(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベークプレート、基板保持装置、および該基板保持装置上に保持された基板とベークプレートとの間の距離の測定手段を有するベーク装置であって、
前記の距離の測定手段を少なくとも５箇所の測定点において備え、さらに測定された距離に基づいて各測定点における前記基板とベークプレートの間の距離を均一にする手段を備える、ベーク装置。
【請求項２】
基板表面の温度測定手段をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記基板とベークプレートの間の距離を均一にする手段が、エアマイクロ浮上装置またはピンである、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
クーリングプレート、基板保持装置、および該基板保持装置上に保持された基板とクーリングプレートとの間の距離の測定手段を有するクーリング装置であって、
少なくとも５箇所の測定点において前記の基板とクーリングプレートとの間の距離の測定手段を備え、さらに測定された距離に基づいて各測定点における前記基板とクーリングプレートの間の距離を均一にする手段を備える、クーリング装置。
【請求項５】
基板表面の温度測定手段をさらに有する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記基板とクーリングプレートの間の距離を均一にする手段が、エアマイクロ浮上装置またはピンである、請求項４または５記載の装置。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか１項記載の装置と請求項４から６のいずれか１項記載の装置を有する、ベークアンドクーリング装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置を使用し、ベーク終了後からクーリング開始までの時間を管理する、ベークアンドクーリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はベーク装置、クーリング装置、ならびにこれらを使用するベークおよび／またはクーリング方法に関する。より詳しくは、本発明は、半導体集積回路装置、プリント基板、ＣＤまたはＭＤ記憶ディスク装置等の作成に関して使用するレジストの処理装置および処理方法に関する。
【０００２】
半導体およびプリント基板などにおいては高集積化が促進され、回路形成に際して要求される精密度は厳しいものとなってきている。それに答えるべくフォトレジストの分野においても、従来のノボラック樹脂を用いたレジストに替わり、解像性の高い化学増幅レジストが使用される場合が多くなってきている。このような化学増幅系のレジストでは加工条件の一層精密な制御が必要とされ、プリベークおよび露光後ベークの条件、ベーク後のクーリング条件などについて、温度の正確な制御に加え、基板全体にわたる温度の均一性、さらには加熱または冷却温度プロファイルなどを制御する必要が生じている。
一方、ＭＤのディスク原板などの肉厚の基体についても精度良く加工する要求が高まっている。ＭＤディスク原板では、一般に１０〜１５ｍｍの厚さのガラス基板又は金属基板の上に光により感光するフォトレジストを塗布、ベークし、レーザー描画装置により微細なピットを露光し、現像することで、微細なピットパターンをガラス基板又は金属基板の上に形成する。フォトレジストは回転する基板の上に滴下され、遠心力で基板上に広げさらに高速回転を行い薄膜に塗布される。次いで、基板を熱板の上に乗せ，下から加熱してベークし溶媒を蒸発させるとともに膜を固め、緻密な膜を形成する（これを露光前ベークの意味でＰｒｅ−ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ：プリベークと呼ぶ）。
【０００３】
従来、プリベークにおいては熱板の上に基板を乗せ下方から加熱することで行っていた。しかし、この方法では基板が厚いため、熱がレジストに伝わるまでに時間がかかり、また、熱の伝わりにむらが生ずるため、レジストのベーク条件にむらが生ずる問題があった。また、ベークを終了し、露光プロセスへ移行する際、直ぐに冷却されず、基板が熱を蓄積したまま露光されてしまい、同じ露光量であるにも関わらず、露光反応の進み方の違いから基板面内、および基板間において露光むらを生ずる問題があった。
さらに、化学増幅レジストでは露光の後に、樹脂が現像液に溶解することを抑止するための保護基をはずす反応、いわゆる脱保護反応が必要であり、露光後にベークを行う必要がある。このベークをＰｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ（Ｐ．Ｅ．Ｂ．）と言う。この保護基の脱離反応は温度に敏感であり、レジストのＰ．Ｅ．Ｂ．における温度むらがあると、レジストの仕上がり寸法が変化してしまうという問題が生ずる。また、Ｐ．Ｅ．Ｂ．後は基板を速やかに冷却して脱保護反応を止めなければ、反応が進行してしまい、さらに仕上がり寸法の変化（ばらつき）を生ずる問題があった。そのため、化学増幅レジストを使用する場合には、ＭＤディスク原板のような厚い基板に限らず、ウエハのような薄い基板の場合においても、厳密に温度管理を行うことが必要とされる。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決し、ベークおよびクーリングの際における温度を厳密に管理するとともに、基板全体にわたる温度の均一性の保持、ならびに温度変化プロファイルを厳密に管理をすることのできるベーク装置、クーリング装置、およびベークアンドクーリング装置、ならびにこの装置を使用したベーク方法、クーリング方法、およびベークアンドクーリング方法を提供するものである。
すなわち、本発明はその第１の態様として、ベークプレート、基板保持装置、該基板保持装置上に保持された基板とベークプレートとの間の距離の測定手段、および該基板保持装置上に保持された基板とベークプレートとの間の距離を均一にする手段を有する、ベーク装置を提供する。
本発明はその第２の態様として、クーリングプレート、基板保持装置、該基板保持装置上に保持された基板とクーリングプレートとの間の距離の測定手段、および該基板保持装置上に保持された基板とクーリングプレートとの間の距離を均一にする手段を有する、クーリング装置を提供する。
本発明はその第３の態様として、上記のベーク装置およびクーリング装置を有する、ベークアンドクーリング装置を提供する。
さらに本発明は、上記の装置を使用した、ベーク方法、クーリング方法、およびベークアンドクーリング方法を提供する。
【０００５】
本発明において、「ベークプレート」とは、基板を加熱することのできるプレートをいい、公知の任意のものが使用できるが、たとえばアルミベース内に発熱装置を有するホットプレートなどが使用できる。
「基板保持装置」とは、その表面上に基板を保持できる装置をいい、保持手段としてはバキューム、クリップ、爪などの公知の任意の手段が使用できる。「基板保持装置上に保持された基板とベークプレートとの間の距離を均一にする手段」により、ベークプレートとの間の距離を変化させることができる。表面の形状は、保持される基板に応じて適宜決定できる。またその立体形状も、「基板保持装置上に保持された基板とベークプレートとの間の距離を均一にする手段」によりその立体的な配置が適当に調節できるものであればどのような形状でも良い。たとえば、半球形、球の部分、ディスク状、直方体、円錐、四角錐などの形状であることができるが、好ましくは半球状である。
【０００６】
「基板保持装置上に保持された基板とベークプレートとの間の距離の測定手段」は、基板保持装置上に保持された基板の複数の箇所において、基板とベークプレートとの間の距離を測定することができる手段であれば、任意のものが使用できる。好ましくは、ベークプレートに距離計測用の光学的距離測定装置が設けられている。好ましい光学的距離測定装置はＨｅ−Ｎｅレーザーを用いたセンサーである。「基板保持装置上に保持された基板とベークプレートとの間の距離を均一にする手段」とは、上記の距離測定手段により得られた信号に基づいて、基板保持装置上に保持された基板の各点においてベークプレートとの間の距離を均一し、基板の面とベークプレートの面とを平行にできる手段であれば任意のものが使用できる。たとえば、エアマイクロ浮上装置やピンにより支持する方法が使用できる。好ましくは前記の２つの方法が併用される。エアマイクロ浮上装置の浮上用の気体としてはエアの他に窒素およびアルゴンなどが使用でき、好ましくは窒素が使用される。
【０００７】
本発明において、「クーリングプレート」とは、基板を冷却することのできるプレートをいい、たとえばベルチェ素子によるものが使用できる。
本発明のクーリング装置において用いられる、基板保持装置、基板保持装置上に保持された基板とクーリングプレートとの間の距離の測定手段、および該基板保持装置上に保持された基板とクーリングプレートとの間の距離を均一にする手段は、上記のベーク装置において使用されるものと同一である。
【０００８】
本発明の装置においては、ベークプレート又はクーリングプレートを上面に配置し、レジストを塗布した基板を下面から接近させ、レジスト塗布面側からベークまたはクーリングする点に特徴を有する。
本発明では基板上のレジスト膜のベークを上面から行い、速やかにベークを行うことでベークのむらをなくし、均一なベークを得ることができる。また、本発明では基板上のレジスト膜のクーリングを上面から行い、速やかにクーリングを行うことでクーリングのむらをなくし、均一なクーリングを得ることができる。
基板とベークプレートまたはクーリングプレートとの距離は、温度むらがなくなるように充分に近くすることが望ましい。好ましくは約１ｍｍ以内、より好ましくは１００ミクロン以内、最も好ましくは５０ミクロン以内とされる。
【０００９】
本発明の一態様においては、ベークプレートとクーリングプレートに温度センサーを取り付け、基板の温度を測定することができる。この態様においては、望ましい温度変化プロファイルのデーターをコンピュータに記憶させ、基板の温度測定値と比較しつつ、リアルタイムで加熱および冷却条件をコントロールすることができる。温度センサーとしては公知の任意のものが使用できるが、たとえば赤外線型センサーが好適に使用される。温度センサーはベークプレートまたはクーリングブレート表面に埋め込まれていることが好ましい。
【００１０】
本発明にかかる装置の構成例を図１に示す。
ベークとクーリングプレートは並んで配置することができ、はじめに基板をベークユニットへ搬送し、所定時間ベークを行う。次にベーク後、搬送アームにより基板をクーリングユニットに搬送し、所定時間クーリングを行う。
【００１１】
ベークユニットの詳細な構成図を図２に示す。
ベークユニットは半球形のエアマイクロ位置決めステージ５とステージの昇降装置７およびベークプレート１から構成される。基板は、搬送アームにより位置決め半球形状のエアマイクロ位置決めステージ５の上に乗せられ、バキュームにより固定される。次いで、昇降装置７によりステージごと上昇し、ベークプレートに基板を近接させる。ベークプレートには距離計測用のＨｅ−Ｎｅレーザーを用いたセンサー２が埋め込まれている。基板がベークプレートに接近すると、ベークプレートに埋め込まれたセンサー２からＨｅ−Ｎｅレーザーが照射され、ベークプレート面と基板表面との距離を計測する。Ｈｅ−Ｎｅレーザー距離計測センサーはベークプレート面に数カ所、均一に埋め込まれてある。距離センサーからの距離データはコンピュータに送られ、全てのセンサー位置で所定の距離になるよう、自動的にエアーマイクロ位置決めステージを動かし調整する。エアーマイクロ位置決めステージはエアー浮上により自由にその角度がコントロール出来る。全てのセンサー位置でベークプレート面と基板との距離が所定の値になったら、エアーマイクロ位置決めステージをロックする。また、ベークプレートの周りからはベーク中に発生するレジストからの溶媒のガスや反応ガスなどがレジスト膜に影響を与えないように排気を行うことができる。所望により温度センサーで基板表面温度を測定しつつ、所定時間ベークを行った後、エアーマイクロ位置決めステージを昇降装置により下降させ、ステージ内に埋め込まれたピンにより基板を持ち上げて、搬送アームによりクーリングユニットに移動する。クーリングユニットの構成はベークプレートがクーリングプレートに変えられる以外はベークユニットと同じ構成であり、処理シーケンスも同様である。また、ベーク終了からクーリング開始までの時間は、レジストの感度や脱保護反応の効果に影響するため、厳密な時間管理が必要となる。ベーキング装置とクーリング装置を備えた本発明の装置では、基板の搬送のタイミングの設定、搬送中の雰囲気の制御を行うことにより、ベーク終了からクーリング開始までの時間、およびその間の温度および雰囲気などの環境を厳密にコントロールすることができる。
本装置は、レジスト塗布後のベーク、クーリングいわゆるプリベーク、プリクーリングおよび露光後のベーク、クーリングいわゆるＰｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ（Ｐ．Ｅ．Ｂ．）、Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｃｏｏｌｉｎｇ（Ｐ．Ｅ．Ｃ．）における条件を精密に制御し、高精度の加工を可能とするものである。
【００１２】
実施例
実施例１
基板の表面にレジストとしてＴＤＵＲ−Ｐ０１５（ＴＯＫ社製）を約０．５μｍの厚さに塗布した。設定温度を１１０℃とし、下面から加熱する従来法および本発明の方法により加熱を行った。基板としては厚さ１１ｍｍのガラス基板を用い、ベークプレートと基板の距離は５２ミクロンとした。
温度変化を測定した結果を図３に示す。図３からわかるように従来法ではレジスト表面の温度が１００℃に到達するのに８分を要するが、本方法では３．５分で到達しており、本方法は昇温スピードが大きいことがわかる。図４に基板中心位置のレジスト表面温度が１００℃に達した時点での基板表面の面内温度分布を示す。本法式の方が温度均一性が高いことがわかる。
【００１３】
実施例２
本発明のクーリング装置による基板表面の降温曲線の測定結果を図５に示す。従来法（放置による空冷）では２５℃まで温度が降下するのに２０分を要するが、本法では１０分で降下している。特に化学増幅レジストでは脱保護反応を速やかに停止させる必要があるため、Ｐ．Ｅ．Ｂ．後のクーリングにおいては速やかな降温が必要であり、特に化学増幅レジストのＰ．Ｅ．Ｂ．時のクーリングにおいて、本法が従来法に比較して有効であることがわかる。
【００１４】
実施例３
以下の条件で、化学増幅レジストを用いてレーザー描画装置を用いてパターニングし、従来法と本法での面内の寸法ばらつきを比較した。
レジスト：ＴＤＵＲ−Ｐ０１５（ＴＯＫ社製）
プリベーク条件：９０℃、２０分
Ｐ．Ｅ．Ｂ．：１１０℃、９０秒、１０分
レジスト膜厚  ：２００ｎｍ
露光：２４８ｎｍレーザー照射装置
描画パターン：寸法２００ｎｍの孤立パターン
現像：テトラメチルアンモニウムハイドロキシド（ＴＭＡＨ）２．３８％（２３℃）  パドル現像６０秒
結果を図６に示す。
本発明方法によれば、従来法に比較して面内の寸法ばらつきを低減することができる事がわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明にかかる装置の構成例を示す図である。
【図２】  図２は本発明にかかる装置の詳細な構成を示す断面図である。
【図３】  図３は実施例１の結果を示す図である。
【図４】  図４は実施例１の結果を示す図である。
【図５】  図５は実施例２の結果を示す図である。
【図６】  図６は実施例３の結果を示す図である。
【符号の説明】
１：ベーク又はクーリングプレート
２：Ｈｅ−Ｎｅレーザー距離センサー
３：Ｈｅ−Ｎｅレーザー光（６３３ｎｍ）
４：基板
５：エアーフロート球面座ステージ
６：エアーフロート球面座ステージ受け
７：ステージ昇降装置
８：エアーフロート吹き出し口
１１：ベーク炉部
１２：クーリング部
１３：デバイスセットステーション
１４：操作パネル
１５：スライド部
【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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【図６】
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