JPH0423425A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】 〔概　要〕 低温ドライエツチング法を用いて製造される半導体装置
に関し。

低温ドライエツチングにおいてレジストマスクに生じる
クラックを防止することを目的とし。

半導体装置基板に塗布され且つプリベークされたレジス
ト層に対して所定パターンの露光を行ったのち現像液を
用いる湿式現像および水洗処理を施してレジストパター
ンを形成し、該レジストパターンに熱変形を生じず且つ
前記湿式現像および水洗処理において該レジスト層に吸
蔵された該現像液および水分を除去可能な温度での第１
の熱処理を前記現像および水洗処理されたレジスト層に
対して施し、該レジストパターンに熱変形を生じない温
度且つ紫外線照射下での第２の熱処理を前記第１の熱処
理を施された該レジスト層に対して施し、前記第２の熱
処理を施された該レジスト層を前記第２の熱処理温度以
上の温度でポストベークし、前記ポストベークされた該
レジスト層を有する該半導体装置基板を室温以下に冷却
した状態でドライエツチングする諸工程を含むように構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、低温ドライエツチング法を用いて製造される
半導体装置に関する。

半導体装置の高性能化および高集積化にともなって、微
細パターンを形成するためのエツチング技術の主流はド
ライエツチングに移行しつつある。

近年、ドライエツチングの一種として低温ドライエツチ
ング法が提案されている。（Ｋ、Ｔｓｕｊ　ｉｍｏｔｏ
ｅｔａ＋、＋　Ｐｒｏｃ、　１９８８　Ｄｒｙ　Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ　Ｓｙｍｐ、＋　Ｔｏｋｙｏ、１９８８、　ｐ
、４２） 低温ドライエツチングは、被エツチング対象である半導
体装置基板を室温以下１例えば−５０°Ｃ程度に冷却し
て、基板あるいは基板上に形成されている半導体層、絶
縁層、あるいは、配線層をエツチングするものであり、
常温ないし加熱された基板をエツチングする通常の方法
に比べて、異方性（垂直加工性）が良く、また３　レジ
ストマスク層との高選択比が得られ、かつ、一般にエツ
チングレートも高く、工程のスループットが向上できる
等の長所を有している。

〔従来の技術〕

しかしながら、低温ドライエツチングにおいては、半導
体装置基板を冷却したとき、レジストマスク層にクラッ
クが生じる問題があった。したがって、低温ドライエツ
チングに適用されるレジスト層には、冷却時にクランク
を生じないような低温耐性が要求される。

従来から、フォトレジスト層の現像後に紫外線照射を行
うことにより、耐熱性や耐ドライエツチング性が向上さ
れることが知られている。第２図はこのようなＵＶ照射
を含む標準的な工程例を示す。

すなわち、同図（ａ）に示すように１例えばシリコンウ
ェハのような半導体装置基板１の表面にフォトレジスト
を塗布し、これを１００〜１２０℃でプリベークして１
溶剤を除去したのち、所定パターンの露光および現像を
行って、レジストマスク層２を形成する。次いで、加熱
下または室温度において。

同図（ｂ）に示すように紫外線を照射する。そののち。

同図（Ｃ）に示すように、１５０〜２００　’Ｃ程度の
温度でポストベークを行う。

上記ＵＶ照射によりレジストマスク層２は、これを構成
する高分子間の架橋反応が進んで硬化し。

より高温度のポストベークに対する耐熱性（熱変形耐性
）が強化されると同時に、のちのドライエツチングに対
する耐性が向上する。

しかし、上記従来の強化方法においては、レジストマス
ク層を一５０°Ｃ程度の低温に冷却することは考慮され
ておらず、したがって、前述のようなりラックの発生は
まったく予期されていなかった。

また、上記ポストベークも耐ドライエツチング性を向上
する観点から処理条件が求められていたため、低温冷却
に対する耐性の向上からの最適条件は明らかにされてい
なかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

一５０°Ｃ程度の冷却時にレジストマスク層にクランク
が発生する原因としては、第１に、低温においてレジス
トマスク層が柔軟性を失い跪くなること、第２に、レジ
ストマスク層に残留する溶剤や水分が低温冷却時に凍結
し、堆積膨張することが考えられる。第１の原因は、低
温冷却により脆くなったレジストマスク層が、基板との
熱的収縮差に起因する応力によって剪断破壊する現象で
ある。

第２の原因となる溶剤は、プリベーク工程において完全
に除去されなかったものと湿式現像工程においてレジス
ト層に吸収されたものとがある。また　水分は、現像工
程後の水洗工程で付着した水あるいは大気中の水分があ
る。

本発明は、上記の残留溶剤や水分を完全に除去すること
により低温冷却時におけるレジストマスり層のクラック
の発生を防止することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、半導体装置基板に塗布され且つプリヘーク
されたレジスト層に対して所定パターンの露光を行った
のち現像液を用いる湿式現像および水洗処理を施してレ
ジストパターンを形成する工程と、該レジストパターン
に熱変形を生じず且つ前記湿式現像および水洗処理にお
いて該レジスト層に吸蔵された該現像液および水分を除
去可能な温度での第１の熱処理を前記現像および水洗処
理されたレジスト層に対して施す工程と、該レジストパ
ターンに熱変形を生じない温度且つ紫外線照射下での第
２の熱処理を前記第１の熱処理を施された該レジスト層
に対して施す工程と、前記第２の熱処理を施された該レ
ジスト層を前記第２の熱処理温度以上の温度でポストベ
ークする工程と。

前記ポストベークされた該レジスト層を有する該半導体
装置基板を室温以下に冷却した状態でドライエツチング
する工程とを含むことを特徴とする本発明に係る半導体
装置の製造方法によって達成される。

〔作　用〕

紫外線照射やポストベークによる硬化処理の前に、レジ
ストマスク層に残留する溶剤や水分を除去するための熱
処理を行う。この熱処理は、現像によりパターンニング
されたレジストマスク層が軟化して熱変形しない温度で
行う。そののち、紫外線照射下のベータによる硬化を行
って耐熱性を強化し、さらに、高温におけるポストベー
クを行う。これらにより、レジストマスク層に対して低
温冷却時における基板との熱的収縮差による応力に耐え
うる強度が付与されると同時に、残留溶剤や水分の凍結
が排除され、クラックの発生が回避される。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を第１図を参照して説明する。同図
において、第２図におけるのと同じ部分には同一符号を
付しである。

第１図（ａ）を参照して１通常の回転塗布法によりシリ
コンウェハ等の半導体装置基板１の表面にポジ型フォト
レジスト（日本ゼオン社製ＺＰＰ３２００）　ヲ塗布し
たのち、これを周知のりソゲラフ技術によりパターンニ
ングして、レジストマスク層２を形成する。なお、レジ
ストマスク層２は、上記ポジ型に限定されるものではな
く、その他のポジ型あるいはネガ型を任意に用いてよい
。

前記のように、従来は、上記フォトレジストのバクーン
ニング後に、ただちに、後述する紫外線照射およびポス
トベークが行われていた。本発明においては、紫外線照
射に先立って、同図ら）に示すように、レジストマスク
層２に残留する溶剤および水分を完全に除去するための
第１の熱処理を施す。この第１熱処理温度は、レジスト
マスク層２が熱変形を生じない範囲においてできるだけ
高く設定する。上記ポジ型フォトレジストを用いた場合
には１２０°Ｃに設定したが、レジストの種類に応じて
適宜変更して差支えない。なお、第１熱処理の時間は２
〜５分程度である。

上記第１熱処理ののち、同図（Ｃ）に示すように。

紫外線（ＵＶ）照射の下で、半導体装置基板■に対して
第２の熱処理を施す。ＵＶ照射下においてベータするこ
とにより架橋が促進され、フォトレジストの硬化および
耐熱性の向上に有効であることが高須らにより報告され
ている。（Ｔａｋａｓｕ、　Ｙ、　ｅｔ　ａｌ、。

’Ｄｅｅｐ　ＵＶ　Ｈａｒｄｅｎ−ｉｎｇ　ｏｆ　Ｐｈ
ｏｔｏ　ａｎｄ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＲｅｓｉｓｔｓ　Ｐ
ａｔｔｅｒｎｓ”第６回ドライプロセスシンポジウム＋
ｐ、１２＋　１９８４．　ｐｐ、６Ｏ−６５）Ｌかし、
上記報告では、−５０°Ｃ以下の低温冷却時におけるク
ラックの発生と防止方法については明らかにされていな
い。

そこで、第２熱処理温度を変えて、熱処理後のレジスト
マスク層２の形状変化および一１９０°Ｃに冷却したと
きのクランクの発生状況について調査した。形状変化は
、レジストマスク層２の断面形状を、非常に良好、良好
、使用に耐える。不良の４段階で評価し、また、クラン
クの発生状況は。

発生なし１部分的に発生、ウェハ全面に発生の３段階で
評価した。その結果を第１表に示す。なお。

第２熱処理時間は５分程度である。

第１表 前記第１熱処理により溶剤や水分が完全に除去されたレ
ジストマスク層２に発生するクラックは冷却時における
熱的収縮差によるものであるが。

第１表は、レジストマスク層２の形状を良好な状態に維
持可能な温度範囲と低温冷却時におけるりラックを防止
し得る強度を生じる温度範囲とは一致しないことを示し
ている。

第１表から、紫外線照射下での第２熱処理は。

レジストマスク層２に熱変形が生じない１２０°Ｃとし
、これにより耐熱性を強化したのち、さらに高温でポス
トベークを行うことにした。すなわち。

１２０°Ｃでの前記第２熱処理を５分間施した半導体装
置基板１に対して１種々の温度の同図（ｄ）に示すポス
トベークを施し、レジストマスク層２の形状および一１
９０°Ｃに冷却したときのクランクの発生状況を前記と
同様に評価した結果を第２表に示す。

なお、ポストベーク時間は５分程度である。

第２表 第２表から、ポストベーク温度が１６０°Ｃ以上になる
とレジストマスク層２は、低温冷却における熱的収縮差
による応力に耐え得る強度を有するようになることが分
かる。すなわち、前記Ｕｖ照射下に行われる１２０°Ｃ
の第２熱処理は、１６０°Ｃ以上でのポストベークにお
ける熱変形を生じさせないだけの硬化反応を促進するが
、低温冷却時のクランク防止に対しては未だ不十分であ
る。これに対して１６０°Ｃ以上のポストベークにおけ
る硬化反応によって、充分な耐クラツク強度が生じる。

〔発明の効果〕

上記従来の工程と本発明の実施例との比較から明らかな
ように１本発明によれば、露光・現像によりパターンニ
ングされたレジストマスク層に対するＵＶ照射およびポ
ストベークに先立って、レジストパターンに熱変形を生
じない温度で熱処理することにより、レジストマスク層
に残留する溶剤および水分の除去が完全になり、低温冷
却時におけるこれら溶剤や水分の凍結による体積膨張に
起因するクランクが回避可能となる。また、レジストパ
ターンに熱変形を生じない温度で紫外線照射したのち１
６０°Ｃ以上の温度でポストベークすることにより、レ
ジストパターンの形状を劣化させることなく低温冷却時
における基板との熱的収縮差による応力に耐え得る強度
をレジストマスク層に付与することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程説明図。 第２図は従来の工程例説明回 である。 図において。 ■は半導体装置基板 ２はレジストマスク層 である。 ！ａ月の一つど施例０工冴呈詔を日月１」冨　１　日 イカ−９ｎ二［二手１シηンリｔｆＢ月Ｂ？コ第 巳

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体装置基板に塗布され且つプリベークされたレジ
   スト層に対して所定パターンの露光を行ったのち現像液
   を用いる湿式現像および水洗処理を施してレジストパタ
   ーンを形成する工程と、該レジストパターンに熱変形を
   生じず且つ前記湿式現像および水洗処理において該レジ
   スト層に吸蔵された該現像液および水分を除去可能な温
   度での第１の熱処理を前記現像および水洗処理されたレ
   ジスト層に対して施す工程と、 該レジストパターンに熱変形を生じない温度且つ紫外線
   照射下での第２の熱処理を前記第１の熱処理を施された
   該レジスト層に対して施す工程と、前記第２の熱処理を
   施された該レジスト層を前記第２の熱処理温度以上の温
   度でポストベークする工程と、 前記ボストベークされた該レジスト層を有する該半導体
   装置基板を室温以下に冷却した状態でドライエッチング
   する工程 とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。