JPS60157226A - レジストパタ−ン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、レジストの感度を訓錘して高精度のレジスト
パターンを形成する方法及びレジスト処理装置に関する
。

〔従来技術とその問題点〕

超ＬＳＩを始めとして、半導体素子の巣槓度が高まるに
つれて、微細にして且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、最先端分野ではロインチロマスク或
いは５インチ径ウェハ内で３σ≦０．１〔μｍ）（但し
、σはウェ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３
０≦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、レジストの感度としては
高いものが要求されている。しかし、一般に高感度のレ
ジストは解像性が劣るため所望のパターン寸法精度を得
ることが困難であり、逆に高解隊性を有するレジストは
低感度であるために量産ラインにおいて高スループツト
が得られない等の問題があった。

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
を示すフローチャートである。まず、被処理基板上にス
ピン塗布法により所定の瞬厚にレジストを塗布する。次
いで、塗布浴媒の除去並びにレジストと基板との密着性
を向上させるために。

オーブン等を用いレジストに応じた所定の温度（Ｔｂ）
でレジストのベーク（プリベーク）を行う。

この後、オープンから取り出されたレジスト腰付被処理
基板を大気中で自然放冷することにより。

室幅まで２０〜３０分かけて冷却する。冷却の完了した
レジスト膜付被処理基板に対して、レジストの種数；こ
応じた所定の照射量で所定波畏域の電磁波１例えば紫外
光或いは所定エネルギーの粒子線１例えば電子線を選択
的に照射する。その汝。

現像・リンス処理工程を経て所望のレジストパターンが
形成されることになる。上記レジストの自然放冷工程に
おける被処理基板の温度変化の様子を第２図に示す。第
２図から、従来のプロセスではレジスト膜付被処理基板
、すなわちレジストが極めて緩やかに冷却されているこ
とが判る。

本発明者等は、既にレジストの冷却速度と感度との関係
について涜目し、種々夷；険、研究を重ねた結果、従来
のプロセスにより長時間かけて徐冷されたレジストの感
度は低いが、レジストをプリベークした後急速に冷却し
た場合のレジスト感度は飛躍的に高まるこ々、また。プ
リベーキング後の冷却時間（冷却速度）を制御すること
によってレジストの感・題を完全に且つ再現性良＜制狽
１できること、さらに、不均一なレジストの冷却はレジ
ストの感度むらを生せしめ、これがレジストパターン精
度に悪影響を及ぼすので、高精度レジストパターンを形
成するには、レジスト膜の均一冷却が必須であることも
見い出しており、加熱冷却の手段としてベルチェ効果素
子の使用も既に提案している。

ところで、発明者等が更に鋭意研究を重ねた結果、露）
ｆ、ｆｆｌであっても、現像処理前に、レジストをその
ガラス転移温度以上の温度でベータし、然る後冷却を制
御しつつ行えば、前述した。プリベーク後冷却を制御し
た場合と同様の効果が発揮されることを確認した。また
、この現象は露光終了までのレジスト膜の熱履歴には全
（依存しないことも見出した。

なお、本発明のプロセスを経たレジストの解像性は劣化
しないことも分った。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、電磁波や粒子線等に対するレジストの
感度を任意に制御し、高精度のレジストパターンを効率
良く形成し得るレジストパターン形成方法及びそのため
のレジスト処理装置を提供することにある。

〔発明のｇ要〕

本発明の骨子は、レジストの現１象前ベーク及び冷却を
ベルチェ効果素子を用いて同一の場所で連続的に行うこ
とにある。本発明によるレジストパターン形成の概要を
偏３図に示す。この発明では、！ず被処理基板上にレジ
スト１摩を塗布形成する。

次いで、該レジストに対して所定波長の直磁波或いは所
定エネルギーの粒子線を選択的に照射した後、ペルチェ
（Ｐｅｌｔｉｅｒ）効果を利用した制御性の高いベルチ
ェ効果素子を用い、レジスト膜付被処理基板を移動させ
ずベーク及び冷却する。その後、これを現ｆｉ−リンス
処理することによりレジストパターンを形成する。

筐だ本発明は、被処理基板上に塗層、されたレジストの
露光、現像前ベークしたのち冷却するレジスト処理装置
において、上記基板を載置するテーブルと、このテーブ
ルを加熱及び律動するベルチェ効果素子とを具備し、上
記ベルチェ効果素子に流す電流の大きさ及び向きを制御
して上記レジストの現像前ベーク及び冷却を連続して行
うようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電磁波若しくは粒子線照射に対するレ
ジストの感度を、その解像性を劣化させることなく任意
に設定することができる。例えば低感度のレジストを用
いる場合でも、本発明の方法により解像性を劣下させる
ことな（高感度化できるので、ＳＳ波若しくは粒子線に
よる照射処理時間等の大幅な短縮をはかり得、レジスト
パターン形成の処理速度が大幅に改善される。またレジ
ストの現１象前ベーク及び冷却は単一の成子加熱・冷却
装＠（ベルチェ効果素子）によって行うので。

ベーキング→冷却工程を被処理基板を移動させることな
く連続的に迅速に行うことができる。しかも、ベーキン
グ→冷却工程中被処理基板を動かす必要がないので、ベ
ーキング→冷却へのプロセス処理が外部からの不要な熱
接触なく均一に進められる結果、被処理基板上の塗布レ
ジストに冷却むら、すなわち感度むらが生じるのを未然
に防止できる。したがって、得られるレジストパターン
の寸法均一性は極めて高いものとなる。

〔発明の実施例〕

〈実施例１〉 本実施例ではポ＋）　（２、２、２−）；リフルオロエ
チル−α−クロロアクリレート）よりなるポジ型電子線
感応レジストを用いた場合のレジストパターン形成方法
について述べる。まず、上記レジストを周知の回転塗布
法により被処理基板上に塗布する。このとき塗布膜厚は
０．３〜ｌ〔μｍ〕程度でよい。被処理基板としては牛
導体ウェハやガラス基板等があるが、ここでは金属付ガ
ラス基板を用いた。

次に、上記塗布したレジストのプリベーク及び冷却工程
の後、２０　［ＫｅＶ］の電子線を照射した。

その後現像前ベーク及び冷却工程に移るが、この工程が
本発明のポイントなので、第４図を用いて詳しく説明す
る。第４図に示すように、露光済み被処理基板４１を電
子制御ベーク・冷却装置の金属材料からなる被処理基板
支持台（テーブル）４２上に載置する。この時、被処理
基板４１と基板支持台４２との接触は、十分な熱伝導が
なされるように、均一に全面接触していることが望まし
い。

基板支持台４２はＰ型半導体４３及びＮ型半導体４４と
異なる部分で夫々電気的に面接触しており、金属電極４
５．４６及び直流電源４７七共に直流回路４８を構成し
ている。この回路４８に直流電流を流すと１周知のペル
チェ効果により、基板支持台４２は発熱若しくは冷却状
態になる。すなわち、Ｐ型半導体４３からＮ型半導体４
４に向かって直流電流工を流すと基板支持台４２は発熱
し。

逆にＮ型半導体４４からＰ型半導体４３に向かって直流
電流１′　を流すと基板支持台４２は冷却される。した
がって、被処理基板４１上に塗布したレジストのベーク
及び冷却は、前記基板支持台４２の発熱及び冷却を通し
て行なわれることになるが。

ベーク・冷却の温度変化は直流回路４８を流れる直流の
大きさや向きを変化させることによって精糸に制御する
ことができる。

そこで、第４図に示す装置で上記レジストのベーク（現
像前ベーク〕及び冷却処理を行なった。

ベーク温度Ｔｂは、上記レジストのガラス転移温度Ｔｇ
（〜１３３℃）を越える温度５列えば１９０［’Ｃ，：
１に設定した。約１時間のベーク後、室ＩＭ′ｆ、での
冷却時間（冷却速度〕を変えて行なった。鵠５図に冷却
時における３種類の典型的な基板温度変化について示し
た。Ｔｂから室温までの冷却時間は、夫々、０３０分、
０５分、０１分であった。これらのベーク・冷却プロセ
スを経たレジスト試料について電子線感度特性を調べた
結果、第６図に示す感度曲線が得られた。第６図の感度
特性は、上記レジストを、室温でメチルインブチルケト
ン（ＭＩＢＫ）：インプロビルアルコール（ＩＰＡ）＝
７：３で１０分間の現像処理し１次いでＩＰＡにて３０
秒間のリンス処理を施こして得られたもので、第５図の
夫々の冷却プロセスに対応するレジスト感度（残膜率ゼ
ロとなる電子線照射量）は■４　Ｘ　１０−’　［：　
Ｃ７ｃｍ２］、■２　Ｘ　］、　０−’　ＣＣ／　ｃｍ
２〕、■９×１０１〔Ｃ／ｃｍ！〕であった。一方、レ
ジスト付被処理基板（金属付６インチロガラス基板〕ヘ
、加速電圧２０　［ＫｅＶ：ｌの電子線描画装置により
、夫々に対応する感度（照射量）で選択的にパターン露
光を行なった後、これら■、■、■と同様の現像前ベー
ク・冷却プロセスを施し、室温におけるＭＩＢＫ／ＩＰ
Ａ（＝７／３　）現像、ＩＰＡリンス処理を行なってレ
ジストパターンを形成した。■、■、■いずれのプロセ
スを経たレジストパターンも解１象性は良好であった。

また１例えば線中０．５〜２．０〔μｍｌの範囲のレジ
ストパターンの寸法精度を評価した結果、いずれの場合
のレジストパターンも高精度で基板面内の寸法変動誤差
３σ＜　０．　Ｉ　Ｃμｍ〕を十分に満足するものであ
った。

〈実施例２〉 本実施例ではレジストとしてポリメチルメタクリレ−ト
を用いた。その他の条件は先に説明した実施例１と略同
様である。上記塗布したレジストのプリベーク及び冷却
の９１．２０　［ＫｅＶ］の電子線を照射した。続いて
行う電子制御現像前ベーク時のＴｂは、本レジストのガ
ラス転移温度Ｔｇ（１１０℃）を越える１８０［：Ｔ；
］　に設定した。約１時間のベーキングＶｔ、、　を子
制御冷却により室温までの冷却時間を＠３０分、■５分
、■′１分と変えた。

この後、室温で１３分間のΔ４Ｉ　ＢＫ現像、３０秒間
のＩ　Ｐ　Ａ　ＩＪンスを行なって、夫々のけ却プロセ
スに対応するレジスト感度を調べた結果■９Ｘ１０−’
〔０７ｃｍ”〕、■６．５　Ｘ　１０−６［Ｃ／　ｃｍ
２Ｌ■５ｘ　ｉ　ｏ−’［Ｃ７ｃｍ”）であった。一方
、レジスト付被処理基板（金属膜付６インチロガラス基
板）へ、加速電圧２０　［ＫｅＶ］の電子線描画ＡＡｉ
ｆを用いて、夫々に対応する感度（照射量〕て選択的に
パターン露光を行った後、■、■、■と同様の現像１ｉ
Ｉベーク・冷却プロセスを施し、室温におけるＭ　Ｉ　
Ｂｉ（現像、ＩＰＡリンス処理を行ってレジストパター
ンを形成した。■、■、■いずれのプロセスを経たレジ
ストパターンも、堺鐵性は良好であった。

また、実施例１と同様に線巾０．５〜２．０〔μｍ〕の
範囲のレジストパターンの寸法精度を評価した結果いず
れのレジストパターンも高精度で基板面内の寸法変動誤
差３σ〈０．ｘ［μｍ〕を十分に満足するものであった
。

なお１本発明の主眼は、被処理基板上のレジスト膜を現
１象前に電子制御により基板を移動させることな（連続
的にベーク・冷却する過程で、特にベーキング温度Ｔｂ
から室温付近までの冷却時間（冷却速度〕を精密に且つ
均一に制御することによって、塗布レジストに任意の感
度を均一に与える点にある。したがって、本発明の方法
を用いれば、例えば、種々のレジスト照射（露光）装置
の性能に一合するように、レジストの感度を任意に且つ
均一に設定することができる。本発明者等の研究結果に
よると、現１象前ベーキング温度Ｔｂから室温付近まで
の冷却時間を短く（冷児速反を大きく少ずればする程レ
ジストの感度は向上することが判っている。逆に、冷却
時間を延ばす（冷却速度を小さくするつとレジストは低
感度化されることが判っている。したがって、情況に応
じて。

上記実砲例とは異なる冷却時間（？′を却速、肢）を設
定して、レジストの感（虻を所望の値に設定で曇ること
は言うまでもない。また、上記実ｂｍ例では二種類のレ
ジストに関してのレジストパターン形成例について述べ
たが、レジストの種腿、レジスト膜が被着される基板材
料、レジストの溶媒、現１家液さらにはプリベーク温度
等についても上述した実施例に限定さイユ５るものでは
なく、公矢口の種々の材料、現像液及び幅度についても
本発明の効果が達成されることを確認している。牙だ、
レジストの露光方法についても、上述した輩子綴以外に
光線％Ｘ線、イオンビーム等の所定彼艮域の電磁波や所
定エネルギーの粒子線を用いても水弁、明の意図する効
果が得られる。

〈笑が１例３〉 次に本発明の方法を男廁するのに適合する装置の一例に
ついて第７図を参照して説明する。第７図の装置は、露
光処理後のレジスト瞑付埃板の現像前ベーク及び制御冷
却を全自動で行うものである。露光処理を施されたレジ
ス）ＩＩデ付被処胛に！；板７１ａが、予めカセッ）７
２ａに収納さ１１ており、所定の搬送シーケンスの下に
、ベルトコンベア７３ａによって所定位置へ順次搬送さ
れる。欠に。

レジスト膜付被処理基板７１ａは１回転・上下動機構を
有する真空チャック搬送器７４ａによって。

電子制御ベーク・冷却器７５の基板支持台７６上に移さ
れる。ここにおいてレジスト膜付被処理基板７１ｂには
前述した如く所定の現像前ベーク・冷却処理が施される
。次に、被処理基板７１ｂは回転・上下動機構を有する
真空チャック搬送器７４ｂによって、ベルトコンベア７
３ｂ上の所定位置へ移される。そして、現像前ベーク・
冷却器レジスト膜付被処理基板７１Ｃは、所定のシーケ
ンスの下に、ベルトコンベア７３ｂによってカセッｌ−
７２ｂに順次収納され、本装置の工程は完了丈る。

なお１本装置は枚葉式の処理方法を採用しているので、
情況によっては電子制御ベーク・冷却部分における処理
時間が長（なって、他の部分との処理時間のバランスを
崩し、高スループツト化がはかれない場合も生じ得る。

このような場合には。

電子制御ベーク・冷却器を例えばサークル状若しくは並
列状に複数個配置し、他の部分の処理時間およびベーク
・冷却時間を考慮した適正な遅延時間を設定して、サー
クル的若しくは並列的にべ−り・冷却処理を行なうこと
により、処理装置全体さしての高スループツト化を図る
ことが可能である。さらには、電子１ｌｆｌｌ　鉤ベー
ク・冷却器を所定許容範囲内で大型化し、該部分だけを
バッチ処理方式にすることもできる。

また、前記第４図に示す電子制御ベーク・冷却器におい
て、基板支持具の上方に該支持具と平行対面する均一冷
風発生器を設け、レジストのべ一り後ベーク・冷却器に
流す電流と上記冷風発生器の冷風流量及び温度を互いに
制御しながら冷却速度を制御してもよい。この場合、温
度Ｎ７１１　飼がより良好となり、冷却の均一性がより
向上する。

上記製置の大へな特徴を追肥すると、現１象前ベークー
冷却処理が、従来の大型オーブン、広い冷却エリアに代
わって、イ岐めて小型化された単一装置で可會ヒになっ
たこと、被処理基板の）般送移動が自動的にしかも狭い
スペースで行なわれるので基板へのダストの付着が低減
し製品歩留りが向上すること等があげられる。

【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図は従来工程におけるレジストプリ
ベーク後の被処理基板の温度変化の様子を示す特性図、
第３図は本発明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、渠４図乃至第７図はそれぞれ本発明の
一実施例を説明するためのもので第４図は現像前ベーク
・冷却処理を行なう電子制御ベーク・冷却装置ｌ！（ペ
ルチェ効果素子）を示す概略構成図、第５図はレジスト
冷却速度を示す特性図、第６図は照射量と膜厚残存率と
の関係を示す特性図、第７図は本発明方法の実施に適合
する装置の一例を示す概略構成図である。 ４１・・・被処理基板、４２・・・基板支持台（テーブ
ル）、４３・・・Ｐ型半導体、４４・・・Ｎ型半導体。 ４５．４６・・・電極、４７・・・直流電流、４８・・
直流回路、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ＝１！処理
基板、７２ａ、７２ｂ・−カセット、７３ａ、７３ｂ・
・・ベルトコンベア、７４ａ、７４ｂ・：・ＪＥ　空チ
ェック搬送器、７５・・・電子側倒ベーク・冷却器（ペ
ルチェ効果素子）、７６・・・基板支持台（加熱・冷却
部）。 代理人弁理士　則　近　ｍ　ｔｂ＜ほか１名〕第ｉ図 第３図 第５図 晴間■） 第２図 哨間舎） 第４図 ４／ 第６図 ７？ル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基板上にレジスト処理布し、ベークした後
   、所定波長の颯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（以下露光と称する）し、現
   像処理を施す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、現像処理前に、上記レジスト
   を被処理基板と共に、ペルチェ効果素子を用いて、該レ
   ジストのガラス転移温度以上の温度に昇温、引続き同ベ
   ルチェ効果素子を用いて冷却を行うことを特徴とするレ
   ジストパターン形成方法。
2. （２）被処理基板上に塗布されたレジストを露光後現像
   前にベークしたのち冷却するレジスト処理装置において
   、前記基板を載置するテーブルと、このテーブルを加熱
   及び冷却するペルチェ効果素子とを具備し、上記ペルチ
   ェ効果素子に流す電流の大きさ及び向きを１１１Ｉ御し
   て上記レジストのベー。 及び冷却を連続して行うことを特徴とするレジスト処理
   装置。
3. （３）前記テーブルは金属材料から形成されたもので、
   且つ前記ペルチェ効果素子の一部をなすものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のレジスト処理
   ：Ａ直。