JPH04275554A - レジストパターン形成方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の
高密度集積回路、その他の製造に用いられるレジストパ
ターンを形成する方法に係り、特に、高精度なレジスト
パターンの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積
回路は、シリコンウェーハ等の被加工基板上にレジスト
を塗布し、ステッパー等により所望のパターンを露光し
た後、現像、エッチング等のいわゆるリソグラフィー工
程を繰り返すことにより製造されている。

【０００３】このようなリソグラフィー工程に使用され
るレジストは、半導体集積回路の高性能化、高集積化に
伴ってますます高精度化が要求される傾向にあり、例え
ば、代表的なＬＳＩであるＤＲＡＭを例にとると、１Ｍ
ビットＤＲＡＭで１．２μｍ、４ＭビットＤＲＡＭで０
．８μｍ、１６ＭビットＤＲＡＭで０．６μｍ、６４Ｍ
ビットＤＲＡＭで０．３５μｍと、ますます微細化が要
求され、様々なレジストが活発に研究されている。

【０００４】このように高精度でかつ微細なパターンを
形成するためには、優れた特性を有するレジスト材料が
必要であるが、感度、解像度、密着性、安定性、ドライ
エッチング耐性等、全ての特性を満足するレジストは得
られていないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、高集
積化したＬＳＩ等の製造の際に必要な微細で高精度のパ
ターンを形成するためには、エッジが垂直に切り立った
レジストパターンが必要不可欠である。また、これは、
ドライエッチングでパターンニングする際には、特に重
要であるとされていた。しかしながら、現在のレジスト
では、垂直な断面形状のパターンを形成することはなか
なか難しい。

【０００６】また、化学増幅系のレジストでは、パター
ン形成したとき、基板界面で食い込みが生じ、このまま
ウェットエッチングすると、エッチングされたシリコン
、クロム等のパターンの断面形状が台形になってしまう
という問題があった。

【０００７】さらに、微細パターン形成方法の１つにリ
フトオフ法というものがある。このリフトオフ法とは、
予め逆テーパーの断面形状を有するレジストパターンを
基板上に作り、次にアルミニウム等の金属膜をその上に
スパッタリング等の手法によって形成し、その後にレジ
ストを剥離させると、配線パターンが作成できるという
ものである。この際、リフトオフ用の逆テーパー断面形
状を有するレジストパターンを形成するには、レジスト
に表面難溶化処理を施すか、あるいは、逆テーパーの断
面を形成しやすい専用のレジストが必要であった。

【０００８】本発明は上述したような高精度のレジスト
パターンを形成する際の問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、基板を前処理するだけで他にレジス
トに処理を加えることなしに、順テーパー、垂直、逆テ
ーパーの断面形状のレジストパターンを容易に得ること
ができるレジストパターン形成方法を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、超微細リソグ
ラフィーを可能にするレジストパターン形成法を研究し
た結果、レジスト塗布前に基板表面を処理し、基板表面
とレジストの相互作用を変えることにより、様々な断面
形状のレジストパターンを形成することができることを
見い出して完成したものである。

【００１０】ここで、基板表面とレジストの間の相互作
用を変化させるということは、例えば図１に模式的に示
したように、基板表面１を親水化する際にレジスト３と
基板の親水面２との間に水素結合４等を形成することで
ある。また、基板表面１を疎水化してこのような水素結
合４等を除去することも含む。

【００１１】ところで、本発明の方法は、金属、セラミ
ック、ガラス、合成樹脂等多くの基板材料に適用するこ
とが可能であるが、特に、レジストパターンを形成すべ
き面が、シリコン、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、
アルミニウム、ポリシリコン、ガラス、クロム、タング
ステン、酸化クロム、窒化クロム、モリブデン、モリブ
デンシリサイド等、半導体装置用のウェーハやフォトマ
スク基板に適している。

【００１２】また、本発明で使用されるレジストは、少
なくともベース樹脂中の１ユニット当たり１個以上の親
水基を有するレジストである。親水基には、水酸基以外
に、カルボン酸、エステル、アミン、アンモニウム、リ
ン酸、アルデヒド、アルコール、スルホン酸、エーテル
等がある。また、こうしたレジストには、シプレイ社製
化学増幅型のＳＡＬ−６０１、ＸＰ８８４３、ヘキスト
社製のＲＡＹ−ＰＮ、ＲＡＹ−ＰＦ等が含まれる。この
ようなレジストは、ネガ型でもポジ型でもよい。

【００１３】本発明において用いる親水化処理方法につ
いて説明すると、 ■アルカリ液法 ■酸化プラズマ、紫外線、オゾン処理等がある。

【００１４】上記のアルカリ液法に用いられるアルカリ
液としては、例えば、水酸化ナトリウム、あるいは、水
酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物等の水溶液、あ
るいは、メタノール溶液、アンモニア水、テトラメチル
アンモニウムオキサイド等の有機アルカリがある。

【００１５】上記アルカリ液処理方法は、上記のような
アルカリ液への浸漬方法、刷毛等によると塗布方法、ス
プレイ法等によって行うことができる。アルカリ液によ
る処理の温度は５℃ないし８０℃、処理時間は１秒ない
し６時間が適当である。アルカリ液による処理後は、純
水によるリンス洗浄、あるいは、高圧洗浄やスクラブ洗
浄を行うことにより、基板表面からアルカリ液を除去す
る。

【００１６】また、上記の酸素プラズマ、紫外線、オゾ
ン処理について説明すると、基板を洗浄後、酸素プラズ
マ、紫外線又はオゾンによりその表面を処理し、基板表
面の酸化物及び有機物を分解することにより、親水化す
るものである。

【００１７】次に、本発明において用いる疎水化処理に
ついて説明すると、 ■脱水ベーク ■ＨＭＤＳ（ヘキサメチレンジシラザン）処理■ステア
リン酸鉄の塗布等がある。

【００１８】上記の脱水ベーク法は、基板洗浄後、８０
℃ないし２５０℃に加熱することにより、脱水、及び、
表面を酸化させ、疎水化する方法である。

【００１９】また、ＨＭＤＳ処理法について説明すると
、基板を洗浄後、ＨＭＤＳ雰囲気中に曝すか、あるいは
、スピンコーティングによりＨＭＤＳを塗布することに
より、基板を疎水化させる方法である。

【００２０】さらに、ステアリン酸鉄処理は、基板を１
００℃ないし３００℃に加熱し、ステアリン酸鉄を溶融
させて基板一面に塗布し、その後、ガーゼ等でよく拭き
取って疎水表面を作るという方法である。

【００２１】さて、本発明のレジストパターン形成方法
は、以上説明したようなクロム、シリコン、ガラス等の
基板上に、エッチング、リフトオフ、イオン注入等リソ
グラフィー工程のためのレジストパターンを形成する方
法であって、レジストを塗布する前に基板表面を以上に
説明したような親水化又は疎水化の前処理を行うことに
より、何らレジストに処理を加えることなく、レジスト
の断面形状を制御するようにしたことを特徴とする方法
である。

【００２２】本発明では、親水基を有するレジストを用
いているので、基板を親水化すればする程、レジストと
基板のぬれ性（密着性）が良くなり、現像後順テーパー
の断面形状を有するレジストパターンが得られ、基板を
疎水化すればする程、レジストと基板のぬれ性が悪くな
り、現像後逆テーパーの断面形状を有するレジストパタ
ーンが得られることになる。さらに、親水化又は疎水化
の条件を基板及びレジスト材料に合わせて適当に選択す
ることにより、垂直な断面形状のレジストパターンを得
ることもできる。

【００２３】

【作用】本発明においては、レジストを塗布する前に基
板表面を親水化又は疎水化の前処理を行うことにより、
基板の表面状態を変えてレジストと基板との相互作用を
制御しているので、レジストの断面形状を変えることが
可能になり、様々な断面形状のレジストパターンを形成
することができる。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照にしながら本発明の実施例
について説明する。 実施例１ クロムと低反射クロムの２層膜からなるフォトマスク基
板を、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを
主成分とするアルカリ水溶液であるシプレイ社製ＭＦ３
２１中に、温度２１℃で３時間浸漬した後に、純水で洗
浄し、スピン乾燥させ、親水面を有する基板を得た。他
方、上記と同様なフォトマスク基板を２００℃で２時間
加熱処理し、疎水面を有する基板を得た。

【００２５】これら２種類のフォトマスク基板に、化学
増幅ネガ型レジストであるシプレイ社製ＸＰ−８８４３
のレジスト溶液をスピンコーティングし、１２０℃で３
０分間プリベークして、厚さ０．５μｍの均一なレジス
ト膜を得た。

【００２６】ここで、このレジストは、酸発生剤、架橋
剤、ポリビニルフェノールの３成分からなり、主成分は
ポリビニルフェノールである。したがって、このレジス
トは親水性のレジストである。

【００２７】このように親水化処理して親水性のレジス
トを塗布したフォトマスク基板と、疎水化処理して親水
性のレジストを塗布したフォトマスク基板とに、加速電
圧１０ｋＶの電子線露光装置により１．５μＣ／ｃｍ２
　の照射量でパターン露光した。露光後、テトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイドを主成分とするアルカ
リ水溶液であるシプレイ社製ＭＦ３２１で２分間現像し
、純水でリンスして、レジストパターンを得た。

【００２８】図２（ａ）及び（ｂ）に基板表面を疎水化
及び親水化処理したレジストパターン断面形状の走査型
電子顕微鏡像を示す。疎水化処理を施した基板５上のレ
ジスト断面７は、図２（ａ）のように、逆テーパーとな
っている。また、図２（ｂ）のように、親水化処理を施
した基板６上のレジスト断面８は順テーパー形状になっ
ている。

【００２９】実施例２ 実施例１と同様なクロムと低反射クロムの２層膜からな
るフォトマスク基板を、実施例１と同様に、テトラメチ
ルアンモニウムハイドロオキサイドを主成分とするアル
カリ水溶液であるシプレイ社製ＭＦ３２１中に、温度２
１℃で浸漬させた。この際、アルカリ浸漬時間を変える
ことによって、基板表面のレジストに対するぬれ性を変
化させた。図３にアルカリ浸漬時間と純水に対する接触
角θの関係を示す。アルカリ浸漬時間が長くなるにつれ
て、接触角θが小さくなった。

【００３０】アルカリ浸漬時間が０時間、０．５時間、
３時間の現像後のレジスト断面を比較した。まず、これ
らのアルカリ浸漬時間の異なる３枚のフォトマスク基板
に、化学増幅ネガ型レジストであるシプレイ社製ＸＰ−
８８４３のレジスト溶液をスピンコーティングし、１２
０℃で３０分間プリベークして、厚さ０．５μｍの均一
なレジスト膜を得た。

【００３１】以上の３枚のフォトマスク基板に、加速電
圧１０ｋＶの電子線露光装置により１．５μＣ／ｃｍ２
　の照射量でパターン露光した。露光後、テトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイドを主成分とするアルカ
リ水溶液であるシプレイ社製ＭＦ３２１で２分間現像し
、純水でリンスして、レジストパターンを得た。

【００３２】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にアルカリ浸
漬時間がそれぞれ０時間、０．５時間、３時間のレジス
トパターン断面形状の走査型電子顕微鏡像を示す。図示
のように、浸漬時間が０時間の基板上のレジスト断面９
は逆テーパー断面であり、浸漬時間が０．５時間の基板
上のレジスト断面１０は垂直断面となり、浸漬時間が３
時間の基板上のレジスト断面１１は順テーパーの断面と
なった。

【００３３】

【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ると、レジストパターンを形成す
る際に、レジストを塗布する前に基板表面を親水化又は
疎水化の前処理を行うことにより、基板の表面状態を変
えてレジストと基板との相互作用を制御しているので、
レジストの断面形状を変えることが可能になり、様々な
断面形状のレジストパターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】親水性レジストと親水化処理を施した基板表面
との相互作用を示す模式図である。

【図２】実施例１のレジストパターン断面形状の走査型
電子顕微鏡像を示す図である。

【図３】アルカリ浸漬時間と純水に対する接触角の関係
を示す図である。

【図４】実施例２のレジストパターン断面形状の走査型
電子顕微鏡像を示す図である。

【符号の説明】

１…基板表面 ２…親水面 ３…レジスト ４…水素結合 ５…疎水面 ６…親水面 ７…逆テーパーの断面形状を有するレジスト８…順テー
パーの断面形状を有するレジスト９…アルカリ浸漬０時
間の場合の逆テーパーの断面形状を有するレジスト １０…アルカリ浸漬０．５時間の場合の垂直な断面形状
を有するレジスト １１…アルカリ浸漬３時間の場合の順テーパーの断面形
状を有するレジスト

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クロム、シリコン、ガラス等の基板上
   にリソグラフィー工程のためのレジストパターンを形成
   する方法において、レジストを塗布する前に基板表面を
   親水化又は疎水化の前処理を行うことにより、何らレジ
   ストに処理を加えることなく、レジストの断面形状を制
   御するようにしたことを特徴とするレジストパターン形
   成方法。
2. 【請求項２】　　前記レジストとして水酸基等の親水基
   を有するものを用い、基板表面を親水化して基板とレジ
   ストの密着性を高めることにより順テーパーの断面形状
   を得るようにし、基板表面を疎水化して密着性を低下さ
   せることにより逆テーパーの断面形状を得るようにし、
   また、親水化又は疎水化の条件を選択することによりほ
   ぼ垂直な断面形状を得るようにしたことを特徴とする請
   求項１記載のレジストパターン形成方法。
3. 【請求項３】　　前記親水化処理が、基板のアルカリ液
   中への浸漬又は基板へのアルカリ液の塗布によって行わ
   れることを特徴とする請求項１又は２記載のレジストパ
   ターン形成方法。
4. 【請求項４】　　前記アルカリ液が、水酸化ナトリウム
   、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶液、
   又は、メタノール溶液、アンモニア水、テトラメチルア
   ンモニウムオキサイド等の有機アルカリ溶液から選ばれ
   ることを特徴とする請求項３記載のレジストパターン形
   成方法。
5. 【請求項５】　　前記親水化処理が、基板を酸素プラズ
   マ、紫外線又はオゾンによって処理することにより行わ
   れることを特徴とする請求項１又は２記載のレジストパ
   ターン形成方法。
6. 【請求項６】　　前記疎水化処理が、基板のヘキサメチ
   レンジシラザン処理によって行われることを特徴とする
   請求項１又は２記載のレジストパターン形成方法。
7. 【請求項７】　　前記疎水化処理が、基板を８０℃ない
   し２５０℃で加熱処理することによって行われることを
   特徴とする請求項１又は２記載のレジストパターン形成
   方法。
8. 【請求項８】　　前記疎水化処理が、基板にステアリン
   酸鉄を塗布することによって行われることを特徴とする
   請求項１又は２記載のレジストパターン形成方法。