JP2008153328A - 薄膜パターン形成方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レジストパターンのシュリンクプロセスに際して、ミキシングベークで発生する難溶解物を除去し、レジストパターンに発生するシミ状欠陥を防止する。
【解決手段】薄膜パターンの形成プロセスは、光リソグラフィを用いてレジストパターン１２を形成するステップと、レジストパターン１２上にミキシング生成用レジスト膜１３を塗布により形成するステップと、加熱してミキシング層１５を形成するステップと、０．０５〜０．３７重量％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含有する希釈アルカリ性現像液１７で現像するステップと、純水でリンスするステップとを有し、レジストパターン１２をミキシング層１５でシュリンクさせた微細パターンを形成する。現像ステップでは、加熱ステップでミキシング生成用レジスト膜１３内に形成された難溶解物１６を除去する。
【選択図】図１Ｄ

Description

本発明は、薄膜パターン形成方法及び半導体装置の製造方法に関し、更に詳しくは、ミキシング生成用レジストを用いるシュリンク技術を採用する薄膜パターン形成方法、及び、その薄膜パターン形成方法を用いる半導体装置の製造方法に関する。

半導体素子は年々高集積化が進んでおり、この高集積化を牽引する技術の一つが光リソグラフィ技術である。光リソグラフィ技術は、素子を構成する回路パターンを微細に形成する技術である。従来は、光源の短波長化によって、光リソグラフィの微細化が達成されてきているものの、光源のこれ以上の短波長化には限界がある。そこで、光リソグラフィで形成したレジストパターンを縮小するシュリンク技術によって、光源の波長以下の微細なレジストパターンを形成する技術が提案されている。シュリンク技術には、高温の熱処理によってレジストに熱流動性を生じさせる方法と、レジストパターンとは別にミキシング生成用レジスト膜を用いる方法とが知られている。

図４Ａ〜４Ｄを参照し、ミキシング生成用レジストを用いる従来の薄膜パターン形成方法について説明する。まず、図４Ａに示すように、半導体基板１１上に、化学増幅型レジスト材料からなるパターン形成用レジストを用い、光リソグラフィプロセスによって、通常のレジストパターン１２を形成する。次いで、図４Ｂに示すように、レジストパターン１２上にミキシング生成用レジストを塗布し、ミキシング生成用レジスト膜１３を形成する。その後、図４Ｃに示すように、適当な温度でこれらを加熱するミキシングベークを行う。このミキシングベーク処理によって、レジストパターン１２とミキシング生成用レジスト膜１３との間に、つまり、レジストパターン１２の表面にミキシング層１５が形成される。

その後、純水を用いて、ミキシング生成用レジスト膜１３を、現像・リンスすることで、図４Ｄに示すように、ミキシング層１５の厚みだけ微細化されたレジストパターンが形成される。ミキシング生成用レジストを用いるリソグラフィについては、例えば特許文献１にその記載がある。
特開平０５−１６６７１７号公報

上記従来のミキシング生成用レジストを用いる薄膜パターン形成方法では、図４Ｃに示すように、ミキシングベーク処理時に、ミキシング生成用レジスト膜１３の内部に難溶解物１６が生成する。生成した難溶解物１６は、図４Ｄに示すように、純水を用いる現像・リンスの後に、レジストパターン上に付着し、シミ状欠陥を形成する。このシミ状欠陥は、リンスを長時間行うことや、或いは、界面活性剤を含む特殊なリンス液を使用することなどで除去できる。しかし、このようなシミ状欠陥の除去は、リンスの長時間化によるプロセスのスループット低下や、特殊なリンス液使用に伴う供給システムのハード改造、或いは、リンス液の費用増大などのため、リソグラフィプロセスのコスト上昇を伴う。従って、難溶解物又はシミ状欠陥を速やかに且つ低コストで除去する方法が望まれている。

本発明は、上記に鑑み、ミキシング生成用レジスト膜を用いてレジストマスクをシュリンクする技術を採用する薄膜パターン形成方法を改良し、シュリンク技術を用いて微細パターンを形成する際にも、上記シミ状欠陥が生じ難い薄膜パターン形成方法、及び、そのような薄膜パターン形成方法を用いる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の薄膜パターン形成方法は、所定のパターンを有するレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクを覆うミキシング生成用レジスト膜を形成する工程と、
ミキシングベーク処理を行って、前記レジストマスクと前記ミキシング生成用レジスト膜との間にミキシング層を形成する工程と、
前記ミキシング生成用レジスト膜を、０．０５〜０．３７重量％の範囲のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（以下、ＴＭＡＨと呼ぶ）を含む現像液で現像する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明では、ミキシング生成用レジストを用いる薄膜パターンの形成において、ミキシング生成用レジストを現像する現像プロセスについて、純水のみで現像・リンスを行っている従来のプロセスとは異なり、０．０５〜０．３７重量（ｗｔ）％のＴＭＡＨを含む現像液で現像処理を行うことにより、レジストマスク表面のミキシング層を維持しつつ、ミキシング生成用レジストの内部に生成した難溶解物を除去できるので、最終的にシミ状欠陥が低減したレジストパターンの形成が可能である。

本発明の薄膜パターン形成方法は、前記現像工程に後続して、純水でリンスする工程を更に有してもよい。また、本発明の薄膜パターン形成方法は、半導体装置の製造プロセスで採用することが特に好ましい。

本発明の好適な実施形態では、ミキシング生成用レジストを現像する際に、０．０５〜０．３７ｗｔ％のＴＭＡＨを含む希釈アルカリ現像液で処理する。この現像液を用いることにより、ミキシングベーク処理に際してミキシング生成用レジスト膜の内部に発生する、シミ状欠陥の原因となる難溶解物を現像液中に溶解させる。従来からパターン形成用レジストの現像液として使われるＴＭＡＨの濃度は、一般的には例えば２．３８％である。この２．３８％のＴＭＡＨ濃度の現像液を、ミキシング生成用レジスト膜の現像に導入すると、除去対象である難溶解物のみならず、ミキシングベーク処理で生成したミキシング層をも溶解してしまい、目的とするパターンシュリンクの効果を大きく阻害する。このため、上記濃度に希釈して用いることで、ミキシング層を残しつつ、難溶解物を除去する。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１Ａ〜図１Ｆは、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法における薄膜パターン形成プロセスを順次に示すウエハの一部断面図である。まず、図１Ａに示すように、半導体基板１１上にパターン生成用レジストを塗布し、光リソグラフィプロセスを用いてパターニングし、レジストパターン１２を形成する。パターン生成用レジストには、例えばメタクリル系ＡｒＦレジスト（東京応化社製）を採用する。また、形成するレジストパターン１２は、例えば、半導体装置の製造プロセス中のコンタクトホールの作成に用いるパターンである。

次いで、レジストパターン１２上に、ミキシング生成用レジストを塗布して、ミキシング生成用レジスト膜１３を形成する（図１Ｂ）。ミキシング生成用レジストには、例えばＲ６０２（商標：ＡＺ＿ＥＭ社製）を用いる。ミキシング生成用レジストの膜厚は、例えば２２０ｎｍである。次いで、基板温度を１７５℃とし、その温度で９０秒間維持するミキシングベーク処理を行う（図１Ｃ）。このミキシングベーク処理によって、レジストパターン１２とミキシング生成用レジスト膜１３との間に、つまりレジストパターン１２の表面に、ミキシング層１５が形成される。ここで、ミキシング生成用レジスト膜１３の内部には、シミ状欠陥の原因となる難溶解物１６が形成されている。

次に、現像ユニットに搭載されている現像ノズルの希釈機能を使用し、ミキシング生成用レジスト膜１３の表面に、希釈アルカリ現像液である０．０５〜０．３７Ｗｔ％のＴＭＡＨ１７を塗布する（図１Ｄ）。現像ユニットには、例えば東京エレクトロン社製の塗布現像機ＬＩＴＨＩＵＳを用い、現像ノズルには、この現像ユニットに標準で搭載されているＮｅｗＬＤ＿Ｎｏｚｚｌｅを使用する。全体を現像液である０．０５〜０．３７Ｗｔ％ＴＭＡＨ１７に浸した状態で４５秒間維持することで、ミキシング生成用レジスト膜１３を溶解させる（図１Ｅ）。その後に、純水でリンスを行い、図１Ｆに示す、ミキシング層１５によってシュリンクさせた微細パターンを得る。図１Ｆに示すように、現像に際してミキシング生成用レジスト膜１３中の難溶解物１６を除去したことにより、リンス後には、シミ状欠陥がない微細パターンが得られる。

図２は、上記実施形態の薄膜パターン形成プロセスで処理し、表面のシミ状欠陥の検査を行った結果を、従来の薄膜パターン形成プロセスで処理した結果と比較して示すシミ状欠陥ＭＡＰである。図２のシミ状欠陥ＭＡＰでは、従来のＤＩＷ（純水処理）による現像処理と、上記実施形態で０．２２Ｗｔ％濃度のＴＭＡＨを採用した現像処理及び純水リンス処理とを組み合わせた処理とを、その処理後のシミ状欠陥の分布によって比較している。同図に示すように、従来の現像方法では、シミ状欠陥がウエハ１枚当たりに４８８個と多発しているのに対して、本実施形態の処理方法を採用すると、シミ状欠陥がウエハ１枚当たりで２個と激減している。これによって、本発明方法を採用することによるシミ状欠陥の大幅な低減効果が確認できた。

図３は、現像処理に使用した希釈アルカリ現像液中のＴＭＡＨ濃度と、それを用いて現像及び純水リンス処理した後のシミ状欠陥の数、及び、その現像処理によって発生したミキシング層のパターン溶解量との関係を調べた結果を示す。本テストに用いた現像液のＴＭＡＨ濃度は、０〜０．３７％の範囲である。同図から理解できるように、ＴＭＡＨ濃度が０％、つまり、従来の純水を用いる現像処理では、シミ状欠陥の数がウエハ１枚当たり４８８個であるのに対し、現像液として用いるＴＭＡＨの濃度が０．０５〜０．３７％の範囲において、シミ状欠陥の数が大幅に減少しており、本発明の効果が確認できる。

また、図３において、上記濃度範囲のＴＭＡＨを使用した現像処理において溶解したミキシング層の量は、ミキシング層の全体の４％以下であった。つまり、本実施形態による現像処理では、純水を使用した現像処理に比して、約４％のシュリンク効果の減少が見られた。しかし、この溶解量は全体として見れば僅かであり、また、溶解量自体は、ＴＭＡＨ濃度の０．０５〜０．３７％の範囲で安定している。従って、本発明方法を採用することによるシュリンク効果の低下は、きわめて限定的であることが確認できた。

上記のように、本実施形態では、ミキシング生成用レジストを用いる薄膜パターン形成方法において、ミキシングベーク処理後のミキシング生成用レジストを０．０５〜０．３７ｗｔ％のＴＭＡＨを含有する希釈アルカリ現像液で処理する現像ステップを用いる。この現像ステップを導入することで、ミキシングベーク処理に際してミキシング生成用レジスト膜の内部に発生した難溶解物を溶解し、この難溶解物が現像後にシミ状欠陥としてパターン上に付着するのを防ぐ。従って、本発明方法を採用することにより、リンスの長時間化を防止し、また、特殊な現像液を使用する必要を除くため、プロセスのスループットを落とすことなく、低コストでシミ状欠陥の低減が可能になる。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の薄膜パターン形成方法及び半導体装置の製造方法は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態に係る薄膜パターン形成方法における一工程段階を示す、半導体装置の断面図。 図１Ａに後続する工程段階を示す、半導体装置の断面図。 図１Ｂに後続する工程段階を示す、半導体装置の断面図。 図１Ｃに後続する工程段階を示す、半導体装置の断面図。 図１Ｄに後続する工程段階を示す、半導体装置の断面図。 図１Ｅに後続する工程段階を示す、半導体装置の断面図。 実施形態の現像処理後のマスクに残るシミ状欠陥を、従来方法によるシミ状欠陥と比較してシミ状欠陥のＭＡＰとして示すウエハ平面図。 実施形態の方法を採用し、現像処理後にレジストパターン上に残るシミ状欠陥の数と、現像によるミキシング層の溶解量とを、現像液中のＴＭＡＨ濃度との関係で示すグラフ。 従来の薄膜パターン形成方法における一工程段階を示す、半導体装置の断面図。 図４Ａに後続する工程段階を示す、半導体装置の断面図。 図４Ｂに後続する工程段階を示す、半導体装置の断面図。 図４Ｃに後続する工程段階を示す、半導体装置の断面図。

符号の説明

１１：半導体基板
１２：レジストパターン
１３：ミキシング生成用レジスト膜
１５：ミキシング層
１６：難溶解物
１７：希釈アルカリ性現像液

Claims (3)

1. 所定のパターンを有するレジストマスクを形成する工程と、
   前記レジストマスクを覆うミキシング生成用レジスト膜を形成する工程と、
   ミキシングベーク処理を行って、前記レジストマスクと前記ミキシング生成用レジスト膜との間にミキシング層を形成する工程と、
   前記ミキシング生成用レジスト膜を、０．０５〜０．３７重量％の範囲のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含む現像液で現像する工程と、
   を有することを特徴とする薄膜パターン形成方法。
2. 前記現像工程に後続して、純水でリンスする工程を更に有する、請求項１に記載の薄膜パターン形成方法。
3. 請求項１又は２に記載の薄膜パターン形成方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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