JPH0684784A - 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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JPH0684784A
JPH0684784A JP25578292A JP25578292A JPH0684784A JP H0684784 A JPH0684784 A JP H0684784A JP 25578292 A JP25578292 A JP 25578292A JP 25578292 A JP25578292 A JP 25578292A JP H0684784 A JPH0684784 A JP H0684784A
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JP
Japan
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resist
exposing
exposure
substrate
baking
Prior art date
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JP25578292A
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English (en)
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Yoichi To
洋一 塘
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Sony Corp
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Sony Corp
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高解像度のレジストパターン形成の際の、定
在波の問題等によって生じるスカム発生や解像不良の問
題をもたらさないレジストパターン形成方法を提供す
る。 【構成】 レジスト2をエキシマレーザー光等で露光し
現像してレジストパターンを形成する際、レジストを露
光後、レジストを溶解し得る溶媒の蒸気に晒し(a)、
必要に応じベークして脱溶媒を行い(b)、現像を行う
レジストパターン形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レジストパターン形成
方法に関する。本発明は、例えば、電子材料(半導体装
置等)形成の際の、各種レジストパターンの形成に利用
することができる。
【0002】
【従来の技術】電子材料等の分野、例えば半導体装置の
分野では、微細化・高集積化がますます進行しており、
半導体集積回路の最小加工寸法は今や0.35μm以下
になっている。
【0003】このため、微細な加工を可能とするエキシ
マレーザーリソグラフィ技術、例えばKrFエキシマレ
ーザーリソグラフィ技術が注目されている。
【0004】しかしながら、この波長領域(248n
m)では、被加工基板や、形成すべき電子デバイスを構
成する各種膜についてその反射率が高いため、定在波効
果による影響が大きい。即ち、仮に吸収の低い、形状の
良好なレジスト材料でパターニングを試みても、定在波
効果が著しいため、良好なレジストパターンが得にくい
という問題がある。これは各種レジストについて共通に
言えることであるが、特にポジ型レジストの場合、基板
付近に生じる定在波の最初の一節目がきつく残る傾向が
大きく、スカム発生や、解像不良をもたらすことがあ
る。例えば、図8に略示して示すように、基板1上にレ
ジストパターン2aを形成する場合、上記効果により基
板1上に極く薄いレジスト薄膜2bが残ることがある。
これはスカムの原因になり、また、解像不良や、パター
ン形状の劣化をもたらす原因となる。
【0005】i線やg線を露光光として用いるリソグラ
フィ技術では、基板反射が弱いこともあるが、使用する
レジスト材料がナフトキノンジアジドスルホン酸エステ
ル類を成分とするものであるため、上記極く薄いレジス
ト薄膜2bは仮にこれが生じても、PEBで除去するこ
とが不可能ではなかった。即ち、従来より一般に、レジ
ストパターンの形成においては、レジストをパターン状
に露光した後、PEB(Post Exposure
Bake)と称される露光後ベークが行われるが、この
PEBの効果が、上記最後のうすかわ状のレジスト薄膜
2bを除くのに非常に効果があった。
【0006】しかし、KrFエキシマレーザー以降の短
波長の露光光を利用するリソグラフィ技術では、例えば
化学増幅型レジストと称されるような、光により酸を発
生するレジストなど、分子の運動メカニズムの異なるレ
ジストが使われるため、PEBを行っても、定在波効果
により生じたレジスト薄膜2bは、きれいには除去でき
ない。
【0007】この問題は、高解像度パターンを得ようと
して、波長の短い露光光を使用する場合には、共通した
難点となるものであり、KrFエキシマレーザーに限ら
ず、例えば、ArF、あるいはF2 レーザーを用いる場
合でも問題が大きい。また、i線やg線を用いて良好な
パターニングを行おうとする場合も、この定在波に基づ
く問題は、解決することが望まれる。
【0008】従来技術にあっては、基板1(Si基板
等)上にレジスト2を塗布形成し(図2)、ホットプレ
ート上でプリベークし(図3)、マスクMを用いてパタ
ーン状に露光して露光部21を形成し(図4)、露光後
ベーク(PEB)をホットプレート上で行い(図5)、
現像し(図6)、ホットプレート上でポストベーク(露
光後ベーク)を行っていた(図7)。この工程だけであ
ると前述したように、定在波(あるいはその他の要因で
ある可能性もある)が原因と思われる問題が生じてい
た。
【0009】
【発明の目的】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
して、定在波やその他の原因により生ずる問題、例えば
短波長の露光光を用いて高解像度のレジストパターンを
形成する際のスカム発生や解像不良といった問題などを
もたらさないレジストパターン形成方法を提供しようと
するものである。
【0010】
【問題点を解決するための手段及び作用】本出願の請求
項1の発明は、レジストを露光現像してレジストパター
ンを形成するレジストパターン形成方法において、レジ
ストを露光後、レジストを溶解し得る溶媒の蒸気に晒
し、その後現像を行うことを特徴とするレジストパター
ン形成方法であり、これにより上記目的を達成するもの
である。
【0011】本出願の請求項2の発明は、レジストを露
光現像してレジストパターンを形成するレジストパター
ン形成方法において、レジスト露光後、ベークを行った
後、レジストを溶解し得る溶媒の蒸気に晒し、その後現
像を行うことを特徴とするレジストパターン形成方法で
あり、これにより上記目的を達成するものである。
【0012】本出願の請求項3の発明は、基板にレジス
トを塗布する工程と、該レジストを露光する工程と、前
記露光を行った基板をベークする露光後ベーク工程と、
前記露光後ベークを行った基板を現像する工程とを少な
くとも含むレジストパターン形成方法において、前記露
光後ベーク工程と現像工程との間に、前記レジストを溶
解し得る溶媒の蒸気に前記基板を晒した後、前記基板を
ベークする工程を含むことを特徴とするレジストパター
ン形成方法であり、これにより上記目的を達成するもの
である。
【0013】本出願の請求項4の発明は、基板にレジス
トを塗布する工程と、該レジストを露光する工程と、前
記露光を行った基板をベークする露光後ベーク工程と、
前記露光後ベークを行った基板を現像する工程とを少な
くとも含むレジストパターン形成方法において、前記露
光工程と露光後ベーク工程との間に、前記レジストを溶
解し得る溶媒の蒸気に前記基板を晒す工程を含むことを
特徴とするレジストパターン形成方法であり、これによ
り上記目的を達成するものである。
【0014】本出願の請求項5の発明は、基板にレジス
トを塗布する工程と、該レジストを露光する工程と、前
記露光を行った基板をベークする露光後ベーク工程と、
前記露光後ベークを行った基板を現像する工程とを少な
くとも含むレジストパターン形成方法において、前記露
光後ベーク工程中に、前記レジストを溶解し得る溶媒の
蒸気に前記基板を晒す工程を含むことを特徴とするレジ
ストパターン形成方法であり、これにより上記目的を達
成するものである。
【0015】本発明の作用メカニズムは必ずしも明らか
ではないが、レジストを溶解し得る溶媒の蒸気に晒すこ
とによって、膜自体に膨潤が生じ、分子運動がし易い条
件になることが、本発明の作用効果をもたらすものと考
えられ、以下の記述では、一応この仮定に従って説明を
行う。
【0016】本発明において、レジストを溶解し得る溶
媒の蒸気に晒すのは、例えば、溶媒蒸気の雰囲気中に置
くことで、実施できる。
【0017】本発明の好ましい実施の態様においては、
PEB後、現像を行うまでの間、溶媒蒸気の雰囲気中で
処理し、膜自体をすこし膨潤させ、分子運動がしやすい
条件にして、定在波効果により生じた最後のレジスト薄
膜2b(図8参照。ポジレジストの場合特に顕著)の部
分を、ゆるくさせ、この後に、残留溶媒をベーキングに
よって除去した後、現像することにより該レジスト薄膜
(スカムになりやすい)をきれいに除くことができる。
【0018】溶媒蒸気をもたらすものとして好適に使用
できる溶媒は、例えば、アセトン、MIBK(メチルイ
ソブチルケトン)、MEK(メチルエチルケトン)、D
MF(ジメチルホルムアミド)、NMP(N−メチルピ
ロリドン)、ECA(エチルセロソルブアセテート)、
EL(乳酸エチル)、MCA(メチルセロソルブアセテ
ート)、DME、PGMEA(プロピレングリコールモ
ノメチルエーテルアセテート)、DAA(ジアセトンア
ルコール)、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチ
ル、酢酸イソブチル、メタノール、エタノール、イソプ
ロパノール、ブタノール、ジエチレングリコールジメチ
ルエーテル、酢酸n−ブチル、メチルヘプテノン等の、
主としてレジスト溶媒やレジスト除去溶媒として使用さ
れるものから選ばれる。これらは混合物であってもかま
わない。またレジストを膨潤させる作用があるものであ
れば、これに限定されない。
【0019】次の表1に、代表的なレジスト溶媒を、そ
の物性とともに記す。
【0020】
【表1】
【0021】溶媒蒸気に晒す工程(溶媒雰囲気処理)
は、安全のため、密閉され、有機溶媒排気機構を取付け
たチャンバーにて行うことが好ましい。雰囲気の温度は
室温以上で、かつその溶媒の発火点や引火点より低いの
が望ましい。基板が過度に冷たいと、レジスト表面に結
露して、レジストが溶媒で流れてしまうことがあり、よ
ってあらかじめ被処理ウェハを加熱しておく手段や、P
EB中に蒸気に晒す手段をとることもできる。
【0022】この場合の溶媒蒸気に晒す工程における湿
度は、結露しない範囲で、自由に選択できる。
【0023】上記処理後、そのまま現像を行うと膨潤し
たまま現像することになるので、いったんベーキングを
行い、残留溶媒を除去した後に現像するのが、パターン
形成上好ましい。
【0024】
【実施例】以下本発明を、具体的な実施例と比較例をも
って詳細に説明する。但し当然のことながら、本発明は
実施例に限定されるものではない。例えば、以下説明す
る実施例1〜4では、露光光として波長248nmのK
rFエキシマレーザーを用いた場合について開示を行っ
ているが、ArFエキシマレーザーや、F2 エキシマレ
ーザーの発振波長でも、同様に基板やデバイスに使用さ
れる膜の反射率が高いため、同じように適用できる。実
施例5に示すように、i線等、その他の露光光でも効果
がある。また、実施例1〜3では、tBOCで30%水
酸基を保護したPHS(ポリヒドロキシスチレン)樹脂
(分子量6000)に、2.5%のテトラメチルスルフ
ォニウムトリフラートを光酸発生剤として含有させたレ
ジスト材料を用いて、基本的な説明を行っているが、こ
の系のレジストに限定されるものではない(他の実施例
も参照)。広く、一般的に定在波効果等に問題の生じ得
る系のレジストについて、好ましく用いることができ
る。特に、吸収率が0.5cm-1以下の、定在波効果の
現れやすいレジスト材料、特に前記説明した薄かわ状の
レジスト薄膜(図8のレジスト薄膜2b)が残り易いポ
ジ型化学増幅レジストに、好適に適用できる。
【0025】実施例1 上述したPHS樹脂系のレジスト材料を、ECA溶媒に
溶かして、フィルタリングしたものをレジスト膜形成用
塗布液として用いた。200℃で脱水ベーク後、HMD
S(ヘキサメチルジシラザン)蒸気で、温度25℃で表
面処理を施した5インチシリコンウェハ上に、上記塗布
液を回転塗布した。その後、110℃で90秒ベーキン
グすることにより、0.8μm膜厚のレジスト膜を形成
した。これに0.25μm〜1.0μmのラインアンド
スペースパターンを有するレチクル(レチクル上は5倍
の寸法)を介して、縮小投影露光機であるNA0.42
のKrFエキシマレーザーステッパNSR1505EX
(ニコン製)を用いて、露光量とフォーカスを変えなが
らマトリック状に露光を行った。その後、110℃、9
0秒で、PEB(露光後ベーク)を行った。この後、特
注チャンバー中にECA蒸気を飽和させた雰囲気中にお
いて、ホットプレート上にウェハをおいて、40℃で、
2分間溶媒蒸気処理をした(図1(a)参照)。ここ
で、レジストは、膨潤処理されていると考えられる。作
用は不明であるが、この溶媒蒸気処理で膨潤した結果、
このレジスト系では、H+ の拡散効果がもたらされてい
るのではないかと推定される。その後、90℃、90秒
ベークを行い、脱溶媒した(図1(b)参照)。この実
施例は、工程として、従来技術の図5の工程(PEB)
と図6の工程(現像)との間に、図1(a)(b)に略
示した溶媒蒸気処理、及び脱溶媒のためのベークを行っ
たものである。
【0026】上記ベーク後のウェハを、60秒間、TM
AH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)
1.5%水溶液で現像し、100℃、60秒、ポストベ
ークを行った。0.35μmラインアンドスペースのフ
ォーカスマージン(ジャスト露光量は、15mJ/cm
2 )を調べたところ、1.6μmのレンジがあった。
【0027】実施例2 本実施例では、PEB中に、ECA蒸気処理を行った。
PEBは、温度60℃で、120秒間行った。それ以外
は実施例1と同様にした。この実施例では、ジャスト露
光量は20mJ/cm2 で、0.35μmラインアンド
スペースのフォーカスマージンは、1.5μmであっ
た。
【0028】また別途、露光後PEB前に同様にECA
蒸気処理を行って実施したところ、同様な効果が得られ
た。
【0029】比較例 溶媒蒸気処理を行わないで、それ以外は実施例1と同様
にした。この場合のジャスト露光量は、80mJ/cm
2 であって、フォーカスマージンは、1.0μmであっ
た。特に、デイフォーカスした露光ショットでは、スカ
ムが目立った。
【0030】実施例3 溶媒をECAのかわりにDME(ジメトキシエタン)に
して実施例した。それ以外は実施例1と同じとした。本
実施例でのジャスト露光量は16mJ/cm2で、フォ
ーカスレンジは、1.4μmであった。
【0031】本実施例において、更にECA、DME以
外の前記した各種溶媒を用いて試験を行ったが、これら
もそれぞれ効果があり、フォーカスマージンは1.3μ
m〜1.6μmの間であった。
【0032】実施例4 本実施例では、ネガ型レジストであるシップレー社のX
P8843を用いた。このレジストは、PHS系樹脂
に、光酸発生剤としてHMMMが添加されて成るもので
ある。このレジストをECAを溶媒として実施例1と同
様な基板上に同様に塗布し、レジスト膜を形成した。但
しプリベークは、90℃で90秒間とした。露光機とし
てNSR1505EX(NA:0.42)を用いて、露
光した。露光量は20〜30mJ/cm2 とした。
【0033】その後、溶媒蒸気での処理を、実施例1と
同様に行った。処理後、140℃で60秒、PEBを行
った。
【0034】その後、専用現像液であるMF312(シ
ップレー社)で、60秒間、パドル現像を行った。ポス
トベークを、110℃で90秒間行った。
【0035】本実施例でも、前記各実施例と同様の効果
が得られた。
【0036】実施例5 本実施例では、レジストとして住友化学(株)のPFI
−20を用いた。このレジストは、ノボラック系樹脂
に、感光体のNQDが添加されて成るものである。この
レジストをECAを溶媒として実施例1と同様な基板上
に同様に塗布し、レジスト膜を形成した。但しプリベー
クは、90℃で90秒間とした。露光機としてキャノン
製i線用縮小投影露光装置であるFPA−2000i
(NA:0.52)を用いた。露光量は1500mJ/
cm2 とした。
【0037】その後、溶媒蒸気での処理を、実施例1と
同様に行った。処理後、110℃で90秒、PEBを行
った。
【0038】その後、NMD−W(東京応化(株))を
現像液として用い、60秒間、パドル現像を行った。ポ
ストベークを、110℃で90秒間行った。
【0039】本実施例でも、良好な結果が得られた。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、高解像度のレジストパ
ターンを形成する際、例えば短波長の露光光を用いて解
像力の高いレジストパターン形成を行う場合も、スカム
発生や解像不良の問題をもたらすことなく、良好なレジ
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】実施例1の工程を示す図である。
【図2】従来例の工程を示す図である(1)。
【図3】従来例の工程を示す図である(2)。
【図4】従来例の工程を示す図である(3)。
【図5】従来例の工程を示す図である(4)。
【図6】従来例の工程を示す図である(5)。
【図7】従来例の工程を示す図である(6)。
【図8】問題点を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 2 レジスト

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レジストを露光現像してレジストパターン
    を形成するレジストパターン形成方法において、 レジストを露光後、レジストを溶解し得る溶媒の蒸気に
    晒し、その後現像を行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】レジストを露光現像してレジストパターン
    を形成するレジストパターン形成方法において、 レジスト露光後、ベークを行った後、レジストを溶解し
    得る溶媒の蒸気に晒し、その後現像を行うことを特徴と
    するレジストパターン形成方法。
  3. 【請求項3】基板にレジストを塗布する工程と、 該レジストを露光する工程と、 前記露光を行った基板をベークする露光後ベーク工程
    と、 前記露光後ベークを行った基板を現像する工程とを少な
    くとも含むレジストパターン形成方法において、 前記露光後ベーク工程と現像工程との間に、前記レジス
    トを溶解し得る溶媒の蒸気に前記基板を晒した後、前記
    基板をベークする工程を含むことを特徴とするレジスト
    パターン形成方法。
  4. 【請求項4】基板にレジストを塗布する工程と、 該レジストを露光する工程と、 前記露光を行った基板をベークする露光後ベーク工程
    と、 前記露光後ベークを行った基板を現像する工程とを少な
    くとも含むレジストパターン形成方法において、 前記露光工程と露光後ベーク工程との間に、前記レジス
    トを溶解し得る溶媒の蒸気に前記基板を晒す工程を含む
    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】基板にレジストを塗布する工程と、 該レジストを露光する工程と、 前記露光を行った基板をベークする露光後ベーク工程
    と、 前記露光後ベークを行った基板を現像する工程とを少な
    くとも含むレジストパターン形成方法において、 前記露光後ベーク工程中に、前記レジストを溶解し得る
    溶媒の蒸気に前記基板を晒す工程を含むことを特徴とす
    るレジストパターン形成方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6475706B1 (en) 1999-03-12 2002-11-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pattern formation method
JP2016161928A (ja) * 2015-03-05 2016-09-05 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム
JP2017003737A (ja) * 2015-06-09 2017-01-05 信越化学工業株式会社 パターン形成方法

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