JP4560066B2

JP4560066B2 - パターン形成方法

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Publication number: JP4560066B2
Application number: JP2007154483A
Authority: JP
Inventors: 裕子中村; 耕治橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2010-10-13
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Also published as: JP2008306143A

Description

本発明は、レジストパターンを形成した後に、エッチングにより所望の半導体パターンを形成するパターン形成方法に関するものである。

半導体装置のパターン寸法の微細化は著しく、リソグラフィーによるパターニングだけでは十分なマージンをもって所望パターンを形成することが難しくなっている。このため、リソグラフィーによるパターニング後にレジストをアッシャー（アッシング装置）等でスリミングすることがなされている。

スリミング時には所望パターンだけでなく、周辺のパターンも幅が細くなってしまう。このため、微細パターン以外のパターンについては、あらかじめスリミング分を考慮して幅を太くしたパターンをリソグラフィーで形成することもなされている。

しかしスリミング量が大きいと、微細パターン以外のパターンは幅が大きくなるため、隣接するパターンとのスペース幅が狭くなってしまって、今度は微細パターン以外のパターンの寸法がリソグラフィーで形成できなくなってしまう場合が生じる。

また、あらかじめスリミング分を考慮して幅を太くすると、所望のマージンが取れなくなってしまう場合もある。

そこで、このような場合にはハードマスクプロセスが使われている。即ち、最初に微細パターンに対応するラインパターン部分をレジストで形成し、アッシングでスリミング後、ハードマスクに転写する。この後、最初のレジストパターンを剥離し、狭スペースパターンを第二のレジストで形成して、ハードマスクと第二のレジストパターンをマスクとして被加工膜をエッチングする。最後に第二のレジストパターンおよびハードマスクを除去して所望のパターンを得るというものである。しかしながら、この手法は上で述べたように工程数が多く、コストが高くなってしまうという問題があった。

また、微細化の進展に伴って、露光装置のレンズのＮＡ（開口数）を大きくしたり、露光光の波長を短波長化することではこれに追随できなくなっている。これを解決するために、例えば以下のようなアプローチがなされている。

即ち、１回の露光では形成できない微細ピッチのパターンを形成するために、まず、所望ピッチの倍の周期の１：３のＬ＆Ｓレジストパターンを形成した後、ハードマスクに転写する。その後、再度レジストを塗布して所望ピッチ分ずらして１：３のＬ＆Ｓレジストパターンを露光、現像形成して最終的に倍周期のＬ＆Ｓパターンを形成することがなされている（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、１：３のＬ＆Ｓレジストパターンを形成できれば良いのだが、１：３のＬ＆Ｓパターンよりライン幅の大きいＬ＆Ｓパターンの方がリソグラフィー工程におけるプロセスウィンドウを広くすることができる。このため、はじめに１：３のＬ＆Ｓパターンよりライン幅を太めに形成し、その後、アッシングして１：３のＬ＆Ｓパターンを形成し、それをハードマスクに転写することがなされている。

しかしながら、ハードマスクにスリミングしたレジストパターンを一旦転写するので、工程数が多く、コストが高くなってしまう問題点があった。
S. Lee et al. "Double exposure technology using silicon containing materials" Proc. of SPIE Vol.6153 (2006)

本発明は、１回の露光で形成するのが困難な複数のパターンが共存する場合に、工程数及びコストの削減が可能なパターン形成方法を提供する。

この発明の第１の態様に係るパターン形成方法は、被加工膜上に、スリミングにより形成しないとリソグラフィーによるパターニングでは必要なマージンがとれないパターンを含む第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをスリミングする工程と、前記スリミングする工程の後に、前記第１のレジストパターンが溶解しないように不溶化する工程と、前記不溶化された前記第１のレジストパターン上、及び前記被加工膜上の少なくともいずれか一方に、スリミング分を考慮すると形成できないパターンや、スリミングを行うと必要なマージンがとれないパターンを含む第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターン及び第２のレジストパターンをマスクとして、前記被加工膜を加工する工程とを含むことを特徴とする。

この発明の第２の態様に係るパターン形成方法は、被加工膜上に、第１の下層反射防止膜を形成する工程と、前記第１の下層反射防止膜上に、スリミングにより形成しないとリソグラフィーによるパターニングでは必要なマージンがとれないパターンを含む第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをスリミングする工程と、前記スリミングされた前記第１のレジストパターンをマスクとして、前記第１の下層反射防止膜を加工する工程と、前記スリミングされた前記第１のレジストパターンが溶解しないように不溶化する工程と、前記不溶化後に、前記第１のレジストパターン、及び前記被加工膜の上に、第２の下層反射防止膜を形成する工程と、前記第２の下層反射防止膜上に、スリミング分を考慮すると形成できないパターンや、スリミングを行うと必要なマージンがとれないパターンを含む第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンをマスクに、前記第２の下層反射防止膜を加工する工程と、前記第１のレジストパターンまたは前記第１の下層反射防止膜、及び前記第２のレジストパターンまたは加工後の前記第２の下層反射防止膜をマスクとして、前記被加工膜を加工する工程とを含むことを特徴とする。

この発明の第３の態様に係るパターン形成方法は、被加工膜上に、下層反射防止膜を形成する工程と、前記下層反射防止膜上に、スリミングにより形成しないとリソグラフィーによるパターニングでは必要なマージンがとれないパターンを含む第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをスリミングする工程と、前記スリミングする工程の後に、前記第１のレジストパターンが溶解しないように不溶化する工程と、前記下層反射防止膜上、及び前記不溶化後の前記第１のレジストパターン上の少なくともいずれか一方に、スリミング分を考慮すると形成できないパターンや、スリミングを行うと必要なマージンがとれないパターンを含む第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターン及び第２のレジストパターンをマスクとして、前記下層反射防止膜を加工する工程と、前記第１のレジストパターン、前記第２のレジストパターン、或いは加工された前記下層反射防止膜をマスクとして、前記被加工膜を加工する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、１回の露光で形成するのが困難な複数のパターンが共存する場合に、工程数及びコストの削減が可能なパターン形成方法を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図面において、対応する部分には対応する符号を付し、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で示している。

(第１の実施形態)
本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を図５、図６を用いて説明する。

本実施形態のパターン形成方法においては、ハードマスクの代わりにレジストパターンを２層重ねることによって、工程数及びコストの削減を図る例について述べる。

本実施形態においてはゲートレイヤーにおいてゲートに対応するラインを含むラインパターンとコンタクトフリンジを形成する場合を例にとって説明する。

図１に最終的に形成したいパターンを示す。ライン幅４０nmのラインパターン１０に１００nm角のコンタクトフリンジ１１、１２がついたpoly-Ｓｉ（ポリシリコン）の配線パターンである。２つのコンタクトフリンジ１１及び１２の間は１００nmである。

ところで、ライン幅４０nmの孤立ラインパターン１０をリソグラフィー工程で作製することは難しい。第１の理由は、レチクルを精度良く作製できないことである。第２の理由は、ポジレジストでパターンを形成する場合に露光量を高くすると、細くはなるが、マージンが取れないことである。即ち、フォーカスマージン、ドーズマージンが取れなくなる。また、パターンの頭が丸まったり、残膜がなくなってしまい、エッチングの際に寸法ばらつきが大きくなってしまうという問題も生ずる。

そこで上記問題を回避できるように、図２に示すようにライン幅８０nmのライン１０を形成した後、アッシングによりレジストのライン幅を４０nmとなるように細くすることにした。スリミング量は片側２０nm（全体４０nm）である。このように、ラインパターン１０は、リソグラフィーによるパターニングでは所望の露光マージンがとれず、スリミングにより形成しなければならない微細パターンである。

一方、コンタクトフリンジ１１、１２は、あらかじめ４０nmパターン幅が小さくなることを考慮して、パターニング時に１４０nm角にしておく必要がある。この場合にはコンタクトフリンジ１１及び１２の間は６０nmとなってしまう。しかし、リソグラフィー工程で６０nmの細いスペースを形成することは困難である。即ち、コンタクトフリンジ１１、１２はラインパターン１０と同時にスリミングを行って形成することができないパターンである。

従って、この手法を用いると、４０nm幅のラインと１００nm幅のスペースを同時に形成することはできない。一方、コンタクトフリンジパターンは上層からコンタクトホールをおとして配線を導通させるために幅１００nmは必要であり、小さくすることはできない。

そこで従来は、以下に説明するようにハードマスクを使用してこの問題を回避してきた。この従来の方法について図３の上面図及び図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、上面から見た図３（ａ）に示すように被加工膜（poly-Si膜）３０（図示せず）上にＳｉＮからなるハードマスク材３１を形成する（図４のステップＳ１０１）。この上に、図３（ｂ）に示すように、ＮＡ＝０．９１５、σ＝０．３の通常照明により露光して、８０nm幅のラインからなる第１のレジストパターン３２を形成する（ステップＳ１０２）。なお、以下レジストパターンの形成とは、レジストの塗布、露光、及び現像工程を含んだ工程とする。

次に、図３（ｃ）に示すように第１のレジストパターン３２をゲートパターンとするためアッシャーでスリミングし、線幅４０nmになるようにした（ステップＳ１０３）。

次に、スリミングされた第１のレジストパターン３２をマスクとしてハードマスク材３１を加工し（ステップＳ１０４）、さらに、第１のレジストパターン３２を剥離することでハードマスク３３からなるゲートパターンが形成された（図３（ｄ））（ステップＳ１０５）。

この後、図３（ｅ）に示すように、ハードマスク３３の端部及びその周辺のpoly-Si膜３０を上から覆うようにコンタクトフリンジとして第２のレジストパターン３４を形成した（ステップＳ１０６）。このときの露光の照明条件は、周辺パターンもあるためＮＡ＝０．９１５、σ＝０．９、ε＝２／３の輪帯照明である。第２のレジストパターン３４が形成するコンタクトフリンジの一辺は１００nmであり、２つのコンタクトフリンジ間の距離は１００nmである。

この後、第２のレジストパターン３４とハードマスク３３をマスクとしてpoly-Si膜３０をエッチングし（ステップＳ１０７）、第２のレジストパターン３４の剥離（ステップＳ１０８）、ハードマスク３３の剥離（ステップＳ１０９）を経て、図３（ｆ）に示すようにpoly-Si膜（被加工膜）の所望のパターン３５が得られた。

しかし、図３及び図４に示したプロセスでは、ハードマスクを使用しているため、工程数が多く、コストがかかってしまうという問題点があった。

そこで、本実施形態においては、ハードマスクを使用する代わりに、レジストを２層重ねる手法を用いる。図５の上面図及び図６のフローチャートにその工程を示す。

はじめに、図５（ａ）に示すように、第１のレジストパターン５１を被加工膜（poly-Si膜）５０の上に形成する（図６のステップＳ２０１）。この後、図５（ｂ）に示すように、アッシャーでレジストパターンをスリミングし（ステップＳ２０２）、４０nmのゲートパターンを得た。

次に、この後第２のレジストパターン５２をパターニングする際に第１のレジストパターン５１が溶解しないように、第１のレジストパターン５１に対して不溶化処理を行った（ステップＳ２０３）。

不溶化の方法としては、ＵＶ光、ＤＵＶ光、電子ビーム照射によるキュアやイオン注入（イオンビーム照射）、ベーキングなどにより行うことができる。また、第１のレジストパターン５１と第２のレジストパターン５２との間、例えば第１のレジストパターン５１の上面及び側面に不溶化膜の薄膜を形成して両者のミキシングを防ぐこともできる。

この後、図５（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン５１の端部及びその周辺のpoly-Si膜５０を上から覆うようにコンタクトフリンジパターンを第２のレジストパターン５２で形成する（ステップＳ２０４）。

そして、第１のレジストパターン５１及び第２のレジストパターン５２をエッチングマスクとしてpoly-Si膜（被加工膜）５０をエッチングし（ステップＳ２０５）、最後に第１のレジストパターン５１及び第２のレジストパターン５２を剥離する（ステップＳ２０６）。

これにより、図５（ｄ）に示すように、poly-Si膜からなるフリンジつきゲートパターン５３を形成できた。なお、第１のレジストパターン５１と第２のレジストパターン５２との間に不溶化膜を形成し、かつ不溶化膜形成に選択性がない場合は、poly-Si膜５０のエッチングの前に当該不溶化膜のエッチング工程が追加される。第１のレジストパターン５１と第２のレジストパターン５２との間に不溶化膜を形成する際、レジストパターンの上部と側面のみに不溶化膜が形成される場合はエッチング工程の追加は不要である。また、剥離工程において、レジストと一緒に剥離可能な材料であれば、ステップＳ２０６で剥離されるが、剥離されない材料の場合にはステップＳ２０６の前に不溶化膜剥離の工程が必要となる。

本実施形態においては、ハードマスクの代わりにレジスパターンを使用することで、レジスト不溶化工程は増えるものの、ハードマスクの成膜、加工、剥離工程、第１のレジストパターンの剥離工程が省略でき、工程数削減、コスト削減を行うことができる。一方、コンタクトフリンジやゲートパターンは所望寸法に形成でき、ハードマスクを使用した場合と同等のパターンを形成できる。

以上説明したように、本実施形態においては、レジストのスリミングにより形成する微細パターンと、スリミングを行うと形成できない狭スペースのパターン等が共存する場合に、ハードマスクの代わりにレジストパターンを二層重ねて形成する。

最初に第１のレジストパターンを形成した後、スリミングを行って、微細ラインを形成する。次に第１のレジストパターンを不溶化し、狭スペースパターンを含む第２のレジストパターンを形成する。この後、第１及び第２のレジストパターンをマスクとして被加工膜のエッチング加工を行い、所望のパターンを得る。

即ち、第１及び第２のレジストパターンはそれぞれ独立にパターニングされる。このため、同一レイヤーにおいて、スリミングにより形成しないと必要マージンの得られない微細ラインのパターンとスリミングを行うと必要マージンが得られない狭スペースパターンとを十分なマージンで共存させることができる。

さらに、従来は微細レジストパターン形成後、ハードマスクに転写していたが、本実施形態のパターン形成方法によりハードマスクが不要となり、工程数削減、コスト削減が行える。

(第２の実施形態)
本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を図９、図１０を用いて説明する。

ハードマスクの代わりにレジストパターンを使用する方法は第１の実施形態で説明した場合に限定されるものではなく、他のパターンにも適用可能であり、本実施形態のパターン形成方法においては、例えば１回の露光では形成できないパターンを倍周期パターンを周期分ずらして２回形成することで形成する。

即ち、１回では形成できない微細ピッチのＬ＆Ｓパターンを形成するために、所望ピッチの倍の周期の１：３のＬ＆Ｓレジストパターンを形成した後、所望ピッチ分ずらして１：３のＬ＆Ｓレジストパターンを形成して最終的に倍周期のパターンを形成する方法である。

１：３のＬ＆Ｓレジストパターンを最初から形成するのに比べて、１：３のＬ＆Ｓパターンよりライン幅の大きいＬ＆Ｓパターンの方がリソグラフィー工程におけるプロセスウィンドウを広くすることができる。このため、はじめに１：３のＬ＆Ｓパターンよりライン幅を太めに形成した後、アッシングして１：３のＬ＆Ｓパターンを形成する。

具体的には例えば、以下に３２nm１：１のＬ＆Ｓパターンを形成する場合で説明すると、第１のレジストパターンは１２８nmピッチのＬ＆Ｓパターンである。例えば、照明条件をＮＡ＝１．０の四重極照明で、開き角３５度、インナーσ＝０．６８、アウターσ＝０．８５、アジミューサル（azimuthal）偏光照明とした場合の露光量余裕度を、ライン幅を変えて求めた結果を述べる。

ここで、焦点深度は３００nm以上とれるため、以下では露光量余裕度で議論する。はじめから１：３のＬ＆Ｓパターンを形成した場合には、寸法トレランスを所望寸法の１０％、すなわち３．２nmとすると、露光量余裕度は３．８%であったが、露光量余裕度はライン幅を大きくするにつれて大きくなり、１：１のＬ＆Ｓパターンを形成した場合には露光量余裕度は７．１％となる。このためリソ段階でのマージンを広げるためにはじめにライン幅が１：３より大きいＬ＆Ｓを形成し、その後でスリミングして１：３のＬ＆Ｓパターンを形成する。

上述した微細ピッチのＬ＆Ｓパターンを形成するに際して、ハードマスクを用いた従来のプロセスフローを比較のため図７に示す。第１の実施形態において図３および図４を用いて説明した従来のゲートおよびコンタクトフリンジの形成の例と基本的には同様のプロセスフローである。

図８のフローチャートと共に説明すると、ステップＳ８０１でハードマスク材７１成膜（図７（ａ））、ステップＳ８０２で第１のレジストパターン７２を形成（図７（ｂ））、ステップＳ８０３で第１のレジストパターン７２をスリミング（図７（ｃ））、ステップＳ８０４でハードマスク材７１を加工、ステップＳ８０５で第１のレジストパターン７２を剥離（図７（ｄ））、ステップＳ８０６で第２のレジストパターン７４を形成（図７（ｅ））、ステップＳ８０７で第２のレジストパターン７４をスリミング（図７（ｆ））、ステップＳ８０８で第２のレジストパターン７４とハードマスク７３をマスクとして被加工膜７０をエッチング、ステップＳ８０９で第２のレジストパターン７４の剥離、ステップＳ８１０でハードマスク７３の剥離をすることにより被加工膜の所望のパターン７５が得られた（図７（ｇ））。

図３および図４を用いて説明したゲートおよびコンタクトフリンジの形成の場合と異なるのは、第２のレジストパターン７４は第１のレジストパターン７２（Ｌ＆Ｓパターン）を６４nm横にずらしたパターンであることが挙げられる。さらに、第２のレジストパターンもはじめに３２nmより大きいラインとして形成しておき、その後でアッシングによるスリミングを行って３２nmのラインとするところも異なる。

上記パターンを形成するに際して、ハードマスクの代わりにレジストパターンを使用した本実施形態に係るプロセスフローを、図９の上面図及び図１０のフローチャートを用いて以下に説明する。

本実施形態においては、第１のレジストパターン、第２のレジストパターンともに３２nmより大きいラインを形成する。ただし、第２のレジストパターンがスペース部にできるようにする必要があるため、図９（ａ）に示すように、第１のレジストパターン９１のライン幅を５５nmとして、被加工膜９０の上に形成する（図１０のステップＳ１００１）。

この後の工程である不溶化処理および第２のレジストパターンのパターニングによって、第１のレジストパターン９１の寸法が変化する場合は、ステップＳ１００１において第１のレジストパターン９１の寸法変化量を考慮してパターニングを行う。

続いて、第１のレジストパターン９１の不溶化処理を行い（ステップＳ１００２）、さらに図９（ｂ）に示すように、第２のレジストパターン９２を形成する（ステップＳ１００３）。この後、図９（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン９１と第２のレジストパターン９２に対して一括してアッシングによるスリミングを行った（ステップＳ１００４）。

その後、第１のレジストパターン９１と第２のレジストパターン９２をマスクとして被加工膜９０をエッチングし（ステップＳ１００５）、最後に第１のレジストパターン９１と第２のレジストパターン９２を剥離して（ステップＳ１００６）、図９（ｄ）に示すような被加工膜の所望のＬ＆Ｓパターン９３が形成される。

このような微細ピッチのＬ＆Ｓパターンを形成するために、従来においてはハードマスクを使用しているため、工程数が多く、コストがかかってしまうという問題点があった。しかし本実施形態のようにハードマスクを使用する代わりにレジストを用いることでレジスト不溶化工程は増えるものの、ハードマスクの成膜、加工、剥離工程、第１のレジストパターンの剥離工程が省略でき、さらにアッシングによるスリミングの工程も１工程減らせる。このように工程数の削減ができるので、コストの削減が可能となる。

ハードマスクを使用する代わりにレジストを用いる本実施形態のプロセスフローは、ゲートおよびコンタクトフリンジを形成した第１の実施形態の図６と同様に行うことも可能である。即ち、ステップＳ１００１とＳ１００２の間に第１のレジストパターン９１のスリミングを行い、第２のレジストパターン９２は当初から所望の寸法パターンで形成してステップＳ１００４は省いた工程順序で実行することも可能である。

この場合には、第１のレジストパターン９１（Ｌ＆Ｓパターン）のリソグラフィー工程のおけるプロセスウィンドウは図９の場合よりも広くできるが、第２のレジストパターン９２（Ｌ＆Ｓパターン）のリソグラフィー工程におけるプロセスウィンドウは狭くなる。また、スリミング（アッシング）回数は本実施形態と同じである。しかしこの場合にも、従来に比べて工程数及びコスト削減を行うことができる。

(第３の実施形態)
本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法を図１１及び図１２を用いて説明する。

本実施形態のパターン形成方法においては、レジストパターンの下に下層反射防止膜（ＢＡＲＣ:Bottom Anti-Reflection Coating）が形成される。この場合においてハードマスクの代わりにレジストパターンを２層重ねることによって、工程数及びコストの削減を図る例について述べる。

本実施形態に係るパターン形成方法の工程断面図を図１１にフローチャートを図１２に示す。

まず、図１１（ａ）に示すように、例えば、poly-Ｓｉ（ポリシリコン）等である被加工膜１１０の上に、第１の反射防止膜１１１（ＢＡＲＣ）を塗布する（図１２のステップＳ１２０１）。ここで用いる下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）としては、例えば、有機ＢＡＲＣであるＡＲＣ２９a（日産化学製）を膜厚８５nmで用いる。

次に、図１１（ｂ）に示すように、第１のレジストパターン１１２を形成する（ステップＳ１２０２）。

さらに、第１のレジストパターン１１２をスリミングし（ステップＳ１２０３）、図１１（ｃ）に示すように、スリミング後の第１のレジストパターン１１２をマスクとして第１の反射防止膜１１１を加工する（ステップＳ１２０４）。

その後、第１のレジストパターン１１２に対して、第１の実施形態で説明した方法等により不溶化処理を行い（ステップＳ１２０５）、図１１（ｄ）に示すように、その上から第２の反射防止膜１１３（ＢＡＲＣ）を塗布する（ステップＳ１２０６）。なお、上記レジストの不溶化処理においては、第１の反射防止膜１１１も同時に不溶化してもよい。

さらにその上から、図１１（ｅ）に示すように、第２のレジストパターン１１４を形成する（ステップＳ１２０７）。そして、図１１（ｆ）に示すように、第２のレジストパターン１１４をマスクとして第２の反射防止膜１１３を加工する（ステップＳ１２０８）。

その後、図１１（ｆ）に示される、第１のレジストパターン１１２または第１の反射防止膜１１１、及び第２のレジストパターン１１４または第２の反射防止膜１１３をマスクとして被加工膜１１０を加工し（ステップＳ１２０９）、最後にレジスト及び反射防止膜を剥離する（ステップＳ１２１０）。

これにより、被加工膜１１０の所望のパターン、例えば第１の実施形態において形成したコンタクトフリンジやゲートパターンを得ることができる。

これに対して、従来のハードマスクを使用した場合のフローチャートを図１３に示す。

反射防止膜（ＢＡＲＣ）を形成することにより、両者共に、反射防止膜塗布、反射防止膜エッチング工程が増加し、さらにはレジスト除去に加えて反射防止膜剥離工程が必要となる。しかし、本実施形態の図１２に示すフローチャートと図１３を比較すると、この場合でも、２層のレジストパターンを使用することによりハードマスクを使用した場合に比べて３工程減らすことができることがわかる。即ち、ハードマスクを使用した場合と同等のパターン形成ができると同時に、工程数及びコストの削減が可能となる。

本実施形態においては、反射防止膜（ＢＡＲＣ）を第１のレジストパターン１１２用、第２のレジストパターン１１４用と２回形成している。ハードマスクを使用する従来の場合に比べれば、レジストを２層重ねる本実施形態のパターン形成方法により工程数が削減されるが、それでも工程数が非常に多い。

これを削減するひとつの方法としては、現像液に可溶な現像液可溶性ＢＡＲＣを使用することがある。具体的には、ＡＺＫｒＦＥ０１（ＡＺ社製）、ＮＣＡ８００（日産化学製）、ＩＭＢＡＲＣ１０−７（Brewer Science製）等の現像液可溶性ＢＡＲＣを使用することが可能である。

現像液可溶性ＢＡＲＣを上記実施形態における反射防止膜として使用することにより、レジスト現像時に、レジストが可溶部分の反射防止膜は現像液に溶解するようにし、レジストが不溶部分の反射防止膜は現像液に不溶とするようにできる。これにより、レジストパターンの形成時にレジストパターンのある場所のみ反射防止膜を残し、それ以外の反射防止膜を除去してしまうことができるので、図１２のステップＳ１２０４、Ｓ１２０８の反射防止膜の加工（エッチング）工程を削減することができる。

(第４の実施形態)
本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法を図１４及び図１５を用いて説明する。

本実施形態のパターン形成方法においては、第３の実施形態に係るパターン形成方法よりもさらに工程数を削減するために、第１のレジストパターンの形成に使用した下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）を、第２のレジストパターン形成の際にもそのまま使用する。レジスト不溶化処理における下層反射防止膜の光学定数の変化量が十分小さければ、第１、第２のレジストパターンともに共通の下層反射防止膜を使用することができる。

本実施形態に係るパターン形成方法の工程断面図を図１４にフローチャートを図１５に示す。

まず、図１４（ａ）に示すように、例えば、poly-Ｓｉ（ポリシリコン）等である被加工膜１４０の上に、３５０nmの塗布型カーボンからなる透過率調整層１４１、４５nmのスピンオングラスからなる位相調整層１４２を順次形成する（図１５のステップＳ１５０１）。

この透過率調整層１４１と位相調整層１４２からなる下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）を共通の反射防止膜として、第１のレジストパターン１４３形成（ステップＳ１５０２）、スリミング（ステップＳ１５０３）、レジスト不溶化処理（ステップＳ１５０４）、第２のレジストパターン１４４形成（ステップＳ１５０５）と、図１４（ｂ）に示すように２層レジストパターンを形成する。なお、上記レジストの不溶化処理は第１の実施形態で説明した方法等により実行されるが、反射防止膜１４１、１４２も同時に不溶化してもよい。

そして、この第１のレジストパターン１４３及び第２のレジストパターン１４４をマスクに、スピンオングラス（位相調整層）１４２、スピンオングラス１４２をマスクに塗布型カーボン（透過率調整層）１４１と順次反射防止膜を加工する（ステップＳ１５０６）。

さらに、上記のように加工された塗布型カーボンパターン１４１をマスクに１５０nm厚の被加工膜１４０（poly-Si）を加工する（ステップＳ１５０７）。

最後に、レジスト及び反射防止膜を全て剥離する（ステップＳ１５０８）。

これにより、図１に示した所望寸法をもつフリンジつきラインのpoly-Siパターンを形成することができた。

以上のパターン形成方法により、第３の実施形態に係る図１２に示したパターン形成方法よりも、工程数が削減でき、その結果コストの削減が可能となる。

なお、本実施形態においては、透過率調整層と位相調整層からなる２層の反射防止膜（ＢＡＲＣ）を用いたが、単層の有機ＢＡＲＣを第１、第２のレジストパターン共通の反射防止膜として使用することも可能である。この場合には、被加工膜１４０を加工する際に、まだ第１のレジストパターン１４３及び第２のレジストパターン１４４が残存しているのが普通であり、ステップＳ１５０７においては第１のレジストパターン１４３、第２のレジストパターン１４４及び反射防止膜が被加工膜のマスクとなる。

単層であるか２層であるかによらず反射防止膜を２つのレジストパターンに対して共通に用いることにより、図１２における、スリミング（ステップＳ１２０３）後の第１の反射防止膜の加工（エッチング）工程（ステップＳ１２０４）、及び第２の反射防止膜の塗布工程（ステップＳ１２０６）がなくなるため、工程数の削減が可能となる。

さらに反射防止膜を共通に用いることにより、下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）が位相調整層と透過率調整層からなる３層レジストプロセスにおいては、段差を低減する効果が顕著である。下層反射防止膜が位相調整層と透過率調整層からなる場合は、位相調整層及び透過率調整層が共に薄いことが本来望ましいが、透過率調整層は被加工膜加工時のマスクとなるため、透過率調整層と被加工膜の選択比が低い場合には厚くする必要がある。

従って、反射防止膜をレジストパターン毎に設ける第３の実施形態の場合、図１１（ｆ）からわかるように、２層になった第２の反射防止膜１１３の上に第２のレジストパターン１１４を形成すると、段差が特に大きくなってしまう。

しかし、本実施形態のように第１及び第２のレジストパターンに共通の反射防止膜（ＢＡＲＣ）を用いた場合には、図１４（ｂ）に示されるようにＢＡＲＣ起因の段差は生じず、大きなフォーカスマージンを必要としない。

上記実施形態においてはゲート材料である被加工膜として、例えばpoly-Siを例にとって説明した。しかしゲートの材料はpoly-Siに限定されるものではなく、そのほかの材料でも可能である。

また、上記実施形態においてはエッチング時の加工変換差はないものとして説明したが、プロセスにより加工変換差を考慮に入れて、レジストの仕上がり寸法を調整してよいことは言うまでもない。

上記第１、第３、第４の実施形態においては被加工膜からなるゲートレイヤーにおいてラインパターンとコンタクトフリンジパターンを形成する場合を例にとって説明した。しかしパターンはこれに限定されるものではない。

リソグラフィーによるパターニングでは十分なマージンがとれず、スリミングにより形成しなければならない微細パターンと、スリミングを行うと形成不可能な狭スペースパターンやスリミング分を考慮してパターニングすると必要マージンが取れなくなってしまうパターンが共存している場合に、上記実施形態は適応可能である。

即ち、まず、第１のレジストパターンとしてスリミングにより形成しなければならない微細パターンを含むように、第２のレジストパターンとしてスリミングを行うと形成不可能な狭スペースパターンやスリミング分を考慮してパターニングすると必要マージンが取れなくなってしまうパターンを含むようにパターンを振り分ける。

次に、第１のパターンと第２のパターンを別々に形成し、第１のレジストパターン形成後に第１のレジストパターンのみをスリミングする。これにより、各レジストパターンごとに最大のマージンがとれるような条件を選択でき、両パターンともに十分なマージンをもって形成できる。それと同時に、ハードマスクを使用した従来のパターン形成方法と比べて工程数及びコストの削減を図ることができる。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係るパターン形成方法で最終的に形成するラインパターンとコンタクトフリンジを示す図。図１のパターンをスリミングにより形成する場合にスリミング前に形成するパターンを示す図。ハードマスクを使用した従来のパターン形成方法を示す上面図。図３に示した従来のパターン形成方法を示すフローチャート。本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す上面図。本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャート。ハードマスクを使用した従来のパターン形成方法を示す上面図。図７に示した従来のパターン形成方法を示すフローチャート。本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を示す上面図。本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャート。本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図。本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャート。従来のパターン形成方法を示すフローチャート。本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法を示す断面図。本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャート。

符号の説明

１０…ラインパターン、１１、１２…コンタクトフリンジ、
３０、５０、７０、９０、１１０、１４０…被加工膜、３１、７１…ハードマスク材、
３２、５１、７２、９１、１１２、１４３…第１のレジストパターン、
３３、７３…ハードマスク、
３４、５２、７４、９２、１１４、１４４…第２のレジストパターン、
３５…所望のパターン、５３…フリンジつきゲートパターン、９３…Ｌ＆Ｓパターン、
１１１…第１の反射防止膜、１１３…第２の反射防止膜、１４１…透過率調整層、
１４２…位相調整層。

Claims

被加工膜上に、スリミングにより形成しないとリソグラフィーによるパターニングでは必要なマージンがとれないパターンを含む第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンをスリミングする工程と、
前記スリミングする工程の後に、前記第１のレジストパターンが溶解しないように不溶化する工程と、
前記不溶化された前記第１のレジストパターン上、及び前記被加工膜上の少なくともいずれか一方に、スリミング分を考慮すると形成できないパターンや、スリミングを行うと必要なマージンがとれないパターンを含む第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターン及び第２のレジストパターンをマスクとして、前記被加工膜を加工する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
被加工膜上に、第１の下層反射防止膜を形成する工程と、
前記第１の下層反射防止膜上に、スリミングにより形成しないとリソグラフィーによるパターニングでは必要なマージンがとれないパターンを含む第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンをスリミングする工程と、
前記スリミングされた前記第１のレジストパターンをマスクとして、前記第１の下層反射防止膜を加工する工程と、
前記スリミングされた前記第１のレジストパターンが溶解しないように不溶化する工程と、
前記不溶化後に、前記第１のレジストパターン、及び前記被加工膜の上に、第２の下層反射防止膜を形成する工程と、
前記第２の下層反射防止膜上に、スリミング分を考慮すると形成できないパターンや、スリミングを行うと必要なマージンがとれないパターンを含む第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンをマスクに、前記第２の下層反射防止膜を加工する工程と、
前記第１のレジストパターンまたは前記第１の下層反射防止膜、及び前記第２のレジストパターンまたは加工後の前記第２の下層反射防止膜をマスクとして、前記被加工膜を加工する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
被加工膜上に、下層反射防止膜を形成する工程と、
前記下層反射防止膜上に、スリミングにより形成しないとリソグラフィーによるパターニングでは必要なマージンがとれないパターンを含む第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンをスリミングする工程と、
前記スリミングする工程の後に、前記第１のレジストパターンが溶解しないように不溶化する工程と、
前記下層反射防止膜上、及び前記不溶化後の前記第１のレジストパターン上の少なくともいずれか一方に、スリミング分を考慮すると形成できないパターンや、スリミングを行うと必要なマージンがとれないパターンを含む第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターン及び第２のレジストパターンをマスクとして、前記下層反射防止膜を加工する工程と、
前記第１のレジストパターン、前記第２のレジストパターン、或いは加工された前記下層反射防止膜をマスクとして、前記被加工膜を加工する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
前記不溶化処理工程は、イオン注入とベーキングのうちの１つにより行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。