JP4927678B2 - パターン形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は半導体製造等におけるパターン形成方法に関し、特に、ダブルパターニングを用いたパターン形成方法に関する。
半導体素子の大集積化・ダウンサイジングに伴い、リソグラフィ技術の開発の加速が望まれている。現在は、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等を光源とする光リソグラフィによりパターン形成が行われている。さらに短波長化したＦ2レーザの使用も検討されたが、露光装置やレジストの課題のために現在では開発が中止されている。
このような状況から、最近、従来の露光波長を用いてより微細化を進めるために、ダブルパターニングと呼ばれる方法が提案されている。この方法は、所望のマスクパターンを２枚のフォトマスクに分割して露光することにより、パターンコントラストを向上させるというものである。
リソグラフィの解像度は、ｋ1・λ／ＮＡ（ｋ1：プロセス定数、λ：露光波長、ＮＡ：露光装置の開口数）で定義されるが、ダブルパターニングによれば、パターンコントラストの向上がｋ1値を大きく低減する効果となることから、同じ露光波長を用いても解像度を大きく向上させることができる。
以下、従来のダブルパターニングを用いたパターン形成方法について、図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｂ）を参照しながら説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板２０１上に、膜厚が０．１２μｍ程度のハードマスク（例えば、シリコン窒化膜）２０２を形成する。
次に、図８（ｂ）に示すように、ハードマスク２０２上に、膜厚が０．１５μｍ程度の第１のＡｒＦレジスト膜２０３を形成する。その後、第１のフォトマスク２０４を介して、ＮＡが０．８５であるＡｒＦエキシマレーザ光２０５を用いて１回目の露光を行う。露光後、第１のＡｒＦレジスト膜２０３は、ホットプレートにより約１０５℃の温度下で、約６０秒間加熱される。
次に、図８（ｃ）に示すように、第１のＡｒＦレジスト膜２０３を、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液を用いて現像を行い、第１のレジストパターン２０３ａを形成する。
次に、図８（ｄ）に示すように、第１のレジストパターン２０３ａをマスクに、ハードマスク２０２を、フッ素系ガス等を用いてエッチングを行い、第１のハードマスクパターン２０２ａを形成する。
次に、図９（ａ）に示すように、第１のレジストパターン２０３ａを、酸素プラズマによるアッシングで除去した後、図９（ｂ）に示すように、第１のハードマスクパターン２０２ａ上に、膜厚が０．１５μｍ程度の第２のＡｒＦレジスト膜２０６を形成する。
次に、図９（ｃ）に示すように、第２のフォトマスク２０７を介して、ＮＡが０．８５のＡｒＦエキシマレーザ光２０５を用いて２回目の露光を行う。露光後、第１のＡｒＦレジスト膜２０３は、ホットプレートにより約１０５℃の温度下で、約６０秒間加熱される。
次に、図９（ｄ）に示すように、第２のＡｒＦレジスト膜２０６を、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液を用いて現像を行い、第２のレジストパターン２０６ａを形成する。
次に、図１０（ａ）に示すように、第２のレジストパターン２０６ａをマスクに、ハードマスク２０２を、フッ素系ガス等を用いてエッチングを行う。その後、図１０（ｂ）に示すように、第２のレジストパターン２０６ａを、酸素プラズマによるアッシングで除去し、第２のハードマスクパターン２０２ｂを得る。
このように、２回に分けたレジスト露光、及びハードマスクのエッチングにより、微細な第２のハードマスクパターン２０２ｂが得られ、例えば、図１１に示すように、ダブルパターニングにより形成された第２のハードマスクパターン２０２ｂを用いて、半導体基板２０１（または、半導体基板２０１上に形成された被エッチング膜（不図示））をドライエッチングすることにより、半導体基板２０１（または被エッチング膜）を微細加工することができる。
ところで、第１のハードマスクパターン２０２ａ上に、２回目の第２のＡｒＦレジスト膜２０６を塗布する際、下地である第１のハードマスクパターン２０２ａの凹凸が大きいと、塗布特性が劣化する畏れがある。その場合、２回目のレジスト露光における解像度が低下することにより、ダブルパターニングを採用しても、十分な解像度が得られない結果となる。
このような問題に対して、第１のハードマスクパターン２０２ａを、反射防止膜であるＢＡＲＣ（Bottom Anti-Reflection Coating）により平坦化する方法が、非特許文献１に記載されている。
すなわち、図１２に示すように、第１のハードマスクパターン２０２ａ上に、ＢＡＲＣ２０８を塗布して平坦化を行い、その上に、第２のＡｒＦレジスト膜２０６を塗布することにより、塗布特性を向上させることができる。これにより、２回目のレジスト露光における解像度の低下を防止することができる。
M. Maenhoudt et al., "Double Patterning scheme for sub-0.25 k1 single damascene structures at NA=0.75,λ=193nm", Proc. SPIE, vol.5754, 1508 (2005)
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上述のように、ＢＡＲＣによる平坦化プロセスを取り入れることによって、２回目のレジスト露光における解像度の低下を防止することができるが、本願発明者等は、ダブルパターニングを用いたパターン形成を検討する中、以下のような課題があることを見出した。以下、図１３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、説明する。
図１３（ａ）〜（ｃ）は、１回目のパターン露光を行って、第１のハードマスクパターン２０２ａを形成した後、２回目のパターン露光を行い、第２のレジストパターン２０６ａを形成するまでの工程を示した工程断面図で、図１３（ａ）は図９（ａ）に、図１３（ｂ）は図９（ｃ）に、図１３（ｃ）は図９（ｄ）にそれぞれ対応するものである。
１回目のパターン露光によって形成された第１のレジストパターン２０３ａは、酸素プラズマによるアッシングで除去されるため、図１３（ａ）に示すように、第１のハードマスクパターン２０２ａの表面は、酸素プラズマに暴露される（第１のレジストパターン２０３ａを完全に除去するためには、必ず、オーバーアッシングがなされるため）ことになる。そのため、第１のハードマスクパターン２０２ａの表面は、アッシングによる表面荒れが生じる。
この状態で、図１３（ｂ）に示すように、２回目のパターン露光を行うと、第２のレジスト膜２０６の露光部（２０６ｂ）に発生した酸は、第１のハードマスクパターン２０２ａに生じた表面荒れの凹部に入り込んで動けなくなくなり、言わば酸がトラップ状態になって、酸の機能が果たせなくなる。その結果、図１３（ｃ）に示すように、第２のレジスト膜２０６を現像した際、露光部（２０６ｂ）の酸不足に起因して、パターンエッジが揺らぐ等のパターン不良の発生や、寸法バラツキの増加等の問題が生じるおそれがある。
このように、第１のハードマスクパターン２０２ａの表面荒れに起因するパターン不良等の発生は、化学増幅型のレジストを用いたダブルパターニングにおいて、不可避的に生じ得る固有の課題といえる。
本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、その主な目的は、ダブルパターニング固有の上記課題を解決し、良好な形状を有する微細なパターンを得ることのできるパターン形成方法を提供することにある。
ダブルパターニングは、レジストのパターン露光を２回に分けて行うものであるが、通常、何れのパターン露光においても、良好なパターンが得られるように設計された同じレジスト材料を用いるのが普通である。
ところで、上述したダブルパターニング固有の課題、すなわち、第１のハードマスクパターン２０２ａの表面荒れに起因するパターン不良等の発生は、２回目のパターン露光において起きるものである。本願発明者等は、この点に着目して、本発明を想到するに至った。
すなわち、本発明に係わるパターン形成方法は、ダブルパターニングにおいて、２回目のパターン露光で使用する第２のレジスト膜が、１回目のパターン露光で使用する第１のレジスト膜よりも、レジストの感度を向上させる添加物、又はレジスト露光部のアルカリ溶解性を向上させる添加物の少なくとも一方を多く含むようにしたことにある。
２回目のパターン露光において、第２のレジスト膜の露光部は、表面荒れが生じている中間層パターンの上に位置するため（図１３（ｂ）を参照）、露光により発生した酸の一部がトラップされて酸不足の状態にある。そのため、第２のレジスト膜の露光部は、実効的なレジストの感度が低下していることになる。また、この第２のレジスト膜の露光部を、酸不足のままの状態で現像を行うと、当該露光部のアルカリ溶解性が、実効的に低下していることにもなる。
そこで、２回目のパターン露光で使用する第２のレジスト膜を、１回目のパターン露光で使用する第１のレジスト膜よりも、レジストの感度を向上させる添加物を多く含ませることによって、第１のレジスト膜に比して相対的に低下した第２のレジスト膜の感度を回復させることができる。また、これと同等の効果として、２回目のパターン露光で使用する第２のレジスト膜を、１回目のパターン露光で使用する第１のレジスト膜よりも、レジスト露光部のアルカリ溶解性を向上させる添加物を多く含ませることによって、第１のレジスト膜に比して相対的に低下した第２のレジスト膜のアルカリ溶解性を回復させることができる。その結果、これらの措置を講じることにより、２回目の露光におけるパターン不良等の発生を効果的に防止することができる。
具体的には、光酸発生剤が添加物として含まれた第１のレジスト膜及び第２のレジスト膜において、かかる光酸発生剤の量を、第１のレジスト膜よりも第２のレジスト膜の方に多く含ませることによって、第２のレジスト膜の感度を第１のレジスト膜の感度よりも向上させることができる。これは、第２のレジスト膜の露光部の酸不足を、過剰に調整された光酸発生剤から発生する酸によって直接的に補填する作用によるものである。
また、第１のレジスト膜及び第２のレジスト膜が、光酸発生剤のクエンチャーとして機能する塩基を添加物として含む場合、かかる塩基の量を、第１のレジスト膜よりも第２のレジスト膜の方に少なく含ませることによっても、第２のレジスト膜の感度を第１のレジスト膜の感度よりも向上させることができる。これは、第２のレジスト膜の露光部の酸不足を、過少に調整された塩基によって間接的に補填する作用によるものである。
さらに、第２のレジスト膜に２−ニトロベンジルエーテルを含ませ、第１のレジスト膜には２−ニトロベンジルエーテルを含まないことによって、第２のレジスト膜のアルカリ溶解性を第１のレジスト膜よりも向上させることができる。これは、露光によって２−ニトロベンジルエーテルから発生したＯＨ基によって、露光部のアルカリ溶解性が向上する作用によるものである。
本発明に係わるパターン形成方法は、基板上に下層膜を形成する工程（ａ）と、下層膜の上に中間層膜を形成する工程（ｂ）と、中間層膜の上に第１のレジスト膜を形成した後、該第１のレジスト膜に第１のパターンを有する第１のフォトマスクを介して露光および現像を行い第１のレジストパターンを形成する工程（ｃ）と、第１のレジストパターンをマスクに中間層膜をエッチングして第１の中間層パターンを形成する工程（ｄ）と、第１のレジストパターンを除去する工程（ｅ）と、工程（ｅ）の後、下層膜と第１の中間層パターンとの上に第２のレジスト膜を形成した後、該第２のレジスト膜に第２のパターンを有する第２のフォトマスクを介して露光および現像を行い第２のレジストパターンを形成する工程（ｆ）と、第２のレジストパターンをマスクに第１の中間層パターンをエッチングして第２の中間層パターンを形成する工程（ｇ）と、第２のレジストパターンを除去する工程（ｈ）と、工程（ｈ）の後に、第２の中間層パターンをマスクに下層膜をエッチングして第１及び第２のパターンを有する下層膜パターンを形成する工程（ｉ）とを含み、第１のレジスト膜及び第２のレジスト膜は化学増幅型のレジスト膜であり、第２のレジスト膜は、第１のレジスト膜よりもレジストの感度を向上させる添加物、又はレジスト露光部のアルカリ溶解性を向上させる添加物の少なくとも一方を多く含んでいることを特徴とする。
ここで、上記工程（ｃ）又は工程（ｆ）の少なくとも一方の工程において、第１のレジスト膜又は第２のレジスト膜の上に溶液を配した状態で液浸露光を行ってもよく、さらに、液浸露光を行う前に、第１のレジスト膜又は第２のレジスト膜の上にバリア膜を形成する工程を含んでもよい。
本発明に係るパターン形成方法によれば、中間層パターンの表面荒れに起因するダブルパターニング固有のパターン不良発生等を効果的に防止することによって、良好な形状を有する微細なパターンを形成することができる。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態におけるパターン形成方法について、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｄ）、及び図４（ａ）〜（ｂ）を参照しながら説明する。
本発明の第１の実施形態におけるパターン形成方法について、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｄ）、及び図４（ａ）〜（ｂ）を参照しながら説明する。
まず、以下の組成を有する第１のレジスト膜の形成用材料を準備する。
ポリ（２−メチル−２−アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ−ブチロラクトンメタクリレート（40mol%）−２−ヒドロキシアダマンタンメタクリレート（10mol%）)(ベースポリマー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2g
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン（クエンチャー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
また、以下の組成を有する第２のレジスト膜の形成用材料を準備する。
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン（クエンチャー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
また、以下の組成を有する第２のレジスト膜の形成用材料を準備する。
ポリ（２−メチル−２−アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ−ブチロラクトンメタクリレート（40mol%）−２−ヒドロキシアダマンタンメタクリレート（10mol%）)(ベースポリマー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2g
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.08g
トリエタノールアミン(クエンチャー）・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
ここで、第２のレジスト膜の形成用材料に含まれる光酸発生剤の量は、第１のレジスト膜の形成用材料に含まれる光酸発生剤の量よりも多くなっている。
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.08g
トリエタノールアミン(クエンチャー）・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
ここで、第２のレジスト膜の形成用材料に含まれる光酸発生剤の量は、第１のレジスト膜の形成用材料に含まれる光酸発生剤の量よりも多くなっている。
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１０１の上に、膜厚が０．７μｍ程度の下層膜１０２を形成する。ここで、下層膜１０２は、有機膜からなり、例えば、炭化水素骨格を有する物質を熱架橋等により硬化させた有機材料を用いることができる。炭化水素骨格には、アルキル基、アルケニル基、フェニル基、ハロゲン基等が付加されていてもよい。具体的には、ノボラック樹脂、フェノール樹脂等の樹脂に、エポキシ基、グリシジル基等を含有した架橋剤と、オニウム塩等の熱酸発生剤とを含む材料が好ましい。半導体基板１０１上に下層膜１０２を塗布した後、下層膜１０２を加熱することによって酸が発生し、この酸の働きにより架橋剤が樹脂を架橋させることによって、下層膜１０２を強固にすることができる。
次に、図１（ｂ）に示すように、下層膜１０２の上に、膜厚が０．０８μｍ程度の中間層膜１０３を形成する。中間層膜１０３はハードマスクとして機能する。ここで、中間層膜１０３は、例えば、ＳｉＯ２骨格、ＳｉＮ骨格、ＳｉＯＮ骨格等のシリコンを含む材料を用いることができる。これらの骨格には、アルキル基、アルケニル基、フェニル基、ハロゲン基等が付加されていてもよい。具体的には、シロキサン樹脂、又はシルセスキオキサン樹脂からなり、これにメチル基、エチル基等が付加されていてもよい。
次に、図１（ｃ）に示すように、中間層膜１０３の上に、第１のレジスト膜の形成用材料を塗布して、膜厚が０．１５μｍ程度の第１のレジスト膜１０４を形成する。
次に、図２（ａ）に示すように、第１のパターンを有する第１のフォトマスク１０５を介して、ＮＡが０．８５であるＡｒＦエキシマレーザ光１０６により、１回目のパターン露光を行う。露光後、第１のレジスト膜１０４を、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間加熱する（露光後ベーク）する。
次に、図２（ｂ）に示すように、ベークされた第１のレジスト膜１０４に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）を用いて現像を行い、第１のレジスト膜１０４の未露光部よりなる第１のレジストパターン１０４ａを形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン１０４ａをマスクとして、中間層膜１０３を、例えば、フッ素系ガスによりエッチングした後、図２（ｄ）に示すように、第１のレジストパターン１０４ａを酸素プラズマによるアッシングで除去して、第１の中間層パターン１０３ａを形成する。
次に、図３（ａ）に示すように、第１の中間層パターン１０３ａの上に、第２のレジスト膜の形成用材料を塗布して、膜厚が０．１５μｍ程度の第２のレジスト膜１０７を形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、第２のパターンを有する第２のフォトマスク１０８を介して、ＮＡが０．８５であるＡｒＦエキシマレーザ光１０６により、２回目のパターン露光を行う。露光後、第２のレジスト膜１０７を、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間、露光後ベークを行う。
次に、図３（ｃ）に示すように、ベークされた第２のレジスト膜１０７に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）を用いて現像を行い、第２のレジスト膜１０７の未露光部よりなる第２のレジストパターン１０７ａを形成する。
次に、図３（ｄ）に示すように、第２のレジストパターン１０７ａをマスクとして、第１の中間層パターン１０３ａを、例えば、フッ素系ガスによりエッチングした後、図４（ａ）に示すように、第２のレジストパターン１０７ａを酸素プラズマによるアッシングで除去して、第２の中間層パターン１０３ｂを形成する。
最後に、図４（ｂ）に示すように、第２の中間層パターン１０３ｂをマスクとして、下層膜１０２を酸素系ガスでエッチングして、第１及び第２のパターンを有する下層膜パターン１０２ｂを形成する。
本実施形態におけるパターン形成方法において、第１のレジストパターン１０４ａをアッシング除去する際に、第１の中間層パターン１０３ａに表面荒れが生じ、２回目のパターン露光の際に、第２のレジスト膜１０７の露光部に発生した酸の一部が、この表面荒れにトラップされて、酸不足の状態になっている。しかしながら、第２のレジスト膜１０７には、第１のレジスト膜１０４よりも光酸発生剤の量が多く含まれているため、第２のレジスト膜１０７の感度が向上しており、これにより、第２のレジスト膜１０７の露光部の酸不足を、過剰に調整された光酸発生剤から発生する酸によって補填することができる。それ故、たとえ、第１の中間層パターン１０３ａにアッシングによる表面荒れが生じていても、２回目のパターン露光においても、１回目のパターン露光と同程度の良好な第２のレジストパターン１０７ａを形成することができる。その結果、最終的に、良好な形状を有する微細な下層膜パターン１０２ｂを得ることができる。
ここで、第２のレジスト膜１０７に含まれる光酸発生剤の添加量は、レジスト中に含まれる他の添加物や露光条件、その他種々の条件によって最適な値が決められるが、好適には、第２のレジスト膜１０７に含まれる光酸発生剤の添加量は、第１のレジスト膜１０４に含まれる光酸発生剤の添加量の１１０ｗｔ％〜１５０ｗｔ％の範囲にあることが望ましい。１１０ｗｔ％より少ない場合は、酸の補填の程度が少なく、正常なパターン形成ができない場合がある。また、１５０ｗｔ％より多い場合には、酸の量が過剰になって、露光領域以外にも酸が拡散して、不良形状のパターンが形成される場合がある。
また、光酸発生剤としては、トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルフォン酸、（ｔ−ブチルフェニル）ジフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、または（ｔ−ブチルフェニル）ジフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸等を、一または二以上を組み合わせて用いることができる。
図５は、本実施形態により形成した下層膜パターン１０２ｂを用いて、半導体基板１０１（または、半導体基板１０１上に形成された被エッチング膜（不図示））をドライエッチングしたときの断面図である。良好な形状を有する微細な下層膜パターン１０２ｂを用いることによって、半導体基板１０１（または被エッチング膜）も、良好な形状で微細加工することができる。
なお、本発明により形成した下層膜パターン１０２ｂは、ドライエッチング用のマスクだけでなく、半導体装置の製造プロセスにおける種々の工程で使用されるマスク（例えば、イオン注入用のマスク等）に適用できることは勿論である。
また、本発明における下層膜１０２、中間層膜１０３の材料は、本実施形態で例示した材料に限定されず、下層膜１０２／中間層膜１０３を用いたダブルパターニングによるパターン形成方法において、第１及び第２のレジスト膜１０４、１０７に用いられる材料や露光条件、あるいは、本発明により形成した下層膜パターン１０２ｂを利用して行う後工程の内容（例えば、エッチングやイオン注入等）等により、適宜、最適な材料を選択することができる。
（第１の実施形態の変形例）
本発明におけるダブルパターニングを用いたパターン形成方法において、第２のレジスト膜１０７に所定量の過剰な光酸発生剤を添加することによって、良好な形状を有するパターンを形成することができるが、さらに、液浸露光技術を用いることにより、ダブルパターニングの解像度をより向上させることができる。
本発明におけるダブルパターニングを用いたパターン形成方法において、第２のレジスト膜１０７に所定量の過剰な光酸発生剤を添加することによって、良好な形状を有するパターンを形成することができるが、さらに、液浸露光技術を用いることにより、ダブルパターニングの解像度をより向上させることができる。
図６（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態で説明したダブルパターニングの工程に液浸露光技術を適用した例を示した工程断面図で、（ａ）は、１回目のレジスト露光に、（ｂ）は、２回目のレジスト露光に、それぞれ液浸露光を適用した工程断面図である。
図６（ａ）は、図２（ａ）に対応した工程断面図で、第１のレジスト膜１０４の上に、例えば、パドル（液盛り）法により水よりなる液浸露光用の液体（液浸溶液）１５０を配し、ＡｒＦエキシマレーザ光１０６を、第１のフォトマスク１０５を介して第１のレジスト膜１０４に照射して、１回目のパターン露光を行うものである。
図６（ｂ）は、図３（ｂ）に対応した工程断面図で、第２のレジスト膜１０７の上に、同じく、パドル法により水よりなる液浸溶液１５０を配し、ＡｒＦエキシマレーザ光１０６を、第２のフォトマスク１０８を介して第２のレジスト膜１０７に照射して、２回目のパターン露光を行うものである。
このように、液浸露光技術を適用することにより、露光装置内のレンズと基板上のレジスト膜との間が、屈折率ｎの液体（液浸溶液）で満たされることになるために、露光装置のＮＡ（開口数）がｎ・ＮＡとなり、レジストの解像度が向上する。そのため、通常の露光技術を用いた場合に比べて、より良好な形状を有する微細パターンを形成することができる。
ここで、液浸溶液１５０としては、例えば、水または酸性溶液等を用いることができる。酸性溶液としては、例えば、硫酸セシウム水溶液、リン酸水溶液等が用いられ、また、液浸溶液１５０に、界面活性剤などの添加物を含んでいてもよい。
ところで、液浸露光技術を適用した場合、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、レジスト膜１０４、１０７上に液浸溶液１５０が配された場合、レジスト膜１０４、１０７からレジストの成分が液浸溶液１５０に溶出（染み出し）したり、逆に、液浸溶液１５０がレジスト膜１０４、１０７中に浸透（染み込み）するおそれがあり、いずれの場合も、解像度を劣化させる要因となる。
そこで、このような場合の対策として、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、レジスト膜１０４、１０７上にバリア膜１６０を形成しておくことが有効である。図７（ａ）は、図１（ｃ）に対応した工程断面図で、第１のレジスト膜１０４の上に、膜厚が０．１μｍ程度のバリア膜１６０を形成したもので、その後、図６（ａ）に示したような液浸露光を行う。また、図７（ｂ）は、図３（ａ）に対応した工程断面図で、第２のレジスト膜１０７の上に、膜厚が０．１μｍ程度のバリア膜１６０を形成したもので、その後、図６（ｂ）に示したような液浸露光を行う。
ここで、バリア膜としては、例えば、フッ素を含むアルカリ可溶性の材料を用いることができる。また、バリア膜１６０を形成した後、バリア膜１６０の緻密性を向上させるために、ホットプレートで１２０℃の温度下で、約９０秒間加熱を行ってもよい。なお、バリア膜１６０の緻密性が過度に向上すると、バリア膜１６０の溶解除去が困難になるために、適当な温度範囲で加熱することが好ましい。例えば、バリア膜１６０の緻密性を向上させるために、バリア膜１６０を加熱する適当な温度は、１００〜１５０℃の範囲である。
なお、上記の液浸露光、またはバリア膜１６０の形成は、１回目及び２回目のパターン露光の両方に適用してもよいし、あるいは、いずれか一方のパターン露光に適用しても勿論かまわない。
（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、第２のレジスト膜１０７に所定量の過剰な光酸発生剤を添加することによって、第１の中間層パターン１０３ａの表面荒れに起因するパターン不良の発生を防止したが、本実施形態においては、第２のレジスト膜１０７に含まれる光酸発生剤のクエンチャーとして機能する塩基の量を調整することによって、第１の実施形態と同様の効果を奏するようにしたものである。
第１の実施形態においては、第２のレジスト膜１０７に所定量の過剰な光酸発生剤を添加することによって、第１の中間層パターン１０３ａの表面荒れに起因するパターン不良の発生を防止したが、本実施形態においては、第２のレジスト膜１０７に含まれる光酸発生剤のクエンチャーとして機能する塩基の量を調整することによって、第１の実施形態と同様の効果を奏するようにしたものである。
本実施形態におけるパターン形成方法は、第１の実施形態で説明した方法と同様の方法を用いて行うことができ、以下、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｄ）、及び図４（ａ）〜（ｂ）を再び参照しながら説明する。なお、ここでは、第１の実施形態の説明と重複する部分については、詳細な説明は省略する。
まず、以下の組成を有する第１のレジスト膜の形成用材料を準備する。
ポリ（２−メチル−２−アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ−ブチロラクトンメタクリレート（40mol%）−２−ヒドロキシアダマンタンメタクリレート（10mol%）)(ベースポリマー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2g
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン（クエンチャー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
また、以下の組成を有する第２のレジスト膜の形成用材料を準備する。
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン（クエンチャー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
また、以下の組成を有する第２のレジスト膜の形成用材料を準備する。
ポリ（２−メチル−２−アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ−ブチロラクトンメタクリレート（40mol%）−２−ヒドロキシアダマンタンメタクリレート（10mol%）)(ベースポリマー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2g
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー）・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.0018g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
ここで、第２のレジスト膜の形成用材料に含まれるクエンチャー（塩基）の量は、第１のレジスト膜の形成用材料に含まれるクエンチャー（塩基）の量よりも少なくなっている。
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー）・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.0018g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
ここで、第２のレジスト膜の形成用材料に含まれるクエンチャー（塩基）の量は、第１のレジスト膜の形成用材料に含まれるクエンチャー（塩基）の量よりも少なくなっている。
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１０１の上に、膜厚が０．７μｍ程度の下層膜１０２を形成した後、図１（ｂ）に示すように、下層膜１０２の上に、膜厚が０．０８μｍ程度の中間層膜１０３を形成する。
次に、図１（ｃ）に示すように、中間層膜１０３の上に、第１のレジスト膜の形成用材料を塗布して、膜厚が０．１５μｍ程度の第１のレジスト膜１０４を形成する。
次に、図２（ａ）に示すように、第１のパターンを有する第１のフォトマスク１０５を介して、ＮＡが０．８５であるＡｒＦエキシマレーザ光１０６により、１回目のパターン露光を行う。露光後、第１のレジスト膜１０４を、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間加熱する（露光後ベーク）する。
次に、図２（ｂ）に示すように、ベークされた第１のレジスト膜１０４に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）を用いて現像を行い、第１のレジスト膜１０４の未露光部よりなる第１のレジストパターン１０４ａを形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン１０４ａをマスクとして、中間層膜１０３を、例えば、フッ素系ガスによりエッチングした後、図２（ｄ）に示すように、第１のレジストパターン１０４ａを酸素プラズマによるアッシングで除去して、第１の中間層パターン１０３ａを形成する。
次に、図３（ａ）に示すように、第１の中間層パターン１０３ａの上に、第２のレジスト膜の形成用材料を塗布して、膜厚が０．１５μｍ程度の第２のレジスト膜１０７を形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、第２のパターンを有する第２のフォトマスク１０８を介して、ＮＡが０．８５であるＡｒＦエキシマレーザ光１０６により、２回目のパターン露光を行う。露光後、第２のレジスト膜１０７を、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間、露光後ベークを行う。
次に、図３（ｃ）に示すように、ベークされた第２のレジスト膜１０７に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）を用いて現像を行い、第２のレジスト膜１０７の未露光部よりなる第２のレジストパターン１０７ａを形成する。
次に、図３（ｄ）に示すように、第２のレジストパターン１０７ａをマスクとして、第１の中間層パターン１０３ａを、例えば、フッ素系ガスによりエッチングした後、図４（ａ）に示すように、第２のレジストパターン１０７ａを酸素プラズマによるアッシングで除去して、第２の中間層パターン１０３ｂを形成する。
最後に、図４（ｂ）に示すように、第２の中間層パターン１０３ｂをマスクとして、下層膜１０２を酸素系ガスでエッチングして、第１及び第２のパターンを有する下層膜パターン１０２ｂを形成する。
本実施形態におけるパターン形成方法において、第１のレジストパターン１０４ａをアッシング除去する際に、第１の中間層パターン１０３ａに表面荒れが生じ、２回目のパターン露光の際に、第２のレジスト膜１０７の露光部に発生した酸の一部が、この表面荒れにトラップされて、酸不足の状態になっている。しかしながら、第２のレジスト膜１０７には、第１のレジスト膜１０４よりもクエンチャー（塩基）の量が少なく含まれているため、第２のレジスト膜１０７の感度が相対的に向上しており、これにより、第２のレジスト膜１０７の露光部の酸不足を、過少に調整された塩基によって間接的に補填することができる。それ故、たとえ、第１の中間層パターン１０３ａにアッシングによる表面荒れが生じていても、２回目のパターン露光においても、１回目のパターン露光と同程度の良好な第２のレジストパターン１０７ａを形成することができる。その結果、最終的に、良好な形状を有する微細な下層膜パターン１０２ｂを得ることができる。
ここで、第２のレジスト膜１０７に含まれるクエンチャー（塩基）の添加量は、レジスト中に含まれる他の添加物や露光条件、その他種々の条件によって最適な値が決められるが、好適には、第２のレジスト膜１０７に含まれる塩基の添加量は、第１のレジスト膜１０４に含まれる塩基の添加量の５０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の範囲にあることが望ましい。９０ｗｔ％より多い場合は、酸の量が少なく、正常なパターン形成ができない場合がある。また、５０ｗｔ％より少ない場合には、酸の量が過剰になって、露光領域以外にも酸が拡散して、不良形状のパターンが形成される場合がある。
また、クエンチャー（塩基）としては、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、トリメタノールアミン、トリメチルアミン、トリイソプロパノールアミン、トリイソプロピルアミン、トリｔ−ブタノールアミン、トリｔ−ブチルアミン、トリｎ−ブタノールアミン、トリｎ−ブチルアミン、ジエタノールアミン、ジエチルアミン、ジメタノールアミン、ジメチルアミン、ジイソプロパノールアミン、ジイソプロピルアミン、ジｔ−ブタノールアミン、ジｔ−ブチルアミン、ジｎ−ブタノールアミン、ジｎ−ブチルアミン、エタノールアミン、エチルアミン、メタノールアミン、メチルアミン、イソプロパノールアミン、イソプロピルアミン、ｔ−ブタノールアミン、ｔ−ブチルアミン、ｎ−ブタノールアミン、又はｎ−ブチルアミン等を、一または二以上を組み合わせて用いることができる。
なお、本実施形態においても、１回目及び／または２回目のパターン露光において、第１の実施形態の変形例で説明した液浸露光及び／またはバリア膜の形成を適用することは勿論可能である。
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態においては、第２のレジスト膜１０７の感度を、第１のレジスト膜１０４の感度よりも相対的に向上させることによって、第１の中間層パターン１０３ａの表面荒れに起因するパターン不良の発生を防止したが、本実施形態においては、第２のレジスト膜１０７に２−ニトロベンジルエーテルを含ませ、第１のレジスト膜１０４には２−ニトロベンジルエーテルを含まないことによって、第１及び第２の実施形態と同等の効果を奏するようにしたものである。
第１及び第２の実施形態においては、第２のレジスト膜１０７の感度を、第１のレジスト膜１０４の感度よりも相対的に向上させることによって、第１の中間層パターン１０３ａの表面荒れに起因するパターン不良の発生を防止したが、本実施形態においては、第２のレジスト膜１０７に２−ニトロベンジルエーテルを含ませ、第１のレジスト膜１０４には２−ニトロベンジルエーテルを含まないことによって、第１及び第２の実施形態と同等の効果を奏するようにしたものである。
本実施形態におけるパターン形成方法は、第１の実施形態で説明した方法と同様の方法を用いて行うことができ、以下、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｄ）、及び図４（ａ）〜（ｂ）を再び参照しながら説明する。なお、ここでは、第１の実施形態の説明と重複する部分については、詳細な説明は省略する。
まず、以下の組成を有する第１のレジスト膜の形成用材料を準備する。
ポリ（２−メチル−２−アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ−ブチロラクトンメタクリレート（40mol%）−２−ヒドロキシアダマンタンメタクリレート（10mol%）)(ベースポリマー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2g
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン（クエンチャー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
また、以下の組成を有する第２のレジスト膜の形成用材料を準備する。
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン（クエンチャー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
また、以下の組成を有する第２のレジスト膜の形成用材料を準備する。
ポリ（２−メチル−２−アダマンチルメタクリレート(50mol%)−γ−ブチロラクトンメタクリレート（40mol%）−２−ヒドロキシアダマンタンメタクリレート（10mol%）)(ベースポリマー)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2g
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー）・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
２−ニトロベンジルｔ−ブチルエーテル・・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.5g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
ここで、第２のレジスト膜の形成用材料には、２−ニトロベンジルｔ−ブチルエーテルが含まれているが、第１のレジスト膜の形成用材料には、２−ニトロベンジルｔ−ブチルエーテルが含まれていない。
トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸(光酸発生剤)・・0.06g
トリエタノールアミン(クエンチャー）・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.002g
２−ニトロベンジルｔ−ブチルエーテル・・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.5g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）・・・・・・・・・20g
ここで、第２のレジスト膜の形成用材料には、２−ニトロベンジルｔ−ブチルエーテルが含まれているが、第１のレジスト膜の形成用材料には、２−ニトロベンジルｔ−ブチルエーテルが含まれていない。
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１０１の上に、膜厚が０．７μｍ程度の下層膜１０２を形成した後、図１（ｂ）に示すように、下層膜１０２の上に、膜厚が０．０８μｍ程度の中間層膜１０３を形成する。
次に、図１（ｃ）に示すように、中間層膜１０３の上に、第１のレジスト膜の形成用材料を塗布して、膜厚が０．１５μｍ程度の第１のレジスト膜１０４を形成する。
次に、図２（ａ）に示すように、第１のパターンを有する第１のフォトマスク１０５を介して、ＮＡが０．８５であるＡｒＦエキシマレーザ光１０６により、１回目のパターン露光を行う。露光後、第１のレジスト膜１０４を、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間加熱する（露光後ベーク）する。
次に、図２（ｂ）に示すように、ベークされた第１のレジスト膜１０４に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）を用いて現像を行い、第１のレジスト膜１０４の未露光部よりなる第１のレジストパターン１０４ａを形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン１０４ａをマスクとして、中間層膜１０３を、例えば、フッ素系ガスによりエッチングした後、図２（ｄ）に示すように、第１のレジストパターン１０４ａを酸素プラズマによるアッシングで除去して、第１の中間層パターン１０３ａを形成する。
次に、図３（ａ）に示すように、第１の中間層パターン１０３ａの上に、第２のレジスト膜の形成用材料を塗布して、膜厚が０．１５μｍ程度の第２のレジスト膜１０７を形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、第２のパターンを有する第２のフォトマスク１０８を介して、ＮＡが０．８５であるＡｒＦエキシマレーザ光１０６により、２回目のパターン露光を行う。露光後、第２のレジスト膜１０７を、ホットプレートにより１０５℃の温度下で６０秒間、露光後ベークを行う。
次に、図３（ｃ）に示すように、ベークされた第２のレジスト膜１０７に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ性現像液）を用いて現像を行い、第２のレジスト膜１０７の未露光部よりなる第２のレジストパターン１０７ａを形成する。
次に、図３（ｄ）に示すように、第２のレジストパターン１０７ａをマスクとして、第１の中間層パターン１０３ａを、例えば、フッ素系ガスによりエッチングした後、図４（ａ）に示すように、第２のレジストパターン１０７ａを酸素プラズマによるアッシングで除去して、第２の中間層パターン１０３ｂを形成する。
最後に、図４（ｂ）に示すように、第２の中間層パターン１０３ｂをマスクとして、下層膜１０２を酸素系ガスでエッチングして、第１及び第２のパターンを有する下層膜パターン１０２ｂを形成する。
本実施形態におけるパターン形成方法において、第１のレジストパターン１０４ａをアッシング除去する際に、第１の中間層パターン１０３ａに表面荒れが生じ、２回目のパターン露光の際に、第２のレジスト膜１０７の露光部に発生した酸の一部が、この表面荒れにトラップされて、酸不足の状態になっている。しかしながら、第２のレジスト膜１０７に２−ニトロベンジルエーテルを含まることによって、露光によって２−ニトロベンジルエーテルから発生したＯＨ基が、露光部のアルカリ溶解性を向上させることができ、これにより、第２のレジスト膜１０７の相対的に低下したアルカリ溶解性を回復させることができる。それ故、たとえ、第１の中間層パターン１０３ａにアッシングによる表面荒れが生じていても、２回目のパターン露光においても、１回目のパターン露光と同程度の良好な第２のレジストパターン１０７ａを形成することができる。その結果、最終的に、良好な形状を有する微細な下層膜パターン１０２ｂを得ることができる。
ここで、第２のレジスト膜１０７に含まれる２−ニトロベンジルエーテルの添加量は、レジスト中に含まれる他の添加物や露光条件、その他種々の条件によって最適な値が決められるが、好適には、第２のレジスト膜１０７に含まれる２−ニトロベンジルエーテルの添加量は、第２のレジスト膜１０７を構成するベースポリマーの１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲にあることが望ましい。１０ｗｔ％より少ない場合は、生成するＯＨ基の量が相対的に少なく、露光部のアルカリ溶解性の向上が十分でないため、正常なパターン形成ができない場合がある。また、３０ｗｔ％より多い場合には、ＯＨ基の量が相対的に過剰となって、未露光部の一部が溶解して、不良形状のパターンが形成される場合がある。
また、２−ニトロベンジルエーテルとしては、本実施形態で例示した２−ニトロベンジルｔ−ブチルエーテルの他、２−ニトロベンジルイソプロピルエーテル、２−ニトロベンジルトリフルオロメチルエーテル、または２−ニトロベンジルノナフルオロブチルエーテル等を、一または二以上を組み合わせて用いることができる。
なお、本実施形態においても、１回目及び／または２回目のパターン露光において、第１の実施形態の変形例で説明した液浸露光及び／またはバリア膜の形成を適用することは勿論可能である。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、レジスト露光をＡｒＦエキシマレーザ光で行ったが、それに限定されず、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2レーザ光、Ｆ2レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光、又はＡｒ2レーザ光等を用いてもよい。また、第２の実施形態において説明した、第１の中間層パターン１０３ａの表面荒れに起因するパターン不良の劣化は、従来のハードマスクを用いたダブルパターニングにおいても、共通の課題と考えられ、上記実施形態において説明した種々の対策は、従来のハードマスクを用いたダブルパターニングにも適用することが可能である。
本発明に係るダブルパターニングを用いたパターン形成方法によると、良好な形状を有する微細パターンを得ることができ、半導体装置の製造プロセス等において用いられる微細パターンの形成方法に有用である。
１０１ 半導体基板
１０２ 下層膜
１０２ｂ 下層膜パターン
１０３ 中間層膜
１０３ａ 第１の中間層パターン
１０３ｂ 第２の中間層パターン
１０４ 第１のレジスト膜
１０４ａ 第１のレジストパターン
１０５ 第１のフォトマスク
１０６ ＡｒＦエキシマレーザ光
１０７ 第２のレジスト膜
１０７ａ 第２のレジストパターン
１０８ 第２のフォトマスク
１５０ 液浸溶液
１６０ バリア膜
２０１ 半導体基板
２０２ ハードマスク
２０２ａ 第１のハードマスクパターン
２０２ｂ 第２のハードマスクパターン
２０３ 第１のＡｒＦレジスト膜
２０３ａ 第１のレジストパターン
２０４ 第１のフォトマスク
２０５ ＡｒＦエキシマレーザ光
２０６ 第２のＡｒＦレジスト膜
２０６ａ 第２のレジストパターン
２０６ｂ 露光部
２０７ 第２のフォトマスク
２０８ ＢＡＲＣ
１０２ 下層膜
１０２ｂ 下層膜パターン
１０３ 中間層膜
１０３ａ 第１の中間層パターン
１０３ｂ 第２の中間層パターン
１０４ 第１のレジスト膜
１０４ａ 第１のレジストパターン
１０５ 第１のフォトマスク
１０６ ＡｒＦエキシマレーザ光
１０７ 第２のレジスト膜
１０７ａ 第２のレジストパターン
１０８ 第２のフォトマスク
１５０ 液浸溶液
１６０ バリア膜
２０１ 半導体基板
２０２ ハードマスク
２０２ａ 第１のハードマスクパターン
２０２ｂ 第２のハードマスクパターン
２０３ 第１のＡｒＦレジスト膜
２０３ａ 第１のレジストパターン
２０４ 第１のフォトマスク
２０５ ＡｒＦエキシマレーザ光
２０６ 第２のＡｒＦレジスト膜
２０６ａ 第２のレジストパターン
２０６ｂ 露光部
２０７ 第２のフォトマスク
２０８ ＢＡＲＣ
Claims (14)
- 基板上に下層膜を形成する工程（ａ）と、
前記下層膜の上に中間層膜を形成する工程（ｂ）と、
前記中間層膜の上に第１のレジスト膜を形成した後、該第１のレジスト膜に第１のパターンを有する第１のフォトマスクを介して露光および現像を行い、第１のレジストパターンを形成する工程（ｃ）と、
前記第１のレジストパターンをマスクに、前記中間層膜をエッチングして、第１の中間層パターンを形成する工程（ｄ）と、
前記第１のレジストパターンを除去する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後、前記下層膜と前記第１の中間層パターンとの上に第２のレジスト膜を形成した後、該第２のレジスト膜に第２のパターンを有する第２のフォトマスクを介して露光および現像を行い、第２のレジストパターンを形成する工程（ｆ）と、
前記第２のレジストパターンをマスクに、前記第１の中間層パターンをエッチングして、第２の中間層パターンを形成する工程（ｇ）と、
前記第２のレジストパターンを除去する工程（ｈ）と、
前記工程（ｈ）の後に、前記第２の中間層パターンをマスクに、前記下層膜をエッチングして、前記第１及び第２のパターンを有する下層膜パターンを形成する工程（ｉ）と
を含むパターン形成方法において、
前記第１のレジスト膜及び前記第２のレジスト膜は、化学増幅型のレジスト膜であり、
前記第２のレジスト膜は、前記第１のレジスト膜よりも、レジストの感度を向上させる添加物、又はレジスト露光部のアルカリ溶解性を向上させる添加物の少なくとも一方を多く含んでいる、パターン形成方法。 - 前記第１のレジスト膜及び前記第２のレジスト膜は、光酸発生剤が添加物として含まれており、
前記第２のレジスト膜は、前記第１のレジスト膜よりも、前記光酸発生剤を多く含んでいる、請求項１に記載のパターン形成方法。 - 前記第１のレジスト膜及び前記第２のレジスト膜は、塩基が添加物として含まれており、
前記第２のレジスト膜は、前記第１のレジスト膜よりも、前記塩基を少なく含んでいる、請求項１に記載のパターン形成方法。 - 前記第２のレジスト膜は、２−ニトロベンジルエーテルを含み、前記第１のレジスト膜は、２−ニトロベンジルエーテルを含まない、請求項１に記載のパターン形成方法。
- 前記工程（ｃ）又は前記工程（ｆ）の少なくとも一方の工程において、前記第１のレジスト膜又は第２のレジスト膜の上に液体を配した状態で液浸露光を行う、請求項１〜４の何れか一つに記載のパターン形成方法。
- 前記液浸露光を行う前に、前記第１のレジスト膜又は第２のレジスト膜の上にバリア膜を形成する工程をさらに含む、請求項５に記載のパターン形成方法。
- 前記液体は、水又は酸性溶液である、請求項５に記載のパターン形成方法。
- 前記酸性溶液は、硫酸セシウム水溶液又はリン酸水溶液である、請求項７に記載のパターン形成方法。
- 前記第２のレジスト膜に含まれる光酸発生剤の添加量は、前記第１のレジスト膜に含まれる光酸発生剤の添加量の１１０ｗｔ％〜１５０ｗｔ％の範囲にある、請求項２に記載のパターン形成方法。
- 前記光酸発生剤は、トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルフォン酸、（ｔ−ブチルフェニル）ジフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、及び（ｔ−ブチルフェニル）ジフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォン酸からなる群から選択された１種以上の材料からなる、請求項２に記載のパターン形成方法。
- 前記第２のレジスト膜に含まれる塩基の添加量は、前記第１のレジスト膜に含まれる塩基の添加量の５０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の範囲にある、請求項３に記載のパターン形成方法。
- 前記塩基は、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、トリメタノールアミン、トリメチルアミン、トリイソプロパノールアミン、トリイソプロピルアミン、トリｔ−ブタノールアミン、トリｔ−ブチルアミン、トリｎ−ブタノールアミン、トリｎ−ブチルアミン、ジエタノールアミン、ジエチルアミン、ジメタノールアミン、ジメチルアミン、ジイソプロパノールアミン、ジイソプロピルアミン、ジｔ−ブタノールアミン、ジｔ−ブチルアミン、ジｎ−ブタノールアミン、ジｎ−ブチルアミン、エタノールアミン、エチルアミン、メタノールアミン、メチルアミン、イソプロパノールアミン、イソプロピルアミン、ｔ−ブタノールアミン、ｔ−ブチルアミン、ｎ−ブタノールアミン、及びｎ−ブチルアミンからなる群から選択された１種以上の材料からなる、請求項３に記載のパターン形成方法。
- 前記第２のレジスト膜に含まれる２−ニトロベンジルエーテルの添加量は、前記第２のレジスト膜を構成するベースポリマーの１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲にある、請求項４に記載のパターン形成方法。
- 前記２−ニトロベンジルエーテルは、２−ニトロベンジルｔ−ブチルエーテル、２−ニトロベンジルイソプロピルエーテル、２−ニトロベンジルトリフルオロメチルエーテル、及び２−ニトロベンジルノナフルオロブチルエーテルからなる群から選択された１種以上の材料からなる、請求項４に記載のパターン形成方法。
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