JPH0464171B2

JPH0464171B2 -

Info

Publication number: JPH0464171B2
Application number: JP58070433A
Authority: JP
Inventors: Kei Kirita; Yoshihide Kato; Toshiaki Shinozaki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1992-10-14
Also published as: JPS59195829A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、レジストの感度を制御して高精度の
レジストパターンを形成する方法及びレジスト処
理装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

超LSIを始めとして、半導体素子の集積度が高
まるにつれて、微細にして且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インチ口マスク或いは５インチ径ウエハ
内で3σ≦0.1〔μm〕（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≦0.15
〔μm〕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、レジストの感度としては高いも
のが要求されている。しかし、一般に高感度のレ
ジストは解像性が劣るため所望のパターン寸法精
度を得ることが困難であり、逆に高解像性を有す
るレジストは低感度であるために量産ラインにお
いて高スループツトが得られない等の問題があつ
た。

第１図は従来技術によるレジストパターン形成
プロセスを示すフローチヤートである。まず被処
理基板上にスピン塗布法により所定の膜厚にレジ
ストを塗布する。次いで、塗布溶媒の除去並びに
レジストと基板との密着性を向上させるために、
オーブン等を用いレジストに応じた所定の温度
T_bでレジストのベーク（プリベーク）を行なう。
この後、オーブンから取り出されたレジスト膜付
被処理基板を大気中で自然放冷することにより、
室温まで20〜30分かけて冷却する。冷却の完了し
たレジスト膜付被処理基板に対して、レジストの
種類に応じた所定の照射量で所定波長域の電磁
波、例えば柴外光或いは所定エネルギーの粒子
線、例えば電子線を選択的に照射する。その後、
現像・リンス処理工程を経て所望のレジストパタ
ーンが形成されることになる。上記レジストの自
然放冷工程における被処理基板の温度変化の様子
を第２図に示す。第２図から、従来のプロセスで
はレジスト膜付被処理基板、すなわちレジストが
極めて緩やかに冷却されていることが判る。

ところで、本発明者等はレジストの冷却速度と
感度との関係について着目し、種々実験、研究を
重ねた結果、従来のプロセスにより長時間かけて
徐冷されたレジストの感度は低いが、レジストを
ベークした後急速に冷却した場合のレジスト感度
は飛躍的に高まることを見い出した。さらに鋭意
研究を進めた結果、ベーキング後の冷却時間（冷
却速度）を制御することによつてレジストの感度
を完全に且つ再現性良く制御できることを見い出
した。加えて、不均一なレジストの冷却はレジス
トの感度むらを生ぜしめ、これがレジストパター
ン精度に悪影響を及ぼすので、高精度レジストパ
ターンを形成するにはレジスト膜の均一冷却が必
須であることも見い出した。なお、これらのプロ
セスを経たレジストの解像性はいささかも劣化し
ていないことも確認している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、電磁波や粒子線等に対するレ
ジストの感度を任意に制御し、高精度のレジスト
パターンを効率良く形成し得るレジストパターン
形成方法及びそのためのレジスト処理装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、レジストのベーク及び冷却を
同一の場所で連続的に行うことにある。本発明に
よるレジストパターン形成の概要を第３図に示
す。この発明では、まず被処理基板上にレジスト
膜を塗布形成する。次いで、このレジスト膜のベ
ーク後、レジスト膜付被処理基板を移動させずベ
ークの場所と同一場所で、冷却時間若しくは冷却
速度を制御しながらレジスト膜全体にわたる均一
な冷却を行なう。その後、該レジストに対して所
定波長の電磁波或いは所定エネルギーの粒子線を
選択的に照射し、これを現像・リンス処理するこ
とによりレジストパターンを形成する。

すなわち本発明は、被処理基板上にレジストを
塗布し、ベークした後冷却し、さらに所定波長の
電磁波或いは所定エネルギーの粒子線を上記レジ
ストに選択的に照射し、現像処理を施すことによ
りレジストパターンを形成するレジストパターン
形成方法において、上記レジストのベーク終了後
該レジスト付基板を移動することなく上記ベーク
の場所と同一場所で、冷却時間若しくは冷却速度
を制御して上記レジストを均一に冷却するように
した方法である。

また本発明は、被処理基板上に塗布されたレジ
ストをベークしたのち冷却するレジスト処理装置
において、上記基板を支持する基板支持具と、こ
の支持具の上方に設けられ該支持具に支持された
基板上に赤外線を照射或いは熱風を吹き付けて基
板上のレジストをベークするベーク機構と、上記
支持具の上方に設けられた該支持具に支持された
基板上に冷風を吹き付けて基板上のレジストを冷
却する冷却機構とを具備し、上記レジストのベー
ク及び冷却を連続して行うようにしたものであ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電磁波若しくは粒子線照射に
対するレジストの感度を、その解像性を劣下させ
ることなく任意に設定することができる。例えば
低感度のレジストを用いる場合でも、本発明の方
法により解像性を劣下させることなく高感度化で
きるので、電磁波若しくは粒子線による照射処理
時間等を短縮し、レジストパターン形成の処理時
間の大幅な短縮化をはかり得る。また、レジスト
のベーク及び冷却は被処理基板を移動させること
なく行うので、これらの処理を連続的に且つ迅速
に進めることができる。しかも、ベーク→冷却工
程中に被処理基板を移動させる必要がないので、
外部からの不要な熱接触を招くことなくベーク→
冷却へのプロセス処理が均一に進められる結果、
被処理基板上の塗布レジストに冷却むら、すなわ
ち感度むらが生じるのを未然に防止することがで
きる。したがつて、得られるレジストパターンの
寸法均一性は極めて高いものとなる。

〔発明の実施例〕

〈実施例１〉本実施例ではポリ（２，２，２−トリフルオロ
エチル−α−クロロアクリレート）よりなるポジ
型電子線感応レジストを用いた場合のレジストパ
ターン形成方法について述べる。まず、上記レジ
ストを周知の回転塗布法により被処理基板上に塗
布する。このとき、塗布膜厚は0.3〜１〔μm〕程
度でよい。被処理基板としては、半導体ウエハや
ガラス基板等種々あるが、ここでは金属膜付ガラ
ス基板を用いた。次に後述するようなレジスト処
理装置を用いて、レジスト膜のベーク、冷却処理
を行なつた。ベーク温度T_bは上記レジストのガ
ラス転移温度T_g（〜133℃）を越える例えば190
〔℃〕に設定した。約１時間のベークの後、室温
までの冷却を冷却時間（冷却速度）を変えて行な
つた。T_bから室温までの冷却時間は例えば30
分、５分、１分、10秒、５秒となるよう
に冷却処理を操作した。第４図はこれらの冷却処
理時に於ける基板温度変化について示したもので
ある。これらのベーク・冷却プロセスを経たレジ
スト試料について電子線感度特性を調べた結果、
第５図に示す如き感度曲線が得られた。第５図の
感度特性は、上記ベーク・冷却プロセスを経たレ
ジスト膜に加速電圧〔KeV〕の電子線を照射後、
室温でメチルイソブチルケトン（MIBK）：イソ
プロピルアルコール（IPA）＝７：３現象液で10
分間の現像処理を施し、次いでIPAにて30秒間の
リンス処理を施して得られたもので、第４図の
夫々の冷却プロセスに対応するレジスト感度（残
膜率ゼロとなる電子線照射量）は４×10^-6
〔Ｃ／cm²〕，２×10^-6〔Ｃ／cm²〕，９×10^-7
〔Ｃ／cm²〕，５×10^-7〔Ｃ／cm²〕，３×10^-7
〔Ｃ／cm²〕であつた。一方これら，，，，
と同様のベーク・冷却プロセスを経たレジスト
付被処理基板（金属膜付６インチロガラス基板）
へ、加速電圧20〔KeV〕の電子線描画装置によ
り、夫々に対応する感度（照射量）で選択的にパ
ターン露光を行ない、室温におけるMIBK／IPA
（＝７：３）現象、IPAリンス処理を行なつてレ
ジストパターンを形成した。〜いずれのプロ
セスを経たレジストパターンも解像性は良好であ
つた。また、例えば線巾0.5〜2.0〔μm〕の範囲の
レジストパターンの寸法精度で基板面内の寸法変
動誤差3σ＜0.1〔μm〕を十分に満足させるもので
あつた。

〈実施例２〉本実施例ではレジストとしてポリメタルメタク
リレートを用いた。その他の条件は先に説明した
実施例１と略同様である。ベーク時のT_bは本レ
ジストのガラス転移温度T_g〜110〔℃〕を越える
180〔℃〕に設定した。約１時間のベーク後、本発
明の均一制御冷却により室温までの冷却時間を
30分、５分、１分、10秒、５秒と変え
た。これらのレジスト試料に加速電圧20〔KeV〕
の電子線を照射後、室温で13分間のMIBK現象、
30秒間のIPAリンスを行なつて、夫々に対応する
感度を調べた結果、９×10^-6〔Ｃ／cm²〕，6.5
×10^-6〔Ｃ／cm²〕，５×10^-6〔Ｃ／cm²〕，3.5×
10^-6〔Ｃ／cm²〕，2.5×10^-6〔Ｃ／cm²〕であつた。
さらに、上記，，，，と同様のベー
ク・冷却プロセスを経たレジスト付被処理基板
（金属膜内６インチロガウス基板）へ、加速電圧
20〔KeV〕電子線描画装置を用いて、夫々に対応
する感度（照射量）で選択的にパターン露光を行
ない、室温におけるMIBK現象、IPAリンス処理
を施してレジストパターンを形成した。〜い
ずれのプロセスを経たレジストパターンも解像性
は良好であつた。また、先の実施例１と同様に線
巾0.5〜2.0〔μm〕の範囲のレジストパターンの寸
法精度を評価した結果、いずれのレジストパター
ンも高精度で基板面内の寸法変動誤差3σ＜0.1
〔μm〕を充分に満足するものであつた。

なお、本発明の主眼は、被処理基板上のレジス
ト膜をベーク・冷却する過程で、ベークの膜全体
に亘る均一制御もさることながら、特にベーク温
度T_bから室温付近までの冷却時間（冷却速度）
を精密且つ均一に制御することによつて、塗布レ
ジストに任意の感度を均一に与える点にある。し
たがつて本発明の方法を用いれば、例えば種々の
レジスト照射（露光）装置の性能に適合するよう
に、レジストの感度を任意に且つ均一に設定する
ことができる。本発明者等の研究結果によると、
ベーク温度T_bから室温付近までの冷却時間を短
く（冷却速度を大きく）すればするほどレジスト
の感度は向上することが判つている。逆に、冷却
時間を述ばす（冷却速度を小さくする）とレジス
トの感度は下がることが判つている。したがつ
て、情況に応じて、上記実施例とは異なる冷却時
間（冷却速度）を設定して、レジストの感度を所
望の値に設定できることは云うまでもない。ま
た、上記実施例では二種類のレジストに関しての
レジストパターン形成例について述べたが、レジ
ストの種類、レジスト膜が被着される基板材料、
レジストの溶媒、現像液、さらにはベーク温度等
についても上述した実施例に限定されるものでは
なく、公知の種々の材料、現像液及びベーク温度
についても本発明の効果が達成されることを確認
している。ただし、上述の実施例のようにレジス
トのベーク温度がガラス転移温度Tg以上である
ことが、温度Tgを通過して冷却した後のレジス
ト感度及びパターン精度向上に特に有効である。
また、レジストの露光方法についても、上述した
電子線以外に光線、Ｘ線、イオンビーム等の所定
波長域の電磁波や所定エネルギーの粒子線を用い
ても本発明の意図する効果が得られる。

〈実施例３〉次に、本発明の方法を実施するのに適合する装
置の一例について第６図を参照して説明する。第
６図の装置は基板に対するレジスト塗布から露光
前迄の一連の工程を全自動で行なうものである。
まず、レジストが塗布されるべき被処理基板６１
ａが、予めカセツト６２ａに収納されており、所
定の搬送シーケンスの下に、ベルトコンベア６３
ａによつてレジスト塗布前の所定位置へ順次搬送
される。次いで回転・上下動機構を有する真空チ
ヤツク搬送器６４ａによつて該被処理基板６１ａ
はレジスト塗布用回転台６５上に移される。次
に、レジスト滴下ノズル６６より溶媒に溶解させ
たレジストが被処理基板６１ｂ上に滴下され、回
転台６５により被処理基板６１ｂは回転し、その
結果被処理基板６１ｂ上にレジスト膜が形成され
る。レジスト回転塗布中、被処理基板６１ｂは回
転台６５へ真空チエツク等の手段で固定されるこ
とは云うまでもない。次にレジスト塗布済被処理
板６１ｂは、回転・上下動機構を有する真空チエ
ツク搬送器６４ｂによつて、ベーク・冷却器（レ
ジスト処理装置）６７の基板支持具６８上に移さ
れる。ここにおいてレジスト膜付被処理基板６１
ｅには所定のベーク・冷却処理が施されるが、本
発明の効果を引き出すためのレジスト処理装置の
ポイントはこのベーク・冷却器６７の構造にあ
る。すなわち、本発明のレジスト処理装置は、少
なくともレジスト膜付被処理基板６１ｂを移動す
ることなく、同一場所でベーク→冷却処理を他の
部分からの不要な熱接触なく均一制御しながら連
続的に実行する機能を有していなければならな
い。

第７図は前記機能を持たせたベーク・冷却器の
一例でその構造は次のようになつている。すなわ
ち、本例ではレジスト膜付被処理基板７１が支持
具７２上に載置された状態で、平面状の加熱・冷
却源７３が該基板７１のレジスト塗布面と平行対
面するように所定の間隔で配置されている。平面
状加熱・冷却源７３は加熱源（ベーク機構）７４
と冷却源（冷却機構）７５とを交互に配列した構
造になつている。レジスト塗布面から見た平面状
加熱・冷却源７３の具体例を第８図及び第９図に
示した。第８図に示す例は、小孔８１を所定の間
隔で画一的に多数設けた清浄材料例えば石英から
成る管を、小孔群がすべてレジスト面に対向する
ように、平面状に複数個配列したものである。こ
の場合、清浄な加熱ガス（熱風）を噴出させる管
（熱風導入管）８２と、清浄な冷却ガス（冷風）
を噴出させる管（冷風導入管）８３とを交互に配
列してあるので所望の効果を生ぜしめるように操
作することができる。第９図に示す例は、第８図
に示す例と同様に、小孔を所定間隔で画一的に多
数設けた清浄材料例えば石英から成る管９１と、
ヒーターを内包した例えば石英から成る管９２と
を交互に複数個平面状に配列したものである。こ
の場合、後者を加熱源、前者を第８図に示す例と
同様にして冷却源として使用する。上記機能を持
たせたベーク・冷却器の他の例を第１０図に示
す。本例では、レジスト膜付被処理基板１０１が
支持具１０２上に載置された状態で、開口端を略
平面状に配置させた管群から成る加熱・冷却源１
０３を該基板１０１のレジスト塗布面と平行対面
する態様で、所定の間隔にて配置している。この
場合、加熱・冷却源１０３は加熱源用管１０４と
冷却源用管１０５とを交互に配列した構造になつ
ている。レジスト塗布面から見た平面状加熱・冷
却器１０３の一具体例を第１１図に示した。第１
１図に示す例は、加熱源用開口（熱風吹出口）１
１１と冷却源用開口（冷風吹出口）１１２とを交
互にマトリクス状に配列したものである。なお、
これら第１０図及び第１１図に示した例では、加
熱源用管には加熱ガスを導入し、冷却源用管には
冷却用ガスを導入して、夫々の開口部から加熱ガ
ス、冷却ガスを噴出させることによつて、所定の
ベーク・冷却処理を行うことができる。また、ベ
ーク処理に関しては上記加熱源用管に赤外線を導
入して、開口部からレジスト面へ赤外線を照射さ
せる方法を採つてもよい。

さて、本発明の効果を生ぜしめるには上述した
第７図乃至第１１図に示す例の如きベーク・冷却
器を第６図のベーク・冷却器６７として使用す
る。ベーク温度T_b及び冷却時間（冷却速度）の
制御は、加熱ガスや冷却ガスの温度、噴出口から
のガス流量、赤外線量、ヒーター温度、平面状ベ
ーク・冷却器と被処理基板との間隔などをパラメ
ータとした、予めプログラムされた所定のシーケ
ンスに従つて行えばよい。また、本発明ではベー
ク後のレジストの冷却を被処理基板上にて均一に
行なうことも重要なポイントなので、これを乱す
ような不要な熱接触は極力避けなければならな
い。このために被処理基板６１ｃの支持具６８と
しては例えばテフロン（デユポン社商品名）の如
き熱伝導率の小さい材料を使用することが望まし
く、さらには該基板と該支持具との接触はできる
だけ点接触状態にする方が望ましい。このように
して所定のベーク・冷却処理を終えた被処理基板
６１ｃは、次に回転・上下動機構を有する真空チ
ヤツク搬送器６４ｅによつて、ベルトコンベア６
３ｂ上の所定位置へ移される。そしてベーク・冷
却済レジスト膜付被処理基板６１ｄは、所定のシ
ーケンスの下に、ベルトコンベア６３ｂによつて
カセツト６２ｂに順次収納され、本装置の工程は
完了する。

なお、本装置は枚葉式の処理方法を採用してい
るので、情況によつてはベーク・冷却部分におけ
る処理時間が長くなつて、他の部分との処理時間
のバランスを崩し、高スループツト化がはかれな
い場合も生じる。このような場合には、該ベー
ク・冷却器を例えばサークル状若しくは並列状に
複数個配置し、他の部分の処理時間およびベー
ク・冷却時間を考慮した適正な遅延時間を設定し
て、サークル的若しくは並列的にベーク・冷却処
理を行なうことにより、装置全体としての高スル
ープツト化をはかることが可能である。さらに
は、ベーク・冷却器を所定許容範囲内で大型化
し、該部分だけをバツチ処理方式にすることもで
きる。平面状ベーク・冷却器は、レジスト面に対
するベーク・冷却の均一性を強化するために、通
常はそのベーク・冷却面領域を平行対面している
レジスト面領域よりも余裕をもつて広くしておく
方が望ましい。また、上記均一性なども含めて所
定の効果を得るために、上記平面状ベーク・冷却
器の加熱源と冷却源との配置は情況に応じて変化
させても良い。上記レジスト処理装置の平面状ベ
ーク・冷却器は被処理基板上のレジスト面（表
面）に対面する形態になつているが、レジスト面
とは反対側の被処理基板面（裏面）に所定の間隔
にて平行対面する形態で平面状ベーク・冷却器を
さらに追加してもよい。

上記装置の大きな特徴を追記すると、ベーク・
冷却処理が、従来の大型オーブン、広い冷却エリ
アに代わつて、極めて小型化された単一装置で可
能になつたこと、被処理基板の搬送移動が自動的
にしかも狭いスペースで行なわれるので、レジス
ト付基板へのダストの付着が大幅に低減し製品歩
留りが向上すること等があげられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレジストパターン形成工程を概
略的に示す流れ作業図、第２図は従来工程におけ
るレジストベーク後の被処理基板の温度変化の様
子を示す特性図。第３図は本発明のレジストパタ
ーン形成工程を概略的に示す流れ作業図、第４図
及び第５図はそれぞれ本発明の一実施例を説明す
るためのもので第４図はレジスト冷却速度を示す
特性図、第５図は照射量と膜厚残存量との関係を
示す特性図、第６図は本発明方法の実施に適合す
る装置の一例を示す概略構成図、第７図乃至第１
１図はそれぞれ上記装置の構成内容を説明するた
めの要部拡大図である。６１ａ〜６１ｄ……被処理基板、６２ａ〜６２
ｂ……カセツト、６３ａ，６３ｂ……ベルトコン
ベア、６４ａ〜６４ｃ……真空チヤツク搬送器、
６５……回転台、６６……レジスト滴下ノズル、
６７……レジストベーク・冷却器、６８……被処
理基板支持具、７１……被処理基板、７２……基
板支持具、７３……加熱・冷却源、７４……加熱
源、７５……冷却源、８１……小孔、８２……加
熱管、８３……冷却管、９１……冷却管、９２…
…ヒーター内包加熱管、１０１……被処理基板、
１０２……基板支持具、１０３……加熱・冷却
源、１０４……加熱源用管、１０５……冷却源用
管、１１１……加熱源用開口、１１２……冷却源
用開口。

Claims

【特許請求の範囲】１被処理基板上にレジストを塗布し、ベークし
た後冷却し、さらに所定波長の電磁波或いは所定
エネルギーの粒子線を上記レジストに選択的に照
射し、現像処理を施すことによりレジストパター
ンを形成する方法において、前記レジストのベー
ク終了後該レジスト付基板を移動することなく上
記ベークの場所と同一場所で、該レジスト付基板
に冷風を吹き付け、冷却時間若しくは冷却速度を
制御して上記レジストを均一に冷却することを特
徴とするレジストパターン形成方法。２前記レジストのベーク温度を、該レジストの
ガラス転移温度Tg以上としたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のレジストパターン形
成方法。３被処理基板上に塗布されたレジストをベーク
したのち冷却するレジスト処理装置において、前
記基板を支持する基板支持具と、この支持具の上
方に設けられ該支持具に支持された基板上に赤外
線を照射或いは熱風を吹き付けて基板上のレジス
トをベークするベーク機構と、上記支持具の上方
に設けられ該支持具に支持された基板上に冷風を
吹き付けて基板上のレジストを冷却する冷却機構
とを具備し、上記レジストのベーク及び冷却を連
続して行うことを特徴とするレジスト処理装置。４前記ベーク機構は直線状のヒータからなり、
前記冷却機構は下方に複数の冷風吹出孔を有する
直線状の冷風導入管からなり、且つ上記ヒータ及
び冷風導入管を前記支持具に支持された基板表面
と対向する面内で交互に平行配置してなることを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載のレジスト
処理装置。５前記ベーク機構は下方に複数の熱風吹出孔を
有する直線状の熱風導入管からなり、前記冷却機
構は下方に複数の冷風吹出孔を有する直線状の冷
風導入管からなり、且つ上記熱風導入管及び冷風
導入管を前記支持具に支持された基板表面と対向
する面内で交互に平行に配置してなることを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載のレジスト処理
装置。６前記ベーク機構は複数の熱風吹出口からな
り、前記冷却機構は複数の冷風吹出口からなり、
且つ上記熱風吹出口及び冷風吹出口を前記支持具
に支持された基板表面と対向する面内でｘ方向及
びｙ方向にそれぞれ交互に配列してなることを特
徴とする特許請求の範囲第３項記載のレジスト処
理装置。７前記レジストのベーク温度を、該レジストの
ガラス転移温度Tg以上としたことを特徴とする
特許請求の範囲第３項記載のレジスト処理装置。