(57)【要約】【課題】電子線が照射されることによりキュアされたレジストパターンの膜厚が低減しないようにする。【解決手段】基板１０上に形成されたレジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なった後、パターン露光されたレジスト膜を現像してレジストパターン１４Ａを形成する。次に、基板１０をチラー１５により冷却しながらレジストパターン１４Ａに対して電子線１６を照射することにより、キュアされたレジストパターン１４Ｂを得る。【選択図】　　　図１
2004014558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたレジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なった後、パターン露光された前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記基板を冷却しながら前記レジストパターンに対して電子線を照射することにより、前記レジストパターンをキュアする工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記電子線の加速電圧は、１０ｋＶ以下であ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。
【請求項３】
前記電子線のエネルギーは、２０００μＣ／ｃｍ２以下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。
【請求項４】
前記基板を冷却する工程は、前記基板を２０℃〜６０℃の温度に冷却する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路装置の製造プロセスに用いられるパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の大集積化及び半導体素子のダウンサイジングに伴って、リソグラフィ技術の開発の加速が望まれている。現在のところ、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ又はＡｒＦエキシマレーザ等を露光光とする光リソグラフィによりパターン形成が行われているが、パターン幅が０．１μｍ以下、特に５０ｎｍ以下の微細なパターンを形成するためには、露光光としては、より短い波長を持つ極紫外線（波長帯：１ｎｍ〜３０ｎｍ）を用いることが検討されている。これは、量産性の高い光露光技術を延命させることが求められていることによる。
【０００３】
ところで、レジストパターンの微細化に伴って、パターンの解像性の向上及びパターン倒れの防止を図るために、レジスト膜の膜厚は薄くなってくる。このため、レジストパターンのドライエッチング耐性の一層の向上が必要になる。
【０００４】
レジストパターンのドライエッチング耐性を向上させる方法として、レジストパターンに、例えば１０ｋＶ以下の低い加速電圧の電子線を照射してレジストパターンをキュアする方法が提案されている（例えば、Ｍ．−Ｓ．　Ｋｉｍ　ｅｔ　ａｌ．，　　Ｊ．　Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．　Ｓｃｉ．　Ｔｅｃｈｎｏｌ．，　４９７　（２０００））。
【０００５】
以下、レジストパターンに電子線を照射してドライエッチング耐性の向上を図る従来のパターン形成方法について、図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【０００６】
まず、以下の組成を有する化学増幅型レジスト材料を準備する。
【０００７】
ポリ（（２−メチル−２−アダマンチルアクリレート）−（γ−ブチロラクトンメタクリ
ル酸エステル））（但し、２−メチル−２−アダマンチルアクリレート：γ−ブチロラク
トンメタクリル酸エステル＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）…………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸（酸発生剤）…
…………………………………………………………………………………０．０１ｇ
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸（酸発生剤）…
…………………………………………………………………………………０．０２ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）…………２０ｇ
【０００８】
次に、図３（ａ）に示すように、基板１の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．４μｍの膜厚を持つレジスト膜２を形成した後、該レジスト膜２に対して、ＡｒＦエキシマレーザ光３を所望のパターンを持つフォトマスク４を介して照射してパターン露光を行なう。
【０００９】
次に、図３（ｂ）に示すように、パターン露光されたレジスト膜２に対してホットプレート（図示は省略している）を用いて１００℃の温度下で６０秒間加熱を行なって、露光後加熱（ＰＥＢ）を行なう。このようにすると、レジスト膜２の露光部２ａは、酸発生剤から発生する酸の作用によりアルカリ性現像液に対して可溶性に変化する一方、レジスト膜２の未露光部２ｂは、酸発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対して難溶性のままである。
【００１０】
次に、レジスト膜２に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液（アルカリ性現像液）を用いて現像を行なうと、図４（ａ）に示すように、０．０９μｍのパターン幅を持つレジストパターン５Ａが得られる。
【００１１】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジストパターン５Ａに対して、４ｋＶの低加速電圧の電子線６を２５００μＣ／ｃｍ２のエネルギーで照射することにより、図４（ｃ）に示すように、キュアされたレジストパターン５Ｂを得る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、レジストパターン５Ａに電子線を照射してキュアすると、キュアされたレジストパターン５Ｂのドライエッチング耐性は向上するが、図４（ｃ）に示すように、キュアされたレジストパターン５Ｂの膜厚は減少してしまう。このため、膜厚が減少したレジストパターン５Ｂのドライエッチングマスクとしての効果は、電子線が照射される前のレジストパターン５Ａのドライエッチングマスクとしての効果に比べて殆ど向上しないという結果になる。
【００１３】
本件発明者らの実験によると、キュア後のレジストパターン５Ｂのドライエッチング耐性は、キュア前のレジストパターン５Ａのドライエッチング耐性に比べて２０％程度向上したが、キュア後のレジストパターン５Ｂの膜厚はキュア前のレジストパターン５Ａの膜厚に比べて３０％程度減少してしまった。
【００１４】
前記に鑑み、本発明は、電子線が照射されることによりキュアされたレジストパターンの膜厚が低減しないようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係るパターン形成方法は、基板上に形成されたレジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なった後、パターン露光されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、基板を冷却しながらレジストパターンに対して電子線を照射することにより、レジストパターンをキュアする工程とを備えている。
【００１６】
本発明に係るパターン形成方法によると、基板を冷却しながらレジストパターンに対して電子線を照射するため、電子線が照射されているときのレジストパターンの温度上昇を抑制できるので、レジストパターンが熱により変形して膜厚が低減する事態を防止することができる。
【００１７】
本発明に係るパターン形成方法において、電子線の加速電圧は１０ｋＶ以下であることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、電子線を照射する工程が容易になると共に、電子線のレジストパターンの内部への入射が均一になるので、キュアされたレジストパターンの膜質が均一になる。
【００１９】
この場合、電子線のエネルギーは２０００μＣ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、電子線によるレジストパターンの温度上昇が比較的少ないので、レジストパターンの膜厚の低減を確実に防止することができる。
【００２１】
本発明に係るパターン形成方法において、基板を冷却する工程は、基板を２０℃〜６０℃の温度に冷却する工程を含むことが好ましい。
【００２２】
このようにすると、レジストパターンの膜厚の低減を確実に防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、以下の組成を有する化学増幅型レジスト材料を準備する。
【００２５】
ポリ（（５−メトキシメチルノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピ
ルアルコール）−（ノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコ
ール））（但し、５−メトキシメチルノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソ
プロピルアルコール：ノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルア
ルコール＝４０ｍｏｌ％：６０ｍｏｌ％）（ベースポリマー）………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸（酸発生剤）…
………………………………………………………………………………０．０１５ｇ
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸（酸発生剤）…
………………………………………………………………………………０．０１５ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）…………４０ｇ
【００２６】
次に、図１（ａ）に示すように、基板１０の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．１５μｍの膜厚を持つレジスト膜１１を形成した後、該レジスト膜１１に対して、Ｆ２レーザ光１２を所望のパターンを持つフォトマスク１３を介して照射してパターン露光を行なう。
【００２７】
次に、図１（ｂ）に示すように、パターン露光されレジスト膜１１に対してホットプレート（図示は省略している）を用いて１０５℃の温度下で９０秒間加熱を行なって、露光後加熱を行なう。このようにすると、レジスト膜１１の露光部１１ａは、酸発生剤から発生する酸の作用によりアルカリ性現像液に対して可溶性に変化する一方、レジスト膜１１の未露光部１１ｂは、酸発生剤から酸が発生しないのでアルカリ性現像液に対して難溶性のままである。
【００２８】
次に、レジスト膜１１に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液（アルカリ性現像液）を用いて現像を行なうと、図２（ａ）に示すように、０．０７μｍのパターン幅を持つレジストパターン１４Ａが得られる。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板１０を冷却手段（チラー）１５により例えば２５℃に冷却しつつ、レジストパターン１４Ａに、４ｋＶの加速電圧の電子線１６を７００μＣ／ｃｍ２のエネルギーで照射する。このようにすると、図２（ｃ）に示すように、ドライエッチング耐性が向上するにも拘わらず膜厚が殆ど低減しないキュアされたレジストパターン１４Ｂが得られる。
【００３０】
本発明の一実施形態によると、基板１０を２５℃に冷却しながらレジストパターン１４Ａに対して電子線１６を照射するため、電子線１６が照射されているときのレジストパターン１４Ａの温度上昇を抑制できるので、キュアされたレジストパターン１４Ｂが熱により変形して膜厚が低減する事態を防止することができる。
【００３１】
本件発明者らの実験によると、電子線１６の照射により、キュアされたレジストパターン１４Ｂのドライエッチング耐性は２３％程度向上したが、キュアされたレジストパターン１４Ｂの膜厚は殆ど減少しなかった。
【００３２】
尚、本実施形態においては、基板１０を２５℃の温度に冷却したが、冷却の温度は、この温度に限られない。もっとも、基板１０を２０℃〜６０℃の温度に冷却すると、キュアされたレジストパターン１４Ｂの膜厚の低減を確実に抑制することができる。
【００３３】
また、電子線１６の加速電圧は４ｋＶであったが、加速電圧の大きさはこれに限られない。もっとも、電子線１６の加速電圧を１０ｋＶ以下に設定すると、電子線１６を照射する工程が容易になると共に、電子線１６のレジストパターン１４Ａの内部への入射が均一になるので、キュアされたレジストパターン１４Ｂの膜質が均一になる。
【００３４】
また、電子線１６のエネルギーは７００μＣ／ｃｍ２であったが、エネルギーの大きさはこれに限られない。もっとも、電子線１６のエネルギーを２０００μＣ／ｃｍ２以下に設定すると、電子線１６によるレジストパターン１４Ａの温度上昇が比較的少ないので、キュアされたレジストパターン１４Ｂの膜厚の低減を確実に防止することができる。
【００３５】
また、本発明に用いる化学増幅型レジスト材料としては下記の組成を有するものでもよい。
【００３６】
ポリ（（２−メチル−２−アダマンチルアクリレート）−（γ−ブチロラクトンメタクリ
ル酸エステル））（但し、２−メチル−２−アダマンチルアクリレート：γ−ブチロラク
トンメタクリル酸エステル＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）…………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸（酸発生剤）…
…………………………………………………………………………………０．０１ｇ
トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸（酸発生剤）…
…………………………………………………………………………………０．０２ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）…………２０ｇ
【００３７】
また、本発明に用いる化学増幅型レジスト材料のベースポリマーとしては、下記のものが挙げられる。
Ａ．フェノール系のポリマー
（１）ポリ（（エトキシエチルオキシスチレン）−（ヒドロキシスチレン））（但し、エトキシエチルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝３５ｍｏｌ％：６５ｍｏｌ％）
（２）ポリ（（メトキシメチルオキシスチレン）−（ヒドロキシスチレン））（但し、メトキシメチルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝４０ｍｏｌ％：６０ｍｏｌ％）
（３）ポリ（（テトラヒドロピラニルオキシスチレン）−（ヒドロキシスチレン）（但し、テトラヒドロピラニルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝３５ｍｏｌ％：６５ｍｏｌ％）
（４）ポリ（（フェノキシエチルオキシスチレン）−（ヒドロキシスチレン））（但し、フェノキシエチルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝３２ｍｏｌ％：６８ｍｏｌ％）
（５）ポリ（（ｔ−ブチルオキシスチレン）−（ヒドロキシスチレン））（但し、ｔ−ブチルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝３０ｍｏｌ％：７０ｍｏｌ％）
（６）ポリ（（ｔ−ブチルオキシカルボニルオキシスチレン）−（ヒドロキシスチレン））（但し、ｔ−ブチルオキシカルボニルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝３０ｍｏｌ％：７０ｍｏｌ％）
（７）ポリ（（ｔ−ブチルオキシカルボニルメチルオキシスチレン）−（ヒドロキシスチレン））（但し、ｔ−ブチルオキシカルボニルメチルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝２８ｍｏｌ％：７２ｍｏｌ％）
【００３８】
Ｂ．アクリル系のポリマー
（１）ポリ（（２−メチル−２−アダマンタンアクリル酸エステル）−（メバロニックラクトンアクリル酸エステル））（但し、２−メチル−２−アダマンタンアクリル酸エステル：メバロニックラクトンアクリル酸エステル＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）
（２）ポリ（（２−エチル−２−アダマンタンアクリル酸エステル）−（γ−ブチロラクトンアクリル酸エステル）（５０ｍｏｌ％）（５０ｍｏｌ％））
【００３９】
Ｃ．メタクリル系のポリマー
（１）ポリ（（２−メチル−２−アダマンタンメタクリル酸エステル）−（メバロニックラクトンメタクリル酸エステル））（但し、２−メチル−２−アダマンタンメタクリル酸エステル：メバロニックラクトンメタクリル酸エステル＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）
（２）ポリ（（２−エチル−２−アダマンタンメタクリル酸エステル）−（γ−ブチロラクトンメタクリル酸エステル））（但し、２−エチル−２−アダマンタンメタクリル酸エステル：γ−ブチロラクトンメタクリル酸エステル＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）
（３）ポリ（（２−メチル−２−アダマンタンアクリル酸エステル）−（メバロニックラクトンメタクリル酸エステル））（但し、２−メチル−２−アダマンタンアクリル酸エステル：メバロニックラクトンメタクリル酸エステル＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）
（４）ポリ（（２−エチル−２−アダマンタンアクリル酸エステル）−（γ−ブチロラクトンメタクリル酸エステル））（但し、２−エチル−２−アダマンタンアクリル酸エステル：γ−ブチロラクトンメタクリル酸エステル＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）
【００４０】
Ｄ．シクロオレフィン系のポリマー
（１）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート）−（ノルボルネン−５−カルボキシレート））（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート：ノルボルネン−５−カルボキシレート＝４０ｍｏｌ％：６０ｍｏｌ％）
（２）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール）−（ノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール））（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール：ノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール＝３５ｍｏｌ％：６５ｍｏｌ％）
（３）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート）−（無水マレイン酸））（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート：無水マレイン酸＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）
（４）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート）−（ノルボルネン−５−カルボキシレート）−（無水マレイン酸）（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート：ノルボルネン−５−カルボキシレート：無水マレイン酸＝４０ｍｏｌ％：１０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）
（５）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール）−（無水マレイン酸））（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール：無水マレイン酸＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％））
（６）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール）−（ノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール）−（無水マレイン酸）（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール：ノルボルネン−５−メチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール：無水マレイン酸＝３５ｍｏｌ％：１５ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％）
（７）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート）−（無水マレイン酸）−（２−メチル−２−アダマンタンメタクリレート）−（γ−ブチロラクトンメタクリレート））（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート：無水マレイン酸：２−メチル−２−アダマンタンメタクリレート：γ−ブチロラクトンメタクリレート＝２５ｍｏｌ％：２５ｍｏｌ％：３０ｍｏｌ％：２０ｍｏｌ％）
（８）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート）−（無水マレイン酸）−（γ−ブチロラクトンメタクリレート））（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート：無水マレイン酸：γ−ブチロラクトンメタクリレート＝４０ｍｏｌ％：４０ｍｏｌ％：２０ｍｏｌ％）
（９）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート）−（無水マレイン酸）−（２−エチル−２−アダマンタンアクリレート）−（メバロニックラクトンアクリレート））（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート：無水マレイン酸：２−エチル−２−アダマンタンアクリレート：メバロニックラクトンアクリレート＝２５ｍｏｌ％：２５ｍｏｌ％：３５ｍｏｌ％：１５ｍｏｌ％）
（１０）ポリ（（５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート）−（無水マレイン酸）−（メバロニックラクトンアクリレート））（但し、５−ｔ−ブチルノルボルネン−５−カルボキシレート：無水マレイン酸：メバロニックラクトンアクリレート＝４０ｍｏｌ％：４０ｍｏｌ％：２０ｍｏｌ％）
【００４１】
【発明の効果】
本発明に係るパターン形成方法によると、基板を冷却しながらレジストパターンに対して電子線を照射するため、電子線が照射されているときのレジストパターンの温度上昇を抑制できるので、レジストパターンが熱により変形して膜厚が低減する事態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、従来のパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、従来のパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　基板
１１　レジスト膜
１１ａ　露光部
１１ｂ　未露光部
１２　Ｆ２レーザ光
１３　フォトマスク
１４Ａ　レジストパターン
１４Ｂ　キュアされたレジストパターン
【図１】
2004014558.tif 000003
【図２】
2004014558.tif 000004
【図３】
2004014558.tif 000005
【図４】
2004014558.tif 000006