(57)【要約】【課題】  所望の良好な形状を有するレジストパターンを得ることが可能なパターン形成方法を提供する。【解決手段】  被処理基板上にレジスト膜を塗布する工程（Ｓ１３）と、レジスト膜をプリベークする工程（Ｓ１４）と、プリベークされたレジスト膜上に脱水縮合ポリマーからなる保護膜を形成する工程（Ｓ１５）と、保護膜と露光用レンズとの間に液体を介在させた状態でレジスト膜を露光する工程（Ｓ１６）と、レジスト膜を露光した後、保護膜を除去する工程（Ｓ１８）と、保護膜を除去した後、露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程（Ｓ１９）とを備える。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上にレジスト膜を塗布する工程と、
前記レジスト膜をプリベークする工程と、
前記プリベークされたレジスト膜上に脱水縮合ポリマーからなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜と露光用レンズとの間に液体を介在させた状態で前記レジスト膜を露光する工程と、
前記レジスト膜を露光した後、前記保護膜を除去する工程と、
前記保護膜を除去した後、前記露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記脱水縮合ポリマーは、ポリアクリル酸又はポリアリルアミンで形成されている
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】
被処理基板上にレジスト膜を塗布する工程と、
前記レジスト膜を第１の温度でプリベークする工程と、
前記プリベークされたレジスト膜上に保護膜を塗布する工程と、
前記保護膜を前記第１の温度よりも低い第２の温度でベークする工程と、
前記ベークされた保護膜と露光用レンズとの間に液体を介在させた状態で前記レジスト膜を露光する工程と、
前記レジスト膜を露光した後、前記保護膜を除去する工程と、
前記保護膜を除去した後、前記露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
被処理基板上にレジスト膜を塗布する工程と、
前記レジスト膜をプリベークする工程と、
前記プリベークされたレジスト膜上に保護膜を塗布する工程と、
前記保護膜を減圧雰囲気下で乾燥する工程と、
前記乾燥された保護膜と露光用レンズとの間に液体を介在させた状態で前記レジスト膜を露光する工程と、
前記レジスト膜を露光した後、前記保護膜を除去する工程と、
前記保護膜を除去した後、前記露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項５】
前記レジスト膜を露光する工程よりも前に前記保護膜をベークしない
ことを特徴とする請求項１又は４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
請求項１、３又は４に記載の方法によって形成されたレジストパターンをマスクとして前記被処理基板の一部をエッチングする工程を備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化及び高集積化にともない、フォトマスクのパターンを高解像でレジスト膜に転写することが難しくなってきている。そこで、レジスト膜と露光装置のレンズとの間に水等の液体を介在させた状態で露光を行う、いわゆる液浸露光法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、この液浸露光法では、レジスト膜の表面が直接、水等の液体に晒されるため、レジスト膜中の成分が水等の液体に溶出する。その結果、溶出したレジスト膜の成分によってレンズが汚染されるという問題がある。このような問題を回避するためには、レジスト膜上に保護膜を形成して、レジスト膜中の成分が水等の液体に溶出しないようにする必要がある。
【０００４】
しかしながら、レジスト膜上に保護膜を形成することに起因して、レジスト膜を所望の良好な形状にパターニングできないという問題が生じている。特に、微細なパターンにおいては、このような問題はより深刻なものとなる。
【０００５】
従来技術として、特許文献１には、フォトレジスト膜上に保護膜を形成する方法が提案されている。しかしながら、特許文献１は液浸露光に関するものではなく、保護膜によってフォトレジスト膜のエッチング耐性を向上させるというものであり、上述したような問題を解決するものではない。
【０００６】
このように、従来の液浸露光方法では、レジスト膜上に保護膜を形成することに起因して、所望の良好な形状を有するレジストパターンが得られないという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−８４４５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、所望の良好な形状を有するレジストパターンを得ることが可能なパターン形成方法及び半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一視点に係るパターン形成方法は、被処理基板上にレジスト膜を塗布する工程と、前記レジスト膜をプリベークする工程と、前記プリベークされたレジスト膜上に脱水縮合ポリマーからなる保護膜を形成する工程と、前記保護膜と露光用レンズとの間に液体を介在させた状態で前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜を露光した後、前記保護膜を除去する工程と、前記保護膜を除去した後、前記露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の視点に係るパターン形成方法は、被処理基板上にレジスト膜を塗布する工程と、前記レジスト膜を第１の温度でプリベークする工程と、前記プリベークされたレジスト膜上に保護膜を塗布する工程と、前記保護膜を前記第１の温度よりも低い第２の温度でベークする工程と、前記ベークされた保護膜と露光用レンズとの間に液体を介在させた状態で前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜を露光した後、前記保護膜を除去する工程と、前記保護膜を除去した後、前記露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の視点に係るパターン形成方法は、被処理基板上にレジスト膜を塗布する工程と、前記レジスト膜をプリベークする工程と、前記プリベークされたレジスト膜上に保護膜を塗布する工程と、前記保護膜を減圧雰囲気下で乾燥する工程と、前記乾燥された保護膜と露光用レンズとの間に液体を介在させた状態で前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜を露光した後、前記保護膜を除去する工程と、前記保護膜を除去した後、前記露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レジスト膜上に塗布した保護膜の露光前のベーク処理に起因した問題を防止することができ、所望の良好な形状を有するレジストパターンを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図５に示した断面図及び図６に示したフローチャートを参照して説明する。
【００１４】
まず、図１に示すように、ＬＳＩ等の半導体装置を形成するための被処理基板１１を用意する（Ｓ１１）。この被処理基板１１は、例えばシリコン基板等の半導体基板上に絶縁膜や導電膜等が形成されたものである。
【００１５】
次に、被処理基板１１上に反射防止膜形成用の材料を回転塗布し、さらに２０５℃で６０秒間のベーク処理を行うことで、厚さ８０ｎｍ程度の反射防止膜１２を形成する（Ｓ１２）。続いて、反射防止膜１２上に、ＡｒＦ光用のポジ型ＤＵＶレジスト膜を回転塗布する（Ｓ１３）。さらに、１３０℃で６０秒間のプリベーク処理を行うことで、厚さ１５０ｎｍ程度のレジスト膜１３が形成される（Ｓ１４）。
【００１６】
次に、レジスト膜１３上に、厚さ１００ｎｍ程度の保護膜１４を形成する（Ｓ１５）。具体的には、レジスト膜１３上に保護膜形成用の塗布材料として、ポリアクリル酸水溶液を回転塗布する。この塗布材料には一般に、ポリアクリル酸やポリアリルアミン等の脱水縮合ポリマーを用いることができる。脱水縮合ポリマーを用いることで、ベーク処理を行わなくても回転塗布された塗布材料が硬化され、保護膜１４を形成することが可能である。これにより、以下に述べるように、所望の良好な形状を有するレジストパターンを形成することが可能である。
【００１７】
保護膜１４を塗布した後、レジスト膜１３の露光を行う前に、レジスト膜１３のプリベーク温度と同等以上の温度でベーク処理を行うと、所望の良好な形状を有するレジストパターンが得られない場合があることが、本願発明者により実験的に確認されている。これは、レジスト膜と保護膜との間でミキシングが生じること等が原因であると考えられる。保護膜１４として脱水縮合ポリマーを用いることにより、ベーク処理を行わなくても保護膜を硬化させることができるため、所望の良好な形状を有するレジストパターンを形成することが可能である。
【００１８】
次に、図２に示すように、ＡｒＦエキシマレーザー露光装置を用いて、液浸露光法によってレジスト膜１３を露光する（Ｓ１６）。すなわち、保護膜１４と露光装置のレンズ１６との間に液浸露光用の液体（例えば水（純水））１５を介在させた状態で、露光光（ＡｒＦ光）１７をレジスト膜１３に照射する。例えば、フォトマスクにはラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）形成用の透過率６％のハーフトーンマスクを用い、ＮＡ＝０．８５、ｓｉｇｍａ＝０．９０、３／４輪帯照明、露光量＝２８ｍＪ／ｃｍ2 の条件で露光を行う。これにより、レジスト膜１３の露光領域１３ａには潜像が形成される。液浸露光の際に、レジスト膜１３と液浸露光用の液体１５との間に保護膜１４が形成されているため、レジスト膜１３の表面は液浸露光用の液体１５に晒されない。したがって、レジスト膜１３中の成分が液体１５に溶出することを防止することができ、レンズ１６の汚染を防止することができる。
【００１９】
露光処理が終了した後、１３０℃で９０秒間、レジスト膜１３のポストエクスポージャベークを行う（Ｓ１７）。このポストエクスポージャベーク処理は、露光によってレジスト膜１３内に発生した酸を拡散させるため等の処理であり、すでに露光は終了しているため、プリベーク温度と同等の温度でポストベーク処理を行っても問題はない。
【００２０】
次に、図３に示すように、濃度２．３８％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液を用いて保護膜１４を除去する（Ｓ１８）。引き続き、図４に示すように、濃度２．３８％のＴＭＡＨ水溶液を用いてレジスト膜１３を現像し、レジストパターン１３ｂを形成する（Ｓ１９）。さらに、反射防止膜１２を除去する。
【００２１】
その後、図５に示すように、レジストパターン１３ｂをマスクとして被処理基板１１の一部をエッチングする。すなわち、被処理基板１１に形成された絶縁膜や導電膜等のエッチングを行う（Ｓ２０）。さらにレジストパターン１３ｂを除去することで、一連の加工工程が終了する。
【００２２】
以上のように、本実施形態では、保護膜１４として脱水縮合ポリマーを用いている。脱水縮合ポリマーを用いることで、ベーク処理を行わなくても保護膜１４の硬化を行うことが可能である。したがって、レジスト膜上に塗布した保護膜の露光前のベーク処理に起因して生じる問題を回避することができ、所望の良好な形状を有するレジストパターンを形成することができる。また、得られたレジストパターンをマスクとして被処理基板を加工することにより、高精度のパターンを被処理基板に形成することができる。
【００２３】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について、図１〜図５に示した断面図及び図７に示したフローチャートを参照して説明する。
【００２４】
まず、図１に示すように、第１の実施形態と同様に、ＬＳＩ等の半導体装置を形成するための被処理基板１１を用意する（Ｓ３１）。
【００２５】
次に、被処理基板１１上に反射防止膜形成用の材料を回転塗布し、さらに２０５℃で６０秒間のベーク処理を行うことで、厚さ８０ｎｍ程度の反射防止膜１２を形成する（Ｓ３２）。続いて、反射防止膜１２上に、ＡｒＦ光用のポジ型ＤＵＶレジスト膜を回転塗布する（Ｓ３３）。さらに、１３０℃で６０秒間のプリベーク処理を行うことで、厚さ１５０ｎｍ程度のレジスト膜１３が形成される（Ｓ３４）。
【００２６】
次に、レジスト膜１３上に、厚さ１００ｎｍ程度の保護膜１４を塗布する（Ｓ３５）。具体的には、レジスト膜１３上に保護膜形成用の塗布材料として、例えばフッ素系ポリマーを回転塗布する。続いて、プリベーク温度（第１の温度）よりも低い温度（第２の温度）で、回転塗布された保護膜１４をベークし、保護膜１４を硬化する（Ｓ３６）。ここでは、１２０℃で６０秒間のベーク処理を行う。すでに述べたように、保護膜１４を塗布した後、レジスト膜１３の露光を行う前に、プリベーク温度と同等以上の温度でベーク処理を行うと、所望の良好な形状を有するレジストパターンが得られない場合がある。本実施形態では、プリベーク温度よりも低い温度で保護膜１４をベークすることにより、そのような問題の発生を抑制することができ、所望の良好な形状を有するレジストパターンを形成することが可能である。
【００２７】
次に、図２に示すように、ＡｒＦエキシマレーザー露光装置を用いて、液浸露光法によってレジスト膜１３を露光する（Ｓ３７）。このときの露光条件等は、第１の実施形態と同様である。これにより、レジスト膜１３の露光領域１３ａには潜像が形成される。本実施形態においても、第１の実施形態と同様、レジスト膜１３と液浸露光用の液体１５との間に保護膜１４が形成されているため、レジスト膜１３中の成分が液体１５に溶出することを防止することができ、レンズ１６の汚染を防止することができる。
【００２８】
露光処理が終了した後、１３０℃で９０秒間、レジスト膜１３のポストエクスポージャベークを行う（Ｓ３８）。第１の実施形態と同様、このポストエクスポージャベーク処理の際にはすでに露光は終了しているため、プリベーク温度と同等の温度でポストベーク処理を行っても問題はない。
【００２９】
次に、図３に示すように、保護膜１４の剥離液を用いて保護膜１４を除去する（Ｓ３９）。次に、図４に示すように、濃度２．３８％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液を用いてレジスト膜１３を現像し、レジストパターン１３ｂを形成する（Ｓ４０）。さらに、反射防止膜１２を除去する。
【００３０】
その後、図５に示すように、レジストパターン１３ｂをマスクとして被処理基板１１の一部をエッチングする。すなわち、被処理基板１１に形成された絶縁膜や導電膜等のエッチングを行う（Ｓ４１）。さらにレジストパターン１３ｂを除去することで、一連の加工工程が終了する。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、保護膜１４を塗布した後、レジスト膜１３の露光を行う前に、プリベーク温度よりも低い温度で保護膜１４を硬化するためのベーク処理を行う。そのため、レジスト膜上に塗布した保護膜の露光前のベーク処理に起因して生じる問題を回避することができ、所望の良好な形状を有するレジストパターンを形成することができる。また、得られたレジストパターンをマスクとして被処理基板を加工することにより、高精度のパターンを被処理基板に形成することができる。
【００３２】
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態について、図１〜図５に示した断面図及び図８に示したフローチャートを参照して説明する。
【００３３】
まず、図１に示すように、第１の実施形態と同様に、ＬＳＩ等の半導体装置を形成するための被処理基板１１を用意する（Ｓ５１）。
【００３４】
次に、被処理基板１１上に反射防止膜形成用の材料を回転塗布し、さらに２０５℃で６０秒間のベーク処理を行うことで、厚さ８０ｎｍ程度の反射防止膜１２を形成する（Ｓ５２）。続いて、反射防止膜１２上に、ＡｒＦ光用のポジ型ＤＵＶレジスト膜を回転塗布する（Ｓ５３）。さらに、１３０℃で６０秒間のプリベーク処理を行うことで、厚さ１５０ｎｍ程度のレジスト膜１３が形成される（Ｓ５４）。
【００３５】
次に、レジスト膜１３上に、厚さ１００ｎｍ程度の保護膜１４を塗布する（Ｓ５５）。具体的には、レジスト膜１３上に保護膜形成用の塗布材料として、例えばフッ素系ポリマーを回転塗布する。続いて、回転塗布された保護膜１４を減圧雰囲気下で乾燥し、保護膜１４を硬化する（Ｓ５６）。すでに述べたように、保護膜１４を塗布した後、レジスト膜１３の露光を行う前に、プリベーク温度と同等以上の温度でベーク処理を行うと、所望の良好な形状を有するレジストパターンが得られない場合がある。本実施形態では、保護膜１４を減圧雰囲気下で乾燥することにより、ベーク処理を行わなくても塗布材料を硬化させることができるため、上記のような問題の発生を抑制することができ、所望の良好な形状を有するレジストパターンを形成することが可能である。なお、保護膜１４を減圧雰囲気下で乾燥している間、プリベーク温度よりも低い温度でベークを行うようにしてもよい。この場合にも、上記のような問題の発生を抑制することができ、所望の良好な形状を有するレジストパターンを形成することが可能である。
【００３６】
次に、図２に示すように、ＡｒＦエキシマレーザー露光装置を用いて、液浸露光法によってレジスト膜１３を露光する（Ｓ５７）。このときの露光条件等は、第１の実施形態と同様である。これにより、レジスト膜１３の露光領域１３ａには潜像が形成される。本実施形態においても、第１の実施形態と同様、レジスト膜１３と液浸露光用の液体１５との間に保護膜１４が形成されているため、レジスト膜１３中の成分が液体１５に溶出することを防止することができ、レンズ１６の汚染を防止することができる。
【００３７】
露光処理が終了した後、１３０℃で９０秒間、レジスト膜１３のポストエクスポージャベークを行う（Ｓ５８）。第１の実施形態と同様、このポストエクスポージャベーク処理の際にはすでに露光は終了しているため、プリベーク温度と同等の温度でポストベーク処理を行っても問題はない。
【００３８】
次に、図３に示すように、保護膜１４の剥離液を用いて保護膜１４を除去する（Ｓ５９）。次に、図４に示すように、濃度２．３８％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液を用いてレジスト膜１３を現像し、レジストパターン１３ｂを形成する（Ｓ６０）。さらに、反射防止膜１２を除去する。
【００３９】
その後、図５に示すように、レジストパターン１３ｂをマスクとして被処理基板１１の一部をエッチングする。すなわち、被処理基板１１に形成された絶縁膜や導電膜等のエッチングを行う（Ｓ６１）。さらにレジストパターン１３ｂを除去することで、一連の加工工程が終了する。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、保護膜１４を減圧雰囲気下で乾燥することにより、ベーク処理を行わなくても保護膜１４を硬化させることが可能である。そのため、レジスト膜上に塗布した保護膜の露光前のベーク処理に起因して生じる問題を回避することができ、所望の良好な形状を有するレジストパターンを形成することができる。また、得られたレジストパターンをマスクとして被処理基板を加工することにより、高精度のパターンを被処理基板に形成することができる。
【００４１】
なお、上述した第２及び第３の実施形態では、保護膜１４としてフッ素系ポリマーを用いたが、第１の実施形態で述べたような脱水縮合ポリマーを保護膜１４として用いることも可能である。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１〜第３の実施形態に係るパターン形成方法について、その工程の一部を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の第１〜第３の実施形態に係るパターン形成方法について、その工程の一部を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の第１〜第３の実施形態に係るパターン形成方法について、その工程の一部を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の第１〜第３の実施形態に係るパターン形成方法について、その工程の一部を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の第１〜第３の実施形態に係るパターン形成方法について、その工程の一部を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法について示したフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法について示したフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法について示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１１…被処理基板      １２…反射防止膜
１３…レジスト膜      １３ａ…露光領域      １３ｂ…レジストパターン
１４…保護膜      １５…液浸露光用の液体
１６…レンズ      １７…露光光
【図１】
2006165116.tif 000003
【図２】
2006165116.tif 000004
【図３】
2006165116.tif 000005
【図４】
2006165116.tif 000006
【図５】
2006165116.tif 000007
【図６】
2006165116.tif 000008
【図７】
2006165116.tif 000009
【図８】
2006165116.tif 000010