JPH10223501A - レジストパターンの形成方法および半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法および半導体集積回路装置の製造方法

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JPH10223501A
JPH10223501A JP9020847A JP2084797A JPH10223501A JP H10223501 A JPH10223501 A JP H10223501A JP 9020847 A JP9020847 A JP 9020847A JP 2084797 A JP2084797 A JP 2084797A JP H10223501 A JPH10223501 A JP H10223501A
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JP
Japan
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resist
chemically amplified
amplified reaction
semiconductor wafer
catalyst
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JP9020847A
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English (en)
Inventor
Toshihiko Onozuka
利彦 小野塚
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学増幅型反応レジストを用いて高精度なレ
ジストパターンを半導体ウエハ上に形成することのでき
る技術を提供する。 【解決手段】 半導体ウエハ1上に塗布された化学増幅
型反応レジスト2を露光した直後に、半導体ウエハ1を
真空中に放置し、化学増幅型反応レジスト2に含まれる
残留レジスト溶剤9をキャリアとして露光により生じた
触媒4を化学増幅型反応レジスト2の厚さ方向へ拡散さ
せる。次いで、触媒4の横方向の拡散を最小限に抑えた
90℃以下の低温ベークを半導体ウエハ1に施すことに
よって触媒4を反応させ、化学増幅型反応レジスト2の
解像度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光技術に関し、
特に、半導体ウエハ上に所定のレジストパターンを形成
するフォトリソグラフィ技術に適用して有効な技術に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】フォトリソグラフィ工程は、設計からの
レイアウト情報をフォトマスク(またはレチクル)を介
して半導体ウエハ上に塗布されたレジストに転写し、現
像処理を経てレジストパターンを形成する工程であり、
このレジストパターンをマスクとして半導体ウエハ上に
成膜された被エッチング膜は加工される。
【0003】通常、レジスト材料には、ネガ型レジスト
またはポジ型レジストが用いられるが、高感度、高解像
性および高ドライエッチング耐性を満足する実用的なレ
ジスト材料は乏しい。このため、例えば、多層レジスト
法などのように、付加プロセスを併用することによって
レジストパターンを作成する方法が開発されているが、
スループットの低下や専用設備の投資などの問題を有し
ている。
【0004】そこで、新しい化学反応を利用したレジス
ト材料の開発が進められており、なかでも触媒反応を利
用した化学増幅系のレジスト材料(以下、化学増幅型反
応レジストと称す)は上記要求性能を満足し、さらに、
単層レジストプロセスの実現が可能であることから、新
しいレジスト材料として有望視されている。
【0005】なお、化学増幅型反応レジストについて
は、例えば、リアライズ社発行「最近技術講座」199
3年4月、p8に記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前記化学増幅型反応レジストを開発するにあた
り、以下の問題点を見いだした。
【0007】すなわち、従来は、露光によって化学増幅
型反応レジスト中に触媒、例えば酸(H+ )を発生させ
てレジストパターンの潜像を形成した後、上記触媒を反
応させるためのベークを半導体ウエハに施している。
【0008】ところで、縮小投影露光装置で単一波長を
用いた露光を行うと化学増幅型反応レジスト内に定在波
が生じる。この定在波は、触媒を化学増幅型反応レジス
トの厚さ方向へ拡散することによって緩和することがで
きるので、露光後に触媒を化学増幅型反応レジストの厚
さ方向へ拡散させるための90℃以上のベークを半導体
ウエハに施す必要がある。このことから、触媒を反応さ
せるために半導体ウエハに施されるベークの温度は90
〜110℃に設定されている。
【0009】しかし、図5に示すように、触媒4の熱拡
散は等方的であるため、上記ベークを半導体ウエハ1に
施すと化学増幅型反応レジスト2の厚さ方向のみならず
横方向へも触媒4の拡散が進み、露光していない領域に
まで拡散した触媒4によって化学増幅型反応レジスト2
の解像度が劣化してしまう。
【0010】本発明の目的は、化学増幅型反応レジスト
を用いて高精度なレジストパターンを半導体ウエハ上に
形成することができる技術を提供することにある。
【0011】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0013】すなわち、本発明のレジストパターンの形
成方法は、半導体ウエハ上の被エッチング膜の表面に化
学増幅型反応レジストを塗布した後、フォトマスクを介
して放射線を化学増幅型反応レジストに照射することに
よって触媒を発生させてレジストパターンの潜像を形成
し、次いで、半導体ウエハを真空中に放置することによ
って化学増幅型反応レジスト中の残留レジスト溶剤を揮
発させると共に触媒を化学増幅型反応レジストの厚さ方
向に異方的に拡散させる。続いて、半導体ウエハに低温
ベークを施して化学増幅型反応レジスト中の触媒を反応
させた後、半導体ウエハに現像処理を施すものである。
【0014】上記した手段によれば、半導体ウエハを真
空中に放置することによって、残留レジスト溶剤をキャ
リアとして触媒を化学増幅型反応レジストの厚さ方向へ
異方的に拡散させることができるので、その後、触媒を
反応させるために半導体ウエハに施されるベークを触媒
の等方的な熱拡散を最小限に抑えることのできる低い温
度で行うことができる。従って、触媒の横方向への拡散
を抑制し、高解像度の化学増幅型反応レジストを得るこ
とが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【0016】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて同一機能を有するものは同一の符号を付し、その
繰り返しの説明は省略する。
【0017】本発明の一実施の形態であるレジストパタ
ーンの形成方法を図1に示す工程100〜工程110お
よび図2に示す半導体基板の要部断面図を用いて説明す
る。
【0018】初めに、半導体ウエハ1の表面または裏面
の異物を除去し、現像処理後のレジストパターンの半導
体ウエハ1への接着性を増強させるためのレジスト塗布
前処理を行う(工程100)。
【0019】次に、塗布前処理の終わった半導体ウエハ
1上に、回転塗布(Spin Coating)法によって、化学増
幅型反応レジスト2を均一に塗布する(工程101)。
この方法は、半導体ウエハ1をスピンチャック上に置
き、化学増幅型反応レジスト2を遠心力で飛散させて半
導体ウエハ1の表面に化学増幅型反応レジスト2を形成
する方法であり、化学増幅型反応レジスト2中のレジス
ト溶剤を多くするために、2000rpm以下の低速回
転により5〜15mpa・sの低粘度の化学増幅型反応
レジスト2が半導体ウエハ1上に塗布される。
【0020】次に、塗布直後の化学増幅型反応レジスト
2に多く含まれているレジスト溶剤を揮発させて露光時
の光化学反応を安定させるために、例えば、ホットプレ
ートを用い、半導体ウエハ1にプリベークを施す(工程
102)。なお、プリベークを施しても約10%のレジ
スト溶剤が化学増幅型反応レジスト2中に残留する。
【0021】次に、図2(a)に示すように、半導体ウ
エハ1を所定のフォトマスク3と共に縮小投影露光装置
にセットした後、正確な位置合わせを行い、次いで、放
射線、例えば紫外線、電子線またはレーザー光線を一定
時間照射してマスクパターンを焼き付けることによって
化学増幅型反応レジスト2を露光し(工程103)、化
学増幅型反応レジスト2の露光された領域に触媒4、例
えば酸(H+ )を発生させる。
【0022】次に、露光後直ちに、図3(a)に示す真
空装置5のチャンバ6内のステージ7上へ半導体ウエハ
1を移し、真空ポンプ8で排気され真空に維持されるチ
ャンバ6内に半導体ウエハ1を放置することによって、
化学増幅型反応レジスト2に含まれる残留レジスト溶剤
9をすべて揮発させる(工程104)。この際、図2
(b)に示すように、化学増幅型反応レジスト2の厚さ
方向へ揮発する残留レジスト溶剤9をキャリアとして、
上記露光により発生した化学増幅型反応レジスト2中の
触媒4を化学増幅型反応レジスト2の厚さ方向へ拡散さ
せることができる。その後、図3(b)に示すベーク装
置10のステージ11上へ半導体ウエハ1を移し、ステ
ージ11に備えられたヒータ12を加熱することによっ
て、90℃以下の低温ベークを半導体ウエハ1に施して
化学増幅型反応レジスト2中の触媒を反応させる(工程
105)。
【0023】次に、現像液を半導体ウエハ1の表面に滴
下させて表面張力を利用して盛り、所定の時間現像処理
を行った後、純水でのリンス、回転乾燥を連続的に行う
(工程106)。これによって、半導体ウエハ1上にレ
ジストパターンが形成される。
【0024】続いて、半導体ウエハ1を120℃前後で
ベークして完全に乾燥させると共に、化学増幅型反応レ
ジスト2の半導体ウエハ1への接着性を向上させる(工
程107)。
【0025】次いで、金属顕微鏡で半導体ウエハ1の外
観を検査し(工程108)、さらに、化学増幅型反応レ
ジスト2に形成されたレジストパターンの寸法測定およ
び位置合わせの検査を行う(工程109,110)。
【0026】次に、前記形成方法によって半導体ウエハ
1上に設けられたレジストパターンを用いるフォトエッ
チング工程について簡単に説明する。フォトエッチング
工程は、半導体ウエハ上にレジストパターンを形成する
フォトリソグラフィ工程、上記レジストパターンを用い
て被エッチング膜を加工するエッチング工程および上記
レジストパターンを除去するレジスト除去工程に分類さ
れる。
【0027】まず、半導体ウエハ1上に被エッチング膜
13を堆積した後、被エッチング膜13上にレジストパ
ターンを形成する(フォトリソグラフィ工程)。ここ
で、本発明である前記レジストパターンの形成方法が用
いられる。
【0028】次いで、上記レジストパターンをマスクに
して、上記被エッチング膜13を、例えばドライエッチ
ング法によって加工する(エッチング工程)。
【0029】次に、半導体ウエハ1の外観を検査した
後、不要になったレジストパターンを酸化プラズマによ
り灰化(Ashing)するアッシャ処理法によって半導体ウ
エハ1から剥離する。その後、エッチング工程で付着し
たアッシャ処理では除去しきれない半導体ウエハ1の表
面の金属イオンや微小異物を除去するため、洗浄処理を
行う(レジスト除去工程)。
【0030】最後に、外観不良の早期発見、また、汚染
した半導体ウエハ1を次工程へ払い出さないために、金
属顕微鏡で半導体ウエハ1の外観を検査して半導体ウエ
ハ1のフォトエッチング工程が完了する。
【0031】このように、本実施の形態によれば、露光
後に半導体ウエハ1を真空中に放置することによって化
学増幅型反応レジスト2中の残留レジスト溶剤9をキャ
リアとして触媒4を化学増幅型反応レジスト2の厚さ方
向へ拡散させた後に、低温ベークを半導体ウエハ1に施
すことによって触媒4を反応させるので、触媒4の横方
向の熱拡散を最小限に抑えることが可能となり、化学増
幅型反応レジスト2の解像度を向上させることができ
る。また、露光後直ちに化学増幅型反応レジスト2中の
残留レジスト溶剤9を揮発させることによって、露光後
の放置時間に依存した触媒4の拡散によるレジスト寸法
の変動を抑制することが可能となる。
【0032】なお、本実施の形態では、露光後に半導体
ウエハ1を真空中に放置し、次いで、半導体ウエハ1に
低温ベークを施すことによって触媒4を反応させたが、
図4に示す真空ベーク装置14を用いて、露光後直ちに
真空中で半導体ウエハ1に低温ベークを施してもよく、
この場合も同様な効果が得られる。
【0033】すなわち、露光後直ちに、真空ベーク装置
14のチャンバ6内のヒータ12が備わったステージ1
1上に半導体ウエハ1を移し、真空ポンプ8で排気する
ことによって真空に維持されるチャンバ6内で低温ベー
クを施す。この際、触媒4を反応させると同時に、化学
増幅型反応レジスト2中の残留レジスト溶剤9をキャリ
アとして触媒4を化学増幅型反応レジスト2の厚さ方向
へ拡散させるので、触媒4の横方向の熱拡散を最小限に
抑えることが可能となり、化学増幅型反応レジスト2の
解像度を向上させることができる。
【0034】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。
【0035】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0036】本発明によれば、半導体ウエハ上に形成さ
れる化学増幅型反応レジストの高解像度化が可能となる
ので、高精度なレジストパターンを形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるレジストパターン
の形成方法を説明する工程図である。
【図2】(a)は化学増幅型反応レジスト中における触
媒の生成、(b)はその拡散を説明するための半導体基
板の要部断面図である。
【図3】(a)は真空装置、(b)はベーク装置の模式
図を示す要部断面図である。
【図4】真空ベーク装置の模式図を示す要部断面図であ
る。
【図5】従来の化学増幅型反応レジスト中における触媒
の拡散を説明するための半導体基板の要部断面図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体ウエハ 2 化学増幅型反応レジスト 3 フォトマスク 4 触媒 5 真空装置 6 チャンバ 7 ステージ 8 真空ポンプ 9 残留レジスト溶剤 10 ベーク装置 11 ステージ 12 ヒータ 13 被エッチング膜 14 真空ベーク装置 15 マスク基板 16 遮光部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハ上の被エッチング膜の表面
    に化学増幅型反応レジストを塗布する工程と、フォトマ
    スクを介して放射線を前記化学増幅型反応レジストに照
    射することによって触媒を発生させ、レジストパターン
    の潜像を前記化学増幅型反応レジストに形成する工程
    と、前記化学増幅型反応レジスト中の残留レジスト溶剤
    を揮発させると共に前記触媒を前記化学増幅型反応レジ
    ストの厚さ方向に異方的に拡散させる工程と、前記化学
    増幅型反応レジスト中の前記触媒を反応させる工程と、
    前記半導体ウエハに現像処理を施す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】 請求項1記載のレジストパターンの形成
    方法であって、前記半導体ウエハを真空中に放置するこ
    とによって、前記化学増幅型反応レジスト中の残留レジ
    スト溶剤を揮発させると共に前記触媒を前記化学増幅型
    反応レジストの厚さ方向に異方的に拡散させることを特
    徴とするレジストパターンの形成方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のレジストパターンの形成
    方法であって、前記半導体ウエハに低温ベークを施すこ
    とによって、前記化学増幅型反応レジスト中の前記触媒
    を反応させることを特徴とするレジストパターンの形成
    方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のレジストパターンの形成
    方法であって、前記半導体ウエハに真空中で低温ベーク
    を施すことによって、前記化学増幅型反応レジスト中の
    残留レジスト溶剤を揮発させると共に前記触媒を前記化
    学増幅型反応レジストの厚さ方向に異方的に拡散させ、
    同時に前記化学増幅型反応レジスト中の前記触媒を反応
    させることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
  5. 【請求項5】 請求項3または4記載のレジストパター
    ンの形成方法であって、前記低温ベークの温度は90℃
    以下であることを特徴とするレジストパターンの形成方
    法。
  6. 【請求項6】 請求項1記載のレジストパターンの形成
    方法であって、前記化学増幅型反応レジストの初期粘度
    は5〜15mpa・sであり、回転数が2000rpm
    以下の回転塗布法によって前記半導体ウエハ上の前記被
    エッチング膜の表面に前記化学増幅型反応レジストが塗
    布されることを特徴とするレジストパターンの形成方
    法。
  7. 【請求項7】 請求項1記載のレジストパターンの形成
    方法であって、前記放射線は紫外線、電子線またはレー
    ザー光線であることを特徴とするレジストパターンの形
    成方法。
  8. 【請求項8】 半導体ウエハ上の被エッチング膜の表面
    に化学増幅型反応レジストを塗布する工程と、フォトマ
    スクを介して放射線を前記化学増幅型反応レジストに照
    射することによって触媒を発生させ、レジストパターン
    の潜像を前記化学増幅型反応レジストに形成する工程
    と、前記化学増幅型反応レジスト中の残留レジスト溶剤
    を揮発させると共に前記触媒を前記化学増幅型反応レジ
    ストの厚さ方向に異方的に拡散させる工程と、前記化学
    増幅型反応レジスト中の前記触媒を反応させる工程と、
    前記半導体ウエハに現像処理を施す工程とによって形成
    されたレジストパターンをマスクにして、前記半導体ウ
    エハ上の前記被エッチング膜を加工することを特徴とす
    る半導体集積回路装置の製造方法。
JP9020847A 1997-02-03 1997-02-03 レジストパターンの形成方法および半導体集積回路装置の製造方法 Pending JPH10223501A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007101715A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Fujifilm Corp パターン形成方法及びそれに用いるレジスト組成物

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007101715A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Fujifilm Corp パターン形成方法及びそれに用いるレジスト組成物
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