JP2002270487A - レジストパターン形成方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異物の残留が少ないレジストパターンの形成
方法、およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供
する。 【解決手段】 半導体基板１１の一主面１１ａ上にレジ
スト膜１２を形成する第１の工程と、レジスト膜１２に
対してマスク１３を介して光照射または電子線照射を行
う第２の工程と、レジスト膜１２を第１の液体１４に接
触させて現像する第３の工程と、一主面１１ａ上の第１
の液体１４を除去する第４の工程と、一主面１１ａを第
２の液体１６に接触させる第５の工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レジストパターン
形成方法、および半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造方法では、エッチング
や不純物注入を行う際のマスクとしてレジストパターン
が用いられる。このようなレジストパターンの形成方法
について、従来の形成方法の一例を以下に説明する。

【０００３】まず、半導体基板上にレジストを塗布して
レジスト膜を形成する。次に、加熱処理（プリベーク）
を行ったのち、所定のマスクを介して光照射または電子
線照射を行って露光する。次に、加熱処理（ポストベー
ク）を行う。最後に、レジストを現像液に浸漬して現像
を行い、レジストパターンを形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レジストパターン形成方法では、レジストパターンの形
成後に異物が残留するという問題があった。

【０００５】レジストパターンのパターン間に異物が存
在すると、たとえば、ドライエッチング工程を行う際
に、異物がマスクとなってエッチングされるべき領域に
残渣が形成される。また、注入工程においては、異物が
マスクとなって注入ムラを生じたりする。このため、こ
のような異物の存在は、半導体装置の特性劣化や歩留ま
り低下の原因となり、特に、集積度が高い半導体装置で
はその影響が大きくなる。

【０００６】上記問題を解決するため、本発明は、異物
の残留が少ないレジストパターンの形成方法、およびそ
れを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明のレジストパターン形成方法は、半導体基板
の一主面上にレジスト膜を形成する第１の工程と、前記
レジスト膜に対してマスクを介して光照射または電子線
照射を行う第２の工程と、前記レジスト膜を第１の液体
に接触させて現像する第３の工程と、前記一主面上の前
記第１の液体を除去する第４の工程と、前記一主面を第
２の液体に接触させる第５の工程とを含む。上記形成方
法によれば、半導体基板上に現像工程で生じる異物を除
去することができるため、異物の残留が少ないレジスト
パターンを形成できる。

【０００８】上記形成方法では、前記第１の液体が、テ
トラメチルアンモニウムヒドロキシドを含む水溶液であ
ってもよい。

【０００９】上記形成方法では、前記第２の液体が水を
含んでもよい。上記構成によれば、主成分が塩からなる
異物を容易に除去できる。

【００１０】上記形成方法では、前記第２の液体が純水
であってもよい。上記構成によれば、レジストパターン
を変形させることなく異物を除去できる。

【００１１】上記形成方法では、前記第４の工程が、前
記半導体基板を回転させて前記第１の液体を除去する工
程を含んでもよい。上記構成によれば、生産性よく容易
に第１の液体を除去できる。

【００１２】上記形成方法では、前記第４の工程が、前
記半導体基板を加熱して前記第１の液体を除去する工程
を含んでもよい。上記構成によれば、第１の液体の除去
を促進できるため、異物の残留が特に少ないレジストパ
ターンを形成できる。

【００１３】上記形成方法では、前記レジスト膜が硫黄
を含んでもよい。レジスト膜が硫黄を含む場合には異物
の発生が特に多くなるが、この場合であっても本発明の
形成方法によれば、異物の残留が少ないレジストパター
ンを形成できる。

【００１４】上記形成方法では、前記レジスト膜が化学
増幅型レジストであってもよい。

【００１５】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
上記本発明のレジストパターン形成方法を含む。上記半
導体装置の製造方法は、本発明のレジストパターン形成
方法を用いてレジストパターンを形成するため、集積度
が高い半導体装置であっても信頼性よく製造できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、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。

【００１７】（実施形態１）実施形態１では、本発明の
レジストパターン形成方法について説明する。実施形態
１の形成方法について、工程図を図１に示す。

【００１８】実施形態１のレジストパターン形成方法で
は、まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１１の
一主面１１ａ上にレジスト膜１２を形成する（第１の工
程）。半導体基板１１は、半導体装置に一般に用いられ
る基板である。なお、半導体基板１１は、半導体基板上
に半導体層や絶縁層が形成された基板を含む。レジスト
膜１２は、半導体装置の製造に一般的に用いられるレジ
ストを用いることができ、たとえば、化学増幅型のレジ
ストや、ｉ線レジストを用いることができる。具体的に
は、化学増幅型レジストとして、ＰＥＫ−１１２（住友
化学製）やＳＥＰＲ−４６５（信越化学製）を用いるこ
とができ、ｉ線レジストとして、ＰＦＩ−３８Ａ９やＰ
ＦＩ−２３５Ａ４（ともに住友化学製）を用いることが
できる。実施形態１の形成方法では、特に、硫黄を含む
レジスト膜に対して効果が大きい。レジスト膜１２は、
たとえば、スピンコート法によって形成できる。なお、
レジスト膜１２を形成したのち、レジスト膜１２を加熱
処理（プリベーク）してもよい。また、レジスト膜１２
上に、露光を容易にするためのオーバーコート層を形成
してもよい。オーバーコート層には、たとえば、ＡＱＵ
ＡＴＡＲ４５（クラリアント製）を用いることができ
る。

【００１９】次に、図１（ｂ）に示すように、レジスト
膜１２に対して、マスク１３を介して光照射または電子
線照射を行う（第２の工程）。照射される光または電子
線は、レジスト膜１２の種類に応じて選択する。このよ
うにして露光を行う。

【００２０】次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト
膜１２を第１の液体１４に接触させて現像する（第３の
工程）。第１の液体１４は現像液であり、たとえば、テ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド（以下、ＴＭＡＨ
という場合がある）を含む水溶液を用いることができ
る。第３の工程では、レジスト膜１２の種類に応じて、
露光された部分または露光されなかった部分のいずれか
が現像によって除去され、レジストパターン１２ａ（図
１（ｄ）参照）が形成される。

【００２１】次に、図１（ｄ）に示すように、半導体基
板１１の一主面１１ａ上の第１の液体１４を除去する
（第４の工程）。このとき、レジスト膜１２上の第１の
液体１４も除去する。除去の方法としては、半導体基板
１１を機械的に移動させて除去する方法や半導体基板１
１を加熱する方法を、単独または組み合わせて用いるこ
とができる。こうして、レジストパターン１２ａが形成
される。図１（ｃ）〜図１（ｄ）の工程によって、一主
面１１ａ上には、異物１５が残留する。

【００２２】次に、図１（ｅ）に示すように、半導体基
板１１の一主面１１ａおよびレジストパターン１２ａを
第２の液体１６に接触させる（第５の工程）。この工程
によって、一主面１１ａ上に残留している異物１５を除
去できる。第２の液体１６は水を含み、たとえば、純水
や水溶液を用いることができる。一主面１１ａを第２の
液体１６に接触させる時間は、たとえば、１０秒〜２０
秒である。第２の液体１６の温度は、特に限定はない
が、２２℃〜２５℃の範囲内であることが好ましい。

【００２３】最後に、図１（ｆ）に示すように、第２の
液体１６を除去して、異物１５の残留が少ないレジスト
パターン１２ｂを形成できる。

【００２４】上記工程によって異物１５を除去できる理
由は、現在のところ明確ではない。ただし現時点で推測
される理由を以下に説明する。発明者らが、異物１５の
組成を調べたところ、その主成分は（ＣＨ₃）₃ＮＳＯ₃
であった。この異物１５は、現像液中のテトラメチルア
ンモニウムヒドロキシドと、レジスト膜に含まれる硫黄
成分または大気雰囲気中のＳＯ_Xとが反応することによ
って生成した塩であると考えられる。このため、スルホ
ニウム化合物などの硫黄成分を酸発生剤中に含む化学増
幅型レジストをレジスト膜に用いた場合には、異物１５
の発生が多くなる。上記異物１５は、水溶性の塩が主成
分であるため、水を含む第２の液体１６（たとえば、純
水）によって除去されると考えられる。このとき、本発
明の方法では、第４の工程において第１の液体１４を一
旦除去してから、第２の液体１６で一主面１１ａを洗浄
するため、第２の液体１６が異物１５に接触しやすくな
り、異物１５を特に除去しやすくなると考えられる。

【００２５】以上のように、本発明のレジストパターン
の形成方法によれば、異物の残留が少ないレジストパタ
ーンを製造できる。

【００２６】（実施形態２）実施形態２では、本発明の
半導体装置の製造方法について説明する。実施形態２の
半導体装置の製造方法は、実施形態１の方法でレジスト
パターンを形成する工程を含む。レジストパターンは、
エッチングや不純物の注入のためのマスクとして形成さ
れる。実施形態２の半導体装置の製造方法は、その製造
にレジストパターンの形成を必要とするさまざまな半導
体装置の製造に適用できる。具体的には、たとえば、ト
ランジスタや半導体メモリなどの製造に適用できる。レ
ジストパターンの形成方法以外の工程は、一般の半導体
装置の製造に用いられている方法を適用できる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。

【００２８】（実施例１）実施例１では、実施形態１の
レジストパターン形成方法について一例を説明する。

【００２９】実施例１では、まず、図２（ａ）に示すよ
うに、半導体基板２１の一主面２１ａ上にレジスト膜２
２（厚さ：０．５７μｍ）を形成した。半導体基板２１
は、半導体基板２１ｂと被エッチング膜２１ｃとを含
む。レジスト膜２２は、住友化学製のレジストＰＥＫ−
１１２を回転塗布することによって形成した。

【００３０】次に、図２（ｂ）に示すように、ホットプ
レート２３を用いて９０℃で９０秒間、レジスト膜２２
の加熱処理を行った。

【００３１】次に、図２（ｃ）に示すように、所定のパ
ターンが形成されたマスク２４を介して、レジスト膜２
２に光照射を行った。このとき、露光装置には、ニコン
製ＫｒＦエキシマレーザーステッパを用いた。

【００３２】次に、図３（ｄ）に示すように、ホットプ
レート３１を用いて１００℃で９０秒間、レジスト膜２
２の加熱処理を行った。

【００３３】次に、図３（ｅ）に示すように、レジスト
膜２２を、第１の液体１４である２．３８％ＴＭＡＨ水
溶液３２と接触させ、現像を行った。具体的には、半導
体基板２１を回転させながら、レジスト膜２２上にＴＭ
ＡＨ水溶液３２を注いだ。

【００３４】次に、図３（ｆ）に示すように、ＴＭＡＨ
水溶液３２を除去した。具体的には、半導体基板２１を
回転させることによって、一主面２１ａ上およびレジス
ト膜２２上のＴＭＡＨ水溶液３２を除去した。このよう
にして、レジスト膜２２の不要な部分が除去され、レジ
ストパターン２２ａが形成された。このとき、一主面２
１ａ上には異物３３が残留した。

【００３５】次に、図４（ｇ）に示すように、一主面２
１ａおよびレジストパターン２２ａを、第２の液体１６
である純水４１に接触させた。具体的には、半導体基板
２１を回転させながら、一主面２１ａ上およびレジスト
パターン２２ａ上に純水を注いだ。この工程では、図３
（ｆ）の工程でＴＭＡＨ水溶液３２が除去されているた
め、純水４１が異物３３に接触する面積が増大し、異物
３３を効率よく溶解して除去できると考えられる。ま
た、実施例１では、純水４１を用いて洗浄を行うため、
レジストパターン２２ａの形状を変化させることなく異
物３３の除去を行うことができた。

【００３６】最後に、図４（ｈ）に示すように、純水４
１を除去して、異物３３の残留が少ないレジストパター
ン２２ｂを形成した。

【００３７】以上の工程において、実施例１のレジスト
パターン形成方法の効果を調べるために、レジストパタ
ーン２２ａ形成後の時点（図３（ｅ）の工程終了後の時
点）と、レジストパターン２２ｂ形成後の時点とにおい
て、０．１μｍ以上の異物３３の数を測定した。具体的
には、自動ウェハ欠陥検査装置（ＫＬＡ−テンコール社
製：ＫＬＡ２１３２）を用いて異物３３の数を計測し
た。その結果、レジストパターン２２ａ形成後の時点に
おける異物３３の数は４０００個であったのに対し、レ
ジストパターン２２ｂ形成後の時点における異物３３の
数は５０個と大きく減少していた。さらに、レジストパ
ターン形成工程時の工程間歩留まりは９９．３％であ
り、極めて良好であった。

【００３８】一方、比較例として、ＴＭＡＨ水溶液３２
を除去する図３（ｆ）の工程を行わないことを除いて、
上記と同様にレジストパターンを形成した。具体的に
は、図３（ｅ）の工程ののち、ＴＭＡＨ水溶液３２が除
去されない程度の回転数で半導体基板２１を回転させな
がら、一主面２１ａ上に純水を滴下し、ＴＭＡＨ水溶液
３２と純水とを混合した。さらに、純水の滴下を２分間
続けることによって、一主面２１ａ上に純水のみが存在
するようにし、その後、半導体基板２１を高速で回転さ
せて純水の除去を行った。このようにして、レジストパ
ターンを形成し、大きさが０．１μｍ以上の異物の数を
測定したところ、２６００個であった。このことから、
第１の液体を除去したのちに第２の液体を接触させる本
発明の方法によって、レジストパターン形成後に残留す
る異物の数が大きく減少することがわかった。

【００３９】なお、実施例１の方法では、図２（ｂ）か
ら図３（ｄ）の工程までを同一の装置を用いて行うこと
ができ、以下の実施例２の方法よりも生産性よくレジス
トパターンを形成できる。

【００４０】（実施例２）実施例２では、実施形態１の
レジストパターン形成方法について他の一例を説明す
る。なお、実施例２の形成方法は、実施例１の形成方法
と比較して、第１の液体１４であるＴＭＡＨ水溶液３２
の除去方法（図３（ｆ）の工程）のみが異なるため、重
複する説明は省略する。

【００４１】図３（ｅ）の工程ののち、実施例２の方法
では、ＴＭＡＨ水溶液３２を除去するため、まず、図５
（ａ）に示すように半導体基板２１を回転させた。その
後、図５（ｂ）に示すように、ホットプレート５１を用
いて１２０℃で９０秒間、半導体基板２１を加熱処理し
た。実施例２の方法では、半導体基板２１の回転によっ
て除去されなかったＴＭＡＨ水溶液３２が残留していた
としても、この加熱処理によって蒸発して排除されるこ
とになる。

【００４２】その後は、実施例１と同様の方法で、レジ
ストパターン２２ｂを形成した。実施例２で形成された
レジストパターン２２ｂについて、実施例１と同様の方
法で、大きさが０．１μｍ以上の異物３３の数を計測し
た。その結果、レジストパターン２２ｂ形成後の異物３
３の数は３０個であり、実施例１の方法よりも高い効果
が得られた。これは、ＴＭＡＨ水溶液３２の除去が加熱
処理によって促進されたためであると考えられる。

【００４３】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用する
ことができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレジスト
パターン形成方法によれば、異物の残留が少ないレジス
トパターンを形成できる。

【００４５】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、集積度が高い半導体装置を歩留まりよく製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレジストパターンの形成方法につい
て一例を示す工程図断面図である。

【図２】 本発明のレジストパターンの形成方法につい
て他の一例を示す工程図断面図である。

【図３】 図２の工程図の続きを示す工程断面図であ
る。

【図４】 図３の工程図の続きを示す工程断面図であ
る。

【図５】 本発明のレジストパターンの形成方法につい
てその他の一例の一部を示す工程断面図である。

【符号の説明】

１１、２１、２１ｂ 半導体基板 １１ａ、２１ａ 一主面 １２、２２ レジスト膜 １２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ レジストパターン １３、２４ マスク １４ 第１の液体 １５、３３ 異物 １６ 第２の液体 ２１ｃ 被エッチング膜 ２３、３１、５１ ホットプレート ３２ ＴＭＡＨ水溶液 ４１ 純水

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の一主面上にレジスト膜を形
   成する第１の工程と、 前記レジスト膜に対してマスクを介して光照射または電
   子線照射を行う第２の工程と、 前記レジスト膜を第１の液体に接触させて現像する第３
   の工程と、 前記一主面上の前記第１の液体を除去する第４の工程
   と、 前記一主面を第２の液体に接触させる第５の工程とを含
   むレジストパターン形成方法。
2. 【請求項２】 前記第１の液体が、テトラメチルアンモ
   ニウムヒドロキシドを含む水溶液である請求項１に記載
   のレジストパターン形成方法。
3. 【請求項３】 前記第２の液体が水を含む請求項１また
   は２に記載のレジストパターン形成方法。
4. 【請求項４】 前記第２の液体が純水である請求項３に
   記載のレジストパターン形成方法。
5. 【請求項５】 前記第４の工程が、前記半導体基板を回
   転させて前記第１の液体を除去する工程を含む請求項１
   ないし４のいずれかに記載のレジストパターン形成方
   法。
6. 【請求項６】 前記第４の工程が、前記半導体基板を加
   熱して前記第１の液体を除去する工程を含む請求項１な
   いし５のいずれかに記載のレジストパターン形成方法。
7. 【請求項７】 前記レジスト膜が硫黄を含む請求項１な
   いし６のいずれかに記載のレジストパターン形成方法。
8. 【請求項８】 前記レジスト膜が化学増幅型レジストで
   ある請求項７に記載のレジストパターン形成方法。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載のレ
   ジストパターン形成方法を含む半導体装置の製造方法。