JP4523888B2 - リソグラフィー用洗浄液及びそれを用いたレジストパターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、像形成露光したレジストを現像処理した後で、それに接触させることにより、洗浄処理後のディフェクトを減少し、水リンス時におけるパターン倒れを防止し、さらには電子線耐性を向上させて電子線照射により生じるパターンの収縮を抑制するのに有効で、しかも処理したことによりパターン寸法の変動を生じることのないリソグラフィー用洗浄液及びそれを用いたレジストパターンの形成方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの小型化、集積化とともに、この微細加工用光源もこれまでの長波長の紫外線から、より高解像性のレジストパターン形成が可能なｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５ｎｍ）へ、ｉ線からＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）へと短波長化し、現在ではＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）、Ｆ₂エキシマレーザー（１５７ｎｍ）、さらにはＥＢやＥＵＶ等の電子線へと主流が移りつつあり、それとともに、これらの短波長光源に適合しうるプロセスやレジスト材料の開発も急ピッチで進められている。

ところで、これまでのホトレジストに対しては、例えば感度、解像性、耐熱性、焦点深度幅特性、レジストパターン断面形状などや、露光と露光後加熱（ＰＥＢ）間のアミンなどのコンタミネーションによるレジストパターンの形状劣化の原因となる引置経時安定性、及びシリコン窒化（ＳｉＮ）膜のような絶縁膜、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜のような半導体膜、チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜のような金属膜などの各種膜が設けられたシリコンウェーハによりレジストパターン形状が変化する基板依存性などの向上が要求され、これらについては、ある程度の解決がなされてきたが、特に重要な課題であるディフェクトについては未解決な部分が多い。

このディフェクトとは、表面欠陥観察装置により、現像後のレジストパターンを真上から観察した際に検知されるマスクパターンと不一致のレジストパターンのエラー（不良なレジストパターン、スカム、ごみ、色むら、パターン間の連結など）を意味し、ディフェクトの数が多いほど半導体素子の歩留りが低下するため、上記のレジスト特性が良好であっても、このディフェクトの解決がされない以上、半導体素子の量産化は困難なものとなる。

このディフェクトの原因としてはいろいろ考えられるが、その１つに現像時におけるマイクロバブルに起因するもの、洗浄時においていったん除去された不溶物の再付着がある。

このようなディフェクトを減少させる方法としては、パターン形成に用いるポジ型レジスト組成物自体の改良（特許文献１参照）が提案されているが、このように組成を変えると、プロセス自体の変更も必要となるので好ましくない。

また、レジストパターンの形成の際に、疎水基と親水基とを含む欠陥処理剤、すなわち界面活性剤を塗布する方法は知られているが（特許文献２参照）、この方法によると、レジストパターントップ部分が丸くなり、断面垂直性が低下する上に、処理によりレジスト層の膜減りを生じるという欠点があるし、通常、現像処理に際して、現像液は集中配管で供給されるため、多種類のレジストを使用しなければならない半導体製造工場においては、この方法は不適当である。

さらに、ホトリソグラフィーの現像工程において、金属イオンを含まない有機塩基とノニオン性界面活性剤を主成分として含む現像液を用い、ディフェクトを低減する方法（特許文献３参照）や分子量２００以上の難揮発性芳香族スルホン酸を含む、ｐＨ３．５以下の水性溶液を用いて露光後加熱前に処理することによりディフェクトを低減する方法（特許文献４参照）も知られているが十分な効果を得るに至っていない。

一方において、分子中にアミノ基又はイミノ基と、炭素数１〜２０の炭化水素基とを有し、分子量４５〜１００００の窒素含有化合物を含むリンス剤組成物を用いることにより、リンス工程や乾燥工程で発生するレジストパターンの倒壊や損傷を抑制することも知られているが（特許文献５参照）、このようなリンス剤組成物によっては、前記したディフェクトの低減を行うことができない。また、エチレンオキシド又はプロピレンオキシド系活性剤を含むリンス液も知られているが（特許文献６参照）、親水性基と水とのインターラクションが弱く、パターン倒れ抑制効果が得られない。

特開２００２−１４８８１６号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００１−２３８９３号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００１−１５９８２４号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００２−３２３７７４号公報（特許請求の範囲その他） 特開平１１−２９５９０２号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００４−１８４６４８号公報（特許請求の範囲その他）

本発明は、このような事情のもとで、ホトレジストパターンについて、製品の表面欠陥、いわゆるディフェクトを減少させ、水リンス時におけるパターン倒れの発生を防止し、またレジストの電子線照射に対する耐性を付与して、パターンの収縮を抑制するために用いられ、しかも保存中にバクテリアによる汚染を生じることのない新規なリソグラフィー用洗浄液、及びそれを用いたレジストパターン形成方法を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者らは、洗浄処理自体の性能をそこなうことなく、得られるレジストパターンのディフェクトを減少させ、また、レジストに対し電子線耐性を付与して歩留りを向上させうる処理液を開発するために鋭意研究を重ねた結果、長鎖アルキル基１個と短鎖アルキル基２個をもつアミンオキシド化合物と、長鎖アルキル基１個と短鎖ヒドロキシアルキル基２個をもつアミンオキシド化合物との組み合せを含む水性溶液からなる洗浄液がディフェクトの減少、及び水リンス時におけるパターン倒れの防止や、レジストの電子線耐性の付与に有効であること、そしてレジストパターンの形成に当り、アルカリ現像処理後に、ホトレジスト膜を上記溶液で処理すれば、レジストパターンの良好な形状を保ち、溶解や膨潤現象を生じることなしにディフェクトを低減しうるとともに、電子線照射によるパターンの収縮を抑制することができ、しかもこれを用いて処理したことによるパターン寸法の変動を伴わないことを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、（Ａ）一般式

（式中のＲ¹は酸素原子で中断されていてもよい炭素数８〜２０のアルキル基又はヒドロキシアルキル基、ｎ及びｍは１ないし５の整数である）
で表わされる少なくとも１種のアミンオキシド、及び（Ｂ）一般式

（式中のＲ²は酸素原子で中断されていてもよい炭素数８〜２０のアルキル基又はヒドロキシアルキル基、ｋ及びｌは１ないし５の整数である）
で表わされる少なくとも１種のアミンオキシドを含む水性溶液からなるリソグラフィー用洗浄液、及び
（イ）基板上にホトレジスト膜を設ける工程、
（ロ）該ホトレジスト膜に対しマスクパターンを介して選択的に露光する工程、
（ハ）露光後加熱する工程、
（二）アルカリ現像する工程、及び
（ホ）現像したホトレジスト膜表面を上記のリソグラフィー用洗浄液で処理する工程
を含むことを特徴とするレジストパターン形成方法を提供するものである。

本発明のリソグラフィー用洗浄液は、上記の一般式（Ｉ）で表わされるアミンオキシドの中から選ばれる少なくとも１種と、上記の一般式（ＩＩ）で表わされるアミンオキシドの中から選ばれる少なくとも１種との組み合せを含むことが必要である。
上記の一般式（Ｉ）又は（ＩＩ）で表わされるアミンオキシドのいずれか一方のみを含む洗浄液を用いても、ディフェクトの減少、水リンス時におけるパターン倒れの防止、レジストの電子線耐性の付与には有効であるが、洗浄処理に伴うパターン寸法の変動を生じる場合がある。これに対して、両方を組み合わせて含む洗浄液を用いると、このようなパターン寸法の変動を抑制することができる。

（Ａ）成分として用いる上記の一般式（Ｉ）中のＲ¹及び（Ｂ）成分として用いる上記の一般式（ＩＩ）中のＲ²はそれぞれ直鎖状又は分岐状の長鎖アルキル基、例えばオクチル基、ノニル基、デシル基、ラウリル基、ペンタデシル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基などである。この長鎖アルキル基は、炭素鎖が酸素原子で中断されていてもよく、このような基の例としては、一般式
Ｒ−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_x−
又は
Ｒ−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂）_y−
（ただし、Ｒはアルキル基、ｘ又はｙは式中の炭素数の合計が８〜２０の範囲になるような整数である）
で表わされるアルキルオキシアルキレン化合物又はアルキル（ポリオキシアルキレン）化合物を挙げることができる。

この一般式（Ｉ）中のＲ¹と一般式（ＩＩ）中のＲ²は、同じ長鎖アルキル又はヒドロキシアルキル基のものを用いるのが好ましいが、たがいに異なるものを用いても差しつかえない。
また、一般式（Ｉ）中の他のアルキル基、すなわち式Ｃ_nＨ_2n+1及びＣ_mＨ_2m+1で表わされるアルキル基は、炭素数が１ないし５の低級アルキル基であることが必要であり、これらが炭素数６以上のアルキル基になると、アミンオキシドが水に溶解しにくくなり、水を溶媒として用いた場合、所定濃度以上の水性溶液を調製しにくくなる。
同様の理由で一般式（ＩＩ）中のＲ²以外のヒドロキシアルキル基も炭素数１ないし５の低級ヒドロキシアルキル基であることが必要である。
そして、一般式（Ｉ）中の低級アルキル基として好ましいのは、メチル基、エチル基、プロピル基のような炭素数１〜３の低級アルキル基であり、一般式（ＩＩ）中の低級ヒドロキシアルキル基として好ましいのは、メチロール基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基のような炭素数１〜４の低級ヒドロキシアルキル基である。これらは直鎖状、枝分れ状のいずれでもよい。

上記の一般式（Ｉ）中の２個の低級アルキル基、一般式（ＩＩ）中の２個の低級ヒドロキシアルキル基は、それぞれたがいに同一であるのが好ましいが、異なったものであってもよい。したがって、上記一般式（Ｉ）で表わされるアミンオキシドの好ましい例としては、オクチルジメチルアミンオキシド、ドデシルジメチルアミンオキシド、デシルジメチルアミンオキシド、ラウリルジメチルアミンオキシド、セチルジメチルアミンオキシド、ステアリルジメチルアミンオキシド、イソヘキシルジエチルアミンオキシド、ノニルジエチルアミンオキシド、ラウリルジエチルアミンオキシド、イソペンタデシルメチルエチルアミンオキシド、ステアリルメチルプロピルアミンオキシドなどの長鎖アルキルジ低級アルキルアミンオキシドを挙げることができるし、また一般式（ＩＩ）で表わされるアミンオキシドの好ましい例としては、ラウリルジ（ヒドロキシエチル）アミンオキシド、セチルジエタノールアミンオキシド、ステアリルジ（ヒドロキシエチル）アミンオキシドのような長鎖アルキルジ低級アルカノールアミンオキシドやドデシルオキシエトキシエトキシエチルジ（メチル）アミンオキシド、ステアリルオキシエチルジ（メチル）アミンオキシドなどの長鎖アルキルオキシアルキルジ低級ヒドロキシアルキルアミンオキシドを挙げることができる。

上記アミンオキシドは、ディフェクトの発生を抑制し、電子線耐性を向上させ、さらには水リンス時におけるパターン倒れを防止し得る効果が得られる上に、さらに、洗浄処理前後のレジストパターンに対して実質的な寸法変動を生じさせず、帯電防止機能が高いことによるディフェクト低減能にも優れ、水切れや洗浄処理時間等のタクトタイムも短くて済み、安全性が高いことによる取り扱いが容易であり、バクテリア防止機能が優れるなど、様々な付帯的効果を付与する作用を有する。

ところで、一般式（Ｉ）のアミンオキシド又は一般式（ＩＩ）のアミンオキシドは、場合によりレジストを溶解するので、これで処理することにより、レジストパターンの寸法の変動をもたらす場合があるが、両者を混合して用いると、その変動を抑制することができる。

本発明のリソグラフィー用洗浄液においては、（Ａ）成分と（Ｂ）成分とを質量比９７：３ないし３：９７、好ましくは９２：８ないし８：９２の範囲になる割合で混合して用いる。この範囲を逸脱すると、レジストパターンの寸法の変動を効果的に抑制することができない。

本発明のリソグラフィー用洗浄液は、これらのアミンオキシド化合物の水性溶液からなるが、この水性溶液の溶媒としては、水単独又は水と水混和性有機溶剤との混合物が用いられる。

本発明のリソグラフィー用洗浄液においては、溶媒としては水単独を用いるのが好ましいが、所望ならば洗浄効果がそこなわれない範囲で水混和性有機溶媒を含ませることもできる。
上記の水混和性有機溶剤としては、メタノール、エタノール又はプロパノールのような一価アルコール系有機溶剤、あるいはエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンのような多価アルコール系有機溶剤が好ましい。これらは単独で用いてもよいし、また２種以上組み合わせて用いてもよい。

この水混和性有機溶剤の含有割合としては、通常、溶媒全体の質量に基づき０．０１〜１０質量％、好ましくは０．１〜５質量％の範囲で選ばれる。
このように水混和性有機溶剤を配合することにより、３００ｍｍ又はそれ以上のウェーハを処理する場合、リソグラフィー用洗浄液がその上に効率よく分散、拡散させることができる。

本発明のリソグラフィー用洗浄液におけるアミンオキシド化合物の濃度は、ディフェクトを減少する目的又は電子線耐性を向上させて電子線照射により生じるパターンの収縮を抑制する目的で使用する場合には、洗浄液全質量に基づき少なくとも０．１ｐｐｍ、好ましくは０．５ｐｐｍとされるが、水リンス時におけるパターン倒れを防止する目的で使用する場合には、少なくとも１０ｐｐｍ、好ましくは少なくとも１００ｐｐｍの量が選ばれる。

このアミンオキシド化合物の濃度の上限については、あまり高濃度を用いると、後続の水リンスの際の純水の使用量及び水洗時間が増大するので、使用時には１０質量％以下、好ましくは３質量％以下にするが、リソグラフィー用現像液の場合のように、希釈装置と組み合わせて用いる場合には、４０質量％あるいはそれ以上の濃度の洗浄液として用いることもできる。

本発明のリソグラフィー用洗浄液には、上記のアミンオキシド化合物に加えて、所望に応じ、さらに（Ｃ）ポリアルキレングリコール例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ（エチレングリコール−プロピレングリコール）やそれらのアルキルエーテル例えばメチルエーテル、エチルエーテルを含ませることができる。
これらの含有割合としては、リソグラフィー用洗浄液全質量に基づき０．００１〜５質量％、好ましくは１００ｐｐｍ〜３質量％の範囲内で選ばれる。
このポリアルキレングリコール又はそのアルキルエーテルを含ませることにより洗浄液のレジストパターン上への塗布性を向上させることができる。

本発明のリソグラフィー用洗浄液には、所望に応じさらに（Ｄ）分子構造中に窒素原子を含む可溶性ポリマー、すなわち使用される溶媒に可溶のポリマーを含有させることができる。この窒素原子は、重合体の基幹分子鎖中に含まれていてもよいし、含窒素置換基として側鎖中に含まれていてもよい。

窒素原子が基幹分子鎖中に含まれている可溶性ポリマーとしては、例えば、低級アルキレンイミンの重合体又は低級アルキレンイミンと単独で水溶性重合体を形成する他の単量体との共重合体を挙げることができるが、入手が容易であるという点で、特にポリエチレンイミンが好ましい。

このポリエチレンイミンは、例えば、エチレンイミンを二酸化炭素、塩素、臭化水素酸、ｐ‐トルエンスルホン酸などの酸触媒の存在下で閉環重合させることによって容易に製造することができ、市販品として入手することができる。

また、含窒素置換基を側鎖中に含む可溶性ポリマーとしては、アミノ基若しくは置換アミノ基や含窒素複素環基をもつ不飽和炭化水素の重合体又は共重合体を挙げることができる。アミノ基をもつ不飽和炭化水素の重合体としては、例えばポリアリルアミンを挙げることができる。このポリアリルアミンは、例えばアリルアミン塩酸塩をラジカル重合開始剤の存在下で加熱することにより容易に得ることができる。

しかしながら、本発明において用いる含窒素置換基を含む可溶性ポリマーとして好ましいのは、一般式

（式中のＲ³は水素原子又はメチル基、Ｘは含窒素複素環基である）
で表わされる含窒素複素環基をもつ単量体単位を含む水溶性樹脂である。

上記の一般式（ＩＩＩ）中のＸで示される含窒素複素環基の例としては 、例えばピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イソキサゾリル基、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピリダジル基、トリアゾリル基、インドリル基、キノリル基、ブチロラクタム基、カプロラクタム基などを挙げることができるが、これ以外の含窒素複素環基であってもよい。
これらの複素環基の結合位置は特に制限はなく、窒素原子でもよいし、炭素原子でもよい。

このような含窒素複素環基をもつ単量体単位を含む可溶性ポリマーは、例えば一般式

（式中のＲ³及びＸは前記と同じ意味をもつ）
で表わされる含窒素複素環基をもつ単量体又はこれと単独で水溶性重合体を形成する窒素原子を含まない単量体との混合物を、重合又は共重合させることによって製造することができる。この重合又は共重合は、溶液重合法、懸濁重合法などの通常の重合体又は共重合体の製造に慣用されている方法によって行うことができる。

上記の一般式（ＩＶ）で表わされる単量体の中で特に好ましいのは、ビニルイミダゾール、ビニルイミダゾリン、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルモルホリン及びビニルカプロラクタムで、その中でもビニルイミダゾール、ビニルイミダゾリン及びビニルピロリドンが特に好ましい。

上記の単独で水溶性重合体を形成する窒素原子を含まない単量体としては、例えばビニルアルコール、アクリル酸若しくはメタクリル酸のヒドロキシアルキルエステルなどが用いられる。これらの単量体は、単独で用いてもよいし、また２種以上組み合わせて用いてもよい。

この際の含窒素複素環基をもつ単量体と、単独で水溶性重合体を形成する単量体との割合は、質量比で１０：０ないし１：９、好ましくは９：１ないし２：８の範囲が選ばれる。含窒素複素環基をもつ単量体の割合がこれよりも少なくなると、レジスト表面への吸着性能が低くなり、所望の特性、すなわちパターン倒れ防止能力が低下する。この共重合体の質量平均分子量は、５００〜１，５００，０００、好ましくは１，０００〜５０，０００の範囲内で選ばれる。この共重合体としては、特にカチオン性の単量体を含むものが好ましい。

このような共重合体は、例えば、ビー・エー・エス・エフ（ＢＡＳＦ）社から市販されており［製品名「ルビテック（ＬＵＶＩＴＥＣ）ＶＰＩ５５Ｋ７２Ｗ」及び「ソーカラン（Ｓｏｋａｌａｎ）ＨＰ５６」］、またポリビニルイミダゾリンは東ソー社から市販されている。

本発明のリソグラフィー用洗浄液における上記可溶性ポリマーの濃度は、ディフェクトを減少する目的又は電子線耐性を向上させて電子線照射により生じるパターンの収縮を抑制する目的で使用する場合には、洗浄液全質量に基づき少なくとも０．１ｐｐｍ、好ましくは０．５ｐｐｍの範囲で選ばれるが、水リンス時におけるパターン倒れを防止する目的で使用する場合には、少なくとも１０ｐｐｍ、好ましくは少なくとも０．０１質量％の範囲で選ぶのがよい。

この可溶性ポリマーの濃度の上限については、特に制限はないが、あまり濃度が高いと、後続の水リンスの際の純水の使用量及び水洗時間が増大する原因になるので、通常は１０質量％以下、好ましくは５質量％以下の範囲で選ばれる。

これらの可溶性ポリマーは、洗浄処理に際し、洗浄液中に浮遊するレジストの再付着防止機能を付与し、再析出に由来するディフェクトをさらに低減する上に、レジストパターン表面の洗浄効果を高める作用を有する。

本発明のリソグラフィー用洗浄液には、所望に応じ酸を添加してｐＨ６以下の酸性に調整することもできるし、またアミン化合物や第四アンモニウム水酸化物を加えてｐＨ８以上の塩基性に調整することもできる。このような化合物の添加は洗浄液の経時的劣化、すなわちバクテリアの発生を防止するのに有効である。
このような酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、グリコール酸、シュウ酸、フマル酸、マレイン酸、フタル酸、過酢酸、硫酸、トリフルオロ酢酸、及びアスコルビン酸等が挙げられる。

さらにアミン化合物としては、モノエタノールアミンや２‐（２‐アミノエトキシ）エタノール等を、また第四アンモニウム水酸化物としては、テトラメチルアンモニウム水酸化物、テトラエチルアンモニウム水酸化物、２‐ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム水酸化物、テトラプロピルアンモニウム水酸化物、メチルトリプロピルアンモニウム水酸化物、テトラブチルアンモニウム水酸化物、及びメチルトリブチルアンモニウム水酸化物等をそれぞれ用いることができる。

本発明のリソグラフィー用洗浄液は、基板上の像形成露光されたレジスト膜をアルカリ現像した後の段階で、この基板を処理するのに用いられる。この処理は、レジスト膜を担持した基板を、この処理液中に浸漬するか、或いはレジスト膜にこの洗浄液を塗布又は吹き付けることによって行われる。この洗浄液での処理時間は、１〜３０秒で十分である。

本発明のリソグラフィー用洗浄液は、
（イ）基板上にホトレジスト膜を設ける工程、
（ロ）該ホトレジスト膜に対しマスクパターンを介して選択的に露光処理する工程、
（ハ）露光後加熱（ＰＥＢ）処理する工程、
（ニ）アルカリ現像する工程、及び
（ホ）現像したホトレジスト膜表面を上記リソグラフィー用洗浄液で処理する工程
を含むレジストパターン形成方法に好適に用いることができる。

これらの工程について詳しく説明すると、まず、（イ）工程は、基板上にホトレジスト膜を形成する工程である。
基板としては、一般にシリコンウェーハが用いられる。このようなシリコンウェーハとしては、８インチや１２インチ以上のウェーハが実用化され、あるいは実用化されつつある中で、特にホトレジストパターン倒れの問題や、ディフェクト発生の問題が顕著となってきており、このような大口径シリコンウェーハを使用する工程において特に有効である。

また、ホトレジスト膜を形成するためのホトレジスト組成物としては公知のものが用いられる。このようなホトレジスト組成物についても、現在はノボラック樹脂を用いたｉ線（３６５ｎｍ）対応レジストを用いたリソグラフィーから、ヒドロキシスチレン系樹脂を用いたＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）対応レジスト、さらにはアクリル系樹脂やシクロオレフィン系樹脂を用いたＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）対応レジストを用いたリソグラフィー、さらに今後のリソグラフィーとして注目される液浸リソグラフィーにおいて、レジストパターンの微細化、高アスペクト比化が進む中で、特にホトレジストパターン倒れの問題や、ディフェクト発生の問題が顕著となってきており、このような大口径シリコンウェーハを使用する工程において特に有効である。

この（イ）工程においては、シリコンウェーハのような基板上に、前記のようにして調製されたホトレジスト組成物の溶液をスピンナーなどで塗布し、乾燥処理してホトレジスト膜を形成させる。

次に、（ロ）工程で、（イ）工程で形成されたレジスト膜に対し、マスクパターンを介して選択的に露光処理して潜像を形成させたのち、（ハ）工程で露光後加熱処理（ＰＥＢ）する。これらの（ロ）工程及び（ハ）工程は、従来のレジストを用いてレジストパターンを形成させる方法と全く同様に行うことができる。

このようにしてＰＥＢ処理したレジスト膜は、次いで（ニ）工程においてアルカリ現像処理される。このアルカリ現像処理は、例えば１〜１０質量％濃度、好ましくは２．３８質量％濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液（以下ＴＭＡＨ水溶液と略す）を用いて行われる。

本発明方法に従って、レジストパターンを形成する場合には、上記の（ニ）工程すなわちアルカリ現像処理した後でレジスト膜を、次の（ホ）工程において、前記したリソグラフィー用洗浄液により処理することが必要である。

通常半導体素子は、大量生産され、スループットが重要な条件になるから、この処理時間は、できるだけ短くするのが好ましいので、この処理時間は１〜３０秒の範囲で選ばれる。

このリソグラフィー用洗浄液による処理は、例えばこの洗浄液をレジストパターン表面に塗布又は吹き付けることにより、或いはレジストパターンを洗浄液中に浸漬することにより行われる。

本発明方法においては、この（ニ）工程の後に（ホ）工程を行った場合、さらに所望により（ヘ）純水による洗浄工程を加えることもできる。
通常、レジストパターンを形成する場合には、レジスト組成物中のアルカリ不溶成分がアルカリ現像後の水リンス時に析出し、レジストパターン形成後のホトレジスト膜表面に付着することがディフェクトの原因の１つになっているが、本発明方法においては、現像後に本発明リソグラフィー用洗浄液で処理することにより、レジストパターン表面に親水性の特性を付与することにより、レジスト中のアルカリ溶解物がレジストパターン表面に再付着することを抑止することができ、再付着系のディフェクトが特に減少するものと推測される。

本発明のリソグラフィー用洗浄液は、３００ｍｍ以上のサイズの大型ウェーハに対しても均一に分散、拡散し、これを用いて現像処理した後でレジストパターンを処理すると、洗浄処理時に生じるパターンの倒壊や一度溶解した樹脂の再析出に起因するディフェクトの発生を減じる上に、洗浄後の回転乾燥時の水切れ時間を著しく短縮することができる。また、電子線耐性を向上させて電子線照射により生じるパターンの収縮を抑制することができ、かつ一般にＬＷＲ（Ｌｉｎｅ Ｗｉｄｔｈ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）として知られているレジストパターンのライン幅の凹凸や、ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）として知られているライン端の凹凸を改善し、パターンの解像性能を向上させる上に、洗浄液で処理する際に伴うレジストパターン寸法の変動を抑制するという効果を奏する。

次に、実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明するが、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、各例中に記載した物性は、以下の方法によって評価した。
（１）ディフェクト抑制効果；
８インチシリコンウェーハ上に反射防止膜形成用塗布液［ブリューワ（Ｂｒｅｗｅｒ）社製、製品名「ＡＲＣ−２９Ａ」］を塗布し、２１５℃で６０秒間加熱処理して膜厚７７ｎｍの反射防止膜を設けたのち、この反射防止膜上に、ホトレジスト（東京応化工業社製、製品名「ＴＡＲＦ−Ｐ７０６６」）を塗布し、１３０℃で９０秒間加熱処理し、膜厚２１５ｎｍのホトレジスト膜を形成させた。
このようにして得たホトレジスト膜に対して、露光装置（ニコン社製、製品名「Ｎｉｋｏｎ ＮＳＲ−Ｓ３０２Ａ」）を用いて露光処理したのち、１３０℃で９０秒加熱処理した。
次いで、２．３８質量％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２３℃で６０秒の現像処理することにより直径２５０ｎｍのホールパターンを形成した。
このようにして作成したホールパターンにリソグラフィー用洗浄液試料１００ｍｌを用いて２０００ｒｐｍで７秒間洗浄処理を行ったのち乾燥し、このレジストパターン上に発生したディフェクト数を、表面欠陥観察装置［ケー・エル・エー（ＫＬＡ）テンコール社製、製品名「ＫＬＡ−２３５１」］を用いて計測した。

（２）パターン倒れ抑制効果；
（１）と同様にして１６０ｎｍラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓ＝１／１）７本を形成しうる条件下で、フォーカスを＋０．１μｍ、０μｍ及び−０．１μｍの３点で測定し、露光量を３７ｍｊないし４１ｍｊの範囲において１ｍｊ単位でずらし、洗浄処理後のウェーハ面内のレジストパターンにおける未倒壊のラインパターンの数を測長ＳＥＭ（日立ハイテクノロジー社製、製品名「Ｓ−９２００」）を用いて計測した。なお、ここではポジ型レジストとして製品名「ＴＡＲＦ−Ｐ６１１１」（東京応化工業社製）を使用した。

（３）パターンの寸法変動抑制効果；
８インチシリコンウェーハ上に反射防止膜形成用塗布液［ブリューワ（Ｂｒｅｗｅｒ）社製、製品名「ＡＲＣ−２９Ａ」］を塗布し、２１５℃で６０秒間加熱処理して膜厚７７ｎｍの反射防止膜を設けたのち、この反射防止膜上に、ホトレジスト（東京応化工業社製、製品名「ＴＡＲＦ−Ｐ６１１１」）を塗布し、１３０℃で９０秒間加熱処理し、膜厚２１５ｎｍのホトレジスト膜を形成させた。
次いで、（１）と同様に露光処理したのち、現像処理して試験用レジストパターン（２２０ｎｍラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓ＝１／１））を作製し、これをリソグラフィー用洗浄液試料１００ｍｌで７秒間洗浄し、乾燥したのち、ライン幅を計測し、その測定値によりパターン寸法の変動抑制効果を評価した。

ラウリルジメチルアミンオキシドとラウリルジヒドロキシエチルアミンオキシドとを、質量比３：１の割合で混合した。
次に、上記の混合物を純水中に３００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ及び５００ｐｐｍの濃度で溶解し、３種のリソグラフィー用洗浄液を調製した。
これらのリソグラフィー用洗浄液のディフェクト発生数を表１に示す。なお、純水のみで洗浄処理した場合のディフェクト発生数を同条件で計測し、このときのディフェクト発生数を１００％とした。

ラウリルジメチルアミンオキシドとラウリルジヒドロキシエチルアミンオキシドとを３：１、３：２及び１：１の質量比で混合したのち、これらをそれぞれ４００ｐｐｍの濃度で純水に溶解し、３種のリソグラフィー用洗浄液を調製した。これらのリソグラフィー用洗浄液を用いてレジストパターンを観察し、未倒壊のラインパターン数を計測した。その結果を表２に示す。なお、純水のみで洗浄処理した場合の未倒壊のラインパターン数を同条件で計測し、このときの未倒壊のラインパターン数を１００％とし、これに対する各リソグラフィー用洗浄液により処理した際の未倒壊のラインパターン数の割合を示した。

レジスト「ＴＡＲＦ−Ｐ６１１１」を用い、上記洗浄液のうち、ラウリルジメチルアミンオキシドとラウリルジヒドロキシエチルアミンオキシドとを３：１及び３：２の質量比で混合した洗浄液を用い、そのパターン寸法の変動量を測定したところ、純水のみで洗浄した場合のパターン寸法の変動量を基準とした変動量はいずれも０．５％以内であった。

本発明は、リソグラフィー法を用いたＬＳＩ、ＵＬＳＩなどの半導体デバイスの製造に利用することができる。

Claims (12)

1. （Ａ）一般式
   

   

   （式中のＲ¹は酸素原子で中断されていてもよい炭素数８〜２０のアルキル基又はヒドロキシアルキル基、ｎ及びｍは１ないし５の整数である）
   で表わされる少なくとも１種のアミンオキシド、及び（Ｂ）一般式
   

   

   （式中のＲ²は酸素原子で中断されていてもよい炭素数８〜２０のアルキル基又はヒドロキシアルキル基、ｋ及びｌは１ないし５の整数である）
   で表わされる少なくとも１種のアミンオキシドを含む水性溶液からなるリソグラフィー用洗浄液。
2. （Ａ）成分と（Ｂ）成分とを質量比９７：３ないし３：９７で含む請求項１記載のリソグラフィー用洗浄液。
3. 水性溶液が水単独を溶媒とするものである請求項１又は２記載のリソグラフィー用洗浄液。
4. 水性溶液が水と水混和性有機溶剤との混合物を溶媒とするものである請求項１又は２記載のリソグラフィー用洗浄液。
5. 水混和性有機溶剤が一価又は多価アルコール系有機溶剤である請求項４記載のリソグラフィー用洗浄液。
6. 溶媒が水混和性有機溶剤濃度が０．０１〜１０質量％の水と水混和性有機溶剤との混合物である請求項４又は５記載のリソグラフィー用洗浄液。
7. （Ａ）成分と（Ｂ）成分の含有量の合計が水性溶液の全質量に基づき、０．１ｐｐｍから１０質量％までの範囲にある請求項１ないし６のいずれかに記載のリソグラフィー用洗浄液。
8. （Ａ）成分と（Ｂ）成分の含有量の合計が水性溶液の全質量に基づき、１００ｐｐｍから３質量％までの範囲にある請求項７記載のリソグラフィー用洗浄液。
9. （Ａ）成分及び（Ｂ）成分に加えて、さらに（Ｃ）ポリオキシアルキレングリコール及びそのアルキルエーテルの中から選ばれた少なくとも１種の化合物を、水性溶液の全質量に基づき０．００１〜５質量％の割合で含有する請求項１ないし８のいずれかに記載のリソグラフィー用洗浄液。
10. （Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分に加えて、さらに（Ｄ）分子構造中に窒素原子を含む可溶性ポリマーを、水性溶液の全質量に基づき０．１ｐｐｍから１０質量％までの範囲で含有する請求項１ないし９のいずれかに記載のリソグラフィー用洗浄液。
11. （イ）基板上にホトレジスト膜を設ける工程、
    （ロ）該ホトレジスト膜に対しマスクパターンを介して選択的に露光する工程、
    （ハ）露光後加熱する工程、
    （二）アルカリ現像する工程、及び
    （ホ）現像したホトレジスト膜表面を請求項１ないし１０のいずれかに記載のリソグラフィー用洗浄液で処理する工程
    を含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
12. （ホ）工程に続いて、さらに（ヘ）純水を用いて洗浄処理を行う請求項１１に記載のレジストパターン形成方法。