KR20200021897A - 마스크 형성 방법 - Google Patents

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히데타미 야에가시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시는 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있는 마스크 형성 방법을 제공한다.
본 개시의 마스크 형성 방법은, 피가공물 상에 처리제를 함유하는 바탕막을 형성하는 공정과, 바탕막 상에 감광성 유기막을 형성하는 공정과, 감광성 유기막의 하부에 처리제를 침윤시켜 침윤부를 생성하는 공정과, 감광성 유기막을 선택적으로 노광함으로써, 감광성 유기막에, 알칼리 용액에 용해 가능한 제1 영역과 알칼리 용액에 용해되지 않는 제2 영역을 생성하는 공정과, 제1 영역 내의 침윤부에, 처리제와의 반응에 의해 알칼리 용액에 용해되지 않는 제3 영역을 생성하는 공정과, 알칼리 용액을 이용하여 감광성 유기막을 현상함으로써, 제2 영역 및 제3 영역을 남기면서 제1 영역 중의 제3 영역 이외의 제4 영역을 제거하는 공정과, 감광성 유기막을 에칭함으로써 제2 영역과 제3 영역 중 한 쪽을 남기면서 다른 쪽을 제거하는 공정을 포함한다.

Description

마스크 형성 방법{METHOD FOR FORMING MASK}
본 개시는 마스크 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 고집적화에 따라, 반도체 장치 제조에 사용하는 레지스트 마스크에 형성하는 패턴의 미세화가 진행되고 있다. 그런데, 레지스트 마스크의 패턴이 미세해질수록 패턴은 잘 붕괴한다. 이러한 패턴 붕괴를 억제하기 위해, 노광에 의해 레지스트 내에 발생하는 산(酸)을 불활성화시켜 레지스트 돌출부 사이의 오목부에 레지스트 잔막이 존재하도록 하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 1).
일본국 공개특허공보 특개2013-21152호
본 개시는 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있는 마스크 형성 방법을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 마스크 형성 방법은, 피가공물 상에 처리제를 함유하는 바탕막을 형성하는 공정과, 상기 바탕막 상에 감광성 유기막을 형성하는 공정과, 상기 감광성 유기막의 하부에 상기 처리제를 침윤시켜 침윤부를 생성하는 공정과, 상기 감광성 유기막을 선택적으로 노광함으로써, 상기 감광성 유기막에, 알칼리 용액에 용해 가능한 제1 영역과 상기 알칼리 용액에 용해되지 않는 제2 영역을 생성하는 공정과, 상기 제1 영역 내의 상기 침윤부에, 상기 처리제와의 반응에 의해 상기 알칼리 용액에 용해되지 않는 제3 영역을 생성하는 공정과, 상기 알칼리 용액을 이용하여 상기 감광성 유기막을 현상함으로써, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역을 남기면서 상기 제1 영역 중의 상기 제3 영역 이외의 제4 영역을 제거하는 공정과, 상기 감광성 유기막을 에칭함으로써 상기 제2 영역과 상기 제3 영역 중 한 쪽을 남기면서 다른 쪽을 제거하는 공정을 포함한다.
본 개시에 의하면 패턴의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 2a 내지 도 2c는 제1 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도(1)이다.
도 3a 내지 도 3c는 제1 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도(2)이다.
도 4a 내지 도 4d는 제1 실시형태에 있어 포토 레지스트막의 구조식 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 6a 및 도 6b는 제2 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
도 7은 제3 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 8a 내지 도 8c는 제3 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도(1)이다.
도 9a 내지 도 9c는 제3 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도(2)이다.
도 10a 내지 도 10c는 제3 실시형태의 제1 변형예에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 제3 실시형태의 제2 변형예에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
레지스트 마스크의 패턴이 미세해졌을 때의 패턴 붕괴는, 레지스트 마스크를 얇게 하여 잔존 패턴의 애스펙트 비(aspect ratio)를 작게 함으로써도 저감할 수 있다. 그러나, 레지스크 마스크를 얇게 하면 패턴의 정밀도가 저하되기 쉽다. 특히, 라인 앤드 스페이스(L/S) 패턴에서는, LER(Line Edge Roughness) 및 LWR(Line Width Roughness)가 커지기 쉽다.
여기에서, 패턴 정밀도가 저하되는 원인에 대해 설명한다. 레지스트 마스크를 형성할 때에는, 포토레지스트제를 바탕막 상에 도포하여 포토레지스트막을 형성하고, 포토레지스트막의 노광 및 현상을 실시한다. 이 때, 도포된 포토레지스트제가 바탕막과 반응하는 경우가 있다. 포토레지스트제가 바탕막과 반응한 경우, 포토레지스트막의 하부에는, 바탕막과의 반응에서 발생한 두께 10㎚~30㎚ 정도의 변질층이 존재하게 되고, 이러한 변질층은 변질층 상의 벌크층과는 다른 성질을 가질 수 있다. 예를 들어, 변질층과 벌크층은, 노광에 의해 잠상이 형성되기 쉬운 정도가 서로 다르다. 그리고, 노광은 벌크층의 특성에 따른 조건에서 실시되므로, 변질층에 원하는 잠상이 형성되지 않는 경우가 있다. 두꺼운 레지스트 마스크를 형성하는 경우라면, 두께 방향에 있어 변질층의 비율이 작으므로, 변질층이 패턴 정밀도에 미치는 영향은 작다. 그러나, 얇은 레지스트 마스크를 형성하는 경우에는, 두께 방향에 있어 변질층의 비율이 크므로, 변질층이 패턴 정밀도에 미치는 영향이 현저해진다. 이와 같은 이유에서, 레지스트 마스크를 얇게 하면 패턴 정밀도가 저하되기 쉬워지는 것이다.
이하에서, 실시형태에 대해 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에서는, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략하는 경우가 있다.
(제1 실시형태)
우선, 제1 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
제1 실시형태에 따른 마스크 형성 방법은, 처리제를 함유하는 바탕막을 형성하는 공정(단계 S11), 포토레지스트 막을 형성하고 처리제를 포토레지스트막에 침윤시키는 공정(단계 S12), 포토레지스트막을 노광시키는 공정(단계 S13)을 갖는다. 또한, 제1 실시형태에 따른 마스크 형성 방법은, 포토레지스트막을 가열하는 공정(단계 S14), 포토레지스트막을 현상하는 공정(단계 S15), 포토레지스트막을 에칭하는 공정(단계 S16)을 포함한다.
이하에서, 각 공정에 대해 구체적으로 설명한다. 도 2a 내지 도 3c는 제1 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도이다. 도 4a 내지 도 4d는 제1 실시형태에서의 포토레지스트막의 구조식 변화를 나타내는 도면이다.
단계 S11에서는, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 피가공물(101) 상에, 나중에 포토레지스트막의 극성을 저하시키는 처리제를 포함하는 바탕막(102)을 형성한다. 바탕막(102)은, 예를 들어, 스핀 온 카본(Spin-On Carbon: SOC) 막, 스핀 온 글래스(Spin-On Glass: SOG) 막, 또는 유기막이다. 처리제는, 예를 들어 금속 유도체이다. 본 명세서 및 청구범위에 있어, 금속 유도체에서의 금속은 실리콘 등의 반(半)금속을 포함한다. 처리제를 포함하는 바탕막(102)은, 예를 들어 스핀 코팅(회전 도포)법에 의해 형성할 수 있으며, 그 두께는 20㎚~40㎚로 한다.
단계 S12에서는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 바탕막(102) 상에 포토레지스트막(103)을 형성한다. 제1 실시형태에서는, 포토레지스트막(103)으로서 포지티브형 포토레지스트막을 사용한다. 포토레지스트막(103)은, 예를 들어, KrF 레지스트, ArF 레지스트, 극자외선(Extreme Ultra Violet: EUV) 레지스트 등의 화학 증폭형 포토레지스트에 의해 형성되어 있다. 포토레지스트막(103)은, 예를 들어, 베이스 수지와 광산(光酸) 발생제(Photo Acid Generator: PAG)를 포함하며, 베이스 수지는, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 극성이 낮은 보호기(基)를 가진다. 보호기는, 예를 들어, 락톤기 또는 아다민틸기 또는 둘 다이다. 포토레지스트막(103) 내에 바탕막(102)과의 반응에 의해 변질층이 생성될 수도 있으나, 포토레지스트막(103)은 변질층 상에 바탕막(102)과 반응하지 않은 부분을 포함하도록 형성된다. 예를 들어, 포토레지스트막(103)은 스핀 코팅법에 의해 형성할 수 있으며, 그 두께는 50㎚~100㎚로 한다. 포토레지스트막(103)의 두께가 50㎚ 미만이면, 두께 방향에 있어 변질층의 비율이 지나치게 커질 우려가 있다. 또한, 포토레지스트막(103)의 두께가 100㎚을 넘으면, 붕괴가 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 포토레지스트막(103)은 감광성 유기막의 일 예이다.
단계 S12에서는, 포토레지스트막(103)의 형성에 병행하여, 바탕막(102)에 함유되어 있는 처리제의 일부를 포토레지스트막(103)에 침윤시켜 포토레지스막(103)의 하부에 침윤부(103A)를 생성한다. 침윤부(103A)의 두께는, 예를 들어, 변질층의 두께 이상인 10㎚~40㎚로 한다. 포토레지스트막(103)은 침윤부(103A) 상의 벌크부(103B)를 포함한다.
단계 S13에서는, 도 2c에 나타내는 바와 같이, 노광 마스크(110)를 이용하여 포토레지스트막(103)을 선택적으로 노광시킨다. 즉, 포토레지스트막(103)에 선택적으로 노광광(111)을 조사(照射)한다. 그 결과, 침윤부(103A)를 포함하는 포토레지스트막(103)에 노광 영역(104)이 형성되며, 미노광 영역(105)이 잔존한다. 포토레지스트막(103)이 포지티브형이므로, 노광 영역(104)에서 광산(光酸) 발생제가 분해되어 산(酸)이 발생한다. 노광에 사용되는 광원은 포토레지스트막(103)의 재료에 따라 정해지며, 예를 들어, KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚), ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚), EUV 엑시머 레이저(파장 13.5㎚)이다. 노광 영역(104)은 알칼리 용액에 용해 가능한 제1 영역의 일 예이며, 미노광 영역(105)은 알칼리 용액에 용해되지 않는 제2 영역의 일 예이다.
포토레지스트막(103)에 변질층이 포함되어 있다 하더라도, 벌크부(103B)에는 노광 마스크(110)에 따른 잠상(潛像)이 형성된다.
단계 S14에서는, 포토레지스트막(103)을, 예를 들어 100℃~150℃의 온도로 가열함으로써, 노광 영역(104)에서, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 산(酸)을 확산시켜, 포토레지스트막(103)에 포함되는 베이스 수지의 탈보호(脫保護)를 행한다. 그 결과, 노광 영역(104)에서는, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 베이스 수지가 탈보호되고 카르복실기가 생성되어, 베이스 수지의 극성이 높아진다. 다만, 제1 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 포토레지스트막(103)이 침윤부(103A)를 포함한다. 그러므로, 노광 영역(104) 중 침윤부(103A)와 겹치는 부분에서는, 도 4d에 나타내는 바와 같이, 처리제의 가수 분해로 인해 생성된 관능기가 카르복실기와 반응하여 베이스 수지의 극성이 저하된다. 그 결과, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 노광 영역(104) 중 침윤부(103A)와 겹치는 부분에 저 극성 영역(104A)이 생성된다. 또한, 노광 영역(104) 중 벌크부(103B)와 겹치는 부분은, 카르복실기를 갖는 고 극성 영역(104B)으로 된다. 저 극성 영역(104A)의 극성은 고 극성 영역(104B)의 극성보다 낮다. 저 극성 영역(104A)은 제3 영역의 일 예이며, 고 극성 영역(104B)은 제4 영역의 일 예이다. 도 4d에는, 바탕막(102)이 처리제로서 알콕시실란을 포함하는 경우의 저 극성 영역(104A) 구조식을 도시하고 있다. 여기에서 정리해 보면, 미노광 영역(105)의 구조식을 도 4a에 나타내며, 저 극성 영역(104A)의 구조식을 도 4d에 나타내며, 고 극성 영역(104B)의 구조식을 도 4c에 나타낸다. 한편, 포토레지스트막(103)을 가열하는 것은, 노광 후 베이크(Post Exposure Bake: PEB)와 겸해서 할 수도 있다.
단계 S15에서는, 포토레지스트막(103)을 현상(現像)한다. 이러한 현상에 있어 현상액으로서, 예를 들어, 수산화테트라메틸암모늄(tetramethylammonium: TMAH) 등 극성이 높은 알칼리 용액을 사용한다. 현상한 결과, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 미노광 영역(105) 및 저 극성 영역(104A)을 잔존시키면서 고 극성 영역(104B)이 제거된다. 적어도 미노광 영역(105)의 벌크부(103B)와 겹치는 부분의 패턴은, 노광 마스크(110)의 차광부의 패턴을 높은 정밀도로 반영한 것이 된다. 또한, 미노광 영역(105)은 그 주위에 잔존하는 저 극성 영역(104A)에 의해 지지되므로, 미노광 영역(105)이 두꺼운 경우에도 미노광 영역(105)은 붕괴되기 어렵다.
단계 S16에서는, 포토레지스트막(103)의 드라이 에칭, 예를 들어, 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching: RIE)을 실시함으로써, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 저 극성 영역(104A)을 제거한다. 이 때, 미노광 영역(105)이 얇게 될 수도 있다. 그 결과, 저 극성 영역(104A)이 존재하던 부분에 개구부를 갖는 마스크(100)가 얻어진다. 이 때, 저 극성 영역(104A)은 미노광 영역(105)의 벌크부(103B)와 겹치는 부분을 마스크로 하여 에칭되므로, 마스크(100) 개구부의 패턴 정밀도 역시 양호한 것이 된다.
이와 같이 제1 실시형태에 의하면, 노광 마스크(10)의 패턴을 고 정밀도로 전사(轉寫)한 마스크(100)를 형성할 수 있다.
예를 들어 L/S 패턴이라면, LER 및 LWR을 저감시킬 수 있다. 또한, 미세한 홀 패턴에서의 개구 불량(결손)과, 미세한 홀 패턴끼리의 연결(접촉)을 억제할 수도 있다. 또한, 미세한 라인 패턴끼리의 연결(브릿징)과, 미세한 라인 패턴에서의 절단(네킹)을 억제할 수도 있다. 그 효과는 특히, 노광광으로서 EUV를 사용하여 미세한 패턴 마스크를 형성하는 경우에 현저하다. 종래에는 EUV를 사용하여 미세한 패턴 마스크를 형성하는 경우, 패턴의 고 애스펙트비화에 수반되는 붕괴를 억제하기 위해, 포토레지스트막을 얇게 형성하는 경향이 있었다. 그러나, 포토레지스트막이 얇아질수록 포토레지스트막 내에서 변질층이 점하는 부분의 비율이 높아져서, LER 및 LWR의 악화 등이 쉽게 발생하게 된다. 반면, 본 실시형태에서는, EUV를 사용하여 미세한 패턴 마스크를 형성하는 경우에, 포토레지스트막(103)을 두툼하게 형성하더라도, 미노광 영역(105)이 저 극성 영역(104A)에 의해 지지되므로 잘 붕괴되지 않는다. 따라서, 본 실시형태에서는, 변질층의 영향을 잘 받지 않아서, EUV를 사용하여 미세 패턴 마스크를 형성함에 있어 매우 유효하다.
한편, 단계 S16에서는, 저 극성 영역(104A)의 에칭율이 미노광 영역(105)의 에칭율보다 큰 조건에서, 포토레지스트막(103)에 대해 드라이 에칭을 실시할 수도 있다. 예를 들어, 알콕시실란을 포함하는 SOC막이 바탕막(102)으로서 사용되는 경우, 에칭 가스로서 CF4 가스 등의 플루오로카본계 가스를 사용함으로써, 저 극성 영역(104A)의 에칭율을 미노광 영역(105)의 에칭율보다 크게 할 수 있다.
(제2 실시형태)
이어서, 제2 실시형태에 대해 설명한다. 제2 실시형태는, 처리제를 함유하는 바탕막을 형성하는 방법에 있어 제1 실시형태와 다르다. 도 5는 제2 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
제2 실시형태에 따른 마스크 형성 방법은, 처리제를 함유하는 바탕막을 형성하는 공정(단계 S11), 포토레지스트막을 형성하고 처리제를 포토레지스트막에 침윤시키는 공정(단계 S12), 포토레지스트막을 노광시키는 공정(단계 S13)을 포함한다. 제2 실시형태에 따른 마스크 형성 방법은 또한, 포토레지스트막을 가열하는 공정(단계 S14), 포토레지스트막을 현상하는 공정(단계 S15), 포토레지스트막을 에칭하는 공정(단계 S16)을 더 포함한다. 또한, 단계 S11은 제1막을 형성하는 공정(단계 S111)과, 제1막에 처리제를 침윤시키는 공정(단계 S112)을 포함한다. 단계 S12~S16의 처리는 제1 실시형태에서와 마찬가지이다.
여기에서, 제2 실시형태에서의 단계 S11의 처리에 대해 구체적으로 설명한다. 도 6a 및 도 6b는 제2 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
단계 S111에서는, 도 6a에 나타내는 바와 같이 피가공물(101) 상에 제1막(201)을 형성한다. 제1막(201)은, 예를 들어 SOC막, SOG막, 또는 유기막이다. 제1막(201)은, 예를 들어 스핀 코팅법에 의해 형성할 수 있으며, 그 두께는 20㎚~40㎚로 한다.
단계 S112에서는, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 제1막(201)에 처리제(202)를 침윤시킴으로써, 처리제를 함유하는 바탕막(102)을 형성한다. 처리제는 예를 들어, 기체 상태에서 침윤시킬 수 있다. 처리제의 침윤시에는 예를 들어, 제1막(201)의 온도(기판 온도)를 100℃~200℃로 하고, 챔버 내의 압력을 500Pa~2000Pa로 한다. 챔버 내 압력을 대기압으로 할 수도 있다.
그 후, 제1 실시형태와 마찬가지로 하여 단계 S12~S16의 처리를 한다.
이와 같은 제2 실시형태에 의해서도 제1 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시형태)
이어서, 제3 실시형태에 대해 설명한다. 제3 실시형태는, 처리제를 포토레지스트막에 침윤시키는 타이밍에 있어 제1 실시형태와 다르다. 도 7은 제3 실시형태에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
제3 실시형태에 따른 마스크 형성 방법은, 처리제를 함유하는 바탕막을 형성하는 공정(단계 S11), 포토레지스트막을 형성하는 공정(단계 S31), 포토레지스트막을 노광시키는 공정(단계 S32)을 포함한다. 제3 실시형태에 따른 마스크 형성 방법은 포토레지스트막을 가열하여 처리제를 포토레지스트막에 침윤시키는 공정(단계 S33), 포토레지스트막을 현상하는 공정(단계 S15), 포토레지스트막을 에칭하는 공정(단계 S16)을 더 포함한다.
이하에서, 각 공정에 대해 구체적으로 설명한다. 도 8a 내지 도 9c는 제3 실시형태에 따른 마스크 형성방법을 나타내는 단면도이다.
단계 S11에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 피가공물(101) 상에, 나중에 포토레지스트막의 극성을 저하시키는 처리제를 함유하는 바탕막(102)을 형성한다.
단계 S31에서는, 도 8b에 나타내는 바와 같이 바탕막(102) 상에 포토레지스트막(103)을 형성한다. 포토레지스트막(103) 내에 바탕막(102)과의 반응에 의해 변질층이 생성될 수도 있는데, 포토레지스트막(103)은, 변질층 상에 바탕막(102)과 반응하지 않은 부분을 포함하도록 형성한다. 예를 들어, 포토레지스트막(103)은 스핀 코팅법에 의해 형성할 수 있고, 그 두께는 50㎚~100㎚로 한다. 제3 실시형태에서는 제1 실시형태와는 달리, 바탕막(102)에 함유되어 있는 처리제를 바탕막(102)에 담아 둔다. 한편, 처리제의 일부가 불가피하게 포토레지스트막(103)으로 침윤될 수도 있다.
단계 S32에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 도 8c에 나타내는 바와 같이, 노광 마스크(110)를 이용하여 포토레지스트막(103)을 선택적으로 노광시킨다. 즉, 포토레지스트막(103)에 선택적으로 노광광(111)을 조사한다. 그 결과, 포토레지스트막(103)에 노광 영역(104)이 형성되면서 미노광 영역(105)이 잔존한다. 포토레지스트막(103)은 포지티브형이므로, 노광 영역(104)에서 광산(光酸) 발생제가 분해되어 산(酸)이 발생한다.
포토레지스트막(103)에 변질층이 포함되어 있다 하더라도, 변질층의 상방에는 노광 마스크(110)에 따른 잠상이 형성된다.
단계 S33에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 포토레지스트막(103)을, 예를 들어 100℃~150℃의 온도로 가열함으로써, 노광 영역(104)에서 산(酸)을 확산시켜 포토레지스트막(103)의 탈보호를 행한다. 또한, 단계 S33에서는, 포토레지스트막(103)의 탈보호와 병행하여, 바탕막(102)에 함유되어 있는 처리제의 일부를 포토레지스트막(103)에 침윤시켜 포토레지스막(103)의 하부에 침윤부(103A)를 생성한다. 침윤부(103A)의 두께는, 예를 들어, 변질층의 두께보다 크며, 20㎚~40㎚로 한다. 포토레지스트막(103)은 침윤부(103A) 상의 벌크부(103B)를 포함한다. 탈보호의 결과, 노광 영역(104)에서는, 베이스 수지가 탈보호되고 카르복실기가 생성되어, 베이스 수지의 극성이 높아진다. 다만, 제3 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 탈보호와 병행하여 침윤부(103A)가 생성된다. 그러므로, 노광 영역(104) 중 침윤부(103A)와 겹치는 부분에서는, 처리제의 가수 분해로 인해 생성된 관능기가 카르복실기와 반응하여 베이스 수지의 극성이 저하된다. 그 결과, 도 9a에 나타내는 바와 같이, 노광 영역(104) 중 침윤부(103A)와 겹치는 부분에 저 극성 영역(104A)이 생성되고, 벌크부(103B)와 겹치는 부분은, 카르복실기를 갖는 고 극성 영역(104B)으로 된다.
단계 S15에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 포토레지스트막(103)을 현상한다. 그 결과, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 미노광 영역(105) 및 저 극성 영역(104A)을 잔존시키면서 고 극성 영역(104B)이 제거된다. 적어도 미노광 영역(105)의 벌크부(103B)와 겹치는 부분의 패턴은, 노광 마스크(110)의 차광부의 패턴을 높은 정밀도로 반영한 것이 된다. 또한, 미노광 영역(105)은 그 주위에 잔존하는 저 극성 영역(104A)에 의해 지지되므로, 미노광 영역(105)이 두꺼운 경우에도 미노광 영역(105)은 붕괴하기 어렵다.
단계 S16에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 포토레지스트막(103)의 드라이 에칭을 실시함으로써, 도 9c에 나타내는 바와 같이, 저 극성 영역(104A)을 제거한다. 이 때, 미노광 영역(105)이 얇게 될 수도 있다. 그 결과, 저 극성 영역(104A)이 존재하던 부분에 개구부를 갖는 마스크(100)가 얻어진다. 이 때, 저 극성 영역(104A)은 미노광 영역(105)의 벌크부(103B)와 겹치는 부분을 마스크로 하여 에칭되므로, 마스크(100) 개구부의 패턴 정밀도 역시 양호한 것이 된다.
이와 같은 제3 실시형태에 의해서도 제1 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
한편, 제3 실시형태의 단계 S11가, 제2 실시형태와 마찬가지로, 제1막을 형성하는 공정(단계 S111) 및 제1 막에 처리제를 습윤시키는 공정(단계 S112)을 가질 수도 있다.
(제3 실시형태의 제1 변형예)
이어서, 제3 실시형태의 제1 변형예에 대해 설명한다. 제1 변형예는 침윤부(103A)를 생성하는 범위에서 제3 실시형태와 다르다. 도10a 내지 도10c는, 제3 실시형태의 제1 변형예에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
제1 변형예에서는, 제3 실시형태와 마찬가지로 하여 단계 S11~S32의 처리를 한다(도7 내지 도8c 참조). 즉, 포토레지스트막(103)의 노광까지의 처리를 한다. 또한, 포토레지스트막(103) 내에 바탕막(102)과의 반응에 의해 변질층이 생성될 수도 있는데, 포토레지스트막(103)은, 변질층 상에 바탕막(102)과 반응하지 않은 부분을 포함하도록 형성한다. 또한, 포토레지스트막(103)에 변질층이 포함되어 있다 하더라도, 변질층의 상방에는 노광에 의해 노광 마스크(110)에 따른 잠상이 형성된다.
단계 S33에서는, 포토레지스트막(103)의 탈보호와 병행하여, 바탕막(102)에 함유되어 있는 처리제의 일부를 포토레지스트막(103)의 노광 영역(104)에 침윤시켜 포토레지스막(103)의 하부에 침윤부(103A)를 생성한다. 즉, 제3 실시형태에서는 침윤부(103A)를 미노광 영역(105)에도 생성함에 대해, 제1 변형예에서는 침윤부(103A)를 노광 영역(104)에만 생성한다. 한편, 처리제의 일부가 불가피하게 미노광 영역(105)에 침윤될 수도 있다. 탈보호의 결과, 노광 영역(104)에서는, 베이스 수지가 탈보호되고 카르복실기가 생성되어, 베이스 수지의 극성이 높아진다. 다만, 제3 실시형태와 마찬가지로, 노광 영역(104) 중 침윤부(103A)와 겹치는 부분에서는, 처리제의 가수 분해로 인해 생성된 관능기가 카르복실기와 반응하여 베이스 수지의 극성이 저하된다. 그 결과, 도 10a에 나타내는 바와 같이, 노광 영역(104) 중 침윤부(103A)와 겹치는 부분에 저 극성 영역(104A)이 생성되고, 벌크부(103B)와 겹치는 부분은, 카르복실기를 갖는 고 극성 영역(104B)으로 된다.
이어서, 단계 S15에서는, 제3 실시형태와 마찬가지로, 포토레지스트막(103)을 현상한다. 그 결과, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 미노광 영역(105) 및 저 극성 영역(104A)을 잔존시키면서 고 극성 영역(104B)이 제거된다. 적어도 미노광 영역(105)의 저 극성 영역(104A)보다 상방 부분의 패턴은 노광 마스크(110)의 차광부의 패턴을 높은 정밀도로 반영한 것이 된다. 또한, 미노광 영역(105)은 그 주위에 잔존하는 저 극성 영역(104A)에 의해 지지되므로, 미노광 영역(105)이 두꺼운 경우에도 미노광 영역(105)은 붕괴하기 어렵다.
단계 S16에서는, 제3 실시형태와 마찬가지로, 포토레지스트막(103)의 드라이 에칭을 실시함으로써, 도 10c에 나타내는 바와 같이, 저 극성 영역(104A)을 제거한다. 이 때, 미노광 영역(105)이 얇게 될 수도 있다. 그 결과, 저 극성 영역(104A)이 존재하던 부분에 개구부를 갖는 마스크(100)가 얻어진다. 이 때, 저 극성 영역(104A)은 미노광 영역(105)의 저 극성 영역(104A)보다 상방 부분을 마스크로 하여 에칭되므로, 마스크(100) 개구부의 패턴 정밀도 역시 양호한 것이 된다.
이와 같은 제1 변형예에 의해서도 제3 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시형태의 제2 변형예)
이어서, 제3 실시형태의 제2 변형예에 대해 설명한다. 제2 변형예는 드라이 에칭의 대상이라는 점에서 제1 변형예와 다르다. 도11a 및 도11b는, 제3 실시형태의 제2 변형예에 따른 마스크 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
제2 변형예에서는, 제1 변형예와 마찬가지로 하여, 도 11a에 나타내는 바와 같이, 단계 S11~S15의 처리를 한다. 즉, 포토레지스트막(103)의 현상까지의 처리를 한다. 적어도 미노광 영역(105)의 저 극성 영역(104A)보다 상방 부분의 패턴은 노광 마스크(110)의 차광부의 패턴을 높은 정밀도로 반영한 것이 된다. 또한, 미노광 영역(105)은 그 주위에 잔존하는 저 극성 영역(104A)에 의해 지지되므로, 미노광 영역(105)이 두꺼운 경우에도 미노광 영역(105)은 붕괴하기 어렵다.
단계 S16에서는, 미노광 영역(105)의 에칭율이 저 극성 영역(104A)의 에칭율보다 큰 조건에서 포토레지스트막(103)에 대해 드라이 에칭을 실시함으로써, 도 11b에 나타내는 바와 같이, 미노광 영역(105)을 제거한다. 이 때, 저 극성 영역(104A)이 얇게 될 수도 있다. 그 결과, 미노광 영역(105)이 존재하던 부분에 개구부를 갖는 마스크(200)가 얻어진다. 적어도 미노광 영역(105)의 저 극성 영역(104A)보다 상방 부분의 패턴은 노광 마스크(110)의 차광부 패턴을 높은 정밀도로 반영하고 있으므로, 마스크(200) 개구부의 패턴 정밀도 역시 양호한 것이 된다.
한편, 바탕막(102)으로서, 예를 들어 알콕시실란을 포함하는 SOC막이 사용되는 경우, 에칭 가스로서 산소(O2) 가스를 사용함으로써 미노광 영역(105)의 에칭율을 저 극성 영역(104A)의 에칭율보다 크게 할 수 있다.
또한, 감광성 유기막의 재료는 특별히 제한되지는 않으며, 감광성 유기막으로서 네거티브형 포토레지스트막을 사용할 수도 있다. 또한, 감광성 유기막의 베이스 수지로서, 예를 들어, 히드록시기를 보호기로써 보호한 폴리히드록시스틸렌(PHS) 등을 사용할 수 있다.
처리제로는, 감광성 유기막 내에서 가수 분해되어 감광성 유기막에 포함되는 베이스 수지의 탈보호에 의해 생성되는 관능기와 반응하여 베이스 수지의 극성을 저하시키는 것이 가능한 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 처리제는, 실리콘 등의 반(半)금속을 포함하는 금속 유도체이다. 금속 유도체에 있어 금속으로는, 예를 들어, 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 티탄(Ti), 하프늄(Hf), 실리콘(Si)을 들 수 있다. 또한, 금속 유도체는, 예를 들어 금속 알콕시드, 금속 아실레이트, 금속 킬레이트 또는 이들의 임의의 조합이며, 실리콘 유도체는, 예를 들어 알콕시실란 또는 디알킬아미노실란 또는 이들 둘 다이다. 티탄 유도체의 예로는, 티탄테트라이소프로폭시드(Ti(O-i-C3H7)4)를 들 수 있다. 실리콘 유도체의 예로는, N-(트리메틸실릴)디메틸아민(TMSDMA)를 들 수 있다.
처리제의 종류는, 감광성 유기막에 침윤시킬 물질의 종류, 감광성 유기막 자체의 조성 등에 따라 적절히 선정된다. 즉, 감광성 유기막에 대한 처리제의 용해도 등에 의해 처리제가 감광성 유기막으로 진입하기 쉬운 정도는 변화하므로, 감광성 유기막에 침윤시킬 물질의 양에 따라 적절히 처리제를 선정하는 것이 바람직하다.
이상에서 바람직한 실시형태 등에 대해 상세하게 설명하였으나, 전술한 실시 형태 등에 제한되지는 않으며, 청구범위에 기재된 범위를 일탈하지 않고서 전술한 실시형태 등에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
본원은 일본 특허청에 2018년 8월 21일에 출원된 기초 출원 2018-155042호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (11)

  1. 피가공물 상에, 처리제를 함유하는 바탕막을 형성하는 공정과,
    상기 바탕막 상에 감광성 유기막을 형성하는 공정과,
    상기 감광성 유기막의 하부에 상기 처리제를 침윤시켜 침윤부를 생성하는 공정과,
    상기 감광성 유기막을 선택적으로 노광함으로써, 상기 감광성 유기막에, 알칼리 용액에 용해 가능한 제1 영역과 상기 알칼리 용액에 용해되지 않는 제2 영역을 생성하는 공정과,
    상기 제1 영역 내의 상기 침윤부에, 상기 제1 영역과 상기 처리제의 반응에 의해 상기 알칼리 용액에 용해되지 않는 제3 영역을 생성하는 공정과,
    상기 알칼리 용액을 이용하여 상기 감광성 유기막을 현상함으로써, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역을 남기면서 상기 제1 영역 중의 상기 제3 영역 이외의 제4 영역을 제거하는 공정과,
    상기 감광성 유기막을 에칭함으로써, 상기 제2 영역과 상기 제3 영역 중 한 쪽을 남기면서 다른 쪽을 제거하는 공정을 포함하는 마스크 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바탕막을 형성하는 공정은,
    상기 피가공물 상에 제1 막을 형성하는 공정과,
    상기 처리제를 상기 제1 막에 침윤시키는 공정을 포함하는 것인 마스크 형성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 감광성 유기막의 두께가 50㎚~100㎚인 마스크 형성 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감광성 유기막을 선택적으로 노광할 때에는 상기 감광성 유기막에 극단 자외광을 조사하는 것인 마스크 형성 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감광성 유기막의 에칭을 상기 제2 영역의 에칭율이 상기 제3 영역의 에칭율보다 낮은 조건에서 실시하는 것인 마스크 형성 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감광성 유기막의 에칭을 상기 제2 영역의 에칭율이 상기 제3 영역의 에칭율보다 높은 조건에서 실시하는 것인 마스크 형성 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 침윤부를 생성하는 공정을, 상기 감광성 유기막을 선택적으로 노광하는 공정의 전에 실시하여, 상기 감광성 유기막을 형성하면서 상기 침윤부를 생성하는 것인 마스크 형성 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 침윤부를 생성하는 공정을, 상기 감광성 유기막을 선택적으로 노광하는 공정의 후에 실시하여, 상기 제1 영역에 상기 침윤부를 생성하면서 상기 제3 영역을 생성하는 것을 특징으로 하는 마스크 형성 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바탕막이 상기 처리제로서 금속 유도체를 포함하는 것인 마스크 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속 유도체는 금속 알콕시드, 금속 아실레이트, 금속 킬레이트 또는 이들의 임의의 조합인 마스크 형성 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 금속 유도체는 실리콘 유도체이며,
    상기 실리콘 유도체는 알콕시실란 또는 디알킬아미노실란 또는 이들 둘 다인 마스크 형성 방법.
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