JP2001255670A

JP2001255670A - 微細レジストパターン形成方法および装置

Info

Publication number: JP2001255670A
Application number: JP2000066889A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Kumada; 輝彦熊田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】レジストパターンの倒壊や変形を起こすこと
なく高アスペクト比の微細レジストパターンを形成で
き、またレジスト残渣を除去できる微細レジストパター
ン形成方法および装置を得る。【解決手段】基板上に所望レジストパターンよりも所
定寸法だけ大きなレジストパターンを形成し、レジスト
パターンが所定寸法だけ小さくなるようにオゾンガス雰
囲気に曝して侵食させ、もって所望の微細なレジストパ
ターンを得る。また、オゾンガス雰囲気に曝す工程が、
レジストパターンに関連して残っているレジスト残渣が
除去されるようにする工程を含み、もってレジスト残渣
を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造プ
ロセスにおいてより小さな線幅のレジストパターンを形
成するための微細レジストパターン形成方法、レジスト
パターン形成時に発生したレジスト残渣を除去する工程
を有する微細レジストパターン形成方法および微細レジ
ストパターン形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化が求められて
いる中、微細加工技術の開発が進められている。微細加
工に必要な微細なレジストパターン形成の実現のために
は、深紫外光、Ｘ線あるいは電子線などによる露光方法
が提案されている。これらの露光方法を用いることによ
り、０．２から０．１ミクロン以下のレジストパターン
形成を目指している。形成しようとするレジストパター
ンが微細になるに従い、パターンのアスペクト比（パタ
ーンの線幅に対するパターンの高さ）が高くなってお
り、レジストパターンがリンス液の表面張力の不均衡の
ために倒壊してしまうことが問題となっている。図８に
は、従来のレジストパターン形成方法により形成された
レジストパターンを模式的な断面図で示してある。シリ
コンウエハ等の基板１上には微細なレジストパターン２
が並べて形成されているが、そのうちの両端のレジスト
パターン３は倒れて隣りのレジストパターン２に寄りか
かってしまっている。このような倒壊は、レジストパタ
ーンのエッチング（現像）が終わった後に行うエッチン
グ液をリンス液により洗い流すためのリンス工程中に、
各レジストパターン間に於けるリンス液の表面張力の大
きさの差による力が加わって起こるものである。

【０００３】このような倒壊を解決する方法として、リ
ンス液の表面張力を小さくするためターシャルブチルア
ルコールと水の混合液でリンスを行う方法が「半導体集
積回路用レジスト材料ハンドブック」（１９９７年リア
ライズ社刊）２１７から２２０頁に記載されているが、
この方法では有機溶媒を使用することによる廃液処理が
新たな問題となる。

【０００４】また、レジストパターンを形成する際に
は、レジストは完全には除去することができず、不都合
あるいは不必要な部分にレジストが残渣として残ってし
い、一般的には、このようなレジスト残渣はシリコンウ
エハ上に数個から数十個のレベルで残存する。この残渣
部分はその後のエッチング工程においてエッチングされ
ないために、デバイスの欠陥となり製造の歩留まりを下
げるという問題がある。また、形成しようとするレジス
トパターンが微細になるほどパターン間に取り残された
レジスト残渣が製造されるデバイスの特性に重大な影響
を及ぼすため、これを完全に取り除くことが好ましい
が、これに対する有効な手段は今までに存在していな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの問題
を解決するためになされたもので、高いアスペクト比を
有するレジストパターンを倒さずに形成する方法および
レジストパターン間に取り残されたレジスト残渣を除去
する方法に関するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に所望寸法の所望レジストパターンよりも所定寸法だけ
大きなレジストパターンを形成し、上記レジストパター
ンが所定寸法だけ小さくなるように、上記レジストパタ
ーンをオゾンガス雰囲気に曝し、もって上記所望レジス
トパターンを得ることを特徴とする微細レジストパター
ン形成方法が得られる。

【０００７】また、上記レジストパターンをオゾンガス
雰囲気に曝す工程が、上記レジストパターンに関連して
残っていることのあるレジスト残渣が除去されるように
する工程を含み、もって上記レジスト残渣を除去するこ
ともできる。

【０００８】また、基板上にレジストパターンを形成
し、上記レジストパターンに関連して残っていることの
あるレジスト残渣が除去されるように、上記レジストパ
ターンをオゾンガス雰囲気に曝し、もって上記レジスト
残渣を除去することもできる。

【０００９】また、上記オゾンガス雰囲気を酸素を含有
するガス中で深紫外光を用いて作成することもできる。

【００１０】また、上記オゾンガス雰囲気を酸素を含有
するガスに放電させて作成することもできる。

【００１１】また、上記レジストパターンを上記オゾン
ガス雰囲気に曝す工程中に電場あるいは磁場をかけるこ
ともできる。

【００１２】また、上記レジストパターンをオゾンガス
雰囲気に曝す工程においてオゾンガスを上記レジストパ
ターンに吹き付けることもできる。

【００１３】更に、この発明によれば、レジストパター
ンが形成された基板を支持する支持装置と、上記レジス
トパターンをオゾンガス雰囲気に曝すようにオゾンガス
雰囲気を供給するオゾンガス雰囲気供給装置とを備えた
ことを特徴とする微細レジストパターン形成装置が得ら
れる。

【００１４】また、上記オゾンガス雰囲気供給装置が、
酸素を含有するガス中で深紫外光あるいは放電により上
記オゾンガス雰囲気を作成する装置を備えたものとする
ことができる。

【００１５】また、上記支持装置上に支持されたレジス
トパターンを上記オゾンガス雰囲気に曝しながら、上記
レジストパターンに電場あるいは磁場をかける電場ある
いは磁場発生装置を備えたものとすることができる。

【００１６】また、上記支持装置上に支持されたレジス
トパターンに上記オゾンガス雰囲気を吹き付ける吹き付
け装置を備えたものとすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１および図２は
この発明のレジストパターン形成方法を示す模式的断面
図である。図１に於いて、シリコンウエハ等の基板５上
には多数のレジストパターン６が形成されている。この
ときの形成方法は公知のもので良く、例えば、基板５上
に形成したレジスト膜（図示してない）に紫外線、電子
線あるいはＸ線を用いてパターンを露光し、露光したレ
ジスト膜をエッチング液により選択的にエッチング除去
して、エッチング除去の終わったパターンをリンス液で
洗ってエッチング液を除去するパターンを形成する方法
でよい。

【００１８】このとき形成するレジストパターン６の寸
法、特に幅寸法８は最終的に必要な所望寸法９よりも所
定寸法（後に説明する侵食により減少する寸法）だけ大
きくしておく。また、幅寸法８はその後のリンス液によ
る洗浄作業時にリンス液の表面張力による力により倒壊
しないような寸法とする。図１にはこの所望寸法による
パターン形状７を一点鎖線で示し、所定寸法は所望寸法
を９とレジストパターン６の幅寸法８との差である。こ
のため、レジストパターン６のアスペクト比は比較的小
さく、レジストパターン６をリンス液で洗浄しても倒壊
も変形も殆ど起こらない。

【００１９】次にこのレジストパターン６をオゾン１０
を含んだ雰囲気中に曝す。レジストパターン６はオゾン
１０により侵食されて次第に寸法が小さくなり、やがて
所望の線幅９を持つ所望形状７の所望レジストパターン
１２が完成する。このときにも、レジストパターン６が
曝されるのが気体であるので、液体の表面張力が作用せ
ずに所望レジストパターン１２の倒壊や変形を全く起こ
さずに、アスペクト比が大きく微細な所望レジストパタ
ーン１２を形成することができる。なお、露光レジスト
膜を選択的にエッチング除去した後に、レジストパター
ン６間に残ってしまうことのあるレジスト残渣１３も、
このオゾン１０による所望形状７への成形工程中に同時
に侵食されて除去される。

【００２０】本発明を評価するために以下の実験を行っ
た。このことを図１および２に対応させて説明する。実
験には市販のレジストＴＤＵＲ−Ｎ９０８（東京応化工
業社製）を用いて行った。シリコン基板５上にレジスト
を膜厚が７００ｎｍになるように塗布した。このレジス
トに２７０ｍＪ／ｃｍ２のＸ線を照射した後、１３０度
９０秒間加熱を行い、さらにアルカリ現像液ＮＭＤ−３
（東京応化工業社製）で６０秒間現像を行った。このと
きピッチ２００ｎｍのラインパターンに対してレジスト
のライン（レジストパターン６）の幅８は１２０ｎｍで
あった。得られたレジストパターン６に１７２ｎｍのエ
キシマランプを空気中で点灯させて発生させたオゾンガ
ス雰囲気中に２分間曝した。これにより得られた所望レ
ジストパターン１２の線幅９は１００ｎｍになり、レジ
ストパターン１２の倒れや変形などは発生していなかっ
た。

【００２１】次に本発明の比較評価のため従来の方法で
レジストパターン形成を行った例を以下に示す。シリコ
ン基板上のレジストを上記と同じ方法でパターン形成を
行ったが、Ｘ線の照射量を２５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
レジストパターン２の線幅は最終的に所望される１００
ｎｍであったが、レジストパターンの一部が図８のレジ
ストパターン３に示されるように倒壊もしくは変形して
しまい、良好なレジストパターン形成ができなかった。

【００２２】以上のように本発明の方法でレジストパタ
ーンを形成することにより、従来の方法ではパターン倒
れもしくは変形するために形成できなかった微細なレジ
ストパターンの形成が可能となることがわかる。

【００２３】実施の形態２．また、図１に示すような不
都合あるいは不必要な部分に残ってしまったレジスト残
渣を取り除くために、レジストパターン６をオゾン１０
を含んだ雰囲気に曝すことができる。即ち、シリコンウ
エハ等の基板５上に公知の方法により形成されたレジス
トパターン６の寸法（特に幅）８は、必須ではないが、
最終的に必要な所望寸法９よりも僅かに大きくなるよう
に所定寸法（後に説明するレジスト残渣の除去のために
必要なオゾン１０により侵食される寸法に相当する寸
法）だけ大きくしておくと望ましい。

【００２４】次にこのレジストパターン６をオゾン１０
を含んだ雰囲気中に曝す。レジストパターン６はオゾン
１０により侵食されて次第に寸法が小さくなるが、同時
に図１でレジストパターン６間で基板５上に残されてい
るレジスト残渣１３が侵食されてやがて完全に除去され
る。このときにも、レジストパターン６が曝されるのが
気体であるので、液体の表面張力が作用せずにレジスト
パターン６がアスペクト比の大きなものであっても倒壊
や変形を全く起こさない。

【００２５】この発明の方法により、シリコンウェハ
（基板５）上に市販のレジストＵＶＩＩ−ＨＳ（シップ
レイ社製）を膜厚５００ｎｍになるように塗布した。こ
れにＸ線を３００ｍＪ／ｃｍ２照射し、１４０度で９０
秒間加熱後、アルカリ現像液ＭＦＣＤ２６（シップレイ
社製）で６０秒間現像を行った。これにより１５０ｎｍ
のラインパターン（レジストパターン６）を形成した。
パターンは８インチのウェハ上全面に対して行った。こ
のようにして形成した５枚のウェハに対してレジストパ
ターン６間に存在するレジスト残渣１３の数を調べたと
ころ、平均８１個の残渣が存在した。

【００２６】これらのウェハ（基板５）に１７２ｎｍの
エキシマランプを空気中で点灯させて発生させたオゾン
ガス雰囲気中に１分間曝し、再度ウェハ上のレジスト残
渣の数を調べたところ５枚の平均値は９個となった。以
上のように本発明の方法によれば、パターン形成時の残
渣を低減できてデバイスの欠陥を少なくすることができ
るので、製造の歩留まりを顕著に向上させ得る。

【００２７】図３には本発明の微細レジストパターン形
成方法を実施するための微細レジストパターン形成装置
を概略的に示す。微細レジストパターン形成装置は、容
器１５と、図１に示すようなレジストパターン６が形成
された基板５を容器１５内に支持する支持装置１６と、
レジストパターン６をオゾンガス雰囲気１０に曝すよう
に容器１５に接続されて容器１５内にオゾンガス雰囲気
１０を供給するオゾンガス雰囲気供給装置１７とを備え
ている。オゾンガス雰囲気供給装置１７は、酸素を含有
するガス中で深紫外光あるいは放電により上記オゾンガ
ス雰囲気を作成する装置を備えたものでよい。

【００２８】図４に示す微細レジストパターン形成装置
は、容器１５内に設けられて、レジストパターン６をオ
ゾンガス雰囲気１０に曝しながら、レジストパターン６
に電界を掛ける一対の電極１８、１９と、電極間に電圧
を印加する電源２０とである電界発生装置を備えてい
る。この例では、容器１５内の基板５を支持する支持装
置が一対の電極１８、１９のうちの一方１８である。

【００２９】図５に示す微細レジストパターン形成装置
は、容器１５内に設けられて、レジストパターン６をオ
ゾンガス雰囲気１０に曝しながら、レジストパターン６
に磁界を掛ける一対の磁石２１、２１である磁界発生装
置を備えている。この例では、容器１５内の基板５を支
持する支持装置が一対の磁石２１、２２のうちの一方２
１である。

【００３０】図６に示す例に於いては、磁界発生装置が
支持装置１６上に支持された基板５を囲む円形コイル２
３である。

【００３１】図７に示す微細レジストパターン形成装置
に於いては、容器１５内で支持装置１６上に支持された
基板５のレジストパターン６にオゾンガス雰囲気供給装
置１７から供給されたオゾンガス雰囲気を吹き付ける吹
き付け装置２４を備えている。図示の吹き付け装置２４
はオゾンガス雰囲気供給装置１７に連通して基板５の上
方から基板５に向けられたノズルである。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の微細レジストパ
ターン形成方法は、基板上に所望寸法の所望レジストパ
ターンよりも所定寸法だけ大きなレジストパターンを形
成し、上記レジストパターンが上記所定寸法だけ小さく
なるように、上記レジストパターンをオゾンガス雰囲気
に曝し、もって上記所望レジストパターンを得ることを
特徴とする微細レジストパターン形成方法であるので、
レジストパターンをオゾンガス雰囲気に曝すことでパタ
ーンの寸法を小さくすることにより、レジストパターン
の倒壊や変形を起こすことなく高いアスペクト比を有す
る微細なレジストパターンを形成することができる。

【００３３】また、上記レジストパターンをオゾンガス
雰囲気に曝す工程が、上記レジストパターンに関連して
残っていることのあるレジスト残渣が除去されるように
する工程を含み、もって上記レジスト残渣を除去するの
で、レジストパターン間に取り残されたレジスト残渣を
オゾンガス雰囲気に曝すことにより除去することが可能
になる。

【００３４】更に、基板上にレジストパターンを形成
し、上記レジストパターンに関連して残っていることの
あるレジスト残渣が除去されるように、上記レジストパ
ターンをオゾンガス雰囲気に曝し、もって上記レジスト
残渣を除去するので、レジストパターン間に取り残され
たレジスト残渣をオゾンガス雰囲気に曝すことにより除
去することが可能になる。

【００３５】また、上記オゾンガス雰囲気を酸素を含有
するガス中で深紫外光あるいは放電を用いて作成するこ
とができ、オゾンガス雰囲気に曝す工程中に電場あるい
は磁場をかけることができ、あるいはレジストパターン
をオゾンガス雰囲気に曝す工程においてオゾンガスをレ
ジストパターンに吹き付けることができるので、微細レ
ジストパターンを効率よく行うことができる。

【００３６】更に、この発明の微細レジストパターン形
成装置によれば、レジストパターンが形成された基板を
支持する支持装置と、レジストパターンをオゾンガス雰
囲気に曝すようにオゾンガス雰囲気を供給するオゾンガ
ス雰囲気供給装置とを備えているので、微細レジストパ
ターン形成方法を効率よく実行することができる。

【００３７】上記オゾンガス雰囲気供給装置が、酸素を
含有するガス中で深紫外光あるいは放電により上記オゾ
ンガス雰囲気を作成する装置を備えているので、オゾン
ガス雰囲気を効率よく発生させて微細レジストパターン
形成方法を効率よく実行することができる。

【００３８】上記支持装置上に支持されたレジストパタ
ーンを上記オゾンガス雰囲気に曝しながら、上記レジス
トパターンに電界あるいは磁界をかける電界発生装置あ
るいは磁界発生装置を備えているので、微細レジストパ
ターン形成方法を効率よく実行することができる。

【００３９】上記支持装置上に支持されたレジストパタ
ーンに上記オゾンガス雰囲気を吹き付ける吹き付け装置
を備えているので、微細レジストパターン形成方法を効
率よく実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の微細レジストパターン形成方法を示
す模式的断面図である。

【図２】この発明の微細レジストパターン形成方法によ
り形成された微細レジストパターンを示す模式的断面図
である。

【図３】この発明の微細レジストパターン形成装置の一
例を示す模式的断面図である。

【図４】この発明の微細レジストパターン形成装置の別
の例を示す模式的断面図である。

【図５】この発明の微細レジストパターン形成装置の別
の例を示す模式的断面図である。

【図６】この発明の微細レジストパターン形成装置の別
の例を示す模式的断面図である。

【図７】この発明の微細レジストパターン形成装置の更
に別の例を示す模式的断面図である。

【図８】従来の微細レジストパターン形成方法によるレ
ジストパターンの倒壊を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１、５基板、２、６レジストパターン、３倒壊し
たレジストパターン、７所望形状、８幅寸法、９
所望寸法、１０オゾンガス雰囲気、１２所望レジス
トパターン、１３レジスト残渣、１５容器、１６
支持装置、１７オゾンガス雰囲気供給装置、１８、１９
電極、２０電源、２１、２２磁石、２３コイ
ル、２４ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に所望寸法の所望レジストパター
ンよりも所定寸法だけ大きなレジストパターンを形成
し、上記レジストパターンが上記所定寸法だけ小さくなるよ
うに、上記レジストパターンをオゾンガス雰囲気に曝
し、もって上記所望レジストパターンを得ることを特徴とす
る微細レジストパターン形成方法。
【請求項２】上記レジストパターンをオゾンガス雰囲
気に曝す工程が、上記レジストパターンに関連して残っ
ていることのあるレジスト残渣が除去されるようにする
工程を含み、もって上記レジスト残渣を除去することを
特徴とする請求項１記載の微細レジストパターン形成方
法。
【請求項３】基板上にレジストパターンを形成し、上記レジストパターンに関連して残っていることのある
レジスト残渣が除去されるように、上記レジストパター
ンをオゾンガス雰囲気に曝し、もって上記レジスト残渣
を除去することを特徴とする微細レジストパターン形成
方法。
【請求項４】上記オゾンガス雰囲気を酸素を含有する
ガス中で深紫外光を用いて作成することを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか記載の微細レジストパターン形
成方法。
【請求項５】上記オゾンガス雰囲気を酸素を含有する
ガスに放電させて作成することを特徴とする請求項１乃
至３のいずれか記載の微細レジストパターン形成方法。
【請求項６】上記レジストパターンを上記オゾンガス
雰囲気に曝す工程中に電場あるいは磁場をかけることを
特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の微細レジス
トパターン形成方法。
【請求項７】上記レジストパターンをオゾンガス雰囲
気に曝す工程においてオゾンガスを上記レジストパター
ンに吹き付けることを特徴とする請求項１乃至６のいず
れか記載の微細レジストパターン形成方法。
【請求項８】レジストパターンが形成された基板を支
持する支持装置と、上記レジストパターンをオゾンガス
雰囲気に曝すようにオゾンガス雰囲気を供給するオゾン
ガス雰囲気供給装置とを備えたことを特徴とする微細レ
ジストパターン形成装置。
【請求項９】上記オゾンガス雰囲気供給装置が、酸素
を含有するガス中で深紫外光あるいは放電により上記オ
ゾンガス雰囲気を作成する装置を備えたことを特徴とす
る請求項８記載の微細レジストパターン形成装置。
【請求項１０】上記支持装置上に支持されたレジスト
パターンを上記オゾンガス雰囲気に曝しながら、上記レ
ジストパターンに電場あるいは磁場をかける電場あるい
は磁場発生装置を備えたことを特徴とする請求項８ある
いは９記載の微細レジストパターン形成装置。
【請求項１１】上記支持装置上に支持されたレジスト
パターンに上記オゾンガス雰囲気を吹き付ける吹き付け
装置を備えたことを特徴とする請求項８乃至１０のいず
れか記載の微細レジストパターン形成装置。