JPS60117627A - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は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。

［発明の技術的背景コ 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インヂウエハ内で３σ≦０．１［μＩＩｌ］（但
しσはつ１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ェハ間での寸法変動
を３σ≦０．１５［μｍ］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、被処理基板（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。次いで、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リンスト
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、レ
ジストの種類に応じた所定の照射量で所定波長の電磁波
、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、従来の方法ではレジストの感度調整を同
一リン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った
。また、被処理基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った。

［発明の目的］ 本発明の目的は、レジストの感度を安定化させかつ任意
の感度条件を選択するこ、とを可能とし、もって高精度
のレジストパターンを再現性よく形成し得るレジストパ
ターンの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］ 本発明者等は従来方法による被処理板のレジストパター
ンの寸法の差異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温度の等温線Ｔ！、Ｔ２　、Ｔ３　
（ＴＩ　＞Ｔ２　＞Ｔ３　）が生じるこに起因すること
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、時間経過に伴なって刻々と変化
する。事実、第１図図示の等温線をもつ被処理基板上の
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
に強い相関関係があることが判った。

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図にし示す如く冷却
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
寸法の差異を生じさせる原因であることが判った。

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
れが高精度のレジストパターンの形成を困難にしている
原因であることが判った。

そこで、本発明者らはリンストの感度特性がべ−り後の
冷却速度に相関すると共に、その冷却速度むらによって
感度のばらつきが生じることを踏まえて、レジストを塗
布した被処理基板をレジストに応じた温度でベークした
後、被処理板のレジスト膜の速度を制御しながら冷却す
ることによって、感度を常に安定化でき、かつ同一リン
ス］〜での感度条件を極めて高感度の領域から低感度の
領域まで広範囲に選択し得ることを見出した。さらに本
発明者等の鋭意研究によれば、上記ベーク冷却を露光後
で現像処理前に行うことによっても、それまでのレジス
トの熱履歴に関係なく、感度を安定にかつ広範囲に選択
できることが判った。

即ち本発明は、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、そのの後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、前記露光後で現像
処理の前に、前記レジスト膜を該レジストのガラス転移
温度以上の温度にてベーク（現像前ベーク）し、しかる
のち前記レジスト膜の温度を制御しながら冷却するよう
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ト処理
装置を、前記露光された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ク機構と、上
記ベークされたレジスト膜を該レジストの冷却速度を制
御して冷却する冷却機構とで構成するようにしたもので
ある。

なお、上記被処理板としては、例えばマスク基板、ウェ
ハ或いは該ウェ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。また、上記レジストとしては、例えばフォトレ
ジスト、遠紫外線感応レジスト、電子線感応レジスト、
Ｘ１！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。

上記被処理板のレジスト膜の冷却に用いられる冷却材と
しては、レジストに対して実質的に溶解又は反応を生じ
ない液体或いは気体のうちの一方又は両者を挙げること
ができる。前者の液体としては、例えば任意の設定温度
の水又はフロンを用いることができる。後者の気体とし
ては、例えば任意の設定温度の窒素ガス又はフロンガス
等を挙げることかできる。

［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。

〈実施例１〉 第４図は本発明に係るレジスト処理装置の現像前ベーク
・冷却機構を示す概略図である。図中の１は底面及び左
右側壁の一部が開口されたチャンバーである。このチャ
ンバー１は上下動する第１゜第２の内部シャッタ２１．
２２により左端側（入口側）から現像前ベークｖ３、第
１冷却空４１、第２冷却室４２の３室に区画されている
。前記現像前ベーク室３の入口部には上下動する入口用
外部シャッタ５１が配設されている。前記第２冷却室４
２の出口部には上下動する出口用外部シャッタ５２が配
設されている。また、前記現像前べ一り室３の底部には
ホットプレート６が配設されている。前記第１冷却室４
１の前記ホットプレー１・６のレベルより下方には例え
ば冷却水７を収容した冷却槽８が設置されている。また
、同第１冷却室４１の底面には前記冷却槽８内の冷却水
７中に浸漬されたり、引き上げられたりする支持台９が
上下動自在に配設されている。前記冷却槽８には該冷却
槽８内の冷却水７の温度調整を行なうための温度コント
ローラ１０が連結されており、かつ該コントローラ１０
の他端は冷却水７を循環するためのポンプ１１を介して
前記冷却槽８に連結している。更に、前記第２冷却室４
２の底面には回転自在な真空チャック１２が前記ホット
プレート６と同レベルとなるように配設されている。前
記第２冷却室４２の出口側には被処理板を現像機構（図
示せず）に搬送する搬送台１３が設けられている。

また、前記現像前ベーク室３、第１．第２の冷却室４１
．４２に対応するチャンバー１の土壁には第１．第２．
第３の温風供給器１４１〜１４３が夫々設けられている
。これら温風供給器１４１〜１４２には夫々例えば窒素
ガスを供給する第１゜第２．第３の温風供給管１５１〜
１５２が連結されている。第１．第２の温風供給管１５
１，１５２は弁１６１を介装した配管１７１で相互に連
結されている。また、前記第２．第３の温風供給管１５
ｚ、１５ａは弁１６２を介装した配管１７２により相互
に連結されている。更に、前記現像前べ−り室３及び第
１冷却室４１の第１内部シャッタ２工付近のチャンバー
１土壁内面には温度センサ１８１．１８２が夫々取付け
られている。これら温度センサ１８ｒ、１８２は現像前
ベーク工程時の温度を検知し、その検出値に基づいて第
１温風供給管１５１からの供給量や前記ホットプレー１
・６の温度を図示しない制御器を介して制御するもので
ある。また、前記第１冷却室４！及び第２冷却室４２上
方のチャ、シバ−１土壁内面にはそれら冷却室４ｓ　、
４２の温度を検出する冷却室用温度センサ１９１，１９
２が取付けられている。これら温度センサ１９１．１９
２はそれらに対応する冷却室４１．４２の温度を検出し
、その検出値に基づいて第２．第３の温風供給管１５２
，１５３からの温Ｊｕｌ温度や供給量を図示しない制御
器を介して制御するものである。なお、前記現像前べ一
り室３の入口側には露光機構（図示せず）によりレジス
ト膜が露光された被処理板を同現像前べ一り室３に搬送
する搬送部材（図示せず）が設置されている。

次に、本発明の方法を前述した第４図図示の現像前ベー
タ・冷却機構を参照して説明する。

まず、入口用外部シャッタ５工及び第１内部シャッタ２
工を開き、第２内部シャッタ２２及び出口用外部シャッ
タ５２を閉じた後、図示しない露光機構により既に所望
のリンストパターンが露光された被処理基板、例えばマ
スク基板２０を開放されたチャンバー１の入口部を通し
て現像前べ一り空３内に搬送し、そのホットプレート６
尤にセットし、同プレート６によりマスク基板２０上の
レジスト膜を所定温度と時間で現像前ベークした。

この時、現像前ベーク室３内の温度は第１温風供給管１
５１から温風が供給された第１温風供給器１４１と温度
センサ１８１，１８２とにより現像前ベーク温度（Ｔｂ
　＞Ｔｏ　）に保たれる。

次いで、現像前ベークの完了したマスク基板２０を図示
しない搬送部材により第１冷却室４１内に搬送してその
内の支持台９上にセットした後、直ちに支持台９を下降
させて冷却槽８内の任意所定温度ＴＳ　１　（Ｔｓ　１
　＜Ｔｇ）に調整された冷却水７中に浸漬して均一に急
冷した。この時、第１内部シャッタ２１は閉じられ、第
１冷却室４１内は第２温風供給器１４２と冷却用温度セ
ンサ１９！とにより前記冷却水７の温度（ＴＳｔ）に保
たれる。こうした冷却工程によりマスク基板２０は第５
図の曲線Ｃ１に示すような冷却がなされた。なお、第５
図中の横軸のｔｌはマスク基板２０を冷却水７中に浸漬
した時刻である。

次いで、冷却の完了枠たマスク基板２０を支持台９の上
昇により冷却水７中から引き上げた後、第２内部シャッ
タ２２を開き、図示しない搬送部材によりマスク基板２
０を第３温風供給器１４３と冷却用温度センサ１９２と
により前記冷却水７の温度（ＴＳｌ）に設定された第２
冷却室４２に搬送してその内の真空チャック１２にセッ
ト、固定した。つづいて、第２内部シャッタ２２を閉じ
た後、真空チャック１２を所定速度で回転させてマスク
基板２０及びその上のレジスト膜の均一冷却と乾燥を行
なった。なお、この時、第１内部シャッタ２１は開けら
れ、現像前ベーク至３と第１冷却至４１内を現像前ベー
ク温度（Ｔｂ　）まで上げて次のマスク基板のプリベー
クがなされる。その後、冷却、乾燥の完了したマスク基
板を第２冷却ｖ４２の開放した出口部から搬送台１３に
送り、現像、リンス処理工程を経てマスク基板上にレジ
ストパターンを形成した。

〈実施例２〉 実施例１と同様、現像前ベーク空３でマスク基板２０上
のレジストを現像前ベークした後、マスク基板２０を図
示しない搬送部材により第１冷却室４１内に搬送してそ
の内の支持台９上にセットし、第１内部シャッタ２１を
閉じた。この詩、第１冷却室４１内の温度は未だ現像前
ベーク温度（Ｔｂ　）である。つづいて、第２温風供給
器１４２から冷却水７の温度（ＴＳｔ）より高い温度（
ＴＳ２）の徐冷用温風を第１冷却室４１内に供給し、マ
スク基板２０を自然放冷することなく冷却を開始した。

この冷却では冷却用温度センサ１９１で第１冷却ｖ４１
内の温度を監視し、基板２０上のレジスト膜の面内が均
一かつ一定の冷却速度を保つように制御する。

マスク基板２０の温度が現像前ベーク温度（Ｔｂ　）よ
りやや低い温度まで冷却されたら、冷却速度を早めるた
めにＴＳ２より低いＴＳ３の温風で冷却する。マスク基
板２０の温度が所定の温度まで均一速度で冷却されたら
、支持台９を下降させて、冷却１１８内の任意所定温度
（ＴＳＩ）に調整された冷却水７中に浸漬して均一冷却
を行なった。この時、第１内部シャッタ２は閉じられ、
第１冷却室４！内は第２温風供給器１４２と冷却用温度
センサ１９１とにより前記冷却水７の温度（ＴＳＩ）に
保たれる。こうした冷却工程によりマスク基板２０は同
第５図の曲線Ｃ２に示すような冷却かなされた。なお、
第５図中の横軸の１２はマスク基板２０を冷却水７中に
浸漬した時刻を示す。

次いで、冷却の完了したマスク基板２０を実施例１と同
様、第２冷却室４２内で均一冷却と乾燥を行ない、更に
第２冷却ｖ４２から搬送台１３上へ搬送し、現像、リン
ス処理工程を経てマスク基板上にレジストパターン形成
した。

〈実施例３〉 実施例１と同様、現像前ベーク空３でマスク基板２０上
のレジストを現像前ベークした後、マスク基板２０を図
示しない搬送部材により第１冷却室４１内に搬送してそ
の内の支持台９上にセットし、第１内部シャッタ２１を
閉じた。つづいて、第２温風供給器１４２から冷却水７
の温度（Ｔｓｌ＞より高い温度（ＴＳ２）の徐冷用温風
を第１冷却室４１内に供給し、マスク基板２０の冷却を
開始した。この冷却では冷却用温度センサ１９１で第１
冷却空４１内の温度を監視し、基板２０上のレジスト膜
の面内が均一かつ一定の冷却速度を保つように制御する
。

マスク基板２０の温度が現像前ベーク温度（Ｔｂ　）よ
りかなり低い温度まで冷却されたら、支持台９を下降さ
せて冷却槽８内の任意所定温度（ＴＳＩ）に調整された
冷却水７中に浸漬して均一冷却を行なった。この詩、第
１内部シャッタ２１は閉じられ１．第１冷却室４１内は
第２Ａ風供給器１４２と冷却用温度センサ１９２とによ
り前記冷却水７の温度（ＴＳｔ＞に保たれる。こうした
冷却工程によりマスク基板２０は同第５図の曲線Ｃ２に
示すような冷却がなされた。なお、第５図中の横軸の１
２はマスク基板２０を冷却水７中に浸漬した時刻を示す
。次いで、冷却の完了したマスク基板２０を実施例１と
同様に処理してマスク基板２０上にレジストパターンを
形成した。

しかして、本実施例１〜３のレジストパターンの形成に
おいて、レジスト材料の設定や露光等を下記条件で行な
った時の露光量に対する膜厚残存率の関係を調べたとこ
ろ、第６図に示す特性図を得た。なお、第６図中のＣ１
−は実施例１の冷却処理がなされたレジストの特性線、
Ｃ２−は実施例２の同特性線、Ｃ３−は実施例３の同特
性線である。

〈条件〉 レジスト：ＴＩＪ＝１３３℃のＥＢレジスト（東し社製
：ＥＢＲ−９）。

露光条件；加速電圧２０ｋｅＶの電子ビーム。

現像処理；ＭＩＢＫ：ＩＰＡ−７：３の現像液（液温；
２５℃）で１０分間処理。

リンス処理；ＩＰＡのリンス液 （液温；２５℃）で３０秒間処理。

冷却条件；Ｔｂ＝２００℃、ＴＳｔ＝２５℃に設定。

上述した第６図から明らかな如く、同一レジスト、現像
前ベーク後の冷却工程以外は全（同一プロセスの処理で
も感度を広範囲に制御できることがわかる。゛ また、本実施例１〜３のリンス］・パターンの形成にお
いて、レジスト材料の設定や露光等を下記条件で行なっ
たところ、電子ビームの感度を８［μｃ　／ｃｍ２］　
〜２　［μｃ／ｃｍ２〕の範囲で変化させることができ
た。

く条件〉 レジスト：ＴＯ＝１００℃のＥＢレジスト（ＰＭＭＡ）
。

露光条件；加３！電圧２’０ｋｅｖの電子ビーム。

現像処理；ＭＩＢＫの現像液 （液温；２５℃）で１３分間処理。

リンス処理；　ＩＡＡのリンス液 （液温；２５℃）で３０秒間処理。

冷却条件：Ｔり−１７０℃、Ｔｓ１＝２５℃に設定。

したがって、レジストの感度の安定化と、任意の感度条
件に選定することができることによって高精度のレジス
トパターンを形成できる。また、従来技術では実用性の
点で使用が困難であったレジストについても十分旦産的
に高精度のレジストパターンの形成が可能となる。

なお、上記実施例では冷却工程において、温度をモニタ
しながら行なったが、シーケンスの条件（温Ｊｊｉｌ量
、時間等）が一定に制御できれば条件設定以外、特に温
度をモニタする必要はなく温度センサを省略することも
可能である。

また、上記実施例では被処理板の急冷手段として浸漬法
を採用したが、以下に示す種々の冷却法を採用し得る。

（イ）　第７図に示す如く回転する真空チャック２１上
に現像前ベーク後の被処理板２０−を固定し、真空チャ
ック２１を回転させながら冷媒噴出ノズル２２．２２よ
り被処理板２０＝に冷媒（液体や気体）を吹きつけて均
一な冷却速度に制御しながら冷却してもよい。

（ロ）　第８図に示す如く、多孔式冷媒噴出ノズル２３
から噴出された冷媒（液体や気体）の雰囲気に置かれた
支持基台２４上に現像前ベーク後の被処理板２０′を搬
送部材２５で搬送して該被処理板２０−を均一な冷却速
度に制御しながら冷却を行ない、ひきつづき冷媒として
液体を用いた場合は後続の回転真空チャック２１により
スピン乾燥する。

（ハ）　第９図に示す如（低温で熱容量の大きな冷却プ
レート２６に搬送部材２５で搬送された被処理板２０′
を近接させて均一に冷却する。

（ニ）　第１０図に示す如く熱容量の大きな冷却速度制
御用プレート２７に被処理板２０′を接触させて均一に
冷却速度を制御しながら冷却する。

［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を安
定化でき、かつ同一レジストでの感度条件を極めて高感
度の領域から低感度の領域まで広範囲に選択することを
可能にして同一レジストで露光装置及び他のプロセスの
最も制御が容易な感度条件に適合でき、ひいては高精度
のレジストパターンを量産的に形成し得る方法並びに装
置を提供できるものである。

【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
冷した時の温度等高線を示す模式図、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との関係を
示す特性図、第４図は本発明の一実施例を示すレジスト
バタ−ン形成装置の現像前ベータ・冷ｆ！Ｊ機構の概略
図、第５図は第４図の現像前ベーク・冷却機構を用いて
現像前ベーク、冷却を行なった実施例１〜３の冷却過程
を示す特性図、第６図は実施例１〜３の冷却がなされた
レジストの露光量と膜厚残存率との関係を示す特性図、
第７図〜第１０図はそれぞれ本発明の他の冷却方法を示
す概略図である。 １・・・チャンバー、２１．２２・・・内部シャッタ、
３・・・現像前ベーク室、４ｒ　、４２・・・冷却室、
５１゜５２・・・外部シャッタ、６・・・ホットプレー
ト、７・・・冷却水、８・・・冷却槽、９・・・支持台
、１０・・・温度コントローラ、１２．２１・・・真空
チャック、１４１〜１４３・・・温風供給器、１８１．
１８２°、１９ｔ。 １９２・・・温度センサ、２０．２０′・・・被処理板
、２２・・・噴射ノズル、２３・・・多孔式冷媒噴出ノ
ズル、２６・・・冷却プレート、２７・・・冷却速度制
御用プレート。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 、Ｊ−７図 ２２ 矛９図 矛８図 第１頁の続き ＠発明者臼１）欣也月 月 ＠発明者重光　文明月 月 １崎市幸区小向東芝町１番地　東京芝浦電気株式会社多
摩１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、前記露光後で現像処理の前
   に、前記レジスト膜を該レジストのガラス転移温度以上
   の温度にてべ−り（現像前ベーク）し、しかるのち前記
   レジスト膜の温度を１ｌＩｌＩＩｌシながら冷却するこ
   とを特徴とするレジストパターンの形成方法。 （ａ　前記現像前ベーク後の冷却処理におけるレジスト
   膜の温度制御を、レジスト膜の面内で均一化するように
   行なう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。 （３前記現像前ベーク後のレジスト膜の温度を制御しな
   がら冷却することにより、レジストの感度特性を制御し
   て選択す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。 （４）前記現像前ベーク後のレジスト膜の冷Ｗを、レジ
   ストに対して実質的に溶解又は反応を生じない液体或い
   は気体を用いて行う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力−法。 （５）前記レジストに対して実質的に溶解又は反応を生
   じない液体が、任意の設定温度の水若しくはフロンであ
   る４とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のレジス
   ト−パターンの形成方法。 （６）前記レジストに対して実質的に溶解又は反応を生
   じない気体が、任意の設定温度の窒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４項記
   載のレジストパターンの形成方法。 （７）前記現像前ベータ後のレジスト膜の冷却を、浸漬
   法、スプレー法又はシャワー法を用いて行なうことを特
   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を、任
   意設定温度の熱容量の大きな制御用プレートに被処理板
   を接触若しくは近接することにより行なうことを特徴と
   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形成された基
   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の冷却速度を制御しながら冷却す
   る冷却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。