JP2007235026A - 基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトレジストパターンを溶解し所望のレジストパターンを形成するリフロー処理において、パターン形成されたフォトレジストの膜厚を基板面内で均一とし、且つ、パターン形成にかかる処理時間を短縮し生産効率を向上することのできる基板処理方法を提供する。
【解決手段】下地膜のエッチングマスクとして使用されたフォトレジストパターンの一部を再現像処理により除去するステップＳ２と、再現像処理により下地膜上に残存するフォトレジストパターンに露光処理を施し、フォトレジストパターンを表面改質するステップＳ３と、露光処理されたフォトレジストパターンを溶剤雰囲気に曝して溶解し、所定エリアをマスクするステップＳ４とを実行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、フォトリソグラフィ工程により形成されエッチングマスクとして使用されたレジストパターンを溶解し、新たなレジストパターンを形成するリフロー処理を行う基板処理方法に関する。

例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）製造工程におけるアモルファスＳｉＴＦＴ（アモルファスシリコン薄膜トランジスタ）の形成においては、複数回のエッチング処理が必要とされる。このため従来は、複数回のフォトリソグラフィ工程、即ち露光・現像処理を行い、フォトレジストパターンを形成している。
しかしながら、ＴＦＴ形成工程において、エッチングで得たいパターン毎に塗布現像装置と露光装置とが必要となり、装置にかかるコストが高くなるという課題があった。

このような課題に対し、一度エッチングマスクとして使用したレジストパターンを溶解し変形することにより、新たなレジストパターンを形成するリフロー処理が注目されている。このリフロー処理によれば、二度目のレジストパターン形成において、塗布現像装置及び露光装置を用いた処理を必要とせず、装置コストを低減し、製造効率を向上することができる。このリフロー処理を用いたＴＦＴ形成工程について図を用いて説明する。

アモルファスＳｉＴＦＴを形成する場合、図６（ａ）に示すように、ガラス基板２００に形成されたゲート電極２０１上に、絶縁層２０２、ａ−Ｓｉ層（ノンドープアモルファスＳｉ層）２０３ａとｎ⁺ａ−Ｓｉ層（リンドープアモルファスＳｉ層）２０３ｂからなるＳｉ層２０３、ドレイン・ソース電極を形成するためのメタル層２０５が順に積層される。

そして、メタル層２０５をエッチングするため、フォトリソグラフィ工程により、メタル層２０５上にフォトレジストが成膜され、露光、現像処理によりレジストパターン２０６が形成される。但し、このレジストパターン２０６は、光の透過率に差が設けられたハーフトーンマスクを用いるハーフ露光処理により、異なる膜厚（厚膜部と薄膜部）を有するものとなされる。尚、ハーフ露光技術については、特許文献１に開示されている。
レジストパターン２０６は、メタル層２０５をエッチングするためのマスクとして使用され、エッチング後は図６（ｂ）に示すようにメタル層２０５の非マスク部分がエッチングされる。

メタルエッチングによりレジスト層２０６の表面には、ウェットエッチング液の影響によりレジストが変質した変質層２０７が形成される。そこで、リフロー処理の前処理として、この変質層２０７を除去する処理を行う。

この前処理においては、アルカリ溶液がウェットエッチング液として変質層２０７に滴下され、これにより図６（ｃ）に示すように変質層２０７が除去される。
次いで再現像処理により、図６（ｄ）に示すように次のレジストパターン形成においてマスクが不要な薄膜部のレジスト２０６を除去し、マスクしたいターゲットＴｇ周辺のレジスト（厚膜部）のみを残す処理が行われる。

次いで図６（ｄ）に示すようにレジスト２０６が残された状態から、レジスト２０６に溶剤雰囲気を曝すことによりレジスト２０６の溶解、拡散処理（リフロー処理）が行われ、図６（ｅ）に示すようにターゲットＴｇ上にレジスト層が形成される。
尚、このレジスト層形成後は、図７（ａ）に示すようにメタル層２０５をマスクとしてＳｉ層２０３のエッチングを行い、図７（ｂ）に示すようにレジスト層２０６を除去する。そして、図７（ｃ）に示すように、チャネル領域におけるｎ⁺ａ−Ｓｉ層２０３ｂのエッチングが行われ、ＴＦＴが形成される。
特開２００５−１０８９０４号公報

ところで、前記リフロー処理において、ターゲットＴｇをマスクするレジストパターンの膜厚が基板面内で均一となるようレジストを変形させるには、レジスト内に溶剤を充分に浸透させる必要がある。そのため従来から、リフロー処理においては、チャンバ内に載置された基板に対し有機溶剤の雰囲気（例えばシンナーガス）を曝し、時間をかけてレジスト中に溶剤を浸透させている。また、そのときに溶解するレジストの変形量の制御は、レジストパターンの状態（形状、基板温度）及び溶剤雰囲気の状態（組成、濃度）を調整することにより行われている。

しかしながら、そのようにターゲットＴｇをマスクするレジストパターンの膜厚が基板面内で均一となるようレジストを変形させる場合、前記のようなレジスト変形量の制御方法では、各処理基板に対する長い処理時間を効果的に短縮することができず、生産効率が低下するという課題があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、フォトレジストパターンを溶解し所望のレジストパターンを形成するリフロー処理において、パターン形成されたフォトレジストの膜厚を基板面内で均一とし、且つ、パターン形成にかかる処理時間を短縮し生産効率を向上することのできる基板処理方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明にかかる基板処理方法は、フォトレジストパターンを溶解し、新たなフォトレジストパターンを形成する基板処理方法であって、下地膜のエッチングマスクとして使用されたフォトレジストパターンの一部を再現像処理により除去するステップと、前記再現像処理により前記下地膜上に残存するフォトレジストパターンに露光処理を施し、該フォトレジストパターンを表面改質するステップと、前記表面改質されたフォトレジストパターンを溶剤雰囲気に曝して溶解し、所定エリアをマスクするステップとを実行することに特徴を有する。
尚、前記フォトレジストパターンに露光処理を施すステップにおいて、露光光源に、ＵＶ光を用いることが望ましい。
また、前記フォトレジストパターンに露光処理を施すステップにおいて、少なくとも３００ｍｓｅｃの間、フォトレジストパターンに対し露光することが望ましい。

このように、フォトレジストを溶解するリフロー処理の前に、フォトレジストパターンに対し露光処理を施すことで、有機溶剤の接触角が低下するようレジスト表面が改質される。即ちレジストへの有機溶剤の吸収率が向上するため、リフロー処理において有機溶剤がレジスト全体に浸透しやすくなる。その結果、安定した溶解を行うことができ、形成されたパターンの膜厚を均一とすることができる。
また、有機溶剤のレジスト全体への浸透時間が短縮されるため、生産効率を向上することができる。
また、ＵＶ光のように短波長の光であれば、効果的にレジスト表面の高分子を酸化分解することができ、フォトレジストの有機溶剤に対する接触角をより低下させることができる。

本発明によれば、フォトレジストパターンを溶解し所望のレジストパターンを形成するリフロー処理において、パターン形成されたフォトレジストの膜厚を基板面内で均一とし、且つ、パターン形成にかかる処理時間を短縮し生産効率を向上することのできる基板処理方法を得ることができる。

以下、本発明に係る基板処理方法につき、実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明に係る基板処理方法を実施するリフローパターン形成装置のレイアウトを示す平面ブロック図である。

図１に示すリフローパターン形成装置１は、例えばＴＦＴ形成のため、塗布現像処理装置（ＣＯＴ／ＤＥＶ）５０及び露光装置（Ｅｘｐ）５１においてレジストパターン形成、エッチング装置（Ｅｔｃｈｉｎｇ）５２によりエッチング処理が施された基板Ｇに対し、レジストパターンのリフロー処理を行い、レジストパターンを再形成するための装置である。

このリフローパターン形成装置１は、複数の基板Ｇをカセット単位で外部（エッチング装置）から搬入出したり、カセットに対して基板Ｇを搬入出したりするカセットステーション（Ｃ／Ｓ）２を備える。
また、カセットステーション２に隣接して基板処理部３が設けられ、この基板処理部３は、各ユニット間での基板Ｇの搬送及び各ユニットに対する基板Ｇの搬入出を行うアーム装置を有する基板搬送部（Ｍ／Ａ）４を有する。そして、図中矢印で示す基板処理方向に沿って基板搬送部４の左右には、基板Ｇを処理するための複数の処理ユニットが配置されている。

処理ユニットとして、図中、矢印で示す処理方向に沿って基板搬送部４の右側には、フォトレジストに生じた変質層を除去するための前処理を行うリムーバユニット（ＲＭ）５と、再現像処理を行うことにより不要なレジストを除去する再現像ユニット（ＲＤＶ）６とが配置される。
さらに、リムーバユニット５／再現像ユニット６に隣接して、フォトレジストにＵＶ光を照射し、レジスト表面を親溶剤性に改質するための露光ユニット（ＵＶ）７と、フォトレジストを溶解するリフローユニット（ＲＦ）８が配置される。
また図中、基板処理方向に沿って基板搬送部４の左側には、複数のホットプレート及びクールプレートからなる熱処理装置（ＨＰ／ＣＯＬ）９が配置される。

次に、フォトレジストの溶解が行われるリフローユニット８の構成について説明する。図２は、リフローユニット８の概略構成を示す断面図である。
図示するように、リフローユニット８においては、ベースチャンバ１０ａ上にアッパーチャンバ１０ｂが着脱自在に装着され、アッパーチャンバ１０ｂ装着時には内部に密閉空間を形成するチャンバ１０を具備する。

チャンバ１０内の中央には、基板Ｇを基板載置面に載置し、基板載置面の温度を所定温度として基板Ｇを温度調整するための温調プレート１１が設けられる。この温調プレート１１の内部には、温調水が循環する温調水流路１２が形成され、この温調水流路１２は、チャンバ外部に設けられた温調器１３に接続されている。即ち、温調器１３に循環水が供給され、温調器１３において所定の水温に調整されて、温調プレート１１が所定の温度に調整されるように構成されている。

また、チャンバ１０内には、上方から下方に向けて溶剤雰囲気、またはパージガスとしてのＮ₂ガスが供給される。即ち、アッパーチャンバ１０ｂの天井に形成された複数のガス供給口１４から溶剤雰囲気またはＮ₂ガスが供給され、ベースチャンバ１０ａの底面に形成された複数のガス排気口１５から溶剤雰囲気またはＮ₂ガスが排出されるようになされている。

ガス供給口１４にはガス供給管１６が接続され、このガス供給管１６にはガス濃度調整器１７により濃度が５０〜１００％に調整された溶剤雰囲気、あるいはチャンバ内をパージするためのＮ₂ガスが供給されるように構成されている。ガス濃度調整器１７には、所定流量のＮ₂ガスが供給され、気化された有機溶剤がＮ₂ガスと共にガス供給管１６に供給される。一方、ガス排気口１５にはガス排気管１８が接続され、チャンバ内の雰囲気を排出するように構成されている。

また、チャンバ１０内においては、溶剤雰囲気またはＮ₂ガスをチャンバ内に拡散するための拡散スペーサ１９と、拡散スペーサ１９により拡散されたガスの流れる方向を均一化するための均一化プレート２０と、ガス排気口１５に向けてガスを整流するための排気整流板２１とが設けられている。

続いて、本発明に係る基板処理方法を実施するリフローパターン形成装置１の処理工程について図３のフローに従い説明する。尚、以下の説明においては、既に説明した図１、図２の装置構成、図６、図７の基板状態図等を適宜用いて説明する。

先ず、エッチング装置５２より搬送された基板Ｇが収容されたカセットステーション２から、１枚の基板Ｇが基板搬送部４によりリムーバユニット５に搬送される。尚、図６（ａ）に示すように、この基板Ｇにおいて、メタル層２０５（下地膜）上に形成されたフォトレジストパターン２０６は、塗布現像処理装置５０及び露光装置５１において、リフロー処理で必要なフォトレジストを厚膜に形成し、不要なフォトレジストを薄膜に形成するハーフ露光処理が施されている。

リムーバユニット５において基板Ｇは、図６（ｂ）に示すようにエッチング処理によりフォトレジスト２０６の表面に生じた変質層２０７を例えばアルカリ溶液に曝すことにより除去する前処理が行われる（図３のステップＳ１）。

リムーバユニット５での前処理後、図６（ｃ）に示す状態の基板Ｇは、基板搬送部４により再現像ユニット６に搬送される。
そこで基板Ｇは、不要な薄膜部分のレジストを除去するために再現像処理が行われ、図６（ｄ）に示すように厚膜部分のレジストが残る状態となされる（図３のステップＳ２）。即ち、マスクすべき所定エリアであるターゲットＴｇの周囲にレジスト２０６が残存する状態になされる。

次いで基板Ｇは基板搬送部４により熱処理装置９に搬送されて所定の熱処理が行われた後、基板搬送部４により露光ユニット７に搬送される。この露光ユニット７においては、再現像処理後に図４（ａ）に示すように形成されたフォトレジスト２０６に対し、図４（ｂ）に示すように例えばＵＶ光（波長１７２ｎｍ）を露光する処理が行われる（図３のステップＳ３）。このＵＶ光の露光時間としては、例えば約１２０ｓｅｃとされる。

尚、この露光ユニット７における露光処理は、レジスト表面を親溶剤性に改質するために行われる。即ち、露光によりレジスト表面の高分子を分解し、レジスト表面に対する有機溶剤の接触角を低下させるための処理である。この処理によりレジスト表面からの有機溶剤の吸収率が向上し、より速くレジスト全体に有機溶剤を浸透させることができる。
また、露光光源としては、レジスト表面の高分子の酸化分解を効果的に行うことができるよう、波長１７２ｎｍのＵＶ光を用いるのが好ましい。

また、この露光処理による効果が期待されるレジストとしては、例えば、東京応化社製ＯＦＰＲ８００、住友化学社製ＰＦＩ−２６Ａ９、ＪＳＲ社製ＩＸ−０６１、ＪＳＲ社製ＩＸ−５００ＥＬ、東京応化社製ＩＰ−３３００、東京応化社製ＩＰ−３１００、東京応化社製ＩＰ−１８００等が挙げられる。

露光ユニット７においてレジスト表面が親溶剤性に改質された基板Ｇは、基板搬送部４によりリフローユニット７に搬送され、そこでレジスト２０６を溶解するリフロー処理が行われる（図３のステップＳ４）。
具体的には、図２に示した温調プレート１１上に基板Ｇが載置され、温調プレート１１の温度が温調器１３により所定の温度（例えば２４℃）に設定される。

次いでガス濃度調整器１７によって濃度が所定濃度に調整された溶剤雰囲気として、例えばシンナーガスがチャンバ１０内に導入されて雰囲気置換され、処理レシピに規定された所定時間の間、レジスト２０６がシンナーガスに曝される。
ここで、フォトレジスト２０６は、その表面が露光ユニット７における処理により親溶剤性に改質されているため、有機溶剤であるシンナーの吸収率が向上しており、レジスト全体に速くシンナーが浸透する。このため、従来よりも安定した溶解が速く進行し、パターン形成にかかる処理時間が短縮される。

リフローユニット８での溶解処理によりターゲットＴｇをマスクするレジストパターンが形成されると、基板Ｇは基板搬送部４により熱処理装置９に搬送され、加熱によるレジストパターンの定着処理が行われる。そして、冷却後、再び基板搬送部４によりカセットステーション２のカセットに戻され、その後、エッチング装置５２に搬送される。

このように本発明の基板処理方法に係る実施の形態によれば、フォトレジストを溶解するリフロー処理の前に、フォトレジストに露光処理を施し、有機溶剤の接触角が低下するようレジスト表面が改質される。即ちレジストへの有機溶剤の吸収率が向上するため、リフロー処理において有機溶剤がレジスト全体に浸透しやすくなる。その結果、安定した溶解を行うことができ、形成されたパターンの膜厚を均一とすることができる。
また、有機溶剤のレジストへの浸透時間が短縮されるため、生産効率を向上することができる。

続いて、本発明に係る基板処理方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記した本発明の基板処理方法に係る実施の形態について、その効果を検証した。
具体的には、複数種類のフォトレジストに夫々露光処理を施し、露光後のフォトレジストに対する純水の接触角の変化について検証した。尚、露光条件は、波長１７２ｎｍ、露光時間３００ｍｓｅｃとした。

この実験の結果を図５のグラフに示す。このグラフに示されるようにレジストＲ１（東京応化社製ＯＦＰＲ８００）、Ｒ２（住友化学社製ＰＦＩ−２６Ａ９）、Ｒ３（ＪＳＲ社製ＩＸ−０６１）、Ｒ４（ＪＳＲ社製ＩＸ−５００ＥＬ）、Ｒ５（東京応化社製ＩＰ−３３００）、Ｒ６（東京応化社製ＩＰ−３１００）、Ｒ７（東京応化社製ＩＰ−１８００）の夫々について未露光時に比べ純水の接触角が上昇した。

このように、少なくとも前記した製品名のフォトレジストに対しては、３００ｍｓｅｃの間、露光処理を施すと、純水の接触角が上昇し、疎水性が強くなると確認された。この結果から、フォトレジストに対して露光処理を施すと、純水の場合とは反対に、レジスト表面における有機溶剤の接触角が低下し、有機溶剤の吸収率が向上すると考察された。
以上の実施例の結果から、本発明の基板処理方法によれば、前記実施の形態に示した効果を得ることができると確認した。

本発明は、複数回に亘りフォトレジストパターンを形成する工程に適用することができ、電子デバイス製造業界等において好適に用いることができる。

図１は、本発明に係る基板処理方法を実施するリフローパターン形成装置のレイアウトを示す平面ブロック図である。 図２は、リフローユニットの概略構成を示す断面図である。 図３は、リフローパターン形成装置による基板処理工程を示すフローである。 図４は、露光ユニットによる基板処理工程を示すフローである。 図５は、実施例の結果を示すグラフである。 図６は、ＴＦＴ形成におけるリフロー処理工程を説明するための基板断面図である。 図７は、図６の工程後、ＴＦＴ形成の処理工程を説明するための基板断面図である。

符号の説明

１ リフローパターン形成装置
２ カセットステーション
３ 基板処理部
４ 基板搬送部
５ リムーバユニット
６ 再現像ユニット
７ 露光ユニット
８ リフローユニット
９ 熱処理装置
１０ チャンバ
１１ 温調プレート
１２ 温調水流水路
１３ 温調器
１４ ガス供給口
１５ ガス排気口
１６ ガス供給管
１７ ガス濃度調整器
１８ ガス排気管
１９ 拡散スペーサ
２０ 均一化プレート
２１ 排気整流板
Ｇ 基板

Claims (3)

1. フォトレジストパターンを溶解し、新たなフォトレジストパターンを形成する基板処理方法であって、
   下地膜のエッチングマスクとして使用されたフォトレジストパターンの一部を再現像処理により除去するステップと、
   前記再現像処理により前記下地膜上に残存するフォトレジストパターンに露光処理を施し、該フォトレジストパターンを表面改質するステップと、
   前記表面改質されたフォトレジストパターンを溶剤雰囲気に曝して溶解し、所定エリアをマスクするステップとを実行することを特徴とする基板処理方法。
2. 前記フォトレジストパターンに露光処理を施すステップにおいて、
   露光光源に、ＵＶ光を用いることを特徴とする請求項１に記載された基板処理方法。
3. 前記フォトレジストパターンに露光処理を施すステップにおいて、
   少なくとも３００ｍｓｅｃの間、フォトレジストパターンに対し露光することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された基板処理方法。

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