜厚に変化がないのに対し、露光部では１０〜１５％程度のレジストの膜収縮が見られた。
【０００９】
この未露光部と露光部のＰＥＢ等のベーキングによる膜収縮差によって、レジストパターンとなる未露光部のレジストが、現像液にて除去される露光部のレジストの膜収縮に引きずられ、レジストパターンが傾く。ラインアンドスペースパターン（以下、「Ｌ／Ｓパターン」という。）で評価した結果を図２及び図３に示す。
【００１０】
図２にはＬ／Ｓパターン周辺をレジストが覆っているダークフィールドを、図３にはＬ／Ｓパターン周辺にはレジストが存在しないブライトフィールドをそれぞれ示す。
【００１１】
例えば、半導体基板２１上にポジ型化学増幅レジストを公知のスピンコート法にて塗布し、ホットプレート等で９０℃程度でプリベークし、膜厚１μｍのレジスト膜２２を形成後、露光装置にてＬ／Ｓパターン（Ｌ／Ｓ＝０．２５／０．２５μｍ）をＫｒＦエキシマレーザー光で露光する。次に、ＰＥＢを行うが、このとき上述のようにレジストの露光部２３が大きく膜収縮する。そして、現像液を浸液し、露光部２３を除去し、必要に応じて１００℃程度の加熱処理を行い、レジストパターンを形成する。このとき、ダークフィールドにおいてはパターン端部ほどレジストは内側に傾き、ブライトフィールドにおいてはパターン端部ほどレジストは外側に傾く。このレジストパターンは高アスペクト比になるほど大きく傾き、レジストパターンの倒壊が引き起こされることがわかった。レジストパターンの傾きや崩壊はフォトリソグラフィにおける配線加工精度を劣化させ、半導体デバイスにおける性能や歩留まりを劣化させる原因となる。
【００１２】
【問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、保護基と結合している基材樹脂を有するポジ型化学増幅レジストを塗布する工程と、露光を行う工程と、前記基材樹脂から保護基を離脱させる熱処理を行う工程と、現像を行う工程とを有するレジストパターンの形成方法において、前記露光工程後に前記補強用膜として不透明の水溶性の補強用膜を前記ポジ型化学増幅レジスト上に形成する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、一実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１７】
図１の本発明の一実施例のレジストパターンの形成工程図であり、１は半導体基板、２はポジ型化学増幅レジスト膜（以下、「レジスト膜」という。）、３はレジストの露光部、４は水溶性の補強用膜を示す。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、半導体基板１上にポジ型化学増幅レジストを公知のスピンコート法にて塗布し、ホットプレート等で９０℃程度で加熱処理し、膜厚１μｍのレジスト膜２を形成する。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、露光装置にてレジスト膜２を露光し、露光部３を形成する。ここで、本発明である水溶性の補強用膜４をレジスト膜の未露光部２ａ及び露光部３上にスピンコート法にて塗布する。この水溶性の補強用膜４を特に限定されるものではなく、例えば、ポリイミド樹脂やネガ型レジストや公知の、レジスト膜上に形成される反射防止膜（Ｔｏｐ−ＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅＣｏａｔ）（以下、「ＴＡＲＣ」という。）等の水溶性膜であれば適用可能である。塗布膜厚としてはポリイミド樹脂やネガ型レジストの場合は３０００〜６０００Åが望ましい。一方、反射防止膜（ＴＡＲＣ）の場合は通常用いられる膜厚、例えば４５０Å程度が望ましい。また、ポリイミド樹脂や反射防止膜といった透明膜であれば、レジスト膜形成後、露光前或いは、露光後に形成してもかまわない。
【００２０】
水溶性の補強用膜４を形成後、１００℃でＰＥＢを行う。これによって、露光部のレジストは大きく膜収縮するが、上述の水溶性の補強用膜４は、レジスト膜の未露光部２が露光部３に引きずられるのを抑制する。
【００２１】
ＰＥＢ後、水溶性の補強用膜４をアルカリ水溶液の現像液にて露光部のレジスト３とともに除去する。また、水溶性の補強用膜としてＴＡＲＣを用いた場合は、現像前に予め水洗浄し、除去するのが望ましい。ＴＡＲＣは現像液でも除去可能であるが、現像液での除去の場合、ＴＡＲＣが除去された箇所からレジストの除去が始まるため、ウエハー面内で不均一にレジスト膜のエッチングが始まるが、予め水洗浄を行ってＴＡＲＣのみを除去した後、現像処理を行うことで、より均一な線幅を得ることができる。現像処理において補強用膜４とレジスト膜２とを同時に除去せず、予め補強用膜を現像液以外の液体で除去すればよく、本実施例の補強用膜４としてＴＡＲＣを用い、水洗浄する場合に限定されるものではないが、レジストを除去せず、取り扱いも容易である等の理由から補強用膜を除去する液体として水を用いることが望ましく、この水でも除去できるＴＡＲＣを補強用膜として用いることが望ましい。
【００２２】
また、必要に応じて、現像液浸液後、１００℃程度の加熱処理を行うことで、耐エッチング性の向上、密着性の改善、脱ガス等がなされ、図１（ｃ）に示すようなパターンの傾きを小さく抑え、倒壊しずらい良好なレジストパターンを形成することができる。
【００２３】
また、レジスト材料としては、露光部と未露光部のベーキングによる膜収縮差が生じるポジ型化学増幅レジストであれば特に限定しない。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明を用いることによれば、レジスト上に水溶性の補強用膜を、少なくとも露光後に行うＰＥＢ前に形成することで、ＰＥＢ等のベーキングによって引き起こされる露光部と未露光部との膜収縮差によるレジストパターンの傾き及び倒壊を抑制することができ、また、簡易な方法で水溶性の補強用膜を除去することができる。
【００２５】
これによって、高アスペクト比を有するレジストパターンを形成することが可能となり、フォトリソグラフィにおける配線加工精度を向上させ、半導体デバイスにおける性能や歩留まりの向上において、多大な貢献をなしうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のレジストパターンの形成工程図である。
【図２】第１の従来技術の課題の説明に供する図である。
【図３】第２の従来技術の課題の説明に供する図である。
【符号の説明】
１半導体基板
２ポジ型化学増幅レジスト膜
３ポジ型化学増幅レジスト膜の露光部
４水溶性の補強用膜

Claims

保護基と結合している基材樹脂を有するポジ型化学増幅レジストを塗布する工程と、露光を行う工程と、前記基材樹脂から保護基を離脱させる熱処理を行う工程と、現像を行う工程とを有するレジストパターンの形成方法において、
前記露光工程後に前記補強用膜として不透明の水溶性の補強用膜を前記ポジ型化学増幅レジスト上に形成する工程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。