(57)【要約】【課題】  露光装置を使用しては製造が不可能であった微細構造を製造する方法を提供する。【解決手段】  ウエハ１上にレジスト２を塗布する。このレジスト２としては、γ特性のなだらかなレジストを使用する。そしてマスク３を使用して露光を行う（ａ）。このとき、Ｌ／Ｓの像のピッチがｇ線ステッパの解像限界に近いため、レジスト２を現像するとレジスト２の形状がほぼ正弦波となる（ｂ）。このレジスト２の表面に、保護膜４を塗布し、さらにその上に、γ特性がシャープなレジスト５を塗布する（ｃ）。続いてマスク６を使用して露光を行う（ｄ）。レジスト５を現像すると（ｅ）に示すような形状が形成される。次にこれらの全体を減厚し、（ｆ）に示すような形状を得る。続いて残ったレジストをマスクとしてウエハ１をエッチングし（ｇ）、その後レジスト溶解除去すると、ウエハ表面に細かなＬ／Ｓパターンを形成することができる（ｈ）。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を有することを特徴とする微細構造の製造方法。
(1)基板上に、周期的でかつ一周期内で徐々に厚さが変化する第１レジスト層を形成する工程
(2)前記第１レジスト層の表面に、次の(3)工程で形成する第２のレジスト層を溶解する現像液に溶解しない保護膜を成膜する工程
(3)前記保護膜上に、所定露光量以上の露光を受けた領域は完全に溶解し、所定露光量以下の露光しか受けていない領域は溶解しないようなγ特定を有する第２のレジスト層を均一な厚さで成膜する工程
(4)前記第２のレジスト層を現像した後に、前記第１レジスト層の所定以上の厚さを有する領域上に形成された前記第２レジスト層が完全に除去され、前記第１レジスト層の所定以下の厚さを有する領域上に形成された前記第２レジスト層が残るような露光量で、前記第２レジスト層を露光する工程
(5)前記第２レジスト層を現像し、前記第１レジスト層の所定以下の厚さを有する領域の上に形成された前記第２レジスト層を完全に除去する工程
(6)残った前記第２レジスト層と前記第１レジスト層とを一定の除去速度で除去する工程
(7)残った前記第１レジスト層をマスクとして、前記基板をエッチングする工程
(8)残った前記第１レジスト層を除去する工程
【請求項２】
請求項１に記載の微細構造の製造方法であって、前記（１）の工程が、レジストの溶解量が露光量に応じて徐々に増減するようなγ特性を有する第１レジスト層上に、露光装置の解像限界と同等又はこれより狭い幅と線間隔を有するＬ／Ｓパターンの露光を行い、現像する工程であることを特徴とする微細構造の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微細構造の製造方法により製造された型を用いて、ナノプリント技術により他の部材に微細構造を転写する工程を有することを特徴とする微細構造の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の微細構造の製造方法を使用して、前記基板としてのウエハ上に微細なＬ／Ｓパターンを形成する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上に微細構造を製造する方法、及びこの方法を使用した半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリの大容量化や、ＣＰＵプロセッサの高速化、大容量化の進展と共に、半導体デバイスの集積度を高める必要性がさらに大きくなってきており、微細なＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）からなるパターンを形成するための開発がなされている。従来は、このようなパターンの形成は、専らフォトリソグラフィを使用して行われてきている。
【０００３】
フォトリソグラフィにおいては、形成できるパターンの線幅は、露光装置の解像度によって決定され、露光装置の解像度は、露光装置のＮＡと使用波長、及び露光方法により決定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上説明したように、現在でのＬ／Ｓパターンの線幅は、露光装置の解像度によって決定され、細かくすることに限界がある。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、従来と同じ解像度の露光装置を使用しながら、その露光装置を使用しては製造が不可能であった微細構造を製造する方法、及びこの方法を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための第１の手段は、以下の工程を有することを特徴とする微細構造の製造方法である。
(1)基板上に、周期的でかつ一周期内で徐々に厚さが変化する第１レジスト層を形成する工程
(2)前記第１レジスト層の表面に、次の(3)工程で形成する第２のレジスト層を溶解する現像液に溶解しない保護膜を成膜する工程
(3)前記保護膜上に、所定露光量以上の露光を受けた領域は完全に溶解し、所定露光量以下の露光しか受けていない領域は溶解しないようなγ特性を有する第２のレジスト層を均一な厚さで成膜する工程
(4)前記第２のレジスト層を現像した後に、前記第１レジスト層の所定以上の厚さを有する領域上に形成された前記第２レジスト層が完全に除去され、前記第１レジスト層の所定以下の厚さを有する領域上に形成された前記第２レジスト層が残るような露光量で、前記第２レジスト層を露光する工程
(5)前記第２レジスト層を現像し、前記第１レジスト層の所定以下の厚さを有する領域の上に形成された前記第２レジスト層を完全に除去する工程
(6)残った前記第２レジスト層と前記第１レジスト層とを一定の除去速度で除去する工程
(7)残った前記第１レジスト層をマスクとして、前記基板をエッチングする工程
(8)残った前記第１レジスト層を除去する工程
【０００６】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記（１）の工程が、レジストの溶解量が露光量に応じて徐々に増減するようなγ特性を有する第１レジスト層上に、露光装置の解像限界と同等又はこれより狭い幅と線間隔を有するＬ／Ｓパターンの露光を行い、現像する工程であることを特徴とするものである。
【０００７】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である微細構造の製造方法により製造された型を用いて、ナノプリント技術により他の部材に微細構造を転写する工程を有することを特徴とする微細構造の製造方法である。
【０００８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段を使用して、前記基板としてのウエハ上に微細なＬ／Ｓパターンを形成する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来と同じ解像度の露光装置を使用しながら、その露光装置を使用しては製造が不可能であった微細構造を製造する方法、及びこの方法を使用した半導体デバイス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】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、従来の露光装置を用いて、ウエハ上に、従来の露光装置で製造可能であった線幅の約半分の線幅を有するＬ／Ｓパターンを製造する例を示す図である。なお、この例においては、レジストはポジ型レジストを使用している。
【００１１】
露光装置としてｇ線（露光光波長435.8ｎｍ）ステッパを用いている。ウエハ１上にレジスト２を塗布する。このレジスト２としては、グレースケールマスクを用いたマイクロレンズの製造等に使用される、γ特性のなだらかなレジストを使用する。そして、ｇ線ステッパの波長と開口数で決定される解像限界に近いピッチ（周期600ｎｍ、線幅300ｎｍ）のＬ／Ｓ像がレジスト２上に形成されるようなマスク３を使用して露光を行う（ａ）。
【００１２】
このとき、Ｌ／Ｓの像のピッチがｇ線ステッパの解像限界に近いため、マスク３でのＬ／Ｓパターンは２値パターン（光の完全透過か完全遮蔽）となっているが、ウエハ１上に実際に形成される像がボケ、周期が600ｎｍの正弦波パターンの強度を有するようになっている。従って、レジスト２を現像すると、レジスト２のγ特性がなだらかなので、レジスト２の形状もほぼ正弦波となる（ｂ）。この正弦波の山と谷の高さの差は、約２０ｎｍ程度としている。
【００１３】
このレジスト２の表面に、保護膜４を塗布し、さらにその上に、γ特性がシャープなレジスト５を塗布する（ｃ）。保護膜４は、後にレジスト５を現像するときのストッパとなるものであり、レジスト５の現像液に溶解しないものであれば、金属薄膜、自己組織化膜、LB膜、クロミック膜、有機色素、樹脂などが使用できる。後の工程で行われるエッチングに対しては耐性の高くないものであることが必要である。又、レジスト５は、２０ｎｍ程度に薄く塗布することにより、忠実に下地であるレジスト２と保護膜４の形状にならった、ほぼ均一な厚さを有する形状となる。
【００１４】
続いて、同じステッパを用い、解像限界に近いピッチ（周期600ｎｍ、線幅300ｎｍ）のＬ／Ｓ像がレジスト２上に形成されるようなマスク６を使用して露光を行う（ｄ）。このとき、マスク６として、（ａ）に示されるマスク３のパターンを反転させたものを使用する。すなわち、レジスト５の山の近傍部分が露光され、谷の近傍部分が露光されないようにする。
【００１５】
マスク６を用いた場合でも、レジスト５上に実際に形成されるパターンがステッパの解像限界のために正弦波状となることは、マスク３を用いた場合と同じである。しかし、レジスト５を現像した場合には、レジスト５のγ特性がシャープであるため、所定露光量以上の露光を受けたところは完全に溶解し、この所定露光量未満の露光しかうけなかったところは溶解する量がわずかであるためほぼ原型をとどめるので、（ｅ）に示すような形状が形成される。このとき、レジスト５が完全に溶解した部分では、保護膜４がむき出しとなるが、保護膜４は、レジスト５の現像液に溶解しないので、レジスト２の形状は変化せずに保たれる。
【００１６】
次にレジスト５、保護膜４、レジスト２を同時に、エッチングスピードが等しい条件でドライエッチングを行うと、上から一定のスピードで均等にエッチングされ（一様な厚さの除去）、（ｆ）に示すような形状が得られる。保護膜４として、エッチングレートがレジスト２，レジスト５のエッチングレートに比べて極めて大きいものを使用すれば、保護膜４の厚さは事実上無視できる。
【００１７】
続いて残ったレジスト２をマスクとしてウエハ１をエッチングし（ｇ）、その後レジスト２を溶解除去すると、ウエハ表面に周期が約300ｎｍ（線幅150ｎｍ）のＬ／Ｓパターンを形成することができる（ｈ）。これは、使用したｇ線ステッパで製造可能なＬ／Ｓパターンの約半分の寸法を有するＬ／Ｓパターンである。
【００１８】
このようにして、細かな線幅のＬ／Ｓが形成されたウエハに、他の論理回路等を従来と同じ方法で作り込むことにより、半導体デバイスを製造することができる。又、得られたウエハを型として使用し、ナノプリント技術により樹脂成形を行うことにより、表面に微細構造を有する樹脂を製造することができ、回折格子等の光学素子として使用することができる。
【００１９】
以上の説明においては、レジストはポジ型であるものとしたが、ネガ型レジストでも、マスクのパターンを反転させることにより、同様に使用できる。又、ステッパを使用した露光において、使用波長をλとし、ステッパの開口角をＮＡとすると、一般には解像限界はλ／ＮＡで決定されるが、斜め露光やシフト露光を行うことによりλ／（２ＮＡ）となることが知られている。本明細書及び特許請求の範囲で「解像限界」とうのは、露光装置特有の解像限界でなく、このように露光方法まで含めて考えた場合の解像限界を言う。
【００２０】
以上の説明においては、レジスト２の形状を正弦波状にするのに、ステッパの解像限界程度のピッチのパターンを露光し、ボケを積極的に使用する方法を採用したが、ウエハ形状を矩形とし、その両端から加振することによりウエハ上に振動の定在波が存在するようにし、その状態でレジストをウエハに蒸着するようにすれば、振動の定在波の腹の部分でのレジスト厚さが薄く、節の部分でレジスト厚さが厚くなって、正弦波の形状を有するレジスト２を形成することができるので、このような方法を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の露光装置を用いて、ウエハ上に、従来の露光装置で製造可能であった線幅の約半分の線幅を有するＬ／Ｓパターンを製造する例を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…ウエハ、２…レジスト、３…マスク、４…保護膜、５…レジスト、６…マスク
【図１】
2006318969.tif 000003