JP3697426B2 - パターン形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン転写プロセスに係り、特にパターンが転写される被加工膜の加工精度の改善を図ったパターン形成方法、およびこのパターン形成方法により形成されたパターンを用いる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一連の半導体装置の製造プロセス中、リソグラフィ工程においては、通常、レジストパターンをドライエッチングのマスクとして下層の被加工膜を加工することが行われる。このため、レジスト膜に対しては、解像性およびドライエッチングに対する耐性の両面において高い性能が要求されている。近年、次世代リソグラフィ技術の１つとして、弗素レーザの利用が本命視されている。ところが、弗素レーザの波長は極めて短いために、この波長に対応する高い光透過率を有するレジスト膜を開発することは非常に困難である。したがって、レジスト膜の光透過率を高めるためには、レジスト膜の膜厚を薄くせざるを得ない。しかし、レジスト膜を薄くすると、レジスト膜のドライエッチングに対する耐性が低下し、解像性との両立を図ることが困難になる。
【０００３】
また、レーザの代わりに低加速電子線を用いるレジストパターン形成方法においても、レジスト膜中の電子線の透過距離が短いために、レジスト膜の膜厚を厚くすることは困難である。
【０００４】
これらを解決する技術として、多層レジストプロセスが挙げられる。この中には様々な方法があるが、とりわけ、レジストパターン中にドライエッチング耐性を持つ材料を埋め込み、埋め込んだ材料をマスクとして下層膜にパターン転写する方法が有効である。この方法は、レジスト膜に対してドライエッチング耐性を全く要求せず、レジスト膜の開発において解像性の追求に専念することができるため、非常に有望であると言える。
【０００５】
一例を挙げると、特開平７−１３５１４０号公報に開示されている発明は、レジストパターン上に塗布型シリコン材料であるＳＯＧ（Spin on Glass）を塗布し、このＳＯＧをレジストパターンの上部が露出するまでエッチバックするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した埋め込み材料を用いる方法には、次に述べるような問題が存在する。
【０００７】
埋め込み材料としての埋め込みレジスト膜が薄い場合を図１５（ａ）〜（ｃ）に示す。図１５（ａ）は、レジストパターンがいわゆるライン・アンド・スペース・パターン（Line and Space pattern）、通称Ｌ／Ｓパターン１０１ａとして形成されている部分を示す断面図である。図１５（ｂ）は、レジストパターンがいわゆる孤立ラインパターン（isolated Line pattern）、通称ｉＬパターン１０１ｂとして形成されている部分を示す断面図である。図１５（ｃ）は、レジストパターンがいわゆる孤立スペースパターン（isolated Space pattern）、通称ｉＳパターン１０１ｃとして形成されている部分を示す断面図である。これらは図１６および図１７においても同様である。図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、埋め込みレジスト膜１０２が薄い場合、埋め込み材料の段差被覆性が十分でないために、レジストパターン１０１ａ〜１０１ｃの形状に応じて、埋め込みレジスト膜１０２の表面にある程度の凹凸が残ってしまう。
【０００８】
薄く形成された埋め込みレジスト膜１０２を、『レジスト膜のエッチング速度＞埋め込みレジスト膜のエッチング速度』となる条件にてエッチバックした後の、レジストパターン１０１ａ〜１０１ｃ付近の状態を図１６（ａ）〜（ｃ）に示す。埋め込みレジスト膜１０２のエッチバックに必要な量（深さ）は、前記３パターンの中では、一般にｉＳパターン１０１ｃの残し部において最も大きくなることが経験的に分かっている。ところが、ｉＳパターン１０１ｃの残し部のエッチバック量に合わせてエッチバックを行うと、図１６（ａ）に示すように、Ｌ／Ｓパターン１０１ａの抜き部の埋め込みレジスト膜１０２は、その膜厚が必要以上に薄くなるか、場合によっては消失してしまう。これは、下層膜１０３を加工する際に、その加工寸法の制御の面で問題となる。
【０００９】
以上説明した埋め込みレジスト膜１０２の段差被覆性に関する問題を解決する方法としては、埋め込みレジスト膜１０２の膜厚を厚く形成することが有効である。この場合のレジストパターン１０１ａ〜１０１ｃ付近の状態を図１７（ａ）〜（ｃ）に示す。埋め込みレジスト膜２の膜厚を厚く形成すると、レジストパターン１０１ａ〜１０１ｃの形状に拘らず、埋め込みレジスト膜１０２の表面は略完全な平面になる。ところが、この場合においては、エッチバック深さの面内均一性の制御が困難になる。これに加えて、埋め込みレジスト膜１０２の膜厚が厚くなると、エッチバックに掛かる処理時間が長時間化するという問題が生じる。特に前者においては、レジスト膜１０４の膜厚が薄くなるにつれて、面内均一性のばらつきの許容される範囲が狭くなるので、一般的なエッチング技術の適用は破綻をきたすおそれがある。
【００１０】
本発明は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、レジスト膜に形成されたレジストパターンを埋め込む材料として放射線感受性化合物を採用し、この放射線感受性化合物に対して放射線照射および現像によるリセスを行うことにより、リセス深さの高い制御性、高い面内均一性、およびプロセス時間（ＲＰＴ：Raw Process Time）の短縮を実現し、形成されるパターン形状に拘らず、パターン転写プロセスの適用範囲を広げることができるとともに、パターンを転写する際の寸法制御性、再現性、およびプロセス効率を高めて、所望のパターンを高い精度で効率よく形成できるパターン形成方法を提供することにある。また、このパターン形成方法により形成されたパターンを利用して、半導体装置内の各種電子回路などを高い精度で効率よく形成することにより、良質な半導体装置を効率よく製造できる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】
前記課題を解決するために、本発明に係るパターン形成方法は、基板上に被加工膜を設ける工程と、前記被加工膜上にレジスト膜を設ける工程と、前記レジスト膜をパターニングする工程と、前記パターニングされたレジスト膜を覆うように放射線感受性化合物の膜を前記被加工膜上に設ける工程と、前記放射線感受性化合物の膜に放射線照射および現像処理を施して前記レジスト膜の上面を露出させ、前記放射線感受性化合物の膜をパターニングする工程と、前記パターニングされた放射線感受性化合物の膜をマスクとして前記レジスト膜を除去するとともに、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ものである。
【００１２】
このパターン形成方法においては、レジスト膜に形成されたパターンを埋め込む埋め込み材料となる放射線感受性化合物の膜を、パターニングされたレジスト膜を覆うように被加工膜上に設ける。その後、この放射線感受性化合物の膜に対して放射線照射および現像処理を施してリセスを行う。これにより、リセス深さの高い制御性、高い面内均一性、およびプロセス時間（ＲＰＴ：Raw Process Time）の短縮を実現し、形成されるパターンの形状に拘らず、パターン転写プロセスの適用範囲を広げることができるとともに、パターンを転写する際の寸法制御性、再現性、およびプロセス効率を高めることができる。
【００１３】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係るパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行うエッチング工程を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
この半導体装置の製造方法においては、本発明に係るパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行う。これにより、半導体装置内の各種電子回路などを高い精度で効率よく形成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明に係る第１実施形態を図１〜図６を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。図２は、レジストの溶解速度と露光量との相関関係をグラフにして示す図である。図３は、図２のグラフを２値化して簡略化して示す図である。図４は、埋め込み材料を単色光で露光した場合の深さ方向の光強度分布をグラフにして示す図である。図５は、埋め込み材料の現像時間と残膜厚さとの相関関係をグラフにして示す図である。図６は、レジスト膜を複数の波長からなる光を用いて露光した場合の深さ方向の光強度分布をグラフにして示す図である。
【００１７】
この第１実施形態においては、レジスト膜としてＡｒＦポジレジスト膜を、埋め込み材料として感光性ポリシラザンを、また埋め込み材料に対する放射線照射の光源としてＡｒＦエキシマレーザをそれぞれ採用する場合について述べる。
【００１８】
先ず、第１実施形態に係るパターンの形成方法について説明する。図１（ａ）に示すように、微細加工が施される半導体基板１上に、被加工膜（下層膜）としてのＪＳＲ（株）製の塗布型カーボン膜２（商品名ＣＴ０１）を、その膜厚が０．３μｍ程度となるように回転塗布する。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、塗布型カーボン膜２が設けられた半導体基板１をホットプレート３上に載置して、約３００℃で約１２０秒間焼き締め（ベーク）を行う。
【００２０】
次に、図１（ｃ）に示すように、焼き締められた塗布型カーボン膜２上に、レジスト膜（上層レジスト膜）としてのＪＳＲ（株）製のポジ型ＡｒＦレジスト膜４（商品名ＡＴＢ３６７Ｓ）を、その膜厚が約１２０ｎｍとなるように回転塗布した後、プリベークする。
【００２１】
次に、図１（ｄ）に示すように、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４に向けてＡｒＦエキシマレーザ光線５を照射して露光した後、現像する。これにより、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４に、所望の形状および精度を有するレジストパターン（上層レジストパターン）をパターニングする。
【００２２】
次に、図１（ｅ）に示すように、パターニングされたポジ型ＡｒＦレジスト膜４に、後述する埋め込み材料としての放射線感受性化合物の溶剤（溶媒）に対する耐性を持たせるための処理を施す。この処理は、電子線照射、紫外線照射、または加熱処理のいずれか１種類以上を用いて行うことが好ましい。本実施形態においては、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４に向けて４ｍＣ／ｃｍ2の電子線（ｅ−）６を照射することにより、ＥＢキュア処理を行う。
【００２３】
次に、図１（ｆ）に示すように、ＥＢキュア処理が施されたポジ型ＡｒＦレジスト膜４を覆うように、埋め込み材料としての放射線感受性化合物の膜７を塗布型カーボン膜２上に設ける。この放射線感受性化合物には、珪素原子（Ｓｉ）、ゲルマニウム原子（Ｇｅ）、錫原子（Ｓｎ）のいずれか１種類以上を含んでいる化合物を採用することが好ましい。具体的には、放射線感受性化合物には、放射線感受性ポリシラン、放射線感受性ポリゲルマン、放射線感受性ポリスタナン、放射線感受性ポリシラザン、放射線感受性ポリシロキサン、放射線感受性ポリカルボシラン、放射線感受性ジシラニレン−π−電子系ポリマー、それら各化合物の２種類以上の共重合体、ベンゼン環の置換基に珪素原子を含有するノボラック樹脂、およびベンゼン環の置換基に珪素原子を含有するポリヒドロキシスチレン樹脂、または、これら各化合物のいずれかと放射線感受性物質との混合物、のいずれかを採用することが好ましい。これは、下層膜２をエッチングする際に、放射線感受性化合物膜７がエッチングマスクとして機能し、放射線感受性化合物膜７をリセスする際の膜厚を制御できるようにするためである。
【００２４】
放射線感受性化合物には、ポジ型放射線感受性化合物とネガ型放射線感受性化合物とが存在し、本発明においてはそれら双方とも利用可能である。ただし、本発明を実施する際には、ネガ型放射線感受性化合物よりもポジ型放射線感受性化合物を利用する方が好ましい。なぜなら、後に詳述するように、ポジ型放射線感受性化合物を利用する場合、この化合物に放射線の吸収作用をもたせることにより、放射線感受性化合物膜７の表面からの深さに応じてリセス速度を減少させることが可能だからである。そして、この性質は、本発明の実施に好ましい結果を及ぼすからである。
【００２５】
また、放射線感受性化合物として先に挙げた各化合物は、放射線感受性化合物の種類、もしくは処理プロセスに応じてポジ型にもネガ型にもなり得ることを特に明言しておく。具体例を挙げると、ポリシロキサンと放射線感受性化合物であるｏ−ナフトキノンジアジド化合物との混合物はポジ型放射線感受性化合物であるが、ポリシロキサンと放射線感受性化合物であるビスアジド化合物との混合物はネガ型放射線感受性化合物である。また、一般に、ＫｒＦレジスト膜として広く用いられているポリヒドロキシスチレン樹脂と光酸発生剤との混合物は、通常はポジ型放射線感受性化合物であるが、光の照射量を過度に上げると樹脂が架橋するため、ネガ型放射線感受性化合物となる。
【００２６】
本実施形態においては、放射線感受性化合物の膜として、ポジ型放射線感受性化合物の膜である、クラリアントジャパン（株）製の感光性ポリシラザン膜７（商品名ＰＳ−ＭＳＺ）を採用する。この感光性ポリシラザン膜７は、その膜厚が約５００ｎｍとなるように、塗布型カーボン膜２上に回転塗布される。この段階で、レジストパターンが形成されたポジ型ＡｒＦレジスト膜４は、そのパターン段差が略完全に無くなるように覆われる。また、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４（上層レジストパターン）は、感光性ポリシラザン膜７で覆われる際に、感光性ポリシラザン膜７の溶媒であるプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）に不溶であった。
【００２７】
次に、図１（ｇ）に示すように、感光性ポリシラザン膜７に向けて放射線（ｈν）８を照射して、感光性ポリシラザン膜７を全面露光する。この露光に用いられる放射線８は、光線、電子線、またはイオンビームのいずれかであることが好ましい。また、放射線８として光線を採用する場合には、この光線は、赤外線、可視光線、紫外線、真空紫外線、極端紫外線、または軟Ｘ線のいずれかであることが好ましい。本実施形態においては、放射線として、波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線８を用いて、感光性ポリシラザン膜７を全面露光する。なお、この露光において、ＡｒＦエキシマレーザ光線８の波長に対する感光性ポリシラザン膜７の吸光係数は、約６．５μｍ-1であった。
【００２８】
次に、感光性ポリシラザン膜７に対して、その現像後の残膜厚さが約１００ｎｍとなるように、加湿処理後、現像処理を施す。これにより、図１（ｈ）に示すように、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４（上層レジストパターン）の上部（上面）を露出させる。この結果、感光性ポリシラザン膜７中に、所望の形状および精度を有するパターンがパターニングされる。なお、この現像処理後のポジ型ＡｒＦレジスト膜４および感光性ポリシラザン膜７のそれぞれの露出表面（上面）における面内均一性（凹凸の幅）は、約１０ｎｍ以内に収まった。また、現像処理の終了直前におけるリセスの膜減り速度は、約１ｎｍ／ｓｅｃであった。
【００２９】
最後に、図１（ｉ）に示すように、感光性ポリシラザン膜７をマスクとして、感光性ポリシラザン膜７が残っていない領域のポジ型ＡｒＦレジスト膜４および塗布型カーボン膜２を加工して除去する。これにより、半導体基板１上に残っている塗布型カーボン膜２中に、所望の形状および精度を有するパターンを形成することができる。
【００３０】
ここで、埋め込み材料としての放射線感受性化合物が満たすべき２つの要件について述べる。
【００３１】
先ず、１つ目は、現像処理終了時における放射線感受性化合物の溶解速度に関するものである。放射線感受性化合物の膜７を現像してレジスト膜４の上部を露出させた際の、放射線感受性化合物の膜７の残膜厚さの狙い目（目標値）からの誤差の最大許容値をΔｈtotalとする。この残膜厚さの誤差が生じる原因は、大きく２つに分けられる。
【００３２】
１つは、全面露光を行う際の露光量のばらつきによるものであり、放射線感受性化合物の膜７の表面の面内均一性を悪化させる要因となる。もう１つは、現像時間の制御性によるものである。現像処理終了時における放射線感受性化合物の膜７の表面の溶解速度をＲ、時間の誤差をΔｔとする。すると、現像処理後の放射線感受性化合物の膜７の膜厚が目標値からＲΔｔだけずれることにより、図示しないウェーハ間の均一な膜厚の再現性（均一性）が悪化することになる。ここで、ＲΔｔ単独でΔｈtotalを超えてはならないという要請により、以下に示す式（１）が成立する。
【００３３】
【数１】
【００３４】
本実施形態において想定されるレジスト膜４の膜厚は、おおよそ１５０ｎｍ以下である。また、本発明者らが行った実験によれば、シリコン含有材料をマスクとして被加工膜２を加工する場合、放射線感受性化合物の膜７の残膜厚は最低でも約５０ｎｍ必要とされることが経験的に分かっている。したがって、Δｈtotalの取りうる最大値は、約１００ｎｍとなる。現像時間の誤差を１秒とすると、Ｒの満たすべき条件は以下に示す式（２）で表される。
【００３５】
【数２】
【００３６】
これは、本実施形態において、リセス膜厚の制御性を保証するための要件である。レジスト膜４の膜厚が薄い場合、露光量のばらつきが大きい場合、あるいはウェーハ面内において放射線感受性化合物の膜７の埋め込み均一性が劣る場合には、Ｒの上限値はさらに小さくなる。本発明者らが行った実験によれば、本実施形態においてはＲが式（２）の条件を満たしており、何ら問題がないことが分かった。
【００３７】
以上説明した要件は、ポジ型放射線感受性化合物およびネガ型放射線感受性化合物の双方に当てはまる要件である。
【００３８】
次に、２つ目は、ポジ型の放射線感受性化合物の吸収係数に関するものである。まず、図２に典型的なレジスト膜の溶解速度測定曲線を示す。また、レジスト膜の溶解特性の取り扱いを簡略化するために、図２に示すレジスト膜の溶解速度を単純に２値化した場合の溶解速度測定曲線を図３に示す。この図３において、Ｉ１は、レジスト膜の溶解速度が切り替わる露光量である。また、Ｒmaxは、Ｉ＞Ｉ１におけるレジスト膜の溶解速度を、Ｒminは、Ｉ＜Ｉ１におけるレジスト膜の溶解速度をそれぞれ示す。
【００３９】
また、ポジ型放射線感受性化合物の膜７を、単色光を用いて全面露光した際の、深さ方向の光強度Ｉの分布を図４に実線で示す。図４中破線で示すグラフは、照射露光量に誤差ΔＩ０が含まれている場合の、深さ方向の光強度Ｉ’の分布を示すものである。この図４において、ｈ０は、埋め込み材料としてのポジ型放射線感受性化合物の初期膜厚である。また、ｈ１は、全面露光の露光量がＩ０である場合に光強度ＩがＩ１となる、ポジ型放射線感受性化合物の膜の、被加工膜の界面からの膜厚である。また、Δｈ１は、全面露光の露光量がＩ０＋ΔＩ０である場合に光強度ＩがＩ１となる、ポジ型放射線感受性化合物の膜の、被加工膜の界面からの膜厚とｈ１との差である。また、ΔＩ０は、全面露光の露光量誤差である。そして、Ｉ１は、図３のＩ１と同じである。
【００４０】
さらに、ポジ型放射線感受性化合物の膜７の現像時間と、残膜厚さとの相関関係を図５に示す。この図５において、ｈ０およびｈ１は、図４のｈ０およびｈ１と同じである。また、ｈ２は、目標値（ターゲット）とする埋め込み材料（ポジ型放射線感受性化合物の膜７）の残膜厚さである。また、ｔ１は、埋め込み材料の残膜厚さがｈ１になる時刻である。同様に、ｔ２は、埋め込み材料の残膜厚さがｈ２になる時刻である。同じく、ｔ３は、埋め込み材料の残膜厚さが０になる時刻である。
【００４１】
ここで、ポジ型放射線感受性化合物の膜７に照射する放射線８の波長に対するポジ型放射線感受性化合物の膜７の吸光係数をα（μｍ-1）、現像処理前におけるポジ型放射線感受性化合物の膜７の表面（上面）からの深さをｈとする。すると、光強度Ｉは以下に示す式（３）で表すことができる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
また、照射露光量に誤差ΔＩ０が含まれている場合の光強度Ｉ’は、以下に示す式（４）で表すことができる。
【００４４】
【数４】
【００４５】
また、図４に示すように、ＩがＩ＝Ｉ１を満たす深さをｈ０−ｈ１とすると、Ｉ’がＩ’＝Ｉ１を満たす深さはｈ０−（ｈ１−Δｈ１）となる。ここで、Δｈ１は、以下に示す式（５）で表すことができる。
【００４６】
【数５】
【００４７】
このΔｈ１は、前述したΔｈtotalを超えてはならないので、以下に示す式（６）が成立する。
【００４８】
【数６】
【００４９】
ΔＩ０／Ｉ０は、露光量のばらつきの割合を示しており、この値は光源によって大きく異なる。ここで、露光量のばらつきが最も良く制御された場合を想定して、式（６）中ΔＩ０／Ｉ０に例えば０．０２、すなわちレンジで２％を代入する。また、前述したように、本実施形態においては、Δｈtotalの取り得る最大値は約１００ｎｍであり、これを式（６）に代入する。すると、ポジ型放射線感受性化合物の膜７の吸光係数α（μｍ-1）の満たすべき条件は、以下に示す式（７）で表すことができる。
【００５０】
【数７】
【００５１】
これは、本実施形態において、リセス膜厚の制御性を保証するための要件である。本発明者らが行った実験によれば、本実施形態においてはαが式（７）の条件を満たしており、何ら問題がないことが分かった。
【００５２】
以上の説明では、ポジ型放射線感受性化合物の膜７を全面露光する際に、単一の波長からなる単色光を使用する場合を例にとって説明した。ところが、実際の露光現場では、複数の線スペクトルや、ある範囲の波長の広がりを有する光源の使用も考えられる。
【００５３】
一例として、
線スペクトルＡ１：αＡ１＝０．２μｍ-1，ＩＡ１０＝０．６Ｉ０
線スペクトルＡ２：αＡ２＝０．１μｍ-1，ＩＡ２０＝０．４Ｉ０
からなる２本の輝線を有する複色光源ＡＬおよびレジスト膜ＡＲの組み合わせと、
線スペクトルＢ：αＢ＝０．２μｍ-1，ＩＢ０＝Ｉ０
のみからなる単色光源ＢＬおよびレジスト膜ＢＲの組み合わせとを比較する。ただし、各レジスト膜の感度は、波長によらず一定とする。
【００５４】
これら３つの線スペクトルの式から分かるように、光源ＡＬおよび光源ＢＬのそれぞれの全体の強度Ｉは同一であり、またそれぞれの吸光係数αの最大値も同一である。各光源ＡＬ，ＢＬを用いて各レジスト膜ＡＲ，ＢＲを露光した場合の深さ方向の光強度分布のグラフを、それぞれ実線および破線を用いて図６に示す。図６から明らかなように、光源ＢＬに比べると、光源ＡＬの方がレジスト膜ＡＲ中における光の減衰が緩やかである。
【００５５】
光源ＡＬのように、光源が複数の波長からなる光線を発する場合、単一の吸光係数を定義できないが、実質的な吸光係数αは０．２μｍ-1よりも小さくなっているとみなすことができる。したがって、図６に示す２本のグラフおよび式（４）より、光源ＡＬおよびレジスト膜ＡＲの組み合わせは本実施形態には不適当であることが分かる。つまり、本実施形態を再現する場合、最大吸光係数αmaxが約０．２μｍ-1で必要十分条件を満たすのは、単色光からなる光源を用いた場合である。レジスト膜の吸光係数が約０．２μｍ-1以下となる波長を含む光線を光源が発する場合には、最大吸光係数αmaxは約０．２μｍ-1よりも大きくなければならない。もしくは、レジスト膜の吸光係数αが約０．２μｍ-1以下となる波長成分を、図示しない光学フィルター等により除去しなくてはならない。
【００５６】
なお、埋め込み材料としてのポジ型放射線感受性化合物の吸光係数は、理論的にはいくら大きくても構わない。しかし、吸光係数があまりに大きいと、ポジ型放射線感受性化合物の膜の深い位置まで放射線が到達し難い。このため、１回の放射線照射および現像でポジ型放射線感受性化合物の膜７にパターニング処理を施すためには、非現実的な大量の放射線照射が必要となる。したがって、ポジ型放射線感受性化合物の吸光係数が、例えば０．２μｍ-1よりも非常に大きい場合には、１回の放射線照射時間を長時間化するよりも、放射線照射および現像をそれぞれ複数回繰り返すことが望ましい。これにより、ポジ型放射線感受性化合物の吸光係数が０．２μｍ-1を大きく越えるような値の場合でも、リセスに必要十分な量の放射線をポジ型放射線感受性化合物に向けて照射して、ポジ型放射線感受性化合物の膜の深い位置まで放射線を到達させることができる。それとともに、リセスプロセス、ひいてはパターン形成工程全体に掛かる処理時間の短縮を図ることが可能になる。
【００５７】
また、放射線源が電子線の場合には、電子の加速電圧を適宜調整することによりポジ型放射線感受性化合物の膜７中の電子の透過距離を調整し、式（２）を満たすようにしなければならない。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態においては、レジスト膜４に形成されたレジストパターンに基づいて被加工膜２を加工するのに先立って、レジスト膜４を覆うように、ポジ型放射線感受性化合物の膜７を被加工膜２上に設ける。この際、レジスト膜４に形成されたレジストパターンを、そのパターン段差が殆ど無くなるようにポジ型放射線感受性化合物の膜７を用いて埋め込む。ポジ型放射線感受性化合物の膜７に対して放射線照射および現像処理によるリセスを行うことにより、リセス深さを高い水準で制御して、レジスト膜４（上層レジストパターン）の表面（上面）を、高い面内均一性で露出させることができる。露出されるレジスト膜４の面内均一性を高めることにより、レジスト膜４の膜厚の下限を、被加工膜２の加工に必要なポジ型放射線感受性化合物の膜７の最低膜厚付近まで下げることができる。この結果、レジスト膜４の膜厚が、従来のエッチバックを適用不可能な薄さである場合においても、本実施形態のパターン転写プロセスを適用可能であり、レジスト膜４中に所望の形状および精度を有するレジストパターンを形成できる。ひいては、被加工膜２中に所望の形状および精度を有するパターンを形成できる。なお、本実施形態のパターン転写プロセスは、レジスト膜４の膜厚が従来のエッチバックを適用可能な厚さである場合においても、有効であるのはもちろんである。
【００５９】
従来技術では、薄く形成された埋め込みレジスト膜１０２を『レジスト膜のエッチング速度＞埋め込みレジスト膜のエッチング速度』となる条件にてエッチバックすると、下層膜１０３の加工寸法の制御に問題が生じた。これに対して、本実施形態ではリセス深さを高い水準で制御できるので、ポジ型放射線感受性化合物の膜７の膜厚を従来のエッチバックを適用不可能な薄さに形成し、この膜７を前記と同様の条件にてエッチバックしても、被加工膜２の加工寸法を高い精度で制御できる。また、本実施形態は、ポジ型放射線感受性化合物の膜７の厚さに拘らず、『レジスト膜のエッチング速度＞埋め込みレジスト膜のエッチング速度』となるエッチング条件にも適用可能であるのはもちろんである。
【００６０】
また、ポジ型放射線感受性化合物の膜７（埋め込みレジスト膜）をエッチングマスクとして用いることにより、被加工膜２を加工する際の寸法制御性および再現性も向上できる。さらには、ポジ型放射線感受性化合物の膜７のリセスに掛かる時間など、パターン形成工程に掛かるプロセス時間（ＲＰＴ：Raw Process Time）の短縮を図ることが可能になる。
【００６１】
したがって、本実施形態のパターン形成方法によれば、形成されるパターンの形状に拘らず、パターン転写プロセスの適用範囲を広げることができるとともに、パターンを転写する際の寸法制御性、再現性、およびプロセス効率を高めて、パターンを高い精度で効率よく形成できる。
【００６２】
次に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法について簡潔に説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、前述した本実施形態に係るパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行う工程などを含むものである。前述した本実施形態に係るパターン形成方法によれば、パターンを高い精度で効率よく形成できる。したがって、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置内の各種電子回路などを高い精度で効率よく形成して、半導体装置の製造工程における歩留まりを向上できる。この結果、良質な半導体装置を低コストで、効率よく製造できる。
【００６３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を図７を参照しつつ説明する。図７は、第２実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。なお、図１と同一部分は同一符号を付してその詳しい説明を省略する。また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、前述した第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様なので、その説明を省略する。以下、後述する第３〜第８実施形態においても同様の説明方法とする。
【００６４】
この第２実施形態は、ポジ型放射線感受性化合物の膜としての感光性ポリシラザン膜７に向けて放射線を照射して全面露光する工程において、第１実施形態において採用した波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線８の代わりに、図７に示すように、加速電圧約１０ｋＶの電子線１１を採用するものである。感光性ポリシラザン膜７に向けて電子線１１を全面照射した後、第１実施形態と同様に感光性ポリシラザン膜７に現像処理などを施す。
【００６５】
以上説明した点以外は、第１実施形態と同様に実施する。この結果、第１実施形態を説明する際に参照した図１（ｉ）に示す状態と同様に、被加工膜（塗布型カーボン膜）２中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００６６】
以上説明したように、この第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る第３実施形態を図８を参照しつつ説明する。図８は、第３実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。
【００６８】
この第３実施形態においては、被加工膜としてＤＬＣ膜を、レジスト膜として低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜を、埋め込み材料としてポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］を、また埋め込み材料に対する放射線照射の光源として低圧水銀ランプをそれぞれ採用する場合について述べる。
【００６９】
先ず、図８（ａ）に示すように、微細加工が施される半導体基板１上に、被加工膜としてのＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜２１を、その膜厚が約０．３μｍとなるように設ける。
【００７０】
次に、図８（ｂ）に示すように、ＤＬＣ膜２１上に、レジスト膜としての低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜２２を、その膜厚が約７０ｎｍとなるように回転塗布した後、プリベークする。
【００７１】
次に、図８（ｃ）に示すように、ネガレジスト膜２２に向けて加速電圧約５ｋＶにて電子線２３を照射して、所望のパターンを描画した後、現像する。これにより、ネガレジスト膜２２に所望の形状および精度を有するレジストパターン（上層レジストパターン）をパターニングする。
【００７２】
次に、図８（ｄ）に示すように、パターンニングされたネガレジスト膜２２に向けて１００ｍＷ／ｃｍ2の紫外線２４を２分間照射して、ＵＶキュア処理を行う。
【００７３】
次に、図８（ｅ）に示すように、ＵＶキュア処理が施されたネガレジスト膜２２を覆うように、埋め込み材料としてのポジ型放射線感受性化合物の膜２５をＤＬＣ膜２１上に設ける。本実施形態においては、ポジ型放射線感受性化合物の膜として、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］の膜２５を採用する。このポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５は、その膜厚が約５００ｎｍとなるように、ＤＬＣ膜２１上に回転塗布される。この段階で、レジストパターンが形成されたネガレジスト膜２２は、そのパターン段差が略完全に無くなるように被覆される。また、ネガレジスト膜２２（上層レジストパターン）は、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５で覆われる際に、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の溶媒であるアニソールに不溶であった。
【００７４】
次に、図８（ｆ）に示すように、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５に向けて放射線２６を照射して、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５を全面露光する。本実施形態においては、放射線として、第１実施形態で採用した波長が約１９３ｎｍのＡｒＦレーザ光線８の代わりに、低圧水銀ランプが発する光線２６を採用する。この際、光線２６を図示しないバイコールガラスでフィルタリングして、実質的に波長が約２５４ｎｍの単色光を照射するように設定する。この波長に対するポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の吸光係数は、約０．２μｍ-1以上を満たしていた。
【００７５】
次に、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５に対して有機溶媒を用いて現像処理を施す。これにより、図８（ｇ）に示すように、ネガレジスト膜２２（上層レジストパターン）の上部（上面）を露出させる。この結果、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５中に、所望の形状および精度を有するパターンがパターニングされる。また、現像終了時付近におけるリセスの膜減り速度は約１００ｎｍ／ｓｅｃ以下を満たしており、良好な精度でリセス深さを制御できた。
【００７６】
最後に、図８（ｈ）に示すように、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５をマスクとして、この膜２５が残っていない領域のネガレジスト膜２２およびＤＬＣ膜２１を加工して除去する。これにより、半導体基板１上に残っているＤＬＣ膜２１中に、所望の形状および精度を有するパターンを形成することができる。
【００７７】
以上説明したように、この第３実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る第４実施形態を図９を参照しつつ説明する。図９は、第４実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。
【００７９】
この第４実施形態は、ポジ型放射線感受性化合物の膜としてのポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５に向けて放射線を照射して全面露光する工程において、第３実施形態において採用したフィルタリングされた単色光からなる低圧水銀ランプが発する光線２６の代わりに、図９に示すように、Ｘｅ２エキシマランプが発する光線３１を採用するものである。また、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｇ）に示すように、レジスト膜としての低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜２２の上部（上面）を露出させる工程において、Ｘｅ２エキシマランプの光線３１による全面露光と、この露光に続く現像処理とをそれぞれ２回ずつ繰り返す。
【００８０】
以上説明した点以外は、第３実施形態と同様に実施する。この結果、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｈ）に示す状態と同様に、被加工膜（ＤＬＣ膜）２１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００８１】
以上説明したように、この第４実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（第５の実施の形態）
次に、本発明に係る第５実施形態を図１０を参照しつつ説明する。図１０は、第５実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。
【００８３】
この第５実施形態は、埋め込み材料となるポジ型放射線感受性化合物の膜として、第３実施形態において採用したポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の代わりに、図１０に示すように、ポリジフェニルシラン４１を採用するものである。
【００８４】
以上説明した点以外は、第３実施形態と同様に実施する。この結果、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｈ）に示す状態と同様に、被加工膜（ＤＬＣ膜）２１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００８５】
以上説明したように、この第５実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
（第６の実施の形態）
次に、本発明に係る第６実施形態を図１１を参照しつつ説明する。図１１は、第６実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。
【００８７】
この第６実施形態は、埋め込み材料となるポジ型放射線感受性化合物の膜として、第３実施形態において採用したポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の代わりに、図１１に示すように、ポリメチルシロキサンに２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステルを添加剤として加えた混合物からなる膜５１を採用するものである。また、ポジ型放射線感受性化合物の膜に向けて放射線を照射して全面露光する工程において、第３実施形態において採用したフィルタリングされた単色光からなる低圧水銀ランプが発する光線２６の代わりに、図１１に示すように、高圧水銀ランプが発する光線５２を採用するものである。
【００８８】
以上説明した点以外は、第３実施形態と同様に実施する。この結果、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｈ）に示す状態と同様に、被加工膜（ＤＬＣ膜）２１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００８９】
以上説明したように、この第６実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
（第７の実施の形態）
次に、本発明に係る第７実施形態を図示を省略して説明する。
【００９１】
この第７実施形態は、埋め込み材料となるポジ型放射線感受性化合物の膜として、第３実施形態において採用したポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の代わりに、ベンゼン環の置換基に珪素（Ｓｉ）原子を含有するポリヒドロキシスチレン樹脂からなる膜を採用するものである。また、ポジ型放射線感受性化合物の膜に向けて放射線を照射して全面露光する工程において、第３実施形態において採用したフィルタリングされた単色光からなる低圧水銀ランプが発する光線２６の代わりに、第６実施形態と同様に、高圧水銀ランプが発する光線を採用するものである。
【００９２】
以上説明した点以外は、第３実施形態と同様に実施する。この結果、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｈ）に示す状態と同様に、被加工膜（ＤＬＣ膜）２１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００９３】
以上説明したように、この第７実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
（第８の実施の形態）
次に、本発明に係る第８実施形態を図１２を参照しつつ説明する。図１２は、第８実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。
【００９５】
この第８実施形態においては、被加工膜としてスパッタカーボン膜を、レジスト膜としてＫｒＦネガレジスト膜を、埋め込み材料として特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂を、また埋め込み材料に対する放射線照射の光源としてＫｒＦエキシマレーザをそれぞれ採用する場合について述べる。
【００９６】
先ず、図１２（ａ）に示すように、微細加工が施される半導体基板１上に、被加工膜としてのスパッタカーボン膜６１を、その膜厚が約０．３μｍとなるように設ける。
【００９７】
次に、図１２（ｂ）に示すように、スパッタカーボン膜６１上に、レジスト膜としての東京応化工業（株）製のＫｒＦネガレジスト膜６２（ＴＤＵＲ−Ｎ６２０）を、その膜厚が約１５０ｎｍとなるように回転塗布した後、プリベークする。
【００９８】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ＫｒＦネガレジスト膜６２を図示しないＫｒＦ露光装置を用いて露光した後、現像する。これにより、ＫｒＦネガレジスト膜６２に所望の形状および精度を有するレジストパターン（上層レジストパターン）をパターニングする。
【００９９】
次に、図１２（ｄ）に示すように、パターンニングされたＫｒＦネガレジスト膜６２に向けて４ｍＣ／ｃｍ2の電子線６を照射することにより、ＥＢキュア処理を行う。
【０１００】
次に、図１２（ｅ）に示すように、ＥＢキュア処理が施されたＫｒＦネガレジスト膜６２を覆うように、埋め込み材料としてのポジ型放射線感受性化合物の膜６３をスパッタカーボン膜６１上に設ける。本実施形態においては、ポジ型放射線感受性化合物の膜として、特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜６３を採用する。このポリシロキサン樹脂の膜６３は、その膜厚が約３００ｎｍとなるように、スパッタカーボン膜６１上に回転塗布される。この段階で、レジストパターンが形成されたＫｒＦネガレジスト膜６２は、そのパターン段差が略完全に無くなるように被覆される。また、ＫｒＦネガレジスト膜６２（上層レジストパターン）は、ポリシロキサン樹脂の膜６３で覆われる際に、ポリシロキサン樹脂の膜６３の溶媒であるシクロヘキサノンに不溶であった。
【０１０１】
次に、図１２（ｆ）に示すように、ポリシロキサン樹脂の膜６３に向けて放射線６４を照射して、ポリシロキサン樹脂の膜６３を露光する。この際、ＫｒＦネガレジスト膜６２の露光に用いたマスク６５およびＫｒＦ露光装置を用いて、ポリシロキサン樹脂の膜６３を部分的に露光する。本実施形態においては、放射線として、第１実施形態で採用した波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線８の代わりに、波長が約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光線６４を採用する。このＫｒＦエキシマレーザ光線６４の波長に対する、特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜６３の吸光係数は、約０．２μｍ-1以上を満たしていた。
【０１０２】
次に、ポリシロキサン樹脂の膜６３に対して、テトラメチルアンモニウムハイドロオキシドの約１．５％水溶液を用いて約４５秒間、現像処理を施す。これにより、図１２（ｇ）に示すように、ＫｒＦネガレジスト膜６２（上層レジストパターン）の上部（上面）を露出させる。この結果、ポリシロキサン樹脂の膜６３中に、所望の形状および精度を有するパターンがパターニングされる。また、現像終了時付近におけるリセスの膜減り速度は約１００ｎｍ／ｓｅｃ以下を満たしており、良好な精度でリセス深さを制御できた。
【０１０３】
最後に、図１２（ｈ）に示すように、ポリシロキサン樹脂の膜６３をマスクとして、この膜６３が残っていない領域のＫｒＦネガレジスト膜６２およびスパッタカーボン膜６１を加工して除去する。これにより、半導体基板１上に残っているスパッタカーボン膜６１中に所望の形状および精度を有するパターンを形成することができる。
【０１０４】
以上説明したように、この第８実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
（第９の実施の形態）
次に、本発明に係る第９実施形態を図１３を参照しつつ説明する。図１３は、第９実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。
【０１０６】
この第９実施形態は、レジスト膜として、第８実施形態において採用した東京応化工業（株）製のＫｒＦネガレジスト膜６２（ＴＤＵＲ−Ｎ６２０）の代わりに、図１３（ａ）に示すように、ＪＳＲ（株）製のＫｒＦポジ型レジスト（ＫＲＦ Ｖ２１０Ｇ）７１を採用するものである。また、ポジ型放射線感受性化合物の膜としての特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜６３をリセス露光する工程において、図１３（ｂ）に示すように、透過部７２ａおよび遮光部７２ｂが第８実施形態において採用したマスク６５と反転しているマスク７２を採用するものである。
【０１０７】
以上説明した点以外は、第８実施形態と同様に実施する。この結果、第８実施形態を説明する際に参照した図１２（ｈ）に示す状態と同様に、スパッタカーボン膜６１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【０１０８】
以上説明したように、この第９実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明に係る第１０実施形態を図１４を参照しつつ説明する。図１４は、第１０実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。この図１４（ａ）〜（ｈ）は、第８実施形態を説明する際に参照した図１２（ａ）〜（ｈ）にそれぞれ相当する。
【０１１０】
この第１０実施形態は、図１４（ｅ）〜（ｈ）に示すように、埋め込み材料となる放射線感受性化合物の膜として、第８実施形態において採用した特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜６３の代わりに、特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例１に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜８１を採用するものである。この膜８１は、ネガ型の放射線感受性化合物の膜である。また、図１４（ｆ）に示すように、ネガ型放射線感受性化合物の膜８１をリセス露光する工程において、図１３（ｂ）に示す第９実施形態のリセス露光工程において用いたマスク７２を採用する。
【０１１１】
以上説明した点以外は、第８実施形態と同様に実施する。この結果、図１４（ｈ）に示すように、スパッタカーボン膜６１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【０１１２】
以上説明したように、この第１０実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
なお、本発明に係るパターン形成方法、および半導体装置の製造方法は、前述した第１〜第１０の各実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。
【０１１４】
例えば、半導体基板上に被加工膜を設ける際に、塗布法あるいはスパッタリング法などを用いたが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、アーク放電、マイクロ波ＥＣＲ、パルスレーザー蒸着、化学気相吸着（ＣＶＤ）などにより被加工膜を設けてもよい。
【０１１５】
また、レジスト膜としてＡｒＦポジレジスト膜、低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜、ＫｒＦネガレジスト膜、およびＫｒＦポジレジスト膜を用いるとともに、これら各レジスト膜をパターニングする際にＡｒＦエキシマレーザ光線、電子線、およびＫｒＦレーザ光線などをそれぞれ用いたが、本発明はこれらに限られるものではない。レジスト膜として、例えば、ｇ線レジスト膜、ｉ線レジスト膜、Ｆ２レジスト膜、ＥＢレジスト膜、Ｘ線レジスト膜、近接場光リソグラフィ用レジスト膜、あるいはナノインプリント用レジスト膜を用いるとともに、これら各レジスト膜をパターニングする際に、それら各レジスト膜に対応するエネルギー線またはエネルギー型を有する放射線を用いてもよい。
【０１１６】
また、埋め込み材料となる放射線感受性化合物として感光性ポリシラザン、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］、ポリジフェニルシラン、ポリメチルシロキサンに２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステルを添加剤として加えた混合物、ベンゼン環の置換基に珪素（Ｓｉ）原子を含有するポリヒドロキシスチレン樹脂、ならびに特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例１および２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂を用いたが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。その他の埋め込み材料としては、例えば、特開昭６１−３１３９号、特開昭６２−１５９１４２号、特開昭６２−２２９１３６号（実施例１、２以外）、特開昭６０−１１９５４９号、特開昭６０−２１２７５７号、特開昭６１−７８３５号、特開昭６１−２８９３４５号、特開昭６２−２２９１４１号、特開昭６２−２１２６４４号、および特開昭６０−１４２３８号の各公報に開示されている物質を用いてもよい。あるいは、J. Photopolym. Sci. & Technol., 651 (1998)、J. Photopolym. Sci. & Technol., 667 (1998)、SPIE Vol. 2438, 775 (1995)、SPIE Vol. 3333, 62 (1998)、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34, 6950 (1995)、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34, 6961 (1995)、およびJpn. J. Appl. Phys. Vol. 35, 6673 (1996)に開示されている物質を用いてもよい。
【０１１７】
また、埋め込み材料としての放射線感受性化合物の膜をリセスする際に行う放射線照射に用いる放射線として、ＡｒＦエキシマレーザ光線、電子線、低圧水銀ランプの光線、Ｘｅ２エキシマランプの光線、高圧水銀ランプの光線、およびＫｒＦエキシマレーザ光線を用いたが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。その他各種ランプの光線、あるいは各種レーザ光線を用いることができる。リセスする際に用いる放射線として、例えば、Ａｒ２エキシマランプの光線、Ｋｒ２エキシマランプの光線、ＫｒＣｌエキシマランプの光線、ＸｅＣｌエキシマランプの光線、沃素ランプの光線、臭素ランプの光線、Ｆ２エキシマレーザ光線、ＸｅＣｌエキシマレーザ光線、Ａｒレーザ光線、Ｎ２レーザ光線、ＮＤ−ＹＡＧレーザ光線の基本波、同第２高調波、同第３高調波、同第４高調波などの各放射線を用いてもよい。
【０１１８】
また、放射線感受性化合物の膜をリセスする際に行う放射線の照射方法は、放射線感受性化合物の膜の全面に照射する方法、上層レジストパターンの形成に用いたマスクと同じマスクを用いる方法、および上層レジストパターンの形成に用いたマスクの透過部と遮光部とを反転させたマスクを用いる方法を示したが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。ポジ型放射線感受性化合物の膜に放射線を照射する際には、例えば、上層レジストパターンが形成されている領域内において、上層レジスト膜が広範囲に存在しない部分の照射量が、他の部分の照射量よりも小さくなるように形成された遮光物を用いる方法が挙げられる。
【０１１９】
さらに、埋め込み材料としての放射線感受性化合物の膜を現像する際の現像方法として、アルカリ溶液現像法、および有機溶媒現像法を挙げたが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。埋め込み材料を現像する際に、例えば、その性質に応じて、水現像法、酸現像法などを用いることも可能である。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明に係るパターン形成方法によれば、パターンを埋め込む材料として放射線感受性化合物を採用し、この化合物に対して放射線照射および現像処理によるリセスを行う。これにより、形成されるパターンの形状に拘らず、パターン転写プロセスの適用範囲を広げることができるとともに、パターンを転写する際の寸法制御性およびプロセス効率を高めることができる。したがって、本発明に係るパターン形成方法によれば、形成されるパターンの形状に拘らず、所望のパターンを高い精度で効率よく形成できる
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、本発明に係るパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行う。これにより、半導体装置内の各種電子回路などを高い精度で効率よく形成できる。したがって、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、良質な半導体装置を効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図。
【図２】レジストの溶解速度と露光量との相関関係をグラフにして示す図。
【図３】図２のグラフを２値化して簡略化して示す図。
【図４】埋め込み材料を単色光で露光した場合の深さ方向の光強度分布をグラフにして示す図。
【図５】埋め込み材料の現像時間と残膜厚さとの相関関係をグラフにして示す図。
【図６】レジスト膜を複数の波長からなる光を用いて露光した場合の深さ方向の光強度分布をグラフにして示す図。
【図７】第２実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図８】第３実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図。
【図９】第４実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図１０】第５実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図１１】第６実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図１２】第８実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図。
【図１３】第９実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図１４】第１０実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図。
【図１５】従来技術に係るレジストパターン付近の構造を示す断面図。
【図１６】従来技術に係るレジストパターン付近の構造を示す断面図。
【図１７】従来技術に係るレジストパターン付近の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…半導体基板
２…塗布型カーボン膜（下層膜、被加工膜）
４…ポジ型ＡｒＦレジスト膜４（レジスト膜）
７…感光性ポリシラザン膜７（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
８…ＡｒＦエキシマレーザ光線（リセス用放射線）
１１…電子線（リセス用放射線）
２１…ＤＬＣ膜（Diamond Like Carbon 膜、下層膜、被加工膜）
２２…低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜（レジスト膜）
２５…ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
２６…フィルタリングされた単色光からなる低圧水銀ランプ光線（リセス用放射線）
３１…Ｘｅ２エキシマランプ光線（リセス用放射線）
４１…ポリジフェニルシラン（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
５１…ポリメチルシロキサンおよび２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステルを添加剤として加えた混合物からなる膜（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
５２…高圧水銀ランプ光線（リセス用放射線）
６１…スパッタカーボン膜（下層膜、被加工膜）
６２…ＫｒＦネガレジスト膜（レジスト膜）
６３…特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
６４…ＫｒＦエキシマレーザ光線（リセス用放射線）
６１…スパッタカーボン膜（下層膜、被加工膜）
７１…ＫｒＦポジ型レジスト（レジスト膜）
８１…特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例１に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜（埋め込み材料の膜、ネガ型放射線感受性化合物の膜）
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン転写プロセスに係り、特にパターンが転写される被加工膜の加工精度の改善を図ったパターン形成方法、およびこのパターン形成方法により形成されたパターンを用いる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一連の半導体装置の製造プロセス中、リソグラフィ工程においては、通常、レジストパターンをドライエッチングのマスクとして下層の被加工膜を加工することが行われる。このため、レジスト膜に対しては、解像性およびドライエッチングに対する耐性の両面において高い性能が要求されている。近年、次世代リソグラフィ技術の１つとして、弗素レーザの利用が本命視されている。ところが、弗素レーザの波長は極めて短いために、この波長に対応する高い光透過率を有するレジスト膜を開発することは非常に困難である。したがって、レジスト膜の光透過率を高めるためには、レジスト膜の膜厚を薄くせざるを得ない。しかし、レジスト膜を薄くすると、レジスト膜のドライエッチングに対する耐性が低下し、解像性との両立を図ることが困難になる。
【０００３】
また、レーザの代わりに低加速電子線を用いるレジストパターン形成方法においても、レジスト膜中の電子線の透過距離が短いために、レジスト膜の膜厚を厚くすることは困難である。
【０００４】
これらを解決する技術として、多層レジストプロセスが挙げられる。この中には様々な方法があるが、とりわけ、レジストパターン中にドライエッチング耐性を持つ材料を埋め込み、埋め込んだ材料をマスクとして下層膜にパターン転写する方法が有効である。この方法は、レジスト膜に対してドライエッチング耐性を全く要求せず、レジスト膜の開発において解像性の追求に専念することができるため、非常に有望であると言える。
【０００５】
一例を挙げると、特開平７−１３５１４０号公報に開示されている発明は、レジストパターン上に塗布型シリコン材料であるＳＯＧ（Spin on Glass）を塗布し、このＳＯＧをレジストパターンの上部が露出するまでエッチバックするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した埋め込み材料を用いる方法には、次に述べるような問題が存在する。
【０００７】
埋め込み材料としての埋め込みレジスト膜が薄い場合を図１５（ａ）〜（ｃ）に示す。図１５（ａ）は、レジストパターンがいわゆるライン・アンド・スペース・パターン（Line and Space pattern）、通称Ｌ／Ｓパターン１０１ａとして形成されている部分を示す断面図である。図１５（ｂ）は、レジストパターンがいわゆる孤立ラインパターン（isolated Line pattern）、通称ｉＬパターン１０１ｂとして形成されている部分を示す断面図である。図１５（ｃ）は、レジストパターンがいわゆる孤立スペースパターン（isolated Space pattern）、通称ｉＳパターン１０１ｃとして形成されている部分を示す断面図である。これらは図１６および図１７においても同様である。図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、埋め込みレジスト膜１０２が薄い場合、埋め込み材料の段差被覆性が十分でないために、レジストパターン１０１ａ〜１０１ｃの形状に応じて、埋め込みレジスト膜１０２の表面にある程度の凹凸が残ってしまう。
【０００８】
薄く形成された埋め込みレジスト膜１０２を、『レジスト膜のエッチング速度＞埋め込みレジスト膜のエッチング速度』となる条件にてエッチバックした後の、レジストパターン１０１ａ〜１０１ｃ付近の状態を図１６（ａ）〜（ｃ）に示す。埋め込みレジスト膜１０２のエッチバックに必要な量（深さ）は、前記３パターンの中では、一般にｉＳパターン１０１ｃの残し部において最も大きくなることが経験的に分かっている。ところが、ｉＳパターン１０１ｃの残し部のエッチバック量に合わせてエッチバックを行うと、図１６（ａ）に示すように、Ｌ／Ｓパターン１０１ａの抜き部の埋め込みレジスト膜１０２は、その膜厚が必要以上に薄くなるか、場合によっては消失してしまう。これは、下層膜１０３を加工する際に、その加工寸法の制御の面で問題となる。
【０００９】
以上説明した埋め込みレジスト膜１０２の段差被覆性に関する問題を解決する方法としては、埋め込みレジスト膜１０２の膜厚を厚く形成することが有効である。この場合のレジストパターン１０１ａ〜１０１ｃ付近の状態を図１７（ａ）〜（ｃ）に示す。埋め込みレジスト膜２の膜厚を厚く形成すると、レジストパターン１０１ａ〜１０１ｃの形状に拘らず、埋め込みレジスト膜１０２の表面は略完全な平面になる。ところが、この場合においては、エッチバック深さの面内均一性の制御が困難になる。これに加えて、埋め込みレジスト膜１０２の膜厚が厚くなると、エッチバックに掛かる処理時間が長時間化するという問題が生じる。特に前者においては、レジスト膜１０４の膜厚が薄くなるにつれて、面内均一性のばらつきの許容される範囲が狭くなるので、一般的なエッチング技術の適用は破綻をきたすおそれがある。
【００１０】
本発明は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、レジスト膜に形成されたレジストパターンを埋め込む材料として放射線感受性化合物を採用し、この放射線感受性化合物に対して放射線照射および現像によるリセスを行うことにより、リセス深さの高い制御性、高い面内均一性、およびプロセス時間（ＲＰＴ：Raw Process Time）の短縮を実現し、形成されるパターン形状に拘らず、パターン転写プロセスの適用範囲を広げることができるとともに、パターンを転写する際の寸法制御性、再現性、およびプロセス効率を高めて、所望のパターンを高い精度で効率よく形成できるパターン形成方法を提供することにある。また、このパターン形成方法により形成されたパターンを利用して、半導体装置内の各種電子回路などを高い精度で効率よく形成することにより、良質な半導体装置を効率よく製造できる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】
前記課題を解決するために、本発明に係るパターン形成方法は、基板上に被加工膜を設ける工程と、前記被加工膜上にレジスト膜を設ける工程と、前記レジスト膜をパターニングする工程と、前記パターニングされたレジスト膜を覆うように放射線感受性化合物の膜を前記被加工膜上に設ける工程と、前記放射線感受性化合物の膜に放射線照射および現像処理を施して前記レジスト膜の上面を露出させ、前記放射線感受性化合物の膜をパターニングする工程と、前記パターニングされた放射線感受性化合物の膜をマスクとして前記レジスト膜を除去するとともに、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ものである。
【００１２】
このパターン形成方法においては、レジスト膜に形成されたパターンを埋め込む埋め込み材料となる放射線感受性化合物の膜を、パターニングされたレジスト膜を覆うように被加工膜上に設ける。その後、この放射線感受性化合物の膜に対して放射線照射および現像処理を施してリセスを行う。これにより、リセス深さの高い制御性、高い面内均一性、およびプロセス時間（ＲＰＴ：Raw Process Time）の短縮を実現し、形成されるパターンの形状に拘らず、パターン転写プロセスの適用範囲を広げることができるとともに、パターンを転写する際の寸法制御性、再現性、およびプロセス効率を高めることができる。
【００１３】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係るパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行うエッチング工程を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
この半導体装置の製造方法においては、本発明に係るパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行う。これにより、半導体装置内の各種電子回路などを高い精度で効率よく形成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明に係る第１実施形態を図１〜図６を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。図２は、レジストの溶解速度と露光量との相関関係をグラフにして示す図である。図３は、図２のグラフを２値化して簡略化して示す図である。図４は、埋め込み材料を単色光で露光した場合の深さ方向の光強度分布をグラフにして示す図である。図５は、埋め込み材料の現像時間と残膜厚さとの相関関係をグラフにして示す図である。図６は、レジスト膜を複数の波長からなる光を用いて露光した場合の深さ方向の光強度分布をグラフにして示す図である。
【００１７】
この第１実施形態においては、レジスト膜としてＡｒＦポジレジスト膜を、埋め込み材料として感光性ポリシラザンを、また埋め込み材料に対する放射線照射の光源としてＡｒＦエキシマレーザをそれぞれ採用する場合について述べる。
【００１８】
先ず、第１実施形態に係るパターンの形成方法について説明する。図１（ａ）に示すように、微細加工が施される半導体基板１上に、被加工膜（下層膜）としてのＪＳＲ（株）製の塗布型カーボン膜２（商品名ＣＴ０１）を、その膜厚が０．３μｍ程度となるように回転塗布する。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、塗布型カーボン膜２が設けられた半導体基板１をホットプレート３上に載置して、約３００℃で約１２０秒間焼き締め（ベーク）を行う。
【００２０】
次に、図１（ｃ）に示すように、焼き締められた塗布型カーボン膜２上に、レジスト膜（上層レジスト膜）としてのＪＳＲ（株）製のポジ型ＡｒＦレジスト膜４（商品名ＡＴＢ３６７Ｓ）を、その膜厚が約１２０ｎｍとなるように回転塗布した後、プリベークする。
【００２１】
次に、図１（ｄ）に示すように、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４に向けてＡｒＦエキシマレーザ光線５を照射して露光した後、現像する。これにより、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４に、所望の形状および精度を有するレジストパターン（上層レジストパターン）をパターニングする。
【００２２】
次に、図１（ｅ）に示すように、パターニングされたポジ型ＡｒＦレジスト膜４に、後述する埋め込み材料としての放射線感受性化合物の溶剤（溶媒）に対する耐性を持たせるための処理を施す。この処理は、電子線照射、紫外線照射、または加熱処理のいずれか１種類以上を用いて行うことが好ましい。本実施形態においては、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４に向けて４ｍＣ／ｃｍ2の電子線（ｅ−）６を照射することにより、ＥＢキュア処理を行う。
【００２３】
次に、図１（ｆ）に示すように、ＥＢキュア処理が施されたポジ型ＡｒＦレジスト膜４を覆うように、埋め込み材料としての放射線感受性化合物の膜７を塗布型カーボン膜２上に設ける。この放射線感受性化合物には、珪素原子（Ｓｉ）、ゲルマニウム原子（Ｇｅ）、錫原子（Ｓｎ）のいずれか１種類以上を含んでいる化合物を採用することが好ましい。具体的には、放射線感受性化合物には、放射線感受性ポリシラン、放射線感受性ポリゲルマン、放射線感受性ポリスタナン、放射線感受性ポリシラザン、放射線感受性ポリシロキサン、放射線感受性ポリカルボシラン、放射線感受性ジシラニレン−π−電子系ポリマー、それら各化合物の２種類以上の共重合体、ベンゼン環の置換基に珪素原子を含有するノボラック樹脂、およびベンゼン環の置換基に珪素原子を含有するポリヒドロキシスチレン樹脂、または、これら各化合物のいずれかと放射線感受性物質との混合物、のいずれかを採用することが好ましい。これは、下層膜２をエッチングする際に、放射線感受性化合物膜７がエッチングマスクとして機能し、放射線感受性化合物膜７をリセスする際の膜厚を制御できるようにするためである。
【００２４】
放射線感受性化合物には、ポジ型放射線感受性化合物とネガ型放射線感受性化合物とが存在し、本発明においてはそれら双方とも利用可能である。ただし、本発明を実施する際には、ネガ型放射線感受性化合物よりもポジ型放射線感受性化合物を利用する方が好ましい。なぜなら、後に詳述するように、ポジ型放射線感受性化合物を利用する場合、この化合物に放射線の吸収作用をもたせることにより、放射線感受性化合物膜７の表面からの深さに応じてリセス速度を減少させることが可能だからである。そして、この性質は、本発明の実施に好ましい結果を及ぼすからである。
【００２５】
また、放射線感受性化合物として先に挙げた各化合物は、放射線感受性化合物の種類、もしくは処理プロセスに応じてポジ型にもネガ型にもなり得ることを特に明言しておく。具体例を挙げると、ポリシロキサンと放射線感受性化合物であるｏ−ナフトキノンジアジド化合物との混合物はポジ型放射線感受性化合物であるが、ポリシロキサンと放射線感受性化合物であるビスアジド化合物との混合物はネガ型放射線感受性化合物である。また、一般に、ＫｒＦレジスト膜として広く用いられているポリヒドロキシスチレン樹脂と光酸発生剤との混合物は、通常はポジ型放射線感受性化合物であるが、光の照射量を過度に上げると樹脂が架橋するため、ネガ型放射線感受性化合物となる。
【００２６】
本実施形態においては、放射線感受性化合物の膜として、ポジ型放射線感受性化合物の膜である、クラリアントジャパン（株）製の感光性ポリシラザン膜７（商品名ＰＳ−ＭＳＺ）を採用する。この感光性ポリシラザン膜７は、その膜厚が約５００ｎｍとなるように、塗布型カーボン膜２上に回転塗布される。この段階で、レジストパターンが形成されたポジ型ＡｒＦレジスト膜４は、そのパターン段差が略完全に無くなるように覆われる。また、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４（上層レジストパターン）は、感光性ポリシラザン膜７で覆われる際に、感光性ポリシラザン膜７の溶媒であるプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）に不溶であった。
【００２７】
次に、図１（ｇ）に示すように、感光性ポリシラザン膜７に向けて放射線（ｈν）８を照射して、感光性ポリシラザン膜７を全面露光する。この露光に用いられる放射線８は、光線、電子線、またはイオンビームのいずれかであることが好ましい。また、放射線８として光線を採用する場合には、この光線は、赤外線、可視光線、紫外線、真空紫外線、極端紫外線、または軟Ｘ線のいずれかであることが好ましい。本実施形態においては、放射線として、波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線８を用いて、感光性ポリシラザン膜７を全面露光する。なお、この露光において、ＡｒＦエキシマレーザ光線８の波長に対する感光性ポリシラザン膜７の吸光係数は、約６．５μｍ-1であった。
【００２８】
次に、感光性ポリシラザン膜７に対して、その現像後の残膜厚さが約１００ｎｍとなるように、加湿処理後、現像処理を施す。これにより、図１（ｈ）に示すように、ポジ型ＡｒＦレジスト膜４（上層レジストパターン）の上部（上面）を露出させる。この結果、感光性ポリシラザン膜７中に、所望の形状および精度を有するパターンがパターニングされる。なお、この現像処理後のポジ型ＡｒＦレジスト膜４および感光性ポリシラザン膜７のそれぞれの露出表面（上面）における面内均一性（凹凸の幅）は、約１０ｎｍ以内に収まった。また、現像処理の終了直前におけるリセスの膜減り速度は、約１ｎｍ／ｓｅｃであった。
【００２９】
最後に、図１（ｉ）に示すように、感光性ポリシラザン膜７をマスクとして、感光性ポリシラザン膜７が残っていない領域のポジ型ＡｒＦレジスト膜４および塗布型カーボン膜２を加工して除去する。これにより、半導体基板１上に残っている塗布型カーボン膜２中に、所望の形状および精度を有するパターンを形成することができる。
【００３０】
ここで、埋め込み材料としての放射線感受性化合物が満たすべき２つの要件について述べる。
【００３１】
先ず、１つ目は、現像処理終了時における放射線感受性化合物の溶解速度に関するものである。放射線感受性化合物の膜７を現像してレジスト膜４の上部を露出させた際の、放射線感受性化合物の膜７の残膜厚さの狙い目（目標値）からの誤差の最大許容値をΔｈtotalとする。この残膜厚さの誤差が生じる原因は、大きく２つに分けられる。
【００３２】
１つは、全面露光を行う際の露光量のばらつきによるものであり、放射線感受性化合物の膜７の表面の面内均一性を悪化させる要因となる。もう１つは、現像時間の制御性によるものである。現像処理終了時における放射線感受性化合物の膜７の表面の溶解速度をＲ、時間の誤差をΔｔとする。すると、現像処理後の放射線感受性化合物の膜７の膜厚が目標値からＲΔｔだけずれることにより、図示しないウェーハ間の均一な膜厚の再現性（均一性）が悪化することになる。ここで、ＲΔｔ単独でΔｈtotalを超えてはならないという要請により、以下に示す式（１）が成立する。
【００３３】
【数１】
本実施形態において想定されるレジスト膜４の膜厚は、おおよそ１５０ｎｍ以下である。また、本発明者らが行った実験によれば、シリコン含有材料をマスクとして被加工膜２を加工する場合、放射線感受性化合物の膜７の残膜厚は最低でも約５０ｎｍ必要とされることが経験的に分かっている。したがって、Δｈtotalの取りうる最大値は、約１００ｎｍとなる。現像時間の誤差を１秒とすると、Ｒの満たすべき条件は以下に示す式（２）で表される。
【００３５】
【数２】
これは、本実施形態において、リセス膜厚の制御性を保証するための要件である。レジスト膜４の膜厚が薄い場合、露光量のばらつきが大きい場合、あるいはウェーハ面内において放射線感受性化合物の膜７の埋め込み均一性が劣る場合には、Ｒの上限値はさらに小さくなる。本発明者らが行った実験によれば、本実施形態においてはＲが式（２）の条件を満たしており、何ら問題がないことが分かった。
【００３７】
以上説明した要件は、ポジ型放射線感受性化合物およびネガ型放射線感受性化合物の双方に当てはまる要件である。
【００３８】
次に、２つ目は、ポジ型の放射線感受性化合物の吸収係数に関するものである。まず、図２に典型的なレジスト膜の溶解速度測定曲線を示す。また、レジスト膜の溶解特性の取り扱いを簡略化するために、図２に示すレジスト膜の溶解速度を単純に２値化した場合の溶解速度測定曲線を図３に示す。この図３において、Ｉ１は、レジスト膜の溶解速度が切り替わる露光量である。また、Ｒmaxは、Ｉ＞Ｉ１におけるレジスト膜の溶解速度を、Ｒminは、Ｉ＜Ｉ１におけるレジスト膜の溶解速度をそれぞれ示す。
【００３９】
また、ポジ型放射線感受性化合物の膜７を、単色光を用いて全面露光した際の、深さ方向の光強度Ｉの分布を図４に実線で示す。図４中破線で示すグラフは、照射露光量に誤差ΔＩ０が含まれている場合の、深さ方向の光強度Ｉ’の分布を示すものである。この図４において、ｈ０は、埋め込み材料としてのポジ型放射線感受性化合物の初期膜厚である。また、ｈ１は、全面露光の露光量がＩ０である場合に光強度ＩがＩ１となる、ポジ型放射線感受性化合物の膜の、被加工膜の界面からの膜厚である。また、Δｈ１は、全面露光の露光量がＩ０＋ΔＩ０である場合に光強度ＩがＩ１となる、ポジ型放射線感受性化合物の膜の、被加工膜の界面からの膜厚とｈ１との差である。また、ΔＩ０は、全面露光の露光量誤差である。そして、Ｉ１は、図３のＩ１と同じである。
【００４０】
さらに、ポジ型放射線感受性化合物の膜７の現像時間と、残膜厚さとの相関関係を図５に示す。この図５において、ｈ０およびｈ１は、図４のｈ０およびｈ１と同じである。また、ｈ２は、目標値（ターゲット）とする埋め込み材料（ポジ型放射線感受性化合物の膜７）の残膜厚さである。また、ｔ１は、埋め込み材料の残膜厚さがｈ１になる時刻である。同様に、ｔ２は、埋め込み材料の残膜厚さがｈ２になる時刻である。同じく、ｔ３は、埋め込み材料の残膜厚さが０になる時刻である。
【００４１】
ここで、ポジ型放射線感受性化合物の膜７に照射する放射線８の波長に対するポジ型放射線感受性化合物の膜７の吸光係数をα（μｍ-1）、現像処理前におけるポジ型放射線感受性化合物の膜７の表面（上面）からの深さをｈとする。すると、光強度Ｉは以下に示す式（３）で表すことができる。
【００４２】
【数３】
また、照射露光量に誤差ΔＩ０が含まれている場合の光強度Ｉ’は、以下に示す式（４）で表すことができる。
【００４４】
【数４】
また、図４に示すように、ＩがＩ＝Ｉ１を満たす深さをｈ０−ｈ１とすると、Ｉ’がＩ’＝Ｉ１を満たす深さはｈ０−（ｈ１−Δｈ１）となる。ここで、Δｈ１は、以下に示す式（５）で表すことができる。
【００４６】
【数５】
このΔｈ１は、前述したΔｈtotalを超えてはならないので、以下に示す式（６）が成立する。
【００４８】
【数６】
ΔＩ０／Ｉ０は、露光量のばらつきの割合を示しており、この値は光源によって大きく異なる。ここで、露光量のばらつきが最も良く制御された場合を想定して、式（６）中ΔＩ０／Ｉ０に例えば０．０２、すなわちレンジで２％を代入する。また、前述したように、本実施形態においては、Δｈtotalの取り得る最大値は約１００ｎｍであり、これを式（６）に代入する。すると、ポジ型放射線感受性化合物の膜７の吸光係数α（μｍ-1）の満たすべき条件は、以下に示す式（７）で表すことができる。
【００５０】
【数７】
これは、本実施形態において、リセス膜厚の制御性を保証するための要件である。本発明者らが行った実験によれば、本実施形態においてはαが式（７）の条件を満たしており、何ら問題がないことが分かった。
【００５２】
以上の説明では、ポジ型放射線感受性化合物の膜７を全面露光する際に、単一の波長からなる単色光を使用する場合を例にとって説明した。ところが、実際の露光現場では、複数の線スペクトルや、ある範囲の波長の広がりを有する光源の使用も考えられる。
【００５３】
一例として、
線スペクトルＡ１：αＡ１＝０．２μｍ-1，ＩＡ１０＝０．６Ｉ０
線スペクトルＡ２：αＡ２＝０．１μｍ-1，ＩＡ２０＝０．４Ｉ０
からなる２本の輝線を有する複色光源ＡＬおよびレジスト膜ＡＲの組み合わせと、
線スペクトルＢ：αＢ＝０．２μｍ-1，ＩＢ０＝Ｉ０
のみからなる単色光源ＢＬおよびレジスト膜ＢＲの組み合わせとを比較する。ただし、各レジスト膜の感度は、波長によらず一定とする。
【００５４】
これら３つの線スペクトルの式から分かるように、光源ＡＬおよび光源ＢＬのそれぞれの全体の強度Ｉは同一であり、またそれぞれの吸光係数αの最大値も同一である。各光源ＡＬ，ＢＬを用いて各レジスト膜ＡＲ，ＢＲを露光した場合の深さ方向の光強度分布のグラフを、それぞれ実線および破線を用いて図６に示す。図６から明らかなように、光源ＢＬに比べると、光源ＡＬの方がレジスト膜ＡＲ中における光の減衰が緩やかである。
【００５５】
光源ＡＬのように、光源が複数の波長からなる光線を発する場合、単一の吸光係数を定義できないが、実質的な吸光係数αは０．２μｍ-1よりも小さくなっているとみなすことができる。したがって、図６に示す２本のグラフおよび式（４）より、光源ＡＬおよびレジスト膜ＡＲの組み合わせは本実施形態には不適当であることが分かる。つまり、本実施形態を再現する場合、最大吸光係数αmaxが約０．２μｍ-1で必要十分条件を満たすのは、単色光からなる光源を用いた場合である。レジスト膜の吸光係数が約０．２μｍ-1以下となる波長を含む光線を光源が発する場合には、最大吸光係数αmaxは約０．２μｍ-1よりも大きくなければならない。もしくは、レジスト膜の吸光係数αが約０．２μｍ-1以下となる波長成分を、図示しない光学フィルター等により除去しなくてはならない。
【００５６】
なお、埋め込み材料としてのポジ型放射線感受性化合物の吸光係数は、理論的にはいくら大きくても構わない。しかし、吸光係数があまりに大きいと、ポジ型放射線感受性化合物の膜の深い位置まで放射線が到達し難い。このため、１回の放射線照射および現像でポジ型放射線感受性化合物の膜７にパターニング処理を施すためには、非現実的な大量の放射線照射が必要となる。したがって、ポジ型放射線感受性化合物の吸光係数が、例えば０．２μｍ-1よりも非常に大きい場合には、１回の放射線照射時間を長時間化するよりも、放射線照射および現像をそれぞれ複数回繰り返すことが望ましい。これにより、ポジ型放射線感受性化合物の吸光係数が０．２μｍ-1を大きく越えるような値の場合でも、リセスに必要十分な量の放射線をポジ型放射線感受性化合物に向けて照射して、ポジ型放射線感受性化合物の膜の深い位置まで放射線を到達させることができる。それとともに、リセスプロセス、ひいてはパターン形成工程全体に掛かる処理時間の短縮を図ることが可能になる。
【００５７】
また、放射線源が電子線の場合には、電子の加速電圧を適宜調整することによりポジ型放射線感受性化合物の膜７中の電子の透過距離を調整し、式（２）を満たすようにしなければならない。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態においては、レジスト膜４に形成されたレジストパターンに基づいて被加工膜２を加工するのに先立って、レジスト膜４を覆うように、ポジ型放射線感受性化合物の膜７を被加工膜２上に設ける。この際、レジスト膜４に形成されたレジストパターンを、そのパターン段差が殆ど無くなるようにポジ型放射線感受性化合物の膜７を用いて埋め込む。ポジ型放射線感受性化合物の膜７に対して放射線照射および現像処理によるリセスを行うことにより、リセス深さを高い水準で制御して、レジスト膜４（上層レジストパターン）の表面（上面）を、高い面内均一性で露出させることができる。露出されるレジスト膜４の面内均一性を高めることにより、レジスト膜４の膜厚の下限を、被加工膜２の加工に必要なポジ型放射線感受性化合物の膜７の最低膜厚付近まで下げることができる。この結果、レジスト膜４の膜厚が、従来のエッチバックを適用不可能な薄さである場合においても、本実施形態のパターン転写プロセスを適用可能であり、レジスト膜４中に所望の形状および精度を有するレジストパターンを形成できる。ひいては、被加工膜２中に所望の形状および精度を有するパターンを形成できる。なお、本実施形態のパターン転写プロセスは、レジスト膜４の膜厚が従来のエッチバックを適用可能な厚さである場合においても、有効であるのはもちろんである。
【００５９】
従来技術では、薄く形成された埋め込みレジスト膜１０２を『レジスト膜のエッチング速度＞埋め込みレジスト膜のエッチング速度』となる条件にてエッチバックすると、下層膜１０３の加工寸法の制御に問題が生じた。これに対して、本実施形態ではリセス深さを高い水準で制御できるので、ポジ型放射線感受性化合物の膜７の膜厚を従来のエッチバックを適用不可能な薄さに形成し、この膜７を前記と同様の条件にてエッチバックしても、被加工膜２の加工寸法を高い精度で制御できる。また、本実施形態は、ポジ型放射線感受性化合物の膜７の厚さに拘らず、『レジスト膜のエッチング速度＞埋め込みレジスト膜のエッチング速度』となるエッチング条件にも適用可能であるのはもちろんである。
【００６０】
また、ポジ型放射線感受性化合物の膜７（埋め込みレジスト膜）をエッチングマスクとして用いることにより、被加工膜２を加工する際の寸法制御性および再現性も向上できる。さらには、ポジ型放射線感受性化合物の膜７のリセスに掛かる時間など、パターン形成工程に掛かるプロセス時間（ＲＰＴ：Raw Process Time）の短縮を図ることが可能になる。
【００６１】
したがって、本実施形態のパターン形成方法によれば、形成されるパターンの形状に拘らず、パターン転写プロセスの適用範囲を広げることができるとともに、パターンを転写する際の寸法制御性、再現性、およびプロセス効率を高めて、パターンを高い精度で効率よく形成できる。
【００６２】
次に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法について簡潔に説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、前述した本実施形態に係るパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行う工程などを含むものである。前述した本実施形態に係るパターン形成方法によれば、パターンを高い精度で効率よく形成できる。したがって、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置内の各種電子回路などを高い精度で効率よく形成して、半導体装置の製造工程における歩留まりを向上できる。この結果、良質な半導体装置を低コストで、効率よく製造できる。
【００６３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を図７を参照しつつ説明する。図７は、第２実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。なお、図１と同一部分は同一符号を付してその詳しい説明を省略する。また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、前述した第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様なので、その説明を省略する。以下、後述する第３〜第８実施形態においても同様の説明方法とする。
【００６４】
この第２実施形態は、ポジ型放射線感受性化合物の膜としての感光性ポリシラザン膜７に向けて放射線を照射して全面露光する工程において、第１実施形態において採用した波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線８の代わりに、図７に示すように、加速電圧約１０ｋＶの電子線１１を採用するものである。感光性ポリシラザン膜７に向けて電子線１１を全面照射した後、第１実施形態と同様に感光性ポリシラザン膜７に現像処理などを施す。
【００６５】
以上説明した点以外は、第１実施形態と同様に実施する。この結果、第１実施形態を説明する際に参照した図１（ｉ）に示す状態と同様に、被加工膜（塗布型カーボン膜）２中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００６６】
以上説明したように、この第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る第３実施形態を図８を参照しつつ説明する。図８は、第３実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。
【００６８】
この第３実施形態においては、被加工膜としてＤＬＣ膜を、レジスト膜として低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜を、埋め込み材料としてポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］を、また埋め込み材料に対する放射線照射の光源として低圧水銀ランプをそれぞれ採用する場合について述べる。
【００６９】
先ず、図８（ａ）に示すように、微細加工が施される半導体基板１上に、被加工膜としてのＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜２１を、その膜厚が約０．３μｍとなるように設ける。
【００７０】
次に、図８（ｂ）に示すように、ＤＬＣ膜２１上に、レジスト膜としての低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜２２を、その膜厚が約７０ｎｍとなるように回転塗布した後、プリベークする。
【００７１】
次に、図８（ｃ）に示すように、ネガレジスト膜２２に向けて加速電圧約５ｋＶにて電子線２３を照射して、所望のパターンを描画した後、現像する。これにより、ネガレジスト膜２２に所望の形状および精度を有するレジストパターン（上層レジストパターン）をパターニングする。
【００７２】
次に、図８（ｄ）に示すように、パターンニングされたネガレジスト膜２２に向けて１００ｍＷ／ｃｍ2の紫外線２４を２分間照射して、ＵＶキュア処理を行う。
【００７３】
次に、図８（ｅ）に示すように、ＵＶキュア処理が施されたネガレジスト膜２２を覆うように、埋め込み材料としてのポジ型放射線感受性化合物の膜２５をＤＬＣ膜２１上に設ける。本実施形態においては、ポジ型放射線感受性化合物の膜として、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］の膜２５を採用する。このポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５は、その膜厚が約５００ｎｍとなるように、ＤＬＣ膜２１上に回転塗布される。この段階で、レジストパターンが形成されたネガレジスト膜２２は、そのパターン段差が略完全に無くなるように被覆される。また、ネガレジスト膜２２（上層レジストパターン）は、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５で覆われる際に、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の溶媒であるアニソールに不溶であった。
【００７４】
次に、図８（ｆ）に示すように、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５に向けて放射線２６を照射して、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５を全面露光する。本実施形態においては、放射線として、第１実施形態で採用した波長が約１９３ｎｍのＡｒＦレーザ光線８の代わりに、低圧水銀ランプが発する光線２６を採用する。この際、光線２６を図示しないバイコールガラスでフィルタリングして、実質的に波長が約２５４ｎｍの単色光を照射するように設定する。この波長に対するポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の吸光係数は、約０．２μｍ-1以上を満たしていた。
【００７５】
次に、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５に対して有機溶媒を用いて現像処理を施す。これにより、図８（ｇ）に示すように、ネガレジスト膜２２（上層レジストパターン）の上部（上面）を露出させる。この結果、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５中に、所望の形状および精度を有するパターンがパターニングされる。また、現像終了時付近におけるリセスの膜減り速度は約１００ｎｍ／ｓｅｃ以下を満たしており、良好な精度でリセス深さを制御できた。
【００７６】
最後に、図８（ｈ）に示すように、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５をマスクとして、この膜２５が残っていない領域のネガレジスト膜２２およびＤＬＣ膜２１を加工して除去する。これにより、半導体基板１上に残っているＤＬＣ膜２１中に、所望の形状および精度を有するパターンを形成することができる。
【００７７】
以上説明したように、この第３実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る第４実施形態を図９を参照しつつ説明する。図９は、第４実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。
【００７９】
この第４実施形態は、ポジ型放射線感受性化合物の膜としてのポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５に向けて放射線を照射して全面露光する工程において、第３実施形態において採用したフィルタリングされた単色光からなる低圧水銀ランプが発する光線２６の代わりに、図９に示すように、Ｘｅ２エキシマランプが発する光線３１を採用するものである。また、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｇ）に示すように、レジスト膜としての低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜２２の上部（上面）を露出させる工程において、Ｘｅ２エキシマランプの光線３１による全面露光と、この露光に続く現像処理とをそれぞれ２回ずつ繰り返す。
【００８０】
以上説明した点以外は、第３実施形態と同様に実施する。この結果、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｈ）に示す状態と同様に、被加工膜（ＤＬＣ膜）２１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００８１】
以上説明したように、この第４実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（第５の実施の形態）
次に、本発明に係る第５実施形態を図１０を参照しつつ説明する。図１０は、第５実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。
【００８３】
この第５実施形態は、埋め込み材料となるポジ型放射線感受性化合物の膜として、第３実施形態において採用したポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の代わりに、図１０に示すように、ポリジフェニルシラン４１を採用するものである。
【００８４】
以上説明した点以外は、第３実施形態と同様に実施する。この結果、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｈ）に示す状態と同様に、被加工膜（ＤＬＣ膜）２１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００８５】
以上説明したように、この第５実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
（第６の実施の形態）
次に、本発明に係る第６実施形態を図１１を参照しつつ説明する。図１１は、第６実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。
【００８７】
この第６実施形態は、埋め込み材料となるポジ型放射線感受性化合物の膜として、第３実施形態において採用したポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の代わりに、図１１に示すように、ポリメチルシロキサンに２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステルを添加剤として加えた混合物からなる膜５１を採用するものである。また、ポジ型放射線感受性化合物の膜に向けて放射線を照射して全面露光する工程において、第３実施形態において採用したフィルタリングされた単色光からなる低圧水銀ランプが発する光線２６の代わりに、図１１に示すように、高圧水銀ランプが発する光線５２を採用するものである。
【００８８】
以上説明した点以外は、第３実施形態と同様に実施する。この結果、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｈ）に示す状態と同様に、被加工膜（ＤＬＣ膜）２１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００８９】
以上説明したように、この第６実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
（第７の実施の形態）
次に、本発明に係る第７実施形態を図示を省略して説明する。
【００９１】
この第７実施形態は、埋め込み材料となるポジ型放射線感受性化合物の膜として、第３実施形態において採用したポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜２５の代わりに、ベンゼン環の置換基に珪素（Ｓｉ）原子を含有するポリヒドロキシスチレン樹脂からなる膜を採用するものである。また、ポジ型放射線感受性化合物の膜に向けて放射線を照射して全面露光する工程において、第３実施形態において採用したフィルタリングされた単色光からなる低圧水銀ランプが発する光線２６の代わりに、第６実施形態と同様に、高圧水銀ランプが発する光線を採用するものである。
【００９２】
以上説明した点以外は、第３実施形態と同様に実施する。この結果、第３実施形態を説明する際に参照した図８（ｈ）に示す状態と同様に、被加工膜（ＤＬＣ膜）２１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【００９３】
以上説明したように、この第７実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
（第８の実施の形態）
次に、本発明に係る第８実施形態を図１２を参照しつつ説明する。図１２は、第８実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。
【００９５】
この第８実施形態においては、被加工膜としてスパッタカーボン膜を、レジスト膜としてＫｒＦネガレジスト膜を、埋め込み材料として特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂を、また埋め込み材料に対する放射線照射の光源としてＫｒＦエキシマレーザをそれぞれ採用する場合について述べる。
【００９６】
先ず、図１２（ａ）に示すように、微細加工が施される半導体基板１上に、被加工膜としてのスパッタカーボン膜６１を、その膜厚が約０．３μｍとなるように設ける。
【００９７】
次に、図１２（ｂ）に示すように、スパッタカーボン膜６１上に、レジスト膜としての東京応化工業（株）製のＫｒＦネガレジスト膜６２（ＴＤＵＲ−Ｎ６２０）を、その膜厚が約１５０ｎｍとなるように回転塗布した後、プリベークする。
【００９８】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ＫｒＦネガレジスト膜６２を図示しないＫｒＦ露光装置を用いて露光した後、現像する。これにより、ＫｒＦネガレジスト膜６２に所望の形状および精度を有するレジストパターン（上層レジストパターン）をパターニングする。
【００９９】
次に、図１２（ｄ）に示すように、パターンニングされたＫｒＦネガレジスト膜６２に向けて４ｍＣ／ｃｍ2の電子線６を照射することにより、ＥＢキュア処理を行う。
【０１００】
次に、図１２（ｅ）に示すように、ＥＢキュア処理が施されたＫｒＦネガレジスト膜６２を覆うように、埋め込み材料としてのポジ型放射線感受性化合物の膜６３をスパッタカーボン膜６１上に設ける。本実施形態においては、ポジ型放射線感受性化合物の膜として、特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜６３を採用する。このポリシロキサン樹脂の膜６３は、その膜厚が約３００ｎｍとなるように、スパッタカーボン膜６１上に回転塗布される。この段階で、レジストパターンが形成されたＫｒＦネガレジスト膜６２は、そのパターン段差が略完全に無くなるように被覆される。また、ＫｒＦネガレジスト膜６２（上層レジストパターン）は、ポリシロキサン樹脂の膜６３で覆われる際に、ポリシロキサン樹脂の膜６３の溶媒であるシクロヘキサノンに不溶であった。
【０１０１】
次に、図１２（ｆ）に示すように、ポリシロキサン樹脂の膜６３に向けて放射線６４を照射して、ポリシロキサン樹脂の膜６３を露光する。この際、ＫｒＦネガレジスト膜６２の露光に用いたマスク６５およびＫｒＦ露光装置を用いて、ポリシロキサン樹脂の膜６３を部分的に露光する。本実施形態においては、放射線として、第１実施形態で採用した波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線８の代わりに、波長が約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光線６４を採用する。このＫｒＦエキシマレーザ光線６４の波長に対する、特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜６３の吸光係数は、約０．２μｍ-1以上を満たしていた。
【０１０２】
次に、ポリシロキサン樹脂の膜６３に対して、テトラメチルアンモニウムハイドロオキシドの約１．５％水溶液を用いて約４５秒間、現像処理を施す。これにより、図１２（ｇ）に示すように、ＫｒＦネガレジスト膜６２（上層レジストパターン）の上部（上面）を露出させる。この結果、ポリシロキサン樹脂の膜６３中に、所望の形状および精度を有するパターンがパターニングされる。また、現像終了時付近におけるリセスの膜減り速度は約１００ｎｍ／ｓｅｃ以下を満たしており、良好な精度でリセス深さを制御できた。
【０１０３】
最後に、図１２（ｈ）に示すように、ポリシロキサン樹脂の膜６３をマスクとして、この膜６３が残っていない領域のＫｒＦネガレジスト膜６２およびスパッタカーボン膜６１を加工して除去する。これにより、半導体基板１上に残っているスパッタカーボン膜６１中に所望の形状および精度を有するパターンを形成することができる。
【０１０４】
以上説明したように、この第８実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
（第９の実施の形態）
次に、本発明に係る第９実施形態を図１３を参照しつつ説明する。図１３は、第９実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図である。
【０１０６】
この第９実施形態は、レジスト膜として、第８実施形態において採用した東京応化工業（株）製のＫｒＦネガレジスト膜６２（ＴＤＵＲ−Ｎ６２０）の代わりに、図１３（ａ）に示すように、ＪＳＲ（株）製のＫｒＦポジ型レジスト（ＫＲＦ Ｖ２１０Ｇ）７１を採用するものである。また、ポジ型放射線感受性化合物の膜としての特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜６３をリセス露光する工程において、図１３（ｂ）に示すように、透過部７２ａおよび遮光部７２ｂが第８実施形態において採用したマスク６５と反転しているマスク７２を採用するものである。
【０１０７】
以上説明した点以外は、第８実施形態と同様に実施する。この結果、第８実施形態を説明する際に参照した図１２（ｈ）に示す状態と同様に、スパッタカーボン膜６１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【０１０８】
以上説明したように、この第９実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明に係る第１０実施形態を図１４を参照しつつ説明する。図１４は、第１０実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図である。この図１４（ａ）〜（ｈ）は、第８実施形態を説明する際に参照した図１２（ａ）〜（ｈ）にそれぞれ相当する。
【０１１０】
この第１０実施形態は、図１４（ｅ）〜（ｈ）に示すように、埋め込み材料となる放射線感受性化合物の膜として、第８実施形態において採用した特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜６３の代わりに、特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例１に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜８１を採用するものである。この膜８１は、ネガ型の放射線感受性化合物の膜である。また、図１４（ｆ）に示すように、ネガ型放射線感受性化合物の膜８１をリセス露光する工程において、図１３（ｂ）に示す第９実施形態のリセス露光工程において用いたマスク７２を採用する。
【０１１１】
以上説明した点以外は、第８実施形態と同様に実施する。この結果、図１４（ｈ）に示すように、スパッタカーボン膜６１中に所望の形状および精度を有するパターンを得ることができる。
【０１１２】
以上説明したように、この第１０実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
なお、本発明に係るパターン形成方法、および半導体装置の製造方法は、前述した第１〜第１０の各実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。
【０１１４】
例えば、半導体基板上に被加工膜を設ける際に、塗布法あるいはスパッタリング法などを用いたが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、アーク放電、マイクロ波ＥＣＲ、パルスレーザー蒸着、化学気相吸着（ＣＶＤ）などにより被加工膜を設けてもよい。
【０１１５】
また、レジスト膜としてＡｒＦポジレジスト膜、低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜、ＫｒＦネガレジスト膜、およびＫｒＦポジレジスト膜を用いるとともに、これら各レジスト膜をパターニングする際にＡｒＦエキシマレーザ光線、電子線、およびＫｒＦレーザ光線などをそれぞれ用いたが、本発明はこれらに限られるものではない。レジスト膜として、例えば、ｇ線レジスト膜、ｉ線レジスト膜、Ｆ２レジスト膜、ＥＢレジスト膜、Ｘ線レジスト膜、近接場光リソグラフィ用レジスト膜、あるいはナノインプリント用レジスト膜を用いるとともに、これら各レジスト膜をパターニングする際に、それら各レジスト膜に対応するエネルギー線またはエネルギー型を有する放射線を用いてもよい。
【０１１６】
また、埋め込み材料となる放射線感受性化合物として感光性ポリシラザン、ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］、ポリジフェニルシラン、ポリメチルシロキサンに２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステルを添加剤として加えた混合物、ベンゼン環の置換基に珪素（Ｓｉ）原子を含有するポリヒドロキシスチレン樹脂、ならびに特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例１および２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂を用いたが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。その他の埋め込み材料としては、例えば、特開昭６１−３１３９号、特開昭６２−１５９１４２号、特開昭６２−２２９１３６号（実施例１、２以外）、特開昭６０−１１９５４９号、特開昭６０−２１２７５７号、特開昭６１−７８３５号、特開昭６１−２８９３４５号、特開昭６２−２２９１４１号、特開昭６２−２１２６４４号、および特開昭６０−１４２３８号の各公報に開示されている物質を用いてもよい。あるいは、J. Photopolym. Sci. & Technol., 651 (1998)、J. Photopolym. Sci. & Technol., 667 (1998)、SPIE Vol. 2438, 775 (1995)、SPIE Vol. 3333, 62 (1998)、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34, 6950 (1995)、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34, 6961 (1995)、およびJpn. J. Appl. Phys. Vol. 35, 6673 (1996)に開示されている物質を用いてもよい。
【０１１７】
また、埋め込み材料としての放射線感受性化合物の膜をリセスする際に行う放射線照射に用いる放射線として、ＡｒＦエキシマレーザ光線、電子線、低圧水銀ランプの光線、Ｘｅ２エキシマランプの光線、高圧水銀ランプの光線、およびＫｒＦエキシマレーザ光線を用いたが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。その他各種ランプの光線、あるいは各種レーザ光線を用いることができる。リセスする際に用いる放射線として、例えば、Ａｒ２エキシマランプの光線、Ｋｒ２エキシマランプの光線、ＫｒＣｌエキシマランプの光線、ＸｅＣｌエキシマランプの光線、沃素ランプの光線、臭素ランプの光線、Ｆ２エキシマレーザ光線、ＸｅＣｌエキシマレーザ光線、Ａｒレーザ光線、Ｎ２レーザ光線、ＮＤ−ＹＡＧレーザ光線の基本波、同第２高調波、同第３高調波、同第４高調波などの各放射線を用いてもよい。
【０１１８】
また、放射線感受性化合物の膜をリセスする際に行う放射線の照射方法は、放射線感受性化合物の膜の全面に照射する方法、上層レジストパターンの形成に用いたマスクと同じマスクを用いる方法、および上層レジストパターンの形成に用いたマスクの透過部と遮光部とを反転させたマスクを用いる方法を示したが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。ポジ型放射線感受性化合物の膜に放射線を照射する際には、例えば、上層レジストパターンが形成されている領域内において、上層レジスト膜が広範囲に存在しない部分の照射量が、他の部分の照射量よりも小さくなるように形成された遮光物を用いる方法が挙げられる。
【０１１９】
さらに、埋め込み材料としての放射線感受性化合物の膜を現像する際の現像方法として、アルカリ溶液現像法、および有機溶媒現像法を挙げたが、本発明の実施はこれらに限られるものではない。埋め込み材料を現像する際に、例えば、その性質に応じて、水現像法、酸現像法などを用いることも可能である。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明に係るパターン形成方法によれば、パターンを埋め込む材料として放射線感受性化合物を採用し、この化合物に対して放射線照射および現像処理によるリセスを行う。これにより、形成されるパターンの形状に拘らず、パターン転写プロセスの適用範囲を広げることができるとともに、パターンを転写する際の寸法制御性およびプロセス効率を高めることができる。したがって、本発明に係るパターン形成方法によれば、形成されるパターンの形状に拘らず、所望のパターンを高い精度で効率よく形成できる
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、本発明に係るパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行う。これにより、半導体装置内の各種電子回路などを高い精度で効率よく形成できる。したがって、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、良質な半導体装置を効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図。
【図２】レジストの溶解速度と露光量との相関関係をグラフにして示す図。
【図３】図２のグラフを２値化して簡略化して示す図。
【図４】埋め込み材料を単色光で露光した場合の深さ方向の光強度分布をグラフにして示す図。
【図５】埋め込み材料の現像時間と残膜厚さとの相関関係をグラフにして示す図。
【図６】レジスト膜を複数の波長からなる光を用いて露光した場合の深さ方向の光強度分布をグラフにして示す図。
【図７】第２実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図８】第３実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図。
【図９】第４実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図１０】第５実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図１１】第６実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図１２】第８実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図。
【図１３】第９実施形態に係るパターン形成方法の一部を示す工程断面図。
【図１４】第１０実施形態に係るパターン形成方法を示す工程断面図。
【図１５】従来技術に係るレジストパターン付近の構造を示す断面図。
【図１６】従来技術に係るレジストパターン付近の構造を示す断面図。
【図１７】従来技術に係るレジストパターン付近の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…半導体基板
２…塗布型カーボン膜（下層膜、被加工膜）
４…ポジ型ＡｒＦレジスト膜４（レジスト膜）
７…感光性ポリシラザン膜７（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
８…ＡｒＦエキシマレーザ光線（リセス用放射線）
１１…電子線（リセス用放射線）
２１…ＤＬＣ膜（Diamond Like Carbon 膜、下層膜、被加工膜）
２２…低加速ＥＢ描画用ネガレジスト膜（レジスト膜）
２５…ポリ［ｐ−（１，２−ジメチルジフェニルジシラニレン）フェニレン］膜（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
２６…フィルタリングされた単色光からなる低圧水銀ランプ光線（リセス用放射線）
３１…Ｘｅ２エキシマランプ光線（リセス用放射線）
４１…ポリジフェニルシラン（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
５１…ポリメチルシロキサンおよび２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステルを添加剤として加えた混合物からなる膜（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
５２…高圧水銀ランプ光線（リセス用放射線）
６１…スパッタカーボン膜（下層膜、被加工膜）
６２…ＫｒＦネガレジスト膜（レジスト膜）
６３…特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例２に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜（埋め込み材料の膜、ポジ型放射線感受性化合物の膜）
６４…ＫｒＦエキシマレーザ光線（リセス用放射線）
６１…スパッタカーボン膜（下層膜、被加工膜）
７１…ＫｒＦポジ型レジスト（レジスト膜）
８１…特開昭６２−２２９１３６号公報の実施例１に開示されている感光性組成物を含むポリシロキサン樹脂の膜（埋め込み材料の膜、ネガ型放射線感受性化合物の膜）
Claims (15)
- 基板上に被加工膜を設ける工程と、
前記被加工膜上にレジスト膜を設ける工程と、
前記レジスト膜をパターニングする工程と、
前記パターニングされたレジスト膜を覆うように放射線感受性化合物の膜を前記被加工膜上に設ける工程と、
前記放射線感受性化合物の膜に放射線照射および現像処理を施して前記レジスト膜の上面を露出させ、前記放射線感受性化合物の膜をパターニングする工程と、
前記パターニングされた放射線感受性化合物の膜をマスクとして前記レジスト膜を除去するとともに、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。 - 前記放射線感受性化合物は、珪素原子、ゲルマニウム原子、錫原子のいずれか１種類以上を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
- 前記放射線感受性化合物は、放射線感受性ポリシラン、放射線感受性ポリゲルマン、放射線感受性ポリスタナン、放射線感受性ポリシラザン、放射線感受性ポリシロキサン、放射線感受性ポリカルボシラン、放射線感受性ジシラニレン−π−電子系ポリマー、それら各化合物の２種類以上の共重合体、ベンゼン環の置換基に珪素原子を含有するノボラック樹脂、およびベンゼン環の置換基に珪素原子を含有するポリヒドロキシスチレン樹脂、または、これら各化合物のいずれかと放射線感受性物質との混合物であることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
- 前記レジスト膜をパターニングする工程の後、前記放射線感受性化合物の膜を前記被加工膜上に設ける工程の前に、前記パターニングされたレジスト膜に前記放射線感受性化合物の溶剤に対する耐性を持たせる処理を施す工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記パターニングされたレジスト膜に前記放射線感受性化合物の溶剤に対する耐性を持たせる処理を、電子線照射、紫外線照射、または加熱処理のいずれか１種類以上により行うことを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
- 前記放射線照射に用いる放射線は、光線、電子線、またはイオンビームであることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記光線は、赤外線、可視光線、紫外線、真空紫外線、極端紫外線、または軟Ｘ線であることを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。
- 前記放射線照射を行う際の放射線の照射量を、前記放射線感受性化合物の膜の厚さが前記現像処理によって残すべき大きさに達する際に、その現像速度が１００ｎｍ／ｓｅｃ以下になるように設定することを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記放射線感受性化合物は、ポジ型放射線感受性化合物であることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記放射線照射を行う際に、前記パターニングされたレジスト膜が存在しない領域への前記放射線の照射量が、これに隣接する前記パターニングされたレジスト膜が存在する領域への前記放射線の照射量と比較して、同等以下となるように設定することを特徴とする請求項９に記載のパターン形成方法。
- 前記放射線照射を行う際に、放射線として光線を用いる場合、該光線に含まれる波長のうち、前記ポジ型放射線感受性化合物の吸光係数が最大となる波長に対する該吸光係数が０．２μｍ-1以上である前記ポジ型放射線感受性化合物を採用することを特徴とする請求項９または１０に記載のパターン形成方法。
- 前記ポジ型放射線感受性化合物の膜をパターニングする工程において、前記放射線照射および前記現像処理をそれぞれ複数回、繰り返し行うことを特徴とする請求項９〜１１のうちのいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記放射線感受性化合物は、ネガ型放射線感受性化合物であることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記放射線照射を行う際に、前記パターニングされたレジスト膜が存在しない領域への前記放射線の照射量が、これに隣接する前記パターニングされたレジスト膜が存在する領域への前記放射線の照射量と比較して、同等以上となるように設定することを特徴とする請求項１〜８および１３のうちのいずれかに記載のパターン形成方法。
- 請求項１〜１４のうちいずれかに記載のパターン形成方法により形成されたパターンに基づいてエッチング処理を行うエッチング工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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