JPS62295420A - 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へフオｌ−レジス
トの処理方法に係り、特に、紫夕）線照射によるフォト
レジス１−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カ１ヘレジス１−の処理につ
いては、半導体ウェハに塗布されたフォトレジストにマ
スクパターンを露光する処理、フ第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、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目
されている。

ベーキング工程とは、フォ１へレジスト塗布、露光、現
像によるレジストパターンを形成する工程とこのレジス
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、フォトレジスト
の半導体基板への接着性や耐熱性の向」二などを目的と
した加熱工程である。そして最近では、現像後のベーキ
ングゴー程の前、あるいはベーキング時にフカ１−レジ
スｌ−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、フォト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、レジスト塗布の前処理として
ウェハに塗布したＩ−＋ＭＤＳ（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
１色素などのレジスト添加剤の光化学反応、フォトレジ
スト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３００ｎ１１１
〜５００ｎｎ＋の範囲の光、特にフォトレジストの露光
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る。

特に、フォトレジストの膜厚が大きいときのように、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
東京応化工業社製のノボラックレジストであるＯ　Ｆ　
Ｐ　Ｒ−５０００の比較的薄い塗布膜の場合と、同社製
のＴ　Ｓ　Ｍ　Ｒ−８８００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厚い
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透過し、他の放射光
を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
い放射光を、フィルタを通して主に露光感光波長の放射
光にして照射する。従って、フォトレジストのサーフェ
ススキンの形成を抑制してフォトレジスト内で発生した
ガスを外部に放出しやすい状態とし、発生したガスによ
って皮膜形状が崩れない範囲で前述の状態で短時間だけ
照射するか、もしくは減光フィルタなどで抑制された強
度で照射し、この間に内部で発生したガスを外部に放出
させる。即ち、波長選択フィルタおよびシャッターの開
閉や減光フィルタの使用により照射時間もしくは照射強
度の制御を行って「前処理状態」とし、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フォトレ
ジスト膜形状が崩れず、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、この発明によるフカ１−レジス１〜処理方法
の一実施例を説明するためのフォ１−レジス１〜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」二に形成されており、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】Ｉ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」二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＋１）ｉ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、実線で示すシャツタ
ー２４は閉状態を、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　より電力製供給されたマグネ１〜ロン２０は
、周波数が２４．５０　Ｍ　ｌｌｚのマイクロ波を発振
する。発生したマイクロ波は空）１１１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を向」−させるのに有効な紫外
線の波長域は２２０〜３００ｎｍ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
〜：（００ｎ　ｍ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を含む放射光としてフォトレジ
スト４上に照射される。第２図は本実施例で用いた熱電
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１−の露光感光波長を含む波長
域である３　（１０ｎ　ｍ〜５００ｎｍの放射光を主に
透過し、他の放射光、特に３００ｎｍ以下の放射光を遮
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〜５００ｎｍの波長域の放射光を透過し、他
の波長域を遮断ないしは減少させる特性のものとしては
、石莢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１３図に示す。

この装置を使用して、フォトレジストに富士ハントエレ
クトロニクステクノロジー社製Ｉ−ＩＰ　Ｒ−１１８２
、および東京応化工業社製Ｔ　Ｓ　Ｍ　Ｒ−８８００を
用い、ウェハ前処理剤としてＨＭＤＳを用いて厚さが２
．５μｍであってや＼厚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、フォトレジストに
ガスを通しにくい表面皮膜を形成させる効果が特に大き
い３００ｎｍ以下の波長の光が遮断ないしは減少され、
表面皮膜が形成されないか、極端に抑制された状態で表
面皮膜が形成され、露光感光波長の光により発生したガ
スが容易に外部に抜ける。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３
０〜６０秒間開けるが、フィルタ３を通さないので、耐
熱性や耐プラズマエツチング性の向上に効果の大きい３
００ｎｍ以下の波長の放射光のフォトレジス１〜面にお
ける強度は大きく、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」を設けるこ
とにより、膜厚の大き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」
ニした。

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。

」二記の実施例では、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址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２４５０Ｍｌ１ｚ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６ 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透過し、他の放射光を遮断ない
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
ーに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、
「前処理状態」におけるフィルタによって制御された波
長の光により、フォトレジストの内部から既にガスが放
出されているので、フォトレジスト膜に対する破壊作用
をもたらす急激なガス発生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上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ぺり１〜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１１チヤー１
・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透過
   し、他の放射光を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。