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公開番号2024132849
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-01
出願番号2023204300
出願日2023-12-02
発明の名称薄膜のパターン形成方法、及びその処理装置
出願人個人
代理人
主分類H01L 21/306 20060101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】下地膜のサイドエッチングを抑制した薄膜のパターン形成方法及びパターン形成処理装置を提供する。
【解決手段】サイドエッチングを抑制した下地膜T0である薄膜のパターン形成方法として、通常の下地膜のエッチング時間を3回以上、最適には、4～10回以上に分割してエッチング処理する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
エッチング対象となる下地膜上に形成した少なくとも１種類の有機物質を含む有機膜パターン、又はレジスト膜を使用したパターンのマスクを形成後、エッチング対象となる下地膜のエッチングを少なくとも３回以上、最適には４回以上の回数エッチングを行い、少なくとも有機膜パターンで覆われていない部分の下地膜を全て除去すること特徴とする薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記エッチング対象となる下地膜のエッチングを少なくとも３回以上、最適には４回以上の回数エッチングする場合において、エッチング対象となる下地膜の各回のエッチング量の合計、又は各回のエッチングレートと各回の処理時間の積より計算される各回のエッチング量の合計は、エッチング対象となる下地膜の膜厚と同じ値を割合１００％の値とすると、それに対し少なくとも割合１００～２００％以内、最適には、割合１１０～１５０％以内の値であることを特徴とする前記請求項１に記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
【請求項３】
前記エッチング対象となる下地膜のエッチングを少なくとも３回以上、最適には４回以上の回数エッチングする場合において、エッチング対象となる下地膜の各回のエッチング量、又は各回のエッチングレートと各回の処理時間の積は、下地膜の全膜厚をエッチング回数で割った値と同じ値を割合１００％の値とすると、それに対して少なくとも割合１００±５０％、最適には、割合１００±２０％の範囲内の値であることを特徴とする前記請求項１乃至２のいずれかに記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
【請求項４】
前記エッチング対象となる下地膜のエッチングを少なくとも３回以上、最適には４回以上の回数エッチングする場合において、エッチング対象となる下地膜の各回のエッチング量、又は各回のエッチングレートと各回の処理時間の積は、下地膜の全膜厚をエッチング回数で割った値と同じ値を割合１００％の値とすると、それに対して、最終回以外は、少なくとも割合１００±２０％、最適には、割合１００±１０％であり、最終回のエッチングのみ少なくとも割合１００＋０～１００％、最適には割合１００＋０～５０％の範囲内であることを特徴とする前記請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
【請求項５】
前記薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置において、少なくとも２回目以降の各エッチングの前に、前記有機膜パターン、又はレジスト膜パターンのマスクの特性や形状を変化させる処理を行うことを特徴とする前記請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
【請求項６】
前記少なくとも１種類の有機物質を含む有機膜パターン、又はレジスト膜を使用したパターンのマスクが、前記有機膜パターン、又はレジスト膜パターンのマスクの特性や形状を変化させる処理により、下地膜との密着性を回復させたり、少なくとも増大させたりすることを特徴とする前記請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
【請求項７】
前記少なくとも１種類の有機物質を含む有機膜パターン、又はレジスト膜を使用したパターンのマスクが、前記有機膜パターン、又はレジスト膜パターンのマスクの特性や形状を変化させる処理により、軟化、屈曲、湾曲、液状流動化（リフロー）等の変形をすることを特徴とする前記請求項１乃至６のいずれかに記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
【請求項８】
前記少なくとも１種類の有機物質を含む有機膜パターン、又はレジスト膜を使用したパターンのマスクが、前記有機膜パターン、又はレジスト膜パターンのマスクの特性や形状を変化させる処理により、軟化、屈曲、湾曲、液状流動化（リフロー）等の変形した後、下地膜との密着性を回復させたり、少なくとも増大させたりすることを特徴とする前記請求項１乃至７のいずれかに記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
【請求項９】
前記少なくとも１種類の有機物質を含む有機膜パターン、又はレジスト膜を使用したパターンのマスクが、前記有機膜パターン、又はレジスト膜パターンのマスクの特性や形状を変化させる処理により、下地膜のサイドエッチングが起こった部分の少なくとも一部、最適には、その全てを覆い隠すように変形することを特徴とする前記請求項１乃至８のいずれかに記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１種類の有機物質を含む有機膜パターン、又はレジスト膜を使用したパターンのマスクに対し、各種レジスト特性変更処理を何回も繰り返し行なった場合にも、そのマスク材料の特性として、毎回において、下地膜との密着性を回復させたり、少なくとも増大させたり、軟化、屈曲、湾曲、液状流動化（リフロー）等の変形や、下地膜のサイドエッチングが起こった部分の少なくとも一部、最適には、その全てを覆い隠すような変形を繰り返すことが可能な材料を選択して使用することを特徴とする前記請求項１乃至９のいずれかに記載の薄膜パターンの形成方法、及びその処理装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機マスクを利用した薄膜のパターン形成方法、及びその処理装置に関する。本発明に関する現時点での技術水準をより十分に説明する目的で、本願で引用され或いは特定される特許、特許出願、特許公報、科学論文等の全てを、参照することでそれらの全ての説明を組入れる。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
有機膜により形成されたマスク（以下有機マスク、有機膜パターンと呼ぶが、レジストマスク、レジスト膜マスク、レジストパターンマスクもその1例としその範疇に含むものとする）の一例として以下レジストパターンをマスク（以下レジストマスク、レジストパターンマスク、レジスト膜マスク、レジスト膜パターンマスク、又はレジスト膜を使用したパターンのマスクのいづれかを呼ぶが、いづれも同義とする）を例にとり説明する。レジストマスクとして使用し下地膜をエッチングする工程は、半導体装置を形成する際に必須の工程である。エッチングとしては、ウエットエッチングに代表される等方性エッチングと、ドライエッチングに代表される異方性エッチングとがある。本願明細書で言う等方性エッチングとは、エッチングの方向が、上下のみならず左右方向にもエッチングが進行する場合を示しており、必ずしも上下左右が同一エッチング速度で進行しない場合も含むものとする。更に本願明細書で言う異方性エッチングとは、有機マスクの下部には、エッチングがほとんど進行しないほど上下と左右方向のエッチング速度が異なる場合を言うものとする。但し、ドライエッチングの中でも、プラズマ放電の方式、処理圧力、エッチング対象材料、処理ガスの種類によりその性質が異なり、比較的に等方性の傾向が強く見られる場合（以下、等方性ドライエッチングと呼ぶ）と、異方性の傾向が強い場合（以下、異方性ドライエッチングと呼ぶ）がある。これら異なる性質のエッチングは、エッチングを行う際の条件を考慮してより適当な方が選択される。レジストパターンをマスクとして下地膜をエッチングする場合には、レジストパターン端部（レジストパターンの有る部分と無い部分の境界）において、いわゆるサイドエッチング（又は、アンダーカット）と呼ばれる現象により下地膜がレジストパターンより異なった寸法で形成されという問題点があった。特にその傾向が強いか、細いパターン（例えば１μｍ以下）の場合には、下地膜パターンが大きく異なった寸法で形成されるだけでなく、下地膜パターン自体が消失し形成されないという問題があった。このため、前記いずれかのエッチング方法であっても下地膜のサイドエッチング（又は、アンダーカット）を極力抑制することが強く求められる。
【０００３】
ウエットエッチングを使用してエッチングした際に下地膜のサイドエッチング（又は、アンダーカット）を抑制する従来技術が特許文献１（特開昭５０－３７３７４号）に開示されている被処理体の主表面にホトレジスト膜を部分的に形成し、これをマスクとして被処理体を選択的にエッチングするエッチング法において、上記被処理体の主表面に熱可塑性のホトレジスト膜を部分的に形成した後、これをマスクとして被処理体をエッチングして溝を形成し、次に被処理体を加熱することによりホトレジスト膜を軟化させて前記溝の側面部を覆い然る後、さらにエッチングし、前記ホトレジスト膜の軟化および被処理体のエッチング処理を１階ないし多数回行って貫通孔を形成することを特徴とする技術が記載されている。
【０００４】
特許文献２（特開昭６０－２３４９８２号）には特許文献１と同様に被エッチング層の上のレジストを加熱し、レジストがキュア（レジストフローを起こす温度でキュアと別途記載有り）する温度に加熱処理するが、その前後に部分的にエッチングする方法でサイドエッチングを抑制する方法が記載されている。
【０００５】
特許文献３（特開平０５－３２７１７９号）には特許文献１、２と同様に被エッチング層をハーフエッチング後に、被エッチング層上に設けるレジスト層を軟化させてから、残りのエッチングを行い方法が記載されており、レジストを軟化させる方法として通常は熱処理による軟化（同文献の段落番号００１６）と記載されている。
【０００６】
特許文献４（特開平１１－２１４８２６号）には特許文献１、２と同様に被エッチング層（この文献では導体層）上にレジスト膜を部分的に形成し、被エッチング層の一部をエッチングした後、真空圧着装置のクッション板でエッチング端のレジスト膜を加熱しながら折り曲げる方法が記載され、その加熱について（同文献の段落番号００１０、００１１、００２１、００３２より）軟化温度まで加熱させることが記載されている。
【０００７】
特許文献５（特開昭５３－７７８４８号）には特許文献１、２、３、４と同様のエッチング途中においてレジスト膜を軟化させる方法として、レジスト膜を有機溶剤中に浸漬して膨潤させる方法が記さている。更にその浸漬する有機溶剤の例として炭化水素類、ケトン類、アルコール類、エステル類等が記されている。
【０００８】
特許文献６（特開昭５７－１６１６９号）には特許文献１、２、３、４と同様のエッチング途中にマスク層（本文献でのマスク層は、他の文献のレジスト膜と同様）を折り曲げる方法に、マスク層をパラフィン系の炭化水素、いわゆる白灯油或いは芳香族炭化水素、キシレン、トルエン等膨潤液に浸漬させて膨潤させる方法を用いている。
【０００９】
また、特許文献７（特開２００２－３３４８３０号）には、有機膜（レジスト膜、レジストマスクを含む）を溶解する薬液を有機膜に浸透させ（すなわち、少なくとも有機膜を溶解する薬液に浸漬か、その有機溶剤の蒸気にさらす）ことにより、有機膜を溶解させリフロー（薬液溶解リフロー（又は薬液ガス暴露）又は薬液ガス暴露等と呼ぶ）させるが、その有機膜の溶解後に下地膜をエッチングする方法が記載されている。
【００１０】
特許文献１乃至特許文献４に開示の前述した従来技術はいずれもレジスト膜を加熱処理してレジスト膜を軟化させたり、フローさせる方法を採用するが、その処理温度はレジスト膜がキュアする付近である。その処理温度は、レジスト膜のプリベークや、ポストベーク温度よりも高温であり、レジスト膜中の溶剤成分の大部分が蒸発する為、その処理後は硬化し、レジスト剥離が困難になるという不具合も起こり、更には、再度そのレジスト膜を軟化させるのはほぼ不可能であった。その為、特許文献１に記載のフォトレジスト膜（レジスト膜と同義）の１回目の軟化と下地膜の２回目のエッチング以降のレジスト膜は２回目の軟化以降は困難であると言わざるを得ない。
（【００１１】以降は省略されています）

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