(57)【要約】【課題】反射防止膜を使用したレジストパターニング工程におけるパターニング性に優れる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体ウェーハ１０上に第１の反射防止膜１１を形成する工程と、第１の反射防止膜１１上に第２の反射防止膜１２を形成する工程と、第２の反射防止膜１２上にレジスト膜１３を形成する工程と、レジスト膜１３を選択的に露光する工程と、この露光後にレジスト膜１３及び反射防止膜１１、１２を現像する工程と、この現像により得られたレジスト膜１３のパターンをマスクに半導体ウェーハ１０に対する処理を行う工程とを備え、第１の反射防止膜１１の感光剤濃度は第２の反射防止膜１２の感光剤濃度よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ上に、膜厚方向で感光剤濃度が異なる反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜上に、レジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、
前記露光後に、前記レジスト膜及び前記反射防止膜を現像する工程と、
前記現像により得られた前記レジスト膜のパターンをマスクに前記半導体ウェーハに対する処理を行う工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記反射防止膜における、前記半導体ウェーハに接する部分の感光剤濃度を、前記レジスト膜に接する部分の感光剤濃度よりも高くす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。
【請求項３】
前記反射防止膜における、前記半導体ウェーハに接する部分の感光剤濃度を、前記レジスト膜に接する部分の感光剤濃度よりも低くす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。
【請求項４】
前記反射防止膜における、前記半導体ウェーハに接する部分及び前記レジスト膜に接する部分の感光剤濃度を、それら両部分間の中間部の感光剤濃度よりも低くす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。
【請求項５】
前記反射防止膜における、前記感光剤濃度が低い部分の膜厚を、前記感光剤濃度が高い部分の膜厚よりも薄くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つ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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造における例えばイオン注入工程は、レジストパターンをマスクにして半導体ウェーハに不純物を導入する工程であり、その際、ウェーハ表面に損傷を与えることを避けるため、レジストパターン形成にあたってはドライエッチング工程を行わない方がよい。そこで、例えば特許文献１には、レジスト用現像液に溶解し、レジストといっしょに現像除去することができる反射防止膜をレジスト下層に用いることが開示されている。
【０００３】
従来、現像液可溶型の反射防止膜を用いたレジストパターニングプロセスでは、非感光性の反射防止膜を使用することが主流になっているが、その理由はレジストとのケミカルなインタラクションが小さいため、レジストをあまり選ばずに使用できる利点があるためである。しかし、非感光性の反射防止膜は、非露光部（現像後に残ったレジスト膜下の部分）においても側面側から浸食が起こり、反射防止膜の形状制御が困難であるという問題がある。
【特許文献１】国際公開第２００６／０５９４５２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、反射防止膜を使用したレジストパターニング工程におけるパターニング性に優れる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、半導体ウェーハ上に、膜厚方向で感光剤濃度が異なる反射防止膜を形成する工程と、前記反射防止膜上に、レジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、前記露光後に、前記レジスト膜及び前記反射防止膜を現像する工程と、前記現像により得られた前記レジスト膜のパターンをマスクに前記半導体ウェーハに対する処理を行う工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、反射防止膜を使用したレジストパターニング工程におけるパターニング性に優れる半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
［第１実施形態］
図１〜図２に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す。
【０００８】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１０上に第１の反射防止膜１１を形成する。半導体ウェーハ１０は、基板（例えばシリコン基板）上に酸化膜、窒化膜、金属膜などの被加工膜が形成された構成を有する。あるいは、基板のみから半導体ウェーハが構成されていてもよい。半導体ウェーハ１０は回転支持台に真空チャックで固定され、その半導体ウェーハ１０上に液状の第１の反射防止膜１１を滴下し半導体ウェーハ１０を回転させる回転塗布法により、第１の反射防止膜１１は形成される。第１の反射防止膜１１の滴下塗布後、ベーク処理を行って溶剤を蒸発させ、第１の反射防止膜１１を硬化させる。
【０００９】
次いで、同じく回転塗布法により、図１（ｂ）に示すように、第１の反射防止膜１１上に第２の反射防止膜１２を形成する。第２の反射防止膜１２の滴下塗布後、ベーク処理を行って溶剤を蒸発させ、第２の反射防止膜１２を硬化させる。
【００１０】
第１の反射防止膜１１及び第２の反射防止膜１２は共に、後述するレジスト現像時の現像液に対して可溶である。ただし、第１の反射防止膜１１は、露光された部分のみが現像液に対して溶解し、露光されたなかった部分は現像液に対して溶解しない。すなわち、第１の反射防止膜１１は、露光されなければ元々現像液に対して非溶解性である。具体的に、第１の反射防止膜１１は、レジスト露光時の露光光に反応する感光性を有し、感光剤として、露光により酸を発生する光酸発生剤（ＰＡＧ：Photo Acid Generator）を含んでいる。第１の反射防止膜１１は例えばポジ型であり、露光を受けて酸が発生した部分がその酸の作用により現像液に対して可溶となる。
【００１１】
第２の反射防止膜１２は、感光剤（光酸発生剤）を実質含まず、露光部及び非露光部ともにレジスト現像液に対して溶解する。第１の反射防止膜１１及び第２の反射防止膜１２が積層されてなる反射防止膜全体についてみると、半導体ウェーハ１０に接する部分を含む下層部の光酸発生剤濃度は、後工程で形成されるレジスト膜に接する部分を含む上層部の光酸発生剤濃度よりも高くなっている。
【００１２】
次いで、図１（ｃ）に示すように、第２の反射防止膜１２上にレジスト膜１３を例えば２００ｎｍの厚さに形成する。このレジスト膜１３は、露光部に酸が発生し、その部分が現像液に対して可溶となるポジ型の化学増幅型レジストである。
【００１３】
次いで、図２（ａ）に示すように、所望の回路パターンに応じて選択的に光透過部１５ａが形成されたレチクル１５を用いて、露光光をレジスト膜１３に対して選択的に照射する。この露光光としては、レジスト膜１３の種類に応じて、ｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザー光、ＡｒＦエキシマレーザー光、電子線、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光、Ｘ線などが適宜選択可能である。
【００１４】
この露光後、例えばアルカリ系の現像液を用いた現像を行うことで、図２（ｂ）に示すように、レジスト膜１３を選択的に除去し、レジスト膜１３をパターニングする。すなわち、レジスト膜１３は露光を受けて酸が発生した部分が現像液に対して可溶となり除去される。
【００１５】
第２の反射防止膜１２は実質感光剤を含まない非感光性であり、露光部及び非露光部ともに現像液に可溶である。したがって、第２の反射防止膜１２は、非露光部（図２（ｂ）においてレジスト膜１３の下の部分）も側面側が浸食される。一方、第１の反射防止膜１１は露光された部分のみが上記現像液に対して可溶であり、その露光部のみが除去される。レジスト膜１３が除去された部分（露光部）における第２の反射防止膜１２及び第１の反射防止膜１１は共に現像液で除去され、それらが除去された部分に半導体ウェーハ１０の表面が露出する。
【００１６】
上記現像後、レジスト膜１３のパターンをマスクにして、半導体ウェーハ１０に対して、例えばイオン注入、ウェット処理、ドライエッチングなどの各種処理が行われる。
【００１７】
従来、現像液可溶型反射防止膜を用いたレジストパターニングプロセスでは、非感光性の反射防止膜の使用が主流になっている。非感光性の反射防止膜は、レジストとのケミカルインタラクションが小さいため、レジスト種をあまり選ばずに使用でき、レジストとの相性のマッチングが容易なためである。しかし、非感光性の反射防止膜は、露光部も非露光部も現像されてしまうため、図８（ａ）に示すように、ウェーハ上に残されたレジスト膜１３下の反射防止膜４１の形状制御が困難であるという問題がある。
【００１８】
図８（ａ）は、半導体ウェーハ１０とレジスト膜１３との間に単層の非感光性現像液可溶型反射防止膜４１を形成して、レジスト膜１３に対する選択的露光及び現像を行った後の状態を模式的に示す。非感光性の反射防止膜４１の場合には、現像液によって等方的にエッチングされ、ウェーハ上に残されたレジスト膜１３の下の部分（非露光部）も側面側から浸食されて細くなり（実線の状態）、場合によってはレジスト膜１３を安定して支えることが困難になり、レジスト膜１３の倒れを引き起こす。
【００１９】
なお、反射防止膜４１の側面側の浸食を抑えるためエッチング時間を短めに設定すると、図８（ａ）において２点鎖線で示すように、半導体ウェーハ１０表面上に反射防止膜４１の一部が残渣として残ってしまうことが懸念される。
【００２０】
一方、反射防止膜の形状劣化を抑制するために、露光部と非露光部とが現像液に対してエッチング選択性を有するように感光性の（光酸発生剤を含む）反射防止膜を用いた場合には（この場合を図８（ｂ）に示す）、共に感光性を有する反射防止膜４２とレジスト膜１３との感光の度合いの違いなどからそれら両者のインタラクションが強まり、レジスト膜１３パターンの形状制御が困難になるという問題がある。この問題を防ぐには、反射防止膜４２とのインタラクションが小さいレジスト膜１３を使わなければならず、使用できるレジスト膜種が制限され、使用するレジスト膜種によっては、歩留まり低下やコストアップの原因となり得る。
【００２１】
これに対して本実施形態では、レジスト膜１３と直接接する第２の反射防止膜１２を、レジスト膜１３とのインタラクションが小さい非感光性とすることで現像後のレジスト膜１３の形状劣化を抑制でき、さらに、半導体ウェーハ１０と接する側の第１の反射防止膜１１を感光性とすることで、その第１の反射防止膜１１における非露光部を現像液に対して不溶として、現像後残されるレジスト膜１３下の第１の反射防止膜１１の形状劣化を抑制できる。したがって、本実施形態では、反射防止膜を用いたレジストパターン形成におけるレジスト膜および反射防止膜の形状制御性と寸法制御性に優れ、本実施形態のプロセスによって得られるレジストパターンをマスクとしたイオン注入、ウェットエッチング、ドライエッチングなどを高精度で行える。
【００２２】
第２の反射防止膜１２は、レジスト膜１３とのインタラクションを抑制する機能を担う。したがって、第２の反射防止膜１２上に形成されるレジスト膜１３としてはその種類をあまり選ばない。一方、第１の反射防止膜１１は感光性であるため、その上に直接レジスト膜１３を形成した場合には同じく感光性のレジスト膜１３との相性のマッチングが難しいが、本実施形態では、第１の反射防止膜１１とレジスト膜１３とは直接接触しないため、それら両者のインタラクションが起こらず、第１の反射防止膜１１およびレジスト膜１３ともに他方との相性を考えず自由に種類を選択できる。
【００２３】
第２の反射防止膜１２は非感光性であるため、非露光部においても側面側からの浸食が起こる。したがって、レジスト膜１３の下に残されてレジスト膜１３を支える機能は、非露光部が現像液に対して不溶な第１のレジスト膜１１に担わせることが好ましく、第２の反射防止膜１２の膜厚としてはできるだけ薄い方がよい。ただし、数ｎｍほどの極薄膜とした場合にはピンホール等の欠陥が生じやすくなるため、本実施形態では第２の反射防止膜１２を例えば１０ｎｍほどの膜厚で形成している。
【００２４】
これに対して、前述したように現像時の形状制御性に優れる第１の反射防止膜１１はレジスト膜１３を安定して支える機能を担うため、第２の反射防止膜１２より厚くし、本実施形態では数十ｎｍ（例えば３０ｎｍ）ほどの膜厚で形成している。
【００２５】
また、感光性である第１の反射防止膜１１はその感光剤濃度を適切に設定することで、比較的短めのエッチング時間でも露光部の厚み方向のすべてを除去することが可能である。エッチング時間の短縮化によって、第２の反射防止膜１２の側面側の浸食量を抑えることが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態では、反射防止膜を種類の異なる２層構造とすることでそれぞれの層について光学定数（屈折率、消衰係数など）を調整でき、単層の反射防止膜とした場合よりも、反射防止性能を決める膜厚、屈折率、消衰係数等の組み合わせ自由度が増え、その組み合わせによっては反射防止効果を飛躍的に高めることもでき、レジストパターンの寸法制御性を大幅に向上させることも可能である。
【００２７】
本発明者が実験を行ったところ、反射防止膜のすべてを非感光性の反射防止膜４１とした図８（ａ）に示す上記比較例では、その反射防止膜４１の側面側の浸食量ａが３０ｎｍであったが、本実施形態では、非感光性の第２のレジスト膜１２の膜厚は、反射防止膜１１及び反射防止膜１２からなる反射防止膜全体の膜厚の約１／４程度と薄くしているため、図２（ｂ）の状態での反射防止膜１２の側面側の浸食量が５ｎｍに低減した。
【００２８】
また、前述したように反射防止性能を決める各種パラメータの組み合わせ自由度が高くなることから、その組み合わせを適切に設定することで、露光時の反射防止性能を飛躍的に向上させることができ、ウェーハ全面でのレジストパターン寸法ばらつきの幅（３σ）が、上記比較例では１５ｎｍであったものが、本実施形態では７ｎｍまで低減した。ここで、３σは寸法ばらつきの目安を示し、上記比較例では全体の９９．７％が平均値±１５ｎｍに収まるのに対して、本実施形態では全体の９９．７％が平均値±７ｎｍに収まる。
【００２９】
［第２実施形態］
次に、図３〜図４に、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１０上に反射防止膜２１を形成する。具体的には、回転支持台に真空チャックで固定された半導体ウェーハ１０上に、液状の反射防止膜２１を滴下し半導体ウェーハ１０を回転させる回転塗布法により、反射防止膜２１は形成される。反射防止膜２１の滴下塗布後、ベーク処理を行って溶剤を蒸発させ、反射防止膜２１を硬化させる。反射防止膜２１の膜厚は例えば４０ｎｍほどである。
【００３１】
反射防止膜２１は、レジスト露光時の露光光に反応する感光性を有し、感光剤として、露光により酸を発生する光酸発生剤を含んでいる。反射防止膜２１において、露光により酸が発生した部分が現像液に対して可溶となる。
【００３２】
そして、本実施形態では、反射防止膜２１を半導体ウェーハ１０上に形成する際に、膜厚方向に光酸発生剤の濃度勾配を生じさせる。具体的には、光酸発生剤の分子量、上記回転塗布時における半導体ウェーハ１０の回転数、ベーク温度、ベーク時間、半導体ウェーハ１０上の雰囲気圧力などの調整によって、光酸発生剤の膜厚方向の移動を生じさせて、膜厚方向に光酸発生剤の濃度勾配を生じさせる。
【００３３】
図５に、反射防止膜２１の膜厚方向の光酸発生剤の濃度分布を例示する。  
反射防止膜２１は、レジスト膜に接する部分を含む上層部から、半導体ウェーハ１０に接する部分を含む下層部に向かうにしたがって光酸発生剤濃度が高くなっている。なお、上層部から下層部にかけての光酸発生剤の濃度変化は連続的である必要はなく、段階的であってもよい。要するに、反射防止膜２１において、レジスト膜に接する部分よりも、半導体ウェーハ１０に接する部分の方が光酸発生剤の濃度が高くなっていればよい。
【００３４】
反射防止膜２１の形成後、図３（ｂ）に示すように、反射防止膜２１上にレジスト膜１３を例えば２００ｎｍの厚さに形成する。このレジスト膜１３は、露光部に酸が発生し、その部分が現像液に対して可溶となるポジ型の化学増幅型レジストである。
【００３５】
次いで、図４（ａ）に示すように、所望の回路パターンに応じて選択的に光透過部１５ａが形成されたレチクル１５を用いて、露光光をレジスト膜１３に対して選択的に照射する。
【００３６】
この露光後、例えばアルカリ系の現像液を用いた現像を行うことで、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜１３を選択的に除去し、レジスト膜１３をパターニングする。すなわち、レジスト膜１３は露光を受けて酸が発生した部分が現像液に対して可溶となり除去される。
【００３７】
感光剤（光酸発生剤）を含む反射防止膜２１は、露光された部分のみが上記現像液に対して可溶であり、その露光部のみが除去される。露光部における反射防止膜２１は膜厚方向すべてにわたって現像液で除去され、それらが除去された部分に半導体ウェーハ１０の表面が露出する。
【００３８】
上記現像後、レジスト膜１３のパターンをマスクにして、半導体ウェーハ１０に対して、例えばイオン注入、ウェット処理、ドライエッチングなどの各種処理が行われる。
【００３９】
反射防止膜２１は感光性であり、露光部と非露光部とが現像液に対してエッチング選択性を有するため、非露光部における側面側の浸食による形状劣化を防ぐことができる。さらに、反射防止膜２１においてレジスト膜１３と直接接する部分の光酸発生剤濃度を相対的に低くすることで、レジスト膜１３とのインタラクションを抑制することができ、現像後のレジスト膜１３の形状劣化を抑制できる。また、反射防止膜２１上に形成されるレジスト膜１３としてはその種類をあまり選ばない。
【００４０】
したがって、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、反射防止膜を用いたレジストパターン形成におけるレジスト膜および反射防止膜の形状制御性と寸法制御性に優れ、本実施形態のプロセスによって得られるレジストパターンをマスクとしたイオン注入、ウェットエッチング、ドライエッチングなどを高精度で行える。
【００４１】
また、本実施形態では、反射防止膜２１は１種類の単層であるため、反射防止膜の形成工程を複数回行う必要はなく、１回の塗布で済み、工程数増大を抑えてコスト低減を図れる。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、図６〜７に、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す。
【００４３】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１０上に反射防止膜２５を形成する。具体的には、回転支持台に真空チャックで固定された半導体ウェーハ１０上に、液状の反射防止膜２５を滴下し半導体ウェーハ１０を回転させる回転塗布法により、反射防止膜２５は形成される。反射防止膜２５の滴下塗布後、ベーク処理を行って溶剤を蒸発させ、反射防止膜２５を硬化させる。反射防止膜２５の膜厚は例えば４０ｎｍほどである。
【００４４】
そして、本実施形態では、反射防止膜２５を半導体ウェーハ１０上に形成する際に、膜厚方向に光酸発生剤の濃度変化を生じさせる。具体的には、感光性と非感光性の２種類のポリマーを混合させた溶液を半導体ウェーハ１０上に滴下し、半導体ウェーハ１０とポリマーとの相互作用、ポリマー表面エネルギー、ポリマー間相互作用、半導体ウェーハ１０表面に対する疎水性などを利用して、膜厚方向にポリマーの濃度変化を生じさせる。
【００４５】
具体的には、感光性のポリマーが半導体ウェーハ１０側の下層に相対的に多く含まれ、非感光性のポリマーが上層に相対的に多く含まれるようにする。すなわち、反射防止膜２５において、半導体ウェーハ１０に接する部分を含む下層部２５ａは相対的に感光性ポリマー濃度が高く実質感光性になり、その上層の上層部２５ｂは相対的に非感光性ポリマー濃度が高く実質非感光性になる。
【００４６】
反射防止膜２５の形成後、図６（ｂ）に示すように、反射防止膜２５上にレジスト膜１３を例えば２００ｎｍの厚さに形成する。このレジスト膜１３は、露光部に酸が発生し、その部分が現像液に対して可溶となるポジ型の化学増幅型レジストである。
【００４７】
次いで、図７（ａ）に示すように、所望の回路パターンに応じて選択的に光透過部１５ａが形成されたレチクル１５を用いて、露光光をレジスト膜１３に対して選択的に照射する。この露光後、例えばアルカリ系の現像液を用いた現像を行うことで、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜１３を選択的に除去し、レジスト膜１３をパターニングする。すなわち、レジスト膜１３は露光を受けて酸が発生した部分が現像液に対して可溶となり除去される。
【００４８】
反射防止膜２５における上層部２５ｂは実質非感光性であり、露光部及び非露光部ともに現像液に溶解する。一方、反射防止膜２５における下層部２５ａは露光された部分のみが上記現像液に対して溶解し、その露光部のみが除去される。
【００４９】
上記現像後、レジスト膜１３のパターンをマスクにして、半導体ウェーハ１０に対して、例えばイオン注入、ウェット処理、ドライエッチングなどの各種処理が行われる。
【００５０】
本実施形態では、反射防止膜２５においてレジスト膜１３と直接接する上層部２５ｂを、レジスト膜１３とのインタラクションが小さい非感光性とすることで現像後のレジスト膜１３の形状劣化を抑制でき、さらに、半導体ウェーハ１０と接する下層部２５ａを感光性とすることで、その上層部２５ａにおける非露光部を現像液に対して不溶として、現像後残されるレジスト膜１３下の部分の形状劣化を抑制できる。したがって、本実施形態においても、反射防止膜を用いたレジストパターン形成におけるレジスト膜および反射防止膜の形状制御性と寸法制御性に優れ、本実施形態のプロセスによって得られるレジストパターンをマスクとしたイオン注入、ウェットエッチング、ドライエッチングなどを高精度で行える。
【００５１】
非感光性の上層部２５ｂは、レジスト膜１３とのインタラクションを抑制する機能を担う。したがって、その上に形成されるレジスト膜１３としては種類をあまり選ばない。一方、下層部２５ａは感光性であるため、その上に直接レジスト膜１３を形成した場合には同じく感光性のレジスト膜１３との相性のマッチングが難しいが、本実施形態では、下層部２５ａとレジスト膜１３とは直接接触しないため、それら両者のインタラクションが起こらず、レジスト膜種の選択自由度が高い。
【００５２】
また、非露光部も現像液に対して可溶である上層部２５ｂでは、レジスト膜１３下の部分も側面側からの浸食が起こる。したがって、レジスト膜１３の下に残されてレジスト膜１３を支える機能は、非露光部が現像液に対して不溶な下層部２５ａに担わせることが好ましい。すなわち、現像時の形状制御性に優れる下層部２５ａはレジスト膜１３を安定して支える機能を担うため、上層部２５ｂよりも厚くなるように、前述した混合液における成分や成分比、回転塗布時の条件などを調整することが好ましい。
【００５３】
また、感光性である下層部２５ａはその感光剤濃度を適切に設定することで、比較的短めのエッチング時間でも露光部の厚み方向のすべてを除去することが可能である。エッチング時間の短縮化によって、上層部２５ｂの側面側の浸食量を抑えることが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態では、反射防止膜２５の形成工程を複数回行う必要はなく、１回の塗布で済み、工程数増大を抑えてコスト低減を図れる。
【００５５】
［第４実施形態］
次に、図９〜１０に、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す。
【００５６】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１０上に第１の反射防止膜３１を形成する。具体的には、回転支持台に真空チャックで固定された半導体ウェーハ１０上に、液状の第１の反射防止膜３１を滴下し半導体ウェーハ１０を回転させる回転塗布法により、第１の反射防止膜３１は形成される。第１の反射防止膜３１の滴下塗布後、ベーク処理を行って溶剤を蒸発させ、第１の反射防止膜３１を硬化させる。
【００５７】
次いで、同じく回転塗布法により、図９（ｂ）に示すように、第１の反射防止膜３１上に第２の反射防止膜３２を形成する。第２の反射防止膜３２の滴下塗布後、ベーク処理を行って溶剤を蒸発させ、第２の反射防止膜３２を硬化させる。
【００５８】
第１の反射防止膜３１は、感光剤（光酸発生剤）を実質含まず非感光性であり、露光部及び非露光部ともにレジスト現像液に対して溶解する。第２の反射防止膜３２は、レジスト露光時の露光光に反応する感光性を有し、感光剤として、露光により酸を発生する光酸発生剤を含んでいる。第２の反射防止膜３２は例えばポジ型であり、露光を受けて酸が発生した部分が現像液に対して可溶となる。
【００５９】
第１の反射防止膜３１及び第２の反射防止膜３２が積層されてなる反射防止膜全体についてみると、半導体ウェーハ１０に接する部分を含む下層部の光酸発生剤濃度は、レジスト膜に接する部分を含む上層部の光酸発生剤濃度よりも低くなっている。
【００６０】
次いで、図９（ｃ）に示すように、第２の反射防止膜３２上にレジスト膜１３を例えば２００ｎｍの厚さに形成する。このレジスト膜１３は、露光部に酸が発生し、その部分が現像液に対して可溶となるポジ型の化学増幅型レジストである。
【００６１】
次いで、図１０（ａ）に示すように、所望の回路パターンに応じて選択的に光透過部１５ａが形成されたレチクル１５を用いて、光をレジスト膜１３に対して選択的に照射する。この露光後、例えばアルカリ系の現像液を用いた現像を行うことで、図１０（ｂ）に示すように、レジスト膜１３を選択的に除去し、レジスト膜１３をパターニングする。すなわち、レジスト膜１３は露光を受けて酸が発生した部分が現像液に対して可溶となり除去される。
【００６２】
上記現像後、レジスト膜１３のパターンをマスクにして、半導体ウェーハ１０に対して、例えばイオン注入、ウェット処理、ドライエッチングなどの各種処理が行われる。
【００６３】
本実施形態は、半導体ウェーハ表面に段差がある部分の処理に適している。その段差部分の一例を図１５に示す。図１５には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）のゲート近傍を示し、（ｂ）はその斜視図を、（ａ）は平面図を示す。
【００６４】
基板９上にゲート電極６１が設けられ、その側壁にはサイドウォール絶縁膜６２が設けられている。レジスト膜１３は、ソース／ドレイン領域を基板９表層部に形成するためのイオン注入用のマスクとして用いられる。
【００６５】
すなわち、ゲート電極６１及びサイドウォール絶縁膜６２を覆うように基板９全面に反射防止膜４３とレジスト膜１３を形成した後、イオン注入を行う領域のみを露出させるべく、選択的露光と現像を行い、隣り合うゲート電極６１のサイドウォール絶縁膜６２間の基板９表面上のレジスト膜１３及び反射防止膜４３を除去する。
【００６６】
このときの選択的露光における露光部（すなわち反射防止膜４３及びレジスト膜１３を除去して基板９表面を露出させるべき部分）は、隣り合うゲート電極６１のサイドウォール絶縁膜６２間になるが、特にその隙間が深く、また狭いと、深さ方向に見て基板９側の奥の方まで光が届きにくい場合がある。その場合、反射防止膜４３が感光性であると、露光部における基板９側の下層の反射防止膜４３の一部が感光されず、現像後も図１６に示すように残渣４３ａとして残ってしまうことが懸念される。こうなると、イオン注入を行うべき基板９表面が露出しない、または一部しか露出しなくなってしまう。
【００６７】
これに対して、図９、１０を参照して前述した本実施形態では、露光光がより届きにくい半導体ウェーハ１０側に、非露光部であっても現像液に可溶な非感光性の第１の反射防止膜３１を形成している。したがって、半導体ウェーハ１０表面に図１５に例示するような段差部分があり、その隙間の奥の方まで光が届かなかったとしても、半導体ウェーハ１０側に形成された第１の反射防止膜３１は現像液に溶けて除去することができる。すなわち、その上の感光性の第２の反射防止膜３２に露光光が届きさえすれば、露光部におけるレジスト膜１３、第２の反射防止膜３２および第１の反射防止膜３１を除去することができ、その部分の半導体ウェーハ１０表面を露出させることができる。このような点に鑑み、第１の反射防止膜３１と第２の反射防止膜３２との膜厚比は、段差部隙間において第２の反射防止膜３２の膜厚方向のすべてが確実に露光するように設定することが望ましい。
【００６８】
なお、第１の反射防止膜３１は非感光性であるため、非露光部においても側面側からの浸食が起こる。したがって、レジスト膜１３の下に残されてレジスト膜１３を支える機能は、非露光部が現像液に対して不溶な第２のレジスト膜３２に担わせることが好ましく、このような点から、第２の反射防止膜３２の方を第１の反射防止膜３１よりも厚くするのが望ましい。例えば、本実施形態では、第１の反射防止膜３１の膜厚を１０ｎｍほどに、第２の反射防止膜３２の膜厚を数十ｎｍ（例えば３０ｎｍ）ほどにしている。
【００６９】
また、感光性である第２の反射防止膜３２はその感光剤濃度を適切に設定することで、比較的短めのエッチング時間でも露光部の厚み方向のすべてを除去することが可能である。エッチング時間の短縮化によって、第１の反射防止膜３１の側面側の浸食量を抑えることが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様、反射防止膜を種類の異なる２層構造とすることでそれぞれの層について光学定数（屈折率、消衰係数など）を調整でき、単層の反射防止膜とした場合よりも、反射防止性能を決める膜厚、屈折率、消衰係数等の組み合わせ自由度が増え、その組み合わせによっては反射防止効果を飛躍的に高めることもでき、レジストパターンの寸法制御性を大幅に向上させることも可能である。
【００７１】
［第５実施形態］
次に、図１１〜１２に、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す。
【００７２】
本実施形態では、上記第４実施形態と同様に、半導体ウェーハ１０上に、第１の反射防止膜３１と第２の反射防止膜３２とを順次形成した後、同じく回転塗布法により、図１１（ａ）に示すように、第２の反射防止膜３２上に第３の反射防止膜３３を形成する。第３の反射防止膜３３の滴下塗布後、ベーク処理を行って溶剤を蒸発させ、第３の反射防止膜３３を硬化させる。
【００７３】
第３反射防止膜３３は、第１の反射防止膜３１と同様に、感光剤（光酸発生剤）を実質含まず非感光性であり、露光部及び非露光部ともにレジスト現像液に対して溶解する。第１〜第３の反射防止膜３１〜３３からなる反射防止膜全体についてみると、半導体ウェーハ１０に接する部分を含む下層部およびレジスト膜に接する部分を含む上層部の光酸発生剤濃度は、それら両部分間の中間部の光酸発生剤濃度よりも低くなっている。
【００７４】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、第３の反射防止膜３３上にレジスト膜１３を例えば２００ｎｍの厚さに形成する。このレジスト膜１３は、露光部に酸が発生し、その部分が現像液に対して可溶となるポジ型の化学増幅型レジストである。
【００７５】
次いで、図１２（ａ）に示すように、所望の回路パターンに応じて選択的に光透過部１５ａが形成されたレチクル１５を用いて、光をレジスト膜１３に対して選択的に照射する。この露光後、例えばアルカリ系の現像液を用いた現像を行うことで、図１２（ｂ）に示すように、レジスト膜１３を選択的に除去し、レジスト膜１３をパターニングする。すなわち、レジスト膜１３は露光を受けて酸が発生した部分が現像液に対して可溶となり除去される。
【００７６】
第１の反射防止膜３１及び第３の反射防止膜３３は非感光性であり、露光部及び非露光部ともに現像液に溶解する。一方、第２の反射防止膜３２は露光された部分のみが上記現像液に対して可溶であり、その露光部のみが除去される。
【００７７】
上記現像後、レジスト膜１３のパターンをマスクにして、半導体ウェーハ１０に対して、例えばイオン注入、ウェット処理、ドライエッチングなどの各種処理が行われる。
【００７８】
本実施形態においても、第１の反射防止膜３１及び第２の反射防止膜３２を形成しているため、前述した第４実施形態と同様な効果が得られる。
【００７９】
さらに、本実施形態では、レジスト膜１３と直接接する部分に形成した第３の反射防止膜３３を、レジスト膜１３とのインタラクションが小さい非感光性とすることで、現像後のレジスト膜１３の形状劣化を抑制できる。したがって、レジスト膜１３としてはその種類をあまり選ばない。一方、第２の反射防止膜３２は感光性であるため、その上に直接レジスト膜１３を形成した場合には同じく感光性のレジスト膜１３との相性のマッチングが難しいが、本実施形態では、第２の反射防止膜３２とレジスト膜１３とは直接接触しないため、それら両者のインタラクションが起こらず、第２の反射防止膜３２およびレジスト膜１３ともに他方との相性を考えず自由に種類を選択できる。
【００８０】
第１の反射防止膜３１及び第３の反射防止膜３３は非感光性であるため、非露光部においても側面側からの浸食が起こる。したがって、レジスト膜１３の下に残されてレジスト膜１３を支える機能は、非露光部が現像液に対して不溶な第２のレジスト膜３２に担わせることが好ましく、このような点から、第２の反射防止膜３２を、第１の反射防止膜３１及び第３の反射防止膜３３よりも厚くするのが望ましい。例えば、本実施形態では、第１の反射防止膜３１、第３の反射防止膜３３の膜厚をそれぞれ１０ｎｍほどに、第２の反射防止膜３２の膜厚を数十ｎｍ（例えば２０ｎｍ）ほどにしている。
【００８１】
また、感光性である第２の反射防止膜３２はその感光剤濃度を適切に設定することで、比較的短めのエッチング時間でも露光部の厚み方向のすべてを除去することが可能である。エッチング時間の短縮化によって、第１の反射防止膜３１及び第３の反射防止膜３３の側面側の浸食量を抑えることが可能となる。
【００８２】
［第６実施形態］
次に、図１３〜１４に、本発明の第６実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す。
【００８３】
まず、図１３（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１０上に反射防止膜５１を形成する。具体的には、回転支持台に真空チャックで固定された半導体ウェーハ１０上に、液状の反射防止膜５１を滴下し半導体ウェーハ１０を回転させる回転塗布法により、反射防止膜５１は形成される。反射防止膜５１の滴下塗布後、ベーク処理を行って溶剤を蒸発させ、反射防止膜５１を硬化させる。反射防止膜５１の膜厚は例えば４０ｎｍほどである。
【００８４】
そして、本実施形態では、反射防止膜５１を半導体ウェーハ１０上に形成する際に、膜厚方向に感光剤の濃度変化を生じさせる。具体的には、感光性と非感光性の２種類のポリマーを混合させた溶液を半導体ウェーハ１０上に滴下し、半導体ウェーハ１０とポリマーとの相互作用、ポリマー表面エネルギー、ポリマー間相互作用、半導体ウェーハ１０表面に対する疎水性などを利用して、膜厚方向に感光性ポリマーや非感光性ポリマーの濃度変化を生じさせる。
【００８５】
具体的には、非感光性ポリマーが半導体ウェーハ１０側の下層に相対的に多く含まれ、感光性ポリマーが上層に相対的に多く含まれるようにする。すなわち、反射防止膜５１において、半導体ウェーハ１０に接する部分を含む下層部５１ａは相対的に非感光性ポリマーが多くなり、その上層の上層部５１ｂは相対的に感光性ポリマーが多くなる。
【００８６】
反射防止膜５１の形成後、図１３（ｂ）に示すように、反射防止膜５１上にレジスト膜１３を例えば２００ｎｍの厚さに形成する。このレジスト膜１３は、露光部に酸が発生し、その部分が現像液に対して可溶となるポジ型の化学増幅型レジストである。
【００８７】
次いで、図１４（ａ）に示すように、所望の回路パターンに応じて選択的に光透過部１５ａが形成されたレチクル１５を用いて、露光光をレジスト膜１３に対して選択的に照射する。この露光後、例えばアルカリ系の現像液を用いた現像を行うことで、図１４（ｂ）に示すように、レジスト膜１３を選択的に除去し、レジスト膜１３をパターニングする。すなわち、レジスト膜１３は露光を受けて酸が発生した部分が現像液に対して可溶となり除去される。
【００８８】
反射防止膜５１における下層部５１ａは実質非感光性であり、露光部及び非露光部ともに現像液に溶解する。一方、反射防止膜５１における上層部５１ｂは露光された部分のみが上記現像液に対して溶解し、その露光部のみが除去される。
【００８９】
上記現像後、レジスト膜１３のパターンをマスクにして、半導体ウェーハ１０に対して、例えばイオン注入、ウェット処理、ドライエッチングなどの各種処理が行われる。
【００９０】
本実施形態も、上記第４、５実施形態と同様、半導体ウェーハ１０表面に段差がある部分の処理に適している。すなわち、露光光がより届きにくい下層側に、非露光部であっても現像液に可溶な下層部５１ａを形成している。したがって、半導体ウェーハ１０表面に図１５に例示するような段差部分があり、その隙間の奥の方まで光が届かなかったとしても、下層部５１ａは現像液に溶けて除去することができる。
【００９１】
したがって、上層部５１ｂに露光光が届きさえすれば、露光部におけるレジスト膜１３及び反射防止膜５１を除去することができ、その部分の半導体ウェーハ１０表面を露出させることができる。このような点に鑑み、下層部５１ａと上層部５１ｂとの膜厚比は、段差部隙間において上層部５１ｂの膜厚方向のすべてが確実に露光するように、前述した混合液における成分や成分比、回転塗布時の条件などを設定することが望ましい。
【００９２】
また、非露光部も現像液に対して可溶である下層部５１ａでは、レジスト膜１３下の部分も側面側からの浸食が起こる。したがって、レジスト膜１３の下に残されてレジスト膜１３を支える機能は、非露光部が現像液に対して不溶な上層部５１ｂに担わせることが好ましい。すなわち、現像時の形状制御性に優れる上層部５１ｂはレジスト膜１３を安定して支える機能を担うため、下層部５１ａよりも厚くなるように、前述した混合液における成分や成分比、回転塗布時の条件などを調整することが好ましい。
【００９３】
また、本実施形態では、反射防止膜５１の形成工程を複数回行う必要はなく、１回の塗布で済み、工程数増大を抑えてコスト低減を図れる。
【００９４】
また、感光性である上層部５１ｂはその感光剤濃度を適切に設定することで、比較的短めのエッチング時間でも露光部の厚み方向のすべてを除去することが可能である。エッチング時間の短縮化によって、下層部５１ａの側面側の浸食量を抑えることが可能となる。
【００９５】
なお、本実施形態では感光性ポリマーと非感光性ポリマーとを混合した溶液を反射防止膜５１の材料として用いたが、前述した第２実施形態のように、感光性の１種類の溶液を用い、それに含まれる感光剤の分子量、回転塗布時における半導体ウェーハの回転数、ベーク温度、ベーク時間、半導体ウェーハ上の雰囲気圧力などの調整によって、感光剤の膜厚方向の移動を生じさせて、反射防止膜の膜厚方向に感光剤の濃度変化を生じさせるようにしてもよい。
【００９６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００９７】
前述した実施形態では感光剤を含む反射防止膜やレジスト膜としてポジ型を例示したが、それらがネガ型の場合にも本発明は適用可能である。また、感光剤としては、露光により酸を発生する光酸発生剤に限らず、露光光に反応して露光部を現像液に対して可溶または不溶にするものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図。
【図２】図１に続く工程を示す模式図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図。
【図４】図３に続く工程を示す模式図。
【図５】第２実施形態の反射防止膜における膜厚方向の光酸発生剤の濃度分布を示す模式図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図。
【図７】図６に続く工程を示す模式図。
【図８】比較例における半導体装置の製造方法を示す模式図。
【図９】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図。
【図１０】図９に続く工程を示す模式図。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図。
【図１２】図１１に続く工程を示す模式図。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図。
【図１４】図１３に続く工程を示す模式図。
【図１５】基板上段差部分の模式図。
【図１６】基板上段差部分における反射防止膜の残渣を示す模式図。
【符号の説明】
【００９９】
１０…半導体ウェーハ、１１，３１…第１の反射防止膜、１２，３２…第２の反射防止膜、３３…第３の反射防止膜、１３…レジスト膜、２１，２５，５１…反射防止膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010156819.tif 000012
【図１１】
2010156819.tif 000013
【図１２】
2010156819.tif 000014
【図１３】
2010156819.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2010156819.tif 000017
【図１６】
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