JPS62295417A - レジスト処理方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体ウェハに塗布されたフォトレジスト
の処理方法に係り、特に、紫外線照射によるフォトレジ
ストの処理方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の紫外線照射によるフォ１−レジストの処理につい
ては、半導体ウェハに塗布されたフカ１−レジストにマ
スクパターンを露光する処理、フォ１〜レジスト表面に
付着した有機汚染物を分解洗浄する予備洗浄処理等にお
いて、紫外線照射が利用されているが、最近、フォ１−
レジスト処理工程のひとつであるベーキング工程への適
用が注１−１されている。　ベーキング工程とは、フォ
トレジスト塗布、露光、現像によるフォ１ヘレジス１ヘ
パターンを形成する工程とこのフォトレジストパターン
を用いてイオン注入やプラズマエツチングなどを行う工
程との中間の工程であって、フオトレジス１−の半導体
基板への接着性や耐熱性の向上などを目的とした加熱工
程である。そして最近では、現像後のベーキング工程の
前、あるいはベーキング時にフォトレジストに紫外線を
当てて、より短時間にベーキング時の耐熱性や耐プラズ
マエツチング性を高める方法が検討されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、最近は、フ第１〜レジストベーキング工程
においては、紫外線を照射することが検討されている。

ところが、処理の高速化のために紫外線発光効率の高い
マイクロ波励起無電極放電灯や高圧水銀放電灯からの放
射光のように紫外線強度の大きな光をフォトレジストに
照射すると、フォトレジスト内部よりガスが発生し、こ
のガスによって気泡の発生、フォトレジストパターンの
くずれ、フォトレジスト膜のはがれや破裂、荒れなどの
フォトレジスト膜の破壊が発生し、半導体素子不良の原
因となっていた。

このガスの発生原因としては、フォトレジストの露光感
光基の急激な光化学反応、フォＩ・レジスト塗布の前処
理としてウェハに塗布したＨ　Ｍ　Ｄ　Ｓ（ヘキサメチ
ルジシラザン）や反射防止剤などとフォトレジストとの
光化学反応、色素などのフォトレジスト添加剤の光化学
反応、フォトレジス１−内に残留する溶剤の光化学反応
などが考えられる。

これらのガス発生光化学反応は、波長が３００ｎｍ〜５
００ｎｍの範囲の光、特にフォトレジス１−の露光感光
波長の光によって著しく進行する。

一方、短波長の紫外線、特に３００ｎｍ以下の波長の光
を照射すると、照射の初期段階においてはフォトレジス
トの表面にサーフェススキン（高分子化された表面皮膜
）が形成される。このサーフェススキンは、時間の経過
とともにフォトレジストの内部に広がって行き、やがて
フォトレジスト全体が高分子化するが、この高分子化層
はガスを通しにくく、従って、前記の原因によりフォト
レジストの内部に発生したガスの放出が妨げられ、ガス
の発生量が放出量より多いときはフォトレジストの内部
にガスがたまり、このたまったガスは気泡へと成長し、
最終的にフォトレジストを破壊してしまう。従って、こ
れらの波長域を含む光を放射するマイクロ波励起無電極
放電灯や高圧水銀放電灯を使用するフォトレジスト処理
装置では、光の強度を強くできない。すなわち、高速な
処理が行えない問題点があった。そして、このフォトレ
ジスト膜の破壊について更に詳しく調べると、例えば東
京応化工業社製０ＦＰＲ−８００の比較的薄い塗布膜の
場合と、富士ハントエレクトロニクステクノロジー社製
ＨＰ　Ｒ−１１８２の比較的厚い塗布膜の場合とでは、
紫外線の照射方法によって破壊の進行状態が異なること
が判明した。従って、使用するフォトレジストの種類や
その膜厚に応じて照射工程をそれぞれ工夫する必要があ
る。

本発明は、かかる事情に鑑みて、マイクロ波励起無電極
放電灯や高圧水銀放電灯よりの放射光による比較的薄い
フォトレジスト膜の破壊を防止することにより、紫外線
照射によるフォトレジストの処理を高速かつ効果的に行
うことのできる方法を提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、この発明では、紫外線放射
源と、これよりの放射光の全部を遮断するシャッターと
、この放射光の内でフォトレジストの露光感光波長の全
部もしくは一部の放射光を選択的に遮断ないし減少させ
る開閉可能なフィルタとを具えた装置を使用し、フォト
レジストに放射光を照射するにあたって、初期にはフィ
ルタを閉状態にし、シャッターを開いてフィルタを通し
て照射し、次に、シャッターを閉じ、一定の休止期間の
間にフィルタを開状態にし、再びシャッターな開いてフ
ィルタを通さずに照射する工程を含む・。

（作用〕 この発明においては、照射処理開始の初期の段階では、
マイクロ波励起無電極放電灯や高圧水銀放電灯からの強
い放射光の内、フィルタを通して主に露光感光波長の放
射光を遮断もしくは減少させて照射する。しかし、遮断
する場合でも、露光感光波長の放射光は、フィルタの特
性の範囲内で微量はリークするのでガスがゆるやかに発
生する。

このどき、主に３００ｎｍ以下の光によりフ第１−レジ
ストのサーフェススキンが徐々に形成されるが、このガ
スの発生はゆるやかであり、またフォトレジストの膜厚
が比較的薄いためにガスの発生量が少ないこと、ガスの
膜内での移動距離が短いことのために、ガス発生速度が
ガス放出能力以内の状態が保持され、サーフェススキン
が厚くならないうちに殆どのガスが抜けてしまう。この
ような「前処理状態」を設けてから、さらに、一定の照
射休止期間をおいてこの間に完全にガスを抜く。

しかる後に、フィルタを通さずに紫外線放射源からの全
放射光を照射するが、ガスが完全に抜けているので強力
な放射光で照射してもフオトレジス１〜膜形状が崩れず
、短時間で処理が終了する。つまり、所定の耐熱性や耐
プラズマエツチング性が得られる。

〔実施例〕

以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体的に説明
する。

第１図は、この発明によるフォトレジスト処理方法の一
実施例を説明するためのフォトレジスト処理装置である
。パターン化されたフォトレジスト４が半導体ウェハ５
の上に形成されており、半導体ウェハ５はウェハ処理台
６に載置される。ウェハ処理台６は、ヒータリード線９
より通電することによりヒータ　１０で加熱され、ある
いは冷却孔１１　に冷却水を流すことによって冷却され
る。

この加熱および冷却機構により半導体ウェハ５の温度制
御が行われる。また、ウェハ処理台６には、真空吸着孔
７が付加されており、真空ポンプによって連通孔８を通
して真空引きすることにより、半導体ウェハ５をウェハ
処理台６上に密着して固定する機能をも有する。紫外線
照射源は、無電極水銀放電灯１、マグネトロン２０、電
源２１、導波管２２．内面に図示略の光反射ミラーを配
置した空胴共振器２３を含み、開閉可能なフィルタ３、
シャッター２４などとともに照射装置を構成している。

なお、第１図において、実線で示すシャッター２４は開
状態を、点線で示すシャッター２４″は開状態を示し、
同じく、実線で示すフィルタ３は閉状態を、点線で示す
フィルタ３″は開状態を示す。

電源２１より電力を供給されたマグネトロン２０は、周
波数が２４５０　Ｍｌｌｚのマイクロ波を発振する。発
生したマイクロ波は空欄共振器２３に導かれ、空胴共振
器２３内に強いマイクロ波磁界を形成する。この強いマ
イクロ波磁界により無電極水銀放電灯１内の水銀ガスが
励起され、紫外線を含む放射光を放射する。

無電極水銀放電灯１の封入ガスとしては、アルゴンなど
の稀ガスと少量の水銀を添加すると強い紫外線を放射す
ることが知られている。特に波長が２２０〜２３０ｎｍ
の光を強く放射する無電極水銀放電灯については、特開
昭５９−８７７５１号公報に開示されており、これを使
用することも可能であるが、フォトレジストの耐熱性や
耐プラズマエツチング性＝８− を向上させるのに有効な紫外線の波長域は２２０〜３０
０ｎｍと広いため、この範囲に強い放射光をもつ無電極
水銀放電灯が好ましく、前記の公報で開示されるよりも
水銀を多く添加すると２２０〜３００ｎｗ＋の放射光が
強くなり、好適である。

無電極水銀放電灯１からの放射光は、フィルタ３などに
より適当な波長の紫外線詮含む放射光としてフォトレジ
スト４上に照射される６第２図は本実施例で用いた無電
極放電灯１の放射スペクトルの一例である。フィルタ３
としては、フォトレジストの露光感光波長を含む波長域
である３０（ｌｒ＋ｍ〜５００ｎｍの放射光を遮断ない
しは減少させる特性を有するものを使用することにより
、紫外線照射によるフォトレジスト処理を効果的に行う
ことができる。

３００ｎｍ〜５００ｒ＋ＤＩの波長域の放射光を遮断な
いしは減少させる特性のものとしては、石英ガラス板に
多層の蒸着膜を形成した波長選択性フィルタを用いるの
が適当である。このフィルタ３の分光透過率特性の一例
を第３図に示す。

この装置を使用して、フォトレジストに東京応化工業社
製０ＦＰＲ−８００および同社製０ＦＰＲ−５０００を
用い、ウェハ前処理剤としてＨＭ　Ｄ　Ｓを用いて厚さ
が１．２μｍであってやＮ薄いフォトレジスト膜を形成
したサンプルに対して第４図に示すタイムチャートに基
すいて紫外線を照射した。

即ち、最初にシャッター２４　を開けるときはフィルタ
３は閉じており、フィルタ３を通して、例えば１〜２０
秒間照射する。この状態が「前処理状態」であり、フィ
ルタ３を通すので、フォトレジスト面における露光感光
波長の放射光の強度は小さく、抑制された状態でガスが
ゆるやかに発生し、このガスが薄い表面皮膜を通して抜
ける。次に、シャッター２４を、例えば５〜１０秒間閉
じるが、この期間が休止期間であり、この間に発生した
ガスが完全に抜ける。そして、フィルタ３を開いた状態
で再びシャッター２４を、例えば３０〜６０秒間開ける
が、フィルタ３を通さないので、フォトレジスト面にお
ける放射光の強度は大きく、短時間で処理することがで
きる。そして、ガスが完全に抜けているので、強度の大
きな放射光で処理してもフォトレジスト膜が破壊される
ことがない。

このように、短い時間の「前処理状態」ｋ設けることに
より、膜厚の比較的小さいフォトレジストを好適に処理
することができ、耐熱性や耐プラズマエツチング性が向
上した。これに対して、上記のフィルタ３を使用せず、
かつ連続して照射した場合はフォトレジスト膜が破壊し
た。

上記の実施例では、無電極放電灯の封入ガスとして紫外
線強度の強い水銀を添加したアルゴンガスを用いたが、
これに限定されるものではなく、水銀以外の金属を例え
ばハライドの形で微量添加したものであって、所定の波
長の紫外線を放射するものでもよく、更には、アルゴン
以外の稀ガス、もしくはアルゴンと他の稀ガスの混合ガ
ス、もしくはアルゴン以外の稀ガスの混合ガスに水銀を
添加した水銀稀ガス無電極放電灯を用いることもできる
。また、マイクロ波の周波数も２　４　５　０　Ｍ　Ｉ
ｌｚに限定されるものではなく、他の周波数のマイクロ
波であっても封入ガスを効率良く励起できるものであれ
ばよい。更には、マイクロ波よりも長い波長の高周波で
あってもよい。

更に・は、この技術は、紫外線放射源として高圧水銀放
電灯を使用した場合にもそのままそっくり利用できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、紫外線放射源と、これ
よりの放射光の全部を遮断するシャッターと、この放射
光の内でフォトレジストの露光感光波長の全部もしくは
一部の放射光を選択的に遮断ないし減少させる開閉可能
なフィルタとを具えた装置を使用し、フォトレジストに
放射光を照射するにあたって、初期にはフィルタを閉状
態にし、シャッターを開いてフィルタを通して照射し、
次に、シャッターを閉じ，一定の休止期間の間にフィル
タを開状態にし、再，びシャッターを開いてフィルタを
通さずに照射することにより、フォトレジストの耐熱性
や耐プラズマエツチング性を向上させるに有効な紫外線
とともにフォトレジストにたいする破壊作用をもたらす
波長域の光を強く放射するマイクロ波励起無電極放電灯
や高圧水銀放電灯を使用しても、この破壊作用をもたら
す波長域の光が「前処理状態」におけるフィルタによっ
て制御されているので、フォトレジスト膜に対する破壊
作用をもたらす光化学反応が抑制される。

しかも、フィルタが開の状態でフォトレジストの耐熱性
や耐プラズマエツチング性を向」ニさせるに有効な紫外
線は依然として強く含まれているので、高速かつ効果的
なフォトレジスト処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明によるレジスト処理方法を実施するための
装置の一例の説明図、第２図は本発明に使用するマイク
ロ波励起無電極放電灯の放射スペクトルの一例を示す説
明図、第３図は本発明に使用するフィルタの分光透過率
特性の一例を示す説明図、第４図はタイムチャートの説
明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、紫外線放射源と、これよりの放射光の全部を遮断す
   るシャッターと、この放射光の内でフォトレジストの露
   光感光波長の全部もしくは一部の放射光を選択的に遮断
   ないし減少させる開閉可能なフィルタとを具えた装置を
   使用してウェハに塗布されたフォトレジストを紫外線を
   含む放射光で照射処理するレジスト処理方法であって、 該フォトレジストに放射光を照射するにあたって、初期
   には該フィルタを閉状態にし、該シャッターを開いてフ
   ィルタを通して照射し、次に、シャッターを閉じ、一定
   の休止期間の間にフィルタを開状態にし、再びシャッタ
   ーを開いてフィルタを通さずに照射する工程を含むこと
   を特徴とするレジスト処理方法。 ２、前記紫外線放射源がマイクロ波励起無電極放電灯も
   しくは高圧水銀放電灯であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のレジスト処理方法。