(57)【要約】【課題】  反射防止膜上にレジストパターンを形成するリソグラフィにおいて、レジストパターンの剥離を抑制し、断面に裾引きのない矩形状のレジストパターンを再現性良く形成する。【解決手段】  反射防止膜上にフッ素を含むレジストパターンを形成するリソグラフィにおいて、反射防止膜４上とフォトレジスト膜５上に、それぞれ複数の試薬（液体）を滴下することにより接触角を測定し、それぞれの膜の表面エネルギーを算出する。そして、反射防止膜４の表面エネルギーが、フォトレジスト膜５の表面エネルギーよりも大きく、且つ、その差が１０ｍＮ／ｍ以上となるように両者の材料を選定した後に形成し、リソグラフィを行う。この結果、反射防止膜４とフォトレジスト膜５との密着性が向上し、レジストパターンの剥離を抑えるとともに、断面に裾引きのない矩形状のレジストパターンを再現性良く形成することができる。【選択図】      図３
2005268303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上にフッ素を含むフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜を露光および現像して前記反射防止膜の上にレジストパターンを形成する工程とを備え、
前記反射防止膜の表面エネルギーが、前記フォトレジスト膜の表面エネルギーよりも大きく、且つ、その差が１０ｍＮ／ｍ以上となる条件を満たすように、前記反射防止膜および前記フォトレジスト膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記反射防止膜の表面エネルギーを５０ｍＮ／ｍ以上とし、且つ、前記フォトレジスト膜の表面エネルギーを４０ｍＮ／ｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記反射防止膜の表面エネルギーは、複数の異なる試薬を前記反射防止膜上に一種類ずつ滴下して測定される各々の接触角により算出し、前記フォトレジスト膜の表面エネルギーは、複数の異なる試薬を前記フォトレジスト膜上に一種類ずつ滴下して測定される各々の接触角により算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記複数の試薬としては、n-ヘキサンまたはα-ブロモナフタレンのいずれか一方と、ヨウ化メチレン、および純水を用い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】
前記複数の試薬としては、ヨウ化メチレンおよび純水を用い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６】
基板上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上にフッ素を含むフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜を露光および現像して前記反射防止膜の上にレジストパターンを形成する工程とを含み、
前記反射防止膜を形成した後、一種類の試薬を前記反射防止膜上に滴下して接触角を測定し、前記フォトレジスト膜を形成した後、前記試薬を前記フォトレジスト膜上に滴下して接触角を測定し、前記フォトレジスト膜上に滴下して測定される接触角が、前記反射防止膜上に滴下して測定される接触角よりも大きく、且つ、その差が２０度以下となる条件を満たすように、前記反射防止膜および前記フォトレジスト膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記一種類の試薬を前記反射防止膜上に滴下して測定される接触角が６５度以上となるように前記反射防止膜を形成し、且つ、前記試薬を前記フォトレジスト膜上に滴下して測定される接触角が８５度以下となるように前記フォトレジスト膜を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記一種類の試薬としては、純水、n-ヘキサン、α-ブロモナフタレン、およびヨウ化メチレンのうち、いずれか一つを用いることを特徴とする請求項６又は７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、半導体装置の製造方法に関するものであり、特に反射防止膜上にレジストパターンを形成するリソグラフィ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造のキーテクノロジーであるリソグラフィにおいて、素子の微細化に伴い、レジストパターンの下地膜からの露光光の反射を抑制するプロセスが必須となっている。
現在、半導体デバイスの量産で適用されている波長２４８ｎｍのエキシマレーザーを用いたＫｒＦリソグラフィや波長１９３ｎｍのＡｒＦリソグラフィでは、有機材料をフォトレジスト膜下層に形成し、反射を抑制するＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating）法が多く用いられている。
また、ＡｒＦの次世代技術である波長１５７ｎｍのＦ２リソグラフィにおいては、フッ素含有レジストは高い透明性を有しており、有望視されている。
【０００３】
図１１〜図１３は、ＢＡＲＣ法を用いてゲート電極を形成する半導体装置の製造方法を、半導体装置の断面図により説明する工程説明図である（ここでは、ゲート絶縁膜の形成については説明を省略する）。
まず、図１１に示すように、半導体基板１の上にゲート電極膜３、およびアクリル樹脂を用いた反射防止膜４を形成する。さらに、反射防止膜４の上にフッ素を含有するフォトレジスト膜５を形成し、フォトマスク６を用い、Ｆ２リソグラフィの露光装置によりフォトレジスト膜５の表面に露光光７を照射する。このとき、フォトレジスト膜５の表面で、露光光７が照射される幅はＬ１である。
【０００４】
次に、図１２に示すように、フォトレジスト膜５（図１１参照）の現像を行い、レジストパターン５ａを形成する。このとき、従来のアクリル樹脂を用いた反射防止膜４上では
、レジストパターン５ａの断面は、上端部の幅がＬ１、下端部の幅がＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）の裾を引いた形状となってしまう。
【０００５】
次に、図１３に示すように、裾を引いた断面形状のレジストパターン５ａをマスクとして反射防止膜４およびゲート電極膜３（図１２参照）をエッチングし、反射防止膜パターン４ａおよびゲート電極３ａを形成する。さらに、図示しないが、レジストパターン５ａおよび反射防止膜４ａをアッシングにより除去する。
【０００６】
このとき、Ｆ２リソグラフィで用いられる、フッ素を含有するフォトレジスト膜は、高い透明性を有しているが、従来のリソグラフィで用いられてきたフォトレジスト膜と比較して、疎水性の高いフッ素元素を約１０％も含んでいるため、反射防止膜とフッ素含有レジストとの密着性が悪くなり、レジストパターンの剥がれや現像欠陥を生じることがあり、歩留まりを低下させてしまうという問題があった。
【０００７】
また、ＡｒＦリソグラフィで用いてきたアクリル樹脂で構成される反射防止膜上では、図１２に示すように、レジストパターン５ａは裾を引いた断面形状となる。
このとき、レジストパターン５ａが裾を引いた断面形状となっていることにより、ゲート電極３ａの幅がＬ２となり、露光されたフォトレジスト膜５の幅であるＬ１（図１１参照）よりも大きくなってしまい、微細加工を阻害してしまうという問題があった。
【０００８】
上記の問題を解決するため、様々な反射防止膜およびフォトレジスト膜の組み合わせにより露光および現像を行い、反射防止膜とフォトレジスト膜との密着性を改善しつつ、断面形状が矩形となるレジストパターンを形成する試みがなされてきた（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００９】
しかし、上記いずれの方法によっても、加工すべき下地膜の上に様々な組み合わせの反射防止膜およびフォトレジスト膜を形成し、それぞれの膜の膜質や膜厚を最適化する必要があり、プロセス条件設定が煩雑になるという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−０８４４３１号公報
【特許文献２】特開２００２−１９８２８３号公報
【特許文献３】特開２００２−２３６３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、反射防止膜上にフッ素を含むフォトレジスト膜を形成し、露光および現像により反射防止膜上にレジストパターンを形成するリソグラフィにおいて、フォトレジスト膜と反射防止膜の密着性が悪いため、レジストパターンが剥離したり、現像欠陥の発生により歩留まりを低下させてしまうという課題があった。
また、反射防止膜上に形成したレジストパターンが裾を引いた断面形状となり、微細加工を阻害してしまうという課題があった。
さらに、様々な反射防止膜とフォトレジスト膜の組み合わせにより露光および現像を行い、両者の膜を選定する方法では、それぞれの膜の膜質や膜厚を最適化する必要があり、プロセス条件設定が煩雑になるという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、反射防止膜上にレジストパターンを形成するリソグラフィにおいて、簡略な方法で反射防止膜およびフォトレジスト膜の材料を選定し、剥離や形状劣化を抑制した良好なレジストパターンを形成することができる、優れた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に反射防止膜を形成する工程と、前記反射防止膜の上にフッ素を含むフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を露光および現像して前記反射防止膜の上にレジストパターンを形成する工程とを備え、前記反射防止膜の表面エネルギーが、前記フォトレジスト膜の表面エネルギーよりも大きく、且つ、その差が１０ｍＮ／ｍ以上となる条件を満たすように、前記反射防止膜および前記フォトレジスト膜を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る別の半導体装置の製造方法は、基板上に反射防止膜を形成する工程と、前記反射防止膜の上にフッ素を含むフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を露光および現像して前記反射防止膜の上にレジストパターンを形成する工程とを含み、前記反射防止膜を形成した後、一種類の試薬を前記反射防止膜上に滴下して接触角を測定し、前記フォトレジスト膜を形成した後、前記試薬を前記フォトレジスト膜上に滴下して接触角を測定し、前記フォトレジスト膜上に滴下して測定される接触角が、前記反射防止膜上に滴下して測定される接触角よりも大きく、且つ、その差が２０度以下となる条件を満たすように、前記反射防止膜および前記フォトレジスト膜を形成することを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、反射防止膜上にレジストパターンを形成するリソグラフィにおいて、簡略な方法で反射防止膜およびフォトレジスト膜の材料を選定し、剥離や形状劣化を抑制した良好なレジストパターンを形成することができる、優れた半導体装置の製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法の概略を、フローチャートにより、各ステップ（Ｓ１〜Ｓ７）ごとに示す図である。以下、各ステップについて、簡単に説明する。
【００１６】
まず、Ｓ１において、加工すべき下地膜を形成する。次に、Ｓ２において、下地膜上に反射防止膜を塗布し、ベーキングを行う。さらに、Ｓ３において、反射防止膜上にフォトレジスト膜を塗布し、ベーキングを行う。
【００１７】
次に、Ｓ４において露光、ベーキングおよび現像を行い、レジストパターンを形成する。次に、Ｓ５において反射防止膜のエッチングを行う。次に、Ｓ６において下地膜のエッチングを行い、Ｓ７においてレジストパターンおよび反射防止膜を除去する。
【００１８】
このとき、Ｓ２およびＳ３において、下地膜と反射防止膜間、および反射防止膜とフォトレジスト膜の密着性が良好で、且つ、反射防止膜上のレジストパターンの断面形状が矩形になるように、反射防止膜およびフォトレジスト膜の材料を選定し、これらの膜を形成する。
【００１９】
図２〜図１０は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を、半導体装置の断面により順を追って説明するための工程説明図である。本実施の形態では、Ｆ２リソグラフィ技術を用いて半導体基板上に金属絶縁膜半導体（Metal Insulator Semiconductor;以下、ＭＩＳと称する）型トランジスタのゲート電極を形成する例を示す。
【００２０】
まず、図２に示すように、半導体基板１の主面上に、ゲート絶縁膜２を形成する。例えば、半導体基板１を酸素ガスや水素ガスを用いたランプアニールにより急速加熱処理し、半導体基板１の主面上に１〜２ｎｍ程度の薄いシリコン酸化膜を形成する。
次に、ゲート絶縁膜２の上に、ＭＩＳ型トランジスタのゲート電極を形成するため、タングステンからなるゲート電極膜３を化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；以下、ＣＶＤと称する）法により、５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。
【００２１】
次に、図３に示すように、ゲート電極膜３の上に、後に行うリソグラフィで用いる反射防止膜４を３０ｎｍ程度の膜厚で形成し、２０５℃の温度で６０秒程度ベーキングする。  このとき反射防止膜４には、ノボラック樹脂をベースとして、ハロゲン元素であるヨウ素を添加した材料を用いる。
【００２２】
さらに、反射防止膜４の上に、Ｆ２（波長１５７ｎｍ）リソグラフィで用いる、フッ素を含むフォトレジスト膜５を２００ｎｍ程度の膜厚で形成し、１１０℃の温度で６０秒程度ベーキングする。
このときフォトレジスト膜５には、フッ素を主鎖とした、樹脂重量に対して５０％程度含有する樹脂を用いる。
【００２３】
ここで、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５は、それぞれの膜の表面エネルギーを算出して材料を選定した後、形成する。そこで、まず、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の表面エネルギーの算出方法について説明する。
図４は、膜Ａの上に試薬（液体）Ｂを滴下したとき、膜Ａの表面エネルギーγS、試薬（液体）Ｂの表面エネルギーγL、膜Ａと試薬（液体）Ｂの界面のエネルギーγSLの関係を示す図である。この図において、γS、γL、γSLは均衡している。
この状態において、γLのベクトルと、γSLのベクトル間のなす角度を接触角θと定義すると、
cosθ=(γS-γSL)／γL・・・（式１）
また、表面エネルギーγSは、分散力成分γSd、双極子成分γSp、および水素結合成分
γShの和であり、膜Ａの表面エネルギーγSは、下記のように表される。
γS=γSd＋γSp＋γSh・・・（式２）
ここで、拡張Fowkes理論を適用した式は、下記のように表される。
γSL=γL＋γS-２(γLd・γSd)1/2−２(γLp・γSp)1/2−２(γLh・γSh)1/2・・・（式３）
（式１）、（式３）によりγS、γSLを消去すると、
γL（１＋cosθ）=２{（γLd・γSd)1/2+(γLp・γSp)1/2+(γLh・γSh)1/2}・・・（式４）
という関係式が得られる。
【００２４】
ここで、表面エネルギーγLと、その分散力成分γLd、双極子成分γLp、水素結合成分γLhが既知である三種類の試薬を用いてそれぞれの場合の接触角θを測定し、各試薬におけるθ、γL、γLd、γLp、γLhの値を前述の（式４）に代入すると、γSd、γSp、γShを未知数とする連立方程式が得られる。
この連立方程式を解くことによりγSd、γSp、γShがそれぞれ求められるので、これらの値を（式２）に代入することにより、γSを算出することができる。
このように、膜Ａの表面エネルギーγSが分散力成分γd、双極子成分γp、および水素結合成分γLhの三つの未知数の和で表されるため、表面エネルギーの各成分が既知である、三種類の試薬を用いて接触角を測定することにより、膜Ａの表面エネルギーを求めることができる。
【００２５】
従って、反射防止膜４、フォトレジスト膜５のそれぞれの膜について、三種類の試薬を用いて接触角の測定を行い、表面エネルギーγSを求めることができる。例えば、n-ヘキサン、ヨウ化メチレン、および純水の三種類の試薬を用いて行う。あるいは、α-ブロモナフタレン、ヨウ化メチレン、および純水の三種類を用いるようにしても良い。
また、反射防止膜４の接触角の測定に用いられる三種類の試薬がn-ヘキサン、ヨウ化メチレン、および純水であって、フォトレジスト膜５の接触角の測定に用いられる三種類の試薬がα-ブロモナフタレン、ヨウ化メチレン、および純水という組み合わせでも良い。すなわち、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の接触角の測定に用いる組み合わせは、同一である必要はない。
また、上記の試薬以外でも、表面エネルギーと、その分散力成分γd、双極子成分γp、および水素結合成分γLhが既知であり、接触角が測定可能な液体を試薬として用いるようにしても良い。
【００２６】
なお、膜Ａの表面エネルギーの双極子成分γSpが無視できる（ゼロとみなせる）場合には、膜Ａの表面エネルギーγSは、（式２）より、
γS=γSd＋γSh
となり、表面エネルギーの成分のうち、未知数がγSdおよびγShの２つとなる。従って、表面エネルギーの各成分が既知である二種類の試薬を用いて接触角を測定することにより、膜Ａの表面エネルギーγSを求めることができる。
同様に、膜Ａの表面エネルギーの水素結合成分γShが無視できる（ゼロとみなせる）場合には、膜Ａの表面エネルギーγSは、（式２）より、
γS=γSd＋γSp
となり、表面エネルギーの成分のうち、未知数がγSdおよびγSpの２つとなる。従って、表面エネルギーの各成分が既知である二種類の試薬を用いて接触角を測定することにより、膜Ａの表面エネルギーγSを求めることができる。
【００２７】
二種類の試薬を用いて接触角を測定し、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の表面エネルギーを算出するとき、例えば、ヨウ化メチレン、および純水の二種類の試薬を用いて行うようにする。以上のように、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の表面エネルギーは、それぞれの膜の上に複数の試薬を滴下して、各試薬ごとに測定される接触角により算出することができる。
また、上記の試薬以外であって、表面エネルギーと、その分散力成分γd、双極子成分γp、および水素結合成分γLhが既知であり、接触角が測定可能な液体を試薬として用いるようにしても良い。
【００２８】
次に、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の材料の選定方法について説明する。
本実施の形態においては、反射防止膜４の表面エネルギー（以下、Ｅ４と称する）が、フォトレジスト膜５の表面エネルギー（以下、Ｅ５と称する）よりも大きく、且つ、その差が１０ｍＮ／ｍ以上となる条件を満たすように、これらの膜を形成する。さらに、Ｅ４を５０ｍＮ/ｍ以上とし、且つ、Ｅ５を４０ｍＮ/ｍ以下となるように形成すると好適である。例えば、Ｅ４＝５２ｍＮ／ｍ、Ｅ５＝３５ｍＮ／ｍとなるように材料を選定する。
このように材料を選定することにより、反射防止膜４とフォトレジスト膜５の密着性が向上し、後に行うリソグラフィにおいて露光時の解像度が向上するため、反射防止膜４の上に形成するレジストパターンの断面は、裾引きのない良好な矩形状となることが、実験により明らかになっている。
特に、Ｅ５が４０ｍＮ／ｍ以下のとき、フォトレジスト膜５の疎水性が高くなり、Ｅ４＞Ｅ５且つ、その差を１０ｍＮ／ｍ未満とすると、反射防止膜４とフォトレジスト膜５は互いに疎水性が高くなるため、両者の密着性や、露光時の解像度が低下してしまう。しかし、Ｅ５が４０ｍＮ／ｍ以下のとき、Ｅ４＞Ｅ５且つ、その差を１０ｍＮ／ｍ以上とすることにより、フォトレジスト膜５の疎水性を反射防止膜４の親水性により補い、密着性および露光時の解像度を向上させることができる。
【００２９】
このように本実施の形態では、Ｅ４は、複数の異なる試薬を反射防止膜４の上に一種類ずつ滴下して測定される各々の接触角により算出し、Ｅ５は、複数の異なる試薬をフォトレジスト膜５の上に一種類ずつ滴下して測定される各々の接触角により算出するようにした。
なお、本実施の形態では接触角の測定結果に拡張Fowkesの理論を適用して表面エネルギーを算出するようにしたが、他の手法により反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の表面エネルギーを算出するようにしても良い。また、これらの膜の表面エネルギーが予め分かっている場合は、表面エネルギーを算出する必要はない。
【００３０】
本実施の形態では、上述の反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の形成において、複数の試薬を用いて接触角を測定し、（式２）、（式４）を用いて反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の表面エネルギーを算出し、それらの値をもとに材料を選定し、それぞれの膜を形成するようにした。
しかし、変形例として、それぞれの膜の上に滴下した試薬の接触角の値をもとに、直接的に材料を選定することも可能である。
【００３１】
すなわち、反射防止膜４を形成した後、一種類の試薬を反射防止膜４の上に滴下して接触角を測定し、フォトレジスト膜５を形成した後、前記試薬を前記フォトレジスト膜５の上に滴下して接触角を測定し、フォトレジスト膜５の上に滴下して測定される接触角が、反射防止膜４の上に滴下して測定される接触角よりも大きく、且つ、両接触角の差が２０度以下となる条件を満たすように、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５を形成する。
例えば、接触角を測定する試薬として純水を用い、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５上に純水を滴下して接触角を測定し、フォトレジスト膜５上に純水を滴下して測定される接触角（以下、θW５と称する）が、反射防止膜４上に純水を滴下して測定される接触角（以下、θW４と称する）よりも大きく、且つ、両接触角の差が、２０度以下となる条件を満たすように、これらの膜の材料を選定し、形成する。さらに、θW４が６５°以上であり、且つ、θW５が８５°以下となるように材料を選定すると好適である。
例えば、θW４＝７０°、θW５＝８０°となるように材料を選定し、両者の膜を形成する。このように、θW５＞θW４であり、且つ、両接触角の差が２０度以下、さらに好ましくはθW４が６５°以上、且つ、θW５が８５°以下となるように材料を選定することによって、反射防止膜４と、フッ素を含有するフォトレジスト膜５との密着性が向上し、且つ、後に行うリソグラフィにおいて、反射防止膜４の上に形成するレジストパターンの断面は裾引きのない、良好な矩形状となる。
【００３２】
このように、上述の変形例では、反射防止膜４を形成して、その膜の上に一種類の試薬を滴下して接触角を測定する。さらに、フォトレジスト膜５を形成して、その膜の上に前記試薬を滴下して接触角を測定する。これらの接触角の差が、２０度以下となる条件を満たすように、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５を形成するようにした。
また、一種類の試薬をフォトレジスト膜５の上に滴下して測定される接触角が、同一の試薬を反射防止膜４の上に滴下して測定される接触角よりも大きく、且つ、前者の接触角が８５度以下で、後者の接触角が６５度以上となるように反射防止膜４およびフォトレジスト膜５を形成すると、さらに好適である。
【００３３】
なお、このとき、上記の接触角の測定において、２３〜２７℃の温度にて比抵抗が１０ＭΩ・ｃｍ以上の純水を用いるようにする。これは、比抵抗のばらつきによる測定誤差を小さくするためである。
また、このとき、測定角を測定するための試薬として純水を用いるようにしたが、これに置き換えて、n-ヘキサン、α-ブロモナフタレン、およびヨウ化メチレンのうち、いずれか一つの液体を試薬として用いるようにしても良い。
また、上記の試薬以外であって、接触角が測定可能な液体を試薬として用いるようにしても良い。
【００３４】
このように、純水、n-ヘキサン、α-ブロモナフタレン、およびヨウ化メチレンのうち、いずれか一つの液体を試薬として反射防止膜４およびフォトレジスト膜５上の試薬の接触角を測定し、その接触角の値により直接的に膜の材料を選定して、両者の膜を形成することにより、表面エネルギーを算出するために複数の試薬を用いて接触角を測定する必要がないという効果がある。従って、一種類の試薬による接触角の測定により材料を選定することができ、プロセス条件の設定をさらに簡略化することができる。
【００３５】
以上説明したように、表面エネルギーまたは接触角の値をもとにして反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の材料を選定して両者の膜を形成することにより、材料の選定を簡略に行うことができる。従って、従来技術のように、様々な反射防止膜およびフォトレジスト膜の組み合わせにより露光および現像して、レジストパターン形成の評価を行う必要がなく、簡略な方法でプロセス条件を設定することができる。
【００３６】
次に、図５に示すように、フォトマスク６を用い、開口数（ＮＡ）が０.８５のＦ２リソグラフィの露光装置により、露光光７をフォトレジスト膜５の上に照射する露光を行う。このとき、フォトレジスト膜５の領域Ｃに露光光７が照射される。
この後、図示しないが、１１０℃の温度で６０秒程度のベーキングを行う。
【００３７】
次に、図６に示すように、フォトレジスト膜５（図５参照）の現像を行い、露光光７が照射された領域Ｃの部分を除去し、反射防止膜４の上に、幅が約６５ｎｍのレジストパターン５ａを形成する。
現像液として、２．３８％の濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide；ＴＭＡＨ）を用いて行う。
【００３８】
このとき、最適な反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の材料を選定するようにしたので、レジストパターン５ａと反射防止膜４の密着性は良好であり、レジストパターン５ａの断面は裾引きのない、矩形の良好な形状となっている。
【００３９】
次に、図７に示すように、ＣＦ４／Ｏ２系ガスを用い、レジストパターン５ａをマスクとして反射防止膜４（図６参照）をエッチングして、レジストパターン５ａの下に反射防止膜パターン４ａを形成する。このとき、レジストパターン５ａと反射防止膜パターン４ａとをあわせたパターン８の断面は、裾引きのない、良好な矩形状となっている。
【００４０】
次に、図８に示すように、ＳＦ６／Ｎ２系ガスを用い、レジストパターン５ａおよび反射防止膜パターン４ａをマスクとしてゲート電極膜３（図７参照）をエッチングし、ゲート電極３ａを形成する。さらに、図９に示すように、レジストパターン５ａおよび反射防止膜パターン４ａ（図８参照）を酸素プラズマを用いたアッシングにより除去する。
【００４１】
このあと、図示しないが、リソグラフィ、イオン注入、および熱処理によりトランジスタの拡散層を形成する。さらに図１０に示すように、ゲート絶縁膜２およびゲート電極３ａ全体を覆うように、プラズマＣＶＤ法などにより層間絶縁膜９を形成する。さらに、図示しないが、必要なコンタクトおよび配線等を形成する。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態では、半導体基板上１の上にゲート絶縁膜２およびゲート電極膜３を形成し（図２参照）、さらに、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５を形成するようにした（図３参照）。このとき、反射防止膜４の表面エネルギーが、フォトレジスト膜５の表面エネルギーよりも大きく、且つ、その差が１０ｍＮ／ｍ以上となる条件を満たすように、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５の材料を選定し、これらの膜を形成するようにした。このとき、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５のそれぞれの膜の上に複数の試薬を滴下して、各試薬ごとに測定される接触角により算出される表面エネルギーにより、それぞれの膜の材料を選定し、これらの膜を形成するようにした。
または、反射防止膜４を形成した後、一種類の試薬を反射防止膜４の上に滴下して接触角を測定し、さらに、フォトレジスト膜５を形成した後、前記試薬をフォトレジスト膜５の上に滴下して接触角を測定し、フォトレジスト膜５の上に滴下して測定される接触角の方が、反射防止膜４の上に滴下して測定される接触角よりも大きく、且つ、両接触角の差が２０度以下となる条件を満たすように、反射防止膜４およびフォトレジスト膜５を形成するようにした。
【００４３】
このように形成することにより、反射防止膜４とフォトレジスト膜５の密着性を向上させ、且つ、レジストパターン５ａを、その断面が裾引きのない良好な矩形状となるように形成することができる（図６参照）。
【００４４】
また、反射防止膜を形成した後、一種類の試薬を滴下して接触角を測定し、フォトレジスト膜を形成した後、前記試薬を滴下して接触角を測定し、フォトレジスト膜５の上に滴下して測定される接触角の方が、反射防止膜４の上に滴下して測定される接触角よりも大きく、且つ、両接触角の差が２０度以下となる条件を満たすように、反射防止膜およびフォトレジスト膜を形成する方法においては、一種類の試薬による接触角の測定結果から直接的に材料を選定することができるので、表面エネルギーにより材料を選定する方法よりも、より簡略な方法となり、さらに早く最適なプロセス条件を設定することができる。
【００４５】
このように、１５７ｎｍの波長の露光光を用いるＦ２リソグラフィにおいて、反射防止膜およびフォトレジスト膜を形成するとき、反射防止膜およびフォトレジスト膜のそれぞれの表面エネルギーか、または接触角の値をもとに、それぞれの膜の材料を選定して、両者の膜を形成することができるので、簡略な方法で最適なプロセス条件を決定することができ、スループットを向上させることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、Ｆ２リソグラフィで用いる１５７ｎｍの波長の露光光を用いてリソグラフィを行う例を示した。この例に限らず、１５７ｎｍよりもさらに短い波長を用いた場合においても、反射防止膜およびフッ素を含むフォトレジスト膜を用いるリソグラフィにおいて適用可能なものと考えられる。
従って、１５７ｎｍ以下の波長の露光光を用いるリソグラフィにおいても、本発明の適用は有効なものであるといえる。
【００４７】
従って、反射防止膜上にレジストパターンを形成するリソグラフィにおいて、簡略な方法で反射防止膜およびフォトレジスト膜の材料を選定し、剥離や形状劣化を抑制した良好なレジストパターンを形成することができる、優れた半導体装置の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図２】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図３】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図４】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図５】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図６】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図７】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図８】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図９】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１０】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１２】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図１３】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１  半導体基板、２  ゲート絶縁膜、３ａ  ゲート電極、４  反射防止膜、４ａ反射防止膜パターン、５  フォトレジスト膜、５ａ  レジストパターン、９  層間絶縁膜、Ａ  膜（反射防止膜またはフォトレジスト膜）、Ｂ  試薬（液体）、γS  膜Ａの表面エネルギー、γL  試薬（液体）の表面エネルギー、γSL  膜Ａと試薬Ｂの界面エネルギー。
【図１】
2005268303.tif 000003
【図２】
2005268303.tif 000004
【図３】
2005268303.tif 000005
【図４】
2005268303.tif 000006
【図５】
2005268303.tif 000007
【図６】
2005268303.tif 000008
【図７】
2005268303.tif 000009
【図８】
2005268303.tif 000010
【図９】
2005268303.tif 000011
【図１０】
2005268303.tif 000012
【図１１】
2005268303.tif 000013
【図１２】
2005268303.tif 000014
【図１３】
2005268303.tif 000015