JPH03110822A - レジストパターンの形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レジストパターンの形成方法に関し、例えば
半導体デバイス製造用のフォトマスクや半導体デバイス
の製造に適用して好適なものである。

〔発明の概要〕

本発明は、基体上にレジスト膜を形成し、次いでレジス
ト膜のガラス転移温度以上の温度で第１の熱処理を行い
、次いで露光を行い、次いでレジスト膜のガラス転移温
度以上の温度で第２の熱処理を行った後、現像を行うよ
うにしたレジストパターンの形成方法において、第２の
熱処理から現像までの時間を制御するようにしている。

これによって、レジストパターンの線幅制御性の向上を
図ることができる。

〔従来の技術〕

ＬＳＩなどの半導体デバイスの製造には、フォトマスク
（またはレティクル）が用いられる。このフォトマスク
は、ガラスなどの透明基板上にクロム（Ｃｒ）膜などの
遮光膜から成るマスクパターンを形成したものであり、
最近では電子線リソグラフィー技術を用いて製造される
ことが多い。

この電子線リソグラフィー技術を用いたフォトマスクの
製造方法の概略を説明すると、次の通りである。すなわ
ち、まず透明基板上に形成された例えばＣｒ膜上に例え
ばポジ型電子線レジストであるＰＭＭＡ系の電子線レジ
スト膜を塗布する。次に、１８０〜１９０°Ｃ程度の温
度でプリベータを行う。次に、レジスト膜を透明基板と
ともに冷却した後、電子線による露光（描画）を行う。

次に、このレジスト膜の現像を行ってレジストパターン
を形成した後、このレジストパターンをマスクとしてＣ
ｒ膜をエツチングする。これによって、Ｃｒ膜から成る
マスクパターンが形成され、フォトマスクが完成される
。

ところで、上述のＰＭＭＡ系の電子線レジストは、現像
までの間の熱履歴によりその特性が決定されることが知
られている（例えば、Ｐｒｏｃ、　５ＰＩＥ。

Ｖｏｌ、７７１．　ｐｐ、７７−８４．１９８７及び特
開昭６０−１１７６２６号公報）。

なお、特開昭６３−８１８２０号公報には、被処理基板
上に塗布されたレジストをベータ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って露光する露光
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
上でベータし、前記ベーキング工程後、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が開示されている
が、本発明のように露光後ベークまたは露光から現像ま
での時間を制御することに関しては開示も示唆も何らな
されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＰＭＭＡ系の電子線レジストの特性が現像までの間の熱
履歴により決定されることは上述の通りであるが、本発
明者の検討によれば、同一の熱処理を加えた場合でもレ
ジストの特性の変化が見られ、その結果、レジストパタ
ーンの良好な線幅制御性を得ることができない。

従って本発明の目的は、レジストパターンの線幅制御性
の向上を図ることができるレジストパターンの形成方法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上述のように良好な線幅制御性が得られな
い原因を究明した結果、同一の熱処理を加えた場合でも
レジストの特性の変化が見られるのは、最終的に加えた
熱処理から現像までの時間に依存する特性変化、つまり
最終熱履歴後の経時変化によるものであることを見い出
した。このことについて第６図〜第８図を参照してより
詳しく説明する。なお、露光時には発熱が生じることか
ら、露光工程も熱処理工程の一つと考えることができる
。

第６図は、１９０°Ｃで露光後ベータを行った後のレジ
スト膜の特性の経時変化を示すグラフであり、縦軸は規
格化された膜厚（現像後のレジスト膜の膜厚をレジスト
の塗布膜厚で割って規格化した値）であり、横軸は電子
線による照射電荷密度、すなわちドーズＤである。第６
図より、露光後ベークから６日後に現像を行った場合は
、露光後ベータの直後に現像を行った場合に比べて、同
一のドーズＤに対してレジスト膜の膜厚の減少が少なく
、レジスト膜が不溶化していることがわかる。

第７図は、レジスト膜の感度と露光後ベータから現像ま
での時間Ｔとの関係を示し、これより露光後ベークから
現像までの時間Ｔが長くなるに従って感度が上昇するこ
とがわかる。

第８図は、レジストパターンの線幅と露光後ベークから
現像までの時間Ｔとの関係を示し、これより露光後ベー
タから現像までの時間Ｔが長くなるに従ってレジストパ
ターンの線幅が小さくなることがわかる。

上述のようにレジストの特性が最終的に加えた熱処理か
ら現像までの時間に依存して変化することは、第９図か
らも理解することができる。すなわち、第９図に示すよ
うに、露光後ベークから２７日経過後に同一の試料につ
いて再度同一の熱処理を行い、その直後に現像を行った
場合には、露光後ベータ直後に現像を行った場合と同一
の特性が再現される。

露光後ベーク後にレジストの特性の経時変化が生じるの
は以上の通りであるが、本発明者の検討によれば、第１
０図及び第１１図に示すように、露光後の経時変化も同
様に存在する。なお、第１１図の横軸は露光から現像ま
での時間Ｔ、である。

本発明は、本発明者が得た以上の知見に基づいて案出さ
れたものである。

すなわち、上記目的を達成するために、本発明は、基体
（１，２）上にレジスト膜（３）を形成し、次いでレジ
スト膜（３）のガラス転移温度（Ｔ、）以上の温度で第
１の熱処理を行い、次いで露光を行い、次いでレジスト
膜（３）のガラス転移温度（Ｔ、）以上の温度で第２の
熱処理を行った後、現像を行うようにしたレジストパタ
ーンの形成方法において、第２の熱処理から現像までの
時間を制御するようにしている。

また、本発明は、基体（１，２）上にレジスト膜（３）
を形成し、次いでレジストＭ（３）のガラス転移温度（
Ｔ９）以上の温度で熱処理を行い、次いで露光を行った
後、現像を行うようにしたレジストパターンの形成方法
において、露光から現像までの時間を制御するようにし
ている。

〔作用〕

レジスト膜（３）のガラス転移温度（Ｔ９）以上の温度
で行われる第２の熱処理から現像までの時間を制御する
本発明のレジストパターンの形成方法の工程は第１図Ａ
に示すようになる。第１図Ａに示すように、最終的な熱
履歴である第２の熱処理、すなわち露光後ベータから現
像までの時間を制御することにより、レジストの特性変
化を同一とすることができる。これによって、レジスト
パターンの線幅制御性の向上を図ることができる。

また、露光から現像までの時間を制御する本発明のレジ
ストパターンの形成方法の工程は第１図Ｂに示すように
なる。第１図Ｂに示すように、最終的な熱履歴である露
光から現像までの時間を制御することにより、レジスト
の特性変化を同一とすることができる。これによって、
レジストパターンの線幅制御性の向上を図ることができ
る。

〔実施例］ 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例は、本発明をフォトマスクの製造に
適用した実施例である。

この実施例によるフォトマスクの製造方法においては、
第１図Ａに示す工程を用いる。

第２図Ａ−Ｄはこの実施例によるフォトマスクの製造方
法を工程順に示したものである。

この実施例においては、第２図Ａに示すように、まずガ
ラスなどの透明基板１上にスパッタ法などにより形成さ
れた例えばＣｒ膜膜上上レジスト膜３を塗布する。この
レジスト膜３としては、例えばＰＭＭＡ系のポジ型電子
線レジストであるＥＢＲ−９（ポリ（２，２，２−１−
リフルオロエチル−α−クロロアクリレート）；東し株
式会社製）を用いる。なお、このＥＢＲ−９のガラス転
移温度Ｔｇは約１３３°Ｃである。この後、このレジス
ト膜３のガラス転移温度Ｔｇ以上の温度、例えば１９０
°Ｃでこのレジスト膜３のプリベータを行う。

次に、図示省略した電子線描画装置により、第２図Ｂに
示すように、電子ｖＡ４によりレジスト膜３の露光（描
画）を行う。この露光は通常、複数枚単位で行われる。

次に、レジスト膜３のガラス転移温度Ｔ、以上の温度、
例えば１９０°Ｃで露光後ベークを行った後、均一に冷
却を行う。

次に、レジスト膜３の現像を行うが、この現像は、上述
のようにして一度に露光された複数枚の基板に対して、
露光後ベークから一定時間後に行うようにする。この現
像により、第２図Ｃに示すように、レジストパターン５
が形成される。

次に、このレジストパターン５をマスクとしてＣｒ膜２
をエツチングした後、レジストパターン５を除去する。

これによって、第２図りに示すように、Ｃｒ膜から成る
マスクパターン６が形成され、目的とするフォトマスク
が完成される。

上述の露光後ベータから現像までの工程は、例えば第３
図に示すような多段式ホットプレートを有するベーク装
置１１と現像ユニット１２とを一体化した装置を用いて
行うことができる。第３図に示すように、ベータ装置１
１においては、装置本体上に５枚のホットプレート１３
が互いに離間して設けられている。これらのホットプレ
ート１３はほぼ四角形の形状を有している。また、これ
らのホットプレート１３の表面温度は、例えば±０．５
°Ｃの範囲内の高精度の温度調節が可能である。これら
のホットプレート１３列の両側には、レジスト膜３が塗
布された透明基板１を搬送するための一対のアーム１４
が設けられている。このアーム１４は一方が１本の爪で
、他方が２本の爪となっており、透明基板１の底部に係
合するようになっている。透明基板１は、ホットプレー
ト１３の配列方向の一端側（図中、右側）からローディ
ングされ、これらのホットプレート１３を順次通って他
端側（図中、左側）に搬送路１５上を搬送される。そし
て、この搬送時には、ホットプレート１３の両側の各ア
ーム１４は全体としてホットプレート１３の配列方向に
移動し、透明基板１はこのアーム１４によりその両側か
ら保持されたままホットプレート１３間を搬送される。

露光後ベータにおいては、５段のホットプレート１３の
うち、例えば図中右端の１枚のホットプレート１３が用
いられ、残りの４枚のホットプレート１３は冷却用に用
いられる。

次に、５段目のホットプレート１３から現像ユニット１
２に搬送された透明基板１は、アーム１６により現像容
器１７内に入れられて所定の現像が行われる。この場合
、露光後ベータからこの現像までの時間は、搬送系のタ
クトタイムにより一定に制御することができる。このよ
うにして現像を終了した透明基板１は、別のアーム１８
により現像容器１７外に取り出され、カセット１９内に
収容される。

ところで、従来は、プリベータを行った後の冷却は自然
冷却により行われていたが、この場合には、基板面内の
冷却速度の不均一性に起因する基板面内のレジストパタ
ーンの線幅のばらつきが大きくなる。このような自然冷
却による基板面内の線幅のばらつきを防止するために、
ガラス転移温度Ｔｇ付近でエージングを行うことにより
冷却速度を一定にする方法も提案されているが、この方
法はレジストの感度の劣化を伴い、電子線描画装置のス
ループットの低下につながる欠点を有する。

この問題は、上述のプリベータを次に述べるようにして
Ｔｏ　、Ｔｔ　、Ｔｔの各温度で３段階にわたって行う
ことにより解決することができる。そして、このプリベ
ータは、第３図に示す多段式ホットプレートを有するベ
ーク装置１１を用いて行うことができる。この場合、５
段のホットプレート１３のうち、図中右側の３枚のホッ
トプレート１３をＴｏ　、Ｔｔ　、Ｔｚの各温度での熱
処理用に用いることができ、残りの２枚のホットプレー
ト１３を冷却用に用いることができる。

プリベータを３段階で行う場合、まず予熱工程としての
ベータを第１段目のホットプレート１３上で温度’ｒｏ
（−７０°Ｃ）で行う。

続いて、レジスト膜３のガラス転移温度Ｔｇよりも高い
温度Ｔ、でベークを行う。この温度Ｔ＋は約１９０°Ｃ
とされ、次のホットプレート上で透明基板１の裏面から
加熱される。

このベータの後、段階的な冷却を行うための熱処理を行
う。この熱処理は、レジスト膜３のガラス転移温度Ｔ、
よりも低く、室温Ｔ、よりも高い温度Ｔ２、例えば３０
〜１１０°Ｃ程度の範囲内の温度で行う。

第４図は、上述のプリベータのための熱処理工程とその
後の段階的な冷却工程とにおける基板温度の時間変化を
示し、縦軸は基板温度であり、横軸は時間である。第４
図に示すように、ベータのための熱処理は温度Ｔ、（−
１９０°Ｃ）で行われ、時刻ｔ１まではこの温度Ｔ、に
保持される。続いて、レジスト膜３が塗布された透明基
板１は、時刻１＋で２段目のホットプレート１３上がら
空中をアームなどで支持されながら搬送され、時刻ｔ。

で３段目のホットプレート１３上に載置される。

これらのホットプレート１３間の移動時間は例えば約６
秒であり、この移動時間中に基板温度はわずかに下がる
が、ガラス転移温度Ｔ９までは至らない。時刻も、から
は、基板温度は指数関数的に温度Ｔ！に収束して行くが
、ガラス転移温度Ｔ９を通過して冷却されて行く時は、
透明基板１はすでに第３段目のホットプレート１３上に
あり、冷却速度は基板面内で均一化されている。従って
、レジスト膜３の感度のばらつきを抑えることができる
。そして、これによって、基板面内でのレジストパター
ンの線幅のばらつきを抑えることができる。

第５図は、上述のようにしてプリベークを３段階にわた
って行った場合とプリベータ後に自然冷却を行った場合
との比較実験の結果を示し、縦軸は１００ｍｍ角の基板
面内における線幅均一度（３σ値）であり、横軸は熱処
理温度Ｔである。

第５図に示すように、ガラス転移温度Ｔ９よりも高い温
度Ｔ＋から、室温Ｔｒよりも高くガラス転移温度Ｔｇよ
りも低い温度Ｔ２に段階的に冷却した場合には、第５図
中Ｏで示すような実験結果が得られている。各Ｏは温度
Ｔ２を変えた時のデータであり、３０−１１０℃の温度
範囲にわたって線幅均一度が０．１０−０．０７μｍ程
度の範囲内に収まっていることがわかる。特に、段階的
な冷却を冷却温度が５０゛Ｃになるように行った時には
、最もばらつきの小さい０．０７μｍ程度の値が得られ
ており、他のデータに関してもほぼ０゜１０μｍ以下で
安定したデータが得られている。

これに対して、比較例として、プリベータ後に室温Ｔｒ
まで自然冷却を行った場合には、第５図中・で示すデー
タが得られており、その線幅均一度は０．１５μｍ程度
である。この・のデータは、○で示す段階的な冷却を行
った上述のプリベーク法を用いた場合のデータに比べて
ばらつきを示しており、上述の段階的な熱処理によって
、冷却速度が基板面内で均一化され、レジスト膜３の感
度のばらつきが抑えられたことが十分に説明される。

以上のように、この実施例によれば、露光後ベータから
現像までの時間を制御するようにしているので、現像時
点でのレジスト膜３の特性を同一とすることができ、こ
れによってフォトマスク間でレジストパターンの線幅制
御性の向上を図ることができる。そして、これによって
、設計ルールが例えばハーフミクロン以下のＬＳＩ製造
用フォトマスクに要求されるレジストパターンの線幅制
御性を満足することが可能となり、例えば１６メガビツ
トのスタティックＲＡＭや６４メガビツトのダイナミッ
クＲＡＭや６４メガビツトのスタティックＲＡＭなどを
実現することが可能となる。

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施例においては、本発明をフォトマス
クの製造に適用した場合について説明したが、本発明は
、半導体デバイスの製造に適用することも可能である。

すなわち、半導体ウェハー上に電子線直接描画によりレ
ジストパターンを形成する場合にも適用することが可能
である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、次のような効果が
ある。

レジスト膜のガラス転移温度以上の温度で行われる第２
の熱処理から現像までの時間を制御するようにしている
ので、レジスト膜の特性を同一とすることができ、これ
によってレジストパターンの線幅制御性の向上を図るこ
とができる。

また、露光から現像までの時間を制御するようにしてい
るので、同様にレジストパターンの線幅制御性の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレジストパターンの形成方法の工程を
示すフローチャート、第２図は本発明の一実施例による
フォトマスクの製造方法を工程順に説明するための斜視
図、第３図は本発明の一実施例によるフォトマスクの製
造方法において用いられるベーク装置と現像ユニットと
を一体化した装置の概略構成を示す要部平面図、第４図
は３段階にわたるプリベーク工程における基板温度の時
間変化を示すグラフ、第５図はレジストパターンの線幅
均一度の熱処理温度依存性を示すグラフ、第６図、第７
図及び第８図は露光後ベータを行った後のレジスト膜の
特性の経時変化を説明するためのグラフ、第９図は露光
後ベータを行った後のレジスト膜の特性の経時変化に対
する熱処理効果を説明するためのグラフ、第１０図及び
第１１図は露光後のレジスト膜の特性の経時変化を説明
するためのグラフである。 図面における主要な符号の説明 １：透明基板、　　２：Ｃｒ膜、　　３ニレジスト膜、
４：電子線、　　５ニレジストパターン、　６：マスク
パターン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体上にレジスト膜を形成し、次いで上記レジスト
   膜のガラス転移温度以上の温度で第１の熱処理を行い、
   次いで露光を行い、次いで上記レジスト膜のガラス転移
   温度以上の温度で第２の熱処理を行った後、現像を行う
   ようにしたレジストパターンの形成方法において、 上記第２の熱処理から上記現像までの時間を制御するよ
   うにしたことを特徴とするレジストパターンの形成方法
   。 ２、基体上にレジスト膜を形成し、次いで上記レジスト
   膜のガラス転移温度以上の温度で熱処理を行い、次いで
   露光を行った後、現像を行うようにしたレジストパター
   ンの形成方法において、上記露光から上記現像までの時
   間を制御するようにしたことを特徴とするレジストパタ
   ーンの形成方法。