(57)【要約】【課題】レジスト間に存在する液体の凝集力に起因するレジスト倒壊を防止し、高アスペクト比の微細レジストパターンを形成する。【解決手段】先ず、下地膜１上にレジスト２を形成する。次に、レジスト２に対して露光処理を行う。そして、レジスト２に対して、このレジスト２が吸収性の高い波長の光６を照射して、レジスト２の表層に架橋部７を形成する。架橋部７を形成した後、現像処理を行う。現像処理が終了した後、架橋部７を酸素系プラズマ処理により除去する。【選択図】　　　　図３
2004085792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地膜上にレジストを形成する工程と、
前記レジストに対して露光処理を行う工程と、
前記レジストの表層に架橋部を形成する架橋部形成工程と、
前記架橋部形成工程の終了後に、現像処理を行う現像工程と、
前記現像工程の終了後に、前記架橋部を除去する工程と、
を含むことを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形成方法において、
前記架橋部形成工程は、前記レジストに対して、該レジストが吸収性の高い波長の光を照射する工程を含むことを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の形成方法において、
前記架橋部形成工程は、前記レジストに対して、前記現像工程で前記レジスト内に現像液が浸透可能となるようなエネルギー領域の光を照射する工程を含むことを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の形成方法において、
前記架橋部形成工程は、前記レジストに含有されたポリマーの主鎖を切断しない波長の光を照射する工程を含むことを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の形成方法において、
酸素系プラズマ処理により前記架橋部を除去することを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の形成方法において、
前記現像工程は、
前記現像処理の終了後に、リンス液を用いてリンスを行う工程と、
前記リンス液を乾燥させる工程と、
を含むことを特徴とする微細レジストパターンの形成方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載の形成方法を用いて形成された微細レジストパターンをマスクとして、下地膜をフッ化炭素系プラズマによりドライエッチングする工程を含む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】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に高アスペクト比の微細レジストパターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスは益々高集積化し、それに伴いレジストパターンの微細化が急速に進んでいる。また、下地膜をパターニングする際にレジストパターンに対してドライエッチング耐性（ＣＦ系ガスに対する耐性）は従来通り要求される。このため、単層レジストプロセスでは、数百ｎｍオーダーのレジスト厚が要求される。
【０００３】
以下、図９〜図１４を参照して、従来のレジストパターンの形成方法について説明する。
図９〜図１１は、従来の微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図であり、図１２〜図１４は、従来の高アスペクト比の微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である。
先ず、図９に示すように、最終的にエッチングによりパターニングされる下地膜１１上に、レジストを回転塗布してレジスト１２を形成する。
次に、図１０に示すように、レジスト１２に対して露光光１３を照射し、レジスト１２内に露光部１２Ａを形成する。その後、ベークを行う。これにより、露光部１２Ａにおいて化学増幅反応が起こる。
次に、所定の現像液を用いた現像処理、リンス、およびリンス液の乾燥を行う。これにより、図１１に示すように、下地膜１１上にレジストパターン１４が形成される。
【０００４】
上述したように、所望のレジストパターンの微細化に対して、レジストパターンのエッチング耐性は相応の性能が要求される。このため、現像処理後に要求されるレジストパターンのアスペクト比は益々大きくなる傾向にある。７０ｎｍノード世代において、必要レジスト膜厚を例えば３００ｎｍとすると、アスペクト比は４を超えることになる。
従来、図１２〜図１４に示すように、上記図９〜図１１に示す形成方法と同様にして、高アスペクト比のレジストパターンを形成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アスペクト比が４を超えるラインレジストパターンを形成する場合、図１４に示すように、現像処理工程終了後にリンス液を乾燥する際に、レジストパターン間に存在するリンス液の毛管力による凝集力によって、ラインレジストパターン（特に密集パターン）が倒壊してしまうという問題があった。
図１５は、レジストパターン間に存在するリンス液の凝集力を説明するための断面図である。
図１５に示すように、リンス液を乾燥する際、ラインレジストパターンには、レジスト１２間に存在するリンス液１６の表面張力が作用する。レジスト１２間に挟まれた液体１６に発生する凝集力（圧力）ｐは、液体１６の表面張力をσとすると、ｐ＝σ／Ｒで表される。ここで、Ｒは液面の曲率半径である。
密集ラインパターンを微細化するとライン（レジスト１２）間のスペースｄが狭くなり、それに伴って液面の曲率半径Ｒも小さくなるため、凝集力ｐが大きくなる。この凝集力ｐによりレジスト１２に加わる剥離力Ｆはアスペクト比に比例するため、レジストパターンのアスペクト比が４以上の場合、剥離力Ｆがレジスト１２と基板（下地膜１１）との接着力を超えてしまう。このため、上述したように、レジストパターン１５の倒壊が発生してしまう。
【０００６】
このリンス液の凝集力を抑えるため、表面張力の小さなリンス液の使用、または液相と気相の界面を消失させる超臨界乾燥法などが提案されている。しかし、これらには有機廃液の処理問題や、大規模な装置を導入する必要性があるため、実プロセスには未だ採用されていない。
【０００７】
従って、レジストパターンの倒壊を防止するためには、このレジスト間に生ずる凝集力を低減するか、凝集力よりも大きい物理力が必要である。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、レジスト間に存在する液体の凝集力に起因するレジスト倒壊を防止し、高アスペクト比の微細レジストパターンを形成することを目的とする。
また、高アスペクト比の微細レジストパターンをマスクとして用い、微細パターンを形成することも目的とする。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
請求項１の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、下地膜上にレジストを形成する工程と、
前記レジストに対して露光光を照射する工程と、
前記レジストの表層に架橋部を形成する架橋部形成工程と、
前記架橋部形成工程の終了後に、現像処理を行う現像工程と、
前記現像処理の終了後に、前記架橋部を除去する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、請求項１に記載の形成方法において、
前記架橋部形成工程は、前記レジストに対して、該レジストが吸収性の高い波長の光を照射する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、請求項１又は２に記載の形成方法において、
前記架橋部形成工程は、前記レジストに対して、前記現像処理で前記レジスト内に現像液が浸透可能となるようなエネルギー領域の光を照射する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、請求項１から３の何れかに記載の形成方法において、
前記架橋部形成工程は、前記レジストに含有されたポリマーの主鎖を切断しない波長の光を照射する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、請求項１から４の何れかに記載の形成方法において、
酸素系プラズマ処理により前記架橋部を除去することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６の発明に係る微細レジストパターンの形成方法は、請求項１から５の何れかに記載の形成方法において、
前記現像工程は、
前記現像処理の終了後に、リンス液を用いてリンスを行う工程と、
前記リンス液を乾燥させる工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１から６の何れかに記載の形成方法を用いて形成された微細レジストパターンをマスクとして、下地膜をフッ化炭素系プラズマによりドライエッチングする工程を含むことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１７】
実施の形態１．
図１〜図６は、本発明の実施の形態１による高アスペクト比の微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である。
先ず、図１に示すように、下地膜１上にレジスト２を膜厚３００ｎｍ程度になるように回転塗布する。ここで、レジスト２は、ある特定領域の波長に対して強い吸収を有するものであり、例えば、ポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有する化学増幅型レジストである。
そして、レジスト２を塗布した後、１００℃程度の温度で６０秒間熱処理を行う。
【００１８】
次に、図２に示すように、レジスト２に対して電子線３を照射する露光処理を行い、レジスト２内に露光部２Ａを形成する。その後、１１０℃程度の温度で９０秒間熱処理を行う。これにより、レジスト２の露光部２Ａにおいて、化学増幅反応が起こる。また、露光処理は、可変矩型電子線露光装置を用いて行った。なお、露光処理は、上記電子線露光に限らず、露光光を照射する光露光でもよい。
【００１９】
次に、図３に示すように、レジスト２表面に、レジスト２に対して吸収率が高く、且つレジスト２に含有されるポリマーの主鎖を切断しない波長領域の光６を、所定のエネルギー量だけ照射する。この光照射により、レジスト２の露光部２Ａ及び未露光部において光架橋反応が起こり、レジスト２の最表層にアルカリ現像液（後述）に対して不溶である架橋部７が形成される。
ここで、例えば、レジスト２としてポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有する化学増幅型レジストを用いた場合、波長１８０ｎｍ〜２００ｎｍの光６を、１０〜３０ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー量だけ照射する。この照射光６の波長及びエネルギー量について以下に説明する。
先ず、照射光の波長について説明する。
図７は、ポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有するレジストの波長に対する透過率を示す図である。すなわち、照射光の波長と、レジストの透過率との関係を示す図である。なお、レジストの膜厚は１００ｎｍである。
図７に示すように、波長１９０ｎｍ付近に強い吸収帯があり、この吸収帯においてレジストの透過率は１％以下となっている。これは、レジストが含有するポリマーに存在するベンゼン環のπ電子による光の吸収であり、波長１８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で吸収が大変高い。従って、この高い吸収が得られる波長１８０ｎｍ〜２００ｎｍの光６を照射することにより、その照射光６はレジスト最表面のみに作用し、レジストの上層数ｎｍの深さだけを架橋反応させることが可能となる。なお、この波長領域の光６は、レジスト２に含有されたポリマー主鎖を切断しない。
次に、照射光のエネルギーについて説明する。
図８は、ポリヒドロキシスチレン系ポリマーを含有するレジストの光エネルギーに対する感度曲線を示す図である。詳細には、レジスト塗布後に、光６の照射、ベーク、現像処理を行った場合の、照射光の照射エネルギーと現像処理後のレジスト膜厚変化との関係を示している。図８に示すように、１０〜３０ｍＪ／ｃｍ２の照射エネルギー領域において、レジスト膜厚が減少していない。すなわち、このエネルギー領域の光６を照射することにより、レジストがアルカリ不溶となっている。これは、このエネルギー領域において、ポリマー間の架橋反応が起こっていることを示している。従って、１０〜３０ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー量だけ光６を照射することにより、レジストに架橋反応を起こすことが可能となる。
【００２０】
次に、図４に示すように、通常用いられるアルカリ現像液（例えば、２．３８％テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド水溶液）を用いて、６０秒間湿式現像処理を行う。この現像処理において、レジスト２最表層に形成された架橋部７は弱い架橋であるため現像液がレジスト２の内部に浸透し、アルカリ溶解コントラストが得られる。そして、リンス液を用いてリンスを行った後、リンス液を乾燥する。
【００２１】
最後に、図５に示すように、酸素又は酸素を含む混合ガスのプラズマ（以下「酸素系プラズマ」という。）８を用いたプラズマ処理を行い、レジスト２最表層に形成された架橋部７を除去する。これにより、図６に示すように、下地膜１上に高アスペクト比の微細レジストパターン４が形成される。ここで、プラズマ処理は、枚葉式アッシング装置を用いて行った。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態１では、現像処理前にレジスト２表面に光６を照射することにより、レジスト２の最表層に架橋部７を形成した後、現像処理を行った。
従って、現像処理後のレジストパターンは、その最上層がアルカリ現像液に対して不溶な架橋部７によりブリッジされている。よって、現像処理により露光部２Ａが除去されるが、架橋部７は除去されずに残存する。このため、現像処理後のリンス液乾燥時に、リンス液の凝集力よりも大きな物理力が得られ、レジストパターンの倒壊を防止することができる。すなわち、本実施の形態１による方法によって、高アスペクト比の微細レジストパターンを形成することができる。また、この高アスペクト比の微細レジストパターンを用いて下地膜１をエッチングすることにより、微細パターンを形成することができる。
本実施の形態１では、レジスト２が含有するポリマーに対して吸収率の高い波長領域の照射光６を照射することとした。従って、レジスト２の最表層においてのみ架橋反応を起こすことが可能である。このため、レジスト２の架橋率を低く抑えることができ、現像処理時にアルカリ現像水溶液が架橋部７を介してレジスト２内に浸透することができ、アルカリ溶解コントラストが得られる。また、レジスト最表層の架橋部７は弱い架橋構造であるため、現像後に行われる短時間の酸素系プラズマ処理によって容易に除去することができる。
また、本実施の形態１による微細レジストパターンの形成方法は、既存の半導体製造装置を用いて行うことができる。よって、新たな設備導入コストは発生しないため、半導体装置の製造コストの増加を抑えることができる。
【００２３】
なお、本実施の形態１では、プラズマ処理を枚葉式アッシング装置で行っているが、枚葉式ドライエッチング装置で行ってもよい。この場合、プラズマ処理と、該プラズマ処理に続いて行う下地膜１のドライエッチングと、を同一チャンバ内で連続して行うことができ、スループットを向上させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、レジスト間に存在する液体の凝集力に起因するレジスト倒壊を防止し、高アスペクト比の微細レジストパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その１）。
【図２】本発明の実施の形態１による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その２）。
【図３】本発明の実施の形態１による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その３）。
【図４】本発明の実施の形態１による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その４）。
【図５】本発明の実施の形態１による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その５）。
【図６】本発明の実施の形態１による微細レジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その６）。
【図７】レジストの波長に対する透過率を示す図である。
【図８】レジストの光エネルギーに対する感度曲線を示す図である。
【図９】従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その１）。
【図１０】従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その２）。
【図１１】従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その３）。
【図１２】従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その４）。
【図１３】従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その５）。
【図１４】従来のレジストパターンの形成方法を説明するための断面図である（その６）。
【図１５】レジストパターン間に存在するリンス液の表面張力を示す断面図である。
【符号の説明】
１　下地膜
２　レジスト
２Ａ　露光部
３　電子線、露光光
４　微細レジストパターン
６　照射光
７　架橋部
８　酸素系プラズマ
【図１】
2004085792.tif 000003
【図２】
2004085792.tif 000004
【図３】
2004085792.tif 000005
【図４】
2004085792.tif 000006
【図５】
2004085792.tif 000007
【図６】
2004085792.tif 000008
【図７】
2004085792.tif 000009
【図８】
2004085792.tif 000010
【図９】
2004085792.tif 000011
【図１０】
2004085792.tif 000012
【図１１】
2004085792.tif 000013
【図１２】
2004085792.tif 000014
【図１３】
2004085792.tif 000015
【図１４】
2004085792.tif 000016
【図１５】
2004085792.tif 000017