(57)【要約】【課題】膜の界面における膜剥がれの発生が効果的に防止できる、回路パターン形成方法及び回路パターン形成装置を提供する。【解決手段】半導体ウエハ１上に被エッチング膜２を形成し、その上にレジスト膜４を形成し、次に、回路パターンが形成されたマスク５を用い、レジスト膜４にエッチングパターンを形成し、レジスト膜４をマスクとして、エッチングガスの存在下、ドライエッチングにより、被エッチング膜２に所定の回路パターンを形成する工程を含む。ここで、エッチングガスと、レジスト膜４との反応により生じる反応生成物がレジスト膜４の表面に堆積する前に、半導体ウエハ１を加熱し、レジスト膜４中に存在するガス８を膜外へ放出させる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ上に被エッチング膜を形成し、その上にレジスト膜を形成し、次に、前記レジスト膜にエッチングパターンを形成し、前記レジスト膜をマスクとして、エッチングガスの存在下、ドライエッチングにより、前記被エッチング膜に所定の回路パターンを形成する工程を含む回路パターン形成方法において、
前記エッチングガスと、前記レジスト膜との反応により生じる反応生成物が前記レジスト膜の表面に堆積する前に、前記半導体ウエハを加熱し、前記レジスト膜中に存在するガスを膜外へ放出させることを特徴とする回路パターン形成方法。
【請求項２】
半導体ウエハ上に被エッチング膜を形成し、その上に反射防止膜を形成し、さらにその上にレジスト膜を形成し、次に、前記レジスト膜にエッチングパターンを形成し、前記レジスト膜をマスクとして、エッチングガスの存在下、ドライエッチングにより、前記被エッチング膜に所定の回路パターンを形成する工程を含む回路パターン形成方法において、
前記エッチングガスと、前記反射防止膜及び前記レジスト膜との反応により生じる反応生成物が、前記反射防止膜及び前記レジスト膜の表面に堆積する前に、前記半導体ウエハを加熱し、前記反射防止膜及び前記レジスト膜中に存在するガスを膜外へ放出させることを特徴とする回路パターン形成方法。
【請求項３】
前記半導体ウエハを１００〜２００℃の範囲で加熱する請求項１又は２に記載の回路パターン形成方法。
【請求項４】
前記反射防止膜及び／又は前記レジスト膜中に存在するガスを膜外へ放出させるにあたり、
実質的に前記レジスト膜、前記反射防止膜、及び前記被エッチング膜をエッチングしないガス、実質的に前記レジスト膜、前記反射防止膜、及び前記被エッチング膜を構成する材料と反応しないガスのプラズマを用いて前記半導体ウエハに紫外線を照射し、前記反射防止膜及び／又は前記レジスト膜中に存在するガスを放出させた後、前記レジスト膜をマスクとして前記被エッチング膜をドライエッチングする請求項１〜３のいずれかに記載の回路パターン形成方法。
【請求項５】
前記プラズマに使用するガスとして、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、及び窒素からなる群から選ばれる少なくとも１種を用いる請求項４に記載の回路パターン形成方法。
【請求項６】
前記紫外線の波長を、２５３ｎｍの近傍の波長とする請求項４又は５に記載の回路パターン形成方法。
【請求項７】
前記反射防止膜及び／又は前記レジスト膜中に存在するガスを膜外へ放出させるにあたり、
前記半導体ウエハに紫外線ランプにより紫外線を照射して前記反射防止膜及び／又は前記レジスト膜中に存在するガスを放出させた後、前記レジスト膜をマスクとして前記被エッチング膜をドライエッチングする請求項１〜３のいずれかに記載の回路パターン形成方法。
【請求項８】
前記紫外線の波長を、４〜５００ｎｍの範囲とする請求項７に記載の回路パターン形成方法。
【請求項９】
前記紫外線の波長を、３６５ｎｍ又は４３６ｎｍのいずれかの近傍の波長とする請求項８に記載の回路パターン形成方法。
【請求項１０】
前記紫外線による照射時又は前記半導体ウエハの加熱時に、前記半導体ウエハを０．５〜５０Ｐａの減圧環境におく請求項７〜９のいずれかに記載の回路パターン形成方法。
【請求項１１】
前記レジスト膜として、化学増幅型レジストを用いる請求項１〜１０のいずれかに記載の回路パターン形成方法。
【請求項１２】
内部を減圧可能としたエッチング室と、半導体ウエハを載置する、温度制御を可能とした載置手段と、前記半導体ウエハに紫外線を照射する紫外線照射ランプとを備えた回路パターン形成装置。
【請求項１３】
内部を減圧可能としたエッチング室と、半導体ウエハを載置する、温度制御を可能とした載置手段と、前記エッチング室内においてガスのプラズマを発生させるための高周波電源とを備えた回路パターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路パターン形成方法及び回路パターン形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路装置における回路パターン形成工程は、設計されたパターンレイアウトを、微細加工に必要なレジストパターンに変換するリソグラフィ工程と、このレジストパターンをマスクとして、半導体ウェハ上に形成された被エッチング膜をパターニングするドライエッチング工程を含む。
【０００３】
図５に、従来の半導体装置の製造工程における、回路パターン形成工程の工程図（開口部の断面拡大図）を示す。まず、図５（ａ）に示す工程において、半導体ウェハ１上に被エッチング膜２を形成し、その上に液状の有機系材料を塗布して反射防止膜３を形成し、さらにその上にレジスト膜４を形成する。
【０００４】
次に、リソグラフィ工程において、図５（ｂ）に示すように、ガラス基板１１上に不透明な遮光帯１２により回路パターンが形成されたマスク５を用い、特定波長の紫外光を照射して半導体ウエハ１を露光し、その後、現像処理して半導体ウェハ１上のレジスト膜４にレジストパターンを形成する。
【０００５】
次いで、ドライエッチング工程において、回路パターン形成装置内に半導体ウェハ１を設置し、図５（ｃ）に示すように、レジスト膜４をマスクとして、回路パターン形成装置内にエッチングガスを導入し、反射防止膜３と被エッチング膜２に順次ドライエッチングを施し、図５（ｄ）に示すように、被エッチング膜２に所定の回路パターンを形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうした従来技術によっては、特に、有機系材料からなる反射防止膜３とレジスト膜４の密着強度、又は、被エッチング膜２と反射防止膜３の密着強度が低い場合や、ドライエッチングの時間が長い場合において、被エッチング膜２と反射防止膜３のパターン端部との界面、又は、反射防止膜３とレジスト膜４のパターン端部の界面において、いわゆる膜剥がれが生じることがある。そして、この膜剥がれにより、得られる半導体集積回路装置にパターン不良が発生し、製造歩留まりが低下することがある。
【０００７】
この膜剥がれの生じる原因について、図６を参照しながら説明する。即ち、ドライエッチング工程において、レジスト膜４をマスクとして、高アスペクト比のコンタクトホールを形成するためのエッチングを開始すると、厚さの薄い反射防止膜３は、特に問題なくエッチングされるが、シリコン酸化膜からなり、膜厚の比較的厚い被エッチング膜２を、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８等のエッチングガスを用いて異方性ドライエッチングすると、図６（ａ）に示すように、エッチングガスと、反射防止膜３やレジスト膜４を構成する材料が反応を起こし、それにより生じた反応生成物７が、反射防止膜３とレジスト膜４の表面、即ち、コンタクトホールの側壁に堆積する。
【０００８】
この状態で、プラズマの発光による紫外線を反射防止膜３とレジスト膜４に照射すると、それらの膜の温度が上昇し、反射防止膜３やレジスト膜４に含まれているガスが発生する。ここで、膜の表面は、反応生成物７によって被われているため、反応生成物７によって、ガスの外部への放出が妨げられ、ガスは膜内に滞留して膨張する。そして、これにより、図６（ｂ）に示すように、被エッチング膜２と反射防止膜３のパターン端部における界面、又は、反射防止膜３とレジスト膜４のパターン端部における界面において、それぞれ膜剥がれ２２、２３が発生する。
【０００９】
本発明は、このような従来技術における問題点を解決し、レジスト膜や有機系の反射防止膜を用いて半導体ウエハ上に回路パターンを形成する際に、膜の界面における膜剥がれの発生が効果的に防止できる、回路パターン形成方法及び回路パターン形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の回路パターン形成方法においては、半導体ウエハ上に被エッチング膜を形成し、その上にレジスト膜を形成し、次に、回路パターンが形成されたマスクを用い、レジスト膜にエッチングパターンを形成し、レジスト膜をマスクとして、エッチングガスの存在下、ドライエッチングにより、被エッチング膜に所定の回路パターンを形成する工程を含む。ここで、エッチングガスと、レジスト膜との反応により生じる反応生成物がレジスト膜の表面に堆積する前に、半導体ウエハを加熱し、レジスト膜中に存在するガスを膜外へ放出させる。
【００１１】
この構成により、膜中に含まれるガスの放出を妨げる反応生成物がコンタクトホールの側壁に堆積する前に、ガスを効率的に膜外に放出させることができ、ガスの膜内での膨張による膜剥がれが効率的に防止できる。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明の回路パターン形成装置は、内部を減圧可能としたエッチング室と、半導体ウエハを載置する、温度制御を可能とした載置手段と、半導体ウエハに紫外線を照射する紫外線照射ランプとを備える装置、又は、内部を減圧可能としたエッチング室と、半導体ウエハを載置する、温度制御を可能とした載置手段と、エッチング室内においてガスのプラズマを発生させるための高周波電源とを備える装置とする。
【００１３】
この構成により、膜中に含まれるガスによる膜剥がれを防止する回路パターンを形成方法に好適に用いられる装置が提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、膜中に含まれるガスの放出を妨げる反応生成物がコンタクトホールの側壁に堆積する前に、ガスを効率的に膜外に放出させることができ、ガスの膜内での膨張による膜剥がれが効率的に防止できる。
【００１５】
ここで、半導体ウエハを１００〜２００℃の範囲で加熱することが好ましい。
【００１６】
この構成により、より効果的にガスを放出させることができる。
【００１７】
ここで、反射防止膜及び／又はレジスト膜中に存在するガスを膜外へ放出させるにあたり、
実質的にレジスト膜、反射防止膜、及び被エッチング膜をエッチングしないガス、又は、実質的にレジスト膜、反射防止膜、及び被エッチング膜を構成する材料と反応しないガスのプラズマを用いて半導体ウエハに紫外線を照射し、反射防止膜及び／又はレジスト膜中に存在するガスを放出させた後、レジスト膜をマスクとして被エッチング膜をドライエッチングすることが好ましい。
【００１８】
この構成により、より効果的にガスを放出させることができる。
【００１９】
ここで、紫外線の波長を、２５３ｎｍの近傍の波長とすることが好ましい。
【００２０】
この構成により、ガス放出量がさらに大きくなる。
【００２１】
本発明において、反射防止膜及び／又はレジスト膜中に存在するガスを膜外へ放出させるにあたり、半導体ウエハに紫外線ランプにより紫外線を照射して反射防止膜及び／又はレジスト膜中に存在するガスを放出させた後、レジスト膜をマスクとして被エッチング膜をドライエッチングすることが好ましい。
【００２２】
この構成により、より効果的にガスを放出させることができる。
【００２３】
ここで、紫外線の波長を、３６５ｎｍ又は４３６ｎｍのいずれかの近傍の波長とすることが好ましい。
【００２４】
この構成により、より簡便にガスを放出できるようになる。
【００２５】
ここで、紫外線による照射時又は半導体ウエハの加熱時に、半導体ウエハを０．５〜５０Ｐａの減圧環境におくことが好ましい。
【００２６】
この構成により、より効率的にガスを放出させることができる。
【００２７】
本発明において、レジスト膜として化学増幅型レジストを用いることが好ましい。
【００２８】
この構成により、化学増幅型レジストは、パターン露光時に膜の内部で窒素が残留し易く、膜剥がれが発生し易いことから、特に効果的となる。
【００２９】
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。
【００３０】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態による回路パターン形成工程の工程図（開口部の断面拡大図）を示す。まず、図１（ａ）に示す工程において、半導体ウェハ１上に、シリコン酸化膜からなる被エッチング膜２を形成し、その上に液状の有機系材料を、スピンコート法によって塗布して反射防止膜３を形成し、さらにその上にレジスト膜４を形成する。
【００３１】
次に、リソグラフィ工程において、図１（ｂ）に示すように、ガラス基板１１上に不透明な遮光帯１２により回路パターンが形成されたマスク５を用い、特定波長の紫外光を照射して半導体ウエハ１を露光し、その後、現像処理して半導体ウェハ１上のレジスト膜４にレジストパターンを形成する。反射防止膜３によって、０．２５μｍ以下といった微細なレジストパターンを形成する際、露光に用いる強いエネルギーを有する光が反射され、被エッチング膜２に生じるパターン形成不良が防止される。
【００３２】
次いで、ドライエッチング工程の前に、予め回路パターン形成装置内に半導体ウエハ１を設置し、回路パターン形成装置内を真空状態とした後、回路パターン形成装置内にＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガス、又は窒素を導入して、さらに高周波電源を用いて、それらのガスのプラズマを生成させる。これらのガスは、いずれも不活性ガスであり、そのプラズマは、被エッチング膜２、反射防止膜３、若しくはレジスト膜４を実質的にエッチングしないか、又は、被エッチング膜２、反射防止膜３、若しくはレジスト膜４を構成する材料と実質的に反応を起こさないので、ガスの放出を妨げる反応生成物がコンタクトホールの側壁に堆積することはない。したがって、プラズマの発光による紫外線が、半導体ウエハ１上に形成された反射防止膜３とレジスト膜４に照射され、また、プラズマによって反射防止膜３とレジスト膜４の温度が上昇することにより、図１（ｃ）に示すように、続くドライエッチング工程において、反応生成物７がコンタクトホールの側壁に堆積する前に、反射防止膜３やレジスト膜４中に含まれているガス８が、回路パターン形成装置の減圧チャンバー内へ放出される。なお、半導体ウエハ１に紫外線を照射するとき、半導体ウエハを１００〜２００℃の温度に加熱することが好ましい。１００℃未満であると、ガス放出量が不足気味となり、２００℃を超えると、いわゆるレジストパターン崩れが生じることがある。
【００３３】
その後、ドライエッチング工程において、回路パターン形成装置内の圧力を真空から０．５〜５０Ｐａの範囲に回復させ、レジスト膜４をマスクとして、回路パターン形成装置内にＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８等のエッチングガスを導入し、被エッチング膜２と反射防止膜３に順次ドライエッチングを施し、図１（ｄ）に示すように、被エッチング膜２に所定の回路パターンを形成する。
【００３４】
本実施の形態によれば、ガス８の放出を妨げる反応生成物７がコンタクトホールの側壁に堆積する前に、ガス８を効率的に膜外に放出させることができ、ガス８の膜内での膨張による膜剥がれが効率的に防止できる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、希ガスや窒素を用いてプラズマを発生させたが、希ガスや窒素以外に、被エッチング膜２、反射防止膜３、若しくはレジスト膜４を実質的にエッチングしないか、又は、被エッチング膜２、反射防止膜３、若しくはレジスト膜４を構成する材料と実質的に反応を起こさないガスを使用することもできる。
【００３６】
図２に、紫外線照射時と紫外線非照射時に反射防止膜を加熱した状態における、反射防止膜からのガス放出の効果を対比して示す。ここでは、真空中に試料（半導体ウエハ）を設置し、膜外に放出されるガスを検出し、イオン電流値（Ａ）の変化を測定する昇温脱離分光法によってガスの量を定量した。図２のグラフにおいて、横軸は試料の加熱温度（℃）を示し、縦軸は、イオン電流値（Ａ）を示す。また、実線で示した線は波長２５３ｎｍの紫外線を照射しながら、半導体ウエハを加熱した状態を示し、破線で示した線は紫外線を照射しない状態で半導体ウエハを加熱した状態を示す。
【００３７】
この結果より、紫外線を照射しない状態で加熱しても、ガス放出量は温度上昇に伴って増加するが、紫外線を照射しながら加熱した場合、ガス放出量が著しく増加することがわかる。特に、このように波長が２５３ｎｍの紫外線を用いると、ガス放出量が大きくなるため、プラズマ発生時の紫外線の波長が２５３ｎｍ近傍となるＨｅや窒素を用いるのが好ましい。
【００３８】
（実施の形態２）
図３に、本実施の形態による回路パターン形成工程の工程図を示す。まず、図３（ａ）に示す工程において、半導体ウェハ１上に、シリコン酸化膜からなる被エッチング膜２を形成し、その上に液状の有機系材料を、スピンコート法によって塗布して反射防止膜３を形成し、さらにその上にレジスト膜４を形成する。
【００３９】
次に、リソグラフィ工程において、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板１１上に不透明な遮光帯１２により回路パターンが形成されたマスク５を用い、特定波長の紫外光を照射して半導体ウエハ１を露光し、その後、現像処理して半導体ウェハ１上にレジストパターンを形成する。
【００４０】
次いで、ドライエッチング工程の前に、予め回路パターン形成装置内に半導体ウエハを設置し、０．５〜５０Ｐａの範囲で減圧する。そして、半導体ウエハを１００〜２００℃の温度に加熱する。図２に示したように、半導体ウエハを加熱することにより膜内に含まれていたガスが放出されるが、より効果的にガスを放出させるには半導体ウエハを１００〜２００℃の範囲で加熱することが好ましい。１００℃未満であると、ガス放出量が不足気味となり、２００℃を超えると、いわゆるレジストパターン崩れが生じることがある。
【００４１】
続いて、図３（ｃ）に示すように、回路パターン形成装置内に設けられた紫外線照射ランプから、レジスト膜４とその下の反射防止膜３に紫外線１３を照射する。これにより、反射防止膜３やレジスト４に含まれているガス８が回路パターン形成装置の減圧チャンバー内へ放出される。
【００４２】
その後、ドライエッチング工程において、レジスト膜４をマスクとして、回路パターン形成装置内にＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８等のエッチングガスを導入し、反射防止膜３と被エッチング膜２に順次ドライエッチングを施し、図３（ｄ）に示すように、被エッチング膜２に所定の回路パターンを形成する。
【００４３】
本実施の形態によれば、ガス８の放出を妨げる反応生成物がコンタクトホールの側壁に堆積する前に、ガス８を効率的に膜外に放出させることができ、ガス８の膜内での膨張による膜剥がれが効率的に防止できる。
【００４４】
本実施の形態では、４〜５００ｎｍの波長領域の紫外線を用いるのが好ましいが、特に半導体製造プロセスで多用される波長３６５ｎｍのｉ線、又は、波長４３６ｎｍのｇ線の近傍の波長の紫外線を用いることが、特に改造を必要とせず、簡便であって好ましい。
【００４５】
また、本実施の形態では、紫外線照射又は半導体ウエハを加熱してガスを放出させた後、エッチングを開始したが、紫外線照射又は半導体ウエハの加熱とほぼ同時にエッチングを開始しても良い。これによってもエッチング時の反応生成物がコンタクトホールの側壁に堆積する前にガスを膜外に放出させることができる。また、紫外線照射時又は半導体ウエハの加熱時に、半導体ウエハを０．５〜５０Ｐａの減圧環境におくと、より効率的に膜外にガスを放出させることができることから、好ましい。
【００４６】
なお、本発明は、レジスト膜として、いわゆる化学増幅型レジストを用いた場合に適用すると、化学増幅型レジストは、パターン露光時に膜の内部で窒素が残留し易く、膜剥がれが発生し易いことから、特に効果的となる。
【００４７】
図４に、本発明で用いられる回路パターン形成装置の構成の一例を示す。１は半導体ウエハであり、下部電極１５上に設置され、エッチング室２０内に配置されている。１４はエッチングガス導入口であり、ここからエッチングガスが導入される。１９は排気口であり、ここからの排気により、エッチング室２０内の減圧度が調節される。１８は管状の紫外線照射ランプであり、これから発生した紫外線１３により半導体ウエハ１が照射されて加熱される。１６は上部電極であり、下部電極１５との間に高周波電源１７（接地点２１）によって高周波電圧が印加され、エッチング室２０内において、エッチングガス導入口１４から導入されたガスのプラズマを発生可能としている。下部電極１５と上部電極１６はヒーター（図示せず）により加熱されるように設定され、半導体ウエハ１の加熱温度の制御を可能としている。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチング時に膜中に発生するガスを効率的に膜外に放出させることができ、ガスの膜内での膨張による膜剥がれが効率的に防止でき、半導体ウエハ上に回路パターンを安定して形成することができる。そして、高品質な半導体集積回路装置が高い製造歩留まりで得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による回路パターン形成方法を示す工程図
【図２】反射防止膜からのガス放出効果を示すグラフ
【図３】実施の形態２による回路パターン形成方法を示す工程図
【図４】本発明における回路パターン形成装置の概略図
【図５】従来技術における回路パターン形成方法を示す工程図
【図６】膜剥がれの生じる原因の説明図
【符号の説明】
１　半導体ウェハ
２　被エッチング膜
３　反射防止膜
４　レジスト膜
５　マスク
６　回路パターン形成装置
７　反応生成物
８　ガス
１３　紫外線
１４　エッチングガス導入口
１５　下部電極
１６　上部電極
１７　高周波電源
１８　紫外線照射ランプ
１９　排気口
２０　エッチング室
２１　接地点
２２、２３　膜剥がれ
【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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