(57)【要約】【課題】ダブルパターニングプロセスにおいて側壁部形成のための薄膜が堆積される対象構造を有機材料により形成した場合であっても、均一な側壁部を形成する。【解決手段】基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜をアルカリ性の薬剤に曝す工程と、前記薬剤に曝された前記フォトレジスト膜を露光する工程と、露光された前記フォトレジスト膜を現像する工程とを含むフォトレジストパターン形成方法により上記の課題が達成される。【選択図】図４
2013080169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜をアルカリ性の薬剤に曝す工程と、
前記薬剤に曝された前記フォトレジスト膜を露光する工程と、
露光された前記フォトレジスト膜を現像する工程と
を含むフォトレジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記曝す工程において、前記フォトレジスト膜が前記薬剤のガス又は蒸気に曝される、請求項１に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項３】
前記フォトレジスト膜を加熱する第１の加熱工程であって、前記曝す工程とともに又は前記曝す工程の後に行われる当該第１の加熱工程を更に含む、請求項１又は２に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項４】
前記現像する工程に先立って、
露光された前記フォトレジスト膜が形成される前記基板を加熱する第２の加熱工程を更に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項５】
前記現像する工程に先立って、
露光された前記フォトレジスト膜に酸性溶液を接触させ、前記酸性溶液が接触された前記フォトレジスト膜を加熱する第３の加熱工程を更に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項６】
前記現像する工程において、２．３８重量％よりも高い濃度を有する水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて露光された前記フォトレジスト膜が現像される、請求項１から５のいずれか一項に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項７】
前記フォトレジスト膜が化学倍増型フォトレジスト液から形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項８】
前記薬剤が、アミン系化合物又はピロリドン系化合物を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項９】
基板に形成されるエッチング対象膜上に、異なる材料で形成される第１の膜及び第２の膜をこの順に形成する工程と、
前記第２の膜上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜をアルカリ性の薬剤に曝す工程と、
前記薬剤に曝された前記フォトレジスト膜を露光する工程と、
露光された前記フォトレジスト膜を現像して所定のパターンを有する第１のパターンを形成する工程と、
前記第１のパターンを縮小化することにより、シリコン含有膜が堆積され得る第１のコア部を形成する工程と、
前記第１のコア部を覆うシリコン含有膜を形成し、当該シリコン含有膜をエッチバックすることにより、前記第１のコア部の側面に堆積された当該シリコン含有膜を含む第２のパターンを形成する工程と、
前記第２のパターンを用いて前記第２の膜をエッチングすることにより、シリコン含有膜が堆積され得る第２のコア部を形成する工程と、
前記第２のコア部を覆うシリコン含有膜を形成し、当該シリコン含有膜をエッチバックすることにより、前記第２のコア部の側面に堆積された当該シリコン含有膜を含む第３のパターンを形成する工程と、
前記第３のパターンを用いて前記第１の膜をエッチングすることにより、前記エッチング対象膜をエッチングするエッチングマスクを形成する工程と
を含むエッチングマスク形成方法。
【請求項１０】
前記曝す工程において、前記フォトレジスト膜が前記薬剤のガス又は蒸気に曝される、請求項９に記載のエッチングマスク形成方法。
【請求項１１】
前記フォトレジスト膜を加熱する第１の加熱工程であって、前記曝す工程とともに又は前記曝す工程の後に行われる当該第１の加熱工程を更に含む、請求項９又は１０に記載のエッチングマスク形成方法。
【請求項１２】
前記現像する工程に先立って、
露光された前記フォトレジスト膜が形成される前記基板を加熱する第２の加熱工程を更に含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載のエッチングマスク形成方法。
【請求項１３】
前記現像する工程に先立って、
露光された前記フォトレジスト膜に酸性溶液を接触させ、前記酸性溶液が接触された前記フォトレジスト膜を加熱する第３の加熱工程を更に含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載のエッチングマスク形成方法。
【請求項１４】
前記現像する工程において、２．３８重量％よりも高い濃度を有する水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて露光された前記フォトレジスト膜が現像される、請求項９から１３のいずれか一項に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項１５】
前記フォトレジスト膜が化学倍増型フォトレジスト液から形成される、請求項９から１４のいずれか一項に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項１６】
前記薬剤が、アミン系化合物又はピロリドン系化合物を含む、請求項９から１５のいずれか一項に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成され露光されたレジスト膜を現像する現像方法に関し、特にダブルパターニングプロセスにおいて薄膜を形成する芯材としてレジストパターンを利用するに好適な現像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の高集積化に伴い、回路要素の更なる微細化が進んでいる。微細化のためには例えば極紫外（ＥＵＶ）光などの短波長露光光を用いることが好ましいが、そのような露光光を発する露光装置はまだ実用化されていない。
【０００３】
そこで、従来の露光装置により微細化を可能とするダブルパターニング技術が開発され、実用化されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７７４２号公報
【特許文献２】米国特許第５，０１３，６８０号明細書（第９欄から第１０欄）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
広い意味でのダブルパターニングには、従来のフォトリソグラフィー技術を用いて基板上に形成した例えばライン・アンド・スペース構造に対して所定の薄膜を堆積し、その薄膜のうちラインの両側面に堆積された薄膜（側壁部）を利用する、いわゆる自己整合ダブルパターニングがある。フォトリソグラフィー技術で形成されたラインの幅が現状の露光限界寸法程度であっても、露光限界寸法よりも小さい幅を有する側壁部が形成され得る。例えば、ライン・アンド・スペース構造のライン及びスペース幅と、薄膜の厚さとを調整すれば、ライン・アンド・スペース構造のライン幅の約２分の１の幅を有する側壁部を形成することができる。また、そのようにして得た側壁部に対して所定の厚さを有する所定の薄膜を更に堆積すれば、もとのライン・アンド・スペース構造のライン幅の約４分の１の幅を有する側壁部を得ることができる。このように、ダブルパターニングによれば、フォトリソグラフィー技術の露光限界寸法を下回る寸法を有するパターンを形成することが可能となる。
【０００６】
ここで、もとのライン・アンド・スペース構造は、例えばアモルファスカーボンなどの無機材料により形成される場合がある。これによれば、均一なライン幅及びスペース幅を得ることが可能となるため、ラインの両側面に形成される側壁部も均一な幅及び間隔で形成することができる。したがって、露光限界寸法よりも微細化されたパターンの均一化に有利である。
【０００７】
その一方で、もとのライン・アンド・スペース構造をフォトレジスト膜などの有機材料により形成することも考えられる。アモルファスカーボンのような無機材料は例えば化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスにより形成されるのに対し、フォトレジスト膜などの有機材料は回転塗布法により形成できるため、半導体集積回路の製造コストを低減できるという利点がある。
【０００８】
しかしながら、フォトレジスト膜等でライン・アンド・スペース構造を形成し、これに対して薄膜を堆積すると、ラインの側面が傾斜したり、ラインの上端部が丸まったりする場合があり、このため、微細化パターンの均一性が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に照らし、ダブルパターニングプロセスにおいて側壁部形成のための薄膜が堆積される対象構造を有機材料により形成した場合であっても、均一な側壁部を形成可能なフォトレジストパターンの形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、基板上にフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜をアルカリ性の薬剤に曝す工程と、前記薬剤に曝された前記フォトレジスト膜を露光する工程と、露光された前記フォトレジスト膜を現像する工程とを含むフォトレジストパターン形成方法が提供される。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、基板に形成されるエッチング対象膜上に、異なる材料で形成される第１の膜及び第２の膜をこの順に形成する工程と、前記第２の膜上にフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜をアルカリ性の薬剤に曝す工程と、前記薬剤に曝された前記フォトレジスト膜を露光する工程と、露光された前記フォトレジスト膜を現像して所定のパターンを有する第１のパターンを形成する工程と、前記第１のパターンを縮小化することにより、シリコン含有膜が堆積され得る第１のコア部を形成する工程と、前記第１のコア部を覆うシリコン含有膜を形成し、当該シリコン含有膜をエッチバックすることにより、前記第１のコア部の側面に堆積された当該シリコン含有膜を含む第２のパターンを形成する工程と、前記第２のパターンを用いて前記第２の膜をエッチングすることにより、シリコン含有膜が堆積され得る第２のコア部を形成する工程と、前記第２のコア部を覆うシリコン含有膜を形成し、当該シリコン含有膜をエッチバックすることにより、前記第２のコア部の側面に堆積された当該シリコン含有膜を含む第３のパターンを形成する工程と、前記第３のパターンを用いて前記第１の膜をエッチングすることにより、前記エッチング対象膜をエッチングするエッチングマスクを形成する工程とを含むエッチングマスク形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、ダブルパターニングプロセスにおいて側壁部形成のための薄膜が堆積される対象構造を有機材料により形成した場合であっても、均一な側壁部を形成可能なフォトレジストパターンの形成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法を実施するのに好適な塗布現像装置を示す概略上面図である。
【図２】図１の塗布現像装置を示す概略側面図である。
【図３】図１の塗布現像装置に設けられる失活処理装置を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法の各工程におけるウエハＷの断面を模式的に示す断面図である。
【図６】図６に引き続いて、本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法の各工程におけるウエハＷの断面を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法の効果・利点を説明するための比較例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法の効果・利点を説明する説明図である。
【図９】本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法の変形例の効果・利点を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１および図２を参照しながら、本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法を実施する際に利用され得る塗布現像装置について説明する。図１は塗布現像装置の平面図であり、図２は図１の塗布現像装置の側面図である。  
図１に示すように、本実施形態の塗布現像装置３０は、キャリアブロックＢ１、処理ブロックＢ２、およびインターフェイスブロックＢ３を備えている。また、インターフェイスブロックＢ３は露光装置Ｂ４に結合されている。
【００１６】
キャリアブロックＢ１は、複数のウエハを収容する密閉型のキャリアＣが載置される載置部６０と、載置部６０に載置されるキャリアＣからウエハを取りだして処理ブロックＢ２へ搬送し、処理ブロックＢ２にて処理されたウエハをキャリアＣへ収容する搬送アーム６２とを有している。
【００１７】
処理ブロックＢ２には、図２に示すように、現像処理を行うためのＤＥＶ層Ｌ１と、フォトレジスト膜の下地層としての反射防止膜を形成するためのＢＣＴ層Ｌ２と、フォトレジスト液を塗布するためのＣＯＴ層Ｌ３と、フォトレジスト膜の上に形成される反射防止膜を形成するためのＴＣＴ層Ｌ４とが下方から順に設けられている。
【００１８】
ＤＥＶ層Ｌ１には、図１に示す現像部６８が例えば２段に積層されており、この２段の現像部６８にウエハＷを搬送するための搬送アーム６９ａ（図２）が設けられている。現像部６８には、ウエハＷ上に形成され、露光されたフォトレジスト膜を現像する１又は複数の（図示の例では３つの）現像ユニット６８ａが配置されている。現像ユニット６８ａは、図示を省略するが、露光されたフォトレジスト膜が形成されているウエハＷを回転可能に保持するスピンチャックと、スピンチャックにより保持されるウエハＷに対して現像液を供給する供給ノズルと、現像液を洗い流すリンス液を供給するリンスノズルと、ウエハＷに供給され、スピンチャックの回転によりウエハＷ上から飛散する現像液及びリンス液を受けるカップとを備えている。
【００１９】
ＢＣＴ層Ｌ２とＴＣＴ層Ｌ４には、図示を省略するが、各々反射防止膜用の薬液をスピンコーティングして反射防止膜を形成する反射防止膜塗布部が設けられている。塗布部には、上述の現像ユニット６８ａと同様の構成を有する１又は複数の反射防止膜塗布ユニットが配置されている。
【００２０】
ＣＯＴ層Ｌ３には、図示を省略するが、フォトレジスト液をスピンコーティングしてフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜塗布部が設けられ、フォトレジスト膜塗布部には、上述の現像ユニット６８ａと同様の構成を有する１又は複数のフォトレジスト膜塗布ユニットが配置されている。
【００２１】
なお、ＤＥＶ層Ｌ１に配置される現像ユニットの数、ＢＣＴ層Ｌ２及びＴＣＴ層Ｌ４に配置される反射防止膜塗布ユニットの数、並びにＣＯＴ層Ｌ３に配置されるフォトレジスト膜塗布ユニットの数は、適宜調整して良い。また、場合に応じて、例えばＴＣＴ層Ｌ４には、ＣＯＴ層Ｌ３においてウエハＷ上に形成されたフォトレジスト膜を例えばＨＭＤＳ液などを薬液で処理する処理ユニットを配置しても良い。この処理ユニットは、供給する薬液が異なるものの、現像ユニットや塗布ユニットと同様の構成を有することができる。
【００２２】
また、処理ブロックＢ２には、各層Ｌ１〜Ｌ４に対応して設けられる加熱ユニットや冷却ユニット（不図示）が処理ユニット群６３（図１）に積層されている。例えば、ＣＯＴ層Ｌ３に対向するようにウエハＷ上に塗布されたフォトレジスト膜を加熱する塗布後加熱（ＰＡＢ）ユニットが設けられ、また、加熱後のウエハＷを冷却し常温（例えば２３℃）に維持する冷却ユニットが設けられている。
【００２３】
また、各ユニット間でウエハＷの受け渡しを行うため、ＢＣＴ層Ｌ２には搬送アーム６９ｂが、ＴＣＴ層Ｌ４には搬送アーム６９ｄが配置されている。  
さらに、処理ブロックＢ２には、キャリアブロックＢ１側に第１棚ユニットＵ１が設けられ、インターフェイスブロックＢ３側に第２棚ユニットＵ２が設けられている。第１棚ユニットＵ１及び第２棚ユニットＵ２には複数の受け渡しユニットが設けられている。これらの受け渡しユニットのうち、図２にて参照符号ＣＰＬ＋数字で示される受け渡しユニットには温度調節用の冷却ユニットが備えられており、参照符号ＢＦ＋数字で示される受け渡しユニットには複数枚のウエハＷを載置可能なバッファユニットが備えられている。また、第１棚ユニットＵ１のＸ方向側（図１参照）に隣接して、第１棚ユニットＵ１の各部間でウエハＷを搬送する昇降自在な搬送アーム１６が設けられている。
【００２４】
また、ＤＥＶ層Ｌ１内の上部にはシャトルアーム７００が設けられている（図２参照）。シャトルアーム７００は、第１棚ユニットＵ１の受け渡しユニットＣＰＬ１１０から第２棚ユニットＵ２の受け渡しユニットＣＰＬ１２０にウエハＷを直接搬送することができる。
【００２５】
インターフェイスブロックＢ３は、インターフェイスアームＦを備えており、このインターフェイスアームＦによって第２棚ユニットＵ２と露光装置Ｂ４との間でウエハＷが受け渡される。露光装置Ｂ４では、インターフェイスアームＦから搬送されたウエハＷに対して所定の露光処理が行われる。また、インターフェイスブロックＢ３には、失活処理装置１０が配置されており、失活処理装置１０に対するウエハＷの搬入出は、インターフェイスアームＦにより行われる。
【００２６】
図３を参照すると、失活処理装置１０は、上端が開口する容器本体２０２と、この容器本体２０２の上部開口を覆うように設けられた蓋体２０３とを備えている。容器本体２０２は、円形の上面形状を有する枠体２２１と、枠体２２１の底部から内側に延びる鍔状の底部２２２と、底部２２２に支持されるウエハ載置台２０４とを備えている。ウエハ載置台２０４の内部には加熱手段２０４ｈが設けられ、これによりウエハ載置台２０４上に載置されるウエハＷを加熱することができる。
【００２７】
一方、蓋体２０３は、容器本体２０２の枠体２２１の上面に対して蓋体２０３の周縁部２３１が接近するように、容器本体２０２を覆うことにより、容器本体２０２の上端開口が蓋体２０３により閉じられている。そして、これらの間に処理室２２０が区画されている。
【００２８】
ウエハ載置台２０４には、外部の搬送手段（不図示）との間でウエハＷの受け渡しを行なうための複数本の昇降ピン２４１が設けられており、この昇降ピン２４１は昇降機構２４２により昇降自在に構成されている。図中の参照符号２４３は、載置台２０４の裏面側に設けられた、この昇降機構２４２の周囲を囲むカバー体である。容器本体２０２と蓋体２０３は、互いに相対的に昇降自在に構成されている。この例では、昇降機構（不図示）により蓋体２０３が、容器本体２０２と接続される処理位置と、容器本体２０２の上方側に位置する基板搬出入位置との間で昇降自在である。
【００２９】
また、蓋体２０３の裏面側中央部には、載置台２０４上に載置されるウエハＷに対して失活処理ガスを供給する処理ガス供給部２０５が設けられている。また、蓋体２０３の内部には、処理ガス供給部２０５と連通するガス供給路２３３が形成されている。この例では、ガス供給路２３３は蓋体３の上方側にて屈曲されて略水平に伸びるように形成され、ガス供給路２３３の上流端は、ガス供給管２６１を介して失活処理ガスの供給源２６２と、置換ガスの供給源２６３とに接続されている。本実施形態においては、失活処理ガスとしてヘキサメチルジシラザン（Hexamethyldisilazane；ＨＭＤＳ）ガスが用いられる。また、置換ガスとしては、希ガスやＮ２ガス等の不活性ガスを利用することができる。
【００３０】
なお、失活処理ガスの供給源２６２としては、例えば、バブラータンク、スキマータンク等のガス発生機を用いることができる。例えば失活処理ガスがＨＭＤＳガスの場合、供給源２６２は、ＨＭＤＳ液からガス（又は蒸気）を発生させ、発生したガスをガス供給路２３３に供給する。
【００３１】
ガス供給管２６１には、ＨＭＤＳガスの供給源２６２とガス供給路２３３との間に、ＨＭＤＳガスの供給流量を調整する第１の流量調整バルブＶ１が設けられている。また、Ｎ２ガスの供給源２６３とガス供給路２３３との間に、Ｎ２ガスの供給流量を調整する第２の流量調整バルブＶ２が設けられている。これら流量調整バルブＶ１、Ｖ２は、流量調整機能に加えて開閉機能を有しており、これらを相補的に開閉すれば、ガス供給路２３３へ供給されるガスが、ＨＭＤＳガスとＮ２ガスとの間で切り換えられる。また、夫々のガスの供給流量を調整することができる。また、流量調整バルブＶ１、Ｖ２を同時に開けば、ＨＭＤＳガスとＮ２ガスとの混合ガス（希釈されたＨＭＤＳガス）をガス供給路２３３へ供給することができる。
【００３２】
一方、蓋体２０３には、ウエハ載置台２０４上のウエハＷよりも外側から処理室２２０内を排気するための排気路２８１が形成されている。また蓋体２０３の上壁部２３２の内部には、処理ガス供給部２０５が設けられる中央領域以外の領域に面状に伸び、例えばリング状の平面形状を有する扁平な空洞部２８２が形成されている。前述した排気路２８１の下流端はこの空洞部２８２に接続されている。さらにこの空洞部２８２には、例えば蓋体２０３の中央近傍領域にて、複数本例えば６本の排気管２８３が接続されている。また、排気管２８３の下流端は排気流量調整バルブＶ４を介して排気手段２８４をなすエジェクターに接続されている。
【００３３】
このような構成によれば、ＨＭＤＳガスの供給源２６２からガス供給路２３３及び処理ガス供給部２０５を通して、ウエハ載置台２０４上に載置されるウエハＷに対してＨＭＤＳガスが供給され、排気路２８１から空洞部２８２及び排気管２８３を通して排気手段２８４により排気される。
【００３４】
次に、塗布現像装置３０を用いてウエハにエッチングパターンを形成する方法の一例を説明する。なお、このまずキャリアブロックＢ１からウエハＷを第１棚ユニットＵ１の受け渡しユニット、例えばＢＣＴ層Ｌ２に対応する受け渡しユニットＣＰＬ２に搬送アーム６２によって搬送する。次に、このウエハＷは、搬送アーム１６により受け渡しユニットＣＰＬ３へ搬送され、搬送アーム６９ｃにより、ＣＯＴ層Ｌ３に搬入される。ＣＯＴ層Ｌ３において、ウエハＷの表面（または最上層）が疎水化される。次いで、搬送アーム６９ｃにより塗布ユニットへ搬送され、ここでフォトレジスト膜が形成される。ウエハＷの表面が疎水化されているため、フォトレジスト膜はウエハＷの表面（また下地層）に対して高い密着性をもって形成される。
【００３５】
その後ウエハＷは、搬送アーム６９ｃにより第１棚ユニットＵ１の受け渡しユニットＢＦ３へ搬送される。受け渡しユニットＢＦ３に搬送されたウエハＷは、搬送アーム１６により受け渡しユニットＣＰＬ４へと搬送され、搬送アーム６９ｄによってＴＣＴ層Ｌ４へと搬送される。そして、ＴＣＴ層Ｌ４にてウエハＷのフォトレジスト膜の上に反射防止膜が形成され、受け渡しユニットＴＲＳ４に搬送される。なお、求められる仕様等に応じてフォトレジスト膜の上に反射防止膜を形成しない場合や、ウエハＷに対して疎水化処理を行う代わりに、ＢＣＴ層Ｌ２にてウエハＷに直接反射防止膜が形成される場合もある。
【００３６】
フォトレジスト膜や反射防止膜が形成されたウエハＷは、搬送アーム１６（図１）により、受け渡しユニットＢＦ３又はＴＲＳ４から受け渡しユニットＣＰＬ１１０へと搬送され、シャトルアーム７００によって受け渡しユニットＣＰＬ１２０に搬送される。
【００３７】
次いで、ウエハＷは、インターフェイスブロックＢ３のインターフェイスアームＦ（図１）によって、失活処理装置１０へ搬送される。失活処理装置１０において、ウエハＷの表面に形成されたフォトレジスト膜に対して後述する失活処理が行われる。次いで、ウエハＷは、インターフェイスアームＦにより失活処理装置１０から取り出されて、露光装置Ｂ４へ搬送される。そして、露光装置Ｂ４においてウエハＷ上に形成されたフォトレジスト膜が露光された後、ウエハＷは、インターフェイスアームＦによって第２棚ユニットＵ２の受け渡しユニットＴＲＳ６へ搬送される。続けて、ウエハＷは、搬送アーム６９ａによりＤＥＶ層Ｌ１に搬送され、ここで、露光されたフォトレジスト膜が現像された後、搬送アーム６９ａによって第１棚ユニットＵ１の受け渡しユニットＴＲＳ１へ搬送され、搬送アーム６２によってキャリアＣへ収容される。これにより、ウエハＷにフォトレジストパターンが形成される。
【００３８】
次に、本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法について図４から図６までを参照して説明する。なお、このエッチングマスク形成方法には、本発明の実施形態によるレジストパターン形成方法が含まれている。
【００３９】
まず、ステップＳ４１（図４）において、ウエハ上に形成されたエッチング対象膜１１の上に、第１の無機材料膜１２、第２の無機材料膜１３、及び無機反射防止膜１４がこの順に形成される（図５（ａ）参照）。  
第１の無機材料膜１２は、エッチング対象膜１１をエッチングする際に十分なエッチング比を実現できる材料で形成される。本実施形態においては、シリコン（Ｓｉ）で形成されるエッチング対象膜１１に対し、第１の無機材料膜１２は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により堆積された窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成されている。他の実施形態においては、例えばＴｉＮ膜やＴｉ膜などで形成してもよい。
【００４０】
第２の無機材料膜１３は、本実施形態においては、回転塗布法により塗布形成されるスピンオンカーボンで形成されている。他の実施形態においては、例えば回転塗布法による有機材料で第２の無機材料膜１３を形成してもよい。  
無機反射防止膜１４は、本実施形態においては、ＣＶＤ法により堆積されるアモルファスシリコンで形成されている。他の実施形態においては、例えば真空蒸着、ＣＶＤ、スパッタリング等の方法により堆積されるＴｉ、ＴｉＯ２、及びＴｉＮなどで無機反射防止膜１４を形成してもよい。
【００４１】
次に、図５（ａ）に示す構造を有するウエハが塗布現像装置３０へ搬入され、疎水化処理及び冷却処理が行われる。次いで、ステップＳ４２（図４）において、ＣＯＴ層Ｌ３（図２）の塗布ユニット内で、無機反射防止膜１４の上にフォトレジスト膜１５が形成される。フォトレジスト膜１５は、例えば化学増幅型レジストにより形成することが好ましい。フォトレジスト膜１５が形成されたウエハは、失活処理装置１０（図１及び図３）へ搬送される。失活処理装置１０内では、ウエハ載置台２０４上にウエハＷが載置され、加熱手段２０４ｈによってウエハＷが所定の温度に加熱され（例えば１１０℃、６０秒間）、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜１５がＨＭＤＳガスに曝される（図４：ステップＳ４３）。これにより、フォトレジスト膜１５の表面に接したＨＭＤＳガスの一部がフォトレジスト膜１５の表面に凝結し、フォトレジスト膜１５の表層部に残留する。
【００４２】
なお、失活処理装置１０内でウエハＷ（フォトレジスト膜１５）が加熱されるため、本実施形態において、フォトレジスト膜１５の塗布後ベーク（ＰＡＢ）は不要である。
【００４３】
次いで、そのウエハが露光装置Ｂ４に搬入され、フォトレジスト膜１５が所定のフォトマスク（レチクル）を用いて露光される（図４：ステップＳ４４）。露光後のウエハは、露光装置Ｂ４から塗布現像装置３０へ再び搬入される。ポストエクスポージャベークを経た後、ＤＥＶ層Ｌ１の現像ユニット６８（図１）において、露光されたフォトレジスト膜１５が現像される。この現像には、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ））水溶液（２．３８重量％）を用いることが好ましい。これにより、図５（ｃ）に示すように、フォトレジストから形成される第１のパターン１５ａが得られる（図４：ステップＳ４５）。第１のパターン１５ａは、例えば４０ｎｍの幅ｗ１を有するラインと、４０ｎｍの幅ｓ１を有するスペースとを有するライン・アンド・スペース状のパターンである。
【００４４】
続けて、第１のパターン１５ａが形成されたウエハは塗布現像装置３０から搬出されて、酸素プラズマ処理装置（不図示）へ搬入される。酸素プラズマ処理装置において、第１のパターン１５ａはが酸素プラズマに曝されると、図５（ａ）に示すように、縮小化（スリミング）され、第１のパターン１５ａからコア１５ｂが形成される（図４：ステップＳ４６）。コア１５ｂは、約２０ｎｍの幅ｗ２を有するラインと、約６０ｎｍの幅ｓ２を有するスペースとを有している。
【００４５】
次に、例えばＣＶＤ装置（不図示）において、コア１５ｂを覆うように酸化シリコン膜１６が堆積される。この堆積には、例えば分子層堆積装置を使用することが好ましい。分子層堆積によれば、コンフォーマルな堆積が可能となり、したがってコア１５ｂの側面に堆積された堆積された酸化シリコン膜１６と、コア１５ｂ及び無機反射防止膜１４の上面に堆積された酸化シリコン膜１６とが、ほぼ等しい膜厚を有することとなる。この厚さｔ１は例えば約２０ｎｍである。
【００４６】
次に、エッチング装置（不図示）において、異方性エッチングにより酸化シリコン膜１６をエッチバックすると、コア１５ｂ及び無機反射防止膜１４の上面に堆積された酸化シリコン膜１６がエッチングされ、コア１５ｂのラインの側面に堆積された酸化シリコン膜１６が残る。次いで、無機反射防止膜１４上に残るコア１５ｂを例えば酸素プラズマにより除去すると、図５（ｆ）に示すように、酸化シリコンで形成される第２のパターン１６ａが得られる（図４：ステップＳ４７）。第２のパターン１６ａは、約２０ｎｍの幅ｗ３を有するラインと、約２０ｎｍの幅ｓ３を有するスペースとを有している。
【００４７】
続いて、再びエッチング装置にて、第２のパターン１６ａをマスクとして、無機反射防止膜１４及び第２の無機材料膜１３をエッチングし、エッチング後に第２の無機材料膜１３上に残る無機反射防止膜１４と第２のパターン１６ａを除去すると、図６（ａ）に示すように、コア１３ａが得られる（図４：ステップＳ４８）。コア１３ａは、第２のパターン１６ａと同様に、約２０ｎｍの幅ｗ３を有するラインと、約２０ｎｍの幅ｓ３を有するスペースとを有している。
【００４８】
この後、分子層堆積装置において、コア１３ａを覆うように酸化シリコン膜１７が堆積される。ここで、酸化シリコン膜１７の厚さｔ２は約１０ｎｍである。続いて、再びエッチング装置において、異方性エッチングにより酸化シリコン膜１７をエッチバックすると、コア１３ａの上面と第１の無機材料膜１２の上面とに堆積された酸化シリコン膜１７がエッチングされ、コア１３ａのラインの側壁に堆積された酸化シリコン膜１７が残る。この後、コア１３ａを除去すると、図６（ｉ）に示すように、酸化シリコンで形成される第３のパターン１７ａが得られる（図４：ステップＳ４９）。第３のパターン１７ａは、約１０ｎｍの幅ｗ４を有するラインと、約１０ｎｍの幅ｓ４を有するスペースとを有している。
【００４９】
続けて、第３のパターン１７ａをマスクとして、第１の無機材料膜１２をエッチングすると、図６（ｊ）に示すように、ＳｉＮで形成される第４のパターン１２ａが得られる（図４：ステップＳ５０）。第４のパターン１２ａは、第３のパターン１７ａと同様に、約１０ｎｍの幅ｗ４を有するラインと、約１０ｎｍの幅ｓ４を有するスペースとを有している。このため、第４のパターン１２ａを用いてエッチング対象膜１１をエッチングすると、エッチング対象膜１１もまた、ライン・アンド・スペース形状を有することとなる。約１０ｎｍの幅は、図５（ｃ）に示す、フォトレジストにより形成される第１のパターン１５ａにおける約４０ｎｍの幅ｗ１に比べると、４分の１である。すなわち、フォトリソグラフィー技術における分解能を下回る線幅を実現することができる。
【００５０】
次に、図７を参照しながら、上述のエッチングマスク形成方法の効果・利点を説明する。
【００５１】
化学倍増型フォトレジストにより形成されるフォトレジスト膜を露光すると、露光光が照射された部分では酸が発生する。発生した酸は、フォトレジスト内のアルカリ不溶性保護基と反応し、これによりアルカリ不溶性保護基が可溶性基に変化する。すなわち、露光される部分が現像液に溶けることになる。図７（ａ）に示すように、フォトレジスト膜１５０を露光する際には、フォトマスクＰＭの遮光部ＬＢのエッジで露光光ＵＶが回折するため、遮光部ＬＢのエッジの下方の部分１５０Ｕにおいても酸が発生し、この部分１５０Ｕが可溶性となる。このため、現像後のパターン１５０ａにおいては、図７（ｂ）に矢印Ｙで示すように、ラインの上端部が丸くなる。このような形状を有するパターン１５０ａをスリミングすると、図７（ｃ）に示すように、スリミング後のパターン１５０ｂのラインの上端部もまた丸くなったままである。これをコアとして酸化シリコン膜１６０を堆積し、エッチバックによりパターン１６０ａを形成すると、図７（ｄ）に示すように、パターン１６０ａにおける隣り合う２つのラインのスペースの幅ｗ３０が狭く、その隣のスペースの幅３１は広くなってしまう。すなわち、パターン１６０ａにおいてスペースの幅を均一にすることができない。
【００５２】
しかしながら、本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法においては、フォトレジスト膜１５がＨＭＤＳガスに曝され、図８（ａ）に示すフォトレジスト膜１５の表層部ＵＬにはＨＭＤＳが残留している。したがって、フォトレジスト膜１５の露光の際には、フォトマスクＰＭの遮光部ＬＢのエッジで露光光ＵＶが回折し（図８（ｂ））、図中の参照符号１５Ｕで示す部分において酸が発生しても、ここに残留しているＨＭＤＳにより中和される。このため、アルカリ不溶性保護基が可溶性基に変化せずに（失活され）、この部分１５Ｕは不溶性のままとなる。これにより、現像後の第１のパターン１５ａの上端が丸くなることがなく、図８（ｃ）に示すように、矩形の断面形状を有するラインが形成される。よって、図８（ｄ）に示すように、スリミングと酸化シリコンの堆積とを経て形成される第２のパターン１６ａにおいて、スペースの幅を均一にすることが可能となる。
【００５３】
また、図７を参照して説明した問題を解決するために、酸化シリコン膜１６０を堆積する際のコアをフォトレジストによってではなく、例えばアモルファスカーボンなどの無機材料により形成することも考えられる。しかしながら、この場合には、その無機材料膜を例えばＣＶＤ法により堆積する必要があるため、プロセスコストが高くなるという不都合がある。
【００５４】
次に、本発明の実施形態によるエッチングマスク形成方法の変形例を説明する。  
（変形例１）
露光後のフォトレジスト膜１５を現像して第１のパターン１５ａ（図５（ｃ））を形成した際、第１のパターン１５ａの側壁が、図９（ａ）に示すように、傾斜してしまう場合がある。この場合、第１のパターン１５ａをスリミングすることにより形成されるコア１５ｂもまた側面が傾斜した断面形状を有することとなる。このため、酸化シリコン膜１６の堆積（図５（ｅ））及びエッチバック（図５（ｆ））を経て形成される第２のパターン１６ａが下地層に対して傾斜してしまう。これにより、第２のパターン１６ａのスペース幅が均一にならないという問題が生じ得る。
【００５５】
第１のパターン１５ａの側面の傾斜は、いわゆるスカムにより生じると考えられる。一般にスカムは、フォトレジスト膜中の十分に現像されない部分が、現像液には溶けるものの、現像液と共に流出されるほど十分には溶けないために生じる。しかも、フォトレジストパターンの側壁の下方部分に残るため、見かけ上、パターン側壁が傾斜することとなる。
【００５６】
変形例１においては、フォトレジスト膜１５の現像工程において昇温された現像液が用いられる。現像液の温度は、室温（例えば２３℃）よりも高く、例えば約１００℃までの範囲であって良い。より好ましくは、２３℃から７０℃までの範囲である。また、現像液の昇温は、例えば現像ユニットにおいて、現像液貯蔵部から現像液塗布ノズルまでに至る経路の途中に加熱部（いずれも不図示）を設けることにより行うことができる。加熱部は、所定の容器（不図示）と、この容器を加熱するヒータ（不図示）とにより構成され得る。また、加熱部と現像液供給ノズルとの間の配管に加熱するテープヒータを設け、配管を加熱することが好ましい。
【００５７】
昇温された現像液を用いることにより、フォトレジスト膜１５ａにおいて十分に露光されなかった部分も溶かすことでき、したがってスカムを除去することができ、図９（ｂ）に示すようにほぼ矩形の断面形状を有する第１のパターン１５ａが形成される。
【００５８】
（変形例２）
変形例２では、フォトレジスト膜１５の現像工程において、高濃度の現像液が使用される。現像液としては上述のように２．３８重量％のＴＭＡＨ水溶液を使用し得るが、この濃度よりも高い、例えば２．３８重量％から２５重量％の範囲のＴＭＡＨを使用することが好ましい。これによれば、フォトレジスト膜１５ａにおいて十分に露光されなかった部分も溶かすことでき、したがってスカムを除去することができ、変形例１の場合とほぼ同様に、ほぼ矩形の断面形状を有する第１のパターン１５ａが形成される。
【００５９】
（変形例３）
変形例３では、露光後のフォトレジスト膜１５に酸性溶液を塗布し、そのフォトレジスト膜１５を加熱する。酸性溶液としては、例えばトップ反射防止コーティング（ＴＡＲＣ）液や光酸発生剤（ＰＡＧ）溶液などを用いることができる。また、酸性溶液の供給のため、塗布ユニットや現像ユニットと同様の構成を有するユニットを塗布現像装置３０に設けることが好ましい。
【００６０】
露光後のフォトレジスト膜１５に酸性溶液を塗布すると、酸によりフォトレジストの架橋反応が進み、現像液に対して不溶化される。このため、フォトレジスト膜１５中の十分に露光されない部分であっても現像液に溶けず、スカムの発生が抑制される。
【００６１】
以上、幾つかの実施形態及び変形例を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変更又は変形が可能である。
【００６２】
例えば、上述の実施形態においては、フォトレジスト膜１５を形成した後に、失活処理装置１０内で、フォトレジスト膜１５をＨＭＤＳガスに曝しつつ、ＰＡＢを行ったが、他の実施形態においては、失活装置１０によりウエハＷを加熱することなく（常温で）フォトレジスト膜１５をＨＭＤＳガスに曝した後に、処理ユニット群６３内の加熱ユニットでＰＡＢを行っても良い。
【００６３】
また、上述の実施形態においては、失活処理装置１０内で、フォトレジスト膜１５をＨＭＤＳガスに曝したが、ＣＯＴ層Ｌ３にてフォトレジスト膜１５を形成した後に例えばＴＣＴ層Ｌ４へウエハＷを搬送し、ＴＣＴ層Ｌ４内の処理ユニットにおいて、フォトレジスト膜１５に対してＨＭＤＳ液を供給しても良い。これによっても、ＨＭＤＳガスを用いる場合と同様の効果が得られる。また、ＨＭＤＳ液による処理の後には、処理ユニット群６３内の加熱ユニットでＰＡＢが行われる。
【００６４】
なお、ＨＭＤＳガス又はＨＭＤＳ液による効果は、フォトレジスト膜１５を露光した後にも発揮され得る。すなわち、フォトレジスト膜１５を露光した後に、ウエハＷを失活処理装置１０へ搬送し、ここでフォトレジスト膜１５をＨＭＤＳガスに曝しても良いし、ウエハＷをＴＣＴ層Ｌ４内の処理ユニットに搬送し、ここでフォトレジスト膜１５にＨＭＤＳ液を供給しても良い。その後、ポストエクスポージャベーク（ＰＥＢ）がウエハＷに対して行われる。
【００６５】
また、フォトレジスト膜１５を露光した後に、ＨＭＤＳガス又はＨＭＤＳ液による処理と、上述の変形例３の酸性溶液による処理とを行うときは、ＨＭＤＳガス又はＨＭＤＳ液による処理の後に酸性溶液による処理を行うと好ましい。
【００６６】
フォトレジスト膜１５をＨＤＭＳガスに曝した後に、このフォトレジスト膜１５上に、液浸露光のための液浸保護膜を形成しても良い。
【００６７】
また、上述の実施形態（及び変形例）においては、フォトレジスト膜１５をＨＭＤＳガス又はＨＭＤＳ液に曝すことにより、露光中に生じる酸を中和するようにしたが、ＨＭＤＳに限定されない。例えば、アミン系化合物又はピロリドン系化合物を含むガスを用いることができる。アミン系化合物としては、シランカップリング剤、ＮＭＰ、ヘキサミン、ジシクロヘキシルアミン、トリエチルアミンなどがある。シランカップリング剤には、ＨＤＭＳの他に、ＴＭＳＤＭＡやＤＭＳＤＭＡなどがある。ピロリドン系化合物としては、例えばＮ−メチルピロリドン（N-methylpyrrolidone；ＮＭＰ）がある。また、これらに限らず、アンモニア、グリシン、アニリン、ピリジン、ヒドロキシルアミン、コリン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、クエンチャなどをＨＤＭＳの代わりに用いてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０・・・失活処理装置、１１・・・エッチング対象膜、１２・・・第１の無機材料膜、１３・・・第２の無機材料膜、１４・・・無機反射防止膜、１５・・・フォトレジスト膜、３０・・・塗布現像装置、Ｂ１・・・キャリアブロック、Ｂ２・・・処理ブロック、Ｂ３・・・インターフェイスブロック、Ｂ４・・・露光装置、Ｗ・・・ウエハ。
【図１】
2013080169.tif 000003
【図２】
2013080169.tif 000004
【図３】
2013080169.tif 000005
【図４】
2013080169.tif 000006
【図５】
2013080169.tif 000007
【図６】
2013080169.tif 000008
【図７】
2013080169.tif 000009
【図８】
2013080169.tif 000010
【図９】
2013080169.tif 000011