JPH07201722A

JPH07201722A - レジストパターン形成方法

Info

Publication number: JPH07201722A
Application number: JP35371393A
Authority: JP
Inventors: Atsumi Yamaguchi; 敦美山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】化学増幅型のネガ型レジスト材を使用したレ
ジストパターンにおいて、その高解像性を維持しながら
耐熱性の向上を図り得るレジストパターン形成方法を実
現する。【構成】基板１上にレジスト膜２を形成する工程
（ａ）、フォトマスク３を介して光４を照射し露光を行
う工程（ｂ）、露光部２ａを後工程の現像液に対して不
溶化させる１００℃約１分間のベークを行う工程
（ｃ）、アルカリ性現像液で未露光部２ｂを除去して現
像を行う工程（ｄ）、および露光部２ａの熱架橋反応を
促進させる１２０℃５分間のベークを行う工程（ｅ）か
らなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、集積回路等の製造工
程において必要となるレジストパターン形成方法に係
り、特に耐熱性の向上を図ったレジストパターン形成方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体集積回路素子、集積回路製
造用マスク、プリント配線板、印刷板などを製造する場
合、下地基板に対して、エッチングや拡散などにより選
択的な加工が施される。その際、下地基板の被加工部分
を選択的に保護する目的で、紫外線、Ｘ線、電子線など
の活性光線に感光する組成物、いわゆる感光性レジスト
被膜を下地基板上に形成する。次に、紫外線、Ｘ線の場
合はマスクを用いて、あるいは電子線の場合は直接描画
によって下地基板の上にレジストパターンを形成する。
このレジストにはポジ型とネガ型があり、前者は露光部
が現像液に溶解するが未露光部が溶解しないタイプであ
り、後者は逆のタイプである。

【０００３】ところで、半導体集積回路素子の高集積化
は驚異的な勢いで進んでおり、ＤＲＡＭ（Dynamic Rand
om Access Memory）を例にとると、例えば６４Ｍビット
ＤＲＡＭでは０．３５μｍ程度の最小パターン寸法で加
工することが要求される。このため、解像力、プロセス
マージンを向上させる方法が種々開発されているが、そ
の有力な方法として位相シフト法があり、中でもレベン
ソン法と呼ばれる位相シフト法が大きな効果を発揮する
ことが知られている。この位相シフト法の場合、パター
ンの配置によってポジ型レジストではパターンを形成す
ることができず、従ってネガ型レジストが必要となる。

【０００４】従来、フォトリソグラフィーに使用される
ネガ型レジストとしては、環化ゴムとビスアジド化合物
とから構成される架橋型のレジストがよく知られてい
る。しかし、このタイプのレジストは現像に有機溶剤を
使用するため、現像時にレジストパターンの膨潤が起こ
り高解像度を得ることができない。近年、多くの研究者
によって光照射部分で発生する酸を反応に利用する化学
増幅型レジストが提案されている。その中で、ネガ型レ
ジストとして、露光部で発生した酸によりベース樹脂と
架橋剤との間で反応を起こさせるタイプのものがよく知
られている。一般に、このタイプのレジストは露光後現
像前のベーク時にベース樹脂と架橋剤との間で熱架橋反
応を起こし、三次元的に高分子量化するため、得られた
レジストパターンは非常に高い耐熱性を有すると言われ
ている。

【０００５】以下、この種従来の基本的なレジストパタ
ーン形成方法について図６の工程フローにより説明す
る。先ず、被加工基板１上に化学増幅型のネガ型レジス
ト材の溶液を滴下し、いわゆるスピンコートで膜厚を調
整した後、溶剤を除去するためホットプレート上で１０
０℃でベークを行い、膜厚約１〜２μｍのレジスト膜２
を形成する（図６（ａ））。ここで、レジスト材として
は、ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）
などのアルカリ可溶性のベース樹脂と架橋剤および光酸
発生剤から構成されている。そして、この架橋剤には、
メラミン系化合物の他にベンジル系化合物、Ｎ−置換イ
ミド系化合物など、ベース樹脂に付加反応を起こす求電
子性の化合物を採用する。

【０００６】次に、図６（ｂ）に示すように、所望のパ
ターンを描いたフォトマスク３を介してステッパーによ
り光（ｉ線）４を照射する。続いて、ホットプレート上
で１００℃で約１分間ベークを行うと、図６（ｃ）に示
すように露光部２ａ内の熱架橋が進行し、後工程のアル
カリ性現像液に対する不溶化反応が起こる。２ｂは未露
光部である。

【０００７】次に、濃度２．３８％のテトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液等のアルカリ性現像液で現
像すると、レジスト膜２の内、未露光部２ｂだけが除去
され露光部２ａが残留し所望のパターンのレジスト膜２
が得られる（図６（ｄ））。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体集積
回路素子等の製造を行うには上記した方法でレジストパ
ターンを形成した後、被加工基板１はエッチングあるい
はイオン注入が施されるが、その際にはレジスト膜２中
に残存する溶剤や水分を除去する必要があり、通常その
ために被加工基板１のベークが行われる。また、エッチ
ング条件やイオン注入条件によっては処理中にレジスト
の温度が上昇する場合がある。これらの理由から、レジ
ストには高耐熱性が要求される。なお、ここでいうレジ
ストの耐熱性とは、化学増幅型におけるいわゆる光酸発
生現象を経た露光、現象後のレジストの耐熱性であっ
て、露光前の基板１に形成された段階でのレジスト素材
における耐熱性とは区別されるものである。

【０００９】以上のレジストパターン形成方法では、図
６（ｃ）で説明した通り、露光後現像前のベークにより
ベース樹脂と架橋剤との間で熱架橋反応が起こり、三次
元的に高分子量化が進行して高い耐熱性が得られる。従
って、従来のレジストパターン形成方法において、レジ
スト膜の耐熱性を更に向上させるためには、上記したベ
ーク温度を上げて熱架橋反応を一層促進させることが考
えられる。しかし、このベーク温度が高過ぎると露光部
２ａで発生した酸の熱拡散が大きくなって解像度が低下
し、最小パターン寸法の減少に対処する高解像性という
本来の課題が達成し得なくなる。従って、この露光後現
像前におけるベーキング温度は、後工程の現像による解
像度を最良とする条件から設定せざるを得ず、この結
果、従来のレジストパターン形成方法ではそれ以上の耐
熱性の向上が図り得ないという問題点があった。

【００１０】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、高解像性を損なうことなく耐熱
性の向上を図り得るレジストパターン形成方法を実現せ
んとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るレジストパターン形成方法は、特にその現像工程後に
加熱工程を付加するとともに、その加熱を、露光後現像
前に解像度を最良とすべく設定されたベーク温度より１
０〜３０℃高い温度で行うようにしたものである。

【００１２】この発明の請求項２に係るレジストパター
ン形成方法は、ベーク工程後現像工程前に、所定の上昇
速度で上記ベーク温度より１０〜３０℃高い温度まで加
熱する工程を付加したものである。

【００１３】

【作用】この発明においては、付加加熱を現像後に行う
ことにより、解像度の低下なしにレジストの熱架橋を促
進させ耐熱性を向上させる。

【００１４】また、現像前に所定の上昇速度で付加加熱
することにより、酸の熱拡散速度を抑制して解像度への
影響を防止しつつ熱架橋を促進させ耐熱性を向上させ
る。

【００１５】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１によるレジストパ
ターン形成方法を図１の工程フローを参照しながら説明
する。図１の（ａ）から（ｄ）に至る工程、即ち、レジ
スト溶液を塗布して被加工基板１上にレジスト膜２を形
成する工程（ａ）、フォトマスク３を介して光４を照射
し露光を行う工程（ｂ）、露光後にベークを行い露光部
２ａ内の熱架橋による現像液に対する不溶化反応を進行
させる工程（ｃ）、およびアルカリ性現像液によりレジ
スト膜２の未露光部２ｂを除去して現像を行う工程
（ｄ）については従来と同様である。

【００１６】即ち、具体的には、ノボラック樹脂とヘキ
サメトキシメチルメラミンを含有する化学増幅型ネガレ
ジスト２をシリコンウエハ基板１上にスピン塗布し、１
００℃のホットプレート上で１分間プリベークを行っ
た。この時、レジスト膜厚が１．２μｍとなるように塗
布時のウエハの回転数を調節した。続いてｉ線ステッパ
ーを用いて露光を行い、１００℃のホットプレート上で
９０秒間露光後ベーク（ＰＥＢ）を行った。その後、水
酸化テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡ
Ｈ）の２．３８％水溶液を用いて６０秒間現像を行っ
た。現像後のサンプルを電子顕微鏡（ＳＥＭ）で断面形
状を観察したところ、図２（ａ）に示すようなパターン
形状が得られた。パターンは５μｍのラインアンドスペ
ースパターンである。

【００１７】さらに、この実施例１では、現像工程後、
図１（ｅ）に示すように、レジスト膜２の露光部２ａの
熱架橋反応を更に進行させるベーク工程を付加してい
る。即ち、具体的には、現像後のサンプルを上記ＰＥＢ
温度１００℃より２０℃高い１２０℃のホットプレート
上で５分間ベークを行い、同様にＳＥＭで断面形状を観
察したところ、図２（ｂ）に示すようなパターン形状が
得られ、現像直後の同図（ａ）の場合とほとんど同じ形
状を保っている。

【００１８】以上の各工程を経て形成されたレジストパ
ターンを、従来の方法により形成されたものと比較する
耐熱性試験を実施した。試験条件は、ＬＳＩの製造工程
を考慮して１６０℃５分間とした。図３はこの試験後の
パターンの断面形状をＳＥＭで観察したもので、同図
（ａ）は実施例１による場合、即ち、現像後１２０℃５
分間のベークを行ったもの、同図（ｂ）は、従来の場
合、即ち、この現像後のベークを行っていないものを示
す。前者では、わずかな変形（熱ダレ）が見られるが、
ほぼ、現像直後のレジストパターン形状を維持している
のに対し、後者の従来の場合は顕著な変形（熱ダレ）が
認められ、この発明になる耐熱性の向上が確認された。

【００１９】ここで、図１（ｅ）に示す加熱温度条件で
あるが、種々の条件で実験をした結果、現像前に解像度
を最良とする観点から設定される最適温度に対して、＋
１０℃未満の加熱条件では耐熱性向上の効果がほとんど
観察されず、また＋３０℃を越えると過熱による熱劣化
の影響が無視できなくなる。結局、上記最適温度より１
０〜３０℃高い温度とするのが適当であることが判っ
た。また、露光後現像前に行うベークの上記した最適温
度は、使用するレジスト材料や光源の種別で変化し、そ
の具体例を表の形で図４に示す。なお、同図では露光前
に行うプリベークの条件についても併記している。

【００２０】実施例２．次に、図５の工程フローにより
この発明の実施例２によるレジストパターン形成方法に
ついて説明する。図５（ａ）から（ｃ）に至る工程は先
の実施例１の場合と全く同様である。但し、この実施例
２では、同図（ｃ）で１００℃約１分間のベークを行っ
た後、同図（ｄ）に示す、ステップ状に温度を上昇して
いく加熱工程を付加している。即ち、後工程の現像
（ｅ）で、露光部２ａがそのアルカリ性現像液に対して
不溶化するためには１００℃約１分間のベーク条件で十
分であるが、この実施例２では、更に、その後、１０５
℃，１１０℃，１１５℃，１２０℃の順でそれぞれ１分
間の加熱処理を行う。このように、一定速度でステップ
状に温度を上げていくことで、レジスト内での酸の熱拡
散速度が抑制され、解像度に悪影響を及ぼすことなく熱
架橋反応を更に進行させることができる。

【００２１】最終の現像工程（ｅ）によりレジスト膜２
の未露光部２ｂを除去したサンプルにつき、上述したと
同一条件で耐熱性試験を実施したところ、実施例１と同
様、熱ダレはほとんど認められず、耐熱性の向上が確認
された。なお、以上では、温度をステップ状に上げるよ
うにしたが、連続的に上昇させてもよく、要はその上昇
速度を５℃／１分間ないしそれ以下に設定することによ
り、ほぼ同様の効果が期待できる。上昇温度の範囲につ
いては、実施例１の場合と同様である。

【００２２】実施例３．なお、上記実施例１および実施
例２を併用する方法としてもよい。また、レジスト等の
材料、ベーク温度等の条件は、上記各実施例で説明した
もの、条件に限られるものではない。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に係る発明は以上のように、現
像工程後に所定の加熱工程を付加したので、解像度の低
下なしにレジストの熱架橋反応が促進され耐熱性が向上
する。

【００２４】また、請求項２に係る発明は以上のよう
に、現像前に所定の上昇速度で温度を上げていく所定の
加熱工程を付加したので、酸の熱拡散速度が抑制され解
像度に影響を及ぼすことなく熱架橋反応が促進され耐熱
性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるレジストパターン形
成方法を示す工程フロー図である。

【図２】現像後における基板上に形成されたレジストパ
ターンの断面形状を示す、写真で代用する図である。

【図３】耐熱性検証試験を経たレジストパターンの断面
形状を示す、写真で代用する図である。

【図４】レジスト材料および光源の種別毎にＰＥＢ最適
温度を表の形で示す図である。

【図５】この発明の実施例２によるレジストパターン形
成方法を示す工程フロー図である。

【図６】従来のレジストパターン形成方法を示す工程フ
ロー図である。

【符号の説明】

１被加工基板２レジスト膜２ａ露光部２ｂ未露光部３フォトマスク４光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ可溶性のベース樹脂、架橋剤お
よび光酸発生剤からなる化学増幅型のネガ型レジスト材
を被加工基板に塗布してレジスト被膜を形成する工程、
上記レジスト被膜に所定パターンのフォトマスクを介し
て光を照射し露光を行う工程、露光後、後工程の現像に
よる解像度を最良とするため設定された温度でベークを
行う工程、および上記レジスト被膜の未露光部を除去す
る現像を行う工程を含むレジストパターン形成方法にお
いて、上記現像工程後、上記ベーク温度より１０〜３０℃高い
温度で加熱する工程を付加したことを特徴とするレジス
トパターン形成方法。
【請求項２】アルカリ可溶性のベース樹脂、架橋剤お
よび光酸発生剤からなる化学増幅型のネガ型レジスト材
を被加工基板に塗布してレジスト被膜を形成する工程、
上記レジスト被膜に所定パターンのフォトマスクを介し
て光を照射し露光を行う工程、露光後、後工程の現像に
よる解像度を最良とするため設定された温度でベークを
行う工程、および上記レジスト被膜の未露光部を除去す
る現像を行う工程を含むレジストパターン形成方法にお
いて、上記ベーク工程後上記現像工程前に、所定の上昇速度で
上記ベーク温度より１０〜３０℃高い温度まで加熱する
工程を付加したことを特徴とするレジストパターン形成
方法。