(57)【要約】【課題】  本発明は、有機反射防止膜から露光時に発生したアウトガスによるパターン剥がれやパターン形状の劣化を防いだ新規なパターン形成方法を提供すること目的とする。【解決手段】  本発明は、Ｆ２リソグラフィにＢＡＲＣ法を適用するプロセスにおいて、有機反射防止膜１１から露光時に発生したアウトガスによるパターン剥がれやパターン形状の劣化を防ぎ、かつ、露光時に発生したレジスト中の酸の有機反射防止膜１１への拡散を防ぐような有機材料膜１１を、有機反射防止膜とレジストの間に形成したパターン形成方法である。【選択図】  図１
2005223288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工すべき下地膜上に第１の有機材料膜を形成し、その後ベークする第１のベーク工程と、前記第１の有機材料膜上に第２の有機材料膜を形成し、その後ベークする第２のベーク工程と、前記第２の有機材料膜上に第３の有機材料膜を形成し、その後ベークする第３のベーク工程と、前記第３の有機材料膜においてフォトマスクを介して単一波長で露光し、その後ベークする第４のベーク工程と、前記第３の有機材料膜を現像により第３の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第３の有機材料膜のパターンをマスクとして、前記第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び前記下地膜をエッチングする工程を備えたパターン形成方法において、前記第１の有機材料膜は前記下地層からの露光光の反射を抑制する膜であり、前記第２の有機材料膜は前記第１の有機材料膜から露光時に発生したアウトガスを封じ込める薄膜であることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第２の有機材料膜は、前記第１の有機材料膜から露光時に発生したアウトガスを封じ込め、前記第３の有機材料膜の形状劣化を防止する薄膜であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
加工すべき下地膜上に第１の有機材料膜を形成し、その後ベークする第１のベーク工程と、前記第１の有機材料膜上に第２の有機材料膜を形成し、その後ベークする第２のベーク工程と、前記第２の有機材料膜上に第３の有機材料膜を形成し、その後ベークする第３のベーク工程と、前記第３の有機材料膜においてフォトマスクを介して単一波長で露光し、その後ベークする第４のベーク工程と、前記第３の有機材料膜を現像により第３の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第３の有機材料膜のパターンをマスクとして、前記第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び前記下地膜をエッチングする工程を備えたパターン形成方法において、前記第１の有機材料膜は前記下地層からの露光光の反射を抑制する膜であり、前記第２の有機材料膜は前記第１の有機薄膜からの露光時に発生したアウトガスを封じ込める薄膜であって、前記第３の有機材料膜の露光時にその膜に発生した酸をベーク時に前記第１の有機材料膜に拡散するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
加工すべき下地膜上に第１の有機材料膜を形成し、その後ベークする第１のベーク工程と、前記第１の有機材料膜上に第２の有機材料膜を形成し、その後ベークする第２のベーク工程と、前記第２の有機材料膜上に第３の有機材料膜を形成し、その後ベークする第３のベーク工程と、前記第３の有機材料膜においてフォトマスクを介して単一波長で露光し、その後ベークする第４のベーク工程と、前記第３の有機材料膜を現像により第３の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第３の有機材料膜のパターンをマスクとして、前記第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び前記下地膜をエッチングする工程を備えたパターン形成方法において、前記第１の有機材料膜は前記下地層からの露光光の反射を抑制する膜であり、前記第２の有機材料膜は薄膜であるが、前記第３の有機材料膜の露光時中に発生した酸を前記ベーク時に前記第１の有機材料膜に拡散するようにし、前記第３の有機材料膜で形成されるパターン形状が劣化するのを防止するようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１の有機材料膜は、前記第１の有機材料膜の上面反射を低減する程度に前記第１の有機材料膜の単一波長での透明性は低く、かつ、前記第２の有機材料膜よりエッチング耐性が低い有機膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第２の有機材料膜は、膜密度を１．１〜１．３ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１乃至４記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記単一波長が２４８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記単一波長が１９３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記単一波長が１５７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５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、下地膜に対して十分なドライエッチング耐性を有し、かつ、微細なレジストパターンを矩形形状で再現性良く形成可能なパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造においてキーテクノロジーであるリソグラフィプロセスにおいて、現在、下地基板からの露光光の反射を抑制するプロセスが必須となっている。
現在、半導体デバイスの量産で適用されている波長２４８ｎｍのエキシマレーザーを用いたＫｒＦリソグラフィや波長１９３ｎｍのＡｒＦリソグラフィでは、有機材料をフォトレジスト下層に形成し反射を抑制する方法（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｏｎｇ，ＢＡＲＣ法）が多く用いられている。次にＢＡＲＣ法について説明する。
【０００３】
図２に、従来からのＢＡＲＣ法を用いたパターン形成プロセスフローにおける基板の工程断面図を示す。  
図２（ａ）では、まず、シリコン基板２１上の加工すべき下地膜２２上に、反射を防止する有機材料の反射防止膜２３を塗布する。
図２（ｂ）では、その反射防止膜２３上にフォトレジスト２４を塗布し、所望のパターンが描かれたフォトマスク２５を介して露光を行う。
図２（ｃ）では、現像によって所望のフォトレジストパターン２６を形成する。
図２（ｄ）では、その所望のフォトレジストパターン２６によって、反射防止膜２３をエッチングすることによって反射防止膜パターン２７を形成する。
図２（ｅ）では、その所望のフォトレジストパターン２６によって、さらに下地膜２２をエッチングすることによって下地膜パターン２８を形成する。
図２（ｆ）では、フォトレジストパターン２６及び反射防止膜パターン２７を酸素プラズマにより除去し、所望の下地膜パターン２８を得ることができる。
【０００４】
ＡｒＦリソグラフィの次世代技術として期待されている、波長１５７ｎｍのＦ２リソグラフィにおいて、有望視されているフッ素含有レジストは高い透明性を有しているが、従来のリソグラフィ技術で用いられてきたレジストよりも膜密度が低く、露光によって発生した触媒、例えば酸（Ｈ＋）の一部が有機反射防止膜へ拡散し、レジストと有機反射防止膜界面での触媒濃度が低くなり、レジストパターン形状が悪化するという問題が生じる。
また、有機反射防止膜から露光時に発生したアウトガスがレジストと有機反射防止膜界面に広がり、界面での触媒濃度の低下によるパターン形状の悪化やレジストと有機反射防止膜の密着性の劣化を引き起こしパターン剥がれの問題が生じる。
【０００５】
また、従来、反射防止膜とレジスト膜との間にバリア膜を形成した例がある（特許文献１参照）。しかしながら、このバリア膜は、反射防止膜とレジストの化学的な相互作用を遮断する膜であり、アウトガスを防ぐためのバリア膜ではない。
【０００６】
なお、ＢＡＲＣからアウトガスが出る例として、２００３フォトポリマーコンファレンスにて発表した論文（非特許文献１参照）のＦｉｇ７に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−８０７５５号公報
【０００８】
【非特許文献１】Ｓ．Ｉｒｉｅ，Ｍ．Ｓｈｉｇｅｍａｔｓｕ，Ｒ．Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｋ．Ｍｉｚｕｓａｗａ，Ｙ．Ｎａｋａｊｉｍａ，ａｎｄ  Ｔ．Ｉｔａｎｉ，Ｊ．Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１６（２００３）５６５．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上説明したように、従来のパターン形成方法では、レジストパターン形状が悪化したり、パターン剥がれが生ずるなどの問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、有機反射防止膜から露光時に発生したアウトガスによるパターン剥がれやパターン形状の劣化を防いだ新規なパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、Ｆ２リソグラフィにＢＡＲＣ法を適用するプロセスにおいて、有機反射防止膜から露光時に発生したアウトガスによるパターン剥がれやパターン形状の劣化を防ぎ、かつ、露光時に発生したレジスト中の酸の有機反射防止膜への拡散を防ぐような有機材料膜を、有機反射防止膜とレジストの間に形成したパターン形成方法である。
【００１２】
具体的に、本発明の一つは、加工すべき下地膜上に第１の有機材料膜を形成し、その後ベークする第１のベーク工程と、前記第１の有機材料膜上に第２の有機材料膜を形成し、その後ベークする第２のベーク工程と、前記第２の有機材料膜上に第３の有機材料膜を形成し、その後ベークする第３のベーク工程と、前記第３の有機材料膜においてフォトマスクを介して単一波長で露光し、その後ベークする第４のベーク工程と、前記第３の有機材料膜を現像により第３の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第３の有機材料膜のパターンをマスクとして、前記第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び前記下地膜をエッチングする工程を備えたパターン形成方法において、前記第１の有機材料膜は前記下地層からの露光光の反射を抑制する膜であり、前記第２の有機材料膜は前記第１の有機材料膜から露光時に発生したアウトガスを封じ込める薄膜であることを特徴とするパターン形成方法である。
【００１３】
もう一つの本発明は、加工すべき下地膜上に第１の有機材料膜を形成し、その後ベークする第１のベーク工程と、前記第１の有機材料膜上に第２の有機材料膜を形成し、その後ベークする第２のベーク工程と、前記第２の有機材料膜上に第３の有機材料膜を形成し、その後ベークする第３のベーク工程と、前記第３の有機材料膜においてフォトマスクを介して単一波長で露光し、その後ベークする第４のベーク工程と、前記第３の有機材料膜を現像により第３の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第３の有機材料膜のパターンをマスクとして、前記第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び前記下地膜をエッチングする工程を備えたパターン形成方法において、前記第１の有機材料膜は前記下地層からの露光光の反射を抑制する膜であり、前記第２の有機材料膜は前記第１の有機薄膜からの露光時に発生したアウトガスを封じ込める薄膜であって、前記第３の有機材料膜の露光時にその膜に発生した酸をベーク時に前記第１の有機材料膜に拡散するようにしたことを特徴とするパターン形成方法である。
【００１４】
さらにもう一つの本発明は、加工すべき下地膜上に第１の有機材料膜を形成し、その後ベークする第１のベーク工程と、前記第１の有機材料膜上に第２の有機材料膜を形成し、その後ベークする第２のベーク工程と、前記第２の有機材料膜上に第３の有機材料膜を形成し、その後ベークする第３のベーク工程と、前記第３の有機材料膜においてフォトマスクを介して単一波長で露光し、その後ベークする第４のベーク工程と、前記第３の有機材料膜を現像により第３の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第３の有機材料膜のパターンをマスクとして、前記第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び前記下地膜をエッチングする工程を備えたパターン形成方法において、前記第１の有機材料膜は前記下地層からの露光光の反射を抑制する膜であり、前記第２の有機材料膜は薄膜であるが、前記第３の有機材料膜の露光時中に発生した酸を前記ベーク時に前記第１の有機材料膜に拡散するようにし、前記第３の有機材料膜で形成されるパターン形状が劣化するのを防止するようにしたことを特徴とするパターン形成方法である。
【００１５】
なお、上述した本発明において、上記第１の有機材料膜は、前記第１の有機材料膜の上面反射を低減する程度に前記第１の有機材料膜の単一波長での透明性は低く、かつ、前記第２の有機材料膜よりエッチング耐性が低い有機膜であることが望ましく、前記第２の有機材料膜は、膜密度を１．１〜１．３ｇ／ｃｍ３であること望ましい。
また、前記単一波長は２４８ｎｍ以下が望ましく、１９３ｎｍ以下または１５７ｎｍ以下が良い。
【００１６】
（作用）
上述した本発明を用いることによって、有機反射防止膜から露光時に発生したアウトガスによるパターン剥がれやパターン形状の劣化を防ぎ、かつ、露光時に発生したレジスト中の酸の有機反射防止膜への拡散を防ぎ、矩形形状のレジストパターンを再現性良く形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、Ｆ２リソグラフィにＢＡＲＣ法を適用するプロセスにおいて、有機反射防止膜から露光時に発生したアウトガスによるパターン剥がれやパターン形状の劣化を防ぎ、かつ、露光時に発生したレジスト中の酸の有機反射防止膜への拡散を防ぐような有機材料膜を、有機反射防止膜とレジストの間に形成することによって、矩形形状のレジストパターンを再現性良く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】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
本発明の実施形態におけるパターン形成プロセスの工程につき、その断面断面図を図１に示す。
【００２０】
図１（ａ）では、加工すべき下地膜、例えば７０ｎｍ世代のトランジスタのゲート電極として用いる５０ｎｍのタングステン金属膜１１上に、反射を防止するための有機材料である反射防止膜１２を３０ｎｍ膜厚で塗布し、２０５℃  ６０ｓｅｃの条件でベーキングする。
さらに、反射防止膜１２上に、例えば、従来のＫｒＦリソグラフィ技術で用いている市販品のノボラックポリマーをベースとした有機反射防止膜（例えばＤＵＶ３０Ｊ；ブリューワ製）を５〜１０ｎｍまで薄膜にした有機材料膜１３を塗布し、２０５℃  ６０ｓｅｃの条件でベーキングする。
その上に、Ｆ２（波長１５７ｎｍ）リソグラフィ用のフォトレジスト１４を２００ｎｍ膜厚で塗布し、１１０℃  ６０ｓｅｃの条件でベーキングする。この有機材料膜１３は、従来のＫｒＦリソグラフィ技術で実用的に用いられている有機反射防止膜であり、ノボラックポリマーをベースとしており光安定性が高く、１５７ｎｎｍ波長での照射においてもアウトガスは発生しない。
さらに、ノボラックポリマーは膜密度が高いためレジストから発生した酸が反射防止膜１０に拡散することを防ぎ、ＤＵＶ３０Ｊ上ではほとんど全てのＦ２リソグラフィ用のフッ素含有レジストが裾を引くことなく矩形状にパターニングできる。
【００２１】
このプロセスで用いている反射防止膜１２は１５７ｎｍの波長において、３０ｎｍ膜厚で下地のタングステン金属膜１１からの反射光を抑制できる程度の消衰係数ｋを有しかつ、図１（ｄ）で行われるドライエッチングでのエッチングレートが高いアクリルポリマーであり、ｋ値は０．３０以上０．５０以下ある。
【００２２】
図１（ｂ）では、所望のゲートパターンを加工するために必要なフォトマスク２５を介してＦ２露光装置を用いて露光を行い、１１０℃  ６０ｓｅｃの条件でベーキングを行う。
【００２３】
図１（ｃ）では、フォトマスク２５を介して露光されたフォトレジスト領域を２．３８％濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）現像液により溶解し、ゲート電極を加工するためのマスクとしての７０ｎｍサイズのフォトレジストパターン１５を形成する。
【００２４】
図１（ｄ）では、フォトレジストパターン１５をマスクにして、反射防止膜１２及び有機材料膜１３をＣＦ４／Ｏ２系ガスを用いて連続してドライエッチングを行い矩形形状のフォトレジストパターン１５を形成する。
有機材料膜１１はノボラックポリマーをベースにしているためドライエッチングレートが低いが、５〜１０ｎｍの薄膜で使用すれば、ドライエッチング後も充分なレジスト膜厚を有した状態でドライエッチング工程を終えることができる。
【００２５】
図１（ｅ）では、矩形形状に形成されたフォトレジストパターン１５をマスクにして下地基板であるタングステン金属膜１１をＳＦ６／Ｎ２系ガスを用いてエッチングすることによって微細かつ矩形形状のタングステン金属膜パターン１６を形成することができる。
【００２６】
図１（ｆ）では、反射防止膜１２及び有機材料膜１３、フォトレジストパターン１５を酸素プラズマにより除去し、幅７０ｎｍで５０ｎｍ膜厚の微細なゲート電極１７を形成することができる。
【００２７】
以上のように反射防止膜とレジストの間に、有機反射防止膜から露光時に発生したアウトガスによるパターン剥がれやパターン形状の劣化を防ぎ、かつ、露光時に発生したレジスト中の酸の有機反射防止膜への拡散を防ぐような有機材料膜を形成することにより、矩形形状のレジストパターンを再現性良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態における新規パターン形成プロセスを説明するための工程断面図。
【図２】従来のＢＡＲＣ法を用いたパターン形成プロセスを説明するための工程断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１１  タングステン金属膜
１２  本発明における反射防止膜
１３  本発明における有機材料膜
１４  Ｆ２リソグラフィ用レジスト
１５  Ｆ２リソグラフィ用レジストで形成したフォトレジストパターン
１６  タングステンで形成した金属膜パターン
１７  ゲート電極
２１  シリコン基板
２２  下地基板
２３  従来技術における反射防止膜
２４  従来技術におけるフォトレジスト
２５  フォトマスク
２６  従来技術におけるフォトレジストパターン
２７  従来技術における反射防止膜パターン
２８  従来技術における下地基板パターン
【図１】
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【図２】
2005223288.tif 000004