(57)【要約】【課題】現像後のレジストパターンにおいて、レジスト表面部分の形状が順テーパーまたは逆テーパー（Ｔ−トップ）になることを防ぎ、レジスト形状を矩形にすることで、レジスト形状の制御性を向上させることを目的とする。【解決手段】基板上の被加工膜上に現像促進物質を含むフォトレジスト溶液を塗布する塗布装置１０と、塗布されたフォトレジスト溶液を上記現像促進物質を含む雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する熱処理装置２０と、熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光装置３０を備えたレジストパターン形成システムであり、前記熱処理装置２０は、さらに、露光された後のフォトレジスト層を熱処理し、前記システムは、さらに、熱処理された露光された後のフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理装置３０を備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
2004296838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の被加工膜上に現像促進物質を含むフォトレジスト溶液を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程により塗布されたフォトレジスト溶液を上記現像促進物質を含む雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された後のフォトレジスト層を熱処理する第２の熱処理工程と、
前記第２の熱処理工程により熱処理されたフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理工程と
を備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項２】
基板上の被加工膜上にフォトレジスト溶液を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程により塗布されたフォトレジスト溶液を酸雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された後のフォトレジスト層を熱処理する第２の熱処理工程と、
前記第２の熱処理工程により熱処理されたフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理工程と
を備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項３】
基板上の被加工膜上にフォトレジスト溶液を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程により塗布されたフォトレジスト溶液を、光または熱で酸を発生する酸発生剤を有する雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された後のフォトレジスト層を熱処理する第２の熱処理工程と、
前記第２の熱処理工程により熱処理されたフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理工程と
を備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項４】
前記露光工程は、前記フォトレジスト層の所定の領域に光または電子線などのエネルギー線を照射して露光することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のレジストパターン形成方法。
【請求項５】
前記フォトレジスト溶液には、上記酸発生剤が含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のレジストパターン形成方法。
【請求項６】
前記フォトレジスト層の膜厚は、４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４までのいずれかに記載のレジストパターン形成方法。
【請求項７】
前記エネルギー線としてＫｒＦレーザー光を用いることを特徴とする請求項４記載のレジストパターン形成方法。
【請求項８】
前記エネルギー線としてＡｒＦレーザー光を用いることを特徴とする請求項４記載のレジストパターン形成方法。
【請求項９】
前記エネルギー線として波長が１６０ｎｍより短い光を用いることを特徴とする請求項４記載のレジストパターン形成方法。
【請求項１０】
前記エネルギー線としてＦ２レーザー光を用いることを特徴とする請求項９記載のレジストパターン形成方法。
【請求項１１】
前記エネルギー線として波長が１２ｎｍから１５ｎｍまでの光を用いることを特徴とする請求項９記載のレジストパターン形成方法。
【請求項１２】
基板上の被加工膜上に現像促進物質を含むフォトレジスト溶液を塗布する塗布部と、
前記塗布部により塗布されたフォトレジスト溶液を上記現像促進物質を含む雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する熱処理部と、
前記熱処理部により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光部と
を備えたレジストパターン形成システムであって、
前記熱処理部は、さらに、前記露光部により露光された後のフォトレジスト層を熱処理し、
前記レジストパターン形成システムは、さらに、前記熱処理部により熱処理された露光された後のフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理部を備えたことを特徴とするレジストパターン形成システム。
【請求項１３】
現像処理時に現像処理を促進する現像促進物質を含むフォトレジスト溶液が基板上の被加工膜上に塗布された基板を熱処理して基板上の被加工膜上にフォトレジスト層を形成する熱処理部と、
上記熱処理部により基板が熱処理される雰囲気を上記現像促進物質を含む雰囲気に調整する調整部と
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストパターン形成方法、又はレジストパターン形成システムに関する。特に、半導体の微細加工におけるレジストパターン形成方法にかかわる分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の微細加工のための、フォトレジストを用いた微細パターン形成において、最近の微細化の進展に伴い、露光時の光の波長は年々短くなっている。露光波長２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザー光）や、それより短い１９３ｎｍ（ＡｒＦレーザー光）、１５７ｎｍ（Ｆ２レーザー光）、１３ｎｍ（ＥＵＶ光）などを用いたリソグラフィ、あるいは電子線を用いたリソグラフィにおいては、フォトレジストとして化学増幅型レジストを用いることが一般的になってきている。化学増幅型レジストでは、例えば樹脂として、水酸基などのアルカリ可溶性基をターシャリーブトキシカルボニル基などの保護基で保護してアルカリ不溶にした樹脂が用いられる。またレジスト中にはトリフェニルスルフォニウムトリフラートなどの酸発生剤（光照射で酸を発生する物質）が入っている。
【０００３】
ここで、基板上にレジスト層を形成する際は、まず上記樹脂、酸発生剤、クエンチャー、重合禁止剤などを２−ヘプタノンなどの有機溶媒に溶かしてレジスト溶液とする。次にこのレジスト溶液を基板上に回転塗布する。次に溶液を基板ごと熱処理して溶媒を蒸発させることで、基板上にレジスト層を形成させる。このような、酸発生剤を含むレジスト（化学増幅型レジスト）に光を照射すると、照射した部分の酸発生剤から酸を生じる。露光後の熱処理中に、この酸を触媒としてレジストの保護基が外れ、レジストがアルカリ可溶になる。そのため、熱処理後の現像（例えば現像液としてテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを用いる）では光が照射された部分だけがアルカリ可溶になる。
【０００４】
そのため、露光時にパターン状に光を照射することで、現像後においては光強度の強弱に対応したレジストのパターン形状が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、レジスト溶液塗布後の熱処理であるが、熱処理温度、時間は通常、１００−１４０℃、６０−１２０秒程度である。ところがこの熱処理中に、前述の酸発生剤の一部がレジストから蒸発してしまう。このため、レジスト表面から酸発生剤が枯渇してしまうため、露光後の熱処理中に表面部分のレジストから保護基が外れず（＝アルカリ可溶にならず）、その結果レジスト表面部分で（現像後の）レジスト形状が矩形でなく逆テーパー（Ｔ−トップ）形状になってしまい、レジスト寸法の制御性、下地加工時の寸法制御性が著しく低下する、という問題が起こる。
【０００６】
また、近年レジスト膜厚は解像度向上のため薄膜化する傾向にあるが、薄膜化によりレジスト表面層の影響が増大する。そのため、前記のようなレジスト表面での酸発生剤の枯渇の効果は、ＡｒＦリソグラフィやＦ２リソグラフィ、ＥＵＶリソグラフィで用いられる薄膜レジスト（膜厚４００ｎｍ以下）で非常に顕著になる。なお、上記例においては露光部分が現像時に選択的に除去される、いわゆるポジ型レジストの場合について述べたが、逆に未露光部が除去されるネガ型レジストの場合は、上記の酸の蒸発の影響によって、レジストが順テーパー形状になり、膜減りが顕著になる。
【０００７】
本発明は、現像後のレジストパターンにおいて、レジスト表面部分の形状が順テーパーまたは逆テーパー（Ｔ−トップ）になることを防ぎ、レジスト形状を矩形にすることで、レジスト形状の制御性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレジストパターン形成方法は、基板上の被加工膜上に現像促進物質を含むフォトレジスト溶液を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程により塗布されたフォトレジスト溶液を上記現像促進物質を含む雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された後のフォトレジスト層を熱処理する第２の熱処理工程と、
前記第２の熱処理工程により熱処理されたフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理工程と
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明に係るレジストパターン形成方法は、基板上の被加工膜上にフォトレジスト溶液を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程により塗布されたフォトレジスト溶液を酸雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された後のフォトレジスト層を熱処理する第２の熱処理工程と、
前記第２の熱処理工程により熱処理されたフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理工程と
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明に係るレジストパターン形成方法は、基板上の被加工膜上にフォトレジスト溶液を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程により塗布されたフォトレジスト溶液を、光または熱で酸を発生する酸発生剤を有する雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された後のフォトレジスト層を熱処理する第２の熱処理工程と、
前記第２の熱処理工程により熱処理されたフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理工程と
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記露光工程は、前記フォトレジスト層の所定の領域に光または電子線などのエネルギー線を照射して露光することを特徴とする。
【００１２】
前記フォトレジスト溶液には、上記酸発生剤が含まれることを特徴とする。
【００１３】
前記フォトレジスト層の膜厚は、４００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
前記エネルギー線としてＫｒＦレーザー光を用いることを特徴とする。
【００１５】
前記エネルギー線としてＡｒＦレーザー光を用いることを特徴とする。
【００１６】
前記エネルギー線として波長が１６０ｎｍより短い光を用いることを特徴とする。
【００１７】
前記エネルギー線としてＦ２レーザー光を用いることを特徴とする。
【００１８】
前記エネルギー線として波長が１２ｎｍから１５ｎｍまでの光を用いることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係るレジストパターン形成システムは、基板上の被加工膜上に現像促進物質を含むフォトレジスト溶液を塗布する塗布部と、
前記塗布部により塗布されたフォトレジスト溶液を上記現像促進物質を含む雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する熱処理部と、
前記熱処理部により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する露光部と
を備えたレジストパターン形成システムであって、
前記熱処理部は、さらに、前記露光部により露光された後のフォトレジスト層を熱処理し、
前記レジストパターン形成システムは、さらに、前記熱処理部により熱処理された露光された後のフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する現像処理部を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この発明に係る熱処理装置は、現像処理時に現像処理を促進する現像促進物質を含むフォトレジスト溶液が基板上の被加工膜上に塗布された基板を熱処理して基板上の被加工膜上にフォトレジスト層を形成する熱処理部と、
上記熱処理部により基板が熱処理される雰囲気を上記現像促進物質を含む雰囲気に調整する調整部と
を備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるレジストパターン形成システムの構成を示す図である。
図１において、レジストパターン形成システム１００は、塗布装置１０（塗布部の一例である）、熱処理装置２０（熱処理部の一例である）、露光装置３０（露光部の一例である）、現像処理装置４０（現像処理部の一例である）を備えている。熱処理装置２０は、熱処理炉２２１（熱処理部の一例である）、調整部２２２を有している。
【００２２】
図２は、実施の形態１におけるレジストパターン形成方法のフローチャートを示す図である。
Ｓ（ステップ）２１０として、塗布装置１０は、基板上の被加工膜上に現像促進物質を含むフォトレジスト溶液を塗布する。
図３は、基板上にレジストを塗布、ベークした状態を示す図である。
まず、図３にあるように、シリコン基板２１上に被加工膜として二酸化シリコン膜２２を５００ｎｍの厚さで形成し、その上に、具体例として、反射防止膜２３としてシプレイ社製のＡＲ１９膜を形成する。具体的には、ＡＲ１９の溶液をスピンコーター（塗布装置の一例である）で回転塗布し、２１５℃で９０秒の熱処理を行うことで、膜厚８５ｎｍのＡＲ１９膜を形成する。次に、反射防止膜２３の上に、フォトレジスト膜として、住友化学製ＡｒＦ用レジストＰＡＲ−７００のフォトレジスト２４の膜を形成する。具体的には、ＰＡＲ−７００の溶液をスピンコーター（塗布装置の一例である）で回転塗布する。
【００２３】
Ｓ２２０として、熱処理装置２０は、前記塗布装置１０により塗布されたフォトレジスト溶液を上記現像促進物質を含む雰囲気中で熱処理してフォトレジスト層を形成する。言い換えると、熱処理炉２２１は、現像処理時に現像処理を促進する現像促進物質を含むフォトレジスト溶液が基板上の被加工膜上に塗布された基板を熱処理して基板上の被加工膜上にフォトレジスト層を形成する。調整部２２２は、上記熱処理炉２２１により基板が熱処理される雰囲気を上記現像促進物質を含む雰囲気に調整する。
具体的には、スピンコーターで回転塗布された住友化学製ＡｒＦ用レジストＰＡＲ−７００の溶液を１１０℃で６０秒の熱処理を行うことで、図２における膜厚３００ｎｍのＰＡＲ−７００のフォトレジスト２４の膜を形成する。このとき、熱処理を行うオーブン中の雰囲気として、乾燥空気中に、酸発生剤（現像促進物質の一例である）として約１００ｐｐｍの濃度のトリフェニルスルフォニウムトリフラート（ＴＰＳ−Ｔｆ）を加えておく。
【００２４】
Ｓ２３０として、露光装置３０は、前記熱処理装置２０により熱処理された結果として形成されたフォトレジスト層の所定の領域に露光する。
具体例として、ニコン製ＡｒＦエキシマスキャナＳ３０２Ａ（露光部の一例である）を用いて、レジストの所定領域にＡｒＦエキシマレーザー光を選択的に照射する。具体的には、フォトマスクを用いて、光学系のＮＡが０．６０、イルミネータのシグマが０．７０という条件で、シリコン基板２１であるウエハー上で１３０ｎｍ  １：１  ラインアンドスペースパターンとなるようにＡｒＦ光（波長１９３ｎｍ）を照射する。なお、露光量は、７．０ｍＪ／ｃｍ２とする。
図４は、レジスト中の露光部分を示す図である。
ＡｒＦ光が照射された結果、図４にあるように、フォトレジスト３４（未露光部分）、フォトレジスト３５（露光部分）のうちフォトレジスト３５の部分だけが選択的に露光され、フォトレジスト３４の部分は露光されない。なお、３１はシリコン基板、３２は二酸化シリコン膜、３３は反射防止膜である。
【００２５】
Ｓ２４０として、前記熱処理装置２０は、さらに、前記露光装置３０により露光された後のフォトレジスト層を熱処理する。ここでは、Ｓ２２０において用いた熱処理装置２０を再度、用いているが、別の熱処理装置を用いても構わない。
Ｓ２４０では、Ｓ２３０において露光された後のウエハーを取り出し、プロキシミティ式の密閉型オーブン（熱処理部の一例である）で１１５℃、６０秒の熱処理を行う。この熱処理の結果、図４における露光領域であるフォトレジスト３５の部分では、レジスト中に存在する酸発生剤から酸が発生しているため、酸を触媒としてレジストの保護基が外れる反応が起こり、レジストがアルカリ溶液、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）に可溶になる。
図５は、露光、熱処理後のレジスト中の酸の分布を示す図である。
図５において、露光部であり、酸の発生している部分であるフォトレジスト１５がＴＭＡＨに可溶になる可溶部分として示されている。それに対して、図５におけるフォトレジスト１４（未露光のため酸の発生していない部分）の部分は露光されていないため酸発生剤からは酸は発生せず、そのためレジストはＴＭＡＨに不溶のままとなる。なお、１１はシリコン基板、１２は二酸化シリコン膜、１３は反射防止膜である。
【００２６】
Ｓ２５０として、現像処理装置４０は、前記熱処理装置２０により熱処理された露光された後のフォトレジスト層を現像処理して、レジストパターンを形成する。
Ｓ２５０では、Ｓ２４０において熱処理の終わったウエハーを、ＴＭＡＨを２．３８％含む水溶液に６０秒間ディップし、その後純水で６０秒間リンスを行う。その結果、ＴＭＡＨに可溶となった部分は除去されるため、レジストパターンが形成される。
図６は、現像後のレジストパターンを示す図である。
具体的には、図６にあるように、レジストパターン４４として、レジストの未露光部だけが選択的に残り、１３０ｎｍ  １：１のラインアンドスペースパターンが形成される。レジスト形状は図のように矩形となる。なお、４１はシリコン基板、４２は二酸化シリコン膜、４３は反射防止膜である。
【００２７】
以上のように、本実施の形態１では、基板上にフォトレジスト溶液を塗布した後の熱処理において、熱処理の雰囲気を、熱または光照射で酸を発生する物質すなわち酸発生剤、あるいは酸を含む雰囲気にする。
熱処理の雰囲気を、酸発生剤、あるいは酸を含む雰囲気にすることで、フォトレジスト溶液塗布後の熱処理において、雰囲気中の酸発生剤あるいは酸と、レジスト中の酸発生剤とが平衡状態を形成するため、レジストからの酸の蒸発を防ぐことができ、レジスト表面での酸の枯渇を防止する。結果として、露光、現像後のレジスト形状は順テーパーや逆テーパー（Ｔ−トップ）になることなく、矩形となり、レジスト形状の制御性が向上する。
【００２８】
図７は、比較例における、基板上にレジストを塗布、ベークしたときの図である。
比較例１として、まず、図７にあるように、シリコン基板５１上に被加工膜として二酸化シリコン膜５２を５００ｎｍの厚さで形成し、その上に、反射防止膜５３としてシプレイ社製のＡＲ１９膜を形成する。具体的には、ＡＲ１９の溶液をスピンコーターで回転塗布し、２１５℃で９０秒の熱処理を行うことで、膜厚８５ｎｍのＡＲ１９膜を形成する。次に、反射防止膜５３の上に、フォトレジスト膜として、住友化学製ＡｒＦ用レジストＰＡＲ−７００の膜を形成する。具体的には、ＰＡＲ−７００の溶液をスピンコーターで回転塗布し、１１０℃で６０秒の熱処理を行って溶媒を蒸発させることで、膜厚３００ｎｍのＰＡＲ−７００膜を形成する。このとき、熱処理を行うオーブン中の雰囲気としては乾燥空気を用いる。そのためレジストの表面層から酸発生剤が蒸発する。従って、形成されたレジスト膜は、酸発生剤が蒸発していない部分であるフォトレジスト５４（酸発生剤の存在する部分）と、酸発生剤が蒸発してしまった表面層であるフォトレジスト５５（酸発生剤が蒸発して枯渇した部分）として形成される。
【００２９】
図８は、比較例における、レジスト中の露光部分を示す図である。
次に、ニコン製ＡｒＦエキシマスキャナＳ３０２Ａを用いて、レジストの所定領域にＡｒＦエキシマレーザー光を選択的に照射する。具体的には、フォトマスクを用いて、光学系のＮＡが０．６０、イルミネータのシグマが０．７０という条件で、ウエハー上で１３０ｎｍ  １：１  ラインアンドスペースパターンとなるようにＡｒＦ光（波長１９３ｎｍ）を照射する。なお、露光量は、７．０ｍＪ／ｃｍ２とする。この結果、図８にあるように、フォトレジスト６４、フォトレジスト６５のうちフォトレジスト６５の部分だけが選択的に露光され（露光部分となる）、フォトレジスト６４の部分は露光されない（未露光部分となる）。なお、６１はシリコン基板、６２は二酸化シリコン膜、６３は反射防止膜である。
【００３０】
図９は比較例における、露光、熱処理後のレジスト中の酸の分布を示す図である。
次に、露光後のウエハーを取り出し、プロキシミティ式の密閉型オーブンで１１５℃  ６０秒の熱処理を行う。この熱処理の結果、図８における露光領域であるフォトレジスト６５の部分では、本来はレジスト中の酸発生剤から酸が発生するため、酸を触媒としてレジストの保護基が外れる反応が起こるはずであるが、実際にはレジストの表面部分では酸発生剤が枯渇しているため、実際に保護基が外れる反応が起こるのは図９におけるフォトレジスト７５の部分だけであり、レジストの表面部分であるフォトレジスト７６（露光部であるが、酸発生剤が枯渇しているため酸が発生していない部分）では保護基が外れない。従って、フォトレジスト７４，７５，７６のうち、アルカリ溶液、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）に可溶になるのはフォトレジスト７５の部分だけである。それに対してフォトレジスト７４（未露光のため酸の発生していない部分）、フォトレジスト７６の部分はＴＭＡＨに不溶のままとなる。なお、７１はシリコン基板、７２は二酸化シリコン膜、７３は反射防止膜である。
【００３１】
図１０は、比較例における、現像後のレジストパターンを示す図である。
次に、熱処理の終わったウエハーを、ＴＭＡＨを２．３８％含む水溶液に６０秒間ディップし、その後純水で６０秒間リンスを行う。その結果、ＴＭＡＨに可溶となった部分は除去されるため、レジストパターンが形成される。具体的には、図８にあるように、レジストパターン８４として、レジストの未露光部だけが選択的に残り、１３０ｎｍ
１：１のラインアンドスペースパターンが形成される。今回は、前記図９での未露光部であるフォトレジスト７４、および露光部でのレジスト表面部分のフォトレジスト７６はアルカリ可溶にならないため、レジストパターン形状は、図１０のフォトレジスト８４の部分のようになり、逆テーパー（Ｔ−トップ）形状となってしまい、矩形とはならない。なお、８１はシリコン基板、８２は二酸化シリコン膜、８３は反射防止膜である。
【００３２】
以上説明した実施の形態１の別の実施例を実施例２として説明する。
まず、図３にあるように、シリコン基板２１上に被加工膜として二酸化シリコン膜２２を５００ｎｍの厚さで形成し、その上に、反射防止膜２３としてブリューワサイエンス社製のＤＵＶ３０Ｊ膜を形成する。具体的には、ＤＵＶ３０Ｊの溶液をスピンコーターで回転塗布し、２０５℃で９０秒の熱処理を行うことで、膜厚８５ｎｍのＤＵＶ３０Ｊ膜を形成する。次に、反射防止膜２３の上に、フォトレジスト膜として、クラリアント社製Ｆ２用レジストＦＸ−１０００Ｐのフォトレジスト２４の膜を形成する。具体的には、ＦＸ−１０００Ｐの溶液をスピンコーターで回転塗布し、１５０℃で６０秒の熱処理を行うことで、膜厚１２０ｎｍのＦＸ−１０００Ｐ膜であるフォトレジスト２４を形成する。このとき、熱処理を行うオーブン中の雰囲気として、乾燥空気中に、酸発生剤として約１００ｐｐｍの濃度のトリフェニルスルフォニウムトリフラート（ＴＰＳ−Ｔｆ）を加えておく。
【００３３】
次に、エキシテック社製製Ｆ２マイクロステッパを用いて、レジストの所定領域にＦ２レーザー光を選択的に照射する。具体的には、フォトマスクを用いて、光学系のＮＡが０．８５、イルミネータのシグマが０．７０という条件で、ウエハー上で７０ｎｍ  １：１  ラインアンドスペースパターンとなるようにＦ２光（波長１５７ｎｍ）を照射する。なお、露光量は、２０ｍＪ／ｃｍ２とする。この結果、図４にあるように、フォトレジスト３４（未露光部分）、フォトレジスト３５（露光部分）のうちフォトレジスト３５の部分だけが選択的に露光され、フォトレジスト３４の部分は露光されない。なお、３１はシリコン基板、３２は二酸化シリコン膜、３３は反射防止膜である。
【００３４】
次に、露光後のウエハーを取り出し、プロキシミティ式の密閉型オーブンで１３０℃、９０秒の熱処理を行う。この熱処理の結果、図４における露光領域であるフォトレジスト３５の部分では、レジスト中に存在する酸発生剤から酸が発生しているため、酸を触媒としてレジストの保護基が外れる反応が起こり、レジストがアルカリ溶液、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）に可溶になる。この可溶部分を図１のフォトレジスト１５（露光部であり、酸の発生している部分）として示す。それに対して、図５におけるフォトレジスト１４の部分は露光されていないため酸発生剤からは酸は発生せず、そのためレジストはＴＭＡＨに不溶のままとなる。なお、１１はシリコン基板、１２は二酸化シリコン膜、１３は反射防止膜である。
【００３５】
次に、熱処理の終わったウエハーを、ＴＭＡＨを２．３８％含む水溶液に６０秒間ディップし、その後純水で６０秒間リンスを行う。その結果、ＴＭＡＨに可溶となった部分は除去されるため、レジストパターンが形成される。具体的には、図６にあるように、レジストパターン４４として、レジストの未露光部だけが選択的に残り、７０ｎｍ  １：１のラインアンドスペースパターンが形成される。レジスト形状は図のように矩形となる。なお、４１はシリコン基板、４２は二酸化シリコン膜、４３は反射防止膜である。
【００３６】
実施例２の比較例を比較例２として以下に説明する。
まず、図７にあるように、シリコン基板５１上に被加工膜として二酸化シリコン膜５２を５００ｎｍの厚さで形成し、その上に、反射防止膜５３としてブリューワサイエンス社製のＤＵＶ３０Ｊ膜を形成する。具体的には、ＤＵＶ３０Ｊの溶液をスピンコーターで回転塗布し、２０５℃で９０秒の熱処理を行うことで、膜厚８５ｎｍのＤＵＶ３０Ｊ膜を形成する。次に、反射防止膜５３の上に、フォトレジスト膜として、クラリアント社製Ｆ２用レジストＦＸ−１０００Ｐの膜を形成する。具体的には、ＦＸ−１０００Ｐの溶液をスピンコーターで回転塗布し、１５０℃で６０秒の熱処理を行って溶媒を蒸発させることで、膜厚１２０ｎｍのＦＸ−１０００Ｐ膜を形成する。このとき、熱処理を行うオーブン中の雰囲気としては乾燥空気を用いる。そのためレジストの表面層から酸発生剤が蒸発する。従って、形成されたレジスト膜は、酸発生剤が蒸発していない部分であるフォトレジスト５４（酸発生剤の存在する部分）と、酸発生剤が蒸発してしまった表面層であるフォトレジスト５５（酸発生剤が蒸発して枯渇した部分）として形成される。
【００３７】
次に、エキシテック社製製Ｆ２マイクロステッパを用いて、レジストの所定領域にＦ２レーザー光を選択的に照射する。具体的には、フォトマスクを用いて、光学系のＮＡが０．８５、イルミネータのシグマが０．７０という条件で、ウエハー上で７０ｎｍ  １：１  ラインアンドスペースパターンとなるようにＦ２光（波長１５７ｎｍ）を照射する。なお、露光量は、２０ｍＪ／ｃｍ２とする。この結果、図６にあるように、フォトレジスト６４，６５のうちフォトレジスト６５の部分だけが選択的に露光され（露光部分となる）、フォトレジスト６４の部分は露光されない（未露光部分となる）。なお、６１はシリコン基板、６２は二酸化シリコン膜、６３は反射防止膜である。
【００３８】
次に、露光後のウエハーを取り出し、プロキシミティ式の密閉型オーブンで１３０℃、９０秒の熱処理を行う。この熱処理の結果、図８における露光領域であるフォトレジスト６５の部分では、本来はレジスト中の酸発生剤から酸が発生するため、酸を触媒としてレジストの保護基が外れる反応が起こるはずであるが、実際にはレジストの表面部分では酸発生剤が枯渇しているため、実際に保護基が外れる反応が起こるのは図９におけるフォトレジスト７５の部分だけであり、レジストの表面部分であるフォトレジスト７６（露光部であるが、酸発生剤が枯渇しているため酸が発生していない部分）では保護基が外れない。従って、フォトレジスト７４，７５，７６のうち、アルカリ溶液、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）に可溶になるのはフォトレジスト７５の部分だけである。それに対してフォトレジスト７４、フォトレジスト７６の部分はＴＭＡＨに不溶のままとなる。なお、７１はシリコン基板、７２は二酸化シリコン膜、７３は反射防止膜である。
【００３９】
次に、熱処理の終わったウエハーを、ＴＭＡＨを２．３８％含む水溶液に６０秒間ディップし、その後純水で６０秒間リンスを行う。その結果、ＴＭＡＨに可溶となった部分は除去されるため、レジストパターンが形成される。具体的には、図１０にあるように、レジストパターン８４として、レジストの未露光部だけが選択的に残り、７０ｎｍ
１：１のラインアンドスペースパターンが形成される。今回は、前記図９での未露光部であるフォトレジスト７４、および露光部でのレジスト表面部分であるフォトレジスト７６はアルカリ可溶にならないため、レジストパターン形状は、図１０のレジスト部分でありフォトレジスト８４のようになり、逆テーパー（Ｔ−トップ）形状となってしまい、矩形とはならない。なお、８１はシリコン基板、８２は二酸化シリコン膜、８３は反射防止膜である。
【００４０】
以上のように、本実施の形態におけるレジストパターン形成方法は、基板上の被加工膜上にフォトレジストの溶液を塗布する工程と、前記塗布後のフォトレジスト溶液を熱処理してフォトレジスト層を形成する工程と、前記フォトレジストの所定の領域に光または電子線などのエネルギー線を照射して露光する工程と、前記露光後のフォトレジスト層を熱処理する工程と、前記熱処理後のレジスト層を現像処理して、前記レジスト層の露光部または未露光部を選択的に除去して微細パターンを形成する工程とを含むレジストパターン形成方法において、フォトレジスト溶液塗布後の熱処理雰囲気中に、光または熱で酸を発生する物質、すなわち酸発生剤を含むことを特徴とする。
【００４１】
或いは、基板上の被加工膜上にフォトレジストの溶液を塗布する工程と、前記塗布後のフォトレジスト溶液を熱処理してフォトレジスト層を形成する工程と、前記フォトレジストの所定の領域に光または電子線などのエネルギー線を照射して露光する工程と、前記露光後のフォトレジスト層を熱処理する工程と、前記熱処理後のレジスト層を現像処理して、前記レジスト層の露光部または未露光部を選択的に除去して微細パターンを形成する工程とを含むレジストパターン形成方法において、フォトレジスト溶液塗布後の熱処理雰囲気中に酸を含むことを特徴とする。
【００４２】
そして、前記フォトレジスト層において、レジスト中に光または熱で酸を発生する物質、すなわち酸発生剤が含まれることを特徴とする。
【００４３】
また、本実施の形態におけるレジストパターン形成方法は、特に、効果が顕著に表れる前記フォトレジスト層の膜厚が４００ｎｍ以下で用いられることを特徴とする。
【００４４】
前記エネルギー線として、効果が顕著に表れるように各仕様に合わせて、ＫｒＦレーザー光、ＡｒＦレーザー光、或いは波長が１６０ｎｍより短い光（例えば、Ｆ２レーザー光、波長が１２−１５ｎｍの光）を用いることを特徴とする。
【００４５】
以上のように、本実施の形態では、実施例を用いて具体的に説明したが、上記実施例に制限されるものではない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上にフォトレジスト溶液を塗布した後の熱処理において、熱処理雰囲気中に酸発生剤または酸を加えることで、雰囲気中の酸発生剤あるいは酸と、レジスト中の酸発生剤とが平衡状態を形成するため、レジストからの酸発生剤の蒸発を防ぐことができ、レジスト表面での酸発生剤の枯渇を防止する。結果として、現像後のレジスト形状は順テーパーや逆テーパー（Ｔ−トップ）になることなく、矩形となり、レジスト形状の制御性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるレジストパターン形成システムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１におけるレジストパターン形成方法のフローチャートを示す図である。
【図３】基板上にレジストを塗布、ベークした状態を示す図である。
【図４】レジスト中の露光部分を示す図である。
【図５】露光、熱処理後のレジスト中の酸の分布を示す図である。
【図６】現像後のレジストパターンを示す図である。
【図７】比較例における、基板上にレジストを塗布、ベークしたときの図である。
【図８】比較例における、レジスト中の露光部分を示す図である。
【図９】比較例における、露光、熱処理後のレジスト中の酸の分布を示す図である。
【図１０】比較例における、現像後のレジストパターンを示す図である。
【符号の説明】
１０  塗布装置、１１  シリコン基板、１２  二酸化シリコン膜、１３  反射防止膜、１４  フォトレジスト、１５  フォトレジスト、２０  熱処理装置、２１  シリコン基板、２２  二酸化シリコン膜、２３  反射防止膜、２４  フォトレジスト、３０  露光装置、３１  シリコン基板、３２  二酸化シリコン膜、３３  反射防止膜、３４  フォトレジスト、３５  フォトレジスト、４０  現像処理装置、４１  シリコン基板、４２  二酸化シリコン膜、４３  反射防止膜、４４  レジストパターン、５１  シリコン基板、５２  二酸化シリコン膜、５３  反射防止膜、５４  フォトレジスト、５５  フォトレジスト、６１  シリコン基板、６２  二酸化シリコン膜、６３  反射防止膜、６４  フォトレジスト、６５フォトレジスト、７１  シリコン基板、７２  二酸化シリコン膜、７３  反射防止膜、７４  フォトレジスト、７５  フォトレジスト、７６  フォトレジスト、８１  シリコン基板、８２  二酸化シリコン膜、８３  反射防止膜、８４  レジストパターン、１００  レジストパターン形成システム、２２１  熱処理炉、２２２  調整部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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