(57)【要約】【課題】微細化が要求される繰返しパターン領域と、ランダムパターン領域とで、選択的に領域を指定しパターンシュリンクを行う。【解決手段】半導体基板上にレジスト膜２を形成する工程と、レジスト膜２を露光現像処理することでレジストパターン２ａを形成する工程と、レジストパターン２ａに対して領域を選択して露光する工程と、半導体基板を加熱処理して、露光領域外のレジスト膜に熱流動を起こさせることにより、選択的にレジストパターン２ａの寸法を変化させる工程とを含む。この場合、レジストパターン２ａはホールパターンであり、露光領域外のホールパターンの寸法を熱処理前よりも小さくすることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を露光現像処理することでレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンに対して領域を選択して露光する工程と、前記半導体基板を加熱処理して、露光領域外の前記レジスト膜に熱流動を起こさせることにより、選択的に前記レジストパターンの寸法を変化させる工程とを含むレジストパターン形成方法。
【請求項２】
レジストパターンはホールパターンであり、露光領域外の前記ホールパターンの寸法を熱処理前よりも小さくする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
【請求項３】
レジスト膜は、化学増幅型レジストである請求項１または２記載のレジストパターン形成方法。
【請求項４】
レジスト膜は、ベースポリマーとしてガラス転移点Ｔｇ＜１５０℃であるものを含有する請求項３記載のレジストパターン形成方法。
【請求項５】
レジスト膜は、保護基にアセタール基を用いている請求項４記載のレジストパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造プロセスにおいて微細パターンを形成するレジストパターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化に伴って、製造プロセスに要求される配線及び分離幅は、非常に微細化されている。一般的に、微細パターンの形成は、リソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、その後に、形成したレジストパターンをマスクとして、下地の各種薄膜をエッチングする方法により行われている。
【０００３】
そのため、微細パターンの形成においては、リソグラフィ技術が非常に重要となる。リソグラフィ技術は、レジスト塗布、マスク合わせ、露光、現像で構成されており、微細化に対しては露光波長の制約から、微細化には限界が生じている。電極形成用のホールパターンは、配線パターンに比べて微細化が困難である。特に１５０ｎｍ以下のホール形成は、露光波長の制約から非常に困難であり、従来のようにマスク寸法による制御ではもはや開口自体困難な状態である。
【０００４】
そこで、ホールパターンの微細化法として、特開平１−３０７２２８号や特開平７−４５５１０号に記載されているように、レジストパターン形成後、レジスト軟化点以上の温度で熱処理し、レジストの熱流動によりパターンを微小化する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法は、一律にパターンを縮小する方法であり、パターン依存性が悪いという問題点があった。また、より微細な寸法を要求されるシステムＬＳＩのＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等のメモリ部のような繰返しパターンと、ロジック部のようなランダム配置パターンとでは、マスク補正がかけにくいという問題点がある。
【０００６】
したがって、この発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決することで、微小パターン形成において、より微細化が要求される繰返しパターン領域と、ランダムパターン領域とで、選択的に領域を指定しパターンシュリンクを行うレジストパターン形成方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明者は、パターンシュリンクを行うための熱流動について種々の検討を行った結果、レジスト膜の成分によって熱流動する温度に差異があることを見出した。すなわち、この発明の請求項１記載のレジストパターン形成方法は、半導体基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を露光現像処理することでレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンに対して領域を選択して露光する工程と、前記半導体基板を加熱処理して、露光領域外の前記レジスト膜に熱流動を起こさせることにより、選択的に前記レジストパターンの寸法を変化させる工程とを含む。
【０００８】
このように、レジストパターンに対して領域を選択して露光する工程と、半導体基板を加熱処理して、露光領域外のレジスト膜に熱流動を起こさせることにより、選択的にレジストパターンの寸法を変化させる工程とを含むので、選択した領域外のレジストパターン寸法を熱処理前のレジストパターン寸法よりも大きくすることができる。すなわち、非露光部のレジスト膜よりも露光部のレジスト膜の方が熱流動を起こす温度が高いため、露光後の基板加熱の温度を調整することで、非露光部のレジストのみ熱流動して、選択的にレジストパターン寸法を大きくすることができる。
【０００９】
請求項２記載のレジストパターン形成方法は、請求項１記載のレジストパターン形成方法において、レジストパターンはホールパターンであり、露光領域外の前記ホールパターンの寸法を熱処理前よりも小さくする。
【００１０】
このように、レジストパターンはホールパターンであり、露光領域外のホールパターンの寸法を熱処理前よりも小さくするので、レジストパターンがホールパターンである場合に効果的である。この際、領域を選択して露光した後に加熱処理することで、非露光部のホールパターン寸法を熱処理前よりも小さくすることができる。
【００１１】
請求項３記載のレジストパターン形成方法は、請求項１または２記載のレジストパターン形成方法において、レジスト膜は、化学増幅型レジストである。このように、レジスト膜は、化学増幅型レジストであるので、特に有効に上記作用効果が得られる。
【００１２】
請求項４記載のレジストパターン形成方法は、請求項３記載のレジストパターン形成方法において、レジスト膜は、ベースポリマーとしてガラス転移点Ｔｇ＜１５０℃であるものを含有する。このように、レジスト膜は、ベースポリマーとしてガラス転移点Ｔｇ＜１５０℃であるものを含有するので、化学増幅型レジストの熱流動を起こさせる温度を非露光領域で１５０℃より小さく設定することで非露光領域と露光領域のレジスト膜のガラス転移点に差を付けることができ、非露光領域のみ熱流動を起こさせることができる。
【００１３】
請求項５記載のレジストパターン形成方法は、請求項４記載のレジストパターン形成方法において、レジスト膜は、保護基にアセタール基を用いている。このように、レジスト膜は、保護基にアセタール基を用いているので、例えばベースポリマーとしてポリヒドロキシスチレン誘導体を含有していると効果的である。このようにすると、領域を選択して露光した後に加熱処理することで、非露光部のホールパターン寸法を熱処理前よりも小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態のレジストパターン形成方法を示す工程断面図、図２はこの発明の実施の形態における光化学反応を示す説明図である。
【００１５】
図２に示すように、パターニングされたレジスト膜を露光すると、そこで光反応により化学反応が起こる。このとき露光後に生成される図２（ｂ）に示す成分Ｂは、露光前の図２（ａ）に示す成分Ａに比べて、熱流動を起こす温度（ガラス転移点Ｔｇ）が高くなっていることを見出した。具体的には、成分Ａが１２０℃以上の温度で熱流動するのに対して、成分Ｂは１５０℃を超えないと熱流動を起こさない。
【００１６】
本件発明は、前記の知見に基づいてなされたものであって、具体的には以下の構成により実現される。
【００１７】
このレジストパターン形成方法は、図１に示すように、半導体基板１上にレジスト膜２を形成する工程と、レジスト膜２を露光現像処理することでレジストパターン２ａを形成する工程と、レジストパターン２ａに対して領域を選択して露光する工程と、半導体基板１を加熱処理して、露光領域外のレジスト膜２に熱流動を起こさせることにより、選択的にレジストパターン２ａの寸法を変化させる工程とを含む。また、レジスト膜２は、ベースポリマーとしてガラス転移点Ｔｇ＜１５０℃であるものを含有し、保護基にアセタール基を用いている。
【００１８】
この場合、図１（ａ）に示すように、半導体基板１上にレジスト２を塗布した。ここでは、ポジ型の化学増幅型レジストを用いた。これはポリマーとしてポリヒドロキシスチレン誘導体を有している（図２（ａ））。次に、図１（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィにより所望の部分のレジストを選択的に除去した。次に、図１（ｃ）に示すように、マスク３を用いて縮小したい領域以外の領域に対して露光処理を行った。このときに、光化学反応により、レジスト膜５のガラス転移点は、元のレジスト膜２に対して高温になっている。次に、図１（ｄ）に示すように、ホットプレート６を用いて、レジスト膜２のガラス転移点以上の温度で熱処理した。
【００１９】
以上の工程により、リソグラフィで形成したレジスト除去領域１０を微小化したレジスト除去領域１２と、微小化を抑制したレジスト除去領域１１を形成することが出来た。また、微小化したパターンの平面形状は、ホールパターンとしたが、線状パターンなどでもよい。この場合、レジストパターンに対して領域を選択して露光し、半導体基板を加熱して、同様にレジスト膜に熱流動を起こさせることにより、選択した領域外のレジストパターン寸法を熱処理前のレジストパターン寸法よりも大きくすることができる。
【００２０】
レジスト２にはポジ型の化学増幅型レジストを用いたが、熱流動を起こす材料であればネガ型レジストや他のレジストも用いることが出来る。また、マスク３は、例えばシステムＬＳＩのＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのメモリ部と、ロジック部の注入工程で用いているようなマスクで代用することができ、必ずしも新たにマスクを作成する必要はない。
【００２１】
また、露光領域のレジスト膜５のガラス転移点が非露光領域のレジスト膜２よりも高いことが必要である。ここで使用した化学増幅型レジストの熱流動を起こさせる温度は、レジスト膜２で１２０℃以上、レジスト膜５で１６０℃以上であった。
【００２２】
図３は熱処理温度とホール径の関係を示すグラフである。この場合、レジスト２に化学増幅型レジストを用い、膜厚を５００ｎｍとした。熱処理温度を変え、露光領域と非露光領域との穴径の変化を調べた。熱処理時間は２分とした。熱処理前のホール径は２００ｎｍである。
【００２３】
熱処理温度が１２０℃を超えると、非露光領域のホール径が縮小し始める（ガラス転移点Ｔｇ１）。温度が１４０℃のときホール径１６０ｎｍ、１６０℃のとき１００ｎｍとなった。しかし、露光領域のホール径は変化がなかった。この後熱処理温度が１６０℃を超えると、露光領域のホール径も縮小し始め（ガラス転移点Ｔｇ２）、１７０℃のとき１９０ｎｍ、１８０℃のとき１７０ｎｍのホール径となった。したがって、熱処理温度を１２０℃を超え１６０℃以下にすることで、所定の領域のホール径のみ縮小させることができる。なお、ガラス転移点Ｔｇが１２０℃であるものを含有する場合を示したが、１２０℃≦ガラス転移点Ｔｇ＜１５０℃であるものを含有すればよい。
【００２４】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載のレジストパターン形成方法によれば、レジストパターンに対して領域を選択して露光する工程と、半導体基板を加熱処理して、露光領域外のレジスト膜に熱流動を起こさせることにより、選択的にレジストパターンの寸法を変化させる工程とを含むので、選択した領域外のレジストパターン寸法を熱処理前のレジストパターン寸法よりも大きくすることができる。すなわち、非露光部のレジスト膜よりも露光部のレジスト膜の方が熱流動を起こす温度が高いため、露光後の基板加熱の温度を調整することで、非露光部のレジストのみ熱流動して、選択的にレジストパターン寸法を大きくすることができる。
【００２５】
これにより解像限界を超えた微細なパターンが簡単な処理により形成できる。特に、微細化の困難な超ＬＳＩの電極取り出し用のホールパターンの微細化が実現でき、超ＬＳＩの製造を光リソグラフィを用い実現することが可能となる。
【００２６】
請求項２では、レジストパターンはホールパターンであり、露光領域外のホールパターンの寸法を熱処理前よりも小さくするので、レジストパターンがホールパターンである場合に効果的である。この際、領域を選択して露光した後に加熱処理することで、非露光部のホールパターン寸法を熱処理前よりも小さくすることができる。
【００２７】
請求項３では、レジスト膜は、化学増幅型レジストであるので、特に有効に上記作用効果が得られる。
【００２８】
請求項４では、レジスト膜は、ベースポリマーとしてガラス転移点Ｔｇ＜１５０℃であるものを含有するので、化学増幅型レジストの熱流動を起こさせる温度を非露光領域で１５０℃より小さく設定することで非露光領域と露光領域のレジスト膜のガラス転移点に差を付けることができ、非露光領域のみ熱流動を起こさせることができる。
【００２９】
請求項５では、レジスト膜は、保護基にアセタール基を用いているので、例えばベースポリマーとしてポリヒドロキシスチレン誘導体を含有していると効果的である。このようにすると、領域を選択して露光した後に加熱処理することで、非露光部のホールパターン寸法を熱処理前よりも小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態のレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。
【図２】この発明の実施の形態における光化学反応を示す説明図である。
【図３】熱処理温度とホール径の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　半導体基板
２　レジスト膜
２ａ　レジストパターン
３　マスク
４　照射光
５　選択的に露光されたレジスト膜
６　ホットプレート
１０　パターン寸法
１１　露光領域の加熱後のパターン寸法
１２　非露光領域の加熱後のパターン寸法
【図１】
2004095803.tif 000003
【図２】
2004095803.tif 000004
【図３】
2004095803.tif 000005