JPH045258B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はレジストパターンの形成方法に関す
る。

〔発明の技術的背景〕

超LSIをはじめとして、半導体素子の集積度が
高まるにつれて微細にして、かつ高精度のパター
ン形成技術が要求されている。このため、許容さ
れる寸法精度は非常に厳しいものとなり、最先端
分野では６インチマスク或いは５インチウエハ内
で3σ≦0.1μm（但しσはウエハの平均寸法値に対
するばらつきを示す）の寸法精度が要求され始め
ている。また、量産ラインで使用されるためには
マスク間或いはウエハ間での寸法変動を3σ≦
0.15μmに抑えることが必要であり、一方量産効
果を高めるために、高感度のレジストが必要であ
ると共に、使用する露光装置（エネルギ照射装
置）に適合した感度にすべく感度制御が必要とな
る。

ところで、従来レジストパターンを形成するに
は次のような方法が採用されている。まず、被処
理板（例えばマスク基板）上にレジストを回転塗
布法や浸漬法により塗布する。つづいて、基板上
のレジスト膜を所定の温度（Tb）でオーブン或
いは熱板等の加熱手段で加熱する、いわゆるベー
クを行なう。所定時間ベーク後、レジスト膜付被
処理板を常温、常圧中で20〜30分間程度自然放冷
して室温程度まで冷却する。次いで、冷却後の基
板上のレジスト膜にそのレジストに応じた所定の
露光量で、露光を行ない、更に所定の現像、リン
ス処理を施してレジストパターンを形成する。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、従来方法では高感度のレジスト
は解像性が劣るために所望の寸法精度を得ること
が難しく、逆に高解像性を有するレジストは低感
度であるため、量産ラインで必要とする高スルー
プツトが得られない問題があつた。また、レジス
トの感度調整を同一レジストで行なうことが難し
く、露光条件上もプロセス上も制約された条件下
でしか使用できず、適切な条件下でのレジストパ
ターンを形成することができなかつた。また、プ
リベーク後の被処理板上のレジスト膜の感度に差
が生じ、高精度のレジストパターンの形成が困難
であつた。

〔発明の目的〕

本発明はレジストの感度の安定化を図り、かつ
任意の感度条件を選定することを可能とし、もつ
て高精度のレジストパターンを再現性よく形成し
得る方法を提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明者らは従来方法による被処理板のレジス
トパターンの寸法の差意について鋭意研究した結
果、プリベーク後、レジスト膜が被覆された被処
理板を自然冷却により冷却するため、例えば被処
理板を立置きした場合、第１図に示す如く異なる
等温線T₁，T₂，T₃（T₁＞T₂＞T₃）が生じること
に起因することを究明した。但し、第１図は被処
理板の冷却中におけるある時間の状態を示し、時
間経過に伴なつて刻々と変化する。事実、第１図
図示の等温線をもつ被処理板上のレジスト膜を露
光、現像処理した後のレジストパターンの寸法分
布を精密に測定した結果、寸法分布と温度分布に
強い相関達係があることがわかつた。

更に、前記被処理板の自然放冷時において、被
処理板を立置きにした場合の冷却速度は第２図に
示す如く冷却曲線Ａのような冷却速度で冷却され
る上部と、冷却曲線Ｂのような冷却速度で冷却さ
れる下部とが生じることを究明した。事実、第２
図図示の曲線Ａで冷却された被処理板上のレジス
ト膜部分の感度について調べたところ、第３図に
示す如く曲線A′の感度特性を示し、同様に第２
図図示の曲線Ｂで冷却された被処理板上のレジス
ト膜部分の感度は、同第３図図示の曲線B′の感
度特性を示し、冷却速度と感度特性が強い相関関
係があり、これが寸法の差意を生じさせる原因で
あることがわかつた。

以上の事から、従来技術では冷却過程での冷却
速度を制御していないため、冷却条件により感度
がふらつき、それが高感度のレジストパターンの
形成を困難にしている原因であることがわかつ
た。

そこで、本発明者らはレジストの感度特性がベ
ーク後の冷却速度に相関すると共に、その冷却速
度むらにより感度のばらつきを生じることを踏え
て、レジストを塗布した被処理板をチヤンバ内に
水平に配置し、該レジストに応じた温度でベーク
（プリベーク）した後、前記チヤンバ内の上部に
水平に配置した受熱体を用いて放射熱伝達のみで
被処理板のレジスト膜を均一冷却した。その結
果、露光、現像工程において感度の安定化が図ら
れ、かつ受熱体として異なる吸収係数を有する材
料を用いることにより同一レジストの感度制御が
可能となり、ひいては高精度のレジストパターン
を再現性よく量産的に形成し得る方法を見い出し
た。

すなわち、本発明は被処理板上にレジストを塗
布し、ベークした後冷却し、所定波長域の電磁波
或いは所定エネルギーの粒子線の選択照射（露
光）、現像処理を施してレジストパターンを形成
する方法において、前記レジスト塗布後の被処理
板をチヤンバ内に水平に配置し、所定の条件でベ
ークした後、前記チヤンバ内の上部に水平に配置
した受熱体を用いて放射熱伝達のみで前記被処理
板上のレジスト膜を均一冷却せしめることを特徴
とするものである。

上記被処理板としては、例えばマスク基板、ウ
エハ或いは該ウエハ上に各種の半導体膜、絶縁膜
もしくは金属膜を被覆したもの等を挙げることが
できる。

上記レジストとしては、例えばフオトレジス
ト、遠紫外線感応レジスト、電子線感応レジス
ト、Ｘ線感応レジスト、高加速Ｘ線感応レジス
ト、イオンビーム感応レジスト等を挙げることが
できる。

上記受熱体としては、処理温度が長波長域に主
要範囲があり、またプリベーキング温度180℃で
あるため、酸化アルミニウム、酸化黄銅、粗い酸
化鋼などが好ましい。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第４図は本発明のレジストパターン形成工程に
用いられる加熱・冷却装置の概略図、第５図は第
４図の装置の要部拡大断面図である。図中の１は
底部を除く壁体が断熱材料で形成されたチヤンバ
であり、このチヤンバ１の底部には薄いガラス板
２が設けられている。このチヤンバ１内の上壁に
は冷却媒体、例えば水が流通する偏平状の中空体
３が水平に配置されており、かつこの中空体３の
両端は冷却配管４ａ，４ｂを介して冷却流体リザ
ーバ５に連結されている。なお、入側の冷却配管
４ａにはポンプ６が介装されている。また、前記
中空体３の下面には吸収率〜90％の酸化アルミニ
ウムからなる受熱板７が水平に設けられている。
更に、前記チヤンバ１の左側壁にはバルブ８₁を
介装したリーク用配管９が連結されており、かつ
同チヤンバ１の右側壁にはバルブ８₂を介装した
吸引配管１０が連結されている。この吸引配管１
０の他端は真空ポンプ１１に連結されている。前
記チヤンバ１底部のガラス板２には上下動可能で
該ガラス板２と密接乃至離間するホツトプレート
１２が配設されている。

次に、前記加熱冷却装置を用いてレジストパタ
ーンの形成方法を説明する。

まず、ブランクマスク上にガラス転移速度
（Tg）＝100℃のEBレジスト（ポリメチルメタク
リレート）を転回塗布して厚さ0.6μmのレジスト
膜を形成した。つづいて、第４図及び第５図に示
す如くブランクマスク１３を該マスクと同材質の
カセツト１４に収容した状態で、同カセツト１４
をチヤンバ１のガラス板上にレジスト膜が上面側
となるように水平にセツトした。ひきつづき、バ
ルブ８₁を閉じ、バルブ８₂を開き、真空ポンプ１
１を作動してチヤンバ１内のガスを排気して真空
度を10^-4torr程度とした後、ホツトプレート１２
のヒータを加熱してブランクマスク１３上のレジ
スト膜を180℃、１時間プリベークした。プリベ
ーク終了後、直ちにホツトプレート１２を下方に
移動させてガラス板２に対して離間させた後、ポ
ンプ６を作動して冷却流体リザーバ５内の水を冷
却配管４ａ、中空体３、冷却配管４ｂを通して循
環させて、中空体３下面の受熱板７を十分に冷却
した。この時、チヤンバ１内は高真空状態に保た
れているため、受熱板７によつて放射熱伝達のみ
でブランクマスク１３上のレジスト膜が均一に冷
却された。ブランクマスク１３上のレジスト膜の
表面温度がそのTgより低くなつた時に、バルブ
８₁を開いてリーク用配管９を通してN₂ガスを10
分間程度供給した後、カセツト１４と共にブラン
クマスク１３をチヤンバ１から取り出した。次い
で、加速電圧200keVの電子ビームによる露光
（露光量4μc／cm²）、MIBKの現像液（（液温25℃）
での13分間の現像処理、1AAのリスス液（液温
25℃）での30分間のリンス処理を施してブランク
マスク上にレジストパターンを形成した。

しかして、本実施例の方法及びプリベーク後自
然放冷した以外実施例と同様な方法（比較例）に
より形成されたレジストパターンについて調べ
た。その結果、比較例ではブランクマスクの面内
での感度のばらつきにより、目的とする高精度の
レジストパターンの形成が困難であつた。これに
対し、前述した加熱冷却装置によりレジスト膜の
プリベーク、均一冷却が施された本実施例の場合
はブランクマスクの面内での感度均一化により目
的とする高感度のレジストパターンを形成するこ
とができた。

また、本実施例において、受熱体として吸収率
の異なる材料を用いて放射熱伝達のみでブランク
マスク上のレジスト膜の均一冷却を行なうことに
よつて、感度の安定化と共に、レジスト膜の感度
を8μc／cm²〜0.5μc／cm²の範囲で変化させることが
できる。

なお、上記実施例では冷却流体リザーバ内の冷
却媒体として水を用いたが、この代りに他の冷却
液体、或いは冷却した窒素ガス、アルゴンガス又
はフロンガス等を用いてもよい。

また、本発明方法は第４図及び第５図図示の加
熱冷却装置を用いてプリベーク、均一冷却を行な
う場合に限定されない。例えば第６図に示す如く
底部に搬送ベルト１５が配置された偏平型のチヤ
ンバ１′内の上部は受熱板７を水平に配置し、チ
ヤンバ１′内にカセツト１４と共にセツトしたブ
ランクマスク１３表面のレジスト膜と前記受熱板
７との距離ｄが７mm以下と近接して配置できるよ
うな構造の加熱冷却装置を用いてもよい。こうし
た加熱冷却装置より、カセツト１４のブランクマ
スク１３のレジスト膜をホツトプレート１２によ
る加熱によつてプリベークした、ホツトプレート
１２を下方に移動させた後、中空体３内に水を流
通させて受熱板７を冷却すれば、プリベークされ
たブランクマスク１３上レジスト膜は受熱板７に
対して７mm以下と著しく近接して配置しているた
め、チヤンバ内を高真空状態にしたのと同様、放
射熱伝達のみでレジスト膜が冷却され、その結果
均一冷却がなされる。つまり、第６図図示の装置
ではチヤンバ１′内を高真空にするための真空ポ
ンプを付設せずに均一冷却を行なうことができ
る。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明によればレジストの
感度の安定化を図り、かつ任意の感度条件を選定
することを可能とし、もつて高精度のレジストパ
ターンを再現性よく形成し得る方法を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はプリベーク後の被処理板を立置きにし
て自然放冷した時の温度等溝線を示す図、第２図
はプリベーク後の被処理板を立置きにして自然放
冷した時の冷却過程を示す特性図、第３図は第２
図図示の異なる冷却過程のレジスト部分における
露光量と膜厚残存率の関係を示す特性図、第４図
は本発明の実施例で用いた加熱冷却装置の一形態
を示す概略図、第５図は第４図の装置の要部拡大
断面図、第６図は本発明方法に用いられる加熱冷
却装置の他の形態を示す要部断面図である。 １，１′…チヤンバ、３…偏平状の中空体、５
…冷却流体リザーバ、７…受熱板、１１…真空ポ
ンプ、１２…ホツトプレート、１３…ブランクマ
スク、１４…カセツト、１５…搬送ベルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被処理板上にレジストを塗布し、ベークした
   後冷却し、所定波長域の電磁波或いは所定エネル
   ギーの粒子線の選択照射、現像処理を施してレジ
   ストパターンを形成する方法において、前記レジ
   スト塗布後の被処理板をチヤンバ内に水平に配置
   し、所定の条件でベークした後、前記チヤンバ内
   の上部に水平に配置した受熱体を用いて放射熱伝
   達のみで前記被処理板上のレジスト膜を均一冷却
   せしめることを特徴とするレジストパターンの形
   成方法。