(57)【要約】【課題】超ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造において、高精度に微細パタンを形成することを可能とする。【解決手段】基板１上にレジスト膜２の微細パタンを形成するレジスト現像装置であって、レジスト膜２は、化学増幅系レジストで形成され、レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、基板１上のレジスト膜２に赤外線を照射する赤外線照射機構部８を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像方法において、
前記レジスト膜は化学増幅系レジストで形成され、
前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射する工程を有することを特徴とするレジスト現像方法。
【請求項２】
前記現像工程の前に行う赤外線照射工程において、少なくとも一回以上前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射することを特徴とする請求項１に記載のレジスト現像方法。
【請求項３】
現像工程前に少なくとも一回以上前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射する工程と、
前記赤外線照射時に前記基板を回転させる工程と、
を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のレジスト現像方法。
【請求項４】
基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像装置であって、
前記レジスト膜は、化学増幅系レジストで形成され、
前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射する赤外線照射手段を有することを特徴とするレジスト現像装置。
【請求項５】
前記赤外線照射手段は、パルス光を発生する手段を有することを特徴とする請求項４に記載のレジスト現像装置。
【請求項６】
さらに、前記赤外線照射手段により赤外線が照射される際に前記基板を回転させる回転駆動機構を有することを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載のレジスト現像装置。
【請求項７】
前記赤外線照射手段は、加熱源として赤外線ランプを有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のレジスト現像装置。
【請求項８】
前記赤外線照射手段は、加熱源として赤外線レーザを有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のレジスト現像装置。
【請求項９】
赤外線加熱のための試料を保持する試料保持機構と、
前記保持機構を冷却する冷却機構と、
を有することを特徴とする請求項４乃至８のいずれかに記載のレジスト現像装置。
【請求項１０】
前記赤外線線照射手段と前記試料保持機構との間に、外部から位置を制御することにより加熱源からの熱線が試料に届かなくなるように一時的に遮蔽するシャッター機構を有することを特徴とする請求項４乃至９のいずれかに記載のレジスト現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超ＬＳＩ等の半導体デバイスならびに微小光学素子の製造において微細パタンを形成する際に用いるレジスト現像装置及びレジスト現像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超ＬＳＩに代表される半導体集積デバイスの微細化が進み、現在では最小パタン寸法１００ｎｍのＬＳＩが製造されつつある。微細パタンは、基板上に紫外線、Ｘ線、電子線などの高エネルギー線に感応する感光性高分子（以下、レジストと略称）の薄膜を形成した後、これに前記高エネルギー線を用いて回路パタンを露光したのち現像することにより行われている。レジストに対しては、基板の大口径化に伴い、迅速なパタン形成処理の点から高感度で感応することがより一層求められている。
【０００３】
近年、化学増幅系レジストと呼ばれる極めて高感度なレジスト材料が実用化され、最先端の超ＬＳＩはすべてこの化学増幅系レジストを用いて製造されている。このレジスト材料は、高エネルギー線の露光によりレジスト膜中に生成された酸が触媒として働き、熱の作用により連鎖反応的に感光反応が進むため、したがって、露光量が少なくてすみ、極めて高感度となる。
【０００４】
図３に従来の化学増幅系レジスト用の自動現像装置の構成の一例を示す。以下に図３を用いて簡単に現像工程を説明する。基板保持用カセット５ａにセットされたレジスト膜２の付いた基板１（高エネルギー線により回路パタンが露光されたもの）は搬送用ロボット４ａで熱処理用台３に搬送された後、予め設定された温度、時間で熱処理される。この時、上述の酸による触媒反応が促進され、レジスト膜２中にパタンの潜像が形成される。従来の現像装置では、熱処理用台３は内部に電気的抵抗加熱体が取り付けられた平板状のものが用いられている。
【０００５】
つぎに、熱処理後の基板１は搬送用ロボット４ｂでレジスト現像機構部６に搬送され、所定の現像液、時間で現像処理され、基板１上にレジスト膜２の回路パタンが形成される。その後、基板１は基板搬送用ロボット４ｃで、基板保持用カセット５ｂに搬送され処理が終了する。
【０００６】
上記の現像工程おいて、現像前の熱処理は通常“露光後ベーク”と呼ばれているもので化学増幅系レジストを使用するに当たっては原理上必須のものであり、露光後ベーク用の熱処理用台は従来のレジスト現像装置に常備されている。
また、高エネルギー線露光後、露光後ベークまでの保持時間、保持環境により発生した酸が反応活性力を失う（酸の失活）などによりレジスト感度が著しく変化する。
【０００７】
そのため、化学増幅系レジストを使用するＬＳＩ製造ラインでは、通常、高エネルギー線露光装置にレジスト現像装置を直結させ、露光後ベークまでに基板が酸を失活させる雰囲気に触れることなく、また高エネルギー線の照射後直ちに露光後ベークすることによりレジストパタンの寸法精度を確保している（例えば、非特許文献１参照。）
【０００８】
【非特許文献１】
Ｈ．Ｉｔｏ，“Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｒｅｓｉｓｔｓ：Ｐａｓｔ，Ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎｄ  Ｆｕｔｕｒｅ  ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｒｅｓｉｓｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ＸＶＩ，Ｖｏｌ．３６７８，ｐｐ．２−１２，１９９９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来のレジスト現像装置では、熱作用に対して極めて敏感な化学増幅系レジストの処理に際しては、主として以下に述べるような３つの問題があった。
（１）酸の触媒反応とともに酸の拡散も起こり、現像後のレジストパタンの寸法や形状が目的とするパタンから著しく異なってしまう。
（２）露光パタンのエッジ部における酸の不均一性が熱処理中に増長され、現像後のレジストパタンのエッジにおけるラフネスが増大してしまう。
【００１０】
（３）温度の高均一性を維持して大口径基板を熱処理することが困難である。
上記の項目で、（１）の欠点は、どのような露光手段を用いても問題が顕在化している近接効果の問題と併せて、パタン寸法の制御性を低下させる大きな問題となっている。再現性がよければ近接効果補正と同様に定量化して補正することが可能であるが、１００ｎｍ以下のパタン形成では非常に困難になっている。
【００１１】
また、（２）のエッジラフネスの増大の問題はパタンが１００ｎｍ以下のナノメータ領域になるとデバイスの特性・信頼性に大きく影響を及ぼし、またラフネスは数ナノ〜数十ナノメータの不規則な凹凸形状でありパタン設計にフィードバックして影響を抑制することが困難なため超ＬＳＩの製造上極めて重大な問題となっている。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、超ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造において、高精度に微細パタンを形成することが可能なレジスト現像方法及びレジスト現像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像方法において、前記レジスト膜は化学増幅系レジストで形成され、前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレジスト現像方法において、前記現像工程の前に行う赤外線照射工程において、少なくとも一回以上前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載のレジスト現像方法において、現像工程前に少なくとも一回以上前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射する工程と、前記赤外線照射時に前記基板を回転させる工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像装置であって、前記レジスト膜は、化学増幅系レジストで形成され、前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射する赤外線照射手段を有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のレジスト現像装置において、前記赤外線照射手段は、パルス光を発生する手段を有することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４または５のいずれかに記載のレジスト現像装置において、さらに、前記赤外線照射手段により赤外線が照射される際に前記基板を回転させる回転駆動機構を有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４乃至６のいずれかに記載のレジスト現像装置において、前記赤外線照射手段は、加熱源として赤外線ランプを有することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項４乃至６のいずれかに記載のレジスト現像装置において、前記赤外線照射手段は、加熱源として赤外線レーザを有することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明は、請求項４乃至８のいずれかに記載のレジスト現像装置において、赤外線加熱のための試料を保持する試料保持機構と、前記保持機構を冷却する冷却機構とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項４乃至９のいずれかに記載のレジスト現像装置において、前記赤外線照射手段と前記試料保持機構との間に、外部から位置を制御することにより加熱源からの熱線が試料に届かなくなるように一時的に遮蔽するシャッター機構を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の赤外線照射手段から発生する赤外線は熱線であり、したがって、基板上に形成されたレジスト膜（化学増幅系レジストで形成される）に対して、従来の抵抗加熱型熱処理用台と同様に加熱作用があり、ベーク処理を実行することが可能である。しかも、赤外線照射は瞬間的な加熱作用により熱効率が良いため従来の抵抗加熱よりも短時間でのベーク処理が可能である。
また、赤外線の光源にハロゲンランプなどの赤外線ランプや赤外線レーザを使用することにより、赤外線を断続的にパルス発生させることが可能となる。これにより化学増幅系レジストの露光後ベーク処理において、酸の拡散する距離が短く、かつ平均化するためレジストパタンの寸法や形状の制御性が向上し、パタンエッジも滑らかとなる。
【００２４】
さらに赤外線照射時に回転駆動機構により基板が回転するので、赤外線ランプの照射強度にムラがあってもレジスト膜に対する加熱作用は均一化されるため、レジストパタン寸法の面内均一性が向上する。
以上述べたように、本発明において、赤外線照射手段ならびに回転駆動機構は化学増幅系レジストの酸の移動を精密に制御し、レジストパタンの形状、寸法精度を向上させる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係るレジスト現像装置は、基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像装置であって、前記レジスト膜は、化学増幅系レジストで形成され、前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に赤外線を照射する赤外線照射手段を有することを特徴としている。
【００２６】
〈第１実施形態〉
次に、本発明の第１実施形態に係るレジスト現像装置及びレジスト現像方法について説明する。
本発明の第１実施の形態に係るレジスト現像装置の構成を図１に示す。以下に図１を用いて本実施形態に係るレジスト現像装置の機構と現像方法について説明する。
【００２７】
まず、基板保持用カセット５ａにセットされたレジスト膜２（化学増幅系レジストで形成されている。）の付いた基板１（高エネルギー線により回路パタンが露光されたもの）が搬送用ロボット４ａで赤外線照射機構部８内の熱処理用台３に搬送される。ここで、レジストは化学増幅系レジストである。
なお、赤外線照射機構部８は本発明の赤外線照射手段に相当する。７はレジスト現像装置筐体である。
【００２８】
つぎに、赤外線照射機構部８では、熱処理用台３上の基板１のレジスト膜２に対して赤外線ランプ９から電源制御部１０で予め設定された照射パワー、照射時間、照射間隔で断続的に赤外線を照射し、レジスト膜２を露光後ベークする。この時、露光によって発生した酸による触媒反応が促進され、レジスト膜２中にパタンの潜像が形成される。
赤外線の照射パワー、照射時間、照射間隔は、使用する露光装置、レジスト種、形成しようとするパタンの大きさと形状などにより、予め決定された条件を設定しておく。
なお、本実施形態では、赤外線ランプ９は基板１に対して固定するように構成したが、これに限らず赤外線ランプを基板１に対して相対的に移動させるように構成してもよい。
【００２９】
図中では省略したが、熱処理用台３には冷却機構を有し、試料の裏面を冷却できるようになっている。プロセス条件によって、基板１を裏面から冷却し、基板１表面の温度均一性を向上させることができる。また、図中では省略したが、加熱の為の熱源と試料との間に、外部からの制御信号で位置を制御可能なシャッター機構を設け、熱源からの熱線を試料（基板１）に照射する時間と回数を制御することにより試料の加熱条件を制御する自由度を増加させることが可能となっている。
【００３０】
その後、熱処理後の基板は搬送用ロボット４ｂでレジスト現像機構部６に搬送され、所定の現像液、時間で現像処理され、基板１上にレジスト膜２の回路パタンが形成される。この現像機構部６には、現像後のリンスをするための機構を有していてもよいし、図４に示すように、リンス専用機構６ｂ及び基板搬送用ロボット４ｄを別途、現像機構６の後段に有していてもよい。現像後あるいはリンス後、基板１は搬送用ロボット４ｃで、基板保持用カセット５ｂに搬送され処理が終了する。
【００３１】
リンス専用機構がある場合には、搬送用ロボット４ｄで基板保持用カセット５ｂに搬送されて処理が終了する。また、図５に示したように、レジスト現像機構部６と基板保持用カセット５ｂとの間に、現像後の基板を乾燥あるいはレジストを焼き締めるために、従来から使用されている加熱機構３ｂ及び基板搬送用ロボット４ｃを有していてもよい。
【００３２】
本実施形態では、レジストとして市販の電子線用化学増幅系ポジ形レジストを使用し、露光は電子線露光装置（加速電圧１００ｋＶ）で行ったが、電子線用化学増幅系ネガ型レジストを使用しても同様な効果が得られる。
また、レジストを感応させる露光装置は電子線露光装置に限ることなく、ＫｒＦ、ＡｒＦやＦ２などのエキシマレーザ縮小投影露光装置とエキシマレーザ用化学増幅系レジスト、およびＥＵＶ光縮小投影露光装置とＥＵＶ光用化学増幅系レジストを使用することができ、同様な効果が得られる。
【００３３】
さらに、広く使用されているｉ線あるいはｇ線の露光装置で化学増幅系レジストを使用しても、線幅制御性の向上とパタンラフネスの低減においては効果があり、パタン形成の余裕度を広げることが可能である。
ここでは、赤外線照射手段（基板加熱機構）として、赤外線ランプを使用した例を説明したが、赤外線レーザを使用しても同様な効果が得られる。
【００３４】
〈第２実施形態〉
次に、本発明の第２実施形態に係るレジスト現像装置及び現像方法について説明する。
本発明の第２の実施形態に係るレジスト現像装置の構成を示す。
以下に図２を参照して本実施形態に係るレジスト現像装置の機構と現像方法について説明する。
【００３５】
まず、基板保持用カセット５ａにセットされたレジスト膜２（化学増幅系レジストで形成されている。）の付いた基板１（高エネルギー線により回路パタンが露光されたもの）が搬送用ロボット４ａで赤外線照射機構部８内の熱処理用台３に搬送される。
つぎに、熱処理用台３上の基板１に対して赤外線ランプ９から電源制御機構１０で予め設定された照射パワー、照射時間、照射間隔で断続的に赤外線を照射し、レジスト膜２を露光後ベークする。この時、露光によって発生した酸による触媒反応が促進され、レジスト膜２中にパタンの潜像が形成される。
【００３６】
赤外線の照射パワー、照射時間、照射間隔は、使用する露光装置、レジスト種、形成しようとするパタンの大きさと形状などにより、予め決定された条件を設定しておく。
熱処理用台３は、少なくとも基板１を加熱する間は予め設定された回転速度で回転させることがきるように回転駆動機構を有している。
【００３７】
これにより、赤外線照射機構部８の照射ムラを平均化して、基板１の表面上で広い範囲にわたり高均一な温度分布を実現することを可能とする。
また、図中では省略したが、熱処理用台３には冷却機構を有し、試料の裏面を冷却できるようになっている。プロセス条件によって、基板１を裏面から冷却し、基板１表面の温度均一性を向上させることができる。
【００３８】
また、図中では省略したが、加熱の為の熱源と試料との間に、外部からの制御信号で位置を制御可能なシャッター機構を設け、赤外線照射機構部８内の熱源からの熱線を試料に照射する時間と回数を制御することにより、試料の加熱条件を制御する自由度を増大させることができるようになっている。
その後、熱処理後の基板は搬送用ロボット４ｂでレジスト現像機構部６に搬送され、所定の現像液、時間で現像処理され、基板１上にレジスト膜２の回路パタンが形成される。
【００３９】
このレジスト現像機構部６には、現像後のリンスをするための機構を有していてもよいし、図４に示すように、リンス専用機構６ｂ及び基板搬送用ロボット４ｄを別途、現像機構６の後段に有していてもよい。現像後あるいはリンス後、基板１は基板搬送用ロボット４ｃで、基板保持用カセット５ｂに搬送され処理が終了する。
【００４０】
図４に示すように、リンス専用機構６ｂがある場合には、搬送用ロボット４ｄで基板保持用カセット５ｂに搬送されて処理が終了する。また図５に示したように、レジスト現像機構部６と基板保持用カセット５ｂとの間に、現像後の基板を乾燥あるいはレジストを焼き締めるために、従来から使用されている加熱機構３ｂ及び基板搬送用ロボット４ｃを有していてもよい。
【００４１】
本実施形態では、レジストとして市販の電子線用化学増幅系ポジ形レジストを使用し、露光は電子線露光装置（加速電圧１００ｋＶ）で行ったが、電子線用化学増幅系ネガ型レジストを使用しても同様な効果が得られる。
また、レジストを感応させる露光装置は電子線露光装置に限ることなく、ＫｒＦ、ＡｒＦやＦ２などのエキシマレーザ縮小投影露光装置とエキシマレーザ用化学増幅系レジスト、およびＥＵＶ光縮小投影露光装置とＥＵＶ光用化学増幅系レジストを使用することができ、同様な効果が得られる。
【００４２】
さらに、広く使用されているｉ線あるいはｇ線の露光装置で化学増幅系レジストを使用しても、線幅制御性の向上とパタンラフネスの低減においては効果があり、パタン形成の余裕度を広げることが可能である。
ここでは、赤外線照射手段（基板加熱機構）として、赤外線ランプを使用した例を説明したが、赤外線レーザを使用しても同様な効果が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、化学増幅系レジストの酸の拡散を精密に制御できるので、高精度なナノメータレベルの微細パタン形成が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレジスト現像装置の概略構成図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るレジスト現像装置の概略構成図。
【図３】従来のレジスト現像装置の構成例を示す概略図。
【図４】本発明に係るレジスト現像装置の変形例を示す概略構成図。
【図５】本発明に係るレジスト現像装置の他の変形例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１…基板、２…レジスト膜、３…熱処理用台、３ｂ…加熱機構部、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…搬送用ロボット、５ａ、５ｂ…基板保管用カセット、６…レジスト現像機構部、７…レジスト現像装置筐体、８…赤外線照射機構部、９…赤外線ランプ、１０…電源制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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