JPH04338960A - レジストパターンの形成方法 - 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
高密度集積回路及びフォトマスク等を製造する際のパタ
−ン形成方法に係わり、特に微細なパターンを高精度に
形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積
回路の高集積化、高精度化はとどまるところを知らずパ
タ−ンの線幅もますます超微細化、高精度化が要求され
ている。例えば、代表的なＬＳＩであるＤＲＡＭを例に
すると、形成される回路素子のパターンの線幅は、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
されており、このような要求に応える為に、様々な露光
方法、リソグラフィープロセス、レジスト等が研究され
ている。

【０００３】そのなかでも最近、次世代の微細パタ−ン
を形成するためのレジストの開発は、著しいものがあり
、実用性の高いｉ線ステッパー用のレジストやエキシマ
レ−ザ用のレジストが開発され、更に化学増幅型のレジ
ストも開発され最先端デバイスに実用化されつつある。

【０００４】これらのレジストでは、感光剤の選択もさ
ることながら光の透過率が大きな樹脂を利用したり、高
感度、高解像度とするために樹脂の化学構造を改良した
り様々な努力がおこなわれている。化学増幅型レジスト
は、一般的なネガ型で説明すると、クレゾールノボラッ
ク樹脂のようなベース樹脂と架橋剤及び酸発生剤の混合
物からなり、電離放射線の照射により酸が発生し、これ
が加熱により架橋剤とベース樹脂との架橋反応の触媒と
なる。その結果、現像すると未露光部分が溶解しネガ型
のパタ−ンが形成できるというものである。このレジス
トは、クレゾ−ルノボラック樹脂で耐ドライエッチング
性を、酸発生と熱架橋による化学反応によって高感度を
、非膨潤型のアルカリ現像にて高解像度を確保しており
、従来、両立できなかった耐ドライエッチング性と高感
度、高解像度の全てを満足する画期的なレジストである
。

【０００５】そして、これらのレジストは次世代のデバ
イスの露光方法として有力なｉ線やエキシマレーザや電
子線及びＸ線用として種々のものが開発され実用化に向
けて検討がすすんでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たレジストは０．３μｍレベルの微細パタ−ンが比較的
容易に形成可能であるものの、現像時にレジスト薄膜の
表層が溶解しにくくなり、通常の現像液を用いたスプレ
ー現像法、パドル現像法、浸漬現像法などでは現像後の
レジストパターン断面が、逆台形状もしくは糸巻き状（
鼓状）になってしましまいその後の加工プロセスが安定
しないという大きな問題があった。通常の半導体装置の
製造に用いられるレジストパタ−ン断面としては、上部
と下部の幅が等しい矩形状が最も好ましく、少なくとも
上部の幅が小さい台形状である必要がある。したがって
、下部の幅が上部の幅よりも大きな逆台形状になりやす
いレジストは、実用的には使用できないという問題があ
った。

【０００７】以下、従来のレジストの形成工程を図面を
参照にして説明する。図２は従来のレジストパタ−ンの
形成方法の工程を示す断面図である。まず基板１１上に
レジストをスピンコ−ティング法等の常法により均一に
塗布し、加熱乾燥処理を施し、厚さ０．１〜３．０μｍ
厚のレジスト層１２を形成する（ａ）。加熱乾燥処理は
、使用するレジストの種類によって異なるが、通常６０
℃〜２００℃で５分〜６０分間程度行う。この際、レジ
スト層の表層に難溶化層１３が形成される。

【０００８】続いて、レジスト層１２上に常法に従って
ステッパーあるいは電子線直接描画法等によって電離放
射線１４によりパタ−ンを描画してレジスト層に露光部
分１５を形成する（ｂ）。

【０００９】続いて同図（ｃ）に示すように、現像液１
６で現像する。この時の現像は、レジストの種類によっ
て異なるが、０．１〜０．６Ｎのアルカリ水溶液で３０
秒〜９０秒間程度である。次いで、純水にて６０秒〜９
０秒間リンスして同図（ｄ）に示すようなレジストパタ
−ン１７を形成する。

【００１０】図３には、１μｍ厚のレジストを現像した
時のレジスト膜厚の残膜挙動の測定結果を示す。図の矢
印の部分に示されるように表層の溶解速度が著しく遅く
なっており、表層には難溶化層が形成されていることが
わかる。

【００１１】形成したレジストパタ−ンの断面は、表面
の難溶化層の影響で逆台形状になってしまい、次の基板
上のレジスト薄膜が形成されていない部分にエッチング
等の各種の処理操作を行う際に、正確な加工ができなく
なってしまう。

【００１２】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、最近開発されている高解像
度レジストの現像時の逆台形化を効果的に防止して、そ
の後の加工を容易にする高精度の微細レジストパタ−ン
を安定的に形成する方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
に鑑み従来のリングラフィープロセスを大幅に変更する
ことなく、高性能レジストを安定して使用できる方法を
開発すべく研究の結果、被加工基板上のレジスト薄膜を
現像する際に、レジスト薄膜の表層部の現像の条件のみ
を表層部以外の現像の条件とを変更することによって高
精度な微細パタ−ンを安定して形成できることを見い出
し、かかる知見に基ずいて本発明を完成したものである
。現像条件の変更の方法は、同一の組成の現像液を用い
て、表層部の現像には、表層部の現像には高濃度の現像
液を用いその後低濃度の現像液へと切り換えて多段現像
することによって行うことが好ましい。

【００１４】本発明によって、レジストパターンの断面
形状が逆台形にならないことの理由は以下のように考え
られる。

【００１５】前述したような最近の短波長用レジスト及
び化学増幅型レジストは、クレゾ−ルノボラック樹脂あ
るいはポリビニルフェノール等のベース樹脂とジアゾキ
ノンに代表される感光剤、もしくは化学増幅型の場合は
メラミン等の架橋剤とハロゲン酸等の酸発生剤とからな
っている。これらを基板に塗布後熱処理するとレジスト
薄膜の最上層に難溶化層が形成される。この難溶化層が
形成される詳細は定かではないが、レジスト中のポリマ
−等の挙動、レジスト表面の雰囲気、露光前あるいは露
光後に行われる熱処理などによる考えられる。

【００１６】続いてこのレジスト薄膜に光及び電子線等
の電離放射線が照射された後、これを現像すると、レジ
ストの表面が溶解されにくい為、レジストの中間部およ
び下部の溶解が進んでしまい逆台形状の断面が形成され
てしまう。

【００１７】ところが、上記レジストを現像する際に通
常の現像液によっては現像処理が困難な難溶化層を高濃
度の現像液で処理した後に、通常濃度の現像液にて追加
現像を行うという多段現像によって、レジストパタ−ン
断面の逆台形化を防止し、適正な断面形状が得られるも
のであり、この結果、高解像度用の化学増幅型レジスト
が安定的に使用可能となる。

【００１８】また、本発明の方法は、化学増幅型のレジ
ストに限らず、種々のレジストの断面形状の制御方法と
しても適用することが可能である。

【００１９】本発明の方法を図面を参照にして説明する
。図１は本発明に係るレジストパタ−ンの形成方法の工
程を示す断面図であり、まず基板１上にレジストを均一
に塗布し、加熱乾燥処理を施し、厚さ０．１〜３．０μ
ｍ程度のレジスト層２を形成する（ａ）。加熱乾燥処理
は、使用するレジストの種類にもよるが、通常６０〜２
００℃で５分〜６０分間行う。この際、レジスト層の表
層に難溶化層３が形成される。次に、同図（ｂ）に示す
ように、レジスト層２に常法に従ってステッパ−等を用
いて露光するか電子線描画装置を用いて電離放射線４に
よりパタ−ン描画すると、レジスト層には露光部分５が
形成される。

【００２０】続いて同図（ｃ）に示すように、まずレジ
スト表面の難溶化層の現像を行う。難溶化層の現像は、
通常使用する現像液と同一の組成の現像液を使用するこ
とができ、標準的な現像液に比べて濃度が高い高濃度現
像液６を使用して処理を行うことができる。アルカリ水
溶液を現像液に使用する場合には、現像液の濃度は、そ
のレジストに標準的に使用されている濃度の２倍程度が
好ましく、現像時間はレジストの種類、難溶化層の形成
の程度等によって異なるが、１秒〜１０秒間程度が好ま
しい。現像方法としては、スプレー、パドル、浸漬法等
いずれでもよい。

【００２１】続いて、同図（ｄ）に示すように通常濃度
現像液７で現像する。アルカリ水溶液を現像液とした場
合には、現像液の濃度は通常０．１〜０．６Ｎで３０秒
〜９０秒間が好ましい。

【００２２】難溶化層の現像の終了後は、通常の現像条
件によって最後まで変更せずに現像を行っても良いが、
レジスト等に応じて現像条件を２段階もしくは３段階に
変更しても良い。

【００２３】現像終了後、純水でリンスして同図（ｅ）
に示すようなレジストパタ−ン８を形成する。この様に
して形成されたレジストパタ−ンは、断面形状が矩形も
しくは台形状でその後のエッチング等の各種の処理操作
を行う際に加工のし易いものであった。

【００２４】

【作用】最近のＬＳＩ、超ＬＳＩの高集積度化に伴い、
リソグラフィー技術もますます高感度、超微細化が要求
されているが、このような目的に使用される特性が優れ
た化学増幅型などのレジストの断面形状が逆台形化する
ことを防止し、レジストの断面形状を安定に制御するこ
とを、レジストの表層部の現像条件を通常の現像条件と
変えるのみで、従来のリソグラフィープロセスを大幅に
変更することなく実現するものであり、高精度のレジス
トパタ−ンを安定して形成することが可能でとなる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に
詳細に説明する。 実施例１ 光学研磨された５インチ角の高純度合成石英ガラス基板
上に、８００ｎｍ厚のクロム薄膜と４００ｎｍ厚の低反
射クロム薄膜の２層構造の被覆を形成したフォトマスク
基板上に、ヘキスト社製ＡＺ−５２００レジストをスピ
ンコ−ティング法により塗布し、９０℃で３０分間加熱
処理して厚さ０．６μｍの均一なレジスト薄膜を得た。

【００２６】次に、これらの基板に、常法に従って電子
線露光装置によりパタ−ン描画を行った。描画は加速電
圧は２０ｋＶで、露光量は２０μＣ／ｃｍ２で行った。

【００２７】基板をスプレー現像機を用いて、まず濃度
０．５４Ｎで３秒間、０．３９Ｎで２０秒間、０．３０
Ｎで２０秒間それぞれ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にて多段現
像し、純水にて６０秒間リンスした。現像終了後、走査
型電子顕微鏡にてレジストパタ−ンの断面形状の観察を
した結果、良好な矩形パタ−ンが得られていた。

【００２８】実用例２ ６インチシリコンウェハ−上に、ＫｒＦエキシマレ−ザ
用化学増幅型レジスト（シプレイ社製ＸＰ８８４３）を
スピンコーティング法により塗布し、１００℃で６０秒
間、加熱処理して厚さ１．０μｍの均一なレジスト薄膜
を得た。次に、この基板に、常法に従ってＫｒＦエキシ
マレーザステッパーによりパタ−ン描画を行った。この
時の露光量は１２０ｍＪ／ｃｍ２で行った。

【００２９】続いて、１４０℃で６０秒間加熱処理をし
た後、スプレー現像機を用いて濃度０．３９Ｎで３秒間
、０．２１Ｎで３０秒間それぞれ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
にて現像し純水にて６０秒間リンスしてレジストパタ−
ンを形成した。現像後、形成されたレジストパターン断
面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて観察した結果、基
板面との角度８８°の良好なレジストパタ−ンを得た。

【００３０】比較例１ 現像を、スプレー現像機を用いて濃度０．３９Ｎのテト
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
るアルカリ水溶液にて９０秒間現像し、純水にて６０秒
間リンスしてレジストパタ−ンを形成した点を除いて実
施例１と同様の条件でレジストパターンを得た。得られ
たレジストパターンの断面を操作型電子顕微鏡によって
観察したところ、逆台形型であった。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、被加工基板上のレジスト薄膜
を現像する際に、レジスト薄膜の表層部の現像条件のみ
を表層部以外の現像条件とは異なる現像条件によって現
像し、レジスト薄膜の表層部に形成された難溶化層の現
像を行った後に、通常の条件によって現像を行うことに
よって、レジストパターンの断面形状が逆台形状となる
ことを防止し、断面形状を所望の形に制御する方法であ
って、現像の条件の変更はアルカリ現像液の場合には、
異なる濃度の現像液によって現像することによって容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法のレジストパターンの形成工程を
示す。

【図２】従来の方法によるレジストパターンの形成工程
を示す。

【符号の説明】

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被加工基板上に形成したレジストの層
   を露光後に現像するレジストパターンの形成方法におい
   て、レジストの表層部の現像の条件を他の部分の現像の
   条件と異なる現像の条件で現象することを特徴とするレ
   ジストパターンの形成方法。
2. 【請求項２】　　露光がフォトマスクを使用した電離放
   射線の照射、あるいは電子線による直接描画によって行
   うことを特徴とする請求項１記載のレジストパターンの
   形成方法。
3. 【請求項３】　　レジストが化学増幅型のレジストであ
   ることを特徴とする請求項１記載のレジストパターンの
   形成方法。
4. 【請求項４】　　レジストがノボラック樹脂あるいはフ
   ェノール樹脂からなることを特徴とする請求項１ないし
   ２のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
5. 【請求項５】　　現像をアルカリ性溶液によって行うこ
   とを特徴とする請求項１記載のレジストパタ−ン形成方
   法。
6. 【請求項６】　　現像を高濃度の現像液によって行った
   後に、低濃度の現像液に変えて行うことを特徴とする請
   求項１記載のレジストパターンの形成方法。