JPH0715872B2 - レジストパターン形成方法 - Google Patents

レジストパターン形成方法

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JPH0715872B2
JPH0715872B2 JP58224078A JP22407883A JPH0715872B2 JP H0715872 B2 JPH0715872 B2 JP H0715872B2 JP 58224078 A JP58224078 A JP 58224078A JP 22407883 A JP22407883 A JP 22407883A JP H0715872 B2 JPH0715872 B2 JP H0715872B2
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resist
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cooling
resist pattern
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慶 桐田
芳秀 加藤
宜司 土屋
欣也 臼田
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/38—Treatment before imagewise removal, e.g. prebaking

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

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の属する技術分野] 本発明は、レジストの感度を向上させパターン形成の高
速化を図ったレジストパターンの形成方法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 超LSIをはじめとして、半導体素子の集積密度が大きく
なるにつれて、微細にして且つ高精度なパターン形成技
術が要求されている。
一方、このようなパターン形成技術が量産ラインで使用
されるためには高速性が必要であり、より高感度なレジ
ストが期待されている。
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
を示す流れ作業図である。先づ、被処理基板上にレジス
トをスピン塗布後、溶媒を除去し、基板との密着性を向
上させるために基板をオーブン内に置いてレジストの種
類に応じた所定の温度(Tb)でベーキング(プリーベー
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清浄な大気中で自然放冷すること
により、室温程度迄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
紫外光或いは所定エネルギーの粒子線、例えば電子線を
選択的に照射して露光する。その後、現像処理工程を経
て所望のレジストパターンが形成される。上記レジスト
の自然放冷工程に於ける被処理基板の温度変化の様子を
第2図に示す。第2図により従来はレジスト膜付被処理
基板が非常に緩やかな曲線を描いて冷却されていること
が理解できる。
ところで、本発明者らはレジストの冷却速度とレジスト
の感度の関係について着目し、研究した結果、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、レジストをプリベーク後急速に冷却したレジス
トの感度は飛躍的に向上することを見い出し、プリベー
ク後急冷することによるレジスト高感度化法を提案して
いる。
更に、発明者等は、鋭意実験及び研究を重ねた結果、従
来のプリベーク〜自然放冷を経たレジストでも、露光後
現像処理前に、該レジストのガラス転移温度Tgを越える
温度でベークを行った後急冷することによって、感度が
大幅に上昇することを見出した。又、プリベーク等レジ
スト膜に対する熱履歴がどのようなものであっても、現
像前に改めて前記の如くTgを越える温度でベークした後
急冷することによって大幅な感度上昇がおこることも見
出した。
[発明の目的] 本発明の目的は、レジストの電磁波もしくは粒子線照射
に対する感度を向上させ、レジストパターン形成に要す
る時間を短縮化し得るレジストパターンの形成方法を提
供することにある。
[発明の概要] 本発明は、基板上にレジスト膜を塗布形成し、プリベー
クした後所定波長の電磁波或いは所定エネルギーの粒子
線を上記レジスト膜に選択的に照射して所望のレジスト
パターンを露光し、その後現像処理することによりレジ
ストパターンを形成するレジストパターンの形成方法に
おいて、前記露光後で現像処理の前に、前記レジスト膜
を該レジストのガラス転移温度以上の温度にてベーク
(現像前ベーク)し、しかるのち上記基板を1枚単位で
強制冷却してレジスト膜を該レジストのガラス転移温度
未満の温度まで急速に冷却するようにした方法である。
即ち、本発明によるレジストパターン形成プロセスで
は、第3図に示す如く先づ被処理基板上にレジストを塗
布した後、レジストをベーキング(プリベーク)し、そ
の後レジストに対して所定波長域の電磁波あるいは所定
エネルギーの粒子線を選択的に照射する。ここまでは従
来の工程と同様である。次いで、前記レジストをそのガ
ラス転移温度を越える温度に昇温してベークした後急速
に冷却し、現像・リンス処理することによりレジストパ
ターンを形成するものである。
尚、前記レジストの急速冷却を0.8[℃/秒]以上の最
大冷却速度で行なうことがレジスト感度の十分な向上に
適している。
[発明の効果] 本発明によれば、レジストの電磁波或いは粒子線照射に
対する感度を飛躍的に向上させることができる。そし
て、感度向上による露光時間の短縮により、レジストパ
ターン形成の時間を大幅に短縮化することが可能とな
る。例えば、従来1時間当り10枚程度の処理速度であっ
たのを1時間当り300枚程度に増やすことができ作業能
率が大幅に向上する。
[発明の実施例] 以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
先づ、前記第3図に示された本発明によるレジストパタ
ーン形成プロセスに従って次の実験を行なった。回転台
に載置された被処理基板上に溶媒に溶かされた種々なレ
ジストを噴出ノズルにより滴下して周知のスピン塗布法
により所定膜厚塗布した。その後、前記レジスト膜をオ
ーブンによりベーキング(プリベーク)した。次いで、
加速電圧20[keV]で電子線を照射した後、前記レジス
ト膜を前記基板と共にレジストのガラス転移温度を越え
た温度で現像前ベークを行った。所定時間ベークの後、
前記レジスト膜を前記基板とともに表1に示すごとき各
条件で冷却した。実施例1に示す急速冷却は、常温の純
水を入れた水槽中に、現像前ベーク直後の前記レジスト
膜を基板とともに一気に浸漬することにより行った。こ
こでレジストの温度はレジストに熱電対を接触させて測
定した。しかるのち、現像.リンス処理した結果、表1
に示す通り、従来方法と比べて飛躍的なレジスト感度の
向上を達成することが確認された。
上記表1に於ける感度は、第5図に示す露光量と現像後
の残余レジスト膜厚の関係を示す感度曲線より求められ
た。ここで、曲線Pは従来例、曲線Qは本発明の場合の
感度曲線を示している。
第6図は、上記表1のデータを用いてレジストの冷却速
度を変化させた場合のレジスト感度の変化の様子を示し
た特性曲線図である。曲線RはレジストCを用いた場合
で、曲線SはレジストDを用いた場合である。この図か
ら明らかなように、レジストの最大冷却速度が0.8[℃
/秒]以上の急冷であれば従来と比べ大幅な感度向上が
達成できる。特に冷却速度が10[℃/秒]以上では従来
と比べて数倍以上の感度向上を達成できる。
尚、本発明の主眼は、現像前ベーク後のレジスト膜温度
がレジストのガラス転移温度(Tg)を通過してそれより
低くなる迄急速に冷却することにあり、その冷媒や冷却
手段並びにその後の乾燥方法等については、特に上述し
た実施例に限定されるものではない。例えば冷媒として
は、純水以外に、レジストに対して溶解もしくは反応を
生じない液体もしくは気体を用いることができる。その
場合、できる限り比熱の大きな材料を選択すると効果的
である。適合する冷媒として液体フロン,低温の窒素ガ
ス,フロンガス等がある。又、レジストの種類やレジス
ト膜が被着される基板材料,レジストの溶媒,現像液,
プリ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、公知の種々な材料についても実施例の
ごとき高感度化が達成されることが確認された。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エネルギーの粒子線や所定波
長域の電磁波を用いて同様な結果が得られる。
次に、本発明の方法を実施するのに適合するレジスト処
理装置の一例について第7図を参照して説明する。第7
図の装置は露光後のレジスト膜(レジスト膜付基板)を
ベークし然る後冷却する工程を全自動を行なうものであ
る。
先ず、露光後のレジスト膜付基板1が予めカセット2a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3a上に載置されベーク用オーブン4内に順次導入
される。オーブン4の室内にはベークのためのヒーター
5が設けられ、又ヒーター5の下方にはレジスト膜付基
板1の搬送用の低速ベルトコンベア3bが設けられてい
る。ベルトコンベア3aによって搬送された基板1はオー
ブン4内に入るとベルトコンベア3bに移され、このベル
トコンベア3bによりゆっくりとオーブン4内を通過しヒ
ーター5によって所定時間,所定温度でベークされる。
前記ベークの終了した基板1はベルトコンベア3cへ移さ
れさらに搬送され冷却機構6へ導入される。即ち、ベル
トコンベア3cにより搬送されてきた基板1は上下・左右
に移動可能な搬送機構7に移され冷却槽8内の液体冷媒
である純水9に浸漬され、急速冷却される。冷却された
基板1は搬送機構7によりベルトコンベア3dに移され、
スピン乾燥用回転試料台10上に載置される。試料台10の
回転により乾燥した基板1は、真空チャック11によりベ
ルトコンベア3eに移され搬送されてカセット2bに順次収
納される。このようにして得られたレジスト膜付基板1
に所定の現像・リンス処理を施してレジストパターンが
形成される。12a及び12bはレジスト膜の温度を測定する
ための熱電対である。温度測定には赤外線放射温度計を
用いてもよい。後者の場合には、非接触状態で基板温度
を正確に求めることができる。
尚、冷却機構6としては、第7図の浸漬式に限定される
ことなく、例えばスプレー式、シャワー式あるいは冷却
プレート式等種々変形実施が可能である。
第8図はスプレー法による冷却機構を示しており、基板
1を回転試料台20に載置し、回転駆動しつつ、上方の噴
出ノズル21から液体又は気体の冷媒を吹き付けるもので
ある。冷却された基板1は真空チャック22により移送さ
れる。
第9図はシャワー式の冷却機構を示しており、ベルトコ
ンベア3cにより搬送されてきた基板1を多孔式の冷却装
置23の冷却室24内にある低速ベルトコンベア25に移し、
液体冷媒室26に溜められた冷媒27を隔壁28の多孔ノズル
29から噴出するものである。冷却された基板1はベルト
コンベア3dに移され回転試料台10により乾燥されその後
真空チャック11によりベルトコンベア3eへ移され搬出さ
れる。冷媒27として気体を用いることもできる。その場
合回転試料台10及び真空チャック11は不要となる。
第10図は、冷却プレート式の冷却機構を示している。基
板1がベルトコンベア31により搬送されている間、上方
の基板1に近接する冷却プレート32により均一に冷却さ
れるようになっている。尚、ベルトコンベア31を止めて
冷却プレート32を基板1に接触させてもよい。
【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図は従来工程に於けるベーク後の被
処理基板の温度変化の様子を示す特性図、第3図は本発
明による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図は本発明におけるレジスト急速冷却によ
る被処理基板の温度変化の様子を示す特性図、第5図は
従来及び本発明によるレジストパターン形成方法に於け
る感度曲線図、第6図は本発明によるレジスト冷却速度
と感度の関係を示す特性図、第7図は本発明方法の実施
に適合するレジスト処理装置の一例を示す概略構成図、
第8図乃至第10図はそれぞれ急速冷却機構の変形例を説
明するための図である。 1…レジスト膜付基板、2a,2b…カセット、3a〜3e…ベ
ルトコンベア、4…オーブン、5…ヒーター、7…搬送
機構、8…冷却槽、9…液体冷媒、10…基板回転台、11
…真空チャック、12a,12b…熱電対、21…冷媒噴出ノズ
ル、22…真空チャック、24…冷却室、25…ベルトコンベ
ア、26…液体冷媒室、27…冷媒、28…隔壁、29…多孔ノ
ズル、31…ベルトコンベア、32…冷却プレート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 芳秀 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 京芝浦電気株式会社総合研究所内 (72)発明者 土屋 宜司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 京芝浦電気株式会社多摩川工場内 (72)発明者 臼田 欣也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 京芝浦電気株式会社多摩川工場内 (72)発明者 重光 文明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 京芝浦電気株式会社多摩川工場内 (56)参考文献 特開 昭55−46559(JP,A) 特開 昭56−14975(JP,A) 特開 昭56−100417(JP,A) 特開 昭59−104127(JP,A) 特開 昭58−176936(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にレジスト膜を塗布形成し、プリベ
    ークした後、所定波長域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膜に選択的に照射し所望のレジ
    ストパターンを露光し、その後現像処理することにより
    レジストパターンを形成する方法に於いて、前記露光後
    で前記現像処理の前に、前記レジスト膜を該レジストの
    ガラス転移温度以上の温度にてベーク(現像前ベーク)
    し、しかるのち前記基板を1枚単位で強制冷却して前記
    レジスト膜を最大冷却速度が0.8[℃/秒]以上の冷却
    速度で室温迄急速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. 【請求項2】前記現像前ベーク後のレジスト膜の急速冷
    却は、該レジストに対して溶解若しくは反応を生じない
    液体又は気体により行われることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のレジストパターン形成方法。
  3. 【請求項3】前記急速冷却用の液体は、水若しくは液体
    フロンであることを特徴とする特許請求の範囲第2項記
    載のレジストパターン形成方法。
  4. 【請求項4】前記急速冷却用の気体は、低温の窒素ガス
    若しくはフロンガスであることを特徴とする特許請求の
    範囲第2項記載のレジストパターン形成方法。
  5. 【請求項5】前記急速冷却用の液体又は気体は、浸漬
    法,スプレー法若しくはシャワー法により前記レジスト
    膜に接触せしめられることを特徴とする特許請求の範囲
    第2項記載のレジストパターン形成方法。
  6. 【請求項6】前記現像前ベーク後のレジスト膜の急速冷
    却は、前記レジスト又は基板に対し冷却プレートを接触
    若しくは近接させることにより行なわれることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のレジストパターン形成
    方法。
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US8357244B1 (en) * 2007-06-28 2013-01-22 Western Digital (Fremont), Llc Method for lifting off photoresist beneath an overlayer

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