JPH0257699B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体ウエハに塗布されたフオト
レジスト（以下レジストという）の処理に係り、
特に紫外線照射器を用いてレジストの耐熱性、耐
プラズマエツチング性を高めることを目的とした
レジスト処理方式に関するものである。

［従来の技術］ 従来の紫外線照射によるレジストの処理につい
ては、半導体ウエハに塗布されたレジストにマス
クパターンを露光する処理、レジスト表面に付着
した有機汚染物を分解洗浄する予備洗浄処理等に
おいて、紫外線照射が利用されているが、最近、
レジスト処理工程のひとつであるベーキング工程
への適用が注目されている。

ベーキング工程とは、レジスト塗布、露光、現
像によるレジストパターンを形成する工程とこの
レジストパターンを用いてイオン注入やプラズマ
エツチングなどを行う工程との中間の工程であつ
て、レジストの半導体基板への接着性や耐熱性の
向上などを目的とした加熱工程である。そして最
近では、現像後のベーキング工程の前、あるいは
ベーキング時にレジストに紫外線を当てて、より
短時間にベーキング時の耐熱性や耐プラズマエツ
チング性を高める方法及び装置についての検討が
なされている。

［発明が解決しようとする問題点］ このように、最近は、レジストベーキング工程
においては、紫外線を照射することが検討されて
いる。

ところが、処理の高速化のために紫外線強度の
大きな光をレジストに照射すると、レジスト内部
よりガスが発生し、このガスによつて気泡の発
生、レジストパターンのくずれ、レジスト膜のは
がれや破裂、荒れなどのレジスト膜の破壊が発生
し、半導体素子不良の原因となつていた。

このガスの発生原因の一つとしては、レジスト
の露光感光基の急激な光化学反応、レジスト塗布
の前処理としてウエハに塗布したHMDS（ヘキサ
メチルジシラザン）や反射防止剤などとレジスト
との光化学反応、色素などのレジスト添加剤の光
化学反応、レジスト内に残留する溶剤の光化学反
応などが考えられる。

これらの光化学反応は、波長が300nm〜500nm
の範囲の光、特にレジストの露光感光波長の光に
よつて著しく進行し、従つて、これらの波長域を
含む光を放射するレジスト処理装置では、光の強
度を強くできない。すなわち、高速な処理が行え
ないという問題点があつた。

本発明は、かかる問題点に鑑みて、紫外線照射
器よりの放射光によるレジスト膜の破壊を防止す
ることにより、紫外線照射によるレジストの処理
を高速、かつ効果的に行うことのできるレジスト
処理方式を提供することを目的とするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために、この発明では、紫
外線照射器と処理室とを紫外線透過部材を挾んで
構成して、この紫外線照射器内のシヤツター開閉
時間を制御する制御手段と、フイルタ駆動時間を
制御する制御手段と、紫外線照射用の少なくとも
１個のランプの発光強度とその発光時間を制御す
る制御手段を具備し、さらに前記処理室内の処理
台の温度とその温度に対する経過時間とを制御す
る制御手段とを具備したものである。

［作用］ この発明においては、例えばレジストの露光感
光波長が効果的に遮断ないしは減少されることに
より、レジストよりガスを発生せる光化学反応が
抑制され、レジスト膜の破壊が防止される。しか
も、レジストの露光感光波長を遮断ないしは減少
させても照射される光にはレジストの耐熱性や耐
プラズマエツチング性の向上に有効な紫外線成分
は依然として強力に含まれているので高速かつ効
果的なレジスト処理ができる。また、ガスの発生
原因や発生のしかた、その他膜の破損原因に応じ
てフイルタやシヤツターの種類を変えておけば良
いので、多様な処理ができる。

［実施例］ 第１図はこの発明のレジスト処理方式の一実施
例を示す紫外線処理装置の説明図であり、２０は
紫外線照射器、３０は処理室である。また、１は
紫外線照射用の１個もしくは複数個のランプ、２
はこのランプ１の発光強度及び発光時間を制御す
る制御手段、３はシヤツター、４はこのシヤツタ
ー３を開閉駆動するリバーシブルモータ、５はこ
のリバーシブルモータ４の動作を制御してシヤツ
ター３の開閉時間を制御する制御手段、６は石英
ガラス板に多層の蒸着膜を形成した波長選択性の
フイルタ、７はこのフイルタ６を開閉駆動するリ
バーシブルモータ、８はフイルタ６の駆動時間を
制御する制御手段、９はランプ１の背後に配置さ
れたミラー、１０は紫外線透過ガラス板、１１は
この紫外線透過ガラス板の縁部を覆うフランジ、
１２はこのフランジ１１と処理室３０との間隙を
埋めるパツキング、１３は紫外線照射器２０内の
空気の温度上昇を防止し、ランプ１を冷却するた
めに吸引するブロワ、１４，１５はこのブロワ１
３によつて吸引する為の空気の出入口、３１は被
処理物を載せる処理台、３２はこの処理台３１を
加熱するための加熱手段、３３は逆にこの処理台
３１を冷却する冷却手段、３４は被処理物を搬送
ライン３５に沿つて出し入れするための出入口で
あり、加熱手段３２と冷却手段３３とは処理台３
１の温度と、その温度に対する経過時間とを制御
する制御手段を構成している。

第２図は第１図の紫外線処理装置を用いて、レ
ジスト処理を行う場合の動作状態の一例を示すタ
イミングチヤートである。

処理するレジストの種類によつて色々なパター
ンの動作があるが、第２図の例に従つて、第１図
の実施例におけるレジスト処理方式を以下に説明
する。

まず、シヤツター３を閉じたまま処理台３１の
温度をある時間x₁（約５秒）の間T₁（120゜c）まで
上昇させて所謂ベーキングを行う。これはレジス
トの耐熱性を上げ、レジスト処理を早くするため
にレジストの温度を出来るだけ高くする必要があ
るからである。レジスト処理を早くするために突
然、紫外線強度の大きな光をレジストに照射する
とレジスト内部よりガスが発生するが、上記のよ
うなベーキング工程を行えば、加熱による温度上
昇のみである程度のガスを逃がすことができて突
発的なレジスト内の発砲は防ぐことができる。

次に、シヤツター３を時間y₁（約５秒）の間、
開いて弱い光を照射すると、レジスト内に徐々に
光化学反応が起きてガスが発生する。この場合、
シヤツターを開いてもフイルタ６があるので後述
するようにフイルタ６の作用によつて弱い光しか
透過しない。このシヤツター３を開いた状態を放
置すると、ガスが急激に発生し、レジストの表面
から抜ける前に気泡となつて成長して大きくなる
ので、その成長を遅らせる意味で、シヤツター３
を時間x₂（約５秒）の間、閉じて光の照射を一時
停止し、再びベーキング工程を継続して、レジス
ト内に発生したガスを外に逃がしてやる。

その後、シヤツター３を開くわけであるが、光
を急激に照射すると、まだ残つているガスが発砲
する怖れがあるので、ある時間u₄（約２秒）照射
し、段階的に照射を強める。また、処理台温度も
時間t₁（約15秒程）のベーキング工程の後、徐々
に加熱を強め、さらにフイルタ６の使用も最初の
時間t_F（12秒間）位でやめてフイルタ６を取除き、
紫外線強度の強い光を被処理物に照射して強い照
射と高温度にもつていく。

ここでフイルタ６の使用について述べる。レジ
スト内の光化学反応によつてガスが急激に発生
し、レジストの表面から抜ける前に気砲となつて
成長して大きくなるのはレジストに照射する光の
波長に依存しているので、後述するある一定波長
の光をカツトしてやるとガスが発生しても外部に
逃げ易い。そこでフイルタ６を用いて一定波長の
光をカツトして、ガス抜き工程を行う。フイルタ
６によつてカツトする一定波長の光とは、具体的
には例えば300nm以下の短波長の紫外線である。

この300nm以下の短波長の光が照射されると、
レジストは重合反応によつて硬化し易く、レジス
トが一度硬化するとその表面に薄皮が張り、その
薄皮の影響によつてレジスト内部に発生したガス
が放散し難くなり、ガスは内部に溜つて、その結
果レジスト自体が破裂する。従つて、この破裂を
防ぐために、前述の初期のガス抜き工程では出来
るだけ前記薄皮をつくらないようにする必要があ
る。

また、ガスの発生し易い波長とは300〜500nm
の波長の光であるから、レジスト内に発生したガ
スを放散させてしまう迄は300〜500nmの波長の
光は弱くして短い時間u₂（約５秒）照射する。勿
論、そのときはフイルタを用いる時間t_F（約12秒）
内であるので300nmの光はカツトされていて、レ
ジスト表面に薄皮ができることはなく、発生した
ガスは外部に放散される。

一度、ガスを抜き切つてしまうと、フイルタ６
を用いたままでは300nm以下の光はカツトされて
いて、レジストは硬化しないので、ガスが放散さ
れた時点t_F（処理開始から約12秒）でフイルタ６
を除去して、300nm以下の短波長の光も充分に照
射する。

以上がレジスト処理方式の一例の概略である
が、処理開始時の一定時間t₁（約15秒）の間は処
理台３１の温度は一定T₁にしている。それは、
レジストが硬化してはじめて耐熱性が上るのであ
るが、初期の段階（時間t_F：約12秒間）はフイル
タ６を用いてレジストの硬化する波長の光をカツ
トしているので、レジストは硬化していないため
に耐熱性に欠けるからである。従つてフイルタ６
を除去して耐熱性が向上した状態になつてから処
理台３１の温度を上昇させて、レジスト処理を高
速化することができる。

尚、シヤツター３の開いた時間y₂の状態で、処
理台の温度と時間の関係が時間t₂経過した時点と
時間t₃経過する時点で一直線に上昇していないの
は、時間に対して、レジストの耐熱性の上昇は必
ずしも直線的に上昇するものでないことを示して
いる。そしてレジストの温度上昇もある程度高温
になると、耐熱性の向上も緩やかになり、急激な
温度上昇は望ましくない。そこで、ある程度、温
度が上昇すると、処理台の温度制御手段である加
熱手段３２もしくは冷却手段３３を用いて温度上
昇の度合を緩やかにしてやる必要がある。そこで
第２図の曲線で示すように温度パターンを切換え
ている。

また、以上の実施例は温度制御及び照射光の波
長、強さ等を、時間をパラメータにして種々切換
えていたが、すべてのレジスト処理が、第２図の
曲線に従つて処理される必要はなく、各々のレジ
ストパターンに応じて変更することが可能である
ことは勿論である。

第３図は第１図におけるシヤツター３の開閉時
間を制御する制御手段５もしくは、フイルタ６の
駆動時間を制御する制御手段８の具体例、第４図
は第１図のランプ１の発光強度及び発光時間を制
御する制御手段２の具体例、第５図は第１図の冷
却手段３３の具体例、第６図は第１図の加熱手段
３２の具体例をそれぞれ示す回路図である。ま
た、各図中、CPUはこの発明の処理方式を制御
するコンピユータの中央処理装置、３１，４１，
５１はリレー、３２，４２，５２はスイツチ、
LTはリーケージトランス、PSは供給電源、Ｈは
ヒータ、Ｃはコンデンサ、SCRはサイリスタ、
V₁，V₂は電磁弁を示し、第１図と同一符号は同
一又は相当部分を示す。

第３図の回路をシヤツター３の制御手段５とし
て用いるときは、あらかじめ、不図示のコンピユ
ータに入力された処理方式のプログラムに従い、
CPUからの信号が出力され、この出力信号に基
づいて、リバーシブルモータ４における駆動コイ
ルへの供給電圧をリレー３１に切換えてリバーシ
ブルモータ４の回転方向を制御してシヤツター３
を開閉する。

また、この第３図の回路をフイルタ６の制御手
段８として用いるときは、制御手段５の場合と同
じようにして、リバーシブルモータ７の回転方向
を制御してフイルタ６を移動させる。

第４図における制御手段２は、ランプ１の発光
強度及び発光時間を制御するプログラムがあらか
じめコンピユータに入力されている。そして、こ
のプログラムに従つてCPUから信号が出力され、
この出力信号に基づいてリレー４１の付勢の成否
があり、それによつて、リーケージトランスLT、
コンデンサC₁，C₂、ランプ１、抵抗Ｒからなる
２つの共振回路を切換えてランプ１に流れる電流
を制御して、ランプ１の強度を切換えている。

第５図の冷却手段３３はあらかじめコンピユー
タにプログラムされた処理台３１の温度とその温
度に対する経過時間とを制御するために、処理台
３１の内部に配管された不図示のパイプに冷水を
供給することによつて処理台の温度を下降させる
ためのものである。

この処理台３１を冷却する場合は、CPUから
の信号により、リレー５１がスイツチ５２を切換
えることによつて電磁弁V₂を閉じ、V₁を開いて
冷却水を流す。冷却を中止する場合はV₁を閉じ
た後、V₂を数秒間開くことによつて処理台３１
のパイプ内に残つた水を抜き去る。

また、第６図の加熱手段３２は、あらかじめコ
ンピユータにプログラムされた処理台３１の温度
と、その温度に対する経過時間とを制御するため
に、処理台３１の内部に配置されたヒータに電流
を供給することによつて処理台の温度を上昇させ
るものである。

加熱したいときは、CPUからの出力信号によ
つてサイリスタSCR₁もしくはSCR₂のゲートを励
起してヒータ電流を供給し、加熱を中止するとき
はSCR₁，SCR₂のゲートの付勢を止めてヒータ回
路を切断する。

尚、第３図乃至第６図の回路はこの発明を実施
する場合の一例であつて、他の制御手段を設け
て、この発明のレジスト処理方式を行うことがで
きるのはいうまでもないことである。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、紫外線照射器
と処理室とを紫外線透過部材を挾んで構成して、
この紫外線照射器内のシヤツター開閉時間を制御
する手段と、フイルタ駆動時間を制御する制御手
段と、紫外線照射用の少なくとも１個のランプの
発光強度とその発光時間を制御する制御手段を具
備し、さらに前記処理室内の処理台の温度とその
温度に対する経過時間とを制御する制御手段とを
具備したことにより、高速かつ効果的なレジスト
処理が可能になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のレジスト処理方式の一実施
例を示す紫外線処理装置の要部構成を示す断面
図、第２図は第１図の装置を用いてレジスト処理
を行う場合の動作状態の一例を示すタイミングチ
ヤート、第３図は第１図のシヤツターもしくはフ
イルタの開閉駆動を制御する制御手段の一具体例
を示す回路図、第４図はランプの発光制御をする
制御手段の一具体例を示す回路図、第５図は第１
図の冷却手段の一具体例を示す回路図、第６図は
加熱手段の一具体例を示す回路図である。 図中、１：ランプ、２，５，８，３３：制御手
段、３：シヤツター、６：フイルタ、９：ミラ
ー、１０：紫外線透過ガラス板、２０：紫外線照
射器、３０：処理室、３１：処理台、３４：出入
口、３５：搬送ライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 背後にミラーを配置した少くとも１つの紫外
   線照射用のランプと、これらランプの前方に設け
   られかつそれぞれ駆動機構を備えたシヤツターお
   よびフイルタとを内蔵する紫外線照射器と、温度
   調節手段を備えた処理台を内蔵し、この処理台に
   被処理物を搬送するためのスリツト状の出入口を
   備えた処理室、及び前記紫外線照射器からの紫外
   線が前記処理台に指向されるように前記紫外線照
   射器を前記処理室上に装備する際に、この紫外線
   照射器の内部と処理室の内部とを区画する紫外線
   透過部材とから構成された装置内でレジストを処
   理するレジスト処理方法において、シヤツターを
   閉じたまま、あらかじめ加熱された処理台の上に
   レジストを塗布したウエハを置きベーキングをし
   た後、シヤツターを開き数秒間フイルタを介して
   ランプの弱い光を照射し、その後再びシヤツター
   を閉じて光の照射を一時停止してベーキングを行
   う工程と、このベーキング工程の後、温度を徐々
   に上昇させながらランプの照度を段階的に強める
   と共に、レジスト内の気泡が成長しない範囲内で
   フイルタを介さずにランプの強い光を照射する工
   程、とからなることを特徴とするレジスト処理方
   法。