特許 6236481 パターン形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6236481

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】パターン形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20171113BHJP

   G03F 7/26 20060101ALI20171113BHJP

   G03F 7/11 20060101ALI20171113BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

   G03F7/26 511

   G03F7/11 502

   G03F7/11 503

   H01L21/30 573

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-27600(P2016-27600)

(22)【出願日】2016年2月17日

(65)【公開番号】特開2017-147314(P2017-147314A)

(43)【公開日】2017年8月24日

【審査請求日】2016年12月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】八重樫 英民

【審査官】 齊田 寛史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２０６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９８９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−９６８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４３６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−３１０４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−１２７１５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｇ０３Ｆ ７／１１

Ｇ０３Ｆ ７／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下地層の上に、アクリル樹脂層を形成する工程と、
前記アクリル樹脂層の上に、中間層を形成する工程と、
前記中間層の上に、パターン化されたＥＵＶレジスト層を形成する工程と、
前記ＥＵＶレジスト層をエッチングマスクとして、前記中間層及び前記アクリル樹脂層をエッチングすることにより、前記アクリル樹脂層にパターンを形成する工程と、
前記アクリル樹脂層にパターンを形成する工程の後、前記ＥＵＶレジスト層及び前記中間層を除去する工程と、
前記ＥＵＶレジスト層及び前記中間層を除去する工程の後、前記アクリル樹脂層の表面を平滑化する工程と
を有する、
パターン形成方法。

【請求項2】

前記アクリル樹脂層の表面を平滑化する工程は、前記アクリル樹脂層に含まれるアクリル樹脂の主鎖を切断する工程を含む、
請求項１に記載のパターン形成方法。

【請求項3】

前記アクリル樹脂の主鎖を切断する工程は、前記アクリル樹脂層に電子線又は紫外光を照射するものである、
請求項２に記載のパターン形成方法。

【請求項4】

前記アクリル樹脂の主鎖を切断する工程は、前記アクリル樹脂層を所定温度に加熱するものである、
請求項２に記載のパターン形成方法。

【請求項5】

前記アクリル樹脂層は、ポリメチルメタクリレート又はＡｒＦレジストにより形成されている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

【請求項6】

前記中間層は、アクリル樹脂及びＥＵＶレジストと相溶性を有しない材料により形成されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

【請求項7】

前記中間層は、スピンオンガラス又はシリコン含有反射防止膜により形成されている、
請求項６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】

本発明は、パターン形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の高集積化に伴って、製造プロセスに要求される配線や分離幅のパターンは、微細化される傾向にある。このような微細なパターンは、レジストパターンをエッチングマスクとして下地層をエッチングすることで形成される（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

レジストパターンは、例えば、下地層の上にレジスト層を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターニングした後、例えば、プラズマエッチングを用いて表面を平滑化（スムージング）することで形成される。

【0004】

また、所定形状にパターニングされたレジスト層の表面を平滑化する方法としては、プラズマエッチングに代えて、例えば、電子線や真空紫外光を照射することで、レジスト層に含まれるレジスト材料の主鎖を切断する方法が用いられる場合もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−０６０９１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来のプラズマエッチングを用いて表面を平滑化する方法では、ＥＵＶレジストを用いる場合、得られるレジストパターンのＬＥＲの値について十分な低減効果が得られない。

【0007】

また、電子線や真空紫外光を照射することで表面を平滑化する方法では、ＥＵＶレジストを用いる場合、ＥＵＶレジストの主鎖が切断されにくいため、得られるレジストパターンのＬＥＲの値について十分な低減効果が得られない。

【0008】

そこで、本発明の一つの案では、得られるパターンのＬＥＲの値を低減できるパターン形成方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るパターン形成方法は、
下地層の上に、アクリル樹脂層を形成する工程と、
前記アクリル樹脂層の上に、中間層を形成する工程と、
前記中間層の上に、パターン化されたＥＵＶレジスト層を形成する工程と、
前記ＥＵＶレジスト層をエッチングマスクとして、前記中間層及び前記アクリル樹脂層をエッチングすることにより、前記アクリル樹脂層にパターンを形成する工程と、
前記アクリル樹脂層にパターンを形成する工程の後、前記ＥＵＶレジスト層及び前記中間層を除去する工程と、
前記ＥＵＶレジスト層及び前記中間層を除去する工程の後、前記アクリル樹脂層の表面を平滑化する工程と
を有する。

【発明の効果】

【0010】

開示のパターン形成方法によれば、得られるパターンのＬＥＲの値を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態のパターン形成方法を例示するフローチャート

【図2】本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（１）

【図3】本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（２）

【図4】本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（３）

【図5】本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（４）

【図6】本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（５）

【図7】本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図（６）

【図8】本実施形態のパターン形成方法の作用・効果を説明する図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することによって重複した説明を省く。

【0013】

本実施形態のパターン形成方法は、極端紫外光（ＥＵＶ：Extreme Ultra Violet）でパターン転写を行うＥＵＶリソグラフィ技術により微細なパターンを形成するものであり、例えば、ＡｒＦリソグラフィの解像限界以下の微細なパターンを形成するものである。

【0014】

本実施形態のパターン形成方法では、パターン化されたＥＵＶレジスト層をエッチングマスクとしてアクリル樹脂層をエッチングすることでアクリル樹脂層にパターンを形成（転写）した後、アクリル樹脂層の表面を平滑化する。これにより、得られるパターンのＬＥＲの値を低減することができる。

【0015】

以下では、ＥＵＶレジストを用いるパターン形成において、得られるパターンのＬＥＲの値を低減できる本実施形態のパターン形成方法について説明する。図１は、本実施形態のパターン形成方法を例示するフローチャートである。

【0016】

図１に示すように、本実施形態のパターン形成方法は、アクリル樹脂層を形成する工程（ステップＳ１０１）、中間層を形成する工程（ステップＳ１０２）、パターン化されたＥＵＶレジスト層を形成する工程（ステップＳ１０３）、アクリル樹脂層にパターンを形成する工程（ステップＳ１０４）、ＥＵＶレジスト層及び中間層を除去する工程（ステップＳ１０５）及びアクリル樹脂層の表面を平滑化する工程（ステップＳ１０６）を有する。

【0017】

以下、各々の工程について、図２から図７に基づき説明する。図２から図７は、本実施形態のパターン形成方法の各工程を説明する図である。なお、図２から図７における（ａ）は各工程における概略斜視図であり、（ｂ）は各工程における概略断面図である。

【0018】

ステップＳ１０１では、アクリル樹脂層を形成する。具体的には、図２に示すように、下地層１１の上に、例えばアクリル樹脂を含む溶液を塗布することにより、アクリル樹脂層１２を形成する。なお、アクリル樹脂を含む溶液を塗布した後、溶媒を除去するためのプリベークを行ってもよい。アクリル樹脂としては、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ＡｒＦレジストを用いることができる。

【0019】

ステップＳ１０２では、中間層を形成する。具体的には、図３に示すように、アクリル樹脂層１２の上に、例えばスピン塗布により、中間層１３を形成する。中間層１３は、アクリル樹脂及びＥＵＶレジストと相溶性を有しない材料により形成されていれば特に限定されない。中間層１３としては、例えばスピンオンガラス（ＳＯＧ：Spin-On Glass）、シリコン含有反射防止膜（ＳｉＡＲＣ：Silicon-containing Anti-Reflective Coating）を用いることができる。

【0020】

ステップＳ１０３では、パターン化されたＥＵＶレジスト層を形成する。具体的には、図４に示すように、中間層１３の上に、例えばＥＵＶレジストを含む溶液を塗布することにより、ＥＵＶレジスト層１４を形成する。次いで、所定パターンを有するマスクを露光マスクとして、波長１３．５ｎｍのＥＵＶによりＥＵＶレジスト層１４を露光し、現像することにより、ＥＵＶレジスト層１４をパターニングする。これにより、パターン化されたＥＵＶレジスト層１４が形成される。なお、ＥＵＶレジストを含む溶液を塗布した後、露光する前に溶媒を除去するためのプリベークを行ってもよい。

【0021】

ステップＳ１０４では、アクリル樹脂層にパターンを形成する。具体的には、図５に示すように、パターン化されたＥＵＶレジスト層１４をエッチングマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）等のドライエッチングにより、中間層１３及びアクリル樹脂層１２をエッチングする。これにより、アクリル樹脂層１２にパターンが形成される。

【0022】

ステップＳ１０５では、ＥＵＶレジスト層及び中間層を除去する。具体的には、図６に示すように、例えばフッ酸溶液に浸漬することにより、アクリル樹脂層１２の上に残存しているＥＵＶレジスト層１４及び中間層１３を除去する。

【0023】

ステップＳ１０６では、アクリル樹脂層のパターン側面を平滑化する。具体的には、図７に示すように、アクリル樹脂層１２に含まれるアクリル樹脂の主鎖を切断可能なエネルギーを付与し、アクリル樹脂の主鎖を切断することにより、アクリル樹脂層１２の表面を平滑化（スムージング）する。例えば、アクリル樹脂層１２に電子線（ＥＢ：Electron Beam）を照射することにより、アクリル樹脂の主鎖を切断してもよい。また、アクリル樹脂層１２に波長が１９３ｎｍや１７２ｎｍの真空紫外光（ＶＵＶ：Vacuum Ultra Violet）を照射することにより、アクリル樹脂の主鎖を切断してもよい。また、アクリル樹脂層１２を所定温度に加熱することで、アクリル樹脂の主鎖を切断してもよい。

【0024】

以上の工程により、所望のパターンを形成することができる。

【0025】

次に、本実施形態のパターン形成方法の作用・効果について説明する。図８は、本実施形態のパターン形成方法の作用・効果を説明する図である。具体的には、図８（ａ）は、パターン化されたＡｒＦレジスト層に電子線（ＥＢ）を照射する前後のＬＥＲを示している。図８（ｂ）は、パターン化されたＡｒＦレジスト層に電子線（ＥＢ）を照射する前後のラインの寸法（ＣＤ：Critical Dimension）を示している。

【0026】

図８（ａ）に示すように、パターン化されたＡｒＦレジスト層に電子線を照射することで、ＬＥＲの値を低減することができる。図８（ａ）では、パターン化されたＡｒＦレジスト層に電子線を照射することで、ＬＥＲの値が約２．７ｎｍから約２．２ｎｍに低減した。これは、パターン化されたＡｒＦレジスト層に電子線を照射することで、ＡｒＦレジスト層に含まれるＡｒＦレジストの主鎖が切断され、ＡｒＦレジスト層が収縮し、ＡｒＦレジスト層の表面が平滑化したからであると考えられる。

【0027】

図８（ｂ）に示すように、パターン化されたＡｒＦレジスト層に電子線を照射することで、ＣＤの値を低減することができる。図８（ｂ）では、パターン化されたＡｒＦレジスト層に電子線を照射することで、ＣＤの値が約５０ｎｍから約４４ｎｍに低減した。これは、パターン化されたＡｒＦレジスト層に電子線を照射することで、ＡｒＦレジスト層に含まれるＡｒＦレジストの主鎖が切断され、ＡｒＦレジスト層が収縮したからであると考えられる。

【0028】

以上に説明したように、本実施形態のパターン形成方法では、パターン化されたＥＵＶレジスト層１４をエッチングマスクとしてアクリル樹脂層１２をエッチングすることでアクリル樹脂層１２にパターンを形成した後、アクリル樹脂層１２の表面を平滑化する。これにより、得られるパターンのＬＥＲの値を低減することができる。

【0029】

また、本実施形態のパターン形成方法では、アクリル樹脂層１２にパターンを形成する際、アクリル樹脂層１２の上面が中間層１３で保護されているため、アクリル樹脂層１２の上面がエッチングされることがない。これにより、パターン化されたアクリル樹脂層１２の上面を平滑化することができる。

【0030】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0031】

１１ 下地層
１２ アクリル樹脂層
１３ 中間層
１４ ＥＵＶレジスト層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】