(57)【要約】【課題】レジストパターンを微細化する技術を提供する。【解決手段】レジストパターンの形成方法は、露光装置の解像限界をＬＲとし、遮光領域の幅をＬＢとし、前記遮光領域の一端と接する半透過領域の幅をＬＨ１前記遮光領域の他端と接する半透過領域の幅をＬＨ２とした場合、ＬＢ＜ＬＲ、ＬＢ≦ＬＨ１、ＬＢ≦ＬＨ２、ＬＲ＜ＬＢ＋ＬＨ１＋ＬＨ２、となるフォトマスクを用い、ポジ型フォトレジストを感光させる第１の工程を含む。【選択図】図３
2016114862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストパターンの形成方法であって、
露光装置の解像限界をＬＲとし、
遮光領域の幅をＬＢとし、
前記遮光領域の一端と接する半透過領域の幅をＬＨ１
前記遮光領域の他端と接する半透過領域の幅をＬＨ２
とした場合、
ＬＢ＜ＬＲ
ＬＢ≦ＬＨ１、ＬＢ≦ＬＨ２、
ＬＲ＜ＬＢ＋ＬＨ１＋ＬＨ２
となるフォトマスクを用い、ポジ型フォトレジストを感光させる第１の工程を含む、
レジストパターンの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレジストパターンの形成方法であって、
前記第１の工程後、異方性エッチングを行なう工程を含む、
レジストパターンの形成方法。
【請求項３】
露光装置を用いてレジストパターンを作成するためのフォトマスクであって、
前記露光装置の解像限界をＬＲとし、
遮光領域の幅をＬＢとし、
前記遮光領域の一端と接する半透過領域の幅をＬＨ１
前記遮光領域の他端と接する半透過領域の幅をＬＨ２
とした場合、
ＬＢ＜ＬＲ
ＬＢ≦ＬＨ１、ＬＢ≦ＬＨ２、
ＬＲ＜ＬＢ＋ＬＨ１＋ＬＨ２
となる、フォトマスク。
【請求項４】
レジストパターンの形成方法であって、
露光装置の解像限界をＬＲとし、
露光領域の幅をＬＣとし、
前記露光領域の一端と接する半透過領域の幅をＬＭ１
前記露光領域の他端と接する半透過領域の幅をＬＭ２
とした場合、
ＬＣ＜ＬＲ
ＬＣ≦ＬＭ１、ＬＣ≦ＬＭ２、
ＬＲ＜ＬＣ＋ＬＭ１＋ＬＭ２
となるフォトマスクを用い、ネガ型フォトレジストを感光させる工程を含む、
レジストパターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストパターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造方法として、レジストパターンを用いる工程を含む方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２）。
【０００３】
半導体装置の微細化に伴い、レジストパターンの微細化が進んでいる。レジストパターンの微細化を行なうためには、露光装置の解像度を向上させる必要がある。一般的に、解像度δは、以下の式により求めることができる。
【０００４】
δ＝kλ／ＮＡ    （１）
（kは定数を示し、λは露光波長を示し、ＮＡはレンズ開口数を示す）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０４２７５３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
式（１）より、解像度δは、露光装置の露光波長λとレンズ開口数ＮＡにより決定される。解像度を向上させる方法としては、例えば、以下の２つの方法がある。１つ目の方法としては、高性能な露光装置を使用する方法がある。この方法を用いた場合、高額な設備投資が必要となる。
【０００７】
２つ目の方法としては、位相シフトマスク（Phase-Shifting Mask：ＰＳＭ）を用いる方法がある。ＰＳＭとは、光の位相の調整や透過率の改善により、半導体基板への露光時の解像度や焦点深度を改善し、転写特性を向上させたフォトマスクである。しかし、ＰＳＭは、（ｉ）それ自体が高価であり、（ｉｉ）露光波長に合わせて位相差を調整した半透過膜などを用意する必要があり、（ｉｉｉ）設計条件の自由度が低いという課題がある。
【０００８】
このため、レジストパターンの微細化を行なうための他の方法が望まれていた。そのほか、 従来のレジストパターンの形成方法においては、容易化や、作業性の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
【００１０】
（１）本発明の一形態によれば、レジストパターンの形成方法が提供される。このレジストパターンの形成方法は、露光装置の解像限界をＬＲとし、遮光領域の幅をＬＢとし、前記遮光領域の一端と接する半透過領域の幅をＬＨ１前記遮光領域の他端と接する半透過領域の幅をＬＨ２とした場合、ＬＢ＜ＬＲ、ＬＢ≦ＬＨ１、ＬＢ≦ＬＨ２、ＬＲ＜ＬＢ＋ＬＨ１＋ＬＨ２、となるフォトマスクを用い、ポジ型フォトレジストを感光させる第１の工程を含む。この形態によれば、レジストパターンを微細化することができる。
【００１１】
（２）上記形態のレジストパターンの形成方法において、前記第１の工程後、異方性エッチングを行なう工程を含むとしてもよい。この形態によれば、レジストパターンを正確に作成できる。
【００１２】
（３）本発明の他の形態によれば、露光装置を用いてレジストパターンを作成するためのフォトマスクが提供される。このフォトマスクは、前記露光装置の解像限界をＬＲとし、遮光領域の幅をＬＢとし、前記遮光領域の一端と接する半透過領域の幅をＬＨ１、前記遮光領域の他端と接する半透過領域の幅をＬＨ２、とした場合、ＬＢ＜ＬＲ、ＬＢ≦ＬＨ１、ＬＢ≦ＬＨ２、ＬＲ＜ＬＢ＋ＬＨ１＋ＬＨ２、となる。この形態によれば、微細なレジストパターンを形成することができる。
【００１３】
（４）本発明の他の形態によれば、レジストパターンの形成方法が提供される。このレジストパターンの形成方法は、露光装置の解像限界をＬＲとし、露光領域の幅をＬＣとし、前記露光領域の一端と接する半透過領域の幅をＬＭ１、前記露光領域の他端と接する半透過領域の幅をＬＭ２、とした場合、ＬＣ＜ＬＲ、ＬＣ≦ＬＭ１、ＬＣ≦ＬＭ２、ＬＲ＜ＬＣ＋ＬＭ１＋ＬＭ２、となるフォトマスクを用い、ネガ型フォトレジストを感光させる工程を含む。この形態によれば、レジストパターンを微細化することができる。
【００１４】
本発明は、レジストパターンの形成方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、レジストパターンの形成工程を含む半導体装置の製造方法等の形態で実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レジストパターンを微細化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】レジストパターンの形成方法を示す工程図。
【図２】露光状態の半導体基板１００を示す模式図。
【図３】フォトマスク２００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図。
【図４】ポストベイク処理後の半導体基板１００を示す模式図。
【図５】エッチング後の半導体基板１００を示す模式図。
【図６】第２実施形態で用いるフォトマスク３００の模式図。
【図７】変形例１のフォトマスク４００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図。
【図８】変形例２のフォトマスク５００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図。
【図９】変形例３のフォトマスク６００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図。
【図１０】変形例４のフォトマスク７００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図。
【図１１】変形例５のフォトマスク８００を前方（−Ｙ軸方向）から見た模式図。
【図１２】変形例６のフォトマスク９００を前方（−Ｙ軸方向）から見た模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
Ａ．実施形態：
Ａ１．第１実施形態におけるレジストパターンの形成方法：
図１は、レジストパターンの形成方法を示す工程図である。レジストパターンを形成する際には、予め、製造者は、工程Ｐ１００において、半導体基板１００を用意し、半導体基板１００の表面に付着した異物等を取り除くため、有機溶剤（アセトンなど）や酸により洗浄を行なう。本実施形態において、半導体基板１００は、窒化ガリウム（ＧａＮ）により形成されている。
【００１８】
次に、製造者は、工程Ｐ１２１において、半導体基板１００の表面にフォトレジスト１１０を塗布する。本実施形態において、ポジ型フォトレジストを用いる。製造者は、フォトレジスト１１０を半導体基板１００の表面へスピンコータや吹きつけによって塗布する。
【００１９】
製造者は、工程Ｐ１２３において、レジスト内に残存する有機溶剤を揮発させるため、プリベイク処理を行なう。本実施形態において、プリベイク処理は、１００℃で９０秒行なう。
【００２０】
次に、製造者は、工程Ｐ１２５において、露光装置により露光処理を行なう。この工程は、フォトマスクを用い、ポジ型フォトレジストを感光させる工程であり、「課題を解決するための手段」における「第１の工程」に相当する。
【００２１】
図２は、露光状態の半導体基板１００を示す模式図である。図２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。
【００２２】
図２のＸＹＺ軸のうち、Ｘ軸は、図２の紙面左から紙面右に向かう軸であり、＋Ｘ軸方向は、紙面右に向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、紙面左に向かう方向である。図２のＸＹＺ軸のうち、Ｙ軸は、図２の紙面手前から紙面奥に向かう軸であり、＋Ｙ軸方向は、紙面奥に向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、紙面手前に向かう方向である。図２のＸＹＺ軸のうち、Ｚ軸は、図２の紙面下から紙面上に向かう軸であり、＋Ｚ軸方向は、紙面上に向かう方向であり、−Ｚ軸方向は、紙面下に向かう方向である。ＸＹＺ軸は、これ以降の図においても同じである。
【００２３】
本実施形態において、半導体基板１００は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って広がる板状の半導体基板である。半導体基板１００の表面には、フォトレジスト１１０が塗布されており、半導体基板１００の上方（＋Ｚ軸方向）には、フォトマスク２００が配されている。フォトマスク２００は、露光領域Ｔ１と、半透過領域Ｔ２と、遮光領域Ｔ３とを備える。露光領域Ｔ１は、露光装置により発せられた光（以下、「露光光」とも呼ぶ）の透過率がほぼ１００％である領域である。一方、遮光領域Ｔ３は、露光光の透過率がほぼ０％である領域である。半透過領域Ｔ２は、露光光の透過率がほぼ１００％である領域と、露光光の透過率がほぼ０％である領域以外の領域である。半透過領域Ｔ２における露光光の透過率は、微細なレジストパターンをより正確に作成する観点から、１０％以上が好ましく、９０％以下が好ましい。露光領域Ｔ１における露光光の透過率は９３％以上が好ましく、遮光領域Ｔ３における露光光の透過率は５％以下が好ましい。なお、透過率とは、分光機の光源を試料に照射させ、試料を透過した光を分光機の受光部に照射させることにより特定した値であり、本実施形態に用いる露光装置の露光波長である４０５ｎｍの光に対応する値である。
【００２４】
半透過領域Ｔ２は、半透過層２１０により形成されている。本実施形態において、半透過層２１０は、主に、モリブデンシリコン（ＭｏＳｉ）により形成されている。遮光領域Ｔ３は、遮光層２２０により形成されている。本実施形態において、遮光層２２０は、主に、クロム（Ｃｒ）により形成されている。本実施形態において、遮光層２２０は、半透過層２１０に積層されている。
【００２５】
図３は、フォトマスク２００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図である。図から分かるように、遮光領域Ｔ３の両端は、半透過領域Ｔ２と接している。
【００２６】
露光装置の解像限界をＬＲとし、遮光領域Ｔ３の幅をＬＢとする。遮光領域Ｔ３の一端（本実施形態においては、図面左側の端）と接する半透過領域Ｔ２の幅をＬＨ１とする。遮光領域Ｔ３の他端（本実施形態においては、図面右側の端）と接する半透過領域Ｔ２の幅をＬＨ２とする。なお、露光装置の解像限界とは、露光装置が有する光学系の仕様、及び用いる所定の光源を含む露光条件のもとで、その露光機が解像できる最小の幅をいう。露光装置の解像限界は、個々の露光装置の製品の仕様のひとつとして、公表されている場合が多い。
【００２７】
フォトマスクは、以下の式（２）の関係を満たす。
【００２８】
ＬＢ＜ＬＲ，ＬＢ≦ＬＨ１，ＬＢ≦ＬＨ２，ＬＲ＜ＬＢ＋ＬＨ１＋ＬＨ２      （２）
【００２９】
製造者は、工程Ｐ１２７（図１参照）において、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理を行なう。本実施形態において、ＰＥＢ処理は、１１０℃で９０秒行なう。
【００３０】
ＰＥＢ処理の後、製造者は、工程Ｐ１２８において、露光した半導体基板１００を現像液に浸した後、超純水にて洗浄し、不要なレジストを除去する。
【００３１】
その後、工程Ｐ１２９において、製造者は、半導体基板１００上の水分などを除去するため、ポストベイク処理を行なう。本実施形態において、ポストベイク処理は、１００℃で９０秒行なう。
【００３２】
図４は、ポストベイク処理後の半導体基板１００を示す模式図である。領域Ｕ１は、露光領域Ｔ１を通過した露光光が照射された半導体基板１００上の領域である。領域Ｕ２は、半透過領域Ｔ２を通過した露光光が照射された半導体基板１００上の領域である。領域Ｕ３は、露光光の照射が遮光領域Ｔ３により遮られた半導体基板１００上の領域である。
【００３３】
図４に示されるとおり、領域Ｕ２と領域Ｕ３においてフォトレジスト１１０は残り、領域Ｕ１においてフォトレジスト１１０は除去される。また、半透過領域Ｔ２に対応する半導体基板１００の領域Ｕ２のフォトレジスト１１０の膜厚は、遮光領域Ｔ３に対応する半導体基板１００の領域のフォトレジスト１１０の膜厚に比べて小さい。
【００３４】
その後、製造者は、工程Ｐ１３０において、エッチングを行ない、レジストパターンの形成が終了する。エッチングとしては、ドライエッチングでもよく、ウエットエッチングでもよい。正確なレジストパターンを作成する観点から、エッチングとしては、異方性エッチングが好ましい。
【００３５】
図５は、エッチング後の半導体基板１００を示す模式図である。エッチングにより、領域Ｕ２のフォトレジスト１１０は除去され、領域Ｕ３のフォトレジスト１１０のみが残る。領域Ｕ３の幅は、上記式（２）に示されるように、露光装置の露光限界よりも小さい。このため、上記処理により、露光装置の解像限界より小さい幅のレジストパターンを作成できる。
【００３６】
このメカニズムとしては、定かでないが、遮光領域の両端に半透過領域を設けることにより、迷光による光エネルギーが、露光光が遮光領域により遮られた半導体基板上の領域に到達することを抑えられるためと考えられる。この結果、露光光が遮光領域により遮られた半導体基板上の領域への露光量が有意に減少し、遮光領域の幅が解像限界より小さい場合においても、解像限界より小さい幅のレジストパターンを作成することができると考えられる。このため、上記（２）式に示すとおり、（ｉ）遮光領域の両端側にそれぞれ設けられている半透過領域の幅（ＬＨ１，ＬＨ２）は、遮光領域の幅（ＬＢ）以上である必要があり（ＬＢ≦ＬＨ１，ＬＢ≦ＬＨ２）、（ｉｉ）遮光領域の幅と、遮光領域の両端側にそれぞれ設けられている半透過領域の幅の合計が露光装置の露光限界よりも大きい必要があると考えられる。上記（ｉ）の要件を満たすため、膜厚が多段状のレジストパターンが形成されると考えられ、上記（ｉｉ）の要件を満たすため、露光限界より小さい幅のレジストパターンが形成されると考えられる。
【００３７】
遮光領域の幅ＬＢは、より正確なレジストパターンを作成する観点から、露光装置の露光限界ＬＲの１／２以上が好ましく、露光装置の露光限界ＬＲの２／３以上がより好ましい。なお、露光装置の露光量を調整することにより、同様の効果が得られると考えられるが、露光装置の露光量の制御は困難であるため、現実的ではないと考えられる。
【００３８】
Ａ２．第２実施形態におけるレジストパターンの形成方法：
第１実施形態ではポジ型フォトレジストを用いたが、第２実施形態ではネガ型フォトレジストを用いる点が大きく異なる。
【００３９】
図６は、第２実施形態で用いるフォトマスク３００の模式図である。露光領域Ｖ１は、露光装置により発せられた光（以下、「露光光」とも呼ぶ）の透過率がほぼ１００％である領域である。一方、遮光領域Ｖ３は、露光光の透過率がほぼ０％である領域である。半透過領域Ｖ２は、露光光の透過率がほぼ１００％である領域と、露光光の透過率がほぼ０％である領域以外の領域である。
【００４０】
半透過領域Ｖ２は、半透過層３１０により形成されている。本実施形態において、半透過層３１０は、主に、モリブデンシリコン（ＭｏＳｉ）により形成されている。遮光領域Ｖ３は、遮光層３２０により形成されている。本実施形態において、遮光層３２０は、主に、クロム（Ｃｒ）により形成されている。
【００４１】
露光装置の解像限界をＬＲとし、露光領域Ｖ１の幅をＬＣとする。露光領域Ｖ１の一端と接する半透過領域Ｖ２の幅をＬＭ１とする。露光領域Ｖ１の他端と接する半透過領域Ｖ２の幅をＬＭ２とする。
【００４２】
フォトマスク３００は、以下の式（３）の関係を満たす。
【００４３】
ＬＣ＜ＬＲ、ＬＣ≦ＬＭ１、ＬＣ≦ＬＭ２、ＬＲ＜ＬＣ＋ＬＭ１＋ＬＭ２      （３）
【００４４】
フォトマスク３００を用いて、ネガ型フォトレジストを感光させることにより、第１実施形態の場合と同様に、露光限界より小さい幅のレジストパターンを形成できる。
Ｂ．変形例：
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００４５】
フォトマスクの態様において、本発明は上記態様に限られない。フォトマスクは、例えば、以下のような態様であってもよい。これ以降、ポジ型フォトレジストに用いるフォトマスクを例示するが、以下の態様は、ネガ型フォトレジストに用いるフォトマスクへ応用できる。
【００４６】
変形例１：
図７は、変形例１のフォトマスク４００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図である。図示されるように、遮光領域Ｔ３は半透過領域Ｔ２に囲まれており、半透過領域Ｔ２は露光領域Ｔ１に囲まれている。
【００４７】
変形例２：
図８は、変形例２のフォトマスク５００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図である。変形例２のフォトマスク５００は、変形例１のフォトマスク４００と比べて、半透過領域Ｔ２の態様が異なる。具体的には、変形例２における半透過領域Ｔ２Ａは、露光領域Ｔ１と遮光領域Ｔ３との露光装置の解像限界以下の微細パターンの繰り返しにより形成されている。このような形態においても、変形例１と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
変形例３：
図９は、変形例３のフォトマスク６００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図である。変形例３のフォトマスク６００は、変形例２のフォトマスク５００と比べて、半透過領域Ｔ２の態様が異なる。具体的には、変形例３における半透過領域Ｔ２Ｂは、露光領域Ｔ１と半透過領域Ｔ２との露光装置の解像限界以下の微細パターンの繰り返しにより形成されている。このような形態においても、半透過領域としての効果を奏する。
【００４９】
変形例４：
図１０は、変形例４のフォトマスク７００を下方（−Ｚ軸方向）から見た模式図である。変形例４のフォトマスク７００は、変形例３のフォトマスク６００と比べて、半透過領域Ｔ２の態様が異なる。具体的には、変形例４における半透過領域Ｔ２Ｃは、露光領域Ｔ１と半透過領域Ｔ２と遮光領域Ｔ３との露光装置の解像限界以下の微細パターンの繰り返しにより形成されている。このような形態においても、半透過領域としての効果を奏する。
【００５０】
変形例５：
図１１は、変形例５のフォトマスク８００を前方（−Ｙ軸方向）から見た模式図である。変形例５のフォトマスク８００は、第１実施形態のフォトマスク２００と比べて、半透過層と遮光層との積層の順番が異なる。フォトマスク８００は、遮光層８２０の上に、半透過層８１０を積層した形態となっている。
【００５１】
変形例６：
図１２は、変形例６のフォトマスク９００を前方（−Ｙ軸方向）から見た模式図である。変形例５のフォトマスク９００は、第１実施形態のフォトマスク２００と比べて、半透過層に遮光層が積層されていない。つまり、フォトマスク９００は、遮光層９２０の両端に半透過層が設けられている。
【００５２】
上述の実施形態において、半導体基板の材質は、窒化ガリウム（ＧａＮ）に限らず、ケイ素（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの他の半導体であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１００…半導体基板
１１０…フォトレジスト
２００…フォトマスク
２１０…半透過層
２２０…遮光層
３００…フォトマスク
３１０…半透過層
３２０…遮光層
４００…フォトマスク
５００…フォトマスク
６００…フォトマスク
７００…フォトマスク
８００…フォトマスク
８１０…半透過層
８２０…遮光層
９００…フォトマスク
９２０…遮光層
Ｕ１…領域
Ｖ１…露光領域
Ｔ１…露光領域
Ｔ２…半透過領域
Ｔ２Ａ…半透過領域
Ｔ２Ｂ…半透過領域
Ｔ２Ｃ…半透過領域
Ｕ２…領域
Ｖ２…半透過領域
Ｕ３…領域
Ｔ３…遮光領域
Ｖ３…遮光領域
ＬＢ…幅
ＬＲ…露光限界
【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】
2016114862.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016114862.tif 000011
【図１０】
2016114862.tif 000012
【図１１】
2016114862.tif 000013
【図１２】
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