(57)【要約】【課題】寸法を選択的かつ適切に制御した半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、被加工膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンの特定箇所に選択的にエネルギー線を照射して前記レジストパターンの前記特定箇所に酸性成分を発生させる工程と、記酸性成分により架橋反応を生じる架橋材を含む膜を、前記酸性成分が発生したレジストパターン箇所を覆うように、前記被加工膜上に形成する工程と、前記架橋材と前記レジストパターンを反応させて、前記レジストパターンの一部に架橋層を形成する工程と、前記レジストパターンと前記架橋層をマスクに前記被加工膜を加工する工程と、を含む。【選択図】図１
2010113261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を露光する工程と、
前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの特定箇所に選択的にエネルギー線を照射して前記レジストパターンの前記特定箇所に酸性成分を発生させる工程と、
前記酸性成分により架橋反応を生じる架橋材を含む膜を、前記酸性成分が発生したレジストパターン箇所を覆うように、前記被加工膜上に形成する工程と、
前記架橋材と前記レジストパターンを反応させて、前記レジストパターンの一部に架橋層を形成する工程と、
前記レジストパターンと前記架橋層をマスクに前記被加工膜を加工する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記レジストパターンの前記特定箇所は、一定膜厚以下の膜厚となる前記レジストパターン箇所である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記レジストパターンの前記特定箇所は、前記レジストパターンをマスクに前記被加工膜を加工する際の加工変換差が一定以上となる前記レジストパターン箇所である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記特定箇所に酸性成分を発生させる工程は、前記特定箇所を含む領域を加熱する工程を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記レジストパターンの特定箇所に選択的にエネルギー線を照射する工程は、前記レジストパターンの特定箇所に選択的に電子ビームを照射する工程であることを含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細なパターンを形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスのパターンの微細化に伴い、高精度なレジストパターンの形成が求められている。その技術として、レジストパターンの表面に架橋層を形成するレジストパターン形成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この特許文献１に記載されたレジストパターン形成方法によれば、半導体基板上に第１のレジストを塗布し、第１のレジストをマスクを介して露光し、第１のレジストパターンを形成する。次に、第１のレジストパターンを覆うように半導体基板上に第２のレジストを塗布し、半導体基板の選択された領域を電子線遮蔽板で遮蔽し、その他の領域に電子線を照射する。電子線の照射により、第１のレジストパターンから酸性成分が発生し、第２のレジストと第１のレジストパターンとの界面において架橋反応が起こり、架橋層が第１のレジストパターンを被覆する。これにより、第１のレジストパターン全体のエッチング耐性が向上する。また、第１のレジストパターンに選択的に電子ビームを照射し、電子ビームを照射しなかった箇所に第２のレジストを架橋させて架橋層を形成することによって、レジストパターン寸法を選択的に制御している。
【特許文献１】特開平１０−７３９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、寸法を選択的かつ適切に制御した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、被加工膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンの特定箇所に選択的にエネルギー線を照射して前記レジストパターンの前記特定箇所に酸性成分を発生させる工程と、記酸性成分により架橋反応を生じる架橋材を含む膜を、前記酸性成分が発生したレジストパターン箇所を覆うように、前記被加工膜上に形成する工程と、前記架橋材と前記レジストパターンを反応させて、前記レジストパターンの一部に架橋層を形成する工程と、前記レジストパターンと前記架橋層をマスクに前記被加工膜を加工する工程と、を含む半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、寸法を選択的かつ適切に制御した半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図、図２（ａ）は、図１（ｇ）の平面図、図２（ｂ）は、図１（ｈ）の平面図である。以下に、ラインパターンが長手方向に並んだレジストパターンを形成する場合を例に挙げて説明する。
【０００８】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板等の半導体基板１上にシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜２を形成し、層間絶縁膜２上に反射防止膜３を膜厚８０ｎｍとなるようにスピンコートにより塗布した後、溶剤を揮発させるために２０５℃で６０秒ベーキング処理を行う。
【０００９】
次に、図１（ｂ）に示すように、反射防止膜３上に第１のレジスト膜４を膜厚１５０ｎｍとなるようにスピンコートにより塗布した後、１３０℃、６０秒のベーキング処理を行う。第１のレジスト膜４は、ポジ型、ネガ型のどちらでもよい。第１のレジスト膜４は、電子線等のエネルギー線の照射によって酸性成分を発生させる材料から形成され、本実施の形態では、ＡｒＦポジ型レジスト膜を用いる。
【００１０】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＡｒＦエキシマレーザ露光装置（ＡＳ４：キャノン社製）を用い、ＮＡ＝０．８５、σ＝０．９０、３／４輪帯照明の条件で、ＡｒＦエキシマーレーザを透過率６％のハーフトーンマスクを介して第１のレジスト膜４に照射して露光５を行う。
【００１１】
次に、図１（ｄ）に示すように、露光によって発生した酸と脱離基との反応を促進させるために１３０℃で９０秒のベーキング処理を行った後、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液を用いた３０秒間のパドル現像を行い、ラインパターン１４ａ，１４ｂ間の長手方向のスペース長Ｌ１が例えば３０〜４０ｎｍのレジストパターン１４を形成する。
【００１２】
次に、現像後のレジストパターン１４の残膜が一定の膜厚（例えば、１００ｎｍ）以下となる特定箇所を抽出した後、図１（ｅ）に示すように、特定箇所に対し選択的にＥＢ（電子線）照射６を行う。ＥＢ照射６によりレジストパターン１４中に酸性成分が発生する。なお、特定箇所は、加工変換差ルールから加工変換差が一定以上の箇所を抽出してもよい。ここで、「加工変換差」とは、レジストパターンをマスクに下層の被加工膜をエッチングした後の被加工膜パターンの寸法とレジストパターンの寸法との差をいう。「加工変換差ルール」とは、エッチング後のパターンの寸法とレジストパターンの寸法とをパターンの輪郭形状に基づいて関係付けたテーブル又は関数をいう。ＥＢ照射６以外に、ＵＶ照射、Ｘ線等のエネルギー線でもよい。
【００１３】
次に、図１（ｆ）に示すように、レジストパターン１４を覆うように反射防止膜３上に第２のレジスト膜７を膜厚（被加工膜２上の厚さ）３００ｎｍとなるようスピンコートした後、架橋反応を生じさせるために１２０℃、６０秒のベーキング処理を行う。第２のレジスト膜７は、架橋材を含有する、例えば、クラリアント・ジャパン社製のＲＥＬＡＣＳ（登録商標）を用いることができる。架橋材は、レジストパターン１４から発生した酸性成分と反応して架橋層１７を形成する。
【００１４】
次に、図１（ｇ）に示すように、純水を用いた６０秒のリンス処理を行い、第２のレジスト膜７の架橋層１７以外の部分（非架橋部）を除去して、レジストパターン１４の表面に架橋層１７を形成する。スペース長Ｌ２は、図１（ｄ）に示すスペース長Ｌ１よりも５〜２０ｎｍ程度シュリンクする。図２に示すように、エネルギー線を照射したレジスト部の周辺に架橋層１７が形成され、パターン倒れすることなく、幅５０ｎｍ以下のラインパターン１４ａ，１４ｂからなるレジストパターン１４が形成される。
【００１５】
その後、図１（ｈ）に示すように、架橋層１７とレジストパターン１４をマスクとして用いて反射防止膜３及び層間絶縁膜２をエッチングする。
【００１６】
図３は、比較例として、図３（ａ）は、エッチング前の状態を示す断面図、図３（ｂ）は、エッチング前の状態を示す平面図、図３（ｃ）は、エッチング後の状態を示す断面図、図３（ｄ）は、エッチング後の状態を示す平面図である。
【００１７】
図３（ａ），（ｂ）は、半導体基板１１上に層間絶縁膜１２を形成し、層間絶縁膜１２上に反射防止膜１３を形成し、反射防止膜１３上に突き当て状態のラインパターン１４ａ，１４ｂからなるレジストパターン１４を形成した状態を示す。レジストパターン１４は、表面に架橋層が形成されていないものであり、このレジストパターン１４を用いて反射防止膜１３及び層間絶縁膜１２のエッチングを行うと、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、ラインパターン間のスペース長Ｌ１１は、Ｌ１２と広くなり、線幅もＤ１１からＤ１２へと狭くなる。
【００１８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、寸法を選択的かつ適切に制御したレジストパターンを形成することができるので、パターン倒れを防ぐことができ、幅５０ｎｍの微細なラインパターンを形成することができる。また、ラインパターン１４ａ，１４ｂに直接電子ビームを照射しているので、第２のレジスト膜７を形成した後に電子ビームを照射する場合と比べて酸の発生効率が高くなる。一方、レジストパターンに選択的に電子ビームを照射し、電子ビームを照射しなかった箇所に架橋層を形成する方法では、電子ビームを照射した部分に酸が発生してしまい、本実施の形態にように所望の箇所に架橋層を形成することはできない。
【００１９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、その発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態では、ラインパターンが長手方向に並んだレジストパターンについて説明したが、本発明は、複数のコンタクトホールからなるコンタクトパターンやラインとスペースが一定のピッチで繰り返されるラインアンドスペース等の他のパターンにも適用することができる。
【００２０】
また、レジストパターンの特定箇所にエネルギー線を照射するとともに、特定箇所を含む領域を加熱してもよく、特定箇所にエネルギー線を照射する前又は後に特定箇所を加熱してもよい。これにより、架橋反応が促進される。
【００２１】
また、レジストパターンの特定箇所にエネルギー線を照射する際に、マスクを用いて行ってもよい。
【００２２】
また、架橋層とレジストパターンをマスクに層間絶縁膜を加工したが、被加工膜として
絶縁膜でなく、ポリシリコン、金属等の材料を用いてもよい。被加工膜としてポリシリコン又は金属を用いた場合は、ＳＲＡＭやＣＭＯＳの突き当て状態のゲートに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ｇ）の平面図、図（ｂ）は、図１（ｈ）の平面図である。
【図３】図３は、比較例として、図３（ａ）は、エッチング前の状態を示す断面図、図３（ｂ）は、エッチング前の状態を示す平面図、図３（ｃ）は、エッチング後の状態を示す断面図、図３（ｄ）は、エッチング後の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…半導体基板、２…層間絶縁膜、３…反射防止膜、４…第１のレジスト膜、５…露光、６…ＥＢ照射、７…第２のレジスト膜、１１…半導体基板、１２…層間絶縁膜、１３…反射防止膜、１４…レジストパターン、１４ａ，１４ｂ…ラインパターン、１７…架橋層
【図１】
2010113261.tif 000003
【図２】
2010113261.tif 000004
【図３】
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