JP2552648B2 - ポジ型ホトレジストパタ−ンの安定化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はポジ型ホトレジストパターンの安定化方法に
関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、超
LSIなどの半導体素子の製造において好適な、熱安定性
が著しく向上し、かつ表面にしわの発生がない上に、再
現性の極めて高いポジ型ホトレジストパターンを得るた
めの安定化方法に関するものである。

従来の技術 近年、半導体素子の製造においては、高密度化や高集
積度化が進んでおり、それに伴いホトリソグラフイ工程
による微細パターンの形成に関しては、サブミクロンオ
ーダーの微細加工が要求されている。そのために、半導
体素子の製造におけるパターン形成では、これまでネガ
型ホトレジストが主として用いられてきたが、このネガ
型ホトレジストに代つて、１〜２μｍのパターン幅のも
のが得られる解像度の高いポジ型ホトレジストが主流に
なりつつある。

一方、半導体素子の製造においては、通常基板に対し
て複数回のホトリングラフイー処理及びエツチング処理
が施されるため、該基板は段差を有するようになる。そ
して、このような基板にポジ型ホトレジストを用いてパ
ターン形成を行う場合、該基板の段差により、活性光線
の散乱や焦点のずれなどを生じ、その結果所望の解像度
が得られないという問題が生じる。

このような問題を解決する手段として、従来紫外線吸
収剤を含有させたポジ型ホトレジストを用いて基板から
のハレーシヨンをなくす方法が知られている。しかしな
がら、サブミクロンオーダーの微細パターンの形成に
は、前記のように使用するポジ型ホトレジストを改良し
て基板からのハレーシヨンをなくすとともに、そのホト
レジスト膜の熱的強度を向上させることが必要になつて
くる。これは、ホトレジストの熱的強度がパターン形成
後に行われるエツチングやリフトオフなどの処理に大き
く影響するためである。

ところで、半導体素子の製造におけるポジ型ホトレジ
ストを使用した場合のホトリソグラフイー工程において
は、まず、基板上にポジ型ホトレジストを塗布し、乾燥
して感光層を設け、次いで該感光層に活性光線を選択的
に照射して画像形成したのち、現像処理を施してレジス
トパターンを形成させる。そして、このレジストパター
ンは通常熱的強度を向上させるために、加熱処理が施さ
れたのち、エツチング工程に移行される。

このエツチング工程においては、近年、パターンの微
細化傾向に伴い、プラズマエツチング法やリアクテイブ
イオンエツチング法などのドライエツチング法による処
理が行われるようになり、しかもレジストパターンの微
細化により、極めて細いラインのエツチング処理が要求
されている。したがつて、このような要求に対応するた
めに、熱的強度に優れたレジストパターンの出現が強く
望まれている。

しかしながら、従来行われている現像処理後の加熱処
理のみでは、レジストパターンの熱的強度を向上させる
のに限度があり、前記要望を満たすことは困難である。
そのため、レジストパターンの熱的強度をより向上させ
る目的で、これまで種々の方法が提案されている。例え
ば、現像後のレジストパターンにDeep UVと称される200
〜300nmの波長領域の紫外線を数秒間照射する方法が提
案されている。この紫外線照射処理は、紫外線の作用に
よりホストレジストの樹脂成分を架橋させて、該ホトレ
ジスト自体の軟化点を高くし、加熱処理温度を高めるこ
とによつて、熱的強度の向上したレジストパターンを得
るものである。

しかしながら、この処理方法においては、レジストパ
ターン層の上層部が主として架橋されるため、該レジス
トパターン層の上層部、中層部、下層部はそれぞれ連続
的ではあるが架橋度合が相違し、その結果発生する応力
の作用により、該レジストパターンはその表面部にしわ
が発生して形状が変化し、寸法精度が低下するのを免れ
ない。

このため、この処理方法は、半導体素子の製造のよう
に高い精度が要求される分野においては実用的は方法と
はいえない。

また、レジストパターンの熱的強度を向上させる他の
方法として、レジストパターンを80〜150℃の温度に加
温しながら、該パターンに対して紫外線の全面照射を行
うことにより、しわの発生の少ない熱的強度の向上した
レジストパターンを得る方法が提案されている（特開昭
60−135943号公報）。この方法は、紫外線によるレジス
トパターンの上層部からの架橋を80〜150℃の加温下に
行うことにより、該レジストパターンの内部応力を減少
させて、しわの発生を防止しながら熱的強度を向上させ
る方法である。

しかしながら、この方法においては、しわの発生をあ
る程度防止する効果を示すものの、紫外線照射と熱処理
とを同時に施すために、加熱温度、時間、紫外線の照射
量など多くの条件を制御する必要があるが、その調整が
困難であつて、高精度な再現性が要求される半導体素子
の製造ではしばしば不良品が発生し、歩留りが低下する
という問題がある。しかも、現像処理後のレジストパタ
ーン層には、蒸発成分として水や溶剤などが含有されて
おり、これらの成分が加熱処理によつて活性化し、レジ
ストパターン内より揮散しようとしても紫外線照射によ
るレジストパターン表面部の架橋が同時に起こるため
に、レジストパターン内部に閉じ込められ、その結果該
パターンの熱的強度の向上が阻害されたり、再現性がそ
こなわれるなどの問題がある。したがつて、この方法も
半導体工業においては、まだ十分に実用的な方法とはい
えない。

さらに、近年のパターン微細化に対応して、前記した
ように基板からのハレーシヨンを防止するために紫外線
吸収剤を含有したポジ型ホトレジストが多く使用される
ようになつているが、このようなポジ型ホトレジストを
用いて前記の方法（特開昭60−135943号公報）を施す
と、そのレジストパターン表面に多くのしわが発生する
という新たな問題も生じている。

ところで、この紫外線吸収剤を含有したポジ型ホトレ
ジストは、今後さらに進むことが予想されるパターンの
微細化に対応できるものとして注目されている。したが
つて、このようなポジ型ホトレジストに対しても有効な
レジストパターンの安定化方法は極めて重要であり、そ
の開発が強く要望されている。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような要望にこたえ、紫外線吸
収剤を含有したポジ型ホトレジストを用い、超LSIなど
の半導体素子の製造において好適な、熱的強度が著しく
高められ、かつ表面部にしわの発生がない上に、再現性
の極めて高いポジ型ホトレジストパターンを得るための
該パターンの安定化方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた
結果、現像後のレジストパターンに加熱処理及び紫外線
照射処理を順次別々に施すことにより、その目的を達成
しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成
するに至つた。

すなわち、本発明は、感光性物質と被膜形成物質とを
主成分とするポジ型ホトレジスト層に所要の画像形成露
光を行ったのち、現像処理を施してレジストパターンを
形成させるに当り、前記ポジ型ホトレジスト層にその重
量に基づき0.1〜20重量％の割合で紫外線吸収剤を含有
させるとともに、現像処理して得られたレジストパター
ンについてそれが変形を起こさない温度で残存する蒸発
成分が実質的に除去されるまで加熱処理したのち、全面
にわたって紫外線照射処理を行うことを特徴とするポジ
型ホトレジストパターンの安定化方法を提供するもので
ある。

本発明方法において用いられるポジ型ホトレジストは
感光性物質と被膜形成物質とを主成分として成るもので
ある。この感光性物質としては、キノンジアジド基含有
化合物、例えばオルトベンゾキノンジアジド、オルトナ
フトキノンジアジド及びオルトアントラキノンジアジド
などのキノンジアジド類のスルホン酸とフエノール性水
酸基又はアミノ基を有する化合物とを部分若しくは完全
エステル化、又は部分若しくは完全アミド化したものが
挙げられる。

フエノール性水酸基又はアミノ基を有する化合物とし
ては、例えば2,3,4−トリヒドロキシベンゾフエノンや
2,2′,4,4′−テトラヒドロキシベンゾフエノンなどの
ポリヒドロキシベンゾフエノン、あるいは没食子酸アル
キル、没食子酸アリール、フエノール、ｐ−メトキシフ
エノール、ジメチルフエノール、ヒドロキノン、ビスフ
エノールＡ、ナフトール、ピロカテコール、ピロガロー
ル、ピロガロールモノメチルエーテル、ピロガロール−
1,3−ジメチルエーテル、没食子酸、水酸基を一部残し
てエステル化又はエーテル化された没食子酸、アニリ
ン、ｐ−アミノジフエニルアミンなどが挙げられる。

一方、被膜形成物質としては、例えばフエノールやク
レゾールなどとアルデヒド類とから得られるノボラツク
樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニ
ルアルキルエーテル、スチレンとアクリル酸との共重合
体、ヒドロキシスチレンの重合体、ポリビニルヒドロキ
シベンゾエート、ポリビニルヒドロキシベンザルなどの
アルカリ可溶性樹脂が挙げられる。

本発明方法ににおけるポジ型ホトレジスト層の形成に
は、適当な溶剤に前記の感光性物質及び被膜形成物質を
溶解して、溶液の形で使用するのが有利である。

このような溶剤の例としては、アセトン、メチルエチ
ルケトン、シクロヘキサノン、イソアミルケトンなどの
ケトン類：エチレングリコール、エチレングリコールモ
ノアセテート、ジエチレングリコール又はジエチレング
リコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエ
チルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエー
テル又はモノフエニルエーテルなどの多価アルコール類
及びその誘導体：ジオキサンのような環式エーテル類：
及び酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステ
ル類を挙げることができる。これらは単独で用いてもよ
いし、また２種以上混合して用いてもよい。

本発明方法においては、前記ポジ型ホトレジストに紫
外線吸収剤を含有させることが必要である。この紫外線
吸収剤としてはアゾ系染料、キノリン系染料、アミノケ
トン系染料、アントラキノン系染料などが使用できる
が、特に好ましい紫外線吸収剤としては、例えばｐ−N,
N−ジメチルアミノ−ｐ′−エトキシアゾベンゼン、４
−ヒドロキシ−４′−ジメチルアミノアゾベンゼン、2,
4−ジヒドロキシ−４′−ジエチルアミノアゾベンゼ
ン、2,4−ジヒドロキシアゾベンゼン、2,4−ジヒドロキ
シ−４′−ニトロアゾベンゼン、４−（３−メトキシ−
４−ヒドロキシベンジリデン）アミノアゾベンゼン、２
−ヒドロキシナフタレン−１−アゾベンゼン、８−ヒド
ロキシナフタレン−１−アゾ（２′−メチルベンゼ
ン）、８−ヒドロキシナフタレン−１−アゾ（２′,4′
−ジメチルベンゼン）、１−〔４′−（２−メチル−１
−フエニルアゾ）−２′−メチルフエニルアゾ〕−２−
ヒドロキシベンゼン、１−（４′−フエニルアゾ−１′
−フエニルアゾ）−２−ヒドロキシナフタレンなどが挙
げられる。こられの紫外線吸収剤はそれぞれ単独で用い
てもよいし、２種以上混合して用いてもよく、その配合
量はポジ型ホトレジストの重量に基づき0.1〜20重量
％、好ましくは0.1〜15重量％の範囲で選ばれる。この
量が0.1重量％未満ではハレーシヨンの防止効果が有効
に発揮されず、また20重量％を越えるとホトレジスト膜
中に紫外線吸収剤の結晶が析出し、不均一相を形成し、
レジストパターンの品質劣化の原因となる。

本発明方法におけるレジストパターンの好適な形成方
法について１例を示せば、まず前記の紫外線吸収剤を含
有するポジ型ホトレジストを基板上に塗布し、乾燥後、
低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、アーク灯、キ
セノンランプなどを使用して、所望のマスクを介して活
性光線を選択的に照射するか、あるいは電子線を走査し
ながら照射する。次いで、現像液、例えば水酸化ナトリ
ウム水溶液、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水
溶液、トリメチル（２−ヒドロキシエチル）アンモニウ
ムヒドロキシド水溶液などの弱アルカリ性水溶液によ
り、活性光線の照射によつて可溶化した部分を溶解除去
することで、基板上にレジストパターンを形成する。

本発明方法においては、このようにして基板上にレジ
ストパターンを形成させたのち、そのレジストパターン
が変形を起こさない温度で加熱処理が行われる。処理温
度は通常80〜120℃の範囲である。一般的に80℃未満の
温度ではレジストパターン層内に残存する蒸発成分を十
分に除去することができず、また120℃を越える温度で
はレジストパターンが融解してだれてしまい、その形状
がカマボコ型に変形し好ましくない。この温度範囲は一
つの目安であつて、限定されるものではなく、使用する
ポジ型ホトレジスト種類によつては、加熱処理の温度範
囲をより広くとることもできる。

また、この加熱処理の方法については、該レジストパ
ターン層を加熱できる方法であれば特に制限はなく、例
えば熱風循環法、ホツトプレート法、遠赤外線ランプ法
などを用いることができる。さらに加熱処理時間につい
ては、使用するホトレジストの種類や加熱手段によつて
左右されるため特に限定できないが、80〜120℃の加熱
温度範囲においては、通常0.5〜５分間の処理で十分で
ある。

本発明方法においては、このようにしてレジストパタ
ーンに加熱処理を施したのち、該パターンの全面に紫外
線照射を行う。この紫外線照射は加熱処理後ただちに行
つてもよいし、レジストパターンを常温まで冷却してか
ら行つてもよく、いずれの方法でもしわ発生防止に関し
ては特に問題はない。

また、この紫外線照射処理において用いられる紫外線
発生ランプとしては、例えば低圧水銀灯、高圧水銀灯、
超高圧水銀灯、キセノン−水銀灯などが挙げられるが、
特に300〜400nmの波長或に最大強度を有するランプが好
ましく、したがつて超高圧水銀灯が好適である。

紫外線照射時間については、使用する紫外線発生ラン
プの強度により異なるため特に限定できないが、あまり
照射時間を長くするとレジストパターンにしわが発生し
やすくなるため注意を要する。しかし、このことは、紫
外線照射量を調整することによつて解決できるが、この
場合、波長とその照射量との関係が重要となり、具体的
には、超高圧水銀灯を使用する場合、253.7nmと365nmの
レジストパターンに対するそれぞれの照射量の比が1:20
ないし1:100、好ましくは1:30ないし1:60の範囲であ
り、かつ253.7nmの照射量をレジストパターンに対して
少なくとも150mJ/cm²以上にすることが望ましい。

このように紫外線の照射量比を調整するためには、通
常紫外線フイルターが用いられ、特に前記紫外線照射量
の比に調整するためには石英ブルーフイルターが好適で
ある。また、このような紫外線フイルターを介するとと
もに、253.7nmの照射量を150mJ/cm²以上にすることが望
ましいが、これは、使用する紫外線発生ランプの強度と
照射時間により調整しうる。例えば、紫外線発生ランプ
として超高圧水銀灯を使用し、253.7nmと365nmとの照射
量比を1:50に調整する石英ブルーフイルターを介してレ
ジストパターンに紫外線を照射する場合、365nmに185mW
/cm²の強度を有する超高圧水銀灯で、253.7nmの照射量
として150mJ/cm²を得るためには、少なくとも45秒間の
照射が必要となる。

発明の効果 本発明のレジストパターンの安定化方法によると、現
像後のレジストパターンに加熱処理及び紫外線照射処理
を順次別々に施すことにより、熱安定性が著しく向上
し、かつ表面部にしわの発生がない上に、極めて再現性
の高いレジストパターンを得ることができ、また、紫外
線照射処理において、紫外線の照射量を特定の割合に調
整して行うことにより、特にしわ発生防止効果を高める
ことができる。

本発明方法は、このような優れた効果を有しているの
で、超LSIなどの半導体素子の製造において極めて有効
な方法である。

実施例 次に実施例によつて本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ クレゾールノボラツク樹脂及びナフトキノンジアジド
−５−スルホン酸と2,3,4−トリヒドロキシベンゾフエ
ノンとのエステル縮合物を含有して成るポジ型ホトレジ
ストのOFPR−800（東京応化工業株式会社製）の固形分
に対し、紫外線吸収剤としてのｐ−N,N−ジメチルアミ
ノ−ｐ′−エトキシアゾベンゼン５重量％を添加して溶
解したものを４インチのシリコンウエハー上にTR−5111
型レジストコーター（タツモ社製）を用いて塗布したの
ち、110℃で90秒間乾燥させ、膜厚1.30μｍの塗布膜を
形成させた。次に、テストチヤートマスク（大日本印刷
社製）を介して、ウエハーステツパーDSW−4800型（GCA
社製）により露光したのち、2.38重量％テトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド水溶液を使用して、23℃で１分
間浸漬現像処理を行い、次いで純水により１分間のリン
ス処理を施して、ウエハー上にレジストパターンを設け
た。

次に、このウエハーを90℃のホツトプレート上に90秒
間載置して、該レジストパターンの加熱処理を行つた。

前記と同じ操作を行つて６枚の試料を作成し、365nm
に最大強度（185mW/cm²）を有する5KW超高圧水銀灯によ
り、レジストパターン全面に紫外線を照射時間を変えて
照射したのち、パイルアップオーブン（トーマス科学器
械社製）を用いて、170℃で５分間ベークした。得られ
たレジストパターンを観察し、その結果を別表に示す。

実施例２ 紫外線照射を行う際に、紫外線フイルターとして、実
施例１で使用した超高圧水銀灯における253.7nmと365nm
との紫外線照射量比を1:50とする石英ブルーフイルター
を用い、これを介して紫外線照射処理を行つた以外は、
実施例１と同様にして処理し、レジストパターンを得
た。このレジストパターンの観察結果を別表に示す。

比較例１ 実施例１において、現像後のホツトプレートによる加
熱処理を行わない以外は、実施例１と全く同様にしてレ
ジストパターンを得た。このレジストパターンの観察結
果を別表に示す。

比較例２ 実施例１と同様にして、レジストパターニングを行っ
た６枚の試料を作成し、90℃のホットプレート上に載置
し、153.7nmに最大強度を有する200〜360nmの遠紫外線
をレジストパターン全面に照射時間を変えて照射しなが
ら、徐々に加温しそのまま170℃で５分間のポストベー
ク処理を行い、レジストパターンを得た。このレジスト
パターンの観察結果を別表に示す。

比較例３ 実施例１と同様にして、レジストパターニングを行っ
た試料を作成し、170℃で５分間加熱処理を行い、得ら
れたレジストパターンを観察した結果、得られたレジス
トパターンは著しいダレとシワが観察された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−145616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−9740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−62437（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−48018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−14568（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光性物質と被膜形成物質とを主成分とす
   るポジ型ホトレジスト層に所要の画像形成露光を行った
   のち、現像処理を施してレジストパターンを形成させる
   に当り、前記ポジ型ホトレジスト層にその重量に基づき
   0.1〜20重量％の割合で紫外線吸収剤を含有させるとと
   もに、現像処理して得られたレジストパターンについて
   それが変形を起こさない温度で残存する蒸発成分が実質
   的に除去されるまで加熱処理したのち、全面にわたって
   紫外線照射処理を行うことを特徴とするポジ型ホトレジ
   ストパターンの安定化方法。