JP2009295745A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細なパターンを容易に形成する方法を含む半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第１のレジストパターンを形成し、前記第１のレジストパターンの表面部分に、レジストを現像液に対し可溶化する添加剤を含有する含有層を形成し、次いで、前記第１のレジストパターン及び基板１上に、前記添加剤を含有する可溶の樹脂膜９ａ２を形成し、第１のレジストパターンの表面の添加剤を、前記含有層の内側の前記第１のレジストパターンと外側の樹脂膜中との両方にそれぞれ拡散させて、第１のレジストパターンの一部分と樹脂膜の一部分とを、現像液に対して可溶になし、前記第１のレジストパターンの前記添加剤拡散部と前記樹脂膜の前記添加剤拡散部とを、現像液で現像して除去し、前記第１のレジストパターンにおける残存部分と前記樹脂膜における残存部分とにより第２のレジストパターンを形成する。
【選択図】図１−１２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体装置の微細化の要求に対して、フォトリソグラフィー工程においては露光波長の短波長化と露光レンズの高ＮＡ化という手法等により、現在まで対応してきた。しかしながら、急速な半導体装置の更なる微細化の要求に、従来までの露光波長の短波長化と露光レンズの高ＮＡ化というこれらの手法等では対応することが、難しくなってきている。

そこで、ダブルパターンニングという技術が提案されている。この技術は簡単には多重露光を応用した技術である。例えば、レジスト膜に荒いパターンのマスクで１回露光した後、マスクをずらして再度露光し、その後に現像する技術である。

しかしながら、この技術では、多重露光をする際の露光装置のアライメント精度が厳しく要求され、実現が実際上難しかった。

また、シリコン酸化膜の微細パターンを形成する方法が提案されている（特許文献1参照）。

この方法は次のようなものである。

まず、レジストパターンを粗いピッチで被処理基板上に形成する。このレジストパターンには、それ自体に、所期のピッチに対応する幅を持たせている。

次いで、少なくとも前記レジストパターンを覆うようにシリコン酸化膜を形成する。

さらに、前記シリコン酸化膜をエッチングして、前記シリコン酸化膜を前記レジストパターンの両側にのみ残存させ、隣り合うレジストパターンの両側のシリコン酸化膜同士の間には前記所期のピッチの隙間ができるようにする。

次いで、シリコン酸化膜に両側を挟まれた前記レジストパターンを選択的に除去し、両側のシリコン酸化膜を残存させる。これにより、残存するシリコン酸化膜は、前記所期のピッチの間隔で並ぶこととなる。つまり、当初のレジストパターンの粗いピッチの間隔の半分のピッチの間隔の微細なパターンが、シリコン酸化膜で形成される。
特開平３−２７０２２７号公報

しかし、上記の方法では、多重露光をする際の露光装置のアライメント精度が厳しく要求されたり、シリコン酸化膜を積層しエッチングする等の多くの工程を必要とするため、寸法バラツキが多く、また、歩留まりが低下するといった問題点があった。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、微細なパターンを容易に形成する方法を含む半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる半導体装置の製造方法は、基板上にレジストにより構成されるレジスト膜を設けこれに露光処理及び現像処理を施して第１のレジストパターンを形成し、前記第１のパターンの表面部分に、前記レジストを現像液に対し可溶化する添加剤を含有する含有層を形成し、次いで、前記第１のレジストパターン及び前記基板上に、前記添加剤を含有することで現像液に対し可溶化する第１の樹脂膜を形成し、前記第１のレジストパターンの表面の前記含有層中の前記添加剤を、前記含有層の内側の前記第１のレジストパターン中と外側の前記第１の樹脂膜中との両方にそれぞれ拡散させて、前記第１のレジストパターンの一部分と前記第１の樹脂膜の一部分とを、現像液に対して可溶な、第１のレジストパターンにおける添加剤拡散部と第１の樹脂膜における添加剤拡散部とにそれぞれなし、前記第１のレジストパターンの前記添加剤拡散部と前記第１の樹脂膜の前記添加剤拡散部とを、現像液で現像して除去し、前記第１のレジストパターンにおける残存部分と前記第１の樹脂膜における残存部分とにより第２のレジストパターンを形成することを特徴とする。

本発明によれば、１回の露光でパターンを形成することから、露光装置の高いアライメント精度の確保を必要とせず、容易に微細なパターンを得ることができる。さらに、工程数を削減することで、寸法バラツキの低減と歩留まり向上の効果が得られる。

本発明は、下記実施形態に限定されるものではない。

第１の実施形態
図１−１から図１−１２は、本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を示す概略的工程断面図である。

図１−１から図１−１２を用いて以下に本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明する。

（レジストパターンの形成）
被処理体としての基板１上に、ＡｒＦ有機反射防止膜（商品名：ＡＲＣ２９Ａ；日産化学社製）をスピンコートにより塗布し、温度２１５℃、１分間の条件でベークし、膜厚８０ｎｍのＡｒＦ有機反射防止膜２ａを形成する（図１−１参照）。

その後、前記ＡｒＦ有機反射防止膜２ａ上に、酸添加剤存在下でアルカリ現像液に対して可溶化する性質を有するＡｒＦポジレジストをスピンコートにより塗布する。さらに、温度１３０℃、１分間の条件でベークし、前記ＡｒＦ有機反射防止膜２ａ上に、膜厚１５０ｎｍのＡｒＦポジレジスト膜５ａを形成する（図１−２参照）。

その後、前記ＡｒＦポジレジスト膜５ａに、ＡｒＦエキシマレーザー露光装置にて、ＮＡ＝０．８５ ２／３輪帯照明の条件で、透過率６％のハーフトーンマスク４を用いて露光する（図１−３参照）。

次に、前記ハーフトーンマスク４を取り除き、温度１００℃、１分間の条件で、ベークする（図１−４参照）。

次に、２．３８重量％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液で現像し、１１０ｎｍの１：１ Ｌ／ＳのＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂを形成する（図１−５参照）。

（添加剤の付加）
前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂを覆うように、前記ＡｒＦ有機反射防止膜２ａの表面全体に、酸添加剤を含有した水溶性樹脂材料を塗布し、温度１００℃、１分間の条件で、ベークを行い、水溶性樹脂膜（第２の樹脂膜）６ａを形成する（図１−６参照）。

この際、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂと、前記水溶性樹脂膜６ａと、の界面でミキシング反応が起こり、酸添加剤を含む含有層６Ｍが形成される（図１−７参照）。

次に、前記水溶性樹脂膜（第２の樹脂膜）６ａの前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂとの未反応部分を水洗により除去し、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂの表面に、前記含有層６Ｍを残存させる（図１−８参照）。その結果、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂの表面に、前記酸添加剤が偏在することとなる。

（酸添加剤の拡散）
次に、アルコール溶剤中に酸添加剤存在下でアルカリ現像液に対して可溶化する樹脂を含んだ材料を、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂに塗布する。前記樹脂は、光酸発生剤を含まない化学増幅型レジストである。前記アルコール溶剤は、前記レジストを溶解させない溶媒から適宜選択すればよい。例えば、前記アルコール溶剤は、特開２００７−３２２５０７号公報に記載されている液浸保護膜用溶剤のような、アルコール類を用いることが好ましい。１価アルコール類を用いることが更に好ましく、炭素数が１から１０の１価アルコール類を用いることが特に好ましい。

これにより、前記材料が、図１−９からわかるように、少なくとも前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂ間に十分に埋められる。この材料に対して、１００℃、１分間の条件で、ベークを行い、酸添加剤存在下でアルカリ現像液に対して可溶化する樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａを、形成する（図１−９参照）。なお、この工程は省略可能である。

次に、１２０℃、２分間の条件でベークを行い、前記含有層６Ｍに偏在していた前記酸添加剤を、前記含有層６Ｍから図中両側に拡散させる（図１−１０参照）。即ち、前記酸添加剤は、前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａ中と、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂの中と、の両方向に拡散する（図１−１０参照）。

この拡散により前記酸添加剤を含むようになった、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂの一部５ｂ１と、前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａの一部９ａ１と、が、アルカリ現像液に対して可溶化する性質を有することとなる（図１−１１Ａ、図１−１１Ｂ参照）。

（第２のパターンの形成工程）
次に、アルカリ現像液により現像処理を行うと、前記酸添加剤を含むようになった、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂの一部５ｂ１と、酸添加剤存在下でアルカリ現像液に対して可溶化する樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａの一部９ａ１が、溶解する（図１−１１Ａ、図１−１１Ｂ、図１−１２参照）。

つまり、図１−１２に示されるように、本現像処理により、前記酸添加剤を含有しないために、アルカリ現像液に溶解しない、前記樹脂膜９ａの一部である樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａ２と、前記各ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂの一部５ｂ２と、が、残存し、図１−１２に示される微細なレジストパターン（第２のレジストパターン）が得られる。つまり、微細なレジストパターン（第２のレジストパターン）は、残存する前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａ２と、前記各ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂの一部５ｂ２と、が交互に並んだものとして得られる。この微細なレジストパターン（第２のレジストパターン）は、初めに得られたレジストパターン５ｂの倍ピッチのパターン（５５ｎｍ １：１ Ｌ／Ｓパターン）として得られる（図１−１２参照）。

第２の実施形態
以下に、本発明の第２の実施形態を説明する。

第２の実施形態が第１の実施形態と相違する点は、樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）法により平坦化する（図２−９、図２−１０参照）ようにした点にある。これ以外の点は、第１の実施形態と実質的に同一である。

この第２の実施形態でこのようにしたのは以下の理由による。

即ち、図２−９に示されるように、前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａは、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂの上では、盛り上がる形状をとる傾向にある。そのような場合には、前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａの盛り上がった上部には、前記酸添加剤が充分に拡散しない（図２−１１参照）。この前記酸添加剤が充分に拡散しない上部は、この後に行う現像処理工程での溶解が不十分となる。そのため、最終的に、所望の形状を有する微細なレジストパターンが得られないことにもなりかねない（図２−１３参照）。このような問題を解消するために、第２の実施形態では前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａの上部をＣＭＰ法により研磨除去している。

図２−１から図２−１３を用いて以下に本発明の第２の実施形態を説明する。

第２の実施形態における図２−１から図２−８に示した工程は、前記第１の実施形態の図１−１から図１−８の工程と同様である。また、第２の実施形態における図２−１１から図２−１３に示される工程も、第１の実施形態の図１−１０から図１−１２を参照して説明した工程と同様である。よって、第２の実施形態では、これらと同様な工程以外の工程について説明する。本第２の実施形態では、第１の実施形態と同一要素に同一の符号を付している。

先ず、図２−８に示すように、表面に含有層６Ｍの形成されたＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂが得られる。この後、図２−９に示すように、樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａが、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂ及び前記含有層６Ｍの上にある前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａの部分が盛り上がった形状に形成される。次いで、前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａの上面をＣＭＰ法により研磨し、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂ上に位置する前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａ及び前記含有層６Ｍを共に除去する（図２−１０参照）。なお、この研磨除去工程においては、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂ上に位置する前記樹脂膜（第１の樹脂膜）９ａのみを研磨除去し、前記ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）５ｂ上（表面）の前記含有層６Ｍを残存させてもよい。

この後は図２−１１に示される工程を経て、最終的に図２−１３に示されるパターンが得られる。つまり、この図２−１３に示されるように、本発明の第２の実施形態においても、前記第１の実施形態と同様に、微細なレジストパターン（第２のレジストパターン）が得られる。

本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その２）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その３）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その４）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その５）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その６）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その７）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その８）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その９）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１０）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１１）。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１１）の部分拡大図。 本発明の第１の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１２）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その２）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その３）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その４）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その５）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その６）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その７）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その８）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その９）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１０）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１１）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１２）。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１２）の部分拡大図。 本発明の第２の実施形態のパターンの形成方法を説明するための概略的工程断面図（その１３）。

符号の説明

１ 基板
２ａ ＡｒＦ反射防止膜
４ ハーフトーンマスク
５ａ ＡｒＦポジレジスト膜
５ｂ ＡｒＦポジレジストパターン（第１のレジストパターン）
５ｂ１ 酸添加剤を含むＡｒＦポジレジストパターン
５ｂ２ 酸添加剤を含まないＡｒＦポジレジストパターン
６ａ 水溶性樹脂膜（第２の樹脂膜）
９ａ 樹脂膜（第１の樹脂膜）
９ａ１ 酸添加剤を含む樹脂膜
９ａ２ 酸添加剤を含む樹脂膜
１０ａ 微細なレジストパターン（第２のレジストパターン）
６Ｍ 含有層

Claims (5)

1. 基板上にレジストにより構成されるレジスト膜を設けこれに露光処理及び現像処理を施して第１のレジストパターンを形成し、
   前記第１のレジストパターンの表面部分に、前記レジストを現像液に対し可溶化する添加剤を含有する含有層を形成し、
   次いで、前記第１のレジストパターン及び前記基板上に、前記添加剤を含有することで現像液に対し可溶化する第１の樹脂膜を形成し、
   前記第１のレジストパターンの表面の前記含有層中の前記添加剤を、前記含有層の内側の前記第１のレジストパターン中と外側の前記第１の樹脂膜中との両方にそれぞれ拡散させて、前記第１のレジストパターンの一部分と前記第１の樹脂膜の一部分とを、現像液に対して可溶な、第１のレジストパターンにおける添加剤拡散部と第１の樹脂膜における添加剤拡散部とし、
   前記第１のレジストパターンの前記添加剤拡散部と前記第１の樹脂膜の前記添加剤拡散部とを、現像液で現像して除去し、前記第１のレジストパターンにおける残存部分と前記第１の樹脂膜における残存部分とにより第２のレジストパターンを形成する、
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記レジストは化学増幅型レジストであり、前記添加剤は酸添加剤であり、前記現像液はアルカリ溶液である、ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第１の樹脂膜を形成した後、前記添加剤を前記第１の樹脂膜中に拡散させる前に、前記第１のレジストパターン上の前記第１の樹脂膜を除去することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第１の樹脂膜を除去した後、前記第１のレジストパターン表面の前記含有層もさらに除去して、前記第１のレジストパターンの上面を露呈させることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第２のレジストパターンにおいて、パターン幅としての前記第１のレジストパターンにおける残存部分の幅と前記第１の樹脂膜における残存部分の幅と、前記第２のレジストパターンにおける開口幅としての前記第１のレジストパターンにおける残存部分と前記第１の樹脂膜における残存部分との間隔幅とが、同じとなるように、前記第１のレジストパターンの開口幅と、前記第１のレジストパターン中と前記第１の樹脂膜中とへの添加剤の拡散長との、少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の半導体装置の製造方法。