JP5075598B2 - 半導体素子の微細パターン形成方法 - Google Patents
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Description
露光装備において、露光光源は主に248nm波長のKrFまたは193nm波長のArF光源が生産工程に適用されたが、徐々にF2(157nm)またはEUV(13nm)などのような短波長化光源とレンズ開口数(numerical aperture)を増やすための努力が試みられている。
しかし、F2またはEUVなど新しい光源を採用する場合は新しい露光装置が必要になるので、製造コストの面で非効率的であり、開口数を増やす方策もまた焦点深度幅が低下するという問題点がある。
最近、このような問題を解決するため、高屈折率を有するイマージョン溶液を用いるイマージョンリソグラフィ工程が開発されたが、未だ量産に適用するには多くの問題点がある。
一方、二重露光方法を用いてリソグラフィ限界以上の解像度を有する微細パターンを形成したが、重畳度及び整列度のマージン確保が容易ではなく、コストと工程時間などが過剰に費やされるという問題点がある。
被食刻層が形成された半導体基板上に第1のフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第1のフォトレジストパターン上に、フッ素含有アルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される反復単位及びグリシジル基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される反復単位を含む付加共重合体、並びに有機溶媒を含むパターンハードニングコーティング剤をコーティングしてパターンハードニング膜を形成する段階と、
この結果物上に第2のフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記第2のフォトレジスト膜に露光及び現像工程を選択的に行なって前記第1のフォトレジストパターンの間に第2のフォトレジストパターンを形成する段階。
前記パターンハードニングコーティング剤は、コーティング剤100重量部に対し1〜5重量部の重合体、及び残量の有機溶媒を含み、
前記パターンハードニング膜を形成する段階は、前記パターンハードニングコーティング剤を150〜300℃の温度で30〜180秒間ベークしてパターンハードニング膜を形成する段階を含み、
前記第1のフォトレジストパターンを形成する段階は、被食刻層が形成された半導体基板上に第1のフォトレジスト組成物を塗布して第1のフォトレジスト膜を形成する段階と、第1の露光マスクを利用して10〜200mJ/cm2の露光エネルギーで第1のフォトレジスト膜をイマージョンリソグラフィ用装備で露光する段階と、前記第1のフォトレジスト膜を90〜150℃の温度で30〜180秒間ポストベークする段階と、前記第1のフォトレジスト膜を現像する段階とを含み、
前記第1のフォトレジストパターンの間に第2のフォトレジストパターンを形成する段階は、Aピッチのラインパターンを有する第2の露光マスクを利用して10〜200mJ/cm2の露光エネルギーで第2のフォトレジスト膜をイマージョンリソグラフィ用装備で露光する段階と、前記第2のフォトレジスト膜を90〜150℃の温度で30〜180秒間ポストベークする段階と、前記第2のフォトレジスト膜を現像する段階とを含み、
前記第2の露光マスクは前記第1の露光マスクを所定距離移動させて用いるか、別途の露光マスクを用いることであり、
前記第1のフォトレジストパターン間のピッチはAであり、第2のフォトレジストパターン間のピッチはA/2であることを特徴とする。
図1a〜図1dは、本発明に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
次に、反射防止膜15の上部に第1のフォトレジスト組成物を塗布した後、90〜150℃の温度で30〜180秒間ベークして第1のフォトレジスト膜(図示省略)を形成する。
前記第1のフォトレジスト組成物には、イマージョンリソグラフィ工程に通常用いられ得る全ての化学増幅型フォトレジスト組成物を用いることができる。
次に、イマージョンリソグラフィ装備を利用し、Aピッチのラインパターンを有する第1の露光マスクを利用し、10〜200mJ/cm2の露光エネルギーで前記第1のフォトレジスト膜を露光する。さらに、露光工程の光源にはG−ライン(436nm)、i−ライン(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、F2(157nm)またはEUV(13nm)を用いる。
次に、この結果物を90〜150℃の温度で30〜180秒間ポストベークした後、TMAH2.38wt%水溶液を現像液で現像して第1のフォトレジストパターン17を形成する。
前記パターンハードニングコーティング剤は、フッ素含有アルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される反復単位及びグリシジル基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される反復単位を含む付加共重合体、並びに有機溶媒を含む。
前記重合体は2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルメタクリレート反復単位及びグリシジルメタクリレート反復単位を含む付加共重合体であるのが好ましい。
前記重合体は、前記パターンハードニングコーティング剤100重量部に対し1〜5重量部で用いるのが好ましいが、1重量部より少なく用いれば十分な架橋反応が生じ得ないとの点で好ましくなく、5重量部を超えて用いればフォトレジストパターンのCDが大きくなるため好ましくない。
さらに、前記パターンハードニングコーティング剤は架橋時に触媒作用をする2−ヒドロキシシクロヘキシル p−トルエンスルホネートをさらに含むことができる。
前記第2のフォトレジスト組成物には、イマージョンリソグラフィ工程に通常用いられ得る全ての化学増幅型フォトレジスト組成物を用いることができる。
このとき、第2のフォトレジスト組成物を塗布するとしても、第1のフォトレジストパターン17がパターンハードニング膜19によりハードニングされているので、第2のフォトレジスト組成物により変化されない。
前記第2の露光マスクは、前記第1の露光マスクを所定距離移動させて用いるか、別途の露光マスクを用いる。
本発明では、ハードニングされた第1のフォトレジストパターン17が後続する工程で露光及び現像工程を経ても元のパターン形状を維持するので、第1のフォトレジストパターン17等の間に第2のフォトレジストパターン23を形成することができる。
2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルメタクリレート13.2g、グリシジルメタクリレート8g、重合開始剤のアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.4g、及び重合溶媒のプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)100gを250mLのラウンドフラスコ容器に入れた後、窒素雰囲気で8時間反応させた。反応が完了した後、1000mLのn−ヘキサンで沈澱を取った後、真空乾燥し、本発明に係るパターンハードニングコーティング剤重合体を91%の歩留まりで得た(図2を参照)。
前記実施例1で製造されたパターンハードニングコーティング剤重合体10g、2−ヒドロキシシクロヘキシルp−トルエンスルホネート0.3gをn−ペンタノール500gに溶解し、本発明に係るパターンハードニングコーティング剤を製造した。
(第1のフォトレジストパターンの形成)
ウェーハ上に東進のイマージョン用フォトレジスト組成物(商品名:DHAI102)を塗布した後、100℃で60秒間プリベークした。ベーク後80nmのハーフピッチを有するマスクを利用し、イマージョンリソグラフィ装備を利用して37mJ/cm2の露光エネルギーで露光させた後、100℃で60秒間ポストベークしてからTMAH2.38wt%の水溶液で現像し、30nmサイズの第1のフォトレジストパターンを得た。
次に、前記第1のフォトレジストパターン上に実施例2で製造されたパターンハードニングコーティング剤を塗布した後、170℃で90秒間ベークしてパターンハードニング膜を形成した結果、第1のフォトレジストパターンのサイズが40nmに増加した。
その後、JSR社のAIM5076フォトレジスト組成物をこの結果物上に塗布した後、100℃で60秒間プリベークした。ベーク後80nmのハーフピッチを有するマスクを利用し、イマージョンリソグラフィ装備を利用して38mJ/cm2の露光エネルギーで露光させた後、100℃で60秒間ポストベークしてからTMAH2.38wt%の水溶液で現像し、40nmサイズの第2のフォトレジストパターンを得た。
13 ハードマスク層
15 反射防止膜
17 第1のフォトレジストパターン
19 パターンハードニング膜
21 第2のフォトレジスト膜
23 第2のフォトレジストパターン
Claims (12)
- 被食刻層が形成された半導体基板上に第1のフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第1のフォトレジストパターン上に、フッ素含有アルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される反復単位及びグリシジル基を有する(メタ)アクリル酸エステルから誘導される反復単位を含む付加共重合体、並びに有機溶媒を含むパターンハードニングコーティング剤をコーティングしてパターンハードニング膜を形成する段階と、
この結果物上に第2のフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記第2のフォトレジスト膜に露光及び現像工程を選択的に行なって前記第1のフォトレジストパターンの間に第2のフォトレジストパターンを形成する段階と、
を含む半導体素子の微細パターン形成方法。 - 前記付加共重合体は2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルメタクリレート反復単位及びグリシジルメタクリレート反復単位を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
- 前記有機溶媒は、炭素数5以上の高級アルコール系溶媒であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
- 前記パターンハードニングコーティング剤は、コーティング剤100重量部に対し1〜5重量部の重合体、及び残量の有機溶媒を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
- 前記パターンハードニング膜を形成する段階は、前記パターンハードニングコーティング剤を150〜300℃の温度で30〜180秒間ベークしてパターンハードニング膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
- 前記第1のフォトレジストパターンを形成する段階は、
被食刻層が形成された半導体基板上に第1のフォトレジスト組成物を塗布して第1のフォトレジスト膜を形成する段階と、
第1の露光マスクを利用して10〜200mJ/cm2の露光エネルギーで第1のフォトレジスト膜を選択的に露光する段階と、
前記第1のフォトレジスト膜を90〜150℃の温度で30〜180秒間ポストベークする段階と、
前記第1のフォトレジスト膜を現像する段階と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。 - 前記第1のフォトレジストパターンの間に第2のフォトレジストパターンを形成する段階は、
第2の露光マスクを利用して10〜200mJ/cm2の露光エネルギーで第2のフォトレジスト膜を選択的に露光する段階と、
前記第2のフォトレジスト膜を90〜150℃の温度で30〜180秒間ポストベークする段階と、
前記第2のフォトレジスト膜を現像する段階と、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。 - 前記第2の露光マスクは、前記第1の露光マスクを所定距離移動させて用いるものであることを特徴とする請求項7に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
- 前記第2の露光マスクは、別途の露光マスクを用いることを特徴とする請求項7に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
- 前記第1のフォトレジストパターンを形成する段階における露光工程は、イマージョンリソグラフィ用装備を利用することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
- 前記第1のフォトレジストパターンの間に第2のフォトレジストパターンを形成する段階における露光工程は、イマージョンリソグラフィ用装備を利用することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
- 前記第1のフォトレジストパターン間のピッチはAであり、第1のフォトレジストパターンと第2のフォトレジストパターンとの間のピッチはA/2であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
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