JPH0812841B2 - 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、比較的薄
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、フォトレジ
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，現像によるフォトレジストパターンを形成
する工程とこのフォト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裂が発生し、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、フォト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、色素などのフォト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、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OFPR−800の比較的薄い塗布膜の場合と、
富士ハントエレクトロニクステクノロジー社製HPR−118
2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薄
いフォトレジスト膜の破壊を防止することにより、紫外
線放射によるフォトレジストの処理を高速かつ効果的に
行うことが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、最初は紫外線の
うち、フォトレジストからガスを発生させる波長域にあ
る紫外線を減少させて照射し、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、前
処理として、マイクロ波励起無電極放電灯や高圧水銀放
電灯からの強い放射光の内、フィルタを通してフォトレ
ジストからガスを発生させる波長域である300nm〜500nm
の紫外線を減少させて照射する。つまり、ガスを緩やか
に発生させる。このとき、300nm以下の光によりフォト
レジストのサーフェススキンが徐々に形成されるが、ガ
スが緩やかに発生するので、また、フォトレジストの膜
厚が比較的薄いために、ガスの発生量が少なく、かつガ
スの膜内での移動距離が短く、従って、ガス発生速度が
ガス放出能力以内の状態に保持され、サーフェススキン
が厚くならないうちに殆どのガスが抜けてしまう。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強力な光
で照射しても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ー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上に放射される。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の放射光を遮断ないしは減少させ
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の波長域の放射光を遮断ないしは減少さ
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、フォトレジストに東京応化工業
社製OFPR−800および同社製OFPR−5000を用い、ウエハ
前処理剤としてHMDSを用いて厚さが1.2μｍであってや
ゝ薄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、フォトレジスト面における露光感光波
長の放射光の強度は小さく、抑制された状態でガスがゆ
るやかに発生し、しかもレジスト膜が薄いのでガス発生
量が少なく、かつガスのレジスト膜表面までの移動距離
が少ない。一方、サーフェススキンも生成するが、ガス
の発生量は緩やかであるので、発生したガスが膜内に滞
留してフォトレジストを破壊することなく、外部に放出
される。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、フォトレジスト面における放射
光の強度は大きく、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、膜厚の比較的小さいフォトレジストに好適に
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、最初は紫外線のうち、フォ
トレジストからガスを発生させる波長域にある紫外線を
減少させて照射し、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、この破壊作用をもたらす波長
域の光が「前処理状態」におけるフィルタによって制御
されているので、比較的薄いフォトレジスト膜の場合は
ガスは素早くサーフェススキンを通して抜ける。つま
り、フォトレジスト膜に対する破壊作用をもたらす光化
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、 最初は紫外線のうち、該フォトレジストからガスを発生
   させる波長域にある紫外線を減少させて照射し、 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。