JPH07175226A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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JPH07175226A
JPH07175226A JP5344942A JP34494293A JPH07175226A JP H07175226 A JPH07175226 A JP H07175226A JP 5344942 A JP5344942 A JP 5344942A JP 34494293 A JP34494293 A JP 34494293A JP H07175226 A JPH07175226 A JP H07175226A
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Toshiro Itani
俊郎 井谷
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  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は化学増幅系ポジ型レジストを用いる
レジストパターンの形成方法に関し、化学増幅系ポジ型
レジストのT型形状の原因である表面難溶化層を解消す
るために、その原因であるレジスト表面で失活した酸を
PEB処理時に補償し、表面難溶化層の形成を抑えるレ
ジストパターン形成方法を提供することを目的とする。 【構成】 ウェハ11及びホットプレート12はPEB
処理装置13内に収容されている。このPEB処理装置
13は導風管14を通して酸性ガス発生装置17に連通
されている。酸性ガス発生装置17は酸性ガスを発生す
る装置で、酸溶液16を収容しており、外部より気化の
ための窒素ガス15が導入されることにより、気化した
酸を発生し、その酸をPEB処理装置13内に導入す
る。これにより、ウェハ11は所定温度で所定時間酸性
雰囲気中でPEB処理される。

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の形成
方法に係り、特に化学増幅系ポジ型レジストを用いるレ
ジストパターンの形成方法に関する。
【0002】半導体基板上に形成されたフォトレジスト
膜を所望の半導体集積回路パターンを描いたマスク又は
レチクルを通して露光し、ベーク(PEB:Post
Exposure Bake)処理後、現像液を用いて
現像することにより、レジストパターンを形成する方法
においては、近年の益々の微細パターンの要求に対して
も現像後のレジストパターンを形状や寸法の劣化なく形
成することが必要とされる。
【0003】
【従来の技術】従来のレジストパターン形成方法では、
ベース樹脂にノボラック樹脂を用いたレジスト上にナフ
トキノンジアジドなどの感光剤を塗布し、マスク又はレ
チクルを通してg線(波長436nm)やi線(波長3
65nm)で感光剤を露光し、その後現像することによ
りレジストパターンを形成する溶解抑止型ポジ型レジス
トが主流であった。
【0004】しかし、近年、大規模集積回路(LSI)
のより一層の高集積化に伴い、回路パターンの微細化が
益々要求されるようになったため、露光光としてはより
短波長の微細化に有利な遠紫外光であるエキシマレーザ
光(波長248nm、193nmなど)を用いたリソグ
ラフィが必要となってきた。しかし、そのレジストとし
ては、従来のg線用レジストやi線用レジストでは光吸
収が大きすぎ、良好なレジストパターンが得られず、ま
た感度も大幅に増大する。
【0005】そこで、光酸発生剤から発生する酸触媒の
増感反応を利用した化学増幅系レジストが考案され、こ
れが短波長リソグラフィ用レジストとして、また高解像
力が要求される電子線リソグラフィ用レジストとして主
流となりつつある。
【0006】ところが、化学増幅系レジストのうち、特
にポジ型レジストでは、露光によって発生した酸がレジ
スト膜表面領域で消失あるいは空気中の塩基で中和され
て失活し、後のPEB処理で可溶化反応が進行しないた
め、表面難溶化層が発生し、そのため現像後得られるレ
ジストパターンがT型形状になり、解像性、焦点深度、
寸法精度などが損なわれるという問題がある。
【0007】この問題を解決するため、従来よりいくつ
かの方法が提案されている。例えば、PEB処理の雰囲
気を不活性ガスに置換し、酸失活を防止するレジストパ
ターン形成方法が従来より知られている(特開平4−3
69211号公報)。図3はこの従来のレジストパター
ン形成方法の構成図を示す。同図において、ウェハ31
及びホットプレート32はPEB処理装置33内に収納
されている。PEB処理装置33の上部は導風管34に
連通している。
【0008】ウェハ31は表面に塗布された化学増幅系
レジスト膜に、所望の半導体集積回路パターンが露光さ
れている。このウェハ31はホットプレート32上に載
置されて所定温度にまで上昇され、所定時間PEB処理
される。このPEB処理の際に、導風管34を通してP
EB処理装置33内に不活性ガスとして窒素ガス35が
導入される。このようにして、PEB処理の雰囲気を窒
素ガスに置換することで、ウェハ31の酸失活を防止す
る。
【0009】また、従来の他のレジストパターン形成方
法としては、レジスト表面に保護膜を塗布し酸失活を防
止する方法(特開平4−204848号公報)や、形成
された表面難溶化層を薄く取り除く方法(特開平4−2
21959号公報)などが知られている。
【0010】このうち、前者のレジストパターン形成方
法は、ウェハ上に化学増幅系レジストを塗布し、更にそ
のレジスト膜上に水溶性高分子樹脂を塗布し、上記レジ
スト膜に所望のパターンを露光した後、上記の水溶性高
分子樹脂を除去して熱処理する。その後、アルカリ性水
溶液で現像することにより、レジストパターンを形成す
る。この従来のレジストパターン形成方法によれば、化
学増幅系レジスト膜と相溶性のない水溶性高分子樹脂を
塗布することにより、レジスト膜中に発生した酸を空気
中のO2 又はCO2 から保護し、失活することを防ぐよ
うにするものである。
【0011】また、後者のレジストパターン形成方法
は、化学増幅系レジストに対し所望パターンを露光し、
更にポストべークを行った後に四弗化炭素と酸素との混
合ガスによるダウンフローアッシングを行うか、ケトン
系又は酢酸エステル系溶剤によるプレ現像を行うことに
より、表面難溶化層を薄く除くあるいは溶解するもので
ある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、図3に示し
たPEB処理時の雰囲気を不活性ガスに置換する従来の
レジストパターン形成方法は、化学増幅系レジスト表面
での酸失活の防止に対してはその効果は不十分である。
また、この従来方法では露光後PEB処理までの間に、
レジスト中の成分として含まれる光酸発生剤に光が照射
されることにより発生する酸がレジスト表面から消失し
た場合、表面難溶化層の形成は防止することができず、
現像後のレジストパターン形状は縦断面がT型形状にな
り易いという問題がある。
【0013】特に、微細パターン形成に対しては、この
ような表面難溶化層に起因するフォトレジストパターン
の形状劣化、解像性、焦点深度、寸法精度の劣化は致命
的である。
【0014】また、レジスト表面に保護膜を塗布し酸失
活を防止する従来のレジストパターン形成方法や、形成
された表面難溶化層を薄く取り除く従来のレジストパタ
ーン形成方法では、工程数が多くなり、コストアップを
もたらす。
【0015】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
化学増幅系ポジ型レジストのT型形状の原因である表面
難溶化層を解消するために、その原因であるレジスト表
面で失活した酸をPEB処理時に補償し、表面難溶化層
の形成を抑えるレジストパターン形成方法を提供するこ
とを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、化学増幅系ポジ型レジストが表面に形成さ
れている半導体基板に対して所望のパターンが描かれた
マスク又はレチクルを通して露光し、べーク処理後現像
処理してフォトレジストパターンを形成するレジストパ
ターンの形成方法において、前記べーク処理時の雰囲気
を酸性とするようにしたものである。
【0017】
【作用】本発明ではベーク処理の際の雰囲気を酸性とし
ているため、化学増幅系ポジ型レジスト中の成分として
含まれる光酸発生剤に光が照射されることにより発生す
る酸がレジスト表面から消失した場合でも、それを補償
してベーク処理することができる。
【0018】また、上記のベーク処理時の酸性雰囲気
は、強酸で分子の小さな酸の溶液を導入ガスにより気化
し、この気化された酸をべーク処理装置内に導入するこ
とにより実現することができる。
【0019】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
1は本発明方法の第1実施例を説明する装置構成図を示
す。同図において、ウェハ11及びホットプレート12
はPEB処理装置13内に収容されている。このPEB
処理装置13は導風管14を通して酸性ガス発生装置1
7に連通されている。酸性ガス発生装置17は酸性ガス
を発生する装置で、酸溶液16を収容しており、また外
部より気化のための窒素ガス15が導入される構成とさ
れている。
【0020】半導体基板であるウェハ11はその表面に
化学増幅系ポジ型レジスト膜が形成されており、このレ
ジスト膜が所望の半導体集積回路パターンを描いたマス
クまたはレチクルを通して露光された後の状態のウェハ
である。ホットプレート12はウェハ11を加熱する。
酸溶液16は酸の溶液であるが、塩酸、硫酸、硝酸等の
強酸で、分子の小さな酸が望ましい。
【0021】次に、この実施例の動作について説明す
る。まず、上記の露光後の状態のウェハ11を水平にし
てPEB処理装置13内に入れ、ホットプレート12上
に載置する。次に、PEB処理装置13を所定の圧力
(大気圧が望ましい)に保持すると共に、酸性ガス発生
装置17を作動開始させる。酸性ガス発生装置17は強
酸の酸溶液16に外部より窒素ガス15を導入して酸溶
液16を気化させる。
【0022】この気化された酸は導風管14を通してP
EB処理装置13内に導入される。このとき、ウェハ1
1はホットプレート12により加熱開始されている。こ
うして、ウェハ11は所定温度で所定時間酸性雰囲気中
でPEB処理される。これにより、ウェハ11上の化学
増幅系ポジ型レジスト中の成分として含まれる光酸発生
剤に光が照射されることにより発生する酸がレジスト表
面から消失した場合でも、それを補償してPEB処理す
ることができる。従って、このPEB処理後現像処理を
ウェハ11に施すことにより、表面難溶化層の無い、縦
断面が矩形なレジストパターンを得ることができる。
【0023】次に、本発明方法の第2実施例について、
図2の装置構成図と共に説明する。図2中、図1と同一
構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本
実施例は、酸性ガス発生装置21が酸溶液16を気化さ
せる導入ガスとして、第1実施例の窒素ガス15に代え
て水蒸気22を用いた点に特徴を有する。
【0024】本実施例によれば、水蒸気中に気化された
酸が含まれるため、不活性ガスである窒素ガスを用いた
場合よりも酸を運ぶ能力が高まる。その結果、PEB処
理装置13内に導入される酸の濃度はより大きくなり、
化学増幅系ポジ型レジスト表面で失活した酸を補償する
効果がより大きくなる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
化学増幅系ポジ型レジスト中の成分として含まれる光酸
発生剤に光が照射されることにより発生する酸がレジス
ト表面から消失した場合でも、それを補償してベーク処
理することができるため、得られるレジストパターンの
縦断面をT型形状をほぼ解消して矩形形状とすることが
でき、その結果、解像性、焦点深度、寸法精度とも従来
に比し10%以上の向上を実現することができる。
【0026】特に、微細パターン形成に対してはその効
果は大きく、矩形のフォトレジストパターンを再現性良
く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の第1実施例を説明する装置構成図
である。
【図2】本発明方法の第2実施例を説明する装置構成図
である。
【図3】従来方法の一例を説明する装置構成図である。
【符号の説明】
11 ウェハ 12 ホットプレート 13 PEB処理装置 14 導風管 15 窒素ガス 16 酸溶液 17、21 酸性ガス発生装置 22 水蒸気

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学増幅系ポジ型レジストが表面に形成
    されている半導体基板に対して所望のパターンが描かれ
    たマスク又はレチクルを通して露光し、べーク処理後現
    像処理してフォトレジストパターンを形成するレジスト
    パターンの形成方法において、 前記べーク処理時の雰囲気を酸性と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】 前記酸性の雰囲気は、強酸で分子の小さ
    な酸の溶液を導入ガスにより気化し、この気化された酸
    をべーク処理装置内に導入することにより生成すること
    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。
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