JP2002006512A - 微細パターン形成方法、微細パターン形成用材料、およびこの微細パターン形成方法を用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のパターンサイズの縮小を適用したリソ
グラフィ技術では、通常のフォトリソグラフィ技術の解
像限界を越える微細パターン形成ができるが、形成時の
レジスト膜厚も減少し、後工程のドライエッチングで十
分な耐エッチング性が確保できない。 【解決手段】 酸成分を含む第１の上層膜でレジストパ
ターンを覆い、さらにその上に塩基成分を含む第２の上
層膜を形成した後、熱処理により酸成分を第１のレジス
トパターン中に、塩基成分を第１の上層膜中にそれぞれ
拡散して、レジストパターン中に溶解化層を形成しつつ
第１の上層膜と第２の上層膜の界面近傍で酸成分を塩基
成分により中和させて、溶解化層を除去してパターン幅
を縮小する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細パターンの形
成方法、微細パターン形成用材料およびこの微細パター
ン形成を適用した半導体装置の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体デバイスの超高集積化に伴
い、その製造プロセスにおける加工寸法も著しく向上し
つつある。フォトリソグラフィ技術はかかる加工精度と
寸法向上を支える根幹技術であり、現在ではサブミクロ
ンレベルの加工を実現している。

【０００３】一般に微細パターンの形成方法としては、
被パターン形成対象物上にレジストを塗布し、マスクパ
ターンを介して紫外線等の活性光線を照射してレジスト
パターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし
て、被パターン形成対象物である下地の各種薄膜をエッ
チング等して行われている。

【０００４】かかる微細パターン形成方法では、加工精
度はフォトリソグラフィ技術に強く依存している。半導
体装置の集積度は年々高まりつつあり、フォトリソグラ
フィ技術においてもより高い加工精度が要求されてい
る。

【０００５】フォトリソグラフィ技術は、レジスト塗
布、マスク合せ、露光、現像の各工程で構成されるが、
加工精度向上に関しては露光光源の波長の制約から限界
に達しており、新たにより短波長の露光光源を開発しな
い限り、大幅な加工精度の向上はもはや望めない。しか
しながら、かかる露光光源の開発は技術的に多大の困難
を招来する。

【０００６】そのため、我々は、これまでにフォトリソ
グラフィ技術における露光光源の波長限界を上回るパタ
ーンサイズ縮小を実現する方法（特開平２０００−３５
６７２号公報に開示）、すなわち通常のフォトリソグラ
フィプロセスで形成したレジストパターンに上層膜を塗
布、加熱、現像するだけの簡便な処理でレジストパター
ン幅を露光限界以下に縮小することにより、フォトリソ
グラフィ技術の解像限界を大幅に凌駕する微細パターン
形成方法を可能にした。

【０００７】特開平２０００−３５６７２号公報に開示
された従来のレジストパターン形成方法を図７に基づい
て説明する。まず、通常のフォトリソグラフィ技術によ
り半導体基板２上に下地レジストパターン３ａを形成す
る。図７（ａ）にレジストパターン形成後の断面図を示
す。レジストパターン３ａ上にスピンコート等の方法に
よりさらに上層膜４を形成する。図７（ｂ）に上層膜４
形成後の断面図を示す。なお、この工程で使用する上層
膜４は紫外線が照射された場合、酸を発生する成分を含
有している。

【０００８】次にガラスマスク１’を介して上層膜４に
紫外線を照射する。この紫外線の作用により、上層膜４
中に酸成分６が発生する。この様相を図７（ｃ）に示
す。なおガラスマスク１で遮光されている部分は紫外線
が上層膜４中に到達しないため、酸成分６は発生しな
い。

【０００９】紫外線照射後の加熱処理により、上層膜４
中の酸成分６は下地レジストパターン３ａの上面と側面
からレジスト中に熱拡散する。この様相を図７（ｄ）に
示す。ここで、下地レジストパターン３ａの上面と側面
の酸成分６が熱拡散した部分８は、レジスト剥離液に対
し可溶化する性質を呈する。すなわちレジストパターン
３ａ中に溶解化層８が形成される。

【００１０】現像処理により上層膜４および下地レジス
トパターン３ａの上面と側面の酸成分６を含有した溶解
化層８を除去する。図７（ｅ）に現像処理後の断面図を
示す。図７（ｅ）から明らかなように、本発明によれば
通常のフォトリソグラフィ技術で得られる第１のレジス
トパターン３ａ中の、さらに酸成分６の拡散により形成
された溶解化層８を除去するので、従来のレジストパタ
ーン３ａに比してより微細なパターン３ｂ’が選択的に
容易に形成できる。

【００１１】従来の発明では、上述したように通常のフ
ォトリソグラフィ技術の解像限界を大幅に上回る微細パ
ターン形成を可能にしたが、使用する下地レジスト材料
によっては、レジストパターン幅の縮小とともに形成時
のレジストパターンの膜厚が減少する現象も付随的に発
生し、レジスト膜厚が著しく減少すると、後工程のドラ
イエッチング等において十分な耐エッチング性が確保で
きない問題が発生する場合があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
通常の露光によるフォトリソグラフィ技術では、その波
長の限界を超える微細なレジストパターンの形成は困難
であった。その対策として我々は、露光光源の波長限界
を超える高い加工精度でかつ簡易なレジストパターン形
成方法を発明したが、下地レジスト材料によっては、溶
解化層除去時の膜厚減少が顕著になり、十分な耐エッチ
ング性が確保できない不具合が発生した。

【００１３】本発明は、半導体装置の製造に不可欠なレ
ジストラインパターン、又は孤立パターンの微細化にお
いて、パターン形成時にレジストパターンの膜厚減少が
ないため十分な耐エッチング性が確保でき、かつ露光光
源の波長限界を超える微細なレジストパターンを安定に
形成する方法およびこの方法に用いられる微細パターン
形成用材料を提供するものである。

【００１４】さらに、かかる微細パターン形成方法を用
いた半導体装置の製造方法を提供しようとするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る微細パター
ン形成方法は、被エッチング層上にレジスト膜を形成す
る工程と、レジスト膜に所定の第１のレジストパターン
を形成する工程と、レジスト膜を溶解化させる酸成分を
含む第１の上層膜を、第１のレジストパターンの上面お
よび側面を被覆するように形成する工程と、塩基成分を
含む第２の上層膜を第１の上層膜上に形成する工程と、
加熱処理によって第１の上層膜中の酸成分を第１のレジ
ストパターンの側面に、第２の上層膜中の塩基成分を第
１の上層膜中にそれぞれ拡散させることにより、第１の
レジストパターンの側面に溶解化層を形成する工程と、
第２の上層膜、第１の上層膜および溶解化層を除去する
ことにより第１のレジストパターンに比してパターン幅
が縮小した第２のレジストパターンを形成する工程と、
を含んでなることとしたものである。

【００１６】本発明に係る微細パターン形成方法は、被
エッチング層上にレジスト膜を形成する工程と、レジス
ト膜に所定の第１のレジストパターンを形成する工程
と、レジスト膜を溶解化させる酸成分を光照射によって
発生させる光酸発生剤を含む第１の上層膜を、第１のレ
ジストパターンの上面および側面を被覆するように形成
する工程と、塩基成分を含む第２の上層膜を第１の上層
膜上に形成する工程と、パターン幅の縮小化を図る領域
を選択的に光照射して第１の上層膜中の光照射部分に酸
成分を発生させる工程と、加熱処理によって第１の上層
膜中の酸成分を第１のレジストパターンの側面に、第２
の上層膜中の塩基成分を第１の上層膜中にそれぞれ拡散
させることにより、第１のレジストパターンの側面に溶
解化層を形成する工程と、第２の上層膜、第１の上層膜
および溶解化層を除去することにより第１のレジストパ
ターンに比してパターン幅が縮小した第２のレジストパ
ターンを形成する工程と、を含んでなることとしたもの
である。

【００１７】また本発明に係る微細パターン形成方法
は、レジスト膜を化学増幅型レジストからなる膜とした
ものである。

【００１８】また本発明に係る微細パターン形成方法
は、酸成分を水溶性の酸としたものである。

【００１９】また本発明に係る微細パターン形成方法
は、光酸発生剤が水溶性であることとしたものである。

【００２０】また本発明に係る微細パターン形成方法
は、塩基成分を水溶性の塩基あるいは光塩基発生剤とし
たものである。

【００２１】また本発明に係る微細パターン形成方法
は、溶解化層をアルカリ水溶液からなる現像液によって
溶解除去することとしたものである。

【００２２】本発明に係る第２の上層膜に用いるパター
ン形成用材料は、水溶性樹脂を母材とし、加熱処理によ
り拡散しうる塩基成分を含有してなる酸成分中和用微細
パターン形成用材料を用いることとしたものである。

【００２３】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜
に所定の第１のレジストパターンを形成する工程と、レ
ジスト膜を溶解化させる酸成分を含む第１の上層膜を、
第１のレジストパターンの上面および側面を被覆するよ
うに形成する工程と、塩基成分を含む第２の上層膜を第
１の上層膜上に形成する工程と、加熱処理によって第１
の上層膜中の酸成分を第１のレジストパターンの側面
に、第２の上層膜中の塩基成分を第１の上層膜中にそれ
ぞれ拡散させることにより、第１のレジストパターンの
側面に溶解化層を形成する工程と、第２の上層膜、第１
の上層膜および溶解化層を除去することにより第１のレ
ジストパターンに比してパターン幅が縮小した第２のレ
ジストパターンを形成する工程と、を含んでなることと
したものである。

【００２４】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜
に所定の第１のレジストパターンを形成する工程と、レ
ジスト膜を溶解化させる酸成分を光照射によって発生さ
せる光酸発生剤を含む第１の上層膜を、第１のレジスト
パターンの上面および側面を被覆するように形成する工
程と、塩基成分を含む第２の上層膜を第１の上層膜上に
形成する工程と、パターン幅の縮小化を図る領域を選択
的に光照射して第１の上層膜中の光照射部分に酸成分を
発生させる工程と、加熱処理によって第１の上層膜中の
酸成分を第１のレジストパターンの側面に、第２の上層
膜中の塩基成分を第１の上層膜中にそれぞれ拡散させる
ことにより、第１のレジストパターンの側面に溶解化層
を形成する工程と、第２の上層膜、第１の上層膜および
溶解化層を除去することにより第１のレジストパターン
に比してパターン幅が縮小した第２のレジストパターン
を形成する工程と、を含んでなることとしたものであ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、微細分離
されたレジストパターン形成に用いるマスクパターンの
例を示す図であり、ガラスマスク１上に形成されてい
る。例示されたマスクパターンはライン状のパターンで
ある。図２は、本発明の実施の形態１の微細パターン形
成のプロセスフローを表す。図中、１、１’はガラスマ
スク、２は半導体基板、３はレジスト膜、３ａはレジス
トパターン、３ｂは溶解化層除去後のレジストパター
ン、３０ａはレジスト中で露光光線が照射された部分、
３０ｂはレジスト中で露光光線が照射されなかった部
分、４は第１の上層膜、５は第２の上層膜、６は第１の
上層膜中の酸成分、７は第２の上層膜中の塩基成分、８
は溶解化層、をそれぞれ示す。

【００２６】図１及び図２を参照しながら、実施の形態
１の微細レジストパターン形成方法を説明する。まず、
図２（ａ）で示すように、半導体基板２にレジスト３を
塗布する。レジスト膜厚としては、例えば０.５〜１.０
μｍ程度の膜厚が望ましい。レジスト３は半導体基板２
上にスピンコート等の方法により塗布し、プリべーク、
すなわち７０〜１１０℃の加熱温度で１分程度の熱処理
を施してレジスト３中の溶剤を蒸発させる。

【００２７】次に、第１のレジストパターン３ａを形成
するために、ｇ線、ｉ線、または、Ｄｅｅｐ−ＵＶ、Ｋ
ｒＦエキシマ、ＡｒＦエキシマ、ＥＢ（電子線）、Ｘ−
ｒａｙ等、使用したレジスト３の感度波長に対応した露
光光源を用い、図１に示すようなライン状のパターンを
含むガラスマスク１を介して投影露光する。この様相を
図２（ｂ）に示す。ガラスマスク１で遮光されているか
否かにより、レジスト３で露光光線が照射された部分３
０ａ、露光光線が照射されなかった部分３０ｂ、がそれ
ぞれ形成される。

【００２８】本工程で使用するレジスト３の材料として
は、レジスト３中に酸成分が拡散した場合に所定の現像
液に対してその拡散部分のみが可溶化し、その他の部分
は可溶化しない性質を具備するものであれば特に限定さ
れるものではない。またレジスト３はポジ型、ネガ型レ
ジストのどちらでもよい。なお、以下の説明ではポジ型
レジストを用いた場合について説明する。

【００２９】レジスト３の材料として具体的には、化学
増幅型レジストが好適であるが、ノボラック樹脂とナフ
トキノンジアジドから構成されるｇ線、ｉ線レジストの
適用も可能である。さらに、上述したようにレジストに
酸成分が拡散した場合に所定の現像液に対してその拡散
部分のみが可溶化し、他の部分は可溶化しない性質を具
備するような感光性レジストであれば特に限定されるも
のではない。ちなみに化学増幅型レジストでは、光や電
子線、Ｘ線等による酸触媒の生成反応が起り、生成した
酸の触媒により引き起こされる増幅反応が利用される。

【００３０】ポジ型の化学増幅型レジストとして、さら
に具体的には、ポリビニルフェノールの水酸基をｔ−ブ
トキシカルボニル基等の保護基で保護したものを用い、
かつプロトン発生剤としてオニウム塩を用いたものが挙
げられる。一方、ネガ型の化学増幅型レジストとして
は、樹脂にポリビニルフェノール、プロトン発生剤とし
てハロゲン化物、架橋剤としてメラミン誘導体を用いた
三成分系のレジストが挙げられる。レジスト３の露光を
行った後、必要に応じて露光後加熱（ＰＥＢ、Post Exp
osure Bake）を、例えば５０〜１３０℃のＰＥＢ温度の
範囲で行い、レジスト３の解像度を向上させる。

【００３１】次に、例えば、テトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ、Tetramethylammoniumh
ydroxide）等の０.０５〜３.０重量％のようなアルカリ
水溶液を用いて現像する。図２（ｃ）にパターン形成後
の第１のレジストパターン３ａの断面図を示す。

【００３２】現像処理後、必要に応じて、ポストデベロ
ッピングベークを適用する。条件としては、例えば、ベ
ーク温度６０〜１２０℃で６０秒が好適であるが、かか
る熱処理は後工程の酸や塩基の拡散反応に影響を与える
ため、適用するレジスト３に併せて好適な温度に設定す
る。以上の工程は、レジスト３の材料上の制約を除け
ば、一般的なリソグラフィ技術によるレジストパターン
の形成方法と同様である。

【００３３】次に、図２（ｄ）に示すように、酸成分を
供給可能な材料を主成分とする第１の上層膜４を第１の
レジストパターン３ａ上に塗布する。なお、第１の上層
膜４はレジスト３を溶解しない溶剤に対して溶解する性
質を有する材料が選択されている。

【００３４】第１の上層膜４としては、水溶性樹脂の単
独あるいはそれらの２種類以上の混合物に、塩酸、ある
いは酢酸エチル等の水溶性の酸性物質を混合してもよ
く、さらに水溶性樹脂の単独あるいはそれらの２種類以
上の混合物に紫外線等の照射により酸成分を発生する光
酸発生剤を混合して用いてもよい。第１の上層膜４とし
て混合物を用いる場合には、それらの材料組成は適用す
るレジスト材料あるいは設定した反応条件等により、最
適な組成を設定すれば良く、特に限定されるものではな
い。

【００３５】第１の上層膜４に適用可能な水溶性樹脂組
成物の具体例としては、図３に示すような、それ自体が
酸性のベースポリマーを用いるポリアクリル酸、あるい
はベースポリマー自体は中性で、酸成分を添加させて用
いるポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、等
が挙げられる。

【００３６】しかしながら、第１の上層膜４用材料はこ
れら以外でも、水に溶解し、かつ酸成分の混合が可能で、
安定な材料であれば特に限定されるものではない。ま
た、分子量も限定されるものではなく、膜厚、プロセス
条件によって、適宜用いればよい。

【００３７】第１の上層膜材料溶液に用いられる溶媒と
しては、水、あるいはレジストパターンを溶解しない範囲
でアルコール、γ−ブチロラクトン、乳酸エチル、ＮＭ
Ｐ（Ｎ−メチルピロリドン）等の水溶性有機溶媒を混合
したものが好適である。

【００３８】なお、第１の上層膜４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、
アンモニア等の有機塩基成分を添加することにより、第
１の上層膜４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、第１の上層膜４中に界面活性剤を
添加し、第１の上層膜４の成膜性を向上させることがで
きる。

【００３９】光照射により酸成分を生じる酸発生剤とし
ては、図４に示すような、例えばみどり化学(株)製の水
溶性でかつ紫外線照射により酸を発生するＮＤＳ１０５
（p-phenylaminobenzenediazonium sulfate）、ＮＤＳ
１５５（2-Methoxy-4-phenylaminobenzenediazonium su
lfate）、ＮＤＳ１６５（2-Methoxy-4phenylaminobenze
ndiazonium p-toluenesulfate）、等のスルホン酸系の
酸発生剤、あるいは、ＮＡＩ１００（4-hydroxy naphth
yldimethylsulfonium triphlate）、ＮＡＩ１０１（4,8
-hydroxy naphthyldimethylsulfonium triphlate）、Ｎ
ＡＩ１０５（4,7-hydroxy naphthyldimethylsulfonium
triphlate）等のトリフレート系の酸発生剤、あるい
は、ＰＡ１０１、ＤＡＭ１０１、１０２、１０５等が好
適である。しかし、酸発生剤は、ここに示した化合物の
みならず、水あるいはアルコールを混合した水溶液に溶
解し、紫外線照射により酸を発生する化合物であれば特
に限定されるものではない。

【００４０】第１の上層膜４の塗布方法としては、第１
のレジストパターン３ａ上に均一に塗布可能であれば、
特に限定される訳ではなく、スプレーによる塗布、回転
塗布、あるいはレジスト溶液中に浸漬、つまりディッピ
ングにより塗布することも可能である。

【００４１】第１の上層膜４の塗布後、必要に応じてプ
リベークする。プリベーク条件としては、例えばベーク
温度８５℃で６０秒が好適である。次に、図２（ｅ）に
示すように、第１の上層膜４上に第２の上層膜５を塗布
する。ここで第２の上層膜５は、塩基成分７を供給可能
な材料を主成分とする。

【００４２】第２の上層膜５としては、塩基性の水溶性
樹脂の単独あるいはそれらの２種類以上の混合物が適用
可能である。また、水溶性樹脂の単独あるいはそれらの
２種類以上の混合物に水溶性の塩基性物質を混合しても
よく、さらに水溶性樹脂の単独あるいはそれらの２種類
以上の混合物に紫外線等の照射により塩基成分を発生す
る光塩基発生剤を混合して用いてもよい。第２の上層膜
５として混合物を用いる場合には、それらの材料組成は
適用する第１の上層膜材料あるいは設定した反応条件等
により、最適な組成を設定すれば良く、特に限定される
ものではない。

【００４３】第２の上層膜５に適用可能な水溶性樹脂組
成物の具体例としては、図３に示すような、ポリアクリ
ル酸、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、
等が有効であるが、これらに限定されるものではなく、
水に溶解し酸性分の混合が可能で、安定な材料であれば
特に限定されるものではない。 また、分子量も限定され
るものではなく、膜厚、プロセス条件によって適宜用い
ればよい。また、第２の上層膜材料溶液に用いられる溶
媒としては水が好適である。

【００４４】第２の上層膜５中に混合する塩基成分とし
ては、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等が挙げられる。

【００４５】例えば、テトラメチルアンモニムヒドロキ
シド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、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、ピペラジン等の水溶性の塩基性物質が好適
であるが、特にこれらに限定されるものではなく、水に
溶解し、水溶性樹脂中に安定して混合することが可能で
あれば特に限定されるものではない。

【００４６】混合量については、膜厚、プロセス条件、
あるいは、下地となる第１の上層膜材料の種類によっ
て、適宜決定すればよい。また、塩基性物資は、単独、
あるいはそれらの２種類以上を混合して用いても有効で
ある。

【００４７】紫外線等の照射により発生する塩基成分
は、紫外線照射による発生効率や有機膜（上層剤）溶液
への溶解性等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。

【００４８】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、ピペラジン等が挙げられるが、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。

【００４９】また上述の塩基成分を発生する光塩基発生
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
シム等が挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。

【００５０】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、第２の上層膜５を構成する樹脂組成物中、
０．０１〜５０重量％の範囲が好ましい。５０重量％を
超える場合は保存安定性に劣る傾向があるからである。

【００５１】第２の上層膜５の塗布方法としては、例え
ばスプレーによる塗布、回転塗布、あるいは第２の上層
膜材料溶液中に浸漬、つまりディッピングすることによ
り塗布すること等が挙げられるが、第１の上層膜４上に
均一に塗布可能な方法であれば、特に限定されるもので
はない。

【００５２】第２の上層膜５の塗布後、必要に応じてプ
リベークを実施する。プリベーク条件としては、例えば
ベーク温度８５℃でベーク時間６０秒が好適である。

【００５３】次に、図２（ｆ）に示すように、半導体基
板２に形成された第１のレジストパターン３ａ上に形成
された第１の上層膜４と第２の上層膜５に対して、ガラ
スマスク１’を介して、レジストパターンを縮小させた
い所望の領域に選択的に紫外線を照射する。照射する紫
外線は、第１の上層膜４中に含まれる光酸発生剤の吸収
波長に相当し、かつ第１のレジストパターン３ａが殆ど
吸収しない波長を選択する。

【００５４】紫外線照射後、半導体基板２に形成された
第１のレジストパターン３ａと第１の上層膜４と第２の
上層膜５とを加熱処理、つまりミキシングベーク（以下
必要に応じＭＢと略記する。）する。ＭＢ温度は、例え
ば８５℃〜１５０℃の範囲が望ましい。

【００５５】ＭＢベークによる加熱は、図２（ｇ）に示
すように、第２の上層膜５から第１の上層膜４への塩基
成分７の拡散を促進させ、第１の上層膜４中と第２の上
層膜５との界面近傍に存在する酸成分６を中和して酸と
しての機能を失活させると同時に、第１の上層膜４から
第１のレジストパターン３ａ中へ失活されていない酸成
分６の拡散をも促進する。この結果、図２（ｈ）に示す
ように、第１のレジストパターン３ａ中へ酸成分６が供
給され、第１のレジストパターン３ａ中の酸成分が拡散
した部分で溶解化反応が発生し、溶解化層８が形成され
る。

【００５６】なお、第１の上層膜４中に酸性物質が含ま
れている場合は、上述の紫外線を照射させるまでもなく
酸成分が存在するので、ＭＢベークによる加熱により第
１のレジストパターン３ａ中の酸成分が拡散した部分で
溶解化反応が発生し、溶解化層８が形成される。但し、
特定の第１のレジストパターン３ａのみ溶解化層８を形
成することはできず、第１のレジストパターン３ａすべ
てに一律に溶解化層８が形成される。

【００５７】この場合のMB温度は８５℃〜１５０℃の範
囲が望ましく、MB時間は、６０〜１２０秒の範囲が好適
であるが、使用するレジスト材料の種類、必要とする溶
解化層８の厚みにより、最適な条件に設定すれば良い。
かかるＭＢベークによって誘発される溶解化反応により
第１のレジストパターン３ａ中に溶解化層８が形成され
る。

【００５８】最後に、図２（ｉ）に示すように、ＴＭＡ
Ｈ等のアルカリ水溶液の現像液を用いて、酸性分６の拡
散により第１のレジストパターン３ａ中に形成された溶
解化層８、および第１の上層膜４、および第２の上層膜
５を溶解除去することにより、レジスト膜厚の減少が無
くかつ第１のレジストパターン３ａよりもパターン幅が
縮小した第２のレジストパターン３ｂが得られた。な
お、現像残渣が発生し易い時は、アルカリ系現像液で現
像する前に、第１の上層膜４、および第２の上層膜５を
水洗浄により溶解除去してもよい。

【００５９】以上、図２を参照して説明した微細パター
ン形成方法では、第１のレジストパターン３ａ上に第１
の上層膜４を形成した後に、さらに、塩基成分７を含む
第２の上層膜５を形成し、適当な露光処理により第１の
上層膜４中に酸成分６を発生させ、加熱処理により、第
２の上層膜５から第１の上層膜４への塩基成分７の拡散
を促進させ、第１の上層膜４と第２の上層膜５との界面
近傍に存在する酸成分６を塩基成分７によって中和し、
酸としての機能を失活させると同時に、第１の上層膜４
から第１のレジストパターン３ａへ失活されていない酸
成分６の拡散を促進させ、第１のレジストパターン３ａ
中の酸成分６が拡散した部分に溶解化反応を発生させる
ことにより溶解化層８を設け、さらに現像液で溶解化層
８を除去することにより、通常のフォトリソグラフィ技
術より加工精度の高いレジストパターンが得られる。

【００６０】以上、半導体基板２上に微細パターンを形
成する方法について詳細に説明したが、本発明の微細パ
ターン形成方法は、半導体基板２に限られず、半導体装
置の製造プロセスに応じて、シリコン酸化膜等の絶縁層
の上に形成する場合も適用可能であり、またポリシリコ
ン膜等の導電層の上に形成することも可能であることは
言うまでもない。つまり、本発明の微細パターンの形成
は、下地膜に制約されるものではなく、レジストパター
ンを形成できる基板であれば、どの場合においても適用
可能であり、必要に応じた基板上にパターン形成される
ものである。

【００６１】また、本発明は、上述のように形成した微
細レジストパターンをマスクとして、下地の半導体基板
あるいは各種薄膜等の半導体基板をエッチングし、半導
体基板に微細スペース、あるいは微細ホール等を形成し
て、半導体装置を製造するものである。

【００６２】本発明においては、第１の上層膜４から第
１のレジストパターン３ａへの酸性分６の拡散と第２の
上層膜５から第１の上層膜４への塩基成分７の拡散を制
御し、第１のレジストパターン３ａ中に拡散する酸性分
６の拡散量と拡散層、すなわち溶解化層８の厚みを制御
することが重要である。拡散制御は適用する第１のレジ
ストパターン３ａと第１の上層膜中４の酸性分との反応
性、第１のレジストパターン３ａの形状、必要とする溶
解化層８の厚み、等に応じて、最適化することが望まし
い。

【００６３】第１のレジストパターン３ａと第１の上層
膜４から供給される酸成分６との拡散および可溶化反応
の制御は、プロセス条件の調整による手法と、第１の上
層膜４材料の組成を調整する手法がある。

【００６４】架橋反応のプロセス的な制御手法として
は、（１）第１のレジストパターン３ａ作製時の加熱処
理条件を調整する、（２）ＭＢ温度、処理時間を調整す
る、等の手法が有効である。特に、拡散時間を調整する
ことにより、溶解化層８の層厚を所望の値に制御するこ
とが可能で、非常に反応制御性の高い手法である。

【００６５】また、第１の上層膜４に用いる材料組成の
面からは、（３）適当な２種類以上の水溶性樹脂を混合
し、その混合比を調整することにより、第１のレジスト
パターン３ａへの酸成分６の拡散量を制御する、（４）
水溶性樹脂に適当な界面活性剤を混合し、その混合比を
調整することにより、第１のレジストパターン３ａへの
酸成分６の拡散量を制御する、等の手法が有効である。

【００６６】しかしながら、これらの架橋反応の制御
は、一元的に決定されるものではなく、（１）第１の上
層膜材料中の酸成分の拡散のしやすさと酸成分に対する
反応性、（２）レジストパターンの形状、膜厚、（３）
必要とする可溶化層の膜厚、（４）使用可能な露光条
件、あるいはＭＢ条件、（５）塗布条件、等の様々な条
件を勘案して決定する必要がある。

【００６７】特に、第１のレジストパターン３ａと第１
の上層膜４中の酸成分６との反応性は、レジスト材料の
組成により強く影響を受けることが判明している。した
がって、実際に本発明を半導体装置等の製造に適用する
場合には、上述した要因を勘案し、第１の上層膜４材料
の組成を最適化することが望ましい。従って、第１の上
層膜４に用いられる水溶性材料の種類とその組成比は、
特に限定されるものではなく、用いる材料の種類、熱処
理条件等に応じて最適化して用いる。

【００６８】なお、第１の上層膜材料および第２の上層
膜材料溶液中に成膜性向上を目的として、界面活性剤、
例えば、３Ｍ社製のフロラード、三洋化成社製のノニポ
ール等の水溶性の界面活性剤を添加剤として加えてもよ
い。

【００６９】実施例１．次に、上述の各実施の形態１に
基づいた実施例について説明する。レジスト３の材料と
して東京応化社製の化学増幅型エキシマレジストを用
い、第１のレジストパターン３ａを形成した。以下、レ
ジストパターン形成について説明する。

【００７０】まず、上述のレジストをＳｉウェハ２上に
滴下、回転塗布により膜厚約０．６μｍとなるように成
膜した。次に、加熱温度９０℃、加熱時間９０秒でプリ
ベークを行い、レジスト３中の溶媒を乾燥させた。乾燥
後、ＫｒＦエキシマ縮小投影露光装置を用いて、図１に
示すようなマスクパターンを用いて露光した。露光後、
加熱温度１００℃、加熱時間９０秒でＰＥＢ処理を行
い、さらにアルカリ系現像液（東京応化社製、ＮＭＤ−
Ｗ）を用いて現像を行い、図５に示すような断面形状を
呈するレジストパターン３ａを得た。

【００７１】第１の上層膜材料の水溶液を得るため、１
Ｌメスフラスコを用いて純水９０ｇ中にＡｌｄｒｉｃｈ
社製のポリビニルピロリドン１０ｇを混合し、室温下で
４時間攪拌混合し、ポリビニルピロリドンを溶解した
後、みどり化学社製のＮＤＳ−１６５を２ｇ混合した。

【００７２】第２の上層膜材料の水溶液を得るため、１
Ｌメスフラスコを用いて純水９５ｇ中に東京化成社製の
ポリビニルアルコール４ｇを混合し、室温下で４時間攪
拌混合し、ポリビニルアルコールが完全に溶解した後、
東京化成社製のＴＭＡＨ（テトレメチルアンモニウムヒ
ドロキシド）五水和物を０．０５ｇ混合し、室温下で１
時間攪拌混合した。

【００７３】図２（ｃ）に示すような第１のレジストパ
ターン３ａが形成された半導体基板（Ｓｉウェハ）２上
に第１の上層膜材料を滴下し、スピンコートした後、加
熱温度９０℃、加熱時間６０秒でプリベークを行い、第
１の上層膜４を形成した。形成後の断面図を図２（ｄ）
に示す。

【００７４】さらに、塩基成分７を含有する第２の上層
膜材料を滴下し、スピンコートした後、加熱温度８０
℃、加熱時間６０秒でプリベークを行い、第２の上層膜
５を形成した。形成後の断面図を図２（ｅ）に示す。続
いて、図２（ｆ）に示すように、ｉ線縮小投影露光装置
を用いて、ガラスマスク１’を介して露光を行い、第１
の上層膜４中の紫外線照射部分のみに選択的に酸成分６
を発生させた。

【００７５】次に、図２（ｈ）に示すように、半導体基
板（Ｓｉウェハ）２上に形成された第１のレジストパタ
ーン３ａと第１の上層膜４と第２の上層膜５とを１１０
℃／９０秒、１１５℃／９０秒、１２０℃／９０秒のそ
れぞれのＭＢ温度およびＭＢ時間の条件で、ＭＢ処理を
行い、第２の上層膜５から第１の上層膜４への塩基成分
７の拡散を促進させ、第１の上層膜４と第２の上層膜５
との界面近傍に存在する酸成分６を中和し、酸としての
機能を失活させるとともに、第１の上層膜４から第１の
レジストパターン３ａへ失活されていない酸成分６の拡
散を促進して第１のレジストパターン３ａ中へ酸成分を
供給し、第１のレジストパターン３ａにおいて、酸が拡
散した部分に溶解化反応を発生させ、溶解化反応を起こ
した溶解化層８を第１のレジストパターン３ａ中に形成
した。

【００７６】最後に、図２（ｉ）に示すように、ＴＭＡ
Ｈ等のアルカリ水溶液からなる現像液を用いて、第１の
レジストパターン３ａ中に形成された溶解化層８、第１
の上層膜４、および第２の上層膜５を溶解除去すること
により、レジストパターンのレジスト膜厚の減少が無
く、かつ第１のレジストパターン３ａよりもパターン幅
が縮小した第２のレジストパターン３ｂが得られた。

【００７７】得られたレジストパターン３ｂについて、
測長ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）および断
面ＳＥＭを用いて、レジストパターン幅およびレジスト
パターン膜厚を測定した結果を表１にまとめる。ＭＢ温
度の上昇とともに、レジストパターンのパターン幅は縮
小しているが、レジスト膜厚の変化は全く無い。

【００７８】

【表１】

【００７９】比較例１．比較実験として、実施例１にお
いて第２の上層膜５を形成しない以外は、全く同一条件
で微細パターン形成を行った。得られたレジストパター
ン３ｂについて、測長ＳＥＭおよび断面ＳＥＭを用い
て、レジストパターン幅およびレジストパターン膜厚を
測定した結果を表１に示す。ＭＢ温度の上昇とともに、
レジストパターン３ｂのパターン幅は縮小しているが、
レジスト膜厚も減少したレジストパターンが得られた。

【００８０】実施例１と比較例１の結果から、レジスト
膜厚の減少が生じる比較例１に比べて実施例１ではレジ
ストパターン幅は縮小するがレジスト膜厚は全く減少し
ないことが判明し、微細パターン形成手法として実施例
１が非常に有効であることが実証された。

【００８１】実施例２．実施例１で説明したレジストパ
ターン形成方法により、例えば半導体基板あるいは酸化
膜層のような被エッチング層９上にレジストパターン３
ｂを形成する。パターン形成後の断面図を図６（ａ）に
示す。レジストパターン３ｂをマスクとしてドライエッ
チングによりレジストパターン３ｂ被覆部以外の被エッ
チング層９を除去した。図６（ｂ）に除去後の断面図を
示す。レジスト剥離液によってレジストパターン３ｂを
除去することにより、図６（ｃ）に示す被エッチング層
に形成されたパターン１０が完成した。

【００８２】上述の方法によると、従来のフォトリソグ
ラフィ技術では露光光源による制約から成し得なかった
微細なパターンを被エッチング層に形成することができ
る。すなわち、かかる微細パターン形成方法を適用すれ
ば、例えばゲート長０．１μｍのゲート電極を再現性良
く形成することが可能で、この結果、高性能のＭＯＳ
（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタが得られ
る。

【００８３】

【発明の効果】本発明に係る微細パターン形成方法で
は、被エッチング層上にレジスト膜を形成する工程と、
レジスト膜に所定の第１のレジストパターンを形成する
工程と、レジスト膜を溶解化させる酸成分を含む第１の
上層膜を、第１のレジストパターンの上面および側面を
被覆するように形成する工程と、塩基成分を含む第２の
上層膜を第１の上層膜上に形成する工程と、加熱処理に
よって第１の上層膜中の酸成分を第１のレジストパター
ンの側面に、第２の上層膜中の塩基成分を第１の上層膜
中にそれぞれ拡散させることにより、第１のレジストパ
ターンの側面に溶解化層を形成する工程と、第２の上層
膜、第１の上層膜および溶解化層を除去することにより
第１のレジストパターンに比してパターン幅が縮小した
第２のレジストパターンを形成する工程と、を含んでな
ることとしたので、通常のリソグラフィ技術における露
光光源の波長による解像限界を超える微細パターン形成
を実現し、かつレジストパターンの膜厚の減少を防止し
て加工に必要とされる充分な耐エッチング性を保持する
ことが可能となる。

【００８４】また本発明に係る微細パターン形成方法で
は、被エッチング層上にレジスト膜を形成する工程と、
レジスト膜に所定の第１のレジストパターンを形成する
工程と、レジスト膜を溶解化させる酸成分を光照射によ
って発生させる光酸発生剤を含む第１の上層膜を、第１
のレジストパターンの上面および側面を被覆するように
形成する工程と、塩基成分を含む第２の上層膜を第１の
上層膜上に形成する工程と、パターン幅の縮小化を図る
領域を選択的に光照射して第１の上層膜中の光照射部分
に酸成分を発生させる工程と、加熱処理によって第１の
上層膜中の酸成分を第１のレジストパターンの側面に、
第２の上層膜中の塩基成分を第１の上層膜中にそれぞれ
拡散させることにより、第１のレジストパターンの側面
に溶解化層を形成する工程と、第２の上層膜、第１の上
層膜および溶解化層を除去することにより第１のレジス
トパターンに比してパターン幅が縮小した第２のレジス
トパターンを形成する工程と、を含んでなることとした
ので、ウエハ中で特に微細化を必要とする箇所のみ選択
的にレジストパターン幅の縮小を図ることができる。

【００８５】また本発明に係る微細パターン形成方法で
は、レジスト膜を化学増幅型レジストからなる膜とした
ので、溶解化層を形成しやすい効果がある。

【００８６】また本発明に係る微細パターン形成方法で
は、酸成分を水溶性の酸としたので、溶解化層を形成し
やすい効果がある。

【００８７】また本発明に係る微細パターン形成方法で
は、光酸発生剤を水溶性としたので、溶解化層を形成し
やすい効果がある。

【００８８】また本発明に係る微細パターン形成方法で
は、塩基成分を水溶性の塩基あるいは光塩基発生剤とし
たので、第１のレジストパターンのレジスト膜厚減少を
防止する効果がある。

【００８９】また本発明に係る微細パターン形成方法で
は、溶解化層をアルカリ水溶液からなる現像液によって
溶解除去することとしたので、容易に溶解化層を除去で
きる効果がある。

【００９０】本発明に係る第２の上層膜を構成するパタ
ーン形成用材料は、水溶性樹脂を母材とし、加熱処理に
より拡散しうる塩基成分を含有してなる酸成分中和用微
細パターン形成用材料としたので、レジストパターンの
膜厚減少を防止する効果がある。

【００９１】本発明に係る半導体装置の製造方法では、
半導体基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト
膜に所定の第１のレジストパターンを形成する工程と、
レジスト膜を溶解化させる酸成分を含む第１の上層膜
を、第１のレジストパターンの上面および側面を被覆す
るように形成する工程と、塩基成分を含む第２の上層膜
を第１の上層膜上に形成する工程と、加熱処理によって
第１の上層膜中の酸成分を第１のレジストパターンの側
面に、第２の上層膜中の塩基成分を第１の上層膜中にそ
れぞれ拡散させることにより、第１のレジストパターン
の側面に溶解化層を形成する工程と、第２の上層膜、第
１の上層膜および溶解化層を除去することにより第１の
レジストパターンに比してパターン幅が縮小した第２の
レジストパターンを形成する工程と、を含んでなること
としたので、微細分離されたスペースあるいはホールを
容易に形成することができる結果、高性能の半導体装置
を安定に製造することができる。

【００９２】本発明に係る半導体装置の製造方法では、
被エッチング層上にレジスト膜を形成する工程と、レジ
スト膜に所定の第１のレジストパターンを形成する工程
と、レジスト膜を溶解化させる酸成分を光照射によって
発生させる光酸発生剤を含む第１の上層膜を、第１のレ
ジストパターンの上面および側面を被覆するように形成
する工程と、塩基成分を含む第２の上層膜を第１の上層
膜上に形成する工程と、パターン幅の縮小化を図る領域
を選択的に光照射して第１の上層膜中の光照射部分に酸
成分を発生させる工程と、加熱処理によって第１の上層
膜中の酸成分を第１のレジストパターンの側面に、第２
の上層膜中の塩基成分を第１の上層膜中にそれぞれ拡散
させることにより、第１のレジストパターンの側面に溶
解化層を形成する工程と、第２の上層膜、第１の上層膜
および溶解化層を除去することにより第１のレジストパ
ターンに比してパターン幅が縮小した第２のレジストパ
ターンを形成する工程と、を含んでなることとしたの
で、微細分離されたスペースあるいはホールを容易に形
成することができる結果、高性能の半導体装置を安定に
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１のレジストパターン形
成方法を行うためのマスクパターンである。

【図２】 本発明の実施の形態１のレジストパターン形
成方法を表すプロセスフロー図である。

【図３】 本発明の第１の上層膜材料に用いられる水溶
性樹脂の分子構造である。

【図４】 本発明の第１の上層膜材料に用いられる酸発
生剤の分子構造である。

【図５】 本発明の第１のレジストパターンの断面図で
ある。

【図６】 本発明による半導体基板上への微細加工のプ
ロセスフローを示す図である。

【図７】 従来のレジストパターン形成方法を表すプロ
セスフローを示す図である。

【符号の説明】

１、１’ ガラスマスク、 ２ 半導体基板、 ３ レ
ジスト膜、 ３ａ レジストパターン、 ３ｂ 本発明
による溶解化層除去後のレジストパターン、 ３ｂ’
従来の発明による溶解化層除去後のレジストパターン、
３０ａ レジスト中で露光光線が照射された部分、
３０ｂ レジスト中で露光光線が照射されなかった部
分、 ４ 第１の上層膜、 ５ 第２の上層膜、 ６
酸成分、 ７塩基成分、 ８ 溶解化層、 ９ 被エッ
チング層、 １０ 被エッチング層に形成されたパター
ン。

───────────────────────────────────────────────────── 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 BA06 BA11 EA02 EA03 EA04 EA14 HA01 JA04 KA02 5F046 JA22 LA14 LA18 LA19

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被エッチング層上にレジスト膜を形成す
   る工程と、前記レジスト膜に所定の第１のレジストパタ
   ーンを形成する工程と、前記レジスト膜を溶解化させる
   酸成分を含む第１の上層膜を、前記第１のレジストパタ
   ーンの上面および側面を被覆するように形成する工程
   と、塩基成分を含む第２の上層膜を前記第１の上層膜上
   に形成する工程と、加熱処理によって前記第１の上層膜
   中の酸成分を前記第１のレジストパターンの側面に、前
   記第２の上層膜中の塩基成分を前記第１の上層膜中にそ
   れぞれ拡散させることにより、前記第１のレジストパタ
   ーンの側面に溶解化層を形成する工程と、前記第２の上
   層膜、前記第１の上層膜および前記溶解化層を除去する
   ことにより前記第１のレジストパターンに比してパター
   ン幅が縮小した第２のレジストパターンを形成する工程
   と、を含んでなる微細パターン形成方法。
2. 【請求項２】 被エッチング層上にレジスト膜を形成す
   る工程と、前記レジスト膜に所定の第１のレジストパタ
   ーンを形成する工程と、前記レジスト膜を溶解化させる
   酸成分を光照射によって発生させる光酸発生剤を含む第
   １の上層膜を、前記第１のレジストパターンの上面およ
   び側面を被覆するように形成する工程と、塩基成分を含
   む第２の上層膜を前記第１の上層膜上に形成する工程
   と、パターン幅の縮小化を図る領域を選択的に光照射し
   て前記第１の上層膜中の光照射部分に酸成分を発生させ
   る工程と、加熱処理によって前記第１の上層膜中の酸成
   分を前記第１のレジストパターンの側面に、前記第２の
   上層膜中の塩基成分を前記第１の上層膜中にそれぞれ拡
   散させることにより、前記第１のレジストパターンの側
   面に溶解化層を形成する工程と、前記第２の上層膜、前
   記第１の上層膜および前記溶解化層を除去することによ
   り前記第１のレジストパターンに比してパターン幅が縮
   小した第２のレジストパターンを形成する工程と、を含
   んでなる微細パターン形成方法。
3. 【請求項３】 前記レジスト膜が化学増幅型レジストか
   らなる膜であることを特徴とする請求項１または２記載
   の微細パターン形成方法。
4. 【請求項４】 前記酸成分が水溶性の酸であることを特
   徴とする請求項１記載の微細パターン形成方法。
5. 【請求項５】 前記光酸発生剤が水溶性であることを特
   徴とする請求項２記載の微細パターン形成方法。
6. 【請求項６】 前記塩基成分が水溶性の塩基あるいは光
   塩基発生剤であることを特徴とする請求項１または２記
   載の微細パターン形成方法。
7. 【請求項７】 前記溶解化層をアルカリ水溶液からなる
   現像液によって溶解除去することを特徴とする請求項１
   または２記載の微細パターン形成方法。
8. 【請求項８】 請求項１または２記載の微細パターン形
   成方法における前記第２の上層膜として用いられ、水溶
   性樹脂を母材とし、加熱処理により拡散しうる塩基成分
   を含有してなる酸成分中和用微細パターン形成用材料。
9. 【請求項９】 半導体基板上にレジスト膜を形成する工
   程と、前記レジスト膜に所定の第１のレジストパターン
   を形成する工程と、前記レジスト膜を溶解化させる酸成
   分を含む第１の上層膜を、前記第１のレジストパターン
   の上面および側面を被覆するように形成する工程と、塩
   基成分を含む第２の上層膜を前記第１の上層膜上に形成
   する工程と、加熱処理によって前記第１の上層膜中の酸
   成分を前記第１のレジストパターンの側面に、前記第２
   の上層膜中の塩基成分を前記第１の上層膜中にそれぞれ
   拡散させることにより、前記第１のレジストパターンの
   側面に溶解化層を形成する工程と、前記第２の上層膜、
   前記第１の上層膜および前記溶解化層を除去することに
   より前記第１のレジストパターンに比してパターン幅が
   縮小した第２のレジストパターンを形成する工程と、を
   含んでなる半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 半導体基板上にレジスト膜を形成する
    工程と、前記レジスト膜に所定の第１のレジストパター
    ンを形成する工程と、前記レジスト膜を溶解化させる酸
    成分を光照射によって発生させる光酸発生剤を含む第１
    の上層膜を、前記第１のレジストパターンの上面および
    側面を被覆するように形成する工程と、塩基成分を含む
    第２の上層膜を前記第１の上層膜上に形成する工程と、
    パターン幅の縮小化を図る領域を選択的に光照射して前
    記第１の上層膜中の光照射部分に酸成分を発生させる工
    程と、加熱処理によって前記第１の上層膜中の酸成分を
    前記第１のレジストパターンの側面に、前記第２の上層
    膜中の塩基成分を前記第１の上層膜中にそれぞれ拡散さ
    せることにより、前記第１のレジストパターンの側面に
    溶解化層を形成する工程と、前記第２の上層膜、前記第
    １の上層膜および前記溶解化層を除去することにより前
    記第１のレジストパターンに比してパターン幅が縮小し
    た第２のレジストパターンを形成する工程と、を含んで
    なる半導体装置の製造方法。