(57)【要約】【課題】露光波長に起因する限界サイズよりも小さなサイズの微細パターンを形成することが可能な微細パターンの形成方法等を提供する。【解決手段】微細パターン形成材料としてのカバー層３の原材料がレジストパターン１ａを覆うように塗布される。その後、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａ中に浸透する。それにより、レジストパターン１ａの軟化点よりも低い軟化点を有する混合層４が形成される。その後、レジストパターン１ａの軟化点よりも低くかつ混合層４の軟化点よりも高い温度で熱処理が行われる。それによって、混合層４が軟化して、混合層４の幅が大きくなる。その結果、レジストパターン１ａの間隔Ｔ２が狭められる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のレジストパターンを覆うカバー層として前記レジストパターン上に塗布される微細パターン形成用材料であって、
その成分が前記レジストパターン中に浸透することによって、前記レジストパターンの軟化点よりも低い軟化点を有する混合層が形成され、
その後、前記レジストパターンの軟化点よりも低くかつ前記混合層の軟化点よりも高い温度で熱処理が行われることによって、前記混合層が軟化して、前記レジストパターンの間隔を狭める、微細パターン形成用材料。
【請求項２】
前記レジストパターンが溶解しない溶媒に溶解する樹脂を主成分とする材料が用いられた、請求項１に記載の微細パターン形成用材料。
【請求項３】
前記樹脂として、アルキレングリコール重合体、セルロース誘導体、ビニル誘導体、アクリル誘導体、尿素重合体、エポキシ重合体、メラミン重合体、ナイロン重合体、およびスチレン重合体の中から選ばれた少なくとも１種類の材料が用いられた、請求項２に記載の微細パターン形成用材料。
【請求項４】
前記溶媒にアミン化合物のモノマーもしくはオリゴマーまたはアミド化合物のモノマーもしくはオリゴマーが添加された、請求項２に記載の微細パターン形成用材料。
【請求項５】
前記溶媒に非共有電子対を有する浸透性溶媒が添加された、請求項２に記載の微細パターン形成用材料。
【請求項６】
前記溶媒に界面活性剤が添加された、請求項２に記載の微細パターン形成用材料。
【請求項７】
基板上にレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストパターンを覆うカバー層を形成するステップと、
前記レジストパターンに前記カバー層中の成分を浸透させ、前記レジストパターンの軟化点よりも低い軟化点を有する混合層を形成するステップと、
前記レジストパターンの軟化点よりも低くかつ前記混合層の軟化点よりも高い温度で熱処理を行うことによって、前記混合層を軟化させ、前記レジストパターンの間隔を狭めるステップと、
前記カバー層を除去するステップとを備えた、微細パターン形成方法。
【請求項８】
前記混合層を形成するステップおよび前記混合層を軟化させるステップが、処理条件が異なる２種類の熱処理ステップにおいて行われる、請求項７に記載の微細パターン形成方法。
【請求項９】
前記混合層を形成するステップおよび前記混合層を軟化させるステップが、処理条件が同一の一連の熱処理ステップにおいて行われる、請求項７に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１０】
前記混合層を軟化させるための熱処理は、前記カバー層を除去するステップの後に行われる、請求項７に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１１】
前記混合層を軟化させるための熱処理は、前記カバー層を除去するステップの前に行われる、請求項７に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１２】
基板上に形成された被エッチング材料上にレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストパターンを覆うカバー層を形成するステップと、
前記レジストパターンに前記カバー層中の成分を浸透させ、前記レジストパターンの軟化点よりも低い軟化点を有する混合層を形成するステップと、
前記レジストパターンの軟化点よりも低くかつ前記混合層の軟化点よりも高い温度で熱処理を行うことによって、前記混合層を軟化させ、前記レジストパターンの間隔を狭めるステップと、
前記カバー層を除去するステップと、
軟化後の前記混合層を有する前記レジストパターンをマスクとして、前記被エッチング材料をエッチングするステップとを備えた、電子デバイスの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電子デバイスの製造方法によって製造された、電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスの製造方法に用いられる微細パターンの形成方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子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等のパターン同士の間隔は、非常に小さくなっている。一般に、微細パターンは、フォトリソグラフィ技術によって形成されたレジストパターンをマスクとして、下地層のエッチングによって形成される。そのため、微細パターンの形成方法においては、リソグラフィ技術が非常に重要である。リソグラフィ技術は、レジスト塗布ステップ、レチクル（マスク）の位置合わせステップ、露光ステップ、および現像ステップからなる。そのため、パターンの微細化は、露光波長によって制限される。電子デバイスの製造においては、パターンは、既に、露光波長に起因した限界サイズまで微細化されている。
【特許文献１】特開平５−１６６７１７号公報
【特許文献２】特開平７−４５５１０号公報
【特許文献３】特開２００３−２０２６７９号公報
【特許文献４】特開平２００４−３７５７１号公報
【特許文献５】特開平２００４−３７５７０号公報
【特許文献６】特開平１０−７３９２７号公報
【特許文献７】特開平５−２４１３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のような露光波長に起因した解像度の限界を超えるために、次のような技術の研究および開発が行なわれている。
【０００４】
たとえば、特開平５−１６６７１７号公報においては、次のような技術が開示されている。まず、基板上のパターン形成用レジストに開口パターンが形成される。次に、パターン形成用レジストの全体を覆うように、ミキシング層生成用レジストが基板上に塗布される。その後、基板がベークされ、ミキシング層生成用レジストのうちのレジスト形成用レジストに接触する部分が変化し、ミキシング層がパターン形成用レジストの両側面および上面に沿って形成される。また、前述のミキシング層生成用レジストのうちのミキシング層にならなかった部分は除去される。その結果、ミキシング層の寸法分だけ幅が小さくなった開口パターンが形成される。
【０００５】
前述の方法によれば、ミキシング層を用いて比較的容易に微細パターンを形成することができる。しかしながら、常に、パターン形成用レジストに適したミキシング層生成用レジストを用いなければならないという問題が生じる。
【０００６】
一方、特開平７−４５５１０号公報においては、レジストパターンを熱処理等で流動化させることによって、パターンの間隔（space）を小さくする方法が開示されている。この方法においては、まず、基板上にレジストパターンが形成される。次に、レジスパターンの軟化点以上の温度で熱処理が行なわれ、レジストパターンの断面形状が変化する。これにより、パターンの間隔が小さくなる。
【０００７】
この方法によれば、サーマルフロープロセスにおいて、既存のレジスト材料を用いて、ラインパターン同士の間の間隔、スペースパターンの間隔、およびホールパターンの径としての間隔を小さくすることができる。しかしながら、現像後のレジストパターン全体をその軟化点以上の温度で熱処理し流動化させるため、単位温度当りの寸法の変化量を厳密にコントロールすることが困難である。特に、軟化点が高いレジスト材料が用いられる場合には、単位温度当りのレジストパターン全体の寸法の変化量が大きいため、レジストパターンの外形を厳密に制御することが非常に困難であるという問題がある。
【０００８】
前述の方法をさらに発展させた方法として、たとえば、特開２００３−２０２６７９号公報においては、次のような方法が開示されている。まず、基板上にレジストパターンが形成される。次に、基板上にレジストパターンの軟化点よりも低い温度で熱収縮するカバー層が形成される。その後、前述の温度で熱処理が行われる。この熱処理において、カバー層の収縮によってレジストパターンが外側へ引っ張られ、レジストパターンの間隔が小さくなる。また、前述の文献に記載されている技術と同様の技術が、特開平２００４−３７５７１号公報および特開２００４−３７５７０号公報に開示されている。
【０００９】
しかしながら、この方法においては、熱収縮量がカバー層の膜厚に依存するため、レジストパターンの外形の制御を行うことが困難である。また、熱収縮量がレジストパターンのレイアウトに依存して変化してしまう。そのため、ウェハの面内方向において均一にレジストパターンの外形を変化させることが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、たとえば、特開平１０−７３９２７号公報および特開平５−２４１３４８号公報において開示されている技術によって、微細パターンを形成することは可能である。それらの文献に開示された技術によれば、まず、基板上にレジストパターンが形成される。その後、基板の表面およびレジストパターンを覆うように酸架橋性を有する水溶性樹脂からなるカバー層が形成される。次に、加熱によってレジストパターンからカバー層へ拡散する酸を利用して、カバー層中に架橋層が形成される。その後、カバー層の未架橋部すなわち架橋層以外の部分が除去される。その結果、露光波長の解像度の限界に起因する限界サイズ以下のサイズの間隔を有するレジストパターンが形成される。しかしながら、それらの文献に記載された技術によっても、レジストパターンの間隔の寸法を制御することが困難である。
【００１１】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、露光波長に起因する限界サイズよりも小さなサイズの微細パターンを形成するために用いられる微細パターン形成用材料、それを用いた微細パターン形成方法、それを用いる電子デバイスの製造方法、およびそれにより製造された電子デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の微細パターン形成用材料は、基板上のレジストパターンを覆うカバー層としてレジストパターン上に塗布されるものである。微細パターン形成用材料の成分はレジストパターン中に浸透する。それによって、レジストパターンの軟化点よりも低い軟化点を有する混合層が形成される。その後、レジストパターンの軟化点よりも低くかつ混合層の軟化点よりも高い温度で熱処理が行われる。それによって、混合層が軟化する。それにより、レジストパターンの間隔が狭められる。
【００１３】
上述の微細パターン形成用材料によれば、レジストパターンの間隔を露光波長に起因する限界サイズの間隔よりも狭くすることができるため、露光波長に起因する限界サイズよりも小さな微細なパターンを形成することができる。
【００１４】
また、本発明の微細パターン形成用材料は、次のように作成される。まず、基板上にレジストパターンが形成される。次に、レジストパターンを覆うカバー層が形成される。その後、レジストパターンにカバー層中の成分が浸透する。それにより、レジストパターンの軟化点よりも低い軟化点を有する混合層が形成される。次に、レジストパターンの軟化点よりも低くかつ混合層の軟化点より高い温度で熱処理が行われることによって、混合層が軟化する。その結果、間隔が狭められる。なお、カバー層は除去される。
【００１５】
また、本発明の電子デバイスは、前述の微細パターン形成用材料が被エッチング材料上に形成され、微細パターン形成用材料をマスクとして、被エッチング材料がエッチングされることによって製造される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、露光波長に起因する限界サイズよりも小さなサイズの微細パターンを形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面を参照しながら、微細パターン形成用材料、微細パターン形成方法、それを用いた電子デバイスの製造方法、およびそれにより製造された電子デバイスを詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態の微細パターン形成用材料は、図１に示すホールパターン、図２に示すラインパターン、および図３に示すスペースパターンを有するレジストパターン１ａである。また、図１〜図３に参照符号ｔで示す間隔の大きさが従来の間隔よりも小さくなっていることが、本実施の形態のレジストパターン１ａの特徴である。これらの図１〜図３に示すレジストパターン１ａを用いて、微細なパターンを有する電子デバイスが製造される。
【００１９】
その電子デバイスの製造方法においては、まず、図４に示されるように、半導体基板（図示せず）上または上方において、被エッチング材料としての絶縁層２上にレジスト膜１が形成される。次に、図５に示されるように、リソグラフィ技術を用いて、絶縁層２上に間隔Ｔ１を有するレジストパターン１ａが形成される。次に、図６に示されるように、レジストパターン１ａを覆うカバー層３が塗布される。塗布されるカバー層３の原材料が、本発明の微細パターン形成用材料である。その後、レジストパターン１ａにカバー層３中の成分が浸透する。それにより、図７に示されるように、レジストパターン１ａの軟化点よりも低い軟化点を有する混合層４がレジストパターン１ａの表面に沿って形成される。この段階においては、混合層４を伴ったレジストパターン１ａの間隔Ｔ２は、レジストパターン１ａ中にカバー層３中の成分が浸透したことによって、隙間Ｔ１よりもわずかに狭くなっている。次に、図８に示されるように、カバー層３が除去される。
【００２０】
次に、レジストパターン１ａの軟化点よりも低い温度で熱処理が行われ、混合層４が軟化する。その結果、図９に示されるように、混合層４ａがレジストパターン１ａの表面に沿って形成される。混合層４ａは、混合層４よりも絶縁層２の主表面２に沿った方向の幅が大きい。より具体的には、混合層４は溶融することにより、レジストパターン１ａの上表面上の混合層４の厚さが小さくなり、かつ、レジストパターン１ａの両側面上の混合層４の厚さが大きくなる。
【００２１】
それにより、前述の混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａには間隔ｔが形成される。間隔ｔは、間隔Ｔ１およびＴ２よりも狭い（Ｔ１＞Ｔ２＞ｔ）。その後、図１０に示されるように、軟化後の混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａをマスクとして、絶縁層２がエッチングされ、ホール２ａが形成される。このホール２ａには、導電性材料が充填され、絶縁層２の下側の導電層１０と導電性材料とが接続される。
【００２２】
これによれば、ホール２ａが従来のホールよりも微細化される。また、このような微細化パターン形成方法が電子デバイスの製造方法全般に用いられれば、電子デバイス全体を微細化することが可能になる。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、図９に示される混合層４を軟化させて混合層４ａを形成するステップは、図８に示されるカバー層３を除去するステップの後に行われている。つまり、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａに浸透した直後の混合層４を形成するステップ（図７参照）とその混合層４を軟化させて混合層４ａを形成するステップ（図９参照）とが、異なる２種類の処理条件の熱処理ステップにおいて行われている。この製法によれば、カバー層３がない状態で、混合層４を軟化させることができるため、混合層を軟化させ易い。
【００２４】
しかしながら、カバー層３を除去するステップの前に、すなわち、図７に示される混合層４を伴ったレジストパターン１ａがカバー層３に覆われている状態で、熱処理によって、図１１に示されるように、カバー層３とレジストパターン１ａとの間に混合層４ａが形成されてもよい。この場合、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａに浸透した直後の混合層を形成するステップとその混合層を軟化させて混合層４ａを形成するステップとが一連の熱処理ステップにおいて行われる。なお、一連の熱処理においては、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａに浸透した直後の混合層を形成するときの熱処理条件(温度および圧力等）とその混合層を軟化させて混合層４ａを形成するときの熱処理条件とが同一である。この製法によれば、熱処理条件を変更する必要がないため、製造プロセスが簡略化される。
【００２５】
上記の電子デバイスの製造方法によれば、リソグラフィ技術で用いる光の波長に起因した限界サイズに形成されたレジストパターン１ａの間隔Ｔ１をさらに小さくすることができる。また、本実施の形態の微細パターン形成方法によれば、レジストパターン１ａの表面に沿って形成された混合層のみを軟化させるため、レジストパターン全体を軟化させる従来の方法に比較して、熱処理におけるレジストパターン全体の変形のコントロールが容易であるとともに、レジストパターンの間隔Ｔ１をほぼ均一に狭めることができる。
【００２６】
また、前述のカバー層３すなわち本発明の微細パターン形成用材料としては、レジストパターン１ａが溶解しない溶媒に溶解する樹脂を主成分とする材料が用いられる。たとえば、樹脂として、アルキレングリコール重合体、セルロース誘導体、ビニル誘導体、アクリル誘導体、尿素重合体、エポキシ重合体、メラミン重合体、ナイロン重合体、およびスチレン重合体の中から選ばれた少なくとも１種類の材料が用いられる。また、溶媒にアミン化合物のモノマーもしくはオリゴマーまたはアミド化合物のモノマーもしくはオリゴマーが添加されてもよい。また、溶媒に非共有電子対（Lone Pair）を有する浸透性溶媒が添加されてもよい。さらに、溶媒に界面活性剤が添加されてもよい。
【００２７】
以下、前述の実施の形態の微細パターン形成用材料、微細パターン形成方法、それを用いた電子デバイスの製造方法、およびそれにより製造された電子デバイスをより詳細に説明する。
【００２８】
まず、実施例１〜４において、本発明のレジストパターンの形成方法をより具体的に説明する。なお、実施例１〜４では、図１〜図３に示すようなレジストパターンが形成されるものとする。
【実施例１】
【００２９】
本実施例のレジスト材料は、３６５ｎｍ程度の波長の光を発する露光装置に対応して用いられるｉ線レジストであって、溶質としてノボラック樹脂およびナフトキノンジアジトを含み、溶媒として乳酸エチルおよびプロピレングリコールモノエチルアセテートを含んでいる。
【００３０】
まず、レジスト材料が、被エッチング材料としての絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上で回転塗布（スピンコート）される。次に、８５℃の温度で、７０秒間、レジスト材料のプリベークが行なわれる。それにより、レジスト材料中の溶媒が蒸発する。その結果、図４に示されるように、絶縁層２上にレジスト膜１が形成される。なお、レジスト膜１の膜厚は約１．０μｍである。
【００３１】
次に、レジスト膜１が露光される。このとき、露光装置としては、ｉ線縮小投影露光装置が用いられる。また、レチクル（フォトマスク）としては、図１〜図３に示すようなレジストパターンに対応するものが用いられる。次に、１２０℃の温度で、７０秒間、露光後の熱処理、すなわち、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理が行われる。その後、アルカリ現像液（東京応化工業社製、ＮＭＤ３）を用いて現像が行なわれる。それにより、図５に示すような間隔Ｔ１を有するレジストパターン１ａが得られる。
【実施例２】
【００３２】
本実施例のレジスト材料は、東京応化社製の化学増幅型エキシマレジストである。
まず、レジスト材料が、被エッチング材料としての絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上で回転塗布される。それにより、図４に示されるように、絶縁層２上に膜厚約０．８μｍのレジスト膜１が形成される。次に、９０℃の温度で、９０秒間、レジスト膜１がプリベークされ、レジスト膜１中の溶媒が蒸発する。次に、ＫｒＦエキシマ縮小投影露光装置および図１〜図３に示すようなパターンのレジストマスクに対応するフォトマスクを用いて、レジスト膜１の露光が行われる。次に、１００℃の温度で、９０秒間、レジスト膜１の露光後の熱処理（ＰＥＢ処理）が行なわれる。その後、アルカリ現像液（東京応化社製、ＮＭＤ−Ｗ）を用いて、現像が行なわれる。それにより、図５に示すような間隔Ｔ１を有するレジストパターン１ａが得られる。
【実施例３】
【００３３】
本実施例のレジスト材料は、東京応化社製の化学増幅型エキシマレジストである。
まず、レジスト材料が、被エッチング材料としての絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上で回転塗布される。それにより、図４に示すように、膜厚約０．３μｍのレジスト膜１が形成される。次に、１００℃の温度で、９０秒間、レジスト膜１のプリベークが行われる。それにより、レジスト膜１中の溶媒が蒸発する。その後、ＡｒＦエキシマ縮小投影露光装置および図１〜図３に示すようなレジストパターンに対応するフォトマスクを用いて、レジスト膜１の露光が行なわれる。次に、１００℃の温度で、９０秒間、露光後の熱処理（ＰＥＢ処理）が行なわれる。次に、アルカリ現像液（東京応化社製、ＮＭＤ−３）を用いて、現像が行なわれ、それにより、図５に示すような間隔Ｔ１を有するレジストパターン１ａが得られる。
【実施例４】
【００３４】
本実施例のレジスト材料は、ターシャリブトオキシカルボニル化（Tertiary Butoxy Carbonylation：ｔ−Ｂｏｃ）ポリヒドロキシスチレンおよび酸発生剤を含んでいる、菱電化成社製の化学増幅型レジスト（MELKER、Ｊ.Vac．Sci．Technol., B11（6）2773，1993）である。
【００３５】
まず、レジスト材料が、被エッチング材料としての絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上で回転塗布される。それにより、図４に示すように、膜厚約０．５２μｍのレジスト膜１が形成される。次に、１２０℃の温度で、１８０秒間、レジスト膜１の熱処理が行われ、レジスト膜１中の溶媒が蒸発する。その後、電子線描画用の帯電防止膜（Charge-Dissipating Agent for Electron Beam Lithography）として、昭和電工社製エスペイサー（Espacer）ＥＳＰ１００（Ｒ）がレジスト膜１上に回転塗布される。
【００３６】
次に、８０℃の温度で、１２０秒間、レジスト膜１の熱処理が行われる。次に、ＥＢ（Electron Beam）描画装置を用いて、１７．４μＣ／ｃｍ2の出力で、電子線描画が行なわれる。次に、８０℃の温度で、１２０秒間、露光後の熱処理（ＰＥＢ処理）が行なわれる。その後、純水を用いて帯電防止膜が除去される。次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）アルカリ現像液（東京応化社製ＮＭＤ−Ｗ）を用いて、現像が行なわれる。それにより、図５に示されるような間隔Ｔ１を有するレジストパターン１ａが得られる。
【００３７】
次に、実施例５および６において、本発明の微細パターン形成用材料としてのカバー層の原材料の形成方法を説明する。
【実施例５】
【００３８】
本実施例においては、カバー層３の原材料としては、アクリル酸とビニルピロリドンとのコポリマー（アクリル酸：ビニルピロリドン＝７５：２５（重量比））とトリエタノールアミンとが重量比１０：１で混合され、固形成分全体の濃度が１０ｗｔ％の水溶液が作成される。
【００３９】
なお、ＡｒＦレジストに代表される疎水性の高いレジストが用いられる場合には、溶媒として、水以外に、低級アルコール、低級アルコールと水との混合溶液、または低級アルコールと非極性溶媒との混合溶液が用いられてもよい。低級アルコールとは、炭素数が５以下のアルコールである。
【００４０】
また、前述の水溶液に１００ｐｐｍの界面活性剤が添加されることによってカバー層３の原材料が形成されることが望ましい。界面活性剤が添加されると、レジスト材料の均一性および塗布の容易さが向上する。また、界面活性剤としては、たとえば、オクチルピロリドンまたはポリエチレンオキサイドを含む界面活性剤が用いられる。
【実施例６】
【００４１】
本実施例においては、カバー層３の原材料として、アクリル酸とメタクリルアミドとが重量比８：２で混合され、固形成分全体の濃度が１０ｗｔ％の水溶液が作成される。この水溶液に１００ｐｐｍの界面活性剤が添加される。なお、活性界面剤は、実施例５と同様のものが用いられる。
【００４２】
次に、実施例７〜１０において、微細パターン形成用材料および微細パターン形成方法を説明する。
【実施例７】
【００４３】
本実施例の微細パターン形成方法においては、まず、図５に示すように、実施例２において説明されたレジストパターン１ａが絶縁層２上に形成される。次に、実施例６において説明されたカバー層３の原材料が、レジストパターン１ａを覆うように絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上でスピンコートされる。その後、８５℃の温度で、７０秒間、カバー層３の原材料のプリベークが行なわれる。それにより、図６に示されるように、レジストパターン１ａを覆うカバー層３が形成される。このカバー層３の原材料が本発明の微細パターン形成用材料である。その後、１０５℃の温度で、７０秒間、ミキシングベーク（ＭＢ）が行なわれる。それにより、図７に示されるように、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａ中に浸透し、混合層４が形成される。
【００４４】
次に、純水を用いて現像剥離が行なわれ、それにより、図８に示されるように、カバー層３が除去される。その後、図９に示されるように、混合層４の軟化点以上でありかつレジストパターン１ａの軟化点よりも低い温度である１３０℃で、６０秒間、混合層４のポストベークが行なわれる。それにより、レジストパターン１ａは軟化せずに、混合層４のみが軟化する。その結果、図９に示すように、絶縁層２の主表面に平行な方向において混合層４の厚さよりも大きな厚さを有する混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａが形成される。つまり、図９に示される混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａの間隔ｔは、図８に示される混合層４を伴ったレジストパターン１ａの間隔Ｔ２よりも小さい。
【００４５】
本実施例の微細パターン形成方法においては、レジストパターン１ａを軟化させることなく、混合層４のみを軟化させることを特徴とする。このようなレジストパターンの外形を変形させるためのコントロールは比較的容易であるため、レジストパターンの形態によらず、均一にレジストパターンの間隔を小さくすることが可能である。
【００４６】
また、前述のような微細パターン形成用材料としての混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａをエッチングマスクとして用いて、微細パターンとしてのホールパターン、ラインパターン、およびスペースパターンを形成すれば、従来のパターンよりもさらに微細なパターンを形成することができる。
【００４７】
なお、表１には、レジストパターン１ａの間隔Ｔ１の寸法と本実施例の微細パターン形成方法によって形成された微細パターンの間隔ｔの寸法とが示されている。表１においては、図１に示されるホールパターン、図２に示されるラインパターン、および図３に示されるスペースパターンのそれぞれの寸法が記載されている。
【００４８】
【表１】
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【実施例８】
【００４９】
本実施例の微細パターン形成方法においては、まず、図５に示すように、実施例３において説明されたレジストパターン１ａが絶縁層２上に形成される。次に、実施例５において説明されたカバー層３の原材料、すなわち、微細パターン形成用材料が、レジストパターン１ａを覆うように絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上でスピンコートされる。
【００５０】
その後、８５℃の温度で、７０秒間、カバー層３の原材料のプリベークが行なわれる。それにより、図６に示されるように、レジストパターン１ａを覆うカバー層３が形成される。次に、レジストパターン１ａにカバー層３中の成分が浸透して形成される混合層の軟化点以上の温度でありかつレジストパターン１ａの軟化点よりも低い温度である１５５℃の温度で、９０秒間、ミキシングベーク（ＭＢ）が行なわれる。より具体的には、レジストパターン１ａを軟化させずに、カバー層３中の成分がレジストパターン１に浸透することによって形成される混合層のみを軟化させる。
【００５１】
それにより、図１１に示されるように、カバー層３中の成分がレジストパターン１に浸透することによって形成された直後の混合層と比較して、絶縁層２の主表面に平行な方向の厚さが大きな混合層４ａが形成される。このように、本実施例においては、カバー層３中の成分がレジストパターン１に浸透することによって形成される混合層を形成するための熱処理と、その後にその混合層を軟化させて混合層４ａを形成するための熱処理とが一連の熱処理によって行われる。それにより、混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａが形成され、その間隔ｔは、カバー層３中の成分がレジストパターン１に浸透することによって形成された直後の混合層を伴ったレジストパターン１ａの間隔Ｔ２よりも小さい。
【００５２】
なお、カバー層３からレジストパターン１ａへ浸透する成分は、たとえば、カバー層３中の低分子アミンとしてのトリエタノールアミンである。このアミン種の塩基性度、分子量および含有量を変更することにより、カバー層３中の成分がレジストパターン１に浸透することによって形成された直後の混合層の厚さおよびその軟化点を調整することができる。次に、純水を用いて、現像剥離が行なわれる。それにより、図９に示されるように、カバー層３が除去される。その結果、混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａが露出する。
【００５３】
本実施例の微細パターン形成方法においては、レジストパターン１ａを軟化させることなく、カバー層３中の成分がレジストパターン１に浸透することによって形成される混合層のみを軟化させることを特徴とする。
【００５４】
なお、表２には、レジストパターン１ａの間隔Ｔ１の寸法と本実施例の微細パターン形成方法によって形成された微細パターンの間隔ｔの寸法とが示されている。表２においても、図１に示されるホールパターン、図２に示されるラインパターン、および図３に示されるスペースパターンのそれぞれの寸法が記載されている。
【００５５】
【表２】
2007140151.tif 000004
【実施例９】
【００５６】
本実施例の微細パターン形成方法においては、まず、図５に示されるように、実施例３において説明されたレジストパターン１ａが絶縁層２上に形成される。次に、実施例５において説明された本発明の微細パターン形成用材料としてのカバー層３の原材料が、レジストパターン１ａを覆うように絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上でスピンコートされる。その後、８５℃の温度で、７０秒間、カバー層３の原材料のプリベークが行なわれ、図６に示されるように、レジストパターン１ａを覆うカバー層３が形成される。
【００５７】
次に、１０５℃の温度で、７０秒間、ミキシングベーク（ＭＢ）が行なわれ、図７に示されるように、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａ中に浸透し、混合層４が形成される。次に、純水を用いて現像剥離が行なわれ、それにより、図８に示されるように、カバー層３が除去される。
【００５８】
その後、混合層４の軟化点以上でありかつレジストパターン１ａの軟化点よりも低い温度である１５５℃の温度で、６０秒間、混合層４のポストベークが行なわれる。それにより、図９に示すように、レジストパターン１ａは軟化せずに、混合層４のみが軟化し、絶縁層２の主表面に平行な方向において混合層４よりも大きな幅を有する混合層４ａが形成される。つまり、混合層４を伴ったレジストパターン１ａの間隔Ｔ２よりも小さな間隔ｔを有する混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａが形成される。
【００５９】
本実施例の微細パターン形成方法においては、レジストパターン１ａを軟化させることなく、混合層４を軟化させることを特徴とする。
【００６０】
なお、表３には、レジストパターン１ａの間隔Ｔ１の寸法と本実施例の微細パターン形成方法によって形成された微細パターンの間隔ｔの寸法とが示されている。表３においても、図１に示されるホールパターン、図２に示されるラインパターン、および図３に示されるスペースパターンのそれぞれの寸法が記載されている。
【００６１】
【表３】
2007140151.tif 000005
【実施例１０】
【００６２】
本実施例の微細パターン形成方法においては、まず、図５に示されるように、実施例１において説明されたレジストパターン１ａが絶縁層２上に形成される。次に、実施例６において説明された本発明の微細パターン形成用材料としてのカバー層３の原材料がレジストパターン１ａを覆うように絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上でスピンコートされる。その後、８５℃の温度で、７０秒間、レジストパターン１ａのプリベークが行なわれる。
【００６３】
次に、図６に示される状態で、カバー層３およびレジストパターン１ａが、１０５℃の温度で、７０秒間、ミキシングベーク（ＭＢ）される。それにより、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａ中に浸透し、図７に示されるように、混合層４が形成される。次に、純水を用いて、現像剥離が行なわれ、それにより、図８に示されるように、カバー層３が除去される。
【００６４】
その後、混合層４の軟化点以上でありかつレジストパターン１ａの軟化点よりも低い温度である１３０℃の温度で、６０秒間、レジストパターン１ａの露光後の熱処理（ＰＥＢ処理）が行なわれる。それにより、レジストパターン１ａは軟化せずに、混合層４のみが軟化する。その結果、図９に示されるように、絶縁層２の主表面に平行な方向において混合層４よりも大きな厚さを有する混合層４ａが形成される。つまり、混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａの間隔ｔは、混合層４を伴ったレジストパターン１ａの間隔Ｔ２よりも小さい。
【００６５】
本実施例の微細パターン形成方法においても、レジストパターン１ａを軟化させることなく、混合層４を軟化させることを特徴とする。
【００６６】
なお、表４には、レジストパターン１ａの間隔Ｔ１の寸法と本実施例の微細パターン形成方法によって形成された微細パターンの間隔ｔの寸法とが示されている。表４においても、図１に示されるホールパターン、図２に示されるラインパターン、および図３に示されるスペースパターンのそれぞれの寸法が記載されている。
【００６７】
【表４】
2007140151.tif 000006
【実施例１１】
【００６８】
本実施例の微細パターン形成方法においては、まず、図５に示されるように、実施例４において説明されたレジストパターン１ａが絶縁層２上に形成される。次に、レジストパターン１ａを覆うように、実施例５において説明された本発明の微細パターン形成用材料としてのカバー層３の原材料が、絶縁層２上に滴下され、絶縁層２上でスピンコートされる。
【００６９】
その後、カバー層３の原材料が、８５℃の温度で、７０秒間、プリベークされる。それにより、図６に示されるように、レジストパターン１ａを覆うカバー層３が形成される。また、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａへ浸透することによって形成される混合層の軟化点以上の温度でありかつレジストパターン１ａの軟化点よりも低い温度である１３５℃で、９０秒間、ミキシングベーク（ＭＢ）が行なわれる。つまり、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａへ浸透した直後の混合層を形成するための熱処理と、その後にその混合層を軟化させるための熱処理とが一連の熱処理によって行われる。
【００７０】
それにより、図１１に示されるように、レジストパターン１ａとカバー層３との間に混合層４ａが形成される。混合層４ａは、絶縁層２の主表面に平行な方向において、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａへ浸透することによって形成された直後の混合層よりも厚さが大きい。つまり、混合層４ａを伴ったレジストパターン１ａの間隔ｔは、カバー層３中の成分がレジストパターン１ａへ浸透することによって形成された直後の混合層を伴ったレジストパターン４の間隔Ｔ２よりも小さい。次に、純水を用いて、現像剥離が行なわれ、それにより、図９に示されるように、カバー層３が除去される。
【００７１】
本実施例の微細パターン形成方法においても、第１のレジストパターン１ａを軟化させることなく、混合層を軟化させることを特徴とする。
【００７２】
なお、表５には、レジストパターン１ａの間隔Ｔ１の寸法と本実施例の微細パターン形成方法によって形成された微細パターンの間隔ｔの寸法とが示されている。表５においても、図１に示されるホールパターン、図２に示されるラインパターン、および図３に示されるスペースパターンのそれぞれの寸法が記載されている。
【００７３】
【表５】
2007140151.tif 000007
【００７４】
上述の各実施例に示された微細パターン形成方法は、半導体デバイスの製造プロセス、液晶表示素子の製造プロセス、磁気ヘッドの製造プロセス、およびマイクロレンズの製造プロセスなどに適用され得るものであり、特に、ＳＯＣ（System On Chip）などの半導体装置の製造プロセスに適用されることが好ましい。
【００７５】
また、本発明の微細パターン形成方法は、実施例７〜１１において説明された形態の微細パターン形成方法に限定されるものではなく、あらゆる形態の微細パターンの形成方法に適用することができるものである。特に、本発明の微細パターン形成方法は、半導体デバイスの基板と配線とを接続するコンタクトホールパターン、および、下層配線と上層配線とを接続するビアホールパターンの形成のために用いられることが好ましい。
【００７６】
また、前述の絶縁層２の材料としては、様々な材料が用いられ得るが、たとえば、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate Glass）、または、誘電率が低いＬｏｗ−ｋなどの材料が用いられることが望ましい。
【００７７】
なお、本発明の微細パターン形成用材料として、前述の実施例において示されているカバー層３の原材料以外にも、次の表６および表７に示されている材料がカバー層３の原材料として用いられ得る。カバー層３の原材料は、溶媒、その溶媒に溶解する樹脂、および添加剤を含んでいる。なお、表６には、水溶性の溶媒が用いられるときのカバー層３の原材料の組み合わせが記載され、表７には、非水溶性溶媒が用いられるときのカバー層３の原材料の組み合わせが記載されている。
【００７８】
【表６】
2007140151.tif 000008
【００７９】
【表７】
2007140151.tif 000009
【００８０】
なお、露光光源としては、表６および表７に記載されているように、ｉ線、ＫｒＦ、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）、およびＥＢ（Electron Beam）のうちのいずれもが用いられ得る。また、レジスト材料としては、ノボラックまたはポリヒドロキシスチレン等のフェノール樹脂を主成分とするものが用いられ得る。この場合、アルコール水溶液が溶媒として用いられるときには、アルコールの含有率αは１０％以下である。また、レジスト材料として、ＡｒＦレジストアクリル系またはポリシクロオレフィン系ポリマーの完全保護体（保護基：Blocking Group）を主成分とする疎水性の高いレジストが用いられてもよい。この場合、アルコール水溶液が溶媒として用いられときには、アルコールの含有率αは３０％以下である。
【００８１】
また、水溶性の溶媒としては、表６に示すように、水または水＋低級アルコール（〜α％）が用いられる。低級アルコールには下地のレジストが溶解しない。低級アルコールとしては、エタノール、プロパノール（ｎ−，ｉｓｏ−）、およびブタノール（ｎ−，ｉｓｏ−，ｔｅｒｔ−）のいずれかが用いられ得る。ただし、これらのアルコールの２種類以上の混合物が水溶性の溶媒として用いられてもよい。さらに、ケトン系溶媒、たとえば、アルキルケトンが溶媒として用いられてもよい。これらの溶媒には、レジストパターンが溶解しない。
【００８２】
また、前述の水溶性溶媒に混合される樹脂としては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アミド、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリメタクリル酸、ポリメタリル酸アミド、スチレン−マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン樹脂、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミド樹脂、エチレングリコールが樹脂、前述の樹脂の２種類以上の混合物、および前述の樹脂の２種類以上の共重合体のいずれが用いられてもよい。
【００８３】
また、水溶性溶媒に浸透性成分として添加される添加剤としては、低分子アミン化合物である、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジアミノプロパン、Ｎ（ＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2）3、ポリエチレンイミンオリゴマー、および、ポリアリルアミンオリゴマーのうちのいずれが用いられてもよい。また、水溶性溶媒に添加される添加剤として、低分子アミド化合物である、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、およびスルホン酸アミドのうちいずれが用いられてもよい。また、前述の低分子アミン化合物および低分子アミド化合物のうちの２種類以上の混合物が用いられてもよい。なお、前述の場合に、低分子とは、モノマーまたはオリゴマーからなり、分子量が５００以下の分子を意味するものとする。
【００８４】
また、水溶性溶媒に添加される添加剤として、非共有電子対を有する浸透性溶媒が用いられてもよい。浸透性溶媒は、非共有電子対（Lone Pair）を有するため、電子を供給するドナーとして機能する性質を有している。浸透性溶媒としては、Ｎ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、およびテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）のうちいずれが用いられてもよい。また、これらの浸透性溶媒のうちの２種類以上の混合物が用いられてもよい。
【００８５】
また、非水溶性の溶媒としては、表７に示すように、キシレン、トルエン、アニソール、シクロヘキサノン、シクロヘキサノール、およびそれらの非水溶性溶媒の２種類以上の混合物のうちのいずれが用いられてもよい。さらに、ケトン系溶媒、たとえば、アルキルケトンが混合溶媒として用いられてもよい。
【００８６】
また、前述の非水溶性溶媒に混合される樹脂としては、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸アミド、ポリビニルアセタール、ポリビニルエーテル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリメタクリル酸エステル、ポリメタリル酸アミド、ポリビニルアミン樹脂、ポリアリルアミンオキサゾリン基含有樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミド樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アルコキシセルロース、前述の樹脂のうちの２種類以上の混合物、および、前述の樹脂の２種類以上の共重合体が用いられ得る。
【００８７】
また、非水溶性溶媒に添加される添加剤としては、低分子アミン化合物である、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジアミノプロパン、Ｎ（ＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2）3、ポリエチレンイミンオリゴマー、およびポリアリルアミンオリゴマーのうちいずれが用いられてもよい。また、非水溶性溶媒に添加される添加剤として、低分子アミド化合物である、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、およびスルホン酸アミドのうちいずれが用いられてもよい。また、前述の低分子アミン化合物および低分子アミド化合物のうちの２種類以上の混合物が用いられてもよい。なお、低分子とは、モノマーまたはオリゴマーからなり、分子量が５００以下の分子を意味するものとする。
【００８８】
また、非水溶性溶媒に添加される添加剤として、非共有電子対を有する浸透性溶媒が用いられてもよい。浸透性溶媒は、前述のように、非共有電子対を有するため、電子を供給するドナーとして機能する性質を有している。浸透性溶媒としては、Ｎ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、およびテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）のうちいずれが用いられてもよい。また、これらの浸透性溶媒のうちの２種類以上の混合物が用いられてもよい。
【００８９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】実施の形態の微細パターン形成方法によって形成されるホールパターンのレジストマスクを示す図である。
【図２】実施の形態の微細パターン形成方法によって形成されるラインパターンのレジストマスクを示す図である。
【図３】実施の形態の微細パターン形成方法によって形成されるスペースパターンのレジストマスクを示す図である。
【図４】実施の形態の微細パターン形成方法を説明するための図である。
【図５】実施の形態の微細パターン形成方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態の微細パターン形成方法を説明するための図である。
【図７】実施の形態の微細パターン形成方法を説明するための図である。
【図８】実施の形態の微細パターン形成方法を説明するための図である。
【図９】実施の形態の微細パターン形成方法を説明するための図である。
【図１０】実施の形態の微細パターン形成用材料を用いて被エッチング材料をエッチングし、電子デバイスを製造する方法を説明するための図である。
【図１１】実施の形態の他の微細パターン形成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  レジスト膜、１ａ  レジストパターン、２  絶縁層、２ａ  ホール、３  カバー層、４，４ａ  混合層。
【図１】
2007140151.tif 000010
【図２】
2007140151.tif 000011
【図３】
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【図４】
2007140151.tif 000013
【図５】
2007140151.tif 000014
【図６】
2007140151.tif 000015
【図７】
2007140151.tif 000016
【図８】
2007140151.tif 000017
【図９】
2007140151.tif 000018
【図１０】
2007140151.tif 000019
【図１１】
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