(57)【要約】【課題】酸架橋型の水溶性レジストパターンシュリンク材を用いたパターン形成方法において、レジストパターン上の欠陥を減少させる。【解決手段】半導体基板上に、レジスト膜を形成する工程（Ｓ１１）、レジスト膜を選択的に露光する工程（Ｓ１３）、選択的に露光されたレジスト膜を現像する工程（Ｓ１５）、現像されたレジスト膜上にシュリンク材を塗布する工程（Ｓ１８）、シュリンク材を塗布されたレジスト膜に加熱処理を行う工程（Ｓ１９）、加熱処理されたシュリンク材の一部を除去する工程（Ｓ２０）を備え、レジスト膜の現像工程の後で、かつ、シュリンク材の塗布工程の前に、レジスト膜中の感光剤を分解する工程（Ｓ１６）と感光剤又は分解された感光剤から発生した酸を除去する工程（Ｓ１７）とをさらに備えることを特徴とする。【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、
前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、
前記選択的に露光されたレジスト膜を現像する工程と、
前記現像されたレジスト膜上にシュリンク材を塗布する工程と、
前記シュリンク材を塗布されたレジスト膜に加熱処理を行う工程と、
前記加熱処理されたシュリンク材の一部を除去する工程と、
を備え、
前記レジスト膜の現像工程の後で、かつ、前記シュリンク材の塗布工程の前に、前記レジスト膜中の感光剤を分解する工程と、前記感光剤又は前記分解された感光剤から発生した酸を除去する工程とをさらに備えることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記レジスト膜は、感光剤を含む化学増幅型レジストが塗布されたものであることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記感光剤を分解する工程が、前記レジスト膜を加熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記感光剤を分解する工程が、前記レジスト膜にエネルギ線を用いて露光する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記感光剤又は前記分解された感光剤から発生した酸を除去する工程は、前記レジスト膜を純水洗浄する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン形成方法に係わり、特に半導体製造におけるリソグラフィ工程におけるパターンの形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸架橋型の水溶性レジストパターンシュリンク材を用いたパターン形成方法では、シュリンク材を除去する剥離工程において、スピンドライ工程の後に、レジスト膜に含まれていた光酸発生剤（Photo Asid Generator）として作用する感光剤がレジストパターン上に析出して欠陥が発生するという問題があった。
【０００３】
一般的に、シュリンクプロセスを経た後のレジストパターンの表面は疎水性になる。疎水性表面上ではウォーターマークが発生しやすく、その結果欠陥が生じていた。
【０００４】
シュリンク材に対し、特殊リンス液として例えば活性剤を用いて欠陥を抑制する手法も考えられる。しかし、この場合は特殊リンス液を供給するための専用ラインの敷設が必要でありコストの増加を招く。さらに、リンス処理の時間が長くスループットの低下を招くこととなる。このため、特殊リンス液を用いることなく欠陥を減少させる方法が望まれていた。
【０００５】
以下に、従来のパターン形成方法を開示した文献名を記載する。
【特許文献１】特開平１０−７３９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、レジストパターン上の欠陥を減少させることが可能なパターン形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による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、前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、前記選択的に露光されたレジスト膜を現像する工程と、前記現像されたレジスト膜上にシュリンク材を塗布する工程と、前記シュリンク材を塗布されたレジスト膜に加熱処理を行う工程と、前記加熱処理されたシュリンク材の一部を除去する工程と、を備え、前記レジスト膜の現像工程の後で、かつ、前記シュリンク材の塗布工程の前に、前記レジスト膜中の感光剤を分解する工程と、前記感光剤又は前記分解された感光剤から発生した酸を除去する工程と、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のパターン形成方法によれば、レジストパターン上の欠陥を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
（１）実施の形態１
本発明の実施の形態１によるパターン形成方法における処理の手順を図１に示し、各工程別の縦断面図を図２、図３に示す。
【００１１】
ステップＳ１０として、被処理基板を用意する。図２に示されたように、半導体基板１上に、被加工膜に相当し層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜１０を１０００ｎｍの膜厚で形成して被処理基板とする。シリコン酸化膜１０上に、塗布型反射防止膜として、例えばＡＲ１９−８２０（Rohm & Haas社製）を膜厚８２ｎｍになるように成膜して反射防止膜１１を形成する。
【００１２】
ステップＳ１１として、反射防止膜１１上に膜厚が２００ｎｍとなるように化学増幅型レジストを塗布してレジスト膜１２を形成する。このレジスト膜１２中には、この段階では未だ熱分解して酸を発生する前の感光剤が含まれる。
【００１３】
ステップＳ１２として、ホットプレート１００上にて１２０℃で６０秒間加熱するプリベークを行う。
【００１４】
ステップＳ１３として、レジスト膜１２に露光処理を行う。例えば、ＡｒＦエキシマレーザ露光装置ＮＳＲＳ３０８Ｂ（（株）ニコン製）を用いて、投影レンズの開口数ＮＡが０．８５、コヒーレンスファクターσが０．３の照明条件で、透過率６％のハーフトーンマスクを介して、直径が１２０ｎｍのコンタクトホールパターンが得られるように露光量５０mJ/cm２で露光する。
【００１５】
ステップＳ１４として、レジスト膜１２にポストベーク処理を行う。例えば、ホットプレート１００上で１２０℃で６０秒間、加熱処理（Post Exposure Bake：以下、ＰＥＢと称する）を行う。
【００１６】
ステップＳ１５として、レジスト膜１２に対して現像処理を行う。例えば、半導体基板１を２３℃に調整された２．３８wt%のＴＭＡＨ現像液に６０秒間浸漬する。
【００１７】
ステップＳ１６として、感光剤の分解処理を行う。パターン形成された半導体基板１を、ホットプレート１００上において、感光剤の熱分解温度以上の温度である１５０℃で６０秒間加熱する。これにより、図２において感光剤が熱分解されて酸１３を発生する。この温度で感光剤が分解する現象は、別途準備したパターン露光を行っていないレジスト膜を有する半導体基板１を現像液中に浸漬し、レジストが溶解することにより確認した。
【００１８】
このとき同時にレジスト膜１２中の保護基が分解し、架橋サイトが増加すると共に、レジスト膜１２の表面が親水化する。
【００１９】
その後、半導体基板１を塗布・現像装置内の現像ユニット内にて、純水パドルを３０秒間形成した後、同じく純水にてリンスを２０秒間行い、スピンドライ方法により乾燥する。
【００２０】
ステップＳ１７として、図３に示されたように半導体基板１を酸の抽出溶液２１、例えば純水に浸漬することで、酸２２又は感光剤が酸の抽出溶液２１中に溶出する。
【００２１】
さらにレジスト膜１２を水洗して、レジスト膜１２から酸２２又は感光剤を除去する。親水化されたレジスト膜１２の表面上ではウォーターマークの発生が抑制され、欠陥の発生が低減される。
【００２２】
ステップＳ１８として、図４に示されるように、コンタクトホールをさらに小さくするために酸架橋型の水溶性シュリンク材３１を、膜厚が３００ｎｍとなるように塗布する。
【００２３】
ステップＳ１９として、ホットプレート１００上において、１３０℃で６０秒間加熱処理を行い、レジスト膜１２とシュリンク材３１とをミキシングさせるミキシングベークを行う。これにより、レジスト膜１２表面とシュリンク材３１との間で、架橋反応が生じる。この加熱温度を高くすると、シュリンク量が増加しよりコンタクトホールを小さくすることができる。しかし、欠陥数は増加する傾向がある。
【００２４】
ステップＳ２０として、図４に示されたようにシュリンク材３１の剥離溶液３２として純水を用いて余剰のシュリンク材３１の剥離処理を行う。具体的には、例えば半導体基板１を塗布・現像装置内の現像ユニット内において、純水パドルを３０秒間形成した後、同じく純水にてリンスを２０秒間行い、図５に示されたように不要な未反応のシュリンク材３１を除去し、スピンドライ方法により乾燥する。ここで、図４に示されたように、シュリンク材３１塗布後にレジスト膜１２から酸１３等の流出が防止され欠陥発生が抑制される。
【００２５】
一般的に、シュリンクプロセスを経た後のレジスト膜１２の表面は疎水性になる。疎水性表面上ではウォーターマークが発生しやすく、シュリンクプロセスによる欠陥が発生しやすくなる。しかし、本実施の形態１によるパターン形成方法によれば、欠陥のもととなるレジスト膜１２中の酸１３等が、より親水性な表面上で除去され乾燥されるため、欠陥の発生が大幅に抑制される。
【００２６】
上記処理の終了した基板のコンタクトホールのホール径を測長機能を持った電子顕微鏡にて測定したところ、ホール径は１０ｎｍ小さくなっていた。
【００２７】
また、半導体基板１の欠陥検査を行ったところ、酸又は感光剤の凝集による欠陥は観察されなかった。
【００２８】
その後、ステップＳ２１における半導体基板１に対する加工として、半導体基板１上にフロロカーボン系のガスを用いたドライエッチング装置にて層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜１０の加工を行う。レジスト膜のアッシング後の基板を観察したところ、良好な形状のコンタクトホールが形成された。
【００２９】
以上説明したように本実施の形態１によれば、次のような作用、効果が得られる。
１）レジスト膜に現像を行った後に感光剤を熱分解することで、酸を発生させる。この段階では、レジスト膜の表面が親水性ゆえ酸等の凝集は起こり難い。
２）表面上に現れた酸をリンス処理により除去する。ここで、レジスト膜の表面がシュリンク材を塗布されて疎水性になる前にリンス処理を行うことにより、表面上の酸が凝集することを防ぐ。この後、シュリンク材が塗布されてレジスト膜の表面が疎水性になった時点において、レジスト膜から抜け出す感光剤が大幅に減少しており、シュリンク材の表面で凝集が起こらない。
３）特殊リンス液等を用いることなく純水で感光剤を除去することができるため、特殊リンス液供給ラインの敷設が不要でコスト低減に寄与することができる。
【００３０】
本実施の形態１によれば、化学増幅型レジストを用いたパターン形成方法においてはより欠陥を大幅に低減する効果が得られる。
【００３１】
（２）実施の形態２
本発明の実施の形態２によるパターン形成方法について説明する。全体の処理の手順は、図１に示された上記実施の形態１におけるものと同一である。但し、上記実施の形態１では、ステップＳ１６における感光剤の分解処理を、レジスト膜１２をホットプレート１００により加熱することで行う。
【００３２】
これに対し本実施の形態２では、図６に示されるように、図示されていない露光装置を用いて、例えば３０mJ/cm２の露光量により、レジスト膜１２表面にエネルギ線として露光光を照射する。この後、図示されていないホットプレート上に半導体基板１を載置し、１２０℃で６０秒間加熱処理を行う。
【００３３】
そして、ステップＳ１７として、図７に示されたように半導体基板１を酸の抽出溶液２１に浸漬することで、レジスト膜１２中の酸１３の除去処理を行う。これにより、酸の抽出溶液２１中に酸２２が溶出する。
【００３４】
さらにレジスト膜１２を水洗し、溶出した酸２２を除去する。親水化されたレジスト膜１２の表面上ではウォーターマークの発生が抑制され、欠陥の発生が低減される。
【００３５】
本実施の形態２によっても上記実施の形態１と同様に、欠陥発生源となるレジスト膜中の感光剤を、シュリンク工程を行う前に予め除去することで、欠陥の発生を防止することができる。
【００３６】
（３）比較例
比較例によるパターン形成方法について、処理の手順を示した図８と、工程別の素子の断面を示した図９、図１０を参照して説明する。
【００３７】
比較例によるパターン形成方法では、図１に示された上記実施の形態１と比較し、ステップＳ１５における現像処理と、ステップＳ１８におけるシュリンク材の塗布処理との間において、ステップＳ１６における感光剤の分解処理、ステップＳ１７における酸又は感光剤の除去処理が行われない点で相違する。
【００３８】
即ち、比較例では現像後のレジスト膜に、感光剤の分解用の加熱処理並びに感光剤を除去するためのリンス処理を行うことなくシュリンク処理を行う。
【００３９】
この場合には、図９に示されたようにレジスト膜１２に含まれていた、熱分解により酸になっていない感光剤１３ａが溶出する。このような現象は、図４を用いて述べたように、上記実施の形態１、２では発生しない。この結果、比較例では、図１０に示されたように疎水化したシュリンク材１４の表面で感光剤１６が凝集して欠陥を生じる。
【００４０】
このような比較例によるパターン形成を行った半導体基板１に形成されたコンタクトホールのホール径を、測長機能を持った電子顕微鏡により測定したところ、ホール径は上記実施の形態１によるものより１０ｎｍ小さくなっていた。
【００４１】
そして、比較例によるパターン形成が行われた半導体基板１の欠陥検査を行ったところ、感光剤の凝集による欠陥がレジスト膜上において観察された。
【００４２】
これに対し、上記実施の形態１、２によれば上述したように、特殊リンス液供給ラインの敷設等によるコスト増加を招くことなく、レジスト膜に塗布されたシュリンク材の表面で感光剤が凝集する現象が防止され、欠陥が大幅に減少する。
【００４３】
上記実施の形態はいずれも一例であって、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲内において様々に変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１によるパターン形成方法における処理の手順を示したフローチャート。
【図２】同実施の形態１によるパターン形成方法における工程別の素子の断面を示した縦断面図。
【図３】同実施の形態１によるパターン形成方法における工程別の素子の断面を示した縦断面図。
【図４】同実施の形態１によるパターン形成方法における工程別の素子の断面を示した縦断面図。
【図５】同実施の形態１によるパターン形成方法における工程別の素子の断面を示した縦断面図。
【図６】本発明の実施の形態２によるパターン形成方法における工程別の素子の断面を示した縦断面図。
【図７】本発明の実施の形態２によるパターン形成方法における工程別の素子の断面を示した縦断面図。
【図８】比較例によるパターン形成方法における処理の手順を示したフローチャート。
【図９】同比較例によるパターン形成方法における工程別の素子の断面を示した縦断面図。
【図１０】同比較例によるパターン形成方法における工程別の素子の断面を示した縦断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１  半導体基板
１０  シリコン酸化膜
１１  反射防止膜
１２  レジスト膜
１３、２２  感光剤が熱分解された酸
３１  シュリンク材
【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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