(57)【要約】【課題】サーマルフローを利用したシュリンク技術によって、フォトレジストパターンをシュリンクする際のパターン密度依存性を防止し、シュリンク量の制御精度を向上する。【解決手段】レジストパターン形成方法は、露光及び現像により、レジスト膜からフォトレジストパターンを形成する工程と、サーマルフロー装置１０内で、フォトレジストパターンの表面に形成されたレジスト難溶化層を、ノズル１２から噴霧するレジスト溶剤の蒸気で膨潤させる工程と、レジスト難溶化層を膨潤させたフォトレジストパターンを、ホットプレート１１で加熱し、サーマルフローさせてシュリンクする工程とを有する。【選択図】図１
2008171908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光及び現像により、レジスト膜からフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンの表面をレジスト溶剤で処理する工程と、
前記レジスト溶剤で処理したフォトレジストパターンを、サーマルフローさせてシュリンクする工程と、
を有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記レジスト溶剤で処理する工程は、フォトレジストパターンの表面に形成された難溶化層を膨潤させる、請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項３】
前記レジスト溶剤で処理する工程は、レジスト溶剤の蒸気を前記フォトレジストパターンに噴霧する、請求項２に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項４】
前記レジスト溶剤で処理する工程は、液状のレジスト溶剤をフォトレジストパターンの表面に滴下する請求項２に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項５】
前記レジスト溶剤で処理する工程は、前記レジスト溶剤が滴下されたフォトレジストパターンを所定の回転数以上で回転させる、請求項４に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項６】
前記レジスト溶剤が、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタートである、請求項１〜５の何れか一に記載のレジストパターン形成方法。
【請求項７】
前記レジスト溶剤が、プロピレングリコールモノエチルエーテルである、請求項１〜５の何れか一に記載のレジストパターン形成方法。 
【請求項８】
前記レジスト溶剤が、乳酸エチルである、請求項１〜５の何れか一に記載のレジストパターン形成方法。 
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一に記載のレジストパターン形成方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストパターン形成方法及び半導体装置の製造方法に関し、更に詳しくは、熱流動（サーマルフロー）を用いるシュリンク技術を採用するレジストパターン形成方法、及び、そのレジストパターン形成方法を用いる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は年々高集積化が進んでおり、この高集積化を牽引する技術の一つがフォトリソグラフィ技術である。フォトリソグラフィ技術は、ウエハ上で、素子を構成する回路パターンを微細に形成する技術であり、従来は、光源の短波長化によって、フォトリソグラフィの微細化が達成されてきているものの、光源のこれ以上の短波長化には限界がある。そこで、フォトリソグラフィで形成したレジストパターンを縮小するシュリンク技術によって、光源の波長以下の微細なレジストパターンを形成する技術が提案されている。シュリンク技術には、高温の熱処理によってレジストに熱流動（サーマルフロー）を生じさせる方法と、レジストパターンとは別にミキシング生成用レジスト膜を用いる方法とが知られている。サーマルフローを用いるシュリンク技術は、例えば特許文献１や、特許文献２に記載されている。
【０００３】
従来のサーマルフローを用いたシュリンクプロセスの一例を説明する。まず、パターニング対象の薄膜表面にレジストを塗布し、これを露光・現像してフォトレジストパターンを形成する。この例では、レジストには、ＫｒＦレジストＧＫＲ５３１５Ｄ７（４８０ｎｍ）を用い、露光にはＣａｎｏｎ製ＫｒＦスキャン露光機ＥＳ６を用いた。塗布・現像機は、東京エレクトロン製Ｌｉｔｈｉｕｓを用いた。
【０００４】
一般に、ホールパターンのレイアウトには密集部と孤立部とがある。密集部は、例えば直径φが０．１３μｍの複数のホールが、ホール直径に対する間隔が１：２の割合で整列して多数が配列されている。孤立部では、例えばホールパターンの直径φが０．１８μｍであり、各ホールがランダムに配設されている。
【０００５】
図４は、上記レジストパターンを形成したウエハ２０を、ホットプレート１１を有するサーマルフロー装置１０に導入し、サーマルフローによるパターン縮小を行った例を示している。サーマルフローによるシュリンク量は、上記の例で５０〜８０ｎｍ程度である。サーマルフローにおけるベーク温度は、ＫｒＦレジストＧＫＲ５３１５Ｄ７のガラス転移点（Ｔｇ）である１４０℃前後で行った。ウエハ２０上では、整然と配列された密集部では、パターンのシュリンクが均一に起こるものの、ランダムに配列された孤立部では、パターンシュリンクが一律に起こらずに、変形するという不具合が観測された。図５に示すように一列に整列したホール２２を有するフォトレジスト２１を、サーマルフローを用いてシュリンクしたところ、シュリンク後のパターンのホール２４は、図６に示すよう変形が生じていた。この変形は、パターンの整列方向のシュリンク量が小さく、整列方向と直交方向のシュリンク量が大きくなるものであった。
【特許文献１】特開２００４−９５８０３号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に示したシュリンク後のパターンでは、その原因として、図７に示すような、現像時にフォトレジスト２１の表面に形成されるレジスト難溶化層２５の存在が観測された。フォトレジスト２１表面上のレジスト難溶化層２５は、現像液中のテトラアンモニウムヒドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を介したレジスト樹脂のアゾカップリング反応によって形成される。レジスト難溶化層２５は、レジスト樹脂に比べて、炭素の一定容積あたりの原子密度が高く、このことがサーマルフローに対してフロー阻害の要因となる。
【０００７】
レジスト難溶化層２５の形成量は、パターン密度が高いほど多く、低いほど少ない。このため、パターン密度が高い場合にはサーマルフローが起こり難く、パターン密度が低い場合にはサーマルフローが起こり易い。この現象による変形は、２次元方向間で疎密差が大きい場合に特に顕著となる。このため、図５で示すような一列に配列されたパターンでは、特に変形が大きく、このシュリンクプロセスを用いるには、複数のレチクルを作製するなど、パターンレイアウトに大きな制約があった。
【０００８】
本発明は、上記従来のサーマルフローを用いるシュリンクプロセスに際して、パターンシュリンクにおけるシュリンク量の制御を容易にするパターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のレジストパターン形成方法は、露光及び現像により、レジスト膜からフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンの表面をレジスト溶剤で処理する工程と、
前記レジスト溶剤で処理したフォトレジストパターンを、サーマルフローさせてシュリンクする工程と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記本半レジストパターン形成方法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のパターン形成方法では、フォトレジスト膜上にレジストパターンを形成した後であってサーマルフローを行う前に、フォトレジストの表面に形成されるレジスト難溶化層をレジスト溶剤による処理によって膨潤させる。これによって、サーマルフローのための加熱時におけるレジストパターンの流動性を高めるので、サーマルフローにおけるレジストのシュリンク量のパターンレイアウトの粗密差依存性を防ぎ、シュリンク量の制御精度を向上させる。
【００１２】
レジスト溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート、プロピレングリコールモノエチルエーテル、又は、乳酸エチルなどが用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係るパターン形成方法を実施する装置内に収容された状態でウエハを示す断面図である。本実施形態では、まず、従来の方法と同様にフォトレジストパターンを形成する。レジストには、例えばＧＫＲ５３１５Ｄ７（４８０ｎｍ）を用い、露光には例えばＣａｎｏｎ製ＫｒＦスキャン露光機ＥＳ６を用いる。塗布・現像機は例えば東京エレクトロン製Ｌｉｔｈｉｕｓを用いる。本実施形態のパターン形成方法は、図１に示すように、フォトレジストパターンを形成したウエハ２０をサーマルフロー装置１０に収容し、サーマルフロー装置１０内のホットプレート１１を用い、レジストパターンを熱的に流動させて、シュリンクするものである。
【００１４】
ウエハ２０をホットプレート１１上に搭載した後、図１に示すように、サーマルフロー装置１０内に配設したノズル１２を用い、ノズル１２の先端からレジスト溶剤の蒸気を噴霧する。レジスト溶剤の蒸気は、レジストパターンが膨潤するまで供給する。レジスト溶剤には、例えばプロピレングリコールモノエチルエーテルアセタート（以下ＰＧＭＥＡと記す）を用いる。レジスト溶剤を蒸気にするには、レジスト溶剤をその沸点以上の温度に加熱する。ＰＧＭＥＡの沸点は１４６℃であるため、溶剤のタンクを１４６℃以上に加熱し、その蒸気をサーマルフロー装置１０内に導入する。これにより、レジストパターンは溶剤の蒸気によって膨潤する。
【００１５】
レジストパターンが、溶剤の蒸気で膨純することで、レジストの分子密度が低下し、熱による流動性が向上する。この状態で、サーマルフローを行う。その結果、例えば図２に示すような、１列に並んで密に整列したフォトレジスト２１のホール２２は、図３に示すように、孔径が実質的に等方的にシュリンクしたホール２３になる。つまり、シュリンク量がパターンレイアウトの粗密に依存することが防止でき、ウエハ２０上でシュリンク量の差が小さくなるため、シュリンク寸法の制御性が向上する。従って、パターンレイアウトの制限を少なくすることができる。
【００１６】
上記実施形態では、レジスト溶剤を蒸気にして噴霧する例を示した。これに代えて、液状のレジスト溶剤を使用することも出来る。この場合、例えば、レジストパターンを形成したウエハ上に、スピン塗布カップからレジスト溶剤を滴下する。パターニングされたレジストパターンの表面には、前述のようにレジスト難溶化層が形成されている。レジスト難溶化層は、この液状のレジスト溶剤で膨潤する。レジスト溶剤の滴下は、ウエハを高速に回転しながら行う。滴下の時間は１〜２秒程度であり、ウエハ回転数は例えば１００〜５００ｒｐｍとする。このスピン塗布により、レジスト難溶化層にレジスト溶剤が染み込む。
【００１７】
レジストパターンは、レジスト難溶化層に溶剤が染み込むことにより膨潤し、加熱の際の熱流動性が向上する。次いで、サーマルフロー装置内のホットプレートにより、所望の温度でベークして、サーマルフローを施す。レジスト難溶化層が膨潤した状態でサーマルフローを行えば、等方的なパターンシュリンクが得られる。つまり、シュリンク量のパターンレイアウトの粗密依存性が抑えられ、シュリンク寸法の制御性が向上する。その結果、一列に整列したパターンであっても等方的なシュリンクが得られ、パターンレイアウトへの制限が少なくできる。
【００１８】
なお、上記実施形態では、ＰＨＳ系をレジスト樹脂としたＫｒＦレジストについて示したが、サーマルフローが可能なノボラック系Ｉ線レジストでも可能である。また、他のレジスト溶剤として、２−へプタノンや、プロピレングリコールモノエチルエーテル（ＰＧＭＥ）、乳酸エチルなどが挙げられる。
【００１９】
以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のレジストパターン形成方法、及び、半導体装置の製造方法は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るパターン形成プロセスの様子を示す断面図。
【図２】図１のパターン形成プロセスのサーマルフローが対象とするフォトレジストマスクのパターンを例示する平面図。
【図３】図２のフォトレジストマスクのサーマルフロー後の平面図。
【図４】従来のパターン形成プロセスの様子を示す断面図。
【図５】図４のパターン形成プロセスのサーマルフローが対象とするフォトレジストマスクのパターンを例示する平面図。
【図６】図５のフォトレジストマスクのサーマルフロー後の平面図。
【図７】図６のフォトレジストマスクの断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１０：サーマルフロー装置
１１：ホットプレート
１２：ノズル
２０：ウエハ
２１：フォトレジスト
２２：シュリンク前のホール
２３：等方的なシュリンク後のホール
２４：シュリンク後の変形したホール
２５：レジスト難溶化層
【図１】
2008171908.tif 000003
【図２】
2008171908.tif 000004
【図３】
2008171908.tif 000005
【図４】
2008171908.tif 000006
【図５】
2008171908.tif 000007
【図６】
2008171908.tif 000008
【図７】
2008171908.tif 000009