(57)【要約】【課題】露光精度の高いパターン形成方法を提供する。【解決手段】被加工膜上に第１のレジスト膜を形成し、前記第１のレジスト膜を第１のレジストパターン１１にパターン加工し、前記第１のレジストパターンを覆うように光酸発生剤を含む第１の膜１２を形成し、前記第１の膜を覆うように第２のレジスト膜１３を形成し、前記第２のレジスト膜の所定領域に露光光を照射し、前記第２のレジスト膜を加熱し、現像処理を行い、前記第１の膜を残存させつつ前記所定領域の前記第２のレジスト膜を除去して第２のレジストパターン１４を形成し、前記第１のレジストパターン及び前記第２のレジストパターンをマスクに前記被加工膜をエッチングする。【選択図】図４
2010027978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工膜上に第１のレジスト膜を形成し、
前記第１のレジスト膜を第１のレジストパターンにパターン加工し、
前記第１のレジストパターンを覆うように光酸発生剤を含む第１の膜を形成し、
前記第１の膜を覆うように第２のレジスト膜を形成し、
前記第２のレジスト膜の所定領域に露光光を照射し、
前記第１の膜及び第２のレジスト膜を加熱し、
現像処理を行い、前記第１の膜を残存させつつ前記所定領域の前記第２のレジスト膜を除去して第２のレジストパターンを形成し、
前記第１のレジストパターン及び前記第２のレジストパターンをマスクに前記被加工膜をエッチングするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１のレジストパターンを覆うように前記光酸発生剤及び前記第１の膜を形成する樹脂を含み、前記光酸発生剤が前記樹脂に結合している溶液を塗布し、
前記溶液を加熱して前記第１の膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
被加工膜上に第１のレジスト膜を形成し、
前記第１のレジスト膜を第１のレジストパターンにパターン加工し、
前記第１のレジストパターンを覆うように第１の膜を形成し、
前記第１の膜上に光酸発生剤を含む光酸発生剤含有膜を形成し、
前記光酸発生剤含有膜を覆うように第２のレジスト膜を形成し、
前記第２のレジスト膜の所定領域に露光光を照射し、
前記第１の膜及び前記第２のレジスト膜を加熱し、
現像処理を行い、前記第１の膜を残存させつつ前記所定領域の前記第２のレジスト膜を除去して第２のレジストパターンを形成し、
前記第１のレジストパターン及び前記第２のレジストパターンをマスクに前記被加工膜をエッチングするパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１の膜上に前記光酸発生剤及び樹脂を含み、前記光酸発生剤が前記樹脂に結合している溶液を塗布し、
前記溶液を加熱して前記光酸発生剤含有膜を形成することを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１のレジストパターンを覆うように酸の存在により架橋する樹脂を含む膜を塗布し、
前記塗布した膜を加熱して前記第１のレジストパターンの上面及び側面に前記樹脂を架橋させ、
現像処理を行って非架橋樹脂を除去し、
前記第１のレジストパターンの上面及び側面にのみ前記第１の膜を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、ウェーハ上に回路パターンを形成するためにフォトリソグラフィ技術が用いられている。フォトリソグラフィ技術を用いた回路パターンの形成は、ウェーハ上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、このレジスト膜に光を照射して所望の回路パターンに対応するようにレジスト膜を露光した後、これを現像処理するといった手順で行われる。
【０００３】
近年の半導体デバイスの微細化に伴い、高解像度を実現するフォトリソグラフィ技術としてダブルパターニング（多重パターニング）が提案されている。ダブルパターニングの手法の１つとしてハードマスクプロセスが知られている。これは、設計パターンを複数個に分割し、各々についてレジストのパターニング及びハードマスクへの転写を行う。そして、最終的にはハードマスクをエッチングマスクとして被加工膜の加工を行うものである。しかし、このハードマスクプロセスはコストがかかるという問題があった。
【０００４】
ダブルパターニングを低コストで行う手法として、レジストパターンを積層し、積層レジストパターンをエッチングマスクとして被加工膜の加工を行うパターン形成方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法では、上層レジストのパターニングの際に下層レジストパターンが溶解することを防ぐために、下層レジストパターン表面に不溶化膜が形成される。
【０００５】
しかし、このような方法では、上層レジストのパターニング（現像処理）時に、スペースとなる領域の下層レジストパターンの側壁部にレジスト残渣が生じ、下層レジストパターンの寸法が所望の値から変動し、露光精度が低下するという問題を有していた。
【特許文献１】特許第２７５７９８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は露光精度の高いパターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によるパターン形成方法は、被加工膜上に第１のレジスト膜を形成し、前記第１のレジスト膜を第１のレジストパターンにパターン加工し、前記第１のレジストパターンを覆うように光酸発生剤を含む第１の膜を形成し、前記第１の膜を覆うように第２のレジスト膜を形成し、前記第２のレジスト膜の所定領域に露光光を照射し、前記第１の膜及び第２のレジスト膜を加熱し、現像処理を行い、前記第１の膜を残存させつつ前記所定領域の前記第２のレジスト膜を除去して第２のレジストパターンを形成し、前記第１のレジストパターン及び前記第２のレジストパターンをマスクに前記被加工膜をエッチングするものである。
【０００８】
本発明の一態様によるパターン形成方法は、被加工膜上に第１のレジスト膜を形成し、前記第１のレジスト膜を第１のレジストパターンにパターン加工し、前記第１のレジストパターンを覆うように第１の膜を形成し、前記第１の膜上に光酸発生剤を含む光酸発生剤含有膜を形成し、前記光酸発生剤含有膜を覆うように第２のレジスト膜を形成し、前記第２のレジスト膜の所定領域に露光光を照射し、前記第１の膜及び前記第２のレジスト膜を加熱し、現像処理を行い、前記第１の膜を残存させつつ前記所定領域の前記第２のレジスト膜を除去して第２のレジストパターンを形成し、前記第１のレジストパターン及び前記第２のレジストパターンをマスクに前記被加工膜をエッチングするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、露光精度を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係るパターン形成方法を図面を用いて説明する。
【００１１】
図１に示すように、ウェーハ（図示せず）上に被加工膜（図示せず）、反射防止膜１０を順に形成する。そして反射防止膜１０上にレジスト膜を塗布し、パターン加工を行い、１層目レジストパターン１１を形成する。
【００１２】
図２に示すように、１層目レジストパターン１１の表面に光酸発生剤（Photo Acid Generator、以下ＰＡＧ）を含む不溶化膜（第１の膜）１２を形成する。この不溶化膜１２は後の工程で２層目レジストパターンを加工する際（レジスト塗布時及び現像時）に１層目レジストパターン１１が溶解しないように保護するための膜である。
【００１３】
ＰＡＧを含む不溶化膜１２の形成方法の一例について説明する。まず、酸の存在により架橋する樹脂が溶解している不溶化膜溶液にＰＡＧを溶解させる。そして、この不溶化膜溶液を塗布し、約１３０℃でベークした後、現像を行うことで、ＰＡＧを含む不溶化膜１２が形成される。
【００１４】
これは、１層目レジストパターン１１の表面（上面及び側面）に残存する酸を利用するものであるため、ＰＡＧを含む不溶化膜１２は１層目レジストパターン１１の上面及び側面にのみ形成される。
【００１５】
不溶化膜を形成する樹脂として例えばアルコキシメラニンを架橋剤として含むフェノール樹脂、不溶化膜のベーク温度である１３０℃で分解しないＰＡＧとして例えば図３に示すようなトリフェニルスルフォニウムトリフレート等のオニウム塩を用いることができる。
【００１６】
図４に示すように、レジスト膜１３を塗布し、所望の領域（スペースを形成したい領域）に露光光を照射する。露光光が照射された領域では、レジスト膜１３及び不溶化膜１２のＰＡＧから酸が発生する。不溶化膜１２中にも酸が発生するため、不溶化膜１２とレジスト膜１３との間での酸の濃度勾配は極めて小さいものとなる。
【００１７】
そしてＰＥＢ（Post Exposure Bake：露光後ベーク）を行い、脱保護反応を起こし、露光光照射領域を現像液に可溶化する。不溶化膜１２とレジスト膜１３との間での酸の濃度勾配は極めて小さいため、脱保護反応が十分に起きる。
【００１８】
図５に示すように、レジスト膜１３に応じた現像液を用いて現像処理を行い、レジスト膜１３の露光光照射領域を除去し、所望の２層目レジストパターン１４に加工する。図４に示す工程で、脱保護反応が十分に起こっているため、現像後のレジスト膜１３残渣の発生が抑制され、１層目レジストパターン１１の寸法変動が抑制される。
【００１９】
その後、２層目レジストパターン１４及び１層目レジストパターン１１をマスクとして反射防止膜１０及び被加工膜のパターニングを行う。現像後のレジスト膜１３残渣の発生が抑制されているため、寸法精度の高い被加工膜パターンが得られる。
【００２０】
（比較例）比較例によるパターン形成方法を図６〜図８を用いて説明する。まず、上記実施形態と同様に１層目レジストパターン１１を形成する（図１参照）。続いて、図６に示すように、１層目レジストパターン１１上に不溶化膜２２を形成する。上記実施形態では不溶化膜１２がＰＡＧを含んでいたが、不溶化膜２２はＰＡＧを含まない。
【００２１】
図７に示すように、不溶化膜２２上にレジスト膜２３を塗布し、所望の領域（スペースを形成したい領域）に露光光を照射する。露光光が照射された領域のレジスト膜２３では酸が発生する。この時、不溶化膜２２では酸が発生しないため、レジスト膜２３中で発生した酸が不溶化膜２２へ移動し、大きな酸の濃度勾配が発生する。
【００２２】
そしてＰＥＢを行い、脱保護反応を起こし、露光光照射領域を現像液に可溶化する。不溶化膜２２とレジスト膜２３との間で大きな酸の濃度勾配が発生しているため、１層目レジストパターン１１側壁部の脱保護反応が不十分になる。
【００２３】
図８に示すように、レジスト膜２３に応じた現像液を用いて現像処理を行い、レジスト膜２３の露光光照射領域を除去し、２層目レジストパターン２４を形成する。図７に示す工程で、１層目レジストパターン１１側壁部の脱保護反応が不十分であったため、残渣２５が発生する。
【００２４】
残渣２５が存在することで１層目レジストパターン１１の寸法が変動する。側壁部に残渣２５が形成された１層目レジストパターン１１及び２層目レジストパターン２４をマスクとして被加工膜のパターニングを行うと、所望のパターンが得られない。
【００２５】
一方、上記実施形態では、不溶化膜１２がＰＡＧを含むことで、露光処理時に不溶化膜１２中で酸が発生し、不溶化膜１２とレジスト膜１３との間における酸の濃度勾配を極めて小さくできる。これにより、レジスト膜１３の脱保護反応が十分に起き、現像処理後の残渣の発生が抑制される。また、露光光を照射していない領域では不溶化膜１２から酸が発生しないので、レジスト膜１３に影響を与えない。
【００２６】
このように、本実施形態による露光処理により寸法精度の高いレジストパターンが得られ、このレジストパターンをマスクとすることで被加工膜の加工精度を向上できる。
【００２７】
上記実施形態では、不溶化膜１２を形成する樹脂が溶解している不溶化膜溶液にＰＡＧを溶解させていたが、不溶化膜樹脂にＰＡＧを結合させるようにしてもよい。ここで不溶化膜樹脂は、１層目レジストパターンに塗布して加熱することで、２層目レジストパターンを加工する際（レジスト塗布時及び現像時）に１層目レジストパターン１１が溶解しないように保護する機能を有するものである。
【００２８】
特に不溶化膜樹脂とＰＡＧのアニオン側とを結合させるのが好適である。不溶化膜樹脂とＰＡＧのアニオン側とを結合させると、酸の拡散が抑制される。レジスト膜１３より不溶化膜１２の方が酸の量が多くなっても、レジスト膜１３への酸の拡散が抑えられ、２層目レジストパターン１４のパターン形状への影響を抑えることができるためである。
【００２９】
図９に示すように、ＰＡＧを含む不溶化膜１２は１層目レジストパターン１１表面だけでなく、反射防止膜１０上面にも、すなわち全面に形成するようにしてもよい。２層目レジストパターンとなるレジスト膜では、酸は不溶化膜１２だけでなく、下層の反射防止膜１０へも移動し、酸の濃度勾配が発生するおそれがある。そのため、ＰＡＧを含む不溶化膜１２を全面に形成することで、酸の濃度勾配発生をさらに抑制でき、発生する残渣をさらに低減できる。
【００３０】
ＰＡＧを含む不溶化膜１２を全面に形成する方法としては、文献D.C.Owe-Yang et al.: Proc. SPIE 5753 (2005) 171に記載されているエッチングエンハンスメントマテリアル（ＥＥＰ）にＰＡＧを溶解させる方法を用いることができる。
【００３１】
なお、ＰＡＧを含む不溶化膜１２を全面に形成する場合は、反射防止膜１０のエッチング前にスペース部分の不溶化膜１２をエッチング除去する。この時、１層目レジストパターンの表面の不溶化膜１２が除去される場合もある。
【００３２】
また、不溶化膜とＰＡＧを一緒にＣＶＤ法やスパッタリングで堆積することによっても不溶化膜１２を全面に形成することができる。
【００３３】
また、ＣＶＤ法やスパッタリングで不溶化膜を全面に堆積した後に、ＰＡＧを溶解した有機溶媒を不溶化膜表面に塗布し、有機溶媒を乾燥させて不溶化膜表面にＰＡＧを分散させるようにしてもよい。有機溶媒には図１０（ａ）に示すようなＰＥＧＭＥＡ（propyrene glycol monomethyl ether acetate）や、図１０（ｂ）に示すようなＰＥＧＭＥ（propyrene glycol monomethyl ether）等の一般的なレジスト溶媒を用いることができる。
【００３４】
また、不溶化膜表面に、樹脂とＰＡＧを溶解した溶液を塗布し、ベークを行うようにしてもよい。樹脂が不溶化膜上に形成されるため、ＰＡＧを不溶化膜表面に十分に固着させることができる。この樹脂には図１１（ａ）に示すようなＡｒＦレジストのベース樹脂であるポリメチルメタクリレートや、図１１（ｂ）に示すようなＫｒＦレジストのベース樹脂であるポリヒドロキシスチレン等を用いることができる。
【００３５】
また、不溶化膜表面に、ＰＡＧが結合した樹脂を溶解した溶液を塗布し、ベークを行うようにしてもよい。不溶化膜中で発生した酸の拡散が抑制され、２層目レジストパターンのパターン形状への影響を抑えることができる。
【００３６】
このように不溶化膜を全面に形成した後にＰＡＧ含有膜を形成した場合、２層目レジストパターンのパターニング後には、図１２に示すようにスペース部に不溶化膜及びＰＡＧ含有膜が形成されている。従って、反射防止膜１０のエッチング前にスペース部のＰＡＧ含有膜及び不溶化膜のエッチング工程が必要になる。この時、１層目レジストパターンの表面に形成されたＰＡＧ含有膜及び不溶化膜が除去されることもある。
【００３７】
また、ＰＡＧを含まない不溶化膜を１層目レジストパターンの表面にのみ形成し、その後ＰＡＧ含有膜を全面に形成するようにしてもよい。この場合、２層目レジストパターンのパターニング後は、図１３に示すように、スペース部にＰＡＧ含有膜があるため、反射防止膜１０のエッチング前にこのＰＡＧ含有膜のエッチング工程が必要になる。
【００３８】
また、図１４（ａ）に示すように、１層目レジストパターンのパターニング後にＰＡＧを含む不溶化膜の堆積、平坦化処理を行うようにしてもよい。この場合、不溶化膜はレジストとのエッチング選択比が大きい材質であることが必要となる。図１４（ｂ）に示すように、２層目レジストパターンのパターニング後に、スペース部の不溶化膜を選択的にエッチング除去する。
【００３９】
上記実施形態では、不溶化膜１２の中または表面部分で酸を発生させるものとしてＰＡＧを用いていたが、ＴＡＧ（Thermal Acid Generator：熱酸発生剤）を用いるようにしてもよい。ＴＡＧには例えば図１５に示すようなジフェニルヨードニウムメチルフェニルスルホン酸塩（diphenyliodonium metylphenyl sulfonate）を用いることができる。
【００４０】
不溶化膜がＣＶＤ法により形成された酸化膜である場合は、酸化膜の種類（例えばＴｉＯ２）によっては水を塗布することで表面にＯＨ基が形成され、これが酸性になるため、ＰＡＧやＴＡＧを含んだ膜を形成せずに、２層目レジストパターンの加工時における酸の濃度勾配発生を抑制できる。また、不溶化膜に酢酸のような酸性溶液を塗布して酸を残留させるようにしてもよい。
【００４１】
また、下層レジストパターンに電子ビームやイオン、ＵＶ光やＤＵＶ光でキュアを行うことで表面に不溶化膜を形成し、この不溶化膜上にＰＡＧ含有膜を形成するようにしてもよい。
【００４２】
上記実施形態によるパターン形成方法は、１回の露光では形成できないパターンを２層のレジストパターンで形成する場合や、ハードマスクの代わりにレジストパターンを使用する場合や、異なる深さのパターンを形成する場合などに用いることが好適である。
【００４３】
１回の露光では形成できないパターンを２層のレジストパターンで形成する場合においては、例えば、１：３のＬ＆Ｓ（ラインアンドスペース）パターンを１層目レジストパターンで形成した後、半周期ずらした１：３のＬ＆Ｓパターンを２層目レジストパターンで形成することで、１：３のＬ＆Ｓパターンの周期の半分の周期をもつＬ＆Ｓパターンを形成する。
【００４４】
また、例えば、密Ｃ／Ｈ（コンタクトホール）パターンを形成した後、所望のＣ／Ｈパターンのみを開口させる。密Ｃ／Ｈパターンだけを形成するのであれば、それに特化した照明条件が使用できるため、１回では形成できない孤立Ｃ／Ｈパターンが形成できるようになる。
【００４５】
また、例えば、直交するＬ＆Ｓパターンを２回形成して、その共通スペース部分をＣ／Ｈにする。Ｌ＆Ｓパターンの方がＣ／Ｈパターンよりも微細パターンまで解像でき、プロセスウィンドウが広いことを利用して、１回の露光では形成できないＣ／Ｈパターンを形成することができる。
【００４６】
また、例えば、単層レジストを２回露光する二重露光で行われているパターン形成を、２層のレジストパターン形成により行うことができる。Ｔ型の配線層は１回の露光では形成できないが、レジストパターンを積層することで形成可能となる。
【００４７】
ハードマスクの代わりにレジストパターンを使用する場合においては、例えば、形成した１層目レジストパターンのハードマスクへの転写を行うことなく、レジストパターンを２層重ねて、被加工膜のエッチングマスクとして用いてパターン加工を行うことができる。
【００４８】
異なる深さのパターンの形成の一例として、ダマシンパターンの形成がある。溝の下にＣ／Ｈを形成するダマシンパターンの形成方法としては、最初に溝のレジストパターン（１層目レジストパターン）を形成し、これをマスクに酸化膜をエッチングして酸化膜の溝を形成した後、2層目レジストパターンでＣ／Ｈパターンを形成し、さらに酸化膜をエッチングしてＣ／Ｈを形成する方法や、1層目レジストパターンでＣ／Ｈパターンを形成した後に、ハードマスクに転写し、続いて2層目レジストパターンを形成して、この２層目レジストパターン及びハードマスクをエッチングマスクとしてダマシンパターンを形成する方法が知られている。しかし、これらの方法では工程数が多くなる。
【００４９】
絶縁層（被加工膜）上にＣ／Ｈのレジストパターン（１層目レジストパターン）及び溝のレジストパターン（２層目レジストパターン）を順に積層し、２層目レジストパターン、１層目レジストパターン、及び絶縁層を同時にエッチングし、溝と溝の下のＣ／Ｈとを自己整合的に形成することで工程数を削減できる。このようなダマシンパターンの形成に上記実施形態を適用することで、寸法精度が向上する。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図２】図１に続く工程断面図である。
【図３】トリフェニルスルフォニウムトリフレートの構造式を示す図である。
【図４】図２に続く工程断面図である。
【図５】図４に続く工程断面図である。
【図６】比較例によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図７】図６に続く工程断面図である。
【図８】図７に続く工程断面図である。
【図９】変形例によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図１０】有機溶媒の組成式を示す図である。
【図１１】レジストのベース樹脂の構造式を示す図である。
【図１２】変形例によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図１３】変形例によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図１４】変形例によるパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図１５】ジフェニルヨードニウムメチルフェニルスルホン酸塩の構造式を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  反射防止膜
１１  １層目レジストパターン
１２  不溶化膜
１３  レジスト膜
１４  ２層目レジストパターン
【図１】
2010027978.tif 000003
【図２】
2010027978.tif 000004
【図３】
2010027978.tif 000005
【図４】
2010027978.tif 000006
【図５】
2010027978.tif 000007
【図６】
2010027978.tif 000008
【図７】
2010027978.tif 000009
【図８】
2010027978.tif 000010
【図９】
2010027978.tif 000011
【図１０】
2010027978.tif 000012
【図１１】
2010027978.tif 000013
【図１２】
2010027978.tif 000014
【図１３】
2010027978.tif 000015
【図１４】
2010027978.tif 000016
【図１５】
2010027978.tif 000017