(57)【要約】【課題】現像異物を少なくすることができるレジストパターン形成方法を提供する。【解決手段】基板１０１上に化学増幅型レジストを塗布し、露光、現像処理によりレジストパターン１０４を形成するレジストパターン形成方法であって、レジストパターン形成後にレジスト上に酸性の水溶性塗布膜１０５を形成する工程と、水溶性塗布膜１０５が形成された基板１０１に熱処理を行う工程と、熱処理を行った基板１０１上の水溶性塗布膜１０５を純水により除去する工程とを含む。これにより、基板表面のレジストの未露光部分の脱保護が進みレジスト表面が疎水性から親水性となり、異物がレジスト表面に再付着する現象が生じない。さらに、脱保護した部分が若干の膜べりを生じ基板表面に付着した現像異物がリフトオフされるため、レジストの異物を除去することができる。【選択図】        図１
2004325724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に化学増幅型レジストを塗布し、露光、現像処理によりレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法であって、前記レジストパターン形成後にレジスト上に酸性の水溶性塗布膜を形成する工程と、前記水溶性塗布膜が形成された基板に熱処理を行う工程と、前記基板に熱処理を行った後に前記水溶性塗布膜を純水により除去する工程とを含むレジストパターン形成方法。
【請求項２】
レジストパターンがコンタクトホールパターンである請求項１記載のレジストパターン形成方法。
【請求項３】
基板上にレジストを塗布し、露光、現像処理によりレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法であって、前記レジストパターン形成後に基板全面に紫外光を照射する工程と、前記紫外光を照射した基板上にアルカリ現像処理を行う工程と、前記アルカリ現像処理を行った基板を純水によりリンス処理を行う工程とを含むレジストパターン形成方法。
【請求項４】
レジストは化学増幅型レジストである請求項３記載のレジストパターン形成方法。
【請求項５】
レジストパターンがコンタクトホールパターンである請求項３記載のレジストパターン形成方法。
【請求項６】
基板上に化学増幅型レジストを塗布し、露光、現像処理によりレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法であって、前記レジストパターン形成後の基板にアッシング処理を行うことで前記レジスト表面に付着した異物を取り除くことを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項７】
レジストパターンがコンタクトホールパターンである請求項６記載のレジストパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体装置の製造工程に用いられるレジストパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路を使用したシステムの小型化に伴って、半導体チップの形成するパターンサイズはさらなる微細化が要求されている。これは半導体回路のパターンサイズを微細化することにより半導体チップ内により多くの回路を形成できるためである。このためリソグラフィー技術では露光波長の短波長化や変形照明技術、高解像度を有するレジストを用い微細化を実現してきた。最新の半導体工場では最小線幅が１３０ｎｍレベルの半導体チップが量産化されつつある。現在では光源としてＫｒＦエキシマレーザ光を用い、これと化学増幅型レジストとを用いた方法が主流である。化学増幅型レジストは酸を触媒として露光光が照射された部分の反応を促進する機構を用いているが、この反応を促進するために露光した後にＰＥＢ（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）と呼ばれる熱処理を施すことが必要である。その後、レジストが光に反応した部分と反応していない部分のアルカリ現像液に対する溶解性の違いによりレジストパターンを形成する。
【０００３】
図４は化学増幅型ＫｒＦポジ型レジストを用いた従来のレジストパターン形成時の処理フローである。従来のレジストパターン形成方法はレジスト塗布、露光、ＰＥＢ、現像の４つの処理ステップよりなる。以下、各処理ステップの内容を順に説明する。
【０００４】
半導体基板上にレジスト膜を形成する。これは通常回転している基板の中心にレジストを滴下して遠心力により広げるスピンコート法が用いられている。その後、レジスト膜が形成された基板上に露光機によりレチクルを通して選択的にレジスト上にＫｒＦエキシマレーザ光を照射する。光が照射された部分は酸発生剤により酸が発生する。この後、ＰＥＢを行うことにより発生した酸がレジスト膜中を拡散し、その過程の中でレジストを構成している樹脂の保護基を切断する。その状態でアルカリ現像することにより、レジストの光があたった部分、すなわち保護基の切断された部分が現像液に可溶となるためレジストがなくなり、一方光のあたっていない部分はレジストが残存する。その後、このアルカリ現像液を純水でリンス処理をすることにより除去し、レジストパターン形成工程が終了する。これら、従来のレジストパターン形成方法については特許文献１に示された方法がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１７０９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の方法でレジストパターンを形成する場合、レジスト膜表面に円形異物が生じることがある。これは高解像型のレジストを用いてコンタクトホールパターンを形成した場合に特によく見られる現象である。この円形異物の特徴は、露光部全体の開口率が大きいほど異物の発生個数が多くなり、異物が観察される部分は特にパターン密度が低い部分に多くみられる。露光部の開口率が大きいほど異物の発生個数が多いということは、円形異物の発生源はレジストの一部であるということを示している。また、発生部位がパターン率が少ない部分に多いということは未露光部のレジスト表面が疎水性となっている部分に付着しやすいということを意味しており、これも円形異物がレジスト成分の一部であることを示している。
【０００７】
以上のことから円形異物の発生メカニズムとしてはＰＥＢ時に充分に脱保護反応が進まなかったレジスト成分が現像後の純水によるリンス処理時に同じ疎水性である未露光部領域のレジスト表面に再付着するということが考えられる。この円形異物はパターンの全くない領域に付着した場合は不良とはならないが、孤立コンタクトホールパターンのように周りに未露光部領域が多い場合にはホールを塞ぐような形で付着する場合がある。この場合でもこの円形異物は厚みが数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度であるため、このレジストを介して下地膜をエッチングすれば開口不良にならない場合もあるが、レジスト膜が厚い場合にはエッチング時に開口不良となる可能性がある。そうすると、半導体回路部分の導通不良が発生し、特性不良につながるという不具合が生じる。
【０００８】
しだかって、この発明の目的は、このような問題を解決し、現像異物を少なくすることができるレジストパターン形成方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載のレジストパターン形成方法は、基板上に化学増幅型レジストを塗布し、露光、現像処理によりレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法であって、前記レジストパターン形成後にレジスト上に酸性の水溶性塗布膜を形成する工程と、前記水溶性塗布膜が形成された基板に熱処理を行う工程と、前記基板に熱処理を行った後に前記水溶性塗布膜を純水により除去する工程とを含む。
【００１０】
このように、レジストパターン形成後にレジスト上に酸性の水溶性塗布膜を形成する工程と、水溶性塗布膜が形成された基板に熱処理を行う工程と、熱処理を行った基板上の水溶性塗布膜を純水により除去する工程とを含むので、基板表面のレジストの未露光部分の脱保護が進みレジスト表面が疎水性から親水性となり、異物がレジスト表面に再付着する現象が生じない。さらに、脱保護した部分が若干の膜べりを生じ基板表面に付着した現像異物がリフトオフされるため、レジストの異物を除去することができる。
【００１１】
請求項２記載のレジストパターン形成方法は、請求項１記載のレジストパターン形成方法において、レジストパターンがコンタクトホールパターンである。このように、レジストパターンがコンタクトホールパターンであるので、未露光部領域のレジスト表面に異物が再付着することがなく、コンタクトホールパターンの開口部を塞ぐことを防止できる。
【００１２】
請求項３記載のレジストパターン形成方法は、基板上にレジストを塗布し、露光、現像処理によりレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法であって、前記レジストパターン形成後に基板全面に紫外光を照射する工程と、前記紫外光を照射した基板上にアルカリ現像処理を行う工程と、前記アルカリ現像処理を行った基板を純水によりリンス処理を行う工程とを含む。
【００１３】
このように、レジストパターン形成後に基板全面に紫外光を照射する工程と、紫外光を照射した基板上にアルカリ現像処理を行う工程と、アルカリ現像処理を行った基板を純水によりリンス処理を行う工程とを含むので、基板上に塗布されたレジストの表面の脱保護が生じレジスト表面が疎水性から親水性となり、異物がレジスト表面に再付着する現象が生じない。さらに、アルカリ現像処理時に脱保護した部分が若干の膜べりを生じ基板表面に付着した現像異物がリフトオフされるため、レジストの異物を除去することができる。
【００１４】
請求項４記載のレジストパターン形成方法は、請求項３記載のレジストパターン形成方法において、レジストは化学増幅型レジストである。このように、レジストは化学増幅型レジストであるので、露光光が照射された部分の反応を促進することで脱保護反応が進む。
【００１５】
請求項５記載のレジストパターン形成方法は、請求項３記載のレジストパターン形成方法において、レジストパターンがコンタクトホールパターンである。このように、レジストパターンがコンタクトホールパターンであるので、レジスト表面に異物が再付着することがなく、コンタクトホールパターンの開口部を塞ぐことを防止できる。
【００１６】
請求項６記載のレジストパターン形成方法は、基板上に化学増幅型レジストを塗布し、露光、現像処理によりレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法であって、前記レジストパターン形成後の基板にアッシング処理を行うことで前記レジスト表面に付着した異物を取り除く。
【００１７】
このように、レジストパターン形成後の基板にアッシング処理を行うことでレジスト表面に付着した異物を取り除くので、レジスト上の異物を除去することが出来る。このため、レジストの開口不良をなくすことが出来る。
【００１８】
請求項７記載のレジストパターン形成方法は、請求項６記載のレジストパターン形成方法において、レジストパターンがコンタクトホールパターンである。このように、レジストパターンがコンタクトホールパターンであるので、コンタクトホールパターンの開口部を覆うような形で塞いでいる異物を除去することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施形態のレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。なお、半導体基板上にレジストパターンを形成するところまでは従来のレジストパターン形成方法と同じである。
【００２０】
図１に示すように、レジストパターン形成後にレジスト上に酸性の水溶性塗布膜１０５を形成する工程と、水溶性塗布膜１０５が形成された基板１０１に熱処理を行う工程と、熱処理を行った基板１０１上の水溶性塗布膜１０５を純水により除去する工程とを含む。
【００２１】
この場合、ＫｒＦエキシマポジ型レジストを用いてコンタクトホールパターン（レジストパターン）１０４を形成した場合について説明する。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、下地が酸化膜１０２である半導体基板１０１上にＫｒＦ化学増幅型ポジレジスト膜１０３をスピンコート法により７００ｎｍ形成する。その後、レジスト膜１０３が形成された半導体基板１０１上にＫｒＦエキシマステッパよりレチクルを通して選択的にレジスト上にＫｒＦエキシマレーザ光を照射した。今回用いたレチクルは未露光部はクロムを主成分とした膜で形成されておりこの部分の露光光の透過率は０％である。一方開口部分はクロム膜がない部分で露光光の透過率は１００％である。露光光が照射された部分は酸発生剤により酸が発生する。この後、ホットプレート上でＰＥＢを１５０度９０秒間行った。その状態でアルカリ現像することにより、レジストの光があたった部分、すなわち保護基の切断された部分が現像液に可溶となるためレジストがなくなり、一方光のあたっていない部分はレジストが残存する。
【００２３】
その後、このアルカリ現像液を純水でリンス処理をすることにより除去し、コンタクトホールパターン１０４を形成した。この状態では、上記従来の課題で述べたように、未露光部で円形異物が多数観測される。
【００２４】
本実施形態では光学式の欠陥検査装置により、このレジスト膜１０３およびコンタクトホールパターン１０４部分の欠陥を検査したところ１０００個程度の異物が観察された。また、この異物をＳＥＭによりランダムに抽出し５０個程度観察したところ、多くはコンタクトホールパターン１０４のない部分に付着していたが、いくつかはコンタクトホールパターンの開口部を覆うような形で付着していることを観察した。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すように、この半導体基板１０１に酸性の水溶性塗布膜１０５をスピンコート法により５０ｎｍの膜厚で塗布した。今回の実験ではこの酸性の水溶性塗布膜１０５にはオーバーコート材料として用いられている薬液を用いた。その後、この水溶性塗布膜１０５を塗布した状態で半導体基板１０１を９０度で９０秒間ホットプレート上で加熱処理を行った。このことにより、基板表面のレジストの未露光部分の脱保護が進み若干の膜べりを生じるため基板表面に付着した現像異物がリフトオフされる。この膜べり量はベーク温度と時間により制御することが出来る。次工程のエッチング耐性等を考慮してパターン形成に影響のない程度にこの膜べり量を抑えることが必要である。その後、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１０１上に塗布されている水溶液塗布膜１０５を純水により除去した。
【００２６】
従来のレジスト現像方法では現像処理時レジスト表面が疎水性であるために脱保護が充分でないレジストが基板表面に再付着する現象が発生していたが、この場合先程の水溶性塗布膜１０５を塗布する工程でレジスト表面を脱保護させレジスト表面が疎水性から親水性に変化していることにより、異物がレジスト表面に再付着する現象が生じない。この基板を先程と同じように光学式欠陥検査装置により基板上のレジストパターン上の異物を観察したところ、異物の個数は数１０個程度まで減少し、さらにこの欠陥をＳＥＭにより詳細に観察したところ、すべてコンタクトホールパターン１０４のない領域に付着しているものであった。
【００２７】
以上のように、酸性水溶性液を塗布した状態で加熱処理を行うことにより、基板表面を親水性にしていること、さらにレジストの最表面をリフトオフさせることにより、レジストの欠陥を防止することが出来る。
【００２８】
この発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２はこの発明の第２の実施形態のレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。なお、半導体基板上にレジストパターンを形成するところまでは従来のレジストパターン形成方法と同じである。
【００２９】
図２に示すように、レジストパターン形成後に基板全面に紫外光２０５を照射する工程と、紫外光２０５を照射した基板２０１上にアルカリ現像処理を行う工程と、アルカリ現像処理を行った基板２０１を純水によりリンス処理を行う工程とを含む。
【００３０】
本実施形態では、ＫｒＦエキシマポジ型レジストを用いてコンタクトホールパターン（レジストパターン）２０４を形成した場合について説明する。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、下地が酸化膜２０２である半導体基板２０１上にＫｒＦ化学増幅型ポジレジスト膜２０３をスピンコート法により７００ｎｍ形成する。その後、レジスト膜２０３が形成された半導体基板２０１上にＫｒＦエキシマステッパよりレチクルを通して選択的にレジスト膜２０３上にＫｒＦエキシマレーザ光を照射した。今回用いたレチクルは未露光部はクロムを主成分とした膜で形成されておりこの部分の露光光の透過率は０％である。一方開口部分はクロム膜がない部分で露光光の透過率は１００％である。露光光が照射された部分は酸発生剤により酸が発生する。この後、ホットプレート上でＰＥＢを１５０度９０秒間行った。その状態でアルカリ現像することにより、レジストの光があたった部分、すなわち保護基の切断された部分が現像液に可溶となるためレジストがなくなり、一方光のあたっていない部分はレジストが残存する。
【００３２】
その後、このアルカリ現像液を純水でリンス処理をすることにより除去し、コンタクトホールパターン２０４を形成した。この状態では、上記従来の課題で述べたように、未露光部で円形異物が多数観測される。
【００３３】
本実施形態では光学式の欠陥検査装置により、このレジスト膜２０３およびコンタクトホールパターン２０４部分の欠陥を検査したところウエハ全面で１０００個程度の異物が観察された。また、この異物をＳＥＭによりランダムに抽出し５０個程度観察したところ、多くはコンタクトホールパターン２０４のない部分に付着していたが、いくつかはコンタクトホールパターンの開口部を覆うような形で付着していることを観察した。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、ステッパによりこの基板全面に露光光２０５を照射した。その後、図２（ｃ）に示すように、通常の現像工程と同じ要領でアルカリ現像液処理を行い、最後に純水で半導体基板２０１上のアルカリ現像液を除去した。先の基板全面への全面露光は露光量が大きいと次のアルカリ現像処理時にレジストの膜べりを生じさせるため、次工程のエッチングで不具合が生じない程度の膜べりで抑えられる程度の露光量で調整する必要がある。
【００３５】
以上のような処理を施すことにより半導体基板２０１上に塗布されたレジストの表面の脱保護が生じ、レジスト表面が疎水性から親水性へ変化する。従来のレジスト現像方法では現像処理時レジスト表面が疎水性であるために脱保護が充分でないレジストがレジスト膜２０３表面に再付着する現象が発生していたが、この場合先程の基板全面に露光光２０５を照射する工程でレジスト表面を脱保護させレジスト表面が疎水性から親水性に変化していることにより、レジスト異物が基板表面に再付着する現象が生じない。この基板を先程と同じように光学式欠陥検査装置により基板上のレジストパターン上の異物を観察したところ、異物の個数は数１０個程度まで減少し、さらにこの欠陥をＳＥＭにより詳細に観察したところ、すべてコンタクトホールパターン２０４のない領域に付着しているものであった。
【００３６】
以上のように、全面露光をレジスト表面に行った後に現像処理を施すことにより、基板表面を親水性にしていること、さらにレジストの最表面をリフトオフさせることにより、レジストの欠陥を防止することが出来る。
【００３７】
上記実施形態では化学増幅型レジストを用いた例を示しているが、レジストとして化学増幅型レジストでないもの、例えばクレゾールノボラック樹脂とナフトキノンジアジドスルホン酸エステルを用いたレジストを使用した場合でも全面露光を行うことにより同様の効果が期待できる。
【００３８】
この発明の第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３はこの発明の第３の実施形態のレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。なお、半導体基板上にレジストパターンを形成するところまでは従来のレジストパターン形成方法と同じである。
【００３９】
図３に示すように、レジストパターン形成後の基板３０１にアッシング処理を行うことでレジスト表面に付着した異物を取り除く。
【００４０】
本実施形態では、ＫｒＦエキシマポジ型レジストを用いてコンタクトホールパターン（レジストパターン）３０４を形成した場合について説明する。
【００４１】
図３（ａ）に示すように、下地が酸化膜３０２である半導体基板３０１上にＫｒＦ化学増幅型ポジレジスト膜３０３をスピンコート法により７００ｎｍ形成する。その後、レジスト膜３０３が形成された半導体基板３０１上にＫｒＦエキシマステッパよりレチクルを通して選択的にレジスト上にＫｒＦエキシマレーザ光を照射した。今回用いたレチクルは未露光部はクロムを主成分とした膜で形成されておりこの部分の露光光の透過率は０％である。一方開口部分はクロム膜がない部分で露光光の透過率は１００％である。露光光が照射された部分は酸発生剤により酸が発生する。この後、ホットプレート上でＰＥＢを１５０度９０秒間行った。その状態でアルカリ現像することにより、レジストの光があたった部分、すなわち保護基の切断された部分が現像液に可溶となるためレジストがなくなり、一方光のあたっていない部分はレジストが残存する。
【００４２】
その後、このアルカリ現像液を純水でリンス処理をすることにより除去し、コンタクトホールパターン３０４形成した。この状態では、上記従来の課題で述べたように、未露光部で円形異物が多数観測される。
【００４３】
本実施形態では光学式の欠陥検査装置により、このレジスト膜３０３およびコンタクトホールパターン３０４部分の欠陥を検査したところウエハ全面で１０００個程度の異物が観察された。また、この異物をＳＥＭによりランダムに抽出し５０個程度観察したところ、多くはコンタクトホールパターン３０４のない部分に付着していたが、いくつかはコンタクトホールパターン３０４を覆うような形で付着していることを観察した。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、この半導体基板３０１をエッチング装置により酸素プラズマ３０５によるアッシング処理を行った。アッシング時間はレジスト表面を数ｎｍ程度エッチングする程度の充分に短い時間で行った。この半導体基板３０１についてアッシング処理前のＳＥＭ観察でコンタクトホールパターン上を覆うような形で塞いでいた異物についてＳＥＭにより観察したところアッシング処理を行う前に未開口であったコンタクトホールパターン３０４についてすべて開口していることを確認した。
【００４５】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載のレジストパターン形成方法によれば、レジストパターン形成後にレジスト上に酸性の水溶性塗布膜を形成する工程と、水溶性塗布膜が形成された基板に熱処理を行う工程と、熱処理を行った基板上の水溶性塗布膜を純水により除去する工程とを含むので、基板表面のレジストの未露光部分の脱保護が進みレジスト表面が疎水性から親水性となり、異物がレジスト表面に再付着する現象が生じない。さらに、脱保護した部分が若干の膜べりを生じ基板表面に付着した現像異物がリフトオフされるため、レジストの異物を除去することができる。さらには、レジストパターンの不良がなくなるため半導体装置の歩留まり向上に大きく寄与することが出来るという効果もある。
【００４６】
請求項２では、レジストパターンがコンタクトホールパターンであるので、未露光部領域のレジスト表面に異物が再付着することがなく、コンタクトホールパターンの開口部を塞ぐことを防止できる。
【００４７】
この発明の請求項３記載のレジストパターン形成方法によれば、レジストパターン形成後に基板全面に紫外光を照射する工程と、紫外光を照射した基板上にアルカリ現像処理を行う工程と、アルカリ現像処理を行った基板を純水によりリンス処理を行う工程とを含むので、基板上に形成されたレジストの表面の脱保護が生じレジスト表面が疎水性から親水性となり、異物がレジスト表面に再付着する現象が生じない。さらに、アルカリ現像処理時に脱保護した部分が若干の膜べりを生じ基板表面に付着した現像異物がリフトオフされるため、レジストの異物を除去することができる。さらには、レジストパターンの不良がなくなるため半導体装置の歩留まり向上に大きく寄与することが出来るという効果もある。
【００４８】
請求項４では、レジストは化学増幅型レジストであるので、露光光が照射された部分の反応を促進することで脱保護反応が進み、さらに請求項３の作用効果が得られる。
【００４９】
請求項５では、レジストパターンがコンタクトホールパターンであるので、レジスト表面に異物が再付着することがなく、コンタクトホールパターンの開口部を塞ぐことを防止できる。
【００５０】
この発明の請求項６記載のレジストパターン形成方法によれば、レジストパターン形成後の基板にアッシング処理を行うことでレジスト表面に付着した異物を取り除くので、レジスト上の異物を除去することが出来る。このため、レジストの開口不良をなくすことが出来る。さらには、レジストパターンの不良がなくなるため半導体装置の歩留まり向上に大きく寄与することが出来るという効果もある。
【００５１】
請求項７では、レジストパターンがコンタクトホールパターンであるので、コンタクトホールパターンの開口部を覆うような形で塞いでいる異物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態のレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態のレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。
【図３】この発明の第３の実施形態のレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。
【図４】従来のレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１０１  半導体基板
１０２  層間絶縁膜
１０３  レジスト膜
１０４  コンタクトホールパターン
１０５  水溶性塗布膜
２０１  半導体基板
２０２  層間絶縁膜
２０３  レジスト膜
２０４  コンタクトホールパターン
２０５  露光光
３０１  半導体基板
３０２  層間絶縁膜
３０３  レジスト膜
３０４  コンタクトホールパターン
３０５  酸素プラズマ
【図１】
2004325724.tif 000003
【図２】
2004325724.tif 000004
【図３】
2004325724.tif 000005
【図４】
2004325724.tif 000006