JP2000035672A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体デバイスの製造工程において、ステッ
パーの光源波長以下の微細なレジストパターンを安定し
て形成する。 【解決手段】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型
レジストを用いてレジストパターンを形成し、この上に
酸性成分或いは塩基性成分を含有する有機膜を形成す
る。これを加熱処理して酸を拡散させ、レジストパター
ンの表面層をアルカリ現像液に可溶化し、この表面層を
アルカリ現像液により除去することにより、微細なレジ
ストパターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、微細なパターン
を有する半導体装置とその製造方法に関する。さらに詳
しくは、ＬＳＩ半導体素子、液晶表示パネルなどの微細
加工におけるレジストパターンの形成方法に関するもの
で、より特定的には、高精度で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。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、従来の方法により、下地層２
１の上に、ステッパーにより最適焦点でマスクを露光し
てレジストパターンを形成した状態を示す図である。図
１４で、２２はステッパーの光源波長より大きい線幅の
レジストパターン、２３はステッパーの光源波長以下の
微細なレジストパターンを示す。このように、最適焦点
でマスクを露光する場合には、従来の方法でもマスクの
パターンにほぼ忠実にレジストパターンを形成すること
ができる。

【０００３】図１５は、従来の方法により、下地層２１
の上に、ステッパーにより焦点がずれた状態でマスクを
露光してレジストパターンを形成した状態を示す図であ
る。図９で、２２’はステッパーの光源波長より大きい
線幅のレジストパターン、２３’はステッパーの光源波
長以下の微細なレジストパターンを示す。このように、
焦点がずれた状態でマスクを露光する場合、ステッパー
の光源波長より大きい線幅のパターン２２’を形成する
場合には問題ないが、ステッパーの光源波長以下の微細
なレジストパターン２３’を形成する場合には、パター
ンの線幅が細ってしまうという問題があった。

【０００４】図１６はこれを説明するために、レジスト
パターンの寸法と焦点ずれの関係を示した図である。図
１６の線２２ａのように、パターン寸法が大きなレジス
トパターンを形成する場合には、多少のステッパーの焦
点ずれが起きた場合でも、寸法変動は生じない。しか
し、図１６の曲線２３ａのように、ステッパーの光源波
長以下の微細なレジストパターンを形成する場合には、
ステッパーの焦点ずれが起きた場合、寸法変動が大きく
なり、所望の寸法が得られないことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
リソグラフィ技術では、微細なレジストパターンを形成
する際、安定してレジストパターンを形成することがで
きないという問題点があった。それゆえに、この発明の
目的は、露光波長以下の微細パターンを形成する際に、
酸または塩基の拡散、レジストの分解等の化学メカニズ
ムによるレジスト修飾により、露光波長の限界を超えた
微細レジストパターンを安定して形成することを目的と
する。また、このように形成した微細レジストパターン
を用いる半導体装置の製造方法ならびにその製造方法に
より製造した微細なパターンを有する半導体装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に酸触媒化
学増幅ポジ型レジストを用いてレジストパターンを形成
する工程と、上記レジストパターンを含む上記半導体基
板の表面に酸性成分を含有する有機膜を形成する工程
と、上記有機膜を熱処理して上記レジストパターンの表
面層をアルカリ現像液に可溶化させる工程と、上記熱処
理後の有機膜と上記レジストパターンの表面層とをアル
カリ現像液により除去する工程とを含むことを特徴とす
るものである。

【０００７】また、請求項２に係る半導体装置の製造方
法は、請求項１に記載のものにおいて、上記酸性成分を
含有する有機膜として、酸性ポリマーを用いることを特
徴とするものである。

【０００８】また、請求項３に係る半導体装置の製造方
法は、請求項２に記載のものにおいて、上記酸性ポリマ
ーとして、ポリアクリル酸又はポリビニルスルホン酸を
用いることを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項４に係る半導体装置の製造方
法は、請求項１に記載のものにおいて、上記酸性成分を
含有する有機膜として、ポリマーに酸成分を添加したこ
とを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項５に係る半導体装置の製造方
法は、請求項４に記載のものにおいて、上記酸成分とし
て、アルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸、サリチ
ル酸のうちのいずれかを用いることを特徴とするもので
ある。

【００１１】また、請求項６に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型レジスト
を用いてレジストパターンを形成する工程と、上記レジ
ストパターンを含む上記半導体基板の表面に塩基性成分
を含有する有機膜を形成する工程と、上記有機膜を熱処
理して上記レジストパターンの表面層をアルカリ現像液
に可溶化させる工程と、上記熱処理後の有機膜と上記レ
ジストパターンの表面層とをアルカリ現像液により除去
する工程とを含むことを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項７に係る半導体装置の製造方
法は、請求項６に記載のものにおいて、上記塩基性成分
を含有する有機膜として、塩基性ポリマーを用いること
を特徴とするものである。

【００１３】また、請求項８に係る半導体装置の製造方
法は、請求項７に記載のものにおいて、上記塩基性ポリ
マーとして、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミ
ン、ポリアクリルイミド、ポリビニルアミンのうちいず
れか１種類、または、２種類以上の混合物、あるいは、
その塩を用いることを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項９に係る半導体装置の製造方
法は、請求項６に記載のものにおいて、上記塩基性成分
を含有する有機膜として、ポリマーに塩基性成分を添加
したことを特徴とするものである。

【００１５】また、請求項１０に係る半導体装置の製造
方法は、請求項９に記載のものにおいて、上記塩基性成
分として、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ド、エタノールアミン、アンモニアのうちのいずれかを
用いることを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項１１に係る半導体装置の製造
方法は、請求項４又は９に記載のものにおいて、上記ポ
リマーとして、ポリビニルアルコール、ポリアクリル
酸、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアミン、ポリビ
ニルアセタールのうちのいずれかを用いることを特徴と
するものである。

【００１７】また、請求項１２に係る半導体装置の製造
方法は、半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トを用いてレジストパターンを形成する工程と、上記レ
ジストパターンを含む上記半導体基板の表面に光照射に
より酸を発生する有機膜を形成する工程と、上記有機膜
に光照射して酸を発生させ熱処理して上記レジストパタ
ーンの表面層をアルカリ現像液に可溶化させる工程と、
上記光照射後に上記有機膜と上記レジストパターンの表
面層とをアルカリ現像液により除去する工程とを含むこ
とを特徴とするものである。

【００１８】また、請求項１３に係る半導体装置の製造
方法は、半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トを用いてレジストパターンを形成する工程と、上記レ
ジストパターンを含む上記半導体基板の表面に光照射に
より酸を発生する酸性の有機膜を形成する工程と、上記
有機膜に光照射して酸を発生させ熱処理して上記レジス
トパターンの表面層をアルカリ現像液に可溶化させる工
程と、上記光照射後に上記有機膜と上記レジストパター
ンの表面層とをアルカリ現像液により除去する工程とを
含むことを特徴とするものである。

【００１９】また、請求項１４に係る半導体装置の製造
方法は、半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トを用いてレジストパターンを形成する工程と、上記レ
ジストパターンを含む上記半導体基板の表面に光照射に
より酸を発生する塩基性の有機膜を形成する工程と、上
記有機膜に光照射して酸を発生させ熱処理して上記レジ
ストパターンの表面層をアルカリ現像液に可溶化させる
工程と、上記光照射後に上記有機膜と上記レジストパタ
ーンの表面層とをアルカリ現像液により除去する工程と
を含むことを特徴とするものである。

【００２０】また、請求項１５に係る半導体装置の製造
方法は、半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トを用いてレジストパターンを形成する工程と、上記レ
ジストパターンを含む上記半導体基板の表面に光照射に
より塩基を発生する有機膜を形成する工程と、上記有機
膜に光照射して塩基を発生させ熱処理して上記レジスト
パターンの表面層をアルカリ現像液に可溶化させる工程
と、上記光照射後に上記有機膜と上記レジストパターン
の表面層とをアルカリ現像液により除去する工程とを含
むことを特徴とするものである。

【００２１】また、請求項１６に係る半導体装置の製造
方法は、半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トを用いてレジストパターンを形成する工程と、上記レ
ジストパターンを含む上記半導体基板の表面に光照射に
より塩基を発生する塩基性の有機膜を形成する工程と、
上記有機膜に光照射して塩基を発生させ熱処理して上記
レジストパターンの表面層をアルカリ現像液に可溶化さ
せる工程と、上記光照射後に上記有機膜と上記レジスト
パターンの表面層とをアルカリ現像液により除去する工
程とを含むことを特徴とするものである。

【００２２】また、請求項１７に係る半導体装置の製造
方法は、半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トを用いてレジストパターンを形成する工程と、上記レ
ジストパターンを含む上記半導体基板の表面に光照射に
より塩基を発生する酸性の有機膜を形成する工程と、上
記有機膜に光照射して塩基を発生させ熱処理して上記レ
ジストパターンの表面層をアルカリ現像液に可溶化させ
る工程と、上記光照射後に上記有機膜と上記レジストパ
ターンの表面層とをアルカリ現像液により除去する工程
とを含むことを特徴とするものである。

【００２３】また、請求項１８に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１２〜１７のいずれかに記載のものにお
いて、上記光照射をフォトマスクを用いて選択的に行う
ことを特徴とするものである。

【００２４】また、請求項１９に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１２〜１７のいずれかに記載のものにお
いて、上記有機膜を、純水、又は、実質的にレジストパ
ターンを溶解することのない純水と有機溶剤との混合溶
媒に可溶なポリマーを主成分として構成したことを特徴
とするものである。

【００２５】また、請求項２０に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１２〜１７のいずれかに記載のものにお
いて、上記有機膜を構成するポリマーとして、ポリビニ
ルアルコール、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリド
ン、ポリビニルアミン、ポリビニルアセタールのうちの
いずれかを用いることを特徴とするものである。

【００２６】また、請求項２１に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１２〜１７のいずれかに記載のものにお
いて、上記光照射にＨｇランプのｇ線またはｉ線もしく
はＫｒＦエキシマレーザを使用することを特徴とするも
のである。

【００２７】また、請求項２２に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１２〜１４のいずれかに記載のものにお
いて、上記光照射により酸を発生する有機膜は、ポリマ
ーに光酸発生剤を添加して構成したことを特徴とするも
のである。

【００２８】また、請求項２３に係る半導体装置の製造
方法は、請求項２２に記載のものにおいて、上記光照射
により酸を発生する有機膜は、光酸発生剤を含み、この
光酸発生剤は上記レジストパターンの感光波長とは異な
る感光波長を有することを特徴とするものである。

【００２９】また、請求項２４に係る半導体装置の製造
方法は、請求項２２に記載のものにおいて、上記光酸発
生剤として、オニウム塩系、ジアゾベンゼンスルホン酸
系、ジアゾベンゼンカルボン酸系、クロロメチルトリア
ジン系、２，１−ナフトキノンジアジド−４−スルホン
酸エステル系のうちのいずれかを用いることを特徴とす
るものである。

【００３０】また、請求項２５に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１５〜１７のいずれかに記載のものにお
いて、上記光照射により塩基を発生する有機膜は、ポリ
マーに塩基発生剤を添加して構成したことを特徴とする
ものである。

【００３１】また、請求項２６に係る半導体装置の製造
方法は、請求項２５に記載のものにおいて、上記光照射
により塩基を発生する有機膜は、光塩基発生剤を含み、
この光塩基発生剤は上記レジストパターンの感光波長と
は異なる感光波長を有することを特徴とするものであ
る。

【００３２】また、請求項２７に係る半導体装置の製造
方法は、請求項２５に記載のものにおいて、上記光塩基
発生剤として、遷移金属錯体、ベンジルカルバメート化
合物、あるいはオキシム化合物のうちのいずれかを用い
ることを特徴とするものである。

【００３３】また、請求項２８に係る半導体装置の製造
方法は、請求項２５に記載のものにおいて、上記光酸塩
基発生剤として、紫外線照射により有機アミン類を発生
するものを用いることを特徴とするものである。

【００３４】また、請求項２９に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１２〜２８のいずれかに記載のものにお
いて、上記有機膜に光増感剤を添加したことを特徴とす
るものである。

【００３５】また、請求項３０に係る半導体装置の製造
方法は、請求項２９に記載のものにおいて、上記光増感
剤として、芳香族炭化水素化合物、芳香族ニトロ化合
物、芳香族ケトン化合物、芳香族アミノ化合物、フェノ
ール性化合物、キノン化合物、アントラセン化合物、ク
マリン誘導体、フタロシアニン化合物、ポルフィリン化
合物、アクリジン化合物、キサンテン化合物のいずれか
を用いることを特徴とするものである。

【００３６】また、請求項３１に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１〜５、１１〜１４、２２〜２４のいず
れかに記載のものにおいて、上記有機膜中に有機塩基性
成分を添加することを特徴とするものである。

【００３７】また、請求項３２に係る半導体装置の製造
方法は、請求項３１に記載のものにおいて、上記有機塩
基性成分として、テトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイド、エタノールアミン、アンモニアのうちのいず
れかを用いることを特徴とするものである。

【００３８】また、請求項３３に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１〜３２のいずれかに記載のものにおい
て、上記有機膜中に界面活性剤を添加することを特徴と
するものである。

【００３９】また、請求項３４に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１〜３３のいずれかに記載のものにおい
て、上記アルカリ現像液として、テトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイドの１〜５ｗｔ％のアルカリ水溶
液、またはこのアルカリ水溶液に１０ｗｔ％以下のアル
コールを添加したものを用いることを特徴とするもので
ある。

【００４０】また、請求項３５に係る半導体装置の製造
方法は、請求項１〜３４のいずれかに記載のものにおい
て、上記有機膜の形成材料の溶液として、純水、又は、
実質的にレジストパターンを溶解することのない純水と
有機溶剤との混合溶媒を用いることを特徴とするもので
ある。

【００４１】また、請求項３６に係る半導体装置は、請
求項１〜３５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法
によって製造されたことを特徴とするものである。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
半導体装置の製造方法、具体的には微細レジストパター
ンの形成方法を、従来の方法と比較しながら説明するた
めの図である。まず、この実施の形態では、酸性成分を
含む有機膜（酸性有機膜）によってレジスト修飾を行
い、微細なレジストパターンを得る方法について説明す
る。図１の左半部（ａ）は、この発明の実施の形態によ
るレジストパターンの形成方法の各工程を示す部分断面
図、図１の右半部（ｂ）は、従来のリソグラフィによる
レジストパターンの形成方法の各工程を示す部分断面図
である。

【００４３】まず、ステップ1に示すように、ウェーハ
１としては、半導体基板２の上に段差３が形成されたも
のからスタートする。この段差３を含む半導体基板１の
上に、エキシマ用化学増幅型ポジレジスト４を３，００
０から２０，０００Å塗布する。なお、前記ポジレジス
ト４を塗布する前にウェーハ１表面をヘキサメチルジシ
ラザン等により処理し、レジスト４とウェーハ１との密
着性を強化してもよい。また、レジスト４上に上層材を
塗布してもよい。また、塗布後熱処理を行ってもよい。

【００４４】次に、ステップ２を参照して、この実施の
形態（ａ）では、０．２５μｍの線幅のパターンが得ら
れるように調整したマスク５ａ（５：１縮小投影露光の
場合は１．２５μｍ線幅）を用いて、エキシマ用化学増
幅型ポジレジスト４に向けて選択的に光を照射する。ま
た、従来の方法（ｂ）では、０．１５μｍの線幅が得ら
れるように調整したマスク５ｂ（５：１縮小投影露光の
場合は０．７５μｍ線幅）を用いて、エキシマ用化学増
幅型ポジレジスト４に向けて選択的に光を照射する。

【００４５】次に、ステップ３では、現像処理を行う。
ステップ２における露光を半導体基板２の段差３の下部
に焦点位置を合わせて行った場合、この実施の形態１の
図１（ａ）では、パターンの寸法が大きいので、段差３
上部でも下部でも０．２５μｍのレジストパターン６ａ
が得られた。一方、従来の方法の図１（ｂ）では、段差
３下部では０．１５μｍのレジストパターン６が得ら
れ、段差３上部では０．１０μｍのレジストパターン６
となり、パターンの線幅に変動が生じた。

【００４６】次に、ステップ４に示すように、この実施
の形態では、ウェーハ１の上に、酸性成分を含有する有
機膜７として、ポリアクリル酸から構成される樹脂を塗
布した。次に、ステップ５では、ホットプレート（図示
せず）の上にウェーハ１を載せて、ウェーハ１の有機膜
７に対して、１２０℃、６０秒の熱処理を行った。これ
は、有機膜７を加熱して酸をレジストパターン６ａの表
面層に拡散させることにより、レジストパターン６ａの
表面層をアルカリ現像液に可溶化させるためである。こ
うしてレジストパターン６ａの表面に可溶化層１１を形
成する。

【００４７】次に、ステップ６に示すように、アルカリ
現像液により現像を行うと、レジストパターン６の表面
層が溶解し、線幅が０．１０μｍシュリンクし、０．１
５μｍのレジストパターン８が得られた。

【００４８】なお、ステップ５にて熱処理温度を高くす
ること、また、熱処理時間をながくすることで、ステッ
プ６での現像による溶解量は大きくなり、線幅のシュリ
ンク量は大きくなる。

【００４９】次に、上記の実施の形態において、酸性成
分を含有する有機膜７としては、酸性ポリマーを用いる
ことができる。すなわち、それ自体が酸性のベースポリ
マーを用いる場合である。この酸性ポリマーとしては、
好適な例として、ポリアクリル酸又はポリビニルスルホ
ン酸を用いることができる。

【００５０】さらに、酸性成分を含有する有機膜とし
て、ポリマーに酸成分を添加したものを用いることがで
きる。すなわち、ベースポリマー自体は中性で、これに
酸成分を添加する場合である。この場合のポリマーとし
ては、好適な例として、ポリビニルアルコール、ポリア
クリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアミン、
ポリビニルアセタールのうちのいずれかを用いることが
できる。また、このようなポリマーに添加する酸成分と
しては、好適には、アルキルカルボン酸、アルキルスル
ホン酸、サリチル酸のうちのいずれかを用いることがで
きる。

【００５１】また、有機膜７の形成材料の溶液として
は、好適には、純水、又は、レジストパターンを溶解し
ない程度の純水と有機溶剤との混合溶媒を用いることが
できる。

【００５２】なお、有機膜７中に、テトラメチルアンモ
ニウムハイドロオキサイド、エタノールアミン、アンモ
ニアなどの有機塩基性成分を添加することにより、有機
膜７の成膜性向上または酸拡散長の抑制を図ることがで
きる。また、有機膜７中に界面活性剤を添加し、有機膜
７の成膜性を向上させることができる。

【００５３】さらに、アルカリ現像液としては、好適に
は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１
〜５ｗｔ％のアルカリ水溶液、またはこのアルカリ水溶
液に１０ｗｔ％以下のアルコールを添加したものを用い
ることができる。

【００５４】次に、有機膜７を熱処理してレジストパタ
ーン６の表面層をアルカリ現像液に可溶化させるメカニ
ズムは次のように説明される。図２（ａ）に模式的に示
すように、エキシマ用化学増幅型ポジレジストでは、ベ
ース樹脂４ａに保護基４ｂを結合しており、アルカリ難
溶性になっている。これに加熱処理によって発生した酸
を作用させると、図２（ｂ）に示すように、ベース樹脂
４ａと保護基４ｂとの結合が切断され、アルカリ可溶性
となる。従って、酸性処理されたレジストパターンの表
面層のみアルカリ可溶となり、アルカリ現像液で処理す
ることにより、レジスト表面層が溶解し、レジストパタ
ーン（レジストの残し部分）を細くすることができる。

【００５５】以上説明したように、この実施の形態で
は、まず半導体基板上に、酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トによる通常のフォトリソグラフィによりレジストパタ
ーンを形成する。次に、前記パターン上に酸性成分を含
有する有機膜を塗布し、発生した酸をレジストパターン
中に拡散させ、かつその酸触媒作用でレジストパターン
（レジスト残し部分）の表面層をアルカリ現像液に可溶
化させるようにする。その後、前記有機膜と前記可溶化
層をアルカリ現像液で剥離することにより、当初形成さ
れたレジストパターン（レジスト残し部分）を細らせ
て、細いレジストパターンを形成することができる。す
なわち、これにより、露光波長以下の微細パターンを安
定して形成することができる。

【００５６】なお、上記の説明では、半導体基板２の上
にレジストパターンを形成する場合を挙げた。しかし、
半導体装置の製造におけるレジストパターンの形成は、
半導体基板の上だけでなく、シリコン酸化膜などの絶縁
膜の上、あるいはポリシリコン膜、金属膜など各種の導
電膜の上に形成される。この実施の形態は、これらすべ
ての下地膜の上にレジスト膜を形成する際に適用できる
ものである。この明細書で、「半導体基板の上に」と言
う場合は、これらすべての場合を含むものである。

【００５７】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２による半導体装置の製造方法、具体的には微細レ
ジストパターンの形成方法を説明するための図であり、
レジストパターンの形成方法の各工程を示す部分断面図
である。この実施の形態では、光酸発生剤を含む有機膜
によってレジスト修飾を行い、微細なレジストパターン
を得る方法について説明する。図３を参照して、先ずス
テップ１において、半導体基板２の上に、通常のフォト
リソングラフィにより、ＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅
ポジ型レジストによる０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジスト
パターン６を形成する。

【００５８】次に、ステップ２において、レジストパタ
ーン６を含む半導体基板２の上に、光照射により酸を発
生する有機膜９を形成する。言い換えれば、光酸発生剤
を含むポリマーによる膜を形成する。具体的な例として
は、ナフトキノンジアジド‐４スルホン酸エステル誘導
体を約１％とベースポリマーとしてボリビニルピロリド
ンを含む水溶液をスピンコートすることにより有機膜９
を形成する。

【００５９】次に、ステップ３において、前記の０．２
５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジストパターン６に対し、線幅を細
くしたい部分のみ開口１０ａを有する、所望のパターン
を含むフォトマスク１０を用い、有機膜９に対しＨｇラ
ンプのｉ線により２００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²の光照
射を行う。有機膜９には、この露光処理によって露光さ
れた部分のみに選択的に酸成分が生成する。

【００６０】次に、ステップ４において、ウェーハ１に
対して、ホットプレートにより６０〜１４０℃で約１〜
３分間の熱処理を行う。これにより、発生した酸成分を
ＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅ポジ型レジストのレジス
トパターン６（残しパターン）中に拡散させ、且つその
酸触媒作用でレジストパターン６（レジスト残し部分）
の表面層をアルカリ現像液に可溶化させ、可溶化層１１
をつくる。

【００６１】次に、ステップ５において、有機膜９と可
溶化層１１をアルカリ現像液で除去する。具体的には、
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．３
８ｗｔ％現像液で剥離する。その後剥離後のパターン中
の水分等を除去するため１００〜１３０℃で約１〜３分
間の熱処理を行う。結果として有機膜９の露光された部
分と接触するレジストパターン６（レジスト残し部分）
の寸法のみが０．１μｍ後退し、当初ＫｒＦエキシマレ
ーザのフォトリソグラフィでは形成不可能であった０．
１５μｍＬ／０．３５μｍＳのレジスト配線パターン８
を選択的に形成することが出来る。

【００６２】次に、この実施の形態において、有機膜９
を構成するポリマーとしては、純水、又は、実質的にレ
ジストパターンを溶解することのない純水と有機溶剤と
の混合溶媒に可溶なポリマーを主成分として用いること
ができる。さらに、具体的には、有機膜９を構成するポ
リマーとして、実施の形態１で酸成分を添加して用いる
ポリマーと、同様のポリマーを用いることができる。す
なわち、ベースポリマー自体は中性である。好適な例と
しては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリ
ビニルピロリドン、ポリビニルアミン、ポリビニルアセ
タールのうちのいずれかを好適に用いることができる。

【００６３】また、光酸発生剤は、下地のレジストパタ
ーンの感光波長とは異なる感光波長を有するものを用い
る。具体的には、光酸発生剤として好適なものとして、
オニウム塩系、ジアゾベンゼンスルホン酸系、ジアゾベ
ンゼンカルボン酸系、クロロメチルトリアジン系、２，
１−ナフトキノンジアジゾ−４−スルホン酸エステル系
のうちのいずれかを用いることができる。さらに、好適
な光酸発生剤の例を具体的に挙げると、４‐ヒドロキシ
ナフチルジメチルスルホニウムトリフレート（トリフル
オロメタンスルフォネートともいう）、４，８‐ジヒド
ロキシナフチルジメチルスルホニウムトリフレート（ト
リフルオロメタンスルフォネートともいう）、４，７‐
ジヒドロキシナフチルジメチルスルホニウムトリフレー
ト（トリフルオロメタンスルフォネートともいう）、
１，８‐ナフタルイミジルトリフレート（トリフルオロ
メタンスルフォネートともいう）、１，８‐ナフタルイ
ミジルトシレート（トリエンスルフォネートともい
う）、１，８‐ナフタルイミジルメシレート (メタンス
ルフォネートともいう）、ビス（フェニルスルホニル）
ジアゾメタン、ビス（４‐クロロフェニルスルホニル）
ジアゾメタン、ビス（２，４‐ジメチルフェニルスルホ
ニル）ジアゾメタン、４‐メトキシ‐α‐トシロキシイ
ミノフェニルアセトニトリル、また、２，１−ナフトキ
ノンジアジゾ−４−スルホン酸エステル化合物として、
ピロガロールとのエステル体、没食子酸とのエステル体
などを用いることができる。

【００６４】また、光照射には、好適には、Ｈｇランプ
のｇ線またはｉ線もしくはＫｒＦエキシマレーザを使用
することができる。

【００６５】また、実施の形態１と同様に、有機膜の形
成材料の溶液としては、好適には、純水、又は、レジス
トパターンを溶解しない程度の純水と有機溶剤との混合
溶媒を用いることができる。

【００６６】また、実施の形態１と同様に、有機膜中
に、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、エ
タノールアミン、アンモニアなどの有機塩基性成分を添
加することにより、有機膜の成膜性向上または酸拡散長
の抑制を図ることができる。この有機塩基性成分として
は、好適には、テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイド、エタノールアミン、アンモニアのうちいずれか
を用いることができる。また、有機膜中に界面活性剤を
添加し、有機膜の成膜性を向上させることができる。

【００６７】さらに、実施の形態１と同様に、アルカリ
現像液としては、好適には、テトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイドの１〜５ｗｔ％のアルカリ水溶液、
またはこのアルカリ水溶液に１０ｗｔ％以下のアルコー
ルを添加したものを用いることができる。

【００６８】次に、有機膜９を熱処理してレジストパタ
ーン６の表面層をアルカリ現像液に可溶化させるメカニ
ズムは、実施の形態１で説明したところと同じであるか
ら、重複した説明は省略する。

【００６９】以上説明したように、この実施の形態で
は、まず半導体基板上に、酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トによる通常のフォトリソグラフィによりレジストパタ
ーンを形成する。次に、前記パターン上に光照射により
酸を発生する有機膜、つまり光酸発生剤を含む有機膜を
塗布し、これに光照射して酸を発生させる。そして、熱
処理により、発生した酸をレジストパターン中に拡散さ
せ、かつその酸触媒作用でレジストパターン（レジスト
残し部分）の表面層をアルカリ現像液に可溶化させるよ
うに熱処理を行なう。その後、前記有機膜と前記可溶化
層をアルカリ現像液で剥離することにより、当初形成さ
れたレジストパターン（レジスト残し部分）を細らせる
ことができる。また、光照射の際フォトマスクを使用
し、選択的に露光することにより、レジストパターン
（レジスト残し部分）を選択的に細くすることができ
る。

【００７０】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３による半導体装置の製造方法、具体的には微細レ
ジストパターンの形成方法を説明するための図であり、
レジストパターンの形成方法の各工程を示す部分上面図
である。この実施の形態では、酸性成分を含む有機膜
（酸性有機膜）によってレジスト修飾を行い、微細なレ
ジストパターンを得る他の例について説明する。図４を
参照して、先ずステップ１及びステップ２は、実施の形
態２と同様であるから、重複説明を省略する。

【００７１】次に、ステップ３において、前記の０．２
５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジストパターン６に対し、線幅を細
くしたい部分のみ開口１０ａを有する、所望のパターン
を含むフォトマスク１０を用い、有機膜９に対しＨｇラ
ンプのｉ線により２００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²の光照
射を行う。この実施の形態では、図示ステップ３の中央
部水平方向の帯状部分１０ａを光照射し、その両サイド
の帯状の部分は光遮蔽をする。この露光処理によって露
光された部分のみに選択的に酸成分が生成する。

【００７２】次に、ステップ４において、実施の形態２
と同様に熱処理を行ない、レジストパターン６の表面に
可溶化層１１を形成する。

【００７３】次に、ステップ５において、実施の形態２
と同様に有機膜９と可溶化層１１をアルカリ現像液で除
去する。結果として有機膜９の露光された部分に接触す
るレジストパターン６（レジスト残し部分）の寸法のみ
が０．１μｍ後退し、部分的に線幅が細くなった部分１
２ａを有するレジストパターン１２を形成することがで
きる。この実施の形態３と先の実施の形態２とは、光照
射するマスクのパターンが異なり、生成するレジストパ
ターンが異なるが、プロセスとその効果は同様であるか
ら、これ以上の重複説明は省略する。

【００７４】次に、実施の形態１〜３の方法により形成
したレジストパターンを用いて半導体装置を製造する工
程について説明する。第1の例として、図５（ａ）は、
半導体基板２の上に絶縁膜１３を形成し、さらにその上
にポリシリコン膜あるいはアルミ膜などの導電膜１４を
形成し、この導電膜１４の上に、実施の形態１の方法に
より、レジストパターン８を形成した状態を示してい
る。図５（ｂ）に示すように、このウェーハ１の導電膜
１４をレジストパターン８を介してエッチングすること
により、線幅が露光波長より狭い、細い配線パターン１
４ａを形成することができる。たとえば、線幅が０．１
５μｍの配線パターンを安定して形成することができ
る。

【００７５】第２の例として、図６（ａ）は、半導体基
板２の上に絶縁膜１３を形成し、さらにその上にポリシ
リコン膜あるいはアルミ膜などの導電膜１４を形成し、
この導電膜１４の上に、実施の形態２の方法により、レ
ジストパターン８と６を形成した状態を示している。図
６（ｂ）に示すように、このウェーハ１の導電膜１４を
レジストパターン８と６を介してエッチングすることに
より、例えば、線幅が０．１５μｍのごとくに、線幅の
細い配線パターン１４ａと、例えば線幅が０．２５μｍ
のごとく、通常の線幅の配線パターン１４ｂとを形成す
ることができる。

【００７６】第３の例として、図７（ａ）は、半導体基
板２の上に絶縁膜１３を形成し、さらにその上にポリシ
リコン膜あるいはアルミ膜などの導電膜１４を形成し、
この導電膜１４の上に、実施の形態３の方法により、レ
ジストパターン１２ａを形成した状態を示している。次
に、図７（ｂ）に示すように、このウェーハ１の導電膜
１４をレジストパターン１２ａを介してエッチングする
ことにより、部分的に線幅の細い配線パターン１４ａを
形成することができる。その後さらに、図７（ｃ）に示
すように、層間絶縁膜１５を形成し、この層間絶縁膜１
５のなかで、細くなった２本の配線パターン１４ａの間
に、垂直に伸びる導電プラグ１６ａを形成し、層間絶縁
膜１５の上に形成した配線１６ｂと接続している。この
例を半導体メモリに適用すると、配線パターン１４ａは
ワード線、配線１６ｂはビット線となる。

【００７７】以上説明した図５〜図７の工程の後、さら
に半導体製造工程は継続するが、これは従来から知られ
ている方法であるので、その説明は省略する。以上のよ
うな方法により、露光波長の限界を超えた線幅の微細な
パターンを有する半導体装置を製造することができる。

【００７８】実施の形態４．図８〜図１０は、この発明
の実施の形態４による半導体装置の製造方法、具体的に
は微細レジストパターンの形成方法を、従来の方法と比
較しながら説明するための図である。この実施の形態で
は、酸性分を含む有機膜によってレジスト修飾を行い、
微細なレジストパターンを得る方法を、ホールパターン
へ適用する場合について説明する。

【００７９】図８は、比較説明のために従来のリソグラ
フィによるホールのレジストパターンを示す平面図であ
る。図９は、この発明の実施の形態によるホールのレジ
ストパターンの形成方法の各工程を示す部分平面図、図
１０はその部分断面図である。図８に示すように、従来
技術を用いた場合、ホール１７の間隔が狭いパターン、
例えばホールサイズ０．３０μｍ、ホール間隔０．１８
μｍのアレイパターンの形成でハーフトーンマスクを用
いると、サブピークによってディンプル１８（くぼみ）
が発生し、エッチング後に不要な穴があいてしまう。

【００８０】本実施の形態では、まず、図９および図１
０のステップ1に示すように、半導体基板２に形成され
た例えば導電層３ａの上にレジスト膜４を塗布し、予め
小さめのホール１７ａ、例えば０．２４μｍのホールで
一旦ホールパターン６ｄを形成する。

【００８１】次に、ステップ２に示すように、ウェーハ
１の上に、酸性成分を含有する有機膜７として、例えば
ポリアクリル酸から構成される樹脂をスピンコートす
る。次に、酸拡散のための熱処理、可溶化層除去、水分
除去のための熱処理を行う（ステップ３）。次に、ステ
ップ３では、有機膜７を加熱して酸をレジストパターン
６ｄの表面層に拡散させることにより、レジストパター
ン６ｄの表面層をアルカリ現像液に可溶化させる。こう
してレジストパターン６の表面に可溶化層１１ａを形成
する。

【００８２】次に、ステップ４に示すように、アルカリ
現像液により現像を行うと、レジストパターン６ｄの表
面層が溶解し、ホール径が０．０６μｍ拡大し、ホール
径が０．３０μｍのホール１７ｂを有するレジストパタ
ーン８ｄが得られた。また、ホール間隔は０．０６μｍ
縮小し、０．１８μｍとなった。このように、結果とし
て小さいめに開口したホールの径が拡大して、従来技術
では得られなかったホール間隔が狭い正常なホールパタ
ーンを得ることができる。また、この作用・効果はノー
マルマスクを用いた場合にも可能である。

【００８３】なお、ステップ３にて熱処理温度を高くす
ること、また、熱処理時間をながくすることで、ステッ
プ４での現像による溶解量は大きくなり、ホール間隔の
シュリンク量は大きくなる。なお、本実施の形態におい
て、酸性成分を含有する有機膜７の材料、有機膜７の形
成材料の溶液、アルカリ現像液などは、実施の形態形態
１と同様のものが適用できる。その説明は重複を避ける
ため省略する。

【００８４】実施の形態５．図１１は、この発明の実施
の形態５による半導体装置の製造方法、具体的には微細
レジストパターンの形成方法を説明するための図であ
り、レジストパターンの形成方法の各工程を示す部分断
面図である。この実施の形態では、光酸発生剤を含む、
酸性の有機膜によってレジスト修飾を行い、微細なレジ
ストパターンを得る方法について説明する。図１１を参
照して、先ずステップ１において、実施の形態１のステ
ップ１と同様に、半導体基板２の上に、通常のフォトリ
ソングラフィにより、酸触媒化学増幅ポジ型レジストに
よる０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジストパターン６を形成
する。

【００８５】次にステップ２においてレジストパターン
６を含む半導体基板２の上に、実施の形態２における光
酸発生剤を含む有機膜に代えて、本実施の形態では、光
酸発生剤を含む酸性の有機膜９ａを形成する。具体例と
しては、ナフトキノンジアジド-4-スルホン酸エステル
誘導体を約５ｗｔ％、ペルフルオロアルキルカルボン酸
誘導体を約１０ｗｔ％、およびベースポリマーとしてポ
リビニルピロリドンを含む水溶液をスピンコートして形
成する。

【００８６】次に、ステップ３〜５において、実施の形
態２のステップ３〜５と同様の処理を行う。具体的に
は、ステップ３において、実施の形態２と同様に、０．
２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジストパターン６に対し、線幅を
細くしたい部分のみ開口１０ａを有する、所望のパター
ンを含むフォトマスク１０を用い、有機膜９ａに対しＨ
ｇランプのｉ線により２００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²の
光照射を行う。有機膜９ａには、この露光処理によって
露光された部分のみに選択的に塩酸成分が生成する。

【００８７】次に、ステップ４において、ウェーハ１に
対して、６０〜１４０℃で約１〜３分間の熱処理を行
う。これにより、光照射により発生した酸成分と有機膜
９ａに含まれていた酸成分とを酸触媒化学増幅ポジ型レ
ジストのレジストパターン６（残しパターン）中に拡散
させ、且つその酸触媒作用でレジストパターン６（レジ
スト残し部分）の表面層をアルカリ現像液に可溶化さ
せ、可溶化層をつくる。この際、光照射を受けない有機
膜９ａの部分では、もとから含まれていた酸成分が拡散
し、レジストパターン６の表面に薄い可溶化層１ａが形
成される。光照射を受けた有機膜９ａの部分では、多く
の酸成分が含まれているため、レジストパターン６の表
面には厚い可溶化層１１ｂができる。

【００８８】次に、ステップ５において、有機膜９ａと
可溶化層１１ａ，１１ｂをアルカリ現像液で除去する。
具体的には、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイドの２．３８ｗｔ％現像液で剥離する。その
後、剥離後のパターン中の水分等を除去するため１００
〜１３０℃で約１〜３分間の熱処理を行う。

【００８９】結果として、レジストパターン６（レジス
ト残し部分）の線幅寸法は、有機膜９ａの露光された部
分に接触するレジストパターン６の寸法が０．１５μｍ
後退して線幅が０．１０μｍとなり、また未露光部分に
接触したレジストパターンの寸法が０．０５μｍ後退し
て線幅が０．２０μｍとなる。このように、線幅の縮小
量が部分的に異なり、その結果０．１０μｍと０．２０
μｍの異なる微細な線幅のレジストパターン８ａを形成
することができる。

【００９０】次に、この実施の形態において、有機膜９
ａを構成するポリマー、有機膜の形成材料の溶液、光酸
発生剤、アルカリ現像液、その他の実施の形態１，２で
説明したことは、同様に適用できる。重複を省くためそ
の説明は省略する。

【００９１】以上説明したように、この実施の形態で
は、まず半導体基板上に、酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トによる通常のフォトリソグラフィによりレジストパタ
ーンを形成する。次に、前記パターン上に光照射により
酸を発生する成分を含む酸性の有機膜、つまり光酸発生
剤を含む酸性有機膜を塗布し、これに光照射して酸を発
生させる。そして、熱処理により当初から存在した酸と
新たに発生した酸とをレジストパターン中に拡散させ、
かつその酸触媒作用でレジストパターン（レジスト残し
部分）の表面層をアルカリ現像液に可溶化させるように
熱処理を行なう。その後、前記有機膜と前記可溶化層を
アルカリ現像液で剥離することにより、当初形成された
レジストパターン（レジスト残し部分）を細らせること
ができる。また、光照射の際フォトマスクを使用し、選
択的に露光することにより、レジストパターン（レジス
ト残し部分）を選択的に細くすることができる。

【００９２】実施の形態６．次に、この発明の実施の形
態６について説明する。この実施の形態では、光酸発生
剤を含み、光増感剤を添加した有機膜によってレジスト
修飾を行い、微細なレジストパターンを得る方法につい
て説明する。この実施の形態６は、実施の形態２、３お
よび５における有機膜に光増感剤を添加することを特徴
とするものである。実施の形態２および３のものでは、
ステップ２における有機膜９に、以下に説明する光増感
剤を添加する。実施の形態５のものでは、ステップ２の
有機膜９ａに光増感剤を添加する。光増感剤は酸発生剤
の感度向上のために添加し、光照射による酸の発生量を
増加させる役割がある。すなわち、光酸発生剤が単独で
は光照射しても酸を発生しない場合、光増感剤と組み合
わせることではじめて酸を発生させることができる。

【００９３】光増感剤としては、芳香族炭化水素化合
物、芳香族ニトロ化合物、芳香族ケトン化合物、芳香族
アミノ化合物、フェノール性化合物、キノン化合物、ア
ントラセン化合物、クマリン誘導体、フタロシアニン化
合物、ポルフィリン化合物、アクリジン化合物、キサン
テン化合物などを用いることができる。

【００９４】更に具体的には、例えばナフタレン、アン
トラセン、フェナントレン、クリセン、ニトロベンゼ
ン、p-ジニトロベンゼン、1,3,5-トリニトロベンゼン、
p-ニトロジフェニル、ニトロアニリン、ジニトロアニリ
ン、ピクラミド、2-クロロ-4-ニトロアニリン、フェノ
ール、p-ニトロフェノール、2,4-ジニトロフェノール、
2,4,6-トリニトロフェノール、ベンズアルデヒド、9-ア
ントラアルデヒド、アセトフェノン、ベンゾフェノン、
ジベンザルアセトン、ベンジル、p,p'-ジアミノベンゾ
フェノン、p,p'-ジメチルアミノベンゾフェノン、p,p'-
テトラメチルジアミノベンゾフェノン、ベンゾキノン、
1,2-ナフトキノン、1,4-ナフトキノン、アントラキノ
ン、1,2-ベンゾアントラキノン、アントロン、1,9-ベン
ゾアントラキノン、6-フェニル-1,9-ベンゾアントラキ
ノン、3-フェニル-1,9-ベンゾアントラキノン、2-ケト-
3-アザ-1,9-ベンゾアントラキノン、3-メチル-1,3-ジア
ザ-1,9-ベンゾアントラキノン、2-ニトロフルオレン、
2,7-ジニトロフルオレン、2,5-ジニトロフルオレン、1,
8-フタロイルナフタレン、2-クロロ-1,8-フタロイルナ
フタレン、4-クロロ-1,8-フタロイルナフタレン、5-ニ
トロアセナフテン、5,6-ジニトロアセナフテン、5-ベン
ゾイルアセナフテン、1-ニトロピレン、N-アセチル-4-
ニトロ-1-アミノナフタレン、N-フェニルチオアクリド
ン、トリフェニルピリリウムパークロレイト、4-メトキ
シフェニル-2,6-ジフェニルピリリウムパークロレイ
ト、4-ブトキシフェニル-2,6-ジフェニルピリリウムパ
ークロレイト、4-ペンチロキシフェニル-2,6-ジフェニ
ルピリリウムパークロレイト、2,4,6-トリメトキシフェ
ニル-2,6-ジフェニルピリリウムパークロレイト、4-メ
トキシフェニル-2,6-ジフェニルチオピリリウムパーク
ロレイト、4-ブトキシフェニル-2,6-ジフェニルチオピ
リリウムパークロレイト、4-アミロキシフェニル-2,6-
ジフェニルチオピリリウムパークロレイト、2,4,6-トリ
メトキシフェニル-2,6-ジフェニルピリリウムパークロ
レイト、3-ケトクマリン、アリルクマリン、アロイルク
マリン、アルコキシカルボニルビスクマリン、ジアルキ
ルケトビスクマリンなどが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。

【００９５】これらの光増感剤は単独で用いてもよく、
２種以上混合して用いてもよい。また、光増感剤の添加
量は、樹脂組成物中、０．０１〜２０ｗｔ％であること
が好ましい。０．０１ｗｔ％未満の場合、感度向上の効
果が低く、２０ｗｔ％を超える場合は、保存安定性に劣
る傾向がある。

【００９６】

【実施例】次に、酸発生剤に対する光増感剤の添加効果
に関する実施例を挙げる。実施の形態２または３のステ
ップ２における有機膜９に代えるものとして、ベースポ
リマーとしてポリビニルピロリドン、光酸発生剤として
4,7-ジヒドロキシナフチルジメチルスルホニウムトリフ
レートを１０ｗｔ％を含む水溶液、光増感剤として2-エ
チル-9,10-ジメトキシアントラセンを１ｗｔ％更に添加
した水溶液を、スピンコートして形成させた有機膜を用
い、光増感剤の添加効果を調べた。その結果、有機膜の
露光された部分に接触するレジストパターン６の寸法の
縮小量は、光増感剤無添加では0.05μmであったが、添
加した際には0.1μmに大きくなっており、光増感剤の添
加による酸発生の増大が確認できた。

【００９７】実施の形態７．図１２は、この発明の実施
の形態７による半導体装置の製造方法、具体的には微細
レジストパターンの形成方法を説明するための図であ
り、レジストパターンの形成方法の各工程を示す部分断
面図である。この実施の形態では、塩基発生剤を含む、
酸性の有機膜によってレジスト修飾を行い、微細なレジ
ストパターンを得る方法について説明する。図１２を参
照して、先ずステップ１は、実施の形態２のステップ1
と同様であり、半導体基板２の上に、通常のフォトリソ
ングラフィにより、酸触媒化学増幅ポジ型レジストによ
る０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジストパターン６を形成す
る。

【００９８】次に、ステップ２において、レジストパタ
ーン６を含む半導体基板２の上に、実施の形態２におけ
る光酸発生剤を含む有機膜に代えて、光照射により塩基
成分を発生する酸性の有機膜９ｂを形成する。言い換え
れば、塩基発生剤を含むポリマーによる膜を形成する。
塩基成分の発生剤については、後に詳述する。

【００９９】次に、ステップ３〜５は、実施の形態２の
ステップ３〜５と、同様な処理を行う。具体的には、ス
テップ３において、前記の０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジ
ストパターン６に対し、線幅を細くしたい部分のみ開口
１０ａを有する、所望のパターンを含むフォトマスク１
０を用い、有機膜９ｂに対しＨｇランプのｉ線により２
００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²の光照射を行う。有機膜９
ｂには、この露光処理によって露光された部分のみに選
択的に塩基成分が生成する。

【０１００】この実施の形態では、選択的に露光された
有機膜９ｂの範囲に塩基が発生し、予め有機膜中に存在
する酸成分が、発生した塩基性成分により中和されるた
め、レジストパターン６中に拡散する酸成分が無くな
る。これに対して、未露光部分では、塩基の発生が無い
ため、有機膜９ｂ中に存在する酸成分が残る。

【０１０１】次に、ステップ４において、ウェーハ１に
対して、６０〜１４０℃で約１〜３分間の熱処理を行
う。これにより、残っている酸成分を酸触媒化学増幅ポ
ジ型レジストのレジストパターン６（残しパターン）中
に拡散させ、且つその酸触媒作用でレジストパターン６
（レジスト残し部分）の表面層をアルカリ現像液に可溶
化させ、可溶化層１１ｃをつくる。

【０１０２】次に、ステップ５において、有機膜９ｂと
可溶化層１１ｃをアルカリ現像液で除去する。 結果と
して、有機膜９ｂの未露光部分に接触するレジストパタ
ーン６（レジスト残し部分）の寸法のみが、０．１μｍ
後退し、その部分の線幅は０．１５μｍとなり、部分的
に線幅が細くなった部分を有するレジストパターン８ｂ
を形成することが可能となる。

【０１０３】また、酸性の有機膜９ｂ中に遷移金属錯
体、ベンジルカルバメート化合物、あるいはオキシム化
合物などの光塩基発生剤を添加することにより、酸拡散
長の制御を選択的に実現することが可能である。次に、
この実施の形態において、有機膜９ｂを構成するポリマ
ー、有機膜の形成材料の溶液、アルカリ現像液、その他
の実施の形態１，２で説明したことは、同様に適用でき
る。重複を省くためその説明は省略する。

【０１０４】ここで、塩基発生剤とは外部からの作用に
より塩基を発生するものを指す。外部からの作用とは、
活性化学線、例えば紫外線、電子線などの照射、加熱作
用あるいは、適当な気体、液体への暴露が挙げられる
が、紫外線の照射や加熱作用が好ましい。紫外線照射あ
るいは加熱作用により塩基を発生する化合物としては公
知のものいずれでも好ましく用いることができる。塩基
発生剤としては、遷移金属錯体、ベンジルカルバメート
化合物、あるいはオキシム化合物などが挙げられ、発生
する塩基としては有機、無機の塩基のいずれでも良い。

【０１０５】発生する塩基には、紫外線照射による発生
効率や有機膜（上層剤）溶液への溶解性などの点から有
機アミン類が特に好ましい。発生する有機アミン類は脂
肪族系でも芳香族系でも良く、また１官能でも多官能で
も良い。このような有機アミン類を発生する塩基発生材
剤の具体例としては、アンモニア、メチルアミン、エチ
ルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルア
ミン、シクロヘキシルアミン、デシルアミン、セシルア
ミン、ヒドラジン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメ
チレンジアミン、ベンジルアミン、アニリン、ナフチル
アミン、フェニレンジアミン、トルエンジアミン、ジア
ミノジフェニルメタン、ヘキサメチルテトラミン、ピペ
リジン、ピペラジンなどが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。これらの有機アミン類を発生する
塩基発生剤は単独で用いてもよく、２種以上混合して用
いてもよい。

【０１０６】塩基発生剤の具体例としては、ヘキサアン
モニアコバルト過塩素酸塩、ヘキサプロピルアミンコバ
ルト過塩素酸塩、ヘキサメチルアミンコバルト過塩素酸
塩、ブロモペンタプロピルアミンコバルト過塩素酸塩、
ブロモペンタアンモニアコバルト過塩素酸塩、ブロモペ
ンタメチルアミンコバルト過塩素酸塩、[[(2-ニトロベ
ンジル)オキシ]カルボニル]メチルアミン、[[(2-ニトロ
ベンジル)オキシ]カルボニル]エチルアミン、[[(2-ニト
ロベンジル)オキシ]カルボニル]プロピルアミン、[[(2-
ニトロベンジル)オキシ]カルボニル]ヘキシルアミン、
[[(2-ニトロベンジル)オキシ]カルボニル]シクロヘキシ
ルアミン、[[(2-ニトロベンジル)オキシ]カルボニル]ア
ニリン、[[(2-ニトロベンジル)オキシ]カルボニル]ピペ
リジン、ビス[[(2-ニトロベンジル)オキシ]カルボニル]
ヘキサメチレンジアミン、ビス[[(2-ニトロベンジル)オ
キシ]カルボニル]フェニレンジアミン、ビス[[(2-ニト
ロベンジル)オキシ]カルボニル]ヘキサメチレンジアミ
ン、ビス[[(2-ニトロベンジル)オキシ]カルボニル]トル
エンジアミン、ビス[[(2-ニトロベンジル)オキシ]カル
ボニル]ジアミノジフェニルメタン、ビス[[(2-ニトロベ
ンジル)オキシ]カルボニル]ピペラジン、[[(2,6-ジニト
ロベンジル)オキシ]カルボニル]エチルアミン、[[(2,6-
ジニトロベンジル)オキシ]カルボニル]プロピルアミ
ン、[[(2,6-ジニトロベンジル)オキシ]カルボニル]ヘキ
シルアミン、[[(2,6-ジニトロベンジル)オキシ]カルボ
ニル]シクロヘキシルアミン、[[(2,6-ジニトロベンジ
ル)オキシ]カルボニル]アニリン、[[(2,6-ジニトロベン
ジル)オキシ]カルボニル]ピペリジン、ビス[[(2,6-ジニ
トロベンジル)オキシ]カルボニル]ヘキサメチレンジア
ミン、ビス[[(2,6-ジニトロベンジル)オキシ]カルボニ
ル]フェニレンジアミン、ビス[[(2,6-ジニトロベンジ
ル)オキシ]カルボニル]ヘキサメチレンジアミン、ビス
[[(2,6-ジニトロベンジル)オキシ]カルボニル]トルエン
ジアミン、ビス[[(2,6-ジニトロベンジル)オキシ]カル
ボニル]ジアミノジフェニルメタン、ビス[[(2,6-ジニト
ロベンジル)オキシ]カルボニル]ピペラジン、[[(α,α-
ジメチル-3,5-ジメトキシベンジル)オキシ]カルボニル]
メチルアミン、[[(α,α-ジメチル-3,5-ジメトキシベン
ジル)オキシ]カルボニル]エチルアミン、[[(α,α-ジメ
チル-3,5-ジメトキシベンジル)オキシ]カルボニル]プロ
ピルアミン、[[(α,α-ジメチル-3,5-ジメトキシベンジ
ル)オキシ]カルボニル]ヘキシルアミン、[[(α,α-ジメ
チル-3,5-ジメトキシベンジル)オキシ]カルボニル]シク
ロヘキシルアミン、[[(α,α-ジメチル-3,5-ジメトキシ
ベンジル)オキシ]カルボニル]アニリン、[[(α,α-ジメ
チル-3,5-ジメトキシベンジル)オキシ]カルボニル]ピペ
リジン、ビス[[(α,α-ジメチル-3,5-ジメトキシベンジ
ル)オキシ]カルボニル]ヘキサメチレンジアミン、ビス
[[(α,α-ジメチル-3,5-ジメトキシベンジル)オキシ]カ
ルボニル]フェニレンジアミン、ビス[[(α,α-ジメチル
-3,5-ジメトキシベンジル)オキシ]カルボニル]ジアミノ
ジフェニルメタン、ビス[[(α,α-ジメチル-3,5-ジメト
キシベンジル)オキシ]カルボニル]トルエンジアミン、
ビス[[(α,α-ジメチル-3,5-ジメトキシベンジル)オキ
シ]カルボニル]ピペラジン、プロピオニルアセトフェノ
ンオキシム、プロピオニルベンゾフェノンオキシム、プ
ロピオニルアセトンオキシム、ブチリルアセトフェノン
オキシム、ブチリルベンゾフェノンオキシム、ブチリル
アセトンオキシム、アジポイルアセトフェノンオキシ
ム、アジポイルベンゾフェノンオキシム、アジポイルア
セトンオキシム、アクロイルアセトフェノンオキシム、
アクロイルベンゾフェノンオキシム、アクロイルアセト
ンオキシムなどが挙げられるが、これらに限定されるも
のではない。

【０１０７】これらの塩基発生剤は単独で用いてもよ
く、２種以上混合して用いてもよい。また、塩基発生剤
の添加量は、樹脂組成物中、０．０１〜５０ｗｔ％であ
ることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満の場合、レジス
トパターンの表面層をアルカリ現像液により溶解させる
効果が乏しく、５０ｗｔ％を超える場合は、保存安定性
に劣る傾向がある。

【０１０８】以上説明したように、この実施の形態で
は、まず半導体基板上に、酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トによる通常のフォトリソグラフィによりレジストパタ
ーンを形成する。次に、前記パターン上に、光照射など
外部からの作用により塩基成分を発生する塩基発生剤を
含んだ酸性有機膜を塗布し、これに光照射などにより塩
基成分を発生させ、酸を塩基と中和させ減少させる。そ
して、熱処理により光の非照射部分に残っている酸をそ
の部分のレジストパターン中に拡散させ、かつその酸触
媒作用でレジストパターン（レジスト残し部分）の表面
層をアルカリ現像液に可溶化させるように熱処理を行な
う。その後、前記有機膜と前記可溶化層をアルカリ現像
液で剥離することにより、当初形成されたレジストパタ
ーン（レジスト残し部分）を細らせることができる。ま
た、光照射の際フォトマスクを使用し、選択的に露光す
ることにより、レジストパターン（レジスト残し部分）
を選択的に細くすることができる。以上のように、光塩
基発生剤を用いることにより、選択的な塩基の発生とこ
れによる酸拡散の抑制が可能となり、選択的な配線縮小
が実現可能となる。

【０１０９】実施の形態８．次に、この発明の実施の形
態８について説明する。この実施の形態では、光塩基発
生剤を含み、光増感剤を添加した有機膜によってレジス
ト修飾を行い、微細なレジストパターンを得る方法につ
いて説明する。この実施の形態８は、実施の形態７にお
ける有機膜に光増感剤を添加することを特徴とするもの
である。すなわち、実施の形態７のステップ２における
塩基発生剤を含む有機膜９ｂに光増感剤を添加する。

【０１１０】光増感剤は光塩基発生剤の感度向上のため
に添加し、塩基の発生量を増加させる役割がある。すな
わち、光塩基発生剤が単独では光照射しても塩基を発生
しない場合、光増感剤と組み合わせることではじめて塩
基を発生させることができる。光増感剤としては、実施
の形態６で説明した酸発生剤の感度向上のために説明し
たものが、塩基発生剤の感度向上のために、同様に適用
できるが、これらに限定されるものではない。これらの
光増感剤は単独で用いてもよく、２種以上混合して用い
てもよい。また、光増感剤の添加量は、樹脂組成物中、
０．０１〜２０ｗｔ％であることが好ましい。０．０１
ｗｔ％未満の場合、感度向上の効果が低く、２０ｗｔ％
を超える場合、保存安定性に劣る傾向がある。

【０１１１】

【実施例】次に、塩基発生剤に対する光増感剤の添加効
果に関する実施例を挙げる。実施の形態７のステップ２
における有機膜９ｂに代えるものとして、ベースポリマ
ーとしてポリビニルピロリドン、光塩基発生剤；ビス
[[(2-ニトロベンジル)オキシ]カルボニル]ヘキサメチレ
ンジアミンを５ｗｔ％を含む水溶液および、光増感剤；
2-カルボキシ-9,10-ジメトキシアントラセンを２ｗｔ％
更に添加した水溶液をスピンコートして形成させた有機
膜を用い、光増感剤の添加効果を調べた。その結果、有
機膜の露光された部分に接触するレジストパターン６の
寸法の縮小量は、光増感剤無添加では０μｍであった
が、添加した際には０．０７μｍに大きくなっており、
光増感剤の添加による酸発生の増大が確認できた。

【０１１２】実施の形態９．次に、この発明の実施の形
態９について説明する。この実施の形態では、塩基性成
分を含む有機膜（塩基性有機膜）によってレジスト修飾
を行い、微細なレジストパターンを得る方法について説
明する。この発明の実施の形態９は、実施の形態１にお
いて用いた、酸性成分を含む有機膜７に代えて、塩基性
成分を含む有機膜、すなわち塩基性有機膜を用いるもの
である。

【０１１３】この実施の形態では、有機膜に含まれる塩
基成分を、加熱により、酸触媒化学増幅ポジ型レジスト
のレジストパターン（残しパターン）中に拡散させ、且
つその酸触媒作用でレジストパターン（レジスト残し部
分）の表面層をアルカリ現像液に可溶化させ、可溶化層
をつくる。その後、有機膜と可溶化層をアルカリ現像液
で除去する。その結果、レジストパターンの表面の可溶
化層が溶解し、シュリンクしたレジストパターンが得ら
れる。その他の具体的なプロセスは、他の実施の形態と
同様または類推できるので、詳細な説明は省略する。

【０１１４】なお、塩基成分をレジストパターン中に拡
散させ、その表面層をアルカリ現像液に可溶化させるメ
カニズムは、図２を用いて説明した酸成分による可溶化
の場合とは異なる。塩基成分による場合は、塩基成分を
含んだレジストパターン表面を、アルカリ現像液で分解
するものである。しかしながら、そのメカニズムは異な
っても、同様の効果が得られる。

【０１１５】この実施の形態において、塩基性成分を含
有する有機膜としては、塩基性ポリマーを用いることが
できる。すなわち、それ自体が塩基性のベースポリマー
を用いる場合である。この塩基性有機膜として、また塩
基性ポリマーの好適な例として、ポリビニルピロリド
ン、ポリエチレンイミン、ポリアクリルイミド、ポリビ
ニルアミンのうちいずれか１種類、または、２種類以上
の混合物、あるいは、その塩を用いることができる。ま
た、この塩基性有機膜はこれらに限定されるものではな
く、塩基性を有するポリマーあるいはオリゴマーで基板
上に均一に塗布できるものであれば何でも用いることが
できる。

【０１１６】さらに、塩基性成分を含有する有機膜とし
て、ポリマーに塩基性成分を添加したものを用いること
ができる。すなわち、ベースポリマー自体は中性で、こ
れに塩基性成分を添加する場合である。この場合のポリ
マーとしては、好適な例として、ポリビニルアルコー
ル、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリビニ
ルアミン、ポリビニルアセタールのうちのいずれかを用
いることができる。

【０１１７】また、このようなポリマーに添加する塩基
性成分として、好適にはアミノ化合物、イミノ化合物、
水酸化物、ピリジン塩基、およびそれらの化合物塩のう
ちいずれかを用いることができる。例えば、テトラメチ
ルアンモニウムハイドロオキサイド、エタノールアミ
ン、トリエチルアミン、アンモニア、メチルアミン、エ
チルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシル
アミン、シクロヘキシルアミン、デシルアミン、セシル
アミン、ヒドラジン、テトラメチレンジアミン、ヘキサ
メチレンジアミン、ベンジルアミン、アニリン、ナフチ
ルアミン、フェニレンジアミン、トルエンジアミン、ジ
アミノジフェニルメタン、ヘキサメチルテトラミン、ピ
ペリジン、ピペラジンなどが挙げられるが、上記に限定
されるものではなく、レジストパターンを溶解させない
溶媒に溶解するものであれば何でも良い。なお、本実施
の形態において、有機膜の材料、有機膜の形成材料の溶
液、アルカリ現像液などは、実施の形態１などと同様の
ものが適用できる。その説明は重複を避けるため省略す
る。

【０１１８】以上説明したように、この実施の形態で
は、まず半導体基板上に、酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トによる通常のフォトリソグラフィによりレジストパタ
ーンを形成する。次に、前記パターン上に塩基性成分を
含有する有機膜を塗布し、加熱により塩基性成分をレジ
ストパターン中に拡散させ、かつその酸触媒作用でレジ
ストパターン（レジスト残し部分）の表面層をアルカリ
現像液に可溶化させるようにする。その後、前記有機膜
と前記可溶化層をアルカリ現像液で剥離することによ
り、当初形成されたレジストパターン（レジスト残し部
分）を細らせて、細いレジストパターンを形成すること
ができる。すなわち、これにより、露光波長以下の微細
パターンを安定して形成することができる。

【０１１９】実施の形態１０．次に、この発明の実施の
形態１０について説明する。この実施の形態では、光塩
基発生剤をむ有機膜によってレジスト修飾を行い、微細
なレジストパターンを得る方法について説明する。この
発明の実施の形態１０は、実施の形態２或いは３におい
て用いた、酸発生剤を含む有機膜９に代えて、塩基発生
剤を含む有機膜を用いるものである。この実施の形態に
おける塩基発生剤としては、実施の形態７で説明したも
のを同様に用いることができる。また、有機膜は、実施
の形態１や９などで説明したものを同様に用いることが
できる。その具体的なプロセスは、他の実施の形態と同
様または類推できるので、詳細な説明は省略する。

【０１２０】この実施の形態では、まず半導体基板上
に、酸触媒化学増幅ポジ型レジストによる通常のフォト
リソグラフィによりレジストパターンを形成する。次
に、前記パターン上に光照射などにより塩基を発生する
有機膜、つまり光塩基発生剤を含む有機膜を塗布し、こ
れに光照射して塩基を発生させる。そして、熱処理によ
り、塩基をレジストパターン中に拡散させ、かつその酸
触媒作用でレジストパターン（レジスト残し部分）の表
面層をアルカリ現像液に可溶化させるように熱処理を行
なう。その後、前記有機膜と前記可溶化層をアルカリ現
像液で剥離することにより、当初形成されたレジストパ
ターン（レジスト残し部分）を細らせることができる。
また、光照射の際フォトマスクを使用し、選択的に露光
することにより、レジストパターン（レジスト残し部
分）を選択的に細くすることができる。

【０１２１】実施の形態１１．次に、この発明の実施の
形態１１について説明する。この実施の形態では、光塩
基発生剤を含む塩基性の有機膜によってレジスト修飾を
行い、微細なレジストパターンを得る方法について説明
する。この発明の実施の形態１１は、実施の形態５にお
いて用いた、酸発生剤を含む酸性有機膜９ａに代えて、
塩基発生剤を含む塩基性有機膜を用いるものである。

【０１２２】図１３は、この発明の実施形態１１による
半導体装置の製造方法、具体的には、微細レジストパタ
ーンの形成方法を説明するための図であり、レジストパ
ターンの形成方法の各工程を示す部分断面図である。図
１３を参照して、先ずステップ１において、実施の形態
１のステップ１と同様に、半導体基板２の上に、通常の
フォトリソングラフィにより、酸触媒化学増幅ポジ型レ
ジストによる０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジストパターン
６を形成する。

【０１２３】次にステップ２において、レジストパター
ン６を含む半導体基板２の上に、光塩基発生剤を含む塩
基性の有機膜９ｃを形成する。これは、実施の形態２に
おける光酸発生剤を含む有機膜に代えて、あるいは、実
施の形態５の光酸発生剤を含む酸性の有機膜に代えて、
形成するものである。具体例としては、[[(2-ニトロベ
ンジル)オキシ]カルボニル]シクロヘキシルアミンを約
３ｗｔ％、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ドを約１０ｗｔ％、およびベースポリマーとしてポリビ
ニルピロリドンを含む水溶液をスピンコートして形成す
る。

【０１２４】次に、ステップ３〜５において、実施の形
態２のステップ３〜５と同様の処理を行う。具体的に
は、ステップ３において、実施の形態２と同様に、０．
２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレジストパターン６に対し、線幅を
細くしたい部分のみ開口１０ａを有する、所望のパター
ンを含むフォトマスク１０を用い、有機膜９ｃに対しＨ
ｇランプのｉ線により２００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²の
光照射を行う。有機膜９ｃには、この露光処理によって
露光された部分のみに選択的に塩基成分が生成する。

【０１２５】次に、ステップ４において、ウェーハ１に
対して、６０〜１４０℃で約１〜３分間の熱処理を行
う。これにより、光照射により発生した塩基成分と有機
膜９ｃに含まれていた塩基成分とを酸触媒化学増幅ポジ
型レジストのレジストパターン６（残しパターン）中に
拡散させ、且つその酸触媒作用でレジストパターン６
（レジスト残し部分）の表面層をアルカリ現像液に可溶
化させ、可溶化層をつくる。この際、光照射を受けない
有機膜９ｃの部分では、もとから含まれていた塩基成分
が拡散し、レジストパターン６の表面に薄い可溶化層１
１ｄが形成される。光照射を受けた有機膜９ｃの部分で
は、多くの塩基成分が含まれているため、レジストパタ
ーン６の表面には厚い可溶化層１１ｅができる。

【０１２６】次に、ステップ５において、有機膜９ｃと
可溶化層１１ｄ，１１ｅをアルカリ現像液で除去する。
具体的には、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイドの２．３８ｗｔ％現像液で剥離する。その
後、剥離後のパターン中の水分等を除去するため１００
〜１３０℃で約１〜３分間の熱処理を行う。

【０１２７】結果として、レジストパターン６（レジス
ト残し部分）の線幅寸法は、有機膜９ｃの露光された部
分に接触するレジストパターン６の寸法が０．１５μｍ
後退して線幅が０．１０μｍとなり、また未露光部分に
接触したレジストパターン６の寸法が０．０５μｍ後退
して線幅が０．２０μｍとなる。このように、線幅の縮
小量が部分的に異なり、その結果０．１０μｍと０．２
０μｍの異なる微細な線幅のレジストパターン８ｃを形
成することができる。

【０１２８】次に、この実施の形態において、有機膜９
を構成するポリマー、有機膜の形成材料の溶液、塩基発
生剤、アルカリ現像液、その他の実施の形態１、２、
７、８などで説明したことは、同様に適用できる。重複
を省くためその説明は省略する。

【０１２９】以上説明したように、この実施の形態で
は、まず半導体基板上に、酸触媒化学増幅ポジ型レジス
トによる通常のフォトリソグラフィによりレジストパタ
ーンを形成する。次に、前記パターン上に光照射などに
より塩基を発生する成分を含む塩基性の有機膜、つまり
光塩基発生剤などを含む塩基性有機膜を塗布し、これに
光照射して塩基を発生させる。そして、熱処理により当
初から存在した塩基と新たに発生した塩基とをレジスト
パターン中に拡散させ、かつその酸触媒作用でレジスト
パターン（レジスト残し部分）の表面層をアルカリ現像
液に可溶化させるように熱処理を行なう。その後、前記
有機膜と前記可溶化層をアルカリ現像液で剥離すること
により、当初形成されたレジストパターン（レジスト残
し部分）を細らせることができる。また、光照射の際フ
ォトマスクを使用し、選択的に露光することにより、レ
ジストパターン（レジスト残し部分）を選択的に細くす
ることができる。

【０１３０】実施の形態１２．次に、この発明の実施の
形態９について説明する。この実施の形態では、光酸発
生剤を含む塩基性の有機膜によってレジスト修飾を行
い、微細なレジストパターンを得る方法について説明す
る。この発明の実施の形態１２は、実施の形態７におい
て用いた、塩基発生剤を含む酸性有機膜７に代えて、酸
発生剤を含む塩基性有機膜を用いるものである。その具
体的なプロセスは、他の実施の形態と同様または類推で
きるので、詳細な説明は省略する。

【０１３１】この実施の形態によれば、まず半導体基板
上に、酸触媒化学増幅ポジ型レジストによる通常のフォ
トリソグラフィによりレジストパターンを形成する。次
に、前記パターン上に、光照射など外部からの作用によ
り酸成分を発生する酸発生剤を含んだ塩基性有機膜を塗
布し、これに光照射などにより酸成分を発生させ、塩基
を酸と中和させ減少させる。そして、熱処理により光の
非照射部分に残っている塩基をその部分のレジストパタ
ーン中に拡散させ、かつその酸触媒作用でレジストパタ
ーン（レジスト残し部分）の表面層をアルカリ現像液に
可溶化させるように熱処理を行なう。その後、前記有機
膜と前記可溶化層をアルカリ現像液で剥離することによ
り、当初形成されたレジストパターン（レジスト残し部
分）を細らせることができる。また、光照射の際フォト
マスクを使用し、選択的に露光することにより、レジス
トパターン（レジスト残し部分）を選択的に細くするこ
とができる。以上のように、光酸発生剤を用いることに
より、選択的な酸の発生とこれによる塩基拡散の抑制が
可能となり、選択的な配線縮小が実現可能となる。

【０１３２】以上で、各実施の形態について説明した
が、これらの実施の形態に用いる有機膜の材料、有機膜
の形成材料の溶液、酸発生剤、塩基発生剤、酸成分、塩
基性成分、アルカリ現像液、その他各種の要件は、いち
いち説明することをしないが、この発明の主旨の範囲
で、相互に適用されたり、組み合わせたりすることがで
きる。例えば、実施の形態６あるいは８で説明した光増
感剤は、その後に記載した他の実施の形態にも適用でき
る。これらについては、いちいち説明することをしな
い。また、実施の形態３では、実施の形態１〜３のレジ
ストパターンを用いて半導体装置を製造する工程につい
て説明したが、これはその後に記載したすべての実施の
形態によるレジストパターンを用いることにも、適用で
きる。いずれにしても、本発明の主旨の範囲で、相互に
適用できるものである。

【０１３３】

【発明の効果】この発明によれば、酸あるいは塩基の拡
散、レジストの分解等の化学メカニズムによるレジスト
修飾により、露光波長の限界を超えた微細レジストパタ
ーンを安定して形成することができる。また、このよう
に形成したレジストパターンを用いて、導電膜・絶縁膜
を問わず、露光波長の限界を超えた微細パターンを安定
して形成することができ、そのような微細パターンを有
する半導体装置を形成することができる。また、適当な
露光マスクを通して露光することにより、微細パターン
の形成を選択的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による半導体装置の
製造方法、具体的には微細レジストパターンの形成方法
を、従来の方法と比較しながら説明するための図であ
り、レジストパターンの形成方法の各工程を示す部分断
面図である。

【図２】 エキシマ用化学増幅型ポジレジストのベース
樹脂と保護基との結合と分解を模式的に示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態２による半導体装置の
製造方法、具体的には微細レジストパターンの形成方法
を説明するための図であり、レジストパターンの形成方
法の各工程を示す部分断面図である。

【図４】 この発明の実施の形態３による半導体装置の
製造方法、具体的には微細レジストパターンの形成方法
を説明するための図であり、レジストパターンの形成方
法の各工程を示す部分上面図である。

【図５】 この発明の実施の形態による半導体装置の製
造方法を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態による半導体装置の他
の製造方法を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態による半導体装置のさ
らに他の製造方法を示す図である。

【図８】 この発明の実施の形態４による半導体装置の
製造方法を比較説明するために、従来の方法で形成され
たホールのレジストパターンを示す平面図である。

【図９】 この発明の実施の形態４による半導体装置の
製造方法、具体的には微細レジストパターンの形成方法
を説明するための図であり、レジストパターンの形成方
法の各工程を示す部分平面図である。

【図１０】 この発明の実施の形態４による半導体装置
の製造方法、具体的には微細レジストパターンの形成方
法を説明するための図であり、レジストパターンの形成
方法の各工程を示す部分断面図である。

【図１１】 この発明の実施の形態５による半導体装置
の製造方法、具体的には微細レジストパターンの形成方
法を説明するための図であり、レジストパターンの形成
方法の各工程を示す部分断面図である。

【図１２】 この発明の実施の形態７による半導体装置
の製造方法、具体的には微細レジストパターンの形成方
法を説明するための図であり、レジストパターンの形成
方法の各工程を示す部分断面図である。

【図１３】 この発明の実施の形態１１による半導体装
置の製造方法、具体的には微細レジストパターンの形成
方法を説明するための図であり、レジストパターンの形
成方法の各工程を示す部分断面図である。

【図１４】 従来の方法により、ステッパーにより最適
焦点でマスクを露光してレジストパターンを形成した状
態を示す図である。

【図１５】 従来の方法により、ステッパーにより焦点
がずれた状態でマスクを露光してレジストパターンを形
成した状態を示す図である。

【図１６】 レジストパターンの寸法と焦点ずれの関係
を示した図である。

【符号の説明】 １ ウェーハ、 ２ 半導体基板、 ３ 段差あるいは
膜、 ４ 化学増幅型ポジレジスト、 ５ａ，５ｂ マ
スク、 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ、８，８ａ，８
ｂ，１２ レジストパターン、 ７ 酸性成分を含有す
る有機膜、 ９酸発生剤を含む有機膜、 ９ａ 光酸発
生剤を含む酸性の有機膜、 ９ｂ 光塩基発生剤を含む
酸性の有機膜、 ９ｃ 光塩基発生剤を含む塩基性の有
機膜、１０ マスク、 １１、１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，１１ｄ，１１ｅ 可溶化層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊島 利之 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 (72)発明者 杉野 幹二 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 (72)発明者 保田 直紀 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 (72)発明者 宮城 聡 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

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型
   レジストを用いてレジストパターンを形成する工程と、
   上記レジストパターンを含む上記半導体基板の表面に酸
   性成分を含有する有機膜を形成する工程と、上記有機膜
   を熱処理して上記レジストパターンの表面層をアルカリ
   現像液に可溶化させる工程と、上記熱処理後の有機膜と
   上記レジストパターンの表面層とをアルカリ現像液によ
   り除去する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】 上記酸性成分を含有する有機膜として、
   酸性ポリマーを用いる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】 上記酸性ポリマーとして、ポリアクリル
   酸又はポリビニルスルホン酸を用いることを特徴とする
   請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 上記酸性成分を含有する有機膜として、
   ポリマーに酸成分を添加した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。
5. 【請求項５】 上記酸成分として、アルキルカルボン
   酸、アルキルスルホン酸、サリチル酸のうちのいずれか
   を用いることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置
   の製造方法。
6. 【請求項６】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ型
   レジストを用いてレジストパターンを形成する工程と、
   上記レジストパターンを含む上記半導体基板の表面に塩
   基性成分を含有する有機膜を形成する工程と、上記有機
   膜を熱処理して上記レジストパターンの表面層をアルカ
   リ現像液に可溶化させる工程と、上記熱処理後の有機膜
   と上記レジストパターンの表面層とをアルカリ現像液に
   より除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
7. 【請求項７】 上記塩基性成分を含有する有機膜とし
   て、塩基性ポリマーを用いることを特徴とする請求項６
   に記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 上記塩基性ポリマーとして、ポリビニル
   ピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリルイミ
   ド、ポリビニルアミンのうちいずれか１種類、または、
   ２種類以上の混合物、あるいは、その塩を用いることを
   特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 上記塩基性成分を含有する有機膜とし
   て、ポリマーに塩基性成分を添加したことを特徴とする
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 上記塩基性成分として、テトラメチル
    アンモニウムハイドロオキサイド、エタノールアミン、
    アンモニアのうちのいずれかを用いることを特徴とする
    請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 上記ポリマーとして、ポリビニルアル
    コール、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリ
    ビニルアミン、ポリビニルアセタールのうちのいずれか
    を用いることを特徴とする請求項４又は９に記載の半導
    体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ
    型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程
    と、上記レジストパターンを含む上記半導体基板の表面
    に光照射により酸を発生する有機膜を形成する工程と、
    上記有機膜に光照射して酸を発生させ熱処理して上記レ
    ジストパターンの表面層をアルカリ現像液に可溶化させ
    る工程と、上記光照射後に上記有機膜と上記レジストパ
    ターンの表面層とをアルカリ現像液により除去する工程
    とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ
    型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程
    と、上記レジストパターンを含む上記半導体基板の表面
    に光照射により酸を発生する酸性の有機膜を形成する工
    程と、上記有機膜に光照射して酸を発生させ熱処理して
    上記レジストパターンの表面層をアルカリ現像液に可溶
    化させる工程と、上記光照射後に上記有機膜と上記レジ
    ストパターンの表面層とをアルカリ現像液により除去す
    る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
14. 【請求項１４】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ
    型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程
    と、上記レジストパターンを含む上記半導体基板の表面
    に光照射により酸を発生する塩基性の有機膜を形成する
    工程と、上記有機膜に光照射して酸を発生させ熱処理し
    て上記レジストパターンの表面層をアルカリ現像液に可
    溶化させる工程と、上記光照射後に上記有機膜と上記レ
    ジストパターンの表面層とをアルカリ現像液により除去
    する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
15. 【請求項１５】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ
    型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程
    と、上記レジストパターンを含む上記半導体基板の表面
    に光照射により塩基を発生する有機膜を形成する工程
    と、上記有機膜に光照射して塩基を発生させ熱処理して
    上記レジストパターンの表面層をアルカリ現像液に可溶
    化させる工程と、上記光照射後に上記有機膜と上記レジ
    ストパターンの表面層とをアルカリ現像液により除去す
    る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
16. 【請求項１６】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ
    型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程
    と、上記レジストパターンを含む上記半導体基板の表面
    に光照射により塩基を発生する塩基性の有機膜を形成す
    る工程と、上記有機膜に光照射して塩基を発生させ熱処
    理して上記レジストパターンの表面層をアルカリ現像液
    に可溶化させる工程と、上記光照射後に上記有機膜と上
    記レジストパターンの表面層とをアルカリ現像液により
    除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
17. 【請求項１７】 半導体基板の上に酸触媒化学増幅ポジ
    型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程
    と、上記レジストパターンを含む上記半導体基板の表面
    に光照射により塩基を発生する酸性の有機膜を形成する
    工程と、上記有機膜に光照射して塩基を発生させ熱処理
    して上記レジストパターンの表面層をアルカリ現像液に
    可溶化させる工程と、上記光照射後に上記有機膜と上記
    レジストパターンの表面層とをアルカリ現像液により除
    去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
18. 【請求項１８】 上記光照射をフォトマスクを用いて選
    択的に行うことを特徴とする請求項１２〜１７のいずれ
    かに記載の半導体装置の製造方法
19. 【請求項１９】 上記有機膜を、純水、又は、実質的に
    レジストパターンを溶解することのない純水と有機溶剤
    との混合溶媒に可溶なポリマーを主成分として構成した
    ことを特徴とする請求項１２〜１７のいずれかに記載の
    半導体装置の製造方法。
20. 【請求項２０】 上記有機膜を構成するポリマーとし
    て、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリビニ
    ルピロリドン、ポリビニルアミン、ポリビニルアセター
    ルのうちのいずれかを用いることを特徴とする請求項１
    ２〜１７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
21. 【請求項２１】 上記光照射にＨｇランプのｇ線または
    ｉ線もしくはＫｒＦエキシマレーザを使用することを特
    徴とする請求項１２〜１７のいずれかに記載の半導体装
    置の製造方法。
22. 【請求項２２】 上記光照射により酸を発生する有機膜
    は、ポリマーに光酸発生剤を添加して構成したことを特
    徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の半導体装
    置の製造方法。
23. 【請求項２３】 上記光照射により酸を発生する有機膜
    は、光酸発生剤を含み、この光酸発生剤は上記レジスト
    パターンの感光波長とは異なる感光波長を有することを
    特徴とする請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
24. 【請求項２４】 上記光酸発生剤として、オニウム塩
    系、ジアゾベンゼンスルホン酸系、ジアゾベンゼンカル
    ボン酸系、クロロメチルトリアジン系、２，１−ナフト
    キノンジアジド−４−スルホン酸エステル系のうちのい
    ずれかを用いることを特徴とする請求項２２に記載の半
    導体装置の製造方法。
25. 【請求項２５】 上記光照射により塩基を発生する有機
    膜は、ポリマーに塩基発生剤を添加して構成したことを
    特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の半導体
    装置の製造方法。
26. 【請求項２６】 上記光照射により塩基を発生する有機
    膜は、光塩基発生剤を含み、この光塩基発生剤は上記レ
    ジストパターンの感光波長とは異なる感光波長を有する
    ことを特徴とする請求項２５に記載の半導体装置の製造
    方法。
27. 【請求項２７】 上記光塩基発生剤として、遷移金属錯
    体、ベンジルカルバメート化合物、あるいはオキシム化
    合物のうちのいずれかを用いることを特徴とする請求項
    ２５に記載の半導体装置の製造方法。
28. 【請求項２８】 上記光酸塩基発生剤として、紫外線照
    射により有機アミン類を発生するものを用いることを特
    徴とする請求項２５に記載の半導体装置の製造方法。
29. 【請求項２９】 上記有機膜に光増感剤を添加したこと
    を特徴とする請求項１２〜２８のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法。
30. 【請求項３０】 上記光増感剤として、芳香族炭化水素
    化合物、芳香族ニトロ化合物、芳香族ケトン化合物、芳
    香族アミノ化合物、フェノール性化合物、キノン化合
    物、アントラセン化合物、クマリン誘導体、フタロシア
    ニン化合物、ポルフィリン化合物、アクリジン化合物、
    キサンテン化合物のいずれかを用いることを特徴とする
    請求項２９に記載の半導体装置の製造方法。
31. 【請求項３１】 上記有機膜中に有機塩基性成分を添加
    することを特徴とする請求項１〜５、１１〜１４、２２
    〜２４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
32. 【請求項３２】 上記有機塩基性成分として、テトラメ
    チルアンモニウムハイドロオキサイド、エタノールアミ
    ン、アンモニアのうちのいずれかを用いることを特徴と
    する請求項３１に記載の半導体装置の製造方法。
33. 【請求項３３】 上記有機膜中に界面活性剤を添加する
    ことを特徴とする請求項１〜３２のいずれかに記載の半
    導体装置の製造方法。
34. 【請求項３４】 上記アルカリ現像液として、テトラメ
    チルアンモニウムハイドロオキサイドの１〜５ｗｔ％の
    アルカリ水溶液、またはこのアルカリ水溶液に１０ｗｔ
    ％以下のアルコールを添加したものを用いることを特徴
    とする請求項１〜３３のいずれかに記載の半導体装置の
    製造方法。
35. 【請求項３５】 上記有機膜の形成材料の溶液として、
    純水、又は、実質的にレジストパターンを溶解すること
    のない純水と有機溶剤との混合溶媒を用いることを特徴
    とする請求項１〜３４のいずれかに記載の半導体装置の
    製造方法。
36. 【請求項３６】 請求項１〜３５のいずれかに記載の半
    導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とす
    る半導体装置。