(57)【要約】【課題】リソグラフィー工程において、パターンの倒れなどの不具合の発生を抑制して、高アスペクト比を有するパターンを形成する方法、それに用いる加熱装置、そのパターンを用いた半導体装置、およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板１０の一方の面にパターン形成用膜を形成し、パターン形成用膜を所定のパターンで露光する。そして、露光されたパターン形成用膜を現像し、パターン形成用膜２２の膜厚が、現像後よりも厚くなるように、パターン形成用膜２２が形成された基板１０を加熱する。このとき、たとえば、現像工程と、加熱工程との間にパターンが形成された一方の面が下側を向くように基板１０を配置し、一方の面が下側を向いている状態で基板１０を加熱する。ここで、パターン形成用膜は、軟化して、重力により変形する。【選択図】図１
2004363427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面にパターン形成用膜を形成する工程と、
前記パターン形成用膜を所定のパターンで露光する工程と、
露光された前記パターン形成用膜を現像する工程と、
前記パターン形成用膜の膜厚が前記現像工程後よりも厚くなるように、前記パターン形成用膜が形成された前記基板を加熱する工程と
を有するパターン形成方法。
【請求項２】
前記現像工程と、前記加熱工程との間に、前記一方の面が下側に向くように前記基板を配置する工程と
をさらに有し、
前記加熱工程において、前記一方の面が下側を向いている状態で、前記パターン形成用膜が軟化して、重力により変形するように前記基板を加熱する
請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記加熱工程は、前記パターン形成用膜の頂部の位置を検出しながら行う
請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】
リソグラフィー工程により、基板にパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記パターンの形成工程として、
前記基板の一方の面にパターン形成用膜を形成する工程と、
前記パターン形成用膜を所定のパターンに露光する工程と、
露光された前記パターン形成用膜を現像する工程と、
前記パターン形成用膜の膜厚が前記現像工程後よりも厚くなるように、前記パターン形成用膜が形成された前記基板を加熱する工程と
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板の一方の面にパターン形成用膜を形成する工程と、前記パターン形成用膜を所定のパターンで露光する工程と、露光された前記パターン形成用膜を現像する工程と、前記パターン形成用膜の膜厚が前記現像工程後よりも厚くなるように、前記パターン形成用膜が形成された前記基板を加熱する工程とを含む工程によって形成されたパターンをマスクとして前記基板の一方の面が加工された
半導体装置。
【請求項６】
パターンが形成された一方の面が下側に向くように基板を配置する配置手段と、
前記基板を前記一方の面が下側を向いている状態に固定する保持手段と、
前記基板を加熱する加熱手段と
を有する加熱装置。
【請求項７】
前記一方の面に形成されたパターンの頂部を検出する検出手段とをさらに有する
請求項６記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン形成方法、加熱装置、半導体装置およびその製造方法に関し、詳しくは、厚い膜厚のレジストパターンを形成するパターン形成方法、加熱装置、半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、回路などを形成するために、リソグラフィー技術が用いられている。リソグラフィー工程は、通常、ガラス基板や半導体基板などの上面に、レジスト膜を形成し、露光および現像などの処理を施してレジストパターンを形成する工程を有する。
【０００３】
近年、ＬＳＩにおいて高集積化が進み、その結果、リソグラフィー工程おける加工線幅も微細化が進んでいる。リソグラフィー工程において、微細化のために、レジスト材料、反射防止膜材料といったプロセス材料、露光方法、露光装置、コーターデベロッパー手法、およびその装置などのあらゆる方面から開発が行われている。
【０００４】
一例として、微細化に有用な露光波長を用いる方法がある。つまり、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）などの遠紫外線や、Ｘ線、電子線を露光光源として用いる方法も提案されている。
【０００５】
一方、ＬＳＩの高集積化に伴い、低消費電力化、高処理化、および高分解能化が要求されている。このような高性能化に対応するため、導電率を変化させる添加物を高エネルギーで導入する工程などが必要とされる場合もある。その場合、添加物の導入を不要とする領域に、レジスト膜を所定のパターンで形成する。このとき、添加物導入のエネルギー量が高くなるに従い、パターンの遮蔽能力を高くする、つまりレジスト膜の膜厚を厚くする必要がある。
【０００６】
上記のような、従来の半導体装置の製造方法として、レジスト膜にホールパターンを形成し、熱処理によってホールパターンのホール寸法よりも小さい寸法のホールパターンを形成する際に、同時にホールパターンの周囲にダミーパターンを形成する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−５７０８４号公報  （第２−４頁、第１−２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の方法においては、高アスペクト比のパターン形成に限界がある。
一般に安定した量産を考えると、レジストパターンのアスペクト比は、３以下であることが望ましい。アスペクト比が３を越えると、単位面積当たりのレジストパターンの割合が小さいほど、たとえば、現像工程などにおいて、パターンの倒れ、剥がれが生じる。逆に、単位面積当たりのレジストパターンの割合が大きいほど、解像度が低下する。このようなパターンの倒れや剥がれ、解像度の低下、および現像不良などは、半導体装置の欠陥不良を引き起し、歩留りを低下させる。
【０００９】
また、添加物導入の際に、レジスト膜を厚くした場合、パターン寸法によってはアスペクト比が大きくなり、リソグラフィー工程において解像度の低下、パターンの倒れなど上記と同様な問題が生じる。
【００１０】
このような問題を解決するために、無機膜を用いたハードマスクプロセスやＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）およびＳｉを含有するレジストを用いた多層レジストプロセスなどの方法がある。しかし、これらの方法においては、使用する材料種および工程数が増加し、その結果、コストの上昇およびウェハー再生剥離工程の複雑化などが生じる可能性があった。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リソグラフィー工程において、パターンの倒れなどの不具合の発生を抑制して高アスペクト比を有するパターンを形成する方法、それに用いる加熱装置、そのパターンを用いた半導体装置、およびその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、上記の本発明のパターン形成方法は、基板の一方の面にパターン形成用膜を形成する工程と、前記パターン形成用膜を所定のパターンで露光する工程と、露光された前記パターン形成用膜を現像する工程と、前記パターン形成用膜の膜厚が前記現像工程後よりも厚くなるように、前記パターン形成用膜が形成された前記基板を加熱する工程とを有する。
【００１３】
上記の本発明の半導体装置の製造方法においては、基板の一方の面にパターン形成用膜を形成し、前記パターン形成用膜を所定のパターンで露光し、露光された前記パターン形成用膜を現像し、前記パターン形成用膜が形成された前記基板を加熱する。このとき、前記パターン形成用膜の膜厚は、前記現像工程後よりも厚くなる。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、上記の本発明の半導体装置の製造方法は、リソグラフィー工程により、基板にパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記パターンの形成工程として、基板の一方の面にパターン形成用膜を形成する工程と、前記パターン形成用膜を所定のパターンに露光する工程と、露光された前記パターン形成用膜を現像する工程と、前記パターン形成用膜の膜厚が前記現像工程後よりも厚くなるように、前記パターン形成用膜が形成された前記基板を加熱する工程とを含む。
【００１５】
上記の本発明の半導体装置の製造方法においては、リソグラフィー工程により、基板にパターンを形成する工程を有し、前記パターンの形成工程として、基板の一方の面にパターン形成用膜を形成し、前記パターン形成用膜を所定のパターンに露光し、露光された前記パターン形成用膜を現像し、前記パターン形成用膜の膜厚が前記現像工程後よりも厚くなるように、前記パターン形成用膜が形成された前記基板を加熱する。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、上記の本発明の半導体装置は、基板の一方の面にパターン形成用膜を形成する工程と、前記パターン形成用膜を所定のパターンで露光する工程と、露光された前記パターン形成用膜を現像する工程と、前記パターン形成用膜の膜厚が前記現像工程後よりも厚くなるように、前記パターン形成用膜が形成された前記基板を加熱する工程とを含む工程によって形成されたパターンをマスクとして前記基板の一方の面が加工された半導体装置である。
【００１７】
上記の本発明の半導体装置においては、基板の一方の面に形成されたパターン形成用膜の膜厚が前記現像工程後よりも厚くなるように、前記基板を加熱することによって形成されたパターンをマスクとして、基板の一方の面を加工する工程により製造がなされたものである。
【００１８】
また、上記目的を達成するため、上記の本発明の加熱装置は、パターンが形成された一方の面が下側に向くように基板を配置する配置手段と、前記基板を前記一方の面が下側を向いている状態に固定する保持手段と、前記基板を加熱する加熱手段とを有する。
【００１９】
上記の本発明の加熱装置においては、前記一方の面が下側を向いている状態に前記基板を加熱することによって、パターンを重力の方向に変形する。これにより、加熱後の前記パターンの膜厚は、加熱前よりも厚くなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明のパターン形成方法は、本発明の半導体装置の製造方法に用いられ、本発明の半導体装置は、本発明の半導体装置の製造方法によって形成される。また、本発明の加熱装置は、本発明のパターン形成方法に用いられる。
【００２１】
〔第１の実施形態〕
図１は本実施形態にかかる半導体装置を模式的に示した断面図である。基板１０の一方の面にパターン形成用膜により所定のパターン２２が形成されている。このとき、形成されたパターン２２の膜厚は、パターン形成用膜の形成後、およびパターン形成用膜の現像後よりも厚くなっている。図中において、パターン２２の断面形状は、パターン２２の頂部を上面とする台形型を呈しているが、この限りではない。
ここで、パターン形成用膜は、ポジ型あるいはネガ型などの感光性樹脂組成物である。化学増幅型のレジストであってもよい。また、基板１０は、たとえば、シリコンウェハーあるいはシリコンウェハー上に導電膜などの加工膜が形成された状態とする。さらに、パターン形成用膜の下に形成されている加工膜が高反射率を有する場合、パターン形成用膜と加工膜との間に、反射防止膜が形成されていてもよい。反射防止膜は、パターンの寸法精度を確保するために形成され、有機膜、金属膜あるいは無機膜などからなる。パターン形成用膜を、以後、レジスト膜ともいう。
【００２２】
図２〜３は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法の主要な工程を順次模式的に示した概略断面図である。
まず、図２（ａ）に示すように、基板１０の一方の面にレジスト膜２０を形成する。たとえば、アセタール系レジスト膜を３μｍ程度の膜厚に形成する。レジスト膜２０の膜厚は、所定のパターン２２を形成できるアスペクト比に形成される。レジスト膜２０の形成方法は、用いる材料によって、たとえば、スピンコーティングや印刷法などの既存の方法を用いる。次に、必要に応じて、プリベークを行う。たとえば、ホットプレートなどを用いて１００℃、９０秒程度、基板を加熱処理する。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、形成されたレジスト膜２０を所定のパターンで露光する。たとえば、ＫｒＦスキャナーＮＳＲ−Ｓ２０２Ａ（Ｎｉｋｏｎ社製）を用い、所定のマスク３０を介して４５ｍＪ／ｃｍ２  程度、レジスト膜２０を露光する。このとき、露光は、マスク３０を介さずに直接描画でもよく、また、マスク３０を介する場合でも、等倍露光および縮小露光などを用いることとする。露光後、必要に応じてポストエクスポージャーベイク（ＰＥＢ；Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）を、たとえば、１００℃、９０秒程度行う。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト膜２０を所定の現像液を用いて現像する。たとえば、ＮＭＤ−３（東京応化工業社製）の現像液を用いて、９０秒程度、レジスト膜２０を現像し、不要なレジストを除去する。その後、純水にてリンスする。これにより、レジスト膜２０によって基板上に所定のパターン２１が形成される。たとえば、１μｍ四方のドットパターンを形成する。なお、以後、現像後のレジスト膜２０をパターンあるいはレジストパターンとも言う。
【００２５】
次に、図３（ｄ）に示すように、所定の配置手段によって、パターン２１が形成された一方の面が下側を向くように基板１０を配置する。そして、パターン２１が形成された一方の面が下側を向いている状態で、基板１０の加熱を行う。たとえば、１４６℃、１８０秒の熱処理を行う。このため、レジストパターン２１が熱により変形し、寸法を変化させる。このとき、変形する方向は、遮るものがない方向、あるいは重力の方向に従う。本実施形態においては、パターン２１が形成された一方の面が下側を向くように基板を配置し、加熱を行うので、重力の方向にパターン２１が変形する。
【００２６】
加熱処理の温度は、レジストパターンのガラス転移温度近傍が適温である。しかし、異なる加熱温度において、複数のステップで加熱を行うこともできる。具体的には、レジストパターンのガラス転移温度未満の温度で加熱し、パターンが変形する温度（ガラス転移温度近傍など）で再度加熱処理を行う。
これにより、パターンが変形する前に、パターンを構成する分子を熱振動させる（アイドリング状態）。基板面内においてその状態を均一化することで、その後の変形も均一性を向上させることができる。
【００２７】
たとえば、ｉ線露光用レジスト膜を用いた場合、初めに１８５℃、９０秒にて加熱し、次に２２０℃、９０秒にて加熱することができる。また、ＫｒＦエキシマレーザー用のレジスト膜を用いた場合、初めに１２５℃、９０秒にて加熱し、次に１４５℃、９０秒にて加熱することができる。
上記のような加熱条件は、レジスト膜の種類、仕上がり寸法、面内均一性の精度などによって、温度、時間、ステップ数などを変更できる。
【００２８】
次に、図３（ｅ）に示すように、加熱処理後において、現像工程後よりも厚い、４．５μｍ程度の膜厚のパターン２２を形成する。加熱処理後のパターン２２の形状は、たとえば、頂部において０．８５μｍ四方となり、基板と接した端部のパターン寸法は現像工程後とほぼ同じである。このとき、テーパー形状となっていてもよい。変形後のパターン２２の形状は、用いたレジスト材料の種類などによっても異なるが、重力方向に延伸し、頂部ほどパターンの幅の寸法変化が大きくなる。
【００２９】
本発明において、レジスト膜２０を３μｍ程度に形成し、パターン加工後加熱を行った。しかしながら、レジスト膜２０の膜厚は、所望のパターンに加工できるアスペクト比になるような膜厚であればよい。
【００３０】
本実施形態によれば、パターンが形成された基板の一方の面を下側に向け、加熱を行うことで、パターンが加熱中に下側に向かって、つまり、重力の方向に変形し、現像後よりもパターンの膜厚が厚くなる。このため、パターンの変形方向が簡便かつ精度よく制御できる。その結果、高アスペクト比を有するパターンを容易に形成し、パターン倒れや解像不良を低減することができる。また、均一性良く、所望の寸法のパターンを形成することができる。さらに、変形によりパターン寸法の微細化も可能となる。
【００３１】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、上記の実施形態と同様の部分は番号を同じくし、説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
図４は、本実施形態にかかる加熱装置および半導体装置の一部を模式的に示した概略断面図である。
図４に示すように、加熱装置５０は、配置手段５１と、加熱手段５２と、保持手段５３とを有し、必要に応じて検出手段５４をさらに有する。
配置手段によってパターンが形成された一方の面が下側を向くように、基板１０を配置し、保持手段５３によってその状態に固定する。基板の向きを固定した状態で、加熱手段により加熱を行う。
【００３２】
配置手段５１としては、たとえば、基板１０の一方の面が上側を向いている状態において、基板１０の一方の面および他方の面から吸着し、一方の面が下側を向くように基板１０を配置するものである。加熱工程を行う前に、基板１０の一方の面が下側を向いていた場合は、改めて基板１０を配置する必要はない。
保持手段５３としては、たとえば、支持レール、吸着可能な支持棒など、基板の状態を保持するものである。必要に応じて、加熱手段５２との距離を変えることができるものであってもよい。
加熱手段５２としては、たとえば、ホットプレート、赤外線ランプ、温風機など、基板、およびパターンなどを均一に加熱できる手段を用いる。図４においては、基板の上方に加熱手段を配置しているが、下方あるいは側面などでもよい。また、上方および下方など複数配置されていてもよい。
また、必要に応じて、一方の面が下側を向くように配置された基板を、加熱手段がある領域に搬送する搬送手段を有していてもよい。
【００３３】
加熱装置５０を用いて、パターンが形成された基板を下側に向けた状態において、加熱を行う。このとき、パターンの形状の制御は、加熱温度および加熱時間などで行う。
【００３４】
また、加熱装置５０は、パターンの頂部を検出する検出手段５４を有していてもよい。検出手段５４は、たとえばレーザー出射部と受光部からなり、レーザービームを用いて基板１０の側面からパターン２２の頂部を検出する。また、検出手段を基板と所定の距離を保って設置し、検出手段に接触することにより頂部を検出してもよい。さらに、検出手段は、必要に応じて加熱手段あるいは基板などとの距離を変えることができるものであってもよい。
これにより、加熱装置５０において基板を加熱し、加熱温度および検出手段によってパターン２２の膜厚を制御することができる。
【００３５】
本実施形態によれば、加熱装置５０は、配置手段と、加熱手段と、保持手段とを有し、基板をパターンが形成された面を下側に向けた状態で加熱を行うことができる。これにより、パターンが加熱中に下側に向かって、つまり、重力の方向に変形し、現像後よりもパターンの膜厚が厚くなる。その結果、アスペクト比の高いパターンが得られる。また、加熱装置に検出手段を有することで、パターンの変形量を簡便かつ精度良く制御し、所望のアスペクト比を有するパターンを得ることができる。
【００３６】
本発明は上記の実施形態に限定されない。
たとえば、本実施形態においては、１μｍ四方のドッドパターンを形成したが、ライン状のパターンに変更できる。また、上記の露光、現像、加熱条件は一例であり、用いるパターン形成用膜の種類や、パターンを形成する基板の用途によって好適な条件に変更することができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、パターン形成方法において、パターンの倒れなどの不具合の発生を抑制して、高アスペクト比を有するパターンを形成することができる。
また、半導体装置の製造方法において、パターンの倒れなどの不具合の発生を抑制して、高アスペクト比を有するパターンを形成することができる。
半導体装置において、パターンの倒れなどの不具合の発生を抑制して、高アスペクト比を有するパターンが形成された半導体装置を得ることができる。
さらに、加熱装置において、パターンの倒れなどの不具合の発生を抑制して、高アスペクト比を有するパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の一部を模式的に示す概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の主要な工程を順次模式的に示す概略断面図であり、図２（ｂ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の主要な工程を順次模式的に示す概略断面図であり、図２（ｃ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の主要な工程を順次模式的に示す概略断面図である。
【図３】図３（ｄ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の主要な工程を順次模式的に示す概略断面図であり、図３（ｅ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の主要な工程を順次模式的に示す概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態にかかる加熱装置および半導体装置の一部を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…基板、２０…レジスト形成用膜、２１…レジスト形成用膜（パターン）、２２…レジスト形成用膜（パターン）、３０…マスク、５０…加熱装置、５１…配置手段、５２…加熱手段、５３…保持手段、５４…検出手段
【図１】
2004363427.tif 000003
【図２】
2004363427.tif 000004
【図３】
2004363427.tif 000005
【図４】
2004363427.tif 000006