JPH0257334B2 - - Google Patents

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JPH0257334B2
JPH0257334B2 JP61226901A JP22690186A JPH0257334B2 JP H0257334 B2 JPH0257334 B2 JP H0257334B2 JP 61226901 A JP61226901 A JP 61226901A JP 22690186 A JP22690186 A JP 22690186A JP H0257334 B2 JPH0257334 B2 JP H0257334B2
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JP
Japan
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resist
annealing
baking
sensitivity
exposure
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JP61226901A
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English (en)
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JPS6381820A (ja
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Fumiaki Shigemitsu
Kinya Usuda
Tatsuo Nomaki
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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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
    • G03F7/16Coating processes; Apparatus therefor
    • G03F7/168Finishing the coated layer, e.g. drying, baking, soaking
    • 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)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は半導体装置の製造のため、マスク基
板、半導体基板等にレジストパターンを形成する
方法に関する。
(従来の技術) 超LSIをはじめとして、半導体素子の集積度が
高まるにつれて微細にして、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り、一方量産効
果を高めるために、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、被
処理板(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
上のレジスト膜を所定の温度でオーブン或いは熱
板等の加熱手段で加熱する、いわゆるベークを行
なう。所定時間ベーク後、レジスト膜付被処理板
を常温、常圧中で20〜30分間程度自然放冷して室
温程度まで冷却する。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。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、この従来の方法では同一のレジ
スト間での感度調整が難しい。このため、露光条
件やプロセス条件においても制約が加わり、任意
の条件下でのレジストパターンの形成ができない
という問題を生じている。又、レジスト膜の感度
が同一の被処理基板上で変化し易く、均一の寸法
のレジストパターンを形成することが困難となつ
ている。
本発明は上記事情を考慮してなされ、レジスト
の感度を安定化させると共に、その感度制御を可
能としたレジストパターン形成方法を提供するこ
とを目的としている。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 概 要 上記目的は被処理基板上に塗布されたレジスト
をベークして冷却するベーキング工程と、電磁波
あるいは粒子線によつて露光する露光工程と、露
光部を選択的に現像する現像工程とを有するレジ
ストパターン形成方法において、前記ベーキング
工程は前記被処理基板をレジストのガラス転移温
度領域以上でベークし、前記ベーキング工程後急
速冷却を行い、前記現像工程前にレジストのガラ
ス転移温度領域内の温度で所定時間アニーリング
するアニーリング工程を更に有することを特徴と
するレジストパターン形成方法によつて達成され
る。
発明の具体的説明 以下本発明を具体的に説明する。
Tg領域以上の温度でレジストをベークし、そ
の後、急冷するとレジストのエンタルピーは高い
状態で凍結されるため、現像における感度、すな
わち溶解性も高い状態で保たれる。これらの処理
の後、レジストをTg領域内の温度でアニーリン
グ(加熱)すると、エンタルピー、すなわち体積
の緩和が進み、感度(溶解性)が低下する。従つ
て、アニーリングの時間とレジストの感度との関
係を予め、求めておくことにより同一のレジスト
においても異なる感度を得ることができ、感度の
調整が可能となる。第2図は電子線に感応するポ
ジ型レジストである2,2,2―トリフルオロエ
チル―α―クロロアクリレート(以下、EBR・
9と略記する)をTg領域以上の温度でベークし
た後、急冷した試料の示差走差熱量計(DSC)
の測定結果である。曲線Aは冷却速度を160℃/
secで急冷し、曲線Bは冷却速度2℃/minで緩
冷したDSC曲線を示している。試料BではTg領
域に吸熱ピークが表われるが、試料Aでは表われ
ていない。このDSC曲線をエンタルピー曲線に
積分変換した第3図においては、試料Aの方が高
いエンタルピー状態となつている。これは緩慢冷
却された試料BがTg領域内に保持される時間が
長いため、エンタルピーの緩和が試料Aよりも進
行するためである。従つて、Tg領域以上の温度
でベークし、その後、急冷することによりレジス
トは高いエンタルピー状態とすることができる。
そして次にこれをTg領域内の温度で所定時間ア
ニーリングすることにより、エンタルピーの緩
和、すなわちレジストの感度調整が可能となる。
第4図はTg領域以上の温度によるベークとその
後の急冷を行なつた試料Aを、Tg領域内の一定
の温度(130℃)でアニーリング時間を変えた場
合のDSC曲線である。アニーリング時間が長く
なるに従つて、吸熱ピークが大きくなつている。
第5図は第4図のDSC曲線を積分して得たエン
タルピー総和量ΔH(cal/g)と、アニーリング
後の試料Aを1μc/cm2のドーズ量で露光パターニ
ングした場合のレジストの溶解速度R(Å/sec)
とをアニーリング時間に対応してプロツトした図
である。エンタルピー緩和量ΔHが大きくなるに
つれてレジストの溶解速度(感度)が低下してい
る。これはΔHが大きい場合はレジストの体積が
密にあり、内部の空孔も少なく、溶媒が浸透しに
くいためである。以上のことから、レジストを
Tg領域以上の温度でベークした後、急冷して一
旦、エンタルピーを高い状態に維持し、次に、
Tg領域内の温度でアニーリングを所定時間行な
うことにより、アニーリング時間に応じたレジス
トの感度(溶解速度)の調整が可能であり、本発
明はかかる工程を改たに加えることにより、任意
の条件のレジストパターンの形成を可能としたも
のである。
なお、レジストの感度調整はアニーリング時間
のみならず、アニーリング温度とも相関関係を有
するものである。従つて、本発明においてはアニ
ーリング時間を一定にしアニーリング温度を変化
させて感度調整を行なうようにしてもよい。第6
図はレジストとして前記EBR・9を用い、この
レジストを被処理板に塗布し、Tg領域以上の温
度でベークし、その後急冷した試料をアニーリン
グ温度を変えて、れぞれ30分アニーリングした場
合の膜減り速度をプロツトした図である。この場
合、溶解にはメチルイソブチルケトン(MIBK)
を現像液として行なつている。レジストの感度と
膜減り速度は別途、予備実験で求めることがで
き、EBR・9の場合には例えば、感度4μc/cm2
ドーズ量は膜減り速度20Å/secである。したが
つ、4μc/cm2の感度を得るには同図から117℃の
温度で30分間アニーリングすればよく、これによ
り、レジストの感度調整が可能となつている。
さらに本発明では、アニーリング温度とアニー
リング時間の双方を調整してレジストの感度調整
が可能である。
第1図aは本発明のレジストパターン形成方法
の工程図である。マスク基板あるいはウエハ基板
等の被処理板上に回転塗布法や浸漬法によりレジ
ストが塗布され、これをTg領域以上の温度でベ
ークし、その後、急速冷却する。そして、レジス
トを露光し、露光後にTg領域内の温度でアニー
リングを行なつてレジストの感度調整を調整し、
露光部を選択的に現像する。ここで前記アニーリ
ング処理はベーク・急冷処理後であれば露光の前
後を問わず感度調整が可能である。従つて、同図
bのように、ベーク・急冷処理後にアニーリング
を行ない、その後、露光して現像を行なつても同
様な効果を得ることができる。又、Tg領域以上
の温度でのベークおよびその急冷は露光後であつ
ても高いエンタルピーの保持作用がある。従つ
て、同図cのように露光後にTg領域以上の温度
でのベークと急速冷却を行ない、続いてアニーリ
ング処理を行なつて現像してもよい。なお、同図
cにおいては、露光前に任意の条件でプリベーク
し、冷却することが前処理として行なわれる。
Tg領域以上の温度でレジストをベークし、そ
の後、急冷すると、レジストのエンタルピーが高
い水準に維持される。Tg領域内でのアニーリン
グはこのエンタルピーの緩和調整を行ない、間接
的にレジストの感度調整を行なう。
(実施例) シリコン基板又はマスク基板にEBR・9を回
転塗布し、厚さ5000〜6000Åのレジスト膜を形成
した。次に、180℃でベークし、速度160℃/sec
で急冷した。この被処理基板に対し、ビーム径
0.5μm、ビーム電流440nAの条件で電子線を照射
して所定パターンを露光した。この露光後に130
℃で5分間アニーリングし、現像液MIBKを用い
て25℃下で現像を行ないレジストパターンを形成
した。対照として、同条件でベークし、急冷を行
ない、アニーリングを行なわなかつた被処理板を
同条件で現像した。現像時間3分30秒における対
照区のレジストの感度は0.1μc/cm2であるのに対
し、本実施例の感度は4μc/cm2まで低下してお
り、感度調整が良好に行なわれていることが伴明
した。
〔発明の効果〕
以上のとおり本発明によると、レジストのTg
領域以上の温度でベークし急速冷却を行つてエン
タルピーを高い水準に維持し、次に、Tg領域内
の温度でアニーリングしてエンタルピーの緩和を
図り、間接的にレジストの感度調整を行なうよう
にしたから、同一レジストでも感度調整をするこ
とができると共に、感度の安定化が可能となる。
従つて、露光条件や他のプロセス条件の制御も容
易となり、高精度のレジストパターンを形成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のレジストパターン形成方法の
工程図、第2図はレジストをベークした後の冷却
速度を変化させた場合のDSC線図、第3図は第
2図をエンタルピー変換した特性図、第4図はア
ニーリング時間を変化させた場合のDSC線図、
第5図はレジストの溶解速度とエンタルピー総和
量とをアニーリング時間に対応してプロツトした
特性図、第6図はアニーリング温度とレジスト膜
減り速度との関係を示す特性図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被処理基板上に塗布されたレジストをベーク
    して冷却するベーキング工程と、電磁波あるいは
    粒子線によつて露光する露光工程と、露光部を選
    択的に現像する現像工程とを有するレジストパタ
    ーン形成方法において、 前記ベーキング工程は前記被処理基板をレジス
    トのガラス転移温度領域以上でベークし、前記ベ
    ーキング工程後急速冷却を行い、前記現像工程前
    に、レジストのガラス転移温度領域内の温度で所
    定時間アニーリングするアニーリング工程を更に
    有することを特徴とするレジストパターン形成方
    法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、 前記露光工程前に前記ベーキング工程および前
    記急速冷却工程を行ない、前記露光工程後に前記
    アニーリング工程を行なうことを特徴とするレジ
    ストパターン形成方法。 3 特許請求の範囲第1項記載の方法において、 前記露光工程前に前記ベーキング工程と前記急
    速冷却工程と前記アニーリング工程を行なうこと
    を特徴とするレジストパターン形成方法。 4 特許請求の範囲第1項記載の方法において、 前記露光工程後に前記ベーキング工程と前記急
    速冷却工程と前記アニーリング工程とを行なうこ
    とを特徴とするレジストパターン形成方法。 5 特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれ
    かに記載の方法において、 所望のレジストの溶解速度になるように前記ア
    ニーリング工程のアニーリング時間および温度を
    決定することを特徴とするレジストパターン形成
    方法。
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