JPH03170935A

JPH03170935A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH03170935A
Application number: JP31219489A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Minamiyama; 南山　隆幸; Akitoshi Kumagai; 熊谷　明敏; Kazuo Sato; 一夫佐藤; Makoto Nakase; 中瀬　真; Shinichi Ito; 信一伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-07-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、パターン形成方法に係り、特に微細開口部を
有し、その断面形状が垂直に近い形状となるようなレジ
ストパターンの形成に関する。

（従来の技術）￥−専体デバイスの形成に際して所望のパターン形戊を
行う微細加工技術においては、パターン形成を行うべき
被加工膜の上層に形戊されたレジストパターンをマスク
として、該被加工膜のエッチンク加工を行うという方ｌ
去がとられることか多い。

ところで、このレジストパターンには当然のことながら
、エッチングなどの処理プロセスに対する耐性か要求さ
れる。

通常、このようなレジストパターンの形成は次のように
して行われている。

ここでは、基板表面に形成された酸化シリコン膜をポジ
型のフォトレジストをマスクとして反応性イオンエッチ
ングによりパターニングする方広について説明する。

まず、表向に酸化シリコン膜を有する基板に対し、８５
℃　６０秒程度のホットプレート上で加熱するいわゆる
プリベーク処理を行ったのち、レジスト膜を塗布し、該
レジスト膜に対し選択的に光を！１．１１　＋１．Ｊす
る露光処理をおこなう。

この後、現像処理を行い、得られたレジストパターンに
ポストベーキング処理を行い、該レジストパターンを硬
化せしめる。このポストベーキング処理は、レジストパ
ターンの変形を防止し、加工情度の向上をはかるために
行われる。

そしてこのレジストパターンをマスクとして、基板表面
に露呈する酸化シリコン膜を反応性イオンエッチング法
により選択的に除夫する。

このようなレジストパターンの形戊に際して、レジスト
としては、感度およびドライエッチング性に優れたノボ
ラック系樹脂が使用されることが多い。

そして露光には、高精度のパターンを得るために短波長
のエキンマレーザ露光が広く用いられるようになってき
ている。

しかし、このレジストをエキンマレーザでパターン露光
した場会、表面での光吸収が大きく、そのレジストパタ
ーンＲのプロファイルは第３図に示すように三角形状に
なるという問題がある。

そこで、パターンプロファイルの向上のために基板にレ
シストを塗布し露光により潜像を形成した後、現像を２
回繰り返すことによりパターンプロファイルを向上させ
るマルチステップ現像法が提案されている（　Ｐｒｏｃ
．ｏ「ＳＰＩじＶｏｌ　７７１（１９８７）ＰＩ２０〜
ｌ２７）。

この方法では、第４図に示すように、パターンプロファ
イルの向上をはかることはできるが、その形状は据広が
りとなり、垂直な断面形状を得ることは出来ない。また
、第１回目の現像工程におけるレジスト膜厚の減少が著
しいという欠点を有している。

また、レジスト表層を有機溶剤に浸漬し、レジスト表面
に難溶化層を形戊する方法もある（ＩＢＭＪ．Ｒｃｓ．
Ｄｃｖｃｒｏｐ．Ｖｏ１２４，Ｎｏ４．Ｐ４５２　〜４
［ｉ０　）　。この方法ではプロファイルの向上をはか
ることはできるか、第５図に示すようにオーバーハング
形状を呈すると同■９に据ひろがりの形状となり、やは
り垂直な形状を得ることは困難である。

さらに、上記２つの方法を組み合わせた例としてレジス
ト表面に難溶化層を形成した後、潜像を形成し、２回の
現像工程で現像を行なう方法がある（特公昭６３−１０
４４２２　）。

この方法では、２回目の現像工程で用いる現像液を１回
目の現像工程で用いる現像液よりも薄めて用い、２回目
の現像工程での現像速度を遅くするという方法がとられ
ている。

しかしながらこの方法では、２回目の現像工程ての現像
速度を遅くすると、裾広がりを除去するまでに長時間の
現像を行なわなければならず、膜減りも大きいという問
題があった。

（発明が解決しようとする課題）このヨウに、従来のレジストパターンの形成方法では、
パターンのプロファイルにおける裾広がりを除去するま
でに長時間の現像を行なわなければならず、また垂直な
パターンプロファイルヲ得るのは極めて困難であるとい
う問題があった。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、短時間で、
パターン精度が高く垂直なパターンプロファイルを有す
るレジストパターンを得ることのできるパターン形成方
法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）そこで、本発明の第１では、レジスト表面をアルカリｍ
　ｒ（ｌにより難溶化したのち、同一濃度の現ｆ象ｌｌ
ｋを用い第１同「１の現像時１１５ｊが次回の現（ｇ！
時間の１／２以上となるように複数同の現像をおこなう
ようにしている。

そして、望ましくは、各回の現像後のリンスを極めて薄
い濃度のアルカリ液を用いて行うようにしている。

さらに、本発川の第２では、レジスト表面をアルカリ溶
肢により難溶化したのち、同一濃度の現１象液を用い複
数口の現像をおこなうようにするとノ（に、さらに各回
の現像後のリンスを極めて薄い濃度のアルカ１，１肢を
用いて行うようにしている。

（作川）Ｊ−Ｈｒ２　Ｊｊ　法によれば、強アルカリによってレ
ジス１・表面に難溶化層を形成することにより、露光直
後の現像時に生しるレジスト膜厚の減少を防くことがで
きる。

また、第１回［１の現像時間を次回の現像時間の１／２
以上となるように長くすることによって、パターン側壁
に生ずる難溶化層を堅牢にすることかできるため、２口
目以降の現像により、同一濃度の現像液を用いても、パ
ターン下部の裾広がりをなくし、プロファイルの垂直な
パターンを得ることか可能となる。

また、２回目以降の現像液の濃度を薄くした場合に』し
べ、２回目以降の現像時間を短くすることができ、レジ
ストの膜減りを抑制することができる。

さらに、各回の現像後に行うリンス工程でのリンスｉｆ
ＪＥとしては、通常純水が用いられるが、これに代わり
濃度の薄いアルカリ液を用いることにより、現像波とレ
ジンとの作用により生ずる塩をレジスト表層から効果的
に流し去ると共にレジス１・内部から引き抜く作用が強
くなる。また、濃度が薄いため内部のレジンへの作用は
少なく、現像を良好に停止することかでき、純水によっ
てリンスを行った場音に比べ、パターン側壁に生ずる難
溶化層をより堅牢にすることができる。この難溶化層に
よりパターン下部の裾広がりをなくし垂直なパターン形
状を得ることか可能となる。

（夫弛例）以ド、本発明の実施例として半導体デバイスの層間砲縁
膜としての酸化シリコン膜パターンを形成する方ｄ；に
ついて、図面を参魚しつつ詳細に説明する。

ます、第１図（ａ）に示すごとく、所定の素子領域の形
成されたシリコン基板〕の表面を酸化し、膜厚（］４　
８μｍの酸化シリコン膜２を形戊する。

次いで、第１図（ｂ）に示すごとく、ＰＲ１０２４と指
弥されるマクダミット社製のポジ型レジストを、同転Ｑ
　７　０　０　０　ｒ　ｐ　ｍてスピンコートした後、
８５゜Ｃ，６０秒のホットプレート処理によるブリベー
クを行ったのち、ＮＭＤＷと指称する東京応化製のテト
ラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）
に３０秒間浸漬し、レジストを＠ｉ肩化し表面に難溶化
層３ａを形成する。このときのレジス１・膜３の膜厚は
０．５μｍであった。

次いで、第１図（Ｃ）に示すごとく、クリブトン、フッ
素、ヘリウムの混合ガスを用いたエキシマレーザの２４
８．４ｎｍの発振線を用いた縮小投影露光装置により、
該シリコン基板上のレジスト膜３にパターン転写を行い
、マスクパターンの潜像３Ｓを形成する。このときのエ
ネルギー強度は３００−４　０　０ｍＪ／　ｃＪとした
。

そして、１０５℃、９０秒のホットプレ−１・によるポ
ストエクスポージャベーキング処理を行ったのち、第１
図（ｄ）に示すごと＜、濃度２、３８％のＴＭＡＨを用
いて３０秒現像後、濃度１．９０％以下のＴＡＭＨある
いは濃度１％程度のアンモニア水を用いてリンスを行っ
た後、乾燥し、旦現像を停止する。このとき、レジスト
表層および内部てＴＭＡＨとレジンによって生ずる塩を
表層から流し去ると共に内部から引き抜くという作用を
この濃度１．９０％以下のＴＡＭＨあるいは濃度１％程
度のアンモニア水が行うものと考えられる。このように
して、レジストパターン側壁にはアルカリに対する堅牢
な難溶化層３ａが形成されている。また、濃度１％程度
のアンモニア水は、水よりも分子量が低いため、より内
部の塩を引き抜くことができるという作用もある。

そしてさらに濃度２．３８％のＴＭＡＨを用いて３０秒
現像後、水洗乾燥し、第１図（ｅ）に示すごと＜、０．
３５μｍのラインアンドスペースの微細な開孔部を有す
る垂直パターン３Ｐを形成することがてきた。

こ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、第１図（ｒ）に示すごとく、反応性イオンエッチン
グにより酸化シリコン膜をエッチングした。

この方法によれば、０．３５μｍのライン・アンド・ス
ペースパターンもフォトマスクのパターンに忠実に精度
よく形戊される。

なお、前記第１回目の現像時間を２０秒とし、第２回目
の現像時間を４０秒とした場合、第２図に示すように凹
レンズのような断面形状のレジストパターンとなり、こ
のレジストパターンをマスクとしてパターニングする場
合、十分なパターン精度を得ることはできなかった。

また、前記実施例では、各回の現像の間に濃度１．９０
％以下のＴＡＭＨあるいは濃度１％程度のアンモニア水
を用いてリンスを行うようにしたが、リンス後乾燥を行
わなくても前記実施例と同様の桔果を得ることができた
。

さらにまた、前記実施例では各回の現像の間に濃度１．
９０％以下のＴＡＭＨあるいは濃度１％程度のアンモニ
ア水を用いてリンスを行うようにしたが、純水によるリ
ンスを用いても、前記実施例の場合よりもやや精度は落
ちるが、良好なパターン梢度を得ることができる。ちな
みに、この薄いアルカリ液の濃度はアルカリ可溶のレジ
ンが溶けだす限界濃度である。

さらに、前記実施例では第１回目の現像工程の現像１時
間が次回の現像時間の］／２以上となるようにしたが、
この範囲を外れていても、潜像を同一濃度の現像？夜を
用いて複数回に分けて現像し、各回の現１象の間に濃度
の１．９０％以下のＴＡＭＨあるいは濃度１％程度のア
ンモニア水等の濃度の薄いアルカリ液を用いてリンスを
行うようにすれば、前記実施例の場合よりもやや精度は
落ちるが、良好なパターン精度を得ることができる。

加えて、前記実施例では、ボジ型レジストであるノボラ
ック系レジストについて説明したが、これに限定される
ことなく、ネガ型レジストにも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の方法によれば、露光
に先たち、アルカリ溶液による難溶化処理を行い、露光
後、第１回目の現像時間が次同の現像時間の１／２以上
となるように複数回の現像を行うようにしているため、
現１象時のレジストの膜威りか少なく垂直な断面形状の
レジストパターンを短時間で形成することが可能となる
。

また、各回の現像後のリンスを極めて薄い濃度のアルカ
リｉ＆を用いて行うようにしているため、現像ｌＩＩｊ
のレジストの膜減りが少なく垂直な断面形状のレジスト
パターンを形戊することか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至第１図（「）は本発明実施例の方法に
よるレジストパターン形成工程を示す図、第２図乃至第
５図は従来例の方法で形成されたレジストパターンを示
す比較図である。１・・・シリコン基板、２・・・酸化シリコン膜、３・
・・レジスト膜、３ａ・・・難溶化層、３ｓ・・・潜像
、３Ｐ・・・レジストパターン。第１図第２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理基板上にレジストパターンを形成する方法
において、被処理基板上にレジスト膜を塗布するレジスト膜塗布工程と前記レジスト膜の表面に難溶化層を形成する難溶化工程と所望のパターンをなすように該レジスト膜上に選択的に露光し潜像を形成する露光工程と、露光工
程で形成された前記潜像を同一濃度の現像液を用いて複数回に分けて現像し、第１回目の現
像工程の現像時間が次回の現像時間の１／２以上となる
ようにする現像工程とを含むようにしたことを特徴とす
るパターン形成方法。
（２）さらに前記現像工程の後、極めて濃度の薄いアル
カリ液を用いてリンスを行うリンス工程を含むようにし
たことを特徴とする請求項（１）記載のパターン形成方
法。
（３）被処理基板上にレジストパターンを形成する方法
において、被処理基板上にレジスト膜を塗布するレジスト膜塗布工程と前記レジスト膜の表面に難溶化層を形成する難溶化工程と所望のパターンをなすように該レジスト膜上に選択的に露光し潜像を形成する露光工程と、露光工
程で形成された前記潜像を同一濃度の現像液を用いて複数回に分けて現像し、現像後極めて
濃度の薄いアルカリ液を用いてリンスを行うようにした
ことを特徴とするパターン形成方法。