JP3337020B2

JP3337020B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3337020B2
Application number: JP2000028337A
Authority: JP
Inventors: 正晴瀧澤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2002-10-21
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2001217184A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、露光前の反射を防止してプロセスマ
ージンの悪化を防ぐ有機反射防止膜のウェハ周辺部に生
じた縁だまりの除去を専用の工程を設けずに行えるよう
にする半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおいては、
基板表面の段差、及び反射率の面内ばらつきに起因する
露光プロセスマージンの劣化を抑制するため、有機反射
防止膜を下層に設けている。図７は従来の半導体装置の
製造方法を示す。また、図８、図９、図１０、図１１、
及び図１２は、図７の方法に従った各工程における製造
状態を示す。図８〜図１２において、図中の“Ｓ”はス
テップを表している。図８の（ａ）に示すように、Ｓｉ
やＧａＡｓ等による半導体基板（ウェハ）３０１上に、
酸化膜等の層間絶縁膜３０２が形成される。ついで、図
８の（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３０２上に回転塗
布法により有機反射防止膜３０３が塗布される（Ｓ３０
１）。この有機反射防止膜３０３には、紫外光に感光し
ない特性（即ち、アルカリ現像液に可溶化しない）をも
つ樹脂系が用いられる。この有機反射防止膜３０３は、
塗布後に半導体基板３０１の外周に膨出する部分を生じ
る。

【０００３】有機反射防止膜３０３の半導体基板３０１
の周縁から膨出した部分（膨出部３０３ａ）を除去する
ため、図８の（ｃ）に示すように、有機溶剤３０４を用
いてエッジリンスが行われる。エッジリンスを行わない
場合、膨出部３０３ａがウェハキャリアや装置のウェハ
ホルダなどに接触して剥離すると、汚染の原因になる。
エッジリンスの際、有機溶剤３０４によって有機反射防
止膜３０３が収縮するため、有機反射防止膜３０３の周
辺に半球状の縁だまり３０５が生じる。この縁だまり３
０５は、条件によっては数μｍの高さになり、この縁だ
まり３０５を原因として、半導体基板３０１上には不要
なエッチング残渣が生じる。そこで、後述するように、
エッチング残渣を除去する工程が設けられている。

【０００４】この状態で有機反射防止膜のベークを行
い、続いて、図８の（ｄ）に示すように、回転塗布によ
りフォトレジスト３０６が塗布される（Ｓ３０２）。フ
ォトレジスト３０６においても、図９の（ａ）に示すよ
うに、エッジリンスが行われる。このエッジリンスによ
って、縁だまり３０７が形成される。しかし、この縁だ
まり３０７は、後述のエッジ露光で除去されるため、縁
だまり３０５と異なり、問題にはならない。

【０００５】次に、フォトレジスト３０６のプリベーク
を行った後、図９の（ｂ）に示すように、石英ガラスと
クロム遮光材で構成されたレチクル３０６をマスクに用
いて、紫外光３１０によるパターン露光が行われる（Ｓ
３０３）。このとき、フォトレジスト３０６に紫外光３
１０が照射された部分（紫外光照射部３１１）では光化
学反応が生じ、アルカリ現像液に可溶化する。また、下
層の有機反射防止膜３０３は、フォトレジスト３０６を
透過した紫外光３１０を吸収し反射を抑制するため、フ
ォトレジストと基板界面で反射が起こることにより生じ
るプロセスマージンの悪化を防止することができる。こ
のとき、有機反射防止膜３０３は紫外光３１０に感光し
ないため、全域にわたってアルカリ現像液には不溶のま
まである。

【０００６】ついで、図９の（ｃ）に示すように、紫外
光遮蔽板３１２をマスクにして、フォトレジスト３０６
が感光する波長の紫外光を用いてエッジ露光を行う（Ｓ
３０４）。この後、アルカリ現像液を用いて現像（Ｓ３
０５）を行うことにより、図１０の（ａ）に示すよう
に、フォトレジスト３０６のエッジ部３０６ａ及び紫外
光照射部３１１が除去される（Ｓ３０５）。次に、図１
０の（ｂ）に示すように、有機反射防止膜３０３をエッ
チングにより除去する。さらに、図１０の（ｃ）に示す
ように、層間絶縁膜３０２の露出している部分をエッチ
ングにより除去する（Ｓ３０６）。ついで、図１０の
（ｄ）に示すように、レジストを剥離し（Ｓ３０７）、
エッチング残り部３１３及びパターン部３１４を露出さ
せる。

【０００７】次に、図１１の（ａ）に示すように、フォ
トレジスト３１５を半導体基板３０１のエッチング残り
部３１３及びパターン部３１４の形成面に塗布する（Ｓ
３０８）。ついで、図１１の（ｂ）に示すように、エッ
ジリンスを行う。このとき、フォトレジスト３１５に縁
だまり３１６が形成される。次に、図１１の（ｃ）に示
すように、紫外光遮蔽板３１２をマスクにして紫外光３
１０によりフォトレジスト３１５のエッジ部３１５ａの
露光（Ｓ３０９）ならびに現像を行う（Ｓ３１０）。

【０００８】次に、図１２の（ａ）に示すように、半導
体基板３０１上に残されたエッチング残り部３１３をエ
ッチングし（Ｓ３１１）、さらに、図１２の（ｂ）に示
すように、フォトレジスト３１５を剥離する（ステップ
３１２）。これにより、図１２の（ｃ）に示すように、
半導体基板３０１上からエッチング残り部３１３が除去
され、パターン部３１４のみが残される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
装置の製造方法によると、有機反射防止膜のウェハ周辺
部での縁だまりを除去するために、別途、図７のステッ
プ３０８〜３１２（図１１及び図１２）の工程を設ける
必要がある。この結果、工程数が多くなり、生産性が低
下する。

【００１０】そこで、本発明の目的は、上層のフォトレ
ジストのエッジ露光と現像時に有機反射防止膜の周辺部
に形成された縁だまりを除去し、工程数を減らせるよう
にした半導体装置の製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、第
１の波長の紫外光に感光することによって現像液に溶融
し、第２の波長の紫外光に非感光性を有する反射防止膜
を前記層間絶縁膜上に形成し、エッジリンス剤により前
記反射防止膜の前記半導体基板の周縁にはみ出した部分
を除去し、前記反射防止膜の表面にフォトレジストを塗
布し、エッジリンス剤により前記フォトレジストの前記
半導体基板の周縁にはみ出した部分を除去し、所定の透
光パターンを有するマスクを用いて前記フォトレジスト
を前記第２の波長の紫外光により露光し、前記第２の波
長の紫外光による露光パターンの領域を除いて前記フォ
トレジスト及び前記反射防止膜を前記第１及び第２の波
長の紫外光により露光し、前記フォトレジスト及び前記
反射防止膜を現像液で現像して前記第１及び第２の波長
の紫外光の露光に応じたパターンのフォトレジスト複合
層を形成し、前記フォトレジスト複合層に基づいて前記
層間絶縁膜をエッチングすることを特徴とする半導体装
置の製造方法を提供する。

【００１２】この方法によれば、第２の波長の紫外光に
より所定パターンの露光がフォトレジストに行われ、こ
の露光パターンの領域以外のフォトレジストと反射防止
膜に対して第１及び第２の波長の紫外光により露光し、
この露光部分を現像により除去することにより、反射防
止膜の周縁に形成されていた縁だまりが除去される。し
たがって、半導体製造の工程数が低減し、生産性の向上
が可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の半導体装置の製造
方法を示す。また、図２、図３、図４、図５、及び図６
は図１の方法に従った各工程における製造状態を示す。
図２〜図６において、図中の“Ｓ”はステップを表して
いる。

【００１４】図２の（ａ）に示すように、ＳｉやＧａＡ
ｓ等による半導体基板２０１の片面に、酸化膜等による
層間絶縁膜２０２を設ける。ついで、図２の（ｂ）に示
すように、半導体基板２０１の表面に有機反射防止膜２
０３を回転塗布により塗布する（Ｓ１０１）。有機反射
防止膜２０３には、ｉ線紫外光（３６５ｎｍ）又は該ｉ
線紫外光より長波長の紫外光に感光し、ＫｒＦ紫外光
（２４８ｎｍ）又は該ＫｒＦ紫外光より短波長の紫外光
には感光せず、この感光しない紫外光を吸収し、かつ、
アルカリ現像液に可溶化する性質を持つ樹脂系のフォト
レジスト、例えば、ノボラック系ｉ線用ポジ型フォトレ
ジストを用いる。

【００１５】ついで、図２の（ｃ）に示すように、ポリ
エチレン・グリコール・モノメチルエーテル・アセテー
トなどからなる有機溶剤２０４を用いてエッジリンスを
行い、有機反射防止膜２０３の半導体基板１０１のエッ
ジ部分に付着した部分を除去する。エッジリンスの際、
有機反射防止膜２０３が有機溶剤によって収縮し、有機
反射防止膜２０３の縁だまり２０５が生じる。この状態
で有機反射防止膜２０３のベークを行った後、図２の
（ｄ）に示すように、上面にフォトレジスト２０６の回
転塗布を行う（Ｓ１０２）。ここでは、フォトレジスト
２０６として、ポリヒドロキシスチレンと光酸発生剤等
からなるＫｒＦ用化学増幅系ポジ型フォトレジストを用
いている。次に、図２の（ｅ）に示すように、フォトレ
ジスト２０６についても有機溶剤２０７によりエッジリ
ンスを実施する。このとき、図３の（ａ）に示すよう
に、フォトレジスト２０６の周縁部に縁だまり２０８が
形成される。この縁だまり２０８は、後述するエッジ露
光及び現像によって除去されるため、問題になることは
ない。

【００１６】ついで、図３の（ｂ）に示すように、フォ
トレジスト２０６のプリベークを行った後に、石英ガラ
ス２０９ａとクロム遮光材２０９ｂにより構成されたレ
チクル２０９をマスクに用い、ＫｒＦ光２１０によりパ
ターン露光を行う（Ｓ１０３）。このとき、フォトレジ
スト２０６のうち、ＫｒＦ光２１０が照射された部分
（紫外光照射部２１１）では、光化学反応が起こり、ア
ルカリ現像液に可溶化する。また、下層の有機反射防止
膜２０３はフォトレジスト２０６を透過したＫｒＦ光２
１０を吸収して反射を抑制するため、フォトレジスト２
０６と半導体基板２０１との界面で反射が起きることに
起因するプロセスマージンの悪化が防止される。このと
き、有機反射防止膜２０３はＫｒＦ光２１０を感光しな
いため、全域にわたってアルカリ現像液には不溶のまま
である。

【００１７】次に、図３の（ｃ）に示すように、紫外光
遮蔽板２１２をマスクとして、エッジ露光を実施する
（Ｓ１０４）。このエッジ露光は、ｉ線紫外光とフォト
レジスト２０６のエッジ部のフォトレジスト２０６ａが
感光する波長の紫外光（本実施例ではＫｒＦ光）の両方
を含む紫外光２１３を用いて行う。一般に、化学増幅系
フォトレジストは、ｉ線紫外光又はそれより長波長の紫
外光を高率で透過する。したがって、ｉ線紫外光は下層
の有機反射防止膜２０３まで十分に到達し、エッジ露光
部のフォトレジスト２０６ａとエッジ部の有機反射防止
膜２０３ａは共に感光する。この結果、基板周辺部の化
学増幅系フォトレジスト２０６ａ及び有機反射防止膜２
０３ａのそれぞれの縁だまり２０５と２０８は、エッジ
露光部とともに、図４の（ａ）に示すように、現像を行
うことにより除去される（Ｓ１０５）。

【００１８】次に、図４の（ｂ）に示すように、半導体
基板２０１より露出している有機反射防止膜２０３をエ
ッチングにより除去し、さらに、図４の（ｃ）に示すよ
うに、半導体基板２０１より露出している層間絶縁膜２
０１をエッチングし、除去する（Ｓ１０６）。ついで、
酸又はアルカリ溶液を用いてフォトレジスト２０６及び
有機反射防止膜２０３を剥離すれば、図４の（ｄ）に示
すように、所望のパターン２１４のみが形成される（Ｓ
１０７）。

【００１９】以上説明したように、本発明の実施の形態
によれば、有機反射防止膜２０３の周辺部に形成された
縁だまり２０５をエッジ露光工程で除去できるため、従
来方法に比べ、工程数を大幅に削減することができる。
したがって、生産性を向上させることができる。

【００２０】〔他の実施の形態〕有機反射防止膜２０３
にノボラック系ｉ線用フォトレジストを用いる場合、上
層の化学増幅系フォトレジストとの相互反応（拡散な
ど）を抑制するため、ｉ線用フォトレジストを塗布後の
ベーク温度は、通常条件よりも若干高くするのがよい。

【００２１】図５はｉ線用フォトレジストによる有機反
射防止膜のベーク温度−露光感度特性を示す。また、図
６はｉ線用フォトレジストによる有機反射防止膜のベー
ク温度−溶解速度特性を示す。図５から明らかなよう
に、ｉ線用フォトレジストを回転塗布後のベーク温度が
低いと、ｉ線用フォトレジストの感光剤（ナフトキノン
ジアジド）が化学増幅系フォトレジストに拡散し、化学
増幅系フォトレジストが低感度化する。しかし、ｉ線用
フォトレジスト塗布後のベーク温度が、約１３０℃以上
になるとナフトキノンジアジドの拡散が抑制され、実用
的な露光感度になる。ただし、ベーク温度が２００℃以
上になると、図６に示すように、エッジ露光部のｉ線用
フォトレジストが現像液に不溶化する。したがって、ノ
ボラック系ｉ線用フォトレジストのベーク温度は１３０
℃以上２００℃以下が適当である。

【００２２】なお、上記実施の形態においては、フォト
レジストとしてＫｒＦ用化学増幅系ポジ型フォトレジス
トを用いたが、ＡｒＦ光（１９３ｎｍ）やＦ2 光（１４
６ｎｍ）などの更に短波長の紫外光を用いるフォトレジ
ストや、ネガ型化学増幅系フォトレジストを用いても実
施可能であることは明らかである。また、先の実施例で
は有機反射防止膜としてｉ線フォトレジストを用いた
が、これより長波長を用いるｇ線（４３６ｎｍ）用ポジ
型フォトレジストも使用可能であることも明らかであ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の半導体装置
の製造方法によれば、所定パターンのフォトレジストへ
の露光を第２の波長の紫外光により行った後、このフォ
トレジスト及び反射防止膜の露光パターンの領域を除く
部分に第１及び第２の波長の紫外光で露光し、この露光
部分を現像により除去して反射防止膜の周縁に形成され
ていた縁だまりを除去するようにしたので、半導体製造
の工程数を減らすことができ、生産性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法を示すフローチ
ャートである。

【図２】図１の有機反射防止膜塗布及びレジスト塗布の
段階の構造を示す断面図である。

【図３】図２に続く各工程における構造を示す断面図で
ある。

【図４】図３に続く各工程における構造を示す断面図で
ある。

【図５】ｉ線用フォトレジストによる有機反射防止膜の
ベーク温度−露光感度特性を示す特性図である。

【図６】ｉ線用フォトレジストによる有機反射防止膜の
ベーク温度−溶解速度特性を示す特性図である。

【図７】従来の半導体装置の製造方法を示すフローチャ
ートである。

【図８】図７の層間絶縁膜の形成からフォトレジストの
塗布に至る段階の構造を示す断面図である。

【図９】図８に続く各工程における構造を示す断面図で
ある。

【図１０】図９に続く各工程における構造を示す断面図
である。

【図１１】図１０に続く各工程における構造を示す断面
図である。

【図１２】図１１に続く各工程における構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

２０１半導体基板２０２層間絶縁膜２０３，２０３ａ有機反射防止膜２０４，２０７有機溶剤２０５，２０８縁だまり２０６，２０６ａフォトレジスト２０９レチクル２１２紫外光遮蔽板２１４パターン

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、第１の波長の紫外光に感光することによって現像液に溶
融し、第２の波長の紫外光に非感光性を有する反射防止
膜を前記層間絶縁膜上に形成し、エッジリンス剤により前記反射防止膜の前記半導体基板
の周縁にはみ出した部分を除去し、前記反射防止膜の表面にフォトレジストを塗布し、エッジリンス剤により前記フォトレジストの前記半導体
基板の周縁にはみ出した部分を除去し、所定の透光パターンを有するマスクを用いて前記フォト
レジストを前記第２の波長の紫外光により露光し、前記第２の波長の紫外光による露光パターンの領域を除
いて前記フォトレジスト及び前記反射防止膜を前記第１
及び第２の波長の紫外光により露光し、前記フォトレジスト及び前記反射防止膜を現像液で現像
して前記第１及び第２の波長の紫外光の露光に応じたパ
ターンのフォトレジスト複合層を形成し、前記フォトレジスト複合層に基づいて前記層間絶縁膜を
エッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２】前記第１の波長の紫外光は、ｉ線紫外光
（３６５ｎｍ）又は前記ｉ線紫外光より長波長であり、
前記第２の波長の紫外光は、ＫｒＦ紫外光（２４８ｎ
ｍ）又は前記ＫｒＦ紫外光より短波長であることを特徴
とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記反射防止膜は、ノボラック系ｉ線用
ポジ型フォトレジストを用いることを特徴とする請求項
１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記フォトレジストは、ＫｒＦ用化学増
幅系ポジ型フォトレジストを用いることを特徴とする請
求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記ノボラック系ｉ線用ポジ型フォトレ
ジストは、１３０℃〜２００℃の温度でベークされて前
記反射防止膜として形成されることを特徴とする請求項
３記載の半導体装置の製造方法。