(57)【要約】  【課題】  熱フロー法により得られるレジストパターンの形状を良好にする。  【解決手段】  基板１０１上に形成されたレジスト膜１０２に露光光１０３を選択的に照射してパターン露光を行なう。続いて、パターン露光が行なわれたレジスト膜１０２に対して現像を行なうことにより、開口部１０２ａを有する第１レジストパターン１０２ｂを形成する。続いて、基板１０１の上に第１レジストパターン１０２ｂを水滴１０５により覆い、第１レジストパターン１０２ｂを水滴１０５で覆われた状態で熱フロー用の加熱を行なう。これにより、第１レジストパターン１０２ｂから、開口部１０２ａの開口寸法が縮小してなり且つ形状が良好な第２レジストパターン１０２ｃを得る。【選択図】      図２
2005229014.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露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光が行なわれた前記レジスト膜に対して現像を行なうことにより、開口部を有する第１レジストパターンを形成する工程と、
前記基板を含め前記第１レジストパターンを水にさらした状態で加熱することにより、前記第１レジストパターンから前記開口部の開口寸法が縮小してなる第２レジストパターンを形成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】
基板上に形成されたレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光が行なわれた前記レジスト膜に対して現像を行なうことにより、開口部を有する第１レジストパターンを形成する工程と、
前記基板を含め前記第１レジストパターンを水蒸気にさらした状態で加熱することにより、前記第１レジストパターンから前記開口部の開口寸法が縮小してなる第２レジストパターンを形成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３】
基板上に形成されたレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光が行なわれた前記レジスト膜に対して現像を行なうことにより、開口部を有する第１レジストパターンを形成する工程と、
前記基板の上に前記第１レジストパターンを覆うように水溶性膜を形成する工程と、
前記水溶性膜が形成された状態で加熱することにより、前記水溶性膜と前記第１レジストパターンとを反応させることなく、前記第１レジストパターンから前記開口部の開口寸法が縮小してなる第２レジストパターンを形成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４】
基板上に形成されたレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光が行なわれた前記レジスト膜に対して現像を行なうことにより、開口部を有する第１レジストパターンを形成する工程と、
前記第１レジストパターンを真空中で加熱することにより、前記第１レジストパターンから前記開口部の開口寸法が縮小してなる第２レジストパターンを形成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５】
前記レジスト膜は化学増幅型レジストからなることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第１レジストパターンにさらす水には界面活性剤を添加す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７】
前記第１レジストパターンにさらす水蒸気には界面活性剤を添加す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８】
前記水溶性膜は、ポリビニールアルコール、ポリビニールピロリドン、ポリスチレンスルフォン酸又はポリアクリル酸からなることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記露光光は、水銀ランプのｇ線若しくはｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＡｒＫｒレーザ光、Ａｒ2 レーザ光、波長が１ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下の極紫外線又は電子線であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造プロセス等において用いられるパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造プロセスにおいては、半導体素子の集積度の向上に伴ってリソグラフィ技術によるレジストパターンの解像性も一層の微細化が図られている。特に、コンタクトホール形成用の開口部（孔部）を有するレジストパターンは、従来の光リソグラフィではコントラストが低下し、所望の形状を得ることが困難となってきている。
【０００３】
そこで、光リソグラフィによる微細なコンタクトホールパターンを形成する方法として、露光及び現像により形成されたレジストパターンを熱フローさせることにより、コンタクトホールパターンの開口径を縮小（シュリンク）する方法が提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００４】
以下、従来の熱フロー法を用いたパターン形成方法について図９及び図１０を参照しながら説明する。
【０００５】
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
【０００６】
ポリ（（2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート）(50mol%)−（γ-ブチロラクトンメタクリレート）(50mol%)）（ベースポリマー）……………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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
次に、図９（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、０．４５μｍの厚さを持つレジスト膜２を形成する。
【０００７】
次に、図９（ｂ）に示すように、開口数（ＮＡ）が０．６８であるＡｒＦエキシマレーザスキャナーにより、露光光３をマスク４を介してレジスト膜２に照射してパターン露光を行なう。
【０００８】
次に、図９（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜２に対して１０５℃の温度下で９０秒間の露光後加熱（ＰＥＢ）を行なう。
【０００９】
次に、図９（ｄ）に示すように、濃度が２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液（アルカリ現像液）により６０秒間の現像を行なって、レジスト膜２の未露光部よりなり開口径が０．１７μｍの初期レジストパターン２ａを得る。
【００１０】
次に、図１０（ａ）に示すように、形成された初期レジストパターン２ａに対して１５０℃の温度下で加熱を行なうと、初期レジストパターン２ａに熱フローが生じることにより、図１０（ｂ）に示すように、初期レジストパターン２ａから、開口径が０．１１μｍのレジストパターン２ｂを得ることができる。このように、レジストパターン２ｂの開口径は、初期レジストパターン２ａの０．１７μｍから０．１１μｍに縮小される。
【非特許文献１】Y.Kang, S.-G.Woo, S.-J.Choi and J.-T.Moon, "Development of Resists for Thermal Flow Process Applicable to Mass Production", Proc. SPIE, Vol.4345, p.222 (2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１０（ｂ）に示すように、前記従来の熱フロー法を用いて得られるコンタクトホール用のレジストパターン２ｂは、パターン形状が不良な不良パターンが生じるという問題がある。また、ウエハ面内におけるパターン均一性も２０％以上と大幅に劣化する。ここで、パターン均一性とは、加工寸法の平均値からのずれ量を平均値で除した値を百分率で表わしたものである。このように、縮小パターンとして形成されたレジストパターン２ｂが不良パターンであると、その後のエッチング工程において、エッチング対象となる部材のパターン形状の不良につながり、半導体装置の製造に大きな問題となる。
【００１２】
すなわち、形状が不良なレジストパターン２ｂを用いて得られるエッチング対象部材のパターン形状も不良となってしまうことから、半導体装置の製造プロセスにおける生産性及び歩留まりが低下してしまうことになる。なお、レジスト膜２にはポジ型の化学増幅型レジスト材料を用いたが、ネガ型の化学増幅型レジスト材料を用いても不良パターンは生じる。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、熱フロー法により縮小して得られるレジストパターンのパターン形状を良好にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明者らは、熱フロー法により得られるレジストパターンのパターン形状が不良となる原因を究明すべく種々の検討を重ねた結果、熱フローを行なう際に、レジストパターンにおける基板との界面の濡れ性を良好にすると、レジストパターンがそのパターン形状を劣化することなく基板上を滑らかに移動するようになるため、レジストパターンの開口部の開口寸法を、良好な形状を維持したまま縮小（シュリンク）することができるという第１の知見を得ている。レジストパターンにおける基板との界面の濡れ性を良好にするには、例えば、基板及びレジストパターン上を水にさらす、例えば基板及びレジストパターン上に水滴を付着させるか、基板及びレジストパターンを水蒸気にさらす等の方法がある。なお、水滴を用いる場合には、熱フロー時の加熱により水滴は蒸発してしまうが、レジストパターンにおける基板との界面の濡れ性を向上するには、水滴が熱フローの少なくとも初期段階にあればよい。
【００１５】
また、本願発明者らは、シュリンク前のレジストパターンの上方及び側方から適当な圧力をかけながら熱フローを行なうことにより、レジストパターンの熱だれが防止されるため、レジストパターンの開口部の開口寸法を、パターン形状を良好に維持したまま縮小することができるという第２の知見を得ている。レジストパターンの上方及び側方から適当な圧力をかけるには、例えばレジストパターンを覆うように形成した水溶性膜を用いる。ここで、水溶性膜にはレジストパターンを構成するレジストと反応しない水溶性ポリマーを用いる。これにより、水溶性膜はレジストパターンがシュリンクした後に水により容易に除去することができる。
【００１６】
さらに、本願発明者らは、シュリンク前のレジストパターンの上方及び側方から均等な引っ張り力（負の圧力）をかけながら熱フローを行なうことによっても、レジストパターンの熱だれが防止されるため、パターン形状を良好に維持したままレジストパターンの開口部の開口寸法を縮小できるという第３の知見を得ている。レジストパターンに均等な引っ張り力を生じさせるには、例えば、レジストパターンを真空中に置く。真空中に置いたレジストパターンを加熱すると、レジストパターンの上面及び側面が均等な力で引っ張られた状態で加熱されるため、良好なパターン形状が維持される。ここで、熱フロー時の真空度は、例えば１．０Ｐａ〜１．０×１０-4Ｐａ以下が好ましいが、本発明は必ずしもこの圧力範囲には限られない。
【００１７】
本発明は、前記の知見に基づいてなされたものであって、具体的には以下の方法によって実現される。
【００１８】
本発明に係る第１のパターン形成方法は、基板上に形成されたレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜に対して現像を行なうことにより、開口部を有する第１レジストパターンを形成する工程と、基板を含め第１レジストパターンを水にさらした状態で加熱することにより、第１レジストパターンから開口部の開口寸法が縮小してなる第２レジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
第１のパターン形成方法によると、開口部を有する第１レジストパターンを形成した後、基板を含め第１レジストパターンを水滴等の水にさらした状態で加熱するため、第１レジストパターンにおける基板との界面の濡れ性が、さらされた水により向上する。これにより、加熱による熱フロー時に、第１レジストパターンの基板との接触面が基板に対して滑らかに移動するようになるので、第１レジストパターンに形成された開口部のパターン形状が良好に維持されたまま熱フローが生じるようになり、その結果、第１レジストパターンの開口部の開口寸法をその形状が良好な状態で縮小（シュリンク）することができる。
【００２０】
本発明に係る第２のパターン形成方法は、基板上に形成されたレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜に対して現像を行なうことにより、開口部を有する第１レジストパターンを形成する工程と、基板を含め第１レジストパターンを水蒸気にさらした状態で加熱することにより、第１レジストパターンから開口部の開口寸法が縮小してなる第２レジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
第２のパターン形成方法によると、開口部を有する第１レジストパターンを形成した後、基板を含め第１レジストパターンを水蒸気にさらした状態で加熱するため、第１レジストパターンにおける基板との界面の濡れ性が、さらされた水蒸気により向上する。これにより、加熱による熱フロー時に、第１レジストパターンの基板との接触面が基板に対して滑らかに移動するようになるので、第１レジストパターンに形成された開口部のパターン形状が良好に維持されたまま熱フローが生じるようになり、その結果、第１レジストパターンの開口部の開口寸法をその形状が良好な状態で縮小することができる。
【００２２】
本発明に係る第３のパターン形成方法は、基板上に形成されたレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜に対して現像を行なうことにより、開口部を有する第１レジストパターンを形成する工程と、基板の上に第１レジストパターンを覆うように水溶性膜を形成する工程と、水溶性膜が形成された状態で加熱することにより、水溶性膜と第１レジストパターンとを反応させることなく、第１レジストパターンから開口部の開口寸法が縮小してなる第２レジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
第３のパターン形成方法によると、水溶性膜を第１レジストパターンを覆うように形成した後、水溶性膜が形成された状態で、水溶性膜と第１レジストパターンとを反応させることなく加熱するため、加熱時には、第１レジストパターンは水溶性膜によりその上面及び側面から適当な圧力を受けることになる。これにより、第１レジストパターンの熱だれが防止されるため、第１レジストパターンに形成された開口部のパターン形状が良好に維持されたまま熱フローが生じるので、第１レジストパターンの開口部の開口寸法をその形状が良好な状態で縮小することができる。
【００２４】
本発明に係る第４のパターン形成方法は、基板上に形成されたレジスト膜に露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜に対して現像を行なうことにより、開口部を有する第１レジストパターンを形成する工程と、第１レジストパターンを真空中で加熱することにより、第１レジストパターンから開口部の開口寸法が縮小してなる第２レジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
第４のパターン形成方法によると、開口部を有する第１レジストパターンを形成した後、第１レジストパターンを真空中で加熱するため、加熱時には、第１レジストパターンは水溶性膜によりその上面及び側面から均等な引っ張り力を受けることになる。これにより、第１レジストパターンの熱だれが防止されるため、第１レジストパターンに形成された開口部のパターン形状が良好に維持されたまま熱フローが生じるので、第１レジストパターンの開口部の開口寸法をその形状が良好な状態で縮小することができる。
【００２６】
第１〜第４のパターン形成方法において、レジスト膜には化学増幅型レジストを用いることができる。但し、化学増幅型レジストには限られない。
【００２７】
第１のパターン形成方法において、第１レジストパターンにさらす水には界面活性剤を添加することが好ましい。また、第２のパターン形成方法において、第１レジストパターンにさらす水蒸気には界面活性剤を添加することが好ましい。このようにすると、第１レジストパターンが形成された基板に水分子が付着しやすくなる。なお、添加される界面活性剤の濃度は、０．０１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％程度が適当であるが、特にこの濃度に限定されない。
【００２８】
また、第３のパターン形成方法において、水溶性膜には、ポリビニールアルコール、ポリビニールピロリドン、ポリスチレンスルフォン酸又はポリアクリル酸のポリマーを用いることができる。
【００２９】
第１〜第４のパターン形成方法において、露光光には、水銀ランプのｇ線若しくはｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＡｒＫｒレーザ光、Ａｒ2 レーザ光、波長が１ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下の極紫外線又は電子線を用いることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る第１又は第２のパターン形成方法によると、第１レジストパターンにおける基板との界面の濡れ性が向上するため、熱フロー時に、第１レジストパターンの基板との接触面が基板との間で滑らかに移動するようになるので、第１レジトパターンが熱フローしてなる第２レジストパターンの形状を良好にすることができる。
【００３１】
本発明に係る第３又は第４のパターン形成方法によると、熱フロー時に第１レジストパターンにかけられる正又は負の圧力により、第１レジストパターンに生じる熱だれが防止されるため、第１レジトパターンが熱フローしてなる第２レジストパターンの形状を良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法について図１（ａ）〜図１（ｄ）、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照しながら説明する。
【００３３】
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
【００３４】
ポリ（（2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート）(50mol%)−（γ-ブチロラクトンメタクリレート）(50mol%)）（ベースポリマー）……………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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
次に、図１（ａ）に示すように、基板１０１の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．４５μｍの厚さを持つレジスト膜１０２を形成する。
【００３５】
次に、図１（ｂ）に示すように、開口数ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザスキャナーによる露光光１０３をマスク１０４を介してレジスト膜１０２に照射してパターン露光を行なう。
【００３６】
次に、図１（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜１０２に対して、例えばホットプレートにより１０５℃の温度下で９０秒間の露光後加熱（ＰＥＢ）を行なう。
【００３７】
次に、図１（ｄ）に示すように、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）により６０秒間の現像を行なって、レジスト膜１０２の未露光部よりなり、例えばコンタクトホール形成用で開口径が０．１７μｍの開口部１０２ａを持つ第１レジストパターン１０２ｂを得る。
【００３８】
次に、図２（ａ）に示すように、例えばパドル（液盛り）法により、基板１０１の上に第１レジストパターン１０２ｂを含む全面にわたって水滴１０５を形成し、続いて、例えば１５０℃の温度下で６０秒間程度の加熱を行なう。これにより、図２（ｂ）に示すように、開口部１０２ａの開口径が０．１７μｍから０．１１μｍに縮小（シュリンク）し、且つ良好な形状を持つ第２レジストパターン１０２ｃを得る。ここで、第２レジストパターン１０２ｃの膜厚（高さ）は、第１レジストパターン１０２ｂと比べて小さくなっている。また、得られた第２レジストパターン１０２ｃのウェハ面内におけるパターン均一性も１０％以下と良好な値を示す。
【００３９】
このように、第１の実施形態によると、現像により形成された第１レジストパターン１０２ｂに対して熱フロー処理を行なう、図２（ａ）に示す工程において、基板１０１を含め第１レジストパターン１０２ｂの上に水滴１０５を形成した状態で加熱する。このため、第１レジストパターン１０２ｂにおける基板１０１との界面の濡れ性が良好となるので、第１レジストパターン１０２ｂは、開口部１０２ａの内壁を基板面に対して垂直に維持したまま基板１０１上を滑らかに移動するようになる。その結果、第１レジストパターン１０２ｂは、その開口部１０２ａが良好な形状のまま縮小（シュリンク）されて、第２レジストパターン１０２ｃとなる。
【００４０】
なお、水滴１０５の形成法は、パドル法に代えて、スプレイ法等で良く、第１レジストパターン１０２ｂ及び基板１０１の上面を水で覆うことができればよい。また、水滴１０５には界面活性剤を添加してもよい。このようにすると、添加された界面活性剤により、水滴１０５が基板１０１に付着しやすくなるため、第１レジストパターン１０２ｂにおける基板１０１との界面の濡れ性をより良好にすることができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法について図３（ａ）〜図３（ｄ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
【００４３】
ポリ（（2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート）(50mol%)−（γ-ブチロラクトンメタクリレート）(50mol%)）（ベースポリマー）……………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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
次に、図３（ａ）に示すように、基板２０１の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．４５μｍの厚さを持つレジスト膜２０２を形成する。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、開口数ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザスキャナーによる露光光２０３をマスク２０４を介してレジスト膜２０２に照射してパターン露光を行なう。
【００４５】
次に、図３（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜２０２に対して、例えばホットプレートにより１０５℃の温度下で９０秒間の露光後加熱（ＰＥＢ）を行なう。
【００４６】
次に、図３（ｄ）に示すように、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）により６０秒間の現像を行なって、レジスト膜２０２の未露光部よりなり、例えばコンタクトホール形成用で開口径が０．１７μｍの開口部２０２ａを持つ第１レジストパターン２０２ｂを得る。
【００４７】
次に、図４（ａ）に示すように、基板２０１及び第１レジストパターン２０２ｂを水蒸気雰囲気２０５にさらした状態で、例えば１５０℃の温度下で６０秒間程度の加熱を行なう。これにより、図４（ｂ）に示すように、開口部２０２ａの開口径が０．１７μｍから０．１１μｍに縮小（シュリンク）し、且つ良好な形状を持つ第２レジストパターン２０２ｃを得る。ここで、第２レジストパターン２０２ｃの膜厚（高さ）は、第１レジストパターン２０２ｂと比べて小さくなっている。また、得られた第２レジストパターン２０２ｃのウェハ面内におけるパターン均一性も１０％以下と良好な値を示す。
【００４８】
このように、第２の実施形態によると、現像により形成された第１レジストパターン２０２ｂに対して熱フロー処理を行なう、図４（ａ）に示す工程において、基板１０１を含め第１レジストパターン２０２ｂを水蒸気雰囲気２０５で加熱する。このため、第１レジストパターン２０２ｂにおける基板２０１との界面の濡れ性が良好となるので、第１レジストパターン２０２ｂは、開口部２０２ａの内壁を基板面に対して垂直に維持したまま基板２０１上を滑らかに移動するようになり、その結果、第１レジストパターン２０２ｂは、その開口部２０２ａが良好な形状のまま縮小（シュリンク）されて、第２レジストパターン２０２ｃとなる。
【００４９】
なお、水蒸気２０５には界面活性剤を添加してもよい。
【００５０】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法について図５（ａ）〜図５（ｄ）、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照しながら説明する。
【００５１】
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
【００５２】
ポリ（（2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート）(50mol%)−（γ-ブチロラクトンメタクリレート）(50mol%)）（ベースポリマー）……………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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
次に、図５（ａ）に示すように、基板３０１の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．４５μｍの厚さを持つレジスト膜３０２を形成する。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、開口数ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザスキャナーによる露光光３０３をマスク３０４を介してレジスト膜３０２に照射してパターン露光を行なう。
【００５４】
次に、図５（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜３０２に対して、例えばホットプレートにより１０５℃の温度下で９０秒間の露光後加熱（ＰＥＢ）を行なう。
【００５５】
次に、図５（ｄ）に示すように、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）により６０秒間の現像を行なって、レジスト膜３０２の未露光部よりなり、例えばコンタクトホール形成用で開口径が０．１７μｍの開口部３０２ａを持つ第１レジストパターン３０２ｂを得る。
【００５６】
次に、図６（ａ）に示すように、例えばスピン塗布法により、基板３０１の上に第１レジストパターン３０２ｂを含む全面にわたって、膜厚が約１５０ｎｍのポリビニールピロリドンからなる水溶性膜３０５を成膜する。続いて、水溶性膜３０５を成膜した状態で、例えば１５０℃の温度下で６０秒間程度の加熱を行なう。その後、水により水溶性膜３０５を除去すると、図６（ｂ）に示すように、開口部３０２ａの開口径が０．１７μｍから０．１１μｍに縮小（シュリンク）し、且つ良好な形状を持つ第２レジストパターン３０２ｃを得る。ここで、第２レジストパターン３０２ｃの膜厚（高さ）は、第１レジストパターン３０２ｂと比べて小さくなっている。また、得られた第２レジストパターン３０２ｃのウェハ面内におけるパターン均一性も１０％以下と良好な値を示す。
【００５７】
このように、第３の実施形態によると、現像により形成された第１レジストパターン３０２ｂに対して熱フロー処理を行なう前に、第１レジストパターン３０２ｂを覆うように水溶性ポリマーからなる水溶性膜３０５を形成する。続いて、図６（ａ）に示す熱フロー処理工程において、水溶性膜３０５を成膜したまま第１レジストパターン３０２ｂを加熱する。このため、第１レジストパターン３０２ｂはその上面及び側面が水溶性膜３０５からの圧力を受けるので、第１レジストパターン３０２ｂに生じる熱だれを防止することができる。その結果、第１レジストパターン３０２ｂは、開口部３０２ａの内壁を基板面に対して垂直に維持したまま基板３０１上を移動するようになるので、第１レジストパターン３０２ｂは、その開口部３０２ａが良好な形状のまま縮小（シュリンク）されて、第２レジストパターン３０２ｃとなる。
【００５８】
なお、水溶性膜３０５は、ポリビニールアルコールに限られず、ポリビニールピロリドン、ポリスチレンスルフォン酸又はポリアクリル酸等の水溶性ポリマーを用いることができる。
【００５９】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法について図７（ａ）〜図７（ｄ）、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照しながら説明する。
【００６０】
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
【００６１】
ポリ（（2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート）(50mol%)−（γ-ブチロラクトンメタクリレート）(50mol%)）（ベースポリマー）……………………………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフラート（酸発生剤）………………………０．０６ｇ
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
次に、図７（ａ）に示すように、基板４０１の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．４５μｍの厚さを持つレジスト膜４０２を形成する。
【００６２】
次に、図７（ｂ）に示すように、開口数ＮＡが０．６８であるＡｒＦエキシマレーザスキャナーによる露光光４０３をマスク４０４を介してレジスト膜４０２に照射してパターン露光を行なう。
【００６３】
次に、図７（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜４０２に対して、例えばホットプレートにより１０５℃の温度下で９０秒間の露光後加熱（ＰＥＢ）を行なう。
【００６４】
次に、図７（ｄ）に示すように、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）により６０秒間の現像を行なって、レジスト膜４０２の未露光部よりなり、例えばコンタクトホール形成用で開口径が０．１７μｍの開口部４０２ａを持つ第１レジストパターン４０２ｂを得る。
【００６５】
次に、図８（ａ）に示すように、第１レジストパターン４０２ｂを、例えば１．０×１０-2Ｐａの真空中において１５０℃の温度下で６０秒間程度の加熱を行なう。これにより、図８（ｂ）に示すように、開口部４０２ａの開口径が０．１７μｍから０．１１μｍに縮小（シュリンク）し、且つ良好な形状を持つ第２レジストパターン４０２ｃを得る。ここで、第２レジストパターン４０２ｃの膜厚（高さ）は、第１レジストパターン４０２ｂと比べて小さくなっている。また、得られた第２レジストパターン４０２ｃのウェハ面内におけるパターン均一性も１０％以下と良好な値を示す。
【００６６】
このように、第４の実施形態によると、現像により形成された第１レジストパターン４０２ｂに対して熱フロー処理を行なう、図８（ａ）に示す工程において、第１レジストパターン４０２ｂを真空中で加熱する。このため、第１レジストパターン４０２ｂはその上面及び側面が真空により外側に均等に引っ張られるので、加熱によって第１レジストパターン４０２ｂに生じる熱だれを防止することができる。その結果、第１レジストパターン４０２ｂは、開口部４０２ａの内壁を基板面に対して垂直に維持したまま基板４０１上を移動するようになるので、第１レジストパターン４０２ｂは、その開口部４０２ａが良好な形状のまま縮小（シュリンク）されて、第２レジストパターン４０２ｃとなる。
【００６７】
なお、第１〜第４の実施形態においては、各第１レジストパターンを構成するレジスト材にはポジ型の化学増幅型レジストを用いたが、化学増幅型レジストに限られない。また、ポジ型レジストに限られずネガ型レジストであってもよい。
【００６８】
また、第１〜第４の実施形態においては、レジストパターンにコンタクトホール形成用の開口パターンを用いたが、本発明は、レジストパターンに形成した開口パターンに限らず、例えば縞状に延びるラインアンドスペースパターンにも有効である。
【００６９】
また、第１〜第４の実施形態において、各第１レジストパターンの露光光には、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いたが、これに限られず、水銀ランプのｇ線若しくはｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＡｒＫｒレーザ光、Ａｒ2 レーザ光、波長が１ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下の極紫外線又は電子線等を適宜用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係るパターン形成方法は、熱フロー法を用いて形成されるレジストパターンの形状を良好にできるという効果を有し、半導体装置の製造プロセス等において用いられる微細なパターン形成方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】（a） 〜（d） は本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図２】（a） 及び（b） は本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図３】（a） 〜（d） は本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図４】（a） 及び（b） は本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図５】（a） 〜（d） は本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図６】（a） 及び（b） は本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図７】（a） 〜（d） は本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図８】（a） 及び（b） は本発明の第４の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図９】（a） 〜（d） は従来の熱フロー法によるパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【図１０】（a） 〜（c） は従来の熱フロー法によるパターン形成方法を示す工程順の断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０１    基板
１０２    レジスト膜
１０２ａ  開口部
１０２ｂ  第１レジストパターン
１０２ｃ  第２レジストパターン
１０３    露光光
１０４    マスク
１０５    水滴
２０１    基板
２０２    レジスト膜
２０２ａ  開口部
２０２ｂ  第１レジストパターン
２０２ｃ  第２レジストパターン
２０３    露光光
２０４    マスク
２０５    水蒸気
３０１    基板
３０２    レジスト膜
３０２ａ  開口部
３０２ｂ  第１レジストパターン
３０２ｃ  第２レジストパターン
３０３    露光光
３０４    マスク
３０５    水溶性膜
４０１    基板
４０２    レジスト膜
４０２ａ  開口部
４０２ｂ  第１レジストパターン
４０２ｃ  第２レジストパターン
４０３    露光光
４０４    マスク
４０５    真空
【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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