JPS60117626A - レジストパタ−ンの形成方法及びレジスト処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は、パターン精度を向上させたレジストパターン
の形成方法及びそれを実現するためのレジスト処理装置
に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 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かつ高精度なパターン形成技
術が要求されている。この為、許容される寸法精度は非
常に厳しいものとなり、６インチマスク或いは５インチ
ウェハではパターン寸法の最大偏差値が０．１［μ■］
以下の寸法精度が要求され始めている。

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
を示す流れ作業図である。先づ、被処理基板上にスピン
塗布法により所望の膜厚にレジストを塗布する。次に、
塗布溶媒を除去し、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の種類に応じた所
定の温度（Ｔｂ）でベーキング（プリベーク）を行う。

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。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、例えば紫外光或いは所定エネルギ
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。

ところで、本発明者等が上述した自然放冷中の被処理基
板くレジスト膜）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、第２図に示す通り
であった。即ち、被処理基板の上方中央部（Ａ点）では
温度が高く冷え難く、その下方及び周辺部（Ｂ点、０点
）では温度が低くなり、冷却され易いことが判明した。

なお、図中の曲線は等混線である。

第３図は更に上記各点Ａ、Ｂ、Ｃの時間経過に対する温
度変化の様子を示しており、曲線Ｐ、Ｑ。

Ｒは点Ａ、Ｂ、Ｃに対応する特性である。Ａ点とＢ点の
最大温度差が１５［℃］程度、Ａ点と０点の最大温度差
が３０［’Ｃ］程度であった。このような温度分布が生
じる理由としては′、自然放冷生処理基板が支持体上に
立てられる為、熱放散による自然対流が基板面に沿って
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、本発明者等が基板（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、温度測定点Ａ、Ｂ、
Ｃ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（２μｍ）であるべきパターンが各々Ｂ点
に於いて０．１［μｍ　］Ｃ点に於いて０．２［μｍ］
程度の誤差が生じており、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４図に示すようにレジストのガラス転
移温度Ｔｇを越える温度でベークした後、基板（レジス
トｖＡ）の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なく精度が向上することが見い出
された。

また、本発明者等の更なる鋭意研究によれば、従来のプ
リベーク−自然放冷を経たレジストでも、パターン露光
後で現像処理の前に、該レジストのガラス転移温度ＴＱ
を越える温度でベークを行ない、その後第４図に示すよ
うなレジスト膜付基板の温度分布が均一な状態で冷却さ
せると、現像処理後のパターン寸法精度が大幅に向上す
ることが判った。又、基板へのレジスト膜塗布、プリベ
ーク、パターン露光までのレジスト膜の熱履歴がどのよ
うな場合であっても、現像前に改めてレジスト膜付基板
を上記の如くベークし、均一な冷却を施せば、現像処理
後に寸法精度の高いレジストパターンが得られることも
判った。

［発明の目的］ 本発明の目的は、レジストの感度を基板面内で安定化さ
せることができ、電磁波若しくは粒子線照射及、び現像
処理により形成されるレジストパターンの高精度化をは
かり得るレジストパターンの形成方法及びそれを実現す
るためのレジスト処理装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、基板上にレジスト膜を塗布形成し、プリベー
クしたのち所定波長の電磁波或いは所定エネルギーの粒
子線を上記レジストに選択的に照射して所望のレジスト
パターンを露光し、その後現像処理することによりレジ
ストパターンを形成するレジスナバターンの形成方法に
おいて、前記露光後で前記現像処理の前に、前記レジス
ト膜を該レジストのガラス転移温度以上の温度に加熱し
てベータし、しかるのち、前記レジスト膜を全体として
均一な温度分布を保持した状態で冷却するようにした方
法である。

また本発明は、上記方法を実現するためのレジスＩ・処
理装置を、所望パターンが露光された基板上のレジスト
膜を該レジストのガラス転移温度以上の温度に加熱して
ベークするベーク機構と、上記ベークされたレジスト膜
を該レジスト膜全体に亙って均一に冷却する冷却機構と
、上記ベータ機構が冷却ＩＩ構に前記基板を搬送する搬
送機構とで構成するようにしたものである。

即ち本発明によるレジストパターン形成プロセスでは、
まず第５図に示す如く被処理基板上にレジストを塗布し
た後、レジスト膜をベータ（プリベーク）し冷却する。

続いて、所定のパターン露光を行なう。ここ迄は従来の
工程と同様である。

次に、前記レジスト膜を該レジストのガラス転移温度以
上の温度で所定の時間ベークし続いて冷却処理を行なう
のであるが、この冷却処理はレジスト膜全体に均一な温
度分布を持たせながらその温度を低下させることにより
行なう。その後、所定の現像・リンス処理を行なうこと
によりレジストパターンを形成する。

［発明の効果］ 本発明によれば、被処理基板上全体に亙りレジスト膜の
感度を安定化させることができる。このため、レジスト
パターンの寸法のばらつきが少なくなりパターン精度を
大幅に向上させることができる。　− ［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５図に示された本発明によるレジストパターン形成
プロセスに従って、次の実験を行なった。

回転台に載置されたクロムを蒸着したガラス基板上に、
溶媒に溶かされたレジストとしてポリ２゜２．２−トリ
フルオロエチル−α−クロロアクリレートを噴出ノズル
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、レジスト膜をオーブンにより２００　［℃
］で３０分間ベーキングくプリベーク）した、次いで、
前記レジスト膜に対して加速電圧２０　［Ｋｅ　Ｖ］で
電子線を選択的に照射した。続いて、電子線照射後のレ
ジスト膜（レジスト膜付ガラス基板）を前記レジストの
ガラス転移温度Ｔｏ〜１３３［’Ｃ］を越える１８０［
℃］で３０分間オーブンにてベーク（現像前）ベークし
た。現像前ベーク完了後１、レジスト膜付ガラス基板を
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
してガラス転移温度を通過、して均一冷却した。この場
合、第４図に示すようにレジスト膜がプリベーク温度か
ら常温近く迄温度が低下する間に第２図のＡ、Ｂ、Ｃの
各点に相当する箇所の温度が曲１ｉ１Ｐ、Ｑ、Ｒのよう
に均一に低下した。

次にレジスト膜付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をメチルイソブチルケトン
：イソブ口ビルアルコール−７：３の現像液により２５
［’Ｃ］で１０分間現像処理し、続いてイソプロピルア
ルコールにより２５［’Ｃ］で３０秒間リンス処理した
。その結果、基板上のレジストパターン寸法の最大偏差
値が０６１［μｎ＋］以下という高精度のパターンを形
成することができた。

また、レジストの種類としてポリメチルメタクリレート
を用いた場合に於いても上記実施例と同様に０．１［μ
ｍ］以下の最大偏差値で高精度なパターンを形成するこ
とができた。更にフォトレジストやＸ線レジストについ
ても従来プロセスに比しパターン精度が大幅に向上する
ことが確認された。

尚、本発明の主眼は、現像前ベーク後のレジスト膜の冷
却を膜全体として等しい温度で均一に温度低下させるこ
とにあり、その冷却速度は任意に選択できるし、その冷
媒や冷却手段並びにその後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若しくは反
応を生じない液体或い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
等についても上述した実施例に限定されものではなく、
公知の種々の材料、溶媒、現像液を用いた場合でも上記
実施例の如き高精度のパターンが達成されることが確認
された。

又、現像前ベータ温度は、任意に選ぶことができるが、
レジストのガラス転移温度Ｔ（＋を越えておれば（勿論
レジストの分解温度よりも低く設定することは言及する
までもないが）、パターン精度の向上が安定して達成さ
れることが確認された。

レジストの露光方法についても、電子線、光線、Ｘ線以
外にイオンビーム等の所定エネルギーの粒子線や所定波
長域の電磁波等を用いても同様の結果が得られる。

次に本発明の方法を実施するのに適合するレジスト処理
装置の一例について第６図を参照して説明する。第６図
の装置は露光後のレジスト膜（レジスト膜付基板）をベ
ークし然る後冷却する工程を全自動で行なうものである
。

先ず、露光後のレジスト膜付基板１が、予めカセット２
ａに収納されており、所定の搬送シーケンスの下にベル
トコンベア３ａ上に載置されべ一り用オーブン４内に順
次導入される。オーブン４の空白にはベークのためのヒ
ーター５が設けられ、又ヒーター５の下方にはレジス］
・膜付基板１の搬送様の低速ベルトコンベア３ｂが設け
られている。

ベルトコンベア３ａによって搬送された基板１はオーブ
ン４内に入るとベルトコンベア３ｂに移され、このベル
トコンベア３ｂによりゆっくりとオーブン４内を通過し
ヒーター５によって所定時間、所定温度でベークされる
。前記ベークの終了した基板１はベルトコンベア３０へ
移されさらに搬送され冷却機構６へ導入される。即ち、
−ベルトコンベア３Ｃ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７に移され冷却層８内の
液体冷媒である純水９に浸漬され、均一冷却される。冷
却された基板１は搬送機構７によりベルトコンベア３ｄ
に移され、スピン乾燥用回転試料台１０上に載置される
。試料台１０の回転により乾燥した基板１は、真空チャ
ック１１によりベルＩ・コンベア３ｅに移され搬送され
てカセット２ｂに順次収納される。このようにして得ら
れたレジスト膜付基板１に所定の現像・リンス処理を施
してレジストパターンが形成される。なお、１２ａ及び
１２ｂはレジスＩ・膜の温度を測定するための熱電対で
ある。温度測定には赤外線放射温度計を用いてもよい。

後者の場合には、非接触状態で基板温度を正確にめるこ
とかで−きる。

尚、冷却機構６としては、第６図の浸漬式に限定される
ことはなく、例えばスプレー式、シャワ一式あるいは冷
却プレート式等種々変形実施が可能である。

第７図はスプレー法による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は真空チャック２２により
移送される。

第８図はシャワ一式の冷却機構を示しており、ベルトコ
ンベア３０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を隔壁２
８の多孔ノズル２９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３ｄに移され回転試料台１０
により乾燥されその後真空チャック１１によりベルトコ
ンベア３ｅへ移され搬出される。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１０及び真空
チャック１１は不要となる。

第９図は、冷却プレート式の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により均一に冷
却されるようになっている。

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。

更に簡便な均一冷却方法として、第６図に於いて搬送機
構７に載置されたレジスト膜付の基板１を、冷却層８に
入れること無く、破線で示す位置で基板１を平置きして
空中放冷することによってもよい。この場合、従来のよ
うに支持台上に基板を立てることによる基板に沿った上
方への気流が生じないのでレジスト膜の温度分布が均一
となる。

この例の場合、温度が均一でかつ清浄なエアーフローを
適用すると均一冷却の効果をあげることができる。

【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
す流れ作業図、第２図は従来工程に於けるプリベーク後
の被処理基板の各点の温度変化の様子を等温曲線で示す
模式図、第３図は同温度変化の様子を時間対温度曲線で
示す特性図、第４図は本発明におけるレジスト均一冷却
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
示す流れ作業図、第６図は本発明方法の実施に適合する
レジスト処理装置の一例を示す配置図、第７図乃至第９
図はそれぞれ均一冷却ｔｌ＠の変形例を説明するための
図である。 １・・・レジスト膜付基板、２ａ　、２ｂ・・・カセッ
ト、３８〜３ｅ・・・ベルトコンベア、ン・・・オープ
ン、５・・・ヒーター、７・・・搬送機構、８・・・冷
却槽、９・・・液体冷媒、１０・・・基板回転台、１１
真空チヤツク、１２ａ、１２ｂ・・・熱電対、２１・・
・冷媒噴出ノズル、２２・・・真空チャック、２４・・
・冷却室、２５・・・ベルトコンベア、２６・・・液体
冷ｗＡ空、２７・・・冷媒、２８・・・隔壁、２９・・
・多孔ノズル、３１・・・ベルトコンベア、３２・・・
冷却プレート。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 矛４図 時間（介） ３ＩＰ５図 第１頁の続き ＠発明者臼１）欣也ｊ 」 ■発明者重光　文明ｊ 」 １１崎市幸区小向東芝町１番地　東京芝浦電気株式会社
多摩１１工場内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　基板上にレジスト膜を塗布形成し、プリベーク
   した後所定波長の電磁波或いは所定エネルギーの粒子線
   を上記レジスト膜に選択的に照射して所望のレジストパ
   ターンを露光し、その後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おいて、前記露光後で前記
   現像処理の前に、前記レジスト膜を該レジストのガラス
   転移点以上の温度にてベータ（現像前ベーク）シ、シか
   −るのち前記レジスト膜を全体として均一な温度分布を
   保持した状態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）前記現像前ベーク後のレジスト膜の冷却は、該レ
   ジストに対して溶解若しくは反応を生じない液体又は気
   体により行われることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のレジストパターンの形成方法。 （ａ　前記冷却用の液体は、水若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２項記載のレジス
   トパターンの形成方法。 （４）前記冷却用の気体は、低温の窯素ガス若しくはフ
   ロンガスであることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載のレジストパターンの形成方法。 （５）前記冷却用の液体又は気体は、浸漬法、スプレー
   法若しくはシャワー法により、前記レジスト膜に接触せ
   しめられることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   のレジストパターンの形成方法。 （６）前記現像前ベーク後のレジスト膜の冷却は、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
   板に接触若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項記載のレジストパタ
   ーンの形成方法。 （７）　前記現像前ベーク後のレジスト膜の冷却は、前
   記基板を平置することによることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のレジストパターンの形成方法。 （８）前記現像前ベーク後のレジスト膜の冷却は、異な
   る基板間においてもレジスト膜の温度履歴が同一となる
   ように制御しながら冷却せしめることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のレジストパターンの形成方法。 ■　所定波長の電磁波或いは所定エネルギーの粒子線の
   選択照射により所望のレジストパターンが露光された基
   板上のレジスト膜を該レジストのガラス転移温度以上の
   温度にてベータするベータ機構と、上記ベークされたレ
   ジスト膜を該レジスト膜全体に亙って均一に冷却する冷
   却機構と、上記ベータ機構から上記冷却機構へ前記基板
   を搬送する搬送機構とを具備してなることを特徴とする
   レジスト処理装置。