(57)【要約】【課題】ダブルパターニングの１回目の露光の際に、形状を均一に保ちつつレジストを硬化させることができるようにする。【解決手段】バルク１上に、第１レジスト層２ａを形成する。露光装置を用いて、ラインアンドスペースパターンを露光する。露光後のベーク処理を行ない、第１レジスト層２ａをアルカリ現像液で現像することにより、第１レジストパターン２を形成する。プラズマ生成器により、プラズマ状態を生成し、Ａｒをドーピングする。第１レジストパターン２の開口部であるラインアンドスペースパターンのスペース部に、レジストを塗布・充填して第２レジスト層３ａを形成する。露光装置を用いて、第１レジストパターン２の各々の間に、ラインアンドスペースパターンを露光する。露光後のベーク処理を行ない、第２レジスト層３ａをアルカリ現像液で現像することにより、第２レジストパターン３を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに対してダブルパターニング手法によりレジストパターンを形成する方法であって、
加工対象材料上に、第１レジスト層を形成する工程と、
前記第１レジスト層を、露光装置により露光した後、アルカリ現像液で現像することにより、第１レジストパターンを形成する工程と、
プラズマ生成器により、プラズマ状態を生成し、Ａｒ、Ａｓ、Ｎ２のいずれかの不活性ガスをドーピングする工程と、
前記第１レジストパターンの開口部に第２レジスト層を形成する工程と、
前記第２レジスト層を、前記露光装置により露光した後、前記アルカリ現像液で現像することにより、第２レジストパターンを形成する工程と、を備えることを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記不活性ガスは、Ａｒガスであることを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダブルパターニングにおけるレジストパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化を図る一手法としては、フォトリソグラフィ処理に使用する露光装置の解像度を向上させる、ということがある。しかるに、今日の露光装置の解像度は既に限界に近づいており、また、そうでなくても、既存の露光装置を活用した新たな手法が望まれていた。かかる要請のもとで、いわゆるダブルパターニング手法が台頭してきた（例えば、特許文献１参照）。すなわち、ダブルパターニングとは、概ね、露光を２回に分けて行い、それぞれでパターンを形成することにより、パターンのライン間隔を狭めてライン／スペース（Ｌ／Ｓ）比を上げ、解像度を高めるという技術である。但し、詳細には、各種の手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９３１５０号公報
【特許文献２】特開２０００−２２１６９８号公報
【特許文献３】特開２００３−１３３２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のダブルパターニングにおいては、レジストの形状を均一に保つことが重要であるところ、１回目の露光の際に、下地材料にも依存してレジストの形状を均一に保てないという課題があった。
なお、特許文献２（請求項２参照）および特許文献３（請求項１０参照）には、レジストパターンにＡｒプラズマ照射を行って硬化させることが開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のレジストパターン形成方法は、半導体ウエハに対してダブルパターニング手法によりレジストパターンを形成する方法であって、加工対象材料上に、第１レジスト層を形成する工程と、前記第１レジスト層を、露光装置により露光した後、アルカリ現像液で現像することにより、第１レジストパターンを形成する工程と、プラズマ生成器により、プラズマ状態を生成し、Ａｒ、Ａｓ、Ｎ２のいずれかの不活性ガスをドーピングする工程と、前記第１レジストパターンの開口部に第２レジスト層を形成する工程と、前記第２レジスト層を、前記露光装置により露光した後、前記アルカリ現像液で現像することにより、第２レジストパターンを形成する工程と、を備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のレジストパターン形成方法によれば、レジストパターンを均一に硬化させることにより、その寸法のばらつきを低減でき（コンフォーマルドーピング）、また、そのとき加工対象材料に依存しない後退量制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のダブルパターニングにおけるレジストパターン形成方法の一実施形態の手順を説明するための図である。
【図２】コンフォーマルドーピングを説明するための図であり、同図（ａ）は、Ａｒのドーズ量（Ａ／ｃｍ２）と、レジストパターンの変質（硬化）量（ｎｍ）との関係の具体例を示す図であり、同図（ｂ）は、所望のドーズ量でＡｒプラズマドーピング処理を施した後のレジストパターンの断面形状の例を示す図である。
【図３】バルクの後退量を説明するための図であり、同図（ａ）は、各バイアス電源電圧でＢをプラズマドーピングした場合の、深さとＢ濃度との関係を示す図であり、同図（ｂ）は、ＡｓおよびＡｒをＰＭＭＡにイオン注入する場合の、打込みエネルギーに対する射影飛程（Ｒｐ）の関係を示す図である。
【図４】イオン注入機を利用した場合のウエハの回転数とゲート電極の倒れとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を適用したダブルパターニングにおけるレジストパターン形成方法の一例について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【０００９】
図１は、本発明のダブルパターニングにおけるレジストパターン形成方法の一実施形態の手順を説明するための図である。
【００１０】
本実施形態にあっては、まず、図１（ａ）に示すように、バルク１上に、例えばＡｒＦエキシマレーザー露光用化学増幅系レジストを塗布して第１レジスト層２ａを形成する。その後、例えばＡｒＦエキシマレーザー露光装置を用いて、一の方向に延在するラインアンドスペースパターンを露光する。次に、露光後のベーク処理を行ない、その後第１レジスト層２ａをアルカリ現像液で現像する。このように第１レジスト層２ａをパターニングすることによって、図１（ｂ）に示すように、一の方向に延在する複数のラインパターンが等間隔に設けられた第１レジストパターン２を形成する。
【００１１】
次に、図１（ｂ）の段階まで形成した半導体ウエハを、特定機能を備えたチャンバーに搬入する。当該チャンバーは、プラズマ状態を生成できると共にＡｒ不活性ガスを供給できるプラズマ生成器と、イオンの深さ制御を可能とするバイアス電源とを備えるものである。
【００１２】
そこで、図１（ｂ）に示した状態の半導体ウエハが導入されたチャンバーにおいて、プラズマ生成器により、図１（ｃ）に示すように、Ａｒプラズマドーピング処理を行う。すなわち、プラズマ生成器により、プラズマ状態を生成し、Ａｒをドーピングする。このとき、Ａｒのドーズ量に応じて、第１レジストパターン２の硬化（変質）量が決まるが、所望の硬化量を得るために、ドーズ量を計測可能なモニタ機能（例えばファラディーカップ）を利用する。
【００１３】
当該モニタ機能により、所望の硬化量を得るためのドーズ量が計測されたら、ドーピング処理を終了し、チャンバーからウエハを搬出する。
【００１４】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１レジストパターン２の開口部であるラインアンドスペースパターンのスペース部に、例えばＡｒＦエキシマレーザー露光用化学増幅系レジストを塗布・充填して第２レジスト層３ａを形成する。その後、例えばＡｒＦエキシマレーザー露光装置を用いて、第１レジストパターン２の各々の間に、その方向と同一の方向に延在するラインアンドスペースパターンを露光する。次に、露光後のベーク処理を行ない、その後第２レジスト層３ａをアルカリ現像液で現像する。このように第２レジスト層３ａをパターニングすることによって、図１（ｅ）に示すように、第１レジストパターン２の各々の間に、その方向と同一の方向に延在する複数のラインパターンが等間隔に設けられた第２レジストパターン３を形成する。
【００１５】
なお、上述においては、使用ガスとしてＡｒを採用したが、これに限られることはなく、Ｎ２も好適であるし、また、砒素（Ａｓ）などの比較的重い元素であれば転用可能である。
【００１６】
（実施例１）
本発明者は、本発明を以下の実施例により検証した。
図２（ａ）は、Ａｒのドーズ量（Ａ／ｃｍ２）と、レジストパターンの変質（硬化）量（ｎｍ）との関係の具体例を示す図である。同図に示すように、レジストパターンの変質量は、ドーズ量が増加するにつれて概ね線形に増加していくが、ドーズ量が略３．０×１０１６Ａ／ｃｍ２よりも大きくなると、概ね飽和状態となる。従って、その値よりも大きな領域でドーズ量を調整すれば、安定した変質量が得られることとなる。図２（ｂ）は、所望のドーズ量でＡｒプラズマドーピング処理を施した後のレジストパターンの断面形状の例を示す図である。このように水平方向にも均一に変質するため、側面の変形は大きくは顕れてこない（コンフォーマルドーピング）。
【００１７】
次に、図３を参照して、加工材料（バルク）の後退量について説明する。
図３（ｂ）は、比較例を説明するための図であり、Ａｓ（砒素）およびＡｒをＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）にイオン注入する場合の、打込みエネルギーに対する射影飛程（Ｒｐ）の関係を示す図である。同図から分かるように、イオン注入の場合は、打込みエネルギーが大きくなるほど、射影飛程、すなわち注入深度は長くなっている。
【００１８】
これに対し、図３（ａ）は、各バイアス電源電圧でＢ（ボロン）をプラズマドーピングした場合の、深さとＢ濃度との関係を示す図である。同図に示す通り、プラズマドーピングによれば、最表面において濃度が概ねピークとなり、つまり常に最表面にＲｐが存在し、深くなるにつれて急激に濃度は低減していくこととなる。
【００１９】
図３（ａ）および（ｂ）から導かれることは、同図（ｃ）に示すように、ドーピングのエネルギーの増加に応じて、イオン注入（Ｉ／Ｉ）の場合はバルクの後退量が少なくなるのに対して、プラズマドーピング（ＰＤ）の場合は同じ初期値（７５ｎｍ程度）から殆ど減らないということである。要するに、イオン注入に場合はバルクの後退量がエネルギーに依存してしまうのに対して、プラズマドーピングの場合は、それがエネルギーに依存せず、ほぼ変わらない。すなわち、加工材料に拘わらず、後退量を制御できること意味している。このことは更に、加工材料に拘わらず、レジストパターンを均一に硬化できることを意味している。
【００２０】
一方、プラズマドーピング装置を利用せずに、イオン注入機を利用した場合、図４に比較例として示したウエハの回転数とゲート電極の倒れとの関係から分かるように、回転数が増加すると、いわゆるパターン倒れが頻出するようになるとい問題がある。
【００２１】
これに対して、プラズマドーピング装置を使用した場合には、回転機構や、メカニカルスキャンといったウエハの機構もないので、粒子アタックなどによるレジストパターンの損傷を低減でき、それにより２回目の露光に対する影響を極力低減できる。
【００２２】
以上で説明した通り、本実施形態によれば、レジストパターンを、その側面を含めて均一に硬化させることにより、その寸法のばらつきを低減でき（コンフォーマルドーピング）、また、そのとき加工材料に依存しない後退量制御が可能となる。
【００２３】
一方、イオン注入機によるイオン注入方式を採用することも考えられるが、高ドーズの注入を必要とするため、スループットが悪く、注入時にレジストパターンに損傷が及ぶ危険性がある。それに対して、プラズマドーピングによれば、回転機構や、メカニカルスキャンといったウエハの機構もないので、損傷の危険性はない。
【００２４】
但し、Ａｒプラズマドープとイオン注入を併用することについては、ドーズ量を削減できるという一定の効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、解像度を高めるためのダブルパターニングを採用する際のレジストパターンの形成に適用できる。
【符号の説明】
【００２６】
１・・・バルク
２ａ・・・第１レジスト層
２・・・第１レジストパターン
３ａ・・・第２レジスト層
３・・・第２レジストパターン
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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