(57)【要約】      （修正有）【課題】レジストに対するマスクの位置合わせを簡略化することができる半導体装置形成方法を提供する。【解決手段】半導体装置形成方法は、半導体装置を形成する基板１０上に、下層レジスト１２、金属層１４、上層レジスト１６がこの順序で配された加工対象を準備する段階と、上層レジスト１６にパターンを形成する段階と、上層レジスト１６のパターンを用いて、下層レジスト１２が耐腐食性を有するエッチング液で金属層１４を腐食することにより、金属層１４にパターンを形成する段階と、金属層１４のパターンに光を照射して、金属層１４のパターンのエッジから近接場光を発生させることにより、金属層１４のパターンよりも微細なパターンを下層レジスト１２に形成する段階と、下層レジスト１２のパターンを基板１０上に転写する段階とを備える。【選択図】図３
2013080868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を形成する基板上に、下層レジスト、金属層および上層レジストがこの順序で配された加工対象を準備する準備段階と、
前記上層レジストにパターンを形成する上層パターン形成段階と、
前記上層レジストのパターンを用いて、前記下層レジストが耐腐食性を有するエッチング液で前記金属層を腐食することにより、前記金属層にパターンを形成する金属パターン形成段階と、
前記金属層のパターンに光を照射して、前記金属層のパターンのエッジから近接場光を発生させることにより、前記金属層の前記パターンよりも微細なパターンを前記下層レジストに形成する下層パターン形成段階と、
前記下層レジストの前記パターンを前記基板上に転写する基板転写段階と
を備える半導体装置形成方法。
【請求項２】
前記上層レジストは、ＡｒＦレジストであって、
前記下層レジストは、ＥＢレジストであって、
前記金属パターン形成段階において、前記エッチング液は弱アルカリ性水溶液を用い、
前記上層パターン形成段階および前記下層パターン形成段階において、ＡｒＦレーザのリソグラフィを用いる請求項１に記載の半導体装置形成方法。
【請求項３】
前記上層レジストおよび前記下層レジストは、ＡｒＦレジストであって、
前記金属パターン形成段階において、前記エッチング液は弱アルカリ性水溶液を用い、
前記上層パターン形成段階および前記下層パターン形成段階において、ＡｒＦレーザのリソグラフィを用いる請求項１に記載の半導体装置形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
開口が形成されたマスクを介して、開口の大きさよりも小さい波長の光を照射することにより生成される近接場光を利用してレジストをパターニングする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［特許文献１］  特開２００８−９８２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近接場光は、到達できる距離が短いので、面に垂直な方向において、レジストに対するマスクの位置合わせが難しいといった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、半導体装置を形成する基板上に、下層レジスト、金属層および上層レジストがこの順序で配された加工対象を準備する準備段階と、前記上層レジストにパターンを形成する上層パターン形成段階と、前記上層レジストのパターンを用いて、前記下層レジストが耐腐食性を有するエッチング液で前記金属層を腐食することにより、前記金属層にパターンを形成する金属パターン形成段階と、前記金属層のパターンに光を照射して、前記金属層のパターンのエッジから近接場光を発生させることにより、前記金属層の前記パターンよりも微細なパターンを前記下層レジストに形成する下層パターン形成段階と、前記下層レジストの前記パターンを前記基板上に転写する基板転写段階とを備える半導体装置形成方法を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図３】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図４】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図５】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図６】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図７】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図８】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図９】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１０】円形状の開口１２４のパターンを説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１から図９は、半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【０００９】
図１に示すように、準備段階において、基板１０の一面に、下層レジスト１２と、金属層の一例である近接場光生成層１４と、上層レジスト１６とを、この順序で積層することにより配して、加工対象を準備する。基板１０は、半導体装置を形成可能な基板であればよく、例えば、シリコン等の半導体材料、ＧａＡｓ等の化合物半導体材料、ガラス等の絶縁材料によって構成される。尚、この段階で、基板１０に半導体装置が形成されていてもよい。
【００１０】
下層レジスト１２は、配線層をパターニングする。下層レジスト１２は、基板１０の一面に密着して形成される。下層レジスト１２は、３００ｎｍ以下の波長の光で感光するＰＭＭＡ（＝ポリメタクリル酸メチル）等のポジ型のＥＢ（＝電子線）レジストによって構成される。ＥＢレジストの他の例は、α-クロロエチルアクリレートとα-メチルスチレンとの共重合体（＝ＺＥＰ）である。下層レジストを構成する他のレジスト材料の例は、ＰＭＩＰＫ（＝ポリメチルイソプロピニルケトン）、ポリビニルケトン、ポリオレフィンスルホン、ＰＢＳ（＝ポリブテンスルホン）である。下層レジスト１２の厚みの一例は、１５ｎｍから２０ｎｍである。下層レジスト１２は、スピンコートまたは吹きつけ等によって基板１０の一面の全面に塗布した後、プリベークにより仮硬化される。
【００１１】
近接場光生成層１４は、金属層の一例である。近接場光生成層１４は、下端に近接場光を生成して、下層レジスト１２を感光する。近接場光生成層１４は、下層レジスト１２の一面に密着して形成されている。近接場光生成層１４は、真空蒸着によって形成されたアルミニウムにより構成される。尚、近接場光生成層１４は、低温で蒸着することが好ましい。近接場光生成層１４は、アルミニウム以外の金属によって構成してもよい。近接場光生成層１４の厚みの一例は、５０ｎｍから１００ｎｍである。
【００１２】
上層レジスト１６は、下層レジスト１２の破損を抑制しつつ、近接場光生成層１４をパターニングする。上層レジスト１６は、近接場光生成層１４の一面に密着して形成されている。上層レジスト１６は、ポジ型のＡｒＦレジストにより構成される。例えば、ＡｒＦレジスト材料として、脂環アクリレート樹脂、主脂環系材料等を適用できる。上層レジスト１６の厚みの一例は、１００ｎｍである。上層レジスト１６は、スピンコートまたは吹きつけ等によって近接場光生成層１４の一面の全面に塗布した後、プリベークにより仮硬化される。
【００１３】
次に、図２に示すように、上層パターン形成段階において、位相シフトマスク５０を介して、ＡｒＦエキシマレーザから出射された１９３ｎｍの波長のレーザ光５４を上層レジスト１６に照射して、位相シフト法により上層レジスト１６をリソグラフィする。位相シフトマスク５０は、透過部５１と、位相シフト部５２と、遮光部５３とを有する。位相シフト部５２は、透過部５１に対して光の位相をシフトさせる。遮光部５３は、透過部５１と、位相シフト部５２との間に配置され、レーザ光５４を遮光する。透過部５１、位相シフト部５２、及び、遮光部５３の幅の一例は、対象のパターンの約４倍である。これにより、上層レジスト１６が、位相シフトマスク５０の透過部５１及び位相シフト部５２による一次回折光によって、透過部５１及び位相シフト部５２よりも微細なパターンで露光される。
【００１４】
この後、現像によって上層レジスト１６の露光部分を除去する。この結果、透過部５１及び位相シフト部５２による一次回折光によって露光された領域の上層レジスト１６が除去されて、上層レジスト１６に開口２０を含むパターンが形成される。上層レジスト１６の開口２０の幅は、例えば、約４５ｎｍである。この後、位相シフトマスク５０を除去する。尚、２本の開口２０が並列して形成されるが、以下の説明においては、１本のみを表示して説明する。
【００１５】
次に、図３に示すように、金属パターン形成段階において、上層レジスト１６のパターンをマスクとして用いて、エッチング液により近接場光生成層１４を腐食する。エッチング液は、下層レジスト１２が耐腐食性を有するものが適用される。従って、下層レジスト１２は、エッチング液によって劣化しない。エッチング液の一例は、塩化第二鉄水溶液、フッ素化合物を含む水溶液等の弱アルカリ性水溶液である。エッチング液の他の例は、硫酸系、燐酸系、苛性ソーダである。
【００１６】
湿式の腐食により、上層レジスト１６の開口２０から露出している領域から近接場光生成層１４が除去されて、近接場光生成層１４に開口２４を含むパターンが形成される。湿式の腐食なので、近接場光生成層１４は、エッチング液により等方に腐食される。従って、近接場光生成層１４の開口２４の上面の幅は、下面の幅よりも大きくなる。開口２４の下面の幅は、下層レジスト１２を露光するレーザ光の波長の１９３ｎｍよりも小さい。開口２４の幅の一例は、４５ｎｍである。
【００１７】
次に、図４に示すように、上層レジスト１６をＯ２アッシングによって除去する。
【００１８】
次に、図５に示すように、ＡｒＦエキシマレーザのリソグラフィを用いて、マスクとして機能する近接場光生成層１４に１９３ｎｍの波長を有する偏光のレーザ光５６を照射する。ここで、レーザ光の偏光方向は、開口２４の幅方向である。ここで、近接場光生成層１４の開口２４は、レーザ光５６の波長よりも小さい。従って、近接場光生成層１４の開口２４は、レーザ光５６をほとんど伝搬させない。近接場光生成層１４の開口２４から露出している領域の下層レジスト１２は、伝搬光によって露光しない。
【００１９】
一方、近接場光生成層１４の開口２４の側壁には、表面プラズモンが生成される。これにより、近接場光生成層１４の下端であって、開口２４の両側のエッジから近接場光が発生する。この近接場光２６は、急激に減衰する光である。従って、近接場光２６は、開口２４のエッジの近傍の領域の下層レジスト１２へと局所的に入射する。この急激に減衰する近接場光により、当該領域の下層レジスト１２を構成する分子の各電子が、異なる位相、異なる振幅、異なる方向で振動する。これにより、当該分子が化学反応を起こして露光する。この結果、近接場光２６によって露光された露光領域２８が、開口２４の両側のエッジの下方の領域の下層レジスト１２に、例えば約１０ｎｍの幅で形成される。尚、近接場光生成層１４をアルミニウム以外の金属によって構成する場合、近接場光２６の強度を強くするため、表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の偏光により近接場光を発生させることが好ましい。
【００２０】
次に、図６に示すように、近接場光生成層１４を塩素系ガスによるドライエッチングによって除去する。塩素系ガスの一例は、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４である。
【００２１】
次に、図７に示すように、下層レジスト１２を現像する。下層レジスト１２は、ポジ型なので、感光された部分が除去される。これにより、下層レジスト１２には、近接場光生成層１４の開口２４よりも微細な開口３０を含むパターンが形成される。この結果、基板１０の一部が開口３０から露出する。
【００２２】
次に、図８に示すように、基板転写段階において、蒸着によって、下層レジスト１２と、開口３０から露出した基板１０の面とにリフトオフ層３２を形成する。リフトオフ層３２は、アルニミウム等の導電性材料によって構成される。
【００２３】
次に、図９に示すように、下層レジスト１２とともに、下層レジスト１２の上面に形成されたリフトオフ層３２をアセトン等の有機溶媒により除去する。これにより、下層レジスト１２のパターンがリフトオフ層３２に転写されることによって、パターニングされた半導体装置の一部を構成する配線層３４が基板１０の一面上に形成される。
【００２４】
上述したように、近接場光生成層１４を下層レジスト１２の一面に密着して形成することができる。これにより、近接場光生成層１４と下層レジスト１２との間の面に垂直な方向の間隔の調整を簡略化しつつ、近接場光が、近接場光生成層１４の開口２４の下面から下層レジスト１２へと効率よく入射することができる。この結果、下層レジスト１２の下面までパターンを露光することができる。更に、近接場光生成層１４は、下層レジスト１２の一面に形成された状態で、パターニングされて、下層レジスト１２のマスクとなる。従って、下層レジスト１２に対する近接場光生成層１４の位置合わせを簡略化することができる。
【００２５】
上述したように、下層レジスト１２が耐腐食性を有するエッチング液により、近接場光生成層１４をパターニングしている。これにより、近接場光生成層１４のパターニングの段階で、下層レジスト１２の劣化を抑制できるので、近接場光によって、下層レジスト１２を精度よくパターニングすることができる。
【００２６】
上述した実施形態における各構成の材料、厚み等の数値、形状は適宜変更してよい。例えば、レジスト材料、露光用の光、エッチング液の組み合わせは適宜変更してよい。
【００２７】
また、露光に使用する光源は、ＡｒＦエキシマレーザ以外の光源であってもよい。他の光源として、ＫｒＦエキシマレーザ等をあげることができる。
【００２８】
下層レジスト１２は、Ａｒレジストであってもよい。この実施形態において、金属パターン形成段階では、例えば、塩化第二鉄水溶液、フッ素化合物を含む水溶液等の弱アルカリ性水溶液をエッチング液として用いることが好ましい。また、上層パターン形成段階及び下層パターン形成段階では、ＡｒＦレーザのリソグラフィーを用いることが好ましい。
【００２９】
上述の実施形態では、線状のパターンを例にあげたが、円形状または正方形状等の他の形状のパターンを形成してもよい。図１０は、円形状の開口１２４のパターンを説明する平面図である。近接場光生成層１４に形成されるパターンとなる円形状の開口１２４の直径の一例は、４５ｎｍである。このパターンに偏光を照射すると、円形状の開口１２４の偏光方向の両端に近接場光２６が生成される。この場合、最終的に得られるパターンの一例は、４０ｎｍの間隔で配置される直径２０ｎｍの２個の楕円形状である。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１０  基板
１２  下層レジスト
１４  近接場光生成層
１６  上層レジスト
２０  開口
２４  開口
２６  近接場光
２８  露光領域
３０  開口
３２  リフトオフ層
３４  配線層
５０  位相シフトマスク
５１  透過部
５２  位相シフト部
５３  遮光部
５４  レーザ光
５６  レーザ光
１２４  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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