JP4417090B2 - パターン形成方法、マスクおよび露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン形成方法、マスクおよび露光装置に関し、特に、化学増幅型のレジスト膜を用いたパターン形成方法、このパターン形成方法に使用されるマスクおよび露光装置に関する。

近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。

この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板の表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望の微細パターンを形成する工程、および、この微細パターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。

パターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。

従来、例えば６４Ｍビットまでの集積度のＤＲＡＭの製造には、高圧水銀灯のｉ線（波長：３６５ｎｍ）が光源として使用されてきた。近年では、２５６メガビットＤＲＡＭの量産プロセスには、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、１ギガビット以上の集積度を持つＤＲＡＭの製造には、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の実用化が検討されている。さらに、１００ｎｍ以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いＦ_２（フッ素）エキシマレーザ（波長：１５７ｎｍ）、さらには極端紫外（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光（波長：１３ｎｍ）を露光光源として用いることも考えられている。

このようなフォトリソグラフィ技術においては、従来より化学増幅型レジストが用いられている。

一般に、ポジ型の化学増幅型レジストは、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤を含有する。従来、ＡｒＦエキシマレーザに対応するレジストなどでは、アルカリ不溶性ポリマーとして、脂肪族系ベースポリマーの側鎖に結合したアルカリ可溶性基を保護基によってブロックした構造を有するものが用いられてきた。これは、脂肪族系ベースポリマーが露光光に対して高い透明性を有することによるものである。

このような化学増幅型レジストに対し、縮小投影露光装置を用い、適当なマスクを介して露光光を照射すると、露光部で酸発生剤が分解することによって酸を生じる。次に、加熱処理を行うと、アルカリ可溶性基をブロックしている保護基が酸の触媒作用により加熱分解して脱離する。これにより、化学増幅型レジストは、露光部においてアルカリ可溶性となる。その後、アルカリ現像液を用いた現像処理によって露光部を溶解除去すると、未露光部からなるレジストパターンが形成される。得られたレジストパターンをマスクとして下地膜をドライエッチングすることにより、下地膜にパターンを形成することができる。

ところで、脂肪族系ベースポリマーを有する化学増幅型レジストは、プラズマに対するエッチング耐性が低い。このため、下地膜をドライエッチングする際にレジストパターンがダメージを受け、下地膜を所望の寸法および形状を有するパターンに加工できないという問題があった。そこで、従来より、レジストパターンの全体に真空紫外（Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ，以下、ＶＵＶという。）光を照射することによって、レジストのドライエッチング耐性を向上させる方法がとられている。

一方、レジストパターンにＶＵＶ光を照射すると、レジストパターンのシュリンク（収縮）が起こる。したがって、この現象を利用することによって、上記のエッチング耐性の向上に加えて、レジストパターンを露光解像度を超えた微細なパターンにすることができる。

しかしながら、この場合には以下のような問題があった。

図１６は、ゲート電極部分の平面図である。図１６（ａ）において、３０は、目標とするデータの通りに作成したマスクパターンである。また、３１は活性領域、３２は基板コンタクト、３３はゲートコンタクトである。

図１６（ａ）で、マスクパターン３０を有するマスクを介してレジストを露光した後、このレジストに対して加熱および現像を行うとレジストパターン３４が得られる。図から分かるように、レジストパターンの端部３４ａは、光学近接効果によってマスクパターンの端部３０ａより内側に後退している。このため、レジストパターン３４とゲートコンタクト３３との重なりマージンは小さいものとなる。

次に、レジストパターン３４にＶＵＶ光を照射すると、レジストパターン３４のシュリンクによってレジストパターンの端部３４ａはさらに内側に後退し、レジストパターン３４とゲートコンタクト３３との重なりは一層小さいものとなる。そして、場合によっては、図１６（ｂ）に示すように、レジストパターン３４とゲートコンタクト３３とが重なる面積そのものが小さくなることも起こり得る。こうしたことによって、安定的に動作可能な半導体装置を製造することができなくなるという問題があった。

これに対しては、レジストの露光を行う際に、光学近接効果およびＶＵＶ光の照射によるレジストパターンのシュリンクを考慮したマスクを使用することによって対処することが考えられる。しかしながら、パターンの微細化に伴い、レジストパターンの後退による上記面積の変動量は、レジストパターンの形状や大きさなどによっても影響を受けるようになっている。このため、これらを総合的に考慮してマスクを作成することは極めて困難であり現実性に乏しい。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、ＶＵＶ光照射によるレジストパターンのシュリンクによって、レジストパターンと被加工基板の所定領域との重なりマージンが小さくなるのを防いで、被加工基板に所望の微細パターンを形成することのできるパターン形成方法を提供することにある。

また、本発明は、上記のパターン形成方法に適用可能なマスクおよび露光装置を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明のパターン形成方法は、配線パターンが形成された半導体基材の上に被加工膜を形成する工程と、この被加工膜の上に化学増幅型のレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンに真空紫外光を照射する工程と、真空紫外光を照射した後のレジストパターンをマスクとして被加工膜をドライエッチングし被加工膜のパターンを形成する工程とを有するパターン形成方法であって、真空紫外光を照射する工程は、真空紫外光の照射によるレジストパターンのシュリンクによってレジストパターンと配線パターンとの重なりマージンが小さくなる部分に遮光部を有するマスクを介して選択的に真空紫外光を照射する工程であることを特徴とするものである。

本発明のパターン形成方法において、真空紫外光の照度は１０ｍＷ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。また、真空紫外光の照度は６５ｍＷ／ｃｍ^２以上であることがさらに好ましい。

本発明のパターン形成方法において、レジストパターンを形成する工程は、被加工膜の上に、アルカリ水溶液に可溶な脂肪族系ベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜の所定領域に露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる工程と、レジスト膜に加熱処理を行うことによって、露光部におけるアルカリ不溶性ポリマーの酸不安定基を酸の作用により脱離させてアルカリ可溶性ポリマーにする工程と、レジスト膜に現像処理を行うことによって、レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを有することができる。ここで、脂肪族系ベースポリマーはアクリル酸系ポリマーとすることができる。

また、本発明のパターン形成方法において、レジストパターンを形成する工程は、被加工膜の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上に、アルカリ水溶液に可溶な脂肪族系ベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜の所定領域に露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる工程と、レジスト膜に加熱処理を行うことによって、露光部におけるアルカリ不溶性ポリマーの酸不安定基を酸の作用により脱離させてアルカリ可溶性ポリマーにする工程と、レジスト膜に現像処理を行うことによって、レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを有することができる。ここで、脂肪族系ベースポリマーはアクリル酸系ポリマーとすることができる。

本発明のマスクは、被加工基板上に形成された化学増幅型のレジストパターンに選択的に真空紫外光を照射するために用いるマスクであって、レジストパターンの線幅方向およびこの線幅に対して垂直方向に、この線幅の０．５倍以上１．０倍以下の寸法の露光マージンを有する開口部を備え、真空紫外光の照射によるレジストパターンのシュリンクによって、レジストパターンと被加工基板の所定領域との重なりマージンが小さくなる部分に遮光部が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の露光装置は、化学増幅型のレジスト膜の所定領域に真空紫外光を照射する露光装置であって、真空紫外光を１０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度でレジスト膜に照射可能な光源と、レジスト膜が形成された基板を載置するステージと、このステージに近接して設けられ、真空紫外光をレジスト膜に結像する等倍結像光学系とを有することを特徴とするものである。

本発明のパターン形成方法によれば、レジストパターンに選択的に真空紫外光（以下、ＶＵＶ光という。）を照射するので、ＶＵＶ光照射によるレジストパターンのシュリンクによって、レジストパターンと配線パターンとの重なりマージンが小さくなるのを防いで、被加工膜を所望の微細パターンにすることが可能となる。

また、本発明のマスクによれば、レジストパターンの線幅方向にこの線幅の０．５倍以上１．０倍以下の寸法の露光マージンを有する開口部を備えているので、マスクとレジストパターンとの重ね合わせがずれたり、近接露光によって結像されたパターンがボケたりしても、目標とするレジストパターンにＶＵＶ光を照射することができる。また、ＶＵＶ光の照射によるレジストパターンのシュリンクによって、レジストパターンと被加工基板の所定領域との重なりマージンが小さくなる部分に遮光部が設けられているので、この部分にＶＵＶ光照射がされることはない。したがって、上記の重なりマージンが小さくなるのを防ぐことができる。

さらに、本発明の露光装置によれば、化学増幅型のレジスト膜の所定領域に真空紫外光を照射することができるので、レジスト膜と下地の基板との重なりマージンが小さくなるのを防ぐことができる。

図１〜図１５を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。

まず、被加工基板として、配線パターンが形成された半導体基材の上に被加工膜が形成された基板を準備する。

半導体基材としては、例えば、素子分離領域およびソースまたはドレインとなる拡散層などが形成された半導体基板の上に、ゲート電極、ゲートコンタクトおよび基板コンタクトなどのゲート配線パターンが形成された基板を半導体基材として用いることができる。また、被加工膜としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜などの他、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする任意の膜を用いることができる。

例えば、図１に示すように、半導体基材１上に被加工膜としての二酸化シリコン膜２を形成したものを被加工基板として用いる。二酸化シリコン膜２は、例えば化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，以下、ＣＶＤという。）などによって形成することができる。尚、図１においては、半導体基材１に形成された配線パターンは省略している。

次に、図２に示すように、二酸化シリコン膜２の上に反射防止膜３を形成する。反射防止膜は、次に形成するレジスト膜をパターニングする際に、レジスト膜を透過した露光光を吸収することによって、レジスト膜と反射防止膜との界面における露光光の反射をなくす役割を果たす。反射防止膜３としては有機物を主成分とする膜を用いることができ、例えば、スピンコート法などによって形成することができる。また、反射防止膜３の膜厚は、例えば４０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下とすることができる。尚、本実施の形態においては、反射防止膜３はなくてもよい。

次に、反射防止膜３の上にレジスト膜４を形成する（図３）。レジスト膜４の膜厚は、例えば２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下とすることができる。

レジスト膜４としては、アルカリ水溶液に可溶な脂肪族系ベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基（保護基）が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を用いることができる。ここで、脂肪族系ベースポリマーとしては、例えばアクリル酸系ポリマーなどが挙げられる。

例えば、露光光が波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光である場合には、ポリ（ノルボルネン−ｃｏ−無水マレイン酸）若しくはその誘導体またはポリ（メチルアダマンチルメタクリレート）若しくはその誘導体などを用いることができる。さらには、露光光が１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザ光である場合には、ポリ（ノルボルネンヘキサフルオロイソプロパノール）若しくはその誘導体またはポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ノルボルネン−ｃｏ−テトラフルオロ−ｔ−ブチルメタクリレート）若しくはその誘導体などを用いることができる。

酸発生剤としては、トリフェニルスルホニウムトリフラートなどの光によって酸を発生する光酸発生剤を用いることができる。

尚、化学増幅型レジストは、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤により構成された２成分系のレジストに限定されるものではない。例えば、アルカリ可溶性ポリマー、酸発生剤および溶解阻害剤により構成された３成分系のレジストであってもよい。

レジスト膜４を形成した後は、縮小投影露光装置を用い、第１のマスクとしてのマスク５を介してレジスト膜４に露光光６を照射する（図４）。マスク５のデータは、光学近接効果補正（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，以下、ＯＰＣという。）が行われたものであることが好ましい。

露光光６としては、深紫外（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）から真空紫外の光を用いることができる。例えば、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、波長１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザ光または波長１３ｎｍのＥＵＶ光などが挙げられる。

この露光は、レジスト膜４に所定の潜像を形成することを目的として行うものである。この際、図４の露光部４１においては、レジスト膜中に含まれる酸発生剤から酸が生じるが、未露光部４２では酸発生剤は露光されないので酸が生じることはない。

次に、露光後のレジスト膜４に対して加熱処理を行う（図５）。加熱処理の条件は、例えば、１００℃以上１５０℃以下の温度で６０秒以上９０秒以下の時間とすることができる。

加熱処理を行うと、露光部４１におけるレジスト膜４中のアルカリ不溶性ポリマーがアルカリ可溶性ポリマーになる。すなわち、アルカリ可溶性の官能基をブロックしている酸不安定基が、酸の触媒作用によって加熱分解して脱離する。これにより、図５の露光・加熱部４１′にアルカリ可溶性ポリマーの構造が生じる。一方、未露光部４２では露光による酸の発生は起きていないので、加熱処理後にアルカリ可溶性ポリマーが生じることはなく、アルカリ不溶性ポリマーの構造のままである。

例えば、アルカリ不溶性ポリマーが式（１）に示す構造を有する場合、露光により生じた酸の作用によって、式（１）のポリマーは、式（２）に示すアルカリ可溶性ポリマーになる。尚、式（１）において、Ｒはｔ−ブチル基またはアダマンチル基などの脂環式基などであり、Ｒ′は水素原子またはメチル基などである。

加熱処理を終えた後は、レジスト膜４に対して現像処理を行う。

現像液としては、アルカリ水溶液を用いることができる。アルカリ水溶液としては、例えば、濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液を用いることができる。尚、現像液として使用可能なアルカリ水溶液であれば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド以外の他の物質が含まれていてもよい。

現像処理を行うことによって、露光・加熱部４１′に生じたアルカリ可溶性ポリマーがアルカリ水溶液に溶解する。これにより、図６に示すように、未露光部４２からなるレジストパターン７が形成される。

次に、レジストパターン７が形成された基板に対してＶＵＶ光を照射する。本実施の形態においては、化学増幅型のレジスト膜の所定領域にＶＵＶ光を照射する露光装置であって、ＶＵＶ光を１０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度でレジスト膜に照射可能な光源と、レジスト膜が形成された基板を載置するステージと、このステージに近接して設けられ、ＶＵＶ光をレジスト膜に結像する等倍結像光学系とを有することを特徴とする露光装置を用いる。

すなわち、図７に示すように、マスク８を用いてレジストパターン７の所定領域のみにＶＵＶ光９を照射する。ここで、マスク８は、本発明にかかるレジストパターンの選択的ＶＵＶ光照射に使用されるマスクであって、図４のマスク５とは異なるものである。

図７において、光源１０から放射されたＶＵＶ光９は、等倍結像光学系１１を透過し、続いてマスク８を透過した後に、レジストパターン７を照射する。ＶＵＶ光９としては、例えば、波長１２６ｎｍのＡｒ_２エキシマ光、波長１４６ｎｍのＫｒ_２エキシマ光、波長１５３ｎｍのＦ_２エキシマ光、波長１６５ｎｍのＡｒＢｒエキシマ光、波長１７２ｎｍのＸｅ_２エキシマ光、波長１７５ｎｍのＡｒＣｌエキシマ光、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ光または波長１０７ｎｍのＫｒＢｒエキシマ光などを用いることができる。

本実施の形態においては、ＶＵＶ光９の照度は１０ｍＷ／ｃｍ^２以上であることが好ましく、６５ｍＷ／ｃｍ^２以上であることがより好ましい。また、マスク８は、半導体基材１が載置されるステージ１２に近接して設けられることが好ましく、具体的には、ステージ１２とマスク８との間隔ｄが１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。尚、半導体基材１とマスク８の双方に重ね合わせマーク（図示せず）を設けておき、適当な重ね合せ機構を介することによって、マスク８に対して半導体基材１を所定の位置に載置して、レジストパターン７の所定箇所にＶＵＶ光９を選択的に照射することができる。

本実施の形態によるＶＵＶ光の選択的照射について、具体例を用いて以下に詳細に説明する。

図８は、半導体基板上に形成されたゲート配線パターン部分の平面図である。図において、１３はマスクパターンであり、図４におけるマスク５のパターンに対応している。尚、図８では、簡単のために、マスクパターン１３のデータについて光学近接効果補正は行わないものとする。また、１４は活性領域、１５はゲート配線形成後に形成される基板コンタクト、１６はゲート配線形成後に形成されるゲートコンタクトである。

図８（ａ）で、マスクパターン１３を有するマスクを介してレジストを露光した後、このレジストに対して加熱および現像を行うとレジストパターン１７が得られる。図から分かるように、レジストパターン１７の端部１７ａは、光学近接効果によってマスクパターン１３の端部１３ａより内側に後退している。

次に、レジストパターン１７にＶＵＶ光を照射する。ここでは、図８（ｂ）に示すように、活性領域１４上のレジストパターン部分１７ｂを含む領域１８にＶＵＶ光を選択的に照射する。具体的には、領域１８に開口部を設けたマスク（図７のマスク８に対応）を介してＶＵＶ光を照射する。

尚、マスクの位置ずれや近接露光に起因するパターンボケなどが起こることを考慮して、開口部の面積は、レジストパターン１７の線幅方向およびこの線幅に対して垂直方向に、線幅Ｌ_１の０．５倍から１．０倍程度外側の領域まで照射可能なものとすることが好ましい。

ＶＵＶ光の照射によって、領域１８のレジストパターン１７にはシュリンクが起こる。このため、ＶＵＶ光照射前のレジストパターン１７の線幅Ｌ_１に対して、ＶＵＶ光照射後ではレジストパターン１７の線幅はＬ_２に縮小する。すなわち、線幅Ｌ_１が露光解像度の限界であるとすると、これを超えてさらに微細な線幅Ｌ_２を有するレジストパターンとすることができる。また、活性領域１４上のレジストパターン１７ｂの線幅が小さくなることによって、基板コンタクト１５とレジストパターン１７との間隔が大きくなるので、これらの間の重ね合わせ裕度を向上させることができる。

図９は、本実施の形態におけるゲート線幅（Ｌ_ｇ）とトランジスタ動作時の遅延時間（ｔ_ｐｄ）との関係を示した一例である。図より、ゲート線幅が小さくなると、遅延時間は一次関数的に減少することが分かる。ここで、ゲート線幅の微細化は、微細なレジストパターンの形成によって実現することができる。上記のＶＵＶ光照射によれば微細なレジストパターンとすることができるので、このレジストパターンをマスクとしてゲート電極を形成することにより、高速動作可能なトランジスタを製造することができる。

図１０は、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジストパターンのＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ、微小線幅）縮小量の変化を示した一例である。尚、レジストパターンの線幅設計値は１３０ｎｍとしている。図より、ＶＵＶ光の照射時間とともに次第にシュリンク量は大きくなっていくことが分かる。例えば、照度が６５ｍＷ／ｃｍ^２以上のＶＵＶ光を１分間程度照射した場合（すなわち、３．９Ｊ／ｃｍ^２以上のドーズ量）のレジストパターンのＣＤ縮小量は１０ｎｍ程度である。ドーズ量が大きくなるほど縮小量も大きくなっていくので、所望とする線幅に応じて、ＶＵＶ光の照射条件を適宜設定することが好ましい。但し、後述するエッチング耐性、ＳＥＭ照射耐性およびＬＥＲもＶＵＶ光の照射条件によって変化することから、これらを総合的に考慮して最適なＶＵＶ光の照射条件を決定することが好ましい。

一方、図８（ｂ）において、ＶＵＶ光の照射が行われなかったレジストパターン部分１７ｃでは、シュリンクによる線幅の縮小は起こらないので、この部分でのレジストパターン１７の線幅はＬ_１のままである。図の例では、ゲートコンタクト１６上のレジストパターン部分にはＶＵＶ光が照射されないので、シュリンクによってレジストパターン１７とゲートコンタクト１６との重なりがさらに小さくなるのを防ぐことができる。すなわち、レジストパターン１７とゲートコンタクト１６との重ね合わせのマージンを確保することができるので、安定的に動作可能な半導体装置を製造することができる。

また、ＶＵＶ光の照射がされたレジストパターンでは、エッチング耐性およびＳＥＭ照射耐性（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｌｉｍｍｉｎｇ）の向上の他に、ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）の改善を図ることができる。

図１１は、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジスト膜のエッチング速度と表面粗さとの関係を示した一例である。図より、ＶＵＶ光の照射時間が長くなるほどレジスト膜のエッチング速度は遅くなり、また、レジスト膜の表面粗さも小さくなることが分かる。このことは、ＶＵＶ光の照射によりレジスト膜のエッチング耐性が向上していることを示している。例えば、照度が６５ｍＷ／ｃｍ^２以上のＶＵＶ光を１分間程度（すなわち、ドーズ量で３．９Ｊ／ｃｍ^２以上）照射することによって、市販されているＫｒＦエキシマレーザに対応するレジストと同程度のエッチング耐性が得られる。

また、図１２は、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジストパターンのＳＥＭ照射耐性の変化を示した一例である。図では、ライン幅およびスペース幅が１３０ｎｍであるライン・アンド・スペースのレジストパターンを用いている。ここで、ＳＥＭ照射耐性とは、ＳＥＭを用いてレジストパターンの寸法を側長する際に、電子線照射によってレジストパターンがシュリンクする程度をいい、レジストパターンの線幅縮小量で表わしたものである。したがって、図１２の縦軸の値が小さくなるほどレジストパターンがシュリンクする程度は小さくなるので、ＳＥＭ照射耐性は向上することになる。

図１２より、ＶＵＶ光の照射によってＳＥＭ照射耐性が向上していることが分かる。例えば、ライン幅およびスペース幅が１３０ｎｍであるライン・アンド・スペースのレジストパターンに、加速電圧７００Ｖ・電流３ｐＡの電子線を３０秒間照射した場合、線幅の縮小量は９ｎｍである。これに対して、照度が６５ｍＷ／ｃｍ^２以上のＶＵＶ光を１分間程度（すなわち、ドーズ量で３．９Ｊ／ｃｍ^２以上）照射した後のレジストパターンに、同じ条件で電子線を照射すると、線幅の縮小量は３ｎｍ程度まで軽減される。

さらに、図１３は、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジストパターンのＬＥＲの変化を示した一例である。図では、線幅１３０ｎｍのライン・アンド・スペースのパターンを用いている。ここで、ＬＥＲとは、レジストパターンのエッジ位置の平均値からのばらつき量（３σ）をいう。図１３より、ＶＵＶ光の照射によってＬＥＲが改善する様子が分かる。例えば、ＶＵＶ光照射前のレジストパターンでのＬＥＲの大きさは８ｎｍ〜９ｎｍ程度である。これに対して、照度が６５ｍＷ／ｃｍ^２以上のＶＵＶ光を１分間程度（すなわち、ドーズ量で３．９Ｊ／ｃｍ^２以上）照射した後のレジストパターンでは、ＬＥＲの大きさは６ｎｍ〜７ｎｍ程度まで軽減される。これは、ＶＵＶ光の照射によりレジストの架橋反応が進行したことによると考えられる。

図１４は、ＶＵＶ光照射後のレジストパターンを示したものであり、レジストパターン７′はレジストパターン７がシュリンクすることによって得られたパターンである。尚、図１１における破線部１９はレジストパターン７の外形である。

次に、レジストパターン７′をマスクとして反射防止膜３およびシリコン酸化膜２をドライエッチングする。反射防止膜８およびシリコン酸化膜７のドライエッチングは、例えば、ＣＦ_４（四フッ化炭素）、Ｏ_２（酸素）およびＡｒ（アルゴン）からなる混合ガスをエッチングガスとしたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によって行うことができる。

ＶＵＶ光照射によってレジストパターン７′は良好なドライエッチング耐性を有するようになるので、反射防止膜８およびシリコン酸化膜７を所望の寸法のパターンに加工して、反射防止膜パターン２０と、シリコン酸化膜パターン２１とを得ることができる（図１５）。その後、不要となったレジストパターン７，７′および反射防止膜パターン２１は除去する。

以上述べたように、本実施の形態によれば、ＶＵＶ光を選択的に照射するので、ＶＵＶ光照射によるレジストパターンのシュリンクによって、レジストパターンと配線パターンとの重なりマージンが小さくなるのを防ぐことができる。したがって、安定的な動作のできる半導体装置を製造することが可能となる。

尚、本実施の形態においては、活性領域上のレジストパターン部分にＶＵＶ光を照射し、ゲートコンタクト上のレジストパターン部分にはＶＵＶ光を照射しない例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明は、レジストパターンのシュリンクを利用してその線幅を縮小させたい領域であれば、上記以外の領域であってもＶＵＶ光を照射することができる。この場合、レジストパターンのシュリンクによって、レジストパターンと他の配線パターンとの重なりマージンが小さくなるのを抑制したい領域についてはＶＵＶ光を照射しないようにする。

また、本実施の形態によれば、上記特定領域以外の領域にはＶＵＶ光を照射するので、レジストパターンにシュリンクを起こして、露光解像度の限界を超えた微細なレジストパターンにすることができる。したがって、このレジストパターンをマスクとして被加工膜に微細なパターンを形成することが可能となる。

また、ＶＵＶ光の照射によって、照射された領域のレジストパターンのエッチング耐性およびＳＥＭ照射耐性を向上させることができる。すなわち、レジストパターンをマスクとして被加工膜をドライエッチングする際のレジストパターンのダメージを抑制して、被加工膜に所望のパターンを形成することができる。また、レジストパターンの線幅をＳＥＭにより測定する際に、電子線照射に起因してレジストパターンの線幅がシュリンクするのも抑制することができる。さらに、ＶＵＶ光照射によるＬＥＲの改善によって、良好な形状のレジストパターンを形成することができる。

上述した本発明のパターン形成方法は、被加工基板上に形成された化学増幅型のレジストパターンに選択的に真空紫外光を照射するために用いるマスクであって、レジストパターンの線幅方向およびこの線幅に対して垂直方向に、この線幅の０．５倍以上１．０倍以下の寸法の露光マージンを有する開口部を備え、真空紫外光の照射によるレジストパターンのシュリンクによって、レジストパターンと被加工基板の所定領域との重なりマージンが小さくなる部分に遮光部が設けられていることを特徴とするマスクを用いて実施することができる。

尚、本実施の形態においては、脂肪族系ベースポリマーを有する化学増幅型レジストを用いた例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。エッチング耐性の向上のためにＶＵＶ光の照射を必要とする化学増幅型レジストであれば、他の種類のベースポリマーを用いた化学増幅型レジストにも本発明を適用することができる。また、ポジ型の化学増幅型レジストに限らず、ネガ型の化学増幅型レジストに本発明を適用することも可能である。

本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す断面図である。 本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す断面図である。 本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す断面図である。 本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す断面図である。 本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す断面図である。 本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す断面図である。 本実施の形態におけるＶＵＶ光の照射方法の説明図である。 本実施の形態におけるＶＵＶ光の照射方法の説明図である。 本実施の形態において、ゲート線幅とトランジスタの遅延時間との関係を示す図である。 本実施の形態において、ＶＵＶ光の照射時間とＣＤ縮小量との関係を示す図である。 本実施の形態において、ＶＵＶ光の照射時間に対するレジスト膜のエッチング速度と表面粗さとの関係を示す図である。 本実施の形態において、ＶＵＶ光の照射時間とＳＥＭ照射耐性との関係を示す図である。 本実施の形態において、ＶＵＶ光の照射時間とＬＥＲとの関係を示す図である。 本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す断面図である。 本実施の形態にかかるパターン形成方法を示す断面図である。 従来のＶＵＶ光の照射方法の説明図である。

符号の説明

１ 半導体基材
２ 二酸化シリコン膜
３ 反射防止膜
４ レジスト膜
５ 露光光照射用マスク
６ 露光光
７，１７，３４ レジストパターン
８ ＶＵＶ光照射用マスク
９ ＶＵＶ光
１０ 光源
１１ 等倍結像光学系
１２ ステージ
１３，３０ マスクパターン
１４，３１ 活性領域
１５，３２ 基板コンタクト
１６，３３ ゲートコンタクト
２０ 反射防止膜パターン
２１ 二酸化シリコン膜パターン

Claims (7)

1. 配線パターンが形成された半導体基材の上に被加工膜を形成する工程と、
   前記被加工膜の上に化学増幅型のレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンに真空紫外光を照射する工程と、
   前記真空紫外光を照射した後のレジストパターンをマスクとして前記被加工膜をドライエッチングし前記被加工膜のパターンを形成する工程とを有するパターン形成方法であって、
   前記真空紫外光を照射する工程は、真空紫外光の照射による前記レジストパターンのシュリンクによって前記レジストパターンと前記配線パターンとの重なりマージンが小さくなる部分に遮光部を有するマスクを介して選択的に真空紫外光を照射する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記真空紫外光の照度は１０ｍＷ／ｃｍ^２以上である請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記真空紫外光の照度は６５ｍＷ／ｃｍ^２以上である請求項２に記載のパターン形成方法。
4. 前記レジストパターンを形成する工程は、前記被加工膜の上に、アルカリ水溶液に可溶な脂肪族系ベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜の所定領域に露光光を照射することによって、露光部で前記酸発生剤から酸を発生させる工程と、
   前記レジスト膜に加熱処理を行うことによって、前記露光部における前記アルカリ不溶性ポリマーの前記酸不安定基を前記酸の作用により脱離させてアルカリ可溶性ポリマーにする工程と、
   前記レジスト膜に現像処理を行うことによって、前記レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを有する請求項１〜３のいずれか１に記載のパターン形成方法。
5. 前記レジストパターンを形成する工程は、被加工基膜の上に反射防止膜を形成する工程と、
   前記反射防止膜の上に、アルカリ水溶液に可溶な脂肪族系ベースポリマーの少なくとも一部の官能基に酸不安定基が導入されたアルカリ不溶性ポリマーと、酸発生剤とを含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜の所定領域に露光光を照射することによって、露光部で前記酸発生剤から酸を発生させる工程と、
   前記レジスト膜に加熱処理を行うことによって、前記露光部における前記アルカリ不溶性ポリマーの前記酸不安定基を前記酸の作用により脱離させてアルカリ可溶性ポリマーにする工程と、
   前記レジスト膜に現像処理を行うことによって、前記レジスト膜の未露光部からなるレジストパターンを形成する工程とを有する請求項１〜３のいずれか１に記載のパターン形成方法。
6. 前記脂肪族系ベースポリマーはアクリル酸系ポリマーである請求項４または５に記載のパターン形成方法。
7. 被加工基板上に形成された化学増幅型のレジストパターンに選択的に真空紫外光を照射するために用いるマスクであって、
   前記レジストパターンの線幅方向および該線幅に対して垂直方向に、該線幅の０．５倍以上１．０倍以下の寸法の露光マージンを有する開口部を備え、
   前記真空紫外光の照射による前記レジストパターンのシュリンクによって、前記レジストパターンと前記被加工基板の所定領域との重なりマージンが小さくなる部分に遮光部が設けられていることを特徴とするマスク。

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