(57)【要約】  半導体装置の製造方法は、ウエハＷの上に、現像液撥水性、例えば、現像液との接触角が６５度以上、の材料からなるレジスト膜１０２を形成する工程と、レジスト膜１０２に対して所望のパターンの露光を行う工程と、レジスト膜１０２の表層を酸化処理して表層１０４を親水性化する工程と、レジスト膜１０２に対して現像液を用いて現像処理を行い、レジストパターン１０５を形成する工程とを含む。  こうした方法によって、マイクロ膨潤によるパターン倒れと、現像不均一性によるパターン寸法のばらつきの両方を解決して、製品の歩留まりを改善することができる。
2009041306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象となる基板または膜の上に、現像液撥水性の材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して所望のパターンの露光を行う工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化処理することによって、該表層を親水性化する工程と、
前記酸化工程の後、前記レジスト膜に対して現像液を用いて現像処理を行い、レジストパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記酸化工程は、減圧下で行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化工程は、酸素分圧が２０％以上の減圧下で行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記露光工程は、真空下で行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記露光工程は、露光光としてＥＵＶ光を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記露光工程および前記酸化工程は、両工程間で大気に戻すことなく実施することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記レジスト膜の表層は、現像液に対する接触角が６５度以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記酸化工程において、活性酸素処理、真空紫外光照射処理およびプラズマ酸化処理からなるグループから選択される少なくとも１つの処理を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記酸化工程において、加工対象となる基板または膜を加熱することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
加工対象となる基板または膜の上に、現像液撥水性の材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の上に、アルカリ水溶液可溶性の薄膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して所望のパターンの露光を行う工程と、
現像液としてアルカリ水溶液を用いて、前記レジスト膜に対して現像処理を行い、レジストパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
加工対象となる基板または膜の上にレジスト膜が設けられた試料に対して、真空下で所望のパターンの露光を行うための露光処理部と、
前記レジスト膜の表層に対して、減圧下で酸化処理するためのレジスト改質部と、
前記露光処理部と前記レジスト改質部との間で、大気に戻すことなく前記試料を搬送するための搬送機構とを備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１２】
加工対象となる基板または膜の上に設けられ、略矩形断面を有するレジスト材料であって、
レジスト材料の上面における現像液に対する接触角が、レジスト材料の側面での接触角より小さいことを特徴とするレジスト材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造に使用するリソグラフィ技術に関し、特に、微細で寸法精度の高いレジストパターンを高い歩留まりで作製する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の半導体装置の製造プロセスにおいて、微細パターンを基板上に転写する方法としてリソグラフィ技術が用いられている。このリソグラフィ技術には、主に投影露光装置が用いられ、該投影露光装置に装着したフォトマスクを透過または反射した露光光を基板上のレジストに照射することにより、パターン転写が行われる。近年、デバイスの高密度集積化や動作速度の高速化が要求されており、これらの要求に応えるためにパターンの微細化が研究されている。【０００３】
例えば、波長の短い露光光を用いて、投影像の解像度を向上させることが可能であり、最近では従来の紫外線より１桁以上短い波長を有する、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ（極端紫外: Extreme Ultra Violet）光を用いた露光技術が注目されている。【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１６１５１号公報
【特許文献２】特開２００３−３０３７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
露光装置の改良により、投影像の解像度は飛躍的に改善されてきたが、実際にレジストパターンを形成しようとすると、図２に示すように、ウエハＷの上に形成されたレジストパターン２０１が倒れてしまい、歩留まりが低下するという問題が発生した。【０００６】
レジストパターンの倒れは、主として、レジスト現像後のリンス液が乾燥するときに発生するリンス液の毛管力に起因している。さらに、レジストの周囲に現像液やリンス液が存在しているとき、これらの液体が内部に浸み込んでレジストが膨潤し、隣接するレジストパターンと接触してしまう現象、いわゆるマイクロ膨潤も、パターン倒れの大きな要因である。【０００７】
レジストへの液体の浸み込み量自体は小さいが、形成すべきパターンのサイズが微細になると、パターン内部に浸み込むのが容易になる。従って、上述したＥＵＶ露光ではこうしたマイクロ膨潤対策が必要になる。【０００８】
マイクロ膨潤は、レジストの撥水性を高めて、現像液やリンス液等がレジスト内部に浸み込みにくいように処理すれば、軽減できる。しかし、現像液の濡れ性も低下してしまい、ウエハ面内寸法の均一性が劣化して、歩留まりが低下してしまう。【０００９】
近年は、製造コストを削減するため、ウエハ直径が２００ｍｍ，３００ｍｍ，４５０ｍｍと次第に大口径化が進められており、ウエハ面内の現像均一性の改善も重要な課題の１つになっている。【００１０】
本発明の目的は、マイクロ膨潤によるパターン倒れと、現像不均一性によるパターン寸法のばらつきの両方を解決して、製品の歩留まりを改善することができる半導体装置の製造方法および装置ならびにレジスト材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施例によれば、現像液に対する撥水性を持つレジスト膜を形成して、所望のパターンで露光を実施した後、レジスト膜の表層を酸化処理することによって親水性化する。そして、現像液を用いて現像処理を行って、レジストパターンを形成する。【００１２】
本発明の他の実施例によれば、現像液に対する撥水性を持つレジスト膜を形成して、レジスト膜の上に、アルカリ水溶液可溶性の薄膜を形成した後、所望のパターンで露光を実施する。そして、現像液を用いて現像処理を行って、レジストパターンを形成する。【００１３】
本発明のさらに他の実施例によれば、半導体装置の製造装置は、真空下で所望のパターンの露光を行うための露光処理部と、レジスト膜の表層を減圧下で改質するためのレジスト改質部と、大気に戻すことなく両者間で試料を搬送するための搬送機構などを備える。【００１４】
本発明のさらに他の実施例によれば、レジスト材料は、略矩形断面を有し、レジスト材料の上面における現像液に対する接触角が、レジスト材料の側面での接触角より小さい。
【発明の効果】
【００１５】
この実施例によれば、微細パターンであっても、従来のようなパターン倒れを防止することができ、しかも基板面内の現像均一性および寸法均一性を確保することができる。その結果、半導体集積回路等の半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、レジスト処理工程の一例を示す断面図である。
【図２】レジストパターンの倒れの様子を示す断面図である。
【図３】本発明が適用可能なリソグラフィ装置の一例を示す構成図である。
【図４】レジスト界面改質設備の改質処理部の一例を示す構成図である。
【図５】レジストパターンの詳細図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｆは、半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、レジスト処理工程の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
３ｓ  基板、  ６ｎ  ｎ型ウエル、  ６ｐ  ｐ型ウエル、  ８  ゲート絶縁膜、
９  ゲート電極、  １０２，１３６  レジスト膜、  １０２ａ  レジスト側壁、
１０３  露光光、  １０４  表層、  １０５，１０７  レジストパターン、
１０６  薄膜、  １２１  レジスト処理設備、  １２２  露光処理設備、
１２２ａ  露光処理部、  １２３  レジスト界面改質設備、
１２４，１２５，１２６搬送機構、  １３０  処理チャンバ、
１３１  ウエハステージ、  １３２  ランプ、  Ｗ  ウエハ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一の部分または対応する部分には同一の符号を付して、重複説明を省くことがある。【００１９】
実施の形態１．
図３は、本発明が適用可能なリソグラフィ装置の一例を示す構成図である。このリソグラフィ装置は、レジスト処理設備１２１と、露光処理設備１２２と、レジスト界面改質設備１２３と、各設備間を連結する搬送機構１２４，１２５，１２６などで構成される。【００２０】
レジスト処理設備１２１は、ウエハの上にレジストを塗布したり、塗布したレジストを熱処理したり、露光したレジストを現像する等の機能を有する。【００２１】
露光処理設備１２２は、露光処理部１２２ａと、ロードロックローダー部１２２ｂと、アンローダー部１２２ｃなどを備える。露光処理部１２２ａは、レジストが塗布されたウエハに対して真空下でスキャン露光を行う。【００２２】
ロードロックローダー部１２２ｂは、レジスト処理設備１２１から搬送機構１２４を経由して供給されるウエハを大気下で受け取った後、真空排気を行って、真空下でウエハを露光処理部１２２ａへ受け渡す。アンローダー部１２２ｃは、露光処理部１２２ａで露光したウエハを真空下で受け取った後、真空下の搬送機構１２５を経由してレジスト界面改質設備１２３へウエハを受け渡す。【００２３】
図４は、レジスト界面改質設備１２３の改質処理部の一例を示す構成図である。改質処理部は、処理チャンバ１３０と、ウエハステージ１３１と、ランプ１３２と、ガス供給管１３３と、排気管１３４と、真空度および酸素分圧計測器１３５などで構成される。ウエハステージ１３１の上には、レジスト膜１３６が形成されたウエハＷが戴置される。レジスト界面改質設備１２３は、上記構成要素の他に、ウエハ搬送機構と、搬入搬出ゲート（シャッタ）などを備える。【００２４】
以下、この改質処理部の動作について説明する。ガス供給管１３３から処理チャンバ１３０内に、酸素を含む処理ガスが供給される。処理ガスは、純粋の酸素ガスでもよいが、圧力の管理を容易にするために、バッファガスとして窒素やアルゴンなどの不活性ガスを混ぜた混合ガスを用いてもよい。処理チャンバ１３０内にあるガスは、排気管１３４を通じて真空ポンプ（不図示）によって排気され、処理チャンバ１３０の内部は真空に近い減圧状態に保持される。【００２５】
処理チャンバ１３０の上部には、レジスト膜１３６に対向するように、真空紫外光を発生するランプ１３２が配置される。ランプ１３２は、レジスト膜１３６の極表層のみに化学変化を生じさせるように、ＤＵＶ（極紫外: Deep Ultra Violet）光、特に１７２ｎｍより短い波長の光を発生するものが好ましい。【００２６】
例えば、エネルギー効率の点で、ピーク波長１７２ｎｍのＸｅ２エキシマランプ、ピーク波長１４６ｎｍのＫｒ２エキシマランプ、ピーク波長１２６ｎｍのＡｒ２エキシマランプなどが使用できる。これらのランプのうち、波長が短いほど、レジストでの光吸収が大きくなって、化学反応がレジスト表層のみに留まるようになるため、レジストバルク自体の感光を抑制でき、転写特性に影響を与えない。但し、例えば、ＥＵＶ光（波長１３ｎｍ前後）など極端に短い波長になると、逆にレジストへの浸透深さが大きくなるため、好ましくない。従って、改質処理部のランプ１３２として、Ａｒ２エキシマランプが好適である。【００２７】
レジストの表面改質層の厚さは、レジストパターンの解像に影響を与えないように、好ましくは５ｎｍ以下であり、より好ましくは１ｎｍ以下である。【００２８】
ランプ１３２の光照射により、レジスト膜１３６の表層が活性化するとともに、処理チャンバ１３０内に存在する酸素も活性化して、活性酸素とオゾンを発生する。これらの活性酸素とオゾン、特に、活性酸素は、レジスト膜１３６の表層を効率的に酸化して、親水性に変化させる。真空紫外光の照射により酸化処理の効率が高くなり、レジスト膜１３６の表層の親水化処理時間を短縮することができる。【００２９】
このとき、処理チャンバ１３０の圧力は１０−２〜１０−４Ｔｏｒｒの減圧下にないと、レジストの表面改質層の厚さが増加してしまい、解像パターンの形状やレジスト解像性に悪い影響を与える。また、活性酸素とオゾンを効率よく発生するためには、処理チャンバ１３０の酸素分圧は２０％以上であることが好ましい。【００３０】
ウエハステージ１３１の内部に、加熱用のヒータを設けてもよい。ランプ１３２の光照射とともに、ヒータ通電によりウエハＷおよびレジスト膜１３６を加熱することによって、レジスト膜１３６の表層がより効率的に活性化されて、親水化処理時間をさらに短縮することができる。【００３１】
なお、以上の構成では、ランプ光をレジスト膜１３６および処理チャンバ１３０内の酸素の両方に照射する例を説明したが、ランプ光をレジスト膜１３６には照射しないで、活性酸素およびオゾンを発生するためだけに用いても構わない。例えば、ガス供給管１３３の途中にランプ１３２を配置し、光照射によって発生した活性酸素およびオゾンを処理チャンバ１３０内に導入するように構成してもよい。あるいは、ガス供給管１３３からレジスト膜１３６の上方に至る経路の途中にランプ１３２を配置してもよい。【００３２】
こうした構成により、レジスト膜１３６の親水化処理の効率は若干低下するが、レジスト膜１３６のランプ光照射を回避できるため、レジストバルク自体の感光を抑制でき、転写特性に影響を与えない。さらに、ランプ光の波長を選択する際、レジストへの影響を考慮せずに済むことから、活性酸素およびオゾンの発生が可能である、１７２ｎｍより長い波長または波長１２６ｎｍより短い波長を発生するランプを使用できる。【００３３】
次に、本発明に係るレジスト処理工程について図１Ａ〜図１Ｄを参照しながら説明する。まず図１Ａに示すように、ウエハＷの上にレジストを塗布し、通常の熱処理を行ってレジスト膜１０２を形成する。なお、光リソグラフィの場合、レジスト塗布前に、ＢＡＲＣ(Bottom Anti-Reflective Coating)などの反射防止膜を形成しておく。一方、ＥＵＶリソグラフィの場合は、反射防止膜は不要である。【００３４】
ここで、レジストとして現像液撥水性のレジスト材料を使用する。また、現像液として、２．３８ｗｔ％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を含む水溶液を使用する。現像液は、界面活性剤などの添加剤を含んでいても構わず、ＴＭＡＨの濃度は２．３８ｗｔ％以外のものでも構わない。本発明では、水溶性の現像液を使用することにより、後述する表面酸化の効果を発現させている。【００３５】
また、レジストの現像液撥水性の程度は、レジスト膜の表面に滴下した現像液の接触角で定義することができる。種々のレジスト材料を評価した結果、レジストパターンの倒れ防止効果は、接触角が６５度以上となる材料の場合に得られることが判明した。従って、図１Ａに示すレジスト膜１０２は、現像液に対する接触角が６５度以上となるレジスト材料を使用することが好ましい。【００３６】
なお、接触角の測定は、現像液の滴下後、短時間で行う必要がある。その理由は、時間経過とともにレジストと現像液が互いになじんで、現像が進行するからである。ここでは、現像液の滴下後、３秒以内で接触角を測定するようにしたが、遅くとも１０秒以内に測定を終了することが好ましい。【００３７】
また、現像液の液滴が大きくなりすぎると、自重の影響を受けて、界面エネルギーで支配される接触角に誤差が加わって、測定精度が低下する。ここでは、２０ｎｌ（ナノリットル）の液滴を滴下して測定したが、最大でも１００ｎｌ以下の液滴量が好ましい。【００３８】
また、実際に使用する現像液を用いて測定するのが理想的であるが、短時間測定が必要になることから、純水で代用することも可能である。純水の場合、レジストの現像が進行しないことから、滴下後の測定時間は３０秒程度延長することができる。なお、現像液を用いて測定した接触角が６５度である場合、純水の場合は７２度の接触角に相当する。従って、図１Ａに示すレジスト膜１０２は、純水に対する接触角が７２度以上となるレジスト材料を使用することが好ましい。【００３９】
さらに、純水に対する接触角が８５度以上（現像液の接触角に換算して７４度以上）となるレジスト材料を使用するのがより好ましい。これによりリンス液界面がレジストパターン間に露出したとき、ラプラス力も急激に低下するようになるため、レジストパターンの倒れ防止をより高めることができる。【００４０】
図１Ａに示す工程は、図３のレジスト処理設備１２１において実施され、その後、ウエハＷは、搬送機構１２４およびロードロックローダー部１２２ｂを経由して露光処理部１２２ａへ搬入される。【００４１】
次に、レジスト膜１０２に対する露光を行う。図１Ｂに示すように、所望のパターンを持つマスクパターンを投影光学系で投影した露光光１０３を、レジスト膜１０２に照射する。なお、露光光１０３として波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を用いた場合、真空下での露光となる。露光後、ウエハＷは、図３のアンローダー部１２２ｃおよび搬送機構１２５を経由して、レジスト界面改質設備１２３へ搬入される。このとき大気開放せずに露光工程から改質処理工程へ移行できるため、高い生産効率を維持でき、パーティクルの付着も防止することができる。【００４２】
次に、露光したレジスト膜１０２の表面改質処理を行う。この改質処理は、図４に示したレジスト界面改質設備１２３の改質処理部において実施され、上述したように、処理チャンバ１３０内に存在する活性酸素とオゾンによって、図１Ｃに示すように、レジスト膜１０２の表層１０４を酸化して、親水性に変化させる。このとき表層１０４における現像液との接触角は１０度以下になる。現像液との接触角は小さいほど好ましいが、２０度以下であれば安定した効果が得られる。【００４３】
次に、レジスト界面改質設備１２３を大気開放した後、露光したレジスト膜１０２の熱処理を行う。続いて、上述した現像液を用いて現像を行うと、図１Ｄに示すようなレジストパターン１０５が得られる。【００４４】
図５は、レジストパターン１０５の詳細図である。レジスト膜１０２は、現像液撥水性のレジスト材料で形成されているため、レジスト側壁１０２ａでは現像液が浸透しにくい。しかし、レジスト膜１０２の表層１０４は、上述した改質処理によって現像液に対する接触角が小さくなり、現像液になじむ性質に変化している。そのため、ウエハ面での高い現像均一性および寸法均一性を確保しつつ、レジスト側壁１０２ａでのマイクロ膨潤を抑制し、図２に示したようなレジストパターンの倒れを確実に防止することができる。【００４５】
なお、ここでは、レジスト表面改質処理として、活性酸素処理、あるいは活性酸素処理と真空紫外光照射の併用を利用した例を説明したが、これらの処理に代えてまたは加えてプラズマ酸化処理を使用しても構わない。プラズマ酸化処理では、酸素分圧下でプラズマを生成することにより、レジスト膜の極表層のみを酸化することができる。このとき、プラズマがレジスト内部に作用して、レジストの解像性に影響を与えないように、かつレジスト膜の極表層のみを酸化させるように、バイアス電圧などのプラズマ発生条件を調整する。【００４６】
また、本実施形態では、ＥＵＶリソグラフィの場合を説明したが、同様に真空下で露光を行うＥＢ（電子ビーム）リソグラフィにも本発明は適用可能であり、レジストパターンの倒れ防止、高い寸法均一性、パーティクル汚染の防止、露光処理からレジスト処理への搬送時間の短縮化などの利点を活用することができる。【００４７】
また、本実施形態では、レジスト塗布→露光→レジスト表面改質処理→現像の順で行う場合を例示したが、レジスト塗布→レジスト表面改質処理→露光→現像の順で行うことも可能である。【００４８】
このように本実施形態によれば、微細パターンであっても、従来のようなパターン倒れを防止することができ、しかも基板面内の現像均一性および寸法均一性を確保することができる。その結果、半導体集積回路等の半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。【００４９】
実施の形態２．
図６Ａ〜図６Ｆは、半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。ここでは、ツインウエル方式のＣＭＩＳ(Complementary MIS)回路を有する半導体集積回路を製造する場合を例示するが、本発明は種々の半導体集積回路に適用可能である。【００５０】
図６Ａに示すように、半導体ウエハからなる基板３ｓは、例えば、円板状のｎ−型Ｓｉ単結晶である。基板３ｓの上に、マスク合わせ用のウエハアライメントマーク（不図示）を形成する。このウエハアライメントマークは、選択酸化工程を付加して、ウエル形成時に形成することも可能である。【００５１】
続いて、基板３ｓの上に、酸化膜１７を形成し、そして、酸化膜１７の上に、インプラ（イオン・インプランテーションの略称）マスク用のレジストパターン１８を通常の光リソグラフィを用いて形成する。その後、Ｐ（リン）またはＡｓをイオン注入して、ｎ型ウエル６ｎを形成する。【００５２】
次に、アッシング処理を行ってレジスト１８を除去し、酸化膜１７を除去した後、図６Ｂに示すように、基板３ｓの上に、酸化膜１９を形成し、そして、酸化膜１９の上に、インプラマスク用のレジストパターン２０を通常の光リソグラフィを用いて形成する。その後、Ｂ（ホウ素）をイオン注入して、ｐ型ウエル６ｐを形成する。【００５３】
次に、アッシング処理を行ってレジスト２０を除去し、酸化膜１９を除去した後、図６Ｃに示すように、基板３ｓの上に、例えば、酸化シリコン膜からなる分離用フィールド絶縁膜７を、溝型アイソレーションの形状で形成する。なお、アイソレーション方法としてＬＯＣＯＳ(Local Oxidization of Silicon)法を用いてもよい、【００５４】
このアイソレーション形状は、例えば、最小寸法がウエハ上で３６ｎｍと小さく、寸法精度が３．５ｎｍと厳しい値が要求される。そのため、このアイソレーション作製時のリソグラフィとして、ＥＵＶリソグラフィを用いることができ、その際、上述したレジスト表面改質処理を適用できる。【００５５】
フィールド絶縁膜７によって囲まれた活性領域には、ｎＭＩＳトランジスタＱｎとｐＭＩＳトランジスタＱｐが形成される。各トランジスタのゲート絶縁膜８は、例えば、酸化シリコン膜からなり、熱酸化法などで形成される。各トランジスタのゲート電極９は、例えば、最小寸法がウエハ上で３２ｎｍと小さく、寸法精度が３ｎｍと厳しい値が要求される。そのため、例えば、ＣＶＤ法等を用いて低抵抗ポリシリコンからなるゲート形成膜を堆積した後、ＥＵＶリソグラフィを用いてレジストを形成し、エッチング処理によりゲート電極９を形成する。その際、上述したレジスト表面改質処理を適用できる。【００５６】
ｎＭＩＳトランジスタＱｎの半導体領域１０は、ゲート電極９をマスクとして基板３ｓに、例えば、Ｐ（リン）またはＡｓをイオン注入することにより、ゲート電極９に対して自己整合的に形成される。ｐＭＩＳトランジスタＱｐの半導体領域１１は、ゲート電極９をマスクとして基板３ｓに、例えば、Ｂ（ホウ素）をイオン注入することにより、ゲート電極９に対して自己整合的に形成される。【００５７】
ゲート電極９は、低抵抗ポリシリコンの単体膜に限られず、例えば、低抵抗ポリシリコンの上に、タングステンシリサイドやコバルトシリサイドなどのシリサイド膜を形成した、いわゆるポリサイド構造としてもよい。あるいは、低抵抗ポリシリコンの上に、窒化チタンや窒化タングステン等のバリア導体膜を介在し、さらにタングステン等の金属膜を形成した、いわゆるポリメタル構造としてもよい。【００５８】
次に、図６Ｄに示すように、基板３ｓの上に、例えば、ＣＶＤ法等を用いて酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜１２を堆積した後、層間絶縁膜１２の上に配線用のポリシリコン膜を堆積する。続いて、このポリシリコン膜に対してリソグラフィを実施し、エッチングによりパターニングを行った後、ポリシリコン膜の所定領域に不純物を導入することにより、配線１３Ｌ，１３Ｒを形成する。【００５９】
次に、図６Ｅに示すように、基板３ｓの上に、例えば、ＣＶＤ法等を用いて酸化シリコン膜１４を堆積する。そして、層間絶縁膜１２および酸化シリコン膜１４に対してＥＵＶリソグラフィを用いてレジストを形成し、エッチング処理により、半導体領域１０，１１および配線１３Ｌの一部が露出するような接続孔１５を形成する。【００６０】
接続孔１５の開口径は、例えば、４５ｎｍと小さいため、ＥＵＶリソグラフィを適用する。このとき、通常のレジスト処理を行い、上述したレジスト表面改質処理は適用しない。その理由は、接続孔１５のパターンは、それほど密集しておらず、パターン倒れが発生しにくいからである。但し、接続孔１５の開口径が２８ｎｍ程度に極端に小さい場合は、マイクロ膨潤現象によって非開口不良になる可能性がある。その場合は、上述したレジスト表面改質処理を適用することによって、歩留まりを向上させることができる。【００６１】
次に、図６Ｆに示すように、基板３ｓの上に、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等を用いてＴｉ（チタン）、ＴｉＮおよびＷ（タングステン）からなる金属膜を順次堆積した後、その金属膜の上に、ＥＵＶリソグラフィを用いてレジストを形成し、エッチング処理により、第１配線層１６Ｌ１を形成する。配線ピッチは、例えば、６４ｎｍと小さいため、ＥＵＶリソグラフィを適用する。その際、上述したレジスト表面改質処理を適用することによって、高い密度で微細なパターンであっても、レジストパターンの倒れを防止できることから、この配線工程の歩留まりを向上できる。【００６２】
これ以降も、第１配線層１６Ｌ１と同様にして第２配線層（不図示）等を形成することにより、最終製品を製造することができる。【００６３】
以上の説明では、ＣＭＩＳ回路に適用した場合を例示したが、これに限定されず、例えば、ＳＲＡＭ(Static Random Access Memory)またはフラッシュメモリ(EEPROM: Electric Erasable Read Only Memory)などのメモリ回路を有する半導体集積回路、上記メモリ回路と論理回路とを同一基板に混載したタイプの半導体集積回路、配線基板装置、磁気記録装置など、各種の半導体装置にも本発明は適用可能である。特に、メモリ回路をを有する半導体集積回路では、多数のライン系微細密集パターンを採用しているため、レジストパターンの倒れが発生しやすく、本発明による効果をより発揮することができる。【００６４】
このようにアイソレーション工程、ゲート工程および配線工程などに本発明に係るレジスト表面改質処理を適用することによって、微細パターンであっても、従来のようなパターン倒れを防止することができ、しかも基板面内の現像均一性および寸法均一性を確保することができる。その結果、半導体集積回路等の半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。【００６５】
また、全てのリソグラフィ工程のうち、パターン倒れ防止効果がより発揮できる工程のみに本発明を選択的に適用することにより、リソグラフィ工程のスループットの低下を最小限に抑えることが可能であり、製造コストの増加を極力抑制できる。【００６６】
実施の形態３．
図７Ａ〜図７Ｄは、レジスト処理工程の他の例を示す断面図である。まず図７Ａに示すように、ウエハＷの上にレジストを塗布し、通常の熱処理を行ってレジスト膜１０２を形成する。なお、光リソグラフィの場合、レジスト塗布前に、ＢＡＲＣ(Bottom Anti-Reflective Coating)などの反射防止膜を形成しておく。一方、ＥＵＶリソグラフィの場合は、反射防止膜は不要である。【００６７】
ここで、レジストとして、実施の形態１と同様に、現像液撥水性のレジスト材料を使用する。例えば、現像液に対する接触角が６５度以上となるレジスト材料を使用することが好ましい。なお本実施形態では、現像液としてアルカリ水溶液を使用している。【００６８】
次に、図７Ｂに示すように、レジスト膜１０２の表面上に、アルカリ水溶液可溶性の薄膜１０６を塗布形成するオーバーコート処理を行う。薄膜１０６の厚さは、例えば、１０ｎｍ程度であるが、表面の現像液濡れ性を確保できるのであれば、１０ｎｍより薄い厚さ、例えば、５ｎｍ程度でも構わない。但し、薄膜１０６が厚くなり過ぎると、露光光の吸収が生ずる可能性があることから、１０ｎｍ程度の膜厚が好ましい。【００６９】
薄膜１０６の材料は、例えば、水溶性フルオロアルコール膜であり、現像液との接触角は１０度以下になる。現像液との接触角は小さいほど好ましいが、２０度以下であれば安定した効果が得られる。【００７０】
図７Ａと図７Ｂに示す工程は、図３のレジスト処理設備１２１において実施され、その後、ウエハＷは、搬送機構１２４およびロードロックローダー部１２２ｂを経由して露光処理部１２２ａへ搬入される。【００７１】
次に、レジスト膜１０２に対する露光を行う。図７Ｃに示すように、所望のパターンを持つマスクパターンを投影光学系で投影した露光光１０３を、レジスト膜１０２に照射する。波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を用いた場合、真空下での露光となる。露光したウエハＷは、図３のレジスト処理設備１２１へ搬入される。【００７２】
次に、現像液としてアルカリ水溶液を使用して、露光したレジスト膜１０２の現像を行うと、図７Ｄに示すようなレジストパターン１０７が得られる。レジスト膜１０２は、現像液撥水性のレジスト材料で形成されているため、レジスト側壁では現像液が浸透しにくい。しかし、レジスト膜１０２の上面は、薄膜１０６の存在によって現像液に対する接触角が小さくなり、現像液になじむ性質に変化している。そのため、ウエハ面での高い現像均一性および寸法均一性を確保しつつ、レジスト側壁でのマイクロ膨潤を抑制し、図２に示したようなレジストパターンの倒れを確実に防止することができる。【００７３】
このように本実施形態によれば、微細パターンであっても、従来のようなパターン倒れを防止することができ、しかも基板面内の現像均一性および寸法均一性を確保することができる。その結果、半導体集積回路等の半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。【００７４】
特に、本実施形態では、薄膜１０６のオーバーコート処理は大気下で実施することが可能であるため、通常のリソグラフィ装置へ追加が簡便である。【００７５】
以上の説明では、加工対象となる基板として半導体ウエハを例示して説明したが、各種の半導体、金属、ガラス基板等の誘電体などにも本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、微細かつ高精度なパターンを含む半導体装置を高い生産効率で製造できる点で、産業上極めて有用である。
【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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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月26日(2009.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象となる基板または膜の上に、現像液撥水性の材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して所望のパターンの露光を行う工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化処理することによって、該表層を親水性化する工程と、
前記酸化工程の後、前記レジスト膜に対して現像液を用いて現像処理を行い、レジストパターンを形成する工程と、を含み、
前記酸化工程は、減圧下で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
加工対象となる基板または膜の上に、現像液撥水性の材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して所望のパターンの露光を行う工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化処理することによって、該表層を親水性化する工程と、
前記酸化工程の後、前記レジスト膜に対して現像液を用いて現像処理を行い、レジストパターンを形成する工程と、を含み、
前記酸化工程は、酸素分圧が２０％以上の減圧下で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
加工対象となる基板または膜の上に、現像液撥水性の材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して所望のパターンの露光を行う工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化処理することによって、該表層を親水性化する工程と、
前記酸化工程の後、前記レジスト膜に対して現像液を用いて現像処理を行い、レジストパターンを形成する工程と、を含み、
前記露光工程は、露光光としてＥＵＶ光を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
加工対象となる基板または膜の上に、現像液撥水性の材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して所望のパターンの露光を行う工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化処理することによって、該表層を親水性化する工程と、
前記酸化工程の後、前記レジスト膜に対して現像液を用いて現像処理を行い、レジストパターンを形成する工程と、を含み、
前記露光工程および前記酸化工程は、両工程間で大気に戻すことなく実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
加工対象となる基板または膜の上に、現像液撥水性の材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して所望のパターンの露光を行う工程と、
前記レジスト膜の表層を酸化処理することによって、該表層を親水性化する工程と、
前記酸化工程の後、前記レジスト膜に対して現像液を用いて現像処理を行い、レジストパターンを形成する工程と、を含み、
前記レジスト膜の表層は、現像液に対する接触角が６５度以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
加工対象となる基板または膜の上に、現像液撥水性の材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の上に、アルカリ水溶液可溶性の薄膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して所望のパターンの露光を行う工程と、
現像液としてアルカリ水溶液を用いて、前記レジスト膜に対して現像処理を行い、レジストパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
加工対象となる基板または膜の上にレジスト膜が設けられた試料に対して、真空下で所望のパターンの露光を行うための露光処理部と、
前記レジスト膜の表層に対して、減圧下で酸化処理するためのレジスト改質部と、
前記露光処理部と前記レジスト改質部との間で、大気に戻すことなく前記試料を搬送するための搬送機構とを備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【国際調査報告】
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