JPH07335519A

JPH07335519A - パタン形成方法

Info

Publication number: JPH07335519A
Application number: JP6122221A
Authority: JP
Inventors: Norio Hasegawa; 昇雄長谷川; Toshihiko Tanaka; 稔彦田中; Katsuya Hayano; 勝也早野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】アスペクト比の高いレジストパターンのパター
ン倒れを防止し、微細なレジストパターンの形成を可能
にする。【構成】現像処理において、レジスト２を現像液４に浸
した後、現像液４を洗い流すリンス処理を行い、その
後、リンス液が少なくとも表面に存在する状態で、リン
ス液に溶解する樹脂６をリンス液に混入し、その後、ス
ピン乾燥を行う。その後、レジスト２の硬化処理を行
い、その後、リンス液で樹脂６を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や超伝導素
子などの製造に用いるリソグラフィ法に係り、特に、超
微細なレジストパタンの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＵＬＳＩの高集積化の要求とともに、極
限的な微細レジストパターン形成が求められている。現
在最小寸法０.２μｍ〜０.３μｍのレジストパターン形
成が盛んに検討されており、先端的な研究では０.１μ
ｍを対象にしているものもある。また、マイクロマシ
ーン作製のため、膜厚の厚いレジスト(例えば１００μ
ｍ)を用いてアスペクト比（高さ／幅）の極めて高いレ
ジストパターンを形成する技術開発も進められている。

【０００３】レジストパターンは基板上にレジストを塗
布し、露光した後、現像を行って形成する。露光光源に
はｇ線，ｉ線等の紫外光，ＫｒＦ，ＡｒＦ等のエキシマ
レーザ光，Ｘｅ−Ｈｇランプ等による遠紫外光，電子
線，荷電粒子，Ｘ線等いろいろな線源が用いられてい
る。現像には露光光源によらず主に液体の現像液を用い
たウェット現像法が用いられている。ウェット現像法は
工程が簡便であり、かつリンス液の洗浄作用があるの
で、汚染や異物の少ない処理である。

【０００４】ウェット現像法によるレジスト現像は次の
ようになされる。まずレジスト上に現像液を滴下してウ
ェハ上に現像液を盛る。現像液がウェハ上に十分な量盛
られた後、ウェハの回転をとめ、さらに現像液の滴下を
とめて１〜１０分程度その状態で現像を行う。その後、
リンス液をウェハに吐出して現像液や現像液に溶出した
レジストなどを洗い流す。一般にリンス液はシャワー状
あるいはスプレー状に吐出する。現像液としては一般に
アルカリ水溶液が用いられており、その場合のリンス液
は一般に水である。リンスを１０〜６０秒程度行った
後、ウェハを高速回転させてリンス液を乾燥し、一連の
処理を終了する。

【０００５】この現像装置を用いて形成したレジストパ
ターンは、微細パターン（例えば０.１μｍ)が倒れると
いう問題があった。またアスペクト比の高いレジストパ
ターンが倒れるという問題もあった。ここで起こるパタ
ーン倒れは、図２に示すように、基板１上のパターン２
が隣りあうパタンどうし、もたれ掛かるような倒れであ
る。また、時によってはパタンの根元から折れたり、剥
がれたりする場合もある。

【０００６】このようなパターン倒れがあると所望のレ
ジストパターンが形成できないので、作ろうとしている
製品の歩留り低下，信頼性低下を引き起こす。素子を高
密度に集積し、あるいはコンパクトな製品を作ろうとす
ると、微細なパターンが必要になるとともに微細なパタ
ーンを微細な間隔で配置する必要があるが、パターン倒
れにより目標とするような高集積あるいはコンパクトな
製品を作ることができなくなる。

【０００７】レジストパターン倒れは現像時に起こるも
のではなく、リンス液が乾く時に起き、その力はリンス
液の表面張力であること、およびパターン倒れを起こす
力はリンス液が乾く途中、リンス液面がレジストパター
ン間に顔を出したときに発生することは既に知られてい
る。このことは例えばジャーナルオブジエレクト
ロケミカルソサエティ(Journal of the Electro-chem
ical Society）1993年７月号Ｌ１１５からＬ１１６頁に
記載されている。従ってリンス液中にレジストパターン
全体がつかっている間はこのパターンを倒す力は発生し
ていない。すなわち、現像後のリンス液（水か水溶液）
による洗浄工程ではパターンを倒す力は発生していな
い。リンス液乾燥時にレジストに表面張力起因の力が作
用しレジストが倒れる。したがって、表面張力の小さな
リンス液でリンスすればパターン倒れを防止できる。実
際、水にポリオキシエチレンエーテル類を添加した低表
面張力リンス液によりパターン倒れが防止できたという
報告がある。このことは電子情報通信学会研究報告ＳＤ
Ｍ９３−１１４の３３から３９頁にかけて記載されてい
る。しかしこの場合このリンスがレジストに影響を与え
形状不良が発生するという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術の問
題に鑑み創案されたものであり、密集した微細なレジス
トパターン、あるいはアスペクト比の高いレジストパタ
ーンを形状劣化及びパターン倒れなしに形成するための
レジスト現像方法を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】通常の方法に従ってレジ
ストを露光・現像した後、水あるいは水溶液によるリン
スを行う工程と、レジストがリンス液中につかった状態
で、リンス液に溶解する樹脂を含む溶液をリンス液中に
混入し、その後乾燥工程を行う。リンス液に混入する樹
脂はリンス液が水の場合は水溶性樹脂が望ましい。例え
ば、ポリビニルアルコールなどがある。その後、レジス
トを次のドライエッチングなどの加工での耐性向上を目
的として、熱処理する。この熱処理では、時にはレジス
ト表面を硬化させる目的として遠紫外線を照射しながら
行うこともある。この熱処理によりレジストは機械的に
強固なものになる。又、レジストによっては熱処理を必
要とせず。紫外線あるいは遠紫外線あるいは電子線ある
いはＸ線などを照射しても達成されるものがある。この
場合は必ずしも熱処理は必要としない。

【００１０】次に、レジストパタン上あるいはパタン間
に残存している、水溶性樹脂を水洗で流し去り、次に、
乾燥を行う。あるいは、パタン間に存在する水溶性樹脂
がレジスト膜厚に比較して十分薄い場合は、次の基板の
加工工程において、簡単に除去され加工の妨げにならな
い場合がある。この場合には残存している水溶性樹脂の
除去工程は必ずしも必要ではない。又、ここではレジス
トは既に硬化しているので、有機溶剤を混入したような
表面張力の小さいリンス液を選択することも可能であ
る。

【００１１】

【作用】本発明によれば、リンス液中に樹脂を混入する
ことにより、リンス液の表面張力が緩和される。さら
に、パタン間に樹脂が残存することにより、実質的なレ
ジストの高さが低くなりアスペクト比が低下し、パタン
の倒れが起こりにくくなる。また、レジストが基板と接
触しているパタンのつけ根が樹脂でおおわれるためパタ
ンの剥がれが防止できる。レジストパタンを機械的に強
固にしてから、水洗で不要な水溶性樹脂を除去するの
で、現像直後のリンスで発生するようなパタン倒れは発
生しない。又、ここではレジストは既に硬化しているの
で、表面張力の小さな溶液を選定することができ、さら
に、パタンの倒れ限界は向上する。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例の工程を示す断面図
である。図１（ａ）に示すように、基板１上にレジスト
２を塗布した。この図には基板１に段差が形成されてい
ないが、段差があってもよい。塗布後には通常の熱処理
を施した。ここではレジスト２としてＮＰＲ−Λ１８Ｓ
Ｈ２（長瀬産業(株)商品名）を用い、１２０℃９０秒の
熱処理を行った。ただしこれは一実施条件に過ぎず、こ
れに限るものではない。次に通常の方法でマスクおよび
レンズを介して所望のパタンをレジストに照射し、潜像
３を形成した。ここでは露光光としてｉ線（波長３６５
ｎｍ）を用いた。ここでマスクには位相シフトマスクを
用いた。ただしこの露光方式もこれに限るものではな
く、Ｘ線，遠紫外光，電子線あるいは荷電粒子線を用い
た露光方法でも良い。投影露光の他、近接露光でも密着
露光でも良い。

【００１３】次に図１（ｂ）に示すように通常の方法に
従ってこのウェハ上に現像液４を盛り、現像を行って、
現像液中にレジストパターン５を形成した。現像液はテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液を
用いた。現像方法としてはパドル方式を用いたが、この
方式に限らずスプレー方式やディップ方式でも構わな
い。次にウェハ上に超純水を流して現像液及び溶解した
レジストの除去を十分行った。即ち水で十分リンスし
た。次にウェハを水に浸した状態でその上から水溶性樹
脂を注いだ。ここで水溶性樹脂にはポリビニルアルコー
ル水溶液を用いたがこれに限らず、リンス液に溶け込む
樹脂でレジストパタンに損傷を与えない材料であれば適
用できる。例えば、ポリビニルアルコール，ポリビニル
ピロリドン，ポリスチレンスルホン酸ナトリウム，ポリ
メチルビニルエーテル，無水マレイン酸等がある。

【００１４】その後、図１（ｃ）に示すように、スピン
乾燥することによりレジストパタンの間及び底部の周辺
に水溶性樹脂６を残存させた状態で乾燥させた。ここで
レジストパタン５は水溶性樹脂６で周りを固められてい
るので、実質的なパタンのアスペクト比は小さくなり、
リンス液が乾燥する途中での表面張力の影響によるパタ
ンの倒れや剥がれは発生しなかった。次に、レジストパ
タンを硬化させる目的で全面に遠紫外線７を照射した。
なお、このレジストの硬化処理はこれに限らない。ここ
で用いたレジストはノボラック樹脂を主成分とするポジ
型レジストであるため、遠紫外線によるレジストの硬化
処理を用いた。レジストの種類によって最適な硬化処理
を選ぶ必要がある。光架橋型のネガ型レジストの場合
は、露光光の照射によって硬化させることが出来る。ま
た、熱処理を併用することも有効である。特に酸触媒反
応を利用した化学増幅架橋レジストのような熱反応を利
用した架橋型レジストの場合には熱処理により硬化が進
む。

【００１５】次に図１（ｄ）に示すように、水洗により
水溶性樹脂を除去することにより、パタンの倒れや剥が
れの無い良好な微細パタン５が形成出来た。すなわち、
ここでの水洗，乾燥処理においてもパタンを倒そうとす
る表面張力は発生するが、レジストパタンが硬化してい
るため倒れや剥がれの発生が抑えられる。また、ここ
で、水溶性レジストの除去に水を用いたが、これに限ら
ない。水溶性レジストの除去性を向上させる目的や、表
面張力を小さくする目的で、水に溶剤を添加したり、界
面活性剤を添加することができる。

【００１６】ここで形成したパタンの最小寸法は０.２
μｍであった。なお、それ以下のパタンサイズはパタ
ンが剥がれたり倒れたりしたのでは無く、パタンそのも
のが解像していなかった。一方、通常の現像リンス処理
を行った場合にはパターン倒壊が生じ、０.２５μｍラ
イン＆スペースパターンを形成することはできなかっ
た。

【００１７】また、本実施例では、レジスト現像処理後
ウェハ上に超純水を流してリンスした後に、ウェハを水
に浸した状態でその上から水溶性樹脂を注いだが、その
他の方法として、現像後、水溶性樹脂を添加した液で最
初からリンスを行う、あるいは、水と水溶性樹脂を添加
した液で連続してリンスを行っても良い。また、ここで
使用した現像処理装置は現像処理を行った後にウェハに
遠紫外線を照射できる構造になっており、短時間で多数
のウェハを連続処理することができる。この装置では現
像処理部に遠紫外線の照射機能を持たせたが、これに限
らない。現像と遠紫外線照射ウェハ搬送機構を介して別
の場所で行っても良い。

【００１８】図３は本発明の第２の実施例の工程を示す
断面図である。図３（ａ）に示すように、基板１上に加
工層８を形成した。ここでは基板１にはＳｉを用いた。
加工層８はＳｉＯ₂を約０.５μｍの厚さで形成した。但
し、加工層８の材料はＳiＯ₂に限らない。Ｓｉ₃Ｎ₄，
Ｗ，Ａｌ，ＳＯＧ(Spin on Glass）ポリイミドなどレジ
ストをマスクに加工できる材料であれば特に制限はな
い。次に、実施例１と同様の方法で、現像液中にレジス
トパターン５を形成した。次にウェハ上に超純水を流し
て現像液及び溶解したレジストの除去を十分行った。即
ち、水で十分リンスした。次にウェハを水に浸した状態
でその上から水溶性樹脂を注いだ。ここで水溶性樹脂に
はポリビニルアルコール水溶液を用いたがこれに限ら
ず、リンス液に溶け込む樹脂でレジストパタンに損傷を
与えない材料であれば適用できる。ここで、実施例１と
異なるのはポリビニルアルコールの濃度を小さくしたこ
とである。実施例１の時はウェハ乾燥処理後の平坦部で
のポリビニルアルコールの膜厚は約０.３μｍであっ
た。ここでは、約０.１μｍになるようにポリビニルア
ルコールの濃度及び基板の回転数を調整した。具体的に
はポリビニルアルコールの固形分濃度を５％とし、回転
乾燥の速度を３０００rpm とした。但し、これは一条件
にすぎずこれに限らない。レジスト層の厚さや加工層の
厚さ，加工時の各膜のエッチング速度比等によって、種
々設定可能である。

【００１９】この条件でスピン乾燥することにより、図
３（ｂ）に示すように、レジストパタン５の間及び底部
の周辺に水溶性樹脂６を残存させた状態で乾燥させた。
ここでレジストパタン５は水溶性樹脂６で周りを固めら
れているので、実質的なパタンのアスペクト比は小さく
なり、リンス液が乾燥する途中での表面張力の影響によ
るパタンの倒れや剥がれは発生しなかった。次に、レジ
ストパタンのドライエッチ耐性を向上させる目的で遠紫
外線を照射しながら熱処理を行った。なお、このレジス
トの耐性向上処理はこれに限らない。レジスト及びドラ
イエッチング方式の組合せによっては熱処理のみや遠紫
外線照射のみで良い場合や、不要な場合もある。

【００２０】次に図３（ｃ）に示すように、通常の異方
性のドライエッチにより被加工膜８をエッチングした。
ここで、被加工膜はＳｉＯ₂であるため、ドライエッチ
はＣＨＦ₃を含む反応ガスを用いた反応性イオンエッチ
ングで行った。この時のＳｉＯ₂／ポリビニルアルコー
ルのエッチング速度比は８／１であった。したがって、
ＳｉＯ₂のエッチングは実質的にはポリビニルアルコー
ル膜６が無くなってからスタートし、エッチングの途中
段階ではＳｉＯ₂８のエッチング深さはばらついていた
が、エッチングはＳｉ基板１の表面でストップし横方向
にはほとんど進行しないため、最終的には良好な形状に
形成できた。ここで、エッチング装置，エッチングガス
はこれに限らない。通常のドライエッチング方法であれ
ば適用可能である。

【００２１】次に図３（ｄ）に示すように、通常の方法
でレジスト膜を除去することにより、０.２μｍライン
＆スペースパタンを含む良好なＳｉＯ₂パタン８が形成
できた。なお、従来方法では０.２５μｍ以下の寸法で
レジストパタンが倒れ加工できなかった。本方法はエッ
チング前に水溶性樹脂を除去する必要がないため、通常
方式とほぼ同じ工程数で処理ができる簡便な方法であ
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によればレジストパターン、特に
密集した微細なレジストパターンやアスペクト比の高い
レジストパターンのパターン倒れをレジスト形状を劣化
させることなく防止でき、歩留りが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の工程を示す断面図。

【図２】従来法の問題点を示す説明図。

【図３】本発明の第２の実施例の工程を示す断面図。

【符号の説明】

１…基板、２…レジスト、４…現像液、５…レジストパ
タン、６…水溶性樹脂、７…遠紫外線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レジストにパタンの潜像を形成する工程，
現像液でレジストパタンを形成する工程，現像液を洗い
流すリンス工程，リンス液が少なくとも表面に存在する
状態で、リンス液に溶解する樹脂を含む液をリンス液に
混入し、前記樹脂を基板に堆積させる工程，乾燥工程を
含むことを特徴とするパタン形成方法。
【請求項２】基板上にレジスト膜を形成する工程，レジ
ストにパタンの潜像を形成する工程，現像液でレジスト
パタンを形成する工程，現像液を洗い流すリンス工程，
リンス液が表面に存在する状態で、リンス液に溶解する
樹脂を含む液をリンス液に混入し、樹脂溶液にパタンを
浸す工程，乾燥する工程により基板上に形成した前記レ
ジストパタン間に前記樹脂を残存させる工程，前記レジ
ストパタンの硬化処理を行う工程，前記樹脂を除去する
工程を含むことを特徴とするパタン形成方法。
【請求項３】請求項１または２において、リンス液が水
であり、前記リンス液に溶解する樹脂が水溶性樹脂であ
るパタン形成方法。
【請求項４】請求項１，２または３において、リンス液
に溶解する樹脂がポリビニルアルコール，ポリビニルピ
ロリドン，ポリスチレンスルホン酸ナトリウム，ポリメ
チルビニルエーテル，無水マレイン酸を含む材料である
パタン形成方法。
【請求項５】請求項２において、レジストパタンの硬化
処理がレジストの架橋反応を利用した処理であるパタン
形成方法。
【請求項６】レジスト処理装置であり、少なくともレジ
ストの現像処理機能を有し、現像処理部あるいは他の位
置に、処理基板への紫外線あるいは遠紫外線照射ができ
る機能を有することを特徴とするレジスト処理装置。
【請求項７】基板を加工する方法が、前記基板上にレジ
スト膜を形成する工程，前記レジスト膜にパタンの潜像
を形成する工程，現像液でレジストパタンを形成する工
程，前記現像液を洗い流すリンス工程，リンス液が少な
くとも表面に存在する状態で、前記リンス液に溶解する
樹脂または樹脂を含む液を前記リンス液に混入し、前記
樹脂を前記基板に堆積させる工程，乾燥工程により前記
基板上に形成した前記レジストパタン間に前記樹脂を残
存させる工程、及び、被加工基板をエッチングする工程
を含むことを特徴とする基板の加工方法。