(57)【要約】      （修正有）【課題】被加工部材に微細なパターンを精確に形成することのできるパターン形成方法を提供する。【解決手段】一実施の形態によるパターン方法は、被加工部材１上の第１の膜上に第１の貫通溝を有するハードマスク３を形成する工程と、前記第１の膜および前記ハードマスク３上にフォトレジスト５を形成する工程と、前記フォトレジスト５と前記第１の膜を反応させて前記フォトレジスト５中に変質部を形成する工程と、現像処理により前記フォトレジスト５の前記変質部以外の部分を除去する工程と、前記現像処理後に前記ハードマスクに第２の貫通溝を形成する工程と、前記第１および第２の貫通溝を有するハードマスク３をマスクとして用いて被加工部材をエッチングする工程とを含む。【選択図】図１Ｂ
2012069756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工部材上の第１の膜上に、第１の貫通溝を有し、前記第１の貫通溝のパターンがスペースパターンである第１のラインアンドスペースパターンを有するハードマスクを形成する工程と、
前記第１の貫通溝の底で前記第１の膜と接触するように、前記第１の膜および前記ハードマスク上にフォトレジストを形成する工程と、
加熱処理により、前記フォトレジストと前記第１の膜を反応させて、前記ハードマスク上の部分が第２のラインアンドスペースパターンを有する変質部を前記フォトレジスト中に形成する工程と、
現像処理により、前記フォトレジストの前記変質部以外の部分を除去する工程と、
前記現像処理後、前記変質部をマスクとして用いて前記ハードマスクをエッチングし、前記ハードマスクに前記第２のラインアンドスペースパターンのスペースパターンと一致するパターンを有する第２の貫通溝を形成する工程と、
前記第１および第２の貫通溝を有するハードマスクをマスクとして用いて被加工部材をエッチングする工程と、
を含むパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１の膜は窒素を含む膜であり、
前記フォトレジストはポジ型のフォトレジストであり、
前記変質部は、前記フォトレジストが前記第１の膜から拡散する窒素と反応することにより形成され、
前記現像処理は、前記フォトレジストに露光処理を施した後に行われる、
請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第１の膜は熱酸発生剤を含み、
前記フォトレジストはネガ型のフォトレジストであり、
前記変質部は、前記フォトレジストが前記第１の膜から発生する酸と反応することにより形成される、
請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記ハードマスクの前記第１のラインアンドスペースパターンの寸法の測定値に基づいて前記変質部の前記第２のラインアンドスペースパターンの寸法を調節する、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記加熱処理を減圧チャンバー内の減圧条件下で行う、
請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、露光装置の解像度限界よりも小さいピッチのパターンを形成するリソグラフィ技術として、ダブルパターニング法が知られている。しかし、２つの異なるフォトマスクを用いる従来のダブルパターニング法によれば、１度目のパターニングと２度目のパターニングの合わせずれが発生するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、被加工部材に微細なパターンを精確に形成することのできる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】
【０００５】
一実施の形態によるパターン方法は、被加工部材上の第１の膜上に第１の貫通溝を有するハードマスクを形成する工程と、前記第１の膜および前記ハードマスク上にフォトレジストを形成する工程と、変質部を前記フォトレジスト中に形成する工程と、現像処理により前記フォトレジストの前記変質部以外の部分を除去する工程と、前記現像処理後に前記ハードマスクに第２の貫通溝を形成する工程と、前記第１および第２の貫通溝を有するハードマスクをマスクとして用いて被加工部材をエッチングする工程とを含む。前記ハードマスクは、前記第１の貫通溝のパターンがスペースパターンである第１のラインアンドスペースパターンを有する。前記フォトレジストは、前記第１の貫通溝の底で前記第１の膜と接触するように形成される。前記変質部は、加熱処理により前記フォトレジストと前記第１の膜が反応することにより形成される。前記変質部の前記ハードマスク上の部分は、第２のラインアンドスペースパターンを有する。前記第２の貫通溝は、前記変質部をマスクとして用いて前記ハードマスクをエッチングすることにより形成される。前記第２の貫通溝は、前記第２のラインアンドスペースパターンのスペースパターンと一致するパターンを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係るパターン形成工程を示す斜視図。
【図１Ｂ】（ｄ）〜（ｆ）は、第１の実施の形態に係るパターン形成工程を示す斜視図。
【図１Ｃ】（ｇ）、（ｈ）は、第１の実施の形態に係るパターン形成工程を示す斜視図。
【図２Ａ】（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係るパターン形成工程を示す斜視図。
【図２Ｂ】（ｄ）〜（ｆ）は、第２の実施の形態に係るパターン形成工程を示す斜視図。
【図２Ｃ】（ｇ）は、第２の実施の形態に係るパターン形成工程を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１の実施の形態〕
図１Ａ（ａ）〜（ｃ）、図１Ｂ（ｄ）〜（ｆ）、図１Ｃ（ｄ）、（ｅ）は、第１の実施の形態に係るパターン形成工程を示す斜視図である。
【０００８】
まず、図１Ａ（ａ）に示すように、被加工部材１上に窒素含有膜２とハードマスク３を積層し、ラインアンドスペースパターンを有するレジスト４をハードマスク３上に形成する。ここで、レジスト４のラインアンドスペースパターンを第１のラインアンドスペースパターンとし、そのライン部をＬ１、スペース部をＳ１として図示する。
【０００９】
被加工部材１は、例えば、配線材料膜や、ゲート材料膜、加工対象上のハードマスク、半導体基板である。また、被加工部材１は、複数の層からなる膜でもよく、例えば、フラッシュメモリのスタックゲート構造を構成するコントロール電極膜、電極間絶縁膜、フローティングゲート電極膜であってもよい。
【００１０】
窒素含有膜２は、窒素を含む材料からなる。例えば、ＳｉＣＮＨ、ＳｉＮＨ等のアミンを含む材料を窒素含有膜２の材料として用いることができる。
【００１１】
ハードマスク３は、窒素を含まない材料からなる。また、ハードマスク３は、窒素含有膜２に含まれる窒素を吸着しにくい高密度の材料であることが好ましい。ハードマスク３は、被加工部材１および窒素含有膜２に対する高いエッチング選択性を有することが好ましい。
【００１２】
窒素含有膜２およびハードマスク３は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成される。レジスト４は、塗布法等により成膜された後、フォトリソグラフィ法等によりパターニングされる。
【００１３】
次に、図１Ａ（ｂ）に示すように、レジスト４をマスクとして用いてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等によりハードマスク３をエッチングし、第１のラインアンドスペースパターンをハードマスク３に転写する。これにより、ハードマスク３に貫通溝３ａが形成される。貫通溝３ａのパターンは、第１のラインアンドスペースパターンのスペースパターンと一致する。ハードマスク３にパターンを転写した後、残ったレジスト４を除去する。
【００１４】
ハードマスク３にパターンを転写した後、走査電子型顕微鏡寸法測定器等により、ハードマスク３の第１のラインアンドスペースパターンの寸法を測定してもよい。
【００１５】
次に、図１Ａ（ｃ）に示すように、ハードマスク３の貫通溝３ａを満たすように窒素含有膜２およびハードマスク３上にポジレジスト５を形成する。ポジレジスト５は、貫通溝３ａの底で窒素含有膜２と接触する。ポジレジスト５は、現像液に対して不溶性であり、露光されることにより現像液に対して可溶性に変化するポジ型のフォトレジストである。
【００１６】
次に、図１Ｂ（ｄ）に示すように、加熱処理により窒素含有膜２とポジレジスト５を反応させてポジレジスト５中に不溶部６ａを形成する。
【００１７】
不溶部６ａは、ポジレジスト５が窒素含有膜２から拡散する窒素と反応することにより形成されるポジレジスト５の変質部であり、現像液に対して不溶性である。ただし、完全に不溶性でなくてもよく、少なくとも後述する可溶部６ｂよりも現像液に対する耐性が高い。この反応は、貫通溝３ａの底の窒素含有膜２とポジレジスト５の接触部分から生じ、貫通溝３ａ内で上方に進行し、貫通溝３ａより上ではポジレジスト５内の全方向に進行する。
【００１８】
このため、図１Ａ（ｄ）に示されるように、不溶部６ａの貫通溝３ａより上の部分の、ラインアンドスペースパターンのライン方向に直交する方向の断面形状は半円のようになる。
【００１９】
ここで、不溶部６ａの貫通溝３ａより上の部分が有するラインアンドスペースパターンを第２のラインアンドスペースパターンとし、そのライン部をＬ２、スペース部をＳ２として図示する。
【００２０】
スペース部Ｓ２の中心位置は両側のスペース部Ｓ１の中間に自己整合的に定まるため、スペース部Ｓ１とスペース部Ｓ２の合わせずれの問題は生じない。
【００２１】
この第２のラインアンドスペースパターンの寸法（ライン部Ｌ２の幅とスペース部Ｓ２の幅の比）を調節するため、加熱温度、加熱時間、ポジレジスト５の厚さ、ハードマスク３の厚さ、または窒素含有膜２の窒素濃度等を調節することにより反応の進行を制御する。例えば、最終的にハードマスク３に等間隔のラインアンドスペースパターンを形成する場合は、スペース部Ｓ２の幅をスペース部Ｓ１の幅に一致させる。
【００２２】
また、図１Ａ（ｂ）に示されるハードマスク３にパターンを転写する工程の後に測定したハードマスク３の第１のラインアンドスペースパターンの寸法に基づいて、不溶部６ａの第２のラインアンドスペースパターンの寸法を調整してもよい。
【００２３】
また、減圧チャンバー内において減圧条件下で加熱処理を行ってもよい。例えば、１０１０ｈＰａ以下の減圧条件下で加熱処理を行うことができる。減圧条件下で加熱処理を行うことより、ポジレジスト５と窒素含有膜２に含まれる窒素との反応を促進させることができる。
【００２４】
次に、図１Ｂ（ｅ）に示すように、ポジレジスト５の全面に露光処理を施し、ポジレジスト５の不溶部６ａ以外の領域を変質させて可溶部６ｂを形成する。可溶部６ｂは、露光によりポジレジスト５に形成される変質部であり、現像液に対して可溶性である。
【００２５】
なお、加熱処理の前に露光処理を行ってもよい。この場合、露光処理によりポジレジスト５の全体に可溶部６ｂを形成した後、加熱処理により可溶部６ｂ中に不溶部６ａを形成する。
【００２６】
次に、図１Ｂ（ｆ）に示すように、現像処理により可溶部６ｂを除去する。
【００２７】
次に、図１Ｃ（ｇ）に示すように、不溶部６ａをマスクとして用いてＲＩＥ法等によりハードマスク３をエッチングし、不溶部６ａの第２のラインアンドスペースパターンをハードマスク３に転写する。これによりハードマスク３に貫通溝３ｂが形成される。貫通溝３ｂのパターンは、第２のラインアンドスペースパターンのスペースパターンと一致する。
【００２８】
次に、図１Ｃ（ｈ）に示すように、アッシング（灰化処理）または剥離液（硫酸、過酸化水素混合液）を用いた処理等により不溶部６ａを除去する。その結果、貫通溝３ａ、３ｂのパターンをスペースパターンとするラインアンドスペースパターンを有するハードマスク３が得られる。
【００２９】
この最終的にハードマスク３に形成されたラインアンドスペースパターンは、スペース部Ｓ１およびスペース部Ｓ２をスペース部として有する。スペース部Ｓ１の幅とスペース部Ｓ２の幅が等しい場合は、ライン部とスペース部の幅が等しい等間隔のラインアンドスペースパターンが得られる。
【００３０】
その後、ハードマスク３をマスクとして用いてＲＩＥ法等により被加工部材１をエッチングし、ハードマスク３のパターンを被加工部材１に転写することにより、所望のラインアンドスペースパターンを被加工部材１に形成することができる。
【００３１】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、フォトレジスト中の不溶部の形成方法が第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については説明を省略または簡略化する。
【００３２】
図２Ａ（ａ）〜（ｃ）、図２Ｂ（ｄ）〜（ｆ）、図２Ｃ（ｇ）は、第２の実施の形態に係るパターン形成工程を示す斜視図である。
【００３３】
まず、図２Ａ（ａ）に示すように、被加工部材１上に酸発生膜７とハードマスク８を積層し、ラインアンドスペースパターンを有するレジスト４をハードマスク８上に形成する。ここで、レジスト４のラインアンドスペースパターンを第１のラインアンドスペースパターンとし、そのライン部をＬ１、スペース部をＳ１として図示する。
【００３４】
酸発生膜７は、加熱により酸を発生させる熱酸発生剤を含む。熱酸発生剤としては、例えば、スルホニウム塩系熱酸発生剤（ＳｂＦ６−、ＰＦ６−等）を用いることができる。例えば、熱酸発生剤を含む反射防止膜を酸発生膜７として用いることができる。酸発生膜７は、ＣＶＤ法等により形成される。
【００３５】
ハードマスク８は、酸を発生しない材料からなることが好ましい。例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｏ等の金属をハードマスク８の材料として用いることができる。
【００３６】
次に、図２Ａ（ｂ）に示すように、レジスト４をマスクとして用いてＲＩＥ法等によりハードマスク８をエッチングし、第１のラインアンドスペースパターンをハードマスク８に転写する。これにより、ハードマスク８に貫通溝８ａが形成される。貫通溝８ａのパターンは、第１のラインアンドスペースパターンのスペースパターンと一致する。ハードマスク８にパターンを転写した後、残ったレジスト４を除去する。
【００３７】
ハードマスク８にパターンを転写した後、走査電子型顕微鏡寸法測定器等により、ハードマスク８の第１のラインアンドスペースパターンの寸法を測定してもよい。
【００３８】
次に、図２Ａ（ｃ）に示すように、ハードマスク８の貫通溝８ａを満たすように酸発生膜７およびハードマスク８上にネガレジスト９を形成する。ネガレジスト９は、貫通溝３ａの底で酸発生膜７と接触する。ネガレジスト９は、現像液に対して可溶性であり、露光されることにより現像液に対して不溶性に変化するネガ型のフォトレジストである。
【００３９】
次に、図２Ｂ（ｄ）に示すように、加熱処理により酸発生膜７とネガレジスト９を反応させてネガレジスト９中に不溶部１０を形成する。
【００４０】
不溶部１０は、ネガレジスト９が酸発生膜７から発生する酸と反応することにより形成されるネガレジスト９の変質部であり、現像液に対して不溶性である。ただし、完全に不溶性でなくてもよく、少なくともネガレジスト９の不溶部１０以外の部分よりも現像液に対する耐性が高い。この反応は、貫通溝８ａの底の酸発生膜７とネガレジスト９の接触部分から生じ、貫通溝８ａ内で上方に進行し、貫通溝８ａより上ではネガレジスト９内の全方向に進行する。
【００４１】
このため、図２Ａ（ｄ）に示されるように、不溶部１０の貫通溝８ａより上の部分の、ラインアンドスペースパターンのライン方向に直交する方向の断面形状は半円のようになる。
【００４２】
ここで、不溶部１０の貫通溝８ａより上の部分が有するラインアンドスペースパターンを第２のラインアンドスペースパターンとし、そのライン部をＬ３、スペース部をＳ３として図示する。
【００４３】
スペース部Ｓ３の中心位置は両側のスペース部Ｓ１の中間に自己整合的に定まるため、スペース部Ｓ１とスペース部Ｓ３の合わせずれの問題は生じない。
【００４４】
この第２のラインアンドスペースパターンの寸法（ライン部Ｌ３の幅とスペース部Ｓ３の幅の比）を調節するため、加熱温度、加熱時間、ネガレジスト９の厚さ、またはハードマスク８の厚さの調整、あるいは酸発生膜７の材料の選択により反応の進行を制御する。例えば、最終的にハードマスク８に等間隔のラインアンドスペースパターンを形成する場合は、スペース部Ｓ３の幅をスペース部Ｓ１の幅に一致させる。
【００４５】
また、図２Ａ（ｂ）に示されるハードマスク８にパターンを転写する工程の後に測定したハードマスク８の第１のラインアンドスペースパターンの寸法に基づいて、不溶部１０の第２のラインアンドスペースパターンの寸法を調整してもよい。
【００４６】
また、減圧チャンバー内において減圧条件下で加熱処理を行ってもよい。例えば、１０１０ｈＰａ以下の減圧条件下で加熱処理を行うことができる。減圧条件下で加熱処理を行うことより、ネガレジスト９と酸発生膜７から発生する酸との反応を促進させることができる。
【００４７】
次に、図２Ｂ（ｅ）に示すように、現像処理によりネガレジスト９の不溶部１０以外の部分を除去する。
【００４８】
次に、図２Ｂ（ｆ）に示すように、不溶部１０をマスクとして用いてＲＩＥ法等によりハードマスク８をエッチングし、不溶部１０の第２のラインアンドスペースパターンをハードマスク８に転写する。これによりハードマスク８に貫通溝８ｂが形成される。貫通溝８ｂのパターンは、第２のラインアンドスペースパターンのスペースパターンと一致する。
【００４９】
次に、図２Ｃ（ｇ）に示すように、アッシング（灰化処理）または剥離液（硫酸、過酸化水素混合液）を用いた処理等により不溶部１０を除去する。その結果、貫通溝８ａ、８ｂのパターンをスペースパターンとするラインアンドスペースパターンを有するハードマスク８が得られる。
【００５０】
この最終的にハードマスク８に形成されたラインアンドスペースパターンは、スペース部Ｓ１およびスペース部Ｓ３をスペース部として有する。スペース部Ｓ１の幅とスペース部Ｓ３の幅が等しい場合は、ライン部とスペース部の幅が等しい等間隔のラインアンドスペースパターンが得られる。
【００５１】
その後、ハードマスク８をマスクとして用いてＲＩＥ法等により被加工部材１をエッチングし、ハードマスク８のパターンを被加工部材１に転写することにより、所望のラインアンドスペースパターンを被加工部材１に形成することができる。
【００５２】
（実施の形態の効果）
第１、２の実施の形態によれば、ハードマスクへの２度目のパターニングを不溶部を用いて行うことにより、１度目のパターニングと２度目のパターニングの合わせずれを防ぐことができる。
【００５３】
〔他の実施の形態〕
本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、第１の実施の形態の窒素含有膜２とポジレジスト５の組み合わせ、または第２の実施の形態の酸発生膜７とネガレジスト９の組み合わせの代わりに、化学反応により不溶部を形成することのできる他の膜とフォトレジストの組み合わせを用いることができる。
【００５４】
また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。また、パターン形成工程の順序は、上記実施の形態に示されるものに限定されない。
【符号の説明】
【００５５】
１  被加工部材、  ２  窒素含有膜、  ３、８  ハードマスク、  ５  ポジレジスト、  ３ａ、３ｂ、８ａ、８ｂ  貫通溝、  ６ａ、６ｂ、１０  不溶部、  ７  酸発生膜、  ９  ネガレジスト、  Ｄ１、Ｄ２  間隔、  Ｗ１、Ｗ２  幅
【図１Ａ】
2012069756.tif 000003
【図１Ｂ】
2012069756.tif 000004
【図１Ｃ】
2012069756.tif 000005
【図２Ａ】
2012069756.tif 000006
【図２Ｂ】
2012069756.tif 000007
【図２Ｃ】
2012069756.tif 000008