JP2000250229A

JP2000250229A - フォトレジスト膜の現像方法

Info

Publication number: JP2000250229A
Application number: JP4725699A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Itani; 俊郎井谷
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】露光後のフォトレジスト膜をパターニングす
るフォトレジスト膜の現像方法において、水分を残すこ
となく現像後の現像液を除去して良好なレジストパター
ンを得る。【解決手段】開示されているフォトレジスト膜の現像
方法は、化学増幅系ポジ型フォトレジストからなるフォ
トレジスト膜を露光した後、現像処理し、現像後の現像
液を除去するために、純水に対して１〜２０重量％のイ
ソプロピルアルコールを混合した混合液を用いてリンス
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フォトレジスト
膜の現像方法に係り、詳しくは、水分を残すことなく現
像後の現像液を除去するフォトレジスト膜の現像方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）で代表される
半導体装置の製造では、半導体基板上に形成した酸化シ
リコン膜、窒化シリコン膜等の絶縁膜、又はアルミニウ
ム合金膜、銅合金膜等の導電膜を含む各種薄膜を所望の
形状にパターニングするために、フォトリソグラフィ技
術が欠かせない。このフォトリソグラフィ技術では、従
来から、紫外線に感光するフォトレジストを用いて薄膜
上に塗布してフォトレジスト膜を形成した後、このフォ
トレジスト膜にマスクパターンを介して紫外線を照射
（露光）して、紫外線照射領域を可溶化（ポジ型）、あ
るいは紫外線非照射領域を不溶化（ネガ型）に変質させ
ることが行われている。そして、次に、フォトレジスト
膜を現像処理して可溶化領域を溶剤により部分的に除去
してレジストパターンを形成した後、このレジストパタ
ーンをマスクとして薄膜を選択的にエッチングさせて、
薄膜をパターニングするようにしている。

【０００３】ここで、上述のフォトレジストの材料とし
ては一般に、従来から、ポジ型のノボラック系フォトレ
ジストが用いられている。ポジ型のフォトレジストはネ
ガ型のそれに比較して解像度が優れている特長を有して
いるので、この種のフォトレジストはほとんどポジ型が
用いられている。一方、フォトレジストの露光光源とし
ては、高圧水銀灯を用いてこれから発生されるｇ線（波
長が略４３６ｎｍ）、ｉ線（波長が略３６５ｎｍ）等の
紫外線が利用されている。

【０００４】一方、ＬＳＩの集積化の向上につれて、よ
り微細加工が可能なフォトリソグラフィ技術が要求され
るようになり、これに伴ってフォトレジストの露光光源
は、高解像度が得られるより短い波長の紫外線を用いる
方向に向かっている。この結果、上述のｉ線より波長の
短い遠紫外線を発生するエキシマレーザを光源（例え
ば、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）をレーザ媒質として用
いた場合、波長が略２４８ｎｍ）として用いるフォトリ
ソグラフィ技術が実現されてきている。

【０００５】しかしながら、上述のようなＫｒＦエキシ
マレーザ光源によって前述のノボラック系フォトレジス
トを露光した場合、ノボラック系フォトレジストは光吸
収が大きい性質を有しているので、良好なレジストパタ
ーンを得るのが困難になる。それゆえ、上述のような遠
紫外線が得られる光源と組み合わせて、より微細加工が
可能なフォトリソグラフィ技術を実現し得るフォトレジ
ストとして、例えば特公平２−２７６６０号公報に記載
されているような化学増幅系フォトレジストが提供され
るに至っている。

【０００６】化学増幅系レジストは、上記公報に記載さ
れているように、酸触媒反応を応用したフォトレジスト
に係り、所定の部位に保護基が結合した状態ではアルカ
リ不溶化となり、保護基が脱離した状態ではアルカリ可
溶化となるポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ：Polyhydr
oxystyrene）等のベース樹脂と、光が当たると酸を発生
する光酸発生剤と、性能調整のための微量の添加物と、
スピナ塗布法のための有機溶剤とから概略なっている。

【０００７】この化学増幅系フォトレジストを、半導体
基板上に塗布し乾燥固化した後、得られた半導体基板上
のフォトレジスト膜にエキシマレーザを光源とする遠紫
外線を照射すると、光酸発生剤から化学増幅の開始種と
なる酸が発生する。この酸が、露光後に実施される熱処
理（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）過程で、ベース樹脂
に結合している保護基に作用し、保護基が脱離すること
で、アルカリ不溶化の状態のフォトレジストを、アルカ
リ可溶化の状態に変化させると共に、この際、副次的に
酸が発生するため、連鎖反応的にベース樹脂から保護基
を脱離させる反応が進行する。この反応は、酸触媒増感
反応と呼ばれ、この酸触媒増感反応により、このフォト
レジストの溶解選択性が増大するため、高感度の感光特
性を実現できることとなる。それゆえ、露光後、このフ
ォトレジストをアルカリ性現像液で現像すれば、所望の
微細なレジストパターンを得ることができる。

【０００８】図６は、フォトレジストとして例えば上述
の化学増幅系フォトレジストを用いた、従来のフォトレ
ジストパターンの形成方法を工程順に示す工程図であ
る。以下、同図を参照して、同フォトレジストパターン
の形成方法について工程順に説明する。まず、図６の工
程（ａ）に示すように、所望の薄膜が形成された半導体
基板上に、スピナ塗布法により、化学増幅系フォトレジ
ストとして例えばアセタール基を保護基に持つＰＨＳを
ベース樹脂とするポジ型フォトレジストを塗布してフォ
トレジスト膜を形成する。次に、工程（ｂ）に示すよう
に、フォトレジスト膜をプリベークしてフォトレジスト
膜内の溶剤を除去する。

【０００９】次に、工程（ｃ）に示すように、例えばＫ
ｒＦエキシマレーザ光源を用いて、フォトレジスト膜に
所望のパターンが描かれたマスクパターンを介して遠紫
外線を照射して露光する。次に、工程（ｄ）に示すよう
に、フォトレジスト膜のアセタール基の保護基の離脱を
促進するため、フォトレジスト膜にＰＥＢ処理を施す。
次に、工程（ｅ）に示すように、フォトレジスト膜をア
ルカリ現像液で現像処理してレジストパターンを形成し
た後、工程（ｆ）に示すように、レジストパターンを構
成しているフォトレジスト膜をポストベークして現像処
理による水分を除去する。

【００１０】図５は、図６において特に工程（ｅ）の現
像処理の詳細を示す工程図である。まず、図５の工程
（ａ）に示すように、フォトレジスト膜上にアルカリ性
現像液をスピン吐出する。次に、工程（ｂ）に示すよう
に、フォトレジスト膜上にパドル（液溜り）を形成して
現像を行う。次に、工程（ｃ）に示すように、現像後の
現像液を除去するため、純水をスピン吐出してフォトレ
ジスト膜をリンスする。次に、工程（ｄ）に示すよう
に、リンスで用いた水分を除去するため回転乾燥を行
う。以上により、現像処理を終了させる。上述のような
リンスは、非化学増幅系フォトレジストを用いた場合に
も、略同様に行われる。続いて、上述のようにして得ら
れたレジストパターンをマスクとして半導体基板上の薄
膜を選択的にエッチングすることにより、薄膜をパター
ニングする。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
のフォトレジスト膜の現像方法では、現像後の現像液を
除去するリンスで用いた純水による水分を完全に除去す
るのが困難なので、この残っている水分の影響を受け
て、良好なレジストパターンが得られない、という問題
がある。すなわち、現像処理は露光後のフォトレジスト
膜を所望の形状にパターニングするために行う処理であ
り、最終的に水分が残っていると、この残存水分とフォ
トレジスト膜とが反応して、フォトレジスト膜が変形し
易くなって、良好なレジストパターンが形成されなくな
る。特に、微細孔例えば０．２μｍ以下の孔を薄膜中に
形成するためのフォトリソグラフィ技術においては、微
細孔内に残った水分を除去することは極めて困難にな
る。変形したフォトレジスト膜により構成されたレジス
トパターンをマスクとして薄膜のパターニングを行う
と、パターニング不良が生ずるようになる。

【００１２】一般的に、薄膜に形成したコンタクト孔等
の孔内に残った水分を除去するためにアルコールを用い
る考えが、例えば特開平８−４５８９１号公報に記載さ
れている。このような考えを、現像液除去のためのリン
スに適用しようとした場合には、アルコールがフォトレ
ジスト膜に反応してしまうので、適用は不可能となる。
したがって、フォトレジスト膜に影響しないで、かつ最
終的に水分を残さないようなリンスが可能で、良好なレ
ジストパターンが得られる具体的手段が望まれている。

【００１３】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、露光後のフォトレジスト膜をパターニングする
フォトレジスト膜の現像方法において、水分を残すこと
なく現像後の現像液を除去して良好なレジストパターン
を得ることができるようにしたフォトレジスト膜の現像
方法を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、基板上にフォトレジストを
塗布してフォトレジスト膜を形成した後、該フォトレジ
スト膜を露光し、次に該フォトレジスト膜を現像処理し
て所望の形状にパターニングするフォトレジスト膜の現
像方法であって、前記現像処理における現像後の現像液
を除去するために行うリンスを、純水とアルコールとの
混合液を用いて行うことを特徴としている。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載のフ
ォトレジスト膜の現像方法に係り、前記混合液における
前記アルコールの割合が、１〜２０重量％であることを
特徴としている。

【００１６】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載のフォトレジスト膜の現像方法に係り、前記ア
ルコールとして、多価アルコールを用いることを特徴と
している。

【００１７】また、請求項４記載の発明は、請求項１又
は２記載のフォトレジスト膜の現像方法であって、前記
アルコールとして、一価アルコールを用いることを特徴
としている。

【００１８】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載のフォトレジスト膜の現像方法であって、前記一価ア
ルコールとして、イソプロピルアルコールを用いること
を特徴としている。

【００１９】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至５のいずれか１に記載のフォトレジスト膜の現像方法
であって、前記フォトレジストとして、ポジ型フォトレ
ジストを用いることを特徴としている。

【００２０】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至６のいずれか１に記載のフォトレジスト膜の現像方法
であって、前記現像処理における現像液として、アルカ
リ性現像液を用いることを特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は実施例を用いて
具体的に行う。 ◇第１実施例図１は、この発明の第１実施例であるフォトレジスト膜
の現像方法を工程順に示す工程図、図２〜図３は同フォ
トレジスト膜の現像方法の主要工程を具体的に示す図、
図４は同フォトレジスト膜の現像方法を適用したフォト
レジストパターンの形成方法を工程順に説明する工程図
である。以下、図１〜図３を参照して、同フォトレジス
ト膜の現像方法について工程順に説明する。まず、図１
の工程（ａ）に示すように、フォトレジスト膜として、
例えばアセタール基（Ｒ_１-Ｏ-Ｒ_２（Ｒ_１＝ＣＨ（ＣＨ
_３）、Ｒ_２＝Ｃ_２Ｈ_５））を保護基に持つＰＨＳをベー
ス樹脂とする化学増幅系ポジ型フォトレジストが塗布
され、露光されたフォトレジスト膜上にアルカリ性現像
液をスピン吐出する。図２は、このスピン吐出工程を具
体的に示す図である。図２に示すように、レジスト現像
装置内の現像槽３に設けられてモータ４により回転駆動
される支持板５上に、表面にフォトレジスト膜２が形成
されている半導体基板１を支持させて、第１のノズル６
からアルカリ性現像液をフォトレジスト膜１４上にスピ
ン吐出する。次に、工程（ｂ）に示すように、フォトレ
ジスト２上にパドル（液溜り）を形成して現像を行う。

【００２２】次に、工程（ｃ）に示すように、現像後の
現像液を除去するため、フォトレジスト膜をリンスす
る。図３は、このリンス工程を具体的に示す図である。
図３に示すように、このリンスは、第２のノズル８か
ら、純水１００重量部に対して、一価アルコールである
イソプロピルアルコール（Ｃ_３Ｈ_７ＯＨ）を１〜２０重
量部混合させた混合液９を半導体基板１にスピン吐出し
て、５〜２０秒間フォトレジスト膜２をリンスする。上
述の混合液において、イソプロピルアルコールはその混
合割合を高めるほど、純水を蒸発させる能力が向上す
る。一方、混合割合を高めるほどフォトレジスト膜に反
応して、フォトレジスト膜を劣化させるようになる。し
たがって、純水に対するイソプロピルアルコールの混合
割合を最適に選ぶことが必要になる。この点で、上述の
１〜２０重量％の混合割合は望ましい範囲である。ま
た、上述したイソプロピルアルコールは、化学工業分野
で洗浄液等として広く用いられており、容易に入手で
き、また汎用されていることにより価格的にも有利であ
る。

【００２３】次に、工程（ｄ）に示すように、半導体基
板１を１８００〜２２００ｒｐｍで、５〜１５秒間回転
乾燥して現像処理を終了させる。以上の現像処理によ
り、フォトレジスト膜２の可溶化領域はアルカリ性現像
液により除去されて、前述のマスクパターンに応じた所
望の形状のレジストパターンが形成される。上述の回転
乾燥時に、リンスで用いた上述の純水は、イソプロピル
アルコールが純水に溶け込むことにより容易に蒸発させ
られるようになる。したがって、現像後の現像液を除去
するリンスで用いた純水による水分を略完全に除去する
ことができるようになる。それゆえ、現像終了後に最終
的に水分は残らないので、従来のように、残存水分とフ
ォトレジスト膜とが反応して、フォトレジスト膜が変形
するようなことはない。したがって、良好なレジストパ
ターンが形成されるようになる。

【００２４】このように、この例の構成によれば、特
に、微細孔例えば０．２μｍ以下の孔を薄膜中に形成す
るためのフォトリソグラフィ技術においても、微細孔内
に残った水分を容易に除去することができるので、変形
しないレジストパターンが得られるため、このレジスト
パターンをマスクとして薄膜のパターニングを行って
も、パターニング不良は生じない。

【００２５】図４は、この例の構成の現像方法を適用し
たフォトレジストパターンの形成方法を工程順に説明す
る工程図である。まず、図４の工程（ａ）に示すよう
に、所望の薄膜が形成された半導体基板上に、スピナ塗
布法により、前述した構成の化学増幅系ポジ型フォトレ
ジストを塗布して、フォトレジスト膜を形成する。次
に、工程（ｂ）に示すように、上述のように塗布された
フォトレジスト膜を、９０〜１１０℃で、６０〜９０秒
間、大気中でプリベークして、フォトレジスト膜内の溶
剤を除去する。

【００２６】次に、工程（ｃ）に示すように、例えばＫ
ｒＦエキシマレーザ光源を用いて、フォトレジスト膜に
所望のパターンが描かれたマスクパターンを介して遠紫
外線を照射して露光する。

【００２７】次に、工程（ｄ）に示すように、フォトレ
ジスト膜のアセタール基の脱保護反応を促進するため、
フォトレジスト膜にＰＥＢ処理を施す。このＰＥＢ処理
は、レジスト現像装置内に設けられているホットプレー
上に半導体基板を移動して、９０〜１２０℃で、８０〜
１００秒間熱処理する。

【００２８】次に、工程（ｅ）に示すように、フォトレ
ジスト膜を現像処理する。この現像処理は、図１〜図３
に示したような具体的方法で行う。次に、以上の現像処
理により、フォトレジスト膜の可溶化領域はアルカリ性
現像液により除去されて、前述のマスクパターンに応じ
た所望の形状のレジストパターンが形成される。

【００２９】次に、工程（ｆ）に示すように、１１０〜
１２０℃で、１２０〜２４０秒間、レジストパターンを
構成しているフォトレジスト膜を、大気中でポストベー
クして現像処理による水分を除去する。続いて、上述の
レジストパターンをマスクとして半導体基板上の薄膜を
選択的にエッチングすることにより、薄膜をパターニン
グする。

【００３０】この例の構成によるフォトレジスト膜の現
像方法を、８インチ径のシリコン基板に適用することに
より、従来では略１００個発生していたレジストパター
ンの欠陥を、略１０個に抑制することができた。これに
伴って、製造歩留を１０％以上向上させることができる
ようになった。

【００３１】このように、この例の構成によれば、化学
増幅系ポジ型フォトレジストからなるフォトレジスト膜
を露光した後、現像処理し、現像後の現像液を除去する
ために、純水に対して１〜２０重量％のイソプロピルア
ルコールを混合した混合液を用いてリンスを行うように
したので、純水による水分を略完全に除去することがで
きるようになる。したがって、露光後のフォトレジスト
膜をパターニングするフォトレジスト膜の現像方法にお
いて、水分を残すことなく現像後の現像液を除去して良
好なレジストパターンを得ることができる。

【００３２】◇第２実施例この発明の第２実施例であるフォトレジスト膜の現像方
法の構成が、上述した第１実施例の構成と大きく異なる
ところは、フォトレジスト膜として非化学増幅系フォト
レジストを用いるようにした点である。すなわち、この
例の構成では、フォトレジスト膜として、ナフトキノン
ジアジドを感光基に持つノボラック樹脂をベース樹脂と
するノボラック系ポジ型フォトレジスト膜を用いて、現
像処理を施してレジストパターンを形成する。

【００３３】そして、この例の構成では、現像処理を、
第１実施例における図１の工程（ａ）〜（ｄ）と略同様
な条件で行う。したがって、この例における現像処理の
説明は省略する。この例の構成によるフォトレジスト膜
の現像方法によっても、８インチ径のシリコン基板に適
用することにより、第１実施例と略同様な効果を得るこ
とができる。

【００３４】このように、この例の構成によっても、第
１実施例において述べたのと略同様な効果を得ることが
できる。

【００３５】◇第３実施例この発明の第３実施例であるフォトレジスト膜の現像方
法の構成が、上述した第１実施例の構成と大きく異なる
ところは、現像後の現像液を除去するために行うリンス
の混合液として異なる種類のものを用いるようにした点
である。すなわち、この例の構成では、フォトレジスト
膜としては化学増幅系ポジ型フォトレジストを用いたま
まで、混合液として、純水１００重量部に対して、二価
アルコールであるエチレングリコール（Ｃ_２Ｈ_４（Ｏ
Ｈ）_２）を１〜３０重量部混合させたものを用いてリ
ンスを行うようにする。

【００３６】このように、この例の構成によっても、第
１実施例において述べたのと略同様な効果を得ることが
できる。

【００３７】◇第４実施例この発明の第４実施例であるフォトレジスト膜の現像方
法の構成が、上述した第２実施例の構成と大きく異なる
ところは、現像後の現像液を除去するために行うリンス
の混合液として異なる種類のものを用いるようにした点
である。すなわち、この例の構成では、フォトレジスト
膜としてはノボラック系ポジ型フォトレジスト膜を用い
たままで、混合液として、純水１００重量部に対して、
二価アルコールであるエチレングリコール（Ｃ_２Ｈ
_４（ＯＨ）_２）を１〜３０重量部混合させたものを用
いてリンスを行うようにする。

【００３８】このように、この例の構成によっても、第
２実施例において述べたのと略同様な効果を得ることが
できる。

【００３９】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、一価アル
コールとしては、イソプロピルアルコールに限らずに、
エチルアルコール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）、ｔ−ブチルアルコ
ール（Ｃ_４Ｈ_９ＯＨ）、アリルアルコール（Ｃ_３Ｈ_５Ｏ
Ｈ）等の他のアルコールを用いることができる。また、
多価アルコールとしてはエチレングリコール等を用いる
ことができる。

【００４０】また、フォトレジスト膜としては、特定の
化学増幅系フォトレジスト膜又は非化学増幅系フォトレ
ジスト膜に限ることはない。例えば、最近注目を浴びつ
つある化学増幅系フォトレジスト膜では、実施例中で示
したＰＨＳ樹脂に限らずに、ターシャリブトキシカルボ
ニル基（ｔ−ＢＯＣ基）を保護基に持つＰＨＳ樹脂、又
はターシャリブチル基を保護基に持つターシャリブチル
アクリレートとＰＨＳ樹脂とポリスチレンとの共重合樹
脂（いわゆるアニーリング型レジスト）等を用いること
ができる。

【００４１】また、フォトレジストパターンの形成方法
に適用されるフォトレジスト膜の現像方法は、半導体基
板を対象とする例に限らずに、フォトマスク基板等の他
の基板を対象とする場合にも適用することができる。ま
た、化学増幅系フォトレジストの露光光源にエキシマレ
ーザを用いる場合には、ＫｒＦをレーザ媒質とするもの
に限らずに、ＡｒＦ（フッ化アルゴン：波長が略１９３
ｎｍ）等の他のレーザ媒質を用いることもできる。ま
た、プリベーク、ＰＥＢ処理、ポストベーク等における
温度、時間等の条件は一例を示したものであり、用途、
目的等によって変更することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のフォト
レジスト膜の現像方法によれば、基板上に塗布されたフ
ォトレジスト膜を露光した後、現像処理し、現像後の現
像液を除去するために、純水とアルコールとの混合液を
用いてリンスを行うようにしたので、純水による水分を
略完全に除去することができるようになる。したがっ
て、露光後のフォトレジスト膜をパターニングするフォ
トレジスト膜の現像方法において、水分を残すことなく
現像後の現像液を除去して良好なレジストパターンを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例であるフォトレジスト膜
の現像方法を工程順に示す工程図である。

【図２】同フォトレジスト膜の現像方法の主要工程を具
体的に示す図である。

【図３】同フォトレジスト膜の現像方法の主要工程を具
体的に示す図である。

【図４】同フォトレジスト膜の現像方法を適用したフォ
トレジストパターンの形成方法を工程順に示す工程図で
ある。

【図５】従来のフォトレジスト膜の現像方法を工程順に
示す工程図である。

【図６】同フォトレジスト膜の現像方法を適用したフォ
トレジストパターンの形成方法を工程順に示す工程図で
ある。

【符号の説明】

１半導体基板２フォトレジスト膜３現像槽６第１のノズル（現像液吐出用）７現像液８第２のノズル（リンス混合液吐出用）９リンス混合液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にフォトレジストを塗布してフォ
トレジスト膜を形成した後、該フォトレジスト膜を露光
し、次に該フォトレジスト膜を現像処理して所望の形状
にパターニングするフォトレジスト膜の現像方法であっ
て、前記現像処理における現像後の現像液を除去するために
行うリンスを、純水とアルコールとの混合液を用いて行
うことを特徴とするフォトレジスト膜の現像方法。
【請求項２】前記混合液における前記アルコールの割
合が、１〜２０重量％であることを特徴とする請求項１
記載のフォトレジスト膜の現像方法。
【請求項３】前記アルコールとして、多価アルコール
を用いることを特徴とする請求項１又は２記載のフォト
レジスト膜の現像方法。
【請求項４】前記アルコールとして、一価アルコール
を用いることを特徴とする請求項１又は２記載のフォト
レジスト膜の現像方法。
【請求項５】前記一価アルコールとして、イソプロピ
ルアルコールを用いることを特徴とする請求項４記載の
フォトレジスト膜の現像方法。
【請求項６】前記フォトレジストとして、ポジ型フォ
トレジストを用いることを特徴とする請求項１乃至５の
いずれか１に記載のフォトレジスト膜の現像方法。
【請求項７】前記現像処理における現像液として、ア
ルカリ性現像液を用いることを特徴とする請求項１乃至
６のいずれか１に記載のフォトレジスト膜の現像方法。