JP2009016657A - レジストパターンの再形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない工程でより簡単にレジストパターンを再形成する。
【解決手段】先ず、ウェハの下地のＳＯＧ膜上に形成された不良のレジストパターンを酸化して除去する。その後、ＳＯＧ膜の表面を疎水化し、その後、そのＳＯＧ膜上に再度レジストパターンを形成する。ＳＯＧ膜の表面の疎水化は、ＴＭＳＤＭＡ（トリメチルシランジメチルアミン）又はＴＭＨＤ(ＤＰＭ)（テトラメチルヘプタンジオン）を含む疎水化剤を用いて行われる。
【選択図】図８

Description

本発明は、レジストパターンを再形成する方法に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えばウェハの所定の被エッチング膜上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、ウェハのレジスト膜に所定パターンの光を照射してレジスト膜を露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理等が順次行われて、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成されている。その後、例えばそのレジストパターンをエッチングマスクとして被エッチング膜がエッチングされ、被エッチング膜に所定のパターンが形成されている。

ところで、従来より、パターンの微細化を図るため、上記露光処理の光を短波長化することが進められている。しかしながら、この露光の短波長化を進める方法では、例えば３２ｎｍや４５ｎｍレベルの微細なパターンを形成するのが技術的に困難である。そこで、被エッチング膜の上層で２回のパターニングを行って、微細なパターンのエッチングマスクを形成する方法（以下、「ダブルパターニング」という。）が考えられている。

このダブルパターニングでは、例えば１回目のパターニングにおいて図１１に示すように例えば有機膜１００やＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜１０１などの下地膜上にレジスト膜が形成され、そのレジスト膜がパターニングされて、レジストパターンＰが形成されている。

ところで、上記ダブルパターニングにおいて、レジスト膜のパターニングが適正に行われず、レジストパターンＰが不良であった場合には、当該レジストパターンＰを剥離し、再度レジストパターンを形成し直す必要がある。このときのレジストパターンの剥離は、灰化処理やＳＰＭ洗浄によりレジストパターンを酸化させて行うのが一般的である。

かかる場合、レジストパターンが剥離された下地膜の表面は、酸化され親水性になる。このため、その下地膜の表面に、例えばレジスト液を塗布しても、適正な膜を形成することができない。そこで、現状では、親水化した下地膜を剥離し、再度下地膜を形成し直し、その上にレジスト液を塗布して、レジストパターンを再形成することが一般的である（特許文献１参照）。上記ダブルパターニングの例によれば、図１１に示すように下地膜の有機膜１００とＳＯＧ膜１０１を剥離し、その後再度有機膜１００とＳＯＧ膜１０１を形成し、その後レジストパターンＰの再形成を行っている。

特開２００１−３４３７５７号公報（段落[０００５]）

しかしながら、上述したように不良のレジストパターンが生じるたびに、その下地膜も形成し直すと、余計な工程が増えて、レジストパターンの再形成処理が煩雑になる。この結果、処理時間が長くなって、処理効率の低下を招く。また、デバイスの製造コストも高くなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、上述のダブルパターニングなどのレジストパターンの形成処理において、レジストパターンの不良が生じた場合に、より少工程でより簡単にレジストパターンを再形成することをその目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、レジストパターンを再形成する方法であって、基板の所定の下地膜上に形成された、不良のレジストパターン又は不良のレジストパターンを含む上層膜を酸化して除去する工程と、その後、下地膜の表面を疎水化する工程と、その後、下地膜上に再度レジストパターン又はレジストパターンを含む上層膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、不良のレジストパターンやそれを含む上層膜を除去した後、下地膜の表面を疎水化するので、従来のように下地膜を除去し再形成しなくても、下地膜上に適正にレジストパターンを再形成できる。この結果、少工程でより簡単にレジストパターンを再形成できる。

前記下地膜の表面の疎水化は、ＴＭＳＤＭＡ（トリメチルシランジメチルアミン）又はＴＭＨＤ（ＤＰＭ）（テトラメチルヘプタンジオン）を含む疎水化剤を用いて行われてもよい。

前記上層膜は、前記下地膜と不良のレジストパターンとの間に形成された反射防止膜を含み、前記不良のレジストパターンが除去される際には、前記反射防止膜も除去され、前記下地膜の表面が疎水化された後に、反射防止膜を再形成し、その上にレジストパターンを再形成してもよい。

前記下地膜は、無機系塗布膜であってもよい。

前記レジストパターンは、目標の被エッチング膜の上層に複数回のフォトリソグラフィー工程を行い所定のパターンのエッチングマスクを形成する際に形成されるものであってもよい。

本発明によれば、より少ない工程で簡単にレジストパターンを再形成できるので、処理効率の向上やコストダウンが図られる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。先ず、本実施の形態にかかるレジストパターンの再形成方法に用いられる疎水化処理装置について説明する。

疎水化処理装置１は、例えば図１に示すように上側に位置して上下動自在な蓋体１０と、下側に位置して蓋体１０と一体となって処理室Ｋを形成する熱板収容部１１を有している。

蓋体１０は、例えば下面が開口した略円筒形状を有している。蓋体１０の上面の中央部には、排気口１２が設けられている。この排気口１２は、排気管１３によって負圧発生装置であるポンプ１４に接続されている。例えば排気管１３には、弁などの排気圧調整装置１５が設けられている。かかる構成により、処理室Ｋ内の雰囲気を排気口１２から所定の圧力で排気できる。

熱板収容部１１の中央部には、熱処理板としての熱板２０が設けられている。熱板２０は、例えば略円盤状に形成されている。熱板２０の内部には、給電により発熱するヒータ２１が内蔵されており、熱板２０を所定の温度に加熱できる。

例えば熱板２０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン３０が設けられている。昇降ピン３０は、昇降駆動機構３１により上下動できる。熱板２０の中央部付近には、熱板２０を厚み方向に貫通する貫通孔３２が形成されており、昇降ピン３０は、熱板２０の下方から上昇して貫通孔３２を通過して、熱板２０の上方に突出できる。

熱板収容部１１は、例えば熱板２０を収容して熱板２０の外周部を支持する環状の支持部材４０と、その支持部材４０の外周を囲む略筒状のサポートリング４１を備えている。このサポートリング４１の環状の上面と蓋体１０の環状の下面が当接して、内部に処理室Ｋが形成される。

例えば支持部材４０の上面には、疎水化剤を含んだ疎水化ガスを処理室Ｋ内に供給する複数のガス供給口５０が形成されている。ガス供給口５０は、ガス供給管５１によってガス供給装置５２に接続されている。本実施の形態では、疎水化剤として、例えばＴＭＳＤＭＡ（トリメチルシランジメチルアミン）又はＴＭＨＤ（ＤＰＭ）（テトラメチルヘプタンジオン）が用いられる。

次に、本実施の形態にかかるレジストパターンの再形成方法が適用されるダブルパターニング処理について説明する。

図２は、このダブルパターニング処理のフロー図である。図３、図４、図５、図６及び図７は、このダブルパターニング処理におけるウェハＷの膜構造の変化を示す説明図である。

先ず、例えば図３（ａ）に示すようにウェハＷ上のＳｉＯなどのゲート酸化膜Ａ上に、有機系のポリシリコンなどの目標の被エッチング膜Ｂが形成され、その上層には、ＳｉＮなどの第１ハードマスクＣと、ＳｉＯ２などの第２ハードマスクＤが形成され、さらにその上層に有機膜Ｅ１及び無機系塗布膜であるＳＯＧ膜Ｆ１が形成される。

そして、１回目のパターニング処理（図２の工程Ｓ１）のフォトリソグラフィー工程が開始され、図３（ｂ）に示すようにウェハＷ上のＳＯＧ膜Ｆ１の表面に反射防止膜Ｇ１とレジスト膜Ｈ１が形成される。この反射防止膜Ｇ１とレジスト膜Ｈ１の形成は、例えば回転させたウェハＷに塗布液を供給して塗布する塗布法により行われる。

続いてレジスト膜Ｈ１が所定のパターンに露光され、現像されて図３（ｃ）に示すように第１のレジストパターンＰ１が形成される。

次に、図４（ａ）に示すように第１のレジストパターンＰ１をマスクとして下層の反射防止膜Ｇ１及びＳＯＧ膜Ｆ１がエッチングされ、その後、図４（ｂ）に示すようにそのＳＯＧ膜Ｆ１のパターンをマスクとして有機膜Ｅ１がエッチングされる。例えばこのとき第１のレジストパターンＰ１と反射防止膜Ｇ１も除去される。

続いて、図４（ｃ）に示すように有機膜Ｅ１のパターンをマスクとして第２ハードマスクＤがエッチングされる。例えばこのときＳＯＧ膜Ｆ１が除去される。こうして、第１のレジストパターンＰ１が第２ハードマスクＤに転写される。

次に、２回目のパターニング処理（図２の工程Ｓ２）のフォトリソグラフィー工程が開始され、図５（ａ）に示すように第２ハードマスクＤ上に、再度同じ種類の有機膜Ｅ２とＳＯＧ膜Ｆ２が形成される。その後、図５（ｂ）に示すようにＳＯＧ膜Ｆ２上に反射防止膜Ｇ２とレジスト膜Ｈ２が形成される。

続いてレジスト膜Ｈ２が所定のパターンに露光され、現像されて図５（ｃ）に示すように第２のレジストパターンＰ２が形成される。

次に、図６（ａ）に示すように第２のレジストパターンＰ２をマスクとして下層の反射防止膜Ｇ２及びＳＯＧ膜Ｆ２がエッチングされ、その後、図６（ｂ）に示すようにそのＳＯＧ膜Ｆ２のパターンをマスクとして有機膜Ｅ２がエッチングされる。例えばこのとき、第２のレジストパターンＰ２と反射防止膜Ｇ２が除去される。

その後、図６（ｃ）に示すように有機膜Ｅ２と第２ハードマスクＤのパターンをマスクとして第１ハードマスクＣがエッチングされる。その後、図６（ｄ）に示すようにＳＯＧ膜Ｆ２と有機膜Ｅ２が除去される。こうして、第１ハードマスクＣに、第１のレジストパターンＰ１と第２のレジストパターンＰ２が転写された微細な寸法のエッチングマスクが形成される。

次に、図７に示すように第１ハードマスクＣをマスクとして、被エッチング膜Ｂがエッチングされる（図２の工程Ｓ３）。こうして、目標の被エッチング膜Ｂに所望の微細なパターンが形成される。

次に、以上のダブルパターニング処理において、レジストパターンに不良が生じたときのレジストパターンの再形成処理について説明する。図８は、このレジストパターンの形成処理のフロー図である。

例えば第１のレジストパターンＰ１に不良が生じた際には、例えば図９（ｉ）に示すように上層膜としての第１のレジストパターンＰ１と反射防止膜Ｇ１が灰化処理又はＳＭＰ洗浄により酸化作用を用いて除去される（図８の工程Ｔ１）。このとき、下地膜のＳＯＧ膜Ｆ１の表面は酸化され、親水化される。

その後、ウェハＷが疎水化処理装置１に搬送され、ＳＯＧ膜Ｆ１の表面が疎水化処理される（図８の工程Ｔ２）。例えば図１に示す疎水化処理装置１では、先ずウェハＷは、予め上昇して待機していた昇降ピン３０に受け渡される。次に、蓋体１０が下降して処理室Ｋが形成され、排気口１２から処理室Ｋ内の排気が開始される。その後、昇降ピン３０が下降してウェハＷが熱板２０上に載置される。こうしてウェハＷが熱板２０により所定の温度に加熱される。続いて、ガス供給口５０から、例えばＴＭＳＤＭＡ（トリメチルシランジメチルアミン）又はＴＭＨＤ(ＤＰＭ)（テトラメチルヘプタンジオン）の疎水化剤を含む疎水化ガスが処理室Ｋ内に供給される。この疎水化ガスにより、図９（ii）に示すようにＳОＧ膜Ｆ１の表面が疎水化される。

その後、処理室Ｋ内の排気が停止され、ウェハＷが熱板２０から上昇される。その後、ウェハＷは、疎水化処理装置１から搬出されて、一連の疎水化処理が終了する。

次に、塗布法により反射防止膜Ｇ１とレジスト膜Ｈ１が形成され、そのレジスト膜Ｈ１がパターニングされて、図９（iii）に示すように第１のレジストパターンＰ１が再形成される（図８の工程Ｔ３）。

また、第２のレジストパターンＰ２に不良が生じた際には、図１０（ｉ）に示すように第２のレジストパターンＰ２と反射防止膜Ｇ１が灰化処理又はＳＰＭ洗浄により酸化作用を用いて除去される。

その後、ウェハＷが疎水化処理装置１に搬送され、上述の疎水化ガスにより図１０（ii）に示すようにＳＯＧ膜Ｆ２の表面が疎水化される。

その後、ＳＯＧ膜Ｆ２の表面に、塗布法により反射防止膜Ｇ２とレジスト膜Ｈ２が形成され、そのレジスト膜Ｈ１がパターニングされて、図１０（iii）に示すように第２のレジストパターンＰ２が再形成される。

以上の実施の形態によれば、レジストパターンに不良が生じた際に、レジストパターンと反射防止膜を酸化して除去し、その後下地膜のＳＯＧ膜の表面を疎水化し、その後ＳＯＧ膜の上層に反射防止膜とレジスト膜を形成して、レジストパターンを再形成した。これにより、下地膜のＳＯＧ膜を除去して再形成することなく、レジストパターンを再形成できる。この結果、より少ない工程でより簡単にレジストパターンの再形成処理を行うことができる。

疎水化剤として、他の疎水化剤よりも分子量の多いＴＭＳＤＭＡ（トリメチルシランジメチルアミン）、又はＴＭＨＤ（ＤＰＭ）（テトラメチルヘプタンジオン）を用いたので、ＳＯＧ膜の表面の疎水化を十分かつ確実に行うことができる。この結果、反射防止膜やレジスト膜がより適正に塗布され、レジストパターンの再形成をより適正に行うことができる。

以上の実施の形態では、工程数が多く複雑なダブルパターニング処理において、少工程で簡単にレジストパターンの再形成を行う本発明を適用したので、その効果は大きい。特に、第２のレジストパターンＰ２に不良が生じた際には、従来のやり方では下地膜のＳＯＧ膜Ｆ２や有機膜Ｅ２（図５（ｃ）の状態）を除去しにくく一から製造し直さなければならないものもあったが、本発明により第２のレジストパターンＰ２の形成工程からやり直すことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば上記実施の形態では、疎水化剤として、ＴＭＳＤＭＡ（トリメチルシランジメチルアミン）やＴＭＨＤ(ＤＰＭ)（テトラメチルヘプタンジオン）を用いていたが、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシザン）、ＴＭＤＳ（テトラメチルジシラザン）などの他の疎水化剤を用いてもよい。また、以上の実施の形態で記載したウェハＷの膜構造は一例であり、他の膜構造の場合に本発明を適用してもよい。また、以上の実施の形態では、レジストパターンと下地膜のＳＯＧ膜との間に反射防止膜が形成されていたが、ＳＯＧ膜上に直接レジストパターンが形成されている場合にも本発明は適用できる。また、以上の実施の形態では、本発明にかかるレジストパターンの再形成処理を、２回のパターニングを行うダブルパターニング処理に適用していたが、３回以上のパターニングを行う処理に適用してもよい。さらに、本発明は、複数回のパターニングを行うもののみならず、レジストパターンを形成する他の基板処理にも適用できる。また、本発明は、ウェハ以外の例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板に対する処理にも適用できる。

本発明は、より少ない工程でより簡単にレジストパターンの再形成を行う際に有用である。

疎水化処理装置の構成の概略を示す説明図である。 ダブルパターニング処理のフロー図である。 （ａ）は、ウェハ上に、ゲート酸化膜、被エッチング膜、第１ハードマスク、第２ハードマスク、有機膜及びＳＯＧ膜が形成された状態を示す説明図である。（ｂ）は、ＳＯＧ膜上に反射防止膜とレジスト膜が形成された状態を示す説明図である。（ｃ）は、第１のレジストパターンが形成された状態を示す説明図である。 （ａ）は、第１のレジストパターンをマスクとして反射防止膜とＳＯＧ膜がエッチングされた状態を示す説明図である。（ｂ）は、ＳＯＧ膜をマスクとして有機膜がエッチングされた状態を示す説明図である。（ｃ）は、有機膜をマスクとして第２ハードマスクがエッチングされた状態を示す説明図である。 （ａ）は、２回目の有機膜とＳＯＧ膜が形成された状態を示す説明図である。（ｂ）は、ＳＯＧ膜上に反射防止膜とレジスト膜が形成された状態を示す説明図である。（ｃ）は、第２のレジストパターンが形成された状態を示す説明図である。 （ａ）は、第２のレジストパターンをマスクとして反射防止膜とＳＯＧ膜がエッチングされた状態を示す説明図である。（ｂ）は、ＳＯＧ膜をマスクとして有機膜がエッチングされた状態を示す説明図である。（ｃ）は、有機膜と第２ハードマスクをマスクとして第１ハードマスクがエッチングされた状態を示す説明図である。（ｄ）は、ＳＯＧ膜と有機膜が除去された状態を示す説明図である。 第１ハードマスクをマスクとして被エッチング膜がエッチングされた状態を示す説明図である。 レジストパターンの再形成処理のフロー図である。 第１のレジストパターンに不良があった場合のレジストパターンの再形成処理のフローを示す説明図である。 第２のレジストパターンに不良があった場合のレジストパターンの再形成処理のフローを示す説明図である。 従来のレジストパターンの再形成処理のフローを示す説明図である。

符号の説明

１ 疎水化処理装置
Ｐ１ 第１のレジストパターン
Ｐ２ 第２のレジストパターン
Ｗ ウェハ

Claims (5)

1. レジストパターンを再形成する方法であって、
   基板の所定の下地膜上に形成された、不良のレジストパターン又は不良のレジストパターンを含む上層膜を酸化して除去する工程と、
   その後、下地膜の表面を疎水化する工程と、
   その後、下地膜上に再度レジストパターン又はレジストパターンを含む上層膜を形成する工程と、を有することを特徴とする、レジストパターンの再形成方法。
2. 前記下地膜の表面の疎水化は、ＴＭＳＤＭＡ（トリメチルシランジメチルアミン）又はＴＭＨＤ（テトラメチルヘプタンジオン）を含む疎水化剤を用いて行われることを特徴とする、請求項１に記載のレジストパターンの再形成方法。
3. 前記上層膜は、前記下地膜と不良のレジストパターンとの間に形成された反射防止膜を含み、
   前記不良のレジストパターンが除去される際には、前記反射防止膜も除去され、
   前記下地膜の表面が疎水化された後に、反射防止膜を再形成し、その上にレジストパターンを再形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載のレジストパターンの再形成方法。
4. 前記下地膜は、無機系塗布膜であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のレジストパターンの再形成方法。
5. 前記レジストパターンは、目標の被エッチング膜の上層に複数回のフォトリソグラフィー工程を行うパターニング処理により所定のパターンのエッチングマスクを形成する際に形成されるものであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のレジストパターンの再形成方法。

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