(57)【要約】【課題】レジストパターンの断面形状を制御することで、微細なレジストパターンを形成することを可能とするレジストパターンの形成方法およびこれに用いられるフォトマスクブランクスを提供する。【解決手段】金属膜製膜時または成膜後に基板表面の窒素、酸素、クロム等の化学組成比を調整する、または、シリコン等の異種材を積層することで、その上部にレジストを塗布し、リソグラフィー技術によりレジストパターンを形成する場合におけるレジストパターン断面における図１（ｂ）に示すようなレジストの裾引き形状や、図１（ｃ）に示すようなレジストの食い込みのない、図１（ｄ）に示すような断面形状に優れたレジストパターンを得る。【選択図】    図１
2004361840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にリソグラフィーのためのレジストパターンを形成する方法において、基板表面の元素組成比を、基板内部の組成比と変えることにより、レジスト製版後のレジストのエッチング部における断面形状を調整することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項２】
請求項１において、基板表面がクロム系のものであり、このクロム系基板表面のクロムと窒素の元素比を、基板内部におけるクロムと窒素の元素比と変えてレジストの断面形状を調整することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項３】
請求項２において、基板最表面から１００Ａまでの深さ方向分析をＸ線電子分光分析法により行った場合に、クロム量を１００としたときに窒素量が３０以下の元素比とすることで、レジストの断面形状を調整することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項４】
請求項１において、基板表面がクロム系のものであり、このクロム系基板表面を、化学処理することにより、基板表面の元素組成比を、基板内部の組成比と変え、レジスト製版後のレジストのエッチング部における断面形状を調整することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項５】
請求項１において、基板がクロム系のものであり、このクロム系基板表面にシリコンを積層することにより、レジスト製版後のレジストのエッチング部における断面形状を調整することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法において用いられるフォトマスクブランクスであって、基板表面の元素組成比が、基板内部の組成比と変えられたものであることを特徴とするフォトマスクブランクス。
【請求項７】
請求項６において、基板がクロム系のものであり、このクロム系基板表面のクロムと窒素の元素比を、基板内部におけるクロムと窒素の元素比と変えたものであることを特徴とするフォトマスクブランクス。
【請求項８】
請求項７において、基板最表面から１００Ａまでの深さ方向分析をＸ線電子分光分析法により行った場合に、クロム量を１００としたときに窒素量が３０以下の元素比とされているものであることを特徴とするフォトマスクブランクス。
【請求項９】
請求項６において、基板表面がクロム系のものであり、このクロム系基板表面が化学処理されて、基板表面の元素組成比を基板内部の組成比と変えたものであることを特徴とするフォトマスクブランクス。
【請求項１０】
請求項６において、基板がクロム系のものであり、このクロム系基板表面にシリコンが積層されていることを特徴とするフォトマスクブランクス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造に用いられるレジストパターンを形成する方法に関し、特に高密度なレジストパターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路は、シリコンウェハ等の基板上にレジストを塗布し、ステッパ等により所望パターンを露光した後、現像、エッチング等のリソグラフィー工程を繰り返すことにより製造されている。このようなリソグラフィー工程に使用されるレジストは、半導体集積回路の高性能化、高集積化に伴ってより高精度化が要求される傾向にあり、加工線幅はますます微細化しており、例えば、非特許文献１に開示されるように、様々なレジストが活発に研究されている。このように高精度でかつ微細なパターンを形成するためには、優れた特性を有するレジスト材料が必要であるが、感度、解像度、密着性、安定性、ドライエッチング耐性など、すべての特性を満足させるレジストは未だ得られていないのが現状である。
【０００３】
微細化が進むＬＳＩ等を高精度で製造するためには、断面形状が垂直に保たれたレジストパターンが必要となり、特にドライエッチングでパターニングする際には重要である。しかしながら現在のレジストでは、断面形状を完全に矩形に形成させることは困難であった。クロムやＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）上にレジストパターンを形成させたとき、基板界面付近での食い込みや裾引きが観られるといった問題があった。また、ＬＳＩ等の微細化が進むにつれて、より精密なレジストパターンが必要となるが、フォトマスク上ではレジスト断面形状を矩形に保つことが難しい。そのためレジストパターンの密着性が低くなり、基板界面から脱落してしまうという問題点があった。
【非特許文献１】
「フォトマスク技術のはなし」、第７章  次世代マスクの技術展望  第２２９頁〜２４０頁  工業調査会発行、１９９６年
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上記したような従来技術における問題点を鑑みて、微細なレジストパターンを形成することを可能とするレジストパターンの形成方法およびこれに用いられるフォトマスクブランクスを提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、基板上にリソグラフィーのためのレジストパターンを形成する方法において、基板表面の元素組成比を、基板内部の組成比と変えることにより、レジスト製版後のレジストのエッチング部における断面形状を調整することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明のレジストパターンの形成方法の一実施形態においては、基板表面がクロム系のものであり、このクロム系基板表面のクロムと窒素の元素比を、基板内部におけるクロムと窒素の元素比と変えてレジストの断面形状を調整することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明のレジストパターンの形成方法の一実施形態においては、さらに、基板最表面から１００Ａまでの深さ方向分析をＸ線電子分光分析法により行った場合に、クロム量を１００としたときに窒素量が３０以下の元素比とすることで、レジストの断面形状を調整することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のレジストパターンの形成方法の別の実施形態においては、基板表面がクロム系のものであり、このクロム系基板表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理あるいは酸処理等の化学処理することにより、基板表面の元素組成比を、基板内部の組成比と変え、レジスト製版後のレジストのエッチング部における断面形状を調整することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のレジストパターンの形成方法の別の実施形態においては、基板がクロム系のものであり、このクロム系基板表面にシリコンを積層することにより、レジスト製版後のレジストのエッチング部における断面形状を調整することを特徴とするものである。
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、レジストパターンの形成方法において用いられるフォトマスクブランクスであって、基板表面の元素組成比が、基板内部の組成比と変えられたものであることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のフォトマスクブランクスの一実施形態においては、基板がクロム系のものであり、このクロム系基板表面のクロムと窒素の元素比を、基板内部におけるクロムと窒素の元素比と変えたものであることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のフォトマスクブランクスの一実施形態においては、さらに、基板最表面から１００Ａまでの深さ方向分析をＸ線電子分光分析法により行った場合に、クロム量を１００としたときに窒素量が３０以下の元素比とされているものであることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のフォトマスクブランクスの別の実施形態においては、基板表面がクロム系のものであり、このクロム系基板表面が熱酸化処理、酸素プラズマ処理あるいは酸処理等の化学処理されて、基板表面の元素組成比を基板内部の組成比と変えたものであることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のフォトマスクブランクスの別の実施形態においては、基板がクロム系のものであり、このクロム系基板表面にシリコンが積層されていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレジストパターンの形成方法およびこれに用いられるフォトマスクブランクスは、金属膜製膜時または成膜後に基板表面の化学組成比を調整または、シリコン等の異種材を積層することで、その上部にレジストを塗布し、リソグラフィー技術によりレジストパターンを形成する場合におけるレジストパターン断面における図１（ｂ）に示すようなレジストの裾引き形状や、図１（ｃ）に示すようなレジストの食い込みの角度を任意に調整可能とすることを特徴とするものである。
【００１６】
以下、本発明を発明の実施形態に基づき詳細に説明する。
【００１７】
本発明のフォトマスクブランクスとして用いられる基材としては、金属、セラミック、ガラス、合成樹脂等各種のものが含まれるが、特に、レジストパターンを形成すべき基材表面が、シリコン、シリコン酸化膜、シリコン窒素化膜、アルミニウム、ポリシリコン、ガラス、クロム、タングステン、チタン、酸化クロム、窒化クロム、モリブデン、モリブデンシリサイド、タンタル、タンタルシリサイド等である半導体装置用のウェハや、フォトマスク基板、あるいはこれらの基板上に形成されたＳＯＧ、レジスト、導電層、平坦化層等である。
【００１８】
本発明の好ましい一実施形態においては、このような基板表面の元素組成をレジストパターンの形成に影響を与えないように調整したことで、レジストの断面形状を垂直に保つことを特徴とするものである。使用されるレジストの組成によっても左右されるが、概して、化学増幅型レジスト等を用いてレジストパターンを形成する場合に、露光後、酸発生剤により発生する酸触媒が基板表面で失活してしまい、基板界面でレジストの裾引き形状や食い込み形状が発生していることが判明した。そこで、本発明においては、このようなレジストとの接合界面である基板表面領域において、例えば、基板組成中の窒素含有量、酸素等の含有量等の元素組成を調整することによって、前記した触媒失活といったような現象の発生を抑え、接合界面においてもレジストの良好なパターニングが進行するようにするものである。
【００１９】
具体的には、例えば、ガラス基板上に、クロム系の薄膜、例えば、酸化窒化クロム、酸化クロムを順次積層して設けた遮光層、低反射層からなるフォトマスクブランクスを考慮した場合、このようなクロム系基板表面のクロムと、窒素および／または酸素との元素比、特に、クロムと窒素との元素比を、所定の範囲内のものへと調整することが好ましい。
【００２０】
組成を調整する基板表面の深さとしては、特に限定されるものではないが、最表面より極端に浅い位置まででは、このように組成を調整しても十分な効果が発揮されない虞れがあり、一方、極端に深い位置まで組成を変えてしまうと、本来必要とされる当該基板の性能を低下させたり、その処理に要する時間、コスト等が大きなものとなる虞れがあるためである。
【００２１】
特に、上記したように、基板表面がクロム系のものである場合には、基板最表面から１００Ａまでの深さ方向分析をＸ線電子分光分析法により行った場合に、クロム量を１００としたときに窒素量が３０以下の元素比に調整されていることが望ましい。クロム系基板表面がこのような組成比に調整されていると、その後に、化学増幅型レジスト等を塗布し用いてレジストパターンを形成する場合に、露光後、レジスト中に含まれる酸発生剤により発生する酸触媒が基板表面で失活するというような現象が抑制され、基板界面においても垂直なエッチング面を形成することが期待できるためである。
【００２２】
このようにフォトマスクブランクスの表面領域における化学組成比を変化させる方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等による成膜時に、原料ガス組成を変化させること等によって行うことができる。
【００２３】
あるいは、例えば、クロム等の金属ないし金属化合物の薄膜を基板上に形成した後に、この基板表面に対し、熱酸化処理、酸素プラズマ処理あるいは酸処理等の化学処理を行うことによって表面組成を変化させることができる。なお、熱酸化処理、酸素プラズマ処理時における酸素源としては、特に限定されるものではなく、純酸素、空気、オゾン等各種の酸素含有ガスを用いることができる。また、酸処理に用いられる酸としては、特に限定されるものではないが、硫酸、塩酸および酢酸等あるいはこれらの混合物を用いることができ、クロム系基板表面の改質においては、その濃度は５〜１００％の範囲が適当である。
【００２４】
さらに、本発明において、フォトマスクブランクスの表面領域における化学組成比を変化させる方法としては、基板表面に異種材を積層することにより行うことも可能であり、例えば、基板表面がクロム系のものである場合、その上部にシリコンを積層、例えば、１００〜２０００Ａ厚程度に積層させることで、その上部に形成されるレジストパターンの断面形状を良好なものとすることができる。
【００２５】
本発明のレジストパターンの形成方法において、上記したようなフォトマスクブランクス上部に積層されるレジストとしては、特に限定されるものではなく、公知のいずれのものを用いることができる。また、レジストパターンの形成方法としては、公知の方法に基づき、レジストを塗布後、電子線、紫外線等によって描画し、必要に応じて、露光後ベーキングを施した後、現像を施すことによって行うことができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。
【００２７】
比較例１
図１（ａ）に示すようなガラスからなる基板上に酸化窒化クロム（６００Ａ厚）、酸化クロム（５００Ａ厚）を順次積層して設けた遮光層、低反射層からなる通常のフォトマスクブランクスを形成した。このフォトマスクブランクス上に化学増幅型ポジレジストを塗布し、電子線描画装置ＨＬ８００（日立株式会社製）で描画した。露光後ベーク（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｒｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ、ＰＥＢ）を施した後、アルカリ現像液で現像し、レジストパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察すると、図１（ｂ）に示すように、基板界面付近において、レジストの裾引き形状が確認された。一方、化学増幅型ネガレジストを用いる以外は同様にして作製したレジストパターンの断面形状をＳＥＭで観察すると、図１（ｃ）に示すように、基板界面付近においてレジストの食い込み形状が確認された。なお、ＸＰＳによる分析結果は、ＸＰＳの特性上で、基板最表面より７０〜１００Ａ程度の深さの平均である。
【００２８】
実施例１
基板表面の酸化窒素化クロムに含まれる窒素分を制御したフォトマスクブランクスとする以外は、比較例１と同様にして、化学増幅型ポジレジストあるいは化学増幅型ネガレジストをコーティングし、描画、ＰＥＢ、現像を行った後、レジストパターンの断面形状をＳＥＭにて観察した。その結果、ポジレジストあるいはネガレジストのいずれを用いたものにおいても、図１（ｄ）に示すように、基板界面でのレジストの裾引きも食い込みも見られず、断面が矩形に形成されていた。このブランクスの基板表面に検出されるクロムおよび窒素の元素量を、Ｘ線電子分光分析装置（ＸＰＳ）、形式ＥＳＣＡＬＡＢ２１０（ＶＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ社製）、Ｘ線源：ＡｌＫα１．２を使用して分析したところ、クロムの検出量を１００とした場合に、窒素の検出量は５〜３０程度であった。
【００２９】
実施例２
図１（ａ）に示すようなガラスからなる基板上に酸化窒化クロム（６００Ａ厚）、酸化クロム（５００Ａ厚）を順次積層した設けた遮光層、低反射層からなる通常のフォトマスクブランクスを形成した後、酸素雰囲気下にて熱酸化処理を行った。このフォトマスクブランクス上に比較例１と同様に化学増幅型ポジレジストを塗布し、電子線描画装置ＨＬ８００（日立株式会社製）で描画した。ＰＥＢ後、アルカリ現像液で現像し、レジストパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察すると、図１（ｄ）に示すように、基板界面でのレジストの裾引きも食い込みも見られず、断面が矩形に形成されていた。
【００３０】
なお、このブランクスの基板表面に検出されるクロムおよび窒素の元素量を、実施例１と同様にＸＰＳにて分析したところ、クロムの検出量を１００とした場合に、窒素の検出量は５〜３０程度であった。
【００３１】
また、前記熱酸化処理に代えて、酸素プラズマによる基板表面処理を行ったところ、得られたレジストパターンの断面形状は、上記熱酸化処理の場合と同様に図１（ｄ）に示すような、矩形断面のものとなり、また、実施例１と同様にＸＰＳにて分析したところ、クロムの検出量を１００とした場合に、窒素の検出量は５〜３０程度であった。
【００３２】
実施例３
図１（ａ）に示すようなガラスからなる基板上に酸化窒化クロム（６００Ａ厚）、酸化クロム（５００Ａ厚）を順次積層した設けた遮光層、低反射層からなる通常のフォトマスクブランクスを形成した後、図１（ｅ）に示すように、シリコン（１００〜２０００Ａ厚）を積層させた。このフォトマスクブランクス上に、ポジ型レジストをコーティングし、比較例１と同様にＥＢ描画、ＰＥＢ、現像を行った後、レジストパターンの断面形状をＳＥＭにて観察した。その結果、図１（ｄ）に示すように、基板界面でのレジストの裾引きも食い込みも見られず、断面が矩形に形成されていた。
【００３３】
実施例４
図１（ａ）に示すようなガラスからなる基板上に酸化窒化クロム（６００Ａ厚）、酸化クロム（５００Ａ厚）を順次積層した設けた遮光層、低反射層からなる通常のフォトマスクブランクスを形成した後、このフォトマスクブランクスを酸に１０〜６００秒間浸漬した後、純水にて十分に洗浄した。このフォトマスクブランクス上に、比較例１と同様に化学増幅型ポジレジストを塗布し、電子線描画装置ＨＬ８００（日立株式会社製）で描画した。ＰＥＢ後、アルカリ現像液で現像し、レジストパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察すると、図１（ｄ）に示すように、基板界面でのレジストの裾引きも食い込みも見られず、断面が矩形に形成されていた。
【００３４】
なお、使用した酸としては、硫酸、塩酸および酢酸が有効で、その濃度は５〜１００％の範囲において、上記したようにレジストパターンの断面形状を垂直に制御できた。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、従来、化学増幅型レジストを用いてレジストパターンを形成する際に、露光後、酸発生剤により発生する酸触媒が基板表面で失活して、基板界面でレジストの裾引き形状や食い込み形状が発生していたが、本発明によれば、基板表面の化学組成を調整することで、酸の失活を抑えることができ、微細な加工で要求される断面形状に優れたレジストパターンを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板表面におけるレジスト断面の形状を模式的に示す断面図である。
【図１】
2004361840.tif 000003