JPH1041213A - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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JPH1041213A
JPH1041213A JP8194265A JP19426596A JPH1041213A JP H1041213 A JPH1041213 A JP H1041213A JP 8194265 A JP8194265 A JP 8194265A JP 19426596 A JP19426596 A JP 19426596A JP H1041213 A JPH1041213 A JP H1041213A
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JP
Japan
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substrate
pattern
resist
adhesive
chemically amplified
Prior art date
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Pending
Application number
JP8194265A
Other languages
English (en)
Inventor
Masataka Endo
政孝 遠藤
Akiko Katsuyama
亜希子 勝山
Koji Matsuoka
晃次 松岡
Takahiro Matsuo
隆弘 松尾
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH1041213A publication Critical patent/JPH1041213A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる疎水度を示す基板上においても、解像
性、形状の良い化学増幅型レジストパターンを形成する
ことの可能な方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 予め基板1の疎水度を例えば接触角の測
定により求め、その結果に基づいて、密着剤7の処理の
条件を設定して密着剤処理を行う。レジスト3を形成
後、所望のマスク4を用いて選択的にKrFエキシマレ
ーザ5により露光を行い、加熱6を行った後、レジスト
3をアルカリ現像してレジストパターン3Aを形成す
る。この方法により、解像性、形状の優れたレジストパ
ターンが実現でき、工業的に歩留りのよいデバイス製造
につながる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造工程中の
様々なプロセスの中で、特に化学増幅型のレジストを用
いた微細レジストパターン形成方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、レジストの微細パターンを形成す
る際には、露光後の現像時において、レジストパターン
が基板から剥がれることを防止するのを目的として、レ
ジストを基板(特に半導体基板)に塗布形成する前に密
着剤処理を行うという手法が用いられている。そして、
上記の密着剤処理によりレジストパターンの密着性の向
上を図っている。上記のレジストパターンの密着性向上
工程については、今後主流になりつつある化学増幅型の
レジストを用いたパターン形成においても導入されよう
としている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
一方では特に、露光による酸発生及び発生した酸を触媒
とした反応(化学増幅)を利用したレジスト(たとえ
ば、O.Nalamasuet al.,Proc.o
f SPIE,vol.1466,p.238(199
1))を用いた場合には、最終的に現像した後のレジス
トパターンの裾引きが生ずるという問題が発生してきて
いる。
【0004】そこで、以下では図5に示す工程断面図を
参照しながら、上記した従来のパターン形成方法の一例
について説明する。
【0005】まず図5(a)に示すように、レジストを
後に形成する基板1上に、基板1の温度を60℃に保っ
た状態で密着剤処理工程としてのHMDS(ヘキサメチ
ルジシラザン)を用いた10秒間の処理を行って、基板
1上にトリメチルシリル基を付着させ、これにより基板
1の表面を疎水性にする。
【0006】次に、図5(b)に示すように、2成分型
の化学増幅型レジストとしての市販のレジスト(WKR
−PT3S:和光純薬製)3を1ミクロンの膜厚を有す
るように形成し、その後マスク4を介してKrFエキシ
マレーザステッパ(NA0.42)にて25mJ/cm
2の露光5を行う(この時、レジストパターンのピッチ
は0.25μmライン・アンド・スペースパターンとし
た)。
【0007】この後、図5(c)に示すように、95゜
C90秒の加熱6を行い、図5(b)における露光され
た領域を酸のアシストによりアルカリ可溶性に変化させ
る。
【0008】最後に図5(d)に示すように、2.38
%のアルカリ水溶液60秒にて現像を行い、図5(b)
の露光された領域を除去して、ポジ型のパターン3Bを
形成する。
【0009】以上のように、HMDSを用いた密着剤処
理を施した基板1に対して、化学増幅型のレジスト3を
用いてパターン形成を行ったところ、パターン3Bは、
裾引きが顕著な不良の0.25μmライン・アンド・ス
ペースパターンとなった。上記の図5(d)に示したよ
うな不良は、今後LSIの微細化(特に0.25μm以
下の微細なパターン)とともに顕著に現れると考えられ
る。
【0010】そして、上記の図5(d)に示したような
裾引きを有する劣化したレジストパターンは、後の工程
での不良につながり、結局半導体素子の歩留り低下の要
因になってしまう。例えばレジストに裾引きが生じると
いうことは、レジストパターンそのものの寸法が、設定
したものと異なってしまうということであり、形成され
たレジストをマスクとするドライエッチング工程におい
ても所望の寸法にエッチングを行えなくなり、結果とし
て半導体素子の歩留まりの低下を引き起こしてしまう。
【0011】また、図5(d)に示すようなパターンで
は、現像の際にレジストパターンが基板から剥がれてし
まうことも考えられ、このような場合には、全くレジス
トパターンとしての機能を果たさなくなってしまうこと
もあり得る。
【0012】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、0.
25μm以下の化学増幅型の微細なレジストパターンで
さえも、精度よく(特にレジストパターン剥がれや裾引
き等が生じない)パターン形成を行うことの可能な微細
レジストパターンの形成方法を提供することを目的とす
るものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のパターン形成方法は、レジストパターン
を形成する基板表面の疎水度に基づいて適切な基板の密
着剤処理を行うことを特徴とする構成となっている。
【0014】そして上記の構成により、0.25μm以
下といった微細な化学増幅型のレジストパターンでさえ
も、裾引きや剥がれを生じさせることなく、精度よくパ
ターンを形成することが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記した問題点で
あるパターンの裾引きが、基板の疎水度に起因すること
を見いだした。さらに、特に、今後主流となりつつある
露光による酸発生を用いる化学増幅型レジストを用いた
0.25μm以下の微細なパターン形成においては、上
記の問題点が顕著になることを本発明者らは見いだし
た。
【0016】そこで、以下では、化学増幅型レジストを
用いたパターン形成において、本発明者らが見いだした
上記の問題点が発生するメカニズムについて詳細に説明
することとする。
【0017】露光による酸発生を用いる化学増幅型レジ
ストにおいては、発生した酸が基板の疎水度に応じて
(基板の疎水度が低い場合に)失活することがあり、こ
の現象は顕著となる。以下では、上記した酸の失活につ
いて図面を参照しながら説明する。
【0018】図1は密着剤処理を施す前の基板の表面状
態を示す断面図、図2は密着剤処理を施した後の基板の
表面状態を示す断面図を示したものである。
【0019】図1に示すように、密着剤処理の施される
基板1の表面には水酸基(OH基)が存在する。そして
図1に示す状態の基板に対して密着剤処理を施すと基板
表面の水酸基が反応し、図2に示すように水酸基の水素
原子がRに置換される。このRとしては、例えばトリメ
チルシリル基を挙げることができる。
【0020】上記の図1及び図2に示した例では、基板
表面に存在する水酸基の全てが置換反応されているが、
密着剤処理が不十分な(言い換えれば疎水性が低い)場
合には、基板表面に水酸基が残存することになる。この
ように、密着剤処理を施した後においても表面に残存し
た水酸基が、その後基板に形成された化学増幅型レジス
トと反応し、酸が失活してしまう。つまり、化学増幅型
レジストとは、光の作用により酸を発生する成分を含有
するレジストで、選択的な領域で発生した酸を触媒とし
てアルカリ可溶性に変化する性質を利用してパターンを
形成するものであるが、上記のように基板表面に水酸基
が残存した場合、この水酸基と光の作用により発生した
酸とが中和反応を起こし(言い換えると酸が失活す
る)、特に酸が失活しやすいレジストの底部において酸
を触媒とするレジストのアルカリ可溶性への反応が不十
分となり、結果として現像後には裾引きが生じてしま
う。
【0021】なお、上記では化学増幅レジストパターン
(特に0.25μm以下の微細なパターン)において、
裾引きが生じるメカニズムについて詳細に説明を行った
が、上記のように、基板の疎水度が低い場合には、密着
剤処理そのものが不十分といいうことになるため、パタ
ーンの剥がれも生じる。
【0022】以上のように、レジストパターンにおいて
裾引きが生じる原因が密着剤処理が不十分である(基板
の疎水度が低い)ことに起因することについて説明を行
ったが、この問題点に対して、レジストパターンの裾引
きが生じないようにするためには、単に密着剤処理を十
分に行えばよいということが課題解決の方法として考え
られるが、疎水度を高くしすぎると、逆に、パターン残
さ等の新たな問題点が生じる。
【0023】なお図1及び図2では、密着剤処理を施す
対象を基板と称したが、一般的な半導体基板(例えばS
i基板)ではなく、基板表面に塩基性を示すBPSG、
TiN、SiNなどが形成されている場合には、特に酸
の失活が生じやすいため、表面の疎水度をより制御する
ことがより必要と考えられるため、以下に示す本発明
は、上記したような塩基性を示す基板を用いた場合に特
に有効である。
【0024】次に以下では、具体的な本発明の実施の形
態におけるパターン形成方法について図3を参照しなが
ら詳細に説明する。
【0025】まず密着剤処理を行う前に基板1の疎水度
を接触角の測定により定量化した。この接触角について
図4を用いて説明すると、まず基板1に対して水の滴下
を行う。その際に、水滴とレジストとの接線の成す角度
を接触角と定義し、接触角を測定した。
【0026】上記のようにして基板1の接触角を測定し
たところ、その角度は40度であった。本発明者らによ
れば、レジストの種類により多少は異なるものの、概ね
基板の接触角を50〜80度程度にすることがレジスト
パターンの裾引きやパターン残さ等の問題点が発生しな
い最適な範囲であると考えられる。
【0027】そこで、接触角を60度に上げるために、
図3(a)に示すように、基板1上に、密着剤HMDS
(ヘキサメチルジシラザン)を用いた密着処理を行う際
の条件を図5に示した従来の条件とは異なるものとし
た。具体的には、上記した従来の密着剤処理条件が、基
板温度60℃、処理時間10秒で行われているのに対し
て、本実施の形態では、基板温度90℃に保って30秒
間の処理2を行い、基板上にトリメチルシリル基を付着
させた。その結果、図3(a)と図5(a)の比較から
明らかなように、基板に形成された密着剤の量が増加す
る。
【0028】次に、図3(b)に示すように、2成分型
の化学増幅型レジストとして、WKR−PT3S(和光
純薬製)3を1ミクロン厚に形成し、マスク4を介して
KrFエキシマレーザステッパ(NA0.42)にて2
5mJ/cm2の露光5を行った(この時、レジストパ
ターンのピッチは0.25μmライン・アンド・スペー
スパターンとした)。なお、本実施の形態では、露光の
際にKrFエキシマレーザを用いているが、化学増幅型
レジスト中に含有されている酸発生剤が酸を発生するよ
うなエネルギー線を用いてやればよく、必ずしもKrF
エキシマレーザを用いる必要性はない。
【0029】この後、図3(c)に示すように、95゜
C90秒の加熱6を行い、図3(b)における露光され
た領域を酸のアシストによりアルカリ可溶性に変化させ
る。
【0030】最後に図3(d)に示すように、2.38
%のアルカリ水溶液60秒にて現像をおこない、ポジ型
のパターン3Aを形成した(図3(d))。その結果、
パターン3Aは、裾引きの全くない矩形の良好な0.2
5μmライン・アンド・スペースパターンを形成するこ
とができた。また、疎水度が極端に高くなるような密着
剤処理を施していないため、パターン残さ等の新たな問
題点が生じることもなかった。
【0031】上記のように、本実施の形態におけるパタ
ーン形成方法によれば、あらかじめレジストの形成され
る基板表面の接触角を測定しておき、その結果に基づい
て、疎水度をコントロールすることで、基板表面に最終
的に形成されるレジストパターンの裾引きや剥がれを防
止しつつ、0.25μmという微細なパターンを形成す
ることが可能となった。
【0032】なお、上記の例では、疎水度を高めるため
の具体的な手段として、密着剤処理の際の、基板温度と
密着剤処理時間の両方をコントロールしたわけである
が、必ずしも基板温度と密着剤処理時間をコントロール
する必要性はなく、基板温度又は密着剤処理時間のみを
コントロールしてもよく、また例えば、密着剤を気化さ
せるバブリング時間の調節などによってコントロールす
ることも可能である。
【0033】また、本実施の形態においては、レジスト
が形成される基板の表面の状態(具体的には疎水度)を
判断するに際して、基板の接触角の測定により判断を行
ったが、レジストの形成される基板の疎水度は、接触角
の測定以外にレジストの露光部の溶解速度の測定などに
よって求めることも可能である。
【0034】さらに、上記の例ではHMDS(ヘキサメ
チルジシラザン)を用いたが、本発明では、異なる密着
強度を有する密着剤を用いて行う場合にも適用すること
ができ、このような密着剤の例としては、アセトキシト
リメチルシラン、イソプロペノキシトリメチルシランな
どを挙げることができる。上記の様々な密着剤は、各々
異なる度合いで疎水処理が施されるため、密着剤を取り
替えることによってレジストパターンの形成される基板
表面の疎水度をコントロールして、レジストパターンの
形成される基板への適確な密着剤処理を行うことができ
ると考えられる。
【0035】
【発明の効果】本発明は、レジストパターンを形成する
基板表面の疎水度に基づいて適切な基板の密着剤処理を
行うことにより、いかなる基板上でも、裾引き等のな
い、解像度、形状の良いパターンが得られ、素子の歩留
り向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】密着剤処理を施す前の基板表面の断面図
【図2】密着剤処理を施した後の基板表面の断面図
【図3】本発明の実施の形態におけるパターン形成方法
の工程断面図
【図4】接触角の定義を示す図
【図5】従来のパターン形成方法の工程断面図
【符号の説明】
1 基板 2,7 密着剤 3 レジスト 4 マスク 5 KrFエキシマレーザ光 6 加熱 3A,3B パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 隆弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学増幅型レジストを形成する基板の疎水
    度に基づいて密着剤処理条件を制御して前記基板の密着
    剤処理を行う工程と、前記基板上に化学増幅型レジスト
    を形成する工程と、所望のマスクを用いて選択的にエネ
    ルギー線により前記化学増幅型レジストに対して露光を
    行う工程と、前記露光を行った後前記化学増幅型レジス
    トをアルカリ現像してレジストパターンを形成する工程
    とを有するパターン形成方法。
  2. 【請求項2】基板の疎水度を、基板の疎水度を接触角を
    測定することにより求めるか、または化学増幅型レジス
    トの露光部の溶解速度を測定することにより求めること
    を特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
  3. 【請求項3】基板の表面にBPSG、TiNまたはSi
    Nが形成されていることを特徴とする請求項1記載のパ
    ターン形成方法。
  4. 【請求項4】密着剤処理条件の制御として、密着剤の処
    理温度、密着剤の処理時間、密着剤のバブリング時間ま
    たは、密着剤物質そのものを制御することを特徴とする
    請求項1記載のパターン形成方法。
JP8194265A 1996-07-24 1996-07-24 パターン形成方法 Pending JPH1041213A (ja)

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