JP2003195527A - パターン微細化用被覆形成剤およびそれを用いた微細パターンの形成方法 - Google Patents

パターン微細化用被覆形成剤およびそれを用いた微細パターンの形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被覆形成剤を用いた微細パターンの形成方法
において、パターン寸法の制御性に優れるとともに、良
好なプロフィルおよび半導体デバイスにおける要求特性
を備えた微細パターンを得ることができる被覆形成剤お
よびこれを用いた微細パターン形成方法を提供する。 【解決手段】 ホトレジストパターンを有する基板上に
被覆し、その熱収縮作用を利用してホトレジストパター
ン間隔を狭小せしめた後、当該被覆を実質的に完全に除
去して微細パターンを形成するために使用される被覆形
成剤であって、(a)水溶性ポリマーと、(b)その構
造中に少なくとも1個の窒素原子を有する水溶性架橋剤
を含有することを特徴とするパターン微細化用被覆形成
剤、および該被覆形成剤を用いた微細パターンの形成方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はホトリソグラフィ技
術分野におけるパターン微細化用被覆形成剤およびそれ
を用いた微細パターンの形成方法に関する。さらに詳し
くは、近年の半導体デバイスの集積化、微小化に対応し
得るパターン微細化用被覆形成剤およびそれを用いた微
細パターンの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイス、液晶デバイス等の電子
部品の製造においては、基板にエッチングなどの処理を
施すに際し、活性放射線に感応するいわゆる感放射線ホ
トレジスト組成物を用いて基板上に被膜(ホトレジスト
層)を設け、次いでこれを活性放射線で選択的に照射し
て露光し、現像処理を行って、ホトレジスト層を選択的
に溶解除去して基板上に画像パターン(ホトレジストパ
ターン)を形成し、これを保護層(マスクパターン)と
して基板にホールパターン、トレンチパターン等のコン
タクト用パターンなどの各種パターンを形成するホトリ
ソグラフィー技術が用いられている。
【0003】近年、半導体デバイスの集積化、微小化の
傾向が高まり、これらパターンの形成についても微細化
が進み、現在パターン幅0.20μm以下の超微細加工
が要求されており、マスクパターン形成に用いられる活
性光線も、KrF、ArF、F2エキシマレーザー光
や、電子線などの短波長の照射光が利用され、マスクパ
ターン形成材料としてのホトレジスト材料についても、
これらの照射光に対応した物性をもつものの研究・開発
が行われている。
【0004】このように新規なホトレジスト材料開発に
よる超微細化対応策に加え、ホトレジスト材料の延命化
を図るという点から、既存のホトレジスト材料を用い
て、パターン形成プロセスに改良を加えることで、ホト
レジスト材料のもつ解像度の限界を超える技術の研究・
開発も行われている。
【0005】例えば、特開平5−166717号公報で
は、基板上に塗布したパターン形成用レジストに抜きパ
ターンを形成した後、該パターン形成用レジストとミキ
シングするミキシング生成用レジストを基板全面に塗布
した後、ベークして、ミキシング層をパターン形成用レ
ジスト側壁〜表面に形成し、前記ミキシング生成用レジ
ストの非ミキシング部分を除去して、上記ミキシング層
寸法分の微細化を図った抜きパターン形成方法が開示さ
れている。また特開平5−241348号公報では、酸
発生剤を含有するレジストパターンを形成した基板上
に、酸の存在下で不溶化する樹脂を被着した後、熱処理
し、前記樹脂にレジストから酸を拡散させて樹脂とレジ
ストパターン界面付近に一定厚さのレジストを形成した
後、現像して、酸の拡散がされていない樹脂部分を除去
することにより、上記一定の厚さ寸法分の微細化を図っ
たパターン形成方法が開示されている。
【0006】しかしながらこれらの方法は、レジストパ
ターン側壁に形成される層の厚さのコントロールが難し
く、ウェーハ面内の熱依存性が十数nm/℃程度と大き
く、現在の半導体デバイスの製造で用いられる加熱装置
ではウェーハ面内を均一に保つことが非常に困難であ
り、パターン寸法のバラツキの発生を抑制することがで
きない。また、ミキシング層を設けたことによるディフ
ェクト(パターン欠陥)が生じやすく、この場合の不具
合解決は非常に難しいという問題がある。
【0007】一方、レジストパターンを熱処理等で流動
化させパターン寸法を微細化する方法も知られている。
例えば特開平1−307228号公報では、基板上にレ
ジストパターンを形成した後、熱処理を行い、レジスト
パターンの断面形状を変形させることにより、微細なパ
ターンを形成する方法が開示されている。また特開平4
−364021号公報では、レジストパターンを形成し
た後、その軟化温度の前後に加熱し、レジストの流動化
によりそのパターン寸法を変化させて微細なパターンを
形成する方法が開示されている。
【0008】これらの方法は、ウェーハ面内の熱依存性
は数nm/℃程度であり、この点での問題点は少ないも
のの、熱処理によるレジストの変形・流動のコントロー
ルが困難なため、ウェーハ面内で均一なレジストパター
ンを設けることが難しいという問題がある。
【0009】上記方法をさらに発展させた方法として、
例えば特開平7−45510号公報では、基板上にレジ
ストパターンを形成した後、基板上に前記レジストパタ
ーンの流動しすぎを防止するためのストッパとしての樹
脂を形成し、次いで熱処理し、レジストを流動化させて
パターン寸法を変化させた後、樹脂を除去して微細なパ
ターンを形成する方法が開示されている。そして上記樹
脂として、具体的にはポリビニルアルコールを用いてい
るが、ポリビニルアルコールは、水に対する溶解性が不
十分なため、水洗で完全に除去することが難しく、良好
なプロフィルのパターンの形成が難しく、また経時安定
性の面でも必ずしも満足し得るものとはいえない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、特に被覆形成剤を用いたパターン
の微細化において、フォーカスマージンを維持したまま
ホトレジストパターンを微細化することができるなど、
パターン寸法の制御性に優れる特性を有するとともに、
良好なプロフィルおよび半導体デバイスにおける要求特
性を備えた微細パターンを得ることができる被覆形成剤
およびこれを用いた微細パターン形成方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ホトレジストパターンを有する基板上に被
覆し、その熱収縮作用を利用してホトレジストパターン
間隔を狭小せしめた後、当該被覆を実質的に完全に除去
して微細パターンを形成するために使用される被覆形成
剤であって、(a)水溶性ポリマーと、(b)その構造
中に少なくとも1個の窒素原子を有する水溶性架橋剤を
含有することを特徴とするパターン微細化用被覆形成剤
を提供する。
【0012】上記において、(a)成分としてアクリル
系ポリマー、ビニル系ポリマー、およびセルロース系ポリ
マーの中から選ばれる少なくとも1種を用いるのが好ま
しい。
【0013】また、(b)成分としてトリアジン系誘導
体、グリコールウリル誘導体、および尿素系誘導体の中
から選ばれる少なくとも1種を用いるのが好ましい。
【0014】また本発明は、ホトレジストパターンを有
する基板上に、上記パターン微細化用被覆形成剤を被覆
した後、熱処理により該被覆形成剤を収縮させ、その収
縮作用によりホトレジストパターン間の間隔を狭小せし
め、次いで上記被覆形成剤を実質的に完全に除去する工
程を含む、微細パターンの形成方法を提供する。
【0015】上記において、熱処理を、基板上のホトレ
ジストパターンの軟化点よりも低い温度で行うのが好ま
しい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳述する。
【0017】本発明のパターン微細化用被覆形成剤は、
基板上に設けられたホトレジストパターンの間に画定さ
れた、ホールパターン、トレンチパターンなどに代表さ
れるパターンを被覆するためのものであって、その熱収
縮作用によって上記ホトレジスト間に画定されたパター
ンの広さ、幅を狭小ならしめた後、当該被覆を実質的に
完全に除去して、微小なパターンを形成するのに用いら
れるものである。
【0018】ここで「被覆を実質的に完全に除去して」
とは、該被覆形成剤の熱収縮作用を利用してホトレジス
トパターン間隔を狭小せしめた後、ホトレジストパター
ンとの界面に、該被覆形成剤を有意な厚さ分残存させる
ことなく、すべて除去し切るということを意味するもの
である。したがって本発明では、該被覆形成剤をホトレジ
ストパターン界面付近に一定厚さ残存させて該残存所定
厚さ分だけパターンを微細化する等の方法は含まない。
【0019】かかる本発明のパターン微細化用被覆形成
剤は、(a)水溶性ポリマーと、(b)その構造中に少
なくとも1個の窒素原子を有する水溶性架橋剤を含有す
る。上記(a)成分としての水溶性ポリマーは、室温で
水に溶解し得るポリマーであればよく、特に制限される
ものでないが、本発明ではアクリル系ポリマー、ビニル
系ポリマー、およびセルロース系ポリマーの中から選ば
れる少なくとも1種を含む構成とするのが好ましい。
【0020】アクリル系ポリマーとしては、例えば、ア
クリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリ
ル酸メチル、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N
−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、N,N−
ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N−メチルア
クリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N−ジ
メチルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジエチル
アミノエチルメタクリレート、N,N−ジメチルアミノ
エチルアクリレート、アクリロイルモルホリン等のモノ
マーを構成成分とするポリマーまたはコポリマーが挙げ
られる。
【0021】ビニル系ポリマーとしては、例えば、N−
ビニルピロリドン、ビニルイミダゾリジノン、酢酸ビニ
ル等のモノマーを構成成分とするポリマーまたはコポリ
マーが挙げられる。
【0022】セルロース系ポリマーとしては、例えばヒ
ドロキシプロピルメチルセルロースフタレート、ヒドロ
キシプロピルメチルセルロースアセテートフタレート、
ヒドロキシプロピルメチルセルロースヘキサヒドロフタ
レート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテー
トサクシネート、ヒドロキシプロピルメチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチル
セルロール、セルロールアセテートヘキサヒドロフタレ
ート、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロー
ス、メチルセルロース等が挙げられる。
【0023】中でも、pH調整が容易であるという点か
らアクリル系ポリマーが最も好ましい。さらには、アク
リル系ポリマー以外の水溶性ポリマー(例えば、上記ビ
ニル系ポリマー、セルロース系ポリマー)とのコポリマ
ーとすることが、加熱処理時にホトレジストパターンの
形状を維持しつつ、ホトレジストパターン間隔の収縮効
率を高くすることができるという点から好ましい。
(a)成分は1種または2種以上を用いることができ
る。
【0024】(a)成分は、コポリマーとして用いた場
合、構成成分の配合比は特に限定されるものでないが、
特に経時安定性を重視するなら、アクリル系ポリマーの
配合比を、それ以外の他の構成ポリマーよりも多くする
ことが好ましい。なお、経時安定性の向上は、アクリル
系ポリマーを上記のように過多に配合する以外に、p−
トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸等の
酸性化合物を添加することにより解決することも可能で
ある。
【0025】(a)成分の配合量は、使用上必要十分な
膜厚とするためには、本発明被覆形成剤(固形分)中、
1〜99質量%程度とするのが好ましく、より好ましく
は40〜99質量%程度であり、特には65〜99質量
%程度である。上記(b)成分としての水溶性架橋剤は、
その構造中に少なくとも1個の窒素原子を有する。この
ような水溶性架橋剤としては、少なくとも2個の水素原
子がヒドロキシアルキル基および/またはアルコキシア
ルキル基で置換された、アミノ基および/またはイミノ
基を有する含窒素化合物が好ましく用いられる。これら
含窒素化合物としては、例えばアミノ基の水素原子がメ
チロール基またはアルコシキメチル基あるいはその両方
で置換された、メラミン系誘導体、尿素系誘導体、グア
ナミン系誘導体、アセトグアナミン系誘導体、ベンゾグ
アナミン系誘導体、スクシニルアミド系誘導体や、イミ
ノ基の水素原子が置換されたグリコールウリル系誘導
体、エチレン尿素系誘導体等を挙げることができる。
【0026】これらの含窒素化合物は、例えば、メラミ
ン系誘導体、尿素系誘導体、グアナミン系誘導体、アセ
トグアナミン系誘導体、ベンゾグアナミン系誘導体、ス
クシニルアミド系誘導体、グリコールウリル系誘導体、
エチレン尿素系誘導体等を、沸騰水中においてホルマリ
ンと反応させてメチロール化することにより、あるいは
これにさらに低級アルコール、具体的にはメタノール、
エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n
−ブタノール、イソブタノール等と反応させてアルコキ
シル化することにより、得ることができる。
【0027】これら含窒素化合物の中でも、架橋反応性
の点から、少なくとも2個の水素原子がメチロール基、
または(低級アルコキシ)メチル基、あるいはその両方
で置換されたアミノ基あるいはイミノ基を有する、ベン
ゾグアナミン系誘導体、グアナミン系誘導体、メラミン
系誘導体、グリコールウリル系誘導体、および尿素系誘
導体が好ましい。特には、ベンゾグアナミン系誘導体、
グアナミン系誘導体、メラミン系誘導体等のトリアジン
系誘導体が好ましい。そして、これらはトリアジン環1
個あたり、メチロール基または(低級アルコキシ)メチ
ル基を平均3個以上6個未満有するものがより好まし
い。
【0028】このような含窒素化合物としては、具体的
には、MX−750として市販されトリアジン環1個あ
たりメトキシメチル基が平均3.7個置換されているメ
トキシメチル化ベンゾグアナミン、SB−203として
市販されているベンゾグアナミン、BX−55Hとして
市販されているイソブトキシメチル化ベンゾグアナミン
(以上、いずれも三和ケミカル社製)、サイメル112
5として市販されているメトキシメチル化エトキシメチ
ル化ベンゾグアナミン(三井サイアナミッド社製)等の
ベンゾグアナミン系誘導体や、MX−788として市販
されているメトキシメチル化メラミン(三和ケミカル社
製)、サイメル1141として市販されているメトキシ
メチル化イソブトキシメチル化メラミン(三井サイアナ
ミッド社製)等のメラミン系誘導体などが挙げられる。
また、グリコールウリル系誘導体としては、サイメル1
172として市販されているメチロール化グリコールウ
リル(三井サイアナミッド社製)などが挙げられる。
【0029】(b)成分の配合量は、本発明被覆形成剤
(固形分)中に1〜99質量%程度とするのが好まし
く、より好ましくは1〜60質量%程度であり、特には
1〜35質量%程度である。
【0030】本発明のパターン微細化用被覆形成剤は、
3〜50質量%濃度の水溶液として用いるのが好まし
く、5〜20質量%濃度の水溶液として用いるのが特に
好ましい。濃度が3質量%未満では基板への被覆不良と
なるおそれがあり、一方、50質量%超では、濃度を高
めたことに見合う効果の向上が認められず、取扱い性の
点からも好ましくない。
【0031】なお、本発明のパターン微細化用被覆形成
剤は、上記したように溶媒として水を用いた水溶液とし
て通常用いられるが、水とアルコール系溶媒との混合溶
媒を用いることもできる。アルコール系溶媒としては、
例えばメチルアルコール、エチルアルコール、プロピル
アルコール、イソプロピルアルコール、グリセリン、エ
チレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ブ
チレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,
3−ブチレングリコール等が挙げられる。これらのアル
コール系溶媒は、水に対して30質量%程度を上限とし
て混合して用いられる。
【0032】本発明被覆形成剤には、上記(a)成分、
(b)成分に加えて、さらに所望により、水溶性アミン
や界面活性剤等を配合してもよい。
【0033】水溶性アミンとしては、25℃の水溶液に
おけるpKa(酸解離定数)が7.5〜13のアミン類
が挙げられる。具体的には、例えば、モノエタノールア
ミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、2
−(2−アミノエトキシ)エタノール、N,N−ジメチ
ルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミ
ン、N,N−ジブチルエタノールアミン、N−メチルエ
タノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N−ブ
チルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミ
ン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノール
アミン、トリイソプロパノールアミン等のアルカノール
アミン類;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラ
ミン、プロピレンジアミン、N,N−ジエチルエチレン
ジアミン、1,4−ブタンジアミン、N−エチル−エチ
レンジアミン、1,2−プロパンジアミン、1,3−プ
ロパンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン等のポリア
ルキレンポリアミン類;2−エチル−ヘキシルアミン、
ジオクチルアミン、トリブチルアミン、トリプロピルア
ミン、トリアリルアミン、ヘプチルアミン、シクロヘキ
シルアミン等の脂肪族アミン;ベンジルアミン、ジフェ
ニルアミン等の芳香族アミン類;ピペラジン、N−メチ
ル−ピペラジン、メチル−ピペラジン、ヒドロキシエチ
ルピペラジン等の環状アミン類等が挙げられる。中で
も、沸点140℃以上(760mmHg)のものが好ま
しく、例えばモノエタノールアミン、トリエタノールア
ミン等が好ましく用いられる。水溶性アミンの添加は、
不純物発生防止、pH調整等の点に点において効果的で
ある。
【0034】水溶性アミンを配合する場合、被覆形成剤
(固形分)に対して0.1〜30質量%程度の割合で配
合するのが好ましく、特には2〜15質量%程度であ
る。0.1質量%未満では経時による液の劣化が生じる
おそれがあり、一方、30質量%超ではホトレジストパ
ターンの形状悪化を生じるおそれがある。
【0035】界面活性剤としては、特に限定されるもの
でないが、本発明に含まれる(a)成分に対し溶解性が
高く、懸濁を発生しない等の特性が必要である。このよ
うな特性を満たす界面活性剤を用いることにより、特に
被覆用材料を塗布する際の気泡(マイクロフォーム)発
生を抑えることができ、該マイクロフォーム発生と関係
があるとされるディフェクトの発生の防止を図ることが
できる。上記の点から、N−アルキルピロリドン系界面
活性剤、第4級アンモニウム塩系界面活性剤、およびポ
リオキシエチレンのリン酸エステル系界面活性剤の中か
ら選ばれる少なくとも1種が好ましく用いられる。
【0036】N−アルキルピロリドン系界面活性剤とし
ては、下記一般式(I)
【0037】
【0038】(式中、R1は炭素原子数6以上のアルキ
ル基を示す)で表されるものが好ましい。
【0039】かかるN−アルキルピロリドン系界面活性
剤として、具体的には、N−ヘキシル−2−ピロリド
ン、N−へプチル−2−ピロリドン、N−オクチル−2
−ピロリドン、N−ノニル−2−ピロリドン、N−デシ
ル−2−ピロリドン、N−デシル−2−ピロリドン、N
−ウンデシル−2−ピロリドン、N−ドデシル−2−ピ
ロリドン、N−トリデシル−2−ピロリドン、N−テト
ラデシル−2−ピロリドン、N−ペンタデシル−2−ピ
ロリドン、N−ヘキサデシル−2−ピロリドン、N−ヘ
プタデシル−2−ピロリドン、N−オクタデシル−2−
ピロリドン等が挙げられる。中でもN−オクチル−2−
ピロリドン(「SURFADONE LP100」;ISP社製)が好
ましく用いられる。
【0040】第4級アンモニウム系界面活性剤として
は、下記一般式(II)
【0041】
【0042】〔式中、R2、R3、R4、R5はそれぞれ独
立にアルキル基またはヒドロキシアルキル基を示し(た
だし、そのうちの少なくとも1つは炭素原子数6以上の
アルキル基またはヒドロキシアルキル基を示す);X-
は水酸化物イオンまたはハロゲンイオンを示す〕で表さ
れるものが好ましい。
【0043】かかる第4級アンモニウム系界面活性剤と
して、具体的には、ドデシルトリメチルアンモニウムヒ
ドロキシド、トリデシルトリメチルアンモニウムヒドロ
キシド、テトラデシルトリメチルアンモニウムヒドロキ
シド、ペンタデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシ
ド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシ
ド、へプタデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシ
ド、オクタデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド
等が挙げられる。中でも、ヘキサデシルトリメチルアン
モニウムヒドロキシドが好ましく用いられる。
【0044】ポリオキシエチレンのリン酸エステル系界
面活性剤としては、下記一般式(III)
【0045】
【0046】(式中、R6は炭素原子数1〜10のアル
キル基またはアルキルアリル基を示し;R7は水素原子
または(CH2CH2O)R6(ここでR6は上記で定義し
たとおり)を示し;nは1〜20の整数を示す)で示さ
れるものが好ましい。
【0047】かかるポリオキシエチレンのリン酸エステ
ル系界面活性剤としては、具体的には「プライサーフA
212E」、「プライサーフA210G」(以上、いず
れも第一工業製薬(株)製)等として市販されているも
のを好適に用いることができる。
【0048】界面活性剤を配合する場合、その配合量
は、被覆形成剤(固形分)に対して0.1〜10質量%
程度とするのが好ましく、特には0.2〜2質量%程度
である。界面活性剤を配合することにより、塗布性の向
上、面内均一性、パターンの収縮率のバラツキ防止、マイ
クロフォームの発生防止、ディフェクトの発生防止等を
図ることができる。
【0049】本発明に係る微細パターン形成方法は、ホ
トレジストパターンを有する基板上に、上記のパターン
微細化用被覆形成剤を被覆した後、熱処理により該被覆
形成剤を収縮させ、その収縮作用によりホトレジストパ
ターン間の間隔を狭小せしめ、次いで上記被覆形成剤を
除去する工程を含む。
【0050】ホトレジストパターンを有する基板の作製
は、特に限定されるものでなく、半導体デバイス、液晶
表示素子、磁気ヘッドあるいはマイクロレンズなどの製
造において用いられる常法により行うことができる。例
えば、シリコンウェーハ等の基板上に、化学増幅型等の
ホトレジスト組成物を、スピンナーなどで塗布、乾燥し
てホトレジスト層を形成した後、縮小投影露光装置など
により、紫外線、deep−UV、エキシマレーザー光
などの活性光線を、所望のマスクパターンを介して照射
するか、あるいは電子線により描画した後、加熱し、次
いでこれを現像液、例えば1〜10質量%テトラメチル
アンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液等のアル
カリ性水溶液などを用いて現像処理することによって、
基板上にホトレジストパターンを形成することができ
る。
【0051】なお、ホトレジストパターンの材料となる
ホトレジスト組成物としては、特に限定されるものでは
なく、i線、g線用ホトレジスト組成物、KrF、Ar
F、F2等のエキシマレーザー用ホトレジスト組成物、
さらにはEB(電子線)用ホトレジスト組成物等、広く
一般に用いられるホトレジスト組成物を用いることがで
きる。
【0052】このような中でも特に、ホトレジストパタ
ーンを形成した場合、該ホトレジストパターンと本発明
被覆形成剤との界面付近にミキシング層を形成しないよ
うなホトレジスト組成物が好ましい。ミキシング層が形
成されると、上記従来技術の欄で記載したように、ディ
フェクトが発生しやすくなる、さらには基板面内での熱
依存性が十数nmとなるなど好ましくない。
【0053】一般にi線、g線用ホトレジスト組成物
(例えばノボラック樹脂とナフトキノンジアジド系感光
剤を含有するポジ型ホトレジスト組成物、等)を用いた
場合には上記の問題が発生するおそれがないので、それ
らを考慮する必要はないが、エキシマレーザー用ホトレ
ジスト組成物、EB(電子線)用ホトレジスト組成物等
の、露光により酸を発生する化合物(酸発生剤)を含有
する化学増幅型ホトレジスト組成物を用いた場合は、こ
の酸発生剤から発生する酸によって、被覆形成剤とホト
レジストパターンとの界面付近にミキシング層が形成さ
れる場合があるため、この点について考慮する必要があ
る。ミキシング層の形成は、酸発生剤から発生される酸
の拡散長(拡散距離)や、添加される塩基性物質の添加
量などにより左右される。したがって、エキシマレーザ
ー用ホトレジスト組成物、EB(電子線)用ホトレジス
ト組成物等を用いる場合、上記ミキシング層が発生しな
いようなホトレジスト組成物を選択して用いるのが望ま
しい。
【0054】次いで、このようなホトレジストパターン
を有する基板上に、パターン微細化用被覆形成剤を塗布
し被覆する。なお、被覆形成剤を塗布した後に、60〜
150℃程度の温度で10〜90秒間程度、基板にプリ
ベークを施してもよい。
【0055】被覆方法は従来の熱フロープロセスにおい
て通常行われていた方法に従って行うことができる。す
なわち、例えばスピンナー等により、上記パターン微細
化用被覆形成剤の水溶液を基板上に塗布する。
【0056】次いで熱処理を行って、被覆形成剤からな
る塗膜を収縮させる。これに伴い、該塗膜に接するホト
レジストパターン間の間隔が狭められる。このホトレジ
ストパターン間の間隔は、すなわち、最終的に得られる
パターンの径や幅を規定することから、これによりホー
ルパターンの径やトレンチパターンの幅を狭小化させる
ことができ、パターンの微小化を行うことができる。
【0057】加熱温度は、被覆形成剤からなる塗膜の収
縮を起こし得る温度であって、パターンの微細化を行う
に十分な温度であれば、特に限定されるものでないが、
ホトレジストパターンの軟化点よりも低い温度で加熱す
るのが好ましい。このような温度で行うと、プロフィル
の良好な微細パターンを形成することができ、また特に
ウェーハ面内におけるデューティ比(Duty)比、す
なわちウェーハ面内におけるパターン間隔に対する依存
性を小さくすることができる。
【0058】なお、「ホトレジストパターンの軟化点」
とは、基板上に形成したホトレジストパターンが、基板
の加熱処理により自発的に流動化(フロー)し始める温
度を意味する。
【0059】現在のホトリソグラフィー技術において用
いられる種々のホトレジスト組成物の軟化点を考慮する
と、上記加熱処理は通常、60〜150℃程度の温度
で、10〜90秒間程度行われる。
【0060】ただし、上述のプリベークとこの加熱処理
については、その加熱温度はホトレジスト組成物の軟化
点以下の温度であって、被覆形成剤が熱収縮し得る温度
であればよく、また加熱時間は被覆形成剤が乾燥し得る
程度の時間で、そのプロセスのスループットに見合う時
間であればよく、特に制限されるものでない。
【0061】被覆形成剤からなる塗膜の厚さとしては、
ホトレジストパターンの高さと同程度あるいはそれを覆
う程度の高さが好ましく、通常、0.1〜8.0μm程
度が適当である。
【0062】この後、パターン上に残留する被覆形成剤
からなる塗膜は、水系溶剤、好ましくは純水により10
〜60秒間洗浄することにより除去する。本発明に係る
被覆形成剤は、水での洗浄除去が容易で、かつ、基板お
よびホトレジストパターンから完全に除去することがで
きる。
【0063】そして基板上に、幅広となったホトレジス
トパターン間隔をなす、微小化されたパターンを有する
基板が得られる。
【0064】本発明により得られる微細パターンは、こ
れまでの方法によって得られる解像限界よりもより微細
なパターンサイズを有するとともに、良好なプロフィル
を有し、所要の要求特性を十分に満足し得る物性を備え
たものである。
【0065】本発明が適用される技術分野としては、半
導体分野に限られず、広く液晶表示素子、磁気ヘッド製
造、さらにはマイクロレンズ製造等に用いることが可能
である。
【0066】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。なお、配合量は特記しない限り質量%
である。
【0067】(実施例1)アクリル酸とビニルピロリド
ンを構成成分とするコポリマー(アクリル酸:ビニルピ
ロリドン=2:1(質量比))98g、およびテトラ
(ヒドロキシメチル)グリコールウリル2gを、水19
00gに溶解させ、固形分濃度5質量%の被覆形成剤を
調製した。
【0068】基板上にノボラック樹脂およびナフトキノ
ンジアジド系感光剤を構成成分とするポジ型ホトレジス
ト組成物であるTDMR−AR2000(東京応化工業
(株)製)を回転塗布し、90℃で90秒間ベーク処理
し、膜厚1.3μmのホトレジスト層を形成した。
【0069】該ホトレジスト層に対して、露光装置Ni
kon NSR−2205i14E(ニコン(株)製)
を用いて露光処理し、110℃にて90秒間加熱処理を
施し、2.38質量%TMAH(テトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシド)水溶液を用いて現像処理した。この
とき得られたホールパターン寸法(すなわち、ホトレジ
ストパターンがなす間隔)は411.8nmであった。
【0070】該ホールパターン上に前記被覆形成剤を塗
布し、120℃で60秒間加熱処理し、ホトレジストパ
ターンの微細化処理を行った。続いて23℃の純水を用
いて被覆形成剤を完全に除去した。そのときのホトレジ
ストパターン(ホールパターン)の寸法は231.2n
mであった。
【0071】(実施例2)アクリル酸とビニルピロリド
ンを構成成分とするコポリマー(アクリル酸:ビニルピ
ロリドン=2:1(質量比))98g、およびテトラ
(ヒドロキシメチル)グリコールウリル2gを、水40
0gに溶解させ、固形分濃度20質量%の被覆形成剤を
調製した。
【0072】基板上にエキシマレーザー用ホトレジスト
組成物であるDP−TF010PM(東京応化工業
(株)製)を回転塗布し、130℃で150秒間ベーク
処理し、膜厚3.0μmのホトレジスト層を形成した。
【0073】該ホトレジスト層に対して、露光装置FP
A3000EX3(キャノン(株)製)を用いて露光処
理し、120℃にて150秒間加熱処理を施し、2.3
8質量%TMAH水溶液を用いて現像処理した。このと
き得られたホールパターン寸法(すなわち、ホトレジス
トパターンがなす間隔)は202.2nmであった。
【0074】該ホールパターン上に前記被覆形成剤を塗
布し、120℃で60秒間加熱処理し、ホトレジストパ
ターンの微細化処理を行った。続いて23℃の純水を用
いて被覆形成剤を完全に除去した。そのときのホトレジ
ストパターン(ホールパターン)の寸法は138.5n
mであった。
【0075】(実施例3)アクリル酸とビニルピロリド
ンを構成成分とするコポリマー(アクリル酸:ビニルピ
ロリドン=2:1(質量比))98g、およびテトラ
(ヒドロキシメチル)グリコールウリル2gを、水40
0gに溶解させ、固形分濃度20質量%の被覆形成剤を
調製した。
【0076】基板上に電子線用ホトレジスト組成物であ
るEP−TF004EL(東京応化工業(株)製)を回
転塗布し、150℃で300秒間ベーク処理し、膜厚
2.0μmのホトレジスト層を形成した。
【0077】該ホトレジスト層に対して、描画装置HL
−800D((株)日立製作所製)を用いて描画処理
し、140℃にて300秒間加熱処理を施し、2.38
質量%TMAH水溶液を用いて現像処理した。このとき
得られたホールパターン寸法(すなわち、ホトレジスト
パターンがなす間隔)は234.8nmであった。
【0078】該ホールパターン上に前記被覆形成剤を塗
布し、120℃で60秒間加熱処理し、ホトレジストパ
ターンの微細化処理を行った。続いて23℃の純水を用
いて被覆形成剤を完全に除去した。そのときのホトレジ
ストパターン(ホールパターン)の寸法は172.6n
mであった。
【0079】(比較例1)実施例1において、被覆形成
剤としてポリビニルアルコールの5質量%水溶液を用い
た以外は、実施例1と同様の方法でホトレジストパター
ン形成したところ、23℃の純水での除去処理によって
も被覆形成剤を完全に除去することができず、目視で確
認できる残留物が基板上に残存した。
【0080】(比較例2)実施例2において、被覆形成
剤を用いなかった以外は、実施例2と同様にしてホトレ
ジストパターンを形成した。すなわち、実施例2におい
て、基板上のホトレジスト層を2.38質量%TMAH
水溶液を用いて現像処理し、ホールパターン(パターン
寸法202.2nm)を形成した後、被覆形成剤を塗布
することなく、そのまま該基板を120℃で60秒間加
熱処理した。その結果、ホトレジストパターン(ホール
パターン)の寸法に変化はみられず、パターンの微細化
ができなかった。
【0081】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ホ
トレジストパターンを有する基板上に被覆形成剤(塗
膜)を設け、これを熱処理してホトレジストパターン間
隔を狭め、次いで上記塗膜を実質的に完全に除去する微
細パターンの形成方法を利用した技術において、パター
ン寸法の制御性に優れるとともに、被覆形成剤(塗膜)
の除去性に優れ、かつ、良好なプロフィルおよび半導体
デバイスにおける要求特性を備えた微細パターンを得る
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H096 AA25 AA27 EA02 EA03 EA05 EA06 GA08 HA05 JA04 5F046 LA18

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホトレジストパターンを有する基板上に
    被覆し、その熱収縮作用を利用してホトレジストパター
    ン間隔を狭小せしめた後、当該被覆を実質的に完全に除
    去して微細パターンを形成するために使用される被覆形
    成剤であって、(a)水溶性ポリマーと、(b)その構
    造中に少なくとも1個の窒素原子を有する水溶性架橋剤
    を含有することを特徴とするパターン微細化用被覆形成
    剤。
  2. 【請求項2】 (a)成分がアクリル系ポリマー、ビニ
    ル系ポリマー、およびセルロース系ポリマーの中から選
    ばれる少なくとも1種である、請求項1記載のパターン
    微細化用被覆形成剤。
  3. 【請求項3】 (b)成分がトリアジン系誘導体、グリ
    コールウリル誘導体、および尿素系誘導体の中から選ば
    れる少なくとも1種である、請求項1または2記載のパ
    ターン微細化用被覆形成剤。
  4. 【請求項4】 被覆形成剤が濃度3〜50質量%の水溶
    液である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のパター
    ン微細化用被覆形成剤。
  5. 【請求項5】 被覆形成剤(固形分)中に、(a)成分
    を1〜99質量%、(b)成分を1〜99質量%含有す
    る、請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターン微細
    化用被覆形成剤。
  6. 【請求項6】 被覆形成剤(固形分)中に、(a)成分
    を40〜99質量%、(b)成分を1〜60質量%含有
    する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターン微
    細化用被覆形成剤。
  7. 【請求項7】 ホトレジストパターンを有する基板上
    に、請求項1〜6のいずれかに記載のパターン微細化用
    被覆形成剤を被覆した後、熱処理により該被覆形成剤を
    収縮させ、その収縮作用によりホトレジストパターン間
    の間隔を狭小せしめ、次いで上記被覆形成剤を実質的に
    完全に除去する工程を含む、微細パターンの形成方法。
  8. 【請求項8】 熱処理を、基板上のホトレジストパター
    ンの軟化点よりも低い温度で行う、請求項7記載の微細
    パターンの形成方法。
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