(57)【要約】【課題】半導体素子の微細パターン形成方法を提供する。【解決手段】ＡｒＦレジストパターンを形成した後、レジストパターンを熱処理する間にＶＵＶエキシマレーザーからの照射またはＥビーム照射により露光してレジストパターンのＴｇを一時的に低めてパターンのスペース及び開口サイズを縮める。これにより、ＣＤ安定性及び再現可能性を向上させながら微細なレジストパターンでの開口サイズを縮めることができるので半導体素子の工程収率及び信頼度を向上させることができる。【選択図】図３Ａ
2004266270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長Ｗ１のＵＶ照射による露光に適してガラス遷移温度Ｔｇ及び分解温度Ｔｄを有するレジストを使用して基板上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
ＵＶ照射により前記フォトレジスト膜の一部を露光して露光部及び非露光部を有する露光されたフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記露光されたフォトレジスト膜を現像して臨界寸法ｄ１を有する開口が形成された第１フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第１フォトレジストパターンを波長Ｗ２のＶＵＶ照射により露光して有効ガラス遷移温度Ｔｇｅｆｆ（Ｔｇｅｆｆ＜Ｔｇ）を一時的に生成すると同時に前記第１フォトレジストパターンをＴｇｅｆｆまたはそれ以上の温度に加熱して臨界寸法ｄ２（ｄ２＜ｄ１）を有する開口が形成された第２フォトレジストパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項２】
前記露光されたフォトレジスト膜を現像する前に前記露光されたフォトレジスト膜をＴｄ以下の温度でベーキングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
【請求項３】
前記露光されたフォトレジスト膜を現像する段階は、
前記露光されたフォトレジスト膜をアルカリ性溶液に浸して前記露光されたフォトレジスト膜の露光部を溶解する段階と、
前記アルカリ性溶液及び前記露光されたフォトレジスト膜の溶解された部分を前記基板から除去する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
【請求項４】
前記アルカリ性溶液はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液であることを特徴とする請求項４に記載の微細パターン形成方法。
【請求項５】
前記アルカリ性溶液は０．１〜１０重量％のＴＭＡＨを含むことを特徴とする請求項４に記載の微細パターン形成方法。
【請求項６】
前記水溶液はアルコール及び界面活性剤よりなる群から選択された少なくとも一つの添加剤をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の微細パターン形成方法。
【請求項７】
前記添加剤の総量は前記水溶液の５重量％以下であり、
前記水溶液内にＴＭＡＨが２〜２．５重量％の量で存在することを特徴とする請求項６に記載の微細パターン形成方法。
【請求項８】
前記フォトレジスト膜はＫｒＦフォトレジスト、ＡｒＦフォトレジスト及びＦ２フォトレジストよりなる群から選択されたフォトレジストからなり、
前記ＵＶ照射波長Ｗ１は２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍよりなる群から選択され、
前記ＶＵＶ照射波長Ｗ２は１７２ｎｍ、１４６ｎｍ及び１２６ｎｍよりなる群から選択されることを特徴とする請求項２に記載の微細パターン形成方法。
【請求項９】
Ｔｇ−Ｔｇｅｆｆ≧２０℃であり、
Ｗ１＞Ｗ２であることを特徴とする請求項８に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１０】
前記ＶＵＶ照射は０．１〜１００Ｊ／ｃｍ２のレベルで印加され、
Ｔｇｅｆｆ≦１００℃であることを特徴とする請求項９に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１１】
Ｔｄ＜Ｔｇであることを特徴とする請求項２に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１２】
波長が２５０ｎｍ以下のＵＶ照射による露光に適してガラス遷移温度Ｔｇ及び分解温度Ｔｄを有するレジストを使用して基板上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
波長が２５０ｎｍ以下のＵＶ照射により前記フォトレジスト膜の一部を露光して露光部及び非露光部を有する露光されたフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記露光されたフォトレジスト膜を現像して臨界寸法ｄ１を有する開口が形成された第１フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第１フォトレジストパターンをＥビーム照射により露光して有効ガラス遷移温度Ｔｇｅｆｆ（Ｔｇｅｆｆ＜Ｔｇ）を一時的に生成すると同時に前記第１フォトレジストパターンをＴｇｅｆｆまたはそれ以上の温度に加熱して臨界寸法ｄ２（ｄ２＜ｄ１）を有する開口が形成された第２フォトレジストパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項１３】
前記露光されたフォトレジスト膜を現像する前に前記露光されたフォトレジスト膜をＴｄ以下の温度でベーキングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１４】
前記露光されたフォトレジスト膜を現像する段階は、
前記露光されたフォトレジスト膜をアルカリ性溶液に浸して前記露光されたフォトレジスト膜の露光部を溶解する段階と、
前記アルカリ性溶液及び前記露光されたフォトレジスト膜の溶解された部分を前記基板から除去する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１５】
前記アルカリ性溶液は１０重量％以下のＴＭＡＨ水溶液であることを特徴とする請求項３に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１６】
前記水溶液はアルコール、粘度調節剤及び界面活性剤よりなる群から選択された少なくとも一つの添加剤をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１７】
前記フォトレジスト膜はＫｒＦフォトレジスト、ＡｒＦフォトレジスト及びＦ２フォトレジストよりなる群から選択されたフォトレジストからなり、
前記ＵＶ照射波長は２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍよりなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１８】
Ｔｇ−Ｔｇｅｆｆ≧２０℃であることを特徴とする請求項１３に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１９】
前記Ｅビーム照射は０．１〜１００Ｊ／ｃｍ２のレベルで印加され、
Ｔｇｅｆｆ≦１００℃であることを特徴とする請求項１３に記載の微細パターン形成方法。
【請求項２０】
Ｔｄ＜Ｔｇであることを特徴とする請求項１３に記載の微細パターン形成方法。
【請求項２１】
前記第１フォトレジストパターンはＥビーム照射及び１７２ｎｍ以下の波長を有するＶＵＶ照射によって同時に露光され、前記Ｅビーム照射及びＶＵＶ照射によって有効ガラス遷移温度Ｔｇｅｆｆ（Ｔｇｅｆｆ＜Ｔｇ）を一時的に発生させることを特徴とする請求項１２に記載の微細パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子の微細パターン形成方法に係り、特に現像後工程を通じてパターンフィーチャーサイズを縮める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲な電子素子に使用するために速い処理速度を有する半導体素子及び高集積化されたメモリ素子が要求されることによってサブミクロンサイズを有する回路製品の生産が要求されている。高集積素子でのこのような要求に応じてリソグラフィー技術を開発して改善されたフォトレジスト組成物を開発し、所望のパターン、特に最小フィーチャーサイズを有する構造に必要なパターンの改善された寸法精密度を得ようとする努力が続いた。高集積半導体素子を成功的に製造するためにはエッチング及びイオン注入工程時にマスクとして広く使われるフォトレジストパターンをより精密かつ微細に形成する必要がある。これら製品を具現するためには敏感なフォトレジストが要求されるが、敏感なフォトレジストを使用する場合には複雑な付加工程が伴う。単一層レジストを使用する０．１３μｍ工程を利用する素子製造工程ではＡｒＦリソグラフィー技術が利用されるが、将来の０．１０μｍ以下の工程ではさらに高い正確度及び寸法制御が必要になる。
【０００３】
次のレイリーの公式によれば、露光光源の波長が低くなるにつれて解像度は向上する傾向を示す。
Ｒ＝ｋ１λ／ＮＡ
式中、Ｒは解像度であり、ｋ１は定数であり、λは露光中に使われた光源の波長であり、ＮＡは照明光学系の開口数である。この原理はｇ−ライン（４３６ｎｍ）露光光源からｉ−ライン（３６５ｎｍ）露光光源に至るまでのフォトリソグラフィー工程の変遷の間で適用されており、最近は露光光源としてＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）を使用する投影露光装備にまで適用されている。このように順次より小さな波長を利用する傾向は投影露光装備の開発と、露光光源としてＡｒＦエキシマレーザー（中心波長１９３ｎｍ）またはＦ２エキシマレーザー（中心波長１５７ｎｍ）を使用する工程の開発とを招く。
【０００４】
露光光源の波長は露光装備で得られる最小解像度に直接影響を及ぼす。例えば、微細なラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンを形成するにおいて、ｇ−ライン露光装備の解像限界は約０．５μｍであり、ｉ−ライン露光装備の解像限界は約０．３μｍである。しかし、最近の素子デザインルールは約０．２μｍ以下のＬ／Ｓ測定値に近接している勢いである。このようなパターンを投影マスクからウェーハ上に十分の正確度で転写するために露光光源としてＫｒＦ及びＡｒＦエキシマレーザーが使われてきた。
【０００５】
次世代素子デザインルールで許容される最小フィーチャーサイズは小さくなり続けると予測される。このようなデザインルールを有する素子を製造できる露光装備には、Ｆ２エキシマレーザー、Ｘ線、及び電子ビーム（ＥＢまたはＥビーム）露光装備をあげられる。ところで、素子デザインルールが順次小さくなる最小フィーチャーサイズを可能にするにつれ、類似したサイズを有するＬ／Ｓパターンを形成する場合に比べてコンタクト及びビアホールを形成するための工程マージンを十分に確保し難い。これは、特に素子のセルアレイ領域で高いアスペクト比を有する小さなコンタクトホールを形成する必要がある高集積素子を製造するにおいてさらに深刻である。
【０００６】
高いアスペクト比を有する小さなコンタクトホールを形成する時に発生する固有の問題点を解決するために多様な工程が開発されたが、その例には、熱によるフロー工程とＲＥＬＡＣＳ（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ ｂｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｈｒｉｎｋ）工程とがある（特許文献１参照）。
【０００７】
熱によるフロー工程では、形成しようとする最終コンタクトホールよりもさらに大きいコンタクトホールが形成された初期コンタクトホールフォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストパターンをフォトレジストのガラス遷移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱して微細パターンを形成する。この加熱によって架橋されたフォトレジストの粘度が低下し、それによってフォトレジストが流動するか、沈んでコンタクト開口サイズが縮まることによって所望のコンタクトホールサイズを得ることができる。
【０００８】
熱によるフロー工程はｉ−ラインまたはＫｒＦレジストを利用するフォトリソグラフィー工程では有効に適用できるが、ＡｒＦレジストの場合には一般的に約１８０℃以下のＡｒＦレジストの分解温度（Ｔｄ）よりもＴｇ（最小温度約２００℃）がさらに高い。したがって、ＡｒＦレジストの場合にはレジストパターンが流動する前に分解が始まるので熱によるフロー工程は利用できない。
【０００９】
ＲＥＬＡＣＳ工程では、形成しようとする最終コンタクトホールよりも大きいコンタクト開口が形成された通常のコンタクトホールフォトレジストパターンを再形成することによって微細パターンを形成する。その後、前記のように形成された初期のフォトレジストパターン上に水溶性ポリマーをコーティングする。前記水溶性ポリマーは前記フォトレジストパターンと反応してその表面に沿って不溶性架橋層を形成する。その後、前記フォトレジストパターンをリンスして反応しないポリマーを除去する。前記架橋層によってフォトレジストパターンの有効サイズが拡大し、コンタクト開口またはＬ／Ｓパターンでのスペースは小さくなる。しかし、水溶性ポリマーを除去するために単一ステップを利用するＲＥＬＡＣＳ工程では水溶性ポリマーの不完全な除去によってパターンに斑点または膜質などの現像残留物が残っている。このような現像残留物は後続のエッチング工程中に最終素子での欠陥発生可能性を高めて、収率及び信頼性を落とす。ウェーハを第１溶液で洗浄した後、水でリンスする２段階洗浄工程を適用すればウェーハ上に残っている現像残留物の量を減らすことはできるが、工程が複雑になりコストが上昇する。
【００１０】
ポリ（メタ）アクリレート、ＣＯＭＡ（Ｃｙｃｌｏ−Ｏｌｅｆｉｎ Ｍａｌｅｉｃ Ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、ポリノルボルネンのようなＡｒＦエキシマレーザー露光光源（ＡｒＦレジスト）を使用するのに適したレジスト組成物には、図１に示したようにＳＥＭ測定中に臨界寸法（ＣＤ）線幅が縮まる、いわゆるＣＤスリミングと呼ばれる問題がよく発生する。ＡｒＦレジストもドライエッチングに対する弱い耐性、ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）及びＣＤスリミングによる問題を有している。その中でも、特にＬＥＲ及びＣＤスリミングはＡｒＦレジストを利用する工程で深刻な問題を残す。ＣＤ−ＳＥＭ測定中には測定する間に微細なレジスト構造物に電子がぶつかることによってフィーチャーサイズが実際に小さくなり続ける。同じレジスト構造物に対して再測定を試みる場合、フィーチャーサイズが小さくなり続ける。図２には反復される測定中に測定ＣＤが小さくなる様相の例を示している。
【００１１】
ＫｒＦレジストとＡｒＦレジストとの間の組成物差は材料の性能において重要な差異点を発生させる。例えば、ＫｒＦレジストはＣＤ−ＳＥＭ測定中にＣＤスリミング（＜２％）に対する耐性が大きい一方、ＡｒＦレジストはＳＥＭ測定中に６％ないし１５％のＣＤスリミングを示す。これら結果はＣＤスリミングがＡｒＦレジストにおいて幅広い問題になりうるということを示唆する。一般的に、パターンラインＣＤは小さくなる傾向がある一方、それに相応するパターンスペースまたはホールのサイズは大きくなり、特に最小寸法開口の場合にはさらに深刻である。また、ＡｒＦレジストパターンは重合中にＡｒＦレジストの均質性が下がって結果的に望ましくないラフネス（ＬＥＲ）を示す。
【００１２】
最近、ＡｒＦレジストでのＣＤスリミング及びＬＥＲ問題を解決するための対応策としてＥビームキュアリングが提案された。ＥビームキュアリングではＳＥＭ測定中のＣＤが小さくならないように典型的に現像されたＡｒＦレジストパターンをＳＥＭ測定前にＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｘｐｏｓｅ Ｍａｔｒｉｘ）を使用してＥビームドーズで露光してこれを硬化させることによって顕著な分解または質量損失が発生する前にレジストパターンの架橋程度及び剛性を高める。しかし、Ｅビームキュアリングは製造工程が複雑でかつ長くて、また付加的な手作業のためにパーチクルによる汚染可能性が高くなる。
【特許文献１】米国特許第６，３８３，９５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、高いアスペクト比を有する小さなコンタクトホールを形成する必要がある高集積素子を製造するにおいて向上したＣＤ安定性及び再現性を有してフォトレジストパターンの開口サイズを縮めることによって半導体素子の工程収率及び信頼度を向上させうる微細パターン形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の例示的な実施例は、ＡｒＦレジストパターンによって半導体素子上に微細パターン、特にコンタクトホールを形成した後、熱処理する間に１７２ｎｍ以下の波長を有するＶＵＶ（Ｖａｃｕｕｍ ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）エキシマレーザーまたはＥビーム照射によりレジストパターンを露光させてパターンの開口サイズを縮める方法を提供する。ＶＵＶとは、波長の最も長いＸ線と約１００〜２００ｎｍ波長領域の遠紫外線との間の電磁スペクトル領域を称する。この領域のスペクトルの光エネルギーはＯ２に吸収されて減衰される。また、ＶＵＶ工程雰囲気中にＯ２が存在する場合にはＶＵＶによりＯ３が発生し、これによる有機物の酸化によってレジスト膜が薄くなる。したがって、大部分のＶＵＶ工程は真空下で、または雰囲気中のＯ２含量を減らすためのＮ２パージ下で行われる。特に、本発明の例示的な実施例はＡｒＦレジストパターンを熱処理する間に約３０〜１８０℃の温度でＶＵＶ光エネルギーまたはＥビームエネルギーに露出させて制御可能かつ再現可能な方法でレジストパターンをフローさせることによってコンタクトホールを縮める。したがって、このパターニング方法はＣＤ安定性及び再現可能性を高めつつ微細なレジストパターンに形成されている開口サイズを縮めることができ、したがってこれより得られる半導体素子の工程収率及び信頼度を向上させうる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による微細パターン形成方法ではＡｒＦレジストパターンによって半導体素子上に微細パターン、特にコンタクトホールを形成した後、これを熱処理する間に１７２ｎｍ以下の波長を有するＶＵＶエキシマレーザーまたはＥビーム照射により露光させてパターンの開口サイズを縮める。また、本発明による微細パターン形成方法ではＡｒＦレジストパターンを熱処理する間に約３０〜１８０℃の温度でＶＵＶ光エネルギーまたはＥビームエネルギーに露出させることによって制御可能かつ再現可能な方法でレジストパターンをフローさせてコンタクトホールのサイズを縮める。本発明によれば、ＣＤ安定性及び再現可能性を向上させながら微細なレジストパターンでの開口サイズを縮めることができるので半導体素子の工程収率及び信頼度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００１７】
本発明は１７２ｎｍ以下の中心波長を有する光エネルギーを利用したＶＵＶ処理またはＥビームエネルギーを利用することによってパターン開口、特にコンタクト及びビアホールのサイズを縮めてエッチング耐性を向上させる方法に関する。ＰＨＰ（Ｐｏｌｙ Ｈｙｄｒｏｘｙ Ｐｈｅｎｏｌ）ポリマーはＫｒＦフォトレジスト組成物に有用に使われるが、中心波長が約１９３ｎｍであるＡｒＦエキシマレーザーからの光エネルギーは低い透過度（高い吸光度）を示すのでＡｒＦフォトレジスト組成物に使用するには一般的に適していない。アクリレートポリマー、ＣＯＭＡポリマー、ポリノルボルネンポリマーまたはＶＥＭＡ（ＶｉｎｙｌＥｔｈｅｒ／Ｍａｌｅｉｃ Ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）は約１９３ｎｍの光エネルギーの透過度及び解像度に優れるのでＡｒＦフォトレジスト組成物に使用するのにさらに適している。しかし、このようなＡｒＦフォトレジスト組成物はそのガラス転移温度Ｔｇが典型的には２００℃以上であってＫｒＦフォトレジスト材料に比べて高くて困難である。この高いＴｇのために、ＡｒＦフォトレジストパターンは、Ｔｄを超過して半導体ウェーハにもっと高い温度を印加しなくてはフローされがたい。
【００１８】
ＡｒＦに関する問題を解決するために本発明の例示的な実施例では、ＶＵＶエキシマレーザーまたはＥビームを使用してＴｇを一時的にもっと低い有効ガラス遷移温度Ｔｇｅｆｆまで低める方法を利用して通常の方法ではフローが不可能なフォトレジストパターンをフローさせる方法を提供する。ＡｒＦフォトレジスト組成物には多様なポリマーバックボーンが使われ、これら大部分のポリマーバックボーンはアルカリ溶液に可溶性のカルボン酸を含む。カルボン酸は生体分子を官能化された表面に付着するなど、化学的付着または１次膜の変形において特に有用な官能基である。アダマンタンのような脂環式基でブロッキングされたカルボン酸は脂環式基が酸により分解可能な保護基として作用するので、一般的にアルカリ溶液に不溶性を示す。酸により分解可能な官能化されたユニットは一般的に水溶液に不溶性であり、したがって、露光されたフォトレジストの非露光領域の現像を遅延させる作用をして得られるレジストパターンでよりバーチカルなプロファイルを提供できる。ＰＡＧ（ＰｈｏｔｏＡｃｉｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）は露光工程中に活性化照射に露出される時に酸を発生させる。酸により分解可能な保護基は露光及びＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）工程後に発生した酸により脱保護される。
【００１９】
特に、フォトレジストの照射に後続するＰＥＢ工程中に、フォトレジスト層の露光部分で形成された酸はフォトレジスト内のポリマーで一連のチェーン破壊及び／または他の化学反応を促進させる。これら反応はポリマー内での構造的反応を発生させ、フォトレジスト膜の露光領域が非露光領域でのフォトレジストよりもアルカリ溶液にもっとよく溶解されるようにする。このようなレジスト膜の露光領域及び非露光領域でのアルカリ溶液に対する溶解度差によってフォトレジスト膜の露光部分を除去することによって露光されたフォトレジスト膜でフォトレジストパターンを現像できる。しかし、ＡｒＦフォトレジストに形成できる最小フィーチャーサイズは相変らず露光エネルギーの波長により制限され、所望のサイズよりももっと大きくなりうる。その結果、フォトレジストパターンの開口サイズを縮めるためにいくつかの現像後工程を要求する。
【００２０】
本発明の例示的な方法は、レジストパターンをＶＵＶ光エネルギーまたはＥビームエネルギーを利用して露光する間にＴｇ及びＴｄ以下の工程温度で前記レジストパターンを加熱してＡｒＦフォトレジストパターンでの開口サイズを縮める手段を提供する。ＶＵＶ光エネルギーまたはＥビームエネルギーはレジストパターンのガラス遷移温度を一時的に低めることによってレジストパターンを流動させてパターン開口サイズを縮めさせる。ＶＵＶエネルギーを印加するにおいて、工程チャンバ内での酸素濃度を低めることによってチャンバ内の雰囲気によりＶＵＶエネルギーが吸収されることを抑制して有機物酸化によりレジスト膜が薄くなることを防止する。ＶＵＶ処理中に露光光源の波長よりももっと短い波長を有するＶＵＶ光エネルギーを使用することによってフォトレジストパターンにエネルギーを入力し、これによってガラス遷移温度を低め、低い温度でレジストを流動させて開口サイズを縮めさせる。
【００２１】
１７２ｎｍ以下の短波長レーザー光はカルボン基によって吸収される傾向があるが、このときポリマーチェーン中のカルボン基が分解されて二酸化炭素を発生し、ポリマーと分解された保護基とからはラジカルが発生し、発生した二酸化炭素はレジストパターンから蒸発し、ラジカルは再結合する。したがって、二酸化炭素が蒸発する間に大きな自由体積が形成され、アダマンタンのような脱保護された酸により分解可能な基はレジスト膜内で一時的により小さな分子を形成する。自由体積の増加及び小さな分子の存在は各々熱可塑剤として作用してフォトレジストパターンの流動性を高める傾向がある。可塑剤とは、あるポリマーに加わった時にそのＴｇを低める傾向がある小さな分子をいう。したがって、熱処理中にフォトレジストポリマーのＴｇは急速に低くなってフォトレジスト膜が通常のＴｇ下のＴｇｅｆｆで流動可能になる。しかし、熱処理中にフォトレジストパターンで発生したラジカルが直ちに他の所に結合される結果によって引き起こされる架橋反応もなされる。フォトレジスト膜で架橋反応が進むにつれてフォトレジストポリマーの最終ガラス遷移温度Ｔｇｆｉｎａｌは元来のＴｇ以上に高まり、残っているフォトレジストパターンの密度及び硬度は高くなる。
【００２２】
もちろん、ポリマー中の可塑剤の形成及び架橋反応の結果として現像後処理中にフォトレジストパターンの特性は変化する。しかし、これら特性変化はフォトレジストパターンのエッチングマスクとしての有効性を下げず、かえって高める。Ｔｄ以下の温度に維持して不要な加熱を避けるために、パターン形成されたウェーハを約３０℃ないし約１８０℃の温度、特に約４０℃ないし８０℃の温度に維持しながらＶＵＶ処理を行える。処理温度はホットプレート、ハロゲンランプまたは他の適した加熱装置を使用して制御できる。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂに示したように、フォトレジストパターンのフロー量は温度に正比例して増加する傾向にある。フォトレジスト膜がフローされた後でフォトレジスト膜は少し薄くなるが、フォトレジスト膜のドライエッチング耐性は高まる。これはドライエッチング耐性を劣化させるものと知られた酸素の含量が減少し、フォトレジスト膜が硬化及び緻密化したからである。本発明の例示的な実施例による１７２ｎｍＶＵＶ処理はＣＤスリミングまたはＬＥＲなしに向上したドライエッチング耐性を有する微細なフォトレジストパターンを形成する方法を提供する。図４及び図５は、ＡｒＦフォトレジストパターンのＶＵＶ処理後に減少したＬＥＲ及びＣＤスリミングに対する耐性の向上を示す。ＡｒＦフォトレジストのＶＵＶ処理を通じて得られた結果と同じ結果をＥビーム処理を通じて達成できる。
【００２４】
本発明による微細なフォトレジストパターン形成方法を本発明の例示的な実施例を説明する一連の例及びこれら多様な実施例と共に達成された結果を通じてより詳細に開示する。例示的な実施例では多様なＡｒＦフォトレジスト、露光、ベーク工程及び現像後処理を含む。各例示的な実施例に関する詳細な事項は次の表１ないし表５に記載されている。
【００２５】
各例において、基板表面上に市販されているＡｒＦフォトレジスト組成物をコーティングしてフォトレジスト層を形成した。各フォトレジスト層を簡単なベークによって乾燥させて約２６００〜２９００Åの厚さを有するフォトレジスト膜を形成した。その後、マスクパターンを使用して露光光源（ＮＡ＝０．７５、σ＝０．７）としてＡｒＦエキシマレーザーによって約２５〜４０ｍＪ／ｃｍ２の露光ドーズ量で前記フォトレジスト膜を露光して露光されたフォトレジスト膜を形成した。
【００２６】
その後、露光されたフォトレジスト膜を熱処理（ベーキング）することによってレジスト膜の露光部で酸を発生させた。酸は触媒として作用してフォトレジスト膜を構成するポリマーの一部を、特にアルカリ溶液に対して向上した溶解度を有する化合物に分解する反応を促進させる。この熱処理は一般的にフォトレジストの露光部内で十分な反応を得るのに必要な時間を縮めるために約５０℃以上の温度で行い、フォトレジスト膜の露光部及び非露光部での分解を防止するか又は減らすために約１８０℃以下の温度で行う。熱処理を行っていない場合には露光された基板を室温で相当時間放置すればフォトレジストの露光部内で十分な反応がなされてパターンが現像される。
【００２７】
露光されたフォトレジスト膜内で十分な反応がなされたならばフォトレジスト膜をアルカリ溶液で処理して現像することによってフォトレジスト膜の露光部で分解された部分を除去してフォトレジストパターンを形成する。アルカリ溶液は例えば、ディッピング、スプレーまたはパッドル方法などの多様な方法によって多様な時間、例えば３０〜１２０秒間印加できる。いずれの場合でも露光されて反応がなされたフォトレジスト膜を現像するのに使われる特定のパラメータは、フォトレジスト膜の非露光部はそのまま残した状態でフォトレジスト膜の露光領域からフォトレジスト及び分解された化合物を実質的に完全に除去するのに十分に設定されなければならない。下の表１ないし表５に反映された特定のフォトレジスト及び処理方法において、フォトレジストパターンの現像はアルカリ性現像液を使用してこれを基板にパッドル方法で印加して約６０秒間現像する方法で行われた。
【００２８】
中性溶液を使用することもあるが、アルカリ溶液を使用すれば現像工程が向上する。現像液として約０．５ｗｔ％ないし約２．５ｗｔ％のＴＭＡＨ溶液を使用できる。ヒドロキシド以外に、１種以上のアルコール及び／または界面活性剤を少量含有することもある。約２．３８ｗｔ％以下のＴＭＡＨアルカリ性溶液が本例で使われたフォトレジスト膜の露光及び非露光部において十分な溶解度差を提供して適切なパターン現像がなされることを確認した。基板の露光部と現像されたフォトレジスト膜（レジストパターン）とを水で洗浄して現像液を除去して乾燥させた。フォトレジストパターンに形成されたコンタクトホールのサイズを測定した結果、約１００ｎｍないし約２２０ｎｍの直径を有することがわかった。
【００２９】
パターンが形成されたウェーハを通常のウェーハ移送システムを使用してＶＵＶ露光及び加熱用ホットプレートチャックへ移送した。ウェーハをホットプレートチャック上に位置させた後、ＶＵＶチャンバをＮ２でパージして酸素濃度を２０ｐｐｍ以下に維持させた。このＮ２パージの途中でホットプレート及び／またはハロゲンランプアセンブリを使用してウェーハを加熱して約３０℃ないし約５０℃の温度に維持させた。ウェーハが工程温度まで昇温され、Ｏ２濃度が十分に低くなった時、Ｘｅ２光源を使用して約０．５Ｊ／ｃｍ２ないし３０Ｊ／ｃｍ２のエネルギーでフォトレジストパターンをＶＵＶ照射に露出させることによってパターンをフローさせ、コンタクト開口サイズを縮めた。縮められたコンタクト開口を再測定してＶＵＶ処理により縮まったサイズ程度を測定した。本例を処理するにおいてＸｅ２光源を使用したが、他のＶＵＶ光源、特にＡｒ２及びＫｒ２光源、またはＥビームソースを使用して処理してもＡｒＦレジストに形成されたコンタクトホールのサイズを縮めることができる。フォトレジスト膜を露光するのに使われる波長よりももっと短い波長を有するＶＵＶ光源を選択することによって本発明による利点を向上させることができる。ＡｒＦエキシマレーザー（約１９３ｎｍ）で露光されるように設計されたＡｒＦフォトレジスト組成物に対して、例えば、Ｘｅ２光源（約１７２ｎｍ）を使用するＶＵＶ処理を行うことによって満足すべき結果を得ることができる。同じく、本例ではＶＵＶチャンバ内部の酸素濃度を２０ｐｐｍ以下に低めるためにＮ２パージを使用したが、他のガスまたはガス混合物、真空ポンプまたはこれらの組み合わせを使用しても同じくＶＵＶ作業をするのに十分な程度に酸素濃度を低めることができる。
【００３０】
例１ないし例４を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１で、１はシプリー社（Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｌｔｄ．）から市販されているＡｒＦフォトレジスト、２はＪＳＲ社から市販されているＡｒＦフォトレジスト、３は信越化学工業から市販されているＡｒＦフォトレジスト、そして４はＰＥＢを示す。
【００３３】
例５ないし例８を表２に示す。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
表２で、５はＴＯＫ社（ＴＯＫ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）から市販されているＡｒＦフォトレジスト、６はドンジン社（Ｄｏｎｇｊｉｎ Ｓｅｍｉｃｈｅｍ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）から市販されているＡｒＦフォトレジスト、７はクラリアント社（Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｆｉｎａｎｃｅ（ＢＶ１）Ｌｔｄ．）から市販されているＡｒＦフォトレジスト、そして８はクラリアント社から市販されているＡｒＦフォトレジストを示す。
【００３６】
例９ないし例１２を表３に示す。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
表３で、９は住友電装から市販されているＡｒＦフォトレジストを示す。
【００３９】
例１３ないし例１６を表４に示す。
【００４０】
【表４】
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【００４１】
例１７及び例１８を表５に示す。
【００４２】
【表５】
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【００４３】
以上、本発明の例示的な実施例を詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想及び範囲内で当業者によりいろいろな変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明による微細パターン形成方法は、パターンのＣＤ安定性及び再現可能性が向上して微細なレジストパターンにおける開口サイズを縮めることができるので、印刷回路基板または所定の層上に良好なプロファイルを有しつつ半導体素子において要求される特性を備えた極微細なレジストパターンを形成するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来のパターン形成工程を利用する時にＳＥＭにより引き起こされるＣＤスリミング効果を示す図面である。
【図２】従来のパターン形成工程によって形成されたレジストパターン上で反復されるＳＥＭ測定中に観測されたＣＤスリミングを示すグラフである。
【図３Ａ】本発明の例示的な実施例によってフォトレジストパターンのＣＤ測定値変化を温度の関数として示すグラフである。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施例によってフォトレジストパターンのフロー量変化を温度の関数として示すグラフである。
【図４】本発明の例示的な実施例によってレジストパターンのＬＥＲをＶＵＶ処理時間の関数として示すグラフである。
【図５】本発明の例示的な実施例及び従来の技術によるパターン形成方法によって反復されるＳＥＭ測定中に発生するＣＤスリミングに対する耐性をＶＵＶ処理条件によって示すグラフである。
【図６】本発明の例示的な実施例による方法を説明するための工程フローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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