(57)【要約】【課題】  レジストのドライエッチング耐性を向上させつつ、微細なホールパターンを形成することができるパターン形成方法を得る。【解決手段】  被エッチング膜上に第１のレジスト膜を形成する工程と、第１のレジスト膜をパターニングする工程と、第１のレジスト膜上に第２のレジスト膜を形成する工程と、第１のレジスト膜の上面が露出するまで第２レジストをエッチバックする工程と、第１のレジスト膜は感光され、第２のレジスト膜は感光されないような波長を有する光を用いて全面露光する工程と、第１のレジスト膜の感光した部分を除去する工程と、第１のレジスト膜の残された部分と第２のレジスト膜をマスクとして、被エッチング膜をパターニングする工程とを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング膜上に第１のレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第１のレジスト膜上に第２のレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のレジスト膜の上面が露出するまで前記第２レジストをエッチバックする工程と、
前記第１のレジスト膜は感光され、前記第２のレジスト膜は感光されないような波長を有する光を用いて全面露光する工程と、
前記第１のレジスト膜の感光した部分を除去する工程と、
前記第１のレジスト膜の残された部分と前記第２のレジスト膜をマスクとして、前記被エッチング膜をパターニングする工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
第１のレジスト膜として、波長１５７ｎｍの光に対する吸収係数が１〜２／μｍであるレジストを用い、
第２のレジスト膜として、波長１５７ｎｍの光に対する吸収係数が８／μｍ以上であるレジストを用い、
前記光として波長１５７ｎｍの光を用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】
第２のレジスト膜として、ノボラック系樹脂又はポリヒドロキシスチレン系樹脂を用いることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィにより被エッチング膜をパターニングするパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体微細加工のためのフォトレジストを用いた微細パターン形成では、微細化の進展に合わせて年々露光に用いる光の波長が短くなっている。既にＡｒＦレーザ光（露光波長１９３ｎｍ）が量産に用いられ、次世代プロセス用としてＦ２レーザ光（露光波長１５７ｎｍ）の検討が進んでいる。
【０００３】
この１５７ｎｍ光に用いるレジストは、光の吸収を低減するためフッ素を含有することが知られている。一方、フッ素を含有することでドライエッチング耐性が劣るという欠点がある。これらの問題をクリアしつつ現在、ライン系の解像度は６０ｎｍ程度が得られており、下地加工に必要な膜厚も確保できている。また、ホール系のパターン形成方法についても種々のものが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−５３０６０号公報
【特許文献２】特開平３−１３６２３３号公報
【特許文献３】特開平７−１１１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ホール系については、ステッパの解像性能が得られず、微細化が非常に困難となっている。また、ライン系と比較して被エッチング膜が厚膜となるため、必要とされるレジスト膜厚もライン系より厚膜が要求されている。そのためにホール系の微細パターン形成については、レジストの熱流動によるシュリンク法やＳｉ含有レジストを用いた２層プロセス法などが提案されている。しかし、これらの方法を用いてもホール系の解像度は８０ｍｍ程度にとどまっている。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、レジストのドライエッチング耐性を向上させつつ、微細なホールパターンを形成することができるパターン形成方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るパターン形成方法は、被エッチング膜上に第１のレジスト膜を形成する工程と、第１のレジスト膜をパターニングする工程と、第１のレジスト膜上に第２のレジスト膜を形成する工程と、第１のレジスト膜の上面が露出するまで第２レジストをエッチバックする工程と、第１のレジスト膜は感光され、第２のレジスト膜は感光されないような波長を有する光を用いて全面露光する工程と、第１のレジスト膜の感光した部分を除去する工程と、第１のレジスト膜の残された部分と第２のレジスト膜をマスクとして、被エッチング膜をパターニングする工程とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、レジストのドライエッチング耐性を向上させつつ、微細なホールパターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法を図１を参照しながら説明する。
【００１０】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１１上に被エッチング膜となるシリコン酸化膜１２をＣＶＤ法により４００ｎｍ堆積する。
【００１１】
次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１２上に有機系反射防止膜１３を形成する。この有機系反射防止膜１３は、波長１５７ｎｍの光と下地膜であるシリコン酸化膜１２に最適化している。
【００１２】
次に、有機系反射防止膜１３上に第１のレジスト膜であるフッ素含有レジスト膜１４をスピン塗布により膜厚２００ｎｍ形成する。ここで、フッ素含有レジスト膜１４として、ポジ型であって１５７ｎｍ光を用いた場合にレジストボトム部での透過率が５０％程度となるように、波長１５７ｎｍの光に対する吸収係数が１〜２／μｍである化学増幅型レジストを用いる。ただし、波長１５７ｎｍの光に対する吸収係数が１．５／μｍである化学増幅型レジストを用いるのが好ましい。
【００１３】
次に、図１（ｃ）に示すように、フッ素含有レジスト膜１４をパターニングする。具体的には次のようにする。まず、熱処理を行った後、フォトマスクを介して１５７ｎｍ光で露光する。この際、フォトマスクとして、後にホールを形成する部分がＣｒにより遮光されているパターンを有するものを用いる。露光後にＰＥＢを行い、アルカリに可溶としたあとＴＭＡＨ水溶液により現像してフッ素含有レジスト膜１４を形成する。これにより、後にホールを形成する部分上にフッ素含有レジスト膜１４が残る。なお、フッ素含有レジスト膜１４は、光の透過率が低いため断面形状はテーパーとなり、倒れを抑制できる。
【００１４】
次に、図１（ｄ）に示すように、フッ素含有レジスト膜１４上に第２のレジスト膜として、エッチング耐性に優れているノボラック系レジスト膜１５をスピン塗布により膜厚３００ｎｍ形成する。その後、熱処理を行う。ここで、第２のレジスト膜として、ノボラック系樹脂の代わりに、ポリヒドロキシスチレン系樹脂等のベンゼン環を含む他の樹脂を用いることができる。
【００１５】
次に、図２（ａ）に示すように、フッ素含有レジスト膜１４の上面が露出するまで、ノボラック系レジスト膜１５をＮ２／０２ガスプラズマによりエッチバックする。
【００１６】
次に、図２（ｂ）に示すように、波長１５７ｎｍの光で全面露光する。ここで、フッ素含有レジスト膜１４は、１５７ｎｍ光で感光するが、ノボラック系レジスト膜１５は、１５７ｎｍ光では感光しない。また、ノボラック系レジスト膜１５は、波長１５７ｎｍの光に対する吸収係数が８／μｍ以上あるため、フッ素含有レジスト膜１４の上面での露出部以外が感光することもない。従って、フッ素含有レジスト膜１４の上面及びその下部領域１６のみが感光してアルカリに可溶となる。
【００１７】
次に、図２（ｃ）に示すように、再度ＰＥＢ（post exposure bake）を行った後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）水溶液により現像する。これにより、フッ素含有レジスト膜１４の上面及びその下部領域１６を除去し、開口部１７を形成する。
【００１８】
最後に、フッ素含有レジスト膜１４の残された部分とノボラック系レジスト膜１５をマスクとして、シリコン酸化膜１２をパターニングして、ホール１８を形成する。
【００１９】
以上のように、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法では、解像性に優れるがドライエッチング耐性に劣る１５７ｎｍフッ素含有レジスト膜１４と、ドライエッチング耐性に優れるが解像性が低いノボラック系レジスト膜１５を組み合わせている。これにより、最終的に形成されるホール１８の径はフッ素含有レジスト膜１４の上面の径で決まるため、微細なホールを開口することができる。また、表面をエッチング耐性に優れたノボラック系樹脂で覆うことで全体としてドライエッチング耐性の向上が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るパターン形成方法の断面図（前半）である。
【図２】本発明の実施の形態に係るパターン形成方法の断面図（後半）である。
【符号の説明】
【００２１】
１１  シリコン基板
１２  シリコン酸化膜（被エッチング膜）
１３  有機系反射防止膜
１４  フッ素含有レジスト膜（第１のレジスト膜）
１５  ノボラック系レジスト膜（第２のレジスト膜）
１６  フッ素含有レジスト膜の上面及びその下部領域
１７  開口部
１８  ホール
【図１】
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【図２】
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