JPS60135943A - レジスト層の強度向上方法および装置 - Google Patents

レジスト層の強度向上方法および装置

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JPS60135943A
JPS60135943A JP24378283A JP24378283A JPS60135943A JP S60135943 A JPS60135943 A JP S60135943A JP 24378283 A JP24378283 A JP 24378283A JP 24378283 A JP24378283 A JP 24378283A JP S60135943 A JPS60135943 A JP S60135943A
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JP
Japan
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resist layer
ultraviolet rays
strength
resist
semiconductor wafer
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Application number
JP24378283A
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English (en)
Inventor
Masaru Kitagawa
勝 北川
Masaya Asai
正也 浅井
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Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2022Multi-step exposure, e.g. hybrid; backside exposure; blanket exposure, e.g. for image reversal; edge exposure, e.g. for edge bead removal; corrective exposure
    • G03F7/2024Multi-step exposure, e.g. hybrid; backside exposure; blanket exposure, e.g. for image reversal; edge exposure, e.g. for edge bead removal; corrective exposure of the already developed image

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

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】 するもので、特に、露光および現像してから後、エツチ
ングやソフトオフ等の処理を行うまでの間に実施される
レジスト層の強度を向上する方法、およびその装置に関
する。
半導体や、その製造に使用されるフォトマスク、その他
液晶表示装置等のいろいろな物品の製造において、フォ
トレジストが多く使用されていτLそして、かかるフォ
トレジストによる膜(以下層という)の強度は、エツチ
ングやソフトオフ等での仕上り品質を左右するきわめて
重要な要素である。
以下、エツチング処理される半導体ウエノ・を例にとシ
説明する。
半導体装置を作成するだめの工程における半導体ウェハ
の処理においては、レジスト材を塗布し、乾燥し、所要
のパターンに露光し、次いで、現像をするが、この現像
の後エツチングをする前に、通常、ポストベークと称す
るレジスト層の強度を向上するだめの処理が施される。
このポスI・ベーク処理とは、レジスト層を現像した半
導体ウェハを、適尚時間、加熱する処理のことで、例え
ば、2分〜4分はどの間、1.201C〜140 U程
度に加熱するもので、その目的は、半導体ウェハを加熱
することによシ、熱の作用をもって、現像後のレジスト
をより強く重合させて強固にし、強度を向上さぜるだめ
である。
ところで、近年ますまず半導体装置の集積度が高まって
、レジスト層のパターンが非常に微細になり、きわめて
幅の細いライン状のパターンをエツチングする必要が増
加しており、そのため、ドライエツチング等の処理がさ
れるが、こうしたドライエツチング処理においては、よ
シいっそう、レジスト層の強度を向上させることが切望
されている。
しかしながら、このポストベーク処理のみでレジスト層
の強度を向上するには限度がちシ、かかる要望を漬すこ
とは困難である。なぜならば、レジスト層の強度をさら
に向上させるために、レジストの重合度を増大させるに
は、前記温度よりも高温に、例えば1600程度に加熱
すればよいのであるが、−力では、このような高温にな
ると、レジスト層が変形するという現象、すなわち、い
わゆるレジストパターンかだ九でしまう現象を生じてし
まい、好ましくないからである。
そのため、ポストベーク処理によるレジスト層の強度を
、よp高める処理として、紫外線照射処理が提案されて
いる。かかる紫外線照射処理は、現像ずみのレジスト層
に、例えば、ディープ(Deep)UVと称される20
0 ?+、 m 〜300 n m波長の紫外線を数十
秒間照射する処理のことで、この紫外線の波長や照射時
間の条件は、最適な結果を得るように実験的に決定さn
るもので、レジスト材の種類等の種々の要因から適宜選
択される。
なお、この紫外線照射処理は、紫外線の作用により、フ
ォトレジストの樹脂成分を改質重合させ、レジストの融
点を高めるものであシ、レジスト層に十分な強度が得ら
れる高い温度まで、ポストベークすることを可能にする
処理である。この紫外線照射処理は、このようなポスト
ベーク処理の前処理としてだけではなく、いわゆるドラ
イエツチング等におけるレジスト層の強度、すなわち、
剛プラズマ性とか、耐反応性イオンエツチング(Rea
ctive Ion Etching )性等を、向上
させる効果もある、きわめて優れた処理である。
しかしながら、この紫外線照射処理は、紫外線がレジス
トの表層のみを照射するため、レジスト層の表面のみが
重合して、レジスト層の内部と質的差を生じ、レジスト
層の表面にシワを発生し、レジストパターンの寸法形状
を変えてしまい、安定性を損ね、半導体装置製造の歩留
りを低下させる等の不都合を招くことが多々あり、未だ
に実用化されてない。
しだがって、紫外線照射処理におけるレジスト層表面の
シワの発生を防止することは、よシ集積度の高い半導体
装置を、よシ安定よく生産するための技術的課題である
本発明は、かかる不都合を解消するためになされたもの
で、露光および現像ずみのレジスト層表面に、シワを発
生することなく、したがって、レジストパターンの寸法
形状を変えることなく、ポストベーク処理時におけるレ
ジストパターンかだ九でしまう温度の上限値を高め、か
つドライエツチングにおける劇プラズマ性や耐反応性イ
オンエツチング性を高める等、レジスト層の強度を向」
ニさせる方法および装置を提供しようとするものである
。以下、図面を参照して、本発明を説明する。
第1図は、本発明に係る装置の一実施例を示し、上面を
、レジスト層の現像ずみの半導体ウニ・・(110載置
面としたホットプレート(2)と、この半導体ウェハ(
1)に紫外線を照射するよう、ホットプレート(2)の
真上に設置された紫外線ランプ(3)とから構成されて
いる。
このホットプレート(2)は、内部に、図示されてい々
い電熱装置等の熱源が埋設され、かつ半導体ウェハの載
置面かきわめて平坦に加工された金属性の台であって、
その表面温度を、80C〜1501C範囲に自在に設定
することができるようになっている。
紫外線ランプ(3)は、Xe −Hgランプであって、
2007Lm〜400nm波長の紫外線および遠紫外線
を照射するもので、半導体ウェハの載置面の中央真上に
設置されている。
またフォトレジストとしては、シブレイ1350−J(
シブレイファーイースト株式会社の商品名)を使用し、
膜厚15μ+11で塗布し、露光し現像しである。
このように、本発明に係る方法および装置は、半導体ウ
ェハ(1)のレジスト層を、例えば80C〜150Cと
云う常温ではとうていあI)得ない高温の状態にて、紫
外線を照射するものである。
第1図示の実施例において、紫外線は30秒間照射した
が、本発明は、この照射時間および使用する紫外線の波
長を、この実施例に限定するものではない。
まだ、この実施例において、レジスト層を加熱する温度
を、80C〜150Cに設定しているが、その理由は、
実施例の紫外線照射条件では、80C以下では、使用し
たどのレジスト材でもシワが発生 −し、150C以上
では、紫外線照射の初期の段階で、レジストパターンが
、少しではあるがだれてしまうことか、実験的に確めら
れたからである。
上記したことは別のレジスト材を使用したシ、別の紫外
線照射条件では、レジスト層を加熱する温度を、上記の
温度範囲よりも上下させることができるので、本発明は
、この温度を定量的に特定するものではないが、いずれ
にしても、常温よりも明らかに高い温度にすることが必
須であシ、その限度は、レジスト層の融点捷でである。
本発明に係る方法および装置における加熱手段として、
例えばホットプレートを使用する場合について説明しだ
が、こねに限るものではない。例えば、高温の不活性カ
スを吹伺け′にシ、赤外線ランプを用いて加熱したり、
その他適宜加熱手段を使用してもよく、要するに、レジ
スト層を高温の状態にできればよい。
特に強力な紫外線ランプを使用したり、半導体ウェハ(
11ときわめて近接させること等により、紫外線ランプ
(3)よシ出る熱線があるものであれば、これを加熱手
段として兼用してもよい。なお、かかる場合において、
もし、レジスト層の温度が高くなシすぎるよう々ときに
は、逆に、クールプレート等の冷却手段を用いて、レジ
ストパターンかだnてし1わないような温度に冷せばよ
い。
まだ、本発明におけるレジスト層を加熱するタイミング
は、紫外線を照射している間、常時高温にしておく必要
はなく、一時的には、所定の高温に達してなくてもよい
使用さ八るレジスト材は、ポジタイプでもネガタイプで
もよい。ポジタイプのレジスト材は、露光時において、
光を受けた部分が現像時に溶出する、すなわち光照射さ
j、るとアルカリ可溶性を有するが、本発明では、露光
時と比較してきわめて強い紫外線を照射するために、む
しろレジスト層の強度を向上するものである。例えば、
ポジタイプのフォトレジストとして、シブレイ1350
−J(シブレイファーイースト株式会社の商品名)を1
5μmの膜厚に塗布して、露光および現像ずみの半導体
ウェハを、図示の本発明の実施例装置を使用して、12
0Cの高温に保持し、500W入力の低圧水銀灯にて、
紫外線および遠紫外線を30秒間照射したところ、全く
シワを生じることなく、耐熱強度を向上することができ
だ。そして、その結果200Cの高い温度捷でポストベ
ークすることができ、十分にレジスト層の強度を向上す
ることができだ。
第2図は、かかるレジスト層を2000倍の倍率で撮影
した写真で5あシ、第3図は、その一部を10.000
倍の倍率で撮影した写真であシ、第4図は、紫外線照射
時の温度を120 Cではなく、従来のような常温、す
なわち20Cの状態にした以外、レジスト材や紫外線ラ
ンプ等その他のあらゆる条件を同一にしたレジスト層を
、2000倍の倍率で撮影した写真でちゃ、第5図は、
その一部をio、oo。
倍の倍率で撮影した写真であり、本発明によシ処理され
た第2図や第3図示のものと皆い、明らかにシワを生じ
ている。
しかも、複数の半導体ウェハについて実験したところ、
はとんど同じ結果が得られ、従来よシも、きわめて高い
歩留シで半導体装置を製造することができた。
このような本発明の作用効果の要因について考案した結
果、次のように考えられる。
す々わち、紫外線照射のみによるレジスト層の強度向上
においては、レジスト層表面から、紫外線の作用による
反応が進行し、レジスト層表面部と内部とで、かかる紫
外線の作用による反応の進行速度に差を有している。そ
のため、従来方法では、この反応速度の差に起因する内
部応力を有した″if、″!!処理していたから、シワ
が発生したのに対し、本発明では、レジスト層を積極的
に高温にした状態で紫外線照射するから、レジスト材の
分子の運動が、熱の作用によって、かなシ自由な状態と
なシ、レジスト層全体が完全に重合反応し、内部応力が
解消するものと考えられ、これが、シワを発生すること
なく、レジスト層全体を重合反応させることによシ融点
を高め、レジスト層の強度が向上できる主たる要因であ
ると思われる。
以上のように、本発明に係る方法および装置は、露光お
よび現像ずみのレジスト層を、シワを発生させることな
く、かつ、レジストパターンを変形させることなく、耐
熱強度を向上させることができ、その結果、十分な強度
に達するまでの高い温度で、ホストベークすることがで
きる効果を有し、さらにまた、エツチング温度を上げ、
すなわち、エツチング速度を上げることもでき、かつド
ライエツチングにおける耐プラズマ性や耐反応性イオン
エツチング性が高まるというレジスト層の強度を向上す
る効果がある。よってより集積度の高い半導体装置を、
よシ高い歩留シでもって製造することができる。
なお、本発明は、上記の半導体ウェハに対してだけでな
く、半導体装置を製造するのに使用するフォトマスクや
、その他液晶表示装置等のように、フォトレジストを使
用するあらゆる物の製造に、適用できる。また、エツチ
ング処理に対してだけではなく、ンフトオフ処理にも有
効である。
また、レジスト材は、前記実施例のように液状のものに
限らず、例えば、プリント配線基盤の作成のように、シ
ート状のレジスト材に対しても、本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る装置の一実施例を示す図、 第2図は、本発明に係る実施例によって強度向上がされ
たレジスト層の2000倍顕微鏡写真、第3図は、第2
図の一部のレジスト層の10.000倍顕微鏡写真、 第4図は、従来方法での紫外線処理をしたレジスト層の
2000倍顕微鏡写真、 第5図は、第4図の一部のレジスト層の10,000倍
顕微鏡写真である。 (1)半導体ウェハ (2)ホットプレート(3)紫外
線ランプ 第1図 第2図 第3図 第5図 手続補正書動式) %式% 1、事件の表示 昭和58年 特 許 願 第243782号2、発明の
名称 レジスト層の強度向上方法および装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 大日本スクリーン製造株式会社4、代理人 ら 夛 5、補正命令の日付 昭和59年3月7日 (発送日昭和59年3月27日)
6、補正により増加する発明の数 な し7、補正の対
象 8o補正の内容 別紙の通i、 IJ、59. /’l
 、;□、’、T(補正の内容) (1)明細書第10頁第9〜19行 「かかるレジスト層を・・・・・を生じている。」を、
「かかるレジスト層の一部を、数千倍に拡大して示す斜
視図、第3図は、その一部をさらに拡大して示す縦断面
図、第4図は、紫外線照射時の温度を、120℃ではな
く、従来のような常温、すなわち、20°Cの状態にし
た以外、レジスト材や紫外線ランプ等その他のあらゆる
条件を同一にしたレジスト層の一部を示ず、第1図と同
様の図、第5図は、その一部をさらに拡大して示す第2
図と同様の図であり、本発明により処理された第2図や
第3図示のものと違い、明らかにシワを生じていること
が分かる。」と訂正する。 (2)同第13頁第8〜14行 「1ノジスト層の・・・・・写真である。」を、Eレジ
スト層を数千倍に拡大して示す斜視図、第3図は、第2
図のA−A線における拡大縦断面図で、第2図の一部の
レジスト層をさらに拡大して示す図、 第4図は、従来方法で紫外線処理をしたレジス1へ層の
第1図と同様の図、 第5図は、第4図のB−B線における拡大縦断面図で、
第4図の一部のレジスト層を、さらに拡大して示すもの
である。」と訂正する。 (3)図面第2図ないし第4図を、別紙の通り訂正する
。 (以 」−) 第2図 第3図 第4図 第5図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所要パターンを露光して、現像したレジスト層に
    、紫外線を所要温度の状態にて照射することを特徴とす
    るレジスト層の強度向上方法。
  2. (2)所要の温度を、80C〜150Cの範囲内とする
    特許請求の範囲第(1)項に記載のレジスト層の強度向
    上方法。
  3. (3)所要パターンを露光して現像したレジスト層に対
    する加熱手段と、紫外線照射手段とからなるレジスト層
    の強度向上装置。
  4. (4)加熱手段がホットプレートである特許請求の範囲
    第(3)項に記載のレジスト層の強度向上装置。
  5. (5) 紫外線照射手段がXe −1−1gランプであ
    る特許請求の範囲第(3)項又は第(4)項に記載のレ
    ジスト層の強度向上装置。
  6. (6)加熱手段および紫外線照射手段がXXe−1(ラ
    ンプである特許請求の範囲第(3)項に記載のレジスト
    層の強度向上装置。
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