(57)【要約】【課題】開口部寸法の変動を抑えて、安定したレジストパタンの形成を可能にするレジストパタン形成方法を得ることを目的とする。【解決手段】本発明におけるレジストパタン形成方法は、（ａ）半導体基板１上にポジ型レジストを塗布し、レジスト膜２を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）の後、半導体基板１をプレベークする工程と、（ｃ）工程（ｂ）の後、レジスト膜２の表面をアルカリ性溶液４に浸す工程と、（ｄ）工程（ｃ）の後、レジスト膜２の膜厚を計測する工程と、（ｅ）工程（ｄ）の後、半導体基板１にレジスト膜２の膜厚に応じた乾燥を行う工程と、（ｆ）工程（ｅ）の後、レジスト膜２に選択的に紫外線を照射する工程と、（ｇ）工程（ｆ）の後、半導体基板１に工程（ｅ）よりも高い温度で乾燥を行う工程と、（ｈ）工程（ｇ）の後、レジスト膜２を現像して、レジストパタン６を形成する工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板上にポジ型レジストを塗布し、レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記半導体基板をプレベークする工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記レジスト膜の表面をアルカリ性溶液に浸す工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後、前記レジスト膜の膜厚を計測する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体基板に前記レジスト膜の膜厚に応じた乾燥を行う工程と、
（ｆ）前記工程（ｅ）の後、前記レジスト膜に選択的に紫外線を照射する工程と、
（ｇ）前記工程（ｆ）の後、前記半導体基板に前記工程（ｅ）よりも高い温度で乾燥を行う工程と、
（ｈ）前記工程（ｇ）の後、前記レジスト膜を現像して、レジストパタンを形成する工程と、を備えるレジストパタン形成方法。
【請求項２】
前記工程（ｅ）は、乾燥温度や乾燥時間を変化させ、前記レジスト膜の膜厚変動が所望の値となるように乾燥を行う請求項１に記載のレジストパタン形成方法。
【請求項３】
前記工程（ｅ）は、前記レジスト膜の膜厚変動がλ／２ｎ（λ：露光波長，ｎ：レジストの屈折率）の１／３以下となるように乾燥を行う請求項１または２に記載のレジストパタン形成方法。
【請求項４】
（ａ）半導体基板上にポジ型レジストを塗布し、レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記半導体基板をプレベークする工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記レジスト膜の表面をアルカリ性溶液に浸す工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後、前記レジスト膜の膜厚を計測する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体基板に乾燥を行う工程と、
（ｆ）前記工程（ｅ）の後、前記計測したレジスト膜の膜厚に応じて、前記レジスト膜の表面を除去する工程と、
（ｇ）前記工程（ｆ）の後、前記レジスト膜に選択的に紫外線を照射する工程と、
（ｈ）前記工程（ｇ）の後、前記半導体基板に前記工程（ｅ）よりも高い温度で乾燥を行う工程と、
（ｉ）前記工程（ｈ）の後、前記半導体基板を現像して、レジストパタンを形成する工程と、を備えるレジストパタン形成方法。
【請求項５】
前記工程（ｆ）は、前記半導体基板をエッチングする工程、アッシングする工程、あるいはアルカリ性溶液に浸す工程のいずれかの工程を、前記レジスト膜の膜厚変動が所望の値となるように行う請求項４に記載のレジストパタン形成方法。
【請求項６】
前記工程（ｆ）は、前記レジスト膜の膜厚変動がλ／２ｎ（λ：露光波長，ｎ：レジストの屈折率）の１／３以下となるように行う請求項４または５に記載のレジストパタン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストパタン形成方法に関し、特にフォトリソグラフィにおけるレジストパタン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の集積度の向上とともにパタンの微細化も進み、フォトリソグラフィに縮小投影露光法が用いられている。光リソグラフィを用いて１層レジスト法にて微細パタンを形成するには、後述するようにいくつかの問題点がある。例えば、基板段差を有する半導体基板上にレジストを塗布すると、基板段差によってレジスト膜厚が局所的に変動し、パタン寸法が変化することがある（バルク効果）。また、基板段差の側壁等からの散乱光により、レジストが局所的に過剰露光され、パタン寸法が細くなることがある（ノッチング効果）。また、露光工程の光源に単色光を用いる場合、レジストへの入射光、レジスト表面からの反射光、およびレジスト／基板界面からの反射光の相互間で干渉が生じ、レジスト膜内には定在波が形成される。これにより、レジスト膜厚のわずかな変動に伴って、レジスト中へ吸収される実効的光量の変動がλ／２ｎ（λ：露光波長、ｎ：レジストの屈折率）の周期で生じ、レジストパタン寸法に変動が生じる（多重反射効果）。さらに、レジストの厚さ方向に周期的な光強度の分布が生じ、現像後のレジストパタン断面にそれに対応した波打ち形状が生じる（定在波効果）。これらは、いずれもレジストパタン寸法の変動や残像不良の原因となる。
【０００３】
これらの問題点のうち、定在波効果を抑制して、レジストパタン断面形状をスムーズ化し、かつ現像後の残渣不良をなくす方法として露光後現像前ベーク法（ＰＥＢ法：Post Expose Bake法）が知られている。この露光後現像前ベークを行うことにより、定在波効果、即ちレジストパタン断面形状の波打ち形状をスムーズ化することはできる。しかしながら、マスク寸法通りのレジストパタンを得るのに要する露光量（Ｅｏ）が増大し、レジストの種類によっては、未露光部の膜減りが生じる。また、上述した１層レジスト法のその他の問題点を解決することは殆どできなかった。
【０００４】
そこで、下記特許文献１には、露光後現像前ベークに加え、レジスト塗布後露光前に、レジスト膜の表面をアルカリ溶液に浸す工程、半導体基板を乾燥する工程、を追加したレジストパタン形成方法が開示されている。この形成方法は、キノンジアジド系感光剤とアルカリ可溶性ノボラック樹脂とからなるポジ型フォトレジストを基板上に塗布し、プレベークする工程と、プレベークしたポジ型のフォトレジスト膜の表面をアルカリ性溶液に浸す工程と、ポジ型フォトレジスト膜の表面をアルカリ性溶液に浸した半導体基板を乾燥する工程と、乾燥したポジ型フォトレジスト膜に選択的に紫外線を照射する工程と、選択的に紫外線照射されたポジ型フォトレジスト膜を加熱処理する工程と、加熱処理したポジ型フォトレジスト膜を現像してレジストパタンを形成する工程と、を備える。
【０００５】
以上のように、露光前にレジスト表面をアルカリ性溶液に浸すことにより、レジスト表面から深さ方向に濃度傾斜を持ったアルカリの分布（表面難溶化層）をレジスト材料中に形成することができるため、未露光部の膜減り量が低減される。その後、露光によるレジスト中の感光剤の分解、露光後現像前ベークによる未露光（未分解）感光剤の拡散、および各工程での副反応を通して、レジストの露光部および未露光部の現像時溶解度のレジスト内空間分布を最適化することにより、定在波効果や膜内多重反射効果の影響を受けにくいパタンの形成を可能にした。
【０００６】
また、下記非特許文献１に記載のように、レジスト表面をさらに硬化させた表面難溶化層を形成して、レジストパタンの形状として上面の開口寸法を狭くし、メタルパタン形成などに用いられるリフト工程用のレジストパタンとして使用することが検討されている。従来は２層レジストを用いて実施されてきたリフトオフ工程用レジストプロセスであるが、より簡便に１層のレジストで実施できるようにするためである。
【０００７】
【特許文献１】特許第２５６０７７３号公報
【非特許文献１】R.Redd，D.Maurer，and L.S.Klingbeil，”Revitalization of Single Layer Lift-off For Finer Resolution and Challenging Topography”２００１年、GaAs MANTECH Technical Digest，pp９９−１０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、開口寸法を狭くするために表面の難溶化を強めると、塗布後には約３０ｎｍの膜厚変動であったものがアルカリ性溶液に浸した後には５０〜１５０ｎｍの膜厚変動を生じることになり、また、一旦は治まった定在波効果の影響が再び現れることにより、寸法変動が大きくなるという問題があった。
【０００９】
そこで本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、開口部寸法の変動を抑えて、安定したレジストパタンの形成を可能にするレジストパタン形成方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明におけるレジストパタン形成方法は、（ａ）半導体基板上にポジ型レジストを塗布し、レジスト膜を形成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記半導体基板をプレベークする工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記レジスト膜の表面をアルカリ性溶液に浸す工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）の後、前記レジスト膜の膜厚を計測する工程と、（ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体基板に前記レジスト膜の膜厚に応じた乾燥を行う工程と、（ｆ）前記工程（ｅ）の後、前記レジスト膜に選択的に紫外線を照射する工程と、（ｇ）前記工程（ｆ）の後、前記半導体基板に前記工程（ｅ）よりも高い温度で乾燥を行う工程と、（ｈ）前記工程（ｇ）の後、前記レジスト膜を現像して、レジストパタンを形成する工程と、を備える。
【００１１】
本発明における他のレジストパタン形成方法は、（ａ）半導体基板上にポジ型レジストを塗布し、レジスト膜を形成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記半導体基板をプレベークする工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記レジスト膜の表面をアルカリ性溶液に浸す工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）の後、前記レジスト膜の膜厚を計測する工程と、（ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体基板に乾燥を行う工程と、（ｆ）前記工程（ｅ）の後、前記計測したレジスト膜の膜厚に応じて、前記レジスト膜の表面を除去する工程と、（ｇ）前記工程（ｆ）の後、前記レジスト膜に選択的に紫外線を照射する工程と、（ｈ）前記工程（ｇ）の後、前記半導体基板に前記工程（ｅ）よりも高い温度で乾燥を行う工程と、（ｉ）前記工程（ｈ）の後、前記半導体基板を現像して、レジストパタンを形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレジストパタン形成方法によれば、転写前でアルカリ性溶液含浸後にレジスト膜厚を一定にした状態で転写を行うため、定在波効果の影響が最も少ない状態に保ち、表面難溶化層の形成および開口部寸法を一定にすることができる。また、レジストパタン形成プロセスが安定になるために、歩留まりの向上および製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態におけるレジストパタン形成工程を示した断面図である。図１を参照して、本実施の形態におけるレジストパタン形成方法を説明する。はじめに、ＳｉやＧａＡＳなどの半導体基板１を準備する（図１（ａ））。通常は、プリベークし、表面の水分を蒸発させたものを用いる。
【００１４】
次に、半導体基板１上にポジ型レジストを塗布し、１〜２μｍ厚のポジ型レジスト膜２を形成する（図１（ｂ））。次に、半導体基板１をホットプレート３上に配置し、８０〜１２０℃で乾燥する（図１（ｃ））。次に、ポジ型レジスト膜２の表面をアルカリ性溶液４を用いて常温で数十秒から数分間浸し、回転乾燥によりアルカリ性溶液４を振り切る（図１（ｄ））。
【００１５】
次に、ポジ型レジスト膜２の膜厚を計測する（図１（ｅ））。例えば、膜厚計測方法として、可視光域の波長を用いた光干渉方式を用いる。ポジ型レジスト膜２を感光することのないように、ｇ線（４３６ｎｍ）またはｉ線（３６５ｎｍ）より長い波長のみで計測する。また、フィルターを用いて短波長域の光を遮断する。
【００１６】
次に、半導体基板１をホットプレート３上に配置し乾燥する（図１（ｆ））。ここで、所望の値に膜厚変動が低減するように、計測したポジ型レジスト膜２の膜厚に応じて、ホットプレート３の乾燥温度やホットプレート３に載せている乾燥時間等の乾燥条件を変化させる。上述したようにアルカリ性溶液４に浸した後には、半導体基板１ごとにポジ型レジスト膜２の膜厚は５０〜１５０ｎｍの変動があることがわかっており、これを所望の膜厚変動の値に低減する。
【００１７】
詳しくは、転写で用いる光源の波長がｉ線の場合、波長λは３６５ｎｍである。ポジ型レジスト膜２の屈折率ｎは約１．６であり、定在波効果による寸法変動の周期は約１１４ｎｍ（＝λ／２ｎ）となる。ポジ型レジスト膜２の膜厚の変動を約４０ｎｍ以内に、さらに望ましくは３０ｎｍ以内に抑えることにより、レジスト膜厚の変動による光学的位相変動は１２０°さらには９０°以内に低減することができる。すなわち、計測した膜厚に応じた乾燥条件で乾燥工程を行うことにより、各半導体基板１のポジ型レジスト膜２の膜厚を一定にする、あるいは一定の範囲に収めることができ、これにより定在波効果の影響が最も少ない状態にすることができる。
【００１８】
次に、ポジ型レジスト膜２に転写を行い、ｉ線などにより露光部５が感光する（図１（ｇ））。この状態で表面難溶化反応を進めるために、半導体基板１をホットプレート３上に配置し、転写前のアルカリ性溶液４に浸した後のベーク温度より高温でベークを行う（図１（ｈ））。次に、アルカリ性溶液４を用いて現像を行い（図１（ｉ））、レジストパタン６を形成する（図１（ｊ））。このように、露光後現像前ベーク（図１（ｇ））を行うことにより、表面の難溶化が進むため、レジスト下部よりレジスト表面の開口部が狭くすることができ、図１（ｊ）や図２に示すようなレジストパタン６を開口部寸法の変動を抑えつつ形成することができる。
【００１９】
図２は、図１（ｊ）で形成されたレジストパタンの詳細断面を示した図である。上部の開口寸法が狭まった形状をしており、金属膜を蒸着やスパッタで成膜し、リフトオフで金属パタンを形成することができる。
【００２０】
なお、ポジ型レジスト膜２の膜厚を一定にする方法としては、上述したように計測した膜厚に応じて乾燥条件を変える乾燥工程（図１（ｆ））を行うことだけでなく、エッチングやアッシングおよび再度アルカリ性溶液４に浸すことにより、ポジ型レジスト膜２の表面を除去する工程を行っても同様の効果を得られる。
【００２１】
以上より、本発明のレジストパタン形成方法によれば、転写前でアルカリ性溶液４含浸後にポジ型レジスト膜２の膜厚を一定にした後に転写を行うため、定在波効果を一定に保つことができる。従って、表面難溶化層の形成および開口部寸法を一定にすることができる。従って、段差を有する半導体基板１上であっても、矩形性が良く、寸法精度の良いレジストパタン６を安定して形成することができる。また、レジストパタン形成プロセスが安定になるために、歩留まりの向上および製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態におけるパタン形成方法を示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるパタン形成後の断面を示した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  半導体基板、２  ポジ型レジスト膜、３  ホットプレート、４  アルカリ性溶液、５  露光部、６  レジストパタン。
【図１】
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【図２】
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