JPH08211630A - レジストパタ−ンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体のエッチング用のレジストに微細パタ
ーンを容易且つ良好に形成する。 【構成】 ナフトキノンジアジド系物質及びフェノール
系樹脂を含むポジ形レジスト層１を半導体基板２の主面
上に形成する。レジスト層１の露出表面側をアルカリ水
溶液で処理して難溶性部分１ｂを形成する。レジスト層
１の基板側部分よりも表面側部分を強く乾燥させる。マ
スクを使用して選択的に露光し、その後現像する。レジ
スト層１の基板側は水分が多いので、現像液溶解成分で
あるインデンカルボン酸が多く生成される。また、レジ
スト層１の表面側は水分が少ないので、レジスト層１の
基板側に光が多く入射してインデンカルボン酸が多く生
成される。インデンカルボン酸の多いレジスト層１の基
板側はエッチングレートが高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の製造等にお
けるレジストパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポジ形レジスト層にパターンを形成する
にあたって、マスクからの回折光によってその微細化が
妨げられる。即ち、露光時にマスクの開口部近傍のレジ
スト層にマスクから回折する光が当たるため、露光時に
この部分のレジスト層が露光部分と同じように溶解して
微細化が妨げられる。かかる問題を解決する手段として
ポジ形レジスト層をアルカリ水溶液により改質する方法
がある。これは露光前にポジ形レジスト層の形成された
半導体基板をアルカリ水溶液中に浸漬させてレジスト層
表面に難溶性層を形成する方法である。この方法によれ
ば、上記のマスクから回折する光が当った部分も他の未
露光部分と同様にエッチングによって溶けることがない
ので微細なパターンを比較的良好に形成することができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
アルカリ水溶液の改質方法によっても未だ十分なレベル
にまでパターン形状の向上が図れなかった。

【０００４】そこで、本発明はポジ形レジスト層に微細
パターンを容易に且つ良好に形成することができる方法
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ナフトキノンジアジド系物質及びフェノー
ル系樹脂を含むポジ形レジスト層を基板の主面に形成す
る第１の工程と、前記ポジ形レジスト層の表面側にアル
カリ水溶液を浸透させて前記ポジ形レジスト層の表面側
に前記ナフトキノンジアジド系物質とフェノール系樹脂
とが結合して成る部分を形成する第２の工程と、前記ポ
ジ形レジスト層の前記基板側の部分は乾燥させないか又
は弱く乾燥させ、前記ポジ形レジスト層の表面側の部分
を基板側の部分よりも強く乾燥させる第３の工程と、前
記ポジ形レジスト層の所定領域をマスクを使用して選択
的に露光する第４の工程と、前記ポジ形レジスト層に現
像を施して前記ポジ形レジスト層の前記所定領域を選択
的に除去する工程とを備えたレジストパターンの形成方
法に係わるものである。

【０００６】

【発明の作用及び効果】本発明によれば、レジスト層の
うちマスクの開口部直下の露出部分のエッチングレート
を開口部近傍のマスクからの回折光が当たる部分のエッ
チングレートに比べて十分に大きくできる。このため、
比較的大きなエッチングレートの差を利用してポジ形レ
ジスト層に微細パターンを良好に形成することができ
る。なお、露光部分のレジスト層のエッチングレートが
速くなるのは、レジスト層の表面が乾燥することによっ
て、露光時にレジスト層の内部に対する光の入射率が向
上し、光による反応の結果生成される現像液溶解成分の
生成が促進されること、及びレジスト層の乾燥中に、レ
ジスト層の表面の水分がレジスト層内部に浸透し、現像
液溶解部分が多く生成されることに起因すると考えられ
る。一方、マスクからの回折光が当たる部分のエッチン
グレートは、ポジ形レジスト層中のナフトキノンジアジ
ド系物質とフェノール系樹脂がアルカリによって反応し
結合することによってレジスト層の表面に難溶性層が形
成されているので、従来と同様にエッチングレートが小
さく抑えられている。この結果、本発明では露光部分の
エッチングレートが速くなった分だけ露光部分と未露光
部分（マスクから回折する光が当った部分を含む）のエ
ッチングレート差が増加し、微細パターンが良好に達成
される。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の一実施例に係わる半導体素子
の製造方法を図１〜図５を参照して説明する。本実施例
では、まず、図１に示すように一方の主面にポジ形レジ
スト層１が形成された半導体基板２を用意する。ポジ形
レジスト層１はナフトキノンジアジド、フェノール樹
脂、及びエチルセロソルブアセテート等の溶剤を含有し
ている。本実施例のポジ形レジスト層１は約１．２μｍ
の膜厚を有し、周知のスピンナを利用した塗布により形
成されている。

【０００８】次に、図１の半導体基板２に約１１０℃、
９０秒間のプリベーク（熱処理）を行い、レジスト層１
中の溶剤を揮発させた。このプリベークにより、レジス
ト層１と半導体基板２が良好に密着すると共に、後述の
露光時にマスクにレジスト層１が付着することが防止さ
れる。なお、このプリベークが不十分であり、溶剤が十
分に揮発しない状態で後述のアルカリ処理を行うと後述
の改質反応が良好に進行し難くなり、改質効果が十分に
発揮されない虞れがある。従って、レジスト層１中の溶
剤は完全に揮発させることが望ましい。

【０００９】次に、このプリベークを終えた半導体基板
２をアルカリ水溶液（０．２４Ｍテトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシド水溶液）中に浸漬させた。なお、本実
施例では、アルカリ水溶液の温度を約２３℃として、こ
の水溶液中に基板２を約６０秒間浸漬させた。これによ
って、レジスト層１の表面側の層にアルカリ水溶液が浸
透し、レジスト層１中のナフトキノンジアジドとフェノ
ール樹脂がアルカリによって反応して結合して図２に示
すようにレジスト層１の表面側に難溶性部分１ｂが形成
された。即ち、レジスト層１はエッチングレートの高い
内側の易溶性部分１ａとエッチングレートの低い表面側
の難溶性部分１ｂとの２層構成になった。なお、レジス
ト層１の半導体基板２との界面側にはアルカリ水溶液が
浸透しないので上記の反応及び結合は生ぜず難溶性部分
１ｂは形成されない。

【００１０】次に、難溶性部分１ｂが形成された半導体
基板２を純水を用いて洗浄した後、スピンナによってレ
ジスト層１に付着した水分を除去した。このスピンナに
よる水分の除去は空気雰囲気中で行ったが、場合によっ
ては窒素雰囲気中で行ってもよい。

【００１１】次に、この半導体基板２を図３に示すよう
に、乾燥容器３に配置し、圧縮空気ボンベ４から乾燥容
器３中に圧縮空気を導入してレジスト層１を乾燥させ
た。ここで重要なことは、レジスト層１の表面側のみを
乾燥させて半導体基板２との界面側は乾燥させずに水分
を残存させておくことである。この理由は後述する。な
お、本実施例では、圧縮空気を半導体基板２のレジスト
層１が形成されていない側の面５に当ててレジスト層１
の乾燥を行っている。これはレジスト層１の表面に圧縮
空気が当たりレジストのアルカリ改質による結合にダメ
ージを与えないようにするためである。なお、本実施例
では圧縮空気を０．２ｋｇ／ｃｍ² の圧力で導入し、約
１５分間レジスト層１の乾燥を行った。圧縮空気の代り
にＡｒやＮ2 等のガスを用いることも可能である。ま
た、本実施例ではレジスト層１の乾燥は難溶性部分１ｂ
の全体を含むように、難溶性部分１ｂよりも深い位置ま
で行う。このようにすることによって、基板２上のレジ
スト層１をより均一に乾燥させることができる。

【００１２】次に、半導体基板２の他方の主面５側（レ
ジスト形成面と反対側）を下側にしてホットプレート上
に基板２を配置し、レジスト層１に１５０℃で約５分間
ベーク（熱処理）を施す。熱処理が施されることによっ
て難溶性部分１ｂの結合が強固となりエッチング液に溶
け難くなる。

【００１３】次に、図４に示すように、レジスト層１の
上方にマスク６を近接配置し、レジスト層１にｇ線（波
長４３６ｎｍ付近の紫外線）を用いて露光を施す。レジ
スト層１は、従来技術と同様にマスク６の開口部分７に
対向する領域が露光されるとともに、マスク６からの回
折によりマスク６の開口部分７に対向する領域の近傍の
レジスト層１にもｇ線が弱く照射される。なお、本実施
例ではランプ照度を３０ｍＷ、露光時間を４．０秒とし
て約１２０ｍＪ／ｃｍ² の露光量によって露光した。

【００１４】最後に、この半導体基板２上のレジスト層
１を現像し、図５に示すようにマスク６の開口７に対向
した領域即ち露光部分のレジスト層１を選択的に除去し
た。これによって得られたレジストパターンは半導体基
板２の表面に形成されている絶縁膜又は金属膜又は半導
体のエッチングマスクとして使用される。

【００１５】本実施例によれば、レジスト層１のうちマ
スクからの回折光が当った部分のエッチングレートは従
来例と同様に小さいままで、レジスト層１の露光部分の
エッチングレートを従来例よりも大きくできる。この結
果、露光部分を所望に除去するのに必要な現像時間を短
縮できるためマスクからの回折光が当った部分のレジス
ト層１の溶解を十分に少なくできパターン形状の向上が
図れる。

【００１６】次に、レジスト層１の露光部分のエッチン
グレートが大きくなる理由を述べる。レジスト層１中に
含まれるナフトキノンジアジドは露光されるとレジスト
中の水分と反応して現像液溶解成分であるインデンカル
ボン酸に変化する。本実施例によれば、このインデンカ
ルボン酸を多く生成することができる。即ち、本実施例
では次の作用効果が生じる。 （イ） レジスト層１の表面側を乾燥させるので、レジ
スト層１の表面側の水分が減少しレジスト層１の表面に
おける光の入射率が増加し、インデンカルボン酸の生成
が促進される。 （ロ） レジスト乾燥中にレジスト層１の表面の水分が
レジスト層１の内部に浸透し、レジスト層１の内部に水
分が比較的豊富に存在し、従来例よりも露光によって現
像液溶解成分であるインデンカルボン酸をレジスト層１
の内部に比較的多く生成することができる。 上記（イ）（ロ）によってレジスト層１の露光部分のエ
ッチングレートを従来例よりも大きくすることができ
る。

【００１７】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） レジスト層１の表面領域の乾燥は、スピン乾燥
によっても達成できる。しかしながら、スピン乾燥のよ
うにレジスト層表面を動かしながら乾燥した場合は、例
えば上記（ロ）の作用効果が十分に得られないことがあ
る。従って、レジスト層１の表面側の乾燥は実施例のよ
うに圧縮空気等のふき付けによって行うのが望ましい。 （２） 実施例では露光にｇ線を使用したが、更に波長
の短いｉ線等を使用してもそれなりの効果が得られる。 （３） レジストの乾燥は上記（イ）の作用効果（光の
入射率向上）が良好に得られるように表面からレジスト
厚の１／５以上まで行うのが望ましい。しかし、あまり
乾燥した層が厚すぎると上記（ロ）の作用効果（水分と
の結合による現像液溶解成分の生成）が良好に得られな
くなるのでレジスト厚の１／３以下とするのが望まし
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において半導体基板にレジスト層を形成
した状態を示す断面図である。

【図２】図１のレジスト層に難溶性部分を設けた状態を
示す断面図である。

【図３】レジスト層の乾燥装置を原理的に示す断面図で
ある。

【図４】レジスト層の露光状態を示す断面図である。

【図５】レジスト層の現像後の状態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ レジスト層 １ｂ 難溶性部分 ２ 半導体基板 ４ 圧縮空気ボンベ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ナフトキノンジアジド系物質及びフェノ
   ール系樹脂を含むポジ形レジスト層を基板の主面に形成
   する第１の工程と、 前記ポジ形レジスト層の表面側にアルカリ水溶液を浸透
   させて前記ポジ形レジスト層の表面側に前記ナフトキノ
   ンジアジド系物質とフェノール系樹脂とが結合して成る
   部分を形成する第２の工程と、 前記ポジ形レジスト層の前記基板側の部分は乾燥させな
   いか又は弱く乾燥させ、前記ポジ形レジスト層の表面側
   の部分を基板側の部分よりも強く乾燥させる第３の工程
   と、 前記ポジ形レジスト層の所定領域をマスクを使用して選
   択的に露光する第４の工程と、 前記ポジ形レジスト層に現像を施して前記ポジ形レジス
   ト層の前記所定領域を選択的に除去する工程とを備えた
   レジストパターンの形成方法。
2. 【請求項２】 前記ポジ形レジスト層の表面側の乾燥を
   圧縮空気又はガスをふき付け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】 前記圧縮空気又はガスのふき付けは前記
   基板の前記レジスト層が形成された側と反対側の面から
   行うことを特徴とする請求項２記載のレジストパターン
   の形成方法。
4. 【請求項４】 更に、前記第３の工程と前記第４の工程
   との間に前記レジスト層に熱処理を施す工程を有するこ
   とを特徴とする請求項１又は２又は３記載のレジストパ
   ターンの形成方法。