(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学増幅型レジストを用いて、ウェハ上にレジストパターンを形成するレジストパターンの形成方法において、
前記化学増幅型レジストを前記ウェハ上に供給する工程と、
前記化学増幅型レジストを露光する工程と、
露光済みの前記化学増幅型レジストを、露光後から現像前までの間、０℃〜２０℃で冷却する工程と
を具えていることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレジストパターンの形成方法において、
前記化学増幅型レジストは、露光後から現像前の加熱処理開始までの間、冷却されることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレジストパターンの形成方法において、
前記化学増幅型レジストは、冷却された気体を用いて０℃〜２０℃に冷却されることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項４】
請求項３に記載のレジストパターンの形成方法において、
前記気体は、窒素ガス、ヘリウムガス又は乾燥させた空気から選択されるいずれかを用いることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のレジストパターンの形成方法において、
現像装置のキャリアステーション上に設けたクーリングユニット中に、前記気体を導入し、前記クーリングユニット内に前記化学増幅型レジストの形成された前記ウェハを入れることによって、前記化学増幅型レジストが冷却されることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のレジストパターンの形成方法において、
前記化学増幅型レジストは、０℃〜２０℃に冷却した液体を用いて冷却されることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載のレジストパターンの形成方法において、
前記液体は、水銀であることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のレジストパターンの形成方法において、
現像装置のキャリアステーション上に設けたクーリングユニット中に、前記液体を導入し、前記クーリングユニット内に前記化学増幅型レジストの形成された前記ウェハを入れることによって、前記化学増幅型レジストが冷却されることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項９】
ウェハ上に形成された化学増幅型レジストを冷却する冷却装置において、
前記ウェハを複数格納するキャリアを内部に収納する空間を有し、該空間に低温気体を供給することによって、前記ウェハ上に形成された露光済みの前記化学増幅型レジストを、露光後から現像前までの間、０℃〜２０℃で冷却するクーリングユニットを具えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の冷却装置において、
前記化学増幅型レジストを、露光後から現像前の加熱処理開始までの間、０℃〜２０℃で冷却するクーリングユニットを具えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
ウェハ上に形成された化学増幅型レジストを冷却する冷却装置において、
前記ウェハを複数格納するキャリアを内部に収納する空間を有し、該空間に０℃〜２０℃の液体を供給することによって、前記ウェハ上に形成された露光済みの前記化学増幅型レジストを、露光後から現像前までの間、冷却する冷却槽を具えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の冷却装置において、
前記化学増幅型レジストを、露光後から現像前の加熱処理開始までの間、冷却する冷却槽を具えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１３】
ウェハ上に形成された化学増幅型レジストを冷却する冷却装置において、
熱伝導性を有する材料からなり、かつ内部に冷却材を注入することによって、前記ウェハ上に形成された露光済みの前記化学増幅型レジストを、露光後から現像前までの間、０℃〜２０℃で冷却するキャリアを具えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の冷却装置において、
前記化学増幅型レジストを、露光後から現像前の加熱処理開始までの間、冷却するキャリアを具えていることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パターン形成方法、特にレジストパターンの寸法制御性を向上させる方法に関する。また、この発明はこのパターン形成方法の実施の際に使用する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リソグラフィ工程では、パターンの微細化に伴い、エキシマレーザ光やＥＢ（Electron Beam ）などの、より短波長領域の光が用いられており、この波長領域に適するレジストとして、主に化学増幅型レジストが用いられている。例えば文献：Journal of Photopolymer Science and Technology,Vol.6,No.1,1993,p.433-444,A Strategic Optical Lithography for Below 0.25 Micron Design Rules,Kazuhiro YAMASHITA,et.al. に記載されているものがある。化学増幅型レジストは、露光によりレジスト中に発生した酸が触媒としてその後のレジスト反応に寄与し、現像後にパターンが形成されるが、これにより、クォーターミクロンレベルのパターン形成が可能となる。例えば酸発生後に加熱処理（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）を行うと、この酸が触媒となってポジレジストでは保護ポリマーの分解反応を起こし、ネガレジストではベースポリマーと架橋剤との架橋反応を連鎖的に起こす。
【０００３】
しかし、露光からＰＥＢ処理を行うまでの引き置き時間（ＰＥＤ：Post Exposure Delay ）によって、現像後のパターン寸法が変動してしまい、その結果、所望のパターンが得られなくなるという問題がある。これは、一般的に露光により発生した酸が大気中のアミン等の塩基性不純物によって失活したり、酸が露光領域以上の領域にまで拡散してしまうことにより生じると言われている。このうち、大気中の不純物が酸を失活させてしまうのを防ぐ対策としては、大気中の不純物を除去するためのケミカルフィルタの適用や、雰囲気とレジストとを分離するカバー膜（表面保護膜）を用いることなどが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、所望のレジストパターンが得られなくなるもう一方の原因と考えられている未露光レジスト領域への酸の拡散を抑制する対策に対しては、上記のケミカルフィルタやカバー膜では効果が得られない。
【０００５】
このため、パターンの寸法制御性の更なる向上をめざして、酸の拡散によるパターンの寸法変動を抑制する方法の出現が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明では、化学増幅型レジストを用いて、ウェハ上にレジストパターンを形成するレジストパターンの形成方法において、化学増幅型レジストをウェハ上に供給する工程と、化学増幅型レジストを露光する工程と、露光済みの化学増幅型レジストを、露光後から現像前までの間、０℃〜２０℃で冷却する工程とを具えていることを特徴とする。酸の拡散の状態は、温度の関数で表されることが一般的に知られている。このため、室温よりも低い温度環境下にレジストを冷却することにより、露光によってレジストの露光領域中に発生した酸の未露光領域への拡散を抑制することができる。よって、現像後のパターン寸法の変動を低減することができる。ここで、露光処理と現像処理の間に行う加熱処理をＰＥＢ（Post Exposure Bake）と言い、また露光後からＰＥＢ開始までの時間をＰＥＤ（Post Exposure Delay ）と言うことがある。
【０００９】
レジストの冷却は、低温気体を用いることができる。例えば、現像装置のキャリアステーション上に設けたクーリングユニット中に低温気体を導入してこのクーリングユニット内にレジストの形成されたウェハを入れることによってレジストを冷却する。キャリアステーションとはウェハを格納するキャリアを載せる台を指している。
【００１０】
ウェハはキャリア内に複数枚格納され、このキャリアごとクーリングユニット内に入れる。これにより、キャリア内に格納されている複数のウェハを同時に冷却することができる。
【００１１】
また、低温気体を用いたもう一方の冷却方法としては、キャリアを中空構造にして、このキャリア中に低温気体を注入してキャリアを冷却した後、このキャリア内にウェハを格納することによってウェハを冷却するという方法が挙げられる。
【００１２】
キャリア自体を冷却することにより、キャリア内に格納されている複数のウェハを同時に冷却処理することができる。
【００１３】
また、レジストの冷却は、低温液体を用いてもよい。例えば、現像装置のキャリアステーション上に設けた冷却槽中に低温液体を導入してこの冷却槽内にレジストの形成されたウェハを浸漬することによってこのウェハを冷却する。
【００１４】
ウェハはウェハ支持台に複数枚セットして支持台ごと低温液体中に浸漬する。これにより複数のウェハを同時に冷却することができる。このときウェハに付着する恐れのある液体を用いた場合には、加熱処理直前にスピンドライなどによりウェハを乾燥させる。
【００１５】
また、低温液体を用いたもう一方の冷却方法としては、キャリアを中空構造にして、このキャリア中に低温液体を注入してキャリアを冷却した後、このキャリア内にウェハを格納することによってウェハを冷却するという方法が挙げられる。
【００１６】
キャリア自体を冷却することにより、キャリア内に格納されている複数のウェハを同時に冷却処理することができる。
【００１９】
また、冷却装置においては、キャリアステーション上に設けられていて、レジストの形成されているウェハまたはこのウェハを複数格納するキャリアを内部に収納する空間を有し、この空間に低温気体を充満し得るクーリングユニットを具えるような装置でもよい。
【００２０】
これにより、クーリングユニット中に保持されたキャリア内のウェハは一様に冷却され、現像後のパターンの寸法変動を抑えることができる。また、冷却処理をキャリアごとにウェハの出し入れなしに一括して行うため、同時に複数のウェハを容易に処理することができる。
【００２１】
また、冷却装置は、キャリアステーション上に設けられていて、レジストの形成されているウェハまたはこのウェハを複数格納するウェハ支持台を内部に収納する空間を有し、この空間に低温液体を充満し得る冷却槽を具えるような装置でもよい。
【００２２】
冷却槽中に注入する低温液体はレジストと反応等を起こさない物質とし、もしウェハに付着する恐れがある場合には、加熱処理直前にスピンドライ等により乾燥させる。これにより、冷却槽中に保持されたウェハ支持台のウェハは一様に冷却され、現像後のパターンの寸法変動を抑えることができる。また、複数のウェハを同時に冷却処理することができる。
【００２３】
また、冷却装置は、熱伝導性を有する材料からなり、内部が中空構造となっていて、この内部に冷却材を注入し得るキャリアを具えるような装置でもよい。
【００２４】
中空構造であり、熱伝導性を有するキャリア中に冷却材としての低温気体や低温液体を注入して、キャリアを冷却することによりキャリア内に格納してあるレジストの形成されたウェハをキャリアを通じて冷却することができる。これにより、キャリア中に保持されたウェハは冷却され、現像後のパターンの寸法変動を抑えることができる。また、複数のウェハを同時に冷却することができる。また、キャリア自体に冷却機能を持たせているため現像装置内に新たに冷却用のスペースを取る必要がない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の酸の拡散を抑制する方法の実施の形態につき説明する。なお、各図はこの発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示しているに過ぎない。また、以下の説明において特定の材料および条件を用いているがこれらの材料および条件は好適な実施の形態の例に過ぎず、したがってこの発明ではなんらこれに限定されるものではない。
【００２６】
＜参考例１＞
参考例として、露光後から現像前の加熱処理（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）開始までの時間にわたり、化学増幅型レジストが設けられているウェハをクーリングプレート上で冷却して、露光によりレジスト中に発生した酸の拡散を抑える例につき説明する。図１はクーリングプレート上にウェハを載せた状態を示す概略図である。
【００２７】
まず、シリコンウェハ上に化学増幅型レジストを形成して露光処理を行う。その後従来は室温で、ＰＥＢ処理を行うまでの間ウェハは現像装置内で待機しているのであるが、この間に露光によってレジスト中に発生した酸は、未露光領域にまで拡散してしまう。このため、ここでは露光後からＰＥＢ処理開始までの時間にわたり、ウェハ１１をクーリングプレート１３上に保持して、室温よりも低い温度環境下で冷却させる。温度は結露を防ぐため０℃以上が好ましい。その後ＰＥＢ処理およびそれに続く現像処理を行い、レジストパターンを得る。
【００２８】
この結果、ウェハ１１を通じてレジスト１５を冷却することができるため、ＰＥＤ時間中室温でウェハを放置していた従来よりレジスト内の未露光領域への酸の拡散を抑制することができ、現像後のレジストパターンの寸法変動を低減することができる。
【００２９】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態として、露光後、低温気体によってウェハを冷却する例について説明する。図２は第１の実施の形態の説明に供する概略図である。現像装置のキャリアステーション上に、ウェハを格納するキャリアを収納できる空間を有し、この空間内に低温気体を充満し得るクーリングユニット２１を設け、このクーリングユニット２１内に低温気体２３を封入することによりユニット２１内の雰囲気温度を低温化しておく。この場合、好ましくは雰囲気温度を０〜２０℃の範囲内の温度としておくのが良い。露光後にこのユニット２１内にキャリア２５ごとウェハ１１を入れて冷却する。低温気体２３は、例えば冷却した、窒素ガスや乾燥させた空気、ヘリウムガス等を用いることができる。また、クーリングユニット２１内の気体２３の温度すなわち雰囲気温度は現像装置周辺の温度（室内温度）より低い温度とするのが好ましく、しかも、結露を防ぐために０℃よりも高い温度とするのが好ましい。その後ＰＥＢ処理を行う直前にウェハ１１をユニット２１から取り出して、ＰＥＢ処理およびこれに続く現像処理を行ってレジストパターンを得る。
【００３０】
この結果、参考例１と同様の理由により現像後のレジストパターンの寸法変動を低減することができる。また、ウェハ１１を複数枚格納したキャリア２５ごと冷却することができるため、同時に複数枚のウェハ１１の冷却処理が可能となる。さらに冷却処理をするためにキャリア２５からウェハ１１を出し入れする必要がない。
【００３１】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態として、露光後、低温液体によってウェハを冷却する例について説明する。図３は第２の実施の形態の説明に供する概略図である。図３の中で点線によって冷却槽３１内に低温液体３３が満たされている状態を表している。この例では、現像装置のキャリアステーション上に、ウェハを複数格納するウェハ支持台を収納できる空間を有し、この空間内に低温液体を充満し得る冷却槽３１を設け、この冷却槽３１内に低温液体３３を導入することにより冷却槽３１内の温度を低温化しておく。この場合、この液体３３の液体温度を好ましくは０〜２０℃の範囲内の温度とするのが良い。露光後、ウェハ１１をウェハ支持台３５にセットして冷却槽３１内にウェハ支持台３５ごと浸漬して冷却する。低温液体３３は、例えば冷却した水銀（Ｈｇ）など、レジストと反応等の相互作用を起こさない物質を用いる。その後ＰＥＢ処理を行う直前にウェハ１１を冷却槽３１から取り出して、ＰＥＢ処理およびこれに続く現像処理を行ってレジストパターンを得る。このときウェハ１１に液体３３が付着している恐れがある場合にはウェハ１１を冷却槽３１から取り出した後スピンドライなどを行って乾燥させてからＰＥＢ処理を行うとよい。
【００３２】
この結果、参考例１と同様の理由により現像後のレジストパターンの寸法変動を低減することができる。また、ウェハ１１を複数枚格納したウェハ支持台３５ごと冷却することができるため、同時に複数枚のウェハ１１の冷却処理が可能となる。
【００３３】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態として、ウェハキャリアに温度調節機能（冷却機能）を備えてウェハを冷却処理する例について説明する。図４（Ａ）は第３の実施の形態の説明に供する概略図である。また、図４（Ｂ）はこの発明のキャリアの概略的な断面図である。まず、熱伝導性を持った材料からなるキャリア４１を中空構造にして中に冷却用物質４３を注入する（図４（Ｂ））。この冷却用物質４３は気体でも液体でもよく、第１および第２の実施の形態で説明した低温気体や低温液体を用いて好適である。これによりキャリア４１全体を室温より低い温度、好ましくは、約０〜２０℃の範囲内の温度に冷却するのが良い。このキャリア４１内にウェハ１１を格納すれば、レジストを塗布してから現像処理までの間、処理以外の待機時間において、キャリア４１を通じてウェハ１１を常に冷却することができる（図４（Ａ））。
【００３４】
この結果、参考例１と同様の理由により現像後のレジストパターンの寸法変動を低減することができる。また、複数枚のウェハ１１の冷却処理が可能となる。さらにキャリア４１自体に冷却機能を持たせているため現像装置内に新たに冷却用の装置およびスペースを取る必要がない。
【００３５】
＜参考例２＞
参考例２として、露光装置や現像装置のウェハ搬送ロボットアームに冷却機能を備えることによりウェハを冷却処理する例について説明する。図５の（Ａ）および（Ｂ）はウェハ搬送ロボットアームの概略図である。ここでは、搬送ロボットアーム５１のウエハ接触部５３が参考例１で既に説明したクーリングプレートで構成されている。（Ａ）および（Ｂ）の斜線部分は断面を示しているのではなく、ウェハ接触部５３であるクーリングプレートを強調するために用いている。このウェハ接触部５３上にウェハが搭載されて、ウェハが接触すると（図１参照）、クーリングプレート５３によりウェハが冷却される。図５（Ａ）ではウェハとウェハ接触部（クーリングプレート）５３とはウェハ底面の一部、例えば周辺部で接触するような構造で、図５（Ｂ）では、ウェハ接触部５３とウェハ底面全体とが接触するような構造となっている。どちらもウェハを通じてウェハ上のレジストを冷却することができる。このため、レジストの露光が終了した後、ＰＥＢ処理を行うために露光装置から現像装置へウェハを搬送する間、ウェハを冷却することができる。
【００３６】
この結果、参考例１と同様の理由により現像後のレジストパターンの寸法変動を低減することができる。また、露光装置および現像装置だけでなく他の処理の搬送ロボットアームにもこのような冷却機能を持たせれば、露光によってレジスト中に発生した酸だけでなく、雰囲気中に存在する不純物のレジスト内への拡散や加熱処理が終了した後に残存している酸の拡散をも抑制することができる。また、装置内に新たな冷却用のスペースを取る必要もない。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明によれば、室温よりも低い温度環境下でレジストを冷却することにより、露光によってレジストの露光領域中に発生した酸の未露光領域への拡散を抑制することができる。したがって、現像後のパターンの寸法変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例１の説明に供する概略図である。
【図２】  第１の実施の形態の説明に供する概略図である。
【図３】  第２の実施の形態の説明に供する概略図である。
【図４】  （Ａ）は、第３の実施の形態の説明に供する概略図であり、（Ｂ）は、キャリアの概略的な断面図である。
【図５】  （Ａ）および（Ｂ）は、参考例２の説明に供する概略図である。
【符号の説明】
１１：ウェハ
１３：クーリングプレート
１５：レジスト
２１：クーリングユニット
２３：低温気体
２５、４１：キャリア
３１：冷却槽
３３：低温液体
３５：ウェハ支持台
４３：冷却用物質
５１：搬送ロボットアーム
５３：ウェハ接触部（クーリングプレート）
【図１】
0003698510.tif 000002
【図２】
0003698510.tif 000003
【図３】
0003698510.tif 000004
【図４】
0003698510.tif 000005
【図５】
0003698510.tif 000006