JPH0812840B2 - レジスト処理方法 - 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ォトレジス
トの紫外線照射による処理方法に係り、特に、比較的厚
く塗布されたフォトレジストの処理方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の紫外線照射によるフォトレジストの処理につい
ては、半導体ウエハに塗布されたフォトレジストにマス
クパターンを露光する処理、フォト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、フォトレジスト塗布，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ッチングな
どを行う工程との中間の工程であって、フォトレジスト
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フォトレジストに
紫外線を当てて、より短時間にベーキング時の耐熱性や
耐プラズマエッチング性を高める方法が検討されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、最近は、フォト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発光効率の高
いマイクロ波励起無電極放電灯や高圧水銀放電灯からの
放射光のように紫外線強度の大きな光をフォトレジスト
に照射すると、フォトレジスト内部よりガスが発生し、
このガスによって気泡の発生、フォトレジストパターン
のくずれ、フォトレジスト膜のはがれや破裂、荒れなど
のフォトレジスト膜の破壊が発生し、半導体素子不良の
原因となっていた。

このガスの発生原因としては、フォトレジストの露光
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
反射防止剤などとフォト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、フォトレジスト内
に残留する溶剤の光化学反応などが考えられる。これら
のガス発生光化学反応は、波長が300nm〜500nmの範囲の
光、特にフォトレジストの露光感光波長の光によって著
しく進行する。

一方、短波長の紫外線、特に、300nm以下の波長の光
を照射すると、照射の初期段階においてはフォトレジス
トの表面にサーフェススキン（高分子化された表面皮
膜）が形成される。このサーフェススキンは、時間の経
過とともにフォトレジストの内部に広がって行き、やが
てフォトレジスト全体が高分子化するが、この高分子化
層はガスを通しにくく、従って、前記の原因によりフォ
トレジストの内部に発生したガスの放出が妨げられる。
特に、フォトレジストの膜厚が大きいときのように、ガ
スの発生量が放出量より多いときはフォトレジストの内
部にガスがたまり、このたまったガスは気泡へと成長
し、最終的にフォトレジストを破壊してしまう。従っ
て、これらの波長域を含む光を放射するマイクロ波励起
無電極放電灯や高圧水銀放電灯を使用するフォトレジス
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問題点があった。そして、このフ
ォトレジスト膜の破壊について更に詳しく調べると、例
えば東京応化工業社製のノボラックレジストであるOFPR
−5000の比較的薄い塗布膜の場合と、同社製のTSMR−88
00の比較的厚い塗布膜の場合とでは、紫外線の照射方法
によって破壊の進行状態が異なることが判明した。従っ
て、使用するフォトレジストの種類やその膜厚に応じて
照射工程をそれぞれ工夫する必要がある。

本発明は、かかる事情に鑑みて、マイクロ波励起無電
極放電灯や高圧水銀放電灯よりの放射光による比較的厚
いフォトレジスト膜の破壊を防止することにより、紫外
線照射によるフォトレジストの処理を高速かつ効果的に
行うことのできる方法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、露光・現
像によりパターンを形成するフォトレジストに紫外線放
射源からの紫外線を照射して、フォトレジストの耐熱性
や耐プラズマエッチング性を高めるレジスト処理方法に
おいて、紫外線を照射するにあたって、最初はフォトレ
ジストを硬化させる波長域を除き、フォトレジストから
ガスを発生させる波長域を含む紫外線を照射し、次に、
紫外線放射源からの全紫外線を照射する。

〔作用〕

この発明においては、照射処理開始の初期段階では、
前処理として、マイクロ波励起無電極放電灯もしくは高
圧水銀放電灯からの強い放射光を、フォトレジストを硬
化させる波長域の紫外線を遮断するフィルタを通して照
射する。つまり、フォトレジストのサーフェススキンの
形成を抑制しながらフォトレジスト内で発生したガスを
外部に放出し易い状態とする。従って、比較的厚いフォ
トレジスト膜の場合は、発生するガス量が多く、フォト
レジスト膜の表面までの移動距離が長いが、この発生し
たガスはサーフェススキンに妨げられることなく外部に
放出する。しかる後に、フィルタを通さずに紫外線放射
源からの全放射光を照射するが、ガスが完全に抜けてい
るのでフォトレジスト膜形状が崩れず、短時間で処理が
終了する。つまり、所定の耐熱性や耐プラズマエッチン
グ性が得られる。

〔実施例〕

以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体的に説
明する。

第１図は、この発明によるフォトレジスト処理方法の
一実施例を説明するためのフォトレジスト処理装置であ
る。パターン化されたフォトレジスト４が半導体ウエハ
５の上に形成されており、半導体ウエハ５はウエハ処理
台６に載置される。ウエハ処理台６は、ヒータリード線
９より通電することによりヒータ10で加熱され、あるい
は冷却孔11に冷却水を流すことによって冷却される。こ
の加熱および冷却機構により半導体ウエハ５の温度制御
が行われる。また、ウエハ処理台６には、真空吸着孔７
が付加されており、真空ポンプによって連通孔８を通し
て真空引きすることにより、半導体ウエハ５をウエハ処
理台６上に密着して固定する機能をも有する。紫外線照
射源は、無電極水銀放電灯１、マグネトロン20、電源2
1、導波管22、内面に図示略の光反射ミラーを配置した
空胴共振器23を含み、開閉可能なフィルタ３、シャッタ
ー24などとともに照射装置を構成している。なお、第１
図において、実線で示すシャッタ24は閉状態を、点線で
示すシャッター24′は開状態を示し、同じく、実線で示
すフィルタ３は閉状態を、点線で示すフィルタ３′は開
状態を示す。

電源21より電力を供給されたマグネトロン20は、周波
数が2450MHzのマイクロ波を発振する。発生したマイク
ロ波は空胴共振器23に導かれ、空胴共振器23内に強いマ
イクロ波磁界を形成する。この強いマイクロ波磁界によ
り無電極水銀放電灯１内の水銀ガスが励起され、紫外線
を含む放射光を放射する。

無電極水銀放電灯１の封入ガスとしては、アルゴンな
どの稀ガスと少量の水銀を添加すると強い紫外線を放射
することが知られている。特に波長が220〜230nmの光を
強く放射する無電極水銀放電灯については、特開昭59−
87751号公報に開示されており、これを使用することも
可能であるが、フォトレジストの耐熱性や耐プラズマエ
ッチング性を向上させるのに有効な紫外線の波長域は22
0〜300nmと広いため、この範囲に強い放射光をもつ無電
極電極水銀放電灯が好ましく、前記の公報で開示される
よりも水銀を多く添加すると220〜300nmの放射光が強く
なり、好適である。

無電極水銀放電灯１からの放射光は、フィルタ３など
により適当な波長の紫外線を含む放射光としてフォトレ
ジスト４上に照射される。第２図は本実施例で用いた無
電極放電灯１の放射スペクトルの一例である。フィルタ
３としては、フォトレジストの露光感光波長を含む波長
域である300nm〜500nmの放射光は透過するが、フォトレ
ジストを硬化させる波長域である300nm以下の放射光を
遮断ないし減少させる特性を有するものを使用すること
により、紫外線照射によるフォトレジスト処理を効果的
に行うことができる。

300nm〜500nmの放射光は透過するが、300nm以下の放
射光を遮断ないし減少させる特性のものとしては石英ガ
ラス板に多層の蒸着膜を形成した波長選択性フィルタを
用いるのが適当である。このフィルタ３の分光透過率特
性の一例を第３図に示す。

この装置を使用して、フォトレジストに富士ハントエ
レクトロニクステクノロジー社製HPR−1182、および東
京応化工業社製TSMR−8800を用い、ウエハ前処理剤とし
てHMDSを用いて厚さが2.5μｍであってやゝ厚いフォト
レジスト膜を形成したサンプルに対して第４図に示すタ
イムチャートに基ずいて紫外線を照射した。即ち、最初
にシャッター24を開けるときはフィルタ３は閉じてお
り、フィルタ３を通して例えば１〜20秒間照射する。こ
の状態が「前処理状態」であり、フィルタ３を通すの
で、フォトレジストにガスを通しにくい表面皮膜を形成
させる効果が特に大きい300nm以下の波長の光が遮断な
いしは減少され、表面皮膜が形成されないか、極端に抑
制された状態で表面皮膜が形成され、露光感光波長の光
により発生したガスは、フォトレジスト膜が比較的厚く
て発生するガス量が多く、フォトレジスト膜の表面まで
の移動距離が長くても容易に外部に抜ける。次に、シャ
ッター24を、例えば５〜10秒間閉じるが、この期間が休
止期間であり、この間に発生したガスが完全に抜ける。
そして、フィルタ３を開いた状態で再びシャッター24
を、例えば30〜60秒間開けるが、フィルタ３を通さない
ので、耐熱性や耐プラズマエッチング性の向上に効果の
大きい300nm以下の波長の放射光のフォトレジスト面に
おける強度は大きく、短時間で処理することができる。
そして、ガスが完全に抜けているので、強度の大きな放
射光で処理してもフォトレジスト膜が破壊されることが
ない。このように、短い時間の「前処理状態」を設ける
ことにより、膜厚の大きいフォトレジストを好適に処理
することができ、耐熱性や耐プラズマエッチング性が向
上した。これに対して、上記のフィルタ３を使用せず、
かつ連続して照射した場合はフォトレジスト膜が破壊し
た。

上記の実施例では、無電極放電灯の封入ガスとして紫
外線強度の強い水銀を添加したアルゴンガスを用いた
が、これに限定されるものではなく、水銀以外の金属を
例えばハライドの形で微量添加したものであって、所定
の波長の紫外線を放射するものでもよく、更には、アル
ゴン以外の稀ガス、もしくはアルゴンと他の稀ガスの混
合ガス、もしくはアルゴン以外の稀ガスの混合ガスに水
銀を添加した水銀稀ガス無電極放電灯を用いることもで
きる。また、マイクロ波の周波数も2450MHzに限定され
るものではなく、他の周波数のマイクロ波であっても封
入ガスを効率良く励起できるものであればよい。更に
は、マイクロ波よりも長い波長の高周波であってもよ
い。

更には、この技術は、紫外線放射源として高圧水銀放
電灯を使用した場合にもそのままそっくり利用できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、露光・現像によりパ
ターンを形成するフォトレジストに紫外線放射源からの
紫外線を照射して、フォトレジストの耐熱性や耐プラズ
マエッチング性を高めるレジスト処理方法において、紫
外線を照射するにあたって、最初はフォトレジストを硬
化させる波長域を除き、フォトレジストからガスを発生
させる波長域を含む紫外線を照射し、次に、紫外線放射
源からの全紫外線を照射することにより、フォトレジス
トの耐熱性や耐プラズマエッチング性を向上させるに有
効な紫外線とともにフォトレジストにたいする破壊作用
をもたらす波長域の光を強く放射するマイクロ波励起無
電極放電灯や高圧水銀放電灯を使用しても、「前処理状
態」におけるフィルタによって制御された波長の光によ
り、フォトレジスト膜が比較的厚くて発生するガス量が
多く、フォトレジスト膜の表面までの移動距離が長い場
合にも、フォトレジストの内部から既にガスが放出され
ているので、フォトレジスト膜に対する破壊作用をもた
らす急激なガス発生光化学反応が抑制される。しかも、
フィルタが開の状態でフォトレジストの耐熱性や耐プラ
ズマエッチング性を向上させるに有効な紫外線は依然と
して強く含まれているので、高速かつ効果的なフォトレ
ジスト処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明によるレジスト処理方法を実施するための
装置の一例の説明図、第２図は本発明に使用するマイク
ロ波励起無電極放電灯の放射スペクトルの一例を示す説
明図、第３図は本発明に使用するフィルタの分光透過率
特性の一例を示す説明図、第４図はタイムチャートの説
明図である。 １…無電極放電灯、３…フィルタ ４…フォトレジスト、５…半導体ウエハ ６…ウエハ処理台、７…真空吸着孔 ８…連通孔、９…ヒータリード線、10…ヒータ 11…冷却孔、12…ミラー、13…石英板 20…マグネトロン、21…電源、22…導波管 23…空胴共振器、24…シャッター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】露光・現像によりパターンを形成するフォ
   トレジストに紫外線放射源からの紫外線を照射して、該
   フォトレジストの耐熱性や耐プラズマエッチング性を高
   めるレジスト処理方法において、 紫外線を照射するにあたって、 最初は該フォトレジストを硬化させる波長域を除き、フ
   ォトレジストからガスを発生させる波長域を含む紫外線
   を照射し、 次に、該紫外線放射源からの全紫外線を照射することを
   特徴とするレジスト処理方法。
2. 【請求項２】前記紫外線放射源がマイクロ波励起無電極
   放電灯もしくは高圧水銀放電灯であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のレジスト処理方法。