(57)【要約】【課題】  ウェーハ全面にわたって均一なキュア処理を実施することができる半導体製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】    レジストパターンが形成されたウェーハを載置可能なウェーハステージと、前記ウェーハにピーク波長が２００ｎｍ以下の紫外線を照射する光源と、前記ウェーハステージと前記光源との間の相対的な運動を生じさせる駆動機構と、前記ウェーハの周囲の雰囲気を制御可能な雰囲気制御機構と、を備え、前記ウェーハステージの上に載置されたウェーハの周囲の雰囲気を前記雰囲気制御機構により非酸化性雰囲気とし、前記駆動機構により前記ウェーハステージの上に載置されたウェーハと前記光源との間の相対的な運動を生じさせつつ前記紫外線を前記ウェーハの上に形成された前記レジストパターンに照射可能としたことを特徴とする半導体製造装置を提供する。【選択図】    図２
2005197348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストパターンが形成されたウェーハを載置可能なウェーハステージと、
前記ウェーハにピーク波長が２００ｎｍ以下の紫外線を照射する光源と、
前記ウェーハステージと前記光源との間の相対的な運動を生じさせる駆動機構と、
前記ウェーハの周囲の雰囲気を制御可能な雰囲気制御機構と、
を備え、
前記ウェーハステージの上に載置されたウェーハの周囲の雰囲気を前記雰囲気制御機構により非酸化性雰囲気とし、前記駆動機構により前記ウェーハステージの上に載置されたウェーハと前記光源との間の相対的な運動を生じさせつつ前記紫外線を前記ウェーハの上に形成された前記レジストパターンに照射可能としたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記駆動機構は、前記ウェーハを回転可能としたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記駆動機構は、前記ウェーハを往復回動可能としたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記駆動機構は、前記ウェーハを並進可能としたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記駆動機構は、前記光源を回転可能としたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記光源は、前記ウェーハに対して１０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度の前記紫外線を照射可能としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記雰囲気制御機構は、ウェーハの周囲の雰囲気における酸素の含有量を１ｐｐｍ以下とすることにより前記非酸化性雰囲気を形成可能としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体製造装置。
【請求項８】
現像後のレジストパターンが形成されたウェーハの周囲の雰囲気を非酸化性雰囲気とし、前記ウェーハと光源とを相対的に運動させつつ、前記光源から放出されるピーク波長が２００ｎｍ以下の紫外線を前記ウェーハに照射することにより、前記レジストパターンのキュアを実施する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記レジストは、化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項８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、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、微細パターンの形成においてレジストパターンのドライエッチング耐性を向上するためのキュアプロセスを実施するために用いられる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の集積度を上げるためには、微細パターンを形成する要素技術が必要とされ、この一環として、露光光の短波長化による解像度の向上が進められている。従来から用いられてきたＫｒＦ（クリプトン・フッ素）エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）に代わってＡｒＦ（アルゴン・フッ素）エキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が用いられ、さらに次世代には、Ｆ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）が用いられつつある。
【０００３】
ＡｒＦエキシマレーザを用いる露光プロセスでは、フォトレジストの光吸収による性能劣化が問題となるため、光吸収が少なくかつ高感度な化学増幅型レジストが開発され、その実用化に向けてエッチング耐性の改善などの様々な材料的な検討がされてきた。
【０００４】
しかし、これら化学増幅型のフォトレジストでは、現像して得られるレジストパターンのエッジラフネスが大きいこと、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy：走査型電子顕微鏡）による観察中に起こるレジストパターンの変形・寸法変化が大きいこと、現像後のレジストパターンをマスクとして下地膜をエッチングした場合にフォトレジストの表面が荒れること、フォトレジストが変形すること、得られた下地膜パターンのエッジラフネスが大きいこと、などの問題があるために、高精度な微細パターンの形成が困難である。
【０００５】
これらの問題を解決するために、電子線を照射することによりフォトレジストをキュアするプロセスが検討されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−３１６０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線（vacuum ultraviolet：ＶＵＶ）を照射することによりフォトレジストをキュアして改質するプロセスを検討してきた。  
図７は、本発明者が本発明に至る過程で検討した半導体製造装置を表す概念図である。すなわち、同図は、フォトレジストをキュアするキュア装置を表し、同図（ａ）は、ＶＵＶランプユニットの平面図、同図（ｂ）は、ＶＵＶランプユニットの断面図、同図（ｅ）は、ＶＵＶランプユニットに対向して配置されるウェーハを表す。  
また、図７（ｃ）は、これらに対応したランプ照度の分布を表すグラフ図であり、同図（ｄ）は、ウェーハ上での照度エネルギーの分布を表すグラフ図である。
【０００７】
すなわち、本具体例のＶＵＶ照射装置は、複数の直管状のＶＵＶランプ１２が略平行に配置されたＶＵＶランプユニット１１を有する。このランプユニット１１に対して略対向するように、ウェーハステージ３１が配置され、その上にウェーハ２が載置される。ランプ１２から放出されたＶＵＶ光１３は、ウェーハ２の表面に形成されたフォトレジストに照射されてキュアが実施される。
【０００８】
このようなＶＵＶ照射装置によりＶＵＶ光を照射してフォトレジストをキュアする場合、ランプ１２から放射されたＶＵＶ光１３は図７（ｃ）に表したようにランプ１２の配置に対応した照度分布を有する。従って、ウェーハ２の面上に到達する光強度分布も、同図（ｄ）に表した如くウェーハ面内でバラツキを有する。このため、レジストパターンのキュアの程度も面内でばらつく。その結果として、レジスト寸法・レジスト形状・ドライエッチング耐性などが面内でばらつき、エッチング後に得られるパターンの寸法・形状がばらついてしまう。
【０００９】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ウェーハ全面にわたって均一なキュア処理を実施することができる半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明によれば、レジストパターンが形成されたウェーハを載置可能なウェーハステージと、前記ウェーハにピーク波長が２００ｎｍ以下の紫外線を照射する光源と、前記ウェーハステージと前記光源との間の相対的な運動を生じさせる駆動機構と、前記ウェーハの周囲の雰囲気を制御可能な雰囲気制御機構と、を備え、
前記ウェーハステージの上に載置されたウェーハの周囲の雰囲気を前記雰囲気制御機構により非酸化性雰囲気とし、前記駆動機構により前記ウェーハステージの上に載置されたウェーハと前記光源との間の相対的な運動を生じさせつつ前記紫外線を前記ウェーハの上に形成された前記レジストパターンに照射可能としたことを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００１１】
ここで、前記駆動機構は、前記ウェーハを回転可能とすることができる。  
または、前記駆動機構は、前記ウェーハを往復回動可能とすることができる。
【００１２】
または、前記駆動機構は、前記ウェーハを並進可能とすることもできる。  
または、前記駆動機構は、前記光源を回転可能とすることもできる。
【００１３】
また、前記光源は、前記ウェーハに対して１０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度の前記紫外線を照射可能とすることができる。
【００１４】
また、前記雰囲気制御機構は、ウェーハの周囲の雰囲気における酸素の含有量を１ｐｐｍ以下とすることにより前記非酸化性雰囲気を形成可能とすることかできる。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、現像後のレジストパターンが形成されたウェーハの周囲の雰囲気を非酸化性雰囲気とし、前記ウェーハと光源とを相対的に運動させつつ、前記光源から放出されるピーク波長が２００ｎｍ以下の紫外線を前記ウェーハに照射することにより、前記レジストパターンのキュアを実施する工程を含むことを特徴とする。  
ここで、前記レジストは、化学増幅型レジストであるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下に挙げる効果が得られる。まず、本発明によれば、ＶＵＶ光の照射中にウェーハを回転することにより、ウェーハ全面を均一にキュアすることができる。つまり、ＶＵＶ光の均一な照射によりウェーハ面内で均一にレジストパターンのエッジラフネスを低減し、ＳＥＭ耐性を改善し、エッチング耐性を向上することができる。その結果として、本発明によれば、ウェーハ面内で均一に微細パターンを高精度に形成することが可能となる。
【００１７】
また、本発明によれば、ＶＵＶ光の照射中にウェーハを往復回動させることによりウェーハ全面を均一にキュアすることができる。その結果として、上記と同様の効果が得られる。  
または、本発明によれば、ＶＵＶ光の照射中にウェーハを並進運動させることによりウェーハ全面を均一にキュアすることができる。その結果として、上記と同様の効果が得られる。  
または、本発明によれば、ＶＵＶ光の照射中にランプを回転あるいは往復回動動作させることによりウェーハ全面を均一にキュアすることができる。その結果として、上記と同様の効果が得られる。
【００１８】
すなわち、本発明によれば、微細パターンの形成に際して、ウェーハ面内ばらつきを極めて小さくすることができる半導体製造装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体製造装置を表す概念図である。すなわち、同図は、フォトレジストをキュアするレジストパターンキュア装置を表す。
【００２０】
このキュア装置は、ＶＵＶ光１３を照射するランプユニット１１と、これに対向して配置されたウェーハステージ３１と、を有する。ウェーハステージ３１の上には、ウェーハ２が載置される。ウェーハステージ３１は、支持軸ＳＡにより支持され、駆動機構４０によって回転、回動、並進などの運動が可能とされている。なお、後に詳述するように、ウェーハステージ３１の代わりに、ランプユニット１１を回転、回動、並進などさせる駆動機構を設けてもよい。
【００２１】
一方、本実施形態のキュア装置には、雰囲気制御機構５０が設けられ、ウェーハ２の周囲の雰囲気が調節可能とされている。雰囲気制御機構５０は、例えば、ウェーハ２の周囲を排気する排気ポンプや、ウェーハ２の周囲に所定のガスを供給するガス供給機構あるいはガスパージ機構などを適宜有する。
【００２２】
ウェーハ２に照射するＶＵＶ光１３の波長は、２００ｎｍ以下であることが望ましい。後に詳述するように、ウェーハ２の上に形成されたフォトレジストパターンを効果的にキュアしてラフネスの低減やＳＥＭ耐性を改善するためには、レジストの少なくとも表面において、架橋反応を促進させる必要がある。このためには、波長が２００ｎｍ以下のＶＵＶ光を照射することが効率的だからである。
【００２３】
また、ＶＵＶ光１３の照度は、１０ｍＷ／ｃｍ２以上とすることが望ましい。照度がこの値以上であれば、レジスト表面での架橋反応を実用的な時間内に進行させることができ、半導体装置の製造工程の一部として採用することが容易となるからである。
【００２４】
また、ＶＵＶ光１３を照射する際のウェーハ２の周囲の雰囲気は、酸素（ＯまたはＯ２）の含有量が１ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気とすることが望ましい。雰囲気中に存在する酸素は、ＶＵＶ光１３の照射によりオゾンを生成し、ウェーハ２の表面に形成されたレジストパターンのアッシング（灰化）を促進するからである。
【００２５】
図２は、本実施形態の第１の具体例にかかる半導体製造装置を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）は、ＶＵＶランプユニットの平面図、同図（ｂ）は、ＶＵＶランプユニットの断面図、同図（ｅ）は、ＶＵＶランプユニットに対向して配置されたウェーハを表し、同図（ｆ）は、ウェーハを載置するウェーハステージを表す。
【００２６】
また、図２（ｃ）は、これらに対応したランプ照度の分布を表すグラフ図であり、同図（ｄ）は、ウェーハ上での照度エネルギーの分布を表すグラフ図である。
【００２７】
すなわち、本具体例のＶＵＶ照射装置は、複数の直管状のＶＵＶランプ１２が略平行に配置されたＶＵＶランプユニット１１を有する。ＶＵＶランプ１２の背面側には、反射ミラー１４が設けられ、ＶＵＶ光を前方に反射するようにされている。そして、このランプユニット１１に対して略対向するように、ウェーハステージ３１が配置され、その上にウェーハ２が載置される。なお、同図に表した具体例の場合、ウェーハステージ３１よりもウェーハ２のサイズが大きいが、これらが同程度のサイズでもよく、逆にウェーハ２よりもウェーハステージ３１のほうが大きくてもよい。
【００２８】
本具体例のキュア装置の場合、ウェーハステージ３１は、回転軸３２を中心として矢印Ａの方向（あるいはその反対方向）に回転可能とされている。  
ランプ１２から放出されたＶＵＶ光１３は、ウェーハ２の表面に形成されたフォトレジストに照射され、レジストのキュアが実施される。ＶＵＶ光１３は、直管状のＶＵＶランプ１２から放射状に放出されるので、ＶＵＶランプ１２の直下においては、図２（ｃ）に表した如く、ランプ１２の形状とランプ１２の配置とミラー１４の位置と、によって決定される不均一な照度分布を有する。
【００２９】
これに対して、ウェーハステージ３１を回転軸３２の回りに回転させることにより、ウェーハ２の面上でのＶＵＶ光の分布を図２（ｃ）に表したように、平均化させることができる。つまり、ウェーハ２の面上のどの場所においてもＶＵＶ光１３の照射エネルギー量が均一となる。その結果として、ウェーハ面内で均一なキュア処理を実施することができ、レジストパターンのエッチング耐性やＳＥＭ耐性などを、ウェーハ面内で均一に向上させることができる。
【００３０】
本具体例におけるウェーハ２の回転運動は、連続的でも間欠的でもよい。連続的に回転させる場合、その回転数は、ＶＵＶ光１３の照射量の積分値がウェーハ２の面上において均一となる範囲であればよい。例えば、フォトレジストのキュアのためにＶＵＶ光を照射する照射時間の間に、少なくとも一回転以上すれば、照射量の分布は概ね均一となる。一方、回転数の上限については、過度に高速回転させても照度の均一化には寄与せず、機械的な負担が増加するだけであるので実用的な範囲において適宜決定すればよい。
【００３１】
一方、ウェーハを間欠的に回転させる場合にも、その回転時間や停止時間、及び回転速度については、ＶＵＶ光１３の照射量の積分値がウェーハ２の面上において均一となる範囲であればよい。
【００３２】
図３は、本実施形態の半導体製造装置の第２の具体例を表す模式図である。すなわち、同図は、レジストパターンキュア装置のウェーハステージの部分を表す。
【００３３】
本具体例においては、ＶＵＶ光を照射中に、回転軸３２を中心とした往復回動運動を実施させる。つまり、ウェーハ２は、矢印Ａ及び矢印Ｂに表した方向にそれぞれ交互に回動する。
【００３４】
回動の角度は、ウェーハ２に照射されるＶＵＶ光の照度分布に応じて適宜決定することができる。すなわち、矢印Ａ及び矢印Ｂに向かう交互な回動によって、ウェーハ２の面上においてＶＵＶ光の照射量の積分値が均一となる範囲であればよい。矢印Ａ及び矢印Ｂの方向にそれぞれ１８０度ずつ回動させた場合には、連続回転させた場合と実質的に同一の効果が得られる。
【００３５】
図４は、本実施形態の半導体製造装置の第３の具体例を表す模式図である。すなわち、同図も、レジストパターンキュア装置のウェーハステージの部分を表す。
【００３６】
本具体例においては、ＶＵＶ光を照射中に、矢印Ａの方向に往復並進運動を実施させる。つまり、ウェーハ２は、矢印Ａに表した方向にそれぞれ交互に平行移動する。
【００３７】
この場合、移動距離は、例えばＶＵＶランプ１２の配置ピッチに応じて決定することができる。すなわち、直管状のＶＵＶランプ１２の長軸に対して、移動方向（矢印Ａの方向）が略垂直に設定された場合には、ＶＵＶランプ１２の配置ピッチ（隣接するＶＵＶランプ１２間のピッチ）の半分以上移動させると、ウェーハ２の面上において照度を均一化することが容易となる。
【００３８】
本具体例においては、ウェーハステージの支持軸３３は、回転可能としてもよく、回転可能としなくてもよい。回転可能とした場合には、並進運動と回転運動とを組み合わせることにより、ウェーハ２の面上におけるＶＵＶ光の照度の分布をさらに均一にすることができる。
【００３９】
図５は、本実施形態の半導体製造装置の第４の具体例を表す模式図である。  
本具体例においては、ウェーハ２の代わりにランプユニット１１が回転あるいは回動する。このようにしても、ウェーハ２の面上におけるＶＵＶ光１３の照射量の分布を均一にすることができる。
【００４０】
ランプユニット１１を回転させる場合、連続回転でも間欠回転でもよい。その回転の方向や回転速度については、図２に関して前述したものと同様とすることができる。
【００４１】
一方、ランプユニット１１を回動させる場合は、図３に関して前述したものと同様とすることができる。ランプユニット１１は、ランプ１２に電力を供給するための電気配線を有するので、連続回転よりも交互に反対方向に回動させる機構のほうが実施が容易である。
【００４２】
図６は、本発明の半導体製造装置を用いたレジストパターン形成工程を表す工程断面図である。  
まず、同図（ａ）に表したように、シリコン基板２３の上に下地膜２２を形成し、その上にフォトレジスト２１を塗布する。下地膜２２としては、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、ポリシリコン膜等の各種の膜を用途に応じて用いることができる。また、下地膜２２は、単層でもよく、複数の層からなるものでもよい。さらに、シリコン基板２３と下地膜２２との間に、図示しない他の膜を設けてもよい。また、フォトレジスト２１は、例えば、アクリル系の材料を用いることができる。フォトレジスト２１を塗布した後に、ベーク処理を適宜実行する。
【００４３】
次に、図６（ｂ）に表したように、露光する。すなわち、露光光源としてＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）２５を用い、マスク２４を介して所定のパターンに対応した光を照射する。
【００４４】
次に、図６（ｃ）に表したように、露光後のベーク処理（ＰＥＢ）と現像を実施し、レジストパターン２１ａを形成する。
【００４５】
しかる後に、図６（ｄ）に表したように、本発明の半導体製造装置を用いてレジストのキュアを実施する。すなわち、図２乃至図５に関して前述した本発明の半導体製造装置を用いて、レジストパターン２１ａの全面に波長２００ｎｍ以下で照度１０ｍＷ／ｃｍ２以上の真空紫外線（ＶＵＶ光）１３を照射する。照射方法は、連続でも間欠でも構わない。
【００４６】
この際に、フォトレジスト２１ａの周囲の雰囲気は、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下になるように窒素で置換した状態で行なう。また、キュア処理中のフォトレジスト２１ａの温度が、マイナス２０℃以上で、フォトレジスト２１ａのガラス転移温度以下となるように、ウェーハ温度を制御することが望ましい。
【００４７】
ＶＵＶ光１３を照射されたフォトレジストパターン２１ｂは、膜中のポリマーが３次元的に架橋することにより緻密な膜構造を有するレジストパターン２１ａに変化する。その結果として、エッチング耐性が向上して表面荒れの低減・レジスト形状変化が抑制され、得られた下地膜パターンのエッジラフネスを低減できる。また、フォトレジスト膜の緻密化により、ＳＥＭ耐性も向上する。さらに、ポリマーの架橋によりレジスト体積が収縮し、レジストパターン寸法が縮小する。この際に、パターンのエッジラフネスも低減される。
【００４８】
本発明によれば、レジストパターンに対してＶＵＶ光１３を均一に照射することにより、フォトレジスト膜構造の変化を均一に起こすことがウェーハ面内のばらつきを抑えることができる。
【００４９】
この後、図６（ｅ）に表したように、レジストパターン２１ａをマスクとして、ドライエッチングあるいはウエットエッチングにより、下地膜２２をエッチングして所定のパターンを形成できる。本発明によれば、パターンエッジラフネスの少ない精密な下地パターンを形成することができる。
【００５０】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００５１】
例えば、半導体製造装置の具体的な構造やサイズ、材料などついては、当業者が適宜設計変更して適用したものも、本発明の要旨を含む限り、本発明の範囲に包含される。
【００５２】
また、半導体装置を構成する各層の形成方法、形成条件、加工条件、エッチング条件、熱処理条件などについても、具体例にとして前述したもの以外にも当業者が適宜設計したものも本発明の範囲に包含される。
【００５３】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての触媒ＣＶＤ装置及び触媒ＣＶＤ法は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体製造装置を表す概念図である。
【図２】本発明の実施形態の第１の具体例にかかる半導体製造装置を表す概念図である。
【図３】本発明の実施形態の半導体製造装置の第２の具体例を表す模式図である。
【図４】本発明の実施形態の半導体製造装置の第３の具体例を表す模式図である。
【図５】本発明の実施形態の半導体製造装置の第４の具体例を表す模式図である。
【図６】本発明の半導体製造装置を用いたレジストパターン形成工程を表す工程断面図である。
【図７】本発明者が本発明に至る過程で検討した半導体製造装置を表す概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
２ ウェーハ
１１ ランプユニット
１２ ランプ
１３ ＶＵＶ光
１４ 反射ミラー
２１ フォトレジスト
２１ａ、２１ｂ フォトレジストパターン
２２ 下地膜
２３ シリコン基板
２４ マスク
３１ ウェーハステージ
３２ 回転軸
３３ 支持軸
４０ 駆動機構
５０ 雰囲気制御機構
【図１】
2005197348.tif 000003
【図２】
2005197348.tif 000004
【図３】
2005197348.tif 000005
【図４】
2005197348.tif 000006
【図５】
2005197348.tif 000007
【図６】
2005197348.tif 000008
【図７】
2005197348.tif 000009