JPS6392021A - ポジ型ホトレジストパタ−ンの熱安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はポジ型ホトレジストパターンの改良された熱安
定化方法に関するものである。さらに詳しくいえば、本
発明は、ＩＣ１超ＬＳＩなどの半導体素子の製造用とし
て好適な、熱安定性が良好で、艮面にしわを発生せず、
しかも極めて再現性の高いポジ型ホトレジストパターン
を得るための熱安定化方法に関するものである。

従来の技術 近年、半導体素子の製造においては、高密度化や高集積
度化が進んでおり、それに伴いホ）ＩＪソゲラフイエ程
による微細パターンの形成に関しては、サブミクロンオ
ーダーの微細加工が要求されている。そのために、半導
体素子の製造におけるパターン形成では、これまでネガ
型ホトレジストが主として用いられてきたが、このネガ
型ホトレジストに代わって、１〜２μｍのパターン幅の
ものが得られる解像度の高いポジ型ホトレジストが主流
になりつつある。

一方、半導体素子の製造においては、通常基板に対して
複数回のホトリソグラフィー処理及びエツチング処理が
施さｎるため、該基板は段差を有するようになる。そし
て、このような基板にポジ型ホトレジストヲ用いてパタ
ーン形成を行う場合、該基板の段差により、活性光線の
散乱や焦点のずれなどを生じ、その結果所望の解像度が
得られないという問題が生じる。

このような問題を解決する手段として、従来紫外線吸収
剤全含有させたポジ型ホトレジスＩｆ用いて基板からの
ハレーションをなくす方法が知られている。しかしなが
ら、サブミクロンオーダーの微細パターンの形成には、
前記のように使用するポジ型ホトレジストヲ改良して基
板からのハレーションをなくすとともに、そのホトレジ
ス）［の熱的強度を向上させることが必要（でなってく
る。

これは、ホトレジストの熱的強度がパターン形成後に行
われるエツチングやリフトオフなどの処理に大きく影響
するためである。

ところで、半導体素子の製造におけるポジ型ホトレジス
Ｈ，使用した場合のホトリソグラフ′イー工程において
は、まず、基板上にポジ型ホトレジストを塗布し、乾燥
して感光層を設け、次いで該感光層に活性光線を選択的
に照射して画像形成したのち、現像処理を施してレジス
トパターンを形成させる。そして、このレジストパター
ンハ通常熱的強度を向上させるために、加熱処理が施さ
れたのち、エツチング工程に移行される。

このエツチング工程においては、近年、パターンの微細
化傾向に伴い、プラズマエツチング法やりアクティブイ
オンエツチング法などのドライエツチング法による処理
が行われるようになり、しかもレジストパターンの微細
化により、極めて細いラインのエツチング処理が要求さ
れている。したがって、このような要求に対応するため
に、熱的強度に優れたレジストパターンの出現が強く望
まれている。

しかしながら、従来性われている現像処理後の加熱処理
のみでは、レジストパターンの熱的強度を向上させるの
に限度があり、前記要望を満たすことは困難である。そ
のため、レジストパターンの熱的強度をより向上させる
目的で、これまで種々の方法が提案されている。例えば
、現像後のレジストパターンにＤｅｅｐ　ＵＶと称され
る２００〜３００ｎｍの波長領域の紫外線を数秒間照射
する方法が提案されている。この紫外線照射処理は、紫
外線の作用によりホトレジストの樹脂成分を架橋させて
、該ホトレジスト自体の軟化点を高くし、加熱処理温度
を高めることによって、熱的強度の向上したレジストパ
ターンを得るものである。

しかしながら、この処理方法においては、レジストパタ
ーン層の表層部が主として架橋されるため、該レジスト
パターン層の表層部と内部はそれぞれ連続的ではあるが
架橋度合が相違し、その結果発生する応力の作用により
、該レジストパターンはその表面部にしわが発生して形
状が変化し、寸法精度が低下するのを免れない。

このため、この処理方法は、半導体素子の製造のように
高い精度が要求される分野においては実用的な方法とは
いえない。

また、レジストパターンの熱的強度を向上させる他の方
法として、レジストパターン層８０〜１５０℃の温度に
加温しながら、該パターンに対して紫外線の全面照射を
行うことにより、しわの発生の少ない熱的強度の向上し
たレジストパターンを得る方法が提案されている（特開
昭６０−１３５９４３号公報）。この方法は、紫外線に
よるレジストパターンの衣層部からの架橋を８０〜１５
０℃の加温下に行うことによシ、該レジストパターンの
内部応力を減少させて、しわの発生を防止しながら熱的
強度を向上させる方法である。

しかしながら、この方法においては、しわの発生をある
程度防止する効果を示すものの、紫外線照射と熱処理と
を同時に施すために、加熱温度、時間、紫外線の照射量
など多くの条件を制御する必要があるが、その調整が困
難であって、高精度な再現性が要求さ汎る半導体素子の
製造ではしばしば不良品が発生し、歩留りが低下すると
いう問題がある。しかも、現像処理後のレジストパター
ン層には、蒸発成分として水や溶剤などが含有されてお
り、これらの成分はレジストパターン内より揮散しよう
としても、紫外線照射によるレジストパターン表面部の
架橋が同時に起こるために、レジストパターン内部に閉
じ込められ、その結果該パターンの熱的強度の向上が阻
害された９、再現性がそこなわルるなどの問題がある。

したがって、この方法も半導体工業においては、まだ十
分に実用的な方法とはいえない。

ところで、前記した紫外線吸収剤を含有したポジ型ホト
レジストは、今後さらに進むことが予想されるパターン
の微Ｉ！Ｂｆとに対応できるものとして注目されている
。したがって、このようなポジ型ホトレジストに対して
も有効なレジストパターンの安定化方法は極めて重要で
あジ、その開発が強く要望されている。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、このような要望にこたえ、ＩＣ１超ＬＳＩな
どの牛導体素子の製造用として好適な熱的強度が高く、
表面部にしわの発生がなく、しかも、再現性の極めて高
いポジ型ホトレジストパターンを得るための該パターン
の熱安定化方法を提供することを目的としてなされたも
のである。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、ポジ型ホトレジストパターンの安定化に
ついて種々研究を重ねた結果、現像処理後のレジストパ
ターンを減圧下で、紫外線照射しながら加熱処理するこ
とにより、該レジストパターン層内の水や溶剤などが揮
散するとともに紫外線照射によるレジストパターンの架
橋が、レジストパターン内部まで均一に進行して、熱安
定性のよいパターンが得られることを見出し、この知見
に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち１本発明は、ポジ型ホトレジストから成る感光
層を選択的に露光したのち、現像処理を施してレジスト
パターン全形成させ１次いで減圧下に、ｉ外１１ｉ！’
ｅ該レジストパターンの全面に照射しながら加熱処理す
ることを特徴とするポジ型ホトレジストパターンの熱安
定化方法を提供するものである。

本発明方法において用いられるポジ型ホトレジストにつ
いては特に制限はないが、好ましいポジ型ホトレジスト
は感光性物質と被膜形成物質とを主成分として成るポジ
型ホトレジストである。この感光性物質としては、キノ
ンシア・ンド基含Ｍ化合物、例えばオルトベンゾキノン
ジアジド、オルトナフトキノンジアジド及びオルトアン
トラキノンジアジドなどのキノンジアジド類のスルホン
酸とフェノール性水酸基又はアミン基を有する化合物と
を部分若しくは完全エステル化、又は部分若しくは完全
アミド化したものが挙げられる。

フェノール注水酸基又はアミン基を有する化合物として
は、例えば２，３．４−）リヒドロキシペンゾフェノン
や２．２’、４．４’−テトラヒドロキシベンツフェノ
ンなどのポリヒドロキシベンゾフェノン、あるいは没食
子酸アルキル、没食子酸アリール、フェノール％　ｐ−
メトキシフェノール、ジメチルフェノール、ヒドロキノ
ン、ビスフェノールＡ。

ナフトール、ピロカテコール、ピロガロール、ヒロガロ
ールモノメチルエーテル、ヒロガロールー１．３−ジメ
チルエーテル、没食子酸、水酸基ヲー部残しエステル化
又はエーテル化さ、また没食子酸、アニリン、ｐ−アミ
ノジフェニルアミンなどが挙げられる。

一方、被膜形成物質としては、例えばフェノールやクレ
ゾールなどとアルデヒド類とから得られるノボラック樹
脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニル
アルキルエーテル、スチレンとアクリル酸との共重合体
、ヒドロキシスチレンのＭ＆体、ポリビニルヒドロキシ
ベンゾエート。

ポリビニルヒドロキシベンザルなどのアルカリ可溶性樹
脂が挙げられる。

本発明で用いられるポジ型ホトレジストは、適当な溶剤
に前記の感光性物質及び被膜形成物質を溶解して、溶液
の形で使用するのがＭ利である。

このような溶剤の例としては、アセトン、メチルエチル
ケトン、シクロヘキサノン、イノアミルケトンなどのケ
トン類゛エチレングリコール、エチレングリコールモノ
アセテート、ジエチレングリコール又ハシエチレングリ
コールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチ
ルエーテル、モノプロピルエーテル、モノフチルエーテ
ル又ハモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類及
びその誘導体ニジオキサンのような環式エーテル類：及
び酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル
類を挙げることができる。これらは単独で用いてもよい
し、また２種以上混合して用いてもよい。

本発明方法においては、前記ポジ型ホトレジストに紫外
線吸収剤を含有したものを用いてもよい。

この紫外線吸収剤としてはアゾ系染料、キノリン系染料
、アミノケトン系染料、アントラキノン系染料などが使
用できるが、特に好ましい紫外線吸収剤としては、例え
ば４−　Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ−４１−エトキシアゾ
ベンゼン、４−ヒドロキン−４′−ジメチルアミノアゾ
ベンゼン、２，４−ジヒドロキシ−４′−ジエチルアミ
ノアゾベンゼン、２．４−ジヒドロキシアゾベンゼン、
２．４−ジヒドロキシ−４１−ニトロアゾベンゼン、４
−（３−メトキシ−４−ヒドロキシベンジリデン）アミ
ノアゾベンゼン、２−ヒドロキシナフタレン−１−アゾ
ベンゼン、８−ヒドロキシナフタレン−１−アゾ（２′
−メチルベンゼン）、８−ヒドロキシナフタレン−１−
アゾ（２’、４’−ジメチルベンゼン）、１−（４’−
（２−メチル−１−フェニルアゾ）−２′−メチルフェ
ニルアゾコー２−ヒドロキシベンゼン、１−（４’−フ
ェニルアゾ−１’−フエニルアゾ）−２−ヒドロキシナ
フタレンなどが挙げられる。これらの紫外線吸収剤はそ
れぞれ単独で用いてもよいし、２種以上混合して用いて
もよく、その配合量はポジ型ホトレジストの固形分重量
に基づき通常０．１〜２０重量％、好ましくは０．１〜
１５重量％の範囲で選ばれる。この量が０．１重量％未
満ではハレーションの防止効果が有効に発揮さｎず、ま
た２０重量係を超えるとホトレジスト膜中に紫外線吸収
剤の結晶が析出し、不均一相を形成する傾向があるので
好ましくない。

本発明方法におけるレジストパターンの好適な形成方法
について１例を示せば、まず前記ポジ型ホトレジストヲ
基板上に塗布し、乾燥後、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超
高圧水銀灯、アーク灯、キセノンランプなどを使用して
、所望のマスクを介して活性光線を選択的に照射するか
、あるいは電子線を走査しながら照射する。次いで、現
像液。

例えば水酸化ナトリウム水溶液、テトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシド水溶液、トリメチル（２−ヒドロキシ
エチル）アンモニウムヒドロキシド水溶液などの弱アル
カリ性水溶液により、活性光線の照射によって可溶化し
た部分全溶解除去することで、基板上にレジストパター
ンを形成する。

本発明においては、このようにして基板上にレジストパ
ターンを形成させたのち、減圧下において、紫外線を該
レジストパターンの全面に照射りながら加熱処理するこ
とが必要である。加熱処理する際の減圧度については特
に制限はないが、圧力が高すぎるとホトレジスト中の蒸
発成分が十分に揮散せず、本発明の効果が有効に発揮さ
れないので、通常１００　Ｔｏｒｒ以下、好ましくは３
０　Ｔｏｒｒ以下の減圧下で処理することが望ましい。

処理温度については、使用するポジ型ホトレジストの種
類や膜厚などによって適宜選択すればよく、特に制限は
ないが、通常４０〜１３０℃の範囲の温度で処理さｎる
。一般的には、１３０℃を超える温度で処理するとレジ
ストパターンが融解してだれてしまい、該パターンのエ
ツジ部分が丸くなって好ましくなく、ま７Ｃ４０℃未尚
の温度ではレジストパターン層内に残存する蒸発成分を
十分に除去することができない。

一方、この加熱処理の方法については、該レジストパタ
ーン層を加熱できる方法であれば特に制限はなく、例え
ばホットプレート法、遠赤外線ランプ法などを用いるこ
とができる。

さらに紫外線を照射する際に用いられる紫外線発生ラン
プとしては、例えば低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水
銀灯、キセノンランプなどが挙げられる。紫外線のレジ
ストパターンへの照射量は使用するレジストの種類によ
り異なるが、レジストパターン内部まで架橋させるため
には、例えば２５３．７　ｎｍの紫外線を使用した場合
、その照射量全レジストパターンに対して少なくとも１
５０　ｍＪ／ｃ１１以上にすることが望ましい。

本発明においては、加熱、減圧、紫外線照射を同時に行
ってもよいし、あるいは減圧加熱処理したのち、紫外線
照射処理を行ってもよいが、減圧、加熱、紫外線照射を
行う方法が好適である。また、減圧下において、徐々に
加熱温度を上げながら、紫外線照射を行う方法も効果的
である。

発明の効果 本発明のポジ型ホトレジストパターンの熱安定化方法は
、現像処理後のレジストパターンを減圧下で加熱処理す
るとともに、該レジストノ（ターンの全面に紫外線を照
射する方法であって、この方法によると、該レジストパ
ターン層内の水や溶剤などが揮散し、紫外線照射による
レジストノ（ターンの架橋がレジストパターン内部まで
均一に進行するので、熱安定性が著しく向上し、かつ表
面にしわの発生がない上に、極めて再現性の高いポジ型
ホトレジストパターンを形成することができる。

したがって、本発明方法は、特に超ＬＳＩなどの半導体
素子の製造に好適に用いられる。

実施例 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ ナフトキノンジアジド基をＭする感光性物質と被膜形成
物質としてのノボラック樹脂とを配合して成るポジ型ホ
トレジストＴＳＭＲ−８８００（東京応化工業社製）を
４インチの熱酸化膜を■するシリコンウェハー上にＴＲ
−５１１１型レジストコーター（タツモ社ｆｆ）ｅ用い
て塗布したのち、１１０℃で９０秒間乾燥させ、膜厚２
．０μｍの塗布膜全形成させた。次に、テストチャート
マスク（犬日本印刷社製）を介して、ウエノ１−ステッ
パーＤＳＷ　−４８００型（ＧＣＡ社製）により露光し
たのち、２．３８重’ｆｆｆ　％テトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシド水溶液を使用して現像処理を行い、続
いて２３℃で１分間のリンス処理ヲ施して、ウニ・・−
上にレジストパターンを設けた。

次に、低圧水銀灯全内蔵し、かつホットプレート’６備
えた真空処理装置内のホットプレート上に、前記のレジ
ストパターンが形成さ汎たウエノ・−に載置し、真空処
理室を真空ポンプにて帆２ＴＯｒｒまで減圧したのち、
ホットプレートの温度ヲ６０℃に保持して５分間紫外線
照射した。この際の露光量は２５３．７ｎｍで６ｉｒ／
ｃｄであった。

次に、レジストパターン断面が観察できるようにウェハ
ーを切断して、酢酸イソアミルに５秒間浸漬したのち、
レジストパターン断面を観察したところ、第１図に示す
ように、酢酸イソアミルに浸漬する前となんら変化がな
かった。このことは、レジストパターン内部まで架橋し
、酢酸イソアミルに対し、不溶となったことを示す。

また、同様にして減圧下で加熱、紫外線照射処理を施し
たウェハーをホットプレート上にて１７０℃で５分間加
熱したが、レジストパターン形状には全く変化は見られ
なかった。

さらに、これをプラズマエツチング装置（東京応化工業
社製○ＡＰＭ−３００）で、０２Ｆ６　：　Ｈｅが１：
３の混合ガスを用いて、ガス圧１．５　Ｔｏｒｒ、出力
４００Ｗでの条件下で、ＳｉＯ２のエツチングを行った
ところ、レジストパターン形状変化及び変質は認められ
ず、均一でしかも異方性形状のエツチングができた。

比較例１ 実施例１と全く同様にして、４インチシリコンウェハー
上にレジストパターンを設けたウニ・・−を３枚用意し
た。

次に常圧にてホットプレート上にウエノ・−全載置し、
低圧水銀灯で紫外線を照射した。この際の照射量を、２
５３．７　ｎｍの光でそれぞ′ｒＬ６Ｊ／ｃ！Ｉ、１５
、Ｔ／ｄ及び３０Ｊ／ｉとした。

次に実施例１と同様にして、レジストパターンを切断し
て酢酸イソアミルに浸漬したのち、該レジストパターン
断面を観察したところ、いず汎もレジストパターン表層
部を残して、レジストパターン内部が溶解し、空洞状と
なっていた。このときの断面の状態を紫外線照射量が、
６：Ｊ／ｃｒｌ、１５．７７ｍ及び３０Ｊ／−について
それぞれ第２図（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示す。こ
の図からも明らかなように、紫外線照射量を増しても酢
酸イソアミルに対し耐性を示さず、レジストパターンの
紫外線照射によって架橋した部分は、内部まで至ってい
ないことが分かる。

さらに、紫外線照射量が、３０Ｊ／ｍのレジストパター
ンについて耐熱試験を行った。ウエノ・−を分割し、各
温度に設定したホットプレート上にウェハーを載置した
ところ、１５０℃設定で５分間加熱処理したものはパタ
ーンが溶融してだれてしまった。

比較例２ 実施例１と同様にして４インチシリコンウェハー上にレ
ジストパターンを形成したのち、処理温度を２５℃とし
た以外は実施例１と全く同様にて減圧下で紫外線を照射
した。この場合、１０μｍ幅のレジストパターンにおい
ては、１５０℃まで加熱したところで、しわの発生がみ
られた。

次に実施例１と同様にしてウェハーを切断し、レジスト
パターン断面を酢酸イソアミルに浸漬したところ、１０
μｍ幅のレジストパターンにおいては表層部約０．５μ
ｍを残してパターン内部が溶解し、空洞状となった。

比較例３ 実施例１と同様にしてポジ型ホトレジストを熱酸化膜全
方するシリコンウエノ・−上に塗布し、乾燥したのちテ
ストチャートマスクを介して露光現像した。次にこのウ
ェハーをホットプレートまで９０℃に加熱しながら紫外
線照射した。

これをプラズマエツチング装置（東京応化工業社製○Ａ
ＰＭ　−３００）で、Ｃ２Ｆ６°Ｈｅが１：３の混合ガ
スを用いて、実施例１と同一条件で酸イヒ膜をエツチン
グしたところ、エツチング処理中に、ウェハー表面温度
が上昇したために、レジストパターンが変質し、しかも
該パターンがだれてしまい良好なエツチングを行うこと
ができなかった。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は、それぞれ実施例及び比較例で得ら
れたレジストパターン全酢酸イソアミルに浸漬処理した
のちの、該レジストパターンの断面の形状を示す図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ポジ型ホトレジストから成る感光層を選択的に露光
   したのち、現像処理を施してレジストパターンを形成さ
   せ、次いで減圧下に紫外線をレジストパターン全面に照
   射しながら加熱処理することを特徴とするポジ型ホトレ
   ジストパターンの熱安定化方法。