JP3272815B2

JP3272815B2 - レジスト感度調整装置および方法

Info

Publication number: JP3272815B2
Application number: JP11824293A
Authority: JP
Inventors: 康男松岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 2002-04-08
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JPH06333809A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レジスト感度調整装置
および方法に関し、特に、塗布されたレジストの膜厚分
布，塗布後のベーキング条件およびベーキング後の冷却
条件のバラツキ等の影響を補正して、高精度なレジスト
パターンの形成を可能にするためのレジスト感度調整装
置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】１６ＭＤＲＡＭ，６４ＭＤＲＡＭ等をは
じめとする集積度の非常に高い半導体素子の製造におい
て、あるいはそれら半導体素子の製造に用いるマスクの
製造において、微細なレジストパターンを高精度に形成
する必要性がある。

【０００３】このレジストパターン形成工程は、一般的
に、次のようになる。レジスト塗布→プリベーク→冷却→露光→現像→ポスト
ベークなお、露光工程と現像工程との間に、露光後ベーク工程
及び冷却工程を行う場合もある。

【０００４】ここで、微細なレジストパターンを形成す
るにあたって、基板面内のレジストに関する特性（以
下、特徴量という）に基板面内分布（基板面内のばらつ
き）を与える要因として、以下のようなものが考えられ
る。

【０００５】 (i ) レジスト塗布工程：基板面内の塗布膜厚分布の発
生 (ii) プリベーク工程：基板面内の熱容量等のベーク条
件の局所的な違いに起因するベーク温度分布の発生 (iii)プリベーク後の冷却工程：基板面内の放熱特性等
の冷却条件の局所的な違いに起因する冷却速度分布の発
生 (iv) 露光工程：基板面内の局所的なレジストパターン
の違いに起因する露光比率分布の発生（３％の領域もあ
れば９７％の領域もある）これらの特徴量の面内分布については、１つのみが支配
要因になり他のものは無視できる場合も、いくつかが複
合する場合も考えられる。さらには、基板面内のばらつ
きだけでなく、基板間のばらつきも考えられる。そし
て、これらの特徴量の面内分布は、すべて実効的には各
領域のレジスト感度差として作用する。

【０００６】例えば電子線レジストを５″ガラス板上に
約５００ｎｍの厚さに塗布し、２００℃，２０分の条件
でベーキングした後、ガラス板を縦置きにして冷却をし
た際、このガラス板の面内におけるレジスト感度の分布
は図７（ａ）のようになる。また、同様に塗布，ベーキ
ングした後、平置きにして冷却した際のレジスト感度分
布は図７（ｂ）のようになる。このようなガラス板の面
内の各部分のレジスト感度差の発生は、レジストのガラ
ス転移温度である１３２℃近辺を通過する際の冷却速
度、特に冷却速度の積分値に強い関係があることが判明
している。図７（ａ）のＡ点，Ｂ点および図７（ｂ）に
おけるＡ´点，Ｂ´点の冷却特性を、それぞれ図８
（ａ）および図８（ｂ）に示す。図に示されるように、
ガラス転移温度の前後において急激に冷却されるほど、
レジスト感度は高くなることが判る。

【０００７】基板面内にレジスト感度差が発生した場
合、これは現像時のレジストパターンの加工精度を低下
させるように作用するため、微細なレジストパターンを
高精度に形成することは困難である。

【０００８】このように、１６ＭＤＲＡＭ，６４ＤＲＡ
Ｍ等に対応する微細なレジストパターンを高精度に形成
するためには、前述した各種要因の影響を取り除く必要
がある。現在では、冷却時のレジスト膜厚を均一化する
技術を中心に改善が進んでいるが、有効な解決手段は提
供されていないのが実情である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情を
考慮してなされたもので、基板面内のレジスト感度のば
らつきを低減し、さらに、基板間においてレジスト感度
を均一化するためのレジスト感度調整装置および方法を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレジスト感
度調整装置は、レジスト感度に関連する１つのあるいは
複数の特徴量の基板面内分布を獲得し、これら基板面内
分布を用いて総合現像補正時間分布を決定するための補
正量決定手段と、レジストが塗布されベークされた直後
の基板に対して、当該基板の各領域ごとに、与えられた
前記総合現像補正時間分布に基づいて決定される所定の
加熱条件に従って熱を与えて冷却速度を制御するための
冷却速度制御手段とを備えてなることを特徴とする。

【００１１】好ましくは、前記補正量決定手段は、前記
特徴量を検出するための少なくとも１つのセンサー手段
を有し、このセンサー手段を用いて前記特徴量の基板面
内分布を測定するように構成しても良い。また、好まし
くは、前記補正量決定手段は、前記特徴量分布の基礎と
なるデータを外部から入力するための入力手段を有し、
このデータからデジタル処理により関連する特徴量分布
を求めるように構成しても良い。また、前記補正量決定
手段は、前記特徴量分布を外部から入力するための入力
手段を有しても良い。

【００１２】ここで、前記特徴量には、レジスト塗布膜
厚、ベーク後の基板温度、基板冷却速度または露光比率
を用いると好ましい。また、前記冷却速度制御手段は、
ガラス転移温度を含む所定の温度範囲において、冷却速
度制御を行ってもよい。この場合、前記温度範囲を、ガ
ラス転移温度±５０℃の範囲にするとさらに好ましい。

【００１３】また、前記冷却速度制御手段は、ハロゲン
ランプを集光させてスポット状にした熱エネルギービー
ムを出力し、これをＸＹ軸自由に走査させるスキャンス
ポットビーム手段を有し、これを用いて当該熱エネルギ
ービームを当該基板のレジスト面または裏面から照射し
て、当該基板の各領域ごとに所定の加熱条件で熱を与え
るように構成しても良い。さらに、この場合、前記冷却
速度制御手段は、前記スキャンスポットビーム手段を用
いて、当該熱エネルギービームを当該基板に照射する
際、当該熱エネルギービームの移動速度あるいは強度の
少なくとも一方を変えることにより、各領域に与える熱
量を制御するようにすれば好ましい。

【００１４】また、前記冷却速度制御手段は、前記総合
現像補正時間分布を用いて、当該基板の各領域ごとに目
標冷却速度Ｖs を決定するための冷却速度決定手段と、
当該目標冷却速度Ｖs に基づいて、基板に熱を加えて冷
却速度制御を行うための加熱制御手段とを有してもよ
い。ここで、前記加熱制御手段は、前記目標冷却速度Ｖ
s を用いて、当該基板の各領域ごとに加熱条件を決定す
るための加熱条件決定部と、当該加熱条件に従って基板
に熱を加えて冷却速度制御を行うための加熱手段とを有
してもよい。これらの場合、前記レジスト感度調整装置
は、冷却温度制御中の冷却速度Ｖm をモニターするため
の冷却速度モニター手段と、基板の各領域ごとに、目標
の冷却速度Ｖs と冷却速度のモニター値Ｖm との差分ｄ
Ｖをその都度加算してこの差分ｄＶの積分値ＳｄＶを算
出し、前回の目標冷却速度Ｖs (n-1) からこの差分ｄＶ
の積分値ＳｄＶを減じて今回の目標冷却速度Ｖs (n) を
算出し、この冷却速度Ｖs (n) を前記加熱制御手段に与
えるための積分値制御手段とをさらに有し、前記加熱制
御手段は、その都度与えられた目標冷却速度Ｖs (n)を
用いて、基板に熱を加えて冷却速度制御を行うように構
成すれば、さらに効果的である。

【００１５】また、本発明に係るレジスト感度調整方法
は、レジスト感度に関連する１つのあるいは複数の特徴
量の基板面内分布を獲得するステップと、これら基板面
内分布を用いて総合現像補正時間分布を決定するステッ
プと、前記総合現像補正時間分布に基づいて、当該基板
の各領域ごとの加熱条件を決定するステップと、レジス
トが塗布されベークされた直後の基板に対して、当該基
板の各領域ごとに、前記決定された所定の加熱条件に従
って熱を与えて冷却速度を制御するためのステップとか
らなることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明では、前記冷却速度制御手段は、測定に
より、またはデータ入力により、あるいは入力したデー
タに処理を施すことにより、レジスト感度に関連する特
徴量の基板面内分布、例えばレジスト塗布膜厚、ベーク
後の基板温度、基板冷却速度または露光比率等を得る。
そして、これら特徴量の基板面内分布を、基板の各領域
の現像補正時間を表す現像補正時間分布に換算する。特
徴量が複数ある場合は、それぞれに対応する現像補正時
間分布を加算して、総合現像補正時間分布を決定する。

【００１７】総合現像補正時間分布が与えられた前記冷
却速度制御手段は、これを基にして、基板の各領域ごと
の加熱条件を決定する。そして、このレジストが塗布さ
れベークされた直後の基板に対して、当該基板の各領域
ごとに、決定された加熱条件に従って所定のタイミング
で熱を加えて冷却速度を制御する。

【００１８】これにより、各工程において受けたあるい
は受ける実効的なレジスト感度への影響を取り除いて、
基板面内の各領域のレジスト感度を均一にすることが可
能となる。また、均一なレジスト感度が得られるので、
レジスト現像時間を一律固定することが可能になる。従
って、微細なレジストパターンを精度良く形成すること
が可能となる。

【００１９】ここで、前記冷却速度制御手段が、ガラス
転移温度を含む所定の温度範囲において、特に、ガラス
転移温度±５０℃の範囲で冷却速度制御を行った場合、
レジスト感度はガラス転移温度付近の冷却速度、特にそ
の範囲の冷却速度の積分値に強い関係があるので、冷却
速度制御によるレジスト感度の調整は効果的なものとな
る。

【００２０】また、前記スキャンスポットビーム手段を
用いて当該基板の各領域ごとに所定の加熱条件で熱を与
える場合、ＸＹ軸自由に走査でき、さらにこの熱エネル
ギービームの移動速度あるいは強度を変えて各領域に与
える熱量を調整できるので、効果的な加熱操作を行うこ
とができる。

【００２１】さらに、このレジスト感度調整装置に、前
記冷却速度モニター手段および前記積分値制御手段を設
けた場合、冷却速度に関してフィードバック制御を実施
することができるので、さらに精度良くレジスト感度を
調整することが可能となる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。なお、対応する部分には同一番号を付して、詳細な
説明は省略する。ここで、以下の説明で用いる特徴量と
は、例えば塗布膜厚、ベーク後の基板温度（以下、ベー
ク後温度と略記する）、基板冷却速度（以下、冷却速度
と略記する）あるいは露光比率等のレジスト感度に関連
する量のことをいうものとする。

【００２３】図１は、本発明の第１の実施例に係るレジ
スト感度調整装置を示すブロック図である。この装置
は、センサー部６を含む補正量決定部８，加熱手段１２
を含む冷却速度制御部１０からなる。この装置により処
理される基板２は、支持台４に設置され、センサー部６
による測定を受け、そして、支持台４上で冷却されると
共に、加熱手段１２による加熱を受ける。

【００２４】このレジスト感度調整装置の動作について
説明する。この装置の動作は、概略的には、補正量決定
操作及び冷却速度制御操作からなる。本実施例では、特
徴量には、例えば塗布膜厚、ベーク後温度あるいは冷却
速度等のレジスト感度に関連する測定可能な物理量を用
いるものとする。なお、このレジスト感度調整工程後に
施される現像工程におけるプロセスパラメータである現
像時間は固定されているものとし、これを基準現像時間
Ｔs とする。（i ）補正量決定操作補正量決定部８は、センサー部６および支持台４のいず
れかあるいは両方を走査させながら、センサー部６によ
り所定の特徴量Ｆ1 （例えば塗布膜厚）の基板面内分布
Ｆ1 （ｘ，ｙ）を測定する。ここで、ｘ，ｙは、基板を
細分化して形成された各操作（例えば測定等）の単位で
ある小領域のｘ座標，ｙ座標を表すこととする。以下、
各領域といった場合、処理される基板のを細分化された
各小領域のことをいうものとする。なお、細分化領域の
大きさは、基板のレジストパターン精度等にあわせて適
宜設定することができる。

【００２５】得られた特徴量面内分布データを、予め格
納されている基準データを用いて、基板の各領域ごとの
現像補正時間を表す現像補正時間分布ｄＴ1 （ｘ，ｙ）
に換算する。すなわち、特徴量Ｆ1 が変動するとその作
用によりレジスト感度が変動し、それにより必要な現像
時間が基準現像時間Ｔs から変動することから、各領域
ごとに、特徴量Ｆ1 の変動分を前記基準データを用いて
上記現像時間Ｔs からの変動分を示す現像補正時間ｄＴ
1 に換算して、これをレジスト感度の変動分の尺度とし
て用いるわけである。なお、この基準データは、各特徴
量ごとに予め実験等により求めておく。

【００２６】さらに、複数の特徴量に関して補正を行う
場合には、同様に、他の各特徴量（例えばベーク後温度
等）ごとに基板面内分布Ｆ2 （ｘ，ｙ），Ｆ3 （ｘ，
ｙ）…を測定し、予め格納されているそれぞれに対応す
る基準データを用いて、それぞれに対応する現像補正時
間分布ｄＴ2 （ｘ，ｙ）…，ｄＴ3 （ｘ，ｙ）…を求め
る。

【００２７】次に、各特徴量の変動がレジスト感度に与
える影響は相互に独立であるものとして、各特徴量ごと
に得られた現像補正時間分布ｄＴi （ｘ，ｙ）を加算
し、これを総合現像補正時間分布ｄＴtotal （ｘ，ｙ）
とする。なお、加算する場合に、所定の重み付け係数を
乗じても良い。あるいは、他の所定の数式を用いても良
い。

【００２８】そして、この総合現像補正時間分布ｄＴto
tal （ｘ，ｙ）を、冷却速度制御部１０に伝える。（ii）冷却速度制御操作ここでは、冷却速度を変動させた場合、これがレジスト
感度を変動するように作用することに着目し、各領域ご
とに、前述の各特徴量の変動の重畳により生じたレジス
ト感度の変動を打ち消すように冷却速度を変動させて、
レジスト感度の面内均一化を図る。すなわち、各領域ご
とに、レジスト感度の変動分の尺度として用いた総合現
像補正時間ｄＴtotal に基づいて、これを打ち消すよう
に冷却速度を制御するわけである。

【００２９】あらかじめ、種々の基準現像時間Ｔs およ
び所定の総合現像補正時間ｄＴtotal に対応する冷却速
度制御データを実験等により求めておき、冷却速度制御
部１０にセットしておくものとする。この冷却速度制御
データは、基準現像時間Ｔsを打ち消して（変動させ
て）、基板上各領域の必要な現像時間が基準現像時間Ｔ
s に等しくなるように冷却速度変動（それによるレジス
ト感度の変動）を与えるためのデータであり、最終的に
は後述するような加熱手段１２を制御するデータであ
る。

【００３０】補正量決定部８から総合現像補正時間分布
ｄＴtotal （ｘ，ｙ）が与えられた冷却速度制御部１０
は、各領域ごとに、基準現像時間Ｔs ，総合現像補正時
間ｄＴtotal を基に、上記冷却速度制御データのうちか
ら該当する冷却速度制御データを決定する。そして、こ
の冷却速度制御データに従って、加熱手段１２を駆動
し、加熱手段１２および支持台４のいずれかあるいは両
方を走査させながら、支持台４上で放熱して冷却してい
る基板の各領域に所定のタイミングで熱を与え、これに
より冷却速度を調整する。

【００３１】以上の操作により、前記各特徴量の面内ば
らつきにより変動を受けたレジスト感度に逆の変動を与
えて、基板面内の各領域のレジスト感度を均一にするこ
とが可能となる。

【００３２】また、基準現像時間Ｔs に基づいて制御す
るので、基板間のバラツキについても、これを除去して
均一なレジスト感度を与えることができる。ここで、同
ロット内の各基板は同一の分布特性を示すものとして、
２枚目以降の基板２に対しては冷却速度制御操作のみを
行うようにしても良い。この場合、２枚目以降の補正量
決定操作を省くことができ効率的である。

【００３３】また、十分安定した（ばらつき具合も安定
した）製造プロセスについては、ロットが異なっても同
一の分布特性を示すものとして、最初の１ロットの２枚
目以降の補正量決定操作をすべて省くことも可能であ
る。さらには、用いる冷却速度制御データを固定して、
前述の補正量決定操作を完全に省くことも可能である。

【００３４】ただし、特徴量として冷却速度を用いる場
合は、冷却曲線を測定した後の既に冷却した基板に対し
てはもはや冷却速度制御操作を行うことができないの
で、１枚目は先行基板とし、少なくとも同ロット内は同
一の冷却曲線を示すものとして、２枚目以降に対して冷
却速度制御操作を行うものとする。

【００３５】ここで、図１においては、センサー部６と
加熱手段１２とは基板２から見て反対方向に設けられて
いるが、これらが基板２から見て同方向にあっても良
い。また、測定する特徴量が複数の場合、センサー部６
には各特徴量の測定に対応するセンサーが含まれるが、
それらは基板２から見て同方向にあっても、反対方向に
あっても構わない。

【００３６】次に、冷却速度制御について、さらに詳し
く説明する。まず、加熱手段１２としては、スキャンス
ポットビームを用るのが好ましい。このスキャンスポッ
トビームは、光熱エネルギー源として使用するハロゲン
ランプ等から発生された光を集光してスポット状にし、
このスポット状にした熱エネルギービーム（以下、スポ
ットビームという）をＸＹ軸自由に走査して対象物に照
射するものである。

【００３７】支持台４上に設置されている基板２は、放
熱し冷却している。この基板２に対して、各領域ごと
に、スポットビームを走査し所定のタイミングで照射し
て、冷却速度を変動させる。

【００３８】各領域ごとのスポットビームの照射に関し
ては、前述の冷却速度制御データに従って、ラスタース
キャン的な走査あるいはベクトルスキャン的な走査によ
り、基板の所定の領域にスポットビームを持っていき、
所定の時間だけ照射する操作を繰り返すようにすれば良
い。このとき、照射強度を変えて照射量を調整しても良
いし、スポットビームの走査速度を変えて照射量を調整
しても良い。また、これらの組み合わせで照射量を調整
しても良い。

【００３９】ここで、レジスト感度は、レジストのガラ
ス転移温度である１３２℃近辺を通過する際の冷却速
度、特に、ガラス転移温度近辺を通過する際の冷却速度
の積分値に強い関係がある。従って、冷却速度は、ガラ
ス転移温度近辺で制御するのが望ましく、好ましくはガ
ラス転移温度±５０℃の範囲で制御するのが良い。

【００４０】なお、前述の冷却速度制御では、冷却は放
熱による冷却に任せ、加熱により冷却速度を遅くするよ
うに制御するものであったが、積極的に冷却させる冷却
板あるいは冷却器等の冷却手段をさらに設け、加熱手段
および冷却手段を併用して冷却速度制御を行っても良
い。この場合、冷却速度制御可能な変動範囲が広がると
いう利点、あるいは加熱手段の操作を簡易にできるとい
う利点等がある。

【００４１】以上のように、冷却速度、特に、レジスト
ガラス転移点付近を通過するときの冷却速度を各領域ご
とに制御することにより、各工程において受けたあるい
は受ける実効的なレジスト感度への影響を取り除いて、
基板面内の各領域のレジスト感度を均一にすることが可
能となる。また、均一なレジスト感度が得られるので、
レジスト現像時間を一律固定することが可能になる。従
って、微細なレジストパターンを精度良く形成すること
が可能となる。

【００４２】図２は、図１の装置の補正量決定部８に入
力手段９を含ませた一例である。この装置の基本的な構
成および動作は図１の装置の動作と同一であり、詳細な
説明は省略する。

【００４３】ここでは、予め外部の測定装置より測定さ
れた特徴量分布のデータがある場合、図２のように入力
手段９を設け、これにより補正量決定部８ｂへ当該デー
タを入力できるように構成したものである。例えば、レ
ジスト膜厚分布データが既に他の装置により測定されて
いる場合、このデータを用いれば、レジスト膜厚分布の
測定を省略することができる。

【００４４】図３は、本発明の第２の実施例に係るレジ
スト感度調整装置を示すブロック図である。この装置
は、この装置の操作後の露光工程において基板面内の局
所的なレジストパターンの違いによる露光比率分布に起
因する実行的なレジスト感度差の発生を予め逆に補正し
ておくための装置であり、パターンデータ入力部７を含
む補正量決定部８ｃと、加熱手段１２を含む冷却速度制
御部１０とを具備してなる。なお、基板２，支持台４お
よび加熱手段１２については、図１と同様である。

【００４５】このレジスト感度調整装置の動作について
説明する。この装置の動作は、図１の装置と同様に、概
略的には、補正量決定操作及び冷却速度制御操作からな
る。本実施例では、特徴量には、露光比率等の測定が不
可能なあるいは困難な量で、何らかのデータから求める
ことができる量を扱うものとする。なお、以下の説明に
は特徴量として露光比率を用いる。

【００４６】まず、補正量決定操作に関して説明する。
後に行う現像工程における現像時間は固定されているも
のとし、これを基準現像時間Ｔs とする。補正量決定部
８ｃは、パターンデータ入力部７から外部の情報記憶媒
体に格納されているレジストのパターンデータを読み込
み、デジタル処理により、露光比率分布Ｆ4 （ｘ，ｙ）
を算出する。

【００４７】得られた露光比率の面内分布データを、予
め格納されている基準データを用いて、現像補正時間分
布ｄＴ4 （ｘ，ｙ）に換算する。そして、この現像補正
時間分布ｄＴ4 （ｘ，ｙ）を総合現像補正時間分布ｄＴ
total （ｘ，ｙ）として、冷却速度制御部１０に伝え
る。

【００４８】なお、特徴量が複数ある場合に、それぞれ
に対応する現像補正時間分布を加算等するのは、第１の
実施例と同様である。ここで、以降の冷却速度制御操作
は図１の実施例と同様であり、詳細な説明は簡略化のた
めに省略する。

【００４９】本実施例において、冷却速度、特に、レジ
ストガラス転移点付近を通過するときの冷却速度を各領
域ごとに制御することにより、後の露光工程において露
光比率の面内ばらつきにより変動を受けるであろう実効
的なレジスト感度に予め逆の変動を与えて、基板面内の
各領域の露光工程後の実効的なレジスト感度を均一にす
ることが可能となる。

【００５０】図４は、本発明の第３の実施例に係るレジ
スト感度調整装置を示すブロック図である。この装置
は、図１の装置および図３の装置を組み合わせた装置で
あり、センサー部６およびパターンデータ入力部７を含
む補正量決定部８ｄと加熱手段１２を含む冷却速度制御
部１０からなる。なお、基板２，支持台４および加熱手
段１２については、図１と同様である。

【００５１】このレジスト感度調整装置の動作について
説明する。この装置の動作は、概略的には、補正量決定
操作及び冷却速度制御操作からなる。まず、補正量決定
操作に関して説明する。後に行う現像工程におけるプロ
セスパラメータである現像時間は固定されているものと
し、これを基準現像時間Ｔsとする。

【００５２】補正量決定部８ｄは、必要な特徴量Ｆi の
基板面内分布Ｆi （ｘ，ｙ）を得る。これは、センサー
部６により特徴量Ｆi の基板面内分布Ｆi （ｘ，ｙ）を
測定し、あるいは、パターンデータ入力部７から所定の
データを読み込み、特徴量Ｆj の基板面内分布Ｆj
（ｘ，ｙ）を算出することによりなされる。

【００５３】また、予め外部の測定装置より測定された
特徴量分布のデータがある場合、図２を用いて前述した
ように入力手段９を設け、これにより当該データＦk
（ｘ，ｙ）を入力しても良い。

【００５４】得られたそれぞれの特徴量の面内分布デー
タを、予め格納されているそれぞれの特徴量に対応する
基準データを用いて、現像補正時間分布ｄＴi （ｘ，
ｙ）に換算する。

【００５５】次に、各特徴量の変動がレジスト感度に与
える影響は相互に独立であるものとして、各特徴量ごと
に得られた現像補正時間分布ｄＴi （ｘ，ｙ）を加算等
し、これを総合現像補正時間分布ｄＴtotal （ｘ，ｙ）
とする。

【００５６】そして、この総合現像補正時間分布ｄＴto
tal （ｘ，ｙ）を、冷却速度制御部１０に伝える。な
お、冷却速度制御操作以降は図１の実施例と同様であ
り、詳細な説明は簡略化のために省略する。

【００５７】本実施例により、冷却速度、特に、レジス
トガラス転移点付近を通過するときの冷却速度を各領域
ごとに制御することにより、基板面内の各領域のレジス
ト感度を均一にすることが可能となる。

【００５８】図５は、図１のレジスト感度調整装置をよ
り具体的に構成した一例である。この装置は、レジスト
膜厚分布および冷却速度分布を冷却速度制御により補正
して、レジスト感度を基板面内均一化する装置であり、
レジスト膜厚センサー部１６ａ、レジスト膜厚分布モニ
ター部２０ａ，第１現像補正時間決定部２１ａ，第１基
準データ記憶部２２ａ，温度センサー部１６ｂ，冷却速
度モニター部２０ｂ，第２現像補正時間決定部２１ｂ，
第２基準データ記憶部２２ｂ，総合現像補正時間２３，
冷却速度決定部２４，冷却速度データ記憶部２５，スキ
ャンスポットビーム制御部２６，照射データ記憶部２７
およびスキャンスポットビーム部１２ａからなる。な
お、基板２，支持台４およびスキャンスポットビーム部
１２ａのスキャンスポットビームについては、第１の実
施例の説明と同様である。ここで、レジスト膜厚センサ
ー部１６ａに含まれる膜厚センサーは、レーザー干渉等
の原理に基づいて構成されたものでも良い。また、温度
センサー部１６ｂに含まれる温度センサーは、赤外線検
出等によるものでも良い。

【００５９】次に、この装置の動作について説明する。
ここで、後に行う現像工程におけるプロセスパラメータ
である現像時間は固定されているものとし、これを基準
現像時間Ｔs とする。

【００６０】まず、補正量決定用の先行基板を用いて補
正量決定操作を行う。レジスト膜厚分布モニター部２０
ａは、レジスト膜厚センサー部１６ａおよび支持台４の
いずれかあるいは両方を走査させながら、レジスト膜厚
センサー部１６ａに含まれる膜厚センサーにより塗布膜
厚の基板面内分布Ｆd （ｘ，ｙ）を測定する。

【００６１】得られた塗布膜厚の面内分布データを、第
１基準データ記憶部２２ａに格納されている基準データ
を用いて、第１現像補正時間分布ｄＴd （ｘ，ｙ）に換
算する。

【００６２】この基準データの内容および現像補正時間
の求め方としては、次のようなものが考えられる。（ａ）膜厚の実測値と現像補正時間との対象テーブルを
用意しておき、各領域ごとに対象テーブルから現像補正
時間を決定する。（ｂ）基準膜厚分布および対応する基準現像補正時間分
布を用意しておき、膜厚分布の実測値と基準膜厚分布と
が一致する場合は、前記基準現像補正時間分布データを
そのまま採用する。膜厚分布の実測値と基準膜厚分布と
が一致しない場合は、各領域ごとに、膜厚分布の実測値
と基準膜厚分とを比較して、所定の変換数式あるいは所
定の変換テーブルを用いて、前記基準現像補正時間分布
の該当部分のデータを調整する。

【００６３】なお、これらの基準データは、各種条件
（関連する製造上の種々のパラメータ）ごと、各特徴量
ごとに予め実験等により求めておく。そして、この第１
現像補正時間分布ｄＴd （ｘ，ｙ）を総合現像補正時間
算出部に伝える。

【００６４】一方、冷却速度モニター部２０ｂは、温度
センサー部１６ｂおよび支持台４のいずれかあるいは両
方を走査させながら、温度センサー部１６ｂに含まれる
温度センサーにより基板温度の基板面内分布Ｆt （ｘ，
ｙ）を測定する。さらに、所定の時間ｔ経過後に再度基
板温度の基板面内分布Ｆt ´（ｘ，ｙ）を測定し、これ
らから冷却速度の基板面内分布ｄＴv （ｘ，ｙ）を測定
する。

【００６５】得られた冷却速度の面内分布データを、第
２基準データ記憶部２２ｂに格納されている基準データ
を用いて、第２現像補正時間分布ｄＴv （ｘ，ｙ）に換
算する。

【００６６】そして、この第２現像補正時間分布ｄＴv
（ｘ，ｙ）を総合現像補正時間算出部に伝える。総合現
像補正時間２３は、与えられた第１現像補正時間分布ｄ
Ｔd （ｘ，ｙ）および第１現像補正時間分布ｄＴv
（ｘ，ｙ）を加算して、総合現像補正時間分布ｄＴtota
l （ｘ，ｙ）を算出し、冷却速度決定部２４に与える。

【００６７】これで、レジスト塗布膜厚のばらつきおよ
び冷却速度のばらつきにより受ける影響を、レジスト感
度の実効的な変動分の尺度である総合現像補正時間分布
ｄＴtotal （ｘ，ｙ）として求めたわけである。

【００６８】次に、冷却速度決定部２４は、与えられた
総合現像補正時間分布ｄＴtotal （ｘ，ｙ）および設定
されている基準現像時間Ｔs を用いて、各領域ごとに、
冷却速度データ記憶部２５に格納されている該当する冷
却速度データを検索する。なお、このとき検索キーとし
てさらに他のパラメータを用いても良い。

【００６９】この冷却速度データは、例えば次のように
現像時間に対して冷却速度データが設定されたものを用
いる。この場合、総合現像補正時間分布ｄＴtotal （ｘ，ｙ）
および基準現像時間Ｔs を加算した現像時間をキーとし
て検索する。例えば、Ｔs ＝５分、ある領域（ｘ，ｙ）
においてｄＴtotal ＝０分とした場合、現像時間は５分
すなわち基準現像時間Ｔs となるので、テーブルから冷
却速度１０℃／１０分が得られるが、この場合、結果的
に制御は施されないことになる。また、Ｔs ＝５分、あ
る領域（ｘ´，ｙ´）においてｄＴtotal ＝−１分とし
た場合、現像時間は４分となるので、テーブルから冷却
速度２０℃／１０分が得られる。

【００７０】冷却速度決定部２４は、このようにして決
定した各領域ごとの冷却速度データを、スキャンスポッ
トビーム制御部２６に与える。スキャンスポットビーム
制御部２６は、与えられた冷却速度データをキーとし
て、照射データ記憶部２７に記憶されている照射データ
を検索する。なお、このとき検索キーとしてさらに他の
パラメータを用いても良い。

【００７１】この照射データは、スキャンスポットビー
ム部１２を制御するためのデータであり、スポットビー
ムの照射条件、例えば照射するタイミングあるいはスポ
ットビームの走査速度等が記述されている。例えば、前
述のようにある領域（ｘ，ｙ）においてｄＴtotal ＝０
分に対応する冷却速度データ２０℃／１０分が得られた
場合、照射データには制御に関して何も記述されていな
い。また、ある領域（ｘ´，ｙ´）においてｄＴtotal
＝−１分に対応する冷却速度２０℃／１０分が得られた
場合、照射データは例えば、３分ごとに０．１秒間のス
ポットビームの照射を行う操作に対応するような制御デ
ータが記述されている。

【００７２】この照射データは、予め実験等により作成
しておく。その際、前述のように、特にレジストガラス
転移点付近を通過するときの冷却速度を制御すると望ま
しい。

【００７３】以上で、冷却速度制御の準備が整ったこと
になる。次に、補正量決定用の先行基板を支持台２から
取り除き、処理する基板を支持台２にセットする。

【００７４】スキャンスポットビーム制御部２６は、獲
得した照射データによりスキャンスポットビーム部１２
を制御し、基板の各領域に所定のタイミング等で熱を加
えて、冷却速度を制御する。

【００７５】さらに、同じ照射データを用いて必要枚数
だけ基板を処理する。以上で、本装置の動作を終了す
る。このように、冷却速度、特に、レジストガラス転移
点付近を通過するときの冷却速度を各領域ごとに制御す
ることにより、レジスト膜厚の面内変動および冷却速度
の面内変動により実効的に変動を受けた各領域のレジス
ト感度が調整され、基板面内において均一なレジスト感
度が得られる。

【００７６】この実施例では、レジスト塗布膜厚および
冷却速度を特徴量として用いたが、温度センサーを備え
ているので、簡単な修正でベーク後温度を特徴量として
加えることが可能である。

【００７７】また、塗布膜厚、ベーク後温度、冷却速度
等あるいは露光比率等のパラメータのうちの任意のいく
つかを対象とする装置を構成することは容易に実施する
ことができる。この場合の、構成および動作に関する説
明は、簡略化のために省略する。

【００７８】図６は、本発明の第４の実施例に係るレジ
スト感度調整装置であり、図５の装置にフィードバック
手段を設けて構成した一例である。この装置は、基板冷
却中に冷却速度をモニターして、フィードバック制御
し、レジスト感度の基板面内均一化をより精度良く実現
させる装置であり、レジスト膜厚センサー部１６ａ、レ
ジスト膜厚分布モニター部２０ａ，第１現像補正時間決
定部２１ａ，第１基準データ記憶部２２ａ，温度センサ
ー部１６ｂ，冷却速度モニター部２０ｂ，第２現像補正
時間決定部２１ｂ，第２基準データ記憶部２２ｂ，総合
現像補正時間２３，冷却速度決定部２４，積分値制御部
３０，冷却速度データ記憶部２５，スキャンスポットビ
ーム制御部２６，照射データ記憶部２７およびスキャン
スポットビーム部１２ａからなる。すなわち、基本的な
構成は図５の装置と同一であるが、積分値制御部３０を
設けた点に特徴がある。

【００７９】この装置の動作について説明する。基本的
な動作は前述した図５の装置の動作と同一であるので、
ここでは、冷却速度決定部２４により、各領域ごとの冷
却速度（以下、目標冷却速度という）Ｖs が決定された
後の動作について説明する。

【００８０】前述のように、レジスト感度は、レジスト
のガラス転移温度である１３２℃近辺を通過する際の冷
却速度、特に、ガラス転移温度近辺を通過する際の冷却
速度の積分値に強い関係がある。従って、冷却速度は、
ガラス転移温度近辺において、常に所定の冷却速度でな
くても良く、ある範囲での冷却速度の積分値が一定であ
れば良い。

【００８１】この点に着目し、冷却制御中に、冷却速度
モニター部２０ｂを用いて冷却速度をモニターして、制
御部３０にフィードバックし、モニターされた冷却速度
Ｖmが目標冷却速度Ｖs と異なったときは、制御部３０
は目標の冷却速度Ｖs を修正し、この修正された目標冷
却速度Ｖs ´をスキャンスポットビーム制御手段２６に
与え、スキャンスポットビーム制御手段２６はこの目標
冷却速度Ｖs ´を用いて冷却制御する。

【００８２】このループを所定の回数（ｎ回）繰り返し
て、最終的に、冷却速度Ｖm の積分値を目標の冷却速度
Ｖs ×ｎに一致させる。所定の回数ｎは、適宜設定する
ことができる。また、目標冷却速度Ｖs を切り替える間
隔は、一定でなくても良い。

【００８３】具体的には、制御部３０は、基板の各領域
ごとに、目標の冷却速度Ｖs と冷却速度Ｖm との差分ｄ
Ｖをその都度加算して差分ｄＶの積分値を算出し、前回
の目標冷却速度Ｖs (n-1) からこの差分ｄＶの積分値Ｓ
ｄＶを減じて今回の目標冷却速度Ｖs (n) を算出する。
そして、この冷却速度Ｖs （ｎ）をスキャンスポットビ
ーム制御手段２６に与えるようにすれば好ましい。

【００８４】このように構成すれば、さらに精度良く冷
却速度制御を行うことができ、それにより、基板面内に
おいてさらに均一なレジスト感度分布を得ることができ
る。ここで、本発明は、ＥＢレジストに限らず、フォト
レジト、Ｘ線レジストにも適用可能である。

【００８５】また、プリベーク後の冷却工程に限らず、
露光後ベーク工程後の冷却工程にも適用可能である。本
発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、レジストパターン精度
に関係するレジスト感度に影響を及ぼす各種要因を現像
直前に逆補正することにより取り除き、大幅なレジスト
パターン精度の改善が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るレジスト感度調整
装置を示すブロック図である。

【図２】第１の実施例の変形例を示すブロック図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例に係るレジスト感度調整
装置を示すブロック図である。

【図４】本発明の第３の実施例に係るレジスト感度調整
装置を示すブロック図である。

【図５】第１の実施例をさらに具体的に構成した一例を
示すブロック図である。

【図６】本発明の第４の実施例に係るレジスト感度調整
装置を示すブロック図である。

【図７】電子線レジスト塗布，ベーキング，冷却後のガ
ラス板面内レジスト感度分布である。

【図８】図７の基板各点における冷却特性である。

【符号の説明】

２…基板、４…支持台、６…センサー部、８…補正量決定部、１０…冷却速度制御部、１２…加熱手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 7/30 501

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レジスト感度に関連する１つのあるいは複
数の特徴量の基板面内分布を獲得し、これら基板面内分
布を用いて総合現像補正時間分布を決定するための補正
量決定手段と、レジストが塗布されベークされた直後の基板に対して、
当該基板の各領域ごとに、与えられた前記総合現像補正
時間分布に基づいて決定される所定の加熱条件に従って
熱を与えて冷却速度を制御するための冷却速度制御手段
とを備えてなることを特徴とするレジスト感度調整装
置。
【請求項２】前記補正量決定手段は、前記特徴量を検出
するための少なくとも１つのセンサー手段を有し、この
センサー手段を用いて前記特徴量の基板面内分布を測定
することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記補正量決定手段は、前記特徴量分布の
基礎となるデータを外部から入力するための入力手段を
有し、このデータからデジタル処理により関連する特徴
量分布を求めることを特徴とする請求項１または２に記
載の装置。
【請求項４】前記補正量決定手段は、前記特徴量分布を
外部から入力するための入力手段を有することを特徴と
する請求項１に記載の装置。
【請求項５】前記特徴量は、レジスト塗布膜厚、ベーク
後の基板温度、基板冷却速度または露光比率であること
を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】前記冷却速度制御手段は、ガラス転移温度
を含む所定の温度範囲において、冷却速度制御を行うこ
とを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】前記温度範囲は、ガラス転移温度±５０℃
の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】前記冷却速度制御手段は、ハロゲンランプ
を集光させてスポット状にした熱エネルギービームを出
力し、これをＸＹ軸自由に走査させるスキャンスポット
ビーム手段を有し、これを用いて当該熱エネルギービー
ムを当該基板のレジスト面または裏面から照射して、当
該基板の各領域ごとに所定の加熱条件で熱を与えること
を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】前記冷却速度制御手段は、前記スキャンス
ポットビーム手段を用いて、当該熱エネルギービームを
当該基板に照射する際、当該熱エネルギービームの移動
速度あるいは強度の少なくとも一方を変えることによ
り、各領域に与える熱量を制御することを特徴とする請
求項８に記載の装置。
【請求項１０】前記冷却速度制御手段は、前記総合現像
補正時間分布を用いて、当該基板の各領域ごとに目標冷
却速度Ｖs を決定するための冷却速度決定手段と、当該
目標冷却速度Ｖs に基づいて、基板に熱を加えて冷却速
度制御を行うための加熱制御手段とを有することを特徴
とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】前記加熱制御手段は、前記目標冷却速度
Ｖs を用いて、当該基板の各領域ごとに加熱条件を決定
するための加熱条件決定部と、当該加熱条件に従って基
板に熱を加えて冷却速度制御を行うための加熱手段とを
有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】前記レジスト感度調整装置は、冷却温度
制御中の冷却速度Ｖm をモニターするための冷却速度モ
ニター手段と、基板の各領域ごとに、目標の冷却速度Ｖ
s と冷却速度のモニター値Ｖm との差分ｄＶをその都度
加算してこの差分ｄＶの積分値ＳｄＶを算出し、前回の
目標冷却速度Ｖs (n-1) からこの差分ｄＶの積分値Ｓｄ
Ｖを減じて今回の目標冷却速度Ｖs (n) を算出し、この
冷却速度Ｖs (n) を前記加熱制御手段に与えるための積
分値制御手段とをさらに有し、前記加熱制御手段は、その都度与えられた目標冷却速度
Ｖs (n) を用いて、基板に熱を加えて冷却速度制御を行
うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の装
置。
【請求項１３】レジスト感度に関連する１つのあるいは
複数の特徴量の基板面内分布を獲得するステップと、これら基板面内分布を用いて総合現像補正時間分布を決
定するステップと、前記総合現像補正時間分布に基づいて、当該基板の各領
域ごとの加熱条件を決定するステップと、レジストが塗布されベークされた直後の基板に対して、
当該基板の各領域ごとに、前記決定された所定の加熱条
件に従って熱を与えて冷却速度を制御するためのステッ
プとからなることを特徴とするレジスト感度調整方法。