JP6431472B2

JP6431472B2 - パターン形成方法

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Publication number: JP6431472B2
Application number: JP2015251374A
Authority: JP
Inventors: 英民八重樫
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: US10539876B2; JP2017116708A; KR20170076580A; US20170184972A1

Description

本発明は、パターン形成方法に関する。

従来、露光マスクを用いてレジスト膜を露光し、ポジ型現像を行った後、ネガ型現像を行うことにより、露光部と未露光部との間に形成される中間露光部を残存させて、レジストパターンを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、露光マスクのパターンよりもピッチの狭いレジストパターンを形成することができる。

特開２０００−１９９９５３号公報

ところで、上記方法では、微細なホールパターンを形成することが困難である。これは、上記方法を用いてホールパターンを形成する場合、露光マスクとして暗視野マスクが用いられるが、暗視野マスクの光学像コントラストが十分に得られないためである。

そこで、微細なホールパターンを形成する場合、暗視野マスクよりも光学像コントラストが優れた明視野マスクを用いてレジスト膜を露光し、ネガ型現像を行った後、ポジ型現像を行うことが有利な場合がある。

しかしながら、明視野マスクを用いてレジスト膜を露光し、ネガ型現像を行った後、ポジ型現像を行うと、露光後のネガ型現像の際に中間露光部が大きく溶解し、所望のパターンが残存しない場合がある。その結果、微細なホールパターンを形成できない。これは、ネガ型現像がポジ型現像に比べて中間露光部を溶解しやすいためである。

そこで、本発明の一つの案では、微細なホールパターンを形成できるパターン形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るパターン形成方法は、
レジスト膜にホールパターンを形成するパターン形成方法であって、
被処理体の上に化学増幅型のフォトレジストにより形成されるレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記ホールパターンのピッチの略√２倍のピッチを有する明視野マスクを用いて前記レジスト膜を露光する露光工程と、
前記露光工程の後、前記レジスト膜に有機溶媒である第１現像液を供給してネガ型現像を行うことで、前記レジスト膜の未露光部を除去する第１現像工程と、
前記第１現像工程の後、前記レジスト膜の側壁部を改質する改質工程と、
前記改質工程の後、前記レジスト膜にアルカリ水溶液である第２現像液を供給してポジ型現像を行うことで、前記レジスト膜の露光部を除去する第２現像工程と
を含み、
前記改質工程は、前記露光工程において前記レジスト膜に含まれる光酸発生剤から発生した酸を失活させることにより、前記第２現像液に対する前記レジスト膜の側壁部の溶解性を小さくする処理である。

開示のパターン形成方法によれば、微細なホールパターンを形成することができる。

露光マスクを説明する図明視野マスクと暗視野マスクの特性を説明する図ＤＴＤ法により形成されたパターンの一例を説明する図本実施形態のパターン形成方法を例示するフローチャート本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（１）本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（２）本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（３）本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（４）本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（５）

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することによって重複した説明を省く。

本実施形態のパターン形成方法は、デュアル・トーン・デベロップメント（ＤＴＤ：Dual Tone Development）法を用いて、微細なホールパターンを形成するものである。ＤＴＤ法とは、露光マスクを用いてレジスト膜を露光し、ネガ型現像及びポジ型現像を行うことで、露光部と未露光部の間に形成される中間露光部を残存させて、微細なホールパターンを形成するものである。ネガ型現像とは、レジスト膜に現像液を供給することによりレジスト膜の未露光部を選択的に溶解させ除去するものである。ポジ型現像とは、レジスト膜に現像液を供給することによりレジスト膜の露光部を選択的に溶解させ除去するものである。

まず、露光マスクについて、図１及び図２に基づき説明する。図１は露光マスクを説明する図であり、図１（ａ）は明視野マスク（ＢＦＭ：Bright Field Mask）を示し、図１（ｂ）は暗視野マスク（ＤＦＭ：Dark Field Mask）を示している。図２は、明視野マスクと暗視野マスクの特性を説明する図である。具体的には、図２は、明視野マスク（ＢＦＭ）を用いた場合のホールパターンのハーフピッチと光学像コントラストとの関係（実線）及び暗視野マスク（ＤＦＭ）を用いた場合のホールパターンのハーフピッチと光学像コントラストとの関係（破線）を示している。

図１（ａ）に示すように、明視野マスク２０は、露光に用いられる光に対して不透明な遮光部２２が、露光に用いられる光に対して透明な透光部２１に囲まれたパターンを有するマスクである。

図１（ｂ）に示すように、暗視野マスク３０は、露光に用いられる光に対して透明な透光部３１が、露光に用いられる光に対して不透明な遮光部３２に囲まれたパターンを有するマスクである。

ところで、露光マスクを用いた露光によりレジスト膜にパターンを形成する場合、図２に示すように、露光マスクとして明視野マスク（ＢＦＭ）を使用する方が暗視野マスク（ＤＦＭ）を使用するよりも優れた光学像コントラストが得られる。このため、微細なホールパターンを形成する場合、暗視野マスクよりも光学像コントラストが優れた明視野マスクを用いるほうが有利である。

しかしながら、ＤＴＤ法により微細なホールパターンを形成する場合、明視野マスクを露光マスクとしてレジスト膜を露光し、ネガ型現像を行った後、ポジ型現像を行うと、図３に示すように、レジスト膜のほとんどが除去され、パターンがほとんど残存しない。これは、ネガ型現像がポジ型現像に比べて中間露光部を溶解しやすいためである。なお、図３は、ＤＴＤ法により形成されたパターンの一例を説明する図である。

そこで、本実施形態のパターン形成方法では、明視野マスクを用いてレジスト膜を露光し、ネガ型現像を行った後、改質処理を行い、その後、ポジ型現像を行う。改質処理は、ポジ型現像の際に使用される現像液に対するレジスト膜の側壁部の溶解性を小さくするものである。これにより、微細なホールパターンを形成することができる。

以下では、ＤＴＤ法を用いるパターン形成において、微細なホールパターンを形成できる本実施形態のパターン形成方法について説明する。図４は、本実施形態のパターン形成方法を例示するフローチャートである。

図４に示すように、本実施形態のパターン形成方法は、レジスト膜形成工程（ステップＳ１０１）、第１露光工程（ステップＳ１０２）、第１現像工程（ステップＳ１０３）、改質工程（ステップＳ１０４）及び第２現像工程（ステップＳ１０５）を有する。

以下、各々の工程について、図５から図９に基づき説明する。図５から図９は、本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図である。なお、図５から図９における（ａ）は各工程における概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）における一点鎖線Ａ−Ｂにおいて切断した概略断面図である。

ステップＳ１０１では、被処理体の上にレジスト膜を形成する。具体的には、図５に示すように、被処理体１１の上に、例えばスピン塗布により、レジスト膜１２を形成する。被処理体１１は、例えばシリコン基板である。シリコン基板の上には、スピンオンカーボン（ＳＯＣ：Spin-On Carbon）、シリコン含有反射防止膜（ＳｉＡＲＣ：Silicon-containing Anti-Reflective Coating）等の反射防止膜が形成されていてもよい。

レジスト膜１２は、化学増幅型のフォトレジストにより形成されており、例えばＫｒＦレジスト、ＡｒＦレジスト、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）レジストにより形成されている。レジスト膜１２は、ベース樹脂と、光酸発生剤（ＰＡＧ：Photo Acid Generator）とを含む。ベース樹脂は、極性の低い保護基を有する。これにより、ポジ型現像に使用される現像液によって溶解されるのが抑制される。光酸発生剤は、露光されることにより酸を発生させる。ベース樹脂の保護基は、光酸発生剤から発生した酸と化学反応することにより脱離する。ベース樹脂の保護基が脱離すると、ベース樹脂の極性が大きくなり、レジスト膜１２がポジ型現像に使用される現像液に溶解しやすくなる。

ステップＳ１０２では、明視野マスクを用いてレジスト膜を露光する。具体的には、図６に示すように、露光に用いられる光に対して透明な透光部２１と不透明な遮光部２２とを有する明視野マスク２０を露光マスクとして、レジスト膜１２を露光する。これにより、透光部２１の下部の領域が露光され、レジスト膜１２に露光量の大きい露光部１２ａが形成される。また、遮光部２２の下部には、露光量がゼロ又は露光量が小さい未露光部１２ｂが残存する。また、露光部１２ａと未露光部１２ｂとの間には、露光部１２ａよりも露光量が小さく、未露光部１２ｂよりも露光量が大きい中間露光部１２ｃが形成される。中間露光部１２ｃは、露光に用いられる光が透光部２１から回り込むことにより形成される。露光に用いられる光源は、レジスト膜１２の材料に応じて定められ、例えばＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、ＥＵＶエキシマレーザ（波長１３．５ｎｍ）である。なお、レジスト膜１２を露光した後、レジスト膜１２を加熱する露光後ベーク（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）を行ってもよい。

ステップＳ１０３では、レジスト膜に第１現像液を供給してネガ型現像を行うことで、レジスト膜の未露光部を除去する。具体的には、図７に示すように、例えばレジスト膜１２の上に第１現像液をスピン塗布することにより、レジスト膜１２の未露光部１２ｂを除去し、露光部１２ａ及び中間露光部１２ｃを残存させる。これにより、未露光部１２ｂが開口したホールパターンが形成される。第１現像液は、レジスト膜１２の露光部１２ａを除去できるものであればよく、例えば酢酸ブチル（ＮＢＡ）等の極性の低い有機溶媒である。

ステップＳ１０４では、レジスト膜の側壁部を改質する。具体的には、図８に示すように、ポジ型現像に使用される第２現像液に対するレジスト膜１２の側壁部１２ｓの溶解性を小さくすることにより、中間露光部１２ｃを増長させる。第２現像液に対するレジスト膜１２の側壁部１２ｓの溶解性を小さくする処理は、露光工程においてレジスト膜１２に含まれる光酸発生剤から発生した酸を失活させることにより、ベース樹脂の保護基の脱離を抑制する処理である。

酸を失活させる処理としては、例えばレジスト膜１２の側壁部１２ｓを、アンモニア（ＮＨ_３）と反応させる処理であってもよい。また、例えばレジスト膜１２の側壁部１２ｓを、モノメチルアミン（ＣＨ_３ＮＨ_２）、ジメチルアミン（（ＣＨ_３）_２ＮＨ）、トリメチルアミン（（ＣＨ_３）_３Ｎ）等の有機塩基と反応させる処理であってもよい。また、例えばレジスト膜１２の側壁部１２ｓを、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリメチルシリルジメチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）等のアミノ基を有するシランカップリング剤と反応させる処理であってもよい。アミノ基を有するシランカップリング剤と反応させる処理では、酸を失活させると共に、撥水性も得られるため、ポジ型現像液に対する溶解性を特に小さくすることができる。なお、レジスト膜１２の側壁部１２ｓをアンモニア、有機塩基、アミノ基を有するシランカップリング剤と反応させる場合、これらの原料を含む水溶液に晒す方法（液相反応）であってもよく、これらの原料の蒸気を含む気体に晒す方法（気相反応）であってもよい。

ステップＳ１０５では、レジスト膜に第２現像液を供給してポジ型現像を行うことで、レジスト膜の露光部を除去する。具体的には、図９に示すように、例えばレジスト膜１２の上に第２現像液をスピン塗布することにより、レジスト膜１２の露光部１２ａを除去し、中間露光部１２ｃを残存させる。これにより、未露光部１２ｂ及び露光部１２ａが開口したホールパターンが形成される。このとき、本実施形態では、改質工程により、第２現像液に対するレジスト膜１２の側壁部１２ｓの溶解性が小さくなっている。このため、改質工程が行われていない場合と比較して、レジスト膜１２の側壁部１２ｓが残存しやすい。第２現像液は、レジスト膜１２の未露光部１２ｂを除去できるものであればよく、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等の極性の高いアルカリ水溶液である。

以上の工程により、所望のホールパターンを形成することができる。

本実施形態のパターン形成方法では、明視野マスク２０を用いてレジスト膜１２を露光し、ネガ型現像及びポジ型現像を行うことにより、中間露光部１２ｃを残存させて、露光部１２ａ及び未露光部１２ｂを除去する。これにより、露光マスクのパターンよりも狭いピッチのホールパターンを形成することができる。具体的には、図９（ａ）に示すように、露光マスクのパターンのピッチがＰ１である場合、得られるホールパターンのピッチＰ２は、Ｐ１×１／√２となる。

また、本実施形態のパターン形成方法では、明視野マスク２０を用いてレジスト膜１２を露光する。これにより、暗視野マスクを用いる場合と比較して優れた光学像コントラストが得られるため、微細なホールパターンを形成する際の解像性能が向上する。

また、本実施形態のパターン形成方法では、ネガ型現像を行った後、ポジ型現像の際に使用される第２現像液に対するレジスト膜１２の側壁部１２ｓの溶解性を小さくする改質処理を行い、その後、ポジ型現像を行う。これにより、ネガ型現像の際に中間露光部１２ｃが大きく溶解した場合であっても、ポジ型現像の際に改質処理されたレジスト膜１２の側壁部１２ｓが残存する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１１被処理体
１２レジスト膜
１２ａ露光部
１２ｂ未露光部
１２ｃ中間露光部
１２ｓ側壁部
２０明視野マスク

Claims

レジスト膜にホールパターンを形成するパターン形成方法であって、
被処理体の上に化学増幅型のフォトレジストにより形成されるレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記ホールパターンのピッチの略√２倍のピッチを有する明視野マスクを用いて前記レジスト膜を露光する露光工程と、
前記露光工程の後、前記レジスト膜に有機溶媒である第１現像液を供給してネガ型現像を行うことで、前記レジスト膜の未露光部を除去する第１現像工程と、
前記第１現像工程の後、前記レジスト膜の側壁部を改質する改質工程と、
前記改質工程の後、前記レジスト膜にアルカリ水溶液である第２現像液を供給してポジ型現像を行うことで、前記レジスト膜の露光部を除去する第２現像工程と
を含み、
前記改質工程は、前記露光工程において前記レジスト膜に含まれる光酸発生剤から発生した酸を失活させることにより、前記第２現像液に対する前記レジスト膜の側壁部の溶解性を小さくする処理である、
パターン形成方法。
前記改質工程は、前記レジスト膜の側壁部を、アンモニアと反応させる処理を含む、
請求項１に記載のパターン形成方法。
前記改質工程は、前記レジスト膜の側壁部を、有機塩基と反応させる処理を含む、
請求項１に記載のパターン形成方法。
前記改質工程は、前記レジスト膜の側壁部を、アミノ基を有するシランカップリング剤と反応させる処理を含む、
請求項１に記載のパターン形成方法。
前記露光工程と前記第１現像工程との間に、前記レジスト膜を加熱する工程を含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパターン形成方法。