JP2001100428A - 半導体装置の製造方法、微細パターン形成用薬液および半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法、微細パターン形成用薬液および半導体装置

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JP2001100428A
JP2001100428A JP27312599A JP27312599A JP2001100428A JP 2001100428 A JP2001100428 A JP 2001100428A JP 27312599 A JP27312599 A JP 27312599A JP 27312599 A JP27312599 A JP 27312599A JP 2001100428 A JP2001100428 A JP 2001100428A
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resist
pattern
forming
chemical solution
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Mikihiro Tanaka
幹宏 田中
Takeo Ishibashi
健夫 石橋
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Renesas Semiconductor Engineering Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Renesas Semiconductor Engineering Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細レジストパターンの形成において、露光
波長の限界を超える微細化を図る。 【解決手段】 第１のレジストにより半導体基材上に酸
を発生し得る第１のレジストパターンを形成し、第１の
レジストパターンの表層部に酸の存在により架橋する架
橋剤と膨潤促進剤とを含む薬液を接触させ、薬液から第
１のレジストパターンの表層部へ架橋剤と膨潤促進剤と
を浸透させて表層部を膨潤させ、第１のレジストパター
ンの表面から前記薬液を除去し、第１のレジストパター
ンから酸を発生させることにより第１のレジストパター
ンの膨潤した表層部に架橋膜を形成して第２のレジスト
パターンを形成し、この第２のレジストパターンをマス
クとして半導体基材をエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体プロセスに
おいて、レジストパターンを形成する際にパターンの分
離サイズ又はホール開口サイズを縮小するための材料
と、それを用いた微細分離パターンの形成方法および半
導体装置の製造方法、ならびにこの製造方法によって製
造された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体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及び分離幅は、非常に微細
化されている。一般的に、微細パターンの形成は、フォ
トリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、
その後に、形成したレジストパターンをマスクとして、
下地の各種薄膜をエッチングする方法により行われてい
る。そのため、微細パターンの形成においては、フォト
リソグラフィー技術が非常に重要となる。フォトリソグ
ラフィー技術は、レジスト塗布、マスク合わせ、露光、
現像で構成されており、微細化に対しては露光波長の制
約から、微細化には限界が生じている。さらに、従来の
リソグラフィプロセスでは、レジストの耐エッチング性
を制御することが困難であり、耐エッチング性の制御に
より、エッチング後のパターン側壁表面を粗面化するな
ど、表面形状を制御することは不可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
露光によるフォトリソグラフィ技術において、半導体に
用いられる微細パターン形成は、レジスト塗布、露光、
現像によって作成されるレジストパターンをそのままエ
ッチングしていた。この方法で作成されるパターンサイ
ズは、主にレジスト性能、露光波長、露光照明条件にて
決定されるものであり、そこからさらに枠づけを行い微
細パターンを得るという手法はなかった。そのため、最
初のレジストパターン作成の限界が、半導体基板上で得
られる微細パターン作製の限界でもあった。
【０００４】本願発明者らは、上述のような従来の課題
を解決するため、先行する発明において、日本特許公開
公報、平１０−７３９２７号公報に開示したような技術
を開発した。この技術では、先ず従来の方法で作成した
最初のレジストパターンに別の調整されたレジストを塗
布し、架橋、現像させて架橋膜を得る。この架橋膜が最
初のレジストパターン界面につくために、パターン分離
幅、ホール開口経の縮小が成される。これによって、最
初のレジストパターン作成の限界を超えた微細パターン
作成が可能となった。本願発明は、この先行発明の技術
をさらに改良しようとするもので、その目的は、孤立し
た残しパターンのように高段差が生じる工程で使用する
ような時にも、その孤立残しパターンが原因で塗布むら
を引き起こして安定した枠づけを得られなくなったり、
パターン欠陥を引き起こすということがない微細パター
ン形成方法および半導体装置の製造方法を得ることであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１にか
かる半導体装置の製造方法は、第１のレジストにより半
導体基材上に酸を発生し得る第１のレジストパターンを
形成する第一工程と、前記第１のレジストパターンの表
層部に酸の存在により架橋する架橋剤と膨潤促進剤とを
含む薬液を接触させる第二工程と、前記薬液から前記第
１のレジストパターンの表層部へ前記架橋剤と膨潤促進
剤とを浸透させて前記表層部を膨潤させる第三工程と、
前記第１のレジストパターンの表面から前記薬液を除去
する第四工程と、前記第１のレジストパターンから酸を
発生させることにより前記第１のレジストパターンの前
記膨潤した表層部に架橋膜を形成して第２のレジストパ
ターンを形成する第五工程と、この第２のレジストパタ
ーンをマスクとして前記半導体基材をエッチングする第
六工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００６】この発明の請求項２にかかる半導体装置の
製造方法は、請求項１に記載の方法において、前記第六
工程に先立って、前記第五工程に引き続き、前記第二工
程から前記第五工程に相当する工程をさらに一回以上繰
り返すことを特徴とするものである。
【０００７】この発明の請求項３にかかる半導体装置の
製造方法は、請求項１または２に記載の方法において、
前記第二工程において、前記薬液を前記第１のレジスト
パターンの上に塗布、もしくは液盛りすることにより、
もしくは、前記薬液の中に前記第１のレジストパターン
を有する前記半導体基材を浸漬することにより、前記第
１のレジストパターンの表層部に前記薬液を接触させる
ようにすることを特徴とするものである。
【０００８】この発明の請求項４にかかる半導体装置の
製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の方法にお
いて、前記第五工程において、前記第１のレジストパタ
ーンに熱エネルギーを与えることにより酸を発生させる
ようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】この発明の請求項５にかかる微細パターン
形成用薬液は、酸の存在により架橋する架橋剤と膨潤促
進剤とを溶媒中に含みレジスト膜と接触して前記レジス
ト膜に前記架橋剤と膨潤剤とを浸透させるように形成さ
れたことを特徴とするものである。
【００１０】この発明の請求項６にかかる微細パターン
形成用薬液は、請求項５に記載のものにおいて、前記架
橋剤として、メラミン誘導体、尿素誘導体、ベンゾグア
ナミン、グリコールウリルのうちの１種類もしくはこれ
ら２種類以上の混合物を主成分とすることを特徴とする
ものである。
【００１１】この発明の請求項７にかかる微細パターン
形成用薬液は、請求項５または６に記載のものにおい
て、前記膨潤促進剤として、メチルセロソルブ、エチル
セロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロ
ソルブアセテートなどのセロソルブ系溶媒、ジエチルオ
キサレート、ピルビン酸エチル、エチル−２−ヒドロキ
シブチレート、エチルアセトアセテート、酢酸ブチル、
酢酸アミル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳
酸エチル、３−メトキシロブロピオン酸メチルなどのエ
ステル系溶媒、プロピレングリコールモノメチルエーテ
ル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピ
レングリコールモノプチルエーテル、プロピレングリコ
ールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコ
ールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコ
ールモノプチルエーテルアセテート、シプロピレングリ
コールジメチルエーテルなどのプロピレングリコール系
溶媒、２−ヘキサノン、シクロヘキサノン、メチルアミ
ルケトン、２−ヘプタノンなどのケトン系溶媒、ジメチ
ルスルホキサイド、Ｎ−メチルピロリドンのうちの１種
類もしくはこれら２種類以上の混合物を主成分とするこ
とを特徴とするものである。
【００１２】この発明の請求項８にかかる微細パターン
形成用薬液は、請求項５〜７のいずれかに記載のものに
おいて、前記溶媒として、水もしくは水を主成分とする
溶媒を用いることを特徴とするものである。
【００１３】この発明の請求項９にかかる半導体装置
は、前記請求項１〜４のいずれかに記載した半導体装置
の製造方法によって製造したことを特徴とするものであ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
で対象とする微細分離されたレジストパターンを形成す
るためのマスクパターンの例を示す図で、図１（ａ）は
微細ホールのマスクパターン１００、図１（ｂ）は微細
スペースのマスクパターン２００、図１（ｃ）は、孤立
の残しのパターン３００を示す。図２は、この発明の実
施の形態１の微細分離レジストパターン形成方法および
半導体装置の製造方法を説明するためのプロセスフロー
図である。図３は、この発明の微細パターン形成用の薬
液に用いられる架橋剤の例を示す図である。
【００１５】先ず、図１及び図２を参照しながら、この
実施の形態の微細分離レジストパターン形成方法、なら
びにこれを用いた半導体装置の製造方法を説明する。ま
ず、図２（ａ）で示すように、半導体基板（半導体ウェ
ーハ）３に、適当な加熱処理により内部に酸を発生する
機構をもつ第１のレジスト１を塗布する（例えば、厚さ
０.７〜１.０μｍ程度）。この第１のレジスト１は、半
導体基板３上にスピンコートなどにより塗布し、次に、
プリべーク（７０〜１１０℃で１分程度の熱処理）を施
して第１のレジスト１中の溶剤を蒸発させる。
【００１６】次に、第１のレジストパターンを形成する
ために、ｇ線、ｉ線、または、Ｄｅｅｐ−ＵＶ、ＫｒＦ
エキシマ、ＡｒＦエキシマ、ＥＢ（電子線）、Ｘ−ｒａ
ｙなど、適用した第１のレジスト１の感度波長に対応し
た光源を用い、図１に示すようなパターンを含むマスク
を用い投影露光する。
【００１７】ここで用いる第１のレジスト１の材料は、
適当な加熱処理により、レジスト内部に酸性成分が発生
する機構を用いたレジストであればよく、また、ポジ
型、ネガ型レジストのどちらでもよい。例えば、第１の
レジストとしては、ノボラック樹脂、ナフトキノンジア
ジド系感光剤の混合物から構成されるポジ型レジストな
どが挙げられる。さらに、第１のレジストとしては、酸
を発生する機構を用いた化学増幅型レジストの適用も可
能であり、加熱により酸を発生する反応系を利用したレ
ジスト材料であれば、その他のものでもよい。
【００１８】第１のレジスト１の露光を行った後、必要
に応じて、ＰＥＢ（露光後加熱）を行い（例えば、ＰＥ
Ｂ温度：５０〜１３０℃）、レジスト１の解像度を向上
させる。次に、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド）などの約０.０５〜３.０ｗｔ％のア
ルカリ水浴液を用いて現像する。図２（ｂ）は、こうし
て形成された第１のレジストパターン１ａを示す。（第
一工程）
【００１９】現像処理を行った後、必要に応じて、ポス
トデベロッピングベークを行う場合もある（例えば、ベ
ーク温度は６０〜１２０℃、６０秒程度）。この熱処理
は、後のミキシング反応に影響する為、用いる第１のレ
ジストの材料などに併せて、適切な温度に設定すること
が望ましい。以上は、酸を発生する第１のレジスト１を
用いるという点を別にすれば、プロセスとしては、一般
的なレジストプロセスによるレジストパターンの形成と
同様である。
【００２０】次に、図２（ｃ）に示すように、半導体基
板３上で第１のレジストパターン１ａの上に、酸の存在
により架橋反応を起こす架橋剤と膨潤促進剤とを含み、
第１のレジスト１ａを溶解しない溶剤に溶解された薬液
２を第１のレジストパターン１ａの表面に接触させる。
薬液２を第１のレジスト１ａに接触させる方法は、塗布
する方法としては、第１のレジストパターン１ａ上に均
一に塗布可能であれば、特に限定されるものではなく、
レジスト塗布と同様にスプレーによる塗布、回転塗布な
どでよい。もしくはレジスト現像同様に液盛り方式、あ
るいはウエットエッチング同様に薬液槽へのディップ方
式のいずれかを用いてもよい。（第二工程）
【００２１】次に、図２（ｄ）に示すように、第１のレ
ジストパターン１ａ上に薬液２を接触させた状態を所定
時間保ち、薬液２から架橋剤と膨潤促進剤とを第１のレ
ジストパターン１ａの表層部に浸透させ、第１のレジス
トパターン１ａの表面に、膨潤した表層部４を形成す
る。（第三工程） この後、図２（ｅ）に示すように、水などを用いて薬液
２を除去する。（第四工程）
【００２２】次に、次に、図２（ｆ）に示すように、半
導体基板１ごと加熱処理（ミキシングベーク、以下必要
に応じＭＢと略記する。加熱温度は、例えば８５℃〜１
５０℃）などにより熱エネルギーを与え、膨潤した表層
部４において架橋反応を発生させ架橋膜４ａを形成す
る。この場合のミキシングベーク温度／時間は、例えば
８５℃〜１５０℃／６０〜１２０ｓｅｃである。この加
熱処理により、架橋反応を起こした架橋層４ａが、第１
のレジストパターン１ａを被覆するように第１のレジス
トパターン１ａの表面に形成され、微細な第２のレジス
トパターン１ｂが形成される。（第五工程） なお、半導体基板３ひいては第１のレジストパターン１
ａに熱エネルギーを与える方法としては、１ウェーハご
とに温度制御された熱板にのせる方法、もしくは複数枚
のウェーハを温度制御されたベーク炉にいれる方法など
いずれかでもよい。また、プロセスパラメータとして
は、ディッピングなど薬液から第１のレジストパターン
への架橋剤および膨潤促進剤の浸透時間および温度、ベ
ークなど熱エネルギーの付与の温度および時間などで架
橋による枠づけ量（架橋膜の厚さ）を制御する。
【００２３】なお、半導体装置の製造プロセスとして
は、上述のように形成した第２のレジストパターン１ｂ
（微細分離レジストパターン）をマスクとして、下地層
をエッチングし、下地層に微細スペース、あるいは微細
ホールなどを形成して、半導体装置を製造する。（第六
工程）
【００２４】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、第１のレジストパターン１ａが薬液２と接触した
表層部に架橋膜が形成されるため、パターン分離幅やホ
ール開口経の縮小がなされる。これは架橋膜であるため
エッチング耐性ももつので、エッチングすることによっ
て従来よりも微細パターンを得ることが可能である。な
お、第１のレジストパターン１ａが薬液２との接触のた
めにスピンコート方式で薬液を塗布する場合には、第１
のレジストパターン１ａの段差が大きいときなど、第１
のレジストパターン１ａが薬液２と接触しない部分がで
きるおそれがあるが、第１のレジストパターン１ａと薬
液２との接触を液盛り方式や薬液槽への浸漬方式で行う
と、第１のレジストパターン１ａと薬液２との接触を完
全に行なわせることができる。以上の処理により、ホー
ルパターンのホール内径、またはラインパターンの分離
幅を縮小し、あるいは、孤立残しパターンの面積を拡大
したレジストパターン２ａを得ることが可能となる。
【００２５】次に、以上に説明した微細レジストパター
ンの形成方法、あるいは半導体装置の製造方法に関する
具体的な実施例について説明する。 実施例１．第１のレジストパターン１ａとして、ＫｒＦ
光と化学増幅型エキシマポジレジストを用いて開口経
０．２０μｍのホールパターンを得る。次に、薬液２と
してエチレン尿素を水に溶解させＮ−メチルピロリドン
を添加した薬液槽に、第１のレジストパターン１ａを形
成した半導体基板３をディッピングによって１２０ｓつ
け込み、浸透、膨潤させ、引き上げ液切りし乾燥させ
る。こうして薬液２を浸透、膨潤させた第１のレジスト
パターン１ａを１２０℃に温度管理されたベーク炉内に
て１２０ｓ加熱する。このようにして得られた架橋膜４
ａによって、第２のレジストパターン１ｂの開口経は
０．１７μｍとなり、これをエッチングし０．１７μｍ
のホールパターンが得られる。プロセスパラメータとし
てはディッピング時間、ベーク温度などで架橋による枠
づけ量を制御する。薬液２の供給方法としてディッピン
グ方式でなく、回転塗布や液盛りを選択した場合のプロ
セスパラメータは、薬液吐出量、薬液接触時間、回転
数、ベーク温度などである。
【００２６】次に、以上に説明した実施の形態１の微細
レジストパターンの形成方法あるいは半導体装置の製造
方法に用いる製造装置について説明する。図２（ｃ）に
示す工程で、半導体基板３上の第１のレジストパターン
１ａに、薬液２を接触させる方法あるいは装置として
は、（ｉ）薬液を回転塗布ユニットにて供給する場合、
（ｉｉ）薬液を現像ユニットにて供給する場合、およ
び、（ｉｉｉ）薬液をディピングにて供給する場合があ
る。 （ｉ）薬液２を回転塗布ユニットにて供給する場合に
は、通常の一般的なレジスト塗布ユニットを使用する。
供給口はレジスト吐出ノズルからポンプ圧送、もしくは
加圧による押し出しとする。または供給口としてレジス
トプリウェットノズルを使用し加圧による押し出しとす
る。 （ｉｉ）薬液２を現像ユニットにて供給する場合には、
通常の一般的なレジスト現像ユニットを使用する。供給
口は現像ノズルから圧送する。または純水供給同様のノ
ズルから圧送する。 （ｉｉｉ）薬液２をディピングにて供給する場合には、
通常のウエット処理装置と同様に行う。十分な体積を蓄
えることのできる薬液槽を準備し、そこに薬液２を入れ
る。この薬液槽に第１のレジストパターン１ａを基板３
ごと浸すことによって供給する。この薬液槽は温度管理
するとともに、薬液の劣化をさけるために定期的に薬液
の入れ替えを行う。この場合、薬液状態の管理はゆるく
なるが、複数枚の半導体基板（ウェーハ）を同時処理で
きる。
【００２７】また、図２（ｆ）に示す工程で、半導体基
板３ひいては第１のレジストパターン１ａないし膨潤し
た表層部４に熱エネルギーを与える方法としては、
（ａ）架橋のための熱エネルギーを炉から供給する場合
と、（ｂ）架橋のための熱エネルギーをベークユニット
から供給する場合とがある。 （ａ）架橋のための熱エネルギーを炉から供給する場合
には、温度管理されたオーブンを用いる。この場合、温
度管理、時間管理はゆるくなるが、複数枚のウェーハを
同時処理できる。 （ｂ）架橋のための熱エネルギーをベークユニットから
供給する場合には、通常の一般的なレジスト塗布現像装
置に用いられるベークユニットを使用する。
【００２８】次に、実施の形態１の微細分離レジストパ
ターンの形成方法あるいは製造方法に用いる製造装置の
具体的な実施例について説明する。 実施例２．具体的な例としては、例えば、東京エレクト
ロン製クリーントラックの現像ユニットの現像ノズルか
ら、第１のレジストパターン１ａを形成した半導体基板
３上に薬液２を供給する。そして、そのまま現像ユニッ
ト内で液盛りを完了し１２０ｓを経過させた後、薬液を
スピン乾燥させる。そして同クリーントラック内のベー
クユニット内で１２０℃１２０ｓのベーキングを行い架
橋膜４ａを得る。このようにして実施の形態１に記述す
るプロセスを実施する。
【００２９】次に、以上に説明した実施の形態１の微細
レジストパターンの形成方法あるいは半導体装置の製造
方法に用いる、微細パターン形成用の薬液２の材料につ
いて説明する。薬液２としては、酸の存在により架橋す
る架橋剤と膨潤促進剤とを溶媒中に含みレジスト膜と接
触してレジスト膜に架橋剤と膨潤剤とを浸透させるよう
に形成されたものを用いる。
【００３０】前記の架橋剤としては、メラミン誘導体、
尿素誘導体、ベンゾグアナミン、グリコールウリルのう
ちの１種類もしくはこれら２種類以上の混合物を主成分
とするものが適する。水溶性の架橋剤として、具体的に
は、図５に示すような尿素、アルコキシメチレン尿素、
Ｎ−アルコキシメチレン尿素、エチレン尿素、エチレン
尿素カルボン酸などの尿素系架橋剤、メラミン、アルコ
キシメチレンメラミン、などのメラミン系架橋剤、ベン
ゾグアナミン、グリコールウリル等のアミノ系架橋剤な
どが適用可能である。しかし、アミノ系架橋剤に特に限
定されるものではなく、酸によって架橋を生じる水溶性
の架橋剤であれば特に限定されるものではない。
【００３１】さらに、前記の溶媒としては、水もしくは
水を主成分とする溶媒を用いる。第1のレジストパター
ン１ａを溶かさないために水を基本とすることが適切で
ある。薬液２の溶媒には、第１のレジストのパターン１
ａを溶解させないこと、さらに水溶性材料を十分に溶解
させることが必要であるが、これを満たす溶媒であれば
特に限定されるものではない。例えば、薬液２の溶媒と
しては、水（純水）、または水とＩＰＡなどのアルコー
ル系溶媒、あるいはＮ−メチルピロリドンなどの水溶性
有機溶媒の単独、あるいは混合溶液を用いればよい。
【００３２】水に混合する溶媒としては、水溶性であれ
ば、特に限定されるものではなく、例を挙げるとエタノ
ール、メタノール、イソプロピルアルコールなどのアル
コール類、γ−ブチロラクトン、アセトン、などを用い
ることが可能であり、薬液に用いる材料の溶解性に合わ
せて、第１のレジストパターンを溶解しない範囲で混合
すれば良い。
【００３３】また、前記の膨潤促進剤としては、メチル
セロソルブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブアセ
テート、エチルセロソルブアセテートなどのセロソルブ
系溶媒、ジエチルオキサレート、ピルビン酸エチル、エ
チル−２−ヒドロキシブチレート、エチルアセトアセテ
ート、酢酸ブチル、酢酸アミル、酪酸エチル、酪酸ブチ
ル、乳酸メチル、乳酸エチル、３−メトキシロブロピオ
ン酸メチルなどのエステル系溶媒、プロピレングリコー
ルモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチ
ルエーテル、プロピレングリコールモノプチルエーテ
ル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテー
ト、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテー
ト、プロピレングリコールモノプチルエーテルアセテー
ト、シプロピレングリコールジメチルエーテルなどのプ
ロピレングリコール系溶媒、２−ヘキサノン、シクロヘ
キサノン、メチルアミルケトン、２−ヘプタノンなどの
ケトン系溶媒、ジメチルスルホキサイド、Ｎ−メチルピ
ロリドンのうちの１種類もしくはこれら２種類以上の混
合物を主成分とするものが適する。なお、ここに記述し
たものは一般的なレジスト溶媒が主である。レジストパ
ターンをあまり溶解させずに浸透、膨潤を促進させるた
めに、これらレジスト溶媒を水で低濃度に薄めて使用す
るのが適切である。
【００３４】次に、薬液２に関する具体的な実施例につ
いて説明する。 実施例３．薬液２の材料として、１Ｌメスフラスコを用
いて、メトキシメチロールメラミン（三井サイナミド社
製、サイメル３７０）：１００ｇと純水：７８０ｇ、Ｉ
ＰＡ：４０ｇを室温にて６時間攪拌混合し、約１０ｗｔ
％のメチロールメラミン水溶液を得た。これに膨潤促進
剤としてＮ−メチルピロリドンを添加した。
【００３５】実施例４．薬液２の材料として、１Ｌメス
フラスコを用いて、（Ｎ−メトキシメチル）メトキシエ
チレン尿素：１００ｇ、（Ｎ−メトキシメチル）ヒドロ
キシエチレン尿素：１００ｇ、Ｎ−メトキシメチル尿
素：１００ｇ中に、それぞれ、純水：８６０ｇ、ＩＰ
Ａ：４０ｇを室温にて６時間攪拌混合し、それぞれ、約
１０ｗｔ％のエチレン尿素水溶液を得た。これに膨潤促
進剤としてＮ−メチルピロリドンを添加した
【００３６】以上、半導体基板３に上に微細分離レジス
トパターン１ｂを形成する形成方法について詳細に説明
したが、本発明の微細分離レジストパターンは、半導体
基板３の上に限られず、半導体装置の製造プロセスに応
じて、シリコン酸化膜などの絶縁層の上に形成する場合
もあり、またポリシリコン膜などの導電層の上に形成す
ることもある。このように、本発明の微細分離レジスト
パターンの形成は、下地膜に制約されるものではなく、
レジストパターンを形成できる基材上であれば、どの場
合においても適用可能であり、必要に応じた基材の上に
形成されるものである。ここでは、これらを総称して、
半導体基材と称することとする。
【００３７】また、本発明においては、上述のように形
成した微細分離レジストパターンをマスクとして、下地
の半導体基板あるいは各種薄膜などの半導体基材をエッ
チングし、半導体基材に微細スペース、あるいは微細ホ
ールなどを形成して、半導体装置を製造するものであ
る。
【００３８】実施の形態２．この発明の実施の形態２
は、実施の形態１における架橋膜の形成過程を複数回繰
り返すようにしたものである。すなわち、図２（ｆ）に
示すように、膨潤した表層部に熱エネルギーを与えて架
橋膜を形成する工程の後に、架橋膜が形成されて微細化
された第２のレジストパターン１ｂの上に、再び薬液２
を接触させ、図２（ｃ）以降と同様の工程を行う。すな
わち、次に、図２（ｃ）に示す、第１のレジストパター
ン１ａと薬液２とを接触させる工程（第二工程）、図２
（ｄ）に示す、第１のレジストパターン１ａの表層部
へ、薬液２から架橋剤と膨潤促進剤と浸透させ膨潤させ
る工程（第三工程）、 図２（ｅ）に示す、薬液２を除
去する工程（第四工程）、ならびに図２（ｆ）に示す、
膨潤した表層部に熱エネルギーを与えて架橋膜を形成す
る工程（第五工程）を繰り返す。この繰り返しは、１回
に限らず、必要に応じて何回繰り返してもよい。以上の
ように、この実施の形態によれば、実施の形態１の図２
（ｃ）から図２（ｆ）に示すプロセスを複数回連続して
処理させることによって、さらなる架橋膜を得る。その
ことによって、さらなる微細パターンが得られる。回数
を多くすれば架橋膜による枠づけ量（架橋膜の厚さ）は
増える。従って、実施の形態１で得られたパターンにさ
らに架橋膜がつき更なる微細パターンが得られる。
【００３９】次に、以上に説明した微細レジストパター
ンの形成方法、あるいは半導体装置の製造方法に関する
具体的な実施例について説明する。 実施例５．第１のレジストパターン１ａとしてＫｒＦ光
と化学増幅型エキシマポジレジストを用いて開口経０．
２０μｍのホールパターンを得る。次に、薬液２として
エチレン尿素を水に溶解させＮ−メチルピロリドンを添
加した薬液槽に、第１のレジストパターン１ａをディッ
ピングによって１２０ｓつけ込み、浸透、膨潤させ、引
き上げ液切りし乾燥させる。こうして薬液２を浸透、膨
潤させた第１のレジストパターン１ａを１２０℃に温度
管理されたベーク炉内にて１２０ｓ加熱する。このよう
にして得られた架橋膜４ａによって形成された第２のレ
ジストパターン１ｂの開口経は０．１７μｍとなる。こ
の第２のレジストパターン１ｂをさらにもう１回薬液２
へディッピングし、ベーク炉で加熱するまでの工程を繰
り返すと、最終的に形成された微細レジストパターンの
開口経は０．１４μｍとなる。
【００４０】なお、微細レジストパターンの形成方法あ
るいは半導体装置の製造方法に用いる製造装置、また、
微細パターン形成用の薬液の材料などについて実施の形
態１において説明したことは、実施の形態２についても
同様に適用できるものであり、重複を避けるため説明を
省略する。また、上述のように形成した微細分離レジス
トパターンをマスクとして、半導体装置を製造すること
も実施の形態１において説明したことと同様である。
【００４１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、レジストの分離パターン、ホールパターンの微
細化に於て、波長限界を越えるパターン形成を可能とす
る微細分離レジストパターン形成用材料と、それを用い
た微細パターン形成方法が得られる。これにより、ホー
ル系レジストパターンのホール径を従来より縮小するこ
とができ、またスぺース系レジストパターンの分離幅を
従来より縮小することができる。また、このようにして
形成した微細分離レジストパターンをマスクとして用い
て、半導体基材上に微細分離されたスペースあるいはホ
ール形成することができる。また、このような製造方法
により、微細分離されたスペースあるいはホールを有す
る半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のレジストパターン形成方法を説明
するためのマスクパターンの図。
【図２】 この発明の実施の形態１のレジストパターン
形成方法を説明するための工程フロー図。
【図３】 この発明の実施の形態１の薬液に適用される
水溶性架橋剤の例を示す図。
【符号の説明】
１ 第１のレジスト、 １ａ 第１のレジストパター
ン、 １ｂ 第２のレジストパターン、 ２ 薬液、
３ 半導体基板（半導体基材）、 ４ 膨潤層、４ａ
架橋膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 健夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 BA20 EA02 EA03 EA04 EA06 EA07 FA01 GA08 HA01 HA02 HA11 HA12 HA30 JA04 5F043 CC01 CC07 CC09 CC14 DD07 DD10 DD30 GG10 5F046 NA01 NA11

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１のレジストにより半導体基材上に酸
    を発生し得る第１のレジストパターンを形成する第一工
    程と、 前記第１のレジストパターンの表層部に酸の存在により
    架橋する架橋剤と膨潤促進剤とを含む薬液を接触させる
    第二工程と、 前記薬液から前記第１のレジストパターンの表層部へ前
    記架橋剤と膨潤促進剤とを浸透させて前記表層部を膨潤
    させる第三工程と、 前記第１のレジストパターンの表面から前記薬液を除去
    する第四工程と、 前記第１のレジストパターンから酸を発生させることに
    より前記第１のレジストパターンの前記膨潤した表層部
    に架橋膜を形成して第２のレジストパターンを形成する
    第五工程と、 この第２のレジストパターンをマスクとして前記半導体
    基材をエッチングする第六工程とを含むことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記第六工程に先立って、前記第五工程
    に引き続き、前記第二工程から前記第五工程に相当する
    工程をさらに一回以上繰り返すことを特徴とする請求項
    １に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第二工程において、前記薬液を前記
    第１のレジストパターンの上に塗布、もしくは液盛りす
    ることにより、もしくは、前記薬液の中に前記第１のレ
    ジストパターンを有する前記半導体基材を浸漬すること
    により、前記第１のレジストパターンの表層部に前記薬
    液を接触させるようにすることを特徴とする請求項１ま
    たは２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第五工程において、前記第１のレジ
    ストパターンに熱エネルギーを与えることにより酸を発
    生させるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のい
    ずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 酸の存在により架橋する架橋剤と膨潤促
    進剤とを溶媒中に含みレジスト膜と接触して前記レジス
    ト膜に前記架橋剤と膨潤剤とを浸透させるように形成さ
    れたことを特徴とする微細パターン形成用薬液。
  6. 【請求項６】 前記架橋剤として、メラミン誘導体、尿
    素誘導体、ベンゾグアナミン、グリコールウリルのうち
    の１種類もしくはこれら２種類以上の混合物を主成分と
    することを特徴とする請求項５に記載の微細パターン形
    成用薬液。
  7. 【請求項７】 前記膨潤促進剤として、メチルセロソル
    ブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、
    エチルセロソルブアセテートなどのセロソルブ系溶媒、
    ジエチルオキサレート、ピルビン酸エチル、エチル−２
    −ヒドロキシブチレート、エチルアセトアセテート、酢
    酸ブチル、酢酸アミル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸
    メチル、乳酸エチル、３−メトキシロブロピオン酸メチ
    ルなどのエステル系溶媒、プロピレングリコールモノメ
    チルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテ
    ル、プロピレングリコールモノプチルエーテル、プロピ
    レングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピ
    レングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピ
    レングリコールモノプチルエーテルアセテート、シプロ
    ピレングリコールジメチルエーテルなどのプロピレング
    リコール系溶媒、２−ヘキサノン、シクロヘキサノン、
    メチルアミルケトン、２−ヘプタノンなどのケトン系溶
    媒、ジメチルスルホキサイド、Ｎ−メチルピロリドンの
    うちの１種類もしくはこれら２種類以上の混合物を主成
    分とすることを特徴とする請求項５または６に記載の微
    細パターン形成用薬液。
  8. 【請求項８】 前記溶媒として、水もしくは水を主成分
    とする溶媒を用いることを特徴とする請求項５〜７のい
    ずれかに記載の微細パターン形成用薬液。
  9. 【請求項９】 前記請求項１〜４のいずれかに記載した
    半導体装置の製造方法によって製造したことを特徴とす
    る半導体装置。
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