(57)【要約】【課題】感光膜を露光する場合に既設の露光装備であっても解像度の限界を克服でき、解像度以下の微細パターンの形成を可能とするマスクパターン形成方法を提供する。【解決手段】基板１００上にシリコン膜１１０を形成し、感光膜の露光装備で形成した感光膜パターン１２０を用いてシリコン膜１１０をパターニングする。パターニングされたシリコン膜１１０を酸化させてそのシリコン膜１１０の膜全体表面を設定厚さだけ酸化膜１３０で形成し、シリコン膜の１１０上部表面が露出されるように酸化膜１３０を除去する。シリコン膜１１０を除去して残存させた酸化膜１３０でマスクパターン１３０ｂを形成し、このマスクパターンを用いて実際に形成しようとする微細パターンを形成する。それによって、既設の露光装備の解像度を克服でき、解像度以下の微細パターンを形成する。【選択図】    図１Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜をパターニングする工程と、
パターニングされた前記シリコン膜を酸化させてその膜表面全体に設定した厚さだけ酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の上部表面が露出されるように前記酸化膜を除去する工程と、
前記シリコン膜を除去して残留する酸化膜によってマスクパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とするマスクパターン形成方法。
【請求項２】
前記酸化膜は、ハーフピッチが20nm〜50nmであることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項３】
前記マスクパターンの幅がパターニングされた前記シリコン膜の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項４】
前記シリコン膜は、解像度が50nm〜200nmである露光装備でパターニングされることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項５】
前記シリコン膜は、非晶質シリコンまたはポリシリコンで形成することを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項６】
前記酸化膜が成長するにつれて間隔が狭くなることを考慮し、前記酸化膜が形成された後の間隔が目標間隔となり得る程度に前記シリコン膜をパターニングすることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項７】
前記酸化膜は、650℃〜750℃の酸化工程で形成されることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に露光装備の解像度に係るマスクパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品や半導体装置がますます小型化して高集積化されるに伴い、半導体素子の新たな機能を向上させるためのパターンを形成するパターニング(Patterning)技術が注目されている。現在、高集積度のパターニング技術は半導体製造の核心技術として発展してきており、主にフォトリソグラフィ(Photolithography)工程が用いられている。
【０００３】
フォトリソグラフィ工程は、光の照射具合によって感応する化学物質のフォトレジストを塗布して感光膜を形成し、これを露光および現像してマスクパターンを形成する。その後、形成されたマスクパターンを用いて下部膜を選択的にエッチングすることでパターニングする。
【０００４】
一般に、パターニングの形成に用いる感光膜の露光装備において、工程能力の限界(解像度)は、次式（１）のように、光源の波長および露光装備のレンズ口径(NA; Numerical Aperture)によって決定される。
【０００５】
Ｒ＝ｋＳ・λ／ＮＡ                            ・・・（１）
ここで、Ｒは解像度、ｋは工程変数、λは光源の波長、ＮＡはレンズ口径である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、現在に至りこれまで開発されてきた露光装備の解像度はハーフピッチ(Half Pitch)を基準として55nmである。したがって、既設の露光装備における工程能力の限界を越えた解像度が求められるパターン、つまり50nm以下のパターンを形成するための露光装備を入手しようとすると現状では非常に高額な購入を強いられることから、その現状を解消する革新的な露光装備の開発が待望されている。
【０００７】
以上に鑑み、本発明の目的は、感光膜を露光する場合に既設の露光装備であっても解像度の限界を克服でき、解像度以下の微細パターンの形成を可能とするマスクパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の代表的なマスクパターン形成方法は、基板上にシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜をパターニングする工程と、パターニングされた前記シリコン膜を酸化させてその膜表面全体に設定した厚さだけ酸化膜を形成する工程と、前記シリコン膜の上部表面が露出されるように前記酸化膜を除去する工程と、前記シリコン膜を除去して残留する酸化膜によってマスクパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のマスクパターン形成方法によれば、既設の露光装備を用いてパターニングされたシリコン膜の酸化工程において酸化膜を形成し、その酸化膜を利用して解像度以下で形成したマスクパターンを用い、実際に形成しようとする微細パターンを形成することが可能である。その結果、既設の露光装備を使用できるので、露光装備への高額な設備投資節減に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るマスクパターン形成方法の好適な実施形態について図１Ａ〜図１Ｅを参照して詳細に説明する。
【００１１】
まず、図１Ａに示すように、基板(100)上にはパターニングされる図示しない膜が形成され、その上部にはシリコン膜(110)を形成する。シリコン膜(110)は非晶質シリコンやポリシリコンで形成する。シリコン膜(110)は化学気相蒸着(Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法で形成でき、できれば低圧ＣＶＤ法で形成されることが望ましい。
【００１２】
シリコン膜(110)の上には感光膜パターン(120)を形成する。感光膜パターン(120)は、シリコン膜(110)上にフォトレジスト(PR)を塗布して感光膜を形成し、これを露光および現像して形成する。その際、感光膜パターン(120)は解像度が50nm〜200nmである露光装備でパターニングする。
【００１３】
つぎに、図１Ｂに示すように、感光膜パターン(120)をマスクにしてシリコン膜(110)をパターニングを行ってシリコン膜パターン(110a)を形成する。すなわち、シリコン膜(110)は解像度が50nm〜200nmである露光装備でパターニングされる。その際、後工程の酸化工程においてシリコン膜(110)の膜全体表面に酸化膜が成長するに伴い、パターン間隔が狭小になることを考慮して酸化膜形成後の間隔が目標とする間隔となるような程度でパターニングする。
【００１４】
したがって、図１Ｃに示す工程では、シリコン膜パターン(110a)を酸化(Oxidation)させ、シリコン膜パターン(110a)の全体表面を設定した厚さだけ酸化膜(130)で形成する。このとき、シリコン膜パターン(110a)は酸化工程でシリコン膜パターン(110a)の内部と外部にそれぞれ設定厚さだけの酸化膜(130)が成長するため、酸化したシリコン膜パターン(110b)はシリコン膜パターン(110a)に比べて高さと幅が減少する。そして、酸化膜(130)どうしの間隔が酸化させる前のシリコン膜パターン(110a)の間隔よりも狭くなる。
【００１５】
特に、熱的酸化(Thermal Oxidation)工程における特性から、酸化膜(130)の成長厚さとシリコン膜パターン(110a)の酸化した厚さは一定である。すなわち、シリコン膜パターン(110a)の側壁に形成された酸化膜(130)の厚さが実際に形成しようとする目標パターンの幅寸法(width)となるので、酸化膜(130)の厚さを調節することによって、実際のパターン幅を調節することができる。その結果、酸化膜(130)の間隔と図１Ｃのように残留したシリコン膜パターン(110b)の幅が実際に形成しようとするパターンの目標間隔となる。
【００１６】
そこで、酸化膜(130)としては、下部層のサーマルバジェット(Thermal Budget)を最小化し、半導体素子の特性に最大限影響を及ぼさないように650℃〜750℃の酸化工程で形成することが望ましい。
【００１７】
つぎに、図１Ｄに示すように、酸化したシリコン膜パターン(110b)の上部表面が露出されるように酸化膜(130)を除去する。酸化膜(130)の除去は、ブランケットエッチ(Blanket Etch)工程において行うか、あるいは化学的機械的研磨法(ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing)を用いた工程にて実施することができる。
【００１８】
すなわち、図１Ｄの工程の結果として、酸化したシリコン膜パターン(110b)の両側面にのみ酸化膜(130)が残存するようになる。
【００１９】
続いて、図１Ｅに示すように、酸化したシリコン膜パターン(110b)のみを選択的に除去し、残留させた酸化膜(130)によってマスクパターン(130a)を形成する。このとき、形成されたマスクパターン(130a)の幅としては、図１Ｂの工程で示したシリコン膜パターン(110a)の幅よりも狭く形成される。
【００２０】
以上から理解されるように、本実施形態によるマスクパターン形成方法によれば、酸化膜(130)を介してハーフピッチが20nm〜50nmであるマスクパターン(130a)を形成することができる。そのようにして形成された図１Ｅに示すマスクパターン(130a)は、半導体素子工程で目標とする実際のパターンを形成するためのハードマスク(hard mask)として用いることができる。
【００２１】
また、本実施形態にあっては、解像度が50nm〜200nmとされる既設の露光装備を用いて実際に50nm以下である微細パターンを形成することができる。結果、既設の露光装備では限界とされてきた解像度を克服し、新たな露光装備への設備投資を節減でき、50nm以下である微細パターンを形成できるといった格別な効果を奏する。
【００２２】
以上、本発明に係るマスクパターンパ形成方法の実施形態について説明したが、本発明はそうした実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内でその他の実施形態、応用例、変形例、そしてそれらの組み合わせも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明によるマスクパターン形成方法の実施形態における工程を示す図。
【図１Ｂ】同実施形態における次工程を示す図。
【図１Ｃ】同実施形態における次工程を示す図。
【図１Ｄ】同実施形態における次工程を示す図。
【図１Ｅ】同実施形態における次工程を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
100     基板
110     シリコン膜
110a     シリコン膜パターン
110b    酸化したシリコン膜パターン
120     感光膜パターン
130     酸化膜
130a     マスクパターン
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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