JPH09251943A - レジストパターン形成方法および半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工膜を高い寸法精度で加工し得るレジス
トパターンを、反射防止膜を設けることなく、しかもレ
ジスト膜厚の変動に伴う寸法変動なく形成し得るパター
ン形成方法を提供する。 【構成】 基板上に、露光波長に対して透明である被加
工膜を形成する工程と、前記被加工膜上に感光性組成物
を塗布し、フォトレジストを形成する工程と、前記フォ
トレジストに、前記露光波長を含む光源を用いてパター
ン露光を施す工程と、前記露光後のフォトレジストを、
現像液を用いて現像処理する工程とを具備するレジスト
パターン形成方法である。前記被加工膜を形成する工程
は、この被加工膜の表面に不規則で微細な凹凸を形成す
る工程を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の微細
加工に用いられるレジストパターンの形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程は、シリコンウェ
ハー上に複数の層を形成し、これらを所望のパターンに
パターニングする工程が多く含まれている。パターニン
グの際には、まず、シリコンウェハー上に形成された絶
縁体、導体、半導体薄膜上にスピンコーティング法等に
よりフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成する。
次に、このレジスト膜に選択的に露光を施した後、現像
工程を経てレジストパターンを得、このレジストパター
ンをエッチングマスクとして用いて基板上に形成された
被加工膜である絶縁体、導体、または半導体薄膜をエッ
チング加工を施すことによって、微細な配線や開孔等を
所望のパターンに加工する。すなわち、被加工膜を精度
よく加工するためには、レジストパターンの寸法を高精
度で制御することが必要である。しかしながら、露光光
に対して高い反射率を有する基板上のパターン形成工程
においては、基板段差部からの反射光の作用によって局
所的なレジスト寸法の変動やプロファイルの劣化が生じ
る場合がある。

【０００３】また、露光光に対して比較的透明なケイ素
酸化物やケイ素窒化物がレジスト膜の直下に存在する場
合には、露光光はこれらの透明膜中で多重反射する。そ
れゆえ、これらの膜厚が変動すると、上記多重反射の挙
動がその影響を受けることになる。結果として、レジス
ト膜に与えられる光エネルギーの量が実質的に変動し、
レジスト寸法の制御性に重大な影響を及ぼす。さらに、
多重反射はレジスト膜中でも発生するため、レジスト膜
厚の変動がある場合には、やはり寸法変動に大きな影響
を及ぼす。

【０００４】上記の問題を解決するために、レジスト膜
と基板との間に反射防止膜を形成する方法が提案されて
いる（特開昭５６−８０１３３号）。この方法において
は、基板と反射防止膜との界面で反射した光、およびレ
ジスト膜と反射防止膜との界面で反射した光は、反射防
止膜による露光光の吸収、および位相の反転によって打
ち消される。このため、再度レジスト膜に反射する光の
強度は著しく弱められ、基板段差からの露光光の反射、
あるいはレジスト膜厚の変動に伴うレジストパターンの
寸法変動やプロファイルの劣化を低減することができ
る。

【０００５】一方、レジスト膜の下地が透明膜の場合、
透明膜の膜厚バラツキに対するレジストパターンの寸法
変動を抑制するためには、反射防止膜で露光光を吸収
し、透明膜に入射する露光光の強度を可能な限り減じる
必要がある。露光波長λに対する消衰係数ｋの膜中を距
離ｘだけ進んだとき、光の強度はｅｘｐ（−４πｋｘ／
λ）で表される。したがって、露光光に対する消衰係数
ｋおよび反射防止膜の膜厚ｄのいずれかの変数を大きく
することによって、反射防止膜中で吸収される光強度は
増大し、透明膜まで到達する光を低減することができ
る。

【０００６】ところで、レジスト膜の直下に形成される
反射防止膜の膜厚は、次のような理由から可能な限り薄
くする必要がある。すなわち、反射防止膜の膜厚が大き
い場合には、この反射防止膜をエッチングする際に生じ
る寸法変換差が増大し、しかも、レジスト削れが生じ、
所望の寸法に加工すべき被加工膜の寸法精度を向上させ
ることができない。したがって、反射防止膜の膜厚を厚
くすることは好ましくない。

【０００７】透明膜に到達する光強度を可能な限り抑制
し、かつ反射防止膜を薄膜化するためには、消衰係数ｋ
を大きくすることが好ましい。しかしながら、レジスト
膜と反射防止膜との界面での光反射率は、反射防止膜内
で光が吸収され下地基板に光が到達しないとき、レジス
ト膜と反射防止膜の露光波長での複素屈折率をそれぞれ
ｎ＋ｉｋ、およびｎ₀ ＋ｉｋ₀ とすると、下記の式で表
される。

【０００８】

【数１】

【０００９】したがって、反射防止膜の消衰係数を大き
くすると、結果的に光反射率Ｒが大きくなり、レジスト
の膜厚変動に対してレジストパターンの寸法変動が顕著
になるという問題が生じる。

【００１０】以上のことから、レジスト膜および被加工
膜内に発生する多重反射の抑制と、反射防止膜の薄膜化
とを同時に満たす材料が求められているものの、未だ得
られていないのが現状である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、被
加工膜を高い寸法精度で加工し得るレジストパターン
を、反射防止膜を設けることなく、しかもレジスト膜厚
の変動に伴う寸法変動なく形成し得るパターン形成方法
を提供することを目的とする。また、本発明は、このよ
うなレジストパターンをエッチングマスクとして用いて
微細加工し、製造された半導体装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明は、基板上に、露光波長に対して透明で
ある被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜上に感光
性組成物を塗布し、フォトレジストを形成する工程と、
前記フォトレジストに、前記露光波長を含む光源を用い
てパターン露光を施す工程と、前記露光後のフォトレジ
ストを、現像液を用いて現像処理する工程とを具備し、
前記被加工膜を形成する工程は、この被加工膜の表面に
不規則で微細な凹凸を形成する工程を含むことを特徴と
するレジストパターン形成方法を提供する。

【００１３】また、第２の発明は、下地膜上に、散乱促
進膜を形成する工程と、前記散乱促進膜の直上に、露光
波長に対して透明である被加工膜を形成する工程と、前
記被加工膜上に感光性組成物を塗布し、フォトレジスト
を形成する工程と、前記フォトレジストに、前記露光波
長を含む光源を用いてパターン露光を施す工程と、前記
露光後のフォトレジストを、現像液を用いて現像処理す
る工程とを具備し、前記散乱促進膜を形成する工程は、
前記露光時に前記被加工膜中に発生する定在波を減衰さ
せるように、前記被加工膜の表面に不規則で微細な凹凸
を形成する工程を含むことを特徴とするレジストパター
ン形成方法を提供する。

【００１４】さらに、第３の発明は、基板上に被加工膜
を形成する工程と、前記被加工膜上に、有機膜を形成す
る工程と、前記有機膜上に感光性組成物を塗布し、フォ
トレジストを形成する工程と、前記フォトレジストにパ
ターン露光を施す工程と、前記露光後のフォトレジスト
を、現像液を用いて現像処理する工程とを具備し、前記
有機膜に、炭素原子、あるいは炭素原子と、水素原子、
窒素原子および酸素原子から選択された少なくとも１種
の原子との組み合わせからなる微粒子を含有するものを
用いることを特徴とするレジストパターン形成方法を提
供する。

【００１５】以下、本発明を詳細に説明する。第１の発
明において用いられ得る基板としては、特に限定され
ず、シリコンウェハー基板等、通常の半導体基板等を使
用することができ、この基板上には、配線材料、電極材
料、絶縁膜等が形成されていてもよい。また、被加工膜
としては、パターン露光の際の露光波長に対して透明な
ものであれば特に限定されることなく、例えば、ＴＥＯ
Ｓ酸化膜、ＢＰＳＧ膜、ＳｉＯ₂ 膜およびＳｉＮ膜等が
挙げられる。

【００１６】被加工膜は、ＣＶＤ法、スパッター法、お
よび蒸着法等の通常の成膜方法を用いて、基板上に形成
することができる。例えば、ＣＶＤ法、スパッター法、
および蒸着法等を用いて被加工膜を成膜する場合には、
反応ガス流量、反応温度、バイアス電圧等の成膜条件を
適宜調節することによって、被加工膜を成膜すると同時
に、その表面に微細な凹凸を不規則に形成することがで
きる。

【００１７】あるいは、ＣＶＤ法、スパッター法、蒸着
法、スピンコーティング法、および浸透法等を用いて表
面が滑らかな被加工膜を形成し、後の工程でその表面に
微細な凹凸を不規則に形成してもよい。具体的には、ス
パッタリング、プラズマドライエッチング、薬品処理、
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等の方法により、所望の凹
凸を形成することができる。

【００１８】なお、被加工膜の表面に形成される凹凸の
深さ、および凸部のピーク間の距離は、最大でも被加工
膜中における露光波長以下となるようにすると、反射光
の干渉が発生しても互いに平均化され相殺することがで
きるので好ましい。

【００１９】以上のように形成された被加工膜上に、感
光性組成物を塗布して、ベーキング処理を行いレジスト
膜を形成する。この際、反射防止効果をより高めるた
め、あるいはレジストのプロファイルをより精度よくす
るために、被加工膜とレジスト膜との間に薄膜を形成し
てもよい。薄膜としては、市販の塗布型反射防止膜ある
いは熱酸化したノボラック樹脂、ポリサルフォン、ポリ
アミド等のポリマー中の官能基が露光波長を吸収するポ
リマー；ポリメタクリル酸、ポリメチルメタクリレート
のようにドライエッチング耐性の弱い樹脂に、露光波長
を吸収するクマリン、クルクミン等の染料を混合した樹
脂膜等が挙げられ、その膜厚は適宜選択することができ
るが、例えば、１０〜１００ｎｍ程度とすることが好ま
しい。

【００２０】感光性組成物の種類としては、可視光、紫
外光などを照射して露光を施すことにより、現像液に対
する溶解性が変化する任意の組成物を使用することがで
き、特に限定されない。これらの感光性組成物は、目的
に応じて、ポジ型またはネガ型を選択することができ
る。具体的には、ポジ型のレジストとしては、例えば、
ナフトキノンジアジドとノボラック樹脂とを含有するレ
ジスト（ＩＸ−７７０、日本合成ゴム社製）、ｔ−ＢＯ
Ｃで保護したポリビニルフェノール樹脂とオニウム塩と
を含有する化学増幅型レジスト（ＡＰＥＸ−Ｅ、シップ
レー社製）などが挙げられる。一方、ネガ型のレジスト
としては、例えば、ポリビニルフェノールとメラミン樹
脂と光酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト（ＸＰ
−８９１３１、シップレー社製）、ポリビニルフェノー
ルとビスアジド化合物とを含有するレジスト（ＲＤ−２
０００Ｄ、日立化成社製）などが挙げられるが、これら
に限定されるものではない。

【００２１】このようなレジストの塗布方法としては、
スピンコート法、ディッピング法等を使用することがで
きる。なお、加熱温度および時間は、感光性組成物の種
類に応じて適宜選択することができ、例えば、化学増幅
型レジストの場合には、１５０℃以下、好ましくは７０
〜１２０℃で乾燥することによりレジスト膜が形成され
る。

【００２２】形成されたレジスト膜には、所望のパター
ンを有するマスクを介して、露光光である可視光、紫外
光等を照射して露光を施す。紫外光を照射するための光
源としては、水銀灯、ＸｅＦ（波長３５１ｎｍ）、Ｘｅ
Ｃｌ（波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、
ＫｒＣｌ（波長２２２ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂ （波長１５１ｎｍ）等のエキシマレーザーを
挙げることができる。あるいは、マスクを用いずパター
ンデータにより描画を行うことにより露光を施してもよ
い。

【００２３】なお、位相シフトマスク、変形光源照明
法、瞳フィルタリング法、および多重焦点露光法等の各
種露光方法と組み合わせて露光を行ってもよい。次い
で、必要ならば、露光後のレジスト膜を、熱板、オーブ
ンを用いて、または赤外線照射等によって熱処理（ベー
キング）する。なお、ベーキングの温度は、レジストの
種類に応じて適宜選択することができ、例えば、化学増
幅型レジストの場合には、約５０〜１３０℃の範囲内が
好ましい。

【００２４】その後、上述の工程を経たレジスト膜を浸
漬法、スプレー法等にしたがって現像処理することによ
り、レジスト膜の露光部または未露光部を選択的に溶解
して、所望のパターンを得る。ここで用いられる現像液
は、各々のレジストに応じて適宜選択することができ
る。例えば、化学増幅型レジストの場合には、無機また
は有機アルカリ水溶液、有機溶媒等を使用することがで
きる。無機アルカリとしては、水酸化カリウム、水酸化
ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタ
ケイ酸ナトリウムなどを挙げらることができ、有機アル
カリとしては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキ
シドなどを挙げることができる。さらに、これらにアル
コール、界面活性剤等を添加して用いてもよい。

【００２５】現像後の基板およびレジスト膜に対して
は、水等を用いてリンス処理を施し、さらに乾燥させる
ことにより所望のパターンが得られる。次に、第２の発
明のレジストパターン形成方法について、詳細に説明す
る。

【００２６】第２の発明の方法において、下地膜として
は、シリコン基板、シリコン基板上に成膜がなされた配
線材料、電極材料、ポリイミド、ＳＯＧ等の有機系材料
を含む絶縁膜、あるいはブランクマスク材等が挙げられ
る。

【００２７】この下地膜上に形成され、表面に微細な凹
凸を有する散乱促進膜としては、配線材料、電極材料、
および絶縁膜等を挙げることができ、任意の成膜方法に
より形成することができる。例えば、ＣＶＤ法、スパッ
ター法、および蒸着法等を用いて散乱促進膜を成膜する
場合には、反応ガス流量、反応温度、バイアス電圧等の
成膜条件を適宜調節することによって、成膜と同時に、
その表面に微細な凹凸を不規則に形成することができ
る。

【００２８】あるいは、ＣＶＤ法、スパッター法、蒸着
法、スピンコーティング法、および浸透法等を用いて表
面が滑らかな膜を形成し、後の工程でその表面に微細な
凹凸を不規則に形成してもよい。具体的には、スパッタ
リング、プラズマドライエッチング、薬品処理、化学的
機械的研磨（ＣＭＰ）等の方法により、所望の凹凸を形
成することができる。

【００２９】この際、微細な凹凸は、被加工膜内に発生
する定在波を低減するように形成する。なお、被加工膜
中に発生する定在波は、被加工膜の膜厚を変化させてレ
ジストパターンを形成し、被加工膜の膜厚に対するレジ
ストパターンの寸法を測定することで検出することがで
きる。被加工膜の膜厚を変化させ、被加工膜の膜厚に対
してレジストパターンの寸法を測定し、被加工膜の膜厚
に対してレジストパターンの寸法が正弦波形状に変化す
る場合、被加工膜で定在波が発生していることになる。
この正弦波の振幅が小さくなるように微細な凹凸を形成
すればよい。

【００３０】なお、散乱促進膜の表面に形成される凹凸
の深さ、および凸部のピーク間の距離は、最大でも被加
工膜中における露光波長以下となるようにすると、反射
光の干渉が発生しても互いに平均化され相殺することが
できるので好ましい。

【００３１】以上のように形成された散乱促進膜上に
は、露光波長に対して透明である被加工膜を形成する。
第２の発明においても、被加工膜としては、上述の第１
の発明と同様のＴＥＯＳ酸化膜、ＢＰＳＧ膜、ＳｉＯ₂
膜およびＳｉＮ膜等が挙げられる。

【００３２】さらに、上述の第１の発明の場合と同様に
して、感光性組成物を被加工膜上に塗布してレジスト膜
を形成し、パターン露光、および現像処理を施すことに
よって、所望の寸法で精度よくレジストパターンが形成
される。なお、使用され得る感光性組成物、露光波長、
および現像液等は、第１の発明と同様である。

【００３３】次に、第３の発明のパターン形成方法につ
いて、詳細に説明する。第３の発明において用いられ得
る基板としては、特に限定されず、シリコンウェハー基
板等、通常の半導体基板等を使用することができ、この
基板上には、配線膜、絶縁膜、電極膜等が形成されてい
てもよい。また、被加工膜としては、露光波長に対して
透明なものであれば特に限定されることなく、例えば、
ＴＥＯＳ酸化膜、ＢＰＳＧ膜、ＳｉＯ₂ 膜およびＳｉＮ
膜等が挙げられる。

【００３４】また、有機膜の材料は、特に限定されない
が、例えば、ＣＤ９（ブリューワーサイエンス社製）、
ＳＷＫ（東京応化工業社製）、熱酸化したノボラック樹
脂、ポリサルフォン、ポリアミド等のポリマー中の官能
基が露光波長を吸収するポリマー；ポリメタクリル酸、
ポリメチルメタクリレートのようにドライエッチング耐
性の弱い樹脂に、露光波長を吸収するクマリン、クルク
ミン等の染料を混合したものなどが挙げられる。これら
のポリマーは、アセトン、メチルエチルケトン、メチル
イソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶
媒；メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、
エチルセロソルブアセテート等のセロソルブ系溶媒；酢
酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル系
溶媒などに溶解して用いることができる。

【００３５】さらに、この溶液に、炭素原子、または炭
素原子と、水素原子、窒素原子、酸素原子から選択され
た少なくとも１種の原子との組み合わせからなる微粒子
を混合する。かかる微粒子としては、例えば、カーボン
粒子等が挙げられ、その粒径は、１〜３０ｎｍ程度であ
ることが好ましい。

【００３６】なお、第３の発明の方法において、有機膜
中に含有される微粒子は、このように溶液中に配合され
たものに限定されず、溶液中の成分が化学反応して生じ
た反応生成物であってもよい。

【００３７】上述のような成分を含有する溶液を、被加
工膜上にスピンコート法や浸透法等で塗布した後、ベー
キングを行って有機膜を形成することができる。なお、
有機膜の膜厚は、１０〜１００ｎｍ程度であることが好
ましく、この有機膜は反射防止膜として機能する。

【００３８】以上の方法で形成した反射防止膜上に、感
光性組成物を塗布し、ベーキング処理を行ってレジスト
膜を形成する。この際、反射防止効果をより高めるた
め、あるいはレジストのプロファイルをより精度よくす
るために、反射防止膜とレジスト膜との間に薄膜を形成
してもよい。薄膜としては、市販の塗布型反射防止膜あ
るいは熱酸化したノボラック樹脂、ポリサルフォン、ポ
リアミド等のポリマー中の官能基が露光波長を吸収する
ポリマー；ポリメタクリル酸、ポリメチルメタクリレー
トのようにドライエッチング耐性の弱い樹脂に、露光波
長を吸収するクマリン、クルクミン等の染料を混合した
樹脂膜等が挙げられ、その膜厚は適宜選択することがで
きるが、例えば、１０〜１００ｎｍ程度とすることが好
ましい。

【００３９】この第３の発明においても、使用され得る
感光性組成物は、上述の第１の発明と同様であり、同様
にして露光、現像を行なうことにより、所望の寸法で精
度よくレジストパターンが形成される。

【００４０】次に、図面を参照して、本発明の原理を説
明する。図１は、本発明の原理を示す模式図である。図
１中、２は第ｋ層を表し、１および３はそれぞれ第（ｋ
−１）層および第（ｋ＋１）層を表す。

【００４１】通常、多層膜中の第ｋ層に、その上層の第
（ｋ−１）層から光が入射した場合には、第ｋ層中で発
生する多重反射の大きさを表わす指標として、下記式で
表わされるスイング比Ｓが用いられている。

【００４２】 Ｓ＝４（Ｒ_k Ｒ_k+1 ）^0.5 ｅｘｐ（−αｄ） Ｒ_k は、第（ｋ−１）層と第ｋ層との界面で、第ｋ層に
向かって再反射される強度反射率であり、Ｒ_k+1 は、第
ｋ層と第（ｋ＋１）との界面で第ｋ層に向かって再反射
される強度反射率を表わし、αは第ｋ層の吸収係数、ｄ
は第ｋ層の膜厚である。

【００４３】なお、図１においては、６は第（ｋ−１）
層から第ｋ層に入射する光を表し、７は第（ｋ−１）層
と第ｋ層との界面で第ｋ層に向かって反射する光を表
し、８は第（ｋ＋１）層と第ｋ層との界面で第ｋ層に向
かって反射する光を表している。また、４および５は、
それぞれ上述のＲ_k およびＲ_k+1 に相当する。すなわ
ち、４は第（ｋ−１）層と第ｋ層との界面で、第ｋ層に
向かって再反射される強度反射率を表し、５は、第ｋ層
と第（ｋ＋１）との界面で第ｋ層に向かって再反射され
る強度反射率を表わしている。

【００４４】上述の式から、Ｒ_k およびＲ_k-1 の少なく
とも一方の強度反射率を低下させれば、第ｋ層の膜内で
発生する多重反射を小さくすることが可能であることが
わかる。また、第（ｋ−１）層から第ｋ層に入射する光
６の入射方向、あるいは、第（ｋ−１）層と第ｋ層との
界面で第ｋ層に向かって反射される光７の方向、第ｋ層
と第（ｋ＋１）層との界面で第ｋ層に向かって反射され
る光８の方向がランダムであれば、第ｋ層内の光線間の
光の干渉性が低下するために第ｋ層で発生する多重反射
を低減することができる。すなわち、本発明では、これ
らの原理を用いて露光波長に対して透明な膜内で発生す
る多重反射を低減する。

【００４５】第１の発明では、露光波長に対して透明で
ある被加工膜の表面に、任意に微細な凹凸を形成してい
る。このような被加工膜上にレジスト膜を形成し、露光
する際の膜内における光の状態を図２に模式的に示す。

【００４６】図２に示すように、基板１１上には、被加
工膜１０およびレジスト膜９が順次形成されており、被
加工膜１０の上面には凹凸が設けられている。レジスト
膜９中に入射された光１２は、レジスト膜９と被加工膜
１０との界面で、凹凸の存在のためにランダムな方向に
入射される光１３となる。なお、図２中、１４は被加工
膜１０と基板１１との界面で反射された光を表し、１５
は、ランダムな方向に再反射する光を表している。すな
わち、レジスト膜９と、被加工膜１０との界面で被加工
膜中に向かって反射する光の強度が低下するため、被加
工膜１０内で発生する多重反射は減少する。

【００４７】さらに、レジスト膜９と被加工膜１０との
界面において被加工膜中に向かってランダムな方向に光
は入射、あるいは散乱するため、光の干渉性が低下し、
被加工膜内で発生する多重反射は減少する。また、レジ
スト膜９に再入射する光の方向もランダムであるため、
レジスト膜９内で発生する多重反射も減少する。

【００４８】第２の発明では、表面に微細な凹凸を有す
る散乱促進膜の直上に、露光波長に対して透明である被
加工膜を形成している。このような被加工膜上にレジス
ト膜を形成し、露光する際の膜内における光の状態を図
３に模式的に示す。

【００４９】図３に示すように、基板１９上には、散乱
促進膜１８、被加工膜１７およびレジスト膜１６が順次
形成されており、散乱促進膜１８の表面には微細な凹凸
が設けられている。レジスト膜１６に入射された光２０
は、被加工膜１７を透過して、この被加工膜１７と散乱
促進膜１８との界面でランダムな方向に散乱される。な
お、図３中、ランダムな方向に散乱される光は、２１で
表されている。すなわち、被加工膜１７の直下に形成さ
れた散乱促進膜１８と、被加工膜１７との界面での強度
反射率が低下し、被加工膜中で発生した多重反射は減少
する。さらに、図３に示すように、この界面で被加工膜
１７中に向かってランダムな方向に光は散乱するため、
光の干渉性が低下し被加工膜中で発生する多重反射は減
少する。

【００５０】また、レジスト膜１６中に再入射する光の
方向もランダムであるため、レジスト膜内で発生する多
重反射も減少する。すなわち、第１の発明の方法により
形成されたレジストパターンを用いて微細加工を行うこ
とにより、基板と、前記基板上に形成され、露光波長に
対して透明であるパターニングされた膜とを具備し、前
記露光波長に対して透明である膜は、その表面に微細な
凹凸を有し、その微細な凹凸の深さおよび凸部のピーク
間の距離は、この膜をパターニングする際の前記透明で
ある膜中における前記露光波長以下であることを特徴と
する半導体装置が提供される。

【００５１】また、第２の発明の方法により形成された
レジストパターンを用いて微細加工を行うことにより、
基板と、前記基板上に形成され、その表面に微細な凹凸
を有する散乱促進膜と、前記散乱促進膜の直上に形成さ
れ、露光波長に対して透明であるパターニングされた膜
とを具備し、前記散乱促進膜表面の微細な凹凸の深さお
よび凸部のピーク間の距離は、露光波長に対して透明で
ある膜をパターニングする際の前記透明である膜中にお
ける前記露光波長以下であることを特徴とする半導体装
置が提供される。

【００５２】第１の発明および第２の発明のいずれの方
法を用いても、極めて寸法制御性のよいレジストパター
ンを形成することができるので、高い寸法制御性で被加
工膜を加工して、コンタクトホール等を形成することが
可能である。その結果、長期間の動作でも故障のない半
導体装置を得ることができる。

【００５３】また、第３の発明では、露光波長に対して
透明な被加工膜の上に、有機膜を介してレジスト膜を形
成している。この有機膜中には微粒子が含有されてお
り、それによって光は散乱されるために、レジスト膜ま
たは被加工膜に対して光はランダムな方向に入射して、
光の干渉性が低下する。結果として、レジスト膜内ある
いは被加工膜内で発生する多重反射が減衰する。しか
も、有機膜中の微粒子は、炭素原子、または炭素原子と
水素原子、窒素原子、および酸素原子から選択された少
なくとも１種との組み合わせからなるため、残さが発生
することもなく、酸素系のガスを用いてドライエッチン
グすることにより、容易にこの有機膜を加工することが
できる。

【００５４】本発明の方法により、反射防止膜を形成せ
ずともレジスト膜あるいは被加工膜内に発生する多重反
射を有効に防止することができるので、レジスト膜厚や
被加工膜の膜厚に依存しない寸法制御性のよいレジスト
パターンが形成される。

【００５５】しかも、反射防止膜を形成しなくともよい
ので、反射防止膜のエッチング後に生じる寸法変換差を
考慮する必要がなく、極めて精度よく所望の寸法に被加
工膜をパターニングすることが可能となる。

【００５６】

【発明の実施の形態】以下に、実施例および比較例を示
して本発明のレジストパターン形成方法を詳細に説明す
る。 （実施例１）シリコンウエハー基板上にアルミニウム膜
を形成し、その上に膜厚５００ｎｍの被加工膜としての
ＢＰＳＧ膜を形成した。次に、ＢＰＳＧ膜の表面を粗面
化するためＥＣＲイオン源を用いてＡｒイオンを照射し
た。ＥＣＲイオン源の装置の概略図と、ウェハー基板と
の位置関係を図４に示す。

【００５７】このＥＣＲイオン源装置を用いて、周波数
２．４５ＧＨｚのマイクロ波２２を導入し、磁気コイル
２３の磁束密度８７５Ｇとしてプラズマ２４を発生さ
せ、イオン引き出し電極２５はイオン引き出し電圧１０
００Ｖ、電流密度１ｍＡ／ｃｍ² とし、真空度２×１０
^-4Ｔｏｒｒ、照射時間２００秒の照射条件で、イオンビ
ーム２６により、ＢＰＳＧ膜が形成されたシリコンウェ
ハー基板２７にＡｒイオンの照射を行なった。

【００５８】照射後のＢＰＳＧ膜表面には、不規則な凹
凸が形成されており、その凸部間の距離および凹凸の深
さは、最大でも１０ｎｍであった。次に、ＢＰＳＧ膜上
にジアゾナフトキノン系レジストを膜厚８５０ｎｍで塗
布し、９８℃で１２０秒間ベーキングを行ない、高圧水
銀灯のｉ線を光源とする縮小光学型ステッパー（ＮＡ＝
０．５）で露光を行なった（露光量３００ｍＪ／ｃｍ
² ）。

【００５９】そして、０．１８規定のテトラメチルアン
モニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）現像液で６０秒間現
像を行った後、９８℃で１２０秒間ベーキングを行な
い、直径０．５μｍのコンタクトホールパターンを形成
した。

【００６０】さらに、上述と同様のアルミニウム膜が形
成されたシリコンウェハー基板を用いて、レジスト膜の
膜厚を８５０ｎｍに固定し、ＢＰＳＧ膜厚を４５０〜５
５０ｎｍの範囲で変動させて、上述と同様にしてコンタ
クトホールパターンを形成した。ＢＰＳＧ膜厚とコンタ
クトホールパターンの直径との関係を図５のグラフに示
す。

【００６１】図５に示すように、コンタクトホールパタ
ーンの直径はＢＰＳＧ膜厚の変化とともに変化してい
る。ここで、膜内に発生した多重反射によるコンタクト
ホールパターンの寸法変動量を、レジスト膜厚に対する
直径の最大値と最小値との差として定義すると、ＢＰＳ
Ｇ膜厚の変動に伴うコンタクトホールパターンの寸法変
動量は０．０３８μｍである。コンタクトホールの許容
寸法変動量は０．０５μｍであるので、この場合はその
範囲内にあることがわかる。

【００６２】次に、ＢＰＳＧ膜の膜厚を５００ｎｍで固
定し、レジスト膜厚を８００〜９００ｎｍの範囲で変動
させて、上述と同様にしてコンタクトホールパターンを
形成した。レジスト膜厚とコンタクトホールの直径との
関係を図６のグラフに示す。

【００６３】図６に示すように、レジストの膜厚変動に
伴うコンタクトホールパターンの寸法変動量は０．０４
２μｍであり、許容寸法変動量である０．０５μｍを満
たしていることがわかる。

【００６４】なお、Ａｒイオンの照射時間は、次のよう
にして決定した。上述のようにして定義したコンタクト
ホールパターンの寸法変動量を、Ａｒイオンの照射時間
に対してプロットしたグラフを図７に示す。なお、図７
中、曲線ａはレジスト膜厚を変化させた場合であり、曲
線ｂはＢＰＳＧ膜厚を変化させた場合の寸法変動量を示
す。

【００６５】曲線ａおよびｂのいずれの場合も、照射時
間が２００秒より短いと寸法変動量が大きく、この時間
では、ＢＰＳＧ膜の表面が十分に粗面化されず滑らかで
あるため、ＢＰＳＧ膜内で発生する多重反射を抑えるこ
とができないことがわかる。したがって、Ａｒイオンの
照射時間を２００秒とした。

【００６６】次に、コンタクトホールパターンをマスク
として用いてＢＰＳＧ膜のエッチングを行なった。エッ
チング装置としては、平行平板型のＲＩＥ装置を用い、
ソースガスＣ₃ Ｆ₈ 、圧力１０ｍＴｏｒｒ、励起電力
１．３ｋＷ／ｃｍ² 、ＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚの条
件でエッチングを行なった。

【００６７】エッチング後のＢＰＳＧ膜の開孔部の直径
は０．５５μｍであり、規格内の寸法（０．５μｍ±１
０％）でＢＰＳＧ膜の加工を行なうことができた。 （実施例２）上述の実施例１の方法でＢＰＳＧ膜にコン
タクトホールを開孔して作製した半導体装置を、無作為
的に１０００チップ抽出し、各チップを不良が生じるま
で動作させた結果、すべてのチップが４３８００時間以
上、正常に動作した。 （比較例１）ＢＰＳＧ膜表面の粗面化処理を行わない以
外は、前述の実施例１と同様にしてレジストパターンを
形成し、このレジストパターンをマスクとしてＢＰＳＧ
膜にコンタクトホールを開孔して半導体装置を製造し
た。得られた半導体チップを無作為的に１０００チップ
抽出し、各チップを不良が生じるまで動作させた結果、
４３８００時間以上正常に動作しなかったチップが１０
２個発生した。 （実施例３）被加工膜であるＢＰＳＧ膜に対してＡｒプ
ラズマを照射し、ＢＰＳＧ膜表面に粗面化処理を行なっ
た後、このＢＰＳＧ膜上に反射防止膜を形成した。な
お、本実施例で用いた基板の構成、およびＡｒイオンの
形成条件は実施例１と同様である。

【００６８】まず、Ａｒイオンを１５０秒間でＢＰＳＧ
膜に照射して表面に粗面化処理を施し、その後、ポリサ
ルフォン系樹脂を主成分とする溶液を膜厚５０ｎｍで塗
布し、２２０℃で１２０秒間のベーキングを行なって有
機系の塗布型反射防止膜を形成した。

【００６９】この反射防止膜上に、化学増幅型レジスト
（ＡＰＥＸ−Ｅ、シップレー社製）を塗布し、１１０℃
で１２０秒間ベーキングを行なって膜厚５００ｎｍのレ
ジスト膜を得た。さらに、ＫｒＦエキシマレーザー光を
光源とする縮小光学型ステッパー（ＮＡ＝０．５）で露
光を行なった（露光量４３ｍＪ／ｃｍ² ）。次いで、１
１０℃で１２０秒間ベーキングを行なった後、０．１３
規定のＴＭＡＨ現像液で９０秒間現像を行ない、直径
０．２５μｍのコンタクトホールパターンを形成した。

【００７０】ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎｍに固定し、レジ
スト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合
と、レジスト膜厚を５００ｎｍで固定し、ＢＰＳＧ膜厚
を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合のコンタ
クトホールパターンの寸法変動量を測定したところ、い
ずれも０．０２μｍであり、許容範囲内（０．０２５μ
ｍ）であることがわかった。

【００７１】次に、得られたコンタクトホールパターン
をエッチングマスクとして用いて反射防止膜のエッチン
グを行なった。エッチング装置としては、平行平板型の
ＲＩＥ装置を用い、ソースガスとしてＣＨＦ₃ とＯ₂ と
を２：３の割合で混合した混合ガスを使用した。また、
エッチング条件は、圧力１０ｍＴｏｒｒ、励起電力１．
３ｋＷ／ｃｍ² 、ＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚとした。

【００７２】ここで、反射防止膜をエッチングする際の
断面図を図８に示す。図８に示すように例えばＡｌ−Ｓ
ｉからなる基板３１上には、ＢＰＳＧ膜３０、および反
射防止膜２９が順次形成されており、反射防止膜２９上
には、直径ｄ₁ でパターニングされたレジスト膜２８が
形成されている。図８（ａ）に示すように、通常、レジ
ストパターン２８はテーパー角を有しているため、反射
防止膜２９を直径ｄ₁にエッチングすることができな
い。エッチング後に反射防止膜２９の直径は、図８
（ｂ）に示すようにｄ₂ となってしまう。ここで、（ｄ
₂ −ｄ₁ ）を寸法変換差として定義する。この寸法変換
差のために、被加工膜が所望の寸法精度に仕上げること
ができない。

【００７３】本実施例において、反射防止膜のエッチン
グ後生じた寸法変換差を測定したところ、０．０２μｍ
であり、許容範囲の０．０２５μｍ以内にあることがわ
かった。

【００７４】反射防止膜のエッチング終了後、パターニ
ングされたレジスト膜と反射防止膜とをエッチングマス
クとして用いて、実施例１と同様の条件でＢＰＳＧ膜の
エッチングを行なった。エッチング後のＢＰＳＧ膜の開
孔部の直径は０．２７５μｍであり、規格内の寸法
（０．２５μｍ±１０％）で被加工膜の加工を行なうこ
とができた。 （比較例２）ＢＰＳＧ膜に対して粗面化処理を行なわ
ず、この表面に実施例３と同様の膜厚５０ｎｍの反射防
止膜、およびレジスト膜を形成した。

【００７５】ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎｍに固定し、レジ
スト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合
と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固定し、ＢＰＳＧ膜厚
を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合の寸法変
動量を測定したところ、それぞれ０．０３μｍ、０．０
３５μｍであり、許容範囲（０．０２５μｍ）を満たさ
ないことがわかった。

【００７６】これは、ＢＰＳＧ膜に粗面化処理を施さな
かったために、反射防止膜のレジスト膜側の表面が滑ら
かであることによるものである。すなわち、界面での光
反射率が減衰されず、光の干渉性も保たれているため
に、膜厚５０ｎｍの反射防止膜ではＢＰＳＧ膜およびレ
ジスト膜内で発生する多重反射を減じることができない
ことがわかる。 （比較例３）粗面化処理を施さないＢＰＳＧ膜上に、レ
ジスト膜内とＢＰＳＧ膜内で発生する多重反射を抑える
ことが可能なように最適化された膜厚で、反射防止膜を
形成した。

【００７７】なお、反射防止膜の膜厚は次のようにして
導出した。レジスト膜と反射防止膜との界面での光強度
の反射率と、反射防止膜の膜厚との関係は、図９のグラ
フで表される。図９から、２８０ｎｍの膜厚の反射防止
膜をＢＰＳＧ膜上に形成すれば、レジスト膜に再入射す
る光は抑えられることがわかる。また、この膜厚の場合
には、反射防止膜およびＢＰＳＧ膜を透過し、ＢＰＳＧ
膜の直下の下地基板との界面で反射された後、再度、Ｂ
ＰＳＧ膜に、反射防止膜を透過してレジストに至る光強
度は、反射防止膜とレジスト界面に入射する光の強度を
１とすると、 ｅｘｐ（−８πｋｄ／λ）＝０．００１ （ｋ：露光波長λに対する消衰係数、ｄ：反射防止膜
厚） である。これは、ほとんど無視できる大きさであるの
で、ＢＰＳＧ膜の膜厚変動に伴うレジストパターンの寸
法変動を抑えることができる。

【００７８】上述の比較例２において、反射防止膜の膜
厚を２８０ｎｍとする以外は、同様にしてこの上にレジ
スト膜を形成し、０．２５μｍのコンタクトホールパタ
ーンを形成した。

【００７９】ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎｍに固定し、レジ
スト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合
と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固定し、ＢＰＳＧ膜厚
を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合の寸法変
動量を測定したところ、いずれも０．０１μｍであり、
許容範囲（０．２５μｍ）にあり、レジスト膜、ＢＰＳ
Ｇ膜の膜厚変動に伴うレジストパターンの寸法変動を抑
えることができた。

【００８０】次に、得られたレジストパターンをエッチ
ングマスクとして用いて反射防止膜のエッチングを行な
ったところ、反射防止膜のエッチング終了後に生じた寸
法変換差は、０．０３μｍにも及んでいた。この値は、
許容範囲の０．０２５μｍを越えており、膜厚２８０ｎ
ｍの反射防止膜を形成した場合には、レジストパターン
の寸法変動を抑えることができるものの、被加工膜に対
して所望の寸法でコンタクトホールの開孔を行なうこと
ができないことがわかる。 （実施例４）Ａｌ−Ｓｉ膜上（厚さ５００ｎｍ）に、被
加工膜としてのＴＥＯＳ酸化膜を膜厚１５００ｎｍで堆
積し、そのうち膜厚７００ｎｍをＣＭＰ（Chemical Mec
hanical Polishing ）により研磨した。ＣＭＰ装置とし
ては、一定盤、一研磨ヘッド、エアー加圧方式のものを
用い、研磨剤には水酸化カリウムをベースとした粒子径
２００ｎｍのコロイダルシリカを用いた。なお、研磨速
度は１２０ｎｍ／ｍｉｎとし、研磨後、水で二次研磨を
行なった。

【００８１】続いて、研磨処理後のＴＥＯＳ酸化膜上
に、ポリサルフォン系樹脂を主成分とする溶液を８０ｎ
ｍの膜厚で塗布し２２０℃で９０秒間べーキングを行な
って、反射防止膜を形成した。さらに、この上には、上
述と同様のレジスト膜を形成し、同様の手法で０．２５
μｍのコンタクトルパターンを形成した。

【００８２】ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎｍに固定し、レジ
スト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合
と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固定し、ＢＰＳＧ膜厚
を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合との寸法
変動量を測定したところ、いずれも０．０１μｍであ
り、許容範囲（０．０２５μｍ）にあることが分かっ
た。また、実施例３と同様の条件で反射防止膜のエッチ
ングを行なったところ、寸法変換差は０．０１８μｍで
あり、許容範囲（０．０２５μｍ）にあることがわかっ
た。

【００８３】その後、パターニングされたレジスト膜と
反射防止膜とをエッチングマスクとして用いて、実施例
１と同様の条件でＢＰＳＧ膜のエッチングを行なったと
ころ、開孔部の寸法変換差は０．２７μｍであり、規格
内の寸法（０．２５μｍ±１０％）に加工することがで
きた。 （比較例４）粒子径１０ｎｍのコロイダルシリカを用い
て被加工膜であるＴＥＯＳ膜の研磨を行なった。研磨後
の表面をＡＦＭで測定したところ、粒子径２００ｎｍの
コロイダルシリカで研磨した場合と比較して、鏡面状態
に近く研磨されていることがわかった。

【００８４】次に、ＴＥＯＳ酸化膜上にポリサルフォン
系樹脂を主成分とする溶液を８０ｎｍの膜厚で塗布し、
２２０℃で９０秒間べーキングを行なって反射防止膜を
形成し、さらにその上にレジスト膜を形成した。

【００８５】そして、実施例３と同様の手法で０．２５
μｍのコンタクトホールパターンを形成した。ＢＰＳＧ
膜厚を５００ｎｍに固定し、レジスト膜厚を４５０〜５
５０ｎｍの範囲で変化させた場合と、レジスト膜厚を５
００ｎｍに固定し、ＢＰＳＧ膜厚を４５０〜５５０ｎｍ
の範囲で変化させた場合との寸法変動量を測定したとこ
ろ、いずれも０．０３μｍであり、許容範囲を越えるこ
とが分かった。これは、ＴＥＯＳ酸化膜の表面が滑らか
であるため、ＴＥＯＳ酸化膜と反射防止膜との界面での
光反射率が低下せず、しかも界面で入射および反射する
光の干渉性が乱れないため、ＴＥＯＳ酸化膜内およびレ
ジスト膜内での多重反射が減じられていないためである
と考えられる。 （実施例５）被加工膜であるＢＰＳＧ膜上に、粒子径６
ｎｍの粉末カーボン、ポリサルフォン、シクロヘキサノ
ンを重量比で１：９：９０の割合で混合した溶液を、膜
厚５０ｎｍで塗布した後、２２０℃で９０秒間べーキン
グを行なって有機膜を形成した。この有機膜上には、ポ
リサルフォンとシクロヘキサノンとを重量比で１：１０
の割合で混合した溶液を膜厚１０ｎｍで塗布し、２２０
℃で９０秒間ベーキングを行って反射防止膜を形成し
た。

【００８６】そして、実施例３と同様にしてレジスト膜
を形成し、０．２５μｍのコンタクトホールパターンを
形成した。ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎｍに固定し、レジス
ト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合
と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固定し、ＢＰＳＧ膜厚
を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合との寸法
変動量を測定したところ、いずれも０．０１μｍであ
り、許容範囲（０．０２５μｍ）にあることが分かっ
た。

【００８７】また、実施例３と同様の条件で反射防止膜
のエッチングを行なったところ、寸法変換差は０．０１
８μｍで許容範囲（０．０２５μｍ）にあることがわか
った。その際、残渣等の異常は生じることはなかった。

【００８８】さらに、パターニングされたレジスト膜と
反射防止膜とをエッチングマスクとして用いて、実施例
１と同様の条件でＢＰＳＧ膜のエッチングを行なったと
ころ、開孔部の寸法は０．２７μｍとなり、規格内の寸
法（０．２５μｍ±１０％）で加工することができた。 （比較例６）ポリサルフォン、シクロヘキサノンを、
１：１０の重量比で混合した溶液を用いて、粉末カーボ
ンを含有しない反射防止膜をＢＰＳＧ膜上に６０ｎｍの
膜厚で形成した。さらに、上述と同様にしてこの反射防
止膜上にレジスト膜を形成し、０．２５μｍのコンタク
トホールパターンを形成した。

【００８９】ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎｍに固定し、レジ
スト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合
と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固定し、ＢＰＳＧ膜厚
を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合との寸法
変動量を測定したところ、いずれも０．０３μｍであ
り、許容範囲（０．０２５μｍ）を越えていることがわ
かった。これは、粉末カーボンが含有されていないの
で、膜厚６０ｎｍの反射防止膜では、レジスト膜中で発
生する多重反射を減じることができないためであると考
えられる。 （比較例７）粉末カーボンを含有しない反射防止膜を、
被加工膜と、レジスト膜内での多重反射を抑えることが
できる最適膜厚でＢＰＳＧ膜上に形成した。ポリサルフ
ォン、シクロヘキサノンを１：１０の割合で配合した溶
液を、ＢＰＳＧ膜上に２８０ｎｍの膜厚で塗布した後、
２２０℃で９０秒間ベーキングを行なった。なお、膜厚
は、比較例３の結果に基づいて決定した。

【００９０】さらに、上述と同様にしてこの反射防止膜
上にレジスト膜を形成した後、０．２５μｍのコンタク
トホールパターンを形成した。ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎ
ｍに固定し、レジスト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲
で変化させた場合と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固定
し、ＢＰＳＧ膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化さ
せた場合との寸法変動量を測定したところ、いずれも
０．０１μｍであり、許容範囲内（０．０２５μｍ）で
あった。

【００９１】しかしながら、得られたレジストパターン
をエッチングマスクとして用いて、実施例３と反射防止
膜のエッチングを行なったところ、寸法変換差は０．０
３μｍであり、許容範囲（０．０２５μｍ）を越えてお
り、所望の寸法で被加工膜を開孔することができなかっ
た。 （実施例６）ポリサルフォン、ポリアミド、シクロヘキ
サノンを、１：０．２：１０の重量比で混合して溶液を
得、この溶液を５０ｎｍの膜厚でＢＰＳＧ膜上に塗布
し、２２５℃で９０秒間ベーキングを行なって反射防止
膜を形成した。得られた反射防止膜をＳＥＭ観察したと
ころ、膜中に直径６ｎｍ、長さ１５ｎｍ程度のひも状の
析出物が存在することがわかった。

【００９２】この反射防止膜上に、実施例３と同様にし
てレジスト膜を形成し、さらに０．２５μｍのコンタク
トホールパターンを形成した。ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎ
ｍに固定し、レジスト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲
で変化させた場合と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固定
し、ＢＰＳＧ膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化さ
せた場合の寸法変動量を測定したところ、いずれも０．
０１μｍであり許容範囲（０．０２５μｍ）にあること
がわかった。

【００９３】また、得られたレジストパターンをエッチ
ングマスクとして用いて、実施例３と同様の条件で反射
防止膜のエッチングを行なったところ、寸法変換差は
０．０１８μｍであり、許容範囲（０．０２５μｍ）に
あることがわかった。

【００９４】その後、パターニングされたレジスト膜と
反射防止膜とをエッチングマスクとして用いて実施例１
と同様の条件でＢＰＳＧ膜のエッチングを行なったとこ
ろ、開孔部の寸法は０．２７μｍであり、規格内の寸法
（０．２５μｍ±１０％）で加工することができた。 （比較例８）ポリアミドを配合しない溶液を用いる以外
は、上述の実施例６と同様にして膜厚５０ｎｍの反射防
止膜をＢＰＳＧ膜上に形成した。

【００９５】この反射防止膜上に、実施例３と同様にし
てレジスト膜を形成し、さらに０．２５μｍのコンタク
トホールパターンを形成した。ＢＰＳＧ膜厚を５００ｎ
ｍに固定し、レジスト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲
で変化させた場合と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固定
し、ＢＰＳＧ膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化さ
せた場合とについて、寸法変動量を測定したところ、い
ずれも０．０１μｍであり、許容範囲（０．０２５μ
ｍ）にあることがわかった。

【００９６】しかしながら、実施例３と同様のエッチン
グ条件で反射防止膜のエッチングを行なったところ、寸
法変換差は０．０３μｍと許容範囲（０．０２５μｍ）
を越えており、所望の寸法で開孔することができなかっ
た。 （実施例７）Ａｌ−Ｓｉ膜上に散乱促進膜としてのＴｉ
Ｎ膜を形成した後、ＥＣＲイオン源を用いてＡｒイオン
を照射して、ＴｉＮ膜表面に粗面化処理を施した。

【００９７】ＴｉＮ膜は、Ｔｉをターゲットとし、分圧
５×１０^-4Ｔｏｒｒの窒素ガスをチャンバー内に流し、
活性スパッター法により５０ｎｍの膜厚で成膜した。な
お、ここで用いた装置の構成、および照射条件は、実施
例１と同様である。すなわち、マイクロ波の周波数２．
４５ＧＨｚ、磁気コイルの磁束密度８７５Ｇ、イオン引
き出し電圧８００Ｖ、電流密度１ｍＡ／ｃｍ² 、真空度
２×１０^-4Ｔｏｒｒ、照射時間３００秒とした。

【００９８】照射後の表面には、不規則な凹凸が形成さ
れており、その凸部間の間隔および凹凸の深さは、最大
でも３０ｎｍであった。なお、Ａｒイオンの照射時間
は、次のようにして決定した。

【００９９】図５で定義した寸法変動量を、ＢＰＳＧ膜
厚を変動させた場合について、Ａｒイオンの照射時間に
対してプロットしたグラフを図１０に示す。図１０か
ら、照射時間が３００秒より短いと、寸法変動量が増大
することがわかる。このことから、３００秒未満では、
ＢＰＳＧ膜表面に十分に凹凸を形成することができない
ため、ＢＰＳＧ膜内で発生する多重反射を抑えることが
できないことがわかる。したがって、Ａｒイオンの照射
時間は３００秒とした。

【０１００】次に、粗面化処理を行った後のＴｉＮ膜上
に、被加工膜として膜厚５００ｎｍのＴＥＯＳ酸化膜を
形成し、この表面にポリサルフォンを主成分とする溶液
を５１ｎｍで塗布し、２２５℃で９０秒間のベーキング
を行なって、反射防止膜を形成した。

【０１０１】さらに、この反射防止膜上に、実施例３と
同様のレジスト膜を形成した後、０．２５μｍのコンタ
クトホールパターンを形成した。ＢＰＳＧ膜厚を５００
ｎｍに固定し、レジスト膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範
囲で変化させた場合と、レジスト膜厚を５００ｎｍに固
定し、ＢＰＳＧ膜厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化
させた場合の寸法変動量を測定したところ、いずれも
０．０１μｍで許容範囲（０．０２５μｍ）であった。

【０１０２】また、実施例３と同様のエッチング条件で
反射防止膜のエッチングを行ったところ、寸法変換差
は、０．０１８μｍで許容範囲（０．０２５μｍ）にあ
ることがわかった。その際、残さ等の異常は生じること
はなかった。

【０１０３】パターニングされたレジスト膜と反射防止
膜とをエッチングマスクとして、ＢＰＳＧ膜のエッチン
グを実施例１と同様の条件で行ったところ、開孔部の寸
法変換差は、０．２７μｍ（０．２５±１０％）であ
り、規格内の寸法に加工することができた。 （比較例９）粗面化処理を行わなかったＴｉＮ膜上に、
ＴＥＯＳ酸化膜、反射防止膜、およびレジスト膜を順次
形成した後、レジストパターンを形成した。ＴＥＯＳ膜
厚を５００ｎｍに固定し、レジスト膜厚を４５０〜５５
０ｎｍの範囲で変化させた場合と、レジスト膜厚を５０
０ｎｍに固定し、ＴＥＯＳ膜厚を４５０〜５５０ｎｍの
範囲で変化させた場合の寸法変動量は、いずれも０．０
３μｍであり許容範囲を越えていた。

【０１０４】上述の実施例７の結果との比較から、透明
膜直下に存在するＴｉＮ膜の表面に粗面化処理を施した
ことにより、レジスト膜中およびＴＥＯＳ酸化膜中で発
生する多重反射が抑制されることがわかる。 （比較例１０）粗面化処理を施さないＴｉＮ膜上に被加
工膜であるＴＥＯＳ酸化膜を成膜し、このＴＥＯＳ酸化
膜上に、レジスト膜中とＴＥＯＳ酸化膜中で発生する多
重反射を抑えることが可能な最適膜厚２８０ｎｍで反射
防止膜を塗布した。なお、この反射防止膜の膜厚は、上
述の比較例３の場合と同様にして決定した。

【０１０５】さらに、反射防止膜上には、上述と同様の
レジスト膜を形成してコンタクトホールパターンを形成
した。ＴＥＯＳ膜厚を５００ｎｍに固定し、レジスト膜
厚を４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合と、レ
ジスト膜厚を５００ｎｍに固定し、ＴＥＯＳ膜厚を４５
０〜５５０ｎｍの範囲で変化させた場合の寸法変動量を
測定したところ、いずれも０．０１μｍで許容範囲であ
った。

【０１０６】しかしながら、実施例３と同様の条件で反
射防止膜のエッチングを行ったところ、寸法変換差は、
０．０３μｍで許容範囲を越えており、所望の寸法で被
加工膜の加工を行うことができなかった。

【０１０７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
被加工膜を高い寸法精度で加工し得るレジストパターン
を、反射防止膜を設けることなく、しかもレジスト膜厚
の変動に伴う寸法変動なく形成し得るパターン形成方法
が提供される。かかるレジストパターン形成方法は、電
子部品の微細加工などのフォトリソグラフィー技術にお
いて有効であり、その工業的価値は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す模式図。

【図２】第１の発明のパターン形成方法の作用を説明す
るための図。

【図３】第２の発明のパターン形成方法の作用を説明す
るための図。

【図４】ＥＣＲイオン源装置を示す模式図。

【図５】コンタクトホールパターンの直径とＢＰＳＧ膜
厚との関係を示すグラフ図。

【図６】コンタクトホールパターンの直径とレジスト膜
厚との関係を示すグラフ図。

【図７】寸法変動量と照射時間との関係を示すグラフ
図。

【図８】反射防止膜のエッチング工程とエッチング変換
差の定義を示す図。

【図９】反射防止膜の膜厚変化に対するレジスト膜と反
射防止膜との界面での光強度反射率の変化を示すグラフ
図。

【図１０】寸法変動量と照射時間との関係を示すグラフ
図。

【符号の説明】

１…第（ｋ−１）層 ２…第ｋ層 ３…第（ｋ＋１）層 ４…第（ｋ−１）層と第ｋ層との界面で、第ｋ層に向か
って再反射される強度反射率 ５…第ｋ層と第（ｋ＋１）との界面で第ｋ層に向かって
再反射される強度反射率 ６…第（ｋ−１）層から第ｋ層に入射する光 ７…第（ｋ−１）層と第ｋ層との界面で第ｋ層に向かっ
て反射する光 ８…第（ｋ＋１）層と第ｋ層との界面で第ｋ層に向かっ
て反射する光 ９…レジスト膜 １０…表面に微細な凹凸を有する被加工膜 １１…下地膜 １２…入射光 １３…ランダムな方向に入射する光 １４…被加工膜と下地膜との界面で反射された光 １５…ランダムな方向に反射する光 １６…レジスト膜 １７…被加工膜 １８…表面に微細な凹凸を有する散乱促進膜 １９…基板 ２０…入射光 ２１…ランダムな方向に反射される光 ２２…マイクロ波 ２３…磁気コイル ２４…プラズマ ２５…イオン引き出し電極 ２６…イオンビーム ２７…ＢＰＳＧ膜が形成されたシリコンウェハー基板 ２８…レジスト膜 ２９…反射防止膜 ３０…ＢＰＳＧ膜 ３１…Ａｌ−Ｓｉ膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、露光波長に対して透明である
   被加工膜を形成する工程と、 前記被加工膜上に感光性組成物を塗布し、フォトレジス
   トを形成する工程と、 前記フォトレジストに、前記露光波長を含む光源を用い
   てパターン露光を施す工程と、 前記露光後のフォトレジストを、現像液を用いて現像処
   理する工程とを具備し、 前記被加工膜を形成する工程は、この被加工膜の表面に
   不規則で微細な凹凸を形成する工程を含むことを特徴と
   するレジストパターン形成方法。
2. 【請求項２】 下地膜上に、散乱促進膜を形成する工程
   と、 前記散乱促進膜の直上に、露光波長に対して透明である
   被加工膜を形成する工程と、 前記被加工膜上に感光性組成物を塗布し、フォトレジス
   トを形成する工程と、 前記フォトレジストに、前記露光波長を含む光源を用い
   てパターン露光を施す工程と、 前記露光後のフォトレジストを、現像液を用いて現像処
   理する工程とを具備し、 前記散乱促進膜を形成する工程は、前記露光時に前記被
   加工膜中に発生する定在波を減衰させるように、前記被
   加工膜の表面に不規則で微細な凹凸を形成する工程を含
   むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
3. 【請求項３】 前記微細な凹凸の深さおよび凸部のピー
   ク間の距離を、前記被加工膜中における前記露光波長以
   下に設定する請求項１または２に記載のレジストパター
   ン形成方法。
4. 【請求項４】 基板上に被加工膜を形成する工程と、 前記被加工膜上に、有機膜を形成する工程と、 前記有機膜上に感光性組成物を塗布し、フォトレジスト
   を形成する工程と、 前記フォトレジストにパターン露光を施す工程と、 前記露光後のフォトレジストを、現像液を用いて現像処
   理する工程とを具備し、 前記有機膜に、炭素原子、あるいは炭素原子と、水素原
   子、窒素原子および酸素原子から選択された少なくとも
   １種の原子との組み合わせからなる微粒子を含有するも
   のを用いることを特徴とするレジストパターン形成方
   法。
5. 【請求項５】 基板と、 前記基板上に形成され、露光波長に対して透明であるパ
   ターニングされた膜とを具備し、 前記露光波長に対して透明である膜は、その表面に微細
   な凹凸を有し、その微細な凹凸の深さおよび凸部のピー
   ク間の距離は、この膜をパターニングする際の前記透明
   である膜中における前記露光波長以下であることを特徴
   とする半導体装置。
6. 【請求項６】 基板と、 前記基板上に形成され、その表面に微細な凹凸を有する
   散乱促進膜と、 前記散乱促進膜の直上に形成され、露光波長に対して透
   明であるパターニングされた膜とを具備し、 前記散乱促進膜表面の微細な凹凸の深さおよび凸部のピ
   ーク間の距離は、露光波長に対して透明である膜をパタ
   ーニングする際の前記透明である膜中における前記露光
   波長以下であることを特徴とする半導体装置。