JPH11288877A - レジストパターンの形成方法及び微細加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトレジストと現像液との親和性の不足に
よって発生する気泡を低減させ、高精度のレジストパタ
ーン形成及び微細加工を可能にすること。 【解決手段】 半導体基体上にフォトレジスト膜を設け
る第１工程と、フォトレジスト膜を所定の微細パターン
に露光処理する第２工程と、露光処理されたフォトレジ
スト膜表面を、フォトレジスト膜と現像液との親和性を
向上させるアルコール水溶液等を用いて処理する第３工
程と、前記現像液を用いて前記フォトレジスト膜を現像
処理する第４工程とを有する、レジストパターンの形成
方法及び微細加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトレジスト膜
を所定の微細パターンにパターニングするレジストパタ
ーンの形成方法、及び微細加工方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ（integrated circuit）やＬＳＩ
（large scale integration ）等の半導体集積回路は、
一般に、シリコン基板上にｐｎ接合、絶縁層、配線など
をパターニングした集積回路であり、その製作工程にお
いて、フォトレジスト（photoresist ）と称する感光性
樹脂のパターニングが重要な役割を演じている。また、
近年、更なる集積化を進めたＶＬＳＩ（very large sca
le integration）等の超大規模集積回路が研究、開発さ
れているが、これらの進歩は、フォトレジストを用いた
パターニング技術（フォトリソグラフィー技術）、つま
り微細加工技術の進歩に負うところが大きい。

【０００３】以下、半導体集積回路における一般的な微
細加工工程（従来の現像シーケンス）を図１（Ｂ）を参
照に説明する。

【０００４】まず、微細パターンに加工しようとする基
体（被加工材料）に、例えばスピンコーティング等の手
法に基づき、フォトレジストを塗布する（フォトレジス
ト膜の成膜）。このフォトレジストは一般に、有機溶媒
に溶けた液状物質として市販されている。

【０００５】次いで、光、Ｘ線、電子、イオン等のビー
ムを露光マスク（レチクル）を介して、或いは直接に走
査して照射し、このフォトレジスト膜を所定形状の微細
パターンに露光する（フォトレジスト膜の露光処理）。

【０００６】次いで、現像液を吐出させ、前記基体を静
止若しくは低回転させながら、露光処理されたフォトレ
ジスト膜を現像液で現像処理すると、ポシ型フォトレジ
ストの場合は露光部分が、ネガ型フォトレジストの場合
は非露光部分が溶解され、さらに純水を用いたすすぎ処
理（純水リンス）の後、前記基体を回転させながら前記
現像液や前記純水等を取り除き、乾燥させると（回転、
乾燥）、前記フォトレジスト膜に微細パターンの加工が
施される。

【０００７】その後、これをマスクとしてエッチング等
を行い、さらに、前記フォトレジスト膜を除去して（場
合によっては、そのまま残して）、基体（被加工材料）
の微細パターンが形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この微細パ
ターンの形成に際して、従来の現像方法では、フォトレ
ジスト膜の表面と現像液との親和性不足により（フォト
レジストの疎水性が高い）、未現像部分の発生による微
細パターンの欠陥が生じ、歩留り低下の要因となってい
る。

【０００９】以下、図１４〜図１９を参照して、前述の
歩留り低下の要因を説明する。なお、図１４〜図１９
は、半導体基体上に設けられている第１配線（下部配
線）に、層間絶縁膜中の欠除部（ビアホール）を介して
第２配線（上部配線）を接続する場合の例である。

【００１０】図１４に示すように、半導体基体１上に設
けられている例えばアルミニウムからなる第１配線２上
に、被加工材料として例えばポリイミド系の層間絶縁膜
３４ａを成膜し、次いで、この層間絶縁膜３４ａ上に、
例えばスピンコート法にてフォトレジストを塗布する。
そして、このフォトレジスト膜３５に対して、所定形状
の露光マスク５を介して光ビーム６を照射し、フォトレ
ジスト膜３５を選択的に露光すると、ポシ型レジストの
場合、フォトレジスト膜３５の露光部分３５ｂが後の現
像工程において現像液に対し溶解性物質に変化する。な
お、この時の露光部分３５ｂの幅をＴとする。

【００１１】次いで、図１５に示すように、フォトレジ
スト膜３５に対して現像液３６を作用させるが、この
時、フォトレジスト膜３５と現像液３６との間に、気泡
（マイクロバブル）３７が発生することがある。

【００１２】即ち、ノボラック樹脂等からなる一般的な
有機系のフォトレジストは疎水性が高く、また、アルカ
リ性水溶液等からなる現像液は親水性が高いので、フォ
トレジストと現像液との親和性の不足によって、現像液
がはじかれて気泡が取り残されることがある。

【００１３】特に、現像除去されるべき露光部分に気泡
３７が取り残されると、気泡３７によって露光部分のフ
ォトレジスト表面に対する現像液の接触（即ち、露光部
分３５ｂの溶解）が十分ではなく、図１５に示すよう
に、本来は取り除かれるべきフォトレジスト３５ｃが取
り残されることがある。即ち、図１８及び図１９（Ａ）
に示すように、フォトレジスト３５ａと３５ａ’との間
の本来は取り除かれるべき部分にフォトレジストからな
る突出部３５ｃが形成される。

【００１４】フォトレジスト３５ｃが残されたままエッ
チング（例えばドライエッチング）すると、即ち、フォ
トレジスト３５ａ及び３５ｃをマスクとしてエッチング
すると、図１６に示すように、層間絶縁膜３４ａ中に、
本来の幅Ｔを有する欠除部を形成できず、本来の幅Ｔよ
り狭い幅ｔの欠除部３８が形成されてしまう。即ち、図
１９（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜３４ａと３４ａ’
との間の本来は取り除かれるべき部分に層間絶縁膜から
なる突出部３４ｃが形成される。

【００１５】そして、第２配線４２の形成を目的に、例
えば窒化チタンからなるバリアメタル３９と例えばアル
ミニウムからなる配線４０を順次成膜していくと、図１
７に示すように、この部分にて、バリアメタル３９内に
ボイド４２が発生したり、アルミニウム配線４０と第１
配線２との接触が不十分になることがある。

【００１６】即ち、上述した従来のレジストパターンの
形成方法では、図１５に示したように、フォトレジスト
３５の表面と現像液３６との親和性の不足により、現像
液がはじかれて気泡（マイクロバブル）３７が取り残さ
れるため、フォトレジスト表面と現像液との接触が部分
的に妨げられ、これにより、フォトレジスト膜に未現像
部分が生ずることがある。

【００１７】この未現像部分（残渣）は、後工程の例え
ばエッチング工程において、障害物となり、精度の高い
加工が行われず、得られる半導体装置には欠陥（特にパ
ターン欠陥）が生じることがあり、この欠陥によって、
得られる半導体装置の歩留りが低下する。

【００１８】本発明は、上述した従来の実情に鑑みてな
されたものであり、その目的は、フォトレジスト表面と
現像液との親和性を向上させて微細な気泡の発生を抑制
し、パターン欠陥を減少させたレジストパターンの形成
方法及び微細加工方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、フォト
レジスト膜を所定形状にパターニングするレジストパタ
ーンの形成方法において、基体上にフォトレジスト膜を
設ける第１工程と、前記フォトレジスト膜を所定形状に
露光処理する第２工程と、前記露光処理されたフォトレ
ジスト膜表面を、前記フォトレジスト膜と現像液との親
和性を向上させる前処理剤を用いて処理する第３工程
と、前記現像液を用いて前記フォトレジスト膜を現像処
理する第４工程とを有することを特徴とする、レジスト
パターンの形成方法（以下、本発明のレジストパターン
の形成方法と称する。）に係るものである。

【００２０】本発明のレジストパターンの形成方法によ
れば、基体上にフォトレジスト膜を設ける第１工程と、
前記フォトレジスト膜を所定形状に露光処理する第２工
程と、前記露光処理されたフォトレジスト膜表面を、前
記フォトレジスト膜と現像液との親和性を向上させる前
処理剤を用いて処理（以下、前処理と称することがあ
る。）する第３工程と、前記現像液を用いて前記フォト
レジスト膜を現像処理する第４工程とを有しており、特
に、前記第３工程にて、前記フォトレジスト膜と現像液
との親和性を向上させる前処理剤を用いて前記フォトレ
ジスト膜の表面を処理（前処理）しているので、前記フ
ォトレジスト膜の表面と前記現像液との親和性を向上さ
せて、フォトレジスト膜表面への気泡の付着を抑制する
ことができ、フォトレジスト膜を所定の微細パターンに
パターニングする際のパターン欠陥を減少できる。

【００２１】また、本発明は、基体上にフォトレジスト
膜を設ける第１工程と、前記フォトレジスト膜を所定形
状に露光処理する第２工程と、前記露光処理されたフォ
トレジスト膜表面を、前記フォトレジスト膜と現像液と
の親和性を向上させる前処理剤を用いて処理する第３工
程と、前記現像液を用いて前記フォトレジスト膜を現像
処理する第４工程とを行った後、現像処理されて所定形
状にパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとし
て、前記基体上に微細パターンの加工を施す、微細加工
方法（以下、本発明の微細加工方法と称する。）を提供
するものである。

【００２２】本発明の微細加工方法によれば、前記第１
工程、前記第２工程、前記第３工程及び前記第４工程を
行った後、現像処理されて所定形状にパターニングされ
たフォトレジスト膜をマスクとして、例えばドライエッ
チング等の手法に基づいて前記基体上に微細パターンの
加工を施すので、フォトレジスト膜を所定形状にパター
ニングする際のパターン欠陥を減少させることができ、
ひいては得られる製品の歩留りを向上できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明のレジストパターンの形成
方法について説明する。

【００２４】まず、本発明のレジストパターンに基づく
前処理工程を含む現像シーケンスを図１（Ａ）を参照に
説明する。

【００２５】但し、本発明は、図１（Ａ）に示した現像
シーケンスに限定されるものではない。また、図１は、
後述するスピン式現像処理装置（図１０参照）を用いた
場合の例である。

【００２６】本発明に基づくレジストパターン形成方法
のフォトレジスト膜の成膜およびその露光処理と、前処
理工程を含む現像シークエンスは、 （１）フォトレジスト膜の成膜…基体（特に被加工材
料）上にフォトレジストを、例えばスピンコーティング
等の手法により成膜する。 （２）フォトレジスト膜の露光処理…前記成膜されたフ
ォトレジストを、光、Ｘ線、電子、イオン等のビームを
マスクを介して、或いは直接に走査して照射し、このフ
ォトレジスト膜を所定形状の微細パターンに露光する。 （３）前処理剤の吐出…前記前処理剤を用いて前記露光
処理されたフォトレジスト膜全面に吐出し、被覆する
（前処理：前記第３工程に対応）。 （４）前処理剤の除去…前記前処理剤を、例えば前記基
体を回転させることによって除去する。 （５）現像液の吐出…前記前処理が施されたフォトレジ
スト膜に現像液を作用させる。 （６）静止又は低回転…前記基体を所定時間、静止又は
低回転させて、現像部分の溶解を促進させる。 （７）純水リンス…前記基体を純水（特にイオン交換
水）ですすぐ。 （８）回転、乾燥…前記基体を回転させて、前記現像液
や前記純水等を取り除き、前記基体を乾燥させる。 といった手順を有している。

【００２７】即ち、前述した従来の現像シーケンス〔図
１（Ｂ）〕に、前記処理剤の吐出工程とこの除去工程と
からなる前記前処理工程（前記第３工程）を追加するだ
けで、前記フォトレジスト膜の表面と前記現像液との親
和性を向上させて、フォトレジスト膜表面への気泡の付
着を抑制することができ、パターン欠陥を大幅に減少で
きる。

【００２８】詳しくは後述するが、一般に、フォトレジ
スト膜２５ｂに現像液２７を滴下した場合、図１３
（Ｂ）に示す如く、フォトレジスト膜の表面と現像液と
の親和性の不足から、その接触角βは大きくなってしま
う。これに対して、フォトレジスト膜２５ａに前記前処
理剤を作用させてから現像液２６を滴下すると、図１３
（Ａ）に示す如く、フォトレジスト膜と現像液との親和
性が良好であるために、現像液２６のフォトレジスト膜
２５ａに対する濡れ性が向上し、その接触角αが小さく
なる。即ち、フォトレジストと現像液とが十分に接触し
て、フォトレジスト膜と現像液との間に気泡が生じるこ
となく、高精度にて現像処理が施され、形状特性の良好
なフォトレジスト膜の微細パターンが形成される。

【００２９】また、本発明のレジストパターンの形成方
法においては、前記前処理剤を前記現像液に添加して前
記第３工程の前記処理を行ってもよい。特に、前記現像
液を希釈現像液とし、これにフォトレジスト膜と現像液
との親和性を向上させる前処理剤を添加した混合溶液を
前記第３工程における前記前処理剤として用いることが
できる。

【００３０】また、前記前処理剤として、アルコール、
アルコール水溶液及び界面活性剤からなる群より選ばれ
る少なくとも１種を用いてもよい。

【００３１】前記前処理剤としては、例えば、前記アル
コールとして、メタノール、エタノール、プロピルアル
コール（イソプロピルアルコール）、ブタノール等の低
級アルコール類、およびその水溶液、また、前記界面活
性剤として、高級脂肪酸等からなるせっけん類、アルキ
ルベンゼンスルホン酸等のスルホン酸塩類、ポリオキシ
エチレンやノニルフェニルエーテル等のエーテル類等が
挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【００３２】なお、前記前処理剤としてアルコール水溶
液を用いる場合、アルコール濃度が５容量％以上のアル
コール水溶液を用いることが望ましい。アルコール水溶
液の濃度は用いるフォトレジスト材料の種類によっても
異なるが、５容量％以上であることが望ましく、また、
３０容量％以下であることが望ましい。５容量％以上と
することによって、フォトレジスト膜と現像液との親和
性を十分向上させることができ、また、３０容量％を越
えるとフォトレジストを溶解することがある。このアル
コール水溶液の濃度は、５容量％以上、２０容量％以下
がさらに望ましい。

【００３３】また、前記第３工程において、前記フォト
レジスト表面を前記前処理剤に浸したり、濡らしたりす
ることによって前記前処理を施すことができるが、前記
フォトレジスト膜と前記前処理剤とを５秒間以上、さら
には８秒間以上接触させることが望ましい。このような
前処理時間によって前記第３工程での前処理を十分に行
うことができ、これによって、フォトレジスト膜の表面
と現像液との親和性が向上し、気泡の付着による現像不
良（パターン欠陥）を大きく減少させることができる。

【００３４】さらに、本発明のレジストパターンの形成
方法においては、前記第３工程において、前記前処理剤
を前記フォトレジスト膜の表面に、例えばスプレー等を
用いて噴霧することが望ましい。さらに、前記フォトレ
ジスト膜が設けられている基体を回転させながら、噴霧
を行うことが望ましい。このように、前記前処理を噴霧
によって行う場合も、処理時間は前述した時間であって
よく、また、前処理剤の種類やその濃度等も前述したと
同様である。

【００３５】さらに、前記フォトレジスト膜表面に噴霧
された前記前処理剤を除去する工程を有することが望ま
しい。即ち、前記フォトレジストに前記前処理剤を十分
に接触させ、しみ込ませた後は、例えば、前記フォトレ
ジスト膜が設けられている基体を高速回転させて、前記
前処理剤をふりきるといった手法により、除去すること
が望ましい。

【００３６】次に、本発明の微細加工方法を説明する。

【００３７】本発明の微細加工方法において、前記第１
工程、前記第２工程、前記第３工程及び前記第４工程
は、前述した本発明のレジストパターンの形成方法に準
じて行うことができる。

【００３８】本発明の微細加工方法においては、前記フ
ォトレジスト膜下の被加工材料を前記微細パターンにエ
ッチングする第５工程を更に行うことが望ましい。ま
た、この第５工程の後は、前記フォトレジスト膜を取り
除いてもよいし、或いはそのまま残してもよい。

【００３９】また、前記被加工材料は、半導体基体上の
膜（例えば、配線用金属薄膜、層間絶縁膜など）として
よい。

【００４０】次に、本発明のレジストパターンの形成方
法及び微細加工方法を説明する。なお、ここでは、半導
体基体上に設けられた第１配線（下部配線）に、層間絶
縁膜中の接続孔（ビアホール）を介して第２配線（上部
配線）を接続する際の、前記接続孔の微細加工を行うも
のであり、ポジ型のフォトレジストを用いる場合の例で
ある。

【００４１】まず、図２に示すように、例えばアルミニ
ウムからなる第１配線２が設けられた半導体基体１上
に、例えばポリイミド系の層間絶縁膜３ａを成膜する。

【００４２】次いで、図３に示すように、層間絶縁膜３
ａ上に、例えばスピンコーティング法でフォトレジスト
４を塗布する。

【００４３】次いで、所定パターンの露光マスク５を介
して、フォトレジスト４に光ビーム６を照射すると、図
４に示すように、光の照射された部分（露光部分）４ｂ
が変性し、現像液に溶け易くなる。

【００４４】次いで、前記露光マスク５を除した後、図
５に示すように、前処理剤７をフォトレジスト４の表面
に作用させる。ここで、前処理剤７をフォトレジスト膜
４に対してスプレー等を用いて噴霧してもよいし、或い
は、フォトレジスト膜を基体ごと前処理剤に浸漬させて
もよい。また、フォトレジスト膜表面に塗布してもよ
い。この工程で、フォトレジスト膜表面に前処理剤がし
み込み、フォトレジストと現像液との親和性が向上され
る。

【００４５】次いで、前記前処理剤を取り除いた後、図
６に示すように、例えば有機系のアルカリ水溶液からな
る現像液で処理すると、露光部分４ｂが溶解されて、フ
ォトレジスト膜４が所定の微細パターンに加工される。
なお、この現像処理は、前記基体を回転させながら行う
ことが望ましく、さらに、この回転数を適宜変化させな
がら複数段階に分けて行ってもよい。

【００４６】次いで、図７に示すように、ドライエッチ
ング或いはウエットエッチング等の手法により、フォト
レジスト膜４ａをマスクとして、接続孔（ビアホール）
８に層間絶縁膜３をエッチング加工する。

【００４７】次いで、フォトレジスト膜４ａに対してア
ッシング処理等を施してこれを除去すると、図８に示す
ように、層間絶縁膜３に微細パターンの接続孔８が加工
される。

【００４８】さらに、図９に示すように、例えばタング
ステンからなるバリアメタル９を形成し、その後、スパ
ッタリング等の手法により、例えばアルミニウムからな
る配線１０を形成して第２の配線１１を形成し、高精度
に加工された接続孔８を介して、第１配線２と第２配線
１１とを接触性良く形成できる。

【００４９】このように、本発明のレジストパターンの
形成方法及び微細加工方法においては、前処理剤（アル
コール、アルコール水溶液及び界面活性剤からなる群よ
り選ばれる少なくとも１種）がフォトレジスト膜表面に
付着し、その一部はしみ込み、フォトレジストと現像液
との親和性が向上し、これにより、フォトレジストパタ
ーンの現像工程での現像不良（パターン欠陥）が大きく
減少する。

【００５０】次に、図１０を参照に、本発明のレジスト
パターンの形成方法を実施する際に使用可能な半導体装
置用の現像処理装置を説明する。

【００５１】この現像処理装置２１は、微細加工パター
ンを施す基体を回転させながら現像処理を行うことが可
能なスピン式の半導体装置用現像処理装置であり、半導
体ウエーハ１７が配置される支持体（回転テーブル）１
６は、図示省略したスピンモータにより、図中矢印Ａ方
向（或いはこの逆方向）に回転数の調節ができるように
設置されている。

【００５２】そして、この装置２１の上部には、半導体
ウエーハ１７に対向して、現像液吐出用ノズル１８と、
前処理剤吐出用ノズル１９と、洗浄水導入管２０とが設
けられている。なお、ノズル１９及び１８は、半導体ウ
エーハの径方向（図中矢印Ｂ方向及びＣ方向）に適宜移
動可能である。また、この装置は図示省略した温度制御
装置が設けられており、適宜温度調節されるように構成
されている。

【００５３】即ち、この現像処理装置２１にて、図１
（Ａ）に示した本発明に基づく現像シーケンスを順次実
行することができ、つまり、所定の微細パターンに露光
されたフォトレジストの現像処理やそのリンス処理等を
施す前に、前記前処理（前記第３工程）を行うことがで
きる。このように、従来の現像処理装置（例えば、東京
エレクトロン社製、ＭＫ−Ｖ現像装置）に前処理剤の吐
出用ノズルを付加するだけで、本発明のレジストパター
ンの形成方法及び微細加工方法を簡易に実施できる。な
お、本発明のレジストパターンの形成方法を実施する際
に使用可能な装置はこのような装置に限定されるもので
はなく、例えば、前処理剤の吐出はスプレー式（スプレ
ーデベロッパ）でなくてもよく、前処理剤中にウエーハ
を浸漬させるディップ式（ディップデベロッパ）であっ
てもよい。

【００５４】以上、本発明のレジストパターンの形成方
法及び本発明の微細加工方法について説明したが、本発
明のレジストパターンの形成方法及び微細加工方法は、
半導体装置の作製工程を中心として様々な分野で利用す
ることが可能である。

【００５５】例えば、ＣＭＯＳ型の半導体装置の作製工
程においては、ｐウエル形成のための酸化膜のパターニ
ング、素子分離領域形成のための窒化膜のパターニング
〔ＬＯＣＯＳ（local oxidationof Si）酸化膜の形
成〕、ｎチャンネル領域の形成、、ｐチャンネル領域の
形成、ゲート電極のパターニング、ソース・ドレイン領
域の形成、シリコン酸化膜のパターニング、アルミニウ
ム配線のパターニング、層間絶縁膜のパターニングなど
に適用でき、その他、ＣＣＤ素子の作製、半導体レーザ
の作製、バイポーラトランジスタの製作工程等、種々の
半導体装置の作製工程で使用可能である。

【００５６】また、半導体装置の作製工程以外にも、例
えば、一般的な金属メッキ工程や、薄膜ヘッドの作製に
用いるためのフレームメッキのパターニング、導電性電
極を所定形状に作製するためのパターニング、プリント
コイルのパターニング、プリント配線板の配線作製工程
等でも使用可能である。

【００５７】また、本発明のレジストパターンの形成方
法及び微細加工方法において、前記フォトレジストは、
ポジ型フォトレジストに限定されるものではなく、ネガ
型フォトレジストを用いる場合でも適用可能である。そ
のフォトレジストの種類も限定されるものではない。さ
らに、現像液は、前記フォトレジストの適性に見合った
ものを使用することが望ましく、その種類も限定される
ものではない。例えば、前記フォトレジストとして、Ｔ
ＳＣＲ−７５ｉ２５Ｔ、ＴＨＭＲ−ＩＰ３１００、ＴＨ
ＭＲ−ＩＰ９５００〔東京応化工業（株）製〕等を使用
でき、前記現像液として、ＮＭＤ−３、ＮＭＤ−Ｗ〔東
京応化工業（株）製〕、ＳＯＰＤ〔住友化学工業（株）
製〕等が使用できる。

【００５８】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例について説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。

【００５９】本実施例では、 （Ａ）ＴＨＭＲ−ＩＰ９５００（東京応化工業（株）社
製） （Ｂ）ＰＦＩ−Ｄ６０（住友化学工業（株）社製） の２種類のフォトレジスト材料を準備し、これらのフォ
トレジスト材料に対する現像液の親和性評価と、得られ
た半導体装置の微細加工パターン精度の評価を行った。
なお、これらのフォトレジスト材料は、ポジ型のフォト
レジストである。

【００６０】また、本実施例では、スピン式現像処理装
置（東京エレクトロン社製、ＭＫ−Ｖ現像装置）に前処
理剤の吐出用ノズルを付加した装置２１（図１０参照）
を使用した。

【００６１】＜微細加工パターン精度の評価＞実施例１ フォトレジスト材料としてＰＦＩ−Ｄ６０を用い、層間
絶縁膜が設けられている半導体ウエーハ上にフォトレジ
スト膜を塗布した。次いで、図示省略した露光装置を用
いて、前記フォトレジスト膜を所定の微細パターンに露
光処理した。

【００６２】次いで、フォトレジスト膜が設けられたウ
エーハ１７（直径６インチ）を、図１０に示した装置２
１の回転テーブル１６上に配し、まず、回転数３０００
ｒｐｍで４．０秒間回転させた後、前処理として、ノズ
ル１９からイソプロピルアルコール（以下、ＩＰＡと称
することがある。）の１５容量％濃度の水溶液２２を、
回転数６００ｒｐｍ、５．０秒間、ノズル１９をウエー
ハ１７の径方向（図中矢印Ｂ方向）に移動させながら、
ウエーハ１７の全面に吐出（噴霧）した。

【００６３】次いで、回転数１０００ｒｐｍで２．６秒
間かけて前記ＩＰＡ水溶液をウエーハ１７からふりきっ
た後、ノズル１８から現像液（ＮＭＤ−３）２４を、回
転数７５０ｒｐｍ、２．０秒間かけて、ノズル１８の位
置をウエーハ１７の径方向（図中矢印Ｃ方向）に移動さ
せながら現像液の吐出（噴霧）を行い、さらに、回転数
２０ｒｐｍで１．９秒間、現像液２４の吐出（噴霧）を
行って、現像処理を行った。

【００６４】次いで、現像部の排気を停止させ、回転数
２０ｒｐｍで２．０秒間かけてノズル１８の位置を元に
戻した後、ウエーハ１７を静止させて、５２．０秒間か
けて、フォトレジスト膜の現像液への溶解を促進させ
た。

【００６５】次いで、６．０秒間のインターバルの後、
洗浄水導入管２０からリンス用熱イオン交換水２３を吐
出させ、回転数３００ｒｐｍで１４．５秒間、すすぎ処
理を行った。

【００６６】この後、回転数３０００ｒｐｍ、１４．０
秒間、ウエーハ１７を回転させて、リンス用イオン交換
水をふりきり、ウエーハ１７を乾燥させた。

【００６７】このようにして、層間絶縁膜に接続孔が微
細パターンに加工された半導体ウエーハを作製し、その
後、所定の後処理を経て、半導体装置を作製した。

【００６８】本実施例では、上述したフォトレジストパ
ターンの形成工程での現像不良が大きく減少した。従来
の工程では、現像不良品がウエーハ当たり約５ケであっ
たのに対し、本実施例では、ウエーハ当たり現像不良品
が一つも見当たらなかった。即ち、この工程での歩留り
が約２〜３％向上した。

【００６９】＜現像液の親和性評価＞次に、フォトレジ
ストと現像液との接触角を測定して、その親和性の評価
を行った。

【００７０】実施例２ 半導体ウエーハ上に、フォトレジストとしてＴＳＣＲ−
ＩＰ９５００（以下、レジスト材料Ａと称する。）を塗
布してフォトレジスト膜を形成した。

【００７１】次いで、前処理剤としてイソプロピルアル
コール（ＩＰＡ）の５容量％水溶液を前記フォトレジス
ト膜の全面に噴霧した。

【００７２】その後、現像液としてＮＭＤ−３を用い、
これを前記フォトレジスト膜上に滴下して、その接触角
を測定した（図１３参照）。

【００７３】実施例３ 前処理剤としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の１
５容量％水溶液を用いた以外は実施例２と同様にして接
触角の測定を行った。

【００７４】実施例４ 前処理剤としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の３
０容量％水溶液を用いた以外は実施例２と同様にして接
触角の測定を行った。

【００７５】実施例５ 前処理剤としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の４
５容量％水溶液を用いた以外は実施例２と同様にして接
触角の測定を行った。

【００７６】実施例６ フォトレジストとしてＰＦＩ−Ｄ６０（以下、レジスト
材料Ｂと称する。）を用いた以外は実施例２と同様にし
て接触角の測定を行った。

【００７７】実施例７ フォトレジストとしてレジスト材料Ｂを用い、前処理剤
としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の１５容量％
水溶液を用いた以外は実施例２と同様にして接触角の測
定を行った。

【００７８】実施例８ フォトレジストとしてレジスト材料Ｂを用い、前処理剤
としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の３０容量％
水溶液を用いた以外は実施例２と同様にして接触角の測
定を行った。

【００７９】実施例９ フォトレジストとしてレジスト材料Ｂを用い、前処理剤
としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の４５容量％
水溶液を用いた以外は実施例２と同様にして接触角の測
定を行った。

【００８０】比較例１ 前処理を行わない以外は、実施例２と同様にし、接触角
の測定を行った（未処理）。

【００８１】比較例２ 前処理剤としてイオン交換水を用いた以外、実施例２と
同様にして接触角の測定を行った（水処理）。

【００８２】比較例３ 前処理を行わず、レジスト材料Ｂを用いた以外は、実施
例２と同様にして接触角の測定を行った（未処理）。

【００８３】比較例４ 前処理剤としてイオン交換水を用い、レジスト材料Ｂを
用いた以外、実施例２と同様にして接触角の測定を行っ
た（水処理）。

【００８４】以上、実施例２〜９、比較例１〜４につい
て、前処理剤材料及びその濃度、フォトレジスト材料、
及び測定した接触角（度）を下記の表１に示す。また、
前処理液の濃度と接触角との関係を図１１に示す。な
お、接触角の測定は、接触角測定器３６０型〔エルマ販
売（株）社製〕を用いて行った。

【００８５】 ＊レジスト材料Ａ…ＴＨＭＲ−ＩＰ９５００ レジスト材料Ｂ…ＰＦＩ−Ｄ６０

【００８６】 ＊レジスト材料Ａ…ＴＨＭＲ−ＩＰ９５００ レジスト材料Ｂ…ＰＦＩ−Ｄ６０

【００８７】表１及び図１１から、レジスト材料Ａの場
合、前処理剤として３０容量％濃度以上のイソプロピル
アルコール水溶液で接触角を小さくでき、良好な親和性
（濡れ性）で現像処理できることが分かる。なお、５容
量％濃度のイソプロピルアルコール水溶液や濃度１５％
のイソプロピルアルコール水溶液でも、その処理時間を
長くすることによって現像液の濡れ性を向上させること
が可能である。特に、レジスト材料Ａの場合（即ち、フ
ォトレジストとして、ＴＨＭＲ−ＩＰ９５００、現像液
としてＮＭＤ−３を用いた場合）、未処理状態のフォト
レジストの接触角が大きくかつ、現像液の表面張力（接
触角）が大きいため、漏れ性が良好である。

【００８８】また、レジスト材料Ｂの場合、前処理剤と
して５容量％濃度以上のイソプロピルアルコール水溶液
で接触角を小さくでき、良好な親和性（濡れ性）で現像
処理できることが分かる。

【００８９】即ち、レジスト材料の種類によって効果に
差があるものの、所定濃度のアルコール水溶液を用いる
ことによって、現像液の濡れ性、つまりフォトレジスト
と現像液との親和性を向上させることができ、気泡（マ
イクロバブル）等を抑制して、高精度で微細なレジスト
パターンを形成できた。

【００９０】実施例１０ 本実施例では、前処理時間と現像不良品の個数との相関
関係を評価した。

【００９１】フォトレジストとしてレジスト材料Ａを用
い、さらに、前処理剤として５容量％濃度のイソプロピ
ルアルコール水溶液を用いて、前処理剤での前処理時間
を種々変化させた以外は実施例１と同様に、層間絶縁膜
に所定微細パターンの接続孔（ビアホール）を加工した
半導体ウエーハを作製した。

【００９２】下記表２、および図１２に、現像不良品の
個数と前処理時間との関係を示す。

【００９３】 ＊５容量％濃度のＩＰＡ水溶液

【００９４】即ち、前処理剤としてのイソプロピルアル
コール水溶液が５容量％濃度と、比較的低濃度であるに
もかかわらず、前処理時間を５秒間以上とすることで、
現像不良品（パターン欠陥品）の個数（１つのウエーハ
当たりの個数）を大幅に減少させることができ、さら
に、１１秒間以上の前処理を施した場合、現像不良品を
全くなくすことができた。

【００９５】特に、より一層の集積化が進んだ半導体装
置（例えば、ＶＬＳＩ）の製造工程においては、微細な
レジストパターンの作製工程を数回〜数十回も有してお
り、従って、この各工程での不良品の個数を減らすこと
で、工程全体では、極めて多量の不良品を減ずることに
なり、上述した本実施例に基づくレジストパターンの形
成方法や微細加工方法は、製作コストの削減や廃棄物の
低減に非常に有効な方法である。

【００９６】

【発明の作用効果】本発明のレジストパターンの形成工
程によれば、基体上にフォトレジスト膜を設ける第１工
程と、前記フォトレジスト膜を所定形状に露光処理する
第２工程と、前記露光処理されたフォトレジスト膜表面
を、前記フォトレジスト膜と現像液との親和性を向上さ
せる前処理剤を用いて処理する第３工程と、前記現像液
を用いて前記フォトレジスト膜を現像処理する第４工程
とを有しており、特に、前記第３工程にて、前記フォト
レジスト膜と現像液との親和性を向上させる前処理剤を
用いて前記フォトレジスト膜の表面を処理しているの
で、前記フォトレジスト膜の表面と前記現像液との親和
性を向上させてフォトレジスト膜表面への気泡の付着を
防ぐことができ、フォトレジスト膜を所定形状にパター
ニングする際のパターン欠陥を減少できる。

【００９７】本発明の微細加工方法によれば、前記第１
工程、前記第２工程、前記第３工程及び前記第４工程を
行った後、現像処理されて所定形状にパターニングされ
たフォトレジスト膜をマスクとして、例えばエッチング
等の手法に基づいて前記基体上に微細パターンの加工を
施すので、フォトレジスト膜を所定の微細パターンに加
工する際のパターン欠陥を減少させることができ、ひい
ては得られる製品の歩留りを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく前処理工程を含む現像シーケン
ス（Ａ）、従来法に基づく現像シーケンス（Ｂ）であ
る。

【図２】本発明の微細加工方法に基づいて半導体装置を
作製する際の一工程段階を示す概略断面図である。

【図３】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段階
を示す概略断面図である。

【図４】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段階
を示す概略断面図である。

【図５】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段階
を示す概略断面図である。

【図６】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段階
を示す概略断面図である。

【図７】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段階
を示す概略断面図である。

【図８】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段階
を示す概略断面図である。

【図９】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段階
を示す概略断面図である。

【図１０】同、半導体装置を作製する際に使用可能なス
ピン式現像装置の要部概略断面図である。

【図１１】本発明のレジストパターンの形成方法に基づ
く前処理液と接触角との関係を示すグラフである。

【図１２】同、前処理時間と現像不良品の個数との関係
を示すグラフである。

【図１３】同、前処理を施した場合のフォトレジストに
対する現像液の接触角を示す概略図（Ａ）、前処理を施
さない場合のフォトレジストに対する現像液の接触角を
示す概略図（Ｂ）である。

【図１４】従来の微細加工方法に基づいて半導体装置を
作製する際の一工程段階を示す概略断面図である。

【図１５】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段
階を示す概略断面図である。

【図１６】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段
階を示す概略断面図（図２０のｘ−ｘ線断面図）であ
る。

【図１７】同、半導体装置を作製する際の他の一工程段
階を示す概略断面図である。

【図１８】同、図１７に示した一工程段階の概略斜視図
である。

【図１９】同、図１７に示した一工程段階の概略上面図
（Ａ）、概略断面図（Ｂ）である。

【符号の説明】

１…半導体基体、 ２…第１配線（下部配線）、 ３、３ａ、３４、３４ａ、３４ｃ…層間絶縁膜、 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、２５、３２、３５、３５ａ、３
５ｂ、３５ｃ…フォトレジスト、 ５…露光マスク、 ６…光ビーム、 ７…前処理剤、 ８、３８…接続孔（ビアホール）、 ９、３９…バリアメタル、 １０、４０…アルミニウム配線、 １１、４１…第２配線（上部配線）、 １５…容器、 １６…回転テーブル、 １７…基体（半導体ウエーハ）、 １８…現像液吐出ノズル、 １９…前処理剤吐出ノズル、 ２０…洗浄水導入管、 ２１…スピン式現像装置、 ２７、２７、３６…現像液、 ３０…基体、 ３１、３１ａ…メッキ金属、 ３７…気泡、 ４２…ボイド

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトレジスト膜を所定形状にパターニ
   ングするレジストパターンの形成方法において、 基体上にフォトレジスト膜を設ける第１工程と、 前記フォトレジスト膜を所定形状に露光処理する第２工
   程と、 前記露光処理されたフォトレジスト膜表面を、前記フォ
   トレジスト膜と現像液との親和性を向上させる前処理剤
   を用いて処理する第３工程と、 前記現像液を用いて前記フォトレジスト膜を現像処理す
   る第４工程とを有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】 前記前処理剤を前記現像液に添加して前
   記第３工程の前記処理を行う、請求項１に記載したレジ
   ストパターンの形成方法。
3. 【請求項３】 前記前処理剤として、アルコール、アル
   コール水溶液及び界面活性剤からなる群より選ばれる少
   なくとも１種を用いる、請求項１又は２に記載したレジ
   ストパターンの形成方法。
4. 【請求項４】 前記アルコール水溶液として、アルコー
   ル濃度が５容量％以上のアルコール水溶液を用いる、請
   求項３に記載したレジストパターンの形成方法。
5. 【請求項５】 前記第３工程における前記処理を５秒間
   以上行う、請求項１に記載したレジストパターンの形成
   方法。
6. 【請求項６】 前記第３工程において、前記前処理剤を
   前記フォトレジスト膜の表面に噴霧する、請求項１に記
   載したレジストパターンの形成方法。
7. 【請求項７】 前記フォトレジスト膜表面に噴霧された
   前記前処理剤を除去する工程を有する、請求項６に記載
   したレジストパターンの形成方法。
8. 【請求項８】 請求項１に記載した前記第１工程、前記
   第２工程、前記第３工程及び前記第４工程を行った後、 現像処理されて所定形状にパターニングされたフォトレ
   ジスト膜をマスクとして、前記基体上に微細パターンの
   加工を施す、微細加工方法。
9. 【請求項９】 前記フォトレジスト膜下の被加工材料を
   前記微細パターンにエッチングする第５工程を行う、請
   求項８に記載した微細加工方法。
10. 【請求項１０】 前記被加工材料を半導体基体上の膜と
    する、請求項８に記載した微細加工方法。
11. 【請求項１１】 請求項２〜７のいずれか１項に記載し
    たレジストパターンの形成方法を適用する、請求項８に
    記載した微細加工方法。