JPH09230607A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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    • 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

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

(57)【要約】 【課題】 レジスト塗布、ベーク後から露光までの間の
ウェハの保管条件によってレジストパターンの寸法が変
動され、微細なレジストパターンの形成ができなくな
る。 【解決手段】 ウェハにレジストを塗布し、かつそのベ
ーク処理後に少なくとも80%以上の湿度雰囲気でウェ
ハを保管する。その後にレジスト露光、現像を行いレジ
ストパターンを形成する。特に、保管温度は室温とし、
好ましくは90%以上の湿度が好ましい。この保管によ
り、レジスト中の水分量をレジストの寸法変動に寄与し
ない領域にまで迅速に増加させることができ、短時間で
レジスト寸法を安定化し、以降の寸法変動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造における
リソグラフィ技術に関し、特にレジストを用いて微細パ
ターンを形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの微細に伴い、リ
ソグラフィ技術での安定性、レジストパターンの均一性
が要求されてきている。現在、リソグラフィ工程で主流
となっいるプロセスは、半導体ウェハにレジストを塗布
し、塗布後ベークを行った後、所要パターンを露光し、
露光後ベークを行った後、レジストを現像し、かつ現像
後ベークを行ってレジストパターンを形成している。そ
の後、このレジストパターンをマスクとしてウェハをエ
ッチングし、レジストを剥離している。このようなリソ
グラフィ工程においては、露光装置の価格が最も高額で
あるため、露光装置の稼働率を上げるために、通常では
レジスト塗布装置の台数を若干多めにし、ウェハをレジ
スト塗布状態で待機させ、露光装置の空きを待って順次
露光処理を行う生産管理が行われる。
【0003】このような生産管理を行う場合には、各装
置間で単位当たりのウェハ処理枚数が異なる場合が多数
あり、この場合は装置間に設けられたウェハ保管用バッ
ファにレジスト塗布後のウェハを一時的に保管し、次の
装置の処理が終了する毎にバッファからウェハを供給す
る方式で行っている。しかしながら、この方式について
本発明者を検討を加えたところ、レジストの塗布後ベー
クから露光までの間に前記したバッファでの待機が存在
すると、この待機時間(引き置き時間)がレジストパタ
ーンの寸法変動の要因になることが判明した。
【0004】現在一般に使用されている化学増幅系ネガ
型レジストを使用し、塗布から現像までを行ってレジス
トパターンを形成する工程において、レジスト塗布後ベ
ークの終了から露光までの引き置き時間Thと、レジス
ト寸法の関係を図4に示す。ここで、レジスト露光から
現像までの時間は一定にした。ウェハはクリーンルーム
内の標準雰囲気となる場所で放置し、引き置き時間を変
化させた。引き置き時間0分で後の工程を行ったときの
レジストあはの寸法が設計値通りになる露光条件下でレ
ジストパターン寸法を比較すると、Th時間が長くなる
につれてレジストパターン寸法が細くなり、約40分で
一定の寸法になった。
【0005】この検討結果から、塗布後ベークから露光
までの引き置き時間がレジストパターン寸法の変動に関
係していることが明らかとされた。これは、本発明の推
測によれば、レジストは有機物質であるため、塗布装置
内はほぼ100%有機雰囲気であり、湿度は存在しな
い。レジスト塗布後のウェハは、塗布装置から他の部分
に移動されたときにレジストが湿度の影響を受けること
になり、特にレジスト中の湿度(水分)の変動は引き置
き時間に関係すると考えられる。
【0006】このような、レジスト塗布後からレジスト
パターンの間の引き置き時間によってレジストパターン
の寸法変動が生じると、引き置きにおける条件の違いに
よってレジストパターンの寸法が設計値通りにならずに
太くなったり細くなったりと安定しない変動状態とな
る。特に、加工レジストパターンの線幅が0.25μm
以下のサブハーフミクロン領域では、感度及び解像度の
観点から化学増幅型レジストが使用されるが、この種の
レジストではレジスト中の水分がレジストパターン寸法
の変動に与える影響が大きくなる傾向にある。このた
め、レジストパターンの線幅が0.05μm変動しただ
けでも、0.25μmの線幅に対しては20%の変動と
なる。
【0007】このような問題に対しては、レジストに対
して温度や湿度を厳しく管理すればよい。例えば、特開
平4−326509号公報では、レジスト塗布後のウェ
ハを所定の温度、湿度に管理する技術が提案されてい
る。すなわち、温度や湿度をコントロールする中央制御
装置やプロセスコントロールボックスを備え、これをレ
ジスト工程ラインに設けることで、待機中のレジストの
温度、湿度を管理しようとするものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この公報に記載の技術
は、その温度、湿度をコントロールするという技術思想
に基づくものであるが、実際にどの程度の温度や湿度に
制御するのかの具体的な数値や範囲が示されていないた
め、実用性に乏しく、実際の適用は困難である。因み
に、通常のレジスト処理を行うクリーンルームは、昼夜
間を問わず温度が23〜25℃、湿度は約45%に管理
されており、このクリーンルーム内にレジスト塗布後の
ウェハを放置しておいても、安定した温度、湿度に管理
でき、この点からみればクリーンルーム内の環境のみで
前記公報に記載の温度や湿度の制御は実現されているこ
とになり、その意味ではレジストパターンの寸法変動は
公報記載技術の提案を待たなくとも既に抑制されている
と言えることになる。また、公報に記載の技術では、温
度、湿度を制御するための中央制御装置やプロセスコン
トロールボックスが必要であるために、設備が大がかり
なのもとなり、高価なものになる。
【0009】本発明の目的は、レジストパターンの寸法
の変動を抑制し、サブハーフミクロンプロセスへの適用
が可能なレジストパターンの形成方法を提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板にレジス
トを塗布し、ベーク処理を行った後にレジストにパター
ン露光を行い、かつこのレジストを現像して所要のレジ
ストパターンを形成する方法において、基板をレジスト
のベーク処理後に少なくとも80%以上の湿度雰囲気で
保管することを特徴とする。この場合、保管は室温以上
の温度で少なくとも10分行うことが好ましい。あるい
は、保管は室温以上の温度で、湿度は90%以上で、少
なくとも5分行うことが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明のプロセスフローを示
す図である。先ず、ウェハの表面に化学増幅系レジスト
を0.7μmの厚さに塗布し(S1)、その後レジスト
を約60秒ベークする(S2)。次いで、湿度80%に
保持したデシケータ中にウェハを入れ、ここで10分間
保管する(S3)。しかる上で、前記したように温度2
3〜25℃、湿度約45%に管理されたクリーンルーム
内にウェハを放置する(S4)。このとき、この放置時
間、すなわち引き置き時間を種々に変化させたウェハを
形成した。その後、各ウェハに対してEB(電子ビー
ム)露光を行い(S5)、露光後ベークを行った後(S
6)、TMAHで現像を行い(S7)、その後現像後ベ
ークを行い(S8)、レジストパターンを形成した。
【0012】そして、前記した引き置き時間が異なるウ
ェハについてのレジストパターンの線幅の変動について
測定を行った。図2はその結果を示す図であり、レジス
トパターン寸法の変動評価パターンは0.20μmL&
S、および0.25μmL&Sパターンであり、レジス
ト塗布後から露光までの引き置き時間0分のときにこれ
らのパターンが設計通りの寸法になる露光条件を基準と
した。この結果、レジスト塗布後から露光までの引き置
き時間が120分までは、レジストパターンの寸法変動
が引き置き時間に依存せず、変動寸法が±10%以内に
安定化されていることが判明した。
【0013】同様にして、今度はレジストベーク後の保
管条件を、温度45℃、湿度90%以上で5分にした場
合の結果を図3に示す。この保管後にウェハをクリーン
ルーム内に放置し、その際の引き置き時間を種々に相違
させること、レジストパターン寸法の変動評価パターン
は0.20μmL&S、および0.25μmL&Sパタ
ーンであること、レジスト塗布後から露光までの引き置
き時間0分のときにこれらのパターンが設計通りの寸法
になる露光条件を基準としたことは図2の場合と同じで
ある。この結果、レジストパターンの寸法変動は、引き
置き時間が120分までは一定であり、その変動は設計
寸法の±10%であった。ここでは、図2の場合よりも
寸法変動が若干大きくなっているが、問題のない程度で
ある。このように、保管時温度や湿度を高くすると、保
管時間を短縮しても有効な効果が得られることが判明し
た。
【0014】なお、前記各例において、寸法変動が抑制
された理由は次の通りと考えられる。すなわち、化学増
幅系レジストにおいては、露光により発生する酸がレジ
ストパターンの形成に直接影響することが知られてい
る。この酸の拡散はレジストの温度と湿度に影響され、
レジスト塗布後の経時変化は、特に湿度の影響が大きく
なる。レジストパターンの寸法変動に寄与しない湿度に
達するまでは湿度が高くなるにつれてレジスト内部の酸
の移動が抑制されるために、その条件の変動によりレジ
ストパターンの寸法が変動される。ここで、レジスト内
の湿度が寸法変動に寄与しない湿度に達するとレジスト
内の酸の移動も安定し、寸法変動が抑制される。
【0015】したがって、レジスト内部の湿度を迅速に
寸法変動に寄与しない湿度にすれば、その後は寸法変動
が抑制されることになる。前記したように本発明では、
クリーンルーム内の湿度に比較して極端に高い湿度で保
管を行っているため、例えばクリーンルームにおいてレ
ジスト内部の湿度を寄与しない湿度とするためには60
分程度の時間が必要とされるのに対し、本発明では前記
したように10分、5分で寄与しない湿度にすることが
できる。これにより、短時間の保管でその後におけるレ
ジストパターンの寸法変動が抑制できることになる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板にレ
ジストを塗布し、かつそのベーク処理後に少なくとも8
0%以上の湿度雰囲気で保管することにより、レジスト
パターンの寸法変動が抑制でき、特にサブハーフミクロ
ン領域におけるレジストパターンの寸法変動が抑制で
き、高密度で微細なレジストパターンの形成が実現され
る。これにより、半導体装置の配線抵抗や電流の変動が
低減でき、半導体装置の特性や性能を向上することがで
きる。また、多層構造の半導体装置において、各層間の
マージンが向上し、断線やショートの発生が抑制でき、
半導体装置の信頼性を高めることができるとともに、製
造歩留りを向上し、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプロセスの一例を示すプロセスフロー
図である。
【図2】本発明の第1の実施形態でのレジストパターン
寸法変動を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施形態でのレジストパターン
寸法変動を示す図である。
【図4】従来技術でのレジストパターン寸法変動を示す
図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板にレジストを塗布し、ベーク処理を
    行った後に前記レジストにパターン露光を行い、かつこ
    のレジストを現像して所要のレジストパターンを形成す
    る方法において、前記基板を前記レジストのベーク処理
    後に少なくとも80%以上の湿度雰囲気で保管すること
    を特徴とするレジストパターンの形成方法。
  2. 【請求項2】 保管は室温以上の温度で少なくとも10
    分行う請求項1のレジストパターンの形成方法。
  3. 【請求項3】 温度は±1℃の定温条件である請求項1
    のレジストパターンの形成方法。
  4. 【請求項4】 保管は室温以上の温度で、湿度は90%
    以上で、少なくとも5分行う請求項1のレジストパター
    ンの形成方法。
  5. 【請求項5】 レジストとして化学増幅系レジストを用
    いる請求項1ないし4のいずれかのレジストパターンの
    形成方法。
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