JPH0142624B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の属する技術分野〕 本発明は、レジストの感度を向上させパターン
形成の高速化を図つたレジストパターンの形成方
法に関する。 〔従来技術及びその問題点〕 超LSIをはじめとして、半導体素子の集積密度
が大きくなるにつれて、微細にして且つ高精度な
パターン形成技術が要求されている。 一方、このようなパターン形成技術が量産ライ
ンで使用されるためには高速性が必要であり、よ
り高感度なレジストが期待されている。 第１図は従来技術によるレジストパターン形成
プロセスを示すブロツク図である。先づ被処理基
板上にレジストをスピン塗布後、溶媒を除去し、
基板との密着性を向上させるために基板をオーブ
ン内に置いてレジストに応じた所定の温度Tbで
ベーキング（プリベーク）を行なう。この後、オ
ーブンから取り出されたレジスト膜付被処理基板
を清浄な大気中で支持台上に立てて自然放冷する
ことにより、室温程度迄20〜30分かけて冷却す
る。冷却の完了したレジスト膜付被処理基板に対
して、レジストの種類に応じた所定の照射量で所
定波長域の電磁波、例えば紫外光あるいは所定エ
ネルギーの粒子線、例えば電子線を選択的に照射
して露光する。その後、現像・リンス処理工程を
経て所望のレジストパターンが形成される。上記
レジストの自然放冷工程に於ける被処理基板の温
度変化の様子を第２図に示す。第２図により従来
はレジスト膜付被処理基板が非常に緩やかな曲線
を描いて冷却されていることが理解できる。 ところで発明者等がレジストの冷却速度とレジ
ストの感度の関係について着目し、種々試験、研
究を重ねた結果、従来のプロセスにより長時間か
けて徐冷されたレジストの感度は低いが、レジス
トをプリベーク後急速に冷却したレジストの感度
は飛躍的に向上することを見い出した。 〔発明の目的〕 本発明の目的とするところはレジストの電磁波
もしくは粒子線照射に対する感度を向上させ、レ
ジストパターン形成に要する時間を短縮化したレ
ジストパターンの形成方法を提供するものであ
る。 〔発明の概要〕 本発明によるレジストパターン形成プロセスの
概要を第３図に示す。先づ被処理基板上にレジス
トを塗布した後、レジストをベーキング（プリベ
ーク）する。ここ迄は従来の工程と同様である。
次に前記レジストを急速に冷却し、その後、レジ
ストに対して所定波長域の電磁波あるいは所定エ
ネルギーの粒子線を選択的に照射し、それを現
像・リンス処理することによりレジストパターン
を形成するものである。 尚、前記レジストの急速冷却を、0.8℃／秒以
上の最大冷却速度で行なうことがレジスト感度の
十分な向上に適している。さらにレジストの急速
冷却は、このレジストに対して溶解もしくは反応
を生じない液体又は気体により行なうことが望ま
しい 〔発明の効果〕 本発明によれば、レジストの電磁波もしくは粒
子線照射に対する感度を飛躍的に向上させること
ができる。 本発明では感度向上による露光時間の短縮に加
え、従来プリベーク後長時間かけていたレジスト
冷却プロセスを急冷にすること自体による時間短
縮により、プリベーク後露光終了迄の時間を大幅
に短縮化することが可能となる。例えば、従来１
時間当り10枚程度の処理速度であつたのを１時間
当り300枚程度に増やすことができ作業能率が大
幅に向上する。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例について具体的に説明す
る。 先づ、第３図に示された本発明によるレジスト
パターン形成プロセスに従つて次の実験を行なつ
た。回転台に載置された被処理基板上に溶媒に溶
かされた種々なレジストを噴出ノズルより滴下し
て周知のスピン塗布法により所定膜厚塗布した。
その後、前記レジスト膜をオーブンによりベーキ
ング（プリベーク）した。プリベーク完了後、レ
ジスト膜を前記基板と共に例えば冷却液としての
常温の純水を入れた水槽中に一気に浸漬する等し
て急速冷却した。この場合、レジスト膜がプリベ
ーク温度から常温近く迄温度低下するのに第４図
に示す特性を示した。ここでレジストの温度はレ
ジストに熱電対を接触させて測定した。 次にレジスト膜付の基板を回転台に載置してス
ピン乾燥した。十分乾燥したレジスト膜に対し、
加速電圧20kVで電子線を照射し、更にそれを現
像・リンス処理した結果、次表の通り、従来方法
と比べて飛躍的なレジスト感度の向上を達成する
ことが確認された。

【表】 上記表１に於ける感度は、第５図に示す露光量
と現像後の残余レジスト膜厚の関係を示す感度曲
線より求められた。曲線１は、従来例、曲線２は
本発明の場合の感度曲線を示している。 第６図は、上記表１のデータを用いてレジスト
の冷却速度を変化させた場合のレジスト感度の変
化の様子を示した特性曲線図である。曲線１はレ
ジストＣを用いた場合で、曲線２はレジストＤを
用いた場合である。この図から明らかなように、
レジストの最大冷却速度が0.8℃／秒以上の急冷
であれば従来と比べ大幅な感度向上が達成でき
る。特に冷却速度が10℃／秒以上では従来と比べ
数倍以上の感度向上を達成できる。 尚、本発明の主眼は、プリベーク後のレジスト
膜温度がレジストのガラス転移温度Tgを通過し
てそれより低くなる迄急速に冷却することにあ
り、その冷媒や冷却手段並びにその後の乾燥方法
等については、特に上述した実施例に限定される
ものではない。例えば冷媒としては、純水以外
に、レジストに対して溶解もしくは反応を生じな
い液体もしくは気体を用いることができる。その
場合、できる限り比熱の大きな材料を選択すると
効果的である。適合する冷媒として液体フロン、
低温の窒素ガス、フロンガス等がある。又、レジ
ストの種類や、レジスト膜が被着される基板材
料、レジストの溶媒、現像液、プリベーク温度等
についても上述した実施例に限定されるものでは
なく、公知の種々な材料及び温度について高感度
が達成されることが確認された。即ち、ポジ型の
みならずネガ型のレジストについても本発明は適
用される。レジストの露光方法についても、上述
した電子線以外に光線、Ｘ線、イオンビーム等の
所定エネルギーの粒子線や所定波長域の電磁波を
用いて同様な結果が得られる。 次に本発明方法を実施するのに適合する装置の
一例について第７図を参照して説明する。第７図
の装置は、基板に対するレジスト塗布から露光前
迄の一連の工程を全自動で行うものである。 先づレジストが塗布されるべき基板１が真空チ
ヤツク２によりスピン塗布用回転試料台３上に置
かれる。上方の噴出ノズル４から溶媒に溶解した
レジストが滴下され、基板が回転され基板１上に
レジスト膜が形成される。次に基板１は真空チヤ
ツク２によつてベルトコンベア５上に載置されプ
リベーク用オーブン６内に導入される。オーブン
６の室内にはプリベークの為のヒーター７が設け
られ、又ヒーター７の下方には基板１の搬送用の
低速ベルトコンベア８も設けられている。ベルト
コンベア５により搬送された基板１はオーブン６
内に入るとベルトコンベア８に移され、このベル
トコンベア８によりゆつくりとオーブン６内に通
過しヒーター７により所定時間、所定温度でプリ
ベークされる。プリベークの終了した基板１はベ
ルトコンベア９へ移されさらに搬送され急速冷却
機構１０へ導入される。即ち、ベルトコンベア９
により搬送されてきた基板１は、上下・左右に移
動可能な搬送機構１１に移され冷却槽１２内の液
体冷媒である純水１３に浸漬され、急速冷却され
る。冷却された基板１は搬送機構１１によりベル
トコンベア１４に移され、スピン乾燥用回転試料
台１５上に載置される。試料台１５の回転により
乾燥した基板１は真空チヤツク１６によりベルト
コンベア１７に移され搬出される。こうして得ら
れたレジスト膜付の基板１は所定の露光工程及び
現像・リンス処理工程を経てパターン形成され
る。４０及び４１はレジストの温度を測定する為
の熱電対である。温度測定には赤外線放射温度計
をもちいることもできる。 尚、急速冷却機構１０としては、第７図の浸漬
式に限定されることなく、例えばスプレー式、シ
ヤワー式あるいは冷却プレート式等種々変形実施
が可能である。 第８図はスプレー法による急速冷却機構を示し
ており、基板１を回転試料台２０に載置し、回転
駆動しつつ、上方の噴出ノズル２１から液体又は
気体の冷媒を吹き付けるものである。冷却された
基板１は真空チヤツク２２により移送される。 第９図はシヤワー式の急速冷却機構を示してお
り、ベルトコンベア９により搬送されてきた基板
１を多孔式の冷却装置２３の冷却室２４内にある
低速ベルトコンベア２５に移し、液体冷媒室２６
に溜められた冷媒２７を隔室２８の多孔ノズル２
９から噴出するものである。冷却された基板１は
ベルトコンベア１４に移され回転試料台１５によ
り乾燥され、その後真空チヤツク１６によりベル
トコンベア１７へ移され搬送される。冷媒２７と
して気体を用いることもできる。その場合回転試
料台１５は不要となる。 第１０図は、冷却プレート式の急速冷却機構を
示している。基板１がベルトコンベア３１により
搬送されている間、上方の基板１に近接する冷却
プレート３２により急速冷却されるようになつて
いる。尚、ベルトコンベア３１を止めて冷却プレ
ート３２を基板１に接触させてもよい。 以上述べた第７図〜第１０図により説明した装
置による基板１の急速冷却に於いては、レジスト
膜の冷却を全体として均一な温度で行なうことが
可能であり、レジストの感度向上のみならず形成
パターンの精度も非常にすぐれたものが得られ
る。 即ち、発明者等が従来技術により基板を支持台
上に立てて自然放冷し、このような自然放冷中の
被処理基板（レジスト膜）のある時点に於ける全
面の温度分布を赤外線放射温度計により調べた結
果、被処理基板１の上方中央部では温度が高く、
冷え難く、その下方及び周辺部では温度が低くな
り冷却されやすいことが判明した。このような温
度分布が生じる理由としては、自然放冷中被処理
基板が支持台上に立てられる為、熱放散による自
然対流が基板面に沿つて上方向に起こり易いこと
及び基板底部が支持台により熱を奪われ易いこと
が考えられる。 更に発明者等が、基板（レジスト膜）の温度分
布とパターン精度の関係について着目し、いくつ
かの温度測定点に於いて形成パターンの寸法を測
定した所、本来それぞれ同一寸法であるべきパタ
ーンが少しずつ異なつており、基板（レジスト
膜）の温度分布と形成されるパターンの寸法分布
が極めて対応することが確認され、第７図〜第１
０図に示すように基板（レジスト膜）を温度分布
が均一な状態で温度降下させるとパターン寸法に
むらが少くなり精度が向上することが見い出され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレジストパターン形成工程を概
略的に示すブロツク図、第２図は従来工程に於け
るプリベーク後の被処理基板の温度変化の様子を
示す特性図、第３図は本発明によるレジストパタ
ーン形成工程を概略的に示すブロツク図、第４図
は本発明に於けるレジスト急速冷却による被処理
基板の温度変化の様子を示す特性図、第５図は従
来及び本発明によるレジストパターン形成方法に
於ける感度曲線図、第６図は本発明によるレジス
ト冷却速度と感度の関係を示す特性図、第７図は
本発明方法の実施に適合する装置の一例を示す配
置図、第８図乃至第１０図は急速冷却機構の各変
形例を示す説明図である。 １……基板、４……レジスト噴出ノズル、６…
…オーブン、５，８，９，１４，１５，２５，３
１……ベルトコンベア、１１……搬送機構、１２
……冷却槽、３，１５，２０……試料回転台、２
１……冷却噴出ノズル、２３……冷却装置、３２
……冷却プレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上にレジストを塗布した後、前記レジス
   トをベーキングし、所定波長域の電磁波あるいは
   所定エネルギーの粒子線を前記レジストに選択的
   に照射し、現像処理することによりレジストパタ
   ーンを形成する方法に於いて、前記レジストのベ
   ーキング後でかつ前記電磁波あるいは粒子線の照
   射前に、前記レジストを該レジストに対して溶解
   もしくは反応が生じない液体又は気体により、最
   大冷却速度0.8℃／秒以上で冷却することを特徴
   とするレジストパターンの形成方法。 ２ 液体は、水もしくは液体フロンであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載したレジ
   ストパターンの形成方法。 ３ 気体は、低温の窒素ガスもしくはフロンガス
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載したレジストパターンの形成方法。 ４ 液体又は気体は、浸漬法、スプレー法もしく
   はシヤワー法によりレジストに接触せしめられる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載し
   たレジストパターンの形成方法。 ５ レジストの冷却は、レジスト又は基板に対し
   冷却プレートを前記レジスト又は基板に接触もし
   くは近接させることにより行なわれることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載したレジスト
   パターンの形成方法。