(57)【要約】【課題】金属層の下方に配置されたレジストが、種々の要因によって劣化する。【解決手段】半導体装置形成方法は、基板上に、第１波長の光で感光する下層レジストおよび第１波長と異なる第２波長の光で感光する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段階と、第２波長の光によるフォトリソグラフィを用いて、上層レジストにパターンを形成する段階と、上層レジストのパターンを用いて金属層のパターンを形成する段階と、第１波長の光を金属層のパターンに照射して、近接場光を発生させることにより、金属層のパターンよりも微細なパターンを下層レジストに形成する段階と、下層レジストのパターンを基板上に転写する段階とを備える。【選択図】図４
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【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、第１波長の光で感光する下層レジストおよび前記第１波長の光とは異なる第２波長の光で感光する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、
前記第２波長の光によるフォトリソグラフィを用いて、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金属層のパターンを形成する金属パターン形成段階と、
前記第１波長の光を前記金属層のパターンに照射して、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】
前記金属パターン形成段階は、前記上層レジストのパターン上に金属層を形成してから、前記上層レジストとともに対応する前記金属層の一部を除去するリフトオフ段階を含む請求項１に記載の半導体装置形成方法。
【請求項３】
前記上層レジストは有機溶剤に対して溶解性を有するネガレジストであり、前記金属パターン形成段階において、有機溶剤を用いて除去される請求項１または２に記載の半導体装置形成方法。
【請求項４】
前記金属パターン形成段階は、前記上層レジストのパターンにおける少なくとも側面に沿って金属層を成膜する段階を含む請求項１に記載の半導体装置形成方法。
【請求項５】
前記第１波長はＫｒＦレーザの波長であり、前記第２波長はＡｒＦレーザの波長である請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置形成方法。
【請求項６】
半導体装置を形成する基板上に、下層レジスト、金属層、反射防止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前記反射防止層に転写する反射防止層転写段階と、
前記下層レジストが前記金属層で被覆された状態で、前記パターンが形成された前記上層レジストを除去する上層レジスト除去段階と、
前記反射防止層のパターンを前記金属層に転写する金属層転写段階と、
前記反射防止層を除去する反射防止層除去段階と、
前記金属層のパターンに光を照射して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７】
前記上層レジストおよび前記下層レジストは、同じ波長の光に対して感光する請求項６に記載の半導体装置形成方法。
【請求項８】
前記上層レジストおよび前記下層レジストは、ＡｒＦレーザの光に対して感光し、
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は、ＡｒＦレーザの光を用いて露光する請求項７に記載の半導体装置形成方法。
【請求項９】
前記上層レジストおよび前記下層レジストは、同一材料により形成される請求項７または８に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１０】
前記上層レジストよりも前記下層レジストの方が薄い請求項９に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１１】
前記準備段階から前記下層パターン形成段階までにおいて、前記加工対象を前記下層レジストのガラス転移点以下に維持する請求項６から１０のいずれか１項に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１２】
前記反射防止層は無機系の材料で形成され、
前記金属層はＡｌで形成され、
前記反射防止層転写段階は、フッ素系のガスを用いて前記パターンを転写し、
前記上層レジスト除去段階は、酸素系のプラズマを用いて前記上層レジストを除去する請求項６から１１のいずれか１項に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１３】
半導体装置を形成する基板上に、下層レジスト、および、開口が形成された金属層が、この順序で配された加工対象を準備する準備段階と、
前記金属層に近接場光を発生させることにより、前記金属層の前記開口よりも微細なパターンを前記下層レジストに露光する下層露光段階と、
前記下層レジストにおける前記金属層の前記開口から露出している領域を失活させる失活段階と、
前記金属層を除去する金属層除去段階と、
露光された前記下層レジストを現像する下層現像段階と、
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１４】
前記下層レジストは化学増幅型のレジストである請求項１３に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１５】
前記失活段階は、前記下層露光段階の後であって前記金属層除去段階の前において、前記下層レジスト中に露光により生じた水素イオンを除去する段階を含む請求項１３または１４に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１６】
前記失活段階において、水で洗浄することにより水素イオンを除去する請求項１５に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１７】
前記失活段階において、温水で洗浄することにより前記加工対象を加熱しつつ水素イオンを除去する請求項１６に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１８】
前記下層露光段階の後であって前記下層現像段階の前に加工対象を加熱する加熱段階をさらに備え、
前記失活段階は、前記下層レジスト中に露光により生じた水素イオンを中和する段階を含む請求項１３または１４に記載の半導体装置形成方法。
【請求項１９】
前記失活段階において、アルカリ性のガスに晒すことにより水素イオンを中和する請求項１８に記載の半導体装置形成方法。
【請求項２０】
前記金属層はＡｌであって、前記下層露光段階は、ＡｒＦレーザの光を用いて露光する請求項１３から１９のいずれか１項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】
パターニングされた金属層によって発生させた近接場光によりレジストを露光する方法が知られている（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】
金属層の下方に配置されたレジストが、種々の要因によって劣化する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、第１波長の光で感光する下層レジストおよび前記第１波長の光とは異なる第２波長の光で感光する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、前記第２波長の光によるフォトリソグラフィを用いて、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金属層のパターンを形成する金属パターン形成段階と、前記第１波長の光を前記金属層のパターンに照射して、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】
本発明の第２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、反射防止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前記反射防止層に転写する反射防止層転写段階と、前記下層レジストが前記金属層で被覆された状態で、前記パターンが形成された前記上層レジストを除去する上層レジスト除去段階と、前記反射防止層のパターンを前記金属層に転写する金属層転写段階と、前記反射防止層を除去する反射防止層除去段階と、前記金属層のパターンに光を照射して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。
【０００６】
本発明の第３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、および、開口が形成された金属層が、この順序で配された加工対象を準備する準備段階と、前記金属層に近接場光を発生させることにより、前記金属層の前記開口よりも微細なパターンを前記下層レジストに露光する下層露光段階と、前記下層レジストにおける前記金属層の前記開口から露出している領域を失活させる失活段階と、前記金属層を除去する金属層除去段階と、露光された前記下層レジストを現像する下層現像段階と、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。
【０００７】
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】
【０００８】
【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】半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１１】上層レジストの側面に金属層を形成する半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１２】上層レジストの側面に金属層を形成する半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１３】上層レジストの側面に金属層を形成する半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１４】上層レジストの側面に金属層を形成する半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１５】上層レジストの側面に金属層を形成する半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１６】反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１７】反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１８】反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図１９】反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２０】反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２１】反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２２】反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２３】反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２４】失活を用いて半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２５】失活を用いて半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２６】失活を用いて半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２７】失活を用いて半導体装置形成方法を説明する工程図である。
【図２８】円形状の開口３１８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】
【０００９】
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。
【００１０】
図１から図１０は、半導体装置形成方法を説明する工程図である。図１に示すように、まず準備段階において、下層レジスト１２と、上層レジスト１４とが、この順で半導体装置を形成する基板１０の一方の面に配された加工対象を準備する。
【００１１】
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、半導体装置が、基板１０に形成されていてもよい。
【００１２】
下層レジスト１２は、例えば、半導体装置の一部を構成する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の一例は、ＫｒＦエキシマレーザから出力される２４８ｎｍの波長の光で感光するＫｒＦポジレジストである。ＫｒＦポジレジストとして、酸分解剤と酸発生剤とを含む化学増幅型のレジストを適用できる。酸分解剤の一例は、エチルアセタール系ポリマー、ＥＳＣＡＰ系ポリマーである。光発生剤の一例は、オニウム塩、スルホン酸エステルである。下層レジスト１２の厚みの一例は、１５ｎｍから１００ｎｍであって、好ましくは、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された後、プリベークにより仮硬化される。
【００１３】
上層レジスト１４は、後述する金属層をリフトオフによりパターニングする。上層レジスト１４は、下層レジスト１２の一面に密着して形成される。上層レジスト１４の一例は、ＴＭＡＨ（＝水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）またはアセトン等の有機溶剤に対して溶解性を有するＡｒＦネガレジストである。ＡｒＦネガレジストを構成する材料の一例は、例えば、特開平１１−１１９４３３号公報に記載の脂環式メタクリレート樹脂と、光酸発生剤と、溶剤とからなる化学増幅系レジストと通常のアルカリ現像液、もしくは通常のＡｒＦレジストとネガ型有機溶剤現像液の組み合わせ等である。上層レジスト１４は、スピンコートまたは吹きつけ等によって下層レジスト１２の一面に塗布された後、プリベークにより仮硬化される。
【００１４】
次に、図２に示すように、上層パターン形成段階において、ＡｒＦエキシマレーザから出力された１９３ｎｍの波長のレーザ光５８によるフォトリソグラフィを用いて、上層レジスト１４にパターンを形成する。上層レジスト１４にパターンを形成する方法の一例は、位相シフトマスク５０を介して、レーザ光５８を上層レジスト１４に照射する位相シフト法である。位相シフトマスク５０は、透過部５２と、位相シフト部５４と、遮光部５６とを有する。位相シフト部５４は、透過部５２に対して、レーザ光５８の位相をシフトさせる。遮光部５６は、透過部５２と位相シフト部５４との間に配置され、レーザ光５８を遮光する。透過部５２、位相シフト部５４、及び、遮光部５６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１４が、位相シフトマスク５０の透過部５２及び位相シフト部５４による一次回折光によって、透過部５２及び位相シフト部５４よりも微細なパターンで露光される。この後、位相シフトマスク５０を除去する。尚、位相シフト法に代えて、水等の液体を介在させて露光する液浸を、上層レジスト１４の露光方法として適用してもよい。
【００１５】
この後、透過部５２及び位相シフト部５４を透過した一次回折光によって露光されなかった領域の上層レジスト１４を、パドル現像によって除去する。パドル現像では、ＴＭＡＨまたはアセトン等の有機溶剤を表面張力によって上層レジスト１４の全面に塗布する。これにより、露光された領域の上層レジスト１４が残り、図３に示すパターンが形成される。上層レジスト１４の幅の一例は、約４５ｎｍである。上層レジスト１４は、紙面表裏方向に延びる線状である。尚、２本の上層レジスト１４の列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。ここで、ポジレジストである下層レジスト１２は、まだ、感光されていないので、有機溶剤では除去されない。
【００１６】
次に、図４に示すように、金属パターン形成段階のリフトオフ段階において、上層レジスト１４のパターンの一面及び下層レジスト１２の露出領域に金属層１６を形成する。金属層１６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、金属層１６は、低温で蒸着することが好ましい。金属層１６は、アルミニウム以外の金属によって構成してもよい。金属層１６の厚みの一例は、５０ｎｍから１００ｎｍである。
【００１７】
次に、図５に示すように、上層レジスト１４、及び、上層レジスト１４の一面に形成された金属層１６を、有機溶剤を用いて除去する。これにより、上層レジスト１４のパターンを用いて金属層１６のパターンが形成される。具体的には、上層レジスト１４のパターンが形成されている領域に開口１８が形成された金属層１６のパターンが形成される。
【００１８】
次に、図６に示すように、下層パターン形成段階において、ＫｒＦエキシマレーザから出力された２４８ｎｍの波長の偏光であるレーザ光６０を、マスクとして機能する金属層１６に照射する。レーザ光６０の偏光方向は、開口１８の幅方向である。金属層１６の開口１８は、レーザ光６０の波長よりも小さい。従って、金属層１６の開口１８は、レーザ光６０をほとんど伝搬させない。これにより、金属層１６の開口１８から露出している領域の下層レジスト１２は、伝搬光によってほとんど露光しない。
【００１９】
表面プラズモンが、偏光のレーザ光６０によって、金属層１６の開口１８の側壁に形成される。これにより、金属層１６の下端であって、開口１８の両側のエッジから近接場光６２が発生する。この近接場光６２は、急激に減衰する光である。従って、近接場光６２は、開口１８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６２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、当該領域が感光する。この結果、近接場光６２によって露光された露光領域６４が、開口１８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、金属層１６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６２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６２を発生させることが好ましい。
【００２０】
次に、図７に示すように、金属層１６を酸性あるいは塩基性溶剤によるウエットエッチング、もしくは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。尚、塩素系ガスに代えて、Ｂｒ２系のガスによって金属層１６をドライエッチングしてもよい。
【００２１】
次に、図８に示すように、下層レジスト１２をＴＭＡＨ等によってパドル現像する。下層レジスト１２は、ポジ型なので、露光領域６４が除去される。これにより、下層レジスト１２には、金属層１６の開口１８よりも微細な開口２０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２０から露出する。
【００２２】
次に、図９に示すように、基板転写段階において、下層レジスト１２と、開口２０から露出した基板１０の面とに、蒸着によって、配線層２２を形成する。配線層２２は、アルミニウム等の導電性材料によって構成される。
【００２３】
次に、図１０に示すように、下層レジスト１２とともに、下層レジスト１２の一面に形成された配線層２２をＴＭＡＨまたはアセトン等の有機溶剤により除去する。これにより、下層レジスト１２のパターンが、配線層２２に転写される。この結果、パターニングされて紙面表裏方向に延びる線状の配線層２２であって、半導体装置の一部を構成する配線層２２が、基板１０の一面上に形成される。例えば、配線層２２の１本の配線の幅は１０ｎｍであって、配線間隔は２０ｎｍから３０ｎｍである。
【００２４】
上述したように、本実施形態では、上層レジスト１４を感光するレーザ光５８の波長が、下層レジスト１２を感光するレーザ光６０の波長と異なる。これにより、上層レジスト１４を感光する工程において、上層レジスト１４を感光するレーザ光５８により下層レジスト１２が感光して劣化することを抑制できる。
【００２５】
図１１から図１５は、上層レジストの側面に金属層を形成する半導体装置形成方法を説明する工程図である。図１１に示すように、まず準備段階において、半導体装置を形成する基板１０の一方の面に下層レジスト１２と、上層レジスト１１４とを、この順で積層して加工対象を準備する。
【００２６】
上層レジスト１１４は、後述する金属層をパターニングする。上層レジスト１１４は、下層レジスト１２の一面に密着して形成される。上層レジスト１１４の一例は、化学増幅型のＡｒＦポジレジストである。ＡｒＦポジレジストは、下層レジスト１２を構成するＫｒＦレジストを感光する２４８ｎｍの波長の光と異なるＡｒＦエキシマレーザから出力される１９８ｎｍの光によって感光される。ＡｒＦレジストの一例は、脂環アクリレート樹脂、主脂環系材料等である。上層レジスト１１４の厚みの一例は、１００ｎｍである。上層レジスト１１４は、スピンコートまたは吹きつけ等によって下層レジスト１２の一面に塗布された後、プリベークにより仮硬化される。
【００２７】
次に、図１２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力された１９３ｎｍの波長のレーザ光５８を上層レジスト１１４に照射して、位相シフト法により上層レジスト１１４をフォトリソグラフィする。これにより、上層レジスト１１４が、一次回折光によって、露光される。尚、位相シフト法に代えて、水等の液体を介在させて露光する液浸を、上層レジスト１１４の露光方法として適用してもよい。
【００２８】
次に、図１３に示すように、透過部５２及び位相シフト部５４を透過した一次回折光による露光領域の上層レジスト１１４を、ＴＭＡＨ等の有機溶剤を用いたパドル現像によって除去する。これにより、露光されていない領域の上層レジスト１１４が残り、露光領域に開口１１５が形成されたパターンが形成される。上層レジスト１１４の開口１１５の幅の一例は、約５０ｎｍから６０ｎｍである。尚、２本の開口１１５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。
【００２９】
次に、図１４に示すように、上層レジスト１１４の上面に対して、傾斜した方向から金属ビームを供給して、上層レジスト１１４の露出領域に金属層１１６を真空蒸着させる。これにより、金属層１１６は、上層レジスト１１４のパターンの上面及び開口１１５の両側面に沿って成膜される。金属層１１６は、アルミニウムにより構成される。上層レジスト１１４の上面に形成される金属層１１６の厚みの一例は、５０ｎｍから１００ｎｍであって、上層レジスト１１４の側面に形成される金属層１１６の厚みは、その厚みよりも薄い。また、一方の側面に形成された金属層１１６と、他方の側面に形成された金属層１１６との間には開口１１８が形成されている。
【００３０】
次に、図１５に示すように、ＫｒＦエキシマレーザから出力された２４８ｎｍの波長の偏光であるレーザ光６０を、マスクとして機能する金属層１１６に照射する。レーザ光６０の偏光方向は、開口１１８の幅方向である。これにより、表面プラズモンが、レーザ光６０によって、金属層１１６の開口１１８の側壁に形成されるので、開口１１８の両側のエッジから近接場光６２が発生する。この結果、近接場光６２によって露光された露光領域６４が、開口１１８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。
【００３１】
次に、金属層１１６を酸性あるいは塩基性溶剤によるウエットエッチング、もしくは塩素系ガスによるドライエッチングによって除去した後、上層レジスト１１４を酸素系のプラズマのアッシングにより除去する。下層レジスト１２をＴＭＡＨ等によってパドル現像した後、上述の実施形態と同様の方法によって配線層２２を形成する。
【００３２】
上述したように、本実施形態では、上層レジスト１１４を感光するレーザ光５８の波長が、下層レジスト１２を感光するレーザ光６０の波長と異なる。これにより、上層レジスト１１４を感光する工程において、上層レジスト１１４を感光するレーザ光５８により下層レジスト１２が感光して劣化することを抑制できる。
【００３３】
図１６から図２３は、反射防止層をマスクとして用いる半導体装置形成方法を説明する工程図である。図１６に示すように、まず準備段階において、半導体装置を形成する基板２１０の一方の面上に下層レジスト２１２と、金属層２１６と、反射防止層２２４と、上層レジスト２１４とを、この順で積層して加工対象を準備する。尚、準備段階から後述する下層パターン形成段階において、加工対象の温度は、下層レジスト２１２のガラス転移点以下に維持される。
【００３４】
基板２１０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、半導体装置が、基板２１０に形成されていてもよい。
【００３５】
下層レジスト２１２は、例えば、半導体装置の一部を構成する配線層をパターニングする。下層レジスト２１２は、基板２１０の一面に密着して形成される。下層レジスト２１２の一例は、化学増幅型であって、ＡｒＦポジレジストである。ＡｒＦレジストの一例は、脂環アクリレート樹脂、主脂環系材料等である。下層レジスト２１２の厚みの一例は、１５ｎｍから８０ｎｍであって、好ましくは、１５ｎｍから２０ｎｍである。下層レジスト２１２は、スピンコートまたは吹きつけ等によって基板２１０の一面の全面に塗布された後、プリベークにより仮硬化される。尚、下層レジスト２１２のガラス転移温度は、１６０℃から２００℃である。
【００３６】
金属層２１６は、側面に生じる表面プラズモンを介して、下端に近接場光を生成して、下層レジスト２１２を感光してパターニングする。金属層２１６は、下層レジスト２１２の一面に密着して形成されている。金属層２１６は、真空蒸着によって形成されたアルミニウムによって構成される。尚、金属層２１６は、基板２１０を低温、または、非加熱で蒸着することが好ましい。金属層２１６は、アルミニウム以外の金属によって構成してもよい。金属層２１６の厚みの一例は、５０ｎｍから１００ｎｍである。
【００３７】
反射防止層２２４は、金属層２１６をパターニングする。また、反射防止層２２４は、金属層２１６の反射によって上層レジスト２１４の内部に発生する定在波を抑制する。反射防止層２２４は、金属層２１６の一面に密着して形成されている。反射防止層２２４は、スピンコート法によって形成された無機系の材料であるＳｉＮによって構成される。反射防止層２２４は、ＳｉＮ以外の材料、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料単体、ＳｉＯ２と炭素の混合物、無機材料の多層積層物等の無機材料によって構成してもよい。反射防止層２２４の厚みの一例は、２５ｎｍである。
【００３８】
上層レジスト２１４は、反射防止層２２４をパターニングする。上層レジスト２１４は、反射防止層２２４の一面に密着して形成される。上層レジスト２１４の一例は、下層レジスト２１２と同一材料のＡｒＦポジレジストである。即ち、上層レジスト２１４及び下層レジスト２１２は、同じ波長の光であるＡｒＦエキシマレーザの光に対して感光する。下層レジスト２１２は、上層レジスト２１４よりも薄い。上層レジスト２１４の厚みの一例は、１００ｎｍである。上層レジスト２１４は、スピンコートまたは吹きつけ等によって下層レジスト２１２の一面に塗布された後、プリベークにより仮硬化される。ここで、上層レジスト２１４の材料は、下層レジスト２１２の材料よりも粘性の高い状態で塗布される。粘性を低くする場合、溶媒の比率を高くすればよい。これにより、上層レジスト２１４は、下層レジスト２１２よりも厚くなる。
【００３９】
次に、図１７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力された１９３ｎｍの波長のレーザ光５８を上層レジスト２１４に照射して、位相シフト法により上層レジスト２１４をリソグラフィーする。これにより、上層レジスト２１４が、一次回折光によって、露光される。ここで、上層レジスト２１４の下層に形成されている反射防止層２２４が、上層レジスト２１４の内部の定在波の発生を抑制する。尚、位相シフト法に代えて、水等の液体を介在させて露光する液浸を、上層レジスト２１４の露光方法として適用してもよい。
【００４０】
この後、図１８に示すように、透過部５２及び位相シフト部５４を透過した一次回折光による露光領域の上層レジスト２１４を、ＴＭＡＨ等の現像液を表面張力によって全面に塗布するパドル現像によって除去する。これにより、露光されていない領域が残り、上層レジスト２１４にパターンが形成される。上層レジスト２１４の開口２１５の幅の一例は、約４５ｎｍである。尚、２本の開口２１５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。
【００４１】
次に、図１９に示すように、反射防止層転写段階において、上層レジスト２１４をマスクとして、反射防止層２２４をフッ素系のガスによって反応性イオンエッチング（＝ＲＩＥ）する。反応性イオンエッチングにおけるエネルギーを低く設定して、エッチング速度を遅い方が好ましい。尚、エッチング用のガスは、フッ素系のガスに限定されるものではなく、金属層２１６が耐性を有するガスであればよい。これにより、上層レジスト２１４から露出している領域の反射防止層２２４が除去されて、開口２２５が形成される。この結果、上層レジスト２１４のパターンが反射防止層２２４に転写される。
【００４２】
次に、図２０に示すように、上層レジスト除去段階において、パターンが形成された上層レジスト２１４を酸素系のプラズマのアッシングによって除去する。上述したように、上層レジスト２１４のパターンは反射防止層２２４に転写されている。これにより、金属層２１６がパターニングされていない状態、即ち、下層レジスト２１２が金属層２１６に被覆されている状態で、上層レジスト２１４を除去できる。これにより、上層レジスト２１４を除去する酸素系のプラズマのアッシングによって、下層レジスト２１２が劣化することを抑制できる。
【００４３】
次に、図２１に示すように、金属層転写段階において、反射防止層２２４をマスクとして、金属層２１６を塩素系のガスによって反応性イオンエッチングする。これにより、反射防止層２２４の開口２２５から露出している領域の金属層２１６が除去されて、開口２１８が形成される。この結果、反射防止層２２４のパターンが金属層２１６に転写される。
【００４４】
次に、図２２に示すように、反射防止層除去段階において、反射防止層２２４をフッ素系ガスによって除去する。この後、下層パターン形成段階において、ＡｒＦエキシマレーザから出力された１９３ｎｍの波長の偏光であるレーザ光５８を、マスクとして機能する金属層２１６のパターンに照射する。レーザ光５８の偏光方向は、開口２１８の幅方向である。これにより、表面プラズモンが、レーザ光５８によって、金属層２１６の開口２１８の側壁に形成されるので、開口２１８の両側のエッジから近接場光６２が発生する。この結果、近接場光６２によって露光された露光領域６４が、開口２１８の両側のエッジの下方の領域の下層レジスト２１２に、例えば約１０ｎｍの幅で形成される。
【００４５】
次に、図２３に示すように、金属層２１６を塩素系ガスによる反応性イオンエッチングにより除去した後、下層レジスト２１２をＴＭＡＨ等によってパドル現像する。これにより、下層レジスト２１２には、金属層２１６の開口２１８よりも微細な開口２２０を含むパターンが形成される。この後、基板転写段階において、上述の実施形態と同様のリフトオフ法等によって、下層レジスト２１２のパターンを基板２１０上に転写して、配線層２２を形成する。
【００４６】
上述したように、本実施形態では、金属層２１６をパターニングする前に、上層レジスト２１４を除去する。これにより、上層レジスト２１４を除去する酸素系のプラズマのアッシングの工程において、金属層２１６が下層レジスト２１２を保護するので、下層レジスト２１２が劣化することを抑制できる。
【００４７】
図２４から図２７は、失活を用いて半導体装置形成方法を説明する工程図である。まず、図２１までの工程、及び、反射防止層２２４を除去する工程を含む準備段階を実行する。これにより、図２４に示すように、半導体装置を形成する基板２１０上に、下層レジスト２１２、及び、開口２１８が形成された金属層２１６が、この順で配された加工対象が形成される。下層レジスト２１２の一例は、化学増幅型であって、ＡｒＦポジレジストである。金属層２１６を構成する材料の一例は、アルミニウムである。
【００４８】
次に、図２５に示すように、下層露光段階において、ＡｒＦエキシマレーザから出力された１９３ｎｍの波長の偏光であるレーザ光５８を、マスクとして機能する金属層２１６に照射する。レーザ光５８の偏光方向は、開口２１８の幅方向である。これにより、表面プラズモンが、レーザ光５８によって、金属層２１６の開口２１８の側壁に形成されるので、開口２１８の両側のエッジから近接場光６２が発生する。この結果、近接場光６２によって露光された露光領域６４が、開口２１８の両側のエッジの下方の領域の下層レジスト２１２に、例えば約１０ｎｍの幅で形成される。ここで、下層レジスト２１２のうち、金属層２１６の開口２１８から露出している露出領域２２６の一部が、伝搬光によって露光される。
【００４９】
次に、図２６に示すように、失活段階において、下層レジスト２１２における金属層２１６の開口２１８から露出した領域を失活させる。これにより、露光により生じた下層レジスト２１２中の当該領域の水素イオンを除去する。失活方法の一例は、開口２１８から露出している露出領域２２６の水による洗浄である。これにより、露出領域２２６の水素イオンが除去される。失活方法の別の例は、露出領域２２６を温水によって洗浄してもよい。これにより、水素イオンの除去とともに、加工対象が加熱されて、下層レジスト２１２の露出領域２２６をポストベークできる。失活方法の更に別の例は、アルカリ性のガス、例えば、アンモニアガスに下層レジスト２１２の露出領域２２６を晒してもよい。これにより、露出領域２２６の水素イオンが中和される。
【００５０】
次に、図２７に示すように、金属層除去段階において、金属層２１６を塩素系ガスによる反応性イオンエッチングにより除去する。この後、下層現像段階において、露光された下層レジスト２１２をＴＭＡＨ等によってパドル現像して、下層レジスト２１２開口２２０を形成する。ここで、露出領域２２６は、失活されている。従って、近接場光６２によって一度露光された領域であっても、露出領域２２６に含まれる領域は、現像によって除去されない。これにより、上述した各実施形態よりも、下層レジスト２１２において、除去される領域が小さくなる。
【００５１】
この後、基板転写段階において、上述の実施形態と同様のリフトオフ法等によって、下層レジスト２１２のパターンを基板２１０上に転写して、配線層２２を形成する。
【００５２】
上述したように、本実施形態では、金属層２１６の開口２１８から露出しているので、下層レジスト２１２を感光する段階で、感光されて劣化した露出領域２２６を失活させている。これにより、レーザ光５８によって感光された露出領域２２６の水素イオンを除去することができるので、現像の段階で露出領域２２６の下層レジスト２１２が除去されることを抑制できる。
【００５３】
上述した各実施形態における各構成の材料、形状、厚み等の数値は適宜変更してよい。また、各実施形態の一部または全部を組み合わせてもよい。例えば、レジスト材料、レジスト材料のポジ型とネガ型の変更、露光用の光、エッチング液及びエッチングガス等の組み合わせは適宜変更してよい。
【００５４】
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２８は、円形状の開口３１８のパターンを説明する平面図である。金属層１６に形成されるパターンとなる円形状の開口３１８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３１８の偏光方向の両端に近接場光６２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。
【００５５】
上述の実施形態では、配線層２２を形成することを目的とするパターンを形成したが、配線層２２を切断するためのパターンを形成することを目的としてもよい。
【００５６】
上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ及びＫｒＦエキシマレーザによって、レジストを感光したが、１５７ｎｍの波長のレーザ光を出力するＦ２レーザ等のレーザによって感光してもよい。
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【００５９】
１０  基板
１２  下層レジスト
１４  上層レジスト
１６  金属層
１８  開口
２０  開口
２２  配線層
５０  位相シフトマスク
５２  透過部
５４  位相シフト部
５６  遮光部
５８  レーザ光
６０  レーザ光
６２  近接場光
６４  露光領域
１１４  上層レジスト
１１５  開口
１１６  金属層
１１８  開口
２１０  基板
２１２  下層レジスト
２１４  上層レジスト
２１５  開口
２１６  金属層
２１８  開口
２２０  開口
２２４  反射防止層
２２５  開口
２２６  露出領域
３１８  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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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