JPH10261571A

JPH10261571A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH10261571A
Application number: JP6591297A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoshimura; 俊之吉村; Masaichi Uchino; 正市内野; Jiro Yamamoto; 治朗山本; Yasushi Goto; 康後藤; Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング耐性を高めると共にパターン変形の
小さいポストベーク処理方法を提供する。【解決手段】第１段階としてベーク温度をガラス転移温
度以下に設定し、レジスト内の架橋反応により実効的な
ガラス転移温度を上昇させ。第２段階としてレジストの
ガラス転移温度以上のベーク温度に上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高い寸法制御性を有
する微細パターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の形成で、パターンを形成す
る技術を一般にリソグラフィと呼ぶ。このリソグラフィ
技術による微細パターン形成方法で、現在一般に用いら
れている方法は図１に示す手順に従っている。まず加工
すべき半導体の被加工基板１１に疎水化処理を施す。こ
れはレジストと呼ばれる主に有機樹脂からなる薄膜の被
加工基板１１への接着性を高める処理である。次に図１
(ａ)に示すように、レジスト１２溶液を被加工基板１１
に滴下して、主に回転塗布等の方法でレジスト１２を被
加工基板１１に被着させる。そしてレジスト溶液中の溶
媒を飛散させるため、一般に加熱処理（以下、ベークと
する）を行う。このベークは一定の温度に設定されたホ
ットプレート上で被加工基板１１を一定時間静置するこ
とにより行われる。

【０００３】そして図１(ｂ)に示すように、紫外線や電
子線等のエネルギ線１３を所望のパターンに従い選択的
に照射し、パターンの潜像１４を形成する。ここでエネ
ルギ線１３の照射により、レジスト１２内に化学変化が
発生する。ここで、パターン照射部である潜像１４部と
パターン未照射部とに、現像液への溶解速度に差が生じ
る。次いで現像液中に被加工基板１１を浸漬する。この
ように、現像液への溶解速度に差があるため、所望のパ
ターンを形成することができる。

【０００４】ここでは、潜像１４部の溶解速度が小さく
なる場合について記述する。潜像１４部の溶解速度が小
さくなって、この部分が残存する場合、図１(ｃ)に示す
ようにレジストパターン１５が得られる。このようなレ
ジストを、一般にネガ型レジストと呼ぶ。一方、潜像１
４部の溶解速度が大きくなる場合、このようなレジスト
を一般にポジ型レジストと呼ぶ。

【０００５】このようにしてレジストパターンを形成し
た後に、レジストパターンをマスクとして図１(ｄ)に示
すように、ガスプラズマによるドライエッチングによっ
て被加工基板１１が削られ、加工が行われる。ここで、
ドライエッチング時で、レジストパターン１５と被加工
基板１１のエッチング速度が異なる（レジストパターン
１５のエッチング速度が小さい）ことが重要である。な
ぜならば、エッチング時にレジストパターンのエッチン
グが進行すると、マスクが変形することになり被加工基
板の加工寸法精度が低下するからである。ドライエッチ
ング時でも、側壁堆積物の付着等により寸法変動が生じ
る。従って、マスクとなるレジストパターンの高精度化
が必須となる。なお、ここで言う寸法変動とは、設計値
からの加工後パターン寸法の平均的なずれ、および局所
的な寸法ばらつきの両者を含むものである。

【０００６】そのため、一般に現像処理後で、ホットプ
レート上でベーク処理温度より高い温度における加熱処
理を行う「ポストベーク処理」が行われている。これは
レジストパターンの硬化処理である。また、この際に紫
外線を照射する場合もある。これらの処理は、一般にレ
ジスト高分子の架橋反応を進行させて高分子化し、エッ
チング速度を低下させる（エッチング耐性を高める）こ
とを目的としている。これを行わない場合、一般にドラ
イエッチング時のプラズマ照射等による温度上昇から生
じるレジスト変形（耐熱性の不足）、またレジスト自体
のエッチングの進行（エッチング耐性の不足）が発生す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発明者の実験
により、半導体素子寸法の微細化と共に要求される加工
精度の向上に対して、硬化方法では問題があることが分
かった。

【０００８】一般に半導体素子形成プロセスでは、パタ
ーン寸法の変動は形成パターン寸法の１０％程度までが
許容されるが、加工する素子により許容される変動幅が
異なる。例えば記憶素子（メモリ）では１０％まで許容
されるが、高性能論理素子（ロジック）では変動を５％
以内に抑えることが要求される。さらに高性能や高集積
の素子を実現するためには、寸法変動幅は小さいほど望
ましい。また、レジスト構成高分子の大きさに起因し
て、レジストパターンの端部にあたるパターン上面ある
いは側面に、数ｎｍから数十ｎｍ程度のレジストパター
ンの表面微小凹凸が生じることも分かった。

【０００９】しかし、ポストベーク処理を単純に一つの
高温度で行った場合、レジストの変形が生じ、表面凹凸
は平滑化されるがレジストパターン全体の寸法変動が発
生してしまうことが明らかになった。処理条件にもよる
が、実験によれば１０〜２０ｎｍ程度の寸法変化が生じ
ることが分かった。この値は最小寸法が２００ｎｍ以上
のパターンの場合には問題とはならない。しかし、最小
寸法が１００ｎｍ以下となる場合には、決して無視でき
る大きさではない。従って、エッチング耐性を高めると
共にパターン変形を低減するポストベーク処理が、レジ
ストパターンの硬化処理として必須となる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、発明者達は実験により以下のことを見出した。すな
わち、ポストベーク処理で、複数段階の温度設定を行
い、異なる温度でポストベーク処理を行うことにより、
レジストパターン寸法変化を１０ｎｍ以下にすることが
可能となる点である。

【００１１】レジストパターン形成後、ポストベークを
するにあたり以下の３方法を比較した。（１）１２０
℃，１２０秒間のベーク処理を行う。（２）紫外線照射
の後、１２０℃，１２０秒間のベーク処理を行う。
（３）１００℃，６０秒間ベーク処理の後、連続して１
２０℃，６０秒間ベーク処理を行う。

【００１２】上記レジストパターンを測長用走査型電子
顕微鏡を用いて測定した結果、図２に示すように、
（１），（２），（３）の順にパターン寸法変動量が小
さくなることが分かった。ここで（１），（２）の方法
では、１０ｎｍ以上の寸法変化が発生したが、（３）で
はレジストパターンの寸法変化を１０ｎｍ未満とするこ
とが可能であることが分かった。

【００１３】その機構については、以下のように考える
ことができる。レジスト材料の軟化温度である「ガラス
転移温度」が、この場合１１０℃近辺である。このガラ
ス転移温度以上ではレジストの軟化が進行し、パターン
変形が生じる。ここで（１）の方法の場合、現像後に一
気に温度上昇させた場合、ガラス転移温度以上となるた
めレジストが軟化する。その結果、図３（ａ）に示す断
面形状を有した基板３１上のレジストパターン３２は、
ポストベーク後に図３（ｂ）に示す断面形状を有した変
形したレジストパターン３３となる。これは、レジスト
パターン寸法変動をもたらす。

【００１４】また、（２）の場合、一般にレジストの硬
化処理として知られる紫外線照射でも、紫外線照射時に
瞬間的にレジスト表面の温度が上昇するために、レジス
ト表面部分で微小なレジスト軟化が発生し、レジストパ
ターン変形が生じたものと考えられる。

【００１５】それに対して、（３）の場合、一旦ガラス
転移温度以下で加熱することにより、熱エネルギによる
レジスト内の架橋反応が進行し、実効的なガラス転移温
度を上昇させることとなる。従って、その後に元々のレ
ジストのガラス転移温度以上の温度に上昇させても、架
橋反応が進行することが主な変化であり、レジストの軟
化は進行しない。このために、図３（ｃ）に示すように
変形の小さいレジストパターン３４が得られる。従っ
て、パターン寸法変動が抑制される、と解釈できる。こ
こで、（２）に対応する紫外線照射処理を、ガラス転移
温度以上の温度に昇温させた後に行えば、レジストパタ
ーン変形は小さいことが分かった。この過程では、架橋
反応が更に進行し、レジストの耐熱性とエッチング耐性
はさらに向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明につい
て詳しく説明する。

【００１７】（実施例１）ここでは、基底樹脂，溶解抑
止物質の構成分子からなる二成分系のポジ型レジストに
ついて述べる。溶解抑止物質は、基底樹脂の現像液への
溶解を抑制する機能を有する。溶媒としては、例えば酢
酸イソアミルを用いる。ここではエネルギ線の選択的照
射により、照射部分に存在する溶解抑止物質が分解して
溶解抑止効果が低下する。その結果、エネルギ線照射部
分の現像液への溶解が進行して、ポジ型のレジストパタ
ーンが形成される。

【００１８】ここでは基底樹脂として、例えば水性アル
カリ可溶性のクレゾールノボラックを用いる。溶解抑止
物質としては、例えばポリ（２−メチルペンテン−１−
スルホン）を１０重量％の割合で混合した。更にアジド
化合物である、例えば３，３′−ジアジドジフェニルス
ルホンを１重量％の割合で混合した。このアジド化合物
の混合は、熱エネルギによるレジスト内の架橋反応を進
行させ、実効的なガラス転移温度を上昇させることを目
的としている。ここで、クレゾールノボラックの重量平
均分子量は例えば３０００、多分散度は例えば１.３で
ある。このレジスト系のガラス転移温度は１１０度だっ
た。

【００１９】被加工基板として、図４（ａ）に示すよう
に例えば次のものを用いる。抵抗率１０Ω・cmのｎ型８
インチのシリコン基板４１に、公知の熱酸化膜４２を５
ｎｍ形成する。これに公知の例えば化学的気相成長法に
より、多結晶シリコン４３を２００ｎｍの膜厚に成長す
る。この多結晶シリコンには、例えばリン（Ｐ）が６×
１０²⁰／cm³ の濃度で添加されている。この被加工基板
を、公知の例えばヘキサメチルジシラザン気体に曝すこ
とにより、疎水化処理を施す。

【００２０】そしてレジスト４４を、被加工基板上に公
知の回転塗布法により、毎分2000回転，６０秒間処理
し、そして公知のホットプレート上で８０℃，１２０秒
間のベーク処理をして、例えば７０ｎｍの厚さに形成す
る。膜厚は７０ｎｍに限らないことは言うまでもなく、
膜厚を薄くするほど解像性が向上して微細加工が可能と
なる。そして、レジスト４４の形成された被加工基板を
公知の電子線直接描画装置に設置し、例えば加速電圧５
０ｋＶの電子線４５を所望のパターンに従って照射し
て、図４（ａ）に示すように潜像４６を形成する。電子
線照射量としては、例えば５０μＣ／cm² を選択する。

【００２１】電子線照射後に、例えば公知のアルカリ水
溶液であるテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ド（ＴＭＡＨ）水溶液に、静止状態で４０秒間浸して現
像処理を行う。そして、純水に３０秒間浸して現像液を
洗い流す。これにより、図４（ｂ）に示すように線幅６
０ｎｍの微細なレジストパターン４７を得ることができ
た。

【００２２】ポストベーク装置は、複数個のホットプレ
ートを隣接して並べ、その間を被加工基板が自動搬送さ
れる機構が付加されているものを用いる。レジストパタ
ーン４７形成後に、例えば１００℃に設定したホットプ
レート上で、被加工基板のポストベーク処理を６０秒間
行う。そして、終了後に同じく１２０℃に設定したホッ
トプレート上で、３０秒後に被加工基板のポストベーク
処理を６０秒間行う。処理温度の時間変化を図７に示
す。

【００２３】ポストベーク処理前後で、レジストパター
ンの寸法を測定したところ、パターン寸法変化は３ｎｍ
であることが分かり、これまでの高温（１２０℃）一点
でのポストベーク処理と比較して寸法変動が３０％以下
となることが分かった。さらに、レジストの耐熱性およ
びエッチング耐性は従来のポストベーク処理とほぼ同じ
値であることも分かった。また、レジストパターン４７
の表面微小凹凸も抑制されることが分かった。

【００２４】ここでは、ポストベーク処理の温度とし
て、二段階のみの場合についてのみ説明したが、三段階
以上の温度を設定してもよいことは言うまでもない。こ
の際には、ホットプレートの数を三個以上とすればよ
い。更に温度の変化の順序として、必ずしも時間と共に
上昇する場合のみでなくてもよい。例えば、一旦ガラス
転移温度以上の温度でポストベーク処理を行った後に、
温度を下降させた温度でポストベーク処理を行うことを
行ってもよい。更に、温度の上昇，下降工程を繰り返す
ことを行ってもよい。また、ベーク時間は６０秒に限定
されない。その処理例を図８に示す。

【００２５】このポストベーク後のレジストパターン４
８をマスクとして、多結晶シリコン４３のドライエッチ
ングを行った。公知の臭化水素（ＨＢｒ）ガスを用いた
プラズマエッチングにより加工を行い、図４（ｃ）に示
すように多結晶シリコンパターン４９を形成した。これ
によると、エッチング後の寸法変動量を８ｎｍとするこ
とが可能となり、従来のエッチング後の寸法変動量と比
較して、寸法変動量を３０％以下に抑制することが可能
となった。この後に、公知の酸素プラズマ処理により、
ポストベーク後のレジストパターン４８を除去した。

【００２６】以上の記述では、基底樹脂としてクレゾー
ルノボラックの場合について説明したが、これに限定さ
れず水性アルカリ可溶性樹脂であるフェノールノボラッ
ク，ポリビニルフェノール等のフェノール樹脂、または
その複数種類の混合系であればよい。また、溶解抑止物
質は基底樹脂の分子鎖の一部分として含まれる形態であ
ってもよい。この場合、エネルギ線照射により、溶解抑
止物質は基底樹脂の分子鎖から離れ、溶解抑止機能を消
失する。

【００２７】また、レジスト系として二成分に限定され
ることはなく、基底樹脂，溶解抑止物質、少なくとも一
種類の触媒発生物質の構成分子からなる三成分以上のレ
ジスト系であってもよい。ここで触媒発生物質とは、エ
ネルギ線の照射により、酸あるいは塩基等の反応触媒物
質を生成するものである。この反応触媒物質は、溶解抑
止物質の機能を消失させるための触媒として作用する。
触媒発生のために要するエネルギ線の照射量は、二成分
系の場合と比較して小さくてもよいため、一般にこれら
のレジスト系は高感度で機能することが知られている。

【００２８】また、加工すべき材料として多結晶シリコ
ンに限定されないことも言うまでもなく、レジストをエ
ッチングマスクとして加工可能な材料であれば適用可能
である。例えば酸化膜（ＳｉＯ₂ ），窒化膜（Ｓｉ
₃Ｎ₄）等の絶縁膜，アルミニウム（Ａｌ），タングステ
ン（Ｗ），銅（Ｃｕ），白金（Ｐｔ）等の金属，アモル
ファスシリコン，ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等の化合物
を含む半導体があげられる。

【００２９】（実施例２）実施例では、異なる二つの温
度におけるポストベーク処理について述べたが、ここで
は連続的に温度を変化させる場合について述べる。

【００３０】ここでは基底樹脂，架橋物質の構成分子か
らなる二成分系のネガ型レジストについて述べる。溶媒
としては、例えば酢酸２−メトキシエチルを用いる。こ
こではエネルギ線の選択的照射により、照射部分に存在
する架橋物質が誘起する架橋反応によって、エネルギ線
照射部分の現像液への溶解速度が低下して、ネガ型のレ
ジストパターンが形成される。

【００３１】ここでは基底樹脂として、例えば水性アル
カリ可溶性のクレゾールノボラックを用いる。架橋物質
としては、例えばアジド化合物である３、３′−ジアジ
ドジフェニルスルホンを２０重量％の割合で混合した。
ここで、クレゾールノボラックの重量平均分子量は例え
ば５０００、多分散度は例えば１.５である。このレジ
スト系のガラス転移温度は１１５℃だった。

【００３２】被加工基板として、図５（ａ）に示すよう
に例えば次のものを用いる。抵抗率１０Ω・cmのｎ型８
インチのシリコン基板５１に、公知の熱酸化膜５２を４
ｎｍ形成する。これに公知の例えば化学的気相成長法に
より、多結晶シリコン５３を１５０ｎｍの膜厚に成長す
る。この多結晶シリコン５３には、例えばリン（Ｐ）が
４×１０²⁰／cm³ の濃度で添加されている。さらに、公
知の例えば化学的気相成長法により、酸化膜５４（Ｓｉ
Ｏ₂ ）を２５ｎｍの膜厚に成長する。この被加工基板
を、公知の例えばヘキサメチルジシラザン気体に曝すこ
とにより、疎水化処理を施す。

【００３３】そしてレジスト５５を、被加工基板上に公
知の回転塗布法により、毎分3000回転，６０秒間処理
し、そして公知のホットプレート上で１００℃，１２０
秒間のベーク処理をして、例えば５０ｎｍの厚さに形成
する。膜厚は５０ｎｍに限らないことは言うまでもな
く、膜厚を薄くするほど解像性が向上して微細加工が可
能となる。そして、レジスト５５の形成された被加工基
板を公知の電子線直接描画装置に設置し、例えば加速電
圧３０ｋＶの電子線５６を所望のパターンに従って照射
して、図５（ａ）に示すように潜像５７を形成する。電
子線照射量としては、例えば３０μＣ／cm² を選択す
る。

【００３４】電子線照射後に、例えば公知のアルカリ水
溶液であるＴＭＡＨ水溶液に、静止状態で３０秒間浸し
て現像処理を行う。そして、純水に３０秒間浸して現像
液を洗い流す。これにより、図５（ｂ）に示すように線
幅５０ｎｍの微細なレジストパターン５８を得ることが
できた。

【００３５】ポストベーク装置としては、温度調整可能
なホットプレートを用いる。レジストパターン形成後
に、例えば１００℃に設定した公知のホットプレート上
に被加工基板を設置する。設置後に基板温度を安定させ
るため３０秒放置した後、毎秒０.５℃ の昇温速度で１
３０℃まで６０秒間温度を上昇させる。そして、例えば
１３０℃で３０秒間放置する。このようにして、ポスト
ベーク処理を行った。ここで、１００℃、および１３０
℃における放置は必ずしも必須ではない。処理温度の時
間変化を図９に示す。

【００３６】ポストベーク処理前後で、レジストパター
ンの寸法を測定したところ、パターン寸法変化は４ｎｍ
であることが分かり、これまでのポストベーク処理と比
較して寸法変動が４０％以下となることが分かった。さ
らに、レジストの耐熱性およびエッチング耐性は従来の
ポストベーク処理とほぼ同じ値であることが分かった。
また、レジストパターンの表面微小凹凸も抑制されるこ
とも分かった。

【００３７】ここでは、ポストベーク処理の設定温度と
して、二段階の場合についてのみ説明したが、三段階以
上の温度を設定してもよいことは言うまでもない。更に
温度の変化の順序として、必ずしも時間と共に上昇する
場合のみでなくてもよい。例えば、一旦ガラス転移温度
以上の温度でポストベーク処理を行った後に、温度を下
降させた温度でポストベーク処理を行ってもよい。更
に、温度の上昇，下降工程を繰り返すことを行ってもよ
い。また、ベーク時間は３０秒、あるいは６０秒、さら
に温度変化が毎秒０.５℃ に限定されないことも言うま
でもない。その処理例を図１０に示す。

【００３８】このポストベーク後のレジストパターン５
９をマスクとして、公知の例えばフッ化炭素（Ｃ₄Ｆ₈）
ガスによる酸化膜５４のドライエッチングを行い、図５
(ｃ)に示すような形状を形成した。この後に、公知の酸
素プラズマ処理により、ポストベーク後のレジストパタ
ーン５９を除去する。

【００３９】そして酸化膜５４のパターンをマスクとし
て、多結晶シリコン５３のドライエッチングを行った。
ここでは公知の例えば塩素(Ｃｌ₂）ガスを用いたプラズ
マエッチングにより加工を行い、図５（ｄ）に示すよう
に多結晶シリコンパターン６０を形成した。これによる
と、エッチング後の寸法変動量を５ｎｍとすることが可
能となり、従来のエッチング後の寸法変動量と比較し
て、寸法変動量を２５％以下に抑制することが可能とな
った。

【００４０】ここで酸化膜５４をマスクとして用いたの
は、寸法変動量を実施例１よりも小さくするためであ
る。これは塩素ガスプラズマに対する酸化膜５４のエッ
チング耐性が、レジスト５５のエッチング耐性に比較し
て大きいためである。ここでの耐性の高いエッチングマ
スクを「ハードマスク」と言い、このプロセスを「ハー
ドマスクプロセス」と言う。

【００４１】以上の記述では、基底樹脂としてクレゾー
ルノボラックの場合について説明したが、これに限定さ
れず水性アルカリ可溶性樹脂であるフェノールノボラッ
ク，ポリビニルフェノール等のフェノール樹脂、または
その複数種類以上の混合系であればよい。

【００４２】また、レジスト系として二成分に限定され
ることはなく、前記実施例と同様に基底樹脂，架橋物
質、少なくとも一種類の触媒発生物質の構成分子からな
る三成分以上のレジスト系であってもよい。

【００４３】また、加工すべき材料として多結晶シリコ
ンに限定されないことも実施例１と同様である。

【００４４】また、ハードマスクとして酸化膜に限定さ
れることはなく、加工すべき材料のエッチング耐性より
も大きなエッチング耐性を有し、さらにレジストのエッ
チング耐性よりも大きなエッチング耐性を有する材料で
あればよい。例えば酸化膜を加工することを想定した場
合、ハードマスクとして薄膜のアモルファスシリコンや
アルミニウムを用いることができる。

【００４５】（実施例３）実施例では、ポストベーク処
理としてホットプレート上での加熱処理のみを行う場合
について述べた。

【００４６】ここでは、従来の紫外線照射とホットプレ
ート上での加熱処理を複合化させた場合に相当する内容
について述べる。従来の紫外線照射は、一般に加熱処理
前あるいは加熱処理初期の段階で行っていた。このた
め、耐熱性が充分向上していない段階でレジスト表面部
分の温度が上昇し、レジストパターンの変形が発生し、
大きなパターン寸法の変動が生じていた。そこで本発明
では、紫外線照射処理を加熱処理と共に行う場合につい
て述べる。

【００４７】ポストベーク装置としては、実施例１ある
いは実施例２の装置に、紫外線照射用の高圧水銀灯が付
加されたものを用いる。

【００４８】実施例１に対応した場合、１２０℃におけ
るベーク処理終了後、公知の高圧水銀灯から発生する紫
外線（狭帯域化はされておらず、広い波長域からなる）
を例えば１０秒間照射した。

【００４９】また、実施例２に対応した場合、１３０℃
におけるベーク処理終了後、同様に公知の高圧水銀灯か
ら発生する紫外線を例えば２０秒間照射した。

【００５０】これらの処理により、レジストパターンの
寸法変動は紫外線照射がない場合とほぼ同じであり、一
方レジストの耐熱性とエッチング耐性はさらに向上する
ことが分かった。

【００５１】また、紫外線照射をベーク処理の最終温度
でのみ行うばかりでなく、加熱温度が元々のレジストの
ガラス転移温度を経過してからであれば、同様の効果が
得られることが分かった。

【００５２】（実施例４）図６に公知のＭＯＳ（金属−
酸化膜−酸化膜）型トランジスタを示す。ここで図６
（ａ）は上面図、図６（ｂ）は断面図である。このトラ
ンジスタはゲート電極６１に印加する電圧により、ソー
ス領域６２およびドレイン領域６３に流れるドレイン電
流を制御する構造となっている。ここでゲート電極６１
は基板６４上に形成されたゲート酸化膜６５上に設置さ
れ、ソース領域６２およびドレイン領域６３とは絶縁さ
れている。

【００５３】ここでゲート電極６１は図に示すように、
ソース領域６２およびドレイン領域６３に挟まれた箇所
に細くなった領域を含んでいる。この部分の幅を一般に
ゲート長と呼ぶ。ここではゲート長の設計値は、例えば
５０ｎｍとする。このように、ＭＯＳトランジスタでは
ゲート電極６１に印加する電圧によりドレイン電流を制
御しているため、特性を安定化させるためにはゲート長
は一様である必要がある。もし、ゲート長が不均一であ
ったり、設計値からの寸法変動が大きい場合には、ドレ
イン電流の不安定性が生じ、ドレイン電流がある値に達
するために必要なゲート電圧である閾値電圧の変動が発
生し、また閾値電圧の設計値からのずれが発生すること
となる。

【００５４】一般にゲート電極６１の形成方法は、実施
例１あるいは実施例２に記述したように、レジストパタ
ーンをゲート電極材料である、例えば多結晶シリコンに
ドライエッチングで転写することにより実行している。
ここで、このようにゲート電極６１のドライエッチング
後の加工寸法精度を向上させることが必要であるが、こ
のためにはマスクとなるレジストパターンの寸法精度が
高いことが必須となる。

【００５５】このため、素子特性の安定化のためには、
レジストパターン寸法変動を抑制しなければならない。
そこで、実施例１，実施例２、あるいは実施例３で述べ
たポストベーク方法を採用することで、寸法精度を向上
したレジストパターンのエッチングマスクを得ることが
可能となる。従って、特性が安定したＭＯＳトランジス
タを形成することが可能となった。

【００５６】半導体素子形成方法の内でゲート電極パタ
ーン形成について述べたが、これに限定されないことは
言うまでもなく、その他のパターン形成についても適用
可能である。

【００５７】また、ここではＭＯＳトランジスタについ
て記述したが、これに限定されないことは言うまでもな
く、高精度なパターン寸法制御を必要とする半導体素子
の形成に適用できる。半導体素子としては、例えばバイ
ポーラ（両極性）トランジスタ，バイポーラＣＭＯＳ
（相補性−金属−酸化膜−半導体）トランジスタ，単一
電子トランジスタ，超伝導トランジスタ、および量子効
果を利用した量子効果トランジスタがあげられる。この
他にも、１０ｎｍレベル程度のパターン寸法制御性を必
要とする半導体素子にはすべて適用可能である。

【００５８】そして、ドライエッチングを用いたパター
ン形成方法の場合のみに限定されることはなく、高精度
なレジストパターンを必要とする場合には全て適用でき
る。例えば、レジストパターンを元に加工基板にイオン
を打ち込む工程、レジストパターンを元に加工基板に金
属を付着させた後に、レジストを剥離して金属パターン
を形成する「リフトオフ法」の工程があげられる。

【００５９】また、加工する対象としては半導体素子に
限定されず、光ディスク，光磁気ディスク，デジタルビ
デオディスク等の無機材料を加工する場合にも適用可能
である。

【００６０】さらに、実施例では、エネルギ線として電
子線の場合について述べた。その他のエネルギ線とし
て、イオン線等の粒子線や、紫外線，Ｘ線，ガンマ線を
含む電磁波を用いた場合についても全く同様の議論が成
り立つ。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、レジストパターンの寸
法変動を抑制することが可能となると共に、エッチング
耐性を高めることが可能となる。従ってドライエッチン
グ後に寸法制御性の高いパターン形成が可能となり、高
性能な半導体素子を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リソグラフィによるパターン形成方法の説明
図。

【図２】レジストパターンの寸法変化の説明図。

【図３】レジストパターンの変形の説明図。

【図４】本発明の実施例１の説明図。

【図５】本発明の実施例２の説明図。

【図６】本発明の方法のＭＯＳトランジスタ製造への適
用の説明図。

【図７】実施例１における処理温度の時間変化の説明
図。

【図８】実施例１における処理温度の時間変化の説明
図。

【図９】実施例２における処理温度の時間変化の説明
図。

【図１０】実施例２における処理温度の時間変化の説明
図。

【符号の説明】

３１…基板、３２…レジストパターン、３３…変形した
レジストパターン、３４…変形が小さいレジストパター
ン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤康東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者寺澤恒男東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工基板上にパターン形成材料を形成す
る工程、上記パターン形成材料に選択的にエネルギ線を
照射する工程、現像処理により上記パターン形成材料か
らなるパターンを形成する工程、上記パターン形成材料
の硬化処理を行う工程からなるパターン形成方法におい
て、上記硬化処理中に、異なる温度からなる複数段階の
熱処理工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】被加工基板上にパターン形成材料を形成す
る工程、上記パターン形成材料に選択的にエネルギ線を
照射する工程、現像処理により上記パターン形成材料か
らなるパターンを形成する工程、上記パターン形成材料
の硬化処理を行う工程、上記硬化処理の後にドライエッ
チングにより、上記被加工基板に上記パターンを転写す
る工程からなるパターン形成方法において、上記硬化処
理中に、異なる温度からなる複数段階の熱処理工程を含
むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】第一段階の温度は第二段階の温度よりも低
温である請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】第一段階の温度は第二段階の温度よりも低
温であり、上記第一段階の温度から上記第二段階の温度
まで、連続的に変化させる請求項１または２に記載のパ
ターン形成方法。
【請求項５】少なくとも一つの温度は上記パターン形成
材料のガラス転移温度以下である請求項１，２，３また
は４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】熱処理に加えて、紫外線照射工程を含む請
求項１，２，３，４または５に記載のパターン形成方
法。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６を実現
するための手段を備えた処理装置。
【請求項８】請求項１，２，３，４，５または６に記載
されたパターン形成方法を、請求項７に記載された装置
により行う工程を、形成方法の一部として含む素子形成
方法。