(57)【要約】【課題】露光の際にレジスト膜から発生する脱ガス成分によって露光装置のレンズが汚染されることのないレジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】被加工基板１上にシリコンを含むレジスト膜２を形成する工程と、レジスト膜２の上にレジスト膜２からのシリコンの放出を抑制する保護膜３を形成する工程と、保護膜３を介してレジスト膜２に露光光５を照射し所定のレジストパターン潜像を形成する工程とを有するレジストパターン形成方法を用いる。保護膜３は、含フッ素脂肪環構造を有する重合体により形成することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工基板上にシリコンを含むレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の上に前記レジスト膜からの前記シリコンの放出を抑制する保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を介して前記レジスト膜に露光光を照射し所定のレジストパターン潜像を形成する工程とを有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記保護膜は水溶性樹脂により形成されていて、前記レジスト膜が現像される前に純水によって前記レジスト膜上から除去される請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項３】
前記保護膜は現像液に可溶な樹脂により形成されていて、前記レジスト膜が現像される際に前記レジスト膜から除去される請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項４】
前記保護膜はシリコンを含まない膜である請求項１〜３に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項５】
前記保護膜は含フッ素脂肪環構造を有する重合体により形成されている請求項１〜４に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項６】
前記保護膜は、前記含フッ素脂肪環構造を有する重合体を含む保護膜組成物を前記レジスト膜の上に塗布した後、前記保護膜組成物に加熱処理を行うことによって形成される請求項５に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項７】
前記露光光は波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光である請求項１〜６に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項８】
前記被加工基板は半導体基材である請求項１〜７に記載のレジストパターン形成方法を用いた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【０００３】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望の微細パターンを形成する工程、および、この微細パターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【０００４】
パターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。従来、例えば６４Ｍビットまでの集積度のＤＲＡＭの製造には、高圧水銀灯のｉ線（波長：３６５ｎｍ）が光源として使用されてきた。近年では、２５６メガビットＤＲＡＭの量産プロセスには、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、１ギガビット以上の集積度を持つＤＲＡＭの製造には、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の実用化が検討されている。
【０００５】
さらに、１００ｎｍ以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いＦ２（フッ素）エキシマレーザ（波長：１５７ｎｍ）を露光光源として用いることが考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｆ２エキシマレーザを光源とする露光装置を用いて半導体装置を製造する場合、露光の際にレジストから発生するガス（アウトガス）によって露光装置のレンズが汚染されるという問題があった。この問題について、以下に詳述する。
【０００７】
図６〜図８は、従来例による、Ｆ２エキシマレーザを光源とする露光装置を用いて半導体装置を製造する方法について示したものである。
【０００８】
まず、図６に示すように、半導体基材９上にレジスト膜１０を形成する。次に、図７に示すように、Ｆ２エキシマレーザを光源とする露光装置を用い、マスク１１を介してレジスト膜１０に露光光１２を照射する。これにより、図８に示すように、レジスト膜１０には、露光部１３および未露光部１４からなるレジストパターン潜像が形成される。
【０００９】
一方、レジスト膜を露光して上記のようなレジストパターン潜像を形成する際には、図８に示すように、レジスト膜１０の露光部１３から脱ガス成分（アウトガス）１５が放出される。Ｆ２エキシマレーザ光を用いた露光方法では、露光装置のレンズ（図示せず）とレジスト膜１０との間隔が狭いために、脱ガス成分１５によってレンズが汚染されるという問題があった。
【００１０】
脱ガス成分は、一般に複数の原子、分子、モノマーなどを含んでおり、その組成はレジスト膜の組成によっても異なる。ここで、脱ガス成分が炭素（Ｃ）や水素（Ｈ）などからなる場合には、例えば、酸素（Ｏ２）雰囲気下においてＦ２エキシマレーザ光を照射することによって、レンズに付着した脱ガス成分をクリーニング除去することが可能である。
【００１１】
しかしながら、脱ガス成分にシリコン（Ｓｉ）が含まれている場合には、同様の処理を行ってもシリコンを除去することができない。すなわち、露光光が照射されると、シリコンは酸化されてケイ素酸化物系の物質となり、レンズ表面に残存する。これにより、露光光に対するレンズの透過率が低下するなど、露光装置の特性が著しく低下するという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、露光の際にレジスト膜から発生する脱ガス成分によって露光装置のレンズが汚染されることのないレジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のレジストパターン形成方法は、被加工基板上にシリコンを含むレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜の上にレジスト膜からのシリコンの放出を抑制する保護膜を形成する工程と、この保護膜を介してレジスト膜に露光光を照射し所定のレジストパターン潜像を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
保護膜は水溶性樹脂により形成されていて、レジスト膜が現像される前に純水によってレジスト膜上から除去されてもよい。
【００１６】
また、保護膜は現像液に可溶な樹脂により形成されていて、レジスト膜が現像される際にレジスト膜から除去されてもよい。
【００１７】
保護膜はシリコンを含まない膜であることが好ましい。
【００１８】
保護膜は含フッ素脂肪環構造を有する重合体により形成されていてもよい。この場合、含フッ素脂肪環構造を有する重合体を含む保護膜組成物をレジスト膜の上に塗布した後、この保護膜組成物に加熱処理を行うことによって保護膜を形成することができる。
【００１９】
露光光は波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光とすることができる。
【００２０】
また、被加工基板を半導体基材とし、本発明にかかるレジストパターン形成方法を用いて半導体装置を製造することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１〜図５を用いて、本実施の形態によるレジストパターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法を説明する。
【００２２】
まず、図１に示すように、被加工基板１上にレジスト膜２を形成する。被加工基板としては半導体基材を用いることができる。例えば、シリコン基板などの半導体基板上にレジスト膜を形成してもよいし、半導体基板上に形成された薄膜の上にレジスト膜を形成してもよい。ここで、半導体基板上に形成された薄膜としては、例えば絶縁膜や導電膜などを挙げることができる。また、薄膜は、半導体基板上に２以上の薄膜が積層された構造を有していてもよい。
【００２３】
本発明においては、シリコンを含むレジストが用いられる。ここで、シリコンはレジスト膜に露光光を照射した際にレジスト膜からアウトガスとなって放出されるものをいう。換言すると、露光によってレジスト膜から放出されるシリコンであれば、レジスト膜中に如何なる形態で含まれていてもよい。
【００２４】
本実施の形態においては、シリコンを含有するとともに、波長が１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザを光源とする露光装置に対応したレジストを用いる。シリコンは、レジスト膜にＦ２エキシマレーザ光を照射した際に脱ガス成分として放出されるものの全てが含まれる。
【００２５】
例えば、シリコンを含有するポジ型レジスト組成物を回転塗布法などによって半導体基板上に塗布した後、加熱処理を行うことによって溶媒を除去し、本実施の形態にかかるレジスト膜とすることができる。加熱処理は、例えば、ホットプレートを用いて１１０℃で６０秒程度の条件で行うことができる。また、形成するレジスト膜の膜厚は、例えば１５０ｎｍ程度とすることができる。
【００２６】
次に、図２に示すように、レジスト膜２の上に保護膜３を形成する。本発明において、保護膜とは、レジスト膜の上に形成されて、露光の際にレジスト膜からのシリコンの放出を抑制する膜をいう。このようなことから、保護膜は、それ自身が露光の際にシリコンを含む脱ガス成分を放出して露光装置のレンズを汚染するものであってはならない。したがって、保護膜はシリコンを含有しないものであることが好ましい。
【００２７】
本発明においては、含フッ素脂肪環構造を有する重合体が保護膜として好適に用いられる。また、含フッ素脂肪環構造を有する重合体は一般に種々の溶媒に可溶であるが、本実施の形態においては、水またはレジスト膜の現像液に可溶な重合体であることが好ましい。
【００２８】
保護膜の形成は、例えば次のような方法によって行うことができる。まず、含フッ素脂肪環構造を有する重合体を含む保護膜組成物を回転塗布法などによって被加工基板上に塗布する。次に、加熱処理を行うことによって保護膜組成物中の溶媒を除去する。加熱処理は、例えば、ホットプレートを用いて１１０℃で９０秒程度の条件で行うことができる。以上の工程によって、被加工基板上に保護膜を形成することができる。形成した保護膜の膜厚は、例えば、１５０ｎｍ程度の膜厚を有するレジスト膜上で５０ｎｍ程度とすることができる。
【００２９】
保護膜の膜厚は、レジスト膜からのシリコンの放出を抑制する観点からは大きい方が好ましい。一方、レジスト膜に照射する露光光の光量を低下させないためには、保護膜の膜厚が小さい方が好ましい。例えば、シリコンの放出を抑えるために保護膜の膜厚を大きくした場合には、レジスト膜に所定の露光量を照射するために露光時間を長くすることが必要となる。したがって、具体的な保護膜の膜厚は、使用するレジスト膜の種類や膜厚などから予想されるシリコンの放出量と全体のスループットとを比較考量することによって決定するのが望ましい。
【００３０】
次に、図３に示すように、Ｆ２エキシマレーザを光源とする露光装置を用い、所定のレジストパターンに対応するマスク４を介して、保護膜３およびレジスト膜２に露光光５を照射する。この露光は、レジスト膜２に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、本実施の形態においては、保護膜３を介してレジスト膜２に露光光５を照射することを特徴としている。したがって、保護膜は、露光光に対して高い透過率を有するものであることが必要である。含フッ素脂肪環構造を有する重合体により形成された保護膜であれば、Ｆ２エキシマレーザ光に対して高い透過率を示すことから、下地のレジスト膜に対する露光光の光量を大きく低下させることはない。
【００３１】
例えば、本実施の形態においては、開口数（Ｎ．Ａ．）が０．６程度でσ（光源のＮ．Ａ．／レンズのＮ．Ａ．）が０．３程度であるＦ２エキシマレーザを光源とする露光装置を用い、吸収係数が１．０程度である含フッ素脂肪環構造を有する水溶性重合体を介してレジスト膜に露光光を照射することができる。
【００３２】
レジスト膜２に露光光を照射することによって、図３に示すように、レジスト膜２内に露光部６と未露光部７とが形成される。レジスト膜２の上には保護膜３が形成されているので、レジスト膜２の内部から発生したシリコンを含む脱ガス成分が拡散して露光装置の光学レンズに付着することはない。
【００３３】
上記の露光工程によって、レジスト膜に所定のレジストパターン潜像を形成した後は、レジスト膜を現像する前に、不要となった保護膜をレジスト膜上から除去して図４の構造とすることが好ましい。保護膜が水溶性樹脂により形成されている場合には、純水によって保護膜を除去することができるので安全性やコストの観点から好ましい。
【００３４】
例えば、本実施の形態においては、保護膜上に適量の純水を滴下し、これを回転塗布することによって保護膜の溶解除去を行うことができる。
【００３５】
保護膜を除去した後は、通常の条件に従って現像を行う。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．３８％程度の水溶液を用いたアルカリ現像によって行うことができる。レジスト膜がポジ型のレジストである場合には露光部が現像液に溶解して除去される結果、図５に示すようなレジストパターン８が形成される。
【００３６】
また、保護膜が現像液に可溶な樹脂により形成されている場合には、レジスト膜を現像する際に保護膜を除去してもよい。例えば、レジスト膜および保護膜が形成された半導体基材を現像液の中に浸漬することによって、保護膜の除去とレジスト膜の現像とを同じ工程で行うことができる。
【００３７】
以上の工程によって、レジストパターンを形成することができる。そして、得られたレジストパターンをマスクとして下地の被加工基板をエッチングすることによって、被加工基板を所定のパターンに加工することができる。被加工基板が半導体基材である場合には、さらに所定の工程を経ることによって、半導体装置を製造することができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、保護膜を介してＦ２エキシマレーザ光をレジスト膜に照射するので、露光の際にレジスト膜からシリコンが放出して露光装置のレンズに付着するのを防ぐことができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、含フッ素脂肪環構造を有する水溶性重合体により形成された保護膜を用いることにより、Ｆ２エキシマレーザ光の光量を大きく低下させることなく下地のレジスト膜を露光することができる。そして、露光後は、純水に溶解させることによって、レジスト膜上から保護膜を容易に除去することができる。
【００４０】
本実施の形態においては、半導体基材上にレジスト膜を形成して半導体装置を製造する例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。レジスト膜を用いたフォトリソグラフィ法によって下地に所定のパターンを形成する用途であれば、半導体装置以外の他の用途にも本発明を適用することができる。
【００４１】
また、本実施の形態においては、Ｆ２エキシマレーザを光源とする露光装置を用いて露光する例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。露光時にレジスト膜からのアウトガスの発生を防ぐ目的であれば、他の光源を用いて露光してもよい。例えば、紫外線露光装置、Ｘ線露光装置、電子ビーム露光装置、ＫｒＦエキシマ露光装置、またはＡｒＦエキシマ露光装置などを用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、保護膜を介して露光光をレジスト膜に照射するので、露光の際にレジスト膜からシリコンが放出して露光装置のレンズに付着するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図２】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図３】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図４】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図５】本発明にかかるレジストパターン形成方法の一例を示す図である。
【図６】従来のレジストパターン形成方法を示す図である。
【図７】従来のレジストパターン形成方法を示す図である。
【図８】従来のレジストパターン形成方法を示す図である。
【符号の説明】
１  被加工基板、  ２，１０  レジスト膜、  ３  保護膜、  ４，１１  マスク、  ５，１２  露光光、  ６，１３  露光部、  ７，１４  未露光部、  ８  レジストパターン、  ９  半導体基材、  １５  脱ガス成分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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