(57)【要約】【課題】半導体装置の性能を向上させる。【解決手段】半導体装置の製造方法において、半導体基板１０上に形成された化学増幅型レジストからなるレジストパターンを等方性エッチングすることで幅を減少させてレジストパターン１３ａを形成した後、半導体基板１０の表面１０ａに垂直に露光光を照射することで、レジストパターン１３ａの表面に酸を発生させる。次に、レジストパターン１３ａの表面に、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂膜を形成し、熱処理することで、架橋層１７を形成する。その後、樹脂膜を現像し、レジストパターン１３ａと架橋層１７とからなるパターン１８を形成する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板の第１主面に形成された被エッチング膜上に、第１露光光を照射することで酸を発生する第１レジストからなる第１膜を形成する工程、
（ｂ）前記第１膜をパターン露光した後、熱処理および現像することで、前記第１レジストからなる第１パターンを形成する工程、
（ｃ）前記第１パターンを等方性エッチングするか、または、現像することで、前記第１パターンの第１幅を減少させる工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記第１パターンに、前記半導体基板の前記第１主面の法線に対して０〜５°の角度で前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させる工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後、前記酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす第１樹脂からなる第２膜を、前記第１パターンの表面を含めて前記被エッチング膜上に形成する工程、
（ｆ）前記第２膜を熱処理することで、前記第２膜のうち前記第１パターンの表面と接触した部分に架橋反応を起こさせて第３膜を形成する工程、
（ｇ）前記（ｆ）工程の後、前記第２膜を現像することで、前記第２膜のうち架橋反応を起こしていない部分を除去し、前記第１パターンと、前記第１パターンの表面に残された前記第３膜とからなる、第２パターンを形成する工程、
（ｈ）前記第２パターンをエッチング用マスクとして用いて、前記被エッチング膜をエッチングする工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、ケーラー照明により前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させる、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、ポリヒドロキシスチレンまたはノボラック樹脂を含有する前記第１レジストからなる前記第１膜を形成し、
前記（ｄ）工程では、フッ化アルゴンエキシマレーザ、キセノンエキシマレーザ、フッ素エキシマレーザ、クリプトンエキシマレーザまたはアルゴンエキシマレーザにより前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させる、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、アクリル樹脂を含有する前記第１レジストからなる前記第１膜を形成し、
前記（ｄ）工程では、フッ素エキシマレーザ、クリプトンエキシマレーザまたはアルゴンエキシマレーザにより前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させる、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１レジストの、第１波長を有する前記第１露光光に対する吸収率が０．１〜１．０である、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｂ）工程では、第１マスクパターンと、前記第１マスクパターンの第２幅よりも小さい第３幅を有する第１補助マスクパターンとを有する第１フォトマスクを用いて前記第１膜をパターン露光した後、現像することで、前記第１マスクパターンに対応した前記第１パターンを形成し、
前記（ｂ）工程にて、前記第１補助マスクパターンに対応して前記第１パターンの前記第１幅よりも小さい第４幅を有し、前記第１レジストからなる第３パターンが形成され、
前記（ｃ）工程では、前記第３パターンを等方性エッチングするか、または、現像することで、前記第３パターンを除去する、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１レジストは化学増幅型レジストである、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、前記第１パターンに前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させて第４膜を形成し、
前記（ｆ）工程では、前記第２膜を熱処理することで、前記第２膜のうち前記第４膜と接触した部分に、前記第３膜を形成し、
前記第４膜のうち前記第１パターンの上面部に形成された部分の厚さは、前記第４膜のうち前記第１パターンの側面部に形成された部分の厚さよりも大きく、
前記第３膜のうち前記第１パターンの上方に位置する部分の厚さは、前記第３膜のうち前記第１パターンの側方に位置する部分の厚さよりも大きい、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
（ａ）半導体基板の第１主面に形成された被エッチング膜上に、第１レジストからなる第１膜を形成する工程、
（ｂ）前記第１膜をパターン露光した後、現像することで、前記第１レジストからなる第１パターンを形成する工程、
（ｃ）前記第１パターンを等方性エッチングするか、または、現像することで、前記第１パターンの第１幅を減少させる工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記第１パターンの表面を含めて前記被エッチング膜上に、化学的気相成長法により第２膜を形成する工程、
（ｅ）前記第２膜をエッチバックすることで、前記第１パターンの両側面に前記第２膜を残し、前記第１パターンと、前記第１パターンの両側面に残された前記第２膜とからなる、第２パターンを形成する工程、
（ｆ）前記第２パターンをエッチング用マスクとして用いて、前記被エッチング膜をエッチングする工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｂ）工程では、第１マスクパターンと、前記第１マスクパターンの第２幅よりも小さい第３幅を有する第１補助マスクパターンとを有する第１フォトマスクを用いて前記第１膜をパターン露光した後、現像することで、前記第１マスクパターンに対応した前記第１パターンを形成し、
前記（ｂ）工程にて、前記第１補助マスクパターンに対応して前記第１パターンの前記第１幅よりも小さい第４幅を有し、前記第１レジストからなる第３パターンが形成され、
前記（ｃ）工程では、前記第３パターンを等方性エッチングするか、または、現像することで、前記第３パターンを除去する、半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
（ａ）半導体基板の第１主面に形成された被エッチング膜上に、第１露光光を照射することで酸を発生する第１レジストからなる第１膜を形成する工程、
（ｂ）前記第１膜をパターン露光した後、現像することで、前記第１レジストからなる第１パターンを形成する工程、
（ｃ）前記第１パターンに、前記半導体基板の前記第１主面の法線に対して０〜５°の角度で前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させる工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす第１樹脂からなる第２膜を、前記第１パターンの表面を含めて前記被エッチング膜上に形成する工程、
（ｅ）前記第２膜を熱処理することで、前記第２膜のうち前記第１パターンの表面と接触した部分に架橋反応を起こさせて第３膜を形成する工程、
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記第２膜を現像することで、前記第２膜のうち架橋反応を起こしていない部分を除去し、前記第１パターンと、前記第１パターンの表面に残された前記第３膜とからなる、第２パターンを形成する工程、
（ｇ）前記第２パターンをエッチング用マスクとして用いて、前記被エッチング膜をエッチングする工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程では、ケーラー照明により前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させる、半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、ポリヒドロキシスチレンまたはノボラック樹脂を含有する前記第１レジストからなる前記第１膜を形成し、
前記（ｃ）工程では、フッ化アルゴンエキシマレーザ、キセノンエキシマレーザ、フッ素エキシマレーザ、クリプトンエキシマレーザまたはアルゴンエキシマレーザにより前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させる、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、アクリル樹脂を含有する前記第１レジストからなる前記第１膜を形成し、
前記（ｃ）工程では、フッ素エキシマレーザ、クリプトンエキシマレーザまたはアルゴンエキシマレーザにより前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させる、半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１レジストの、第１波長を有する前記第１露光光に対する吸収率が０．１〜１．０である、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１レジストは化学増幅型レジストである、半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程では、前記第１パターンに前記第１露光光を照射することで、前記第１パターンの表面に露出した部分に前記酸を発生させて第４膜を形成し、
前記（ｅ）工程では、前記第２膜を熱処理することで、前記第２膜のうち前記第４膜と接触した部分に、前記第３膜を形成し、
前記第４膜のうち前記第１パターンの上面部に形成された部分の厚さは、前記第４膜のうち前記第１パターンの側面部に形成された部分の厚さよりも大きく、
前記第３膜のうち前記第１パターンの上方に位置する部分の厚さは、前記第３膜のうち前記第１パターンの側方に位置する部分の厚さよりも大きい、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し、例えばフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体デバイスは、回路パターン等のパターンが描かれた原板であるフォトマスクに露光光を照射し、上記回路パターン等のパターンを、縮小光学系を介して半導体基板上に転写する、すなわち形成するフォトリソグラフィを、繰り返し行うことによって、生産されている。なお、以下では、フォトリソグラフィのことを、単にリソグラフィという場合がある。
【０００３】
近年、形成すべきパターンが微細になるにつれ、形成されたパターンに欠陥が形成されやすくなっている。例えば、形成すべきパターンより小さな微細パターンが意図せず形成され、これが欠陥となることがある。あるいは、形成されたレジストパターンの膜厚不足やパターントップがラウンド形状になっていることにより、エッチングの際にレジストが残膜不足となり、断線等の欠陥になることがある。
【０００４】
従来は、このような欠陥が形成されないように、主として、露光条件、現像条件、エッチング条件およびレジスト材料・レジスト膜厚を最適化する方法が用いられてきた。
【０００５】
一方、パターンを形成した後に、パターンの幅を調整する取り組みがなされてきた。
【０００６】
特開平６−１６３３６９号公報（特許文献１）には、Ｘ線マスクの製造方法において、吸収体パターンを形成し、等方的なエッチングを行った上で、さらにもう一層の吸収体を等方的に堆積させる技術が開示されている。
【０００７】
特開２００１−１０９１６５号公報（特許文献２）には、レジストパターンを形成した後、酸の存在下で架橋する被覆層を設け、被覆層を架橋させてレジストパターンを太らせる技術が開示されている。
【０００８】
特開２００９−１１１４３４号公報（特許文献３）には、レジストパターンを形成した後、酸の存在により架橋する樹脂を形成し、レジストパターンの表面に架橋層を形成してレジストパターンを太らせる技術が開示されている。
【０００９】
特開２０１１−２１０９７９号公報（特許文献４）には、レジストパターンの表面に酸の作用下で架橋反応を行い得る架橋剤を浸透させ、レジストパターンの表層部に硬化層を形成する技術が開示されている。
【００１０】
特開２００２−１３４３７９号公報（特許文献５）には、レジストパターンを形成した後、酸と反応する架橋剤を含有するレジスト膜を塗布し、架橋反応を発生させて架橋層を成長させる技術が開示されている。
【００１１】
特開平１０−７３９２７号公報（特許文献６）には、レジストパターンを形成した後、レジストパターンの上に酸の存在により架橋反応を起こすレジストを形成し、レジストパターンの表面に架橋膜を形成してレジストパターンを太らせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−１６３３６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１０９１６５号公報
【特許文献３】特開２００９−１１１４３４号公報
【特許文献４】特開２０１１−２１０９７９号公報
【特許文献５】特開２００２−１３４３７９号公報
【特許文献６】特開平１０−７３９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
例えば、最先端の液浸露光においては、露光の際の解像度を決定する開口数ＮＡは、理論的な上限値である１．３５に達しており、限界の解像度を使っている。Ｒ・ＮＡ／λで定義されるプロセスファクタｋ１も、０．３程度に達しており、上記した露光条件、現像条件、エッチング条件およびレジスト材料の最適化も限界に達している。ここで、Ｒは最小の解像線幅であり、λは露光光の波長である。したがって、上記した露光条件、現像条件、エッチング条件およびレジスト材料を最適化して欠陥が形成されることを防止または抑制することは困難である。
【００１４】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、半導体基板上に形成された化学増幅型レジストからなるレジストパターンを等方性エッチングすることで幅を減少させた後、半導体基板の表面に垂直に露光光を照射することで、レジストパターンの表面に酸を発生させる。次に、レジストパターンの表面に、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂膜を形成し、熱処理することで、架橋層を形成する。その後、樹脂膜を現像し、レジストパターンと架橋層とからなるパターンを形成する。
【００１６】
また、他の実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、半導体基板上に形成されたレジストパターンを等方性エッチングすることで幅を減少させる。次に、レジストパターンの表面に化学的気相成長法により膜を形成し、形成された膜をエッチバックして、レジストパターンとサイドウォールとからなるパターンを形成する。
【００１７】
さらに、他の実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、半導体基板上に化学増幅型レジストからなるレジストパターンを形成した後、半導体基板の表面に垂直に露光光を照射することで、レジストパターンの表面に酸を発生させる。次に、レジストパターンの表面に、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂膜を形成し、熱処理することで、架橋層を形成する。その後、樹脂膜を現像し、レジストパターンと架橋層とからなるパターンを形成する。
【発明の効果】
【００１８】
一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の平面図である。
【図２】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の平面図である。
【図４】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図５】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の平面図である。
【図６】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図７】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の平面図である。
【図８】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図９】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の平面図である。
【図１０】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図１１】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の平面図である。
【図１２】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図１３】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の平面図である。
【図１４】実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図１５】フォトマスクのマスクパターンの一例を示す平面図である。
【図１６】図１５に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す図である。
【図１７】図１５に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す図である。
【図１８】図１７に示すレジストパターンをエッチングマスクとして用いて被エッチング膜をエッチングして形成したパターンを示す断面図である。
【図１９】図１５に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す図である。
【図２０】図１５に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す図である。
【図２１】図２０に示すレジストパターンをエッチングマスクとして用いて被エッチング膜をエッチングして形成したパターンを示す断面図である。
【図２２】図１５に示すフォトマスクを用いて形成したゲート電極の例を示す平面図である。
【図２３】図１５に示すフォトマスクを用いて形成したゲート電極の例を示す平面図である。
【図２４】図１５に示すフォトマスクを用いて形成したゲート電極の例を示す平面図である。
【図２５】図１５に示すフォトマスクを用いて形成したゲート電極の例を示す平面図である。
【図２６】実施の形態２のレジストパターンの形成方法において用いられるフォトマスクのマスクパターンを示す平面図である。
【図２７】図２６に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す平面図である。
【図２８】図２６に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す平面図である。
【図２９】実施の形態３の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３０】実施の形態３の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３１】実施の形態３の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３２】実施の形態３の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３３】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３４】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３５】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３６】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３７】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図３８】実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２１】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２２】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２３】
以下、代表的な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２４】
さらに、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを付す場合もある。
【００２５】
なお、以下の実施の形態においてＡ〜Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。
【００２６】
（実施の形態１）
一実施の形態である半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。以下では、基板の表面に被加工膜、すなわち被エッチング膜が形成されており、その被エッチング膜を、所望のパターンに加工、すなわちエッチングする例について、説明する。
【００２７】
なお、本実施の形態１の半導体装置の製造方法は、導電膜としての被エッチング膜をエッチングする場合には、例えばフラッシュメモリのメモリセル領域に含まれるゲート電極および周辺回路領域に含まれるゲート電極、その他の各種の半導体素子に含まれるゲート電極を形成する製造工程に適用することができる。また、本実施の形態１の半導体装置の製造方法は、導電膜としての被エッチング膜をエッチングする場合には、各種の半導体素子の配線などの導電体を形成する製造工程に適用することができる。これらの点については、後述する実施の形態３および実施の形態４についても、同様である。
【００２８】
＜半導体装置の製造方法＞
実施の形態１の半導体装置の製造方法について、図１〜図１４を参照しながら説明する。図１、図３、図５、図７、図９、図１１および図１３は、実施の形態１の半導体装置の製造工程中の平面図である。図２、図４、図６、図８、図１０、図１２および図１４は、実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。図２、図４、図６、図８、図１０、図１２および図１４のそれぞれは、図１、図３、図５、図７、図９、図１１および図１３のそれぞれにおけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２９】
なお、図１〜図１４では、半導体基板１０の表面１０ａ内で互いに交差する２つの方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、半導体基板１０の表面１０ａに交差する方向をＺ軸方向とする。好適には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、半導体基板１０の表面１０ａ内で互いに直交する２つの方向であり、Ｚ軸方向は、表面１０ａに垂直な方向であって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のいずれとも直交する方向である。
【００３０】
本実施の形態１では、図１および図２に示すように、半導体基板１０の表面１０ａに形成された被エッチング膜１２上に、必要なレジストパターン１３が形成され、かつ、転写に不具合が発生して通常は形成されない不要なレジストパターン１４が形成された例について説明する。不要なレジストパターン１４は、被エッチング膜１２が加工されて形成されるパターンに欠陥を発生させるものであるため、被エッチング膜１２を加工する前に不要なレジストパターン１４を除去する必要がある。
【００３１】
本実施の形態１では、不要なレジストパターン１４を除去することができ、必要なレジストパターン１３の高さを、被エッチング膜１２をエッチングするのに十分な高さにすることができ、上部の角部が角張った形状を有し、被エッチング膜１２を加工する際のエッチングマスクとして好適なレジストパターンを形成するものである。
【００３２】
まず、図１および図２に示すように、半導体基板１０の第１主面としての表面１０ａに形成された被エッチング膜１２上に、露光光を照射することにより酸を発生するレジストからなるレジスト膜ＰＲ１を形成する。ここで用いられるレジストは、露光光を照射することで光反応により酸を発生するレジストであればよく、このようなレジストとして、例えば、いわゆるＰＡＧ（Photo Acid Generator）を含有する化学増幅型レジストを用いることができる。また、このようなレジストとして、ポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）、ノボラック樹脂またはアクリル樹脂をベース樹脂として含有するものを用いることができる。
【００３３】
このレジスト膜ＰＲ１を形成する工程では、まず、半導体基板１０の表面１０ａに被エッチング膜１２が形成された半導体基板１０を用意する。そして、被エッチング膜１２上にレジスト、すなわちフォトレジストを塗布し、熱処理することで、レジスト膜ＰＲ１を形成する。具体的には、被エッチング膜１２上にレジストをスピンコートなどの塗布法により塗布し、次に、７０〜１２０℃程度の温度で１分程度の間、熱処理を行って、レジスト中の溶剤を蒸発させることにより、レジスト膜ＰＲ１を形成する。
【００３４】
次に、レジスト膜ＰＲ１をパターン露光した後、現像することで、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３を形成する。
【００３５】
具体的には、ｇ線、ｉ線、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザまたはフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザなど、レジストの感度波長に対応した光源を用い、フォトマスクを用いてレジスト膜ＰＲ１の露光を行う。このとき用いるフォトマスクには、レジストパターン１３に対応したマスクパターンが形成されており、レジスト膜ＰＲ１は、フォトマスクを用いてパターン露光される。７０〜１２０℃程度の温度で１分程度の間露光後ベーク処理を行った後、パターン露光されたレジスト膜ＰＲ１を現像する。現像液として、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などのアルカリ水溶液を用いて、レジスト膜ＰＲ１を現像する。これにより、図１および図２に示すように、フォトマスクに形成されたマスクパターンが転写されたレジストパターン１３、すなわちマスクパターンに対応したレジストパターン１３を、形成する。レジストパターン１３は、例えば半導体基板１０の表面１０ａ内でＹ軸方向に延在し、Ｘ軸方向に線幅Ｗ１を有し、Ｚ軸方向に高さＨ１を有する。また、レジストパターン１３は、上部の角部ＣＰ１が角張った形状を有する。
【００３６】
このとき、フォトマスクには、例えば図１５を用いて後述する例と同様に、マスクパターンと、マスクパターンの線幅よりも小さい線幅を有する補助マスクパターンとが形成されている。この補助マスクパターンはＳＲＡＦ（Sub-Resolution Assist Feature）等と呼ばれ、メインフィーチャーのプリント性能を高めるためにマスク内に配置される。補助マスクパターンそのものはレジストパターンとして転写されない。しかし、補助マスクパターンのサイズが適切でなかったり、露光条件が適切でない場合に、半導体基板１０の表面１０ａに形成された被エッチング膜１２上に、補助マスクパターンに対応してレジストパターン１３の線幅よりも小さい線幅を有し、レジスト膜ＰＲ１からなる不要なレジストパターン１４が形成されることがある。図１および図２では、この不要なレジストパターン１４が形成された場合を示す。
【００３７】
なお、レジスト膜ＰＲ１と被エッチング膜１２との間には、ＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating）もしくは多層レジスト膜などの反射防止層が形成されていてもよい。あるいは、レジスト膜ＰＲ１と被エッチング膜１２との間には、レジスト膜ＰＲ１と被エッチング膜１２との間の密着力を強化するための密着強化層、または、被エッチング膜１２のエッチングを形状精度よく行うためのハードマスク層などが形成されていてもよい。
【００３８】
次に、図３および図４に示すように、レジストパターン１３を等方性エッチングすることで、レジストパターン１３の線幅Ｗ１を減少させ、不要なレジストパターン１４を除去する。
【００３９】
具体的には、酸素ガスまたは酸素ラジカルを用いたドライエッチングを行って、有機膜としてのレジスト膜ＰＲ１がパターニングされて形成されたレジストパターン１３をエッチングすることで、レジストパターン１３の線幅Ｗ１を線幅Ｗ２に減少させる。すなわち、レジストパターン１３を細らせ、レジストパターン１３の線幅Ｗ１よりも小さな線幅Ｗ２を有するレジストパターン１３ａを形成する。
【００４０】
本実施の形態１では、レジストパターン１３を等方性エッチングする際に、不要なレジストパターン１４を除去する。したがって、線幅Ｗ１と線幅Ｗ２との差、すなわちレジストパターン１３の線幅を減少させる量は、好適には、不要なレジストパターン１４の線幅以上である。
【００４１】
このとき、レジストパターン１３を等方性エッチングすることで、レジストパターン１３ａの高さは、レジストパターン１３の高さＨ１から高さＨ２に減少する。また、前述したように、レジストパターン１３は、上部の角部ＣＰ１が角張った形状を有していたが、レジストパターン１３ａは、上部の角部ＣＰ２が角張った形状を有しない。
【００４２】
なお、上記レジストパターン１３の線幅Ｗ１を線幅Ｗ２に減少させる工程において、レジストパターン１３をドライエッチングにより等方性エッチングする場合について説明した。しかし、ドライエッチングに代え、ウェットエッチングにより等方性エッチングしてもよく、あるいは、エッチングに代え、現像液により追加現像を行ってもよい。
【００４３】
次に、図５および図６に示すように、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射することで、レジストパターン１３ａの表面に露出した部分に酸を発生させる。この露光光ＥＸＰは、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを構成するレジストが強い光吸収を有する波長域の平行光であり、露光光ＥＸＰは、レジストパターン１３ａの上方から半導体基板１０の表面１０ａに垂直に、平行光として照射される。
【００４４】
なお、レジストがある波長を有する露光光ＥＸＰに対して強い光吸収を有するとは、レジストがある波長を有する露光光ＥＸＰに対して吸収率が０．１〜１．０であることを意味する。
【００４５】
また、露光光ＥＸＰを平行光として照射するとは、ある方向に平行に光を入射する場合に限られず、露光光ＥＸＰを照射する方向の、ある方向に対する角度が０〜５°になるように、露光光を照射することを意味する（後述する実施の形態４においても同様）。さらに、露光光ＥＸＰを半導体基板１０の表面１０ａに垂直に照射するとは、半導体基板１０の表面１０ａの法線に平行に光を入射する場合に限られず、露光光ＥＸＰを照射する方向の、半導体基板１０の表面１０ａの法線に対する角度が０〜５°になるように、露光光ＥＸＰを照射することを意味する（後述する実施の形態４においても同様）。
【００４６】
前述したように、レジストとしてはＰＡＧを含有する化学増幅系レジストを用いるので、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射することで、レジストパターン１３ａの表面に酸が発生する。図６に示すように、レジストパターン１３ａのうち酸が発生する部分を、酸発生層１５とすると、酸発生層１５は、露光光ＥＸＰを照射することで発生した酸を含有する膜である。すなわち、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射することで、レジストパターン１３ａの表面に酸を発生させて酸発生層１５を形成する。
【００４７】
なお、レジストパターン１３ａのうち酸発生層１５以外の部分として残った部分を、レジストパターン１３ｂとする。このとき、レジストパターン１３ａは、酸発生層１５とレジストパターン１３ｂとからなる。
【００４８】
また、露光光ＥＸＰは、レジストパターン１３ａの上方から半導体基板１０の表面１０ａに垂直に照射されるため、レジストパターン１３ａの上面には、露光光ＥＸＰが強く当たるが、レジストパターン１３ａの側面には、露光光ＥＸＰが強く当たらない。したがって、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの上面部に形成された部分１５ａにおける酸の発生量は、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂにおける酸の発生量よりも多くなる。そして、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの上面部に形成された部分１５ａの、レジストパターン１３ａの上面に垂直な方向、すなわちＺ軸方向の厚さＴ１が、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂの、レジストパターン１３ａの側面に垂直な方向、すなわちＸ軸方向の厚さＴ２よりも大きくなる。
【００４９】
なお、レジストパターン１３ａの側面部に照射される露光光ＥＸＰは垂直入射光であるが、半導体基板１０の表面１０ａからの光反射（図示は省略）、または、近接パターンからの回折光（図示は省略）などの影響を受け、レジストパターン１３ａの側面部にも酸発生層１５が形成されるのである。
【００５０】
例えば、露光光ＥＸＰの照射に用いる照明のσ値が大きく、露光光ＥＸＰが様々な角度から入射される場合、すなわち照射される露光光ＥＸＰが平行光でない場合を考える。このような場合には、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの上面部に形成された部分１５ａのＺ軸方向の厚さＴ１が減少し、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂのＸ軸方向の厚さＴ２が増加する。そして、隣り合うレジストパターン１３ａ同士の距離、または、レジストパターン１３ａの高さＨ２などにより、露光光ＥＸＰが照射されない日陰の部分が変動することに影響を受け、酸発生層１５の形状に、レジストパターン１３ａの配置の依存性が生じるという問題が生じる。
【００５１】
一方、照射される露光光ＥＸＰが平行光である場合でも、露光光ＥＸＰが半導体基板１０の表面１０ａに垂直に入射されず、表面１０ａに対して傾斜した角度で入射される場合を考える。このような場合には、露光光ＥＸＰの入射方向と、半導体基板１０の表面１０ａ内でのレジストパターン１３ａの配置との関係により、露光光ＥＸＰが照射される日向の部分と露光光ＥＸＰが照射されない日陰の部分とが発生する。そして、その日向の部分と日陰の部分との間で、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂのＸ軸方向の厚さＴ２に差が生ずるので、図１１および図１２を用いて後述する工程で形成されるパターン１８の線幅Ｗ３が変動するか、パターン１８が非対称な形状を有するようになる。
【００５２】
このため、好適には、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射する方向の、ある基準の方向との角度が０〜５°になるように、露光光ＥＸＰを照射する。また、さらに好適には、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射する方向の、ある基準の方向との角度が０〜３°になるように、露光光ＥＸＰを照射する。
【００５３】
これにより、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの上面部に形成された部分１５ａのＺ軸方向の厚さＴ１が減少すること、および、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂのＸ軸方向の厚さＴ２が増加することを防止または抑制することができる。そして、隣り合うレジストパターン１３ａ同士の距離、または、レジストパターン１３ａの高さＨ２などにより、光が照射されない日陰の部分が変動すること、および、酸発生層１５の形状に、レジストパターン１３ａの配置の依存性が生じることを防止または抑制することができる。
【００５４】
また、好適には、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射する方向の、半導体基板１０の表面１０ａの法線に対する角度が０〜５°になるように、露光光ＥＸＰを照射する。また、さらに好適には、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射する方向の、半導体基板１０の表面１０ａの法線に対する角度が０〜３°になるように、露光光ＥＸＰを照射する。
【００５５】
これにより、露光光ＥＸＰの入射方向と、半導体基板１０の表面１０ａ内でのレジストパターン１３ａの配置との関係により、露光光ＥＸＰが照射される日向の部分と露光光ＥＸＰが照射されない日陰の部分とが発生することを防止または抑制することができる。そして、その日向の部分と日陰の部分との間で、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂのＸ軸方向の厚さＴ２に差が生ずること、および、後述する工程で形成されるパターン１８（図１２参照）の線幅Ｗ３が変動することを防止または抑制することができる。したがって、パターン１８がレジストパターン１３ａを挟んで非対称な形状を有することを防止または抑制することができる。
【００５６】
このような露光光ＥＸＰを照射する方法として、半導体基板１０の表面１０ａ全面に露光光ＥＸＰを一括に照射する方法、例えばステッパにより露光する場合の１ショットの領域内で光を一括に照射する方法、または、１チップの領域内で露光光ＥＸＰを一括に照射する方法を用いることができる。あるいは、例えばスキャナを用いたスキャン露光により露光光ＥＸＰを照射する方法を用いることもできる。スキャン露光による方法は、既存のスキャナの設備を活用できるという利点がある。また、平行光としての露光光ＥＸＰを照射する方法としては、ケーラー照明により平行光としての露光光ＥＸＰを照射する方法を用いることができる。
【００５７】
また、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを構成するレジストがＰＨＳまたはノボラック樹脂をベース樹脂として含有するものであるときは、露光光ＥＸＰとして、以下の光を用いることができる。すなわち、フッ化アルゴンエキシマレーザにより照射され、波長１９３ｎｍを有する光、または、キセノン（Ｘｅ２）エキシマレーザにより照射され、波長１７２ｎｍを有する光を用いることができる。あるいは、フッ素（Ｆ２）エキシマレーザにより照射され、波長１５７ｎｍを有する光、クリプトン（Ｋｒ２）エキシマレーザにより照射され、波長１４６ｎｍを有する光、または、アルゴン（Ａｒ２）エキシマレーザにより照射され、波長１２６ｎｍを有する光を用いることができる。
【００５８】
一方、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを構成するレジストがアクリル樹脂をベース樹脂として含有するものであるときは、露光光ＥＸＰとして、以下の光を用いることができる。すなわち、フッ素エキシマレーザにより照射され、波長１５７ｎｍを有する光、クリプトンエキシマレーザにより照射され、波長１４６ｎｍを有する光、または、アルゴンエキシマレーザにより照射され、波長１２６ｎｍを有する光を用いることができる。
【００５９】
好適には、上記の組み合わせの場合も含め、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを構成するレジストは、例えば上記の波長を有する露光光に対する強い光吸収を有する。すなわち、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを構成するレジストの、例えば上記の波長を有する露光光ＥＸＰに対する吸収率が０．１〜１．０である。そのため、照射された露光光ＥＸＰがレジストパターン１３ａの表面で吸収されて酸が発生するので、レジストパターン１３ａの表面に酸発生層１５を効率よく形成することができる。
【００６０】
一方、後述する酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂を塗布する工程を行った後で、上記した露光光ＥＸＰの照射を行う場合について考える。このような場合には、樹脂が光の照射により架橋反応などにより変化し、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂの酸発生量および厚さＴ２が、半導体基板１０の表面１０ａに垂直な方向、すなわちＺ軸方向に一様でなくなり、分布を有するおそれがある。したがって、上記した露光光ＥＸＰの照射は、後述する酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂を塗布する工程の前に行うことが好ましい。
【００６１】
次に、図７および図８に示すように、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こして現像液に対して不溶化する樹脂からなる樹脂膜ＰＲ２を、レジストパターン１３ａの表面を含めて被エッチング膜１２上に形成する。
【００６２】
この樹脂膜ＰＲ２を形成する工程では、レジストパターン１３ａの表面を含めて被エッチング膜１２上に、樹脂を塗布し、熱処理することで、樹脂膜ＰＲ２を形成する。具体的には、レジストパターン１３ａの表面を含めて被エッチング膜１２上に、樹脂をスピンコートなどの塗布法により塗布することにより、樹脂膜ＰＲ２を形成する。なお、樹脂を塗布する方法として、例えばフラッシュインクジェット法やスプレー法などを用いることもできる。
【００６３】
この樹脂膜ＰＲ２を形成する工程で塗布される樹脂は、例えば、架橋剤と樹脂材料とからなる。架橋剤としては、１，３−ジ（Ｎ−メトキシメチル）−２−イミダゾリジノン、１，３−ジ（Ｎ−メトキシメチル）−４−ヒドロキシ−２−イミダゾリジノン、または、１，３−ジ（Ｎ−メトキシメチル）−４，５−ジヒドロキシ−２−イミダゾリジノンなどを用いることができる。また、樹脂材料としては、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、不飽和ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリメタクリル酸メチル、スチレン−無水マレイン酸共重合体、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリビニルアミン、または、ポリアリルアミンなどを用いることができる。あるいは、樹脂材料としては、オキサゾリン基含有樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、セルロース樹脂、スルフォンアミド樹脂、マレイン酸樹脂、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和オルガノポリシロキサン、不飽和オルガノポリシルセスキオキサン、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキッド樹脂、または、スルフォンアミドなどを用いることができる。
【００６４】
次に、図９および図１０に示すように、樹脂膜ＰＲ２を熱処理することで、樹脂膜ＰＲ２のうちレジストパターン１３ａの表面と接触した部分に架橋反応を起こさせて現像液に対して不溶化させる。
【００６５】
この樹脂膜ＰＲ２を熱処理する工程では、樹脂膜ＰＲ２を熱処理することで、樹脂膜ＰＲ２のうちレジストパターン１３ａの表面と接触した部分、すなわち樹脂膜ＰＲ２のうちレジストパターン１３ａの上面部および側面部に形成された酸発生層１５と接触した部分に架橋反応を起こさせて架橋層１７を形成する。架橋層１７は、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応により形成された膜である。樹脂膜ＰＲ２を熱処理する温度は、樹脂膜ＰＲ２を構成する樹脂の材料によるが、例えば６０〜１６０℃程度の温度で熱処理を施すことができる。また、樹脂膜ＰＲ２を熱処理する温度の上限温度は、レジストパターン１３ａが変形しない温度とすることが好ましい。
【００６６】
レジストパターン１３ａの酸発生層１５で発生した酸の量に応じて、発生した酸が樹脂膜ＰＲ２の内部へ拡散する拡散距離が変わり、酸の量が多いほど拡散距離が大きくなる。また、前述したように、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの上面部に形成された部分１５ａにおける酸の発生量は、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂにおける酸の発生量よりも大きい。すなわち、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの上面部に形成された部分１５ａのＺ軸方向の厚さＴ１（図８参照）は、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂのＸ軸方向の厚さＴ２（図８参照）よりも大きい。したがって、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの上方で、酸が上方、すなわちＺ軸方向に拡散する距離は、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの側方で、酸が側方、すなわちＸ軸方向に拡散する距離よりも大きく、架橋層１７が側方に比べて上方に優先的に進展することになる。
【００６７】
そのため、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの上方に位置する部分１７ａの、レジストパターン１３ａの上面に垂直な方向、すなわちＺ軸方向の厚さＴ３が、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの側方に位置する部分１７ｂの、レジストパターン１３ａの側面に垂直な方向、すなわちＸ軸方向の厚さＴ４よりも厚くなる。そして、図４に示したように、レジストパターン１３ａは、上部の角部ＣＰ２（図４参照）が角張った形状を有していなかったが、図１０に示すように、架橋層１７は、上部の角部ＣＰ３が角張った形状を有するように、成長する。
【００６８】
次に、図１１および図１２に示すように、樹脂膜ＰＲ２を現像することで、樹脂膜ＰＲ２のうち架橋反応を起こしていない部分を除去する。
【００６９】
現像液の種類は、樹脂膜ＰＲ２の種類にもよるが、例えばＴＭＡＨなどのアルカリ水溶液、純水、または、レジストを溶解しない有機溶剤などを用いることができる。
【００７０】
この樹脂膜ＰＲ２を現像する工程では、樹脂膜ＰＲ２のうち架橋反応した部分である架橋層１７をレジストパターン１３ａの表面に残す。これにより、芯部をレジストパターン１３ａとし、表層部を架橋層１７とし、芯部と表層部とからなるパターン１８が形成される。すなわち、レジストパターン１３ａと、レジストパターン１３ａの表面に残された架橋層１７とからなる、パターン１８が形成される。
【００７１】
その後、図１３および図１４に示すように、パターン１８をエッチング用マスクとして用いて、被エッチング膜１２をエッチングし、被エッチング膜１２からなるパターン１９を形成する。そして、パターン１９を形成した後、パターン１８を除去する。
【００７２】
前述したように、架橋層１７は、上部の角部ＣＰ３が角張った形状を有する。したがって、図１２に示すように、パターン１８は、上部の角部ＣＰ３が角張った形状を有する。また、パターン１８の高さＨ３は、レジストパターン１３ａの高さＨ２と、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの上方に位置する部分１７ａのＺ軸方向の厚さＴ３との和であるが、熱処理の条件を調整することで、パターン１８の高さＨ３をコントロールすることができる。
【００７３】
したがって、本実施の形態１の半導体装置の製造方法によれば、不要なレジストパターン１４を除去する際に、レジストパターン１３の高さＨ１が高さＨ２に減少するものの、減少した高さＨ２を、パターン１８の高さＨ３に再び増加させることができる。また、本実施の形態１の半導体装置の製造方法によれば、不要なレジストパターン１４を除去する際に、上部の角部ＣＰ１が角張っていない形状を有するレジストパターン１３ａが形成されるものの、レジストパターン１３ａと、レジストパターン１３ａを芯部とする表層部としての架橋層１７とからなるパターン１８を形成することができる。したがって、上部の角部ＣＰ３が角張った形状を有し、被エッチング膜１２を加工する際のエッチングマスクとして好適なパターン１８を形成することができる。
【００７４】
このように、本実施の形態１の半導体装置の製造方法によれば、エッチングマスクとしてのパターン１８の高さＨ３を、被エッチング膜１２をエッチングするのに十分な高さにすることができる。そのため、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３を構成するレジストの材料としてのエッチング耐性は向上させなくても、被エッチング膜１２を十分なプロセスマージンをもってエッチングすることができる。そのため、製造される半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００７５】
また、樹脂膜ＰＲ２を現像して除去する際に、レジストパターン１３ａの表面が架橋層１７により覆われているため、レジストパターン１３ａと被エッチング膜１２との界面に現像液が入り込んでレジストパターン１３ａが倒れるパターン倒れが防止または抑制される。したがって、通常は、レジストパターンの高さが大きくなるとパターン倒れが発生しやすくなるが、本実施の形態１では、レジストパターンの高さが相対的に大きくなっても、パターン倒れを防止または抑制することができる。
【００７６】
具体的には、樹脂の種類、熱処理の条件などにもよるが、例えば最初に形成されるレジストパターン１３の高さＨ１を４０ｎｍとする場合、最後に形成されるパターン１８の高さＨ３を５０ｎｍとすることができる。
【００７７】
さらに、パターン１８の線幅Ｗ３は、レジストパターン１３ａの線幅Ｗ２と、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの側方に位置する部分１７ｂのＸ軸方向の厚さＴ４の２倍との和であるが、熱処理の条件を調整することで、パターン１８の線幅Ｗ３をレジストパターン１３の線幅Ｗ１に等しくすることができる。
【００７８】
したがって、本実施の形態１の半導体装置の製造方法によれば、不要なレジストパターン１４を除去する際に、レジストパターン１３の線幅Ｗ１が線幅Ｗ２に減少するものの、パターン１８の線幅Ｗ３を最初にレジストパターン１３が形成されたときの線幅Ｗ１と等しい線幅に戻すことができる。したがって、不要なレジストパターン１４を除去する際に線幅が小さくなったレジストパターン１３の線幅を、再び最初の線幅に戻すことができる。
【００７９】
＜不要なレジストパターンについて＞
次に、本実施の形態１の半導体装置の製造方法を半導体素子の製造方法に適用した例を、比較例１の半導体装置の製造方法を半導体素子の製造方法に適用した例と合わせて説明し、不要なレジストパターンの影響について説明する。ここで、比較例１の半導体装置の製造方法では、実施の形態１の半導体装置の製造方法のうち、図１および図２を用いて説明したレジストパターンを形成する工程を行った後、図３〜図１２を用いて説明した工程を行わずに、図１３および図１４を用いて説明した被エッチング膜をエッチングする工程を行う。
【００８０】
図１５は、フォトマスクのマスクパターンの一例を示す平面図である。図１５に示すように、フォトマスクＭＳＫ１は、基板２０と、基板２０上に形成されたマスクパターン２３と、基板２０上に形成され、マスクパターン２３の線幅よりも小さい線幅を有する補助マスクパターン２４とを有する。
【００８１】
図１６および図１７は、図１５に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す図である。図１６は平面図を示し、図１７は、図１６のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。図１６および図１７は、不要なレジストパターンが形成されない場合を示す。さらに、図１８は、図１７に示すレジストパターンをエッチングマスクとして用いて被エッチング膜をエッチングして形成したパターンを示す断面図である。
【００８２】
図１９および図２０は、図１５に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す図である。図１９は平面図を示し、図２０は、図１９のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。図１９および図２０は、不要なレジストパターンが形成されている場合を示すが、図１９では形成された不要なレジストパターンが倒れていない場合を示し、図２０では形成された不要なレジストパターンが倒れている場合を示す。さらに、図２１は、図２０に示すレジストパターンをエッチングマスクとして用いて被エッチング膜をエッチングして形成したパターンを示す断面図である。
【００８３】
図１７、図１８、図２０および図２１に示す例では、半導体基板３０の表面３０ａ上に、絶縁膜３１を介し、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field-Effect Transistor）のゲート電極となる、ポリシリコン膜からなる導電膜としての被エッチング膜３２が形成されている。
【００８４】
図１５に示すように、フォトマスクＭＳＫ１には、マスクパターン２３および補助マスクパターン２４が形成されている。マスクパターン２３は、レジストパターンを形成するためのパターンであり、平面視において、形成されるレジストパターンの形状に対応した形状を有している。補助マスクパターン２４は、レジストパターンを形成するためのパターンではなく、マスクパターン２３のうち線幅が小さい部分、すなわち細線部の解像度を向上させるか、または露光の裕度もしくは転写の精度を向上させるためのものである。したがって、補助マスクパターン２４は、露光の際にレジストには転写されないものであり、ＳＲＡＦ等と称される。したがって、露光の際のフォーカスおよびドーズ量の条件、ならびに、現像の際の各プロセス条件が最適化された条件であるときは、図１６および図１７に示すように、マスクパターン２３（図１５参照）に対応し、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン３３のみが形成される。その結果、図１８に示すように、マスクパターン２３（図１５参照）に対応し、被エッチング膜３２からなるゲート電極３５が形成される。
【００８５】
一方、露光の際のフォーカスもしくはドーズ量などの各プロセス条件、または、現像の際の各プロセス条件が最適化された条件からわずかに変化した場合を考える。このような場合、図１９および図２０に示すように、マスクパターン２３（図１５参照）に対応し、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン３３のみならず、補助マスクパターン２４（図１５参照）に対応し、レジスト膜ＰＲ１からなる不要なレジストパターン３４が形成されることがある。このように不要なレジストパターン３４が形成されると、図２０に示すように、レジスト膜の現像もしくはリンスの際、または、被エッチング膜３２のエッチングの際に、不要なレジストパターン３４が倒れることで、倒れたレジストパターン３４ａが発生することもある。そして、図２１に示すように、不要なレジストパターン３４（図２０参照）に対応し、被エッチング膜３２からなるパターン３５ａが形成されるか、倒れたレジストパターン３４ａ（図２０参照）に対応し、ゲート電極３５の裾が引くことで、被エッチング膜３２からなる裾部３５ｂが形成される。
【００８６】
次に、不要なレジストパターンが残っている状態で被エッチング膜をエッチングして形成された半導体素子について説明する。
【００８７】
図２２〜図２５は、図１５に示すフォトマスクを用いて形成したゲート電極の例を示す平面図である。図２２は、不要なレジストパターンが形成されていない場合を示し、図２３〜図２５は、不要なレジストパターンが形成された場合を示す。また、図２２〜図２５において、ゲート電極３５に加え、拡散層４０およびコンタクト４１を示している。なお、図２２〜図２５では図示を省略するが、図１８および図２１に示したように、ゲート電極３５と拡散層４０との間には、ゲート絶縁膜としての絶縁膜３１が形成されている。
【００８８】
図１６に示すように、マスクパターン２３（図１５参照）に対応したレジストパターン３３のみが形成された後、レジストパターン３３をエッチングマスクとして被エッチング膜３２がエッチングされたときは、図２２に示すように、マスクパターン２３（図１５参照）に対応し、被エッチング膜３２からなるゲート電極３５のみが形成される。
【００８９】
一方、図１９に示すように、マスクパターン２３（図１５参照）に対応したレジストパターン３３のみならず、補助マスクパターン２４（図１５参照）に対応した不要なレジストパターン３４が形成されたときは、被エッチング膜３２がエッチングされて形成されたゲート電極３５の形状は、図２３〜図２５に示すように、マスクパターン２３（図１５参照）に対応した形状ではなくなる。
【００９０】
例えば図１９に示すように、補助マスクパターン２４（図１５参照）に対応した不要なレジストパターン３４が形成されたときは、不要なレジストパターン３４をエッチングマスクとして被エッチング膜３２がエッチングされ、図２３に示すように、補助マスクパターン２４（図１５参照）に対応し、被エッチング膜３２からなるパターン３５ｃが形成される。パターン３５ｃは、拡散層４０上に延在し、かつ、コンタクト４１と電気的に接続されるため、形成される半導体素子の電気特性としては、ＭＩＳＦＥＴとしての所望の電気特性が得られなくなる。
【００９１】
また、不要なレジストパターン３４が倒れた場合の例を、図２０を用いて説明したが、例えば図１９に示す２つの不要なレジストパターン３４のいずれもがレジストパターン３３側に倒れたときは、倒れた不要なレジストパターン３４ａに対応し、ゲート電極３５（図２４参照）の裾が引くことになる。その結果、図２４に示すように、被エッチング膜３２からなる裾部３５ｄが形成され、ゲート電極３５のゲート長が所望のゲート長よりも大きくなり、かつ、ゲート電極３５がコンタクト４１と電気的に接続されるため、形成される半導体素子は、ＭＩＳＦＥＴとして機能しなくなる。
【００９２】
さらに、図２５には、例えば図１９に示す２つの不要なレジストパターン３４のいずれもが倒れた場合について示す。例えば図１９に示すレジストパターン３３の左側の不要なレジストパターン３４がレジストパターン３３側に倒れた結果、図２５に示す例では、ゲート電極３５の左側では、ゲート電極３５から裾を引くように、被エッチング膜３２からなる裾部３５ｅが形成されてゲート長が所望の長さよりも大きくなっている。また、例えば図１９に示すレジストパターン３３の右側の不要なレジストパターン３４の一部がレジストパターン３３側に倒れ、他の部分が倒れなかった結果、図２５に示す例では、ゲート電極３５の右側では、ゲート電極３５から枝分かれするように、被エッチング膜３２からなる枝部３５ｆが形成される。その結果、図２５に示すように、形成されるゲート電極３５のゲート長が所望のゲート長よりも大きくなり、かつ、ゲート電極３５がコンタクト４１と電気的に接続されるため、形成される半導体素子は、ＭＩＳＦＥＴとして機能しなくなる。
【００９３】
このように、比較例１の半導体装置の製造方法では、補助マスクパターンに対応した不要なレジストパターンが形成されたとき、図２３〜図２５に示したように、製造される半導体素子の電気的特性に不良が発生するため、製造される半導体装置の歩留まりが低下し、半導体装置の性能が低下する。
【００９４】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
一方、本実施の形態１の半導体装置の製造方法では、図１および図２を用いて説明したレジストパターンを形成する工程を行った後、図３〜図１２を用いて説明した工程を行ってから、図１３および図１４を用いて説明した被エッチング膜をエッチングする工程を行う。図３〜図１２を用いて説明した工程では、レジストパターンを等方性エッチングする工程、レジストパターンに露光光を照射する工程、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂膜を形成する工程、樹脂膜を熱処理する工程、および、樹脂膜を現像する工程を行う。
【００９５】
これにより、図１９に示すように、補助マスクパターン２４（図１５参照）に対応した不要なレジストパターン３４が形成された場合でも、不要なレジストパターン３４を除去し、図１６および図１７に示すように、マスクパターン２３（図１５参照）に対応したレジストパターン３３のみが形成された状態にすることができる。そして、図１８および図２２を用いて説明したように、レジストパターン３３（図１６参照）をエッチングマスクとして被エッチング膜３２をエッチングすることで、マスクパターン２３（図１５参照）に対応したゲート電極３５を形成することができる。そのため、図２１および図２３〜図２５を用いて説明したように、補助マスクパターン２４（図１５参照）に対応した不要なレジストパターン３４（図１９参照）が形成されることで、ゲート電極３５に、不要なパターン３５ａ、パターン３５ｃ、または、裾部３５ｂ、裾部３５ｄ、裾部３５ｅもしくは枝部３５ｆが形成されることを防止または抑制することができる。したがって、製造される半導体素子の電気的特性に不良が発生することを防止または抑制することができるため、半導体装置の製造歩留まりが低下することを防止または抑制することができ、半導体装置の性能を向上させることができる。
【００９６】
また、本実施の形態１では、不要なレジストパターン１４を除去する際に、レジストパターン１３ａの上部の角部ＣＰ２が角張らなくなった場合でも、レジストパターン１３ａの表面に架橋層１７を形成することで、上部の角部ＣＰ３が角張った形状を有するパターン１８を形成することができる（図４および図１２参照）。したがって、被エッチング膜をエッチングする際、斜め方向からのレジストパターンの上部の角部のエッチング速度が大きくなることを防止または抑制することができる。そのため、レジストパターンのエッチング耐性を向上させることができ、被エッチング膜がエッチングされて形成されるパターンの形状が劣化することを防止または抑制することができる。
【００９７】
そして、本実施の形態１では、不要なレジストパターン１４を除去する際に、レジストパターン１３の高さＨ１が減少した場合でも、レジストパターン１３ａの表面に架橋層１７を形成することで、被エッチング膜１２をエッチングするのに十分な高さを持つパターン１８を形成することができる（図４および図１２参照）。これにより、被エッチング膜を加工する際のエッチングマスクとして好適なレジストパターンを形成することができる。
【００９８】
さらに、本実施の形態１では、不要なレジストパターン１４を除去する際に、レジストパターン１３の線幅Ｗ１が減少した場合でも、パターン１８の線幅Ｗ３を、不要なレジストパターン１４を除去する前のレジストパターン１３の線幅Ｗ１に戻すことができる（図４および図１２参照）。したがって、被エッチング膜からなるパターンを形状精度よく形成することができる。
【００９９】
なお、本実施の形態１では、レジストパターンを、半導体基板の表面に形成された被エッチング膜をエッチングするためのエッチングマスクとして用いる場合について説明した。しかし、本実施の形態１で形成されるレジストパターンは、エッチングマスクとして用いる場合には限られず、半導体基板にイオン注入するためのマスクとしても用いることができる（後述する実施の形態３および実施の形態４でも同様）。
【０１００】
（実施の形態２）
実施の形態１では、補助マスクパターンを有するフォトマスクを用いてレジストパターンを形成する例について説明した。一方、実施の形態２では、補助マスクパターンを有しないが、ハーフトーンマスクとしてのフォトマスクを用いてレジストパターンを形成する例について説明する。すなわち、実施の形態２は、実施の形態１の半導体装置の製造方法に含まれるレジストパターンの形成方法を、ハーフトーンマスクを用いてレジストパターンを形成する場合に適用した例である。
【０１０１】
実施の形態２のレジストパターンの形成方法は、実施の形態１の半導体装置の製造方法に含まれる工程と同様の工程からなり、図１および図２を用いて説明したレジストパターンを形成する工程を行った後、図３〜図１２を用いて説明した工程を行う。図３〜図１２を用いて説明した工程では、レジストパターンを等方性エッチングする工程、レジストパターンに露光光を照射する工程、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂膜を形成する工程、樹脂膜を熱処理する工程、および、樹脂膜を現像する工程を行う。
【０１０２】
図２６は、実施の形態２のレジストパターンの形成方法において用いられるフォトマスクのマスクパターンを示す平面図である。
【０１０３】
図２６に示すように、フォトマスクＭＳＫ２は、フィールド部５０およびパターン５３を有する。フィールド部５０は、ハーフトーン部であり、パターン５３は、フィールド部５０に形成された開口部、すなわちガラス面部である。ハーフトーン部としてのフィールド部５０は、フィールド部５０を透過した露光光の位相と、パターン５３を透過した露光光の位相とが反転するように、調整されている。ハーフトーン部としてのフィールド部５０の露光光に対する透過率については、特に限定されるものではないが、例えば６％とすることができる。この透過率の増加に伴って、解像度を改善する効果は増加するものの、サブピークによるパターンの形成が起こりやすくなる。サブピークとは、光干渉が起こることで、所望の位置と異なる位置に、露光光の強度が強いホットスポットが発生する現象を意味する。このホットスポットにより、ネガトーンのレジストプロセスでは、不要なレジストパターン、いわゆる黒欠陥が発生し、ポジトーンのレジストプロセスでは、ホールや溝などの抜け欠陥、いわゆる白欠陥が発生する。
【０１０４】
図２７および図２８は、図２６に示すフォトマスクを用いて形成したレジストパターンの例を示す平面図である。図２７は、半導体基板６０上に、必要なレジストパターン６３のみが形成され、不要なレジストパターンが形成されていない場合を示し、図２８は、半導体基板６０上に、必要なレジストパターン６３に加えて不要なレジストパターン６４が形成されている場合を示す。
【０１０５】
図２７および図２８に示す例は、ネガトーンのレジストプロセスを行ったものである。このようなネガトーンのレジストプロセスでは、ネガ型のレジストを用いてレジストパターンを形成してもよく、または、ポジ型のレジストを用い、かつ、有機現像液を用いたネガトーン現像を行ってレジストパターンを形成してもよい。
【０１０６】
ここで、比較例２のレジストパターンの形成方法を行った場合を考える。比較例２のレジストパターンの形成方法では、図１および図２を用いて説明したレジストパターンを形成する工程を行った後、図３〜図１２を用いて説明した工程を行わない。
【０１０７】
図２６に示すようなフォトマスクＭＳＫ２を用いてレジストパターンを形成した場合、図２７に示すように、不要なレジストパターンが形成されないこともあるが、図２８に示すように、必要なレジストパターン６３に加え、サブピークによる不要なレジストパターン６４が形成されることがある。この不要なレジストパターン６４は、レジストパターン６４自身が欠陥になるか、または、レジストパターン６４が倒れるか、もしくは、レジストパターン６４が剥がれて他の部分に付着することで、欠陥になることがある。そして、比較例２のレジストパターンの形成方法を行った場合には、不要なレジストパターン６４を除去することはできない。
【０１０８】
一方、図２８に示すように、不要なレジストパターン６４が形成された場合でも、本実施の形態２のレジストパターン形成方法を行った場合には、不要なレジストパターン６４を除去し、必要なレジストパターン６３のみが形成された状態にすることができる。そのため、レジストパターン６４自身が欠陥になること、ならびに、レジストパターン６４が倒れること、および、レジストパターン６４が剥がれて他の部分に付着することで、欠陥になることを防止または抑制することができる。したがって、例えば実施の形態１で図２１および図２３〜図２５を用いて説明したように、ゲート電極３５を形成する際に、パターン３５ａ、パターン３５ｃ、または、裾部３５ｂ、裾部３５ｄ、裾部３５ｅもしくは枝部３５ｆが形成されることを防止または抑制することができる。
【０１０９】
したがって、本実施の形態２のレジストパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法によれば、製造される半導体素子の電気的特性に不良が発生することを防止または抑制することができるため、半導体装置の製造歩留まりが低下することを防止または抑制することができ、半導体装置の性能を向上させることができる。
【０１１０】
（実施の形態３）
実施の形態１では、補助マスクパターンに対応した不要なレジストパターンを除去した後、必要なレジストパターンの表面に、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂からなる架橋層を形成することで、必要なレジストパターンの高さおよび線幅を調整した。一方、実施の形態３では、補助マスクパターンに対応した不要なレジストパターンを除去した後、必要なレジストパターンの側面にサイドウォールを形成することで、必要なレジストパターンの線幅を調整する。
【０１１１】
＜半導体装置の製造方法＞
実施の形態３の半導体装置の製造方法について、図２９〜図３２を参照しながら説明する。図２９〜図３２は、実施の形態３の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【０１１２】
まず、半導体基板１０の第１主面としての表面１０ａに形成された被エッチング膜１２上に、レジストからなるレジスト膜ＰＲ１を形成する。このレジスト膜ＰＲ１を形成する工程は、実施の形態１で図１および図２を用いて説明した工程の一部の工程と同様にすることができる。ただし、本実施の形態３では、実施の形態１と異なり、レジスト膜ＰＲ１を構成するレジストについては、露光光を照射することにより酸を発生するものでなくてもよく、各種のレジストを用いることができる。
【０１１３】
次に、フォトマスクを用いてレジスト膜ＰＲ１をパターン露光し、パターン露光されたレジスト膜ＰＲ１を現像することで、図２９に示すように、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３を形成する。レジストパターン１３は、フォトマスクに形成されているマスクパターンが転写されたものである。このレジスト膜ＰＲ１の露光および現像を行う工程も、実施の形態１で図１および図２を用いて説明した工程の一部の工程と同様にすることができる。
【０１１４】
レジストパターン１３は、例えばＸ軸方向に線幅Ｗ１を有し、Ｚ軸方向に高さＨ１を有する。また、レジストパターン１３は、上部の角部ＣＰ１が角張った形状を有する。
【０１１５】
このとき、図２９に示すように、半導体基板１０の表面１０ａに形成された被エッチング膜１２上には、補助マスクパターンに対応してレジストパターン１３の線幅よりも小さい線幅を有し、レジスト膜ＰＲ１からなる不要なレジストパターン１４が形成されることがある。なお、この不要なレジストパターン１４は、例えば、実施の形態１と同様に、フォトマスクに形成されている補助マスクパターン、すなわちＳＲＡＦに対応して形成されたもの、または、実施の形態２と同様に、ハーフトーンマスクにおけるサブピークの発生によって形成されたものである。しかし、この不要なレジストパターン１４としては、補助マスクパターンに対応して形成されたもの、および、サブピークの発生によって形成されたものに限定されず、必要なレジストパターン１３の線幅Ｗ１よりも小さい線幅を有し、かつ、不要な各種のレジストパターンを含む。
【０１１６】
次に、図３０に示すように、レジストパターン１３を等方性エッチングすることで、レジストパターン１３の線幅Ｗ１を減少させ、不要なレジストパターン１４を除去する。
【０１１７】
具体的には、酸素ガスまたは酸素ラジカルを用いたドライエッチングを行って、有機膜としてのレジスト膜ＰＲ１がパターニングされて形成されたレジストパターン１３をエッチングすることで、レジストパターン１３の線幅Ｗ１よりも小さい線幅Ｗ２を有するレジストパターン１３ａを形成する。このレジストパターン１３を等方性エッチングする工程は、実施の形態１で図３および図４を用いて説明した工程と同様にすることができる。
【０１１８】
本実施の形態３でも、実施の形態１と同様に、レジストパターン１３を等方性エッチングする際に、不要なレジストパターン１４を除去する。したがって、線幅Ｗ１と線幅Ｗ２との差、すなわちレジストパターン１３の線幅を減少させる量は、好適には、不要なレジストパターン１４の線幅以上である。
【０１１９】
このとき、レジストパターン１３を等方性エッチングすることで、レジストパターン１３ａの高さは、レジストパターン１３の高さＨ１から高さＨ２に減少する。また、レジストパターン１３ａは、上部の角部ＣＰ２が角張った形状を有しない。このレジストパターン１３を等方性エッチングする方法として、ドライエッチングに代え、ウェットエッチングにより等方性エッチングしてもよく、あるいは、エッチングに代え、現像液により追加現像を行ってもよい。
【０１２０】
次に、図３１に示すように、レジストパターン１３ａの表面を含めて被エッチング膜１２上に、膜７０を形成する。この膜７０を形成する工程では、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）または金属からなる膜７０を、化学的気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により形成する。好適には、膜７０を、常温による原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法で形成することができる。また、膜７０の厚さを厚さＴ５とする。
【０１２１】
レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを構成するレジストは、熱およびプラズマに対する耐性に劣る。そのため、半導体基板１０の温度を高くした状態、または、プラズマが存在する状態で、ＣＶＤ法により膜７０を形成する場合には、レジストパターン１３ａの形状が変形し、レジストパターン１３ａの高さＨ２が減少するか、または、レジストパターン１３ａを構成するレジストが変質もしくは劣化するおそれがある。
【０１２２】
一方、常温でＡＬＤ法により膜７０を形成する場合には、半導体基板１０の温度を高くする必要がなく、プラズマが存在しなくてもよいので、ナノメートルオーダーでもレジストパターン１３ａの形状が変形するおそれがなく、レジストパターン１３ａの高さＨ２の均一性は、オングストロームレベルであり、極めて高くなる。したがって、膜７０を形成する際に、芯部となるレジストパターン１３ａの変形および変質のいずれも認められず、半導体基板１０の表面１０ａ内で、形成される膜７０によりレジストパターン１３ａの表面が均一に覆われる。
【０１２３】
次に、図３２に示すように、膜７０を異方性エッチングによりエッチバックすることで、レジストパターン１３ａの両側面に膜７０をサイドウォール７１として残し、レジストパターン１３ａと、レジストパターン１３ａの両側面に残されたサイドウォール７１とからなる、パターン７２を形成する。
【０１２４】
本実施の形態３では、好適には、サイドウォール７１のレジストパターン１３ａの側面に垂直な方向、すなわちＸ軸方向の厚さＴ６は、レジストパターン１３を等方性エッチングしてレジストパターン１３の線幅Ｗ１を線幅Ｗ２に減少させた減少量に対応した幅とすることができる。すなわち、サイドウォール７１のＸ軸方向の厚さＴ６を、好適には、線幅Ｗ１と線幅Ｗ２との差の二分の一に等しくすることができる。形成する膜７０の厚さＴ５、ならびに、異方性エッチングのエッチング量およびエッチング速度を調整することにより、サイドウォール７１のＸ軸方向の厚さＴ６を調整することができる。
【０１２５】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態３の半導体装置の製造方法では、レジストパターンを等方性エッチングする工程、レジストパターンの表面に膜を形成する工程、および、膜をエッチバックしてレジストパターンの側面にサイドウォールとして残す工程を行う。
【０１２６】
これにより、実施の形態１と同様に、補助マスクパターンに対応した不要なレジストパターン１４が形成された場合でも、不要なレジストパターン１４を除去し、マスクパターンに対応したレジストパターン１３ａのみが形成された状態にすることができる（図３０参照）。そのため、補助マスクパターンに対応した不要なレジストパターンが形成されることで、例えばゲート電極３５を形成する際に、不要なパターン３５ａ、パターン３５ｃ、または、裾部３５ｂ、裾部３５ｄ、裾部３５ｅもしくは枝部３５ｆ（図２１および図２３〜図２５参照）が形成されることを防止または抑制することができる。したがって、製造される半導体素子の電気的特性に不良が発生することを防止または抑制することができるため、半導体装置の製造歩留まりが低下することを防止または抑制することができ、半導体装置の性能を向上させることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態３では、不要なレジストパターン１４を除去する際に、レジストパターン１３の線幅Ｗ１が減少した場合でも、パターン７２の線幅Ｗ４を、不要なレジストパターン１４を除去する前のレジストパターン１３の線幅Ｗ１に戻すことができる（図３０および図３２参照）。したがって、被エッチング膜からなるパターンを形状精度よく形成することができる。
【０１２８】
一方、本実施の形態３では、実施の形態１と異なり、レジスト膜を構成するレジストについては、露光光を照射することにより酸を発生するものでなくてもよく、各種のレジストを用いることができる。したがって、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【０１２９】
（実施の形態４）
実施の形態１では、補助マスクパターンに対応した不要なレジストパターンを除去した後、必要なレジストパターンの表面に、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂からなる架橋層を形成することで、必要なレジストパターンの高さおよび線幅を調整した。一方、実施の形態４では、レジストパターンを形成する際に不要なレジストパターンは形成されないが、レジストパターンの形状が所望の形状と異なるときに、レジストパターンの表面に、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂からなる架橋層を形成することで、レジストパターンの高さおよび線幅を調整する。
【０１３０】
図３３を用いて後述するように、レジストパターン１３ａの高さＨ２は、被エッチング膜１２をエッチングするのに十分な高さでなくてはならない。しかし、レジストパターン１３ａは微細なパターンであるため、被エッチング膜１２をエッチングするのに十分な高さを確保することは困難である。また、露光の際の解像度を確保する観点、および、レジストパターン１３ａが倒れることを防止する観点からも、レジストパターン１３ａの高さＨ２として、被エッチング膜１２をエッチングするのに十分な高さを確保することは困難である。
【０１３１】
さらに、レジストパターン１３ａが、上部の角部が角張った形状を有しないときは、被エッチング膜１２をエッチングする際、斜め方向からのレジストパターン１３ａの上部の角部のエッチング速度が大きくなる。そのため、レジストパターン１３ａのエッチング耐性が低下し、被エッチング膜１２がエッチングされて形成されるパターンの形状が劣化しやすくなる。
【０１３２】
本実施の形態４では、レジストパターン１３ａの高さを、最初に形成された時点での高さＨ２よりも大きくすることができ、上部の角部が角張った形状を有し、被エッチング膜１２を加工する際のエッチングマスクとして好適なレジストパターンを形成するものである。
【０１３３】
＜半導体装置の製造方法＞
実施の形態４の半導体装置の製造方法について、図３３〜図３８を参照しながら説明する。図３３〜図３８は、実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。
【０１３４】
まず、半導体基板１０の第１主面としての表面１０ａに形成された被エッチング膜１２上に、露光光を照射することにより酸を発生するレジストからなるレジスト膜ＰＲ１を形成する。このレジスト膜ＰＲ１を形成する工程は、実施の形態１で図１および図２を用いて説明した工程の一部の工程と同様にすることができる。
【０１３５】
次に、フォトマスクを用いてレジスト膜ＰＲ１をパターン露光し、パターン露光されたレジスト膜ＰＲ１を現像することで、図３３に示すように、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを形成する。レジストパターン１３ａは、フォトマスクに形成されているマスクパターンが転写されたものである。このレジスト膜ＰＲ１の露光および現像を行う工程も、実施の形態１で図１および図２を用いて説明した工程の一部の工程と同様にすることができる。
【０１３６】
本実施の形態４では、実施の形態１と異なり、露光の際の解像度、または、レジストパターンのパターン倒れを防止するためのプロセス条件の制約により、レジストパターン１３ａは、上部の角部ＣＰ２が角張った形状を有しない。また、レジストパターン１３ａの高さを高さＨ２とし、レジストパターン１３ａの例えばＸ軸方向の線幅を線幅Ｗ２とする。
【０１３７】
なお、本実施の形態４では、レジストパターンの線幅が最初から所望の線幅よりも小さいことから、図３３では、実施の形態１で図３および図４を用いて説明した線幅Ｗ２を有するレジストパターン１３ａが最初から形成されているものとしている。一方、本実施の形態４では、実施の形態１と異なり、不要なレジストパターン１４（図１および図２参照）は、形成されないものとする。
【０１３８】
実施の形態１と同様に、レジスト膜ＰＲ１と被エッチング膜１２の間には、ＢＡＲＣもしくは多層レジスト膜などの反射防止層、レジスト膜ＰＲ１と被エッチング膜１２との間の密着力を強化するための密着強化層、または、被エッチング膜１２のエッチングを形状精度よく行うためのハードマスク層などが形成されていてもよい。
【０１３９】
次に、図３４に示すように、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射することで、レジストパターン１３ａの表面に露出した部分に酸を発生させる。この露光光ＥＸＰは、実施の形態１と同様に、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを構成するレジストが強い光吸収を有する波長域の平行光であり、露光光ＥＸＰは、実施の形態１と同様に、レジストパターン１３ａの上方から半導体基板１０の表面１０ａに垂直に、平行光として照射される。この露光光ＥＸＰを照射する工程は、実施の形態１で図５および図６を用いて説明した工程と同様にすることができる。すなわち、実施の形態１と同様に、ケーラー照明を用いることができる。
【０１４０】
図３４に示すように、レジストパターン１３ａのうち酸が発生する部分を、酸発生層１５とすると、酸発生層１５は、露光光ＥＸＰを照射することで発生した酸を含有する膜である。すなわち、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射することで、レジストパターン１３ａの表面に露出した部分に酸を発生させて酸発生層１５を形成する。
【０１４１】
なお、実施の形態１と同様に、レジストパターン１３ａのうち酸発生層１５以外の部分として残った部分を、レジストパターン１３ｂとする。このとき、レジストパターン１３ａは、酸発生層１５とレジストパターン１３ｂとからなる。また、レジストパターン１３ａを構成するレジストとして、実施の形態１と同様に、化学増幅型レジストを用いることができる。さらに、レジストパターン１３ａを構成し、例えばＰＨＳなどをベース樹脂として含有するレジストと、例えばフッ化アルゴンエキシマレーザなどにより照射される露光光ＥＸＰとの組み合わせも、実施の形態１と同様にすることができる。
【０１４２】
露光光ＥＸＰは、レジストパターン１３ａの上方から半導体基板１０の表面１０ａに垂直に照射されるため、レジストパターン１３ａの上面には、露光光ＥＸＰが強く当たるが、レジストパターン１３ａの側面には、露光光ＥＸＰが強く当たらない。したがって、実施の形態１と同様に、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの上面部に形成された部分１５ａのＺ軸方向の厚さＴ１が、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂのＸ軸方向の厚さＴ２よりも大きくなる。
【０１４３】
好適には、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射する方向の、半導体基板１０の表面１０ａの法線に対する角度が０〜５°になるように、露光光ＥＸＰを照射する。また、さらに好適には、レジストパターン１３ａに露光光ＥＸＰを照射する方向の、半導体基板１０の表面１０ａの法線に対する角度が０〜３°になるように、露光光ＥＸＰを照射する。
【０１４４】
これにより、露光光ＥＸＰの入射方向と、半導体基板１０の表面１０ａ内でのレジストパターン１３ａの配置との関係により、露光光ＥＸＰが照射される日向の部分と露光光ＥＸＰが照射されない日陰の部分とが発生することを防止または抑制することができる。そして、その日向の部分と日陰の部分との間で、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂのＸ軸方向の厚さＴ２に差が生ずること、および、後述する工程で形成されるパターン１８（図３７参照）の線幅Ｗ３が変動することを防止または抑制することができる。したがって、パターン１８がレジストパターン１３ａを挟んで非対称な形状を有することを防止または抑制することができる。
【０１４５】
本実施の形態４でも、実施の形態１と同様に、レジスト膜ＰＲ１からなるレジストパターン１３ａを構成するレジストの、例えば上記の波長を有する露光光ＥＸＰに対する吸収率が０．１〜１．０である。そのため、照射された露光光ＥＸＰがレジストパターン１３ａの表面で吸収されて酸が発生するので、レジストパターン１３ａの表面に酸発生層１５を効率よく形成することができる。
【０１４６】
次に、図３５に示すように、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こして現像液に対して不溶化する樹脂からなる樹脂膜ＰＲ２を、レジストパターン１３ａの表面を含めて被エッチング膜１２上に形成する。この樹脂膜ＰＲ２を形成する工程は、実施の形態１で図７および図８を用いて説明した工程と同様にすることができる。
【０１４７】
次に、図３６に示すように、樹脂膜ＰＲ２を熱処理することで、樹脂膜ＰＲ２のうちレジストパターン１３ａの表面と接触した部分に架橋反応を起こさせて現像液に対して不溶化させる。この樹脂膜を形成する工程は、実施の形態１で図９および図１０を用いて説明した工程と同様にすることができる。
【０１４８】
実施の形態１と同様に、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの上面部に形成された部分１５ａのＺ軸方向の厚さＴ１（図３４参照）は、酸発生層１５のうちレジストパターン１３ａの側面部に形成された部分１５ｂのＸ軸方向の厚さＴ２（図３４参照）よりも大きい。したがって、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの上方で酸が上方に拡散する距離は、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの側方で酸が側方に拡散する距離よりも大きく、架橋層１７が側方に比べて上方に優先的に進展することになる。
【０１４９】
そのため、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの上方に位置する部分１７ａの、レジストパターン１３ａの上面に垂直な方向、すなわちＺ軸方向の厚さＴ３が、架橋層１７のうちレジストパターン１３ａの側方に位置する部分１７ｂの、レジストパターン１３ａの側面に垂直な方向、すなわちＸ軸方向の厚さＴ４よりも厚くなる。そして、図３３に示したように、レジストパターン１３ａは、上部の角部ＣＰ２が角張った形状を有していなかったが、図３６に示すように、架橋層１７は、上部の角部ＣＰ３が角張った形状を有するように、成長する。
【０１５０】
次に、図３７に示すように、樹脂膜ＰＲ２を現像することで、樹脂膜ＰＲ２のうち架橋反応を起こしていない部分を除去する。この樹脂膜ＰＲ２を現像する工程は、実施の形態１で図１１および図１２を用いて説明した工程と同様にすることができる。これにより、レジストパターン１３ａと、レジストパターン１３ａの表面に残された架橋層１７とからなる、パターン１８が形成される。
【０１５１】
その後、図３８に示すように、パターン１８をエッチング用マスクとして用いて、被エッチング膜１２をエッチングし、被エッチング膜１２からなるパターン１９を形成する。この被エッチング膜１２をエッチングする工程は、実施の形態１で図１３および図１４を用いて説明した工程と同様にすることができる。
【０１５２】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態４の半導体装置の製造方法では、図３３を用いて説明したレジストパターンを形成する工程を行った後、図３４〜図３７を用いて説明した工程を行ってから、図３８を用いて説明した被エッチング膜をエッチングする工程を行う。図３４〜図３７を用いて説明した工程では、レジストパターンに露光光を照射する工程、酸の存在下で熱処理することにより架橋反応を起こす樹脂膜を形成する工程、樹脂膜を熱処理する工程、および、樹脂膜を現像する工程を行う。
【０１５３】
本実施の形態４では、レジストパターン１３ａを形成する際に、レジストパターン１３ａの上部の角部ＣＰ２が角張らなくなった場合でも、レジストパターン１３ａの表面に架橋層１７を形成することで、上部の角部ＣＰ３が角張った形状を有するパターン１８を形成することができる（図３３および図３７参照）。したがって、被エッチング膜をエッチングする際、斜め方向からのレジストパターンの上部の角部のエッチング速度が大きくなることを防止または抑制することができる。そのため、レジストパターンのエッチング耐性を向上させることができ、被エッチング膜がエッチングされて形成されるパターンの形状が劣化することを防止または抑制することができる。
【０１５４】
また、本実施の形態４では、レジストパターン１３ａを形成する際に、レジストパターン１３ａの高さＨ２が所望の高さより小さくなった場合でも、レジストパターン１３ａの表面に架橋層１７を形成することで、レジストパターン１３ａの高さＨ２よりも大きい高さＨ３を有するパターン１８を形成することができる（図３３および図３７参照）。これにより、被エッチング膜を加工する際のエッチングマスクとして好適なレジストパターンを形成することができる。
【０１５５】
さらに、本実施の形態４では、レジストパターン１３ａを形成する際に、レジストパターン１３ａの線幅Ｗ２が所望の線幅より小さくなった場合でも、パターン１８の線幅Ｗ３を所望の線幅に戻すことができる（図３３および図３７参照）。したがって、被エッチング膜からなるパターンを形状精度よく形成することができるので、製造される半導体素子の電気的特性に不良が発生することを防止または抑制することができる。そのため、半導体装置の製造歩留まりが低下することを防止または抑制することができ、半導体装置の性能を向上させることができる。
【０１５６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１５７】
１０  半導体基板
１０ａ  表面
１２  被エッチング膜
１３、１３ａ、１３ｂ、１４  レジストパターン
１５  酸発生層
１５ａ、１５ｂ  部分
１７  架橋層
１７ａ、１７ｂ  部分
１８、１９  パターン
２０  基板
２３  マスクパターン
２４  補助マスクパターン
３０  半導体基板
３０ａ  表面
３１  絶縁膜
３２  被エッチング膜
３３、３４、３４ａ  レジストパターン
３５  ゲート電極
３５ａ、３５ｃ  パターン
３５ｂ、３５ｄ、３５ｅ  裾部
３５ｆ  枝部
４０  拡散層
４１  コンタクト
５０  フィールド部
５３  パターン
６０  半導体基板
６３、６４  レジストパターン
７０  膜
７１  サイドウォール
７２  パターン
ＣＰ１〜ＣＰ３  角部
ＥＸＰ  露光光
Ｈ１〜Ｈ３  高さ
ＭＳＫ１、ＭＳＫ２  フォトマスク
ＰＲ１  レジスト膜
ＰＲ２  樹脂膜
Ｔ１〜Ｔ６  厚さ
Ｗ１〜Ｗ４  線幅
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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