JPH0241896B2 - - Google Patents

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JPH0241896B2
JPH0241896B2 JP59269985A JP26998584A JPH0241896B2 JP H0241896 B2 JPH0241896 B2 JP H0241896B2 JP 59269985 A JP59269985 A JP 59269985A JP 26998584 A JP26998584 A JP 26998584A JP H0241896 B2 JPH0241896 B2 JP H0241896B2
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substrate
cooling
temperature control
resist
baking
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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
    • G03F7/38Treatment before imagewise removal, e.g. prebaking

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、レジストパターンの形成方法に関
し、詳しくはベーキング処理後のレジスト膜の冷
却工程を改良したレジストパターンの形成方法に
係わる。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
超LSIを始めとして、半導体素子の集積度が高
まるの伴つて微細にして、か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6インチマスク或いは5インチウエハ内で
3σ≦0.1μm(但し、σはウエハ等の平均寸法値に
対するばらつきを示す)の寸法精度が要求され始
めている。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エハ間での寸法変動を3σ≦
0.15μmに抑えることが必要である。一方、量産
効果を高めるためには高感度のレジストが必要で
あると共に、使用する露光装置(エネルギー照射
装置)に適合した感度にすべく感度制御が必要と
なる。
ところで、従来、レジストパターンを形成する
には次のような方法が採用されている。まず、基
板(例えばマスク基板)上にレジストを回転塗布
法や浸漬法により塗布する。つづいて、基板上の
レジスト膜をオーブン或いは熱板等の加熱手段で
所定温度(Tb)加熱する、いわゆるベーキング
処理を行なう。所定時間のベーキング処理を行な
つた後、レジスト膜付基板を常温、常圧中で20〜
30分間程度自然冷却する。次いで、冷却後の基板
上のレジスト膜にそのレジストに応じた所定の露
光量で、露光を行ない、更に所定の現像、リンス
処理を施してレジストパターンを形成する。
しかしながら、上述した従来の方法では微妙な
範囲での感度の均一化を同一レジストで行なうこ
とが難しく、露光条件が一定でもその基板1枚1
枚のレジスト感度が変動したり、基板内での感度
差が生じたりして、結果的には基板間、基板内で
高精度のレジストパターンを安定的に形成するこ
とが困難であつた。
このようなことから、ベーキング処理後のレジ
スト膜の冷却速度を上げる(例えばレジストが溶
解されない流体中で基板を浸漬する方法)ことに
よりレジストの高感度化を達成する方法が試みら
れている。しかしながら、かかる方法では流体中
に浸漬した後の乾燥工程等が複雑となる。しか
も、高感度化を達成できるものの、基板面内では
従来の自然冷却による方法以上にばらつきが大き
くなる。従つて、かかる方法では安価なシステム
で、かつ高感度で面内寸法が均一なレジストパタ
ーンを形成することは困難であつた。
〔発明の目的〕
本発明は、ベーキング処理後の冷却工程を改良
することによつて、レジスト感度を安定化させ、
ひいては基板間、基板の面内で均一かつ高精度の
レジストパターンを再現性よく形成し得る方法を
提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明者らは、従来法による基板のレジストパ
ターンの寸法の差異について鋭意研究た結果、ベ
ーキング処理後のレジスト膜が被覆された基板の
自然冷却時において、基板を立置きにしてた場合
の冷却速度は第7図に示すように冷却曲線Aのよ
うな冷却速度で冷却される上部と、冷却曲線Bの
ような冷却速度で冷却される下部とが生じること
を究明した。事実、第7図図示の曲線Aで冷却さ
れた基板上のレジスト膜部分の感度について調べ
たところ、第8図に示すように曲線A′の感度特
性を示し、同様に第7図図示の曲線Bで冷却され
た基板上のレジスト膜部分の感度は、同第8図図
示の曲線B′の感度特性を示し、冷却速度と感度
特性が強い相関があり、これが寸法の差異を生じ
させる原因であることがわかつた。
以上の事から、従来技術では冷却過程での冷却
速度を制御していないため、冷却条件により感度
がふらつき、それが高精度のレジストパターンの
形成を困難にしている原因であることがわかつ
た。
そこで、本発明者らはレジストの感度特性がベ
ーキング処理後の冷却速度に相関すると共に、そ
の冷却むらによつて感度のバラツキが生じること
を踏まえて、レジストを塗布した基板をベーキン
グ処理し、現像処理前でベーキング処理後の冷却
中に前記基板と温度制御板が平行な状態で近接さ
せて冷却を行なうことによつて、感度を常に安定
化でき、かつ同一レジストでの感度条件を限られ
た範囲内で選択することが可能で、最もプロセス
上、安定した感度条件下で再現性よく、量産的に
高精度のレジストパターンを形成し得る方法を見
出した。
即ち、本発明はレジスト膜が被覆された基板を
搬送する搬送手段と、この搬送手段の途中に配置
され、該搬送手段の前段側をベーキング室、後段
側を冷却室として区画するシヤツタと、このシヤ
ツタで区画された前記ベーキング室に配置された
加熱手段と、前記シヤツタで区画された前記冷却
室に配置され、前記搬送手段の基板を下方に移動
させる断熱ピン及び該ピンが貫通され、同ピン上
の基板と平行に対向される温度制御板からなる冷
却機構とを具備したレジスト処理装置を用いてレ
ジストパターンの形成を行うに際し、前記基板を
前記搬送手段によりベーキング室に搬送して該室
内の加熱手段により基板上のレジスト膜を所望温
度にベーキングする工程と、前記シヤツタを開
き、前記搬送手段によりベーキング後の基板を前
記冷却室に搬送すると共に、前記断熱ピンにより
基板を受けて下方に移動させ、基板を該ピンが貫
通される温度制御板に平行な状態で近接させて基
板上のレジスト膜を冷却する工程と、冷却後のレ
ジスト膜に所定波長の電磁波或いはエネルギーの
粒子線の照射(以下、露光と称す)を行つた後、
現像処理を施すう工程とを含むレジストパターン
の形成方法である。
上記基板としては、例えばマスク基板、ウエ
ハ、又はウエハ上に各種の半導体膜、絶縁膜もし
くは金属膜を被覆したもの等を挙げることができ
る。
上記レジストとしては、例えばフオトレジス
ト、遠紫外線感応レジスト、電子線感応レジス
ト、X線感応レジスト、高加速X線感応レジス
ト、イオンビーム感応レジスト等を挙げることが
できる。特に、弗素を含有したポリロチルメタク
リレート(PMMA)からなるポジ型レジストは、
本発明方法を適用した場合に感度の安定化効果が
高いために好適である。
上記レジスト膜が被覆された基板と温度制御板
が平行な状態で近接させて冷却を行なう工程にお
いては、レジストパターンの寸法均一性に悪影響
を与えない温度(具体的にはレジストのガラス転
移温度より30℃以上低い温度)に達するまで冷却
することが望ましい。こうした温度まで下げて冷
却した後は、冷却効率を向上させるために基板を
温度制御板上に載置させてもよい。なお、かかる
冷却工程において、一層の感度の安定化を達成す
る観点から、基板と温度制御板に近接させるまで
の距離、温度制御板に近接させるまでの時間及び
温度制御板の温度を夫々調節して基板のレジスト
膜表面の冷却速度を制御しながら冷却することが
好ましい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図を参照して詳細
に説明する。
第1図は、本発明のレジストパターンの形成方
法に用いられるベーキング・冷却装置を示す概略
図であり、図中の1は基板が設置され、矢印のよ
うに前方、下方(L2の位置)、後方、及び上方
(L1の位置)に駆動する一対のビーム状レールか
らなるウオーキングビームである。このウオーキ
ングビーム1の途中には、ベーキングを行なう空
間と冷却を行なう空間とを区画するための断熱プ
レート2及び二重の開閉自在なシヤツタ3とが設
けられている。前記ベーキングのための空間側の
前記ビーム1上方には、第1の断熱カバー41
前記断熱プレート2に固定されて配置され、かつ
該カバー41の内面には発熱体5が配置されてい
る。また、同ベーキング側空間の前記ビーム1下
方にはベーキング処理を行なうための熱板6が配
置されている。一方、前記冷却側空間の前記ビー
ム1上方には第2の断熱カバー42が配置されて
いる。また、同冷却側空間の前記ビーム1下方に
は冷却機構が配置されている。この冷却機構
は、温度制御板8と、この制御板8の4隅に貫通
され、前記ウオーキングビーム1上を搬送された
基板を支持して下方に移動させる4本の断熱ピン
9とから構成されている。前記温度制御板8は、
第2図及び第3図に示すように上面付近に蛇行し
たヒータ10が埋設され、かつ下面付近に冷媒を
循環させるための蛇行した配管11が埋設されて
いる。前記断熱ピン9は、例えばフツ素樹脂、デ
ルリンその他の耐熱性樹脂により形成されてい
る。なお、前記ウオーキングビーム1と温度制御
板8との間は例えば20ミリ離間している。また、
同ビーム1と前記断熱ピン9先端との間は、2ミ
リ離間されている。
次に、前述したベーキング・冷却装置を用いて
レジストパターンの形成方法を説明する。
まず、ガラス転移温度(Tg)が133℃のEBレ
ジストが塗布されたマスク基板を用意し、該マス
ク基板12をウオーキングビーム1上に設置し
た。つづいて、二重シヤツタ3を開放した状態で
ビーム1を第1図の矢印に示すように駆動して基
板12を熱板6の上方に位置させ、該熱板6及び
発熱体5により基板12を200℃(Tb)までベー
キング処理した。
次いで、ウオーキングビーム1を再度、前方及
び下方に駆動してビーム1の位置をL1からL2
移動させて、ビーム1上の基板12を4本の断熱
ピン9上にセツトし、同時に二重シヤツタ3を閉
じた。ひきつづき、4本の断熱ピン9を下降させ
て、ピン9上の基板12を25℃に設定した温度制
御板8上に接触させて冷却を行なつた。こうした
冷却工程において、ウオーキングビーム1から4
本の断熱ピン9にセツトするまでの時間を1分
間、ピン9上の基板12を温度制御板8に接触さ
せるまでの時間を1分間要するように設定した。
この後、前記下方に位置するウオーキングビーム
1を冷却後8分間経過した後に駆動して温度制御
板8上の基板12をビーム1上に乗せ、前方に移
動して露光装置に搬送した。
次いで、冷却後のレジスト膜を加速電圧20keV
の電子ビームを用いて露光を行ない、メチルイソ
ブチルケトン(MIBK)とイソプロピルアルコー
ル(IPA)の混液(MIBK:IPA=7;3)から
なる現像液(液温;25℃)で10分間処理し、更に
IPAのリンス液(液温;25℃)で30秒間処理して
マスク基板上にレジストパターンを形成した。
しかして、本実施例におけるベーキング処理後
の冷却過程での基板の温度(中央部とコーナ部と
の2点温度)を測定したところ、第4図に示す特
性図を得た。なお、第4図中のC1は本実施例に
おける基板の中央部の温度曲線、C1′は本実施例
におけるコーナ部の温度曲線、C2はベーキング
処理後自然冷却した基板(従来法)の中央部の温
度曲線、C2′は同従来法におけるコーナ部の温度
曲線、を夫々示す。また、図中のP1は、ウオー
キングビームから4本の断熱ピン上に基板を移動
させた時点、P2は基板を温度制御板に乗せた時
点、を夫々示す。この第4図から明らかなように
本実施例の方法では、従来法に比べてマスク基板
の面内温度を均一化できることがわかる。
また、ベーキング処理後自然冷却する従来法に
より形成されたレジストパターン、並びに本実施
例により形成されたレジストパターンについて、
面内のバラツキを調べた。その結果、従来法では
第5図に示す特性図が、本実施例では第6図に示
す特性図が、夫々得られた。これら第5図及び第
6図から明かなように従来法では、面内バラツキ
が3σ≦0.15であるのに対し、本実施例では同バラ
ツキが3σ≦0.04と2倍以上の高精度のレジストパ
ターンを形成できることがわかる。
更に上記実施例において、温度制御板の温度を
例えば80℃、50℃に調節してレジストパターンを
形成したところ、25℃に温度制御板を設定した場
合に比べてレジスト膜の感度を制御することがで
きた。
なお、上記実施例では、ベーキング処理をレジ
スト膜の塗布直後に行なつたが、露光後で現像処
理前に行なつても同様な効果を達成することが可
能であつた。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によれば感度を常に
安定化でき、かつ同一レジストでの感度条件を限
られた範囲内で選択することが可能で、最もプロ
セス上、安定した感度条件下で再現性よく、量産
的に高精度のレジストパターンを形成し得る方法
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のレジストパターンの形成方法
に使用されるベーキング・冷却装置を示す概略
図、第2図は第1図で使用した冷却機構の上面
図、第3図は第1図の冷却機構の底面図、第4図
は本実施例及び従来法による冷却過程でのマスク
基板の2箇所の面内温度を示す特性図、第5図は
従来法により形成されたレジストパターンの面内
寸法バラツキを示す特性図、第6図は本実施例に
より形成されたレジストパターンの面内寸法バラ
ツキを示す特性図、第7図はベーキング処理後の
基板を立置きにして自然冷却した時の冷却過程を
示す特性図、第8図は第7図図示の異なる冷却過
程のレジスト部分における露光量と膜厚残存率と
の関係を示す特性図である。 1……ウオーキングビーム、3……二重シヤツ
タ、6……熱板、7……冷却機構、8……温度制
御板、9……断熱ピン、10……ヒータ、11…
…冷媒の配管、12……マスク基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レジスト膜が被覆された基板を搬送する搬送
    手段と、この搬送手段の途中に配置され、該搬送
    手段の前段側をベーキング室、後段側を冷却室と
    して区画するシヤツタと、このシヤツタで区画さ
    れた前記ベーキング室に配置された加熱手段と、
    前記シヤツタで区画された前記冷却室に配置さ
    れ、前記搬送手段の基板を下方に移動させる断熱
    ピン及び該ピンが貫通され、同ピン上の基板と平
    行に対向される温度制御板からなる冷却機構とを
    具備したレジスト処理装置を用いてレジストパタ
    ーンの形成を行うに際し、前記基板を前記搬送手
    段によりベーキング室に搬送して該室内の加熱手
    段により基板上のレジスト膜を所望温度にベーキ
    ングする工程と、前記シヤツタを開き、前記搬送
    手段によりベーキング後の基板を前記冷却室に搬
    送すると共に、前記断熱ピンにより基板を受けて
    下方に移動させ、基板を該ピンが貫通される温度
    制御板に平行な状態で近接させて基板上のレジス
    ト膜を冷却する工程と、冷却後のレジスト膜に所
    定波長の電磁波或いはエネルギーの粒子線の照射
    を行つた後、現像処理を施す工程とを含むレジス
    トパターンの形成方法。 2 基板を温度制御板に近接させて冷却を行う工
    程において、前記基板を温度制御板に近接させる
    までの距離、温度制御板に近接させるまでの時
    間、及び温度制御板の温度を夫々調整して基板の
    レジスト膜表面の冷却速度を制御しながら、冷却
    を行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のレジストパターンの形成方法。
JP59269985A 1984-12-21 1984-12-21 レジストパタ−ンの形成方法 Granted JPS61147527A (ja)

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KR1019850009520A KR900003362B1 (ko) 1984-12-21 1985-12-18 레지스트 패턴의 형성방법과 그에 따른 레지스트막의 처리장치
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