JP2005181758A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、レジストパターン形成後にベークしてレジストをフローさせて開口部を縮小する方法において、パターンの疎密にかかわらず開口部分の縮小量を一定にすることである。
【解決手段】 本発明の方法は、被処理基板上にレジスト層１４を塗布し、レチクル１５を用いて露光（ａ）し、現像してパターン１４ａを形成する工程（ｂ）と、このパターン１４ａの側壁面の部分に、レジスト樹脂のガラス転移温度を低下させて、フローさせる領域１６を形成する工程（ｃ）と、このパターンをベーク処理することによりフロー領域１６をフローさせて縮小した開口部を得る工程（ｄ）とを有するパターン形成方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体デバイス製造におけるリソグラフィ工程において、微細なレジストパターンの形成方法に関するものである。

近年半導体デバイスの集積度がますます高まり、より微細なパターンを形成する方法の開発が求められている。
半導体デバイス製造におけるリソグラフィ工程の微細レジストパターンを形成するプロセスにおいて、特にコンタクトホールやトレンチパターンのレジストパターンを形成する製造プロセスでは、露光装置の解像限界以下のパターンを形成するために、図５の様な現像後形成されたレジストパターン５４ａをレジスト樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）近辺の温度にてベーク処理して、レジストパターンをフローさせてパターンの開口部分５４ｃを縮小させる方法が知られている。この方法は、被処理基板上に形成したレジスト５４に、レチクル５５を用いてパターン露光する工程（図５（ａ））と、これを現像処理して第一のパターン５４ａを形成する工程（図５（ｂ））と、得られたパターン５４ａをベーク処理して、レジスト５４の開口部５４ｃを縮小させる工程（図５（ｃ））と、縮小したレジストの開口部５４ｃを用いて加工膜５２の加工を行う工程（図５（ｄ））とを備えたものである。

この方法によれば、特にコンタクトホールにおいては現像後に形成されたホール径φ１より小さいホールパターンφ２，φ３，φ４を得ることができ、また、トレンチパターンにおいては現像後に形成されたトレンチ幅φ１より狭い幅φ２，φ３，φ４のパターンを得ることが可能で、露光装置の解像限界以下のパターン寸法を持つレジストパターンを形成することができる。しかしながらこのレジストパターン形成方法において、デバイス内のパターンが密集している部位Ｂと、パターンが疎である部位Ａとでレジストをフローさせた後に得られるパターンの開口部分の縮小量が異なるという問題がある。図５においては、周辺部分のレジスト量が多い部位Ａの方が周辺から開口部に流れ込むレジストが多いため、開口部のφ２が密集部位Ｂのパターンφ３，φ４より小さくなり、縮小させるパターンの周辺パターンの疎密によって形成されるパターンの大きさが異なってしまい、図５においてはφ４＞φ３＞φ２となり、縮小量が一定にならないという欠点がある。

この問題を解決するために、レチクル上にダミーパターンを設けて縮小させるパターン近辺のレジストパターン中の樹脂量を調整し、フローするレジスト樹脂量を調整する方法がある（特許文献１参照）。しかしながらこの方法はレチクル設計、製造に大きな困難を伴い、また、パターン配置によってはダミーパターンを配置できず、この様な方法ではパターン縮小量を一定に出来ない場合もある。
特開２００２−５７０８４号公報

そこで本発明の課題は、レジストパターン形成後にベークしてレジストをフローさせて開口部を縮小する方法において、パターンの疎密にかかわらず開口部分の縮小量を一定にすることである。

第１の本発明は、被処理基板上に第一のレジストパターンを形成した後に、該レジストパターンをベーク処理することによりレジストパターンの開口部分を縮小させて第二のレジストパターンとするレジストパターン形成方法において、
前記第一のレジストパターンの開口部分周辺のレジスト樹脂のガラス転移温度を低下させる処理を行った後、前記第一のレジストパターンをベーク処理して、前記第一のレジストパターンのガラス転移温度を低下させた部位を、フローさせることによってレジストパターンの開口部位を縮小させて第二のレジストパターンとする工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法である。

前記第１の本発明において、前記レジスト樹脂のガラス転移温度を低下させる処理が、前記レジスト樹脂をシリル化する処理とすることが好ましい。

第２の本発明は、被処理基板上にレジストを塗布する工程と、前記被処理基板上のレジストを第一のレチクルを用いてパターン露光する工程と、これを現像処理して、前記レジストに開口部を形成する工程と、前記第一のレチクルより広い開口部を有する第二のレチクルを用いて、前記開口部を含む領域を露光する第二の露光工程と、前記第二の露光工程によって形成された露光領域の前記レジストをシリル化処理して前記露光領域のレジスト樹脂のガラス転移温度を変化させる工程と、これをベーク処理して、前記ガラス転移温度を変化させた領域のレジスト樹脂をフローさせ、縮小した開口部を有するパターンを得る工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法である。

第３の本発明は、被処理基板上にレジストを塗布する工程と、前記被処理基板上のレジストをレチクルを用いてパターン露光する工程と、これを現像処理して、前記レジストに開口部を形成する工程と、前記レチクルを用いて、前記開口部を囲繞するレジスト樹脂の領域を露光する第二の露光工程と、前記第二の露光工程によって形成された露光領域の前記レジスト樹脂をシリル化処理して前記露光領域のレジスト樹脂のガラス転移温度を変化させる工程と、これをベーク処理して、前記ガラス転移温度を変化させた領域のレジスト樹脂をフローさせ、縮小した開口部を有するパターンを得る工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法である。

第４の本発明は、被処理基板上にレジストを塗布する工程と、前記被処理基板上のレジストを、第一のレチクルを用いてパターン露光する工程と、前記第一のレチクルより広い開口部を有する第二のレチクルを用いて、前記開口部を含む領域を露光する第二の露光工程と、これを現像処理して、前記レジストに開口部を形成する工程と、前記第二の露光工程によって形成された露光領域の前記レジストをシリル化処理して前記露光領域のレジスト樹脂のガラス転移温度を変化させる工程と、これをベーク処理して、前記ガラス転移温度を変化させた領域のレジスト樹脂をフローさせ、縮小した開口部を有するパターンを得る工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法である。

第５の本発明は、被処理基板上にレジストを塗布する工程と、前記被処理基板上のレジストを、レチクルを用いてパターン露光し第一の露光領域を形成する工程と、前記レチクルを用いて、前記露光領域を囲繞するレジスト樹脂の領域を露光して第二の露光領域を形成する第二の露光工程と、これを現像処理して、前記第一の露光領域のレジストを溶解除去して前記レジストに開口部を形成する工程と、前記第二の露光領域の前記レジスト樹脂をシリル化処理して前記第二の露光領域のレジスト樹脂のガラス転移温度を変化させる工程と、これをベーク処理して、前記第二の露光領域のレジスト樹脂をフローさせ、縮小した開口部を有するパターンを得る工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法である。

上記レジストパターンの形成方法によれば、レチクル製造において格別の困難を伴うことなく、レジストパターンをフローさせて、容易にパターンの縮小量が一定のパターンを得ることができる。

本発明において、被処理基板とは、シリコンウェハの様な半導体基板そのもの、もしくはその表面に層間絶縁膜などの加工膜を形成したもの、あるいは、酸化膜などの薄膜を形成したものなど、すべてを総称する用語として用いる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について、そのプロセスを示す図１を用いて説明する。
最初の工程は、レジストの第一の露光工程である（図１（ａ））。
すなわち、基板１１上に形成されている層間絶縁膜のような加工膜１２の表面に下層反射防止膜１３を形成し、その表面にレジスト１４を形成する。このレジスト層を形成した被処理基板に、レチクル１５を用いて、露光を行い、潜在パターン１４ｂ（第一の露光領域）を形成する。

次の工程は、現像工程である（図１（ｂ））。前記潜在パターン１４ｂを現像液により溶解除去して開口部１４ｃを形成する。

続いて、他のレチクル１７を用いて開口部周辺の設定した領域（第二の露光領域）を露光する（図１（ｃ））。レチクル１７はレチクル１５より広い開口部を持ち、レジストパターン１４ａのうちフローさせたい部分すなわちフロー領域１６の部位を露光する。この第二の露光工程（図１（ｃ））と、露光後ベーク処理によって、レジスト樹脂のフロー領域１６の中に水酸基を発生させる。このレジスト樹脂のフロー領域１６中に発生した水酸基に対してレジスト樹脂のガラス転移温度を低下させる処理を行う。

前記レジスト樹脂のガラス転移温度を低下させる処理としては、シリル化処理が挙げられる。このシリル化処理は、下記化学反応式１に示す様に、レジスト樹脂（化合物Ａ）に露光、ベーク処理を行い、化学反応式１の化合物Ｂに示す様にレジスト樹脂中に水酸基を発生させる。この化学反応式中の水酸基とシリル化剤（化合物Ｃ）の反応によってシリル化反応したレジスト樹脂（化合物Ｄ）が生成する。この反応によってレジスト樹脂中の水素結合が減少し、レジスト樹脂のガラス転移温度が低下する。一般的なＡｒＦレジスト、ＫｒＦレジストのガラス転移温度は１５０℃〜１８０℃であるが、レジスト樹脂をシリル化反応させることによってガラス転移温度は８０℃〜１２０℃まで低下する。この方法を行うことにより、選択的にレジストパターンの開口部周辺のみのガラス転移温度を低下させることが可能となる。

上記シリル化処理に際して、シリル化処理の反応時間、シリル化処理の反応温度、及びシリル化処理の際の雰囲気のシリル化剤分圧と、シリル化処理量との関係を、それぞれ図１１、図１２、及び図１３に示す。これらの図から明らかなように、反応時間、反応温度、及びシリル化剤分圧の増加とともに、シリル化量がほぼ直線状に増加する。そして反応時間、反応温度、及びシリル化剤分圧の特定の値以後、シリル化量は飽和し、一定値を維持するようになる。これらの要件を最適化して所要の量のシリル化を行うことができる。

上記説明においては、樹脂のガラス転移点を低下させる方法として、シリル化処理について説明したが、この方法以外にも公知のガラス転移点を低下させる処理方法を採用することができる。シリル化処理以外のガラス転移点低下処理として具体的には、ゲルマニウム反応処理が挙げられる。この方法は、特開平４−３５３８５２号公報などで公知のものである。

このようなレジスト樹脂のガラス転移温度を低下させる処理を行った後、レジスト樹脂のガラス転移温度とガラス転移温度を低下させた部分のガラス転移温度との間の温度でベーク処理（図１（ｄ））を行うと、ガラス転移温度を低下させた部分すなわちフロー領域１８のみ、レジストがフローし、開口部の大きさが一定量φ２であるレジストパターンが得られる。このレジストパターンを用い、加工膜１２を加工する（図１（ｅ））。

以上の本実施の形態のプロセスによると、従来の方法と異なり、フローさせる樹脂の量を制御することができるため、開口部の周囲のパターンの疎密によらず、パターンの縮小量を一定に保つことが可能であり、これによって、一定の量の縮小量を持つ開口部φ２を持つレジストパターンを形成することができる。

レジストパターンのガラス転移温度を低下させる部位のフロー領域１６が広い程、パターンをフローさせた後に得られる開口部φ２は小さくなるが、ウエハ面内で一定の開口部の大きさφ２は、図７に示すように、チップ内最密集部の領域Ｅのパターン密集度によって、得られる最小φ２は決定される。

ウエハ面内、チップ内にて均一に安定したレジストパターンフローした開口部φ２を得るためには、望ましくは図７の様に、最密集部領域Ｅのレジストパターン１４ａのレジスト部Ｆ、Ｇのレジストパターン幅に対して、フロー領域１６は、開口部の片側１／３幅の領域以下であることが望ましい。すなわち、図１に示すようにガラス転移温度を変えるフロー領域１６の幅は、開口部の片側１／３幅の領域以下において、所望のパターン開口部縮小量に応じた領域幅を設定することが可能である。
開口部を縮小できる幅と、フロー領域１６の幅の関係はガラス転移温度を下げる処理の種類、条件にもよるが、ある温度にガラス転移温度を低下させた時の、フロー領域１６の幅と開口部の縮小量は図８の関係となる。

フロー領域１６のガラス転移温度を低下させる処理を行った後に行われる、レジストパターンを加熱してフローさせる処理における加熱処理時間と加熱処理後得られる開口部の大きさφ２の関係は、処理後のフロー領域１６のガラス転移温度や、加熱処理温度に依存するが、あるガラス転移温度Ｔｇにおいて、ある加熱温度Ｔｈ（Ｔｇ≦Ｔｈ）における関係は図９の様に示される。

フロー領域１６のガラス転移温度を低下させる処理を行った後に行われる、レジストパターンを加熱してフローさせる処理の処理温度は、ガラス転移温度を低下させたフロー領域１６のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度で、レジストのガラス転移温度Ｔｇｒ以下の温度で処理することが望ましい。ある処理時間での加熱温度と加熱処理後得られる開口部の大きさφ２の関係は、図１０の様に示される。加熱処理温度が高すぎてＴｇｒを超えると、レジストパターン全体でフローを起こすためにパターンが崩れてしまい、所望のパターンが得られない。

本発明において用いることのできるシリル化剤としては、以下のシリル化剤の１種もしくは２種以上の混合物を用いることができる。すなわち、ジメチルアミノジメチルシラン、ジエチルアミノジメチルシラン、ジエチルアミノトリメチルシラン、ジメチルアミノトリメチルシラン、ビス（ジメチルアミノ）メチルシラン、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシラン、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン及びそのほかの有機金属試薬等を挙げることができる。

本実施の形態のガラス転移温度を低下させる処理として、レジストのシリル化処理を行った場合は、シリル化反応によってレジスト樹脂中にシリコン原子が加わることになるため、ドライエッチング耐性が向上する。また、レジストパターンをシリル化処理することによって水酸基にシリル化分子が結合し、レジストパターン中にシリル化分子が取りこまれるため、シリル化したレジスト樹脂すなわちフロー領域１６は膨潤する。シリル化させるレジスト樹脂部（フロー領域１６）は本発明においては各開口部において、同じ大きさであるため、シリル化処理によって膨潤したパターンの大きさは開口部位の周辺の状態によらず一定である。
この膨潤したレジストパターンをフローさせることによって、より広い範囲のレジスト開口部を埋め、より狭いパターンφ２を形成することができる。この効果によって、周辺密集パターンにおいてもよりシュリンク量の多いパターンを形成可能である。

上記説明において、ガラス転移温度を変化させる処理として、シリル化処理を示したが、ガラス転移温度を下げる処理剤としてはこれに限定されず、レジスト中の水酸基と結合、もしくはレジスト中の水素結合を減少させる処理剤なら、本発明に適用可能である。

［第１の実施の形態の変形例］
第１の実施の形態の変形例を、そのプロセスを示す図２を用いて説明する。図２において、図１と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
前記第１の実施の形態においては、ガラス転移温度を低下させるフロー領域を設定する露光処理（第二の露光工程）の際に用いるレチクルとして、図１に示したように第一のレジストパターンを形成する露光（第一の露光工程）に用いるレチクル１５と第二のレジストパターンを形成する露光（第二の露光工程）に用いるレチクル１７とは、開口部の大きさが異なるものを用いていたが、この実施の形態は、第二の露光工程において、第一の露光工程で用いたレチクルをそのまま使用するものである。

すなわち、図２（ｃ）に示すように、第二の露光工程においては、第一の露光工程で用いていたものと同一のレチクル１５を引き続き使用してフロー領域１６の露光を行う。この際、フロー領域１６の露光を行うためには、レジスト１４の開口部１４ｃよりも大径で露光を行う必要があるが、そのためには、被処理基板から焦点をずらした状態、すなわちデフォーカス状態で露光を行うか、あるいは、第一の露光量より大きい露光量で露光を行って、パターン開口部周辺のレジストパターンの露光を行うことができる。
このプロセスによれば、２回の露光工程において同一のレチクルを用いることができるため、プロセスのスループットが高まり作業性が向上する。

一方、前記図１の様に第二の露光用のレチクル１７を、第一の露光工程で用いるレチクル１５と異なったものを使用する場合には、第一のレジストパターンから、開口部を縮小させる部分と縮小させない部分を選択的に設定することが可能となる。

［第２の実施の形態］
本発明を実現する手段の第二の方法について、そのプロセスを示す図３を用いて説明する。図３において、図１と同一の部材については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態のプロセスは、図３に示すように、第一のレジストパターンを形成する第一の露光工程（図３（ａ））に引き続き、この露光領域１４ｂを現像して除去することなく、図３（ｂ）に示す上記レチクル１５より広い開口を有するレチクル１７を用いて、露光された領域１４ｂの周辺を露光（第二の露光）して、ガラス転移温度を低下させるフロー領域１６を形成する。次いで、前記第１の実施の形態と同様にして、現像工程（図３（ｃ））により露光領域１４ｂを現像除去してパターン開口径φ１を持つ開口部１４ｃを形成した後、フロー領域１６のレジスト樹脂に、前記第１の実施の形態と同様にしてガラス転移温度低下処理を施し、ベーク処理によりパターン開口径φ２を持つ開口部１４ｂの小径化処理を行う（図３（ｄ））。得られるレジストパターンの径、もしくは幅はφ１＞φ２である。次いで、加工膜１２の加工を行う（図３（ｅ））。

この実施の形態のプロセスにおいては、第一のパターンを現像する前に第二の露光を行うため、露光量は次の様に設定する必要がある。
図６が、本実施の形態において、露光量を決定するための方法を説明する図である。図６（ａ）は、前記第１の実施の形態において、第一のパターンを形成する際のパターン開口部の露光量分布を示す図である。レチクル６１を透過した光が、露光量Ｅ_０の強度でレジストに照射し、レジストの露光領域に潜像を形成している。

これに対して、本発明における第二の手段においては、図３のレチクル１５で行う第一の露光を、図６（ｂ）に示すＥ_１＜Ｅ_０の関係である露光量Ｅ_１で行う。引き続き図４（ｂ）での第二の露光を、図６（ｃ）におけるＥ_０＝Ｅ_１＋Ｅ_２の関係である露光量Ｅ_２において行う。図３（ａ）と図３（ｂ）の２度の露光において、露光範囲Ｃ＋Ｄにおける露光量分布は図６（ｄ）の様になる。図６（ｄ）の領域Ｃが図３におけるレジストが現像される領域１４ｂになり、領域Ｄがガラス転移温度を変化させるフロー領域１６となる。

［第２の実施の形態の変形例］
以下第２の実施の形態の変形例を、そのプロセスを示す図４を用いて、説明する。図４において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

上記第２の実施の形態においては、レジストを露光した後、この工程で用いたレチクルより広い開口を有するレチクルを用いて第二の露光工程で露光し、露光部とガラス転移温度低下部とを連続して形成する例を示したが、この実施の形態は、前記第二の露光において用いるレチクルとして、第一の露光工程で用いるレチクルを引き続き使用するものである。すなわち、図４に示すように、レチクル１５を用いて第一の露光工程を施した後、引き続き同じレチクル１５を用い、露光光をデフォーカスし、第１の露光領域１４ｂの周辺にも露光光を照射して、その領域１５をガラス転移温度低下部すなわちフロー領域１６とするものである。

このプロセスによれば、２回の露光工程においてレチクルを変更することなく、露光領域１４ｂと、ガラス転移温度低下領域すなわちフロー領域１６を連続して形成することが可能となるため、スループットに優れたプロセスを実現することが可能となる。

以上の実施の形態の説明においては、基板１１上に形成した加工膜１２の表面に下層反射防止膜１３を形成した例を示したが、この下層反射防止膜は本発明において必須の要件ではなく、省略したり、あるいは他の反射防止手段を採用したりすることもできる。

以上に説明したように、本発明の方法によれば、レチクル上にダミーパターンを設けることなく、レジストパターンをベークしてフローさせても一定のパターン縮小量のレジストパターンを形成できる。また、パターン近傍をシリル化処理することによって、高エッチング耐性を持ったパターンを形成できる。

（実施例１）
ポリシリコン９００ｎｍを成膜した基板を、東京エレクトロン製塗布現像装置ＡＣＴ１２にて下層反射防止膜ＡＲＣ２９（日産化学製）を７７ｎｍで回転塗布し、２０５℃で６０秒間ベークした。基板を常温に冷却した後、レジストＰＡＲ−７１５（住友化学製）を４００ｎｍの膜厚で回転塗布した。レジスト樹脂のガラス転移温度は約１５０℃である。この基板を１３０℃で６０秒間ベークし、常温に冷却した後、ＡｒＦエキシマレーザー光を露光光源とする露光装置ＦＰＡ−５０００ ＡＳ３（キヤノン製）にてウエハ転写寸法１２０ｎｍ径のコンタクトホールパターンを含むレチクルＡにて露光を行った。露光量は１８５Ｊ／ｍ^２であった。

露光後ベークを１３０℃６０秒で行い、常温でクーリングした後、再び露光装置ＦＰＡ−５０００ ＡＳ３にてコンタクトホールパターン周囲のレジストパターンのうち、ガラス転移温度を低下させる部分を露光するレチクルＢを通して露光した。露光量は１６０Ｊ／ｍ^２であった。レチクルＢは、レチクルＡにて露光したコンタクトホールパターンと中心が同一で、ウエハ上の露光転写寸法１６０ｎｍ径のコンタクトホールパターンを持つレチクルであった。

続いて１３０℃にて６０秒間ベーク処理を行った後、ＡＣＴ１２とインライン搬送できるように設置されているシリル化処理ユニットに基板を搬送した。シリル化処理ユニットでは、シリル化剤ジエチルアミノジメチルシランを１００℃にて気化させた薬剤をＮ_２圧送して１００℃に温度調節した処理室に送り込み、６０秒間基板にさらした。

レチクルＢで照射された領域とシリル化剤ジエチルアミノジメチルシランが反応し、反応したレジスト樹脂のガラス転移温度は約１１０℃となった。シリル化処理した基板をベークユニットに搬送し、１１０℃で６０秒間ベーク処理を行った。

本処理によって現像後１２０ｎｍ径であったコンタクトホール径からウエハ内均一に１００ｎｍ径のパターンを得た。

（実施例２）
ポリシリコン９００ｎｍを成膜した基板を、東京エレクトロン製塗布現像装置ＡＣＴ１２にて下層反射防止膜ＡＲＣ２９（日産化学製）を７７ｎｍで回転塗布し、２０５℃で６０秒間ベークした。基板を常温に冷却した後、レジストＰＡＲ−７１５（住友化学製）を４００ｎｍの膜厚で回転塗布した。レジスト樹脂のガラス転移温度は約１５０℃である。この基板を１３０℃で６０秒間ベークし、常温に冷却した後、ＡｒＦエキシマレーザー光を露光光源とする露光装置ＦＰＡ−５０００ ＡＳ３（キヤノン製）にてウエハ転写寸法１２０ｎｍ径のコンタクトホールパターンを含むレチクルＡにて露光を行った。露光量は１８５Ｊ／ｍ^２であった。

露光後ベークを１３０℃６０秒で行い、常温でクーリングした後、再び露光装置ＦＰＡ−５０００ ＡＳ３にてコンタクトホールパターン周囲のレジストパターンのうち、ガラス転移温度を低下させる部分を再びレチクルＡを通して露光した。露光量は１６０Ｊ／ｍ^２でフォーカスはベストフォーカスから２μｍデフォーカスさせて露光した。この露光によってレチクルＡにて露光したコンタクトホールパターンと中心が同一で、ウエハ上の露光転写寸法１４０ｎｍ径の領域を露光した。

続いて１３０℃にて６０秒間ベーク処理を行った後、ＡＣＴ１２とインライン搬送できるように設置されているシリル化処理ユニットに基板を搬送した。シリル化処理ユニットでは、シリル化剤ジエチルアミノジメチルシランを１００℃にて気化させた薬剤をＮ２圧送して１００℃に温度調節した処理室に送り込み、６０秒間基板にさらした。

レチクルＡで照射された領域とシリル化剤ジエチルアミノジメチルシランが反応し、反応したレジスト樹脂のガラス転移温度は約１１０℃となった。このシリル化処理した基板をベークユニットに搬送し、１１０℃で６０秒間ベーク処理を行った。

本処理によって現像後１２０ｎｍ径であったコンタクトホール径からウエハ内均一に１１０ｎｍ径のパターンを得た。

（実施例３）
ＳｉＮ１００ｎｍを成膜した基板を、東京エレクトロン製塗布現像装置ＡＣＴ１２にて下層反射防止膜ＡＲＣ２９（日産化学製）を７７ｎｍで回転塗布し、２０５℃で６０秒間ベークした。基板を常温に冷却した後、レジストＰＡＲ−７１５（住友化学製）を４００ｎｍの膜厚で回転塗布した。レジスト樹脂のガラス転移温度は約１５０℃である。この基板を１３０℃で６０秒間ベークし、常温に冷却した後、ＡｒＦエキシマレーザー光を露光光源とする露光装置ＦＰＡ−５０００ ＡＳ３（キヤノン製）にてウエハ転写寸法１００ｎｍ幅のトレンチパターンを含むレチクルＣにて露光を行った。露光量は１２５Ｊ／ｍ^２であった。

再び露光装置ＦＰＡ−５０００ ＡＳ３にてコンタクトホールパターン周囲のレジストパターンのうち、ガラス転移温度を低下させる部分を露光するレチクルＤを通して露光した。露光量は４０Ｊ／ｍ^２であった。レチクルＤはウエハ上の露光転写寸法１４０ｎｍ幅のトレンチパターンを持つレチクルであった。

続いて１３０℃にて６０秒間ベーク処理を行った後、ＡＣＴ１２とインライン搬送できるように設置されているシリル化処理ユニットに基板を搬送した。シリル化処理ユニットでは、シリル化剤ジメチルアミノジメチルシランを１００℃にて気化させた薬剤をＮ_２圧送して１００℃に温度調節した処理室に送り込み、６０秒間基板にさらした。

レチクルＤで照射された領域とシリル化剤ジメチルアミノジメチルシランが反応し、反応したレジスト樹脂のガラス転移温度は約１１０℃となった。シリル化処理した基板をベークユニットに搬送し、１１０℃で６０秒間ベーク処理を行った。

本処理によって現像後１００ｎｍ幅であったトレンチパターンからウエハ内均一に８０ｎｍ幅のパターンを得た。

（実施例４）
ＳｉＮ１００ｎｍを成膜した基板を、東京エレクトロン製塗布現像装置ＡＣＴ１２にて下層反射防止膜ＡＲＣ２９（日産化学製）を７７ｎｍで回転塗布し、２０５℃で６０秒間ベークした。基板を常温に冷却した後、レジストＰＡＲ−７１５（住友化学製）を４００ｎｍの膜厚で回転塗布した。レジスト樹脂のガラス転移温度は約１５０℃である。この基板を１３０℃で６０秒間ベークし、常温に冷却した後、ＡｒＦエキシマレーザー光を露光光源とする露光装置ＦＰＡ−５０００ ＡＳ３（キヤノン製）にてウエハ転写寸法１００ｎｍ幅のトレンチパターンを含むレチクルＣにて露光を行った。露光量は１２５Ｊ／ｍ２であった。

再び露光装置ＦＰＡ−５０００ ＡＳ３にてコンタクトホールパターン周囲のレジストパターンのうち、ガラス転移温度を低下させる部分を再びレチクルＣを通して露光した。露光量は４０Ｊ／ｍ^２でフォーカスはベストフォーカスから２μｍデフォーカスさせて露光した。

続いて１３０℃にて６０秒間ベーク処理を行った後、ＡＣＴ１２とインライン搬送できるように設置されているシリル化処理ユニットに基板を搬送した。このシリル化処理ユニットでは、シリル化剤ジメチルアミノジメチルシランを１００℃にて気化させた薬剤をＮ_２圧送して１００℃に温度調節した処理室に送り込み、６０秒間基板にさらした。

レチクルＣで照射された領域とシリル化剤ジメチルアミノジメチルシランが反応し、反応したレジスト樹脂のガラス転移温度は約１１０℃となった。シリル化処理した基板をベークユニットに搬送し、１１０℃で６０秒間ベーク処理を行った。

本処理によって現像後１００ｎｍ幅であったトレンチパターンからウエハ内均一に８５ｎｍ幅のパターンを得た。

本発明の第一の実施の形態であるパターン形成のプロセスを示す概略断面図。 本発明の第一の実施の形態であるパターン形成のプロセスの変形例を示す概略断面図。 本発明の第二の実施の形態であるパターン形成のプロセスを示す概略断面図。 本発明の第二の実施の形態であるパターン形成のプロセスの変形例を示す概略断面図。 従来のパターン形成のプロセスを示す概略断面図。 本発明の第二の実施の形態のプロセスにおいて露光量の決定の考え方を示すための概念図。 本発明のプロセスにおいて、レジストのガラス転移温度を変化させる領域を決定するための考え方を示す図。 本発明のガラス転移温度を変化させる領域の幅と開口部の縮小量との関係を示すグラフ。 本発明のベーク処理の加熱時間と開口部の大きさの関係を示すグラフ。 本発明のべーク処理の加熱温度と開口部の大きさの関係を示すグラフ。 本発明のシリル化処理反応時間とシリル化処理量との関係を示すグラフ。 本発明のシリル化処理反応温度とシリル化処理量との関係を示すグラフ。 本発明のシリル化処理の際のシリル化剤の分圧とシリル化処理量との関係を示すグラフ。

符号の説明

１１…基板
１２…加工膜
１３…反射防止膜
１４…レジスト
１４ａ…パターン
１４ｂ…露光領域（第一の露光領域）
１４ｃ…開口部
１５…第一のレチクル
１６…フロー領域（第二の露光領域）
１７…第二のレチクル
１８…フロー後の開口部付近領域
５１…基板
５２…加工膜
５３…反射防止膜
５４…レジスト
５４ｂ…露光領域
５５…レチクル
６１…第一のレチクル
６２…第二のレチクル

Claims (6)

1. 被処理基板上に第一のレジストパターンを形成した後に、該レジストパターンをベーク処理することによりレジストパターンの開口部分を縮小させて第二のレジストパターンとするレジストパターン形成方法において、
   前記第一のレジストパターンの開口部分周辺のレジスト樹脂のガラス転移温度を低下させる処理を行った後、前記第一のレジストパターンをベーク処理して、前記第一のレジストパターンのガラス転移温度を低下させた部位を、フローさせることによってレジストパターンの開口部位を縮小させて第二のレジストパターンとする工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. 前記レジスト樹脂のガラス転移温度を低下させる処理が、前記レジスト樹脂をシリル化する処理であることを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
3. 被処理基板上にレジストを塗布する工程と、
   前記被処理基板上のレジストを第一のレチクルを用いてパターン露光する工程と、
   これを現像処理して、前記レジストに開口部を形成する工程と、
   前記第一のレチクルより広い開口部を有する第二のレチクルを用いて、前記開口部を含む領域を露光する第二の露光工程と、
   前記第二の露光工程によって形成された露光領域の前記レジストをシリル化処理して前記露光領域のレジスト樹脂のガラス転移温度を変化させる工程と、
   これをベーク処理して、前記ガラス転移温度を変化させた領域のレジスト樹脂をフローさせ、縮小した開口部を有するパターンを得る工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
4. 被処理基板上にレジストを塗布する工程と、
   前記被処理基板上のレジストをレチクルを用いてパターン露光する工程と、
   これを現像処理して、前記レジストに開口部を形成する工程と、
   前記レチクルを用いて、前記開口部を囲繞するレジスト樹脂の領域を露光する第二の露光工程と、
   前記第二の露光工程によって形成された露光領域の前記レジスト樹脂をシリル化処理して前記露光領域のレジスト樹脂のガラス転移温度を変化させる工程と、
   これをベーク処理して、前記ガラス転移温度を変化させた領域のレジスト樹脂をフローさせ、縮小した開口部を有するパターンを得る工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
5. 被処理基板上にレジストを塗布する工程と、
   前記被処理基板上のレジストを、第一のレチクルを用いてパターン露光する工程と、
   前記第一のレチクルより広い開口部を有する第二のレチクルを用いて、前記開口部を含む領域を露光する第二の露光工程と、
   これを現像処理して、前記レジストに開口部を形成する工程と、
   前記第二の露光工程によって形成された露光領域の前記レジストをシリル化処理して前記露光領域のレジスト樹脂のガラス転移温度を変化させる工程と、
   これをベーク処理して、前記ガラス転移温度を変化させた領域のレジスト樹脂をフローさせ、縮小した開口部を有するパターンを得る工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
6. 被処理基板上にレジストを塗布する工程と、
   前記被処理基板上のレジストを、レチクルを用いてパターン露光し第一の露光領域を形成する工程と、
   前記レチクルを用いて、前記露光領域を囲繞するレジスト樹脂の領域を露光して第二の露光領域を形成する第二の露光工程と、
   これを現像処理して、前記第一の露光領域のレジストを溶解除去して前記レジストに開口部を形成する工程と、
   前記第二の露光領域の前記レジスト樹脂をシリル化処理して前記第二の露光領域のレジスト樹脂のガラス転移温度を変化させる工程と、
   これをベーク処理して、前記第二の露光領域のレジスト樹脂をフローさせ、縮小した開口部を有するパターンを得る工程を少なくとも備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
   
   
   

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