JPH08316121A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素膜上にレジストパターンを精密に現像し
て形成するため，炭素膜表面の濡れ性を向上する。 【構成】 反射防止膜となる炭素膜４上に堆積されたレ
ジスト膜６を露光し現像してレジストパターン６ａを形
成するレジストパターン形成方法において，炭素膜４の
表面を酸化処理して炭素膜４表面を親水性にする。酸化
処理は，強酸性溶液，オゾン，オゾン水溶液又は酸素プ
ラズマに暴露して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は炭素膜上に形成されるレ
ジストパターンの形成方法に関し，とくに精密なレジス
トパターンを現像する方法に関する。

【０００２】電子機器，例えば半導体集積回路又はプリ
ント板のパターン形成では，被加工層上に形成されたレ
ジストパターンをマスクとして被加工層をエッチングし
パターニングする工程が多用されている。

【０００３】かかるレジストパターンは，露光時におけ
る被加工層表面の反射を防止するため，被加工層表面に
反射防止膜として炭素膜を形成し，その上に堆積された
レジスト膜を露光し，現像することで形成される。

【０００４】しかし，炭素膜は疎水性が強いためレジス
ト現像液との濡れ性が悪く，精密なレジストパターンの
形成が難しい。このため，炭素膜上のレジスト膜を精密
に現像できるレジストパターン形成方法が必要とされて
いる。

【０００５】

【従来の技術】従来，被加工層をエッチングするための
マスクとなるレジストパターンは，窒化チタン又はポリ
シリコンを反射防止膜として使用して形成されていた。

【０００６】図２は従来例断面工程図であり，基板上に
堆積された被加工層のパターニング工程を表している。
図２（ａ）を参照して，先ず，シリコン基板１上に絶縁
膜２，金属配線材料となる被加工層３を順次堆積する。
次いで，被加工層３上に窒化チタン又はポリシリコンか
らなる反射防止膜７を堆積し，その反射防止膜７上にレ
ジスト膜６を堆積する。次いで，図２（ｂ）を参照し
て，レジスト膜６を露光し，アルカリ水溶液の現像液中
に浸漬することでレジストパターン６ａとする。次い
で，図２（ｃ）を参照して，レジストパターン６ａをマ
スクとする被加工層３のエッチングにより，被加工層３
をパターニングしパターン３ａとする。

【０００７】このように，反射防止膜７としてシリコン
又は窒化チタンを用いる場合は，反射防止膜７の表面に
堆積したレジスト膜６を，図２（ｂ）を参照して，十分
精密に現像することができる。ところがシリコン又は窒
化チタンは，短波長域の光に対して良好な反射防止膜と
して機能しない。このため，シリコン又は窒化チタンか
らなる反射防止膜に代えて，炭素膜からなる反射防止膜
を用いる方法が考案された。

【０００８】しかし，炭素膜を反射防止膜として利用す
る場合，炭素膜が有する強い疎水性に起因してレジスト
膜の現像が精密になされないという問題が生じた。図３
は従来例断面図であり，炭素膜上に形成されたレジスト
パターンの断面形状を表している。図３を参照して，炭
素膜４上に堆積したレジスト膜を露光し現像すると，炭
素膜４表面で現像液が弾かれるため，現像されたレジス
トパターン６ａの底，即ちレジストパターン６ａの側壁
面が炭素膜４表面と接する角にレジスト膜が現像残渣と
して残り，レジストパターン６ａは底が裾を引く形状に
現像される。

【０００９】このように裾を引くレジストパターンは，
その寸法測定，例えばパターン幅の測定が非常に不正確
になる。このため，炭素膜上に形成されたレジストパタ
ーンをエッチングマスクとして用いては，精密なエッチ
ング加工をすることができず，加工寸法のばらつきが大
きくなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】炭素膜上に直接にレジ
スト膜を堆積し，このレジスト膜を露光し現像する従来
のレジストパターン形成方法では，炭素膜の強い疎水性
に起因して精密なレジストパターンを形成することがで
きないという問題がある。

【００１１】本発明は，炭素膜の表面を親水性にするこ
とにより，炭素膜表面の現像液との親和性を強め，裾を
引かない精密なレジストパターンを形成するレジストパ
ターン形成方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の実施例断
面工程図であり，レジストパターンの形成過程を表して
いる。

【００１３】上記課題を解決するための本発明の第一の
構成は，図１を参照して，炭素膜４上に堆積されたレジ
スト膜６を露光し現像してレジストパターン６ａを形成
するレジストパターン形成方法において，該炭素膜４の
表面を酸化処理して該炭素膜４表面を親水性にする工程
を含むことを特徴として構成し，及び，第二の構成は，
第一の構成のレジストパターン形成方法において，該炭
素膜４は，該非晶質炭素膜であることを特徴として構成
し，及び，第三の構成は，第一の構成又は第二の構成の
レジストパターン形成方法において，該炭素膜４表面
を，強酸性溶液，オゾン，オゾン水溶液又は酸素プラズ
マに暴露して該酸化処理を行うことを特徴として構成す
る。

【００１４】

【作用】本発明の構成では，図１を参照して，炭素膜４
上にレジスト膜６を堆積するに先立ち，炭素膜４の表面
を酸化する表面処理を行う。この酸化処理により炭素表
面は，強い疎水性を有する表面から親水性の表面状態に
変化する。このように，炭素膜４の表面が親水性となる
から水溶液である現像液の濡れ性がよく，炭素膜表面の
濡れ性が悪い場合のように炭素膜４表面近傍のレジスト
膜の溶解が遅れるということがない。このため，炭素膜
４上に堆積されたレジスト膜６の現像の際に，炭素膜４
表面付近にレジストが現像の残渣として残りレジストパ
ターン６ａの底が裾を引くという事態が生じない。従っ
て，裾を引かない精密なレジストパターンを形成するこ
とができる。

【００１５】かかる炭素膜表面の酸化処理は，炭素膜を
強酸性溶液又はオゾン水溶液中に浸漬することにより，
又はオゾンを含む雰囲気若しくは酸素プラズマの雰囲気
に暴露することによりなすことができる。さらに，一般
に酸化を進行させる処理により酸化処理をなすことがで
きる。なお，酸素プラズマに暴露するとは，プラズマ内
に炭素膜を晒す他，プラズマから流出するガス流内に炭
素膜を晒すことをも意味する。

【００１６】炭素膜表面の酸化処理によって表面の親水
性が増加する理由について，本発明の発明者は次のよう
に推定している。一般に炭素膜の表面は疎水性である。
かかる炭素膜表面を酸化することにより，炭素間の二重
結合が酸化され，表面に例えば水酸基を付加した構造が
形成される。その結果，炭素膜表面が親水性に変化した
と推定している。従って，本発明は，疎水性を有する炭
素膜の全てに適用することができる。例えばＣＶＤ法
（化学気相堆積法）又はＰＶＤ法（プラズマ気相堆積
法）により堆積されたアモルファス炭素膜（非晶質炭素
膜），結晶性の炭素膜又は不定型の炭素膜に適用するこ
とができる。

【００１７】

【実施例】本発明の詳細を実施例を参照して説明する。
本発明の第一実施例は，炭素膜表面の酸化処理を強酸性
溶液に暴露して行うもので，半導体集積回路の配線パタ
ーンの形成に適用した例である。

【００１８】先ず，図１（ａ）を参照して，図外の表面
領域に半導体素子が形成されたシリコン基板１上に，Ｓ
ｉＯ₂ からなる絶縁膜２を堆積した。次いで，配線金属
材料からなる被加工層３をスパッタにより堆積した。次
いで，反射防止膜として厚さ４０nmのアモルファス炭素
膜４をＰＶＤ法により堆積した。

【００１９】次いで，図１（ｂ）を参照して，硫酸の１
００モルに対して過酸化水素を１モルの割合で混合した
硫酸と過酸化水素の混合溶液５を８０℃に加熱保持し，
その混合溶液５中に基板１を５分間浸漬して，アモルフ
ァス炭素膜４表面の酸化処理を行った。その後，水洗し
乾燥した。

【００２０】この酸化処理前はアモルファス炭素膜４表
面の現像液の接触角は６０°であったが，酸化処理後の
接触角は３°以下に低下し，アモルファス炭素膜４の表
面が親水性に変化したことが確認された。なお，接触角
は接触角測定器を用いて測定した。その測定精度は低角
度において略±２°である。

【００２１】次いで，図１（ｃ）を参照して，アモルフ
ァス炭素膜４上にレジストを塗布しレジスト膜６を形成
した。次いで，レジスト膜６を水銀ランプのｉ線を用い
て露光した。この露光の際，アモルファス炭素膜４は反
射防止膜として作用する。

【００２２】次いで，図１（ｄ）を参照して，露光され
たレジスト膜６を現像して，レジストパターン６ａを形
成した。現像液は通常のレジスト現像液であって，アル
カリ性水溶液である。現像の結果，レジストパターン６
ａ側壁面は，アモルファス炭素膜４表面は略垂直に交わ
るように形成されており，その交叉する隅の部分にレジ
ストが残留することで生ずる裾を引くレジストパターン
の発生は大幅に抑制された。その後，レジストパターン
６ａの幅を測定した。

【００２３】次いで，レジストパターン６ａをエッチン
グマスクとする反応性イオンエッチングにより，アモル
ファス炭素膜４及び被加工層３をエッチングして被加工
層３を配線パターンに加工した。エッチング条件は，先
に測定したレジストパターン６ａの幅から見積もられる
必要なエッチングシフト量を考慮して定めた。かかる工
程で形成された配線パターンは，設計値の幅に精密に形
成され，また配線パターン幅のばらつきが非常に小さ
い。

【００２４】なお，シリコン結晶表面を処理して親水性
とし，その上にレジストパターンを現像により形成する
場合，レジストパターンが剥離するという問題が生ず
る。しかし，上述した本件発明の実施例の炭素膜の場合
は，表面を親水性としてもレジストパターンが剥離する
ことはなかった。この相違は，表面モホロジーの相違に
よる結果と本発明の発明者は推定している。

【００２５】上述の本発明の第一実施例において，アモ
ルファス炭素膜表面の酸化処理に用いられた硫酸と過酸
化水素の混合溶液に代えて，８０℃に熱した濃硝酸溶液
を用いることができる。この方法で５分間の酸化処理が
された炭素膜表面の親水性は，第一実施例と同等であっ
た。

【００２６】本発明の第二実施例は，上述の本発明の第
一実施例におけるアモルファス炭素膜表面の酸化処理を
Ｏ₃ を用いて行う方法に関する。第二実施例では，アモ
ルファス炭素膜を堆積した基板を，Ｏ₃ （オゾン）雰囲
気中で加熱して，アモルファス炭素膜表面を酸化処理す
る。酸化処理は，Ｏ₃ を窒素で希釈したガスを１リット
ル／分流すことにより，窒素１m³中に１２０ｇのＯ₃ を
含むように制御された雰囲気中で，基板温度を１５０℃
に５分間保持することでなされた。

【００２７】第三実施例は，第一実施例における酸化処
理を酸素中で紫外線照射することにより行う方法に関す
る。本実施例では，アモルファス炭素膜が堆積された基
板を減圧酸素雰囲気中に置き，基板温度１５０℃で３分
間，２００Ｗの低圧水銀ランプを光源とする紫外線を照
射することで，アモルファス炭素膜の表面を酸化処理し
た。なお，酸素流量は０．５リットル／分とした。

【００２８】第四実施例では，第一実施例における酸化
処理をオゾン水を用いてする方法に関する。本実施例で
は，上面にアモルファス炭素膜が堆積された基板を回転
台上に載せて回転し，８０℃のオゾン水を上方から供給
して酸化した後，スピン乾燥した。オゾン水は，純水中
にオゾンを溶かすことで製造される。

【００２９】上記第二〜第四の実施例によるアモルファ
ス炭素膜の表面酸化処理の結果，いずれの実施例におい
てもアモルファス炭素膜表面の現像液の接触角は第一実
施例と同様に３°以下であり，レジストパターンの形状
も同様であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば，炭素膜表面が親水性に
なるから，炭素膜上のレジスト膜を精密に現像してレジ
ストパターンを形成することができるので，このレジス
トパターンをエッチングマスクとして用いて精密なエッ
チングパターンを形成することができるから，電子装置
の性能向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例断面工程図

【図２】 従来例断面工程図

【図３】 従来例断面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 絶縁膜 ３ 被加工層 ４ 炭素膜 ５ 混合溶液 ６ レジスト膜 ６ａ レジストパターン ７ 反射防止膜 ３ａ 配線パターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素膜上に堆積されたレジスト膜を露光
   し現像してレジストパターンを形成するレジストパター
   ン形成方法において，該炭素膜の表面を酸化処理して該
   炭素膜表面を親水性にする工程を含むことを特徴とする
   レジストパターン形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のレジストパターン形成方
   法において，該炭素膜は，非晶質炭素膜であることを特
   徴とするレジストパターン形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のレジストパ
   ターン形成方法において，該炭素膜表面を，強酸性溶
   液，オゾン，オゾン水溶液又は酸素プラズマに暴露して
   該酸化処理を行うことを特徴とするレジストパターン形
   成方法。