(57)【要約】【課題】  段差のある下地膜に、下地膜や段差側壁からの反射の影響がなく、低焦点深度露光において十分なマージンを有し、矩形レジストパターンを再現性良く形成する。【解決手段】  半導体装置形成プロセスにおいて、段差を有す下地膜9上に第１の有機材料膜10を形成後ベークする工程、第１の有機材料膜10上に第２の有機材料膜11を形成後ベークする工程、第２の有機材料膜11上に第３の有機材料膜12を形成後ベークする工程、第３の有機材料膜12にフォトマスクを介して露光しベークする工程、第３の有機材料膜12に現像により有機材料膜パターン13を形成する工程、有機材料膜パターン13をマスクとし第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び下地膜をエッチングし矩形形状パターンを形成するパターン形成工程において、第１の有機材料膜10は下地膜の段差埋込が可能で、エッチングレートが第３の有機材料膜より早く、第２の有機材料膜11は薄膜で単一波長領域の吸収が大きいものを用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工すべき下地膜上に第１の有機材料膜を形成し、その後ベークする第１のベーク工程と、前記第１の有機材料膜上に第２の有機材料膜を形成し、その後ベークする第２のベーク工程と、前記第２の有機材料膜上に第３の有機材料膜を形成し、その後ベークする第３のベーク工程と、前記第３の有機材料膜においてフォトマスクを介して単一波長で露光し、その後ベークする第４のベーク工程と、前記第３の有機材料膜を現像により第３の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第３の有機材料膜のパターンをマスクとして、前記第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び前記下地膜をエッチングする工程を備えたパターン形成方法において、前記第１の有機材料膜のエッチングレートが、第３の有機材料膜のエッチングレートよりも早く、且つ、前記第１の有機材料膜の単一波長領域における吸収が、第２の有機材料膜の単一波長領域における吸収より小さい薄膜であることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第２の有機材料膜のエッチングレートは、前記第３の有機材料膜と同等以上であ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】
前記単一波長が２４８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１及び請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記単一波長が１９３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１及び請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記単一波長が１５７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１及び請求項２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、段差のある下地膜に対して、下地膜や段差側壁からの反射の影響がなく、低焦点深度露光においても十分なマージンを有し、矩形なレジストパターンを再現性良く形成可能なパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体デバイス製造において、キーテクノロジーであるリソグラフィプロセスにおいて、下地膜からの反射によって以下の２点の問題がある。
（１）  下地膜上に塗布した感光性有機膜（フォトレジスト）の内部で多重干渉による定在波が発生し、その結果レジスト膜厚方向の露光むらを生じる。この露光むらによって露光、現像後におけるパターンの形状劣化を引き起こし、パターン解像度低下となる。また、膜内部の多重干渉は、膜厚変動に伴うパターン寸法変動の問題をも引き起こす。
（２）  段差のある下地膜上に塗布したフォトレジストにおいて、下地膜の段差部分で斜め方向に反射した露光光（ハレーション）によって、フォトレジストの本来感光しない領域が感光されて所望のパターンを形成することができないという問題が生じる。
【０００３】
従って、段差の有無に関わらず、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下層に形成し反射を抑制する方法（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｏｎｇ，ＢＡＲＣ法）が多く用いられている。次にＢＡＲＣ法について説明する。
【０００４】
図２に、従来からのＢＡＲＣ法を用いたパターン形成プロセスフローにおける基板の工程断面図を示す。
【０００５】
図２（ａ）では、まず、シリコン基板２１上の加工すべき下地膜２２上に、反射を防止する有機材料の反射防止膜２３を塗布する。
図２（ｂ）では、その反射防止膜２３上にフォトレジスト２４を塗布し、所望のパターンが描かれたフォトマスク２５を介して露光を行う。
図２（ｃ）では、現像によって所望のフォトレジストパターン２６を形成する。
図２（ｄ）では、その所望のフォトレジストパターン２６によって、反射防止膜２３をエッチングすることによって反射防止膜パターン２７を形成する。
図２（ｅ）では、その所望のフォトレジストパターン２６によって、さらに下地膜２２をエッチングすることによって下地膜パターン２８を形成する。
図２（ｆ）では、フォトレジストパターン２６及び反射防止膜パターン２７を酸素プラズマにより除去し、所望の下地膜パターン２８を得ることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５１８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＡｒＦリソグラフィの次世代技術として期待されている、波長１５７ｎｍのＦ２リソグラフィにおいて、有望視されているフッ素含有レジストは高い透明性を有しているがドライエッチング耐性が低いという問題がある。
【０００８】
従って上述したＢＡＲＣ法を適用する場合、レジスト下に形成する有機反射防止膜を薄膜にする必要があるが、図３に示す如く、薄膜では下地膜の段差を埋めることができず、高ＮＡ露光が想定されているＦ２リソグラフィでは低焦点深度のため、必要マージンを有して露光することができない。
逆に、段差を埋め、かつ、１５７ｎｍ波長での吸収が大きい有機反射防止膜では、レジストが薄膜であるためドライエッチング耐性の問題から、反射防止膜及び下地膜をドライエッチングする前に、マスクであるフォトレジストがエッチングされ、消滅してしまうという問題がある（図４（ａ）〜（ｄ）参照）。なお、この図４において図２と同じ符号は同じものを示し、２９は問題のある下地パターンである。
【０００９】
本発明は上述した従来の問題に対処してなされたものであって、段差のある下地膜に対して、下地膜や段差側壁からの反射の影響がなく、低焦点深度露光においても十分なマージンを有し、矩形なレジストパターンを再現性良く、矩形形状にできるパターン形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述したＦ２リソグラフィにＢＡＲＣ法を適用するプロセスで、段差を有する下地膜上に、埋め込み特性が良好、かつ、フォトレジストよりもエッチングレートが早い有機材料膜を形成し、その上に薄膜で１５７ｎｍ波長での吸収が大きい反射防止膜を形成したものである。
【００１１】
具体的には上述した特許請求の範囲の請求項１に示すように、加工すべき下地膜上に第１の有機材料膜を形成し、その後ベークする第１のベーク工程と、前記第１の有機材料膜上に第２の有機材料膜を形成し、その後ベークする第２のベーク工程と、前記第２の有機材料膜上に第３の有機材料膜を形成し、その後ベークする第３のベーク工程と、前記第３の有機材料膜においてフォトマスクを介して単一波長で露光し、その後ベークする第４のベーク工程と、前記第３の有機材料膜を現像により第３の有機材料膜のパターンを形成する工程と、前記第３の有機材料膜のパターンをマスクとして、前記第１の有機材料膜、第２の有機材料膜及び前記下地膜をエッチングする工程を備えたパターン形成方法において、前記第１の有機材料膜のエッチングレートが、第３の有機材料膜のエッチングレートよりも早く、且つ、前記第１の有機材料膜の単一波長領域における吸収が、第２の有機材料膜の単一波長領域における吸収より小さい薄膜であることを特徴とするパターン形成方法である。
【００１２】
なお、第２の有機材料膜のエッチングレートは、第３の有機材料膜と同等以上であることが望ましい。
また、上述した単一波長が２４８ｎｍ以下であることが望ましく、１９３ｎｍ以下或いは１５７ｎｍ以下であっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、Ｆ２リソグラフィにＢＡＲＣ法を適用するプロセスで、段差を有する下地膜上に、埋め込み特性が良好、かつ、フォトレジストよりもエッチングレートが早い有機材料膜を形成し、その上に薄膜で１５７ｎｍ波長での吸収が大きい反射防止膜を形成することによって、段差のある下地膜に対して、下地膜や段差側壁からの反射の影響がなく、低焦点深度露光においても十分なマージンを有し、矩形なレジストパターンを再現性良く形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
本発明の実施形態１について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態におけるパターン形成プロセスの工程断面図につき、図１（ａ）〜（ｈ）に示す。
【００１５】
図１（ａ）では、段差のある加工すべき下地膜上、例えば段差が５０ｎｍで７０ｎｍ膜厚のシリコン窒化膜上９に、段差を埋め込むための有機材料、例えばスピンオングラス（ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ；  ＳＯＧ）と呼ばれる有機材料１０を６０ｎｍ膜厚で塗布し、２００℃  １００ｓｅｃの条件でベーキングする。
【００１６】
図１（ｂ）では、有機材料１０上に、波長１５７ｎｍでの吸収が大きい有機反射防止膜、例えばハロゲン元素を含むようなポリマー（例えば日産化学製ＮＣＡ６６０）により構成されている有機反射防止膜１１を２０ｎｍ膜厚で塗布し、２０５℃  ６０ｓｅｃの条件でベーキングを行う。
【００１７】
図１（ｃ）では、有機反射防止膜１１上にＦ２リソグラフィ用のフォトレジスト、例えば、フッ素を主鎖に含んだフォトレジスト１２を１５０ｎｍ膜厚で塗布し、１１０℃  ６０ｓｅｃの条件でベーキングする。
【００１８】
図１（ｄ）では、所望のゲートパターンを加工するために必要なフォトマスク５を介してＦ２露光装置を用いて露光を行い、１１０℃  ６０ｓｅｃの条件で露光後ベーキングを行う。
【００１９】
図１（ｅ）では、フォトマスク５を介して露光されたフォトレジスト領域を２．３８％濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）現像液により溶解し、下地膜を加工するためのマスクとしてのフォトレジストパターン１３を形成する。この場合、波長が１５７ｎｍの露光装置で、開口数０．８５、絞り０．３、解像度を向上させる超解像技術の一つであるレベンソン型位相シフトマスクを用いて露光した結果、レジスト膜厚１５０ｎｍで膜減りすることなく５５ｎｍラインアンドスペースパターンを矩形に形成することができた。
【００２０】
図１（ｆ）では、フォトレジストパターン１３をマスクにして、有機反射防止膜１１及び有機材料膜１０をＣＦ４／Ｏ２系ガスを用いてドライエッチングを行い有機反射防止膜パターン１４及び有機材料膜パターン１５を形成する。有機反射防止膜１１はフォトレジスト１２と同等のエッチングレートを有し、有機材料膜１０はフォトレジスト１２の２倍のエッチングレートを有しているため、エッチング後、フォトレジストパターン１３の膜厚は１００ｎｍに低減した。
【００２１】
図１（ｇ）では、フォトレジストパターン１３をマスクにして下地膜であるシリコン窒化膜９をＣＦ４／Ｏ２系ガスを用いてエッチングすることによってシリコン窒化膜パターン１６を形成する。この場合、エッチング後のレジスト膜厚は１０ｎｍまで低減したが、矩形形状で５５ｎｍラインアンドスペースのシリコン窒化膜パターン１６を形成することができた。
【００２２】
図１（ｈ）では、残っているフォトレジスト及び反射防止膜を酸素プラズマにより除去し、所望の下地膜パターン１６を得ることができる。
【００２３】
以上のように、段差を有する下地膜上に、埋め込み特性が良好、かつ、フォトレジストよりもエッチングレートが早い有機材料膜を形成し、その上に薄膜で１５７ｎｍ波長での吸収が大きい反射防止膜を形成することによって、段差のある下地膜に対して、下地膜や段差側壁からの反射の影響がなく、低焦点深度露光においても十分なマージンを有し、矩形なレジストパターンを再現性良く形成することができる。
【００２４】
なお、上述した、特開２００１−３５１８６１号公報の記載されたパターン形成方法は、無機膜であるＡｌ膜を間にはさみ、かつ、下地基板とレジストの間が３層構造となっているため、加工のためのエッチング工程が多くなるが、本発明のパターン形成方法は、下地基板とレジストの間が有機膜の２層構造となっており、３層よりはエッチング工程が少ないため、コストがより低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１におけるパターン形成プロセスにおける工程断面図。
【図２】従来のＢＡＲＣ法を用いたパターン形成プロセスにおける工程断面図。
【図３】従来のＢＡＲＣ法をＦ２リソグラフィに適用した場合における課題（１）である、段差を有する下地膜上のレジストパターンを示す断面図。
【図４】従来のＢＡＲＣ法をＦ２リソグラフィに適用した場合における課題（２）である、段差を有する下地膜上でのレジストパターンのプロセスを示す工程断面図。
【符号の説明】
【００２６】
９  段差を有する下地膜
１０  本発明における有機材料膜
１１  本発明における反射防止膜
１２  Ｆ２リソグラフィ用フォトレジスト
１３  Ｆ２リソグラフィ用フォトレジストにより形成したパターン
１４  本発明における反射防止膜パターン
１５  本発明における有機材料膜パターン
１６  本発明における下地膜パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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