(57)【要約】【課題】フォトリソグラフィで安定かつ再現性良くパターン形成を行う方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】半導体基板１あるいは被加工膜２を強制的に酸化させて十分な膜厚の酸化膜３を形成させた。その後、反射防止膜を塗布し、レジスト膜を塗布した後に紫外線による露光を行い、その後アルカリ水溶液を用いて現像することによりパターン形成をする。酸化膜を形成することにより、安定に微細なパターンを形成することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜の表面を強制的に酸化して酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を形成した後に露光してパターンを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記被加工膜として、ＳｉＮ膜またはＴｉＮ膜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３】
前記酸化膜を、酸素プラズマを照射することで形成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４】
前記酸化膜を熱酸化で形成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５】
前記酸化膜をホットプレート上で加熱することによって形成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方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の作製においてフォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成を作製する際に使用する微細パターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子の製造においては紫外線を用いたフォトリソグラフィ技術によってパターン形成が行われている。近年の素子の微細化、高集積化に伴い、このフォトリソグラフィ技術において使用している露光装置の投影レンズの高開口率化、短波長光源の使用等が進められているが、それによって、焦点深度が浅くなる等の欠点がある。特に、露光光源の波長を短くすることにより、基板からの反射が大きくなり、また、露光光のレジスト膜中での定在波の影響が大きくなりパターン寸法の変動が大きくなる。
【０００３】
特に露光光に対する基板の反射率はパターン寸法に大きく影響を与え、微細パターンの形成においては反射防止膜を使用し反射光のバラツキの低減を試みている。
【０００４】
次に、従来のパターン形成を行う際のレジストプロセスを図３に示す。半導体基板１上あるいは半導体基板上の被加工膜２上にレジスト４を塗布する。このレジスト膜４上から紫外線５による露光を行う（図３（ｂ））。このレジストを、アルカリ水溶液を用いて現像を行い、レジストパターン４Ｐを得る（図３（ｃ））。次にこれらのレジストパターンをマスクとして被加工膜２あるいは半導体基板１のドライエッチングを行い、パターンの転写を行う。
【０００５】
同様に反射防止膜を使用した際のレジストプロセスを図４に示す。半導体基板１上あるいは半導体基板上の被加工膜２上に反射防止膜６を塗布し、更にその上にレジスト膜４を塗布する。このレジスト膜４上から紫外線５による露光を行う（図４（ｂ））。このレジストを、アルカリ水溶液を用いて現像を行い、レジストパターン４Ｐを得る（図４（ｃ））。次にこれらのレジストパターンをマスクとして反射防止膜６のドライエッチングを行い、パターンの転写を行う。更にレジストパターン４Ｐとパターンを転写された反射防止膜６Ｐをマスクに用いて被加工膜２あるいは半導体基板１のドライエッチングを行い、パターンの転写を行う（図４（ｄ））。
【０００６】
しかし、これらの処理を行う際には複数枚の半導体ウェハを同時に処理するが、表面状態に違いが生じると、反射率に違いが生じ、同一の露光量で露光するとパターン寸法がばらつくという問題が発生する。
【０００７】
一方、図５に示すように例えばレジスト４Ｐを酸素ガス７によりアッシングする等してレジストを除去し、ウェハを再生する方法（以下、ウェハ再生処理という）が知られている。再生したウェハは再生前と同様のプロセスを用いてパターン形成を行うが、再生処理の際に酸素ガス７にてアッシングを行っているため表面状態が変化している。通常通りに処理したウェハと等しい寸法を形成するには露光量を変化させて露光処理を行わねばならず、同一条件の下では安定した生産を行うことができないといった致命的な問題が発生している。さらにこの現象は、レジスト再生処理条件に起因するだけでなく下地基板形成後の放置時間にも依存するため、従来方法での微細パターンの安定形成は非常に困難であった。
【０００８】
また、従来の方法の一つとして特許文献１にて公開されている微細パターンの形成方法があるが、反射防止膜にＴｉ膜あるいはＴｉＮ膜の金属膜を使用しなければならず、有機の反射防止膜などを使用できないために工程数の増加と設備の増加が必要であり生産性に問題点があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−２６８７４２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の方法ではウェハによる表面状態の違いによりパターン寸法のバラツキが抑えられない。
【００１１】
反射防止膜を使用して表面状態の違いを抑え反射率を抑える方法を用いることが可能であるが、パターン形成がうまくいかなかった場合にアッシング処理による再生を行わなければならない。アッシング処理を行った際には表面状態が酸化されてしまうため、下地基板の膜質が変化する。このため、下地基板の反射率が変化してしまい再生していないウェハと再生したウェハで最適な露光量が変化することが原因で安定してパターン形成を行うことは非常に困難である。
【００１２】
本発明者らは、これらの課題を解決するために、フォトリソグラフィにおける基板からの反射の影響を安定させ、再現性良くパターン形成を行う方法を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜の表面を強制的に酸化して酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を形成した後に露光してパターンを形成する工程とを有するものである。
【００１４】
この構成により、強制的に酸化膜を形成して、半導体基板に対し後に行う露光工程の際に被加工膜の膜厚バラツキを低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に本発明における微細パターンの形成方法を示す。半導体基板１あるいは半導体基板上の被加工膜２にアッシングすなわち酸素プラズマを照射することで最表面に強制的に酸化膜３を形成する（図１（ｂ））。表面に薄い酸化膜３を形成した後に、レジスト膜４を塗布し、このレジスト膜４上から紫外線５による露光を行う（図１（ｃ））。このレジストを、アルカリ水溶液を用いて現像を行い、レジストパターン４Ｐを得る。次にこれらのレジストパターンをマスクとして酸化膜３や被加工膜２あるいは半導体基板１のドライエッチングを行い、パターンの転写を行う（図１（ｄ））。
【００１７】
同様に図２に反射防止膜を使用した場合での本発明における微細パターンの形成方法を示す。半導体基板１あるいは半導体基板上の被加工膜２にアッシングによって最表面に強制的に酸化膜３を作製する（図２（ｂ））。表面に薄い酸化膜を形成した後に、反射防止膜６を塗布し更にその上にレジスト膜４の塗布を行い、紫外線５による露光を行う（図２（ｃ））。このレジストを、アルカリ水溶液を用いて現像を行い、レジストパターン４Ｐを得る（図２（ｄ））。次にこれらのレジストパターンをマスクとして反射防止膜６のエッチングを行い、更にレジストパターン４Ｐと転写された反射防止膜６Ｐをマスクとして酸化膜３と被加工膜２あるいは半導体基板１のドライエッチングを行い、パターンの転写を行う（図２（ｅ））。
【００１８】
次に本発明による酸化処理による安定なパターン形成方法の原理について説明する。半導体基板あるいは半導体基板上の被加工膜の表面を強制的に酸化させることによって表面に薄い酸化膜を形成する。表面に酸化膜が存在するため、大気中の酸素による酸化が行われにくくなり、表面状態が均一であるため反射率も安定し、パターン寸法のバラツキが小さくなる。
【００１９】
また、パターン不良が発生した際に再生処理を行うと通常では表面が酸化されるが、表面が一度酸化処理されており、更に酸化されることは難しいため表面状態は安定している。そのため最適な露光量は安定しており、正確にパターン形成を行うことができる。
【００２０】
実際のウェハについて、反射防止膜を塗布した後にレジスト膜を塗布し露光を行い、パターン形成を行った。その際の露光量による寸法の変化を図６に示す。ここで用いたウェハは、ＧａＡｓ基板上にＳｉＮ膜を２００ｎｍ堆積したウェハについて堆積したＳｉＮ膜の状態が、ＳｉＮ堆積直後の状態のウェハ（図６においてＳｉＮ膜堆積直後、記号×、実線Ａ）、強制的に酸化膜を形成したウェハ（図６においてアッシング処理、記号▲、一点鎖線Ｂ）、ＳｉＮ堆積後に５日間放置しておいたウェハ（図６においてＳｉＮ堆積後５日、記号△、破線Ｃ）、ＳｉＮ堆積後に強制的に酸化膜を形成した後に５日間放置しておいたウェハ（図６においてアッシング処理（５日後）、記号▼、一点鎖線Ｄ）、ＳｉＮ堆積後にウェハ再生処理を１回、２回、３回行ったウェハ（図６においてそれぞれ再生処理、２回再生処理、３回再生処理、記号はそれぞれ□、○、◇、破線Ｅ、Ｆ、Ｇ）、ＳｉＮ堆積後に強制的に酸化膜を形成した後にウェハ再生処理したウェハ（図６においてアッシング処理（再生）、記号●、一点鎖線Ｈ）の８種類である。
【００２１】
図６を参照すると、アッシングにより強制的に酸化膜を形成したウェハ・強制的に酸化膜を形成した後に数日間放置しておいたウェハ・再生処理を行ったウェハ・強制的に酸化膜を形成した後に再生処理したウェハの露光量とパターン寸法の関係は非常に良く一致しており最適な露光量も一致している。これはアッシングによる強制的な酸化処理により、十分な膜厚の酸化膜が形成されたため、下地基板が安定しており最適な露光量が同じであったためである。一方でＳｉＮ堆積直後の状態のウェハでは最適な露光量が、前記の強制的に酸化膜を形成したウェハ・強制的に酸化膜を形成した後に５日間放置しておいたウェハ、再生処理を行ったウェハ、強制的に酸化膜を形成した後に再生処理したウェハとは大きく違っている。また、酸化処理を行わず５日間放置しておいたウェハにおいても同様に最適な露光量は前記のアッシングにより強制的に酸化膜を形成したウェハ、強制的に酸化膜を形成した後に５日間放置しておいたウェハ、再生処理を行ったウェハ、強制的に酸化膜を形成した後に再生処理したウェハとは違っている。また、酸化処理を行わず５日間放置しておいたウェハの最適な露光量はＳｉＮ堆積直後の状態におけるウェハの最適な露光量から強制的に酸化膜を形成したウェハの最適な露光量の方にシフトしている。これは、堆積したＳｉＮ膜の表面が大気中の酸素と反応し、自然酸化膜の形成が進んだためである。
【００２２】
また、酸化処理を行ったウェハについて表面の膜構造について解析を行ったところ、最表面に２．５ｎｍの酸化膜層が形成されていた。酸化処理を行ったウェハを十分に時間が経過した後に表面の膜構造について解析を行ったところ、最表面の酸化膜層の膜厚は２．５ｎｍであり酸化処理により安定した酸化膜が表面に形成されていることを確認した。
【００２３】
以上のように本発明を用いて表面を強制的に酸化させることにより、表面状態が安定し反射率が一定となり、安定かつ正確にパターン形成を行うことが出来る。
【００２４】
なお、上記実施の形態において被加工膜としてＳｉＮ膜以外にＴｉＮ膜を用いても同様な効果が得られる。
【００２５】
また、強制的に酸化膜を形成する工程としてアッシングだけでなく、例えば熱酸化、具体的には水蒸気雰囲気や酸素雰囲気、酸素を含む気体中での基板の加熱による酸化を行ってよい。ここで、基板の加熱方法として、例えばホットプレート上での加熱を用いれば、簡便に酸化膜を形成することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大気中の酸素による酸化による表面状態の変動を抑制することができる。紫外線に対する反射率を安定させることで、パターン寸法のバラツキを抑制し、かつ再生処理時などの再現性を良くすることができる。
【００２７】
本発明を用いることによって、安定して、高解像度な微細レジストパターンを形成することができ、超高周波デバイスや超高密度集積回路の安定した製造を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における微細パターン形成方法の工程断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態における微細パターン形成方法の工程断面図
【図３】従来の微細パターン形成方法の工程断面図
【図４】従来の反射防止膜を用いた場合における微細パターン形成方法の工程断面図
【図５】従来の反射防止膜を用いた場合のアッシング処理による再生方法の工程断面図
【図６】従来の場合と本発明の場合とにおける露光量によるパターン寸法依存性の測定結果を比較した図
【符号の説明】
１  半導体基板
２  被加工膜
３  酸化膜
４Ｐ  レジストパターン
５  紫外線
【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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