JPH088163A

JPH088163A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH088163A
Application number: JP13855794A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tajima; 和浩田島; Rikio Ikeda; 利喜夫池田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【構成】選択露光が施されたフォトレジスト塗膜が形
成されたウェハ２に対して現像液供給用ノズル６から現
像液を供給して該フォトレジスト塗膜を現像した後、常
温の純水供給用ノズル７から常温の純水を供給して現像
液を洗浄し、最終リンス液供給用ノズル８から界面活性
剤を添加した純水、常温よりも高い温度に加熱された温
純水、有機溶媒等、常温の純水よりも表面張力の低い液
体のいずれかを供給してウェハ２上のリンス液の表面張
力を低下させてから、スピン乾燥を行い、所望のレジス
ト・パターンを形成する。【効果】レジスト・パターンに倒壊現象を発生させる
ことなく、フォトレジスト塗膜を微細にパターニングで
きる。このため、エキシマレーザ・リソグラフィによる
微細パターン形成の信頼性を大幅に向上させることが可
能となり、半導体装置のさらなる高集積化を図ることも
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フォトレジスト塗膜を
現像した後、洗浄して所望のレジスト・パターンを形成
するパターン形成方法に関するものであり、特に、半導
体装置の製造工程において、微細なレジスト・パターン
を精度よく形成するためのものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置においては、そのデータ集積
度が上がるに従って、より微細なパターンが要求される
ようになってきている。具体的には、４ＭＤＲＡＭで
０．８０μｍ、１６ＭＤＲＡＭで０．５０μｍ、６４Ｍ
ＤＲＡＭでは０．３５μｍ、２５６ＭＤＲＡＭでは０．
２５μｍといった微細な最小加工寸法の回路パターンが
必要とされている。

【０００３】そして、このような微細な加工を行うた
め、フォトリソグラフィー工程では、使用する露光光の
短波長化や、フォトレジスト材料の研究が進められ、成
果を上げてきている。

【０００４】さらに、上述のようなフォトレジスト材料
のベース樹脂として代表的なフェノールノボラック系樹
脂と基板との密着性の弱さを改善するために、基板表面
をヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）によって疎水化
処理しておくといった技術も実用化されている。これ
は、親水性の基板上に疎水性のフォトレジスト塗膜を形
成すると、現像処理や洗浄処理によって、レジスト・パ
ターンが倒壊したり、剥がれたりしやすいため、基板表
面を予め疎水化してフォトレジスト塗膜との密着性を高
めることを意図したものである。

【０００５】以上のように、種々の技術が適用されるこ
とにより、２５６ＭＤＲＡＭに対応する０．２５μｍ程
度の微細加工が可能となりつつある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２５６
ＭＤＲＡＭ以降、即ち０．２５μｍ以下のパターン形成
においては、再びレジスト・パターンの倒壊現象が問題
となってくる。

【０００７】レジスト・パターンの倒壊現象は、レジス
ト・パターン間のリンス液を乾燥させるときの表面張力
が原因であると、マイクロプロセス・コンファレンス，
講演番号Ａ−３−４，１９９３年７月に発表されてい
る。即ち、リンス液として非常に表面張力の高い常温の
純水を用いる場合、図３に示されるように、乾燥時に、
この常温の純水３２が基板３０上のレジスト・パターン
３１間をａ方向に移動すると、レジスト・パターン３１
間にｂ方向の強い引力が発生する。このため、常温の純
水３２が除去されたときには、図４に示されるように、
レジスト・パターン３１が倒壊してしまう。そして、レ
ジスト・パターン３１間に生じる引力は、リンス液の表
面張力に比例し、パターン間隔に反比例すると考えられ
るため、パターンが微細化されるほど、レジスト・パタ
ーンの倒壊が発生しやすくなる。

【０００８】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、さらなる微細なレジスト・パ
ターンを形成する場合にも倒壊現象を抑制できるパター
ン形成方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るパターン形
成方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、選択露光が施されたフォトレジスト塗膜が形成
されたウェハに対して現像液を供給し、該フォトレジス
ト塗膜を現像する現像工程と、常温の純水よりも表面張
力の低い最終リンス液を少なくともリンスの最終段階で
用いることにより前記現像液を除去するリンス工程と、
前記ウェハを乾燥させる乾燥工程とを経て所望のレジス
ト・パターンを形成するものである。

【００１０】現像液を最も効果的に洗浄可能な洗浄液は
純水であるが、常温の純水は非常に表面張力が大きい。
そこで、本発明においては、少なくともリンスの最終段
階に常温の純水よりも表面張力が低い最終リンス液を用
いることにより、ウェハ上に存在するリンス液の表面張
力を低減させようとするものである。

【００１１】これには、リンス工程の初期にはリンス液
として常温の純水を用い、その後常温の純水から最終リ
ンス液に切り替える方法、リンス工程の途中から該リン
スの最終段階まで常温の純水と最終リンス液とを併用し
続ける方法、リンス工程の途中から一定時間常温の純水
と最終リンス液を併用してから常温の純水の供給を停止
してリンス工程の最終段階では最終リンス液を単独で用
いる方法が挙げられる。また、現像液を十分に洗浄する
ことが可能であれば、リンス工程の全般を通じて常温の
純水と最終リンス液を併用してもよいし、リンス工程の
全般を通じて最終リンス液を単独で用いてもよい。

【００１２】最終リンス液としては、常温の純水よりも
表面張力が低く、この常温の純水との相溶性の高いもの
が好ましく、常温よりも高い温度に加熱された温純水、
界面活性剤を添加した純水、純水との相溶性を有する種
々の有機溶媒等が使用可能である。

【００１３】例えば、常温（２３℃）における純水の表
面張力が７２．３ dyn／cmであるのに対し、９０℃に加
熱された温純水の表面張力は６０．７ dyn／cmまで低減
する。また、界面活性剤を添加した純水は、界面活性剤
の種類や濃度によって表面張力を大幅に低減させること
が可能である。また、有機溶媒においては、例えば、エ
チルアルコールの表面張力は２４．１ dyn／cmであり、
エチルアルコールが単独で保持されているウェハに対し
てスピン乾燥を行った場合には、最小加工寸法０．１２
μｍ程度のレジスト・パターンの倒壊をも抑制できるこ
とが予想される。なお、エチルアルコール以外にも、メ
チルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホ
ルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシ
ド等が使用可能である。

【００１４】なお、上述のようにして最終リンス液を使
用した場合には、リンス工程後、スピン乾燥等、従来公
知の乾燥方法にて乾燥すればよい。

【００１５】また、最終リンス液としては、純水との混
合系において極小沸点を与える化合物の蒸気とウェハ上
に保持された純水層とを接触させることにより成立する
気相−液相平衡下で該ウェハ上に調製される混合溶液を
用いてもよい。この場合にはウェハを共沸点以上に加熱
すれば、スピン乾燥を行う必要がない。具体的には、現
像後、純水にて現像液を十分に洗浄してから、純水との
混合系において極小沸点を与える化合物の蒸気を供給し
て、気相−液相平衡下で混合液体を調製することによっ
て、１００℃より低い温度にウェハを加熱しても、ウェ
ハ上の水分を気化させることができるものである。な
お、ウェハの加熱にはランプ加熱を適用して好適であ
る。

【００１６】なお、純水との混合系において極小沸点を
与える化合物としては、メチルアルコール、エチルアル
コール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。沸点
７８．３℃のエチルアルコールは、純水との混合系にお
いて、大気圧下、エチルアルコール８９．４３ mol％に
て７８．１５℃の極小沸点を示し、沸点８２．４℃のイ
ソプロピルアルコールは、純水との混合液体において、
大気圧下、イソプロピルアルコール９１．３２ vol％に
て極小沸点８０．１℃を示す。なお、混合溶液を共沸混
合物の組成となるよう調製することによって、最も低い
温度（共沸点）にて該混合溶液を気化させることが可能
となるが、本発明においては、必ずしも、混合溶液を共
沸混合物の組成に調製せずとも、気化可能であればよ
い。また、雰囲気を減圧とすることによって、一層低温
にて上記混合溶液を気化させてもよい。

【００１７】ところで、本発明を適用してパターンが形
成されるウェハの構成は何ら限定されるものではない。
例えば、フォトレジスト塗膜は、アジド系等の増感剤を
含有するノボラック系ポジ型フォトレジスト材料より構
成してもよいし、アルカリ可溶樹脂，溶解阻止剤，光酸
発生剤よりなるポジ型３成分系や、フェノール性水酸基
を保護したアルカリ可溶樹脂，光酸発生剤よりなるポジ
型２成分系等の化学増幅系レジスト材料であってもよ
い。

【００１８】

【作用】本発明を適用すると、乾燥工程におけるレジス
ト・パターンの倒壊現象が抑制できる。これは、リンス
工程が終了した時点では、ウェハ上に保持されているリ
ンス液の表面張力が小さくなっているため、乾燥時に発
生する引力を小さく抑えられるからである。

【００１９】特に、純水との混合系において極小沸点を
与える化合物の蒸気とウェハ上の純水との混合溶液をウ
ェハの加熱により気化させる場合には、スピン乾燥を必
要としないため、ウェハ上の純水がレジスト・パターン
間をほとんど移動せず、パターン間に表面張力による引
力をほとんど発生させない。

【００２０】したがって、本発明を適用して、現像後の
リンス工程および乾燥工程を行うと、微細なレジスト・
パターンを倒壊させることなく、このレジスト・パター
ンをマスクとしたエッチング等の次工程が正確に行える
ようになる。また、これによって、回路パターンのさら
なる微細化を図ることも可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明に係るパターン形成方法を適用
した具体的な実施例について説明する。

【００２２】実施例１本実施例は、最終リンス液として界面活性剤を添加した
純水を用い、フォトレジスト塗膜の現像工程後、リンス
工程の途中で、ウェハに供給するリンス液を常温の純水
から界面活性剤を添加した純水に切り替え、その後、ス
ピン乾燥を行い、所望のレジスト・パターンを形成した
例である。

【００２３】ここでは、現像工程、リンス工程、乾燥工
程における一連の処理を図１に示される処理装置１によ
って行った。この処理装置１はウェハ２をチャックする
ステージ３、該ステージ３に接続するスピンドル４、該
スピンドル４を回転させるモータ５、現像液供給用ノズ
ル６、常温の純水供給用ノズル７、最終リンス液供給用
ノズル８より構成されるものである。また、ウェハ２上
から振り切られた現像液，純水，最終リンス液の飛散を
防止する現像カップ９、これらの振り切られた液体を系
外へ除去するための排液口１０が設けられている。な
お、各ノズルに現像液，純水，最終リンス液のいずれか
を供給する各供給管（図示せず。）には、それぞれバル
ブが設けられ、各ノズルへの液体の供給開始／停止が制
御できるようになされている。

【００２４】そして、実際に処理を行うには、予め、基
板上に化学増幅型レジスト材料（シプレー社製，商品
名：ＸＰ８８４３）よりなるレジスト塗膜が形成された
ウェハ２に対して、ＫｒＦエキシマレーザステッパにて
線幅０．２５μｍの所定のパターンに従って選択露光を
施してから、このウェハ２を、上述の処理装置１のステ
ージ３に保持した。そして、このウェハ２を３０ｒｐｍ
にて回転させながら、現像液供給用ノズル６より、東京
応化工業社製，商品名ＮＭＤ−Ｗ（テトラメチルアンモ
ニウムヒドロキシド２．３８％含有）なる現像液を供給
し、この現像液がウェハ表面を被覆したら、現像液の供
給を停止すると共にウェハ２の回転を停止して約３０秒
間現像を行った。

【００２５】その後、ウェハ２を１０００ｒｐｍにて回
転させながら、常温の純水供給用ノズル７から常温の純
水の供給を開始して現像液を洗い流した。約１０秒後、
この常温の純水の供給を停止すると共に、最終リンス液
供給用ノズル８から最終リンス液として界面活性剤が添
加された純水を供給し始め、さらに約１０秒後、該界面
活性剤が添加された純水の供給を停止した。続いて、ウ
ェハ２の回転数を３０００ｒｐｍに上げ、界面活性剤が
添加された純水を振り切ってウェハ２を乾燥させた。

【００２６】以上の処理により、０．２５μｍのレジス
ト・パターンが、倒壊したり、剥がれたりすることなく
形成できた。

【００２７】実施例２本実施例は、最終リンス液として９０℃に加熱された温
純水を用い、リンス工程の途中から常温の純水と温純水
を併用し、一定時間併用してから、リンス工程の最終段
階では上記温純水を単独で用いた例である。

【００２８】なお、本実施例においては、最終リンス液
供給用ノズル８から界面活性剤が添加された純水を供給
する代わりに９０℃に加熱された温純水を供給するよう
になされている以外は、実施例１にて用いたのと同様の
構成を有する処理装置を用いた。

【００２９】そして、ウェハ２の現像工程までは実施例
１と同様にして行った後、ウェハ２を１０００ｒｐｍに
て回転させながら、常温の純水供給用ノズル７より常温
の純水の供給を開始し、１０秒後、最終リンス液供給用
ノズル８より９０℃に加熱された温純水の供給も開始し
た。その後、約２秒後に上記温純水を供給し続けなが
ら、常温の純水の供給を停止して、上記温純水にてウェ
ハが被覆されたら、該温純水の供給も停止した。続い
て、ウェハ２の回転数を３０００ｒｐｍに上げ、この温
純水を振り切ってウェハ２を乾燥させた。

【００３０】以上の処理により、０．２５μｍのレジス
ト・パターンが、倒壊したり、剥がれたりすることなく
形成できた。

【００３１】実施例３本実施例は、最終リンス液としてエチルアルコールを用
い、リンス工程の途中から常温の純水とエチルアルコー
ルを併用し、一定時間併用してから、リンス工程の最終
段階ではエチルアルコールを単独で用いた例である。

【００３２】なお、本実施例においては、最終リンス液
供給用ノズルから界面活性剤が添加された純水を供給す
る代わりにエチルアルコールを供給するようになされて
いる以外は実施例１にて用いたのと同様の構成を有する
処理装置を用いた。

【００３３】そして、ウェハの現像工程までは実施例１
と同様にして行った後、ウェハを１０００ｒｐｍにて回
転させながら、常温の純水の供給を開始して、１０秒間
現像液を洗い流したら、最終リンス液としてエチルアル
コールの供給も開始した。約２秒後に上記温純水を供給
し続けながら、常温の純水の供給を停止して、エチルア
ルコールにてウェハが被覆されたら、該エチルアルコー
ルの供給も停止した。続いて、ウェハの回転数を３００
０ｒｐｍに上げ、このエチルアルコールを振り切ってウ
ェハを乾燥させた。

【００３４】以上の処理により、０．２５μｍのレジス
ト・パターンが、倒壊したり、剥がれたりすることなく
形成できた。

【００３５】実施例４本実施例は、最終リンス液として、イソプロピルアルコ
ールの蒸気とウェハ上に保持された純水とが接触する気
相−液相平衡状態にて該ウェハ上で調製される混合溶液
を用いた例である。

【００３６】ここでは、現像工程、リンス工程、乾燥工
程における一連の処理を図２に示される処理装置１１に
よって行った。この処理装置１１は、ウェハ２をチャッ
クするステージ３、該ステージ３に接続するスピンドル
４、該スピンドル４を回転させるモータ５、現像液供給
用ノズル６、常温の純水供給用ノズル７、イソプロピル
アルコールの蒸気を供給するため蒸気供給用ノズル１
８、さらにはウェハ２を加熱するためのＩＲランプ２０
よりなる。なお、現像カップ１９は密閉可能な容器とさ
れ、排気および排液を行うための排液口１０が設けられ
ている。

【００３７】この処理装置１１においては、現像液およ
び常温の純水の供給開始／停止が制御できるのみなら
ず、蒸気供給用ノズル１８からのイソプロピルアルコー
ルの蒸気の供給開始／停止、ＩＲランプ２０による加熱
の開始／停止も制御できるようになされている。

【００３８】そして、実際に処理を行うには、現像工程
および常温の純水にて１０秒間現像液を洗い流す工程ま
では実施例１と同様にして行い、その後、該常温の純水
の供給を停止すると共にウェハ２の回転を停止して、ウ
ェハ２上に純水の被膜を形成した。次いで、蒸気供給用
ノズル１８よりイソプロピルアルコールの蒸気を供給す
ると共に、ＩＲランプ２０によりウェハ２を加熱した。

【００３９】このとき、イソプロピルアルコールの蒸気
とウェハ上に保持された純水層とが接触することにより
成立する気相−液相平衡下で該ウェハ上に混合溶液が調
製される。イソプロピルアルコールと純水との混合系に
おいては、大気圧下、イソプロピルアルコール９１．３
２ vol％にて極小沸点８０．１℃を示すため、ウェハが
８０．１℃以上に加熱されると、ウェハ２上の混合溶液
は気化される。

【００４０】このため、上述の操作により、スピン乾燥
させずともウェハ２上の水分が気化してウェハ２が乾燥
し、０．２５μｍのレジスト・パターンが倒壊したり、
剥がれたりすることなく形成できた。

【００４１】なお、本発明は上述の実施例に示したもの
に限られない。例えば、実施例１においては、予め調製
しておいた界面活性剤が添加された純水を最終リンス液
として用いたが、リンス工程の全般を通じて常温の純水
を供給して途中からこの常温の純水に界面活性剤を添加
するようにしてもよい。これは、例えば、常温の純水供
給用ノズル７内あるいはこれに接続する供給管の中途部
に界面活性剤を供給するための供給管を接続すると共
に、該界面活性剤の供給の開始／停止をバルブによって
制御できるようにしておくことによって実現できる。ま
た、実施例２，実施例３にて供給される最終リンス液
を、リンス工程の途中で常温の純水と併用するのではな
く、常温の純水の供給停止と同時に供給開始するように
してもよい。さらに、実施例４においては、密閉系内を
減圧し、共沸点を大気圧下に比して低くした状態にて、
混合溶液を気化させてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
係るパターン形成方法を適用すると、レジスト・パター
ンの倒壊現象が抑制され、フォトレジスト塗膜の微細な
パターニングが可能となる。

【００４３】このため、半導体装置の製造プロセスにお
けるフォトリソグラフィ工程に本発明を適用すると、エ
キシマレーザ・リソグラフィによる微細パターン形成の
信頼性を大幅に向上させることが可能となる。また、さ
らなる微細加工をも可能となるため、半導体装置の高集
積化への貢献は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパターン形成方法にて使用する処
理装置の一構成例を示す模式図である。

【図２】本発明に係るパターン形成方法にて使用する処
理装置の他の構成例を示す模式図である。

【図３】レジスト・パターン間を常温の純水が移動する
状態を示す模式的斜視図である。

【図４】常温の純水が除去されてレジスト・パターンが
倒壊した状態を示す模式的斜視図である。

【符号の説明】

１，１１処理装置２ウェハ３ステージ４スピンドル５モータ６現像液供給用ノズル７常温の純水供給用ノズル８最終リンス液供給用ノズル９，１９現像カップ１０排液口１８蒸気供給用ノズル２０ＩＲランプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】選択露光が施されたフォトレジスト塗膜
が形成されたウェハに対して現像液を供給し、該フォト
レジスト塗膜を現像する現像工程と、常温の純水よりも表面張力の低い最終リンス液を少なく
ともリンスの最終段階で用いることにより前記現像液を
除去するリンス工程と、前記ウェハを乾燥させる乾燥工程とを経て所望のレジス
ト・パターンを形成するパターン形成方法。
【請求項２】前記最終リンス液は、前記リンス工程の
途中から常温の純水と併用されることを特徴とする請求
項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】前記最終リンス液は、前記リンス工程の
最終段階において単独で用いられることを特徴とする請
求項１または請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】前記最終リンス液は、前記リンス工程の
全般を通じて用いられることを特徴とする請求項１記載
のパターン形成方法。
【請求項５】前記最終リンス液は、常温よりも高い温
度に加熱された温純水であることを特徴とする請求項１
ないし請求項４のいずれか１項に記載のパターン形成方
法。
【請求項６】前記最終リンス液は、界面活性剤を添加
した純水であることを特徴とする請求項１ないし請求項
４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】前記最終リンス液は、有機溶媒であるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項
に記載のパターン形成方法。
【請求項８】前記最終リンス液は、純水との混合系に
おいて極小沸点を与える化合物の蒸気とウェハ上に保持
された純水層とを接触させることにより成立する気相−
液相平衡下で該ウェハ上に調製される混合溶液であるこ
とを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。