JPH05299336A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

レジストパターン形成方法

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JPH05299336A
JPH05299336A JP12932692A JP12932692A JPH05299336A JP H05299336 A JPH05299336 A JP H05299336A JP 12932692 A JP12932692 A JP 12932692A JP 12932692 A JP12932692 A JP 12932692A JP H05299336 A JPH05299336 A JP H05299336A
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resist pattern
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細なレジストパターンやアスペクト比の高
いレジストパターンを形成する場合に、パターン倒れの
発生を有効に防止せんとするものである。 【構成】 レジストパターン2a、2b現像時のリンス工程
で、現像液の処理を受けたレジストの表面とリンス液5
との接触角θが60〜120°の範囲となる様にして、リン
ス処理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ULSI、半導体素
子、表面弾性波素子、量子効果素子、超伝導素子、マイ
クロマシーンパーツ(マイクロギヤ等)、電子回路部
品、光電子素子等の製造におけるレジストパターン形成
方法に関し、特に微細なパターン又はアスペクト比の高
いパターン形成時におけるパターン倒れを有効に防止せ
んとするものである。
【0002】
【従来の技術】ULSIの高集積化の要求と共に、極限
的な微細レジストパターンの形成が求められており、現
在最小寸法0.2〜0.3μmのレジストパターン形成が盛ん
に検討され、先端的な研究では0.1μmを対象にしている
ものもある。一方で膜厚が厚く、且つ微細なパターンの
形成方法についても研究が行なわれており、例えば、マ
イクロマシン作製のため、膜厚の厚いレジスト(例えば
100μm)を用いてアスペクト比の極めて高いレジストパ
ターンを形成する技術開発も進められている。
【0003】更にレジストパターンの露光方法として
は、g線、i線等の紫外光、KrF、ArF等のエキシマ
レーザ光、電子線、荷電粒子、X線等種々の線源が用い
られているが、その現像には液体現像液を用いたウェッ
ト現像方法が主に用いられている。このウェット現像
は、工程の簡便さというメリットと共に、リンス液によ
る洗浄を伴なうためクリーンな処理になることから、今
後もその改良・発展が予想される。
【0004】図5はレジストパターン現像時にウェット
現像法を実施する従来のレジストパターン形成工程の一
例を示している。即ち同図(a)に示される様に、基板1上
にレジスト2を塗布し、次に同図(b)に示される様に、所
望のパターンの形成されたマスク3を近接させて該パタ
ーンの露光を行なう。或いはレンズ(図示なし)を介し
て該パターンの露光を行なう。この露光々としては、紫
外光、遠紫外光、X線、電子線、荷電粒子線等が用いら
れる。更に同図(c)に示される様に該レジスト2を現像液
4に浸し、感光領域と非感光領域におけるレジスト2の現
像液4に対する溶解速度差を利用してレジストパターン2
aを形成する。そして同図(d)に示される様にリンス液5
により現像液及び該現像液に溶解したレジストを洗い流
す。最後に同図(e)に示される様に、リンス液を乾燥さ
せてレジストパターン2aを完成する。普通この乾燥は、
基板1を高速で回転して行なうスピン乾燥により行なわ
れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上の方法でレジスト
パターンを形成した場合、微細なパターン(例えばパタ
ーン幅が0.2μm以下のパターン)や、アスペクト比(レ
ジスト高さ/レジストパターン幅)の高いパターンで
は、図6(a)に示される様に、近接したパターン20a、20
b、20cの上部が寄り集まったり、同図(b)(c)に示される
様に、近接したパターン21a、22aが他のパターン21b、2
2bにもたれ掛かる様にして倒れる等、パターン倒れの発
生頻度が高くなる。
【0006】従って素子を高密度に集積し、或いはコン
パクトな製品を作るために、微細なパターンを微細な間
隔で配置する場合、パターン倒れによって所望のレジス
トパターンが形成できなくなり、製品の歩留り低下、信
頼性低下に直結することになる。
【0007】本発明は従来技術の以上の様な問題に鑑み
創案されたもので、レジストパターン形成時、特に密集
した微細なレジストパターン、或いは高アスペクトなレ
ジストパターンの形成時に、パターン倒れを有効に防止
し、それによって歩留りの高い製品を得られるようにし
ようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の開発経緯につ
き、以下詳述する。
【0009】レジストのパターン倒れが現像液の滴下か
らリンス液の乾燥までの工程のうちに生ずることは明ら
かであるが、どの工程で生ずるかは明らかになっていな
かった。そこで本発明者等が追究したところ、リンス液
が乾燥する時にレジストパターン倒れが発生することが
わかった。更に検討を重ねた結果、以下のことが明らか
となった。
【0010】即ち、現像処理前のレジスト(一般的には
ノボラック樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂等をベ
ースにしている)はリンス液(一般に水)に対し疎水性
を有しているが、一旦現像液(一般的にアルカリ水溶
液)に触れると、その表面は親水性に変わる。このこと
により、リンス液が乾燥する時隣接するレジストパター
ン間に溜るリンス液5は、図2に示される様に、その表
面が窪んだ状態になる。この状態におけるリンス液5内
部に発生する圧力Pは次式数1で表わされる。
【0011】
【数1】P=σ(1/R1+1/R2
【0012】液面が窪んでいることから、内部に発生す
る圧力は負圧であり、壁面に相当するレジストパターン
2a、2b間には引力が働く。尚、σは液体の表面張力で、
1、R2は接触面の一点における主曲率半径(液面上の
一点から立てた法線を含む平面で液面を切った時、その
切り口の曲率半径は一般にこの平面を回転するに従って
変わるが、その両極値が主曲率半径R1とR2である)で
ある。
【0013】0.2μmラインアンドスペースパターン(0.
2μmのラインとスペースが交互に並んでいるパターン)
における吸引力を計算すると、23℃における水の表面張
力σは、72.28dyn/cm、又その接触角について測定した
ところ0であることが明らかとなったため、R1=0.2×10
-4/2cm、R2=∞ということになり、約7×106dyn/cm2
(約7kgw/cm2)の負圧力を生ずる。この負圧が、寄り
添うようにしてパターン倒れを生ずる原因であることが
わかった。パターン間隔が狭い場合、液体面は表面張力
によって一様な曲率の弧を描く。パターン間隔をl、接
触角をθとすると、次式数2の様になる。
【0014】
【数2】R1=l/(2・cosθ)
【0015】従って負圧Pは、次式数3に示されるもの
となり、パターンが微細になればなる程、パターン間隔
lに反比例して引力が増す。
【0016】
【数3】P∝1/l
【0017】パターンが微細になる程、パターン倒れが
増え、又膜厚の薄い(アスペクト比の小さな)パターン
までもパターン倒れが生ずる。
【0018】そこで本発明の基本的な考え方としては、
1を大きくすることで、この負圧を低減することとな
る。前記数1及び数2から圧力Pの式は次式数4に示さ
れる様になり、θ=90°であれば、即ち、図1に示すよ
うな状態になればパターン間に引力は発生しないことに
なる。
【0019】
【数4】P≒(2σcosθ)/l
【0020】以上の考え方を基に、本発明構成では後述
する実験結果から前記接触角θを所定の範囲内に制御す
ることにより、レジストパターン倒れを防止することが
できるようにした。
【0021】即ち本発明のレジストパターン形成方法
は、レジストパターン現像時のリンス工程で、現像液の
処理を受けたレジストの表面とリンス液との接触角が60
〜120°の範囲となる様にしてリンス処理を行なうこと
を基本的特徴としている。
【0022】一方、第2発明法はリンス工程におけるレ
ジスト表面とリンス液との接触角を任意のものに調整す
る構成の提案に係り、リンス工程で使用されるリンス液
に対する任意のレジストの疎水性・親水性を左右する成
分(例えば炭素等)の該レジストにおける成分調整を予
め行なっておくことで、該接触角の調整を行えるように
するものである。
【0023】又、現像液によってレジスト現像パターン
を形成した後、該現像液中に一定時間このレジストパタ
ーンを晒しておくことで、それまでリンス液に対して強
い疎水性を有していたレジスト表面が次第に該リンス液
に対して親水性を有するようになり、この様なレジスト
表面の改質を促することによって、リンス工程における
該レジスト表面とリンス液との接触角を任意のものに調
整するようにしても良い。更に、リンス工程で2種以上
のリンス液を用い、その前半工程でレジスト表面の改質
を行なえるリンス液を使用して一定時間レジストパター
ンを該リンス液中に晒すようにすることでその表面の改
質を促し、後半リンス工程における、レジスト表面とリ
ンス液との接触角の調整を行なうようにすることも可能
である。
【0024】
【実施例】以下本発明法の具体的実施例につき詳述す
る。
【0025】添加量を種々変えたカーボン含有のレジス
トを調製して、リンス工程時にレジスト表面とリンス液
との接触角が異なる様になる数種のレジストを、まず用
意した。カーボンは疎水性を有しているので、その含有
率により上記接触角の調整が可能となる。
【0026】そしてこれらのレジストを通常のリソグラ
フィ工程に従って、塗布、熱処理、現像、リンスを行な
い、リンス液を一旦乾かした後、再度リンス液をレジス
ト上に滴下し、該レジスト2表面とリンス液5との接触角
θを図3の様にして測定した。ここでは現像液としてテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液
を、又リンス液として水を夫々用いた(尚、これらに限
らず、例えば現像液として、水酸化ナトリウム水溶液、
水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液を用いること
も可能である)。
【0027】以上の方法によって、0.15μmラインアン
ドスペースパターンの接触角θとパターン倒れが生ずる
最小のレジスト膜厚の関係を調べた。その結果を図4に
示す。
【0028】ラインアンドスペースパターンが0.15μm
クラスのLSIのパターン作成には、レジストの膜厚に
つき一般的に1μmが要求されるが、この厚みのレジス
トパターンを、パターン倒れなしに形成するためには、
上記図面からその接触角を60〜120°に設定すれば良い
ことがわかる。更にこの図面では接触角が75〜105°の
範囲にかけて、パターン倒れを生ずるレジスト膜厚臨界
曲線の立ち上がりが急峻になっており、この範囲では顕
著なパターン倒れ防止効果があることがわかる。
【0029】一般にラインアンドスペースパターンが0.
18〜0.2μmルールで設計された場合で1GbyteのDRA
Mが、又0.13〜0.18μmルールで設計された場合で4Gb
yteのDRAMが、更に0.1μmルールで設計された場合
で16GbyteのDRAM及び量子効果デバイスが製造可能
であるとされている。従って、4GbyteクラスのDRA
M製造では、上記接触角を60〜120°の範囲に制御でき
ればパターン倒れの発生が有効に防止できることにな
る。
【0030】尚、本発明者等の他の実験によれば、現像
液及びリンス液として、有機現像液及び有機リンス液で
も同様な効果が確認され、又リンス液としてイソプロピ
ルアルコールと水、或いはイソプロピルアルコールとフ
レオン等2種以上を用いた時等は、最終のリンス液に対
して接触角を上記の範囲に設定できれば問題は生じなか
った。
【0031】一方、リンス液中にレジストパターン全体
が浸っている場合は、表面に作用せず、乾燥時に図1に
示される様にレジスト面が一部顔を出した際に表面張力
が作用する。それ故、最終リンス液において、上記接触
角の条件を満たせば良い。
【0032】
【発明の効果】以上詳述した本発明のレジストパターン
形成方法によれば、レジスト表面とリンス液との接触角
を所定の範囲に調整するだけで、微細なレジストパター
ンや高アスペクトなレジストパターンを形成する時に頻
発していたパターン倒れを有効に防止できることにな
り、その結果歩留りの高い製品を製造することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法で最も理想とされる接触角に調整され
たレジストとリンス液の状態を示す説明図である。
【図2】リンス工程におけるレジストとリンス液の通常
の状態を示す説明図である。
【図3】接触角の測定の仕方を示す説明図である。
【図4】本実施例においてパターン倒れを生ずる最小レ
ジスト膜厚と接触角の関係を示すグラフである。
【図5】従来のレジストパターン形成工程を示す説明図
である。
【図6】代表的なレジストパターン倒れの状態を示す説
明図である。
【符号の説明】
1 基板 2 レジスト 2a、2b、20a、20b、20c、21a、21b、22a、22b レ
ジストパターン 3 マスク 4 現像液 5 リンス液
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年7月10日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0029
【補正方法】変更
【補正内容】
【0029】 一般にラインアンドスペースパターンが
0.18〜0.2μmルールで設計された場合で1GbitのDR
AMが、又0.13〜0.18μmルールで設計された場合で4
bitのDRAMが、更に0.1μmルールで設計された場
合で16GbitのDRAM及び量子効果デバイスが製造可
能であるとされている。従って、4GbitクラスのDR
AM製造では、上記接触角を60〜120°の範囲に制御で
きればパターン倒れの発生が有効に防止できることにな
る。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レジストパターン現像時のリンス工程
    で、現像液の処理を受けたレジストの表面とリンス液と
    の接触角が60〜120°の範囲となる様にしてリンス処理
    を行なう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】 請求項第1項記載のレジストパターン形
    成方法において、前記接触角が75〜105°の範囲となる
    様にしてリンス処理を行なうことを特徴とする請求項第
    1項記載のレジストパターン形成方法。
  3. 【請求項3】 請求項第1項記載のレジストパターン形
    成方法において、前記接触角が90°となる様にしてリン
    ス処理を行なうことを特徴とする請求項第1項記載のレ
    ジストパターン形成方法。
  4. 【請求項4】 リンス液に対する任意のレジストの疎水
    性・親水性を左右する成分の該レジストにおける成分調
    整を行なうことで、レジストパターン現像時のリンス工
    程で、現像液の処理を受けたレジストの表面とリンス液
    との接触角を所望のものに調整することを特徴とするレ
    ジストパターン形成方法。
  5. 【請求項5】 レジストパターン現像時に、現像液の処
    理を受けたレジスト表面をそのまま該現像液に晒してお
    いて該レジスト表面の改質を促し、その後のリンス工程
    でこのレジスト表面とリンス液との接触角を所望のもの
    に調整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。
  6. 【請求項6】 レジストパターン現像時のリンス工程で
    2種以上のリンス液を使用し、その前半工程で使用する
    リンス液に、現像液の処理を受けたレジスト表面を晒し
    ておいて該レジスト表面の改質を促し、後半工程で使用
    するリンス液とこのレジスト表面との接触角を所望のも
    のに調整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。
JP12932692A 1992-04-23 1992-04-23 レジストパターン形成方法 Expired - Lifetime JPH06105683B2 (ja)

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