JPH11295903A - レジストマスクの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジストを基板表面に塗布した後、露光し、
現像を行うにあたって、現像液中の溶存ガス例えば溶存
窒素が気泡となって現像液とレジスト膜の表面部との間
に介在し、現像欠陥になるという問題を解決する。 【解決手段】 露光後の基板に対し、レジスト膜の表面
部に、露光に用いられた光の波長よりも短い紫外領域の
光を例えば室温で１〜２秒照射し、レジスト膜の表面部
を疎水性から親水性に変え、その後現像工程を行う。レ
ジスト膜の表面部が親水性になると、現像液中の気泡が
付着しても浮上するので現像欠陥が起こらない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレジスト膜が形成さ
れた基板に対して露光及び現像を行うことによって所定
のパターンに対応したレジストマスクを形成する方法に
関する。

【０００２】

【従来技術】半導体ウエハ（以下ウエハという）の表面
に回路パターンを形成するためのマスクは、ウエハ表面
にレジストを塗布した後、光、電子線あるいはイオン線
などをレジスト面に照射し、現像することによって得ら
れる。このうち現像工程は、露光工程にて光等が照射さ
れた部分あるいは照射されない部分をアルカリ水溶液等
の現像液により溶解するものであり、ウエハ表面にノズ
ルから現像液を供給して液盛りを行い、ウエハを回転さ
せて現像液を広げると共に、新たな現像液を供給するこ
とによって液膜を形成するようにしている。この場合現
像液の供給は、現像液タンク内に窒素ガスを吹き込み、
その圧力によってノズルに現像液を送り出すようにして
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近では、現
像液がレジスト膜の表面部に触れたときに難溶性となる
ようなレジスト材料が用いられている。これは例えば露
光によって溶解性になった部位が現像液により溶解して
凹部が形成されるときに、残膜部分の肩の部分が崩れる
のを抑えて、肩の部分のいわば型持ちを良くし、これに
より微細なパターンを高精度に作り出すためである。

【０００４】このようなレジスト材料は疎水性が高い
が、そのために次のような問題が起こっている。即ちノ
ズルから現像液がウエハ表面に吐出したときにウエハと
の衝突により溶存窒素が気化してマイクロバブルなどと
呼ばれている微細な気泡が発生する。ところがレジスト
膜の表面の疎水性が高いため気泡がレジスト膜の表面に
付着し、この結果気泡が付着した領域は現像液とレジス
ト膜との接触が妨げられるので、現像不良となる。この
現像不良部位が例えばコンタクトホールに対応する部分
であれば、コンタクトホールが形成されないことにな
り、回路として重大な欠陥になってしまう。

【０００５】本発明は、このような事情の下になされた
ものでありその目的は、現像不良を防止することのでき
る技術を提供するこになる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のレジストマスク
の形成方法は、基板にレジスト膜を形成する工程と、こ
の基板に対して露光処理を行う工程と、次いでレジスト
膜の表面部を親水性にするレジスト改質工程と、その後
前記基板のレジスト膜に現像液を供給して現像し、レジ
ストマスクを得る工程と、を含むことを特徴とする。前
記基板のレジスト膜への現像液の供給は、例えば不活性
ガスによる圧力を現像液に加えてノズルから現像液を吐
出することにより行われる。

【０００７】現像工程では、現像液が基板に衝突して現
像液中の溶存ガス例えば窒素ガスが気泡になるが、この
発明によれば、レジスト膜の表面部が親水性になるの
で、この気泡が基板に付着せずに浮上する。このため現
像欠陥例えばコンタクトホ−ルへの気泡の付着を防止で
きる。前記レジスト改質工程は、例えばレジスト膜が剥
離しない程度の温度で、露光用の光の波長領域よりも短
い紫外領域の波長の光を照射して行われる。このように
紫外領域の波長の光を照射することによりレジスト膜の
表面部が親水性になる理由は、空気中の酸素が活性化さ
れてオゾンに変わり、このオゾンによる作用に基づくも
のと考えられる。

【０００８】またレジスト膜としては例えば化学増幅型
のレジスト膜を用いることができる。この場合、露光処
理を行った基板を加熱する加熱工程を含むが、レジスト
改質工程は、加熱工程の前に行うことが好ましい。この
ようにすれば、短波長の光の照射により発生したオゾン
により、レジスト膜の表面に付着したアンモニアやアミ
ンを分解できる効果も期待できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明のレジストマスクの
形成方法の実施の形態について説明するが、先ずはじめ
にこの方法を実施する装置の一例について述べておく。
図１は基板あるウエハに対してレジストの塗布、露光、
現像を行うための装置の全体概観図である。１はウエハ
カセットを搬入出するためのカセット搬入出ステージで
あり、例えば２５枚収納されたカセットＣが例えば自動
搬送ロボットにより載置される。搬入出ステージ１の奥
側には、例えば搬入出ステージ１から奥を見て例えば左
側には塗布、現像系のユニットが、右側には、加熱、冷
却系のユニットが夫々配置されている。

【００１０】塗布、現像系のユニットにおいては、例え
ば上段に２個の現像ユニット２１が、下段に２個の塗布
ユニット２２が設けられている。加熱、冷却系のユニッ
トにおいては、図２示すように加熱ユニット３１、冷却
ユニット３２及びこの実施の形態の特徴部分である改質
ユニット４などが上下に積み重ねて設けられており、こ
れら多段化された並びが前後に２列配置されている。な
お実際には加熱、冷却系のユニットの中には、疎水化処
理ユニットなども含まれるが、図示の便宜上記載してい
ない。

【００１１】また塗布、現像系ユニットと加熱、冷却系
ユニットとの間には、ウエハ搬送手段３３が設けられて
いる。このウエハ搬送手段３３は、例えば昇降自在、左
右、前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成
され、塗布、現像系ユニット、加熱、冷却系ユニット、
搬入出ステージ１及び後述のインターフェイスユニット
３４の間でウエハＷの受け渡しを行う。

【００１２】インターフェイスユニット３４は、塗布、
現像系ユニットや加熱、冷却系ユニットを含む上述の部
分をクリーントラックと呼ぶことにすると、このクリー
ントラックと露光装置３５との間に介在し、図示しない
搬送系により両装置の間でウエハの受け渡しを行う。

【００１３】ここで前記現像ユニット２１の構造の一例
について、図３を参照しながら簡単に説明しておく。図
中５１はカップであり、このカップ５１の中央部に駆動
部５２により昇降、回転できるように駆動軸５３が貫通
されている。駆動軸５３の頂部にはバキュームチャック
５４が設けられている。このチャック５４の上方には、
チャック５４に対向する位置とカップ５１から外れた位
置との間で移動可能に例えばウエハＷの直径の長さに対
応する長さの現像液ノズル５５が例えばアーム５６に保
持されて設けられている。このノズル５５には現像液供
給管５７が接続されており、この現像液供給管５７の基
端部は、現像液タンク５８の底部に突入されている。現
像液タンク５８の上部には、ガス供給管５９の一端が開
口しており、このガス供給管５９の基端側から不活性ガ
ス例えば窒素ガスが現像液タンク５８内に供給され、そ
のガス圧力により現像液の液面が押される。このため現
像液タンク５８内の現像液が現像液供給菅５７側に押し
出され、ノズル５５から現像液が吐出することになる。

【００１４】この現像ユニット２１においては、チャッ
ク５４が上昇して既述のウエハ搬送手段３３からウエハ
Ｗを受け取り、その後ノズル５５から例えばウエハＷの
直径に沿って現像液が液盛りされ、その状態でノズル５
５から更に現像液を吐出しながらウエハＷが半回転する
ことにより、ウエハＷの表面全体に現像液が塗布され
る。その後図示しない洗浄液ノズルからウエハＷ表面に
洗浄液が供給され、ウエハＷをスピンさせて液切りが行
われる。

【００１５】また前記改質ユニット４の構造について簡
単に述べると、改質ユニット４は、図４に示すように筐
体４１の底部にウエハＷを載置するための載置部、例え
ばウエハＷの裏面を局所的に指示する複数のサポート部
材４２が設けられると共に、サポート部材４２上のウエ
ハＷと対向するように例えば棒上の複数多本の紫外線ラ
ンプ４３が平行に配置されて構成されている。なお４４
は反射ミラーである。

【００１６】次いでこの実施の形態に係るレジストマス
クの形成方法について述べる。先ず外部からウエハＷが
収納されたウエハカセットＣが前記搬入出ステージ１に
搬入され、ウエハ搬送手段３３（図２参照）によりカセ
ットＣ内からウエハＷが取り出され、既述の加熱、冷却
ユニットにて疎水化処理が行われた後、塗布ユニット２
２にてレジスト液が塗布され、レジスト膜が形成され
る。レジスト液の塗布は、例えばチャックにウエハを保
持し、このチャックを回転させて遠心力によりレジスト
液を伸展させる、いわゆるスピンコーティングにより行
われる。レジスト膜が塗布されたウエハは加熱ユニット
３１で加熱された後インターフェイス３４を介して露光
装置３５に送られ、ここでパターンに対応するマスクを
介して露光が行われる。

【００１７】その後ウエハＷは前記改質ユニット４に送
られ、レジスト膜の改質が行われる。この改質工程は、
例えば２３℃の雰囲気下でウエハＷがサポート部材４２
の上に置かれ、紫外線ランプ４３から例えば１７２ｎｍ
の短波長の光（紫外線）がウエハＷ表面に例えば１〜２
秒間照射される。改質工程が行われたウエハＷは、加熱
ユニット３１で加熱された後、冷却ユニット３２で冷却
され、続いて現像ユニット２１に送られて既述のように
表面に現像液が塗布されて現像処理され、レジストマス
クが形成される。しかる後ウエハＷは搬入出ステージ１
上のカセットＣ内に戻される。以上の工程のうち主要な
部分について各工程の流れを示す工程図を図５に記載し
ておく。

【００１８】上述の実施の形態によれば、レジスト膜に
紫外線を照射しているのでレジスト膜の表面部が疎水性
から親水性に変わる。図６は紫外線の照射前後（改質工
程前後）における、レジスト膜表面部６１上の水滴６２
の状態を示す図である。図中角度θは、水滴６２の中心
とレジスト膜表面部６１上の水滴６２の外縁とを結ぶ線
（鎖線）がレジスト膜表面部６１に対してなす角度であ
り、このθを２倍した２θは接触角と呼ばれ、水滴の状
態を示す指標である。即ち接触角は表面が疎水性であれ
ば大きく、親水性であれば小さい。レジスト液として製
品名ｉｐ−３１００（東京応化社製；主な樹脂はノボラ
ック樹脂）を用いた場合、紫外線照射前の接触角２θは
６０度であったが、紫外線照射後は５度未満となり、こ
のことから紫外線の照射によってレジスト膜の表面部が
親水性に変わったことが分かる。なおレジスト液として
製品名ＤＵＶ−００７（東京応化社製；主な樹脂はポリ
ビニールフェノール）を用いた場合も同様の結果であっ
た。

【００１９】レジスト膜の表面部にて気泡が発生した場
合、一般に接触角が４５度以上であれば気泡が表面部に
付着し、４５度よりも小さいと気泡が表面部から離れて
浮き上がると考えられるが、上述の実施の形態では接触
角が極めて小さくなっている状態であるため、現像液が
ノズルからの吐出あるいはレジスト膜の表面部への衝突
の衝撃によって、溶存しているガス例えば窒素ガスが気
泡になって現われてレジスト膜の表面部に付着しても、
その気泡はレジスト膜の表面部から離れて浮き上がるの
で、本来現像すべき部位を気泡が覆って現像液との接触
を妨げるといったことがなく、このためコンタクトホー
ルなどの微細な部位も確実に現像することができ、現像
欠陥を防止することができる。なお現像液のガス供給路
の途中に脱気システムを組み込むことも試みられている
が、本実施の形態によれば、この脱気システムが不用で
ある。

【００２０】このように紫外線を照射することによって
レジスト膜の表面部を改質することができる理由は、紫
外線の照射により空気中の酸素が活性化されてオゾンが
生成され、レジスト膜の表面部の水素原子と反応して水
酸基が形成されることによると推測することができる。

【００２１】レジスト改質工程で用いられる光は、その
光りによって露光と同じ処理が行われないようにするた
め、露光工程で用いられる光の波長領域よりも短い波長
の紫外領域の光であることが必要である。また紫外線照
射時の温度は特に限定されるものではないが、あまり高
い温度例えば３００℃にもなるとレジスト膜が剥離して
しまうので、剥離が起こらない程度の温度で行うことが
必要である。

【００２２】ここで上述の実施の形態で説明した方法に
より、孔径０．８μｍのホールを配列したパターンに対
応するレジストマスクを形成したところ、全てのホール
が現像されたが、レジスト改質工程を行わずにレジスト
マスクを形成した場合には、図７に示すようにホールが
現像されない領域（黒丸の抜けている個所）が存在し
た。このことからレジスト改質工程が有効なことが裏付
けられる。

【００２３】更に本発明では、レジストとして化学増幅
型のレジストを用いた場合には、環境依存性を緩和でき
る、具体的にはアンモニアやアミンを除去するためのケ
ミカルフィルタのコストを低減できるかあるいは不用に
なることも期待できる。その理由については次の通りで
ある。即ち化学増幅型のレジスオは、露光することによ
り酸が生成し、この酸が加熱処理により拡散して触媒と
して作用し、レジスト材料の主成分であるベース樹脂を
分解したり分子構造を変えて現像液に対して可溶化する
ものである。

【００２４】このようなレジスト材料の具体例を挙げる
と、 （１）例えばポリビニルフェノールなどのポリマー中の
水酸基をアルキル基やシリル基でブロックし、酸により
このブロックを外してアルカリ可溶性を回復させる （２）ノボラック樹脂に溶解阻止作用を示す物資を混合
し、露光により生成した酸の触媒作用で溶解阻止成分を
分解、変性させて溶解性を復元または促進させる （３）酸発生剤、架橋剤及びベース樹脂によりレジスト
材料を構成し、酸触媒縮合反応により架橋剤がベース樹
脂を軟化（架橋）し、この架橋反応がアルカリ水溶液に
対する溶解性を著しく低下させる といったものが挙げられる。

【００２５】この種のレジストを用いた場合、空気中に
含まれている微量なアンモニアや壁の塗料などから発生
するアミンなどのアルカリ成分がレジスト表面部の酸と
接触し、このため酸による触媒反応が抑制され、パター
ンの形状が劣化するという問題がある。ここでレジスト
を加熱処理する前に上述の如く紫外線を照射すれば、レ
ジスト膜の表面部に付着しているアミンやアンモニアが
窒素酸化物に変わり、この結果酸による触媒反応が妨げ
られなくなると考えられる。

【００２６】以上においてレジスト改質工程は、紫外線
の照射に限らず、レジストの表面部を親水性にする手法
であれば他の方法例えばレジストの表面部にオゾンガス
を接触させる工程などであってもよい。なお処理の対象
となる基板はウエハに限らず液晶ディスプレイ用のガラ
ス基板であってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば露光工
程の後、現像工程を行う前にレジストの表面部を親水性
にしているため、現像液中の気泡がレジストの表面部に
付着したままになるという状態を避けることができ、こ
のため現像欠陥を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に形態に係る方法を実施する装置
の一例を示す概観図である。

【図２】上記装置の一部を示す略解側面図である。

【図３】現像ユニットの一例を示す断面図である。

【図４】レジスト改質ユニットの一例を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態に係る方法を示す工程図で
ある。

【図６】紫外線照射前後におけるレジストの表面部の状
態を示す説明図である。

【図７】レジスト改質工程を行わなかった場合に発生し
た現像欠陥を示す説明図である。

【符号の説明】

Ｗ 半導体ウエハ １ 搬入出ステージ ２１ 現像ユニット ２２ 塗布ユニット ３５ 露光装置 ４ レジスト改質ユニット ４２ 紫外線ランプ ５１ 固定カップ ５４ バキュームチャック ５５ ノズル ５８ 現像液タンク ６１ レジスト膜の表面部 ６２ 水滴

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板にレジスト膜を形成する工程と、 この基板に対して露光処理を行う工程と、 次いでレジスト膜の表面部を親水性にするレジスト改質
   工程と、 その後前記基板のレジスト膜に現像液を供給して現像
   し、レジストマスクを得る工程と、を含むことを特徴と
   するレジストマスクの形成方法。
2. 【請求項２】 基板にレジスト膜を形成する工程と、 この基板に対して露光処理を行う工程と、 次いで前記レジスト膜が剥離しない程度の温度で、露光
   用の光の波長領域よりも短い紫外領域の波長の光を照射
   して、レジスト膜の表面部を親水性にするレジスト改質
   工程と、 その後前記基板のレジスト膜に現像液を供給して現像
   し、レジストマスクを得る工程と、を含むことを特徴と
   するレジストマスクの形成方法。
3. 【請求項３】 基板のレジスト膜への現像液の供給は、
   ガスによる圧力を現像液に加えてノズルから現像液を吐
   出することにより行われることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のレジストマスクの形成方法。
4. 【請求項４】 レジスト膜は、化学増幅型のレジスト膜
   であることを特徴とする請求項１、２または３記載のレ
   ジストマスクの形成方法。
5. 【請求項５】 露光処理を行った基板を加熱する加熱工
   程を含み、 レジスト改質工程は、加熱工程の前に行うことを特徴と
   する請求項４記載のレジストマスクの形成方法。