JP2006243499A - フォトレジストパターンの形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ドライエッチング時に発生するレジストパターン倒壊を抑制する。
【解決手段】下地１３上の反射防止膜１４と、反射防止膜と接触し、かつ反射防止膜上の化学増幅フォトレジストからなるレジストパターン１６とを含むフォトレジスト構造体１２に、エネルギー線を照射し、その後、フォトレジスト構造体を、レジストパターンのガラス転移点以上かつ融点未満の加熱温度で加熱する
【選択図】図１
【解決手段】下地１３上の反射防止膜１４と、反射防止膜と接触し、かつ反射防止膜上の化学増幅フォトレジストからなるレジストパターン１６とを含むフォトレジスト構造体１２に、エネルギー線を照射し、その後、フォトレジスト構造体を、レジストパターンのガラス転移点以上かつ融点未満の加熱温度で加熱する
【選択図】図１
Description
この発明は、フォトレジストパターンの形成方法、およびこの方法を利用した半導体装置の製造方法に関する。
微細加工技術の進展により、近年半導体装置の高性能化、高集積化が進行しており、現在、６５〜９０ｎｍのデザインルールの半導体装置の開発が行われている。半導体装置の微細化に伴い、製造工程において種々の歩留まり低下要因が顕在化しつつある。その歩留まり低下要因の一つとしてフォトレジストパターンの倒壊が挙げられる。
このフォトレジストパターン倒壊は、たとえば、ゲート形成工程などで形成されるアスペクト比が高い微細なフォトレジストパターンに頻繁に生じる。フォトレジストパターン倒壊は、（１）リソグラフィー工程におけるリンス工程時、および（２）リソグラフィー工程後に行われるドライエッチング工程時に、主に、発生する。
リンス工程時のフォトレジストパターン倒壊は、隣接するフォトレジストパターン間に存在するリンス液（純水）が乾燥する際に生じる表面張力が原因であることが、既に明らかにされている。この対策として、リンス用純水に、表面張力を低下させるイソプロピルアルコールを添加する技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
また、リンス工程時のフォトレジストパターン倒壊を抑制するために、基板全面に塗布されたフォトレジストのプリベーク時に、フォトレジスト膜を厚み方向に圧縮し、フォトレジスト膜の密度を高め、フォトレジストの機械的強度を増加させる技術が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
特開平５−２８５９７２号公報（第１頁、図４）
特開平１１−２１９８８６号公報（第１頁）
ところが、特許文献１および特許文献２の方法は、リンス工程時のフォトレジストパターンの倒壊防止には有効性を示すが、原因が明らかでないドライエッチング工程時に発生するフォトレジストパターン倒壊については、解決法を示唆してはいない。
この発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、従ってこの発明の目的は、ドライエッチング工程時に発生するフォトレジストパターン倒壊を抑制することができるフォトレジストパターンの形成方法、および半導体装置の製造方法を提供するにある。
この発明のフォトレジストパターンの形成方法は、前述の課題を解決するために、下地上の反射防止膜と、反射防止膜と接触し、かつ反射防止膜上の化学増幅フォトレジストからなるレジストパターンとを含むフォトレジスト構造体を準備する。そして、このフォトレジスト構造体に、エネルギー線を照射し、その後、フォトレジスト構造体を、レジストパターンのガラス転移点以上かつ融点未満の加熱温度で加熱することを特徴とする。
この発明のフォトレジストパターンの形成方法によれば、フォトレジスト構造体にエネルギー線を照射した後に、フォトレジスト構造体を所定の温度で加熱することにより、レジストパターンを硬化させることができるとともに、フォトレジスト構造体と下地との密着力を増加させることができる。
この発明において、化学増幅フォトレジストとは、紫外線等のエネルギー線の照射により、酸を発生させる酸発生剤を含むものである。化学増幅フォトレジストにおいては、酸発生剤から発生する酸の作用により、フォトレジストのアルカリ可溶化や、架橋反応が進行する。
本発明のフォトレジストパターンの形成方法では、フォトレジスト構造体にエネルギー線照射を行い、エネルギー線照射済みのフォトレジスト構造体を加熱することにより、フォトレジストパターンを形成する。
これにより、レジストパターン内部において、およびレジストパターンと反射防止膜との間において架橋反応が進行すると推測され、得られるフォトレジストパターンが硬化するとともに、下地との密着力が増加する。
よって、その後に、このフォトレジストパターンをマスクとして下地に対するドライエッチングを行ってもフォトレジストパターンの倒壊を抑制することができる。
図１〜図４を参照して、この発明の実施の形態について説明する。尚、各図は、各構成要素の形状、大きさおよび配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の組成および数値的条件などは、単なる好適例に過ぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。
（実施の形態１）
図１〜図３を参照して、実施の形態１のフォトレジストパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法の一好適例につき説明する。
図１〜図３を参照して、実施の形態１のフォトレジストパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法の一好適例につき説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、半導体装置の製造工程の一例を示す工程断面図である。なお、図１（Ａ）は、成膜工程、リソグラフィー工程およびエッチング工程などが繰り返される半導体装置の製造工程において、現像工程およびリンス工程が終了した後の工程を抜き出して示したものである。
（１）基板の準備工程
図１（Ａ）に示すように、フォトレジスト構造体１２が形成されたＳｉ基板１０を準備する。
図１（Ａ）に示すように、フォトレジスト構造体１２が形成されたＳｉ基板１０を準備する。
ここで、フォトレジスト構造体２１およびＳｉ基板１０の構成につき、簡単に説明する。Ｓｉ基板１０の第１主面１０ａ側には、それまでの工程で製造された回路素子や、後の工程で回路素子とされる予備層が形成されている。以下、回路素子および予備層を総称して素子形成予定層１１と称する。なお、個々の回路素子は、図面が煩雑となるため図示していない。この素子形成予定層１１を含むＳｉ基板１０の第１主面１０ａ側の全面には、下地膜１３が成膜されている。フォトレジスト構造体１２は、下地膜１３上の全面に塗布形成された反射防止膜１４と、この反射防止膜１４上に、所定形状にパターニングされたフォトレジスト層、すなわちレジストパターン１６とを含む。レジストパターン１６の下面１６ａが、反射防止膜１４の上面１４ａ（下地膜１３との接触面の対向面）と接触している。ここで、レジストパターン１６の下面１６ａと反射防止膜１４の上面１４ａとからなる両者１４，１６の接触面を接合面１５とする。
ここで、反射防止膜１４は、露光光（ここでは、ＫｒＦエキシマレーザ光）の、下地膜１３による反射を効果的に防止できる厚みとされている。
また、レジストパターン１６は、半導体装置の回路素子設計パターンに応じて、さまざまな形状および寸法に形成されるが、回路素子設計パターンにおいて最も実寸の小さいパターンを必要とするのはゲート領域であり、その幅（ゲート長）Ｗ１は、たとえば、約９０ｎｍである。また、レジストパターン１６の厚みｈは、たとえば、４００ｎｍである。なお、後述するように、後工程での処理を経ることにより、レジストパターン１６は等方的に縮小するので、ここでは、あらかじめゲート長Ｗ１を、設計寸法（６５ｎｍ）よりも幅広く形成しておく。レジストパターン１６としては、たとえば、ＰＨＳ（ポリヒドロキシスチレン）系のポジ型の化学増幅フォトレジストを用いている。
また、下地膜１３は、後工程で、所定の平面幾何学形状にエッチングされて、回路素子を構成する部品、たとえば、ゲート電極や配線などとして形成される。ここでは、下地膜１３は、たとえば、ポリシリコン膜とする。
なお、レジストパターン１６が「所定形状にパターニングされた」とは、レジストパターン１６を、Ｓｉ基板１０に形成する予定の回路素子や配線などの平面幾何学形状と合同または相似の形状に形成することをいう。
つづいて、Ｓｉ基板１０に形成されたフォトレジスト構造体１２を製造する工程につき、図２を参照して説明する。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、フォトレジスト構造体１２が形成されたＳｉ基板１０を製造する工程を示す工程断面図である。
（ａ）下地膜１３上に反射防止膜１４を形成する。より詳細には、下地膜１３上に反射防止膜溶液をスピンコータなどで約６０ｎｍの厚さで塗布し、得られた塗布層を約９０℃の温度で乾燥を行なった後、約１８０℃の温度でベークする。これにより、下地膜１３の全面に反射防止膜１４が形成される（図２（Ａ））。
（ｂ）反射防止膜１４上にポジ型化学増幅レジスト層１８を形成する。このポジ型化学増幅レジストとして、たとえば上述したＰＨＳ系のポジレジストを用いる。より詳細には、ポジ型化学増幅フォトレジスト溶液をスピンコータなどで約４００ｎｍの厚さで塗布し、得られた塗布層を約１００℃の温度でプリベークを行う。これにより、反射防止膜１４の全面にポジ型化学増幅レジスト層１８が形成される（図２（Ｂ））。
（ｃ）その後、ポジ型化学増幅レジスト層１８に対して露光を行う。より詳細には、Ｓｉ基板１０に対向して、所定のパターンで開口が形成されたマスク２２を配置し、このマスク２２を介して、露光光を照射して露光を行い、マスクパターンをポジ型化学増幅レジスト層１８に転写する。より具体的には、開口数ＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．６であり、０，２／３輪帯照明のＫｒＦエキシマレーザ露光装置を使用して、Ｓｉ基板１０上に光の透過率が約６％のハーフトーンマスクを配置し、約３０ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー量でＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を照射する。これにより、露光光が照射された領域１８ｂにおいて、ポジ型化学増幅レジストに含まれる酸発生剤からプロトンが発生し、このプロトンが、主鎖（ＰＨＳ）の保護基を脱離させる。よって、露光光が照射された領域１８ｂは、アルカリ可溶となる（図２（Ｃ））。一方、未露光のポジ型化学増幅レジスト層１８の領域１８ａは、アルカリ不溶領域である。
（ｄ）露光終了後、ポジ型化学増幅レジスト層１８のポストエクスポージャベーク（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）を行う。より詳細には、ホットプレートを用いて、ポジ型化学増幅レジスト層１８を約１００℃の温度で加熱する。これにより、露光光が照射された領域１８ｂにおいて、主鎖（ＰＨＳ）から保護基が脱離する反応が促進される。
（ｅ）ＰＥＢ終了後、ポジ型化学増幅レジスト層１８の現像を行う。すなわち、約２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）で現像を行い、ポジ型化学増幅レジスト層１８の不用部分（アルカリ可溶領域１８ａ）を除去する。これにより、反射防止膜１４上に、アルカリ不溶領域１８ａが残存する。領域１８ａが、所定の平面幾何学形状を有するレジストパターン１６である。これにより、レジストパターン１６および反射防止膜１４からなるフォトレジスト構造体１２が形成される（図２（Ｄ））。なお、図２（Ｄ）に示す、Ｓｉ基板１０上にフォトレジスト構造体１２を有する構造体を中間構造体１９と称する。
（ｆ）現像終了後、レジストパターン１６のリンスを行う。より詳細には、中間構造体１９をスピンコータに取り付け、中間構造体１９を回転させながら、レジストパターン１６に純水を滴下する。この純水には、表面張力を低下させるイソプロピルアルコールが添加されている。レジストパターン１６に滴下された純水は、中間構造体１９の回転に由来する遠心力により、レジストパターン１６の表面を中間構造体１９の外周部に向かって移動させられる。これにより、レジストパターン１６に残留していた不純物が除去される。
このように、（ａ）〜（ｆ）の工程を経ることにより、リンス済みの中間構造体１９の上側にフォトレジスト構造体１２が形成されたＳｉ基板１０が得られる。
（２）エネルギー線照射工程
つづいて、図１（Ｂ）に示すように、フォトレジスト構造体１２にエネルギー線を照射する。より詳細には、少なくとも２５０〜４５０ｎｍの波長範囲に亘る紫外線を発生することが可能な高圧水銀ランプを用いて、たとえば、約２２０ｍＷ／ｃｍ2の放射照度で、フォトレジスト構造体１２に紫外線を照射する。これにより、レジストパターン１６に残存する酸発生剤からプロトンが発生し、このプロトンが主鎖（ＰＨＳ）の保護基を脱離させる。これとともに主鎖（ＰＨＳ）間で架橋反応が生じ、レジストパターン１６を構成するＰＨＳポリマーの自由体積が減少する。なお、脱離した保護基は、たとえば、二酸化炭素などの気体となり、レジストパターン１６から離脱する。このように、架橋反応の進行、保護基の気体化による離脱および自由体積の減少により、レジストパターン１６は、硬化するとともに等方的に収縮（体積減少）する。また、これにより、レジストパターン１６は、ガラス転移温度が１５０℃を超える温度に上昇する。
つづいて、図１（Ｂ）に示すように、フォトレジスト構造体１２にエネルギー線を照射する。より詳細には、少なくとも２５０〜４５０ｎｍの波長範囲に亘る紫外線を発生することが可能な高圧水銀ランプを用いて、たとえば、約２２０ｍＷ／ｃｍ2の放射照度で、フォトレジスト構造体１２に紫外線を照射する。これにより、レジストパターン１６に残存する酸発生剤からプロトンが発生し、このプロトンが主鎖（ＰＨＳ）の保護基を脱離させる。これとともに主鎖（ＰＨＳ）間で架橋反応が生じ、レジストパターン１６を構成するＰＨＳポリマーの自由体積が減少する。なお、脱離した保護基は、たとえば、二酸化炭素などの気体となり、レジストパターン１６から離脱する。このように、架橋反応の進行、保護基の気体化による離脱および自由体積の減少により、レジストパターン１６は、硬化するとともに等方的に収縮（体積減少）する。また、これにより、レジストパターン１６は、ガラス転移温度が１５０℃を超える温度に上昇する。
（３）加熱工程
つづいて、紫外線が照射されたフォトレジスト構造体１２を、レジストパターン１６のガラス転移点以上かつ融点未満の加熱温度で加熱する。より詳細には、３５０℃に加熱されたホットプレートに、フォトレジスト構造体１２を、約９０秒間載置する。これにより、上述したエネルギー線照射工程で説明した保護基の、気体化による離脱および架橋反応が促進され、レジストパターン１６の収縮および硬化が進行する。この条件で加熱を行うことにより、最終的に、レジストパターン１６は、幅Ｗ１が約６５ｎｍ（設計寸法）にまで収縮するとともに、その厚みｈが約３６０ｎｍにまで収縮する。
つづいて、紫外線が照射されたフォトレジスト構造体１２を、レジストパターン１６のガラス転移点以上かつ融点未満の加熱温度で加熱する。より詳細には、３５０℃に加熱されたホットプレートに、フォトレジスト構造体１２を、約９０秒間載置する。これにより、上述したエネルギー線照射工程で説明した保護基の、気体化による離脱および架橋反応が促進され、レジストパターン１６の収縮および硬化が進行する。この条件で加熱を行うことにより、最終的に、レジストパターン１６は、幅Ｗ１が約６５ｎｍ（設計寸法）にまで収縮するとともに、その厚みｈが約３６０ｎｍにまで収縮する。
（４）ドライエッチング工程
そののち、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、下地膜１３のドライエッチングを行う（図１（Ｃ）参照）。より詳細には、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法を用いてドライエッチングを行う。すなわち、ＲＩＥ装置のエッチングチャンバを正極とし、かつＳｉ基板１０を陰極として、両者の間に高周波（１３．５６ＭＨｚ）を印加する。これにより反応ガスとしてのＣＦ4（ガス圧：約１０Ｐａ）を、プラズマ化し、このプラズマにより下地膜１３のレジストパターン１６で被覆されていない領域を除去する。
そののち、レジストパターン１６をエッチングマスクとして、下地膜１３のドライエッチングを行う（図１（Ｃ）参照）。より詳細には、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法を用いてドライエッチングを行う。すなわち、ＲＩＥ装置のエッチングチャンバを正極とし、かつＳｉ基板１０を陰極として、両者の間に高周波（１３．５６ＭＨｚ）を印加する。これにより反応ガスとしてのＣＦ4（ガス圧：約１０Ｐａ）を、プラズマ化し、このプラズマにより下地膜１３のレジストパターン１６で被覆されていない領域を除去する。
上述した（１）〜（４）の各工程を、半導体装置の設計に応じて、繰り返すことにより半導体装置を得る。
この実施の形態の半導体装置の製造方法においては、工程（４）のドライエッチングにおいて、レジストパターン１６の倒壊は観察されなかった。
従来からの問題であるドライエッチング時のレジストパターン１６の倒壊は、大きく３種類に分類できる。図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、このレジストパターン１６の倒壊様式について説明する。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、レジストパターン１６の倒壊様式を模式的に示す断面図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）において、図１と同様の構造には同符号を付し、その説明を省略する。
（ｉ）図３（Ａ）に示すように、接合面１５から剥がれることで、レジストパターン１６が倒壊する（以下、（ｉ）型倒壊とも称する）。
（ｉｉ）図３（Ｂ）に示すように、途中から折れることで、レジストパターン１６が倒壊する（以下、（ｉｉ）型倒壊とも称する）。
（ｉｉｉ）図３（Ｃ）に示すように、途中から湾曲することで、レジストパターン１６が倒壊する（以下、（ｉｉｉ）型倒壊とも称する）。
（ｉ）から、レジストパターン１６の倒壊原因として、レジストパターン１６と反射防止膜１４との接合面１５における両者１４，１６の密着力不足が示唆される。同様に、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）から、レジストパターン１６の倒壊原因として、レジストパターン１６自体の機械的な強度不足が示唆される。
レジストパターン１６の倒壊様式から示唆される倒壊原因を踏まえて、この実施の形態の半導体装置の製造方法において、レジストパターン１６の倒壊が抑制される理由を推測すると、以下の２点が挙げられる。
（Ａ）レジストパターン１６自体の機械的強度の増加
すなわち、工程（２）において、レジストパターン１６に紫外線を照射し、工程（３）において、レジストパターン１６を加熱することにより、レジストパターン１６では架橋反応が進行する。これにより、レジストパターン１６は等方的に収縮するとともに、硬化する。この架橋反応によりレジストパターン１６の機械的強度が増加し、前述した（ｉｉ）型および（ｉｉｉ）型の倒壊が抑制されたものと推測される。
すなわち、工程（２）において、レジストパターン１６に紫外線を照射し、工程（３）において、レジストパターン１６を加熱することにより、レジストパターン１６では架橋反応が進行する。これにより、レジストパターン１６は等方的に収縮するとともに、硬化する。この架橋反応によりレジストパターン１６の機械的強度が増加し、前述した（ｉｉ）型および（ｉｉｉ）型の倒壊が抑制されたものと推測される。
（Ｂ）レジストパターン１６と反射防止膜１４との間の架橋
すなわち、工程（２）において、紫外線を照射した際に、レジストパターン１６と反射防止膜１４との間で架橋反応が生じる可能性がある。つまり、接合面１５近傍のレジストパターン１６の主鎖（ＰＨＳ）と、接合面１５近傍の反射防止膜１４の主鎖との間に、接合面を超えたなんらかの架橋反応が生じ、その結果、反射防止膜１４とレジストパターン１６との密着力が増大し、前述した（ｉ）型の倒壊が抑制されたものと推測される。なお、この点については、後述する実験例において、反射防止膜１４とレジストパターン１６との密着力が増大したことを示唆する実験結果を示す。
すなわち、工程（２）において、紫外線を照射した際に、レジストパターン１６と反射防止膜１４との間で架橋反応が生じる可能性がある。つまり、接合面１５近傍のレジストパターン１６の主鎖（ＰＨＳ）と、接合面１５近傍の反射防止膜１４の主鎖との間に、接合面を超えたなんらかの架橋反応が生じ、その結果、反射防止膜１４とレジストパターン１６との密着力が増大し、前述した（ｉ）型の倒壊が抑制されたものと推測される。なお、この点については、後述する実験例において、反射防止膜１４とレジストパターン１６との密着力が増大したことを示唆する実験結果を示す。
このように、この実施の形態の半導体装置の製造方法においては、フォトレジスト構造体１２に紫外線照射を行い、続いて加熱するという構成により、ドライエッチング時におけるレジストパターン１６の倒壊が抑制される。
また、工程（２）における加熱温度を、一般にフォトレジストを加熱する工程で用いられる温度（１５０℃未満）よりも高い温度（１５０〜３６０℃）とすることにより、レジストパターン１６を効果的に硬化させることができる。
なお、反射防止膜１４は、工程（２）における紫外線照射で、レジストパターン１６との間に架橋反応を生じる可能性のある組成を有する有機系のものを用いることができる。
たとえば、被膜形成用樹脂（ベース樹脂）、下地膜１３からの反射光を吸収するための吸光成分、および架橋剤を成分として含むものを用いることができる。より詳細には、たとえば、ヒドロキシアルキル基やアルコキシルアルキル基で置換された架橋剤、ベンゾフェノン系、ジフェニルスルホン系やスルホキシド系の吸光成分、およびアクリル系樹脂のベース樹脂を含むものなどが挙げられる。
また、反射防止膜１４としては、吸光性を導入した被膜形成用樹脂（ベース樹脂）、および架橋剤を成分として含むものを用いることができる。たとえば、キノリニル基、Ｎ、ＯまたはＳをヘテロ原子とする環置換基を有するキノリニル誘導体基、フェナントレニル基、アクリジニル基またはアルキレンアントリル基を含むベース樹脂、およびグリコールウリルなどの架橋剤を含むもの、ならびに、エポキシ樹脂にアントラセン環やナフタレン環などを持つ置換基を有する染料を重合させて得られたベース樹脂、およびメラミン系樹脂、尿素系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、グリコールウリル系樹脂などの架橋剤を含むものが挙げられる。
また、この実施の形態においては、下地膜１３の材料として、ポリシリコンを用いているが、たとえば、ＳｉＯ2、リン珪酸ガラス（ＰＳＧ）、金属（Ａｌなど）、Ｓｉ3Ｎ4などのいずれかの任意好適な材料を用いて形成してもよい。
また、レジストパターン１６を構成する化学増幅レジストとしては、ポジ型に限らず、ネガ型を用いてもよい。このようにすることにより、ネガ型化学増幅レジストにおいても、ドライエッチング時のレジストパターンの倒壊を抑制することができる。
また、工程（２）において、照射するエネルギー線としては、電子線を用いてもよい。このようにすることにより、紫外線の場合と同様に、レジストパターン１６自体が硬化するとともに、レジストパターン１６と反射防止膜１４との間に架橋反応を起こさせることができ、ドライエッチング時のレジストパターン１６の倒壊を抑制することができる。
また、工程（２）において、紫外線の光源としては、高圧水銀ランプを用いているが、光源は、高圧水銀ランプに限らず、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ｇ線（波長：３６５ｎｍ）を照射する超高圧水銀ランプなどの任意好適な光源を用いてもよい。
また、工程（２）において、フォトレジスト構造体１２に紫外線を照射するための装置としては、露光装置や、フォトレジストのキュアに用いられるキュア装置などの任意好適な照射装置を用いることができる。
また、工程（３）において、フォトレジスト構造体１２を加熱する装置としては、ホットプレートに限らず、公知の種々の加熱装置を用いることができる。たとえば、既存の半導体装置製造工程で用いられるコーターなどを用いることができる。
また、工程（４）におけるドライエッチングは、物理的エッチングであればＲＩＥに限らず、たとえば、スパッタエッチング、プラズマエッチングなどであってもよい。
なお、工程（２）において、照射する紫外線は、２５０ｎｍ〜４５０ｎｍに亘る連続波長ものに限られず、２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲内の任意の単一波長の紫外線であってもよい。なお、照射する紫外線の波長が４５０ｎｍよりも長い場合、または２５０ｎｍよりも短い場合、酸発生剤の光吸収効率が低下し、レジストパターン１６内部、およびレジストパターン１６と反射防止膜１４との間において架橋反応が進行しないため好ましくない。
また、工程（２）において、照射する紫外線の放射強度は、レジストパターン１６と反射防止膜１４との間に架橋反応を起こさせることができるだけの強度であることが好ましい。紫外線の放射強度が弱すぎる場合、紫外線が、接合面１５にまで到達せず、架橋反応がレジストパターン１６の表面付近でのみ進行するために好ましくない。また、紫外線の放射強度が強すぎる場合、レジストパターン１６内部から離脱するガスのため、レジストパターン１６が発泡し、最悪の場合には破裂してしまい、パーティクル発生の原因となるため好ましくない。より具体的には、紫外線の放射強度は、２００ｍＷ／ｃｍ2以上、７００ｍＷ／ｃｍ2以下であることが好ましい。このような放射強度の紫外線を照射することにより、レジストパターン１６内部、およびレジストパターン１６と反射防止膜１４との間に架橋反応を起こさせることができ、ドライエッチング時のレジストパターン１６の倒壊を抑制することができる。
また、工程（３）における加熱温度は、レジストパターン１６のガラス転移点以上かつ融点未満であれば、３５０℃に限られない。加熱温度がガラス転移点未満の場合、レジストパターン１６内部、およびレジストパターン１６と反射防止膜１４との間の架橋反応をほとんど促進しないため好ましくない。また、加熱温度が融点以上の場合、レジストパターン１６が熱変形してしまうため好ましくない。加熱温度の好適な範囲は、用いるフォトレジストの種類によっても異なるために、一概にいうことはできないが、この実施の形態のポジ型化学増幅フォトレジストの場合には、１５０℃以上かつ３６０℃以下の温度とすることが好ましい。このようにすることにより、レジストパターン１６内部、およびレジストパターン１６と反射防止膜１４との間の架橋反応を促進することができ、ドライエッチング時のレジストパターン１６の倒壊を抑制することができる。より好適には、加熱温度は２００℃以上かつ３６０℃以下の温度とすることが好ましい。このようにすることにより、レジストパターン１６内部、およびレジストパターン１６と反射防止膜１４との間に架橋反応をより一層迅速に促進させることができる。
また、工程（３）における加熱時間は、レジストパターン１６内部、およびレジストパターン１６と反射防止膜１４との間の架橋反応を充分に促進できるだけの時間であればよい。加熱時間が短かすぎる場合には、レジストパターン１６内部、およびレジストパターン１６と反射防止膜１４との間の架橋反応がほとんど促進されないため好ましくない。また、加熱時間が長すぎる場合には、工程（３）におけるスループットが低下してしまうために好ましくない。加熱時間の好適な範囲は、これらの要因を考慮すると３０秒〜１８０秒の間とすることが好ましい。
また、工程（３）において、フォトレジスト構造体１２を１５０℃〜３６０℃の温度で一定時間（３０秒〜１８０秒）保つことができれば、フォトレジスト構造体１２を所定の温度プロファイルに沿って加熱してもよい。
また、工程（２）と工程（３）とは、この順序で行われていればよく、工程（２）を終了してから工程（３）を実施するまでの時間間隔に特に制限はない。
また、工程（２）と工程（３）とを同時に実施してもよい。このようにすることにより、工程（２）および工程（３）に要する時間を短縮することができ、これらの工程におけるスループットが向上する。ただし、紫外線照射（工程（２））の初期段階から、加熱（工程（３））を行うことは避けたほうがよい。つまり、紫外線照射開始と同時または紫外線照射開始直後から、加熱を行うと、フォトレジスト構造体１２の架橋反応が充分に進行していないため、フォトレジスト構造体１２、特にレジストパターン１６が熱変形してしまう虞がある。
（実験例）
つづいて、工程（２）および工程（３）を経ることによって、反射防止膜１４とレジストパターン１６との密着力が増大したことを示唆する実験例を示す。
つづいて、工程（２）および工程（３）を経ることによって、反射防止膜１４とレジストパターン１６との密着力が増大したことを示唆する実験例を示す。
（実験例１）
実験に用いた試料につき、図４を参照して説明する。図４は、試料の断面図である。
実験に用いた試料につき、図４を参照して説明する。図４は、試料の断面図である。
回路素子などが形成されていないベアＳｉウエハ３０（以下、ウエハ３０と称する）を準備する。
そして、前述の工程（ａ）および工程（ｂ）を実施することにより、ウエハ３０の第１主面３０ａ上に、反射防止膜３６およびポジ型化学増幅レジスト層３８をこの順序で成膜する。以下、反射防止膜３６およびポジ型化学増幅レジスト層３８からなる構造体を、フォトレジスト構造体モデル層４０と称する。ここで、反射防止膜３６の膜厚、およびポジ型化学増幅レジスト層３８の膜厚は、それぞれ実施の形態１と同様である。
つづいて、露光（工程（ｃ））を行わずに、工程（ｄ）のポストエクスポージャベークを実施する。ここで、ポストエクスポージャベークの実施条件は実施の形態１と同様である。
つづいて、前述の工程（２）および工程（３）を実施する。ここで、工程（２）および工程（３）の実施条件は実施の形態１と同様である。
このようにして、第１主面３０ａにフォトレジスト構造体モデル層４０が形成された試料１（ウエハ３０）が得られる。
つづいて、フォトレジスト構造体モデル層４０と第１主面３０ａとの密着力を測定した。密着力は、引っかき法（スクラッチ法）を用いて測定した。より詳細には、ウエハ３０のフォトレジスト構造体モデル層４０に対して垂直に、ダイアモンド探針を押し当てる。そのうえで、ウエハ３０を水平方向に等速度で移動させながら、ダイアモンド探針にかける荷重を徐々に増加していく。そして、フォトレジスト構造体モデル層４０が第１主面３０ａから剥離する際に発生するアコースティック・エミッションより、剥離の最小荷重を測定し、密着力とする。なお、測定器としては、ナノスクラッチテスターを用い、ダイアモンド探針にかける荷重は０．１〜３０ｍＮの範囲で変化させた。また、ウエハ３０の移動距離（測定距離）は約３ｃｍである。
その結果、試料１においては、フォトレジスト構造体モデル層４０の第１主面３０ａに対する密着力は３．３９ｍＮであった。
（実験例２）
工程（２）および工程（３）を実施しない以外は、（実験例１）と同様にして、試料２を作成し、フォトレジスト構造体モデル層４０と第１主面３０ａとの密着力を測定した。
工程（２）および工程（３）を実施しない以外は、（実験例１）と同様にして、試料２を作成し、フォトレジスト構造体モデル層４０と第１主面３０ａとの密着力を測定した。
その結果、試料２においては、フォトレジスト構造体モデル層４０の第１主面３０ａに対する密着力は１．６８ｍＮであった。
（実験例１）および（実験例２）から、反射防止膜３６とポジ型化学増幅レジスト層３８とからなるフォトレジスト構造体モデル層４０を、紫外線照射後にポジ型化学増幅レジスト層３８のガラス転移点以上かつ融点未満の温度で加熱することで、フォトレジスト構造体モデル層４０と第１主面３０ａとの密着力が増大することが明らかとなった（実験例１）。
ここで、「密着力が増大する」ことの意味について考える。ここでいう密着力とは、より厳密には、（１）反射防止膜３６と第１主面３０ａとの密着力、および、（２）反射防止膜３６とポジ型化学増幅レジスト層３８との密着力の和と考えることができる。
ところで、実施の形態１の工程（４）において、（ｉ）型の倒壊、すなわちレジストパターン１６の接合面１５での剥離に由来する倒壊（図３（Ａ））は確認されなかった。よって、（実験例）および実施の形態１を勘案すると、密着力の増大には、反射防止膜３６と第１主面３０ａとの密着力の増大のみならず、反射防止膜３６とポジ型化学増幅レジスト層３８との密着力の増大も寄与していることが示唆される。
すなわち、実験例１においては、紫外線照射およびガラス転移点以上かつ融点未満の温度での加熱により、反射防止膜３６とポジ型化学増幅レジスト層３８との間で密着力を増大させるような現象、たとえば架橋反応などが生じていることが推測される。
１０ Ｓｉ基板
１０ａ，３０ａ 第１主面
１２ フォトレジスト構造体
１３ 下地膜
１４，３６ 反射防止膜
１４ａ 上面
１５ 接合面
１６ レジストパターン
１６ａ 下面
１８，３８ ポジ型化学増幅レジスト層
１９ 中間構造体
２２ マスク
３０ ベアＳｉウエハ
４０ フォトレジスト構造体モデル層
１０ａ，３０ａ 第１主面
１２ フォトレジスト構造体
１３ 下地膜
１４，３６ 反射防止膜
１４ａ 上面
１５ 接合面
１６ レジストパターン
１６ａ 下面
１８，３８ ポジ型化学増幅レジスト層
１９ 中間構造体
２２ マスク
３０ ベアＳｉウエハ
４０ フォトレジスト構造体モデル層
Claims (7)
- 下地上の反射防止膜と、
該反射防止膜と接触し、かつ該反射防止膜上の化学増幅フォトレジストからなるレジストパターンと
を含むフォトレジスト構造体を準備する工程と、
エネルギー線を照射する照射工程と、
その後、前記フォトレジスト構造体を、前記レジストパターンのガラス転移点以上かつ融点未満の加熱温度で加熱する工程と
をことを特徴とするフォトレジストパターンの形成方法。 - 前記加熱を１５０℃以上かつ３６０℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
- 前記化学増幅フォトレジストとして、ポジ型の化学増幅フォトレジストを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
- 前記エネルギー線の照射を、２５０〜４５０ｎｍの波長範囲内の、任意の単一波長の紫外線を用いて行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
- 前記エネルギー線の照射を、２５０〜４５０ｎｍの波長範囲に亘る連続波長の紫外線を用いて行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
- 前記エネルギー線の照射を、電子線を用いて行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
- 請求項１〜６のいずれか１項に記載のフォトレジストパターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法であって、前記加熱の後に、前記フォトレジスト構造体をマスクとして前記下地のドライエッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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