(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にレジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記塗布されたレジストの膜厚を薄くするための前処理工程と、
上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分において上記段差の上面とオーバーラップするように形成された露光パターンあるいは遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光を行う露光工程と、
後の現像によって上記レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記レジスト塗布工程においてはネガ型レジストを塗布し、
上記前処理工程においては、上記ネガ型レジストの表面に、上記露光によってネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液を塗布し、
上記薄膜化工程においては、上記薬液を上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記レジスト塗布工程においてはポジ型レジストを塗布し、
上記前処理工程においては、上記ポジ型レジストの表面に、上記ポジ型レジストに対して脱保護反応を起こさせる薬液を塗布し、
上記薄膜化工程においては、上記薬液を上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分において上記段差の上面とオーバーラップするように形成された遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光する第１露光工程と、
上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光する第２露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面に、上記上面における膜厚が下式(１)で得られるＸ値のうちの何れか一つになり、上記下面における膜厚が下式(２)で得られるＹ値のうちの何れか一つになるように、レジストを塗布するレジスト塗布工程と、
露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Ｘ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・(２ｎ−１)  …(１)
Ｙ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・２ｍ        …(２)
但し、ｎ,ｍは自然数
【請求項６】
表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面に、上記上面における膜厚が下式(３)で得られるＸ値のうちの何れか一つになり、上記下面における膜厚が下式(４)で得られるＹ値のうちの何れか一つになるように、レジストを塗布するレジスト塗布工程と、
露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Ｘ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・２ｎ        …(３)
Ｙ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・(２ｍ−１)  …(４)
但し、ｎ,ｍは自然数
【請求項７】
請求項５あるいは請求項６の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記ＸおよびＹの値の夫々は、±Ｚ(Ｚ＝{(露光光波長)/８}/(レジストの屈折率))の範囲内にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
上記上面上あるいは下面上の何れか一方に焦点を合わせて露光を行う露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
上記下地の表面に対して斜めの方向から光をあてて露光を行う露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
上記露光工程においては、複数の方向から光をあてて露光を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
上記露光工程においては、１回の露光では上記レジストがパターニングされない程度の光量で露光を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にネガ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記ネガ型レジスト表面に、後の露光によってネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液を塗布する前処理工程と、
上記ネガ型レジストの全面に露光を行う露光工程と、
上記薬液を上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させて、後の現像によって上記ネガ型レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記ポジ型レジスト表面に、上記ポジ型レジストに対して脱保護反応を起こさせる薬液を塗布する前処理工程と、
上記薬液を上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させて、後の現像によって上記ポジ型レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
上記レジストパターンを形成する工程は、
上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、
上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光する露光工程と、
現像工程
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、下地のパターンに対して自己整合的にパターニングするリソグラフィ技術を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細加工技術のなかで、特にマスク間の重ね合わせ精度を向上させる技術は大変重要な技術の一つである。一般的に、重ね合わせ精度は最小寸法の２０％程度は必要であり、微細化が進むに連れて同時に重ね合わせ精度も向上させて行く必要がある。
【０００３】
そこで、公知のアライメント方法においては、現在露光装置として主流になっている縮小投影露光装置に、テレビ画像を利用するものやレーザ光を使用するもの等がある。例えば、マスクとウエハとの相対的な位置合わせは、性能向上を図る為の重要な一要素となっている。特に、最近の露光装置における位置合わせにおいては、半導体素子の高集積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するものが要求されている。多くの位置合わせ装置においては、マスクおよびウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントパターン(「アライメントマーク」とも言う)を所謂スクライブライン上に設け、上記マスクのアライメントマークおよびウエハのアライメントマークから得られる位置情報を利用して、マスクおよびウエハのアライメントを行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のマスクとウエハとのアライメントマークを利用したアライメント方法を用いる半導体装置の製造方法においては、以下のような問題がある。すなわち、下地基板上でのアライメント精度を高めるためには、アライメント光学系の改良や検出装置の分解能を向上させること等が必要である。しかしながら、未だ十分ではなく、図１２(a)に示すように、段差の上面１で周囲が囲まれた凹部２内に、互いに対向する上面１間の幅一杯にレジストパターン３をパターニングしようとしても、上面１が非常に微細である場合には、図１２(b)に示すようなアライメントのずれが生じてしまうのである。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、微細な下地パターンの場合であってもアライメントずれが起こらずにパターニングできるリソグラフィ技術を用いた半導体装置の製造方法方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にレジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記塗布されたレジストの膜厚を薄くするための前処理工程と、上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分において上記段差の上面とオーバーラップするように形成された露光パターンあるいは遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光を行う露光工程と、後の現像によって上記レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、前処理工程において、塗布されたレジストの膜厚を薄くするための前処理が行われ、現像前に、薄膜化工程において、後の現像によって上記レジストの膜厚が薄くなるように薄膜化処理が行われる。その際に、上記レジストが下地の段差上面まで薄膜化されることによって、上記レジストが上記下地の段差下面上のみに自己整合的に残される。したがって、露光工程において、上記上面とオーバーラップするようにオーバーラップ露光を行うことによって、現像工程において、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着しているレジストパターンが上記下面上に形成される。
【０００８】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体装置の製造方法において、上記レジスト塗布工程においてはネガ型レジストを塗布し、上記前処理工程においては,上記ネガ型レジストの表面に,上記露光によってネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液を塗布し、上記薄膜化工程においては,上記薬液を上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させる。
【０００９】
この実施例によれば、上記露光工程において露光された部分のネガ型レジストであっても、現像工程において上記下地の段差上面まで薄膜化される。したがって、上記段差の下面上のみに、露光パターンの形状を有して上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着しているレジストパターンが形成される。尚、上記薬液の塗布は、上記露光工程の後であっても差し支えない。
【００１０】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体装置の製造方法において、上記レジスト塗布工程においてはポジ型レジストを塗布し、上記前処理工程においては,上記ポジ型レジストの表面に,上記ポジ型レジストに対して脱保護反応を起こさせる薬液を塗布し、上記薄膜化工程においては,上記薬液を上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させる。
【００１１】
この実施例によれば、上記露光工程において露光されなかった部分のポジ型レジストであっても、現像工程において上記下地の段差上面まで薄膜化される。したがって、上記段差の下面上のみに、遮光パターンの形状を有して上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着したレジストパターンが形成される。尚、上記薬液の塗布は、上記露光工程の後であっても差し支えない。
【００１２】
ところで、上記第１の発明においては、上記薬液を下地の段差上面近傍にまで拡散させる工程を「薄膜化工程」としている。本来「レジストの薄膜化」とは、「上記薬液の拡散」と「上記薬液が拡散された領域のレジストの除去」とを言うべきではあるが、後者は現像工程によってパターニングと同時に行われるため現像工程に含め、前者のみを薄膜化工程としている。
【００１３】
また、第２の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分において上記段差の上面とオーバーラップするように形成された遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光する第１露光工程と、上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光する第２露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、第１露光工程において露光されていない部分のポジ型レジストが、第２露光工程において下地の段差上面近傍まで全面露光される。したがって、現像工程において、上記第１露光工程において露光されていない部分のポジ型レジストが上記上面まで薄膜化される。したがって、上記下地における段差の下面上のみに、遮光パターンの形状を有して上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着しているレジストパターンが形成される。上記第１露光工程と第２露光工程とは、何れを先に行っても差し支えない。
【００１５】
また、第３の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面に,上記上面における膜厚が下式(５)で得られるＸ値のうちの何れか一つになり,上記下面における膜厚が下式(６)で得られるＹ値のうちの何れか一つになるようにレジストを塗布するレジスト塗布工程と、露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
Ｘ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・(２ｎ−１)  …(５)
Ｙ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・２ｍ        …(６)
但し、ｎ,ｍは自然数
【００１６】
上記構成によれば、下地の段差における下面での膜厚がレジストの感度が一番高い膜厚になるように、また、上記段差における上面での膜厚がレジストの感度が一番低い膜厚になるように上記レジストが塗布される。したがって、露光工程によって、感度が一番高い上記下面上のレジストのみが感光する。その結果、ネガ型レジストを用いた場合には、上記下面上のみに、上記段差の側壁に密着したレジストパターンが自己整合的に形成される。また、ポジ型レジストを用いた場合には、上記上面上のみにレジストパターンが自己整合的に形成される。
【００１７】
また、第４の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面に,上記上面における膜厚が下式(７)で得られるＸ値のうちの何れか一つになり,上記下面における膜厚が下式(８)で得られるＹ値のうちの何れか一つになるようにレジストを塗布するレジスト塗布工程と、露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
Ｘ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・２ｎ        …(７)
Ｙ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・(２ｍ−１)  …(８)
但し、ｎ,ｍは自然数
【００１８】
上記構成によれば、下地の段差における上面での膜厚がレジストの感度が一番高い膜厚になるように、また、上記段差における下面での膜厚膜厚がレジストの感度が一番低い膜厚になるように上記レジストが塗布される。したがって、露光工程によって、感度が一番高い上面上のレジストのみが感光する。その結果、ネガ型レジストを用いた場合には、上記上面上のみにレジストパターンが自己整合的に形成される。また、ポジ型レジストを用いた場合には、上記下面上のみに、上記段差の側壁に密着したレジストパターンが自己整合的に形成される。
【００１９】
また、１実施例では、上記第３の発明あるいは第４の発明の何れか一つの半導体装置の製造方法において、上記ＸおよびＹの値の夫々は、±Ｚ(Ｚ＝{(露光光波長)/８}/(レジストの屈折率))の範囲内にある。
【００２０】
この実施例によれば、上記段差の上面および下面における膜厚に、レジストの感度が一番高い膜厚と一番低い膜厚との差の１/２の誤差が許容される。したがって、上記レジストの塗布時における膜厚の制御が容易になり、簡単に自己整合的にレジストパターンが形成される。
【００２１】
また、第５の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記上面上あるいは下面上の何れか一方に焦点を合わせて露光を行う露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、段差が形成された下地上に塗布されたレジストに対して、上記段差の上面上または下面上の何れか一方に焦点を合わせて露光が行われる。したがって、ネガ型レジストを用いて、下地における上面上に焦点を合わせた場合には上記上面上にのみに自己整合的にレジストパターンが形成される一方、下面上に焦点を合わせた場合には上記下面上にのみに自己整合的にレジストパターンが形成される。また、ポジ型レジストを用いて、下地における上面上に焦点を合わせた場合には上記下面上にのみに自己整合的にレジストパターンが形成される一方、上記下面上に焦点を合わせた場合には上記上面上にのみに自己整合的にレジストパターンが形成される。
【００２３】
また、第６の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上に上記段差の側壁に密着したレジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記下地の表面に対して斜め方向から光をあてて露光を行う露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【００２４】
上記構成によれば、段差が形成された下地上に塗布されたレジストに、上記下地の表面に対して斜め方向から光をあてて露光が行われる。その結果、上記段差の下面上には上記段差の側壁の影になって光が当らない部分が生ずる。したがって、ポジ型レジストを用いることによって、上記下面上には上記段差の側壁に密着したレジストパターンが形成される。
【００２５】
また、１実施例では、上記第６の発明の半導体装置の製造方法において、上記露光工程においては、複数の方向から光をあてて露光を行う。
【００２６】
この実施例によれば、例えば、上記露光光を当てる複数の方向に上記段差の側壁に対して相反する２方向が含まれるようにすると共に、ポジ型レジストを用いれば、互いに対向する２つの側壁に挟まれた下面上における中央部に上記２つの側壁の影になって１回も露光されない部分が生ずる。したがって、その場合は、現像によって、上記下面上における中央部に両端が上記側壁に密着したレジストパターンが形成される。
【００２７】
また、１実施例では、上記第６の発明の半導体装置の製造方法において、上記複数の斜め方向から光をあてて露光を行う露光工程においては、１回の露光では上記レジストがパターニングされない程度の光量で露光を行う。
【００２８】
この実施例によれば、例えば、上記段差の側壁に対して相反する２方向から露光を行うと共に、ポジ型レジストを用いれば、互いに対応する２つの側壁に挟まれた下面上における上記２つの側壁に沿ってこの側壁の影になって１回しか露光されない部分が生ずる。したがって、その場合には、現像によって、上記下面上における上記２つの側壁に密着したレジストパターンが形成される。
【００２９】
また、第７の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみに,レジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にネガ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記ネガ型レジスト表面に,後の露光によって上記ネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液を塗布する前処理工程と、上記ネガ型レジストの全面に露光を行う露光工程と、上記薬液を上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させて,後の現像によって上記ネガ型レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【００３０】
上記構成によれば、前処理工程において塗布されたネガ型レジスト内に発生する酸を失活させる薬液が、全面露光を行った後に、薄膜化工程において、上記ネガ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散される。したがって、上記露光によって発生した酸が失活されたネガ型レジストの部分が現像によって溶解・除去されて、上記ネガ型レジストの膜厚が上記段差の上面まで薄くなる。こうして、上記ネガ型レジストが上記下地における段差の下面上に残されて、レジストパターンが上記下面上のみに自己整合的に形成される。
【００３１】
また、第８の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみに,レジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記ポジ型レジスト表面に,上記ポジ型レジストに対して脱保護反応を起こさせる薬液を塗布する前処理工程と、上記薬液を上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散させて,後の現像によって上記ポジ型レジストの膜厚が薄くなるようにする薄膜化工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【００３２】
上記構成によれば、前処理工程において塗布されたポジ型レジストに脱保護反応を起こさせる薬液が、薄膜化工程において、上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで均等に拡散される。したがって、上記脱保護反応を起こしたポジ型レジストの部分が現像によって溶解・除去されて、上記ポジ型レジストの膜厚が上記段差の上面まで薄くなる。こうして、上記ポジ型レジストが上記下地における段差の下面上に残されて、レジストパターンが上記下面上のみに自己整合的に形成される。
【００３３】
また、第９の発明は、表面に段差が形成された下地における上記段差の下面上のみに,レジストパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、上記レジストパターンを形成する工程は、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布するレジスト塗布工程と、上記ポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光する露光工程と、現像工程を含んでいることを特徴としている。
【００３４】
上記構成によれば、露光工程において、塗布されたポジ型レジスト内における上記下地の段差上面近傍まで全面露光される。したがって、上記ポジ型レジストにおける感光した部分が現像によって溶解・除去されて、上記ポジ型レジストの膜厚が上記上面まで薄くなる。こうして、上記ポジ型レジストが上記下地における段差の下面上に残されて、レジストパターンが上記下面上のみに自己整合的に形成される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態の半導体装置の製造方法によって途中まで形成されたトランジスタの構造を示す図である。尚、図１(a)は断面図であり、図１(b)は平面図である。ここで、図１(a)は、図１(b)におけるＡ‐Ａ'矢視断面図である。
【００３６】
図１に示すトランジスタは、シリコン基板１１上に、絶縁膜１２，０.２５μm程度の膜厚の多結晶シリコン膜１３および０.２０μm程度の膜厚のシリコン酸化膜１４を堆積する。次に、リソグラフィ技術を用いてレジスト(図示せず)をパターニングし、そのレジストをマスクとしてシリコン酸化膜１４を加工した後、レジストを除去する。次に、パターニングされたシリコン酸化膜１４をマスクとして、多結晶シリコン膜１３および絶縁膜１２を加工してゲート電極およびゲート酸化膜を形成した後、シリコン窒化膜１５を５０nm程堆の膜厚で全面に堆積させる。こうして、シリコン窒化膜１５で覆われた凸部１６で成る段差を形成するのである。尚、以下においては、説明の都合上、凸部１６の側壁と凸部１６で囲まれたシリコン窒化膜１５とで形成された凸部１６の上面よりも下側に在る領域を凹部１７と言うことにする。
【００３７】
ここで、上記ゲート電極である多結晶シリコン膜１３は、長さが０.２４μmで幅が２.５μmに加工されている。また、凸部１６の高さは０.４５μmである。以下、図１に示す状態に対して、引き続いて、上記段差による凹部１７内にのみ自己整合的にパターニングする方法について説明する。その際に用いる図２においては、シリコン基板１１は省略すると共に、絶縁膜(ゲート酸化膜)１２,多結晶シリコン膜(ゲート電極)１３,シリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５の区別をなくして、最外層に位置するシリコン窒化膜１５の輪郭のみで代表して表現している。尚、図２(a)から図２(e)の各図における上段は断面図であり、下段は平面図である。
【００３８】
本実施の形態においては、図２に示す様に、段差のある下地にネガ型レジストを塗布し、その上に塩基性化合物入りの上層反射防止膜を塗布し、露光して現像することによって、凹部１７内にだけレジストをパターニングする方法である。以下、図２に従って順次説明する。
【００３９】
先ず、側鎖の３０％にｔ‐ブトキシカルボニル基を導入したポリビニルフェノールを基材樹脂とし、この基材樹脂１００部(重量部、以下同様)と、架橋剤であるメチル化メチロールメラミン２０部と、光酸発生剤であるトリフェニルスルフォニウムトリフレート５部とを、溶剤である乳酸エチル４００部に溶解して、ネガ型のレジストを作成する。そして、図２(a)に示すように、上記ネガ型のレジスト２１を、凸部１６が形成された下地に３０００rpm以下の低回転で、表面が平坦になるようにスピン塗布する。
【００４０】
上記レジスト２１を塗布する際に、上記レジスト２１は、低粘度(５cp以下)であるほど下地の段差の影響を受けず平坦に塗布される。すなわち、低粘度,低速回転によって、ストリエーション(ウエハの中心側から外側に向に彗星が尾を引いたように発生する塗布むら)の発生を押さえることができ、非常に平坦に塗布できるのである。さらに、レジスト２１をより厚く塗るほど、より下地の段差の影響を受けず平坦にできる。しかしながら、それでも、下地の段差が大き過ぎる場合や凹凸が一定に存在しない等の理由によってレジスト２１の表面を平坦にするのが困難な場合は、下地にダミーパターンを入れること等によって下地自体の凹凸をできる限り均一にすることが必要である。次に、レジスト２１をプリベークするのであるが、後の工程である薄膜化工程での均一性やレートの安定を考慮すると上記プリベークの温度は１１０℃程度がベストである。しかしながら、８０℃から１３０℃の程度でも可能である。また、他のレジストを使用する場合でも、通常のフォトリソグラフィで使用するプリベーク温度よりも高めの温度が好ましい。
【００４１】
次に、現像工程でレジスト膜厚を薄くするための前処理工程として、図２(b)に示すように、塩基性化合物入りの上層反射防止膜２２を、塗布むらが起こらないようになるべく均一に塗布する。その場合、塗布むらが起こると、後に塩基を拡散させる際に拡散にむらが生ずるので、なるべく５０００rpm以上の高回転でスピン塗布することによって均一に塗布する。
【００４２】
尚、上記上層反射防止膜２２としては、塩基性化合物であるＮ‐メチルピロリドン(ＮＭＰ)が５重量％含まれたＴＳＰ９Ａ(東京応化学工業(株)製)が適当である。しかしながら、上記ＮＭＰの含有量は２重量％〜１５重量％であっても差し支えない。他に、上層反射防止膜２２としては、クラリアント(株)製のアクアタール等でも使用可能である。また、上層反射防止膜２２に含有される上記塩基性化合物としては、芳香族アミン類,脂肪族アミン類,イソプロピルアミン,アルキルアミン類,ジクロヘキシルアミン,アニソンおよびそれらの誘導体等であってもよい。
【００４３】
ところで、上記レジストの膜厚は、例えば、上記プリベーク等で通常で５％程度塗布後の膜厚よりも薄くなる。また、現像工程においても、通常で５％〜１０％塗布後の膜厚よりも薄くなる。しかしながら、上記「レジスト膜厚を薄くする」とは、上述のような膜減りではなく、レジストの膜厚を塗布後の膜厚よりも積極的に薄くすることを言う。こうして、凸部１６上のレジストが無くなるまで、あるいは凸部１６の高さよりも薄くして、凹部１７内のみにレジストを残すのである。
【００４４】
その場合、上述のように、上記レジスト２１表面を平坦にすることによって、レジスト２１の膜厚を凸部１６の上面まで薄くしても、凹部１７内にはレジスト２１を厚く残すことができる。また、凹部１７内の広い個所にレジストパターンを形成できるのである。さらに、レジスト２１を凹部１７内にだけに残すことによって、後の露光工程において、アライメントずれの影響を考慮することなく、確実に凹部１７のみに自己整合的にレジストパターンを形成することが可能になるのである。
【００４５】
次に、図２(c)に示すように、ＫrＦエキシマレーザ(波長２４８nm)ステッパを用いて、露光量が５８０Ｊ/ｍ,開口数(ＮＡ)が０.６,コヒーレンシ(σ)が０.６５の条件で露光する。但し、２３はレーザ光であり、２４はマスクである。ここで、上記露光は、レジストパターンの密着させたい部分をオーバーラップさせて行う。つまり、上記露光パターン２５を、最終的に形成したいレジストパターン２９(図２(e)参照)の大きさよりも、密着させたい部分(この場合には、レジストパターン２９の両端を凸部１６に密着させたいのであるからレジストパターン２９の両端部)が０.０５μm程度大きくなるように設定する。こうして、密着させたい部分の露光パターン２５を凸部１６にオーバーラップさせるのである。その結果、露光パターン２５における密着させる部分にアライメントずれ生じても露光することができるようになり、露光時のアライメントずれの影響を防止できるのである。
【００４６】
上記露光の際に、長さが０.２４μmのパターンを、より良い形状にパターニングするには、露光量が５８０Ｊ/m、開口数(ＮＡ)が０.６、コヒーレンシ(σ)が０.６５程度の条件がベストである。上記条件は、露光装置に依存する。また、上記オーバーラップ露光させる場所やオーバーラップ量についても、アライメントずれが考えられる範囲でよい。
【００４７】
次に、１３０℃,９０秒の条件で、塩基性化合物入りの上層反射防止膜２２およびレジスト２１に対してＰＥＢ(露光後べーク)を行って、レジスト２１の薄膜化を行う。その際に、前処理において塗布された薬液の効果によって、上層反射防止膜２２中の塩基性化合物を、図２(d)に示すように、レジスト２１における凸部１６の上面よりも上層(レジスト上層)２６に拡散させる。こうすることによって、拡散した塩基性化合物が、上記露光によってレジスト上層２６中の露光部(露光部上層)２７に発生した酸を失活させるのである。その結果、酸が失活した露光部上層２７におけるレジスト２１の架橋が抑制される。但し、露光領域における露光部上層２７の下側の露光部下層２８には塩基性化合物が拡散されておらず、上記露光によって発生した酸は失活していない。したがって、露光部下層２８におけるレジスト２１の架橋は抑制されず、架橋が生じているのである。
【００４８】
次に、現像液(例えば、２.３８％ＴＭＡＨ(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)水溶液：東京応化学工業株式会社製ＮＭＤ‐Ｗ)で６０秒間現像する。この現像によって、上記露光の際に架橋が起っていないレジスト２１(つまり、露光部下層２８以外のレジスト２１)が、現像液に溶解して除去される。こうして、図２(e)に示すように、露光部下層２８のレジスト２１のみが残って、レジストパターン２９が形成されのである。
【００４９】
その際に、図２(b)の前処理によって塗布された薬液の効果によってレジストパターン２９が薄膜化される。詳しくは、露光部上層２７のレジスト２１に対して膜減り量が大きくなるような影響が与えられる。その結果、現像液処理時に、レジストパターン２９のパターニングと同時に、露光部上層２７が溶解するのである。次に、１１０℃で６０秒間ポストベーク(現像液処理後ベーク)を行う。
【００５０】
上述したように、上記露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行っている。そのために、露光パターン２５を、最終的に形成したいレジストパターン２９の長さよりも両端部において長く設定している。その結果、露光部上層２７は、露光パターン２５の両端部において凸部１６の上面に掛ることになる。ところが、上記薄膜化によって露光部上層２７が除去されるため、レジストパターン２９の両端部から凸部１６上に延びる部分が除去され、所望の長さを有し且つ両端が凸部１６の側壁に密着したレジストパターン２９が得られるのである。尚、その際におけるレジストパターン２９の薄膜化は、上層反射防止膜中２２のアルカリの濃度やＰＥＢの温度・時間等で制御可能である。
【００５１】
上述のように、周囲が凸部１６で囲まれた凹部１７内に、互いに対向する凸部１６に両端を密着させたレジストパターン２９を形成する場合には、以下のようにする。すなわち、凸部１６が形成された下地に、ネガ型のレジスト２１を表面が平坦になるように塗布し、プリベークし、塩基性化合物入りの上層反射防止膜２２を均一に塗布する。そして、所望のレジストパターン２９の長さよりも両端部において０.０５μm程度長く設定された露光パターン２５を有するマスク２４を用いて露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。
【００５２】
次に、ＰＥＢを行って上記上層反射防止膜２２中の塩基性化合物をレジスト２１における凸部１６の上層であるレジスト上層２６に拡散させる。こうして、拡散した塩基性化合物によって、上記露光で露光部上層２７に発生した酸を失活させてレジスト２１の架橋を抑制する。そして、現像することによって、露光部下層２８以外のレジスト２１を溶解・除去してレジストパターン２９を形成するのである。
【００５３】
その場合、
（１）オーバーラップ露光を行うことによって露光パターン２５のアライメントずれの影響が防止されて、両端が凸部１６の側壁に密着したレジストパターン２９を形成できる。
（２）露光部上層２７の露光による架橋を上記薄膜化によって抑制して現像によって除去し、(１)のオーバーラップ露光露の結果レジストパターン２９の両端部から凸部１６上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン２９を形成できる。
【００５４】
こうして、図２(e)に示すように、必要な個所だけが凸部１６に密着され且つその個所でアライメントずれが無いレジストパターン２９をパターニングすることができる。また、レジストパターン２９の高さが薄膜化によって低くなっており、且つ、レジストパターン２９の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているため、レジストパターン２９の変形や倒壊を防ぐことができるのである。さらに、下地パターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無くなるので、最終的に形成される半導体装置の微細化が可能になる。
【００５５】
尚、図２(b)の前処理工程においては、上記ポジ型レジスト２１上に上層反射防止膜２２を塗布しているが、上層反射防止膜２２に限定されるものではない。例えば、ＣＥＬ(コントラスト・エンハンスト・レイヤー)等の表面に塗布できる物であって塩基性化合物が入っている物、あるいは、露光によってレジスト２１中に発生した酸を失活できる物であればよい。つまり、上記酸を失活できる物としては、上記発生する酸の強度を「Ｘ」とすれば、ＰＨ値が(１４−Ｘ)である物であればよい。但し、上記ＰＨ値は、±１０％程度誤差があっても薄膜化は可能である。また、塩基性化合物の塗布は、露光後であっても差し支えない。
【００５６】
＜第２実施の形態＞
図３は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第１実施の形態において図１に示す下地と同様である。また、図３においても最外層に位置するシリコン窒化膜１５の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【００５７】
上記第１実施の形態においては、レジストとしてネガ型レジストを用いたが、本実施の形態においては、図３に示すように、段差のある下地にポジ型レジストを塗布し、その上に酸性化合物入りの上層反射防止膜を塗布し、露光して現像することによって、凹部１７内にだけレジストをパターニングする。以下、図３に従って順次説明する。
【００５８】
先ず、図３(a)に示すように、ポジ型のレジスト３１を、凸部１６が形成された下地に塗布する。ここで、ポジ型レジスト３１としては、ポリビニルフェノール「Poly (4-vinylphenol)」の水酸基を溶解抑止基として酢酸ターシャリーブチル基「t-butoxycarbonylmethoxy group」で一部置換したもの「Random copolymer of poly(p-t-butoxycarbonylmethoxystyrene) and poly(4-vinylphenol)」(ＢＯＣＭ‐ＰＶＰ)を、レジスト用のポリマーとして用いた。上記ポリビニルフェノールとしては、丸善石油化学のＰＨＭ‐Ｃ(Ｍｗ＝５１００)を用いた。その場合の溶解抑止基の導入率は２６mol％である。酸発生剤としては、みどり化学製のオニウム塩「Triphenylsulphonium trifluoromethanesulphonate」(ＴＰＳ‐ＯＴｆ)を用いた。図３(a)に示すように、ＢＯＣＭ‐ＰＶＰとオニウム塩との２００：１の混合物を、２５ｗｔ％の濃度でエチルセロソルブアセテート(ＥＣＡ)に溶解したものをレジスト３１として、上記第１実施の形態の場合と同様にスピン塗布する。そして、図３(b)に示すように、酸性化合物入りの上層反射防止膜３２をなるべく均一にスピン塗布する。この図３(b)の工程が、現像工程で薄膜化するための前処理工程となる。
【００５９】
その場合、上記第１実施の形態の場合と同様に、塗布むらが起こると後の酸を拡散させる際に影響が出てしまうので、なるべく高回転で塗布することによって均一に塗布する。上層反射防止膜３２中の酸性化合物は、トリフロロメタンスルフォン酸であり、５重量％のものが適当であるが２重量％〜１５重量％でも可能である。また、上層反射防止膜３２としては、クラリアント(株)製のアクアタール等でも可能である。
【００６０】
次に、図３(c)に示すように露光を行う。尚、３３はレーザ光であり、３４はマスクである。その場合に、レジストとしてポジ型レジスト３１を使用しているため、マスク３４の露光パターンは第１実施の形態における図２(c)の場合とは逆であり、光の透過領域・不透過領域が逆になっている。そして、現像工程の１つのステップである露光後ベーク(ＰＥＢ)が行われる。このＰＥＢによってレジスト３１の薄膜化が行われ、図３(d)に示すように、前処理工程として塗布された上層反射防止膜３２中の酸がレジスト３１側に拡散して、レジスト３１における凸部１６の上面よりも上層(レジスト上層)３６が脱保護反応を起こす。すなわち、レジスト上層３６に含まれる未露光部分(未露光部上層)３７も脱保護反応を起こすのである。
【００６１】
次に、現像工程の現像液処理およびポストベークを行う。この現像液処理の際に、上記前処理工程によって塗布された薬液の効果によってレジスドが薄膜化される。詳しくは、レジスト３１における露光領域および未露光部で脱保護反応を起こした領域(すなわち、未露光部下層２８以外のレジスト３１)が、パターニングと同じに現像液に溶解して除去される。こうして、図３(e)に示すように、未露光部下層３８のレジスト３１のみが残って、レジストパターン３９が形成されのである。その結果、オーバーラップ露光の結果レジストパターン３９の両端部から凸部１６上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン３９が形成されるのである。尚、その際におけるレジスト３１の薄膜化は、上層反射防止膜中３２の酸の濃度やＰＥＢの温度・時間等で制御可能である。また、上層反射防止膜３２中に含まれる酸の強度は、露光の際に発生する酸と同じ物が好ましい。
【００６２】
上述のように、本実施の形態において、周囲が凸部１６で囲まれた凹部１７内に、互いに対向する凸部１６に両端を密着させたレジストパターン３９を形成する場合には、以下のようにする。すなわち、凸部１６が形成された下地に、ポジ型のレジスト３１を表面が平坦になるように塗布し、酸性化合物入りの上層反射防止膜３２を均一に塗布する。そして、所望のレジストパターン３９の長さよりも両端部において０.０５μm程度長く設定された遮光パターン３５を有するマスク３４を用いて露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。
【００６３】
次に、上記ＰＥＢによって薄膜化を行い、上記上層反射防止膜３２中の酸性化合物をレジスト上層３６に拡散させる。こうして、拡散した酸性化合物によって未露光部上層３７に脱保護反応を起させる。そして、現像することによって、上記脱保護反応が起きていない未露光部下層３８以外のレジスト３１を溶解・除去してレジストパターン３９を形成するのである。
【００６４】
その場合、上記第１実施の形態の場合と同様に、上記オーバーラップ露光を行うことによって遮光パターン３５のアライメントずれの影響が防止されて、両端が凸部１６の側壁に密着したレジストパターン３９を形成できる。また、未露光部上層３７に薄膜化によって脱保護反応を起させ、現像によって除去する。その結果、レジストパターン３９の両端部から凸部１６上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン３９を形成できるのである。
【００６５】
こうして、図３(e)に示すように、必要な個所だけが凸部１６に密着され且つその個所でアライメントずれが無いレジストパターン３９をパターニングすることができる。また、レジストパターン３９の高さが薄膜化によって低くなっており、且つ、レジストパターン３９の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているため、レジストパターン３９の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【００６６】
尚、上記ポジ形レジスト３２の上に塗布する物は上層反射防止膜３２でなくとも、上記ＣＥＬ等の表面に塗布する物で酸が入っている物、あるいは、酸によってレジスト３２を分解できるものであればよい。その場合の酸の値は、露光によってレジスト３２中に発生する酸と同じ強度が好ましく、そのＰＨ値は、±１０％程度誤差があっても薄膜化は可能である。また、酸性化合物の塗布は、露光の後でも差し支えない。
【００６７】
＜第３実施の形態＞
図４は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第１実施の形態において図１に示す下地と同様である。また、図４においても最外層に位置するシリコン窒化膜１５の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【００６８】
本実施の形態においては、上記第１,第２実施の形態のごとくレジストを薄膜化するための前処理工程として上層反射防止膜２２,３２を形成することなく、段差のある下地に透過率の低いポジ型レジストを塗布して、薄膜化したい領域を露光することでレジスト膜厚を薄膜化してパターニングする方法である。以下、図４に従って順次説明する。
【００６９】
先ず、図４(a)に示すように、染料入りポジ型レジスト４１(レジスト膜厚０.１μmにおける透過率が４０％)を、凸部１６が形成された下地に塗布する。尚、後の薄膜化の制御をし易くするためには、レジスト４１の透過率は、レジスト膜厚０.１μmにおいて２０％〜５０％程度がよい。次に、図４(b)に示すように、上記第２実施の形態の場合と同様に、所望のレジストパターン４７の長さよりも両端部において０.０５μm程度長く設定された遮光パターン４４を有するマスク４３を用いて露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。尚、４２はレーザ光である。
【００７０】
次に、図４(c)に示すように、上記レジスト４１における凸部１６の上面よりも上層(レジスト上層)４５にのみ光が届く程度の露光量で、塗布領域全面を露光する。その際に、露光されたレジスト上層４５では脱保護反応が起こる。すなわち、レジスト上層４５に含まれる１回目のオーバーラップ露光の際における未露光部分も露光されて脱保護反応を起こすのである。また、レジスト４１が染料入りであり、さらに厚く塗ってあるため、露光の際に光の届く深さを制御し易い。つまり、２回目の露光時における露光量やレジスト４１の透過率やＰＥＢの温度を調整することによって、次の現像時においてレジスト４１の薄膜化を容易に制御できるのである。
【００７１】
次に、現像することによって、上記レジスト４１における１回目あるいは２回目の露光時における露光領域 (すなわち、１回目および２回目の露光時共に未露光である未露光部下層４６以外のレジスト２１)が、現像液に溶解して除去される。こうして、図４(e)に示すように、未露光部下層４６のレジスト４１のみが残って、レジストパターン４７が形成される。その結果、レジストパターン４７の両端部から凸部１６上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン４７が形成されるのである。
【００７２】
上述のように、本実施の形態においては、レジストとしてポジ型レジスト４１を塗布し、上記第２実施の形態と同様に、所望のレジストパターン４７の長さよりも両端部において長い遮光パターン４４を有するマスク４３を用いて１回目の露光(オーバーラップ露光)を行う。引き続いて、レジスト上層４５だけに光が届く程度の露光量で塗布領域全面に対して２回目の露光を行う。こうして、２回目の露光によって、レジスト上層４５において１回目の露光時に露光されなかった領域にも脱保護反応を起させて除去することができ、上記第２実施の形態における酸性化合物入りの上層反射防止膜３２とその塗布工程とを不用にできる。したがって、コストの削減と工程の短縮を図ることができるのである。
【００７３】
その場合、上記各実施の形態の場合と同様に、上記オーバーラップ露光を行うことによって遮光パターン４４のアライメントずれの影響が防止されて、両端が凸部１６の側壁に密着したレジストパターン４７を形成できる。また、レジスト上層４５を除去することによって、レジストパターン４７の両端部から凸部１６上に延びる部分を除去することができ、所望の長さのレジストパターン４７を形成できるのである。
【００７４】
こうして、図４(d)に示すように、必要な個所だけが凸部１６に密着され且つその箇所でアライメントずれが無いレジストパターン４７をパターニングすることができる。また、レジストパターン４７の高さが薄膜化によって低くなっており、且つ、レジストパターン４７の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているため、レジストパターン４７の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【００７５】
尚、上記ポジ形レジスト４１は、ある程度透過率が低い方が上記薄膜化の制御はし易い。しかしながら、透過率の低いレジスト４１でなくとも、表面を少ない露光量で塗布領域全面を露光することで、同様にレジスト４１を薄膜化することは可能であり、露光量やＰＥＢの温度で薄膜化を制御できる。また、レジストパターン４７を薄膜化するための露光とレジストパターン４７をパターニングするための露光とは、何れを先に行っても差し支えない。
【００７６】
＜第４実施の形態＞
図５は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第１実施の形態において図１に示す下地と同様である。また、図５においても最外層に位置するシリコン窒化膜１５の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【００７７】
本実施の形態においては、感度の膜厚依存性の大きなレジストを用いて、上記下地における凸部間の凹部内段にだけレジストをパターニングする方法である。以下、図５に従って順次説明する。
【００７８】
先ず、下式に基づいて、感度の膜厚依存性が大きなネガ型レジストレジストのレジストスイングカーブの周期を求める。
０.２４８μm(露光波長)÷２÷１.７７７(レジスト屈折率)＝０.０６９７μm
【００７９】
実際には上記下地等の影響によってレジストスイングカーブの周期が異なる場合があるため、実際にパターニングを行う下地と露光マスクとを用いて実験的にレジストスイングカーブの周期を測定することも大変重要である。その場合、実際にパターニングを行う露光マスクを使用してパターニングを行い、パターニング後の線幅で感度を調べるのが最も良い。
【００８０】
上述の方法によって実際に測定した結果を用いて、横軸で膜厚を表わし、縦軸で露光量を表すと、図６に示すようなレジストスイングカーブの感度曲線が得られる。この図６に示すレジストスイングカーブの感度が一番低い部分(点Ａ)と感度が一番高い部分(点Ｂ)との間のレジストの基準膜厚差を測定する。このようにして測定した感度が一番低い部分と一番高い部分との間の基準膜厚差の値を用いて、上記下地に塗布されたレジストの凸部１６と凹部１７との膜厚差が上記基準膜厚差の自然数倍になるように、下地の凸部１６の高さを調節する。この凸部１６の高さは、図６に示すレジストを用いる場合には、レジストスイングカーブの周期の１/２である０.０３５μmの自然数倍が好ましい。このように、図６に示すスイングカーブの感度曲線における上記点Ｂと点Ａとの差の自然数倍の値が、最適な凸部１６の高さである。しかしながら、凸部１６の実際の高さと最適高さとが、最適な凸部１６の高さの１/２(＝露光光波長÷８÷レジスト屈折率)程度異なっていても差し支えない。
【００８１】
次に、図５(a)に示すように、上記感度の膜厚依存性の大きなネガ型レジスト５１を、凹部１７での膜厚Ｈ1がレジスト５１の感度が一番高い膜厚になるように塗布する。一方、凸部１６での膜厚Ｈ2はレジスト５１の感度が一番低い膜厚にする。その場合、上述したように、凹部１７および凸部１６での膜厚は、夫々の最適な膜厚から図６に示す点Ｂと点Ａとの差の１/２程度ずれていても差し支えない。
【００８２】
次に、図５(b)に示すように、上記第１実施の形態の場合と同様に、所望のレジストパターン５５の長さよりも両端部において０.０５μm程度長く設定された露光パターン５４を有するマスク５３を用いて、凹部１７にパターニングできる最低の露光量で露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。尚、５２はレーザ光である。そして、現像することによって、図５(c)に示すように、露光部分のレジスト５１のみが残って、レジストパターン５５が形成されるのである。
【００８３】
その際に、上記露光パターン５４と凸部１６とがオーバーラップしている部分は上述したようにレジスト５１の感度が一番低く、且つ、凹部１７にパターニングできる最低の露光量で露光するために、レジスト５１は感光しない。そのために、上記オーバーラップ部分のレジスト５１は現像の際に溶解して除去され、その結果、両端が凸部１６の側壁に密着したレジストパターン５５が得られるのである。
【００８４】
上述のように、本実施の形態においては、感度の膜厚依存性の大きなネガ型レジスト５１を、凹部１７での膜厚Ｈ1がレジスト５１の感度が一番高い膜厚になる一方、凸部１６での膜厚Ｈ2がレジスト５１の感度が一番低い膜厚になるように塗布する。そして、上記第１実施の形態と同様に、所望のレジストパターン５５の長さよりも両端部において長い露光パターン５４を有するマスク５３を用いてオーバーラップ露光を行う。こうすることによって、露光パターン５４と凸部１６とがオーバーラップしている部分は、レジスト５１の感度が一番低いために感光せず、凹部１７のみに両端が凸部１６の側壁に密着した所望の長さのレジストパターン５５を形成できるのである。
【００８５】
したがって、図５(c)に示すように、必要な個所だけが凸部１６に密着し且つその箇所でアライメントずれが無いレジストパターン５５をパターニングすることができる。また、レジストパターン５５の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているため、レジストパターン５５の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【００８６】
尚、本実施の形態においては、感度の膜厚依存性の大きなレジスト５１を用いているが、特に感度の膜厚依存性の大きなレジストではなく通常のレジストであっても感度はある程度膜厚に依存するので、本実施の形態は適用できる。また、本実施の形態においては、ネガ型レジスト５１を、下地の凹部１７での膜厚がレジスト５１の感度が一番高い膜厚になるように塗布している。しかしながら、逆に、凸部１６での膜厚がレジスト５１の感度が一番高い膜厚になるように塗布することも可能である。その場合には、図７に示すように、下地の凸部１６上部のみに、凸部１６と凹部１７との段差に対してアライメントずれが無いレジストパターン５６がパターニングされる。
【００８７】
また、本実施の形態においては、ネガ型レジスト５１を用いたが、逆にポジ型レジストを用いて、下地の凹部１７での膜厚がレジストの感度が一番高い膜厚になり、凸部１６での膜厚がレジスト５１の感度が一番低い膜厚になるように塗布することも可能である。その場合には、所望のレジストパターン５５の長さよりも両端部において長い光遮光パターンを有するマスクを用いて露光することによって、図８に示すように、必要な個所だけ密着させてアライメントずれが無いレジストパターン５７をパターニングできる。その際に、凸部１６上部全面にも、凸部１６と凹部１７との段差に対して自己整合的にレジストパターン５８が形成される。
【００８８】
さらに、上記ポジ型レジストを用いて、下地の凹部１７での膜厚がレジストの感度が一番低い膜厚になり、凸部１６での膜厚がレジスト５１の感度が一番高いい膜厚になるように塗布することも可能である。その場合には、凹部１７内全面に、凸部１６と凹部１７との段差に対して自己整合的にアライメントずれの無いレジストパターンが形成される。このように、ポジ型レジストを使用して凹部１７内全面にレジストパターンを形成した場合には、形成されたレジストパターンに対して、更にパターニングすることも可能である。
【００８９】
また、上記ネガ型レジストを用い、上記凸部１６での膜厚をレジスト感度が高い膜厚にする一方、凹部１７での膜厚をレジスト感度が低い膜厚にし、凸部１６における所望の部分に露光することによって、凸部１６上部の所望部分にレジストパターンを形成することができる。また、凸部１６と凹部１７とでの感度を反対にし、凹部１７における所望の部分に露光することによって、レジストパターンが形成される場所を、反対の凹部１７のみにすることができる。
【００９０】
また、上記ポジ型レジストを用い、上記凸部１６での膜厚をレジスト感度が高い膜厚にする一方、凹部１７での膜厚をレジスト感度が低い膜厚にし、凸部１６における所望の部分に露光を行うことによって、凹部１７内全面と凸部１６上の所望部分とにレジストパターンを形成することができる。また、凸部１６と凹部１７とでの感度を反対にし、凹部１７における所望の部分に露光することによって、凸部１６上全面と凹部１７内の所望部分とにレジストパターンを形成することができる。
【００９１】
尚、本実施の形態においては、感度の膜厚依存性の大きなレジストを用いているが、他の物理的要件によってレジストの感度を膜厚の方向に変えても同じ効果が得られる。すなわち、露光の光が届かないほど段差が大きい。光を吸収できる物質があるために露光の光がレジスト層内で繰り返し反射する毎に吸収されて感度が悪くなる。露光の光を効率よく反射できる物質があるために上記反射の回数が増加して感度が良くなる。等の物理的要件によって、塗布されたレジストに感度が低い部分と感度が高い部分とを形成する。こうすることによって、レジストの感度が変化する境界に対して自己整合的にパターニングできるのである。
【００９２】
＜第５実施の形態＞
図９は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第１実施の形態において図１に示す下地と同様である。また、図９においても最外層に位置するシリコン窒化膜１５の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【００９３】
本実施の形態においては、レジストの焦点深度(ＤＯＦ)を利用して、凹部１７内だけにレジストをパターニングする方法である。以下、図９に従って順次説明する。
【００９４】
先ず、ステッパにおけるフォーカスのベスト位置(形状良くパターニングできる位置)を凹部１７に合わせる。その場合における、凸部１６の高さは、フォーカスのベスト位置ではないためレジストパターンが残らないような高さに設定しておく。
【００９５】
次に、図９(a)に示すように、ＤＯＦが狭いネガ型レジスト(つまり、フォーカスのベスト位置から少しフォーカス値を増減するだけでパターンが形成されないレジスト)６１を塗布する。次に、上記第１実施の形態の場合と同様に、所望のレジストパターン６５の長さよりも両端部において０.０５μm程度長く設定された露光パターン６４を有するマスク６３を用いて、図９(b)に示すように露光する。こうして、露光時のアライメントずれの影響を防止するためにオーバーラップ露光を行うのである。尚、６２はレーザ光である。そして、現像することによって、図９(c)に示すように、露光部分のレジスト６１のみが残って、レジストパターン６５が形成されるのである。
【００９６】
その際に、上記露光パターン６４と凸部１６とがオーバーラップしている部分は、上述したようにフォーカスのベスト位置ではないためレジスト６１は感光しない。そのために、上記オーバーラップ部分のレジスト６１は現像の際に溶解して除去され、その結果、両端が凸部１６の側壁に密着したレジストパターン６５が得られるのである。
【００９７】
こうして、必要な個所だけが凸部１６に密着し且つその箇所でアライメントずれが無いレジストパターン６５をパターニングすることができる。また、レジストパターン６５の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているために、レジストパターン６５の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【００９８】
尚、このＤＯＦを利用する方法においては、ステッパの開口数(ＮＡ)を、より大きくすればする程、ＤＯＦが狭いレジスト６１を用いるのと同じ効果を得ることができる。
【００９９】
＜第６実施の形態＞
図１０は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第１実施の形態において図１に示す下地と同様である。また、図１０においても最外層に位置するシリコン窒化膜１５の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【０１００】
本実施の形態においては、凸部を有する下地に、ウエハの表面に対して斜め方向から露光することによって、レジストをパターニングする方法である。以下、図１０に従って順次説明する。
【０１０１】
先ず、図１０(a)に示すように、凸部１６を有する下地に、化学増幅系ポジ型レジスト７１を塗布する。その場合、後に凸部１６の側壁に対して斜めから露光するために、反射の影響を考えて、上記第３実施の形態において用いた染料入りレジストを使用したり、レジスト７１の表面に上記第１,第２実施の形態において用いた上層反射防止膜等を形成したりするのが好ましい。
【０１０２】
次に、エキシマレーザを用いた露光装置におけるレーザ光７２の照射方向を、一定方向に揃い且つウエハの表面に対して斜めに真直ぐになるように設定する。そして、図１０(b)に示すように、凹部１７の中央にレーザ光７２が当たらないような角度で全面露光する。更に、図１０(c)に示すように、ウエハ表面に垂直であって凸部１６の壁面の方向に延在する面に対して対象な角度で、今一度、レーザ光７２を照射して反対の向きから斜めに全面露光する。尚、７３は、レジスト７１における１回露光されている領域である。こうして、２回露光することによって、凹部１７内の中央部には凸部１６の影になって全く露光されない部分が生ずる。その際に、露光の角度を調整することによって、凹部１７中央部の非露光部分の幅や高さを変化させることができ、形成されるレジストパターン７４の大きさや形状を変えることができるのである。
【０１０３】
次に、現像することよって、上記２回の露光によって露光された部分のレジスト７１が溶解して除去される。こうして、凹部１７低面の中央部における露光されない部分が、図１０(d)に示すように、レジストパターン７４として形成されるのである。
【０１０４】
その際に、上記凸部１６の上面は、方向が揃い且つ真直ぐな２方向からのレーザ光７２によって満遍なく露光される。したがって、現像後における凸部１６の上面には、角部も含めてレジストパターン７４は形成されないのである。
【０１０５】
こうして、必要な個所だけが凸部１６に密着し且つその箇所でアライメントずれが無いレジストパターン７４をパターニングすることができる。また、レジストパターン７４の底面が下地に密着しているだけでなく側面も密着しているために、レジストパターン７４の変形や倒壊を防ぐことができるのである。
【０１０６】
＜第７実施の形態＞
図１１は、本実施の形態における凸部を有する下地の凹部内にレジストをパターニングする方法を示す。尚、凸部を有する下地は、上記第１実施の形態において図１に示す下地と同様である。また、図１１においても最外層に位置するシリコン窒化膜１５の輪郭のみで代表して表現しており、上段は断面図であって下段は平面図である。
【０１０７】
上記第６実施の形態においては、２回の斜め露光によって凹部１７内の中央部にレジストパターン７４を形成している。これに対して、本実施の形態においては、２回の斜め露光によって凸部１６の側壁にレジストパターンを形成する方法である。以下、図１１に従って順次説明する。
【０１０８】
先ず、図１１(a)に示すように、凸部１６を有する下地に、ポジ型レジスト８１を塗布する。次に、図１１(a)および図１１(b)に示すように、上記第６実施の形態の場合と同様に、ウエハ表面に垂直であって凸部１６の壁面の方向に延在する面に対して対象な２つの角度でレーザ光８２を２回露光する。その際に、２回の露光とも、１回の露光ではレジスト８１が感光しない程度の少ない露光量(２回の露光では感光する露光量)で露光するのである。
【０１０９】
こうすることによって、図１１(c)に示すように、凹部１７内の中央部にはレーザ光８２によって２回露光される部分８４ができ、凹部１７内における凸部１６の側壁に沿って１回しか露光されない(つまり感光しない)部分８３ができる。そのために、現像することによって、図１１(d)に示すように、凸部１６の側壁にレジストのサイドウォール(レジストパターン)８５が形成される。その際に、露光の角度を調整することによって、レジストパターン８５の大きさや形状を変えることができるのである。
【０１１０】
ところで、上記各実施の形態において用いるレジスト２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１は、形成されたレジストパターン２９,３９,４７,５５,５６,５７,５８,６５,７４,８５をマスクとして、次の製造工程においてエッチングを行う際に耐え得るものであればよい。また、上記各レジストの塗布方法や平坦化の平坦具合は、各レジストにおける凸部１６の上面よりも上層であるレジスト上層の除去およびパターニングが終了した際に、最もレジストパターンの薄い(つまり低い)部分が上記エッチングの際に耐え得る程度の膜厚になるような塗布方法や平坦具合であれば良い。
【０１１１】
また、上記レジストの薄膜化(レジスト上層の除去)方法については、上記第１,第２実施の形態のごとく薬液を拡散させて現像する方法や、上記第３実施の形態のごとく露光して現像する方法に限らず、ドライエッチング,ＲＩＥ(リアクティブ・イオンエッチング),ウエットエッチング,研磨またはＣＭＰ(化学的機械研磨)等のレジストを薄膜化できる方法であれば良い。但し、露光後に上記薬液を拡散させて現像する方法や露光して現像する方法のように、露光によって薄膜化を行う方が新たなる設備投資の必要がなく、コスト的に有利である。
【０１１２】
また、特に上記レジスト上層の除去する工程を設けないで、通常のレジストよりも膜減り量が大きいレジストを使用してもよい。また、通常の現像液よりも膜減り量が大きい現像液を使用してもよい。また、「凹部１７内のみに塗布できるレジスト」や「凸部１６上に塗布された部分が現像工程で取り除かれるようなレジスト」が実現された場合には、そのようなレジストを使用してもよい。
【０１１３】
また、露光については、上記ＫrＦエキシマレーザ光に限らず、ｉ線,電子線,Ｘ線,ＡrＦエキシマレーザ光またはＥＵＶ(超紫外線)光等のレジストを感光させることが可能なものであればよい。現像についても、上記ＮＭＤ‐Ｗ現像液に限らず、有機溶媒等の感光したレジストを現像できる物であればよい。オーバーラップ露光の方法についても、上記各実施の形態のごとく予めマスクの露光パターンや遮光パターン自体を所望のレジストパターンよりも大きくしておく方法の他に、露光量増やす方法やスキャン露光(露光時にステージを動かす露光)方法等を用いてもよい。
【０１１４】
また、上記第１実施の形態〜第５実施の形態においては、マスク２４,３４,４３,５３,６３を用いた露光によってレジストパターン２９,３９,４７,５５,５７,６５を形成している。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、上記レジスト上層の除去のみを行い、凹部１７内に残ったレジストをマスクとして、イオン注入やエッチング等を行うことも可能である。
【０１１５】
また、上記第６,第７実施の形態においては、ウエハ表面に垂直であって凸部１６の壁面の方向に延在する面に対して対象な２つの角度でレーザ光を２回露光するのであるが、その際における露光角度をウエハに対してより平行に近いに角度にすることによって、凹部１７内全面にレジストを残すことができる。上述のように、こうして凹部１７内に残ったレジストそのものを、加工マスクや注入マスクとして用いることが可能である。
【０１１６】
また、上記各実施の形態においては、下地に形成された段差の一例として、凸部１６によって形成された場合を例に上げて説明している。しかしながら、この発明における段差はこれに限定されるものではなく、上面と下面とこの両面に連なる側壁で構成されているもの総てを含むものである。
【０１１７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、第１の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上にレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にレジストを平坦に塗布し、上記レジストを薄膜化するための前処理を行い、上記レジストパターンが上記段差の側壁に密着する部分で上記段差の上面とオーバーラップする露光パターンあるいは遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光を行い、後の現像で上記レジストが薄くなるような薄膜化を行った後、現像を行うので、上記現像によって上記レジストの膜厚を薄くできる。
【０１１８】
したがって、上記レジストを下地における段差の上面まで薄膜化することによって、上記下面上のみにレジストパターンを形成できる。その場合、上記上面とオーバーラップするようにオーバーラップ露光を行っているので、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記側壁に密着したレジストパターンを自己整合的に形成できる。
【０１１９】
すなわち、この発明によれば、アライメントのズレの影響を考慮することなく確実に上記下面上のみに、自己整合的にレジストパターンを形成することが可能になる。また、上記上面までレジストを薄膜化することによって、上記上面上にレジストパターンが乗り上げることがない。さらに、形成されたレジストパターンの高さは、上記薄膜化で低くなっている。したがって、上記レジストパターンの変形や倒壊を防ぐことができ、歩留まりを向上できる。さらに、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無くなるので、得られる半導体装置を微細化できる。
【０１２０】
また、１実施例の半導体装置の製造方法は、上記レジスト塗布時にはネガ型レジストを塗布し、上記前処理時には上記ネガ型レジストの表面に上記露光によって発生する酸を失活させる薬液を塗布し、上記薄膜化時には上記レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで上記薬液を均等に拡散させるので、露光されたネガ型レジストを上記上面まで薄膜化することができる。したがって、上記段差の下面上のみに、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記側壁に密着すると共に、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを形成できる。
【０１２１】
また、１実施例の半導体装置の製造方法は、上記レジスト塗布時にはポジ型レジストを塗布し、上記前処理時には上記ポジ型レジストの表面に脱保護反応を起こさせる薬液を塗布し、上記薄膜化時には上記レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで上記薬液を均等に拡散させるので、露光されないポジ型レジストを上記上面まで薄膜化することができる。したがって、段差の下面上のみに、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記段差の側壁に密着すると共に、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを形成できる。
【０１２２】
また、第２の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上にレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布し、上記レジストパターンが段差の側壁に密着する部分で上記段差の上面とオーバーラップする遮光パターンを有するマスクを用いてオーバーラップ露光(第１露光)を行い、レジスト内における上記下地の段差上面近傍までを全面露光(第２露光)した後、現像を行うので、上記第１露光工程において露光されないポジ型レジストを、上記第２露光によって感光させて上記上面まで薄膜化することができる。
【０１２３】
したがって、この発明によれば、上記アライメントズレの影響を考慮することなく、上記段差の下面上のみに、上記オーバーラップ露光が行われた個所で上記側壁に密着すると共に、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを自己整合的に形成できる。さらに、上記薄膜化によって上記レジストパターンの高さを低くして、上記レジストパターンの変形や倒壊を防ぐことができ、歩留まりを向上できる。さらに、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無く、得られる半導体装置を微細化できる。
【０１２４】
また、第３の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面に、上記上面での膜厚が下式(９)で得られるＸ値の何れか一つになり、上記下面上での膜厚が下式(１０)で得られるＹ値の何れか一つになるようにレジストを塗布し、露光した後、現像するので、上記露光によって、感度が一番高い上記下面上のレジストのみを感光させることができる。したがって、ネガ型レジストを用いた場合には、上記下面上のみに、上記段差の側壁に密着したレジストパターンを自己整合的に形成できる。また、ポジ型レジストを用いた場合は、上記上面上のみにレジストパターンを自己整合的に形成できる。すなわち、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無く、得られる半導体装置を微細化できる。
Ｘ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・(２ｎ−１)  …(９)
Ｙ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・２ｍ        …(１０)
但し、ｎ,ｍは自然数
【０１２５】
また、第４の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面に、上記上面での膜厚が下式(１１)で得られるＸ値の何れか一つになり、上記下面での膜厚が下式(１２)で得られるＹ値の何れか一つになるようにレジストを塗布し、露光した後に、現像するので、上記露光によって、感度が一番高い上記上面上のレジストのみを感光させることができる。したがって、ネガ型レジストを用いた場合は、上記上面上のみにレジストパターンを自己整合的に形成できる。また、ポジ型レジストを用いた場合は、上記下面上のみに、上記段差の側壁に密着したレジストパターンを自己整合的に形成できる。すなわち、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無く、得られる半導体装置を微細化できる。
Ｘ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・２ｎ        …(１１)
Ｙ＝{(露光光波長)/４}/(レジストの屈折率)・(２ｍ−１)  …(１２)
但し、ｎ,ｍは自然数
【０１２６】
また、１実施例の半導体装置の製造方法は、上記Ｘ及びＹの値の夫々を、±Ｚ(Ｚ＝{(露光光波長)/８}/(レジストの屈折率))の範囲内にあるようにしたので、上記段差の上面および下面における膜厚に、レジストの感度が一番高い膜厚と一番低い膜厚との差の１/２の誤差を許容することができる。したがって、上記レジストの塗布時における膜厚の制御を容易にすることができる。
【０１２７】
また、第５の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の上面上のみあるいは下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にレジストを塗布し、上記上面上あるいは下面上の何れか一方に焦点を合わせて露光を行った後、現像を行うので、ネガ型レジストを用いて、上記段差の上面上に焦点を合わせた場合には上記上面上にのみに、下面上に焦点を合わせた場合には上記下面上にのみに、自己整合的にレジストパターンを形成できる。また、ポジ型レジストを用いて、上記上面上に焦点を合わせた場合には上記下面上にのみに、上記下面上に焦点を合わせた場合には上記上面上にのみに自己整合的にレジストパターンを形成できる。したがって、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無く、得られる半導体装置を微細化できる。
【０１２８】
また、第６の発明は、下地における段差の下面上にレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にレジストを塗布し、上記下地の表面に対して斜め方向から露光を行った後、現像を行うので、上記下地における段差の下面上には側壁の影になって光が当らない部分が生ずる。したがって、ポジ型レジストを用いることによって、露光マスクを用いることなく、上記下面上に側壁に密着したレジストパターンを自己整合的に形成できる。すなわち、上記下地のパターンに対するアライメントマージンを設ける必要が無いため、得られる半導体装置を微細化できる。
【０１２９】
また、１実施例の半導体装置の製造方法は、上記露光工程において複数の方向から露光を行うので、例えば、上記段差の壁面に対して相反する２方向から露光することによって、互いに対向する２つの側壁に挟まれた下面上における中央部に上記２つの側壁の影になって１回も露光されない部分が生ずる。したがって、その場合には、ポジ型レジストを用いれば、上記下面上における中央部に、両端が上記側壁に密着したレジストパターンを形成できる。
【０１３０】
また、１実施例の半導体装置の製造方法において、上記複数の斜め方向から露光を行う際に、１回の露光では上記レジストがパターニングされない程度の光量で露光を行うので、例えば、上記段差の側壁に対して相反する２方向から露光することによって、互いに対向する２つの側壁に挟まれた下面上における上記２つの側壁に沿ってこの側壁の影になって１回しか露光されない部分が生ずる。したがって、その場合には、ポジ型レジストを用いれば、上記下面上における上記２つの側壁に密着したレジストパターンを形成できる。
【０１３１】
また、第７の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にネガ型レジストを平坦に塗布し、上記ネガ型レジストの表面に上記露光によって発生する酸を失活させる薬液を塗布し、全面露光を行い、上記レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで上記薬液を均等に拡散させた後、現像を行うので、露光されたネガ型レジストを上記段差の上面まで薄膜化することができる。したがって、上記下地における段差の下面上のみに、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを自己整合的に形成できる。
【０１３２】
また、第８の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布し、上記レジストの表面に脱保護反応を起こさせる薬液を塗布し、上記レジスト内における上記下地の段差上面近傍にまで上記薬液を均等に拡散させた後、現像を行うので、上記脱保護反応によって上記ポジ型レジストを上記段差の上面まで薄膜化することができる。したがって、上記下地における段差の下面上のみに、上面上への乗り上げがないレジストパターンを自己整合的に形成できる。
【０１３３】
また、第９の発明の半導体装置の製造方法は、下地における段差の下面上のみにレジストパターンを形成する際に、上記下地の表面にポジ型レジストを平坦に塗布し、上記ポジ型レジスト内における下地の段差上面近傍までを全面露光した後、現像を行うので、上記全面露光によって上記ポジ型レジストを上記段差の上面まで薄膜化することができる。したがって、上記下地における段差の下面上のみに、上記上面上への乗り上げがないレジストパターンを自己整合的に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の半導体装置の製造方法によって途中まで形成されたトランジスタの構造を示す図である。
【図２】  図１に示すトランジスタ構造を下地として凹部内にレジストをパターニングする方法を示す図である。
【図３】  図２とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図４】  図２および図３とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図５】  図２〜図４とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図６】  感度の膜厚依存性が大きいレジストの感度曲線を示す図である。
【図７】  図５において図６とは逆の感度膜厚依存性を呈するレジストを用いた場合のレジストパターンを示す図である。
【図８】  図５においてポジ型レジストを用いた場合のレジストパターンを示す図である。
【図９】  図２〜図５とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図１０】  図２〜図９とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図１１】  図２〜図１０とは異なるパターニング方法を示す図である。
【図１２】  従来のアライメントマークを利用したアライメント方法を適用した場合に得られるレジストパターンの例を示す図である。
【符号の説明】
１１…シリコン基板、
１２…絶縁膜(ゲート酸化膜)、
１３…多結晶シリコン膜(ゲート電極)、
１５…シリコン窒化膜、
１６…凸部、
１７…凹部、
２１…ネガ型レジスト、
２２,３２…上層反射防止膜、
２３,３３,４２,５２,６２,７２,８２…レーザ光、
２４,３４,４３,５３,６３…マスク、
２５,５４,６４…露光パターン、
２６,３６,４５…レジスト上層、
２７…露光部上層、
２８…露光部下層、
２９,３９,４７,５５,５６,５７,５８,６５,７４,８５…レジストパターン、
３１,８１…ポジ型レジスト、
３５,４４…遮光パターン、
３７…未露光部上層、
４６…未露光部下層、
４１…染料入りポジ型レジスト、
５１…感度の膜厚依存性の大きなネガ型レジスト、
６１…ＤＯＦが狭いネガ型レジスト、
７１…化学増幅系ポジ型レジスト、
７３,８３…１回露光された領域、
８４…２回露光された領域。
【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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