JPH06275510A

JPH06275510A - 微細パターン形成方法

Info

Publication number: JPH06275510A
Application number: JP6370593A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Okuno; 明実奥野; Kazuhiko Hashimoto; 和彦橋本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】レジスト膜中の残存溶媒を完全に蒸発させ、
露光により発生する活性種の不均一拡散を抑え、良好な
パタ−ンを形成するための方法を提供することを目的と
する。【構成】半導体基板１１上にレジスト溶液を塗布し、
熱処理を行ない、基板上にレジスト膜１２を形成する工
程と、レジスト膜１２に紫外線１３を用いて所望のパタ
ーンを露光する工程と、基板を露光後熱処理し、さらに
現像を行なうことによって、レジストパターン１２ｐを
形成する方法において、前記レジスト塗布後の熱処理
を、減圧下真空中において行なうことを特徴とする微細
パターン形成方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や集積回路
を、ホトリソグラフィー技術を用いてパターン形成して
製作する際に使用する微細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、ＩＣ及びＬＳＩ等の半導体素子や
電子回路素子等の製造において、紫外線を用いたホトリ
ソグラフィーによってパターン形成が行われている。こ
の方法において、レジスト塗布直後、レジスト膜中には
レジスト溶媒が多く含まれており、ち密さに乏しく、さ
らに現像液に対する溶解速度が速いため、不安定な状態
になっている。そのため、膜中の残存溶媒を完全に蒸発
させることが必要となり、加熱を行っている。この場
合、溶媒によって沸点、蒸気圧が異なり、加熱しただけ
では完全に溶媒を除去できないという問題が生じる。こ
の欠点を抑制するために、加熱温度を高くするといった
方法があるが、レジスト中に低耐熱性の樹脂や感光剤、
フォト酸発生剤、アルカリ発生剤等が含まれている場
合、樹脂の溶解、活性種の発生が露光前に生じるといっ
た問題から、レジストパターニングが大変困難となり実
用的であるとは言えない。即ち、レジストを塗布後、レ
ジスト膜中の溶媒を除去するために加熱を行っている
が、完全には除去することができないため、露光後に発
生した活性種が残存溶媒により未露光部にまで不均一に
拡散するため、現像時に不均一溶解が起こりレジストパ
ターンの側壁に荒れが生じるという欠点がある。特にこ
れは、最近使用されるようになってきた化学増幅型レジ
ストを用いた場合、深刻な問題である。

【０００３】この化学増幅型レジストには、ポジ型とネ
ガ型の二種類があるが、この現像時の不均一性は主に、
ポジ型化学増幅型レジストを用いた場合に発生する。ポ
ジ型化学増幅型レジストとは、紫外線を照射した際に、
酸を発生できるフォト酸発生剤（ＰＡＧ）と、この酸に
より、保護基が加水分解を受けてアルカリ現像可能とな
るポリマー樹脂とから成る二成分系物質と、同じくフォ
ト酸発生剤（ＰＡＧ）とポリマー樹脂の他に、露光前は
アルカリ溶液に不溶で、露光により発生した酸によっ
て、溶解が促進される溶解阻害剤とからなる三成分系物
質がある。レジスト溶媒としては、一般的に、３ーメト
キシプロピオン酸メチル（ＭＭＰ）、２ーヘプタノン、
エチルセルソルブアセテート（ＥＣＡ）、プロピレング
リコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥ
Ａ）、乳酸エチル（ＥＬ）、ジエチレングリコールジメ
チルエーテル（Ｄｉｇｌｙｍｅ）、などが使用されてい
る。また、紫外線を照射した際に酸を発生するフォト酸
発生剤としては、オニウム塩、ハロゲン化有機化合物な
どが挙げられる。例えば、ベンゼンジアゾニウム塩、ジ
フェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩
等のオニウム塩がよく使用されているが、その他、トリ
クロロメチルトリアジン等のハロゲン化有機化合物、さ
らには、ニトロベンジルエステル系等も使用された例が
ある。これらの化合物は、紫外線照射されることで、強
酸であるルイス酸を発生する。この酸によって、ポリマ
ー樹脂あるいは、溶解阻害剤の極性が変化し、アルカリ
現像可能となる。ポリマー樹脂にはアルコキシ基置換さ
れたカルボニルオキシスチレン樹脂、トリメチルシリル
化されたポリオキシスチレン、テトラヒドロピラニル置
換されたスチレン等が使用されているが、アルコキシ置
換されたカルボニルオキシスチレン樹脂は、（化１）を
しており、酸により、脱保護基反応を起こし、アルカリ
現像可能な、ポリヒドロキシスチレンに変換される（化
２）。

【０００４】

【化１】

【０００５】

【化２】

【０００６】（化２）のような反応が進行すると、ポリ
マー樹脂の保護基が、ーＯＨ基に変換される。この時、
ーＯＨ基に変換されたポリマーは、その耐熱性が低下
し、露光後加熱により酸を発生させるにしても、それほ
ど高い温度はかけられないといった問題がある。

【０００７】ここで紫外線照射により発生する酸は、露
光後の熱処理により発生が促進される。この処理を行わ
ずに放置しておくと、照射によって発生した酸が空気中
の酸素やアミン類等と反応して失活してしまい、照射か
ら熱処理までの時間が長くなるにつれて現像後のレジス
トパターン寸法が急激に細くなってしまう欠点がある。
さらに、この時、溶媒がレジスト中に残存することによ
って未露光部にまで発生した酸が不均一に拡散し、現像
時に不均一溶解が起こり、図３に示すように、基板１上
に形成されたレジストパターン３１の側壁に荒れが生じ
るといった重大な欠点がある。また、化学増幅型レジス
トを用いた場合、露光後に酸の発生を促進するために加
熱を行っているが、耐熱性の乏しい材料を使用した場
合、この加熱段階で肩だれが生じることになる。このよ
うな理由により、従来法は実用的であるとはいえない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】レジスト塗布後に加熱
を行うことにより、良好なレジストパターンが得られる
ようになってきたが、それでもレジスト膜中に溶媒は残
存し、感光剤や、フォト酸発生剤、アルカリ発生剤から
露光により発生した活性種の拡散距離が大きくなる。そ
の結果、未露光部にまで活性種が拡散し、現像時に不均
一溶解するためレジストパターンの側壁に荒れが生じる
といった問題が出てくる。この側壁の荒れは、エッチン
グ時の寸法変動にもつながるため極めて深刻な問題であ
る。その解決策として、沸点が低く、蒸気圧が高い溶媒
を使用したり、レジスト塗布後の加熱温度を上げたりし
てきた。しかし、前者の方法を用いた場合でも、従来の
方法では完全に溶媒を除去することは不可能である。ま
た、後者の場合では、レジスト材料の樹脂や、感光剤、
フォト酸発生剤、アルカリ発生剤の耐熱性の問題から、
ある程度の温度以上には上げることができないといった
欠点がある。

【０００９】本発明は、レジスト膜中の残存溶媒を完全
に蒸発させ、露光により発生する活性種の不均一拡散を
抑え、良好なパタ−ンを形成する方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の微細パターン形
成方法は半導体基板上にレジスト溶液を塗布し、熱処理
を行ない、基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジ
スト膜に紫外線を用いて所望のパターンを露光する工程
と、基板を露光後熱処理し、さらに現像を行なうことに
よって、レジストパターンを形成する方法において、前
記レジスト塗布後叉は前記露光後の熱処理を、減圧下真
空中において行なうことを特徴とする方法を提供するも
のである。そして望ましくは、その半導体基板上にレジ
ストを塗布する工程において、塗布するレジストとして
化学増幅型レジストを使用する。

【００１１】またさらに望ましくは、前記レジストのレ
ジスト溶媒として、成膜性に優れており、かつ、沸点が
高く、蒸気圧が低いものを使用する。

【００１２】これは、レジスト塗布後、真空中で加熱を
行ない、さらに、化学増幅レジストの場合、露光後の加
熱も真空中で行なうことにより、レジスト膜中の残存溶
媒を完全に蒸発させ、露光により発生した活性種の不均
一拡散を防ぎ、側壁荒れのないレジストパターンを形成
するということを特徴とする方法を提供する。即ち、真
空中で加熱することにより、低温で効率よくレジスト膜
中の残存溶媒を蒸発させることができる。

【００１３】本発明法と従来法を用いた場合を同じレジ
スト溶媒を使用して比較すると、従来法では、側壁荒れ
が顕著に現れるのに対し、本発明法を用いた場合には側
壁の荒れを完全に抑制することができた。加えて、レジ
スト溶媒として、特に沸点が低く、蒸気圧の高い溶媒を
使用する必要はなく、成膜性に優れ、コストの安いもの
を使用することが可能である。

【００１４】

【作用】本発明は、前記したパターン形成材料を使用
し、微細パターン形成方法を用いることにより、側壁荒
れのない良好な微細レジストパターンを形成することが
できる。そのため、この良好なレジストパターンをマス
クとしてエッチングすることで、寸法シフトもなく、正
確な微細レジストパターンを容易に形成することができ
る。

【００１５】さらに、加熱温度も高温にする必要がない
ので、樹脂や、感光剤、フォト酸発生剤、アルカリ発生
剤などの耐熱性を考慮しなくてもよく、また、成膜が可
能であれば、安価なレジスト溶媒を選択できるといった
利点もある。

【００１６】またさらに、従来法と工程材料的には変わ
らないため、本発明は側壁荒れのない微細レジストの形
成に有効に作用する。

【００１７】

【実施例】まず、本発明の概要を述べる。本発明は、ホ
トリソグラフィー技術を用いて半導体シリコン基板上に
パターン形成を行う場合、レジスト塗布後、あるいは、
露光後に真空条件下において加熱し、上記のような課題
を解決しようというものである。一般的に、レジスト溶
媒として使用する溶媒（Ｄｉｇｌｙｍｅ，ＥＣＡ，ＰＧ
ＭＥＡ等）の沸点は１４０〜１８０゜Ｃであり、常圧下
での加熱により溶媒を完全に除去するのは大変困難であ
る。しかし、０.１ｍｍＨｇ程度の真空下で加熱を行う
ことで、短時間及び、低温で完全に溶媒を除去すること
が可能となる。従って、露光により発生した活性種が、
現像時に不均一に分散することなく、容易に正確で微細
なパターンを形成することができる。

【００１８】また、この場合に使用するポリマー樹脂に
は、（化４）に示したような、アルコキシ置換されたポ
リヒドロキシスチレンを用いる。そしてフォト酸発生
剤、例えば、（化３）に示したようなオニウム塩に紫外
線を照射することで、強酸であるルイス酸を発生する。
これは、先に示したポリマー樹脂の脱アルコキシ基反応
を促進し、アルカリ溶液に可溶なヒドロキシスチレンに
変換する。

【００１９】

【化３】

【００２０】

【化４】

【００２１】（実施例１）以下、本発明の一実施例の微
細パターン形成方法について図面を参照しながら説明す
る。

【００２２】図１は本発明の実施例における微細パター
ン形成方法の工程断面図を示すものである。半導体シリ
コン基板１１に対し、２００℃でヘキサメチルジシラザ
ンを噴射しながら表面処理を行った後（図１（ａ））、
化学増幅レジスト１２（溶媒ＰＧＭＥＡ，沸点１４２
℃）を、半導体シリコン基板上に滴下し、３５００ｒｐ
ｍで３０秒間スピンコートを行った。その後、このシリ
コン基板を、真空（０.１ｍｍＨｇ）条件下、温度９０゜
Ｃで１２０秒間の加熱を行うことで、１.０μｍ厚のレ
ジスト膜を得ることができた（図１（ｂ））。

【００２３】さらに、このレジスト上から２４８ｎｍ光
の紫外線１３を用いて、ドーズ量１５〜２０ｍＪ／ｃｍ
²で露光を行ない、直ちに常圧下９５℃で９０秒間加熱
を行った（図１（ｃ））。その後、通常の有機アルカリ
水溶中で６０秒間パドル方法で現像を行ったところ、正
確で、微細なレジストパターン１２ｐを得ることができ
た（図１（ｄ））。

【００２４】（実施例２）半導体シリコン基板に対し、
２００゜Ｃでヘキサメチルジシラザンを噴射しながら表
面処理を行った後（図１（ａ））、化学増幅レジスト
（溶媒ＰＧＭＥＡ，沸点１４２℃）を、半導体シリコン
基板上に滴下し、３５００ｒｐｍで３０秒間スピンコー
トを行った。その後、このシリコン基板を、常圧下温度
９０℃で９０秒間の加熱を行うことで、１.０μｍ厚の
レジスト膜を得ることができた（図１（ｂ））。

【００２５】このレジスト上から２４８ｎｍ光の紫外線
を用いてドーズ量１５〜２０ｍＪ／ｃｍ²で露光を行な
い、直ちに真空（０.１ｍｍＨｇ）条件下９５℃で１２
０秒間加熱を行った（図１（ｃ））。その後、通常の有
機アルカリ水溶中で６０秒間パドル方法で現像を行った
ところ、正確で、微細なレジストパターンを得ることが
できた。この方法を用いることによって、０.３μｍラ
インアンドスペースの微細パターンを正確に垂直に得る
ことができた（図１（ｄ））。

【００２６】従来の方法では、残存溶媒が活性種の不均
一拡散を促進するため、側壁荒れのないレジストパター
ンを形成することは不可能であったが、本発明を用いる
ことによって、図２に示すように溶媒の沸点、蒸気圧に
依存しない側壁荒れのないレジストパターン２１を形成
することができた。

【００２７】また、従来の方法ではレジストパターンの
側壁荒れがそのまま基板エッチング時に転写されてお
り、正確で垂直な微細パターンを転写することは困難で
あったが、本発明を用いることによって、正確に基板エ
ッチングを行なうことができた。以上のように、本実施
例によれば、真空中で加熱を行なうことで，レジスト膜
中の残存溶媒を完全に蒸発させることが可能で、露光後
に発生する活性種の不均一拡散を最少限に抑制でき正確
な微細レジストパターンを得ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
沸点が高く、蒸気圧が低いレジスト溶媒を用いた場合で
も、真空中で完全に溶媒を除去することにより、容易に
正確で高解像度の微細レジストパターンを形成すること
ができる。従って、レジストパターンの側壁に荒れも生
じず、即ち、エッチング時に寸法シフトもなく、正確な
微細レジストパターンを容易に形成することができる。
また、従来法とプロセス的にほとんど変化なく、容易に
プロセス導入することも可能である。すなわち、本発明
を用いることにより、容易に、欠陥のない正確で高解像
度な微細レジストパターンを形成することができ、超高
密度集積回路の製造に大きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における微細パタ−ンの
工程断面図

【図２】本発明を用いた場合のレジストパターンを断面
から観察した時の模式図

【図３】従来の方法を用いた場合のレジストパターンを
断面から観察した時の模式図

【符号の説明】

１１半導体シリコン基板１２化学増幅型レジスト１２ｐレジストパターン１３紫外線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にレジスト溶液を塗布し、熱
処理を行ない、基板上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に紫外線を用いて所望のパターンを露光
する工程と、基板を露光後熱処理し、さらに現像を行な
うことによって、レジストパターンを形成する方法にお
いて、前記レジスト塗布後叉は前記露光後の熱処理を減
圧下真空中において行なうことを特徴とする微細パター
ン形成方法。
【請求項２】請求項１記載の半導体基板上にレジストを
塗布する工程において、塗布するレジストとして化学増
幅型レジストを使用することを特徴とする微細パターン
形成方法。
【請求項３】請求項２記載のレジストのレジスト溶媒と
して、成膜性に優れており、かつ、沸点が高く、蒸気圧
が低いものを使用することを特徴とする微細パターン形
成方法。