JP2005223290A - Patterning method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a pattern forming method that has sufficient dry etching resistance to a base film and can form a fine resist pattern in a rectangular shape with good reproducibility.
一般的に、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微細パターンを形成するためには、超解像技術と呼ばれる特殊技術以外に主に以下の3つの方法が用いられてきた。 In general, in order to form a fine pattern in a lithography process which is a key technology in semiconductor device manufacturing, the following three methods have been mainly used in addition to a special technique called a super-resolution technique.
(1)露光波長の短波長化
(2)露光装置の高NA化
(3)感光性有機膜(フォトレジスト)材料及びプロセスの改善
(1) Shortening of exposure wavelength (2) Higher NA of exposure apparatus (3) Improvement of photosensitive organic film (photoresist) material and process
特に、上記(1)の露光波長の短波長化は有効であり、現在まで、波長は365nm、248nm、193nm、157nmと推移してきた。しかしながら、波長を短くした場合、それまでに使用してきたレジスト材料は透明性の問題から使用できず、365nm波長ではノボラック樹脂、248nm波長ではポリヒドロキシスチレン樹脂、193nm波長ではアクリル樹脂、157nm波長ではフッ素含有樹脂をベースとしたフォトレジストが各々の光源に適用されてきた。つまり、それまでに使用してきたレジスト材料を適用した場合、下地膜をドライエッチング加工するのに十分な膜厚に設定して露光すると、露光光が十分レジスト膜下部まで十分到達できず、図3に示すように裾引き形状となってしまうため、所望の下地膜パターンが得られないという問題が生じる。特に、193nm波長で用いられているアクリル樹脂、157nm波長で用いられているフッ素含有樹脂は、その構造や組成から下地膜を加工するためのドライエッチング耐性が不足するため、上記問題が顕著になる。 In particular, the shortening of the exposure wavelength in the above (1) is effective, and until now, the wavelengths have changed to 365 nm, 248 nm, 193 nm, and 157 nm. However, when the wavelength is shortened, the resist materials that have been used so far cannot be used due to transparency problems, and the 365 nm wavelength is a novolak resin, the 248 nm wavelength is a polyhydroxystyrene resin, the 193 nm wavelength is an acrylic resin, and the 157 nm wavelength is fluorine. Photoresists based on containing resins have been applied to each light source. That is, when the resist material that has been used so far is applied, the exposure light cannot sufficiently reach the lower portion of the resist film when the base film is exposed with a film thickness sufficient for dry etching processing, and FIG. As shown in FIG. 2, the bottomed pattern is formed, and thus there is a problem that a desired base film pattern cannot be obtained. In particular, the acrylic resin used at a wavelength of 193 nm and the fluorine-containing resin used at a wavelength of 157 nm lack the dry etching resistance for processing a base film due to its structure and composition, and thus the above problem becomes remarkable. .
一方、パターンを形成するレジストプロセスにおいて、ドライエッチングすべき下地膜からの反射によって下地膜上に塗布したフォトレジストの内部で多重干渉による定在波が発生し、その結果レジスト膜厚方向の露光むらを生じるという問題がある。この露光むらによって露光、現像後におけるパターンの形状劣化を引き起こし、パターン解像度を低下させる。また、膜内部の多重干渉は、膜厚変動に伴うパターン寸法変動の問題をも引き起こす。従って、下地膜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 Coating,:以下BARC法と称する)が多く用いられている(特許文献1参照)。 On the other hand, in a resist process for forming a pattern, a standing wave due to multiple interference is generated inside the photoresist coated on the base film due to reflection from the base film to be dry etched, resulting in uneven exposure in the resist film thickness direction. There is a problem of producing. This unevenness of exposure causes deterioration of the pattern shape after exposure and development, thereby reducing the pattern resolution. In addition, the multiple interference inside the film causes a problem of pattern dimension fluctuation accompanying the film thickness fluctuation. Accordingly, a process for suppressing reflection of exposure light from the base film is essential. In KrF lithography using an excimer laser with a wavelength of 248 nm and ArF lithography with a wavelength of 193 nm, which are currently applied in the mass production of semiconductor devices, a method of suppressing reflection by forming an organic material under a photoresist (Bottom Anti Reflective Coating, (Hereinafter referred to as BARC method) is often used (see Patent Document 1).
次にBARC法について説明する。
図4に、従来からのBARK法を用いたパターン形成プロセスフローにおける工程断面図を示す。図4(a)では、まず、シリコン基板41上の加工すべき下地膜42上に、反射を防止する有機材料の反射防止膜43を塗布し、その反射防止膜43上にフォトレジスト44を塗布する。
次に、図4(b)では、所望のパターンが描かれたフォトマスク45を介して露光を行う。
この後、図4(c)のように、現像によって所望のフォトレジストパターン46を形成する。
そして、この後、図4(d)のように、所望のフォトレジストパターン46によって、反射防止膜43をエッチングすることによって反射防止膜パターン47を形成する。
この後、図4(e)のように、その所望のフォトレジストパターン46によって、さらに下地膜42をエッチングすることによって下地膜パターン48を形成する。
最後に、図4(f)のように、フォトレジストパターン46及び反射防止膜パターン47を酸素プラズマにより除去し、所望の下地膜パターン48を得ることができる。
Next, the BARC method will be described.
FIG. 4 is a process cross-sectional view in a pattern forming process flow using the conventional BARK method. In FIG. 4A, first, an
Next, in FIG. 4B, exposure is performed through a
Thereafter, as shown in FIG. 4C, a desired
Then, as shown in FIG. 4D, the
Thereafter, as shown in FIG. 4E, the
Finally, as shown in FIG. 4F, the
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、従来のI線(波長365nm)やXrF(波長248nm)やArF(波長193nmで使用されてきたレジスト材料及びレジスト膜厚では、透明性がなく光がレジスト底部まで十分到達しないため裾引き形状となり矩形にパターニングすることができない。逆に、レジスト膜厚を薄膜にすると、光は底部まで到達するが、レジストが薄膜であるためドライエッチング耐性の問題から、反射防止膜及び下地基板をドライエッチングする前にマスクであるフォトレジストがエッチングされ消滅してしまうという問題がある。 In the F2 lithography with a wavelength of 157 nm, which is expected as the next generation technology of ArF lithography, the conventional I-line (wavelength 365 nm), XrF (wavelength 248 nm), and ArF (wavelength 193 nm) with resist materials and resist film thickness However, the light does not reach the bottom of the resist sufficiently because it is not transparent, and it cannot be patterned into a rectangular shape. Therefore, due to the problem of dry etching resistance, there is a problem that the photoresist as a mask is etched and disappeared before the antireflection film and the base substrate are dry etched.
本発明は上述した従来の問題に対処してなされたものであって、F2リソグラフィにBARC法を適用するプロセスで、フォトレジスト及び反射防止膜に従来材料であるi線、KrF、ArFリソグラフィで使用しているレジスト材料を用い、そのレジスト膜厚が加工すべき下地膜をドライエッチングするのに十分な膜厚にしても、低透明性が主起因となっているレジストパターンの裾引きを改善し矩形形状にできるパターン形成方法を提供するものである。 The present invention has been made in response to the above-mentioned conventional problems, and is a process of applying the BARC method to F2 lithography, and is used in conventional materials such as i-line, KrF, and ArF lithography for a photoresist and an antireflection film. The resist pattern that is mainly caused by low transparency is improved even when the resist film thickness is sufficient to dry-etch the underlying film to be processed. A pattern forming method capable of forming a rectangular shape is provided.
本発明は、F2リソグラフィBARC法を適用するプロセスで、フォトレジスト及び反射防止膜に従来材料であるi線、KrF、ArFリソグラフィで使用しているレジスト材料を用い、そのレジスト膜厚が加工すべき下地膜をドライエッチングするのに十分な膜厚にしても、低透明性が主起因となっているレジストパターンの裾引きを改善して矩形形状にできる程度の酸性度を有する反射防止膜材料を適用したものである。 The present invention is a process of applying the F2 lithography BARC method, and the resist film thickness of the resist and the antireflection film should be processed by using the conventional resist material used in i-line, KrF, and ArF lithography. An antireflection film material having acidity enough to improve the tailing of the resist pattern, which is mainly caused by low transparency, even when the film thickness is sufficient to dry-etch the base film, and to make it rectangular. It is applied.
具体的には上述した特許請求の範囲の請求項1に示すように、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3のベーク工程と、前記第2の有機材料膜を現像により第2の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第2の有機材料膜のパターンをマスクとして前記第1の有機材料膜をエッチングする工程と、前記第2の有機材料膜のパターンをマスクとして前記下地膜をエッチングし所望のパターンを形成する工程とを備えたパターン形成方法において、前記第1の有機材料膜には、酸性添加剤が導入されていることを特徴とするパターン形成方法である。
Specifically, as shown in
また、請求項2に示すように、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2のベーク工程と、前記第2の有機材料膜を現像により第2の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第2の有機材料膜のパターンをマスクとして前記第1の有機材料膜をエッチングする工程と、前記第2の有機材料膜のパターンをマスクとして前記下地膜をエッチングし所望のパターンを形成する工程とを備えたパターン形成方法において、前記第1の有機材料膜には、酸性添加剤が導入され、前記第2の有機材料膜は、前記下地膜をエッチングできる程度のエッチング耐性及び膜厚を有していることを特徴とするパターン形成方法である。 According to a second aspect of the present invention, the first organic material film is formed on the base film to be processed and then baked, and the second organic material is formed on the first organic material film. A second baking step of forming a material film and then baking; a second baking step of exposing the second organic material film through a photomask at a single wavelength; and then baking; Forming a pattern of a second organic material film by developing the organic material film, etching the first organic material film using the pattern of the second organic material film as a mask, and the second organic And etching the base film using the material film pattern as a mask to form a desired pattern. In the pattern forming method, an acid additive is introduced into the first organic material film, and the second organic material film is formed. Organic material film A pattern forming method characterized in that it has etching resistance and thickness enough to etch the serial base film.
なお、前記下地膜と前記第1の有機材料膜との間に、無機材料膜を形成してもよく、前記酸性添加剤が導入された第1の有機材料膜の酸性度は、前記第2の有機材料膜の低透明性に起因する前記有機材料膜パターンの裾引きを、矩形形状に改善できる程度であることが望ましい。
また、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く有機膜であることが望ましい。
An inorganic material film may be formed between the base film and the first organic material film, and the acidity of the first organic material film into which the acidic additive is introduced is It is desirable that the tailing of the organic material film pattern due to the low transparency of the organic material film can be improved to a rectangular shape.
The first organic material film is low in transparency at a single wavelength of the first organic material film to such an extent that the upper surface reflection of the first organic material film is reduced. It is desirable that the organic film be lower in etching resistance than the organic material film.
さらに、前記第2の有機材料膜は、波長365nmでの露光に使用されているフォトレジストで、前記露光での単一波長が365nmよりも短波長であることが望ましく、具体的には、前記第2の有機材料膜が、波長365nmでの露光に使用されているフォトレジストであった場合、前記露光での単一波長が248nm、193nmまたは157nmであることが望ましく、その前記第2の有機材料膜として、ノボラック樹脂含む有機材料が挙げられる。 Further, the second organic material film is a photoresist used for exposure at a wavelength of 365 nm, and a single wavelength in the exposure is preferably shorter than 365 nm, specifically, When the second organic material film is a photoresist used for exposure at a wavelength of 365 nm, the single wavelength in the exposure is preferably 248 nm, 193 nm, or 157 nm, and the second organic material film As the material film, an organic material containing a novolac resin can be given.
また、前記第2の有機材料膜は、波長248nmでの露光に使用されているフォトレジストであった場合、前記露光での単一波長が248nmよりも短波長であることが望ましく、具体的には、前記第2の有機材料膜が、波長248nmでの露光に使用されているフォトレジストであった場合、前記露光での単一波長が193nmまたは157nmであることが望ましく、その前記第2の有機材料膜として、ポリヒドロキシスチレン掛脂またはアセタール樹脂を含む有機材料が挙げられる。 In addition, when the second organic material film is a photoresist used for exposure at a wavelength of 248 nm, it is desirable that the single wavelength in the exposure is shorter than 248 nm. In the case where the second organic material film is a photoresist used for exposure at a wavelength of 248 nm, it is desirable that a single wavelength in the exposure is 193 nm or 157 nm, Examples of the organic material film include an organic material containing polyhydroxystyrene resin or acetal resin.
さらにまた、前記第2の有機材料膜は、波長193nmでの露光に使用されているフォトレジストであった場合、前記露光での単一波長が193nmよりも短波長であることが望ましく、具体的には、前記第2の有機材料膜が、波長193nmでの露光に使用されているフォトレジストであった場合、前記露光での単一波長が157nmであることが望ましく、その前記第2の有機材料膜として、アクリル樹脂などが挙げられる。 Furthermore, when the second organic material film is a photoresist used for exposure at a wavelength of 193 nm, the single wavelength in the exposure is preferably shorter than 193 nm. In the case where the second organic material film is a photoresist used for exposure at a wavelength of 193 nm, it is desirable that a single wavelength in the exposure is 157 nm, and the second organic material film An example of the material film is an acrylic resin.
さらに、前記第2の有機材料膜は、波長157nmでの露光に使用されているフォトレジストであった場合、前記露光での単一波長が157nmよりも短波長であることが望ましく、具体的には、前記第2の有機材料膜が、波長157nmでの露光に使用されているフォトレジストであった場合、前記露光での単一波長が13nmであることが望ましく、その前記第2の有機材料膜として、フッ素を含む有機材料が挙げられる。 Furthermore, when the second organic material film is a photoresist used for exposure at a wavelength of 157 nm, the single wavelength in the exposure is preferably shorter than 157 nm, specifically, In the case where the second organic material film is a photoresist used for exposure at a wavelength of 157 nm, the single wavelength in the exposure is preferably 13 nm, and the second organic material As the film, an organic material containing fluorine can be given.
(作用)
本発明を用いることによって、F2リソグラフイおいてもフッ素含有レジストを適用することなく、下地膜をドライエッチングするのに十分な膜厚を有し、矩形形状の微細なレジストパターンを再項性良く形成することが可能になる。
(Function)
By using the present invention, even in F2 lithography, without applying a fluorine-containing resist, it has a film thickness sufficient for dry etching of a base film, and a rectangular fine resist pattern has good reterminability. It becomes possible to form.
本発明では、F2リソグラフィにBARC法を適用するプロセスで、フォトレジスト及び反射防止膜に従来材料であるi線、KrF、ArFリソグラフィで使用しているレジスト材料を用い、そのレジスト膜厚が、加工すべき下地膜をドライエッチングするのに十分な膜厚にしても、低透明性が主起因となっているレジストパターンの裾引きを改善し矩形形状にできる程度の酸性度を有する反射防止膜材料を適用することによって、F2リソグラフィおいてもフッ素含有レジストを適用することなく、下地膜をドライエッチングするのに十分な膜厚を有し、矩形形状の微細なレジストパターンを再現性良く形成することができる。 In the present invention, in the process of applying the BARC method to F2 lithography, a resist material used in conventional i-line, KrF, and ArF lithography is used for the photoresist and the antireflection film, and the resist film thickness is processed. Anti-reflective coating material with sufficient acidity to improve the tailing of the resist pattern, mainly due to low transparency, even when the film thickness is sufficient for dry etching of the underlying film to be formed By applying the above, it is possible to form a rectangular fine resist pattern with high reproducibility, having a film thickness sufficient for dry etching of the base film without applying a fluorine-containing resist even in F2 lithography. Can do.
次に、本発明の実施形慈について説明する。
(実施形態1)
本発明の実施形態1について、図面を参照しながら説明する。
本実施例におけるパターン形成プロセスの工程断面構造について図1に示す。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a pattern forming process in this embodiment.
図1(a)では、加工すべき下地膜、例えば65nm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9上に、反射を防止するための有機材料、例えばノボラック樹脂により構成されている反射防止膜10を20nm膜厚で塗布し、205℃60secの条件でベーキングする。反射防止膜10には、スルホニル基を含む酸性添加剤(単位体積溶解溶液換算pHが2.0程度)を樹脂重量に対して5%程度添加している。
In FIG. 1A, a reflection made of an organic material for preventing reflection, such as a novolac resin, on a base film to be processed, for example, a 50 nm
本実施の形態において用いることのできる酸性添加剤としては、有機スルホン酸、特にノナフルオロブタンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、または、トリフェニルスルホン酸やトリフェニルヨードニウム塩に代表される酸発生剤などが挙げられる。 Acidic additives that can be used in the present embodiment include organic sulfonic acids, particularly nonafluorobutanesulfonic acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, or triphenyl. Examples include acid generators represented by sulfonic acid and triphenyliodonium salt.
さらに反射防止膜10上にKrFリソグラフィ用のポリヒドロキシスチレンタイプのフォトレジスト11を120nm膜厚で塗布し、130℃60secの条件でベーキングする。
Further, a
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5を介して波長が15nmのF2露光装置を用いて露光を行い、130℃90secの条件でベーキングを行う。 In FIG. 1B, exposure is performed using a F2 exposure apparatus having a wavelength of 15 nm through a photomask 5 necessary for processing a desired gate pattern, and baking is performed at 130 ° C. for 90 seconds.
図1(c)では、フォトマスク5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フォトレジストパターン12を形成する。KrFレジスト膜厚は120nmであるため、透明性が不十分であり、本来であればフォトレジストパターン12は裾引き形状となるが、反射防止膜10に加えた酸性添加剤により、酸が不足しているパターン裾引き部で酸が供給されフォトレジストパターン12は矩形形状となる。
In FIG. 1C, the photoresist region exposed through the photomask 5 is dissolved with a 2.38% concentration tetramethylammonium hydroxide (TMAH) developer, and used as a mask for processing the gate electrode. A
この場合において、波長が157nmの露光装置で、開口数0.85、絞り0.3、解像度を向上させる超解像技術の一つであるレベンソン型位相シフトマスクを用いて露光した結果、レジスト膜厚が120nmで膜減りすることなく55nmラインアンドスペースパターンを矩形に形成することができた。本実施例で用いた反射防止膜10に加えた酸性添加剤はスルホニル基を含むものであったが、例えば水酸基やニトロ基やカルポキシル基などのpHが3.5以下の他の酸性基を加えても同様の効果が得られる。ただし、裾引きの度合いによって酸性基や添加量を調整する必要がある。
In this case, as a result of exposure with an exposure apparatus having a wavelength of 157 nm using a Levenson-type phase shift mask, which is one of the super-resolution techniques for improving the resolution, the numerical aperture is 0.85, the stop is 0.3. A 55 nm line and space pattern could be formed in a rectangular shape with a thickness of 120 nm and no film reduction. Although the acidic additive added to the
図1(d)では、フォトレジストパターン12をマスクにして、反射防止膜10をN2/O2系ガスを用いてドライエッチングを行う。エッチング後、フォトレジストパターン12の膜厚は100nmに低減した。
In FIG. 1D, the
図1(e)では、フォトレジストパターン12をマスクにして下地膜であるタングステン金属膜9をSF6/N2系ガスを用いてエッチングすることによってタングステン金属膜パターン13を形成する。この場合、エッチング後のレジスト膜厚は20nmまで低減したが、矩形形状で55nmラインアンドスペースのタングステン金属膜パターン13を形成することができた。
In FIG. 1E, a tungsten
図1(g)では、残っているフォトレジスト11及び反射防止膜10を酸素プラズマにより除去し、所望のゲート電極14を得ることができる。
In FIG. 1G, the remaining
以上のように、157nm波長での露光においても、フォトレジストにフッ素含有レジストを適用することなく従来からKrFリソグラフィで使用しているレジスト材料を用い、加工すべき下地膜をドライエッチングするのに十分な膜厚に設定しても、低透明性が主起因となっているレジストパターンの裾引きを改善し矩形形状にする酸性添加剤を含有する反射防止膜材料を適用することによって、再現性良く微細な矩形形状ゲート電極パターンを形成することができる。 As described above, even in exposure at a wavelength of 157 nm, a resist material conventionally used in KrF lithography is used without applying a fluorine-containing resist as a photoresist, and it is sufficient to dry-etch a base film to be processed. Even if the film thickness is set to a small thickness, it is possible to improve the reproducibility by applying an anti-reflective coating material containing an acidic additive that improves the bottoming of the resist pattern, which is mainly caused by low transparency, and makes it rectangular. A fine rectangular gate electrode pattern can be formed.
この実施形態では、KrFリソグラフィで使用しているレジスト材料を用いたが、ArF用レジスト或いはi線用レジストを用いても、KrF用レジストを用いたときと同様な効果が得られる。この場合、ArFレジストとしては、アクリルポリマーをベースとしたレジストが挙げられ、i線レジストとしては、ノボラックポリマーをベースとしたレジストが挙げられる。 In this embodiment, the resist material used in the KrF lithography is used, but the same effect as that obtained when the KrF resist is used can be obtained by using an ArF resist or an i-line resist. In this case, the ArF resist includes a resist based on an acrylic polymer, and the i-line resist includes a resist based on a novolac polymer.
次に、上述した実施形態におけるF2波長とKrF用レジストの組み合わせ、ArF波長とKrF用レジストとの組み合わせの場合の裾引き度合いについて説明する。上記実施例に示すように、200nm膜厚のKrF用レジストにおけるF2波長での透過率は5%程度であるのに対して、ArF波長での透過率はほとんど0%に近い値となる。透過率が異なる分、同じKrFレジストを用いたとしても波長によって、レジストパターンの裾引き度合いが異なり、低透過率の場合程裾引きが大きくなる。本発明の実施例では、その裾引きを改善し矩形形状にするために、レジストの下層の反射防止膜の酸性度をそれぞれの裾引きの度合いに合わせて調整するということを特徴としている。それぞれの組み合わせで、反射防止膜の具体的なPHは、PH1〜5程度の酸性度である。 Next, the tailing degree in the case of the combination of the F2 wavelength and the KrF resist and the combination of the ArF wavelength and the KrF resist in the above-described embodiment will be described. As shown in the above example, the transmittance at the F2 wavelength in the KrF resist having a thickness of 200 nm is about 5%, whereas the transmittance at the ArF wavelength is almost a value of 0%. Because of the difference in transmittance, even if the same KrF resist is used, the tailing degree of the resist pattern differs depending on the wavelength, and the tailing becomes larger as the transmittance is lower. The embodiment of the present invention is characterized in that the acidity of the antireflection film under the resist is adjusted in accordance with the degree of each skirting in order to improve the skirting into a rectangular shape. In each combination, the specific pH of the antireflection film has an acidity of about PH1-5.
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。
本実施形態における微細パターン形成方法について、図2に示す。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described.
The fine pattern forming method in this embodiment is shown in FIG.
図2(a)では、加工すべき下地基板、例えば65nm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9上に、タングステン金属膜を加工するためのシリコン窒化膜のような無機材料膜15をChemical Vapor Deposition(CVD)法によって70nm堆積する。シリコン窒化膜15上に反射を防止するための有機材料である反射防止膜10を20nm膜厚で塗布し、205℃60secの条件でベーキングする。反射を防止するための有機材料は、例えばポリヒドロキシスチレン樹脂により構成されており、反射防止膜10には、架橋剤及び酸性添加剤を樹脂重量に対して5%程度添加している。前記反射防止膜10上にKrFリソグラフィ用のフォトレジスト11を12nm膜厚で塗布し、130℃60secの条件でベーキングする。
In FIG. 2A, an
図2(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5を介してF2露光装置を用いて露光を行い、130℃90secの条件でベーキングを行う。 In FIG. 2B, exposure is performed using an F 2 exposure apparatus through a photomask 5 necessary for processing a desired gate pattern, and baking is performed at 130 ° C. for 90 seconds.
図2(c)では、フォトマスク5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フォトレジストパターン12を形成する。KrFレジスト膜厚は120nmであるため、透明性が不十分であり、本来であればフォトレジストパターン12は裾引き形状となるが、反射防止膜に添加した酸性添加剤の効果により矩形形状となる。
この場合、波長が157nmの露光装置で、開口数0.85、絞り0.3、解像度を向上させる超解像技術の一つであるレベンソン型位相シフトマスクを用いて露光した結果、レジスト膜厚100で膜減りすることなく55nmラインアンドスペースパターンを矩形に形成することができた。
In FIG. 2C, the photoresist region exposed through the photomask 5 is dissolved with a 2.38% concentration tetramethylammonium hydroxide (TMAH) developer, and used as a mask for processing the gate electrode. A
In this case, as a result of exposure with an exposure apparatus having a wavelength of 157 nm using a Levenson type phase shift mask, which is one of the super-resolution techniques for improving the resolution, the numerical aperture is 0.85, the stop is 0.3. With 100, a 55 nm line and space pattern could be formed in a rectangular shape without reducing the film thickness.
図2(d)では、フォトレジストパターン12をマスクにして、反射防止膜10をN2/O2系ガスを用いてドライエッチングを行う。エッチング後、フォトレジストパターン12の膜厚は100nmに低減した。
In FIG. 2D, the
図2(e)では、フォトレジストパターン12をマスクにして、70nmのシリコン窒化膜15をCF4/O2/CH2F2系ガスを用いてドライエッチングを行い、シリコン窒化膜パターン16を形成する。
In FIG. 2E, the
図2(f)では、シリコン窒化膜パターン16をマスクにして加工すべき下地膜であるタングステン金属膜9をSF6/N2系ガスを用いてエッチングすることによってタングステン金属膜パターン13を形成する。この場合、エッチング後のレジスト膜厚は40nmまで低減したが、矩形形状で55nmラインアンドスペースのタングステン金属膜パターン13を形成することができた。
In FIG. 2F, the tungsten
図2(g)では、残っているフォトレジスト及び反射防止膜を酸素プラズマにより除去し、所望のゲート電極14を得ることができる。
In FIG. 2G, the desired photoresist and antireflection film can be removed by oxygen plasma to obtain a desired
以上のように、フォトレジストにフッ素含有レジストを適用することなく従来からKrFリソグラフィで使用している材料を用い、下地膜をドライエッチングするのに十分な膜厚にしても、低透明性が主起因となっているレジストパターンの裾引きを改善し矩形形状にできる程度の酸性度を有する反射防止膜材料を適用することによって、再現性良く矩形形状の微細なゲート電極パターンを形成することができる。
なお、上記の場合は、反射防止膜10とシリコン窒化膜15のエッチングを別々の条件で実施したが、CF4/O2系ガスを用いてエッチングすることによって、フォトレジストパターン12をマスクにして反射防止膜10とシリコン窒化膜15を連続してエッチング加工することが可能となる。
また、波長とレジストの関係は上述の実施形態1と同様種々の組合わせが考えられる。
As described above, low transparency is mainly used even when a material that has been conventionally used in KrF lithography is used without applying a fluorine-containing resist as a photoresist and the underlying film is sufficiently thick to be dry-etched. By applying an antireflective film material having an acidity that can improve the tailing of the resist pattern and making it into a rectangular shape, a fine gate electrode pattern with a rectangular shape can be formed with good reproducibility. .
In the above case, the
Various combinations of the wavelength and the resist are conceivable as in the first embodiment.
1 シリコン基板
2 下地基板
3 従来技術における反射防止膜
4 従来技術におけるフォトレジスト
5 フォトマスク
6 従来技術におけるフォトレジストパターン
7 従来技術における反射防止膜パターン
8 従来技術における下地膜パターン
9 タングステン金属膜
10 本発明における反射防止膜
11 KrFリソグラフイ用レジスト
12 KrFリソグラフイ用レジストで形成したフォトレジストパターン
13 タングステン金属膜で形成したタングステン金属膜パターン
14 タングステン金属膜で形成したゲート電極
15 シリコン窒化膜
16 シリコン窒化膜で形成したシリコン窒化膜パターン
DESCRIPTION OF
Claims (17)
The pattern forming method according to claim 16, wherein the second organic material film contains fluorine.
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| JP2004032596A JP2005223290A (en) | 2004-02-09 | 2004-02-09 | Patterning method |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010237614A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Dainippon Printing Co Ltd | Pattern forming substrate manufacturing method, pattern forming substrate, and pattern forming method |
-
2004
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