(57)【要約】【課題】本発明は、レジストパターンを、所望の寸法分布に制御できる半導体装置の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】被処理基板２をベーク処理するチャンバー１０と、チャンバー１０の内面に設けられた複数のガス供給口１２と、複数のガス供給口１２のそれぞれに、湿度が異なる不活性ガスを供給可能な湿度制御部１４と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置を提供する。さらに、複数のガス供給口１２は、チャンバー１０内に載置される被処理基板２の表面に対向する位置に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板をベーク処理するチャンバーと、
前記チャンバーの内面に設けられた複数のガス供給口と、
前記複数のガス供給口のそれぞれに、湿度が異なる不活性ガスを供給可能な湿度制御部と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記複数のガス供給口は、前記チャンバー内に載置される前記被処理基板の表面に対向する位置に設けられて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装置。
【請求項３】
前記チャンバーの内面に設けられた複数のガス排出口であって、前記複数のガス排出口のそれぞれは前記複数のガス供給口のそれぞれの近傍に設けられた複数のガス排出口と、
前記チャンバー内のガスを前記複数のガス排出口から強制的に排出する排出手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記湿度制御部は、前記複数のガス供給口のそれぞれに供給する前記不活性ガスの湿度を、独立して制御する複数の制御ユニットを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記制御ユニットは、
前記被処理基板の表面に供給される前記不活性ガスの湿度の最高値よりも高い湿度の不活性ガスを供給する第１の配管と、
前記被処理基板の表面に供給される前記不活性ガスの湿度の最低値よりも低い湿度の不活性ガスを供給する第２の配管と、
を有し、
前記第１の配管から供給される不活性ガスと、前記第２の配管から供給される不活性ガスと、の混合比を制御することにより、所定の湿度の不活性ガスを供給することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
フォトレジスト膜が形成された被処理基板の複数の表面領域のそれぞれに、湿度が異なる不活性ガスを供給することにより、前記複数の表面領域を、それぞれ異なる湿度雰囲気下でベーク処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記フォトレジスト膜を、前記ベーク処理前に露光することを特徴とする請求項６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】
本発明は、半導体装置の製造装置および製造方法に関し、特にベーク処理に係る製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、ベーク処理すなわちウェーハなどの被処理体を加熱する処理が実施される。例えば、形状加工の方法であるフォトリソグラフィにおいて、ウェーハにフォトレジストを塗布し、露光処理の前にベーク処理が実施される。
【０００３】
また、レジスト膜の膜質調整を目的として露光後に実施されるベーク処理、所謂Post Exposure Bake（ＰＥＢ）は、レジストパターンの寸法精度を決定付ける工程の１つでもある。例えば、特許文献１には、露光後のポストベーキング温度を補正して、レジストパターンの高精度な線幅制御を可能とするレジスト塗布現像装置が開示されている。
【０００４】
さらに、ＰＥＢを施す際に、複数のヒータブロックを配置してシリコン基板面内のベーク温度を変え、現像後のレジストパターンの寸法分布を補正するＰＥＢ温度補正技術も用いられてきた。しかしながら、ＰＥＢ温度補正では、補正できる寸法が、例えば、２．５ｎｍ〜３．０ｎｍと、数ｎｍの範囲に限られ、十分な補正を行うことができない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２７５７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、レジストパターンの寸法を所望の分布に制御して、寸法精度を向上させる半導体装置の製造装置および製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、被処理基板をベーク処理するチャンバーと、チャンバーの内面に設けられた複数のガス供給口と、複数のガス供給口のそれぞれに、湿度が異なる不活性ガスを供給可能な湿度制御部と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の別の一態様によれば、フォトレジスト膜が形成された被処理基板の複数の表面領域のそれぞれに、湿度が異なる不活性ガスを供給することにより、複数の表面領域を、それぞれ異なる湿度雰囲気下でベーク処理することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、レジストパターンの寸法を所望の分布に制御して、寸法精度を向上させる半導体装置の製造装置および製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】一実施形態に係る半導体製造装置の主要部分の構成を示す模式図である。
【図３】一実施形態に係るフォトレジストの特性を示す説明図である。
【図４】一実施形態に係る半導体製造装置の機能を示す説明図である。
【図５】一実施形態に係る半導体製造装置の動作を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る半導体製造装置は、半導体基板をベークするベーク処理装置１である。
ベーク処理装置１は、被処理基板２をベーク処理するチャンバー１０と、チャンバー１０の内面に設けられた複数のガス供給口１２と、複数のガス供給口１２のそれぞれに湿度が異なる不活性ガスを供給する湿度制御部１４と、を備えている。
【００１３】
チャンバー１０は、チャンバーカバー３と、チャンバーベース４と、を有し、チャンバーカバー３の内面には、複数のガス供給口１２が設けられている。ガス供給口１２には、ガス供給管１３が接続されており、湿度制御部１４において湿度が制御された不活性ガス、例えば、空気（エアー）または窒素が、ガス供給管１３を介してチャンバー１０内に導入される構成となっている。
【００１４】
チャンバーベース４には、ベークヒータ５と、支持ピン６と、が設けられている。ベークヒータ５は、被処理基板２を所望の温度に加熱する。支持ピン６は、図１中の上下方向に可動に設けられており、被処理基板２の搬入、搬出の際に上昇し、また、被処理基板２を加熱する際に、下降してベークヒータ５に接触させる。
【００１５】
さらに、湿度制御部１４は、複数の制御ユニット１５を有している。各制御ユニット１５は、不活性ガスの湿度を、ユニット毎に独立して制御し、ガス供給管１３を介して接続されたガス供給口１２に供給する。これにより、不活性ガスの湿度を、ガス供給口１２毎に変えて、チャンバー１０に導入することが可能となる。
【００１６】
一方、図１中に示すように、複数のガス供給口１２は、チャンバー１０内に載置される被処理基板２の表面に対向する位置に設けられている。したがって、チャンバー１０に導入される不活性ガスは、それぞれのガス供給口１２に対向する被処理基板２の表面領域に吹き付けられることになる。その結果、各ガス供給口１２から供給される不活性ガスの湿度を変えることにより、被処理基板２の複数の表面領域ごとに湿度雰囲気を変えてベーク処理することが可能となる。
【００１７】
図２は、本実施形態に係るベーク処理装置１の主要部分の構成を示す模式図である。
図２（ａ）は、チャンバーカバー３の内面に設けられたガス供給口１２の配置例を示す模式図である。本実施形態に係るベーク処理装置１のチャンバー１０は、略円筒状の外形をしており、図２（ａ）に示すように、チャンバーカバー３の内面は円形となる。ガス供給口１２は、図２（ａ）中の水平および垂直方向に沿って十字状に配置されている。また、ガス供給口１２の数を増やして、より密に配置することもできる。例えば、図２（ａ）に示す配置に加えて、水平から４５°傾いた斜め方向に沿ってガス供給口１２を設けることにより、チャンバー１０内の湿度分布を、さらに精度良く制御することもできる。
【００１８】
図２（ｂ）は、制御ユニット１５の構成を示すブロック図である。制御ユニット１５は、外部から制御ユニットへ不活性ガスを供給する第１の配管１７と、第２の配管１８と、を有する。さらに、第１の配管１７と、第２の配管１８は、流量制御器１６を介してガス供給管１３に接続されている。したがって、第１の配管１７および第２の配管１８からガス供給管１３に流れる不活性ガスの流量は、流量制御器１６によりそれぞれ制御することができる。これにより、第１の配管１７および第２の配管１８の不活性ガスの混合比を、任意に変えることができる。
【００１９】
第１の配管１７は、被処理基板２の表面に供給する不活性ガスの湿度最高値よりも高い湿度の不活性ガスを供給する。また、第２の配管１８は、被処理基板２の表面に供給する不活性ガスの湿度の最低値よりも低い湿度の不活性ガスを供給する。これにより、第１の配管１７から供給される不活性ガスと、第２の配管１８から供給される不活性ガスと、の混合比を、流量制御器１６により制御することにより、被処理基板２の表面に所定の湿度の不活性ガスを供給することが可能となる。
【００２０】
第１の配管１７から供給する不活性ガスには、例えば、エアコンディショナで湿度を５０％程度に制御したエアーを用いることができる。一方、第２の配管１８から供給する不活性ガスには、乾燥器を通したドライエアーを用いることができる。
【００２１】
また、流量制御器１６には、例えば、マスフローコントローラを使用することができる。流量制御器１６は、入口側と出口側との圧力差による配管内部の結露を防ぐために、出口配管にテープヒータを巻いて加熱できる構成とすることが望ましい。
【００２２】
図３は、被処理基板２の表面に塗布するフォトレジストの特性を示す説明図である。
図３（ａ）は、フォトレジストの特性を評価するために形成したレジストパターンを模式的に示している。また、図３（ｂ）および（ｃ）は、図３（ａ）中に示す、現像処理後のレジストパターンの幅Ｗと、ＰＥＢ処理時にチャンバーに供給される不活性ガスの湿度と、の関係を示している。なお、本実験に使用した不活性ガスはエアーであり、室温（２５℃）における相対湿度を示している。
【００２３】
例えば、図３（ｂ）に示すレジストＡの場合、供給される不活性ガスの湿度が高くなると、レジストパターンの幅Ｗは、減少している。変化率は、−１ｎｍ／％であり、湿度が１０％変化すると、Ｗが１０ｎｍ変化することがわかる。一方、図３（ｃ）に示すレジストＢの場合、不活性ガスの湿度が高くなると、レジストパターンの幅Ｗは増加し、湿度の１０％の変化に対し、Ｗが８ｎｍ変化することがわかる。
【００２４】
前述したＰＥＢ温度補正では、チャンバーベース４に設けられたベークヒータ５を、複数のブロックヒータで構成し、被処理基板２の面内でベーク温度を変化させることにより、レジストパターンの寸法補正を行う。しかし、基板面内におけるベーク温度の差を２．５〜３．０℃以上にすることが難しく、また、寸法変化の温度依存も１ｎｍ／℃と小さい。このため、ＰＥＢ温度補正により補正できる最大寸法は、２．５〜３．０ｎｍに限られてしまう。
【００２５】
これに対し、本実施形態に係るベーク処理装置１では、チャンバー１０に供給する不活性ガスの湿度差を約２０％とすれば、ＰＥＢ処理時の最大補正量は、レジストＡの場合、約２０ｎｍ、また、レジストＢの場合、約１６ｎｍとすることができる。すなわち、ＰＥＢ温度補正に比べて、一桁大きな寸法補正をすることができる。
【００２６】
また、図３（ｂ）および（ｃ）に示すように、レジストの種類が異なると、不活性ガスの湿度変化に対するレジストパターン幅Ｗの増減、および変化量も異なる。したがって、本実施形態に係るベーク処理装置１を使用する場合には、対象となるレジストについて、図３（ｂ）、（ｃ）に示すような特性データを予め取得し、所望の補正量が得られる湿度となるように、不活性ガスの混合比を設定する。
【００２７】
図４は、本実施形態に係るベーク処理装置１の機能を示す説明図である。
図４中に示すように、ベーク処理装置１のチャンバー１０は、ガス供給口１２の近傍に、複数のガス排出口１９を有する。また、ガス排出口には、チャンバー１０内のガスを排出するために、流量制御器２２を介して排出手段である排気ファン２３につながる配管が接続されている。さらに、ガス供給口１２からチャンバー１０内に導入される不活性ガスと、ガス排出口１９から排出される不活性ガスの流量を制御するために、ガスコントローラ２４が設けられている。
【００２８】
排気ファン２３は、チャンバー１０内のガスを強制的に排気し、流量制御器２２は、ガス排出口１９から排出される不活性ガスの流量を制御する。ガスコントローラ２４は、湿度制御部１４と、流量制御器２２と、に制御信号を送り、ガス供給口１２からチャンバー１０内に導入される不活性ガスの流量と、ガス排出口１９から排出される不活性ガスの流量のバランスを制御する。これにより、ガス供給口１２からチャンバー１０内に導入された不活性ガスを、近接するガス排出口１９から速やかに排出するように制御することができる。
【００２９】
この結果、図４（ａ）に示すように、それぞれのガス供給口１２から近接するガス排出口１９へと流れる不活性ガスの流路が形成され、湿度の異なる不活性ガスが互いに混ざることなく、所望の湿度分布を得ることができる。図４（ａ）に示す例では、チャンバー１０内に載置された被処理基板２の中心に、湿度５０％に相当する水分を含んだ不活性ガスが供給されている。一方、被処理基板２の周辺部には、湿度３０％に相当する水分を含んだ不活性ガスが供給されている。
【００３０】
図４（ｂ）は、被処理基板２の面内における不活性ガスの湿度分布を示している。この例では、被処理基板２の外周のＡ領域には、湿度３０％に相当する水分を含んだ不活性ガスが供給され、また、Ｂ領域には湿度３５％に相当する水分を含んだ不活性ガスが供給されている。中間領域であるＤ領域およびＥ領域には、それぞれ、湿度４０％および４５％に相当する水分を含んだ不活性ガスが供給されている。
【００３１】
すなわち、本実施形態に係るベーク処理装置１では、フォトレジスト膜が形成された被処理基板２の複数の表面領域に、例えば、５％単位で湿度を変化させた不活性ガスを供給し、複数の表面領域をそれぞれ異なる湿度雰囲気下でベークすることができる。これにより、現像後のレジストパターンに対して、各表面領域毎に異なる寸法補正を施すことが可能となる。また、各表面領域の境界において、湿度は連続的に変化するので、補正後のレジストパターンの寸法も連続的に変えることができる。
【００３２】
フォトリソグラフィで形成されるレジストパターンの寸法は、被処理基板２の反り、および、被処理基板２上に形成されたフォトレジスト膜の膜厚ばらつき、現像ばらつき、ベーク温度ばらつきなど、種々の要因で変動し、被処理基板の面内で所定の傾向を持った寸法分布が現れる場合がある。
【００３３】
例えば、図３（ｂ）に示したレジストＡを用いて形成したレジストパターンにおいて、被処理基板２の中心部分に比べて外周部の寸法が２０ｎｍ細くなる場合、中心部に供給する不活性ガスの湿度を５０％、中間部に供給する不活性ガスの湿度を４０％、さらに外周部に供給する不活性ガスの湿度を３０％とすれば、中心部と外周部との間で２０ｎｍの寸法補正が可能であり、被処理基板２の全面で均一な寸法のレジストパターンを得ることができる。
【００３４】
また、レジストパターンの詳細な分布を補正するために、例えば、図４中に示すように、不活性ガスの湿度を５％単位で細かく制御することもできる。これにより、均一度をさらに向上させることができる。
【００３５】
さらに、レジストパターンをマスクとして、被処理基板２の表面をプラズマエッチングするような場合、表面に転写されるエッチングパターンの寸法が、プラズマ密度の分布により、特定の分布となることがある。このような場合、エッチング後の寸法分布を予測し、予めレジストパターンに寸法分布を織り込んでおくことが有効となる。すなわち、不活性ガスの湿度の分布を制御することにより、レジストパターンが所定の寸法分布を有するように制御し、エッチングパターンを均一にすることができる。
【００３６】
図５は、本実施形態に係るベーク処理装置１の動作を模式的に示す断面図である。
図５（ａ）では、チャンバーカバー３が図示しない駆動機構により上昇し、支持ピン６は、上昇した状態に保持されている。ベークヒータ５は、所望の温度、例えば１００℃に昇温されている。また、ガス供給口１２からは、所定の湿度の不活性ガスが供給されている。
【００３７】
次に、図５（ｂ）に示すように、被処理基板２が、チャンバー１０内に搬入され、支持ピン６上に載置される。被処理基板２の搬入、載置は、図示しない搬送アームなどで行う。さらに、チャンバーカバー３が下降してチャンバー１０が閉じられる。この際、同時に支持ピン６が下降し、図５（ｃ）に示すように、被処理基板２の裏面が、ベークヒータ５に接触してベーク処理が開始される。
【００３８】
図５（ｃ）に示すベーク処理中は、複数のガス供給口１２から所定の湿度の不活性ガスが供給され、被処理基板２の複数の表面領域において、異なる湿度雰囲気でベークが行われる。
【００３９】
次に、図５（ｄ）に示すように、チャンバーカバー３が上昇すると共に、支持ピン６が上昇し、被処理基板２をベークヒータ５から分離する。この時点で、ベーク処理が終了する。すなわち、支持ピン６の下降、上昇により、ベーク処理の開始および終了が制御される。さらに、ベーク処理を完了した被処理基板２は、図示しない搬送アームなどで、チャンバー１０の外に搬出される。
【００４０】
図６は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフロー図である。ここでは、フォトリソグラフィの工程が示されている。
【００４１】
まず、最初のステップ（Ｓ１）として、被処理基板２の表面に所定のフォトレジストを塗布する。次に、被処理基板２をプリベークして、塗布されたフォトレジストから溶媒を放散させて固化し、フォトレジスト膜とする（Ｓ２）。プリベークは、例えば、８０℃から１２０℃の温度範囲で、それぞれのレジストに好適な条件で行う。
【００４２】
次に、所定の露光装置を用いて露光処理を行い、レジスト膜を感光させる（Ｓ３）。
【００４３】
次に、最初のポストベーク１を行う（Ｓ４）。所謂ＰＥＢ処理である。この際、図１に示すベーク処理装置１を使用し、被処理基板２の複数の表面領域毎に湿度雰囲気を変えてベーク処理を行う。
【００４４】
その後、現像処理（Ｓ５）を実施し、最後に、ポストベーク２（Ｓ６）を再度実行し、レジストパターンから溶媒を放散させて、フォトリソグラフィの工程を完了する。最後のステップ（Ｓ６）で実施されるポストベーク処理では、被処理基板２の表面領域の湿度雰囲気を変化させる必要はなく、乾燥した不活性ガス雰囲気中でベーク処理を行う。
【００４５】
（変形例）
図６のステップ２に示すプリベーク処理（Ｓ２）は、フォトレジスト膜の膜質を決定する重要な工程の１つである。このプリベーク処理においても、本実施形態に係るベーク処理装置１を用いると、フォトレジスト膜の膜質を被処理基板２の面内で分布させることが可能となる。すなわち、被処理基板２の複数の表面領域において、異なる湿度雰囲気でプリベーク処理することにより、フォトレジスト膜中に含まれる水分量を変化させることができる。
【００４６】
例えば、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）露光では、真空中で露光を実施するため、フォトレジスト中に含まれる水分量が、現像後のレジストパターンの形状および寸法を決定付ける重要な因子の１つとなる。したがって、現像後のレジストパターンの形状分布および寸法分布に対応させて、被処理基板２上に形成されたフォトレジスト膜の水分含有量を変化させれば、レジストパターンの均一性を向上させることができる。
【００４７】
具体的な実施方法としては、まず、図５（ａ）に示されている、チャンバーカバー３が上昇し、支持ピン６がアップした状態において、ベークヒータ５は、所望の温度、例えば１２０℃に設定される。また、ガス供給口１２から所望の湿度の不活性ガスが、７ｌ／分の流量で供給される。例えば、中心部のガス供給口１２からは、４０％の湿度に相当する水分を含んだ不活性ガスが供給され、外周部のガス供給口１２からは、５０％の湿度に相当する水分を含んだ不活性ガスが供給される。
【００４８】
次に、図５（ｂ）に示すように、被処理基板２が支持ピン６の上に載置される。その後、図５（ｃ）に示すように、チャンバーカバー３が下降してチャンバー１０が閉じられ、同時に、支持ピン６が下降しベーク処理が開始される。ガス供給口１２からは、それぞれ所望の湿度の不活性気体の供給が継続され、被処理基板２の中心部は、外周部より低い湿度雰囲気でベーク処理される。
【００４９】
その後、図５（ｄ）に示すようにチャンバーカバー３が上昇し、支持ピン６が上昇してベーク処理が終了する。
【００５０】
一般に、フォトレジスト中に水分が含まれていると、フォトレジストの成分のほとんどを占める溶媒が分解する。このため、溶媒の分解によってレジストパターンが形成されなくなったり、レジストパターンに欠陥が生じたりする場合がある。したがって、本実施形態に係るベーク処理装置を用いて、露光前のフォトレジスト膜中の水分量を制御することにより、フォトレジストが有する本来の欠陥性能を引き出すことが可能となる。
【００５１】
以上、本発明に係る一実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、出願時の技術水準に基づいて、当業者がなし得る設計変更や、材料の変更等、本発明と技術的思想を同じとする実施態様も本発明の技術的範囲に含有される。
【符号の説明】
【００５２】
１ ベーク処理装置
２ 被処理基板
１０ チャンバー
１２ ガス供給口
１４ 湿度制御部
１５ 制御ユニット
１７ 配管
１８ 配管
１９ ガス排出口
２３ 排気ファン
【図１】
2011066119.tif 000003
【図２】
2011066119.tif 000004
【図３】
2011066119.tif 000005
【図４】
2011066119.tif 000006
【図５】
2011066119.tif 000007
【図６】
2011066119.tif 000008