JP2004004299A

JP2004004299A - 電子装置の製造方法

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Publication number: JP2004004299A
Application number: JP2002159776A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Odaka; 小▲高▼　貴浩; Toshihiko Tanaka; 田中　稔彦; Koji Hattori; 服部　孝司; Hiroshi Fukuda; 福田　宏
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Also published as: US20030224560A1; US6780781B2

Abstract

【課題】レジストを遮光体としたレジストマスクの露光光による照射変形を防止し、露光処理量（枚数）に対する変化が少なく、常に高い寸法精度を獲得することが本発明の課題である。
【解決手段】Ｓｉをベース樹脂に含有したレジストあるいは、シリル化プロセスによりＳｉ等の金属を含有させたレジストを遮光体としてフォトマスクパターンを形成し、活性酸素に対する耐性を向上する。
【効果】フォトマスクのレジスト遮光体のパターン変形を抑えることが出来、マスクを繰り返し使用した際に転写されるＳｉウェハ上に形成されるパターン転写寸法精度が向上する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路装置、超伝導装置、マイクロマシン、ＴＦＴ、配線基板等の電子デバイスの製造方法に関し、特に、半導体回路集積装置の製造工程におけるリソグラフィ技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造においては、微細パターンをウェハ上に形成する手段として、リソグラフィ技術が用いられる。リソグラフィ技術においては、主に投影露光装置が用いられる。投影露光装置に装着したフォトマスク（マスク）のパターンをウェハ上に転写してデバイスパターンを形成する。
【０００３】
通常のマスクは、透明なマスク基板上に形成されたクロム（Ｃｒ）のような遮光性を有する金属膜あるいはＭｏＳｉ、ＺｒＳｉＯまたはＳｉＮ等のような減光性または遮光性を有する無機膜を加工して作製される。すなわち、通常のマスクは、透明なマスク基板上に上記金属膜あるいは無機膜が所望の形状で形成されて構成されている。
【０００４】
この金属膜または無機膜は、通常スパッタリング法で形成される。その金属膜の加工はたとえば次のとおりである。すなわち、まず、金属膜上にレジスト膜を塗布した後、そのレジスト膜に所望のパターンを描画する。続いて、現像により所望の形状のレジストパターンを形成した後、そのレジストパターンをマスキング層としてドライエッチングやウエットエッチングで金属膜を加工する。その後、レジストパターンを除去した後、洗浄等を行い、所望の形状の上記金属膜からなる遮光パターンを透明なマスク基板上に形成する。無機膜を用いたマスクも同様の工程で製造される。
【０００５】
しかし、この構成のマスクでは、製造工程数が多く、コストが高くなる問題がある。このマスクの製造工程の簡略化および低コスト化を目的として、たとえば特開平５−２１−８９３０７号公報においては、遮光体をレジスト膜で形成する、いわゆるレジストマスク法が開示されている。この方法は、通常の電子線感応レジスト膜や感光性レジスト膜が波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外光を遮光する性質を利用したものである。この方法によれば遮光膜のエッチング工程やレジスト膜の除去工程が不要となり、マスクのコスト削減、工程の簡略化によるＴＡＴの短縮が可能となる。近年は、半導体集積回路装置の開発競争が進みデバイスデバッグを加速する必要から複数枚のマスクが必要となり、マスクを低コストで作る必要性が高まっている。また、マスクを短期間で作製する必要も高まっている。特に、少量多品種のシステムＬＳＩの需要が高まっているため、この要求は強まっている。これらの観点からマスクを短期間で製造することやマスクのコストを下げることが益々要求されている。
【０００６】
サブミクロン以下の微細パターンを形成するためのリソグラフィ技術として位相シフト法がある。この方法に使用するマスクの１つとしてハーフトーン位相シフトマスクがある。このマスクは、パターンの開口部に半透明膜を配置し、隣り合うパターン間を透過する光の位相を反転させることで、転写像の光強度コントラストを上げるものである。このマスクを使うとウェハ上に波長以下のサイズの微細パターンを形成することも可能となる。このハーフトーンマスクは、通常のバイナリマスクより多くの製造工程を要する。そのためにマスクの価格は通常のＣｒマスクと比較して著しく高い。そこで、レジストを用いて半透明位相膜を感光性の半透明膜で形成することで、さらにコストを低減するハーフトーン型のレジストマスクも提案されている。これは、例えば、特開２００１−３２４７９５号公報に記載がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
レジストマスクはコスト削減、ＴＡＴ短縮に大きな効果があるが、遮光体であるレジスト膜は有機物であるため露光に用いる光により反応しやすい性質を有している。詳細評価の結果、特にＡｒＦ、ＫｒＦなどのエキシマレーザー光を繰り返し露光することによってパターンが変形することが分かった。このようなレジストパターン形状の変形、および光の吸収、位相差の変化による転写パターンの精度低下の解決が、本発明が解決しようとしている課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本題において開示される発明のうち代表的なものの概要は次の通りである。
【０００９】
第一の発明では、レジストを構成する樹脂中にシリコン、ゲルマニウムなどのＩＶ族元素あるいはヨウ素化合物、または金属を含有したレジストを用いてマスク遮光体を形成することにより、露光照射耐性が不充分で、パターン寸法が露光とともに変化していくという本課題を解決した。露光光照射耐性を詳細に調べた結果、光がレジスト遮光体パターンに照射されると表面から反応が進み、膜減りが起っていることが分かった。さらに検討を加えた結果、露光装置のマスク周辺は大気雰囲気であるため、ＡｒＦ、ＫｒＦなどのエキシマレーザー光の照射により発生した活性酸素が膜厚変化、および寸法変化を引き起こすことを見い出した。つまり、活性酸素によるエッチングを主反応としたレジストの表面反応により起きていることが明らかになった。そこで、活性酸素から有機物であるレジストを守るため、シリコン、ゲルマニウムなどのＩＶ族元素、ヨウ素化合物、または金属を含有させ、エッチレートを低減させた。
【００１０】
第二の発明では、感光性で透明なＳｉ含有レジストと露光光であるエキシマレーザー光に対して遮光性を有する有機組成物とを混合して透過率を調整したレジストを半透明膜として用い、ハーフトーンマスクを形成した。位相角の調整は遮光レジストパターンの膜厚を調整することによって行う。
透過率と位相を調整する有機組成物は、露光光の照射によって反応し、透過率と位相が変化する懸念があるが、Ｓｉ含有レジストを用いることによって、透過率と位相の変化を抑えることができた。
【００１１】
第三の発明では、上記マスク上のレジストパターンを形成後に、パターン上に透明な有機オーバーコート膜を塗布することにより、ハーフトーン膜であるレジストの透過率と位相の変化を更に抑制する。
上記発明により、本課題は解決される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を詳細に説明する前に、本願における用語の意味を説明すると次の通りである。
１．「遮光領域」、「遮光膜」、「遮光パターン」と言うときは、その領域に照射される露光光のうち、透過する光が１％未満となる光学特性を有することを示す。
「減光領域」、「減光膜」、「減光パターン」と言うときは、その領域に照射される露光光のうち、透過する光が１％以上４０％未満となる光学特性を有することを示す。一般に、数％から２５％未満のものが使われる。一方、「透明」、「透明膜」というときは、その領域に照射される露光光のうち、６０％以上を透過させる光学特性を有するものを示す。一般に９０％以上のものが使われる。
２．「フォトレジストパターン」は感光性の有機膜をフォトフォトリソグラフィの手法により、パターニングした膜パターンを言う。尚、このパターンには当該部分に関して全く開口のない単なるレジスト膜を含む。
【００１３】
以下、実施例により、発明の詳細を説明する。
（実施の形態１）
第１の実施例は、レジストを遮光体としたバイナリマスクのパターンの変形を防止し、寸法精度の高い転写パターンを得る方法に関するものである。
【００１４】
本実施例では、マスク遮光体用レジストとして、レジストを構成するベース樹脂中にＳｉを含有したレジストを用いた。本レジストは、ベース樹脂としてクレゾールノボラック樹脂、シリコン樹脂としてポリフェニルシルセスキオキサン、感光剤として、ナフトキノンジアジドを用いたレジストである。本レジストは、ベース樹脂中にベンゼン環を有しているため、ＡｒＦエキシマレーザの露光波長である１９３ｎｍに強い吸収を持し、ＡｒＦマスクの遮光体として十分機能する。吸光度は１５／μｍ以上であった。したがって膜厚が０．２μｍ以上有ればＯＤ値は３以上と十分な遮光性が得られた。ここでＯＤ値とは膜への入射光量をＩ０、膜を透過してくる光の光量をＩとしたときに−Ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０）で表される値のことである。
【００１５】
図１は本レジストを遮光体として作製したマスクの外観図である。石英マスク基板１０１上に本レジストを塗布し、レーザーライタで遮光体パターン１０２を形成した。１０３はマスク合わせマークであり、本実施例ではＣｒ遮光体枠１０６の中に形成した。但しこれは一例であり、マスク合せ検出光にＡｒＦエキシマレーザー光のような短波長光を用いる場合にはレジストで遮光体枠１０６を形成してもよい。なお、１０４はマスク描画用合わせマーク、１０５は露光装置の露光可能領域、１０６はマスクアライメントマークである。パターン形成後、マスク基板上にペリクル枠を設け、ペリクル１０７を装着した。本マスクを用い、ＡｒＦエキシマレーザ露光装置を用い繰り返しパターン転写を行なったところ、マスクパターン寸法の変化は、シリコン樹脂を含有しないクレゾールノボラック樹脂とナフトキノンジアジドからなるレジストを用いた場合に比べ半減し、マスク上遮光体パターンの変形が抑制出来ていることが確認できた。照射量１ｋＪ／ｍ^２当たりマスク上で６０ｎｍの寸法変化があったものが、本方法により３０ｎｍの変化に低減した。
【００１６】
本実施例では、パターンの変形を防止するための物質としてシリコン樹脂を含有した例であるが、シリコンの代わりにゲルマニウムやＩＶ族元素含有物、ヨウ素化合物、金属化合物を含有させてもよかった。但しシリコン含有レジストが最も解像度を出しやすかった。
【００１７】
なお、シリコン樹脂としてはポリフェニルシルセスキオキサンの他、ポリヒドロキシベンジルシルセスキオキサン、ポリトリメチルスチレン、トリメチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、ポリジメチルフェニルビニルシロキサン、シリルフェニレン−シロキサン共重合体、ポリ（ｐ−ジシラフェニレン）、ポリメタクリロキシエチルトリス（トリメチルシリル）シラン、ポリトリス（トリメチルシロキシ）シリルプロピルメタクリレートなども使える。
【００１８】
（実施の形態２）
第２の実施例は、実施の形態１のシリコン含有レジストの透過率を調整し、減光体パターンとしたハーフトーン位相シフトマスクについて示したものである。本実施例では、ベース樹脂としてクレゾールノボラック樹脂、シリコン樹脂としてポリフェニルシルセスキオキサン、感光剤として、ナフトキノンジアジドを用いるレジストを用い、レーザーライターを用いて石英基板上にパターンを形成した。但し、本実施例では、シリコン樹脂の割合を増加することにより透過率を上げ、透過率を１０％、位相角がπになるように調整した。この段階でＡｒＦエキシマレーザ露光に対するこのレジストパターン（マスクパターン）の寸法変化は実施例１と同様に低減された。
【００１９】
ここで本実施例では、レジストとして感光性のレジストを用いたが、それに限定されるものではない。たとえば、ポリヒドロキシスチレン樹脂の化学増幅型ポジ型電子線レジストなども用いることが出来る。また、透過率についても、１０％に限定されるものではなく、シリコン樹脂の濃度を変えることにより、１〜２５％の範囲で用いることが出来る。ハーフトーン位相シフトマスクでは、実パターンの像の外側に、位相反転効果に起因する虚像、いわゆるサブピークが生じることが知られているが、透過率を調整することにより、サブピークの転写を抑えることが出来る。透過率１−４％ではサブピークを気にせず露光裕度向上効果があり、４−６％ではサブピークの四重点（四方からの回折光が互いに強め合う方向で強め合う特異点）を避けるパターン配置の場合に適用できて露光裕度は更に広がり、６−１２％では三重点以上を避けるパターン配置の場合に適用できて解像度が向上し、１２−２５％では孤立ホールなど孤立パターンの場合に特に解像度が向上する。このように、パターンの配置に応じてシリコン樹脂と通常のレジストとの混合比を調整することにより使用する透過率を１−２５％調整することで効果が確認できた。
【００２０】
なお、現像時の膜減りがより少ないレジストを用いる程、位相制御を行い易い。また、ここでは位相差がπになる場合を示したが、３πとしても良い。ただ５πのように更に大きくなるとレジストの膜厚が厚くなり転写精度に悪影響が出るのでこのような大きな位相差は避けた方が良い。
【００２１】
次に、ガラス基板上に膜厚２０ｎｍのクロム（Ｃｒ）を堆積させ、その上に膜厚１５０ｎｍのＳｉ含有レジストを形成した２層膜からなるハーフトーン位相シフトマスクへの適用した例を示す。この場合、露光光に対する遮光性は、クロム（Ｃｒ）で十分安定に確保が出来、一方１８０度反転の位相シフトはＳｉ含有レジストの膜厚で調整が可能である。本Ｓｉ含有レジストは露光光の照射に対して、耐光性を有するため、膜厚の変化が小さく抑えられ、位相シフトのずれはほとんど見られない。
【００２２】
本マスクの作製後、マスクパターン上部に酸素遮断性のある透明な有機オーバーコート膜を塗布した。膜厚は６０ｎｍであったが、これに限るものではない。有機オーバーコート膜としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などを用いたが、これに限定されるものではなく、塗布膜の平坦性がよく、マスクパターン間に均一に塗布できる酸素遮断性の膜であればよい。上記方法によりレジストパターンの透過率および位相変化を１％以内に低減することが出来た。
【００２３】
（実施の形態３）
本実施例は、レジスト遮光体パターンの変形を防止する方法に関する第３の実施例を示したもので、図２を用いて説明する。
【００２４】
通常の電子線感応ポジ型レジストを用い、電子線描画装置により石英マスクブランクス１０１上にレジストパターン２０２を描画後（図２（ａ））、通常の現像液を用いて現像を行ない、パターンを形成した（図２（ｂ））。このマスクパターンに対してＤｅｅｐ　ＵＶ光による全面露光を行ない、パターン表面にアルカリ可溶基を生成させた。その後、シリル化剤であるビスジメチルアミノジメチルシランと、レジスト緩和剤である酢酸−２−エトキシエチル（ＥＣＡ）を含んだキシレン溶液２０３を滴下し（図２（ｃ））、シリル化層を形成した（図２（ｄ））。その後、マスク基板を回転させて揮発溶剤を飛散し、さらに、キシレンを滴下してリンスし、表面にシリル化層２０４が成長したレジストマスクを製造した。このようにしてシリル化を行うことにより遮光体としてのレジストパターンへの露光光照射の際に発生する活性酸素からの耐性が向上し、露光によるレジスト遮光体パターンの膜減り量および寸法変化を従来の通常の電子線感応ポジレジストを用いた場合に比べ半減させることができた。
なお、シリル化の際パターンが多少膨潤することが知られている。本実施例のように、レジストパターンのシリル化によりレジストパターンの照射耐性を向上させる場合には、パターンの膨潤が数ｎｍ以内になるように条件を最適化することが必要である。
【００２５】
本実施例では、レジストとして電子線感応レジストを用いたが、露光に用いる光に対して遮光性を有し、ＤＥＥＰ　ＵＶ光によりアルカリ可溶性基を生成してシリル化が可能なレジストであれば代わりに用いることが出来る。
また、シリル化剤としては、ＥＣＡのほか、ヘキサメチルシクロトリシラザン、ビスジメチルアミノメチルシランなどを用いることができる。また、レジストの緩和剤としては、酢酸−２−エトキシエチルのほか、酢酸−２−ブトキシエチル、酢酸−ｎ−プロピル、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ｎ−ブチルアルコールなどを用いることも出来る。また、本方法では、液相シリル化法によりシリル化を行なっているが、気相シリル化法によってシリル化を行なってもよい。
【００２６】
このように、レジストパターン形成後にシリコンを含有させることにより、照射耐性を向上させることが出来、パターン寸法の変化を半減することが出来た。
【００２７】
本実施例では、シリコンをパターン中に含有させたが、金属誘導体など照射耐性の向上に効果のある物質であれば代わりに用いることができる。また本方法の特徴はレジストパターンをまず形成してからシリコンを導入したことである。このことによりパターン形成の解像度に悪影響を与えずに高い濃度のシリコンを導入することが可能となる。
【００２８】
（実施の形態４）
本方法により作製したフォトマスクを適用し、半導体デバイスの製造を行なった。ここで製造したものはツイン・ウエル方式のＣＭＩＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ＭＩＳ）回路を有する半導体集積回路装置で、その製造工程を図３を用いて説明する。
【００２９】
図３は、その製造工程中における半導体ウェハ３の要部断面図である。半導体ウェハ３を構成する半導体基板３ｓは、例えばｎ−型の平面が円形状のＳｉ単結晶からなる。その上部には、例えばｎウエル６ｎおよびｐウエル６ｐが形成されている。ｎウエル６ｎには、例えばｎ型不純物のリンまたはＡｓが導入されている。
また、ｐウエル６ｐには、例えばｐ型不純物のホウ素が導入されている。ｎウエルおよびｐウエルは以下のようにして形成する。まず半導体基板３ｓ上にマスク合わせ用のウェハライメントマークを形成する。（図示せず）このウェハライメントマークは選択酸化工程を付加してウエル形成時に作成することもできる。その後図３（ａ）に示すように半導体基板３ｓ上に酸化膜１７を形成し、引き続きインプラマスク用のレジストパターン１８を酸化膜１７上に形成する。その後リンをインプラした。このインプラマスク用レジストパターン１８の形成には、通常のＣｒを遮光体としたフォトマスクを用いた。
その後アッシャを行ってレジスト１８を除去し、酸化膜１７を除去した後、図３（ｂ）に示すように半導体基板３ｓ上に酸化膜１９を形成し、引き続きインプラマスク用のレジストパターン２０を酸化膜１９上に形成する。その後リンをインプラした。このインプラマスク用レジストパターン２０の形成にも通常のＣｒを遮光体としたフォトマスクを用いた。これらのインプラ用のマスクは対象線幅がウェハ上０．８μｍ（マスク上３．２μｍ）であり、要求精度もその対象寸法に対し±１５％と比較的大きいことから、Ｃｒマスクでも製造コスト全体に与える影響は小さい。
【００３０】
その後、レジスト２０と酸化膜１９を除去し、半導体基板３ｓの主面（第１の主面）に、例えば酸化シリコン膜からなる分離用のフィールド絶縁膜７を溝型アイソレーションの形で形成した。（図３（ｃ））なお、アイソレーション方法としてはＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ　Ｏｘｉｄｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）法を用いてもよい。但し、ＬＯＣＯＳ法ではバーズビークが伸びるなどの理由によってレイアウト寸法が大きくなるという問題がある。このアイソレーション作製時のフォトマスクには実施の形態１で示したレジストを遮光体としたフォトマスクを用いた。
【００３１】
このフィールド絶縁膜７によって囲まれた活性領域には、ｎＭＩＳＱｎおよびｐＭＩＳＱｐが形成されている。ｎＭＩＳＱｎおよびｐＭＩＳＱｐのゲート絶縁膜８は、例えば酸化シリコン膜からなり、熱酸化法等によって形成されている。また、ｎＭＩＳＱｎおよびｐＭＩＳＱｐのゲート電極９は、例えば低抵抗ポリシリコンからなるゲート形成膜をＣＶＤ法等によって堆積した後、その膜を、ＡｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置および実施の形態１で示したレジストを遮光体としたマスクを用いてリソグラフィを行い、その後エッチングを行って形成されている。通常のレジストを遮光体としたマスクは、Ｃｒマスクに比べ低コストで高精度のパターンが形成でき、さらにマスクコストが下がるという利点があるが、実施の形態１で示したレジストを遮光体としたマスクは、従来のマスクと比較して露光光の照射による耐性が著しく向上しているために、露光によるマスクパターンの膜減りおよび寸法変化が生じない長寿命のマスクであり、半導体集積回路の量産の際、ゲート加工を常に精度よく行なうことが可能となる。このような長寿命のレジストマスクを用いてマスクパターン、特にゲート電極が精度良く加工できることは、半導体集積回路を量産する上で特に効果が大きかった。
【００３２】
ｎＭＩＳＱｎの半導体領域１０は、例えばリンまたはヒ素を、ゲート電極９をマスクとして半導体基板３ｓにイオン注入法等によって導入することにより、ゲート電極９に対して自己整合的に形成されている。また、ｐＭＩＳＱｐの半導体領域１１は、例えばホウ素を、ゲート電極９をマスクとして半導体基板３ｓにイオン注入法等によって導入することにより、ゲート電極９に対して自己整合的に形成されている。ただし、上記ゲート電極９は、例えば低抵抗ポリシリコンの単体膜で形成されることに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば低抵抗ポリシリコン膜上にタングステンシリサイドやコバルトシリサイド等のようなシリサイド層を設けてなる、いわゆるポリサイド構造としても良いし、例えば低抵抗ポリシリコン膜上に、窒化チタンや窒化タングステン等のようなバリア導体膜を介してタングステン等のような金属腹を設けてなる、いわゆるポリメタル構造としても良い。
【００３３】
まず、このような半導体基板３ｓ上に、図３（ｄ）に示すように、例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜１２をＣＶＤ法等によって堆積した後、その上面にポリシリコン膜をＣＶＤ法等によって堆積する。
続いて、そのポリシリコン膜を、実施の形態１記載のレジストを遮光体としたフォトマスクを用いてリソグラフィをおこない、エッチングしてパターニングした後、そのパターニングされたポリシリコン膜の所定領域に不純物を導入することにより、ポリシリコン膜からなる配線１３Ｌおよび抵抗１３Ｒを形成する。
【００３４】
その後、図３（ｅ）に示すように、半導体基板３ｓ上に、例えば酸化シリコン膜１４をＣＶＤ法等によって堆積した後、層間絶縁膜１２および酸化シリコン膜１４に半導体領域１０，１１および配線１３Ｌの一部が露出するような接続孔１５を実施の形態１記載のレジストを遮光体としたフォトマスクを用いてリソグラフィを行い、エッチングして穿孔する。
【００３５】
さらに、半導体基板３ｓ上に、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）およびタングステン（Ｗ）からなる金属膜をスパッタリング法およびＣＶＤ法により順次堆積した後、その金属膜を実施の形態１に記載のレジストを遮光体としたフォトマスクを用いてリソグラフィを行い、エッチングすることにより、図３（ｆ）に示すように、第１層配線１６Ｌ１を形成する。これ以降は、第１層配線１６Ｌ１と同様に第２層配線以降を形成し、半導体集積回路装置を製造する。
【００３６】
本実施例では、実施の形態１に記載のレジストを遮光体に用いたマスクを７枚使用したが、このマスクは劣化寿命が長いため、マスク再作製の必要がなく、マスクコストを大幅に削減することが出来た。
【００３７】
もう一つの特徴はウェハ上にスカムの少ないレジストパターンを形成できることである。ベンゼン環を含む通常のレジストはＡｒＦエキシマレーザ露光のような真空紫外光露光を極めて強く吸収する。その吸収率は２０μｍ−１にも及ぶ。このためフォトマスク上に僅かなレジスト残り、すなわちスカムが残るとそれがマスクになって転写され、欠陥となる。一方、シリコンをレジストに含有させると真空紫外光の遮光性が少し下がって僅かにレジストが残った程度では転写しなくなる。すなわちマスク上スカム欠陥転写が改善される。実際、通常のレジストを用いＡｒＦエキシマレーザ露光で１３０ｎｍノードの半導体集積回路を製造すると、レジストがマスク上に１０ｎｍ残っても転写寸法異常が生じ、歩留りを低下させることが分かった。１０ｎｍのスカム残りは容易には検出できないのでこれは大きな問題になっていた。しかし、レジストにシリコンを含有させることによりＡｒＦエキシマレーザ光に対する遮光率を半減させることが可能となって、スカムマージンも倍に増えた。このためマスク上に１０ｎｍのレジストが残っても寸法歩留りを低下せせることはなくなった。
【００３８】
また本実施例では実施例１で示したレジストを遮光体としたバイナリマスクを適用した場合を示したが、ゲート形成や接続孔形成などに実施例２で示したレジストを減光体としたハーフトーンマスクを用いればこれらの層の解像度や露光裕度が向上する。この場合も従来のレジストを減光体としたハーフトーンマスクに比べ露光寿命が寸法変化の観点で倍増、透過率変化の観点で３倍増となった。
【００３９】
図４は半導体集積回路のパターンレイアウトを示す。３００は拡散層、３０１はゲート配線、３０２はコンタクト孔（基板接続孔）、３０３は配線接続孔そして３０４は配線である。これらのパターンは全て上記のＳｉを含有させたレジストをマスク材としたフォトマスクを用いて形成した。従来のＳｉを含有しないレジストをマスク材としたフォトマスクでは使用開始当初は問題がないが、露光処理数（ウェハ処理数）が増える毎にマスクパターン寸法が変化し、ウェハ上のパターン寸法も変化する。このため従来のレジストマスクを用いると下記のような問題が生じた。
【００４０】
ゲート配線３０１の寸法が変化するとＭＯＳデバイス特性が大きく変化し、回路動作に変調が生じる。また、コンタクト孔３０２は露光処理数が増える毎に大きくなりゲート配線とのショートマージンが減り、歩留り低下要因となる。配線接続孔３０３は露光処理が増す毎にその開口が大きくなり、合わせずれなどの要因も加わって、下地のゲート配線を踏み外すと、下地削れや洗浄液の染み込み等の問題が起こって歩留りが低下する。配線３０４も露光処理が増す毎に細っていくので同様の踏み外し歩留り低下の問題が生じる。一方、上記Ｓｉを含有させたレジストをマスク材としたフォトマスクを用いると、露光処理に伴うパターン寸法変化が少ないので上記問題を解決することができた。
【００４１】
（実施の形態５）
第５の実施の形態では、露光装置のマスクステージ周辺を窒素または不活性ガスでパージすることにより、レジストパターンの変形を防止する方法を示す。
【００４２】
図５は本発明を実施する装置の構成を示す図である。ＡｒＦエキシマレーザ（図示せず）から発した光４０１は、光源絞り部４０４やコンデンサレンズ４０５〜４０７を介してマスク４０８を照明し、マスク４０８上に描かれているパターンは、投影レンズ４１１による結像作用でウェハ４１２上に転写される。
【００４３】
実施の形態１に示した、レジストを遮光体とするマスク４０８は、マスクステージ４０９に載置するに先立って、マスク搭載室５０７とバルブ４０１を隔てて隣接するマスク準備室４０４に準備される。マスク搭載室は窒素パージ手段５０８により窒素置換され、酸素濃度モニタ５２０によって酸素濃度１０ｐｐｍ以下に保たれるよう管理されている。また、マスク準備室５０４の内部は、最初は通常の大気が満たされている状態であるが、マスクがマスク準備室内部に導入されると、窒素パージ手段５０５により真空排気と窒素充填を繰り返し行なって、窒素置換を行なう。
そして、酸素濃度モニタ５０６により酸素濃度が１０ｐｐｍ以下になったと判断した時点でバルブ５０１が開放され、マスクがマスク搭載室５０７へと導入され、マスクステージへ載置される。
【００４４】
以上の工程により、マスク周辺の雰囲気の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下に保ち、マスクをマスクステージに載置することができた。マスクにはペリクルが張り付けられているが、ペリクル内部を簡便にパージできる機構を持つものであれば特に問題はない。
また、必要に応じて、ペリクル枠の内側に脱酸素材あるいは酸素濃度をモニタする部材を設けてあらかじめ酸素濃度を所定値以下に保ってもよい。一方、半導体ウェハ４１２はウェハステージ４１３に搭載される。通常の方法でマスクとウェハを所定位置に位置決めした後、マスクパターンをウェハ上に転写した。
【００４５】
以上により、レジストを遮光体とするマスクの周囲の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下に保ち、マスクの交換も可能にしてパターン転写を行なうことことが出来たため、実施の形態４に代表されるような半導体装置の製造に用いるレジストマスクのパターンの寸法変化を防止することが出来、パターンを精密に、しかも複数個の半導体装置の製造に際し、パターンの寸法を変動させることなく形成することが可能となった。
【００４６】
本実施例では主に窒素パージの例を示したが、露光光に対して透明であり、レジストに対して不活性なガスであればよい。たとえば、窒素の代わりにヘリウム、ネオン等の不活性ガスの置換も有効である。さらに付け加えると酸素濃度が少ないことが肝要であり、このため酸素吸着剤を使用することは有効である。
【００４７】
（実施の形態６）
直径が８から１０ｎｍのＳｉＯ_２粒をＥＢレジストに分散させたレジストを調整し、そのレジストを用いてフォトマスクを製造した。ＳｉＯ_２粒の含有量を上げるとその含有量に比例してレジストの吸光度は下がり、例えばＳｉＯ_２粒含有量がレジスト固形分全体の２５ｗｔ％となると、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する吸光度は２０μｍ^−１から１５μｍ^−１に２５％下がった。
ＡｒＦエキシマレーザ露光に対する膜べり、および寸法変化はＳｉＯ２粒含有量が増えるとともに小さくなる。図６にＳｉＯ_２粒含有量とレジストのＡｒＦエキシマレーザ光照射による膜べりの様子をエッチングレートで示す。寸法変化の（相対）レートもほぼこのレートとなる。このデータは大気中照射の結果である。
【００４８】
ＳｉＯ_２粒含有量とともにレジスト膜べり、寸法変化は小さくなった。ＳｉＯ_２粒含有量が一定以上に増えるとレジストの解像度低下し、レジスト形状も劣化した。種々調べたところ含有量が３５ｗｔ％を超えると形状劣化が目立つようになった。２５ｗｔ％以下では、フォトマスク用途としては、解像度、形状ともに問題は認められなかった。したがって、ＳｉＯ_２微小粒をレジストに加えることにより露光光照射耐性は向上し、２５ｗｔ％含有で膜べりおよび寸法変化を約１／３に減らすことが出来た。
【００４９】
（実施の形態７）
Ｓｉ樹脂に必要に応じて酸発生剤等を混合して化学増幅系を構成することにより、アルカリ現像可能な感光性レジストを実現できることが広く知られている。ここで用いられるＳｉ樹脂のいくつかは、樹脂自体の組成・構造の調整によってＡｒＦ波長における光吸収の値を制御することができる。本実施の形態では、マスク基板上に塗布形成したポリメチルシラザン膜に電子線描画、アルカリ現像してマスクパターンを形成した。ポリメチルシラザンは、ＡｒＦ波長に対して極めて大きな光吸収を有するので、これだけでＡｒＦ用遮光マスクとして使用可能であった。但し、露光雰囲気で光酸化がされるとＳｉ‐Ｎ結合がＳｉ‐Ｏ結合に変換されることにより膜の光透過率が増大してしまうため、パターンの全面に極薄カーボン膜等の酸素遮蔽膜を設けるか、又は、実施の形態５に示したように、露光雰囲気から酸素を除外する等、酸化を防ぐための方策を講じることが望ましい。
【００５０】
一方、実施の形態４に述べたように、従来ノボラック樹脂はＡｒＦ波長における光吸収が極めて大きいため、作製したマスクの開口部分に極微小なスカムが残存しただけで、その部分の光透過率が減少し、転写パターンの寸法精度に深刻な影響を及ぼすという問題があった。上記ポリメチルシラザンのパターン形成後、酸素存在雰囲気中で所定の熱処理を行ってＳｉ−Ｎ結合の一部をＳｉ−Ｏに変換することにより、ＡｒＦ波長における光透過率を調整し、スカム転写性の観点から最適なレベルに制御することができる。さらに、本実施の形態によれば、熱処理条件と膜厚の２つのパラメータを変えることにより、膜を透過した光の位相と光透過率の２つの特性を各々独立に制御・調整することができる。このため、実施の形態２に述べたのと同様に、任意の透過率のハーフトーンマスクを実現することができる。なお、これら調整後のマスクは、露光による光透過率変化を避けるために膜の酸化を防ぐための方策を講じることが望ましいことは上記と同様である。なお、ポリメチルシラザンに限らず、ポリメチルシルセスキアザン等を用いてもよい。膜のクラック耐性等の観点からはポリメチルシルセスキアザンの方が好ましかった。
【００５１】
又、ＡｒＦ波長で元々十分に透明なＳｉ樹脂（ポリメチルシルセスキオキサン等）をベースとする感光性レジストと、ＡｒＦ波長に強い光吸収を有するフェノール樹脂ベース感光性レジストを混合することによってその光吸収の値を制御してもよい。これにより、光吸収をスカム転写性の観点から最適なレベルに制御したり、透過光位相と透過率を独立制御することも可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明により、フォトマスクのレジスト遮光体のパターン変形を抑えることが出来、マスクを繰り返し使用した際に転写されるＳｉウェハ上に形成されるパターン転写寸法精度が向上する。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマスクの概観を示した構造図。
【図２】本発明マスクの製造工程を示す要部断面工程図。
【図３】本発明を用いて製造された半導体装置の製造工程を示す要部断面工程図。
【図４】本発明を用いて製造された半導体装置のパターン配置を示すレイアウト図。
【図５】本発明で用いた露光装置の概要を示す説明図。
【図６】本発明のマスクの特性を示す特性図。
【符号の説明】
１０１…石英ブランクス、１０２…レジスト遮光体パターン、１０３…合わせパターン、１０７…ペリクル枠、２０２…レジスト、２０３…シリル化剤とレジスト緩和剤を含んだキシレン溶液、２０４…シリル化層、３ｓ…半導体基板、６ｎ…ｎウエル、６ｐ…ｐウエル、７…フィールド絶縁膜、８…ゲート絶縁膜、９…ゲート電極、１０…ｎＭＩＳＱｎの半導体領域、１１…ｐＭＩＳＱｐの半導体領域、１２…層間絶縁膜、１３Ｌ…配線、１３Ｒ…抵抗、１４…酸化シリコン膜、１５…接続孔、１６Ｌ１…第１層配線、３００…拡散層、３０１…ゲート配線、３０２…コンタクト孔、３０３…配線孔、３０４…配線、４０１…照明光、４０４…照明絞り、４０７…コンデンサレンズ、４０８…マスク、４１１…縮小投影レンズ、４１２…ウェハ、５０１…バルブ、５０４…マスク準備室、５０７…マスク搭載室。

Claims

所望のパターンを有するフォトマスクを用いて、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）またはそれより短い波長を有する露光光の照射により前記所望のパターンを半導体基板上に転写する工程を備え、
前記所望のパターンは、電子線感応性材料または感光性材料を描画、現像して作成された前記露光光に対して遮光性を有する材料からなるレジスト膜で形成され、
前記レジスト膜はその少なくとも表面を含む領域に、前記露光光の照射により前記所望のパターンが変形するのを防止する物質を含有することを特徴とする電装置の製造方法。
所望のパターンを有するフォトマスクを用いて、露光光の照射により前記所望のパターンを半導体基板上に転写する工程を備え、
前記所望のパターンは、電子線感応性材料または感光性材料を描画、現像して作成された前記露光光に対して遮光性を有する材料からなるレジスト膜で形成され、
前記レジスト膜はその少なくとも表面を含む領域に、前記露光光の照射により前記レジスト膜が酸化され、その酸化された膜の領域が気化することによって前記所望のパターンが変形するのを防止する物質を含有することを特徴とする電子装置の製造方法。
前記物質は、シリコンまたはゲルマニウムなどのＩＶ族元素含有物、ヨウ素化合物または金属含有物であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
所望のパターンを有するフォトマスクを用いて、露光光の照射により前記所望のパターンを半導体基板上に転写する工程を備え、
前記所望のパターンは、電子線感応性材料または感光性材料を描画、現像して作成された前記露光光に対して遮光性を有する材料からなるレジスト膜で形成され、
前記レジスト膜のパターン形成後に、前記レジスト膜表面の酸化を防止するオーバーコート膜を被覆することを特徴とした電子装置の製造方法。
所望のパターンを有するフォトマスクを用いて、露光光の照射により前記所望のパターンを半導体基板上に転写する工程を備え、
前記所望のパターンは、前記露光光に対して透明な有機または無機組成物と
前記露光光に対して遮光性を有する有機または無機組成物との混合物を含むレジスト膜からなり、
前記レジスト膜は、前記所定の露光光に対して所定の透過率になるように前記混合物の混合比が調整されていることを特徴とする電子装置の製造方法。
前記所定の透過率は、１〜２５％の範囲となるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の電子装置の製造方法。
前記レジスト膜を透過する前記露光光の位相差が、πまたは３πとなることを特徴とする請求項５に記載の電子装置の製造方法。
前記露光光の照射による前記レジスト膜表面の酸化を防止する物質がシリコンまたはゲルマニウムなどのＩＶ族元素であることを特徴とする請求項５に記載の電子装置の製造方法。
前記所望のパターン表面に、前記レジスト膜の透過率および位相の変化を防止する有機膜が被覆されていることを特徴とする請求項５に記載の電子装置の製造方法。
露光装置を用いて、所望のパターンを有するフォトマスクに露光光を照射し、前記所望のパターンを半導体基板上に転写する工程を備え、
前記露光装置は、前記フォトマスクを保持するマスクステージと、
前記マスクステージを囲む筐体からなるマスク搭載室とを有し、
前記露光光の照射時に、前記マスクステージを含む周辺領域の酸素濃度が大気の酸素濃度より低く設定されていることを特徴とした電子装置の製造方法。
露光装置を用いて、所望のパターンを有するフォトマスクに露光光を照射し、前記所望のパターンを半導体基板上に転写する工程を備え、
前記露光装置は、前記フォトマスクを保持するマスクステージと、
前記マスクステージを囲む筐体からなるマスク搭載室とを有し、
前記露光光の照射に先立って、前記マスクステージを含む周辺領域を、前記露光光に対して透明な不活性気体雰囲気でパージする手段を有することを特徴とした電子装置の製造方法。
ゲート電極形成工程を有する電子装置の製造方法において、
少なくとも前記ゲート電極形成工程に、請求項１に記載のフォトマスクを用いることを特徴とする電子装置の製造方法。