(57)【要約】【課題】微細化及び帯電防止処理が可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１１の上に、ポジレジスト１３を塗布する工程と、ポジレジスト１３にフォトリソグラフィ法によりパターンを形成する工程と、パターニングされたポジレジスト１３上に導電性化合物を有するシュリンク剤１６を塗布する工程と、シュリンク剤１６が塗布された半導体基板１１を熱処理して、ポジレジスト１３の表面に、シュリンク剤１６が反応した硬化層１７を形成する工程と、硬化層１７以外のシュリンク剤１６を溶解除去する工程と、硬化層１７を有する領域に電子線２０を照射する処理を施す工程とを備えている。【選択図】図１
2010026433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に、フォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストにフォトリソグラフィ法によりパターンを形成する工程と、
パターニングされた前記フォトレジスト上に導電性化合物を有するシュリンク剤を塗布する工程と、
前記シュリンク剤が塗布された前記半導体基板を熱処理して、前記フォトレジストの表面に、前記シュリンク剤が反応した硬化層を形成する工程と、
前記硬化層以外の前記シュリンク剤を溶解除去する工程と、
前記硬化層を有する領域に荷電粒子を照射する処理を施す工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板の上に、導電性化合物を有する反射防止膜を塗布し、前記反射防止膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストにフォトリソグラフィ法によりパターンを形成する工程と、
パターニングされた前記フォトレジスト上に導電性化合物を有するシュリンク剤を塗布する工程と、
前記シュリンク剤が塗布された前記半導体基板を熱処理して、前記フォトレジストの表面に、前記シュリンク剤が反応した硬化層を形成する工程と、
前記硬化層以外の前記シュリンク剤を溶解除去する工程と、
前記硬化層を有する領域に荷電粒子を照射する処理を施す工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記導電性化合物は、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリｐ−フェニレンの導電性高分子、並びに、界面活性剤系、シリコン系、及び有機ホウ素系の導電性低分子の内の、少なくとも１つの化合物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記界面活性剤系導電性低分子は、カルボン酸塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、及びホスホニウム塩の内の、少なくとも１つの化合物であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記荷電粒子は電子線であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項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、荷電粒子を照射する処理工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、リソグラフィ技術により形成されたレジストパターンに対して、エッチング、イオン注入、及び電子線によるパターンの寸法測定等、荷電粒子照射を伴う工程が多い。これらの工程で、荷電粒子の目標となる部分及び目標に隣接する部分となるのが所望のパターンが形成されたフォトレジストである。そして、パターンを微細化するために、シュリンク剤が使われる場合、シュリンク剤にも、荷電粒子が照射されることになる。
【０００３】
高分子有機物から構成されるフォトレジストは一般に非常に高い絶縁性を示すため、荷電粒子照射を伴う工程において容易に帯電してしまう。フォトレジストによりパターンの形成された半導体基板上に電子線を照射すると、フォトレジストの絶縁性により、容易に電子線がトラップされ、帯電する。この帯電したフォトレジストパターンに向けて電子線を照射すると、帯電したフォトレジストの生ずる電界により軌道が曲げられてしまう。その結果、フォトレジストのパターンの画像及び寸法等は、正確に得られない。そして、シュリンク剤においても、フォトレジストと同様な現象が起こる。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば、エネルギー線照射によってカチオン又はアニオンを発生するイオン発生剤を含むネガレジストを用いたパターン形成方法において、ネガレジストに所望のパターンを形成し、このパターンの形成されたレジストに低圧水銀灯などのエネルギー線照射によりイオン性物質を発生させてレジストの導電性を高め、その後電子線照射を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、この開示された技術は、フォトレジストの帯電を防止できるものの、フォトレジストにカチオン又はアニオンを発生するイオン発生剤を添加するプロセスの外に、ネガレジストの全面に低圧水銀灯による光を照射して、イオン性物質を生成する必要があり、半導体基板全面に、均一に光を照射する工程は枚葉的に行う必要があり、専用設備及び処理時間が必要という問題を有している。また、イオン発生剤の添加により、必要とされる解像性が低下、すなわち、微細化が困難になるという問題を有している。そして、シュリンク剤を使用する場合の帯電については、開示されてない。
【特許文献１】特開平１１−３３８１４７号公報（第３、４頁、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、微細化及び帯電防止処理が可能な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】
【０００７】
本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、フォトレジストを塗布する工程と、前記フォトレジストにフォトリソグラフィ法によりパターンを形成する工程と、パターニングされた前記フォトレジスト上に導電性化合物を有するシュリンク剤を塗布する工程と、前記シュリンク剤が塗布された前記半導体基板を熱処理して、前記フォトレジストの表面に、前記シュリンク剤が反応した硬化層を形成する工程と、前記硬化層以外の前記シュリンク剤を溶解除去する工程と、前記硬化層を有する領域に荷電粒子を照射する処理を施す工程とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、導電性化合物を有する反射防止膜を塗布し、前記反射防止膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、前記フォトレジストにフォトリソグラフィ法によりパターンを形成する工程と、パターニングされた前記フォトレジスト上に導電性化合物を有するシュリンク剤を塗布する工程と、前記シュリンク剤が塗布された前記半導体基板を熱処理して、前記フォトレジストの表面に、前記シュリンク剤が反応した硬化層を形成する工程と、前記硬化層以外の前記シュリンク剤を溶解除去する工程と、前記硬化層を有する領域に荷電粒子を照射する処理を施す工程とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、微細化及び帯電防止処理が可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。各図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【実施例１】
【００１１】
本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は半導体装置の製造方法において、パターン形成を工程順に模式的に示す断面図である。図２は半導体装置の製造方法において、形成パターンの評価を模式的に示す断面図である。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、例えば、シリコン基板からなる半導体基板１１の表面に、有機系の反射防止膜１２となる材料膜を、スピンコート法により塗布する。反射防止膜１２となる材料膜は、例えば、アクリルポリマを主成分として有している。塗布された材料膜は、温度約２１５℃で約１分の熱処理が施されて、膜厚約８０ｎｍである反射防止膜１２となる。なお、反射防止膜１２は、例えば、ＳＯＧ（Spin on Glass）等からなる単なる下地膜で置き換えられてもよいし、また、反射防止膜１２及び下地膜はなくてもよい。また、半導体基板１１と反射防止膜１２との間には、シリコン酸化膜等が形成されていても差し支えない。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、反射防止膜１２の上に、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ露光に適するポリメタクリレートを主成分として有するポジレジスト１３をスピンコート法により塗布する。塗布後、温度約１１０℃で約１分の熱処理（プリベーク）が施されて、膜厚約４００ｎｍのポジレジスト１３が形成される。
【００１４】
図１（ｃ）に示すように、例えば、露光装置（図示略）及び所望のパターンが形成されたフォトマスク（図示略）を用いて、パターンに沿ったＡｒＦエキシマレーザ光１４をポジレジスト１３に露光する。この後、温度約１００℃で約１分の熱処理が施される。潜像を有するポジレジスト１３が形成される。
【００１５】
図１（ｄ）に示すように、ポジレジスト１３を、例えば、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、所望のパターンに沿った開口１５を形成する。開口寸法、すなわち、開口１５を規定する両側の壁面間隔は、例えば、約１１０ｎｍである。
【００１６】
図１（ｅ）に示すように、例えば、有機溶剤中にカルボン酸塩からなるイオン性界面活性剤が溶解されているシュリンク剤１６（例えば、東京応化工業社製ＳＡＦＩＥＲ（登録商標）、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製ＲＥＬＡＣＳ（登録商標）等）を、開口１５を埋め込むようにポジレジスト１３上に塗布する。ポジレジスト１３上のシュリンク剤１６の膜厚は約２５０ｎｍである。塗布後、温度約１２５℃で約９０秒の熱処理（ポストベーク）が施される。
【００１７】
なお、シュリンク剤１６及び後述の硬化層を導電性とするための化合物として、カルボン酸塩からなるイオン性界面活性剤を使用しているが、その他に、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリｐ−フェニレン等の導電性高分子、並びに、他の界面活性剤系、シリコン系、及び有機ホウ素系等の導電性低分子の内から、１つまたは複数を選択して使用することが可能である。また、他の界面活性剤系では、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩等を選択して使用することが可能である。
【００１８】
図１（ｆ）に示すように、熱処理されたシュリンク剤１６を、純水により現像し、開口寸法が縮小された開口１８を有する所望のパターンを形成する。なお、ここで、開口寸法の縮小は、化学反応を利用して、ポジレジスト１３の表面に一定の層を付加的に形成することにより行われる。
【００１９】
化学反応によるシュリンクは、ポジレジスト１３の表面の微量な酸と熱により、ポジレジスト１３の表面に接するシュリンク剤１６に架橋部が形成され、現像後、架橋部が溶解されずに残されて、例えば、膜厚約１０ｎｍの硬化層１７が形成されることにより行われる。ポジレジスト１３と硬化層１７とによって、開口寸法が、９０ｎｍに縮小された新たなパターンを形成できる。ポジレジスト１３の表面に沿って一定の膜厚が付加されるので、開口１８は、元の開口１５の形状を維持している。
【００２０】
また、硬化層１７は、溶剤中にカルボン酸塩からなるイオン性界面活性剤が溶解されたシュリンク剤１６から形成されるので、導電性を有している。
【００２１】
図２に示すように、導電性の硬化層１７が表面に形成されたポジレジスト１３を有する半導体基板１１は、評価用の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の試料室（図示略）に載置され、被測定部であるポジレジスト１３上の硬化層１７等に荷電粒子である電子線２０を走査する。
【００２２】
被測定部から放出される２次電子を、例えば、シンチレータ及び光電子増倍管等の図示しない検出器で検出することにより、ポジレジスト１３上の硬化層１７等の凹凸像を得る。この凹凸像から、ポジレジスト１３及び硬化層１７の形状の観察及び開口寸法の測定等を行う。
【００２３】
上述したように、ポジレジスト１３は、開口１８に対して、半導体基板１１上に突起状に張り出した表面を導電性の硬化層１７により被覆されている。硬化層１７は、導電性化合物を含有しているため電子線２０が照射されても、帯電は抑制される。従って、帯電によって、照射される電子線２０の軌道が曲げられること及び被測定部から放出される２次電子の軌道が曲げられることはほとんどなく、被測定部のポジレジスト１３上の硬化層１７等の凹凸像を正確に得ることが可能となる。その結果、形状、開口寸法等が正確に測定でき、フォトリソグラフィ工程の良否を正確に判断できるので、半導体装置の製造をスムーズに運ぶことが可能となる。
【００２４】
また、化学反応によるシュリンクは、パターンを微細化するための１つの方法として、周知の技術として使われている。シュリンク剤１６に導電性化合物を溶解させることは、比較的容易に行うことができ、パターンの微細化工程の中に組み込んで、帯電防止を図ることが可能である。また、特別な設備及び装置等を必要とすることなく、硬化層１７を有するポジレジスト１３に基づくパターンの帯電防止が実現可能である。
【００２５】
また、ポジレジスト１３は、解像性を低下させるような添加物はなく、実力通りの微細なパターンを形成でき、ポジレジスト１３の表面に沿ってシュリンク剤１６による一定の膜厚が付加されるので、微細なパターンが形成可能である。
【実施例２】
【００２６】
本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は半導体装置の製造方法において、パターン形成を工程順に模式的に示す断面図である。図４は半導体装置の製造方法において、形成パターンの評価を模式的に示す断面図である。実施例１とは、反射防止膜に導電性を持たせていることが異なる。なお、実施例１と同一の構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、例えば、シリコン基板からなる半導体基板１１の表面に、有機系の反射防止膜２２となる材料膜を、スピンコート法により塗布する。反射防止膜２２となる材料膜は、例えば、アクリルポリマを主成分として有し、有機溶剤中にポリチオフェン骨格を有する導電性ポリマーが溶解されている。塗布された材料膜は、温度約２１５℃で約１分の熱処理が施されて、膜厚約８０ｎｍである反射防止膜２２となる。
【００２８】
なお、反射防止膜２２を導電性とするための化合物は、ポリチオフェン骨格を有する導電性ポリマーの他に、ポリアセチレン、ポリピロール、及びポリｐ−フェニレン等の導電性高分子、並びに、界面活性剤系、シリコン系、及び有機ホウ素系等の導電性低分子の内から、１つまたは複数を選択することが可能である。また、界面活性剤系では、カルボン酸塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、及びホスホニウム塩等を選択して使用することが可能である。
【００２９】
以降、図３（ｂ）から図３（ｆ）に示す工程は、上述した実施例１の図１（ｂ）から図１（ｆ）に示す工程と同様である。
【００３０】
図３（ｆ）に示すように、反射防止膜２２は、溶剤中にポリチオフェン骨格を有する導電性ポリマーが溶解された反射防止膜２２となる材料膜から形成されるので、導電性を有している。また、硬化層１７は、実施例１と同様に、溶剤中にカルボン酸塩からなるイオン性界面活性剤が溶解されたシュリンク剤１６から形成されるので、導電性を有している。ただし、反射防止膜２２と硬化層１７とは、接触しているが、電気的な接続が必ずしも十分でない可能性はある。
【００３１】
図４に示すように、導電性の反射防止膜２２及び導電性の硬化層１７が表面に形成されたポジレジスト１３を有する半導体基板１１は、評価用の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の試料室（図示略）に載置されて、被測定部であるポジレジスト１３上の硬化層１７等に電子線２０を走査する。
【００３２】
本実施例の導電性の反射防止膜２２及び導電性の硬化層１７が表面に形成されたポジレジスト１３を有する半導体基板１１は、実施例１の導電性の硬化層１７が表面に形成されたポジレジスト１３を有する半導体基板１１の有する効果を同様に有している。その上、反射防止膜２２が導電性であるので、電子線の照射される被測定部は全て導電性の膜で被われることになり、帯電防止は、実施例１の程度を超えて、より確実に行われている。その結果、被測定部のポジレジスト１３上の硬化層１７等の凹凸像をより正確に、しかもより安定して、得ることが可能となる。
【００３３】
本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。
【００３４】
例えば、実施例では、導電性の硬化層及び／又は導電性の反射防止膜は、電子線を使用した評価に対して帯電防止の効果がある例を示したが、導電性の硬化層及び／又は導電性の反射防止膜は、他の荷電粒子、例えば、イオン注入時のイオン種、ドライエッチング時のガスイオン等に対して帯電防止の効果があることはいうまでもない。
【００３５】
また、実施例では、フォトレジストがポジレジストである例を示したが、フォトレジストがネガレジストであっても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、パターン形成を工程順に模式的に示す断面図。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、形成パターンの評価を模式的に示す断面図。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、パターン形成を工程順に模式的に示す断面図。
【図４】本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、形成パターンの評価を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１１  半導体基板
１２、２２  反射防止膜
１３  ポジレジスト
１４  ＡｒＦエキシマレーザ光
１５、１８  開口
１６  シュリンク剤
１７  硬化層
２０  電子線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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