(57)【要約】【課題】  ＰＥＢ工程を行う前にフォトレジスト内のガスを抜くことにより、ガスによる被エッチング物の形状異常の発生を抑制し、かつ、ＰＥＢ工程による線幅制御性を確保することができる半導体装置の製造方法を実現する。【解決手段】  露光工程を終了した半導体基板１をＰＥＢ室５に配置されたヒータプレート７により、フォトレジスト３が硬化する温度よりも低い温度ＷＴ１に加熱し、ｔａ時間放置する。これにより、フォトレジスト３に含まれている溶剤などから発生するガスを、フォトレジスト３が硬化する前に抜くことができる。従って、ガスによりフォトレジスト３が膨張したり、ガスが、マスクされたフォトレジスト中に侵入したりすることがなくなるので、フォトレジスト３の形状が変化してしまい、被エッチング物の線幅性が低下してしまうおそれがない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた被エッチング物上にフォトレジストを形成するフォトレジスト形成工程と、前記被エッチング物上に形成されたフォトレジストに、所定のパターンが描かれたフォトマスクを介して光を照射して露光する露光工程と、露光されたフォトレジストを現像する現像工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記露光が行われたフォトレジストを、フォトレジストが硬化する温度よりも低い温度で加熱することにより、フォトレジスト中に含まれる少なくとも溶剤から発生したガスを抜く第１の加熱工程と、
前記ガスが抜かれたフォトレジストを加熱して硬化させる第２の加熱工程と、
を前記露光工程と前記現像工程との間に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の加熱工程は、前記露光が行われたフォトレジストを、フォトレジストが硬化する温度よりも低い温度であって前記ガスを抜くことができる温度に所定時間保つことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の加熱工程は、前記露光が行われたフォトレジストの温度が、前記硬化する温度よりも低い温度から前記硬化する温度に段階的に達するようにフォトレジストを加熱することにより、前記ガスを抜くことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の加熱工程は、前記露光が行われたフォトレジストの温度が、前記硬化する温度よりも低い温度から前記硬化する温度に一定の勾配で上昇するようにフォトレジストを加熱することにより、前記ガスを抜くことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体基板上にパターンを形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の製造方法では、半導体装置の高集積化に伴い、エッチングの際のマスクとなるフォトレジストパターンの微細化が要求されている。
しかし、露光に用いる光の波長領域が狭い場合、光学的干渉により定在波が発生し、フォトレジストパターンの露光された部分の側面に凹凸が形成され、線幅制御性が損なわれてしまうという問題があった。
そこで、露光後にフォトレジストを加熱処理する工程、つまりＰ．Ｅ．Ｂ．(Post Exposure Bake)処理を行う工程（露光後加熱工程、以下、ＰＥＢ工程という）を実行することにより、上記問題を解決する方法が採用されるようになった（特許文献１）。
図７（ａ）〜（ｄ）は、従来の製造方法の工程を示す説明図である。半導体基板１の基板面には、被エッチング物である導電パターン２が多層構造で形成されている。まず、導電パターン２の上にフォトレジスト３を塗布する（レジスト塗布）。次に、プリベーク（露光前加熱）を行い、フォトレジスト３に含まれている溶剤を蒸発させる。次に、フォトマスク４を介してフォトレジスト３の表面に光を照射し、露光する（図７（ａ））。次に、Ｐ．Ｅ．Ｂ．を行うためのＰＥＢ室５において、半導体基板１をヒータプレート７に乗せて加熱することによりＰ．Ｅ．Ｂ．を所定時間（例えば１００秒）行い、フォトレジストパターンの線幅制御性を確保する（図７（ｂ））。次に、現像を行い、不要なフォトレジスト３を除去する（図７（ｃ））。次に、ポストベーク（現像後加熱）を行い、フォトレジスト３を乾燥させ、半導体基板１との密着性を高める（図７（ｄ））。次に、エッチングを行い、フォトレジスト３が付着していない部分の導電パターン２を除去する。そして、フォトレジスト３のみを除去し、洗浄する。
【０００３】
【特許文献１】特公平７−５０６６７号公報（従来の技術の欄）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＰＥＢ工程では、半導体基板１をヒータプレート７に乗せて加熱するため、フォトレジスト３の温度は急上昇し、フォトレジスト３は表面から硬化（高密度化）を開始してしまう。このため、フォトレジスト３の中に存在する溶剤などの蒸発により発生したガスが抜けきらないうちにフォトレジスト３の表面が硬化するため、フォトレジスト３の中にガスが閉じこめられてしまう。
特に、図７に示すように、導電パターン２が多層構造になっている場合は、ダイシングなどにより半導体チップとして分断されるときの中心（図中、スクライブセンターと記載）から半導体チップの端部（図中、チップ端と記載）までの範囲Ｌ１に塗布されたフォトレジスト３は厚くなる。このため、フォトレジスト３の内部で発生するガスの量が増加し、そのガスにより、図７（ｂ）において符号３ｂで示すように、フォトレジスト３が膨張し、フォトマスク４によってマスクされている部分のフォトレジスト３の端部が持ち上がってしまう。また、フォトレジスト中に発生したガスが、フォトマスク４によってマスクされている部分のフォトレジスト３にまで侵入してしまう。そして、その状態で現像を行うと、図７（ｃ）において符号３ａで示すように、端部が持ち上がったり、気泡が侵入した部分のフォトレジスト３の形状がいびつになってしまい、導電パターン２の形状異常が発生してしまうという問題が生じた。なお、Ｐ．Ｅ．Ｂ工程におけるフォトレジスト３の加熱温度を下げることにより上記問題を解決することも考えられるが、線幅制御性の確保というＰ．Ｅ．Ｂ処理本来の機能を発揮できなくなる。
【０００５】
そこでこの発明は、ＰＥＢ工程を行う前にフォトレジスト内のガスを抜くことにより、ガスによる被エッチング物の形状異常の発生を抑制し、かつ、ＰＥＢ工程による線幅制御性を確保することができる半導体装置の製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板上に設けられた被エッチング物上にフォトレジストを形成するフォトレジスト形成工程と、前記被エッチング物上に形成されたフォトレジストに、所定のパターンが描かれたフォトマスクを介して光を照射して露光する露光工程と、露光されたフォトレジストを現像する現像工程とを有する半導体装置の製造方法において、前記露光が行われたフォトレジストを、フォトレジストが硬化する温度よりも低い温度で加熱することにより、フォトレジスト中に含まれる少なくとも溶剤から発生したガスを抜く第１の加熱工程と、前記ガスが抜かれたフォトレジストを加熱して硬化させる第２の加熱工程と、を前記露光工程と前記現像工程との間に行うという技術的手段を用いる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１の加熱工程は、前記露光が行われたフォトレジストを、フォトレジストが硬化する温度よりも低い温度であって前記ガスを抜くことができる温度に所定時間保つという技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記デガス工程は、前記露光が行われたフォトレジストの温度が、前記硬化する温度よりも低い温度から前記硬化する温度に段階的に達するようにフォトレジストを加熱することにより、前記ガスを抜くという技術的手段を用いる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記デガス工程は、前記露光が行われたフォトレジストの温度が、前記硬化する温度よりも低い温度から前記硬化する温度に一定の勾配で上昇するようにフォトレジストを加熱することにより、前記ガスを抜くという技術的手段を用いる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、露光工程と現像工程との間に行う第１の加熱工程において、露光が行われたフォトレジストを、フォトレジストが硬化する温度よりも低い温度で加熱することにより、フォトレジスト中に含まれる少なくとも溶剤から発生したガスを、フォトレジストが硬化する前に抜くことができる。
従って、フォトレジスト中に発生したガスによってフォトレジストが膨張したり、そのガスが、マスクされたフォトレジスト内に侵入たりすることがなくなるため、現像されたフォトレジストの形状がいびつになってしまい、被エッチング物の形状異常が発生してしまうおそれがない。
また、上記第１の加熱工程を実行した後、現像工程を実行する前に、第２の加熱工程において、ガスが抜かれたフォトレジストを加熱して硬化させることにより、被エッチング物の線幅制御性を高めることができる。
【００１１】
また、上記第１の加熱工程は、請求項２に係る発明のように、露光が行われたフォトレジストを、フォトレジストが硬化する温度よりも低い温度であってガスを抜くことができる温度に所定時間保つことにより実現することができ、このような第１の加熱工程を実行した場合も上記請求項１に係る発明の効果と同じ効果を奏することができる。
【００１２】
また、上記第１の加熱工程は、請求項３に係る発明のように、露光が行われたフォトレジストの温度が、硬化する温度よりも低い温度から硬化する温度に段階的に達するようにフォトレジストを加熱することによりガスを抜くことにより実現することができ、このような第１の加熱工程を実行した場合も上記請求項１に係る発明の効果と同じ効果を奏することができる。
【００１３】
さらに、上記第１の加熱工程は、請求項４に係る発明のように、露光が行われたフォトレジストの温度が、硬化する温度よりも低い温度から硬化する温度に一定の勾配で上昇するようにフォトレジストを加熱することによりガスを抜くことにより実現することができ、このような第１の加熱工程を実行した場合も上記請求項１に係る発明の効果と同じ効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
この発明の第１実施形態について図１および図２（ａ）を参照して説明する。図１は、この実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程と、従来の半導体装置の製造方法の工程とを対比させて示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）は、この実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を示す説明図である。図２（ａ）は、半導体基板の温度上昇特性を示すグラフである。なお、図７に示した従来の製造方法と同じ工程については説明を省略し、同じ構成については同じ符号を用いる。
【００１５】
（図１（ａ）に示す工程）
フォトレジスト３の塗布（レジスト塗布）と、プリベーク（露光前加熱）と、露光とを行う。
（図１（ｂ）に示す工程（以下、デガス工程という）、ｓｔｅｐ１）
ＰＥＢ室５には、ヒータプレート７が備えられており、そのヒータプレート７には、図示しない制御装置により昇降可能なピン６が備えられている。ピン６は複数本備えられており、各ピン６の上に半導体基板１を載置可能になっている。
半導体基板１を上昇した各ピン６の上に載置し（図２（ａ）の時間ｔ１）、所定時間放置する。図２（ａ）に示すように、半導体基板１の温度は、上昇した各ピン６の上に載置される前は室温（図中ＲＴと表示）であり、各ピン６の上に載置されると、下方に置かれたヒータプレート７からの放熱により加熱され、時間ｔ２になったときに温度ＷＴ１に達する。この温度ＷＴ１は、フォトレジスト３が硬化を開始する温度（以下、硬化温度という）の１１０゜Ｃよりも低く、且つ、フォトレジスト３に含まれている溶剤などから発生するガスを抜くことができる温度である。この実施形態では、温度ＷＴ１は、４０〜４３゜Ｃである。また、半導体基板１の裏面とヒータプレート７の表面との距離は、約２０ｍｍである。
【００１６】
そして、半導体基板１の温度がＷＴ１に達した状態でｔａ時間放置する。このｔａ時間は、フォトレジスト３の内部から発生するガスを十分に抜くことができる時間であり、フォトレジスト３の厚さＤ１によって変化する。この実施形態では、範囲Ｌ１におけるフォトレジスト３の厚さＤ１は約５μｍであり、ｔａ＝５０〜１５０秒である。
このように、半導体基板１を硬化温度よりも低い温度ＷＴ１に加熱し、その温度ＷＴ１を保った状態でｔａ時間放置することにより、フォトレジスト３内の溶剤などから発生したガスを、フォトレジスト３が硬化する前に十分に抜くことができる。
【００１７】
（図１（ｃ）に示す工程（ＰＥＢ工程）、ｓｔｅｐ２）
次に、各ピン６を下降させ、半導体基板１をヒータプレート７の上に載置し、ＰＥＢ工程を実行する。半導体基板１は、ヒータプレート７の上に載置されると（図２（ａ）の時間ｔ３）、短時間で硬化温度１１０゜Ｃに上昇する（時間ｔ４）。そして、半導体基板１を硬化温度でｔｂ時間加熱する。この実施形態では、ｔｂ＝５秒以上である。このＰＥＢ工程を実行することにより、フォトレジスト３に含まれる溶剤が蒸発するとともに、フォトレジスト３に含まれる反応剤および感光剤の熱拡散により、フォトレジストパターンの露光された部分の側面における反応剤および感光剤の垂直方向への分布が良好となるため、上記側面の凹凸が改善され、露光時の定在波の干渉による影響が抑制されるので、フォトレジストパターンの線幅制御性を確保することができる。
（図１（ｄ）、（ｅ）に示す工程）
次に、現像を行い、ポストベークを行う。そして、図示しないが、エッチングおよび洗浄を行う。
【００１８】
（実験結果）
次に、本願発明者らが行った実験結果について図３および図４を参照して説明する。
図３は、放置時間ｔａおよびＰＥＢ時間（ＰＥＢ処理時間）に対するフォトレジストパターンの異常の有無および線幅安定性の良否を示すグラフである。図４は、放置時間ｔａおよびＰＥＢ時間に対して安定したフォトレジストの線幅を示すグラフである。なお、この実験で用いた半導体基板に塗布されたフォトレジストの厚さは、範囲Ｌ１（図１（ａ））において約５μｍである。
まず、放置時間ｔａおよびＰＥＢ時間ｔｂをそれぞれ変化させた場合のフォトレジストパターンの異常の有無および線幅安定性について実験した。その結果、図３に示すように、放置時間ｔａが５０秒であり、ＰＥＢ時間ｔｂが１０秒であった場合は、フォトレジストパターンは正常であり、且つ、線幅安定性は良好であった。また、放置時間ｔａが１５０秒の場合は、ＰＥＢ時間ｔｂが５秒、１０秒、１５秒および２５秒のいずれの時間であっても、フォトレジストパターンは正常であり、且つ、線幅安定性は良好であった。
また、図４に示すように、放置時間ｔａおよびＰＥＢ時間ｔｂを上記の組合せで変化させた場合のフォトレジストパターンの制御可能な線幅は、約１．７μｍであり、２．０μｍ以下の線幅を確実に保つことができた。
つまり、フォトレジストの厚さが約５μｍの場合は、デガス工程（ｓｔｅｐ１）における放置時間ｔａを５０秒以上に設定し、ＰＥＢ工程（ｓｔｅｐ２）におけるＰＥＢ時間ｔｂを５秒以上に設定することにより、フォトレジストパターンの線幅を安定して２μｍ以下にすることができることが分かった。
【００１９】
［第１実施形態の効果］
以上のように、上記第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いれば、ＰＥＢ工程を行う前にデガス工程を行うことにより、フォトレジスト３に含まれる少なくとも溶剤から発生したガスを、フォトレジスト３が硬化する前に抜くことができる。
従って、フォトレジスト３の中で発生したガスによりフォトレジスト３が膨張したり、そのガスが、マスクされたフォトレジスト３内に侵入したりすることがなくなるため、現像されたときのフォトレジスト３の形状が変化してしまい、導電パターンの形状異常が発生してしまうおそれがない。
また、ＰＥＢ工程を実行することにより、露光時の定在波の干渉による影響を受け難くすることができるため、導電パターンの線幅制御性を良好に保つことができる。
【００２０】
＜第２実施形態＞
次に、この発明の第２実施形態について図２（ｂ）および図５を参照して説明する。図２（ｂ）は半導体基板の温度上昇特性を示すグラフである。図５（ａ）〜（ｅ）は、この実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を示す説明図である。この実施形態は、デガス工程およびＰＥＢ工程をそれぞれ別個のＰＥＢ室で行うことを特徴とする。なお、第１実施形態と同じ工程については説明を省略する。
露光工程を終了した半導体基板１をＰＥＢ：Ａ室に設けられたヒータプレート８の上に載置する。そして、図示しない制御装置によってヒータプレート８の温度を複数段階に制御する。この実施形態では、図２（ｂ）に示すように、時間ｔ１からｔ２までの第１段階で温度ＷＴ１まで加熱した後時間ｔ３まで同じ温度ＷＴ１を維持する。半導体基板１の温度がＷＴ１に達すると、フォトレジスト３の内部で発生したガスが抜け始める（デガス工程）。そして、時間ｔ３からｔ４までの第２段階で温度ＷＴ１よりも高い温度に加熱した後時間ｔ５まで同じ温度を維持し、時間ｔ５からｔ６までの第３段階でさらに加熱した後時間ｔ７まで同じ温度を維持する。このように、半導体基板１の温度を計３段階で上昇させることにより、フォトレジスト３の内部で発生したガスを抜くことができる。
そして半導体基板１をＰＥＢ：Ｂ室に設けられたヒータプレート９の上に載置し、１１０゜Ｃにｔｂ時間加熱する（ＰＥＢ工程）。
以上のように、第２実施形態では、デガス工程における半導体基板１の温度上昇が段階的に行われる以外は、第１実施形態と同じ工程を有するため、第２実施形態によっても第１実施形態と同じ効果を奏することができる。なお、温度を上昇させる段階は、２段階でも４段階以上でもよい。
【００２１】
＜第３実施形態＞
次に、この発明の第３実施形態について図２（ｃ）および図６を参照して説明する。図２（ｃ）は半導体基板の温度上昇特性を示すグラフである。図６（ａ）〜（ｅ）は、この実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を示す説明図である。この実施形態は、デガス工程およびＰＥＢ工程をそれぞれ２つのヒータプレートを用いて行うことを特徴とする。なお、第１実施形態と同じ工程については説明を省略する。
図６（ｂ）に示すように、ＰＥＢ室５の底部には、ヒータプレート９が配置されており、そのヒータプレート９と対向する上方には、ヒータプレート８が配置されている。ヒータプレート９には、図示しない制御装置により昇降制御される複数のピン６が配置されている。ヒータプレート８，９の発熱温度はそれぞれ異なる温度に設定されており、この実施形態では、ヒータプレート８は、４０〜９０゜Ｃであり、ヒータプレート９は１１０゜Ｃである。
【００２２】
露光工程を終了した半導体基板１を下降している各ピン６の上に載置し、各ピン６を上昇させ、半導体基板１の表面をヒータプレート８の表面（下面）から所定距離に近づけ、半導体基板１の加熱を開始する（時間ｔ１）。これにより、半導体基板１の温度は室温ＲＴから次第に上昇し、温度ＷＴ１を超え、加熱開始から所定時間経過後に９０゜Ｃに達する。温度ＷＴ１を超えてからは、フォトレジスト３の内部に発生したガスが抜かれ始める（デガス工程）。そして、半導体基板１の温度が９０゜Ｃに達したときに各ピン６を下降させ、半導体基板１をヒータプレート９の上に載置し、１１０゜Ｃでｔｂ時間加熱する（ＰＥＢ工程）。
以上のように、第３実施形態では、デガス工程における半導体基板１の温度が一定の勾配で上昇する以外は、第１実施形態と同じ工程を有するため、第３実施形態によっても第１実施形態と同じ効果を奏することができる。なお、半導体基板１の温度上昇の勾配は、ヒータプレート８，９の発熱温度、または、各ピン６を上昇させたときの半導体基板１とヒータプレート８またはヒータプレート９との距離などを調整することにより変化させることができる。
【００２３】
（各請求項と各実施形態との対応関係）
デガス工程が請求項１ないし４に記載の第１の加熱工程に対応し、ＰＥＢ工程が第２の加熱工程に対応する。また、導電パターンが被エッチング物に対応する。そして、第１実施形態のデガス工程が請求項２に記載の第１の加熱工程に、第２実施形態のデガス工程が請求項３に記載の第１の加熱工程に、第３実施形態のデガス工程が請求項４に記載の第１の加熱工程にそれぞれ対応する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程と、従来の半導体装置の製造方法の工程と対比させて示す説明図である。（ａ）〜（ｅ）は、この実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を示す説明図である。
【図２】図２（ａ）は、第１実施形態における半導体基板の温度上昇特性を示すグラフであり、図２（ｂ）は、第２実施形態における半導体基板の温度上昇特性を示すグラフであり、図２（ｃ）は、第３実施形態における半導体基板の温度上昇特性を示すグラフである。
【図３】放置時間ｔａおよびＰＥＢ時間（ＰＥＢ処理時間）に対するフォトレジストパターンの異常の有無および線幅安定性の良否を示すグラフである。
【図４】放置時間ｔａおよびＰＥＢ時間に対して安定したフォトレジストの線幅を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｅ）は、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程を示す説明図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、従来の製造方法の工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１・・半導体基板、２・・導電パターン、３・・フォトレジスト、４・・フォトマスク、５・・ＰＥＢ室、６・・ピン、７，８，９・・ヒータプレート、ｔａ・・放置時間、ｔｂ・・ＰＥＢ時間。
【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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