JPS6046553A - パタ−ン形成方法及び装置 - Google Patents

パタ−ン形成方法及び装置

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JPS6046553A
JPS6046553A JP15413283A JP15413283A JPS6046553A JP S6046553 A JPS6046553 A JP S6046553A JP 15413283 A JP15413283 A JP 15413283A JP 15413283 A JP15413283 A JP 15413283A JP S6046553 A JPS6046553 A JP S6046553A
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JP
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JP15413283A
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JPH0148535B2 (ja
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Shigeru Moriya
茂 守屋
Katsuyuki Harada
原田 勝征
Kazunari Miyoshi
三好 一功
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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
    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/30Imagewise removal using liquid means
    • G03F7/3021Imagewise removal using liquid means from a wafer supported on a rotating chuck

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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】 本発明は、半導体デバイスの一製造プロセスにおいて用
いられるレジスト膜等のパターンの形成方法及びその装
置に関するものである。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、基板のエツ
チノグやイオン注入のマスクとして、レジストパターン
が用いられる。このレジストパターンは、基板に塗布し
たレジスト膜に電子線や紫外線などの高エネルギー線を
所定のパターンに従って照射した後、現像工程を経て形
成される。半導体集積回路は、微細化により経済化・高
速化・高信頼化が図れるため、年々、小型化・高集積化
している。レジストパターンでけ微細化に加えて寸法精
度も一段と厳しくなり、サブミクロン領域の高精度レジ
ストパターン形成が要求されるよう蹟なってきた。従来
、レジストパターンの形成には、紫外光によって7オト
レジスト膜を露光し、これを浸漬法、噴射法2滴下法な
どの方法により現像する工程が一般に用いられていた。
紫外光による方法は、解像性の高いポジ形フォトレジス
トを用い、ウェハ面内で均一性が高く制御性の良い噴射
法を用いたとしても、光の波長で決まる回折現象のため
得られるレジストパターンの最小寸法d実験室的にはI
μm程度、実用的には2μm程度が限度であるといわれ
ている。このため、要求される寸法精度も最小寸法に見
合った精度で良く、現像条件など多少の変動は問題とな
らなかった。さらに、現像液も水系のものが多く、噴射
などによる液温変動が少ないため、現像液の入った容器
温度現像液組成、現像時間を一定にして現像を行う程度
で良かった。
これに対し、サブミクロン領域では、紫外光以上に微細
なパターンが描画できる電子線描画法やX線描画法が有
効であり、これには描画されたレジストを現像して、サ
ブミクロンの最小寸法に見合った精度でレジストパター
ンを形成する必要がある。電子線やX線レジストにも、
フォトレジストと同様にネガ形レジストとポジ形レジス
トかあるが、ネガ形しンストは高い寸法精度が得られや
すい反面、パターンの現像液による膨潤のため感度と解
像性が相反することにより微細化に限界がある。一方、
ポジ形レジストはパターン形成条件によっては、01μ
m以下の微細なパターンでも解像性を示すことが報告さ
れている。
ポジ形レジストの現像は、高エネルギー線照射による分
子量の変化が現像液への溶解速度の変化となることを利
用している。また、照射部と非照射部界面のエネルギー
線吸収プロファイルは計算機のシミュレーションによる
と、ステップ状ではなく、一定の幅をもって変化するこ
とも知られている。このため、ポジ形レジストの現像で
は、溶解速度を支配する現像液温度、現像液組成、攪拌
効果などの現像条件の変動が直接パターンの寸法変動と
なって現われる。従って、ポジ形レジストパターンを用
いて高い寸法精度を得るには、現像条件(現像液組成、
現像温度、現像時間など)をウェハ面内、ウニ)S間で
一定値に保つ必要がある。
半導体集積回路の製造プロセスでは、ウエノ・面内の現
像の均一性が良好なこと、現像を含むウエノ・プロセス
の自動化が容易なこと、などの要求により噴射式まだは
滴下式現像装置が一般に使用されている。この装置では
、現像中、噴射または滴下による現像液の気化が起こり
蒸発潜熱が奪われるために現像温度の低下が起こる。例
えば、水の蒸発潜熱が10.5647 cat/mo/
−に対して、雷、子線レジス) FPMの現像に用いる
メチルイソブチルケトンとイソプロピルアルコールの蒸
発潜熱は、それぞれ8.71.Kcat/mot、 9
.569Kcat/mo/、であり、水系の現像液を用
いるフォトレジストの現像工程と異なり、特に有機系の
犯像液を使用する電子線レジストの現像工程では温度変
化が顕著となる。
このため、フォトレジストの現像と同じように現像液の
入った容器温度と現像時間を一定にして噴射式捷たは滴
下式現像を行う従来の方法では、現像温度の変化により
高い寸法精度を有するレジストハターン形成が行なえな
い欠点があった。
本発明は、これらの欠点を解決するため、ポジ形レジス
トの現像に関して、ウニ・・周辺の現像温度を逐次検出
し、該検出温度をもとに、レジストの溶解膜厚を算出し
現像時間や現像液組成を制御して、所定の溶解膜厚到達
点をもって現像を終了することができるようにしたパタ
ーン形成方法及びパターン形成装置を提供するものであ
る。
以下図面により本発明の詳細な説明する。
第1図は噴射式現像装置を用いてポジ形電子線レジスト
・ポリ(1,1−ジメチル−2,2,3,3−テトラフ
ルオロメタクリレート)(FPM)の現像を行った場合
の具体例であって、現像中のウェノ・周辺温度を測定し
た結果である。現像液は、メチルイノブチルケトンとイ
ンプロピルアルコールを容量比で22対78に混合した
もので現像時間は120秒である。■〜■で示すように
現像するウェハの枚数が増えるに従って全般に温度が低
下することから、ウニ’・間で現像温度が変動すること
が明らかである。
第2図は、各種ボン形電子線レジストについて。
現像液温度だけを変えて感度をめた実験結果である。実
験は液温を一定にした現像液に一定時間浸漬して行った
。図から明らかなように、高い感度を有するレジストは
ど温度変化に対する感度変化の割合は大きくなる。
第3図は、0.5μm幅の孤立ラインを描画し、現像を
行った場合、感度の変化に対するノ(ターン幅の変化を
測定した結果である。±10%の感度変化により、約±
005μmのパターン幅変化があることがわかる。
ところで、一般にポジ形レジストは高エネルギー線照射
により分子量の低下した照射部が現像液によって溶解す
ることによりパターンが形成される。この溶解速度は高
エネルギー線の照射量すなわち照射部のレジスト分子量
を一定とすると、現像液の温度および現像液の溶媒組成
によって変化する。従って、現像液の温度や組成に対す
る溶解速度が既知であれば、塗布膜厚も既知であるから
、溶解膜厚をめることにより、覗、像を終了することが
できる。これが本発明の原理である。以下、実施例にも
とづいて詳細に説明する。
〔実施例1〕 第4図は本発明の実施例であって、1は制御回路、2−
1.2−2はパルプ、3−1.12はポンプ、4−1.
4−2はタンク、7−1.7−2はノズルであり、これ
らは、パイプ6−1.6−2を介して接続されている。
また、タンク4−1 、4=2は5−11.5−2の如
き現像に使用する現像液、リンス液などで満たされてい
る。8はモータであり、ウエノ・チャック9と連結され
ている。10はウェノ・、11は温度センサであり、温
度測定回路12を介して制御回路1と接続されている。
制御回路IKは現像処理を行うため、現像温度や現像液
組成と溶解速度との関係などのデータを格納するだめの
メモリ13が接続されている。
本発明に係る動作を次に説明する。図示しない照射装置
によりウエノ・10上のレジスト膜Kl子ビームの走査
により又は所望のパターンのマスクを介して光を照射後
K、現像が指示されると、制御回路1はパルプ2−1を
開き、ポンプ3−1を作動させて、タンク4−1内の現
像液5−1をノぐイブ6−1を介してノズル7−IFc
送り込むとともに、モータ8を所定の回転数で回転させ
、ウエノ・チャック9上のウニ・・10に現像液を噴霧
または滴下する。毒制御回路lは温度測定回路12を介
して温度センサ11′により現像温度T1を測定し、こ
の測定温度T、から溶解速度R1をメモ1J13より読
み出す。なお、各現像温度に対する溶解速度は予め測定
し、メモリ13に記憶させておく。現像温度と溶解速度
の関係は、レジストの種類と現像液組成が決まれば、−
律に決まるため、一度測定するだけでよい。
第5図に、各種ポジ形レジストについて、電子ビームの
適正照射量を与え、現像温度を変えて溶解速度を測定し
た例を示す。
つづいて、制御回路1は、一定時間Δを後に再び温度測
定を行い、現像温度T2を測定し、この測定温度T2か
ら溶解速度R2をメモリ13より読み出す。
これを、Δtのステップで繰返して溶解速度R1+R2
,・・・・・・、R1,・・・・をめるとともに、各溶
解速度R1とΔtとから各ステップにおける溶解膜厚R
,・Δtを割算し、溶解膜厚を各ステップ毎に積算して
、各ステップにおける溶解膜厚Rとして R−ΣR1・Δt を得る。溶解膜厚Rと初期レジスト膜厚R8を各ステッ
プ毎に比較しR8−Rとなった時点で、制御回路1はパ
ルプ2−1を閉じ定量ポンプ3−1を停止させるととも
にモータ8を停止して、現像処理を終了する。
制御回路】は引続いて、パルプ2−2を開きポンプ3−
2を作動させ、タンク4−2内のリンス液をパイプ6−
2を介してノズル7−2に送り込むとともに、モータ8
を所定の回転数で回転させて、リンス処理を行う。リン
ス時間は、所定の時間リンス液を噴霧する通常の方法で
十分である。
リンス処理終了後は、N2ガスなどの乾燥ガスをウェハ
表面に吹きつけつつ、ウェハを高速回転させて乾燥処理
を行い、現像工程は終了する。本実″4+。
施例による実験結果を表1に示す。4インチウェハを用
いて、ウェハ面内およびウェハ間のばらつき25%以下
を得た。
以」二の実施例1の動作のフローチャートを第6図に示
す。nは整数である。この動作は以上の説明から理解さ
れるので、詳細な説明は省略する。
〔実施例2〕 一般にポジ形レジストでは、このレジストを良く溶解す
る良溶媒と溶解しない貧溶媒を混合し、高エネルギー線
照射部だけが溶解する溶解性に調整し現像液として使用
する。第4図において、ポンプ3−1を定量ポンプに置
きかえ、5−1を現像良溶媒、5−2を現像貧溶媒とし
て、パルプ2−1..2−2を同時に開き、定量ポンプ
3−1とポンプ3−2を同時に作動させて、ノズル7−
1と7−2から良溶媒と貧溶媒を同時に噴霧または滴下
させ、現像温度T1により定量ポンプ3−1の回転数を
変えて良溶媒4−1の送出量を制御し、ウェハ100表
面における現像液組成をT1に応じて変更することによ
り、一定時間Δを内のレジストの溶解膜厚R,を一定値
に保ち、所定の時間で初期膜厚を溶解する装置を格成す
ることもできる。本実施例による実験結果を表2に示す
。実施例1と同様に、4インチウェハを用いて、ウェハ
面内およびウェハ間のばらつき25%以下を得た。
以」二の実施例2の動作のフローチャートを第7図に示
す。nは整数である。この動作も以上の説明から理解さ
れるので、詳細な説明は省略する。
表3に従来の噴射式現像法を用いた実験結果を参考とし
て示す。表3と表11表2の比較から明らかなように、
本発明によればボン形レジスト膜を再現性良く溶解する
ことができるから、本発明は、ポジ形レジストを少ない
感度ばらつきで現像する目的に応用できる 表 1 1・ [ 表 2 1・ [ 表 3 なお、これらの表及び図面で用いた略号の名称は次の通
りである。
PMMA・・ポリメチルメタアクリレートFPM・・・
ジメチルテトラフルオロプロピルメタクリレート 0−MAC・・・フェニルメタアクリレート−メタクリ
ル酸共重合体 FBM−G・・ヘキサフルオロブチルメタクリレ−ドー
グリソジルメタクリレート共重合体 MiBK ・・メチルイソブチルケトンIPA・・・イ
ノブチルアルコール DMF・・N、N−ジメチルホルムアミドDX ・・・
1.4−ジオキサン DBK・・・ジメチルイソブチルケトンE tOH・・
・エチルアルコール IBA・・・イノブチルアルコール なお、以上はレジストパターンの形成について説明しだ
が、液温によってエツチング速度が大きく変化する他の
酸化膜の如き被処理膜のパターンをウェットエツチング
で形成する場合にも同様に用いることができる。
また、被処理膜への現像液の供給は第4図に示す噴霧又
は滴下のみでなく、被処理膜を現像液に浸漬してもよい
。さらに、現像の停止は被処理膜に対する現像液の供給
を停止すればよいのであるから、第4図のように現像液
の供給用バルブを制御するのみではなく、被処理膜を被
着した基板(ウェハ)を移動させて現像液から離反する
ように制御してもよい。
以上、本発明によればポジ形レジストの現像において、
」像温度を逐次検出し、これにより、溶解膜厚を積算す
るか一定時間内の溶解膜厚を一定に保ちながら現像を行
い、溶解膜厚が初期膜厚と一致した所で現像を終了する
ため、高エネルギー線の照射量に応じてボン形レジスト
を溶解スることができ、ウェハ面内、ウェハ間の現像ば
らつきを抑えることができるから、サブミクロン領域の
レジストパターンが高精度に形成できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の噴射式現像装置を用いて現像を行った場
合の現像温度変動の例を示す特性図、第2図は各種ポジ
形レジストの温度変化に対する感度変化の例を示す特性
図、第3図はポジ形レジストの感度変化に対する寸法変
化の例を示す特性図、第4図は本発明の実施例を示す系
統図、第5図は温度と溶解速度との関係を示す特性図、
第6図。 第7図は本発明の実施例の動作フローチャートである。 1・・制御回路、 2−1.2−2・・・バルブ、3−
1.3−2・・・ポンプ、4−1.4−2・・・タンク
、5−1.5−2・・・現像液、リンス液など、6−1
.6−2・・・パイプ、7−1.7−2・・・ノズル、
8・・・モータ、9・・・ウニハチ欅yり、10・・・
ウェハ、11・・・温度センサ、12・・・温度測定回
路、 13・・・メモリ。 特許出願人 日本電信電話公社 代 理 人 白 水 常 雄 外1名 弼 1 図 現像時P4(籾 η 2 図 Xil 度 第 3 図 d【乏度号子イし (−一) 矛 4 図 35 図 一4二 第 6 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (+1基板上に被着された被処理膜にパターンの照射を
    行った後、現像中の該被処理膜周辺の温度を逐次検出し
    、検出温度と該被処理膜の溶解量の関数関係を用いて溶
    解膜厚を推定・算出することにより、所定溶解膜厚到達
    点をもって現像の終点を判定し、現像を終了することを
    特徴とするパターン形成方法。 (2)予めめた一定組成の現像液に対する現像温算出・
    積算し、現像時間を制御′することにより現像を終了す
    ることを特徴とする特許 の範囲第1項記載のパターン形成方法。 (3)予めめた組成の異なる複数の現像液に関する現像
    時間と被処理膜の溶解量の関数関係を用い、逐次検出さ
    れる検出温度に変化があっても該被処理膜の溶解速度が
    一定となるよ5に前記複数の現像液を混合して現像液組
    成を制御することKより、所定時間で現像を終了するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のパターン形
    成方法。 (4)基板上に被着され所望の光パターンの照射を受け
    た被処理膜に少くとも一種類の現像液を供給する現像液
    供給手段と、現像中の前記被処理膜周辺の温度を逐次検
    出する温度測定手段と、前記現像液による前記被処理膜
    の溶解量と前記検出された温度との関係を記憶しておく
    メモリと、前記温度測定手段から得られる検出温度と前
    記メモリから読み出される前記関係から前=2被処理膜
    の溶解膜厚を算定して所定溶解膜厚に到達したときに前
    記被処理膜への前記現像液の供給を停止せしめる制御手
    段とを備えたパターン形成装置。 (5)前記現像液として一定組成の現像液が用いられ、
    前記検出温度と現像経過時間とから前記溶解膜厚を算定
    するように前=e制御手段が構成されたことを特徴とす
    る特許請求の節囲第4項記岐のパターン形成袋W0 (6)前記現像沿供給手段は組成の異なる複数の現像液
    を混合供給し前記逐次検出される検出温度に変化があっ
    ても前記被処理膜の溶解速度が一定となるように構成さ
    れ、前記制御手段は所定時間で前記現像液の供給を停止
    せしめるように構成されたことを特徴とする特許請求の
    範囲第4項記載のパターン形成装置。
JP15413283A 1983-08-25 1983-08-25 パタ−ン形成方法及び装置 Granted JPS6046553A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62293738A (ja) * 1986-06-13 1987-12-21 Internatl Rectifier Corp Japan Ltd 半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62293738A (ja) * 1986-06-13 1987-12-21 Internatl Rectifier Corp Japan Ltd 半導体装置

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