(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面の下地膜上に所定のレジストパターンを形成する方法であって、
基板表面の下地膜上に、第１ハードマスクと第２ハードマスクを形成する工程と、
第１のレジストパターンを第２ハードマスクに転写させる１回目のパターニング処理工程と、
第１のレジストパターンと第２のレジストパターンを第１ハードマスクに転写させる２回目のパターニング処理工程と、
第１ハードマスク上から第２ハードマスクの残存膜を除去する工程を有し、
前記第２ハードマスクがシリコン酸化膜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２】
前記シリコン酸化膜はホウ素、リンの少なくとも一方を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項３】
第１ハードマスク上から第２ハードマスクの残存膜を除去する工程は、
前記基板を第１の処理温度にして、ハロゲン元素を含むガスを供給し、前記シリコン酸化膜と前記ハロゲン元素を含むガスとを化学反応させて、前記シリコン酸化膜を反応生成物に変質させる工程と、
前記基板を前記第１の処理温度よりも高い第２の処理温度にして、前記反応生成物に変質させた前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項４】
基板表面の下地膜上に所定のレジストパターンを形成する方法であって、
予め、前記下地膜上に第１のレジストパターンを形成する１回目のパターニング処理工程と、前記下地膜上に第２のレジストパターンを形成する２回目のパターニング処理工程とが行われた基板に対して、
前記第１のレジストパターン上から残存膜を除去する残存膜除去処理工程を行い、
前記残存膜がシリコン酸化膜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５】
前記シリコン酸化膜はホウ素、リンの少なくとも一方を含んでいることを特徴とする、請求項４に記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項６】
前記残存膜除去処理工程は、
前記基板を第１の処理温度にして、ハロゲン元素を含むガスを供給し、前記シリコン酸化膜と前記ハロゲン元素を含むガスとを化学反応させて、前記シリコン酸化膜を反応生成物に変質させる工程と、
前記基板を前記第１の処理温度よりも高い第２の処理温度にして、前記反応生成物に変質させた前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を有することを特徴とする、請求項４または５に記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項７】
前記ハロゲン元素を含むガスは、フッ化水素を含むガスであることを特徴とする、請求項３または６に記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項８】
前記シリコン酸化膜を反応生成物に変質させる工程を、所定の減圧下で行うことを特徴とする、請求項３、６、７のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項９】
前記反応生成物を加熱して除去する工程を、所定の減圧下で行うことを特徴とする、請求項３、６〜８のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項１０】
前記反応生成物を加熱して除去する工程において、塩基性ガスを供給することを特徴とする、請求項３、６〜９のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項１１】
前記塩基性ガスはアンモニアガスであることを特徴とする、請求項１０に記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項１２】
前記下地膜が、被エッチング膜であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項１３】
前記被エッチング膜が、ポリシリコンまたはシリコン酸化膜からなることを特徴とする、請求項１２に記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項１４】
基板表面の下地膜上に形成されたレジストパターンから残存膜を除去する残存膜除去処理システムであって、
前記残存膜を反応生成物に変質させる反応処理装置と、前記反応生成物に変質させた前記残存膜に対して熱処理を行う熱処理装置と、を備え、
前記反応処理装置は、基板を収納する反応処理室と、前記反応処理室内において前記基板を載置させ、前記基板を所望の温度にさせる載置台と、前記反応処理室内にハロゲン元素を含むガスを供給するガス供給源と、を備え、
前記熱処理装置は、基板を収納する熱処理室と、前記熱処理室内において前記基板を載置させ、前記基板を所望の温度にさせる載置台と、を備えることを特徴とする、残存膜除去処理システム。
【請求項１５】
前記ハロゲン元素を含むガスは、フッ化水素を含むガスであることを特徴とする、請求項１４に記載の残存膜除去処理システム。
【請求項１６】
前記反応処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源を備えることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の残存膜除去処理システム。
【請求項１７】
前記反応処理室内を所望の圧力に減圧させる減圧機構を有することを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれかに記載の残存膜除去処理システム。
【請求項１８】
前記熱処理装置は、前記熱処理室内に塩基性ガスを供給するガス供給源を備えることを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれかに記載の残存膜除去処理システム。
【請求項１９】
前記塩基性ガスはアンモニアガスであることを特徴とする、請求項１８に記載の残存膜除去処理システム。
【請求項２０】
前記熱処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源を備えることを特徴とする、請求項１４〜１９のいずれかに記載の残存膜除去処理システム。
【請求項２１】
前記熱処理室内を所望の圧力に減圧させる減圧機構を有することを特徴とする、請求項１４〜２０のいずれかに記載の残存膜除去処理システム。
【請求項２２】
処理システムの制御コンピュータによって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって、
前記プログラムは、前記制御コンピュータによって実行されることにより、前記処理システムに、請求項１〜１３のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法を行わせるものであることを特徴とする、記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストパターンを形成する方法と残存膜除去処理システムに関し、更に、プログラムが記録された記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、ウェハ表面の下地膜である被エッチング膜上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、ウェハのレジスト膜に所定パターンの光を照射してレジスト膜を露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理等が順次行われて、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。その後、例えばそのレジストパターンをエッチングマスクとして被エッチング膜がエッチングされ、被エッチング膜に所定のパターンが形成される。
【０００３】
従来より、パターンの微細化を図るため、上記露光処理の光を短波長化することが進められている。しかしながら、この露光の短波長化を進める方法では、例えば３２ｎｍや４５ｎｍレベルの微細なパターンを形成するのが技術的に困難である。そこで、下地膜である被エッチング膜上に第１のレジストパターンを形成する１回目のパターニング処理工程と、第２のレジストパターンを形成する２回目のパターニング処理工程を順次行って、微細なパターンのエッチングマスクを形成する方法（以下、「ダブルパターニング」という。）が考えられている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０３５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ダブルパターニングでは、２回目のパターニング処理工程を行った際に、第１のレジストパターン上にシリコン酸化膜などの残存膜が残る場合がある。かかる場合、第１のレジストパターン上に残存膜があり、他方で第２のレジストパターン上にはそのような残存膜がない状態で、そのままエッチング処理を行うと、第１のレジストパターンと第２のレジストパターンの条件が異なることにより、被エッチング膜に形成されるパターン形状が乱れてしまう恐れがある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、上述のダブルパターニングによるレジストパターンの形成処理において、残存膜のないレジストパターンを形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、基板表面の下地膜上に所定のレジストパターンを形成する方法であって、基板表面の下地膜上に、第１ハードマスクと第２ハードマスクを形成する工程と、第１のレジストパターンを第２ハードマスクに転写させる１回目のパターニング処理工程と、第１のレジストパターンと第２のレジストパターンを第１ハードマスクに転写させる２回目のパターニング処理工程と、第１ハードマスク上から第２ハードマスクの残存膜を除去する工程を有し、前記第２ハードマスクがシリコン酸化膜であることを特徴とする、レジストパターンの形成方法が提供される。
【０００８】
前記シリコン酸化膜は、例えばホウ素、リンの少なくとも一方を含んでいる。前記シリコン酸化膜として、ＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜が例示される。
【０００９】
また、第１ハードマスク上から第２ハードマスクの残存膜を除去する工程は、
前記基板を第１の処理温度にして、ハロゲン元素を含むガスを供給し、前記シリコン酸化膜と前記ハロゲン元素を含むガスとを化学反応させて、前記シリコン酸化膜を反応生成物に変質させる工程と、前記基板を前記第１の処理温度よりも高い第２の処理温度にして、前記反応生成物に変質させた前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を有していても良い。
【００１０】
また、本発明によれば、基板表面の下地膜上に所定のレジストパターンを形成する方法であって、予め、前記下地膜上に第１のレジストパターンを形成する１回目のパターニング処理工程と、前記下地膜上に第２のレジストパターンを形成する２回目のパターニング処理工程とが行われた基板に対して、前記第１のレジストパターン上から残存膜を除去する残存膜除去処理工程を行い、前記残存膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする、レジストパターンの形成方法が提供される。
【００１１】
前記シリコン酸化膜は、例えばホウ素、リンの少なくとも一方を含んでいる。前記シリコン酸化膜として、例えばＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜が例示される。
【００１２】
前記残存膜除去処理工程は、前記基板を第１の処理温度にして、ハロゲン元素を含むガスを供給し、前記シリコン酸化膜と前記ハロゲン元素を含むガスとを化学反応させて、前記シリコン酸化膜を反応生成物に変質させる工程と、前記基板を前記第１の処理温度よりも高い第２の処理温度にして、前記反応生成物に変質させた前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を有していても良い。
【００１３】
なお、前記ハロゲン元素を含むガスは、例えばフッ化水素を含むガスである。また、前記シリコン酸化膜を反応生成物に変質させる工程を、所定の減圧下で行っても良い。また、前記反応生成物を加熱して除去する工程を、所定の減圧下で行っても良い。また、前記反応生成物を加熱して除去する工程において、塩基性ガスを供給しても良い。この場合、前記塩基性ガスは、例えばアンモニアガスである。
【００１４】
また、前記下地膜は、例えば被エッチング膜である。この場合、前記被エッチング膜は、例えばポリシリコンまたはシリコン酸化膜からなる。
【００１５】
また、本発明によれば、基板表面の下地膜上に形成されたレジストパターンから残存膜を除去する残存膜除去処理システムであって、前記残存膜を反応生成物に変質させる反応処理装置と、前記反応生成物に変質させた前記残存膜に対して熱処理を行う熱処理装置と、を備え、前記反応処理装置は、基板を収納する反応処理室と、前記反応処理室内において前記基板を載置させ、前記基板を所望の温度にさせる載置台と、前記反応処理室内にハロゲン元素を含むガスを供給するガス供給源と、を備え、前記熱処理装置は、基板を収納する熱処理室と、前記熱処理室内において前記基板を載置させ、前記基板を所望の温度にさせる載置台と、を備えることを特徴とする、残存膜除去処理システムが提供される。
【００１６】
この残存膜除去処理システムにおいて、前記ハロゲン元素を含むガスは、例えばフッ化水素を含むガスである。
【００１７】
また、前記反応処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源を備えていても良い。また、前記反応処理室内を所望の圧力に減圧させる減圧機構を有していても良い。
【００１８】
また、前記熱処理装置は、前記熱処理室内に塩基性ガスを供給するガス供給源を備えていても良い。この場合、前記塩基性ガスは、例えばアンモニアガスである。
【００１９】
また、前記熱処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源を備えていても良い。また、前記熱処理室内を所望の圧力に減圧させる減圧機構を有していても良い。
【００２０】
更に、本発明によれば、処理システムの制御コンピュータによって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって、前記プログラムは、前記制御コンピュータによって実行されることにより、前記処理システムに、上記レジストパターンの形成方法を行わせるものであることを特徴とする、記録媒体が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ダブルパターニングによるレジストパターンの形成処理において、第１のレジストパターン上から第２ハードマスクの残存膜を除去する工程を行うことにより、第１のレジストパターン上に残存膜のないレジストパターンを形成することができるようになる。このため、第１のレジストパターンと第２のレジストパターンの条件が同じとなり、その後に例えばエッチング処理を行った場合に被エッチング膜に形成されるパターン形状が乱れることがなく、エッチング加工精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態では、半導体基板であるウェハＷの表面に露出した下地膜としての被エッチング膜Ｂ上に形成された第１のレジストパターンＰ１上から第２ハードマスクＤの残存膜Ｄ’を除去する残存膜除去処理システム１について具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
図１に示す残存膜除去処理システム１は、ウェハＷを残存膜除去処理システム１に対して搬入出させる搬入出部２、真空引き可能なロードロック室３、ウェハＷに対してハロゲン元素を含むガスを供給して、第２ハードマスクＤの残存膜Ｄ’を反応生成物に変質させる反応処理を行う反応処理装置４、ウェハＷに対して反応処理後の熱処理（ＰＨＴ（Ｐｏｓｔ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ））を行う熱処理装置５、残存膜除去処理システム１の各部に制御命令を与える制御コンピュータ６を備えている。この残存膜除去処理システム１では、反応処理装置４と熱処理装置５が２つずつ設けられており、搬入出部２から搬入されたウェハＷが、並列的にロードロック室３を介して反応処理装置４、熱処理装置５の順に搬送されてそれぞれ処理され、ロードロック室３を介して再び搬入出部２にウェハＷが搬出されるようになっている。
【００２４】
搬入出部２は、ウェハＷを搬送可能な搬送機構１０を有しており、搬送機構１０の側方には、ウェハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣを載置するキャリア載置台１１が、例えば３つ備えられている。また、例えば略円盤形状をなすウェハＷを回転させて位置合わせを行うオリエンタ１２が設置されている。搬送機構１０は、これら３つのキャリアＣ、オリエンタ１２および２つのロードロック室３の間で、任意にウェハＷを一枚ずつ搬送することが可能である。
【００２５】
ロードロック室３は、搬入出部２との間および熱処理装置５との間に、開閉可能なゲートバルブを備えている。このため、反応処理装置４および熱処理装置５内を所定の圧力に保ちながら、搬入出部２から反応処理装置４および熱処理装置５にウェハＷを搬入し、反応処理装置４および熱処理装置５から搬入出部２にウェハＷを搬出することができる。
【００２６】
図２に示すように、反応処理装置４は、ウェハＷを収納する密閉構造の反応処理室２０を備えており、反応処理室２０内には、ウェハＷを略水平にして保持する載置台２１が設けられている。また、載置台２１には、ウェハＷを所望の温度にさせる温調手段２２が設けられている。なお、図示はしないが、反応処理室２０の側方には、ＰＨＴ処理装置５との間でウェハＷを搬入出させるための搬入出口が設けられている。
【００２７】
さらに、反応処理装置４には、反応処理室２０内にハロゲン元素を含む処理ガスとしてフッ化水素ガス（フッ化水素）を供給する供給路２５と、反応処理室２０内に希釈ガスとして窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスを供給する供給路２６と、反応処理室２０内を排気する排気路２７が接続されている。供給路２５はフッ化水素ガスの供給源３０に接続され、供給路２５には、開閉およびフッ化水素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁３１が設けられている。供給路２６は窒素ガスの供給源３５に接続され、供給路２６には、開閉および窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁３６が設けられている。
【００２８】
反応処理室２０の天井部には、これら供給路２５および供給路２６を通じて供給されたフッ化水素ガスおよび窒素ガスを、載置台２１に置かれたウェハＷの上面全体に均一に供給させるためのシャワーヘッド３７が設けてある。
【００２９】
排気路２７には、圧力コントローラー４０および強制排気を行うための排気ポンプ４１が設けられている。これら排気ポンプ４１の稼動と圧力コントローラー４０の調整によって、反応処理室２０の内部は所定の圧力に減圧されるようになっている。
【００３０】
図３に示すように、熱処理装置５は、ウェハＷを収納する密閉構造の熱処理室５０を備えており、熱処理室５０内には、ウェハＷを略水平にして保持する載置台５１が設けられている。また、載置台５１には、ウェハＷを所望の温度にさせる温調手段５２が設けられている。なお、図示はしないが、熱処理室５０の側方には、反応処理装置４の反応処理室２０との間でウェハＷを搬入出させるための搬入出口と、ロードロック室３との間でウェハＷを搬入出させるための搬入出口とが設けられている。
【００３１】
さらに、熱処理装置５には、熱処理室５０内に希釈ガスとして窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスを供給する供給路５５と、熱処理室５０内を排気する排気路５６が接続されている。供給路５５は窒素ガスの供給源６０に接続され、供給路５５には、開閉および窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁６１が設けられている。
【００３２】
熱処理室５０の天井部には、供給路５５を通じて供給された窒素ガスを、載置台５１に置かれたウェハＷの上面全体に均一に供給させるためのシャワーヘッド６２が設けてある。
【００３３】
排気路５６には、圧力コントローラー６５および強制排気を行うための排気ポンプ６６が設けられている。これら排気ポンプ６６の稼動と圧力コントローラー６５の調整によって、熱処理室５０の内部は所定の圧力に減圧されるようになっている。
【００３４】
残存膜除去処理システム１の各機能要素は、残存膜除去処理システム１全体の動作を自動制御する制御コンピュータ６に、信号ラインを介して接続されている。ここで、機能要素とは、例えば前述した反応処理装置４の温調手段２２、流量調整弁３１、３６、圧力コントローラー６５、排気ポンプ６６、熱処理装置５の温調手段５２、流量調整弁６１、圧力コントローラー６５、排気ポンプ６６等の、所定のプロセス条件を実現するために動作する総ての要素を意味している。制御コンピュータ６は、典型的には、実行するソフトウェアに依存して任意の機能を実現することができる汎用コンピュータである。
【００３５】
図１に示すように、制御コンピュータ６は、ＣＰＵ（中央演算装置）を備えた演算部６ａと、演算部６ａに接続された入出力部６ｂと、入出力部６ｂに挿着され制御ソフトウェアを格納した記録媒体６ｃと、を有する。この記録媒体６ｃには、制御コンピュータ６によって実行されることにより残存膜除去処理システム１に後述する所定の基板処理方法を行わせる制御ソフトウェア（プログラム）が記録されている。制御コンピュータ６は、該制御ソフトウェアを実行することにより、残存膜除去処理システム１の各機能要素を、所定のプロセスレシピにより定義された様々なプロセス条件（例えば、処理室２０、５０内の圧力等）が実現されるように制御する。
【００３６】
記録媒体６ｃは、制御コンピュータ６に固定的に設けられるもの、あるいは、制御コンピュータ６に設けられた図示しない読み取り装置に着脱自在に装着されて該読み取り装置により読み取り可能なものであっても良い。最も典型的な実施形態においては、記録媒体６ｃは、残存膜除去処理システム１のメーカーのサービスマンによって制御ソフトウェアがインストールされたハードディスクドライブである。他の実施形態においては、記録媒体６ｃは、制御ソフトウェアが書き込まれたＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ−ＲＯＭのような、リムーバブルディスクである。このようなリムーバブルディスクは、制御コンピュータ６に設けられた図示しない光学的読取装置により読み取られる。また、記録媒体６ｃは、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）のいずれの形式のものであっても良い。さらに、記録媒体６ｃは、カセット式のＲＯＭのようなものであっても良い。要するに、コンピュータの技術分野において知られている任意のものを記録媒体６ｃとして用いることが可能である。なお、複数の残存膜除去処理システム１が配置される工場においては、各残存膜除去処理システム１の制御コンピュータ６を統括的に制御する管理コンピュータに、制御ソフトウェアが格納されていても良い。この場合、各残存膜除去処理システム１は、通信回線を介して管理コンピュータにより操作され、所定のプロセスを実行する。
【００３７】
次に、以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる残存膜除去処理システム１を用いたダブルパターニングについて説明する。
【００３８】
図４は、ダブルパターニングを利用したエッチング処理のフロー図である。図５〜１０は、ダブルパターニングにおけるウェハＷの膜構造の変化を示す説明図である。
【００３９】
先ず、例えば図５（ａ）に示すようにウェハＷ上のＳｉＯなどのゲート酸化膜Ａ上に、有機系のポリシリコンなどの目標の被エッチング膜Ｂが形成され、その上層には、ＳｉＮなどの第１ハードマスクＣと、ＳｉＯ２などの第２ハードマスクＤが形成され、さらにその上層に有機膜Ｅ１及び無機系塗布膜であるＳＯＧ膜Ｆ１が形成される。なお、被エッチング膜Ｂはホウ素およびリンを含まないシリコン酸化膜でも良い。また、第２ハードマスクＤは、ホウ素またはリンの少なくとも一方を含んでおり、例えばＢＰＳＧ(Boro-Phospho Silicated Glass)膜、ＢＳＧ(Boro
Silicated Glass)膜、ＰＳＧ(Phospho Silicated Glass)膜からなる。
【００４０】
そして、１回目のパターニング処理（図４の工程Ｓ１）のフォトリソグラフィー工程が開始され、図５（ｂ）に示すようにウェハＷ上のＳＯＧ膜Ｆ１の表面に反射防止膜Ｇ１とレジスト膜Ｈ１が形成される。この反射防止膜Ｇ１とレジスト膜Ｈ１の形成は、例えば回転させたウェハＷに塗布液を供給して塗布する塗布法により行われる。
【００４１】
続いてレジスト膜Ｈ１が所定のパターンに露光され、現像されて図５（ｃ）に示すように第１のレジストパターンＰ１が形成される。
【００４２】
次に、図６（ａ）に示すように第１のレジストパターンＰ１をマスクとして下層の反射防止膜Ｇ１及びＳＯＧ膜Ｆ１がエッチングされ、その後、図６（ｂ）に示すようにそのＳＯＧ膜Ｆ１のパターンをマスクとして有機膜Ｅ１がエッチングされる。例えばこのとき第１のレジストパターンＰ１と反射防止膜Ｇ１も除去される。
【００４３】
続いて、図６（ｃ）に示すように有機膜Ｅ１のパターンをマスクとして第２ハードマスクＤがエッチングされる。例えばこのときＳＯＧ膜Ｆ１が除去される。こうして、第１のレジストパターンＰ１が第２ハードマスクＤに転写される。
【００４４】
次に、２回目のパターニング処理（図４の工程Ｓ２）のフォトリソグラフィー工程が開始され、図７（ａ）に示すように第２ハードマスクＤ上に、再度同じ種類の有機膜Ｅ２とＳＯＧ膜Ｆ２が形成される。その後、図７（ｂ）に示すようにＳＯＧ膜Ｆ２上に反射防止膜Ｇ２とレジスト膜Ｈ２が形成される。
【００４５】
続いてレジスト膜Ｈ２が所定のパターンに露光され、現像されて図７（ｃ）に示すように第２のレジストパターンＰ２が形成される。
【００４６】
次に、図８（ａ）に示すように第２のレジストパターンＰ２をマスクとして下層の反射防止膜Ｇ２及びＳＯＧ膜Ｆ２がエッチングされ、その後、図８（ｂ）に示すようにそのＳＯＧ膜Ｆ２のパターンをマスクとして有機膜Ｅ２がエッチングされる。例えばこのとき、第２のレジストパターンＰ２と反射防止膜Ｇ２が除去される。
【００４７】
その後、図８（ｃ）に示すように有機膜Ｅ２と第２ハードマスクＤのパターンをマスクとして第１ハードマスクＣがエッチングされる。その後、図８（ｄ）に示すようにＳＯＧ膜Ｆ２と有機膜Ｅ２が除去される。こうして、第１ハードマスクＣに、第１のレジストパターンＰ１と第２のレジストパターンＰ２が転写された微細な寸法のエッチングマスクが形成される。
【００４８】
ここで、以上のようなダブルパターニングでは、２回目のパターニング処理工程を行った際に、第１のレジストパターンＰ１上に第２ハードマスクＤ（例えばＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜またはＰＳＧ膜）の残存膜Ｄ’が残ってしまう場合がある。かかる場合、第１のレジストパターンＰ１上に残存膜Ｄ’があり、他方で第２のレジストパターンＰ２上にはそのような残存膜がない状態で、これら第１のレジストパターンＰ１と第２のレジストパターンＰ２をそのままエッチングマスクとして、次に被エッチング膜Ｂに対するエッチングエッチング処理を行うと、第１のレジストパターンＰ１と第２のレジストパターンＰ２の条件が異なることにより、被エッチング膜Ｂに形成されるパターン形状が乱れてしまう恐れがある。即ち、例えば第１のレジストパターンＰ１上に残存膜Ｄ’があることによって、第１のレジストパターンＰ１の高さが第２のレジストパターンＰ２よりも高くなって、エッチング膜Ｂをエッチング処理する際にエッチャントの入る条件が等しくならなくなり、被エッチング膜Ｂに形成されるパターン形状が劣化することが懸念される。
【００４９】
そこで、本発明の実施の形態にかかる残存膜除去処理システム１では、以上のようなダブルパターニングによって第１ハードマスクＣに第１のレジストパターンＰ１と第２のレジストパターンＰ２が予め転写された基板Ｗに対して、第１のレジストパターンＰ１上から第２ハードマスクＤの残存膜Ｄ’を除去する工程が行われる（図４の工程Ｓ３）。即ち先ず、図８（ｄ）に示したように、ウェハＷ表面の第１ハードマスクＣに、第１のレジストパターンＰ１と第２のレジストパターンＰ２が転写され、第１のレジストパターンＰ１上に残存膜Ｄ’が残っている状態のウェハＷが、キャリアＣ内に収納され、残存膜除去処理システム１に搬入される。
【００５０】
残存膜除去処理システム１においては、図１に示すように、複数枚のウェハＷが収納されたキャリアＣがキャリア載置台１１上に載置される。そして、ウェハ搬送機構１０によってキャリアＣから一枚のウェハＷが取り出され、ロードロック室３に搬入される。ロードロック室３にウェハＷが搬入されると、ロードロック室３が密閉され、減圧される。その後、ロードロック室３と予め減圧されている反応処理装置４の反応処理室２０および熱処理装置５の熱処理室５０とが連通させられる。
【００５１】
そして、ウェハＷは、先ず反応処理装置４の反応処理室２０内に搬入される。ウェハＷは、表面（デバイス形成面）を上面とした状態で、反応処理室２０内の載置台２１上に載置される。これにより、図８（ｄ）に示したように、ウェハＷ表面に形成された第１ハードマスクＣが、反応処理室２０内において上に向けられ、第１のレジストパターンＰ１および第２のレジストパターンＰ２と、第１のレジストパターンＰ１上に残っている残存膜Ｄ’が、反応処理室２０内において上に向いた姿勢とされる。
【００５２】
こうしてウェハＷが反応処理装置４に搬入されると、反応処理室２０が密閉され、反応処理工程が開始される。即ち、温調手段２２により、ウェハＷを第１の処理温度にする。この場合、第１の処理温度は、例えば４０℃以下である。
【００５３】
また、反応処理室２０内が排気路２７を通じて強制排気され、反応処理室２０内が所定の減圧状態にされる。この場合、反応処理室２０内の圧力は、排気ポンプ４１の稼動と圧力コントローラー４０の調整によって、例えば４００〜４０００Ｐａ（３〜３０Ｔｏｒｒ）にする。
【００５４】
そして、供給路２５、２６を通じて、フッ化水素ガスと窒素ガスがそれぞれ所定の流量で反応処理室２０内に供給される。この場合、流量調整弁３１の調整により、フッ化水素ガスの供給量を例えば１０００〜３０００ｓｃｃｍに調整する。また、流量調整弁３６の調整により、窒素ガスの供給量を例えば５００〜３０００ｓｃｃｍに調整する。なお、反応ガスであるフッ化水素ガスに加えて窒素ガスを反応処理室２０内に供給することにより、載置台２１に内蔵された温調手段２２の熱がウェハＷに効率よく伝導され、ウェハＷの温度が正確に制御される。
【００５５】
こうしてフッ化水素ガスが減圧下で供給されることにより、ウェハＷ表面において第１のレジストパターンＰ１上に残っている残存膜Ｄ’が、フッ化水素ガスと化学反応する。その結果、例えばＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜あるいはＰＳＧ膜からなる残存膜Ｄ’は、主にフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）からなる反応生成物Ｄ”に変質させられる（図９（ａ））。なお、この場合、被エッチング膜Ｂは、例えば有機系のポリシリコン膜、あるいは、ホウ素およびリンを含まないシリコン酸化膜であるため、反応生成物に変質させられることが回避される。
【００５６】
こうして、第１のレジストパターンＰ１上に残っていた残存膜Ｄ’を反応生成物Ｄ”に変質させる反応処理を終了すると、流量調整弁３１が閉じられ、フッ化水素ガスの供給が停止される。なお、供給路２６を通じた窒素ガスの供給は、更に継続して行われ、反応処理室２０内が窒素ガスによってパージされる。その後、反応処理装置４の搬入出口が開かれて反応処理装置４の処理室２０と熱処理装置５の熱処理室５０が連通させられる。そして、ウェハＷは反応処理装置４の処理室２０から熱処理装置５の熱処理室５０へと移される。
【００５７】
次に、熱処理装置５において、ウェハＷは第１ハードマスクＣが形成された表面を上面とした状態で、熱処理室５０内の載置台５１上に載置される。これにより、第１のレジストパターンＰ１上に残っている反応生成物Ｄ”も、熱処理室５０内において上に向いた姿勢となる。
【００５８】
こうしてウェハＷが熱処理装置５に搬入されると、熱処理室５０が密閉され、熱処理工程が開始される。即ち、温調手段５２により、ウェハＷを第１の処理温度よりも高い第２の処理温度にする。この場合、第２の処理温度は、例えば１００〜４００℃である。
【００５９】
また、熱処理室５０内が排気路５６を通じて強制排気され、熱処理室５０内が所定の減圧状態にされる。この場合、熱処理室５０内の圧力は、排気ポンプ６６の稼動と圧力コントローラー６５の調整によって、例えば１３３〜４００Ｐａ（１〜３Ｔｏｒｒ）にする。
【００６０】
そして、供給路５５を通じて、窒素ガスが所定の流量で熱処理室５０内に供給される。この場合、流量調整弁６１の調整により、窒素ガスの供給量を例えば５００〜３０００ｓｃｃｍに調整する。これにより、載置台５１に内蔵された温調手段５２の熱がウェハＷに効率よく伝導され、ウェハＷの温度が正確に制御される。
【００６１】
こうして、上記反応処理によって生じた反応生成物Ｄ”が加熱されて、ＳｉＦ４ガスおよびフッ化水素ガスとなって気化し、第１のレジストパターンＰ１上から除去される。こうして、図９（ｂ）に示すように、第１のレジストパターンＰ１上から反応生成物Ｄ”が除去され、第１ハードマスクＣ上には、第１のレジストパターンＰ１および第２のレジストパターンＰ２のみが残ることとなる。なお、この場合、上述したように被エッチング膜Ｂは反応生成物に変質させられていないので、加熱されても除去されること無い。
【００６２】
熱処理が終了すると、流量調整弁６１が閉じられて窒素ガスの供給が停止される。そして、熱処理装置５の搬入出口が開かれる。その後、ウェハＷは熱処理室５０から搬出され、ロードロック室３に搬入される。ロードロック室３にウェハＷが搬入されると、ロードロック室３が密閉されて大気圧とされた後、ロードロック室３と搬入出部２とが連通させられる。そして、搬送機構１０によって、ウェハＷがロードロック室３から搬出され、キャリア載置台１１上のキャリアＣに戻される。以上のようにして、残存膜除去処理システム１における一連の工程が終了する。
【００６３】
次に、図１０に示すように第１のレジストパターンＰ１および第２のレジストパターンＰ２（第１ハードマスクＣ）をマスクとして、被エッチング膜Ｂがエッチングされる（図４の工程Ｓ４）。こうして、目標の被エッチング膜Ｂに所望の微細なパターンが形成される。
【００６４】
かかる処理方法によれば、ダブルパターニングによるレジストパターンの形成処理において、第１のレジストパターンＰ１上から残存膜Ｄ’を除去する残存膜除去処理工程を行うことにより、残存膜Ｄ’のないレジストパターンを形成することができるようになる。このため、その後にエッチング処理等を行った場合、被エッチング膜Ｂに形成されるパターン形状が乱れることがなく、エッチング加工精度が向上する。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
例えば図３に示した熱処理装置５では、熱処理室５０内に不活性ガスのみを供給する構成としたが、図１１に示す熱処理装置５’のように、熱処理室５０内に、不活性ガスに加えて、塩基性ガスとしてのアンモニアガスを供給する供給路７０を接続しても良い。この供給路７０はアンモニアガスの供給源７１に接続され、供給路７０には、開閉およびアンモニアガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７２が設けられている。なお、熱処理室５０内にアンモニアガスを供給する供給路７０を接続した点を除けば、図１１に示した熱処理装置５’は、先に図３で説明した熱処理装置５と同様の構成を有している。
【００６７】
この熱処理装置５’を備えた残存膜除去処理システム１により第１のレジストパターンＰ１上から残存膜Ｄ’を除去する行う場合、先と同様に、反応処理装置４において、第１のレジストパターンＰ１上に残っている残存膜Ｄ’が、フッ化水素ガスと化学反応されて、主にフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）からなる反応生成物Ｄ”に変質させられる。その後、ウェハＷは反応処理装置４の処理室２０から熱処理装置５’の熱処理室５０へと移される。そして、第１のレジストパターンＰ１上の反応生成物Ｄ”が、熱処理室５０内において上に向いた姿勢となる。
【００６８】
こうしてウェハＷが熱処理装置５’に搬入されると、熱処理室５０が密閉され、熱処理工程が開始される。即ち、温調手段５２により、ウェハＷを第１の処理温度よりも高い第２の処理温度にする。この場合、第２の処理温度は、例えば１００〜４００℃である。
【００６９】
また、熱処理室５０内が排気路５６を通じて強制排気され、熱処理室５０内が所定の減圧状態にされる。この場合、熱処理室５０内の圧力は、排気ポンプ６６の稼動と圧力コントローラー６５の調整によって、例えば１３３〜４００Ｐａ（１〜３Ｔｏｒｒ）にする。
【００７０】
そして、供給路５５を通じて、窒素ガスが所定の流量で熱処理室５０内に供給される。この場合、流量調整弁６１の調整により、窒素ガスの供給量を例えば５００〜３０００ｓｃｃｍに調整する。これにより、載置台５１に内蔵された温調手段５２の熱がウェハＷに効率よく伝導され、ウェハＷの温度が正確に制御される。
【００７１】
また、この熱処理装置５’にあっては、供給路７０を通じて、アンモニアガスが所定の流量で熱処理室５０内に供給される。この場合、流量調整弁７２の調整により、アンモニアガスの供給量を例えば１０００〜３０００ｓｃｃｍに調整する。こうしてアンモニアガスが供給されたことにより、先にフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）に変質された反応生成物Ｄ”は、更にアンモニアと反応して、主にフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）からなる反応生成物に変質させられる。
【００７２】
こうして生成された反応生成物（フルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６））は、熱処理装置５’において温調手段５２によって加熱されて、ＳｉＦ４ガス、ＮＨ３ガスおよびフッ化水素ガスとなって気化し、第１のレジストパターンＰ１上から除去される。こうして、図９（ｂ）に示すように、ウェハＷ表面において、第１ハードマスクＣ上には、第１のレジストパターンＰ１および第２のレジストパターンＰ２のみが残ることとなる。
【００７３】
熱処理が終了すると、先ず、流量調整弁７２が閉じられてアンモニアガスの供給が停止され、窒素ガスへのパージを終了後、流量調整弁６１が閉じられて窒素ガスの供給が停止される。そして、先と同様に、ウェハＷがロードロック室３から搬出され、キャリア載置台１１上のキャリアＣに戻される。以上のようにして、残存膜除去処理システム１における一連の工程が終了する。
【００７４】
かかる処理方法によれば、先と同様に、第１のレジストパターンＰ１上に残っている残存膜Ｄ’をウェハＷ表面から除去できる。加えて、熱処理装置５’において、アンモニアと反応の反応で生成されるフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）は、フルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）に比べて気化が容易であり、より除去しやすいと考えられる。
【００７５】
なお、以上では、例えばＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜またはＰＳＧ膜からなる第２ハードマスクＤの残存膜Ｄ’を除去する場合を例にして説明したが、本発明による処理がこれらＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜の除去に有効なのは、ＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜中に含有される水分が起因していると考えられる。即ち、同じシリコン酸化膜であっても、例えば熱酸化膜や自然酸化膜などに比べると、ＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜は密度が低く、膜中に存在する水分の含有量が、熱酸化膜や自然酸化膜などに比べて高い。このように、水分の含有量が高いＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜は、フッ化水素との反応によってフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）を生成させるのに要する活性化エネルギーが低下しているため、フッ化水素と反応しやすいと考えられる。
【００７６】
これに対して、膜中に存在する水分の含有量が比較的低い熱酸化膜や自然酸化膜は、フッ化水素との反応によってフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）を生成させるのに要する活性化エネルギーが高いため、フッ化水素と反応しにくいと考えられる。
【００７７】
かかる理論に基けば、例えば、基板表面にＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜あるいはＰＳＧ膜からなる被処理部と自然酸化膜からなる被処理部とが露出しているような場合、活性化エネルギーが低下しているＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜あるいはＰＳＧ膜のみをフッ化水素と反応させて選択的にフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）に変質させ、自然酸化膜はフッ化水素と反応させないでおくことが可能となる。こうしてＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜あるいはＰＳＧ膜からなる被処理部のみをフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）に変質させた後、基板を熱処理することにより、フルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）に変質させたＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜あるいはＰＳＧ膜からなる被処理部のみを基板表面から選択的に除去し、自然酸化膜からなる被処理部は、そのまま基板表面に残すことができる。
【００７８】
また、以上の実施形態では、反応処理装置４の処理室２０および熱処理装置５の処理室５０に希釈ガスとして供給する不活性ガスは、窒素ガスであるとしたが、その他の不活性ガス、例えば、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、キセノンガス（Ｘｅ）のいずれかであっても良く、または、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、キセノンガスのうち２種類以上のガスを混合したものであっても良い。また、不活性ガスの供給を省略することも可能である。
【００７９】
また、残存膜除去処理システム１の構造も、以上の実施形態に示したものには限定されない。例えば、反応処理装置、熱処理装置の他に、エッチング処理装置を備えた処理システムであっても良い。例えば図１２に示す処理システム９０のように、ウェハ搬送機構９１を備えた共通搬送室９２を、搬送室１２に対してロードロック室９３を介して連結させ、この共通搬送室９２の周囲に、反応処理装置９５、熱処理装置９６、エッチング処理装置９７を配設した構成にしても良い。この処理システム９０においては、ウェハ搬送機構９１によって、ロードロック室９２、反応処理装置９５、熱処理装置９６、エッチング処理装置９７に対してウェハＷをそれぞれ搬入出させるようになっている。共通搬送室９２内は真空引き可能になっている。即ち、共通搬送室９２内を真空状態にすることで、熱処理装置９６から搬出されたウェハＷを大気中の酸素に接触させずに、エッチング処理装置９７に搬入できる。また例えば、図１３に示すように、共通搬送室（トランスファーチャンバ）９９の周りに６台の処理装置１００〜１０５を設けた処理システム１０６について本発明を適用することも可能である。処理システムに設ける処理装置の台数、配置は任意である。
【００８０】
なお、以上では、第１のレジストパターンＰ１上の残存膜Ｄ’を、反応処理によってフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）を主とする反応生成物に変質させ、その後に行われる熱処理でＳｉＦ４ガスおよびフッ化水素ガスとして気化させるといった、いわゆるドライ洗浄工程によって除去する場合を説明したが、第１のレジストパターンＰ１上の残存膜Ｄ’を、適当なエッチング液などを利用したいわゆるウェット処理によって除去することも可能である。但し、ウェットエッチング処理の場合、下地である第１ハードマスクＣが削れてしまうといった問題や、エッチング液の表面張力によるリーニング（倒れ）といった問題が発生することが懸念される。このような問題を回避するためには、第１のレジストパターンＰ１上の残存膜Ｄ’の除去を、ドライ洗浄工程によって行うことが好ましい。
【００８１】
また、以上の実施の形態で記載したウェハＷの膜構造は一例であり、他の膜構造の場合に本発明を適用してもよい。また、以上の実施の形態では、レジストパターンと下地膜のＳＯＧ膜との間に反射防止膜が形成されていたが、ＳＯＧ膜上に直接レジストパターンが形成されている場合にも本発明は適用できる。また、以上の実施の形態では、本発明にかかるレジストパターンの形成処理を、２回のパターニングを行うダブルパターニング処理に適用していたが、３回以上のパターニングを行う処理に適用してもよい。さらに、本発明は、複数回のパターニングを行うもののみならず、レジストパターンを形成する他の基板処理にも適用できる。また、本発明は、ウェハ以外の例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板に対する処理にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、ダブルパターニングによるレジストパターンの形成を行う際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態にかかる残存膜除去処理システムの概略平面図である。
【図２】反応処理装置の構成を示した概略縦断面図である。
【図３】熱処理装置の構成を示した概略縦断面図である。
【図４】ダブルパターニングを利用したエッチング処理のフロー図である。
【図５】（ａ）は、ウェハ上に、ゲート酸化膜、被エッチング膜、第１ハードマスク、第２ハードマスク、有機膜及びＳＯＧ膜が形成された状態を示す説明図である。（ｂ）は、ＳＯＧ膜上に反射防止膜とレジスト膜が形成された状態を示す説明図である。（ｃ）は、第１のレジストパターンが形成された状態を示す説明図である。
【図６】（ａ）は、第１のレジストパターンをマスクとして反射防止膜とＳＯＧ膜がエッチングされた状態を示す説明図である。（ｂ）は、ＳＯＧ膜をマスクとして有機膜がエッチングされた状態を示す説明図である。（ｃ）は、有機膜をマスクとして第２ハードマスクがエッチングされた状態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、２回目の有機膜とＳＯＧ膜が形成された状態を示す説明図である。（ｂ）は、ＳＯＧ膜上に反射防止膜とレジスト膜が形成された状態を示す説明図である。（ｃ）は、第２のレジストパターンが形成された状態を示す説明図である。
【図８】（ａ）は、第２のレジストパターンをマスクとして反射防止膜とＳＯＧ膜がエッチングされた状態を示す説明図である。（ｂ）は、ＳＯＧ膜をマスクとして有機膜がエッチングされた状態を示す説明図である。（ｃ）は、有機膜と第２ハードマスクをマスクとして第１ハードマスクがエッチングされた状態を示す説明図である。（ｄ）は、ＳＯＧ膜と有機膜が除去された状態を示す説明図である。
【図９】（ａ）は、第１のレジストパターン上に残っている残存膜が反応生成物に変質させられる状態を示す説明図である。（ｂ）は、第１のレジストパターン上から反応生成物が除去され、第１ハードマスク上に第１のレジストパターンおよび第２のレジストパターンのみが残っている状態を示す説明図である。
【図１０】第１ハードマスクをマスクとして被エッチング膜がエッチングされた状態を示す説明図である。
【図１１】変形例にかかる熱処理装置の構成を示した概略縦断面図である。
【図１２】別の実施形態にかかる処理システムの概略平面図である。
【図１３】共通搬送室の周りに６台の処理装置を設けた処理システムの説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
Ｐ１  第１のレジストパターン
Ｐ２  第２のレジストパターン
Ｗ    ウェハ
１  残存膜除去処理システム
２  搬入出部
３  ロードロック室
４  反応処理装置
５  熱処理装置
６  制御コンピュータ
１０  搬送機構
Ａ  ゲート酸化膜
Ｂ  被エッチング膜
Ｃ  第１ハードマスク
Ｄ  第２ハードマスク
Ｄ’  残存膜
Ｄ”  反応生成物
Ｅ１、Ｅ２  有機膜
Ｆ１、Ｆ２  ＳＯＧ膜
Ｇ１、Ｇ２  反射防止膜
Ｈ１、Ｈ２  レジスト膜
【図１】
0005390764.tif 000002
【図２】
0005390764.tif 000003
【図３】
0005390764.tif 000004
【図４】
0005390764.tif 000005
【図５】
0005390764.tif 000006
【図６】
0005390764.tif 000007
【図７】
0005390764.tif 000008
【図８】
0005390764.tif 000009
【図９】
0005390764.tif 000010
【図１０】
0005390764.tif 000011
【図１１】
0005390764.tif 000012
【図１２】
0005390764.tif 000013
【図１３】
0005390764.tif 000014