JP3002255B2 - パターン形成方法 - Google Patents
パターン形成方法Info
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- JP3002255B2 JP3002255B2 JP2332171A JP33217190A JP3002255B2 JP 3002255 B2 JP3002255 B2 JP 3002255B2 JP 2332171 A JP2332171 A JP 2332171A JP 33217190 A JP33217190 A JP 33217190A JP 3002255 B2 JP3002255 B2 JP 3002255B2
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- Japan
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- thin film
- photosensitive
- ultrasonic
- resist film
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/38—Treatment before imagewise removal, e.g. prebaking
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体製造プロセスにおける光リソグラ
フィ工程で用いられるパターン形成方法に関するもので
ある。
フィ工程で用いられるパターン形成方法に関するもので
ある。
［従来の技術］ 図９〜図12は、従来のパターン形成方法を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
図９を参照して、まず半導体基板１の上に感光性のレ
ジスト膜２を形成する。
ジスト膜２を形成する。
次に、図10図を参照して、レジスト膜２の所定領域
に、露光光３を照射して、感光領域４を形成する。
に、露光光３を照射して、感光領域４を形成する。
次に、図11を参照して、露光したレジスト膜２を半導
体基板１とともに加熱処理する。
体基板１とともに加熱処理する。
次に、図12を参照して、加熱処理した薄膜２を現像し
て微細パターンを形成する。
て微細パターンを形成する。
ここで、従来の方法において、図11に示すように露光
光現像前に加熱処理する理由について述べる。
光現像前に加熱処理する理由について述べる。
図13は、感光性薄膜中に形成される露光光の定在波を
示す断面図である。半導体装置の高集積度化によりレジ
ストパターンはさらに微細化される傾向にある。このレ
ジストパターンの微細化を達成するため、レジスト膜を
照射する露光光としては、単色光や波長域が狭い光を使
用する、いわゆるコヒーレント化が進んでいる。このよ
うな露光光のコヒーレント化はレジスト膜における定在
波効果という問題を生じさせる。図13に示すように、コ
ヒーレント化が進んだ露光光３がレジスト膜２に照射さ
れると、レジスト膜２の下地面とレジスト膜２の表面と
の間で多重反射が起こる。これらの反射光は進行方向が
逆の関係であるので、互いに重なり合って定在波５が形
成される。このような露光光の干渉により、レジスト膜
２の内部に定在波５の腹にあたる露光強度の大きい部分
と節にあたる露光強度の小さい部分とが交互に生じる。
この結果、露光強度の強い部分と弱い部分とが交互に積
層された状態が形成される。レジスト膜２がポジ型であ
る場合には、露光強度の強い部分が現像されやすく、逆
に露光強度の弱い部分が現像されにくくなるため、現像
むらが生じて、高精度のレジストパターンを形成するこ
とができなくなる。
示す断面図である。半導体装置の高集積度化によりレジ
ストパターンはさらに微細化される傾向にある。このレ
ジストパターンの微細化を達成するため、レジスト膜を
照射する露光光としては、単色光や波長域が狭い光を使
用する、いわゆるコヒーレント化が進んでいる。このよ
うな露光光のコヒーレント化はレジスト膜における定在
波効果という問題を生じさせる。図13に示すように、コ
ヒーレント化が進んだ露光光３がレジスト膜２に照射さ
れると、レジスト膜２の下地面とレジスト膜２の表面と
の間で多重反射が起こる。これらの反射光は進行方向が
逆の関係であるので、互いに重なり合って定在波５が形
成される。このような露光光の干渉により、レジスト膜
２の内部に定在波５の腹にあたる露光強度の大きい部分
と節にあたる露光強度の小さい部分とが交互に生じる。
この結果、露光強度の強い部分と弱い部分とが交互に積
層された状態が形成される。レジスト膜２がポジ型であ
る場合には、露光強度の強い部分が現像されやすく、逆
に露光強度の弱い部分が現像されにくくなるため、現像
むらが生じて、高精度のレジストパターンを形成するこ
とができなくなる。
このような定在波効果の問題を解消する従来の方法と
して、IEEE Transaction on Electron Devices,Vo
l.ED−22,No.7,July1975,P.464〜466では、露光後現像
前に加熱処理する方法が記載されている。
して、IEEE Transaction on Electron Devices,Vo
l.ED−22,No.7,July1975,P.464〜466では、露光後現像
前に加熱処理する方法が記載されている。
［発明が解決しようとする課題］ 図14は、上記の従来の方法に従い、露光した薄膜に加
熱処理する状態を示す断面模式図である。図14を参照し
て、加熱処理により、レジスト膜２内の感光剤分子６
は、図14に模式的に示すように、熱運動する。このた
め、感光領域４の波打った断面が平坦化され、感光むら
が平均化される。
熱処理する状態を示す断面模式図である。図14を参照し
て、加熱処理により、レジスト膜２内の感光剤分子６
は、図14に模式的に示すように、熱運動する。このた
め、感光領域４の波打った断面が平坦化され、感光むら
が平均化される。
しかしながら、このような加熱処理による感光剤分子
の熱運動は、等方的な運動であるので、横方向および縦
方向ともに振動することになる。縦方向の振動は感光む
らを減少させる方向に働くが、横方向の振動は、微細な
パターンを形成する場合、パターンを劣化させる原因と
なる。
の熱運動は、等方的な運動であるので、横方向および縦
方向ともに振動することになる。縦方向の振動は感光む
らを減少させる方向に働くが、横方向の振動は、微細な
パターンを形成する場合、パターンを劣化させる原因と
なる。
図15は、図14で加熱処理した後の薄膜中の感光剤濃度
分布を示す図である。図15に示されるように、感光領域
と非感光領域の間の境界部分の感光剤濃度分布はなだら
かに増加減少しており、急峻な濃度変化を示していな
い。このため、現像液の濃度や現像時間の変化によっ
て、現像されるパターン領域が大きく変化し、パターン
形成の精度が低下する原因となる。
分布を示す図である。図15に示されるように、感光領域
と非感光領域の間の境界部分の感光剤濃度分布はなだら
かに増加減少しており、急峻な濃度変化を示していな
い。このため、現像液の濃度や現像時間の変化によっ
て、現像されるパターン領域が大きく変化し、パターン
形成の精度が低下する原因となる。
また、レジスト膜は、有機物であるため、このような
従来の方法に従えば、加熱処理によって熱変性を起こす
おそれがあり、やはりレジストパターンの精度を低下さ
せる原因となる。
従来の方法に従えば、加熱処理によって熱変性を起こす
おそれがあり、やはりレジストパターンの精度を低下さ
せる原因となる。
この発明の目的は、このような従来の問題点を解消
し、レジスト膜を熱劣化させることなく、感光領域のむ
らを均質化させて、精度のよいパターンを形成すること
のできるパターン形成方法を提供することにある。
し、レジスト膜を熱劣化させることなく、感光領域のむ
らを均質化させて、精度のよいパターンを形成すること
のできるパターン形成方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ この発明のパターン形成方法は、半導体基板上に薄膜
のパターンを形成する方法であり、半導体基板上に感光
性薄膜を形成する工程と、感光性薄膜を微細なパターン
で露光する工程と、露光した薄膜に超音波処理を施す工
程と、超音波処理を施した薄膜を現像して微細なパター
ンを形成する工程とを備えている。
のパターンを形成する方法であり、半導体基板上に感光
性薄膜を形成する工程と、感光性薄膜を微細なパターン
で露光する工程と、露光した薄膜に超音波処理を施す工
程と、超音波処理を施した薄膜を現像して微細なパター
ンを形成する工程とを備えている。
［作用］ この発明に従う方法では、露光後現像前に、露光した
薄膜を超音波処理し、超音波の振動を利用して露光中に
定在波によって生じた感光剤分布のむらを均一化してい
る。従来の方法のように加熱処理を用いていないので、
レジスト膜を熱劣化させるおそれがない。超音波処理に
よっても若干熱が発生する場合があるが、従来の加熱処
理に比べて発生する熱は非常にわずかなものである。し
たがって、レジスト膜が超音波処理によって熱劣化する
おそれはない。
薄膜を超音波処理し、超音波の振動を利用して露光中に
定在波によって生じた感光剤分布のむらを均一化してい
る。従来の方法のように加熱処理を用いていないので、
レジスト膜を熱劣化させるおそれがない。超音波処理に
よっても若干熱が発生する場合があるが、従来の加熱処
理に比べて発生する熱は非常にわずかなものである。し
たがって、レジスト膜が超音波処理によって熱劣化する
おそれはない。
また、音波は粗密波であるので、主に縦方向に振動
し、パターンに劣化をもたらす横方向の振動が少なく、
パターンを劣化させることなく感光領域のむらを均一化
することができる。
し、パターンに劣化をもたらす横方向の振動が少なく、
パターンを劣化させることなく感光領域のむらを均一化
することができる。
したがって、この発明に従う超音波処理の工程では、
超音波が薄膜に対し実質的に垂直方向に入射することが
好ましい。縦方向にのみ、より積極的に振動させたい場
合には、不活性液体を媒体に用いて超音波処理すること
が好ましい。不活性液体としては、たとえばフッ素系不
活性液体を用いることができる。
超音波が薄膜に対し実質的に垂直方向に入射することが
好ましい。縦方向にのみ、より積極的に振動させたい場
合には、不活性液体を媒体に用いて超音波処理すること
が好ましい。不活性液体としては、たとえばフッ素系不
活性液体を用いることができる。
不活性液体を用いて超音波処理する場合には、比重の
大きな不活性液体を用いて、不活性液体の上に薄膜を浮
かせた状態で超音波処理することができる。このような
方法によれば、処理後のウェハを液体中から引上げなく
てもよいので、超音波処理工程を簡素化することができ
る。
大きな不活性液体を用いて、不活性液体の上に薄膜を浮
かせた状態で超音波処理することができる。このような
方法によれば、処理後のウェハを液体中から引上げなく
てもよいので、超音波処理工程を簡素化することができ
る。
また、超音波処理の工程において、半導体基板の裏面
に吸音材を設けることが好ましい。吸音材を設けること
により、超音波を裏面で吸収し、レジスト膜内での超音
波の定在波をなくし均一な分子運動をさせることができ
るようになる。吸音材としては、ゴムや弾性体などを用
いることができる。
に吸音材を設けることが好ましい。吸音材を設けること
により、超音波を裏面で吸収し、レジスト膜内での超音
波の定在波をなくし均一な分子運動をさせることができ
るようになる。吸音材としては、ゴムや弾性体などを用
いることができる。
超音波処理工程において照射する超音波の波長は、特
に限定されるものではないが、0.01〜10μｍの超音波を
用いることが好ましい。さらに好ましくは、露光した光
の定在波に近い波長を有する超音波を用いることが好ま
しい。
に限定されるものではないが、0.01〜10μｍの超音波を
用いることが好ましい。さらに好ましくは、露光した光
の定在波に近い波長を有する超音波を用いることが好ま
しい。
図１は、この発明に従い、露光した薄膜に超音波を照
射する状態を示す断面模式図である。図１を参照して、
半導体基板11の上にはレジスト膜12が形成されている。
レジスト膜12には、露光光により感光領域14が形成され
ている。超音波発生装置13により、レジスト膜12に超音
波が照射され、レジスト膜12内の感光剤分子15は図１に
示すように縦方向に振動する。このため、感光領域14中
の感光剤分子も縦方向に振動し、感光領域14の波打った
パターン断面を平坦化し、感光むらが均一化される。
射する状態を示す断面模式図である。図１を参照して、
半導体基板11の上にはレジスト膜12が形成されている。
レジスト膜12には、露光光により感光領域14が形成され
ている。超音波発生装置13により、レジスト膜12に超音
波が照射され、レジスト膜12内の感光剤分子15は図１に
示すように縦方向に振動する。このため、感光領域14中
の感光剤分子も縦方向に振動し、感光領域14の波打った
パターン断面を平坦化し、感光むらが均一化される。
図２は、図１で超音波を照射した後の薄膜中の感光剤
濃度分布を示す図である。図２に示されるように、感光
領域と非感光領域の間の境界部分における感光剤濃度の
変化は、図15に示す従来の方法によるものと比較する
と、急峻であり、急激に感光剤濃度が変化している。こ
のため、従来よりも精度よくレジストパターンを形成さ
せることができる。
濃度分布を示す図である。図２に示されるように、感光
領域と非感光領域の間の境界部分における感光剤濃度の
変化は、図15に示す従来の方法によるものと比較する
と、急峻であり、急激に感光剤濃度が変化している。こ
のため、従来よりも精度よくレジストパターンを形成さ
せることができる。
また、従来のような加熱処理ではないので、レジスト
膜が熱変性することもない。
膜が熱変性することもない。
［実施例］ 図３〜図６は、この発明に従うレジスト形成方法を説
明するための断面図である。
明するための断面図である。
図３を参照して、半導体基板11の上にまず感光性のレ
ジスト膜12を形成する。
ジスト膜12を形成する。
次に、図４に示すようにレジスト膜12に露光光16を照
射して、感光領域14を形成する。
射して、感光領域14を形成する。
次に、図５に示すように、露光したレジスト膜12に超
音波発生装置13を用いて超音波を照射する。この際、図
５に示すように、基板11の裏面に吸音材17を設けること
が好ましい。この吸音材を設けることにより、超音波の
定在波をなくすことができ、均一な分子運動を起こさせ
ることができる。
音波発生装置13を用いて超音波を照射する。この際、図
５に示すように、基板11の裏面に吸音材17を設けること
が好ましい。この吸音材を設けることにより、超音波の
定在波をなくすことができ、均一な分子運動を起こさせ
ることができる。
図６に示すように、超音波処理した後のレジスト膜12
を現像し、半導体基板11上にレジストパターンを形成さ
せる。
を現像し、半導体基板11上にレジストパターンを形成さ
せる。
図７は、この発明に従い、超音波処理する方法の一例
を示す斜視図である。図７を参照して、超音波槽20の下
方には、超音波発生部21が設けられている。超音波発生
部21の上には、不活性液体22としてフッ素系不活性液体
（商品名フロリナートFC−5311;住友スリーエム株式会
社製）が満たされている。不活性液体22の上にはウェハ
23がレジスト膜を下にした状態で浮いている。
を示す斜視図である。図７を参照して、超音波槽20の下
方には、超音波発生部21が設けられている。超音波発生
部21の上には、不活性液体22としてフッ素系不活性液体
（商品名フロリナートFC−5311;住友スリーエム株式会
社製）が満たされている。不活性液体22の上にはウェハ
23がレジスト膜を下にした状態で浮いている。
図８は、図７のウェハを示す拡大断面図である。図８
を参照して、基板24の表面にはレジスト膜25が形成され
ており、裏面には吸音材26が取付けられている。基板24
は、レジスト膜25を下方にした状態で、不活性液体22の
上に浮かんでいる。
を参照して、基板24の表面にはレジスト膜25が形成され
ており、裏面には吸音材26が取付けられている。基板24
は、レジスト膜25を下方にした状態で、不活性液体22の
上に浮かんでいる。
レジスト膜25は、ノボラック系レジスト（商品名MCPR
2000H;三菱化成株式会社製）から形成されている。露光
光としては、Hg−ｇラインを用いている。
2000H;三菱化成株式会社製）から形成されている。露光
光としては、Hg−ｇラインを用いている。
図７および図８に示す状態で、超音波発生部21からレ
ジスト膜25に対して超音波を照射し、超音波処理した。
超音波としては波長0.2μｍの超音波を用いた。
ジスト膜25に対して超音波を照射し、超音波処理した。
超音波としては波長0.2μｍの超音波を用いた。
以上のようにして露光後に超音波処理したレジスト膜
を現像させたところ、従来よりも精度よくレジストパタ
ーンを形成することができた。
を現像させたところ、従来よりも精度よくレジストパタ
ーンを形成することができた。
［発明の種々の態様］ この発明の種々の態様を以下に述べる。
（１） 半導体基板上に薄膜のパターンを形成する方法
であって、 前記半導体基板上に感光性薄膜を形成する工程と、 前記感光性薄膜を微細なパターンで露光する工程と、 前記露光した薄膜に超音波処理を施す工程と、 前記超音波処理を施した薄膜を現像して微細なパター
ンを形成する工程とを備える、パターン形成方法。
であって、 前記半導体基板上に感光性薄膜を形成する工程と、 前記感光性薄膜を微細なパターンで露光する工程と、 前記露光した薄膜に超音波処理を施す工程と、 前記超音波処理を施した薄膜を現像して微細なパター
ンを形成する工程とを備える、パターン形成方法。
（２） 前記超音波処理工程が、超音波を薄膜に対し実
質的に垂直方向に入射させて処理する工程を備える、上
記（１）の方法。
質的に垂直方向に入射させて処理する工程を備える、上
記（１）の方法。
（３） 前記超音波処理工程が、不活性液体を媒体に用
いて超音波処理する工程を備える、上記（１）の方法。
いて超音波処理する工程を備える、上記（１）の方法。
（４） 前記不活性液体がフッ素系不活性液体である、
上記（３）の方法。
上記（３）の方法。
（５） 前記超音波処理工程が、前記薄膜を不活性液体
上に浮かせた状態で超音波処理する工程を備える、上記
（３）の方法。
上に浮かせた状態で超音波処理する工程を備える、上記
（３）の方法。
（６） 前記超音波処理工程が、半導体基板の裏面に吸
音材を設けて超音波処理する工程を備える、上記（１）
の方法 （７） 前記超音波処理工程が、波長0.01〜10μｍの超
音波で処理する工程を備える、上記（１）の方法。
音材を設けて超音波処理する工程を備える、上記（１）
の方法 （７） 前記超音波処理工程が、波長0.01〜10μｍの超
音波で処理する工程を備える、上記（１）の方法。
（８） 前記超音波処理工程が、露光した光の定在波に
近い波長を有する超音波で処理する工程を備える、上記
（１）の方法。
近い波長を有する超音波で処理する工程を備える、上記
（１）の方法。
［発明の効果］ この発明に従えば、レジスト膜を露光した後現像する
前に、レジスト膜を超音波処理して、感光領域を膜厚方
向に振動させて感光むらを均一化させている。この発明
に従えば、従来のように加熱処理を用いることがないの
で、レジスト膜が熱変性するのを防止することができ
る。
前に、レジスト膜を超音波処理して、感光領域を膜厚方
向に振動させて感光むらを均一化させている。この発明
に従えば、従来のように加熱処理を用いることがないの
で、レジスト膜が熱変性するのを防止することができ
る。
また、超音波処理によれば、主に縦方向の振動のみで
あるので、感光領域を横方向に拡げることなく、良好な
パターンを形成することができる。
あるので、感光領域を横方向に拡げることなく、良好な
パターンを形成することができる。
また、この発明によれば、半導体基板に異物が付着し
た場合にも、これを除去することができるという効果も
有する。
た場合にも、これを除去することができるという効果も
有する。
図１は、この発明に従い露光した薄膜に超音波を照射す
る状態を示す断面模式図である。 図２は、図１で超音波を照射した後の薄膜中の感光剤濃
度分布を示す図である。 図３は、この発明に従い、半導体基板上に感光性薄膜を
形成した状態を示す断面図である。 図４は、この発明に従い、感光性薄膜を微細なパターン
で露光した状態を示す断面図である。 図５は、この発明に従い露光した薄膜に超音波処理を施
す工程を示す断面図である。 図６は、この発明に従い超音波処理を施した薄膜を現像
して微細なパターンを形成した状態を示す断面図であ
る。 図７は、この発明に従い超音波処理する方法の一例を示
す斜視図である。 図８は、図７のウェハを示す拡大断面図である。 図９は、従来の方法に従い、半導体基板上に感光性薄膜
を形成した状態を示す断面図である。 図10は、従来の方法に従い、感光性薄膜を微細なパター
ンで露光した状態を示す断面図である。 図11は、従来の方法に従い、露光した薄膜に加熱処理を
施す工程を示す断面図である。 図12は、従来の方法に従い、加熱処理を施した薄膜を現
像して微細なパターンを形成した状態を示す断面図であ
る。 図13は、感光性薄膜中に形成される露光光の定在波を示
す断面図である。 図14は、従来の方法に従い、露光した薄膜に加熱処理す
る状態を示す断面模式図である。 図15は、図14で加熱処理した後の薄膜中の感光剤濃度分
布を示す図である。 図において、11は半導体基板、12はレジスト膜、13は超
音波発生装置、14は感光領域、15感光剤分子、16は露光
光、17は吸音材、20は超音波槽、21は超音波発生部、22
は不活性液体、23はウェハ、24は基板、25はレジスト
膜、26は吸音材を示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
る状態を示す断面模式図である。 図２は、図１で超音波を照射した後の薄膜中の感光剤濃
度分布を示す図である。 図３は、この発明に従い、半導体基板上に感光性薄膜を
形成した状態を示す断面図である。 図４は、この発明に従い、感光性薄膜を微細なパターン
で露光した状態を示す断面図である。 図５は、この発明に従い露光した薄膜に超音波処理を施
す工程を示す断面図である。 図６は、この発明に従い超音波処理を施した薄膜を現像
して微細なパターンを形成した状態を示す断面図であ
る。 図７は、この発明に従い超音波処理する方法の一例を示
す斜視図である。 図８は、図７のウェハを示す拡大断面図である。 図９は、従来の方法に従い、半導体基板上に感光性薄膜
を形成した状態を示す断面図である。 図10は、従来の方法に従い、感光性薄膜を微細なパター
ンで露光した状態を示す断面図である。 図11は、従来の方法に従い、露光した薄膜に加熱処理を
施す工程を示す断面図である。 図12は、従来の方法に従い、加熱処理を施した薄膜を現
像して微細なパターンを形成した状態を示す断面図であ
る。 図13は、感光性薄膜中に形成される露光光の定在波を示
す断面図である。 図14は、従来の方法に従い、露光した薄膜に加熱処理す
る状態を示す断面模式図である。 図15は、図14で加熱処理した後の薄膜中の感光剤濃度分
布を示す図である。 図において、11は半導体基板、12はレジスト膜、13は超
音波発生装置、14は感光領域、15感光剤分子、16は露光
光、17は吸音材、20は超音波槽、21は超音波発生部、22
は不活性液体、23はウェハ、24は基板、25はレジスト
膜、26は吸音材を示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に薄膜のパターンを形成する
方法であって、 前記半導体基板上に感光性薄膜を形成する工程と、 前記感光性薄膜を微細なパターンで露光する工程と、 前記露光した薄膜に超音波処理を施す工程と、 前記超音波処理を施した薄膜を現像して微細なパターン
を形成する工程とを備える、パターン形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2332171A JP3002255B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | パターン形成方法 |
| US07/797,863 US5294505A (en) | 1990-11-28 | 1991-11-26 | Pattern forming method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2332171A JP3002255B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | パターン形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04196520A JPH04196520A (ja) | 1992-07-16 |
| JP3002255B2 true JP3002255B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
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