(57)【要約】【課題】良好に所望のパターンを形成することが可能なパターン形成方法を提供する。【解決手段】上層ハードマスク層１０３上に下層レジスト層１０４を形成する工程と、下層レジスト層上に下層レジスト層と露光感度の異なる上層レジスト層１０５を形成する工程と、互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１及び第２の透過領域を有し、第１及び第２の透過領域が照射領域内に互いに隣接して設けられたフォトマスク１０を介して下層レジスト層及び上層レジスト層に露光光を照射する工程と、露光光が照射された下層レジスト層及び上層レジスト層の現像を行うことで、上層ハードマスク層が露出した第１の領域と、下層レジスト層が露出した第２の領域と、下層レジスト層及び上層レジスト層が残った第３の領域とを有する構造を形成する工程とを備えることを特徴とするパターン形成方法。【選択図】      図５
2010278140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地領域上に第１のフォトレジスト層を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト層上に前記第１のフォトレジスト層と露光感度の異なる第２のフォトレジスト層を形成する工程と、
互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域、または互いの透過率が互いに異なり且つ互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域を有し、前記第１の透過領域及び第２の透過領域が照射領域内に互いに隣接して設けられたフォトマスクを介して前記第１及び第２のフォトレジスト層に、露光光を照射する工程と、
前記露光光が照射された第１及び第２のフォトレジスト層の現像を行うことで、前記下地領域が露出した第１の領域と、前記第１のフォトレジスト層が露出した第２の領域と、前記第１のフォトレジスト層及び前記第２のフォトレジスト層が残った第３の領域とを有する構造を形成する工程と
を備えることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記露出した下地領域上及び前記露出した第１のフォトレジスト層上に第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜をマスクとして用いて前記第３の領域の第２のフォトレジスト層、第１のフォトレジスト層及び下地領域をエッチングする工程と、
前記第１の膜を除去して、前記第１のフォトレジスト層を露出させる工程と、
前記露出した第１のフォトレジスト層をマスクとして用いて、前記下地領域をエッチングする工程と
を更に備えることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
下地領域上に第１のフォトレジスト層を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト層上に透明膜を形成する工程と、
前記透明膜上に前記第１のフォトレジスト層と露光感度の異なる第２のフォトレジスト層を形成する工程と、
互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域、または互いの透過率が互いに異なり且つ互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域を有し、前記第１の透過領域及び第２の透過領域が照射領域内に互いに隣接して設けられたフォトマスクを介して前記第１のフォトレジスト層、前記透明膜及び前記第２のフォトレジスト層に、露光光を照射する工程と、
前記露光光が照射された第２のフォトレジスト層の現像を行うことで前記透明膜を露出させる工程と、
前記現像の後に残った第２のフォトレジスト層をマスクとして用いて前記透明膜をエッチングして前記第１のフォトレジスト層を露出させる工程と、
前記露光した第１のフォトレジスト層の現像を行うことで、前記下地領域が露出した第１の領域と、前記第１のフォトレジスト層が露出した第２の領域と、前記第１のフォトレジスト層、前記透明膜及び前記第２のフォトレジスト層が残った第３の領域を有する構造を形成する工程と
を備えることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
前記露出した第１のフォトレジスト層をマスクとして用いて前記露出した下地領域をエッチングして前記下地領域に第１の凹部を形成する工程と、
前記第１の凹部上、前記第１のフォトレジスト層上及び前記第２のフォトレジスト層上に第１の膜を形成する工程と、
前記第３の領域に残った透明膜が露出するまでエッチングを行って前記第１の膜を平坦化する工程と、
前記露出した透明膜をエッチングする工程と、
前記平坦化された第１の膜、前記第１のフォトレジスト層、及び前記下地領域をエッチングして前記下地領域に第２の凹部を形成するとともに前記第１の凹部に前記第１の膜を残す工程と、
前記第１の凹部に残った前記第１の膜を除去する工程と
を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１の透過領域は、第１の方向に周期的に配置され、且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向に周期的に配置され、前記第２の透過領域は前記第１の領域を囲んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第１の透過領域及び前記第２の透過領域は、第１の方向に交互に周期的に配置され、且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向に交互に周期的に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体装置の高集積化及び微細化が進み、微細パターンを実現するためのリソグラフィ工程が要求されている。従来、微細パターンを有するフォトマスクを用いて、露光を行うことで、微細パターンを基板に形成することができる。しかし、微細パターンの寸法が、ナノメータレベル、即ち露光光の波長以下になると、目的とする微細パターンを形成することができなくなる。このため、従来のリソグラフィ工程では、十分に微細なパターンを形成することが出来なかった。
【０００３】
微細なパターンを形成する技術として、露光光に対する感度が異なる２種類のレジストを積層し、遮光領域、ハーフトーン領域及び開口領域を有するフォトマスクを用いて、露光する方法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。この方法によると、２種類のレジストの両方とも除去される領域、２種類のレジストの一方が除去され、他方が残る領域、及び２種類のレジストの両方とも残る領域の三つの領域が形成される。
【０００４】
しかし、上述したような３つの領域を有するフォトマスクを高精度で形成することは容易ではなく、高精度のパターンを形成することが困難である。そのため、必ずしも微細なパターンを形成することができるとは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、良好に所望のパターンを形成することが可能なパターン形成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の視点に係るパターン形成方法の態様は、下地領域上に第１のフォトレジスト層を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト層上に前記第１のフォトレジスト層と露光感度の異なる第２のフォトレジスト層を形成する工程と、互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域、または互いの透過率が互いに異なり且つ互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域を有し、前記第１の透過領域及び第２の透過領域が照射領域内に互いに隣接して設けられたフォトマスクを介して前記第１及び第２のフォトレジスト層に、露光光を照射する工程と、前記露光光が照射された第１及び第２のフォトレジスト層の現像を行うことで、前記下地領域が露出した第１の領域と、前記第１のフォトレジスト層が露出した第２の領域と、前記第１のフォトレジスト層及び前記第２のフォトレジスト層が残った第３の領域とを有する構造を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第二の視点に係るパターン形成方法の態様は、下地領域上に第１のフォトレジスト層を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト層上に透明膜を形成する工程と、前記透明膜上に前記第１のフォトレジスト層と露光感度の異なる第２のフォトレジスト層を形成する工程と、互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域、または互いの透過率が互いに異なり且つ互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域を有し、前記第１の透過領域及び第２の透過領域が照射領域内に互いに隣接して設けられたフォトマスクを介して前記第１のフォトレジスト層、前記透明膜及び前記第２のフォトレジスト層に、露光光を照射する工程と、前記露光光が照射された第２のフォトレジスト層の現像を行うことで前記透明膜を露出させる工程と、前記現像の後に残った第２のフォトレジスト層をマスクとして用いて前記透明膜をエッチングして前記第１のフォトレジスト層を露出させる工程と、前記露光した第１のフォトレジスト層の現像を行うことで、前記下地領域が露出した第１の領域と、前記第１のフォトレジスト層が露出した第２の領域と、前記第１のフォトレジスト層、前記透明膜及び前記第２のフォトレジスト層が残った第３の領域を有する構造を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、良好に所望のパターンを形成することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３】図３（ａ）は、フォトマスクを透過した透過光の透過光量分布を概略的に示した図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の透過光量分布を三次元的に示した図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、フォトマスク１０の構成を模式的に示した図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２０】図２０（ａ）はフォトマスク３０の構成を概略的に示した図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のフォトマスクを透過した透過光の光量分布を示した図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）を透過した光の光量と、光の位置を模式的に示した図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２４】本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２６】本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２７】本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２８】本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図２９】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３０】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３１】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３２】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３３】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３４】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３５】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３６】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３７】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３８】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図３９】本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図４０】本発明の第６の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図４１】本発明の第６の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図４２】本発明の第６の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図４３】本発明の第６の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図４４】本発明の第６の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【図４５】本発明の第６の実施形態に係るパターン形成方法の一部を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態の詳細を図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１〜図６を用いて、第１の実施形態のパターン形成方法を説明する。
【００１３】
図１、図２、図４及び図５は、第１の実施形態のパターン形成方法を概略的に示した図である。
【００１４】
まず、図１に示すように、基板１００上に被加工膜１０１として膜厚２００ｎｍ程度のシリコン窒化膜を形成し、被加工膜１０１上に下層ハードマスク層１０２として膜厚２００ｎｍ程度のハードマスク材を形成する。さらに、下層ハードマスク層１０２上に上層ハードマスク層（下地領域）１０３として膜厚５０ｎｍ程度のハードマスク材を形成する。また、上層ハードマスク層１０３上にポジ型フォトレジスト材を塗布し、ベークする。これにより、膜厚１００ｎｍ程度の下層レジスト層（第１のフォトレジスト層）１０４が形成される。そして、下層レジスト層１０４上に、下層レジスト層１０４よりも露光光に対する感度（露光感度）の高い（露光閾値が下層レジスト層１０４よりも低い）ポジ型フォトレジスト材を塗布し、ベークする。これにより、膜厚１２０ｎｍ程度のレジスト層（第２のフォトレジスト層）１０５が形成される。なお、上述したポジ型フォトレジスト材は、露光閾値よりも強い光が照射されると、アルカリ溶液によって溶解する。
【００１５】
なお、露光閾値（露光スレッショルド）とは、フォトレジスト材が現像液に溶解する露光量と、溶解しない露光量との境界値に対応するものである。この露光閾値は、フォトレジスト材毎に設定可能である。また、ポジ型のフォトレジストを用いた場合は、露光閾値以上の光量の露光光が照射された領域は現像液に溶解し、露光閾値以下の光量の露光光が照射された領域は現像液に溶解しない。また、ネガ型のフォトレジストを用いた場合は、露光閾値以上の光量の露光光が照射された領域は現像液に溶解せず、露光閾値以下の光量の露光光が照射された領域は現像液に溶解する。
【００１６】
次に、図２に示すように、図示しない露光装置を用いて、ＡｒＦ光（波長１９３．３ｎｍ）をフォトマスク１０を介して上層レジスト層１０５及び下層レジスト層１０４に照射し、露光する。なお、フォトマスク１０に関しては後で詳細に説明する。
【００１７】
図３（ａ）は、フォトマスクを透過した透過光の透過光量分布を概略的に示した図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の透過光量分布を三次元的に示した図である。また、ｘ軸及びｙ軸は透過位置の座標であり、ｚ軸は透過光量を示している。
【００１８】
透過光量分布は、透過光量が多い高光量領域２０（ｚ軸の１．５以上の領域）と、透過光量が少ない低光量領域２１（ｚ軸の０．５以下の領域）と、透過光量が高光量領域２０及び低光量領域２１の間である中光量領域２２（ｚ軸の０．５〜１．５の領域）とを含む。また、この透過光量分布は、簡単のため、高光量領域２０、中光量領域２２及び低光量領域２１の三つの領域を定義しているが、この透過光量分布は、図３（ｂ）に示すように連続している。透過光量としては、高光量領域２０の中心部（頂点）で最も光量が多く（光が強く）、低光量領域２１の中心部（頂点）で最も光量が少ない（光が弱い）。隣接する一対の高光量領域２０の中心部間のピッチは１００ｎｍ程度である。
【００１９】
本実施形態では、上層レジスト層１０５の、現像液に溶解する部分としない部分とを分ける露光閾値は、ｚ＝０．５であり、この値を境として中光量領域２２と低光量領域２１が設定される。下層レジスト層１０４の露光閾値は、ｚ＝１．５であり、この値を境として中光量領域２２と高光量領域２０が設定される。また、下層レジスト層１０４の露光閾値は、上層レジスト層１０５に吸収される光の量を考慮して設定されている。なお、本実施形態では、２つの露光閾値を０．５及び１．５としたが、これらの値は適宜変更しても良い。
【００２０】
図４は、フォトレジストと、図３（ａ）のＡ−Ａ断面における高光量領域２０、中光量領域２２及び低光量領域２１との関係を示した図である。
【００２１】
次に、図５に示すように、上層レジスト層１０５及び下層レジスト層１０４をベークした後、アルカリ性の現像液を用いて現像することで、ホール部１０６及びピラー部１０７が形成される。すなわち、下層レジスト層１０４は高光量領域２０の光が照射される領域のレジストのみが溶解し、ホール部１０６が形成される。また、上層レジスト層１０５の露光閾値は下層レジスト層１０４の露光閾値よりも低い（上層レジスト層１０５の露光感度は下層レジスト層１０４の露光感度よりも高い）ため、高光量領域２０及び中光量領域２２の光が照射される領域のレジストが溶解し、低光量領域２１に対応して下層レジスト層１０４及び上層レジスト層１０５からなるピラー部１０７が形成される。このホール部１０６の径は３５ｎｍ程度であり、ピラー部１０７の径は３５ｎｍ程度である。なお、図５の工程では、現像液を替えることなく一回の現像（１種類の現像液を用いた現像）でホール部１０６及びピラー部１０７を有するパターンを形成している。
【００２２】
次に、図６を用いて、図２で示したフォトマスクの構成を説明する。
【００２３】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、フォトマスク１０の転写用パターンの構成を模式的に示した図である。
【００２４】
図６（ａ）に示すフォトマスク１０は、透過領域１１内に、略四角形状の透過領域１３が等間隔に設けられている。より具体的には、透過領域１３は、図６（ａ）の横方向（第１の方向）に周期的に配置され、且つ横方向に垂直な縦方向（第２の方向）に周期的に配置され、透過領域１１は透過領域１３を囲んでいる。透過領域１１は位相差０度の非シフター部（０部）であり、透過領域１３は位相差１８０度（π）のシフター部（π部）である。これにより、透過領域１１を通過した透過光と、透過領域１３を通過した透過光との位相差がπとなる。この透過領域（π部）１３は微小であり、周囲を透過領域（０部）１１に囲まれているため、干渉作用によって透過光量が少なくなる。このため、透過領域１３近傍は低光量領域２１となる。また、斜め方向で隣接する透過領域１３間の領域では、干渉作用が弱いため、透過光量が多くなる。このため、斜め方向で隣接する透過領域１３間の領域の中央部は高光量領域２０となる。それら以外の領域は中光量領域となる。
【００２５】
なお透過領域１３は略四角形状としたが、透過領域１３が微細である場合、透過領域１３の形状はどのような形状でも、図３に示すような光量を得ることが可能である。また、透過領域１１及び透過領域１３の透過率は互いに異なっていても良い。
【００２６】
また、図６（ｂ）に示すフォトマスク１０は、略正方形形状の透過領域１４及び略正方形形状の透過領域１５が交互に配置されている。より具体的には、透過領域１１領域及び透過領域１４は、図６（ｂ）の横方向（第１の方向）に交互に周期的に配置され、且つ横方向に垂直な縦方向（第２の方向）に交互に周期的に配置されている。透過領域１４は位相差０度の非シフター部（０部）であり、透過領域１５は位相差１８０度（π）のシフター部（π部）である。これにより、透過領域１１を通過した透過光と、透過領域１３を通過した透過光との位相差がπとなる。また、透過領域１４及び透過領域１５の境界近傍では、透過領域１４の透過光と透過領域１５の透過光とが互いに干渉し合い、光強度を弱める。特に４つの領域の中央部１６では、透過領域１４の透過光と透過領域１５の透過光との干渉が強くなるため、透過光量が最も少なくなる。このため、中央部１６近傍は、低光量領域２１となる。また、透過領域１４及び透過領域１５の中央部では、透過領域１４の透過光と透過領域１５の透過光との干渉が弱くなり、透過光量が最も多くなる。このため、透過領域１４及び透過領域１５の中央部は透過光量が多い高光量領域２０となる。（図示せず）。それら以外の領域は中光量領域となる。
【００２７】
なお、透過領域１１及び透過領域１４の透過率は互いに異なっていても良い。
【００２８】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すような互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域、または互いの透過率が互いに異なり且つ互いの透過光に１８０度の位相差が生じる第１の透過領域及び第２の透過領域を有し、第１の透過領域及び第２の透過領域が照射領域内に互いに隣接して設けられたフォトマスクであれば、どのフォトマスクを用いても、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す透過光量分布を得ることが可能である。
【００２９】
上記実施形態によれば、露光感度の異なる２層のレジスト層を形成することで、積層構造のレジスト層を形成している。より具体的には、２層のレジストがポジ型である場合は、下層レジスト層１０４の露光閾値が上層レジスト層１０５の露光閾値よりも高い。そして、非シフター部とシフター部の２種類の領域を有するフォトマスクを用いて露光を行っている。このフォトマスク１０の転写用パターンは、非シフター部とシフター部の２種類の領域のみで形成されているため、複雑な構造を有しておらず、容易にフォトマスクを作成スルコトガできる。したがって、本実施形態によれば、簡単な構成のフォトマスクを用いた、一回の露光及び現像で、ホール部１０６及びピラー部１０７を有する微細なレジストパターンを正確に形成することが可能となる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図７〜図１７を用いて、第２の実施形態のパターン形成方法を説明する。
【００３１】
上述した第１の実施形態では、下層レジスト層１０４及び上層レジスト層１０５からなるレジストパターンを形成する方法を説明した。第２の実施形態では、第１の実施形態で説明したレジストパターンを用いて、デバイスのパターンを形成する方法を説明する。
【００３２】
図７〜図１７は、本実施形態のパターン形成方法を概略的に示した図である。
【００３３】
なお、図５に示すホール部１０６及びピラー部１０７を有するレジストパターンの形成方法は、上述した第１の実施形態と同様である。
【００３４】
図７に示すように、前記レジストパターンの全面に、シリコンを含んだ平坦化膜（SOG: Spin On Glass など）１０８を塗布し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、上層レジスト層１０５の上部まで平坦化する。
【００３５】
次に、図８に示すように、平坦化膜１０８をマスクとして用いて、例えば塩素系ガスを用いて上層レジスト層１０５、下層レジスト層１０４及び上層ハードマスク層１０３をエッチングする。これにより、下層レジスト層１０４及び上層レジスト層１０５からなるピラー部１０７が形成されていた領域の上層ハードマスク層１０３にホールパターンが形成される。
【００３６】
次に、図９に示すように、フッ素系溶液を用いたウェットエッチングによって平坦化膜１０８を除去する。
【００３７】
次に、図１０に示すように、下層レジスト層１０４をマスクとして用いて、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等の異方性エッチングで、上層ハードマスク層１０３をエッチングする。これによって、ホール部１０６が形成されていた領域の上層ハードマスク層１０３にホールパターンが形成される。
【００３８】
次に、図１１に示すように、下層レジスト層１０４を剥離する。
【００３９】
次に、図１２に示すように、上層ハードマスク層１０３をマスクとして用いて、ＲＩＥ等で下層ハードマスク層１０２をエッチングする。
【００４０】
次に、図１３に示すように、全面にシリコンを含有した平坦化膜１０９を塗布する。
【００４１】
次に、図１４に示すように、ＣＭＰによって、下層ハードマスク層１０２が露出するまで平坦化し、平坦化膜１０９及び上層ハードマスク層１０３を取り除く。
【００４２】
次に、図１５に示すように、酸素ラジカルを用いたアッシング（灰化）を行うことで、下層ハードマスク層１０２を除去する。
【００４３】
次に、図１６に示すように、平坦化膜１０９をマスクとして用いて被加工膜１０１をエッチングする。
【００４４】
次に、図１７に示すように、フッ素系溶液を用いたウェットエッチングによって平坦化膜１０９を除去する。これによって、被加工膜１０１のピラーパターンを形成することができる。
【００４５】
上記第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態のレジストパターン上に、平坦化膜１０８を形成し、上層レジスト層１０５を露出させた後、平坦化膜１０８をマスクとして用いて、ピラー部１０７の形成領域のみをエッチングすることで、上層ハードマスク層１０３にホールを形成している。そして、平坦化膜１０８を除去し、下層レジスト層１０４をマスクとして用いて上層ハードマスク層１０３にホールパターン形成する。このような工程により、ピラー部１０７が形成されていた領域にもホール形成することができるので、図３に示す、隣り合う低光量領域２１のみにホールパターンを形成する場合に比べて、最終的に得られるホールパターンのピッチを１／１．４倍(１／ｒｏｏｔ２)にすることができる。
【００４６】
また、例えば図６に示すように、互いの透過光に位相差が生じる二種類の領域を、フォトマスクに形成すれば良いため、フォトマスクを容易に形成することができる。
【００４７】
したがって、本実施形態によれば、簡単なフォトマスクの形成工程であっても、微細なパターンを形成することが可能である。
【００４８】
（第３の実施形態）
図１８〜図２２を用いて、第３の実施形態のパターン形成方法を説明する。
【００４９】
上述した第１及び第２の実施形態では、下層レジスト層１０４及び上層レジスト層１０５からなるフォトレジストに、ピラー及びホールパターンを形成する方法を説明した。第３の実施形態では、ラインアンドスペース (L/S)パターンを形成する方法を説明する。
【００５０】
先ず、図１８に示すように、基板１００上に被加工膜１０１として膜厚２００ｎｍ程度のシリコン窒化膜を形成し、被加工膜１０１上に下層ハードマスク層１０２として膜厚２００ｎｍ程度のハードマスク材を形成する。さらに、下層ハードマスク層１０２上に上層ハードマスク層１０３として膜厚５０ｎｍ程度のハードマスク材を形成する。また、上層ハードマスク層１０３上にポジ型フォトレジスト材を塗布し、ベークする。これにより、膜厚１００ｎｍ程度の下層レジスト層１０４が形成される。そして、下層レジスト層１０４上に、下層レジスト層１０４よりも露光感度の高い（露光閾値が下層レジスト層１０４よりも低い）ポジ型フォトレジスト材を塗布し、ベークする。これにより、膜厚１２０ｎｍ程度の上層レジスト層１０５が形成される。
【００５１】
次に、図１９に示すように、図示しない露光装置を用いて、ＡｒＦ光をフォトマスク３０を介して上層レジスト層１０５及び下層レジスト層１０４に照射し、露光する。
【００５２】
次に、図２０を用いて、図１９で示したフォトマスクの構成を説明する。
【００５３】
図２０（ａ）はフォトマスク３０の構成を概略的に示した図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のフォトマスクを透過した透過光の光量分布を示した図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）を透過した光の光量と、光の位置を模式的に示した図である。
【００５４】
図２０に示すように、フォトマスク３０は、透過領域３１と遮光領域３２とが周期的に配置されたラインアンドスペースパターンを有している。パターンの周期（ピッチ）は１００ｎｍである。なお、遮光領域３２は、光を完全に遮断するものでなくてもよい。上述したように、ラインアンドスペースのピッチが小さいため、フォトマスク３０を透過した光の透過光量分布は、図２０（ｂ）に示すようなサイン波を状となる。そこで、本実施形態では、光量がＥ１よりも多い領域を高光量領域４０とし、光量がＥ２よりも少ない領域を低光量領域４１とし、光量がＥ２より多く、Ｅ１よりも少ない領域を中光量領域４２とする。
【００５５】
上層レジスト層１０５は、Ｅ２以上の光量で溶解する。また、下層レジスト層１０４は、Ｅ１以上の光量で溶解する。また、下層レジスト層１０４の露光閾値は、上層レジスト層１０５に吸収される光量を考慮して設定されている。
【００５６】
図２１は、フォトレジストと、高光量領域４０、低光量領域４１及び中光量領域４２との関係を示した図である。
【００５７】
次に、図２２に示すように、上層レジスト層１０５及び下層レジスト層１０４をベークした後、現像液を用いて現像することで、溝部１１０及び突出部１１１が形成される。すなわち、下層レジスト層１０４は高光量領域４０の光が照射される領域のレジストのみが溶解し、溝部１１０が形成される。また、上層レジスト層１０５の露光閾値は下層レジスト層１０４の露光閾値よりも低いため、高光量領域４０及び中光量領域４２の光が照射される領域のレジストが溶解し、低光量領域４１に対応して下層レジスト層１０４及び上層レジスト層１０５からなる突出部１１１が形成される。この溝部１１０の幅は２５ｎｍ程度であり、突出部１１１の幅は２５ｎｍ程度である。
【００５８】
上記第３の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、一回の露光及び現像でレジストパターンを形成することが可能となる。これにより、少ない工程で精度よくパターンを形成することが可能である。
【００５９】
また、上述した第２の実施形態と同様の工程を経ることで、突出部１１１が形成されていた領域にも溝パターンを形成することができるので、図２０に示す、高光量領域４０のみに溝ターンを形成する場合に比べて、最終的に得られるラインアンドスペースパターンのピッチを１／２倍にすることができる。
【００６０】
また、例えば図２０に示すように、透過率が互いに異なる二種類の領域または、透過率が互いに異なり、且つ互いの透過光に位相差が生じる二種類の領域を、フォトマスクに形成すれば良いため、フォトマスクを容易に形成することができる。
【００６１】
したがって、本実施形態によれば、簡単なフォトマスクの形成工程であっても、微細なパターンを形成することが可能である。
【００６２】
（第４の実施形態）
図２３〜図２８を用いて、第４の実施形態のパターン形成方法を説明する。
【００６３】
上述した第１〜第３の実施形態では、下層レジスト層１０４及び上層レジスト層１０５からなるフォトレジストのパターンを形成する方法を説明した。第４の実施形態では、下層レジスト層、透明膜及び上層レジスト層からなるパターンを形成する方法を説明する。
【００６４】
図２３〜図２８は、第４の実施形態のパターン形成方法を概略的に示した図である。
【００６５】
まず、図２３に示すように、基板１００上に被加工膜１０１として膜厚２００ｎｍ程度のシリコン窒化膜を形成し、被加工膜１０１上に下層ハードマスク層１０２として膜厚２００ｎｍ程度のハードマスク材を形成する。さらに、下層ハードマスク層１０２上に上層ハードマスク層１１２として膜厚５０ｎｍ程度のハードマスク材を形成する。また、上層ハードマスク層１１２上にポジ型フォトレジスト材を塗布し、ベークする。これにより、膜厚１００ｎｍ程度の下層レジスト層（第１のフォトレジスト層）１１３が形成される。そして、下層レジスト層１１３上に酸化膜を塗布し、膜厚５０ｎｍ程度の透明膜１１４を形成する。透明膜１１４上に、下層レジスト層１１３よりも露光感度の高いポジ型フォトレジスト材を塗布し、ベークする。これにより、膜厚１２０ｎｍ程度の上層レジスト層（第２のフォトレジスト層）１１５が形成される。
【００６６】
次に、図２４に示すように、図示しない露光装置を用いて、ＡｒＦ光をフォトマスク１０を介して上層レジスト層１１５及び下層レジスト層１１３に照射し、露光する。
【００６７】
図３に示すように、本実施形態では、上層レジスト層１１５の露光閾値は、ｚ＝０．５であり、この値を境として中光量領域２２と低光量領域２１が設定されている。下層レジスト層１１３の露光閾値は、ｚ＝１．５であり、この値を境として中光量領域２２と高光量領域２０が設定されている。また、下層レジスト層１１３の露光閾値は、上層レジスト層１１５及び透明膜１１４に吸収される光の量を考慮して設定されている。
【００６８】
図２５は、フォトレジストと、図３（ａ）のＡ−Ａ断面における高光量領域２０、中光量領域２２及び低光量領域２１との関係を示した図である。
【００６９】
次に、図２６に示すように、上層レジスト層１１５及び下層レジスト層１１３をベークした後、現像液を用いて現像することで、上層レジスト層１１５の高光量領域２０及び中光量領域２２の照射領域が溶解され、低光量領域２１の照射領域が残る。
【００７０】
次に、図２７に示すように、上層レジスト層１１５をマスクにして透明膜１１４をエッチングする。
【００７１】
次に、図２８に示すように、もう一度、現像液を用いて現像することで、ホール部１１６及びピラー部１１７が形成される。すなわち、下層レジスト層１１３は高光量領域２０の光が照射される領域のレジストのみが溶解し、ホール部１１６が形成される。また、上記のように、透明膜１１４及び上層レジスト層１１５からなるピラー部１１７が形成される。このホール部１１６の径は３５ｎｍ程度であり、ピラー部１１７の径は３５ｎｍ程度である。
【００７２】
上記実施形態によれば、透明膜を露光閾値の異なる２層のレジスト層の間に形成することで、積層構造のレジスト層を形成している。より具体的には、２層のレジストがポジ型である場合は、下層レジスト層１１３の露光閾値が上層レジスト層１１５の露光閾値よりも高い。これにより、一回の露光で、ホール部１１６及びピラー部１１７を有するレジストパターンを形成することが可能となる。これにより、少ない工程で、精度よくパターンを形成することが可能である。
【００７３】
また、下層レジスト層１１３上に透明膜１１４を形成し、透明膜１１４上に上層レジスト層１１５を形成している。このため、下層レジスト層１１３の材料と上層レジスト層１１５の材料は、互いに影響を受けることがないので、レジスト材料の選択が容易となる。
【００７４】
（第５の実施形態）
図２９〜図３９を用いて、第５の実施形態のパターン形成方法を説明する。
【００７５】
上述した第４の実施形態では、下層レジスト層１１３、透明膜１１４及び上層レジスト層１１５からなるパターンを形成する方法を説明した。第５の実施形態では、第４の実施形態で説明したフォトレジストのパターンを用いて、デバイスのパターンを形成する方法を説明する。
【００７６】
図２９〜図３９は、本実施形態のパターン形成方法を概略的に示した図である。
【００７７】
なお、図２８に示すホール部１１６及びピラー部１１７を有するレジストパターンの形成方法は、上述した第４の実施形態と同様である。
【００７８】
図２９に示すように、下層レジスト層１１３のホール部１１６をマスクとして用いて、ＲＩＥ等で上層ハードマスク層１１２をエッチングし、上層ハードマスク層１１２にホールパターンを形成する。
【００７９】
次に、図３０に示すように、前記レジストパターンの全面に、有機材を含む平坦化膜１１８を塗布し、ＣＭＰ法を用いて、透明膜１１４の上部まで平坦化する。
【００８０】
次に、図３１に示すように、フッ素系溶液を用いたウェットエッチングによって透明膜１１４を除去する。
【００８１】
次に、図３２に示すように、ＲＩＥを用いて平坦化膜１１８と、下層レジスト層１１３と、を等速度的にエッチングする。このとき、ピラー部１１７の形成領域では図３１に示すように膜厚が薄く、上層ハードマスク層１１２もエッチングされる。
【００８２】
その結果、ピラー部１１７に形成された上層ハードマスク層１１２にホールパターンが形成される。
【００８３】
次に、図３３に示すように、ＲＩＥまたは酸素ラジカルを用いたアッシングによって平坦化膜１１８を除去する。
【００８４】
次に、図３４に示すように、上層ハードマスク層１１２をマスクとして用いて、ＲＩＥ等で下層ハードマスク層１０２をエッチングする。
【００８５】
次に、図３５に示すように、全面にシリコンを含有した平坦化膜１１９を塗布する。
【００８６】
次に、図３６に示すように、ＣＭＰによって、下層ハードマスク層１０２が露出するまで平坦化し、平坦化膜１１９及び上層ハードマスク層１１２を取り除く。
【００８７】
次に、図３７に示すように、酸素ラジカルを用いたアッシングを行うことで、下層ハードマスク層１０２を除去する。
【００８８】
次に、図３８に示すように、平坦化膜１１９をマスクとして用いて、ＲＩＥ等で被加工膜１０１をエッチングする。
【００８９】
次に、図３９に示すように、フッ素系溶液を用いたウェットエッチングによって平坦化膜１１９を除去する。これによって、被加工膜１０１のピラーパターンを形成することができる。
【００９０】
上記第５の実施形態によれば、上述した第４の実施形態のレジストパターンのホール部１１６を用いて上層ハードマスク層１１２にホールを形成し、その後レジストパターン上に平坦化膜１１８を形成し、透明膜１１４を露出させた後、透明膜１１４を除去し、平坦化膜１１８、下層レジスト層１１３及び上層ハードマスク層１１２を等速度的にエッチングすることで、上層ハードマスク層１１２にホールを形成している。このような工程により、ピラー部１１７が形成されていた領域にもホール形成することができるので、図３に示す、隣り合う低光量領域２１のみにホールパターンを形成する場合に比べて、最終的に得られるホールパターンのピッチを１／１．４倍にすることができる。
【００９１】
また、上述した第２実施形態と同様に、例えば図６に示すような、互いの透過光に位相差が生じる二種類の領域を、フォトマスクに形成すれば良いため、フォトマスクを容易に形成することができる。
【００９２】
したがって、本実施形態によれば、簡単なフォトマスクの形成工程であっても、微細なパターンを形成することが可能である。
【００９３】
（第６の実施形態）
図４０〜図４５を用いて、第６の実施形態のパターン形成方法を説明する。
【００９４】
上述した第４及び第５の実施形態では、下層レジスト層１１３、透明膜１１４及び上層レジスト層１１５からなる積層膜に、ピラー及びホールパターンを形成する方法を説明した。第６の実施形態では、ラインアンドスペースパターンを形成する方法を説明する。
【００９５】
先ず、図４０に示すように、基板１００上に被加工膜１０１として膜厚２００ｎｍ程度のシリコン窒化膜を形成し、被加工膜１０１上に下層ハードマスク層１０２として膜厚２００ｎｍ程度のハードマスク材を形成する。さらに、下層ハードマスク層１０２上に上層ハードマスク層１１２として膜厚５０ｎｍ程度のハードマスク材を形成する。また、上層ハードマスク層１１２上にポジ型フォトレジスト材を塗布し、ベークする。これにより、膜厚１００ｎｍ程度の下層レジスト層１１３が形成される。そして、下層レジスト層１１３上に酸化膜を塗布し、膜厚５０ｎｍ程度の透明膜１１４を形成する。透明膜１１４上に、下層レジスト層１１３よりも露光感度の高いポジ型フォトレジスト材を塗布し、ベークする。これにより、膜厚１２０ｎｍ程度の上層レジスト層（第２のフォトレジスト層）１１５が形成される。
【００９６】
次に、図４１に示すように、図示しない露光装置を用いて、ＡｒＦ光をフォトマスク３０を介して上層レジスト層１１５及び下層レジスト層１１３に照射し、露光する。
【００９７】
上層レジスト層１１５は、図２０に示すＥ２以上の光量で溶解する。また、下層レジスト層１１３は、Ｅ１以上の光量で溶解する。また、下層レジスト層１１３の露光閾値は、上層レジスト層１１５及び透明膜１１４に吸収される光量を考慮して設定されている。
【００９８】
図４２は、フォトレジストと、高光量領域４０、低光量領域４１及び中光量領域４２との関係を示した図である。
【００９９】
次に、図４３に示すように、上層レジスト層１１５及び下層レジスト層１１３をベークした後、現像液を用いて現像することで、上層レジスト層１１５の高光量領域４０及び中光量領域４２の照射領域が溶解され、低光量領域４１の照射領域が残る。
【０１００】
次に、図４４に示すように、上層レジスト層１１５をマスクにして透明膜１１４をエッチングする。
【０１０１】
次に、図４５に示すように、もう一度、現像液を用いて現像することで、溝部１２０及び突出部１２１が形成される。すなわち、下層レジスト層１１３は高光量領域４０の光が照射される領域のレジストのみが溶解し、溝部１２０が形成される。また、上記のように、透明膜１１４及び上層レジスト層１１５からなる突出部１２１が形成される。この溝部１２０の幅は２５ｎｍ程度であり、突出部１２１の幅は２５ｎｍ程度である。
【０１０２】
上記第６の実施形態によれば、上述した第４の実施形態と同様に、一回の露光でレジストパターンを形成することが可能となる。これにより、少ない工程で精度よくパターンを形成することが可能である。
【０１０３】
また、上述した第５の実施形態と同様の工程を経ることで、突出部１２１が形成されていた領域にも溝パターンを形成することができるので、図２０に示す、高光量領域４０のみに溝ターンを形成する場合に比べて、最終的に得られるラインアンドスペースパターンのピッチを１／２倍にすることができる。
【０１０４】
また、例えば図２０に示すように、透過率が互いに異なる二種類の領域または、透過率が互いに異なり、且つ互いの透過光に位相差が生じる二種類の領域を、フォトマスクに形成すれば良いため、フォトマスクを容易に形成することができる。
【０１０５】
したがって、本実施形態によれば、簡単なフォトマスクの形成工程であっても、微細なパターンを形成することが可能である。
【０１０６】
なお、上述した各実施形態において、下層レジスト層及び上層レジスト層として、ポジ型レジストを用いた。そして、下層レジスト層の露光閾値を、例えば、図３に示す高光量領域２０及び中光量領域２２の境界近傍の露光量とし、上層レジスト層の露光閾値を図３に示す低光量領域２１及び中光量領域２２の境界近傍の露光量としている。しかし、下層レジスト層及び上層レジスト層として、ネガ型レジスト（露光閾値よりも強い光が照射された領域は現像液に対して不溶になる）を用いても良い。この場合、下層レジスト層の露光閾値を、図３に示す低光量領域２１及び中光量領域２２の境界近傍の露光量とし、上層レジスト層の露光閾値を図３に示す高光量領域２０及び中光量領域２２の境界近傍の露光量とする。また、図２０に示すラインアンドスペースパターンの場合でも同様となる。
【０１０７】
また、上述した各実施形態では、被加工膜１０１として、シリコン窒化膜を用いているが、被加工膜として機能する材料であれば、どんな材料を用いてもかまわない。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出される。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば、発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、３０…フォトマスク、
１００…基板、      １０１…被加工膜、      １０２…下層ハードマスク層、
１０３…上層ハードマスク層、      １０４…下層レジスト層、    
１０５…上層レジスト層、      １０６…ホール部、      １０７…ピラー部、
１０８…平坦化膜、      １０９…平坦化膜、      １１０…溝部、
１１１…突出部、      １１２…上層ハードマスク層、    
１１３…下層レジスト層、      １１４…透明膜、      １１５…上層レジスト層、
１１６…ホール部、      １１７…ピラー部、      １１８…平坦化膜、
１１９…平坦化膜、      １２０…溝部、      １２１…突出部、
【図１】
2010278140.tif 000003
【図２】
2010278140.tif 000004
【図３】
2010278140.tif 000005
【図４】
2010278140.tif 000006
【図５】
2010278140.tif 000007
【図６】
2010278140.tif 000008
【図７】
2010278140.tif 000009
【図８】
2010278140.tif 000010
【図９】
2010278140.tif 000011
【図１０】
2010278140.tif 000012
【図１１】
2010278140.tif 000013
【図１２】
2010278140.tif 000014
【図１３】
2010278140.tif 000015
【図１４】
2010278140.tif 000016
【図１５】
2010278140.tif 000017
【図１６】
2010278140.tif 000018
【図１７】
2010278140.tif 000019
【図１８】
2010278140.tif 000020
【図１９】
2010278140.tif 000021
【図２０】
2010278140.tif 000022
【図２１】
2010278140.tif 000023
【図２２】
2010278140.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2010278140.tif 000026
【図２５】
2010278140.tif 000027
【図２６】
2010278140.tif 000028
【図２７】
2010278140.tif 000029
【図２８】
2010278140.tif 000030
【図２９】
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【図３０】
2010278140.tif 000032
【図３１】
2010278140.tif 000033
【図３２】
2010278140.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
2010278140.tif 000036
【図３５】
2010278140.tif 000037
【図３６】
2010278140.tif 000038
【図３７】
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【図３８】
2010278140.tif 000040
【図３９】
2010278140.tif 000041
【図４０】
2010278140.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
2010278140.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
2010278140.tif 000047