(57)【要約】【課題】基板にダメージを与えることなく、化学増幅型フォトレジストのポイゾニングを改善し、レジストの解像度を向上させる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供する。【解決手段】基板Ｓ上に化学増幅型フォトレジストＲを塗布した後、この化学増幅型フォトレジストＲに露光を行う半導体装置の製造方法であって、化学増幅型フォトレジストＲを塗布する前に、基板Ｓの表面に弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスを供給するガス処理工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法およびこの製造方法に用いる半導体製造装置である。【選択図】図２
2005197420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に化学増幅型フォトレジストを塗布した後、当該化学増幅型フォトレジストに露光を行う半導体装置の製造方法であって、
前記化学増幅型フォトレジストを塗布する前に、前記基板の表面に弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスを供給するガス処理工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ガス処理工程を、減圧雰囲気下で行う
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】
前記ガス処理工程を、基板を加熱した状態で行う
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】
前記基板が、酸化シリコンよりも膜密度の粗な絶縁膜を有しており、当該絶縁膜には基板の表面に向けて開口された孔部が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板の露出面が、窒素含有膜で構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ガス処理工程では、前記基板の表面に炭酸ガスを含むガスを供給する
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７】
基板上にレジストを塗布する塗布ユニットと、基板上のレジストに露光を行う露光ユニットとを備えた半導体製造装置であって、
基板に弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスを供給するガス処理ユニットを備えている
ことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
前記ガス処理ユニットが、前記基板に処理を行う処理チャンバーを備えており、
当該処理チャンバーの内部が減圧可能に構成されている
ことを特徴とする請求項７記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記ガス処理ユニットが、前記基板を加熱可能に構成されている
ことを特徴とする請求項７記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関するものであって、特に、化学増幅型フォトレジストを用いたリソグラフィ工程を有する半導体装置の製造方法およびこのような製造方法に用いられる半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化・微細化に伴い、半導体製造プロセスにおいては配線層の高精度微細加工技術が必要不可欠とされている。この要求に対応してリソグラフィ工程においては、解像度を向上させるために、従来の水銀ランプを光源に用いたｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）などの紫外線領域から、現在ではＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）などのエキシマレーザーを光源に用いた深紫外線領域へと、露光波長の短波長化が推し進められている。
【０００３】
また、この露光波長の短波長化に伴い、フォトレジスト材料のシステムも各露光波長に合わせて最適化が図られ、特にＫｒＦリソグラフィ以降は、酸発生剤(ＰＡＧ)を含有し、酸の触媒反応を利用した化学増幅型フォトレジストが使用されるようになった。この化学増幅型フォトレジストは、光化学反応効率が高く、感度が高いという特徴を有している。しかし、基板構造中や基板表面、あるいは雰囲気中にアンモニア、各種アミンなどの塩基性ガスが存在すると、露光により発生した酸が、塩基性ガスと反応することで失活し、レジストの解像不良を起こしやすい傾向にある。
【０００４】
一方、上記配線構造の微細化に伴って増大する配線容量を低減するため、層間絶縁膜に誘電率の低い絶縁材料（いわゆるＬｏｗ−ｋ材）を適用したダマシン構造の配線プロセスを用いた多層膜構造が多く採用される傾向にある。ここでＬｏｗ−ｋ材として広く用いられる材料として、従来から用いられている酸化シリコンよりも膜密度の粗な、ＳｉＣＯＨを主成分とする絶縁膜が挙げられる。また、Ｌｏｗ−ｋ材の下地層として、下層配線からの金属の拡散を防止するために、ＳｉＣＮ系材料等の窒素含有膜からなる拡散防止膜が適用されるケースも多い。
【０００５】
上述したような多層膜構造において、配線溝を形成する前にヴィアホール形成を行うヴィアファーストデュアルダマシンプロセスを実施した場合、ヴィアホールを形成した後、化学増幅型フォトレジストを用いてトレンチ形成用のレジストパターンを形成する際のベーク処理工程にて、ヴィアホールの底部や側壁からアミン系ガス等の塩基性ガスが脱ガスされる。
【０００６】
これは、ヴィアホールの底部に露出された窒素含有膜からなる拡散防止膜から脱ガスされたり、ヴィアホール形成用のレジストパターンの除去に用いたアミン成分等の塩基性成分を含む有機剥離液が、ヴィアホールの側壁を形成する膜密度の粗なＬｏｗ−Ｋ材からなる層間絶縁膜に染み込んでおり、それが脱ガスされたことによるものである。
【０００７】
これにより、脱ガスされた塩基性ガスと、露光により化学増幅型フォトレジスト中に発生する酸とが反応し、酸が失活するため、前述の化学増幅型フォトレジストの解像不良（ポイゾニング）を引き起こしやすくなっている。
【０００８】
このポイゾニングを防止するために、一般的にポイゾニング耐性の高いアセタール系の樹脂からなるフォトレジスト材料を使用する方法が報告されている。
【０００９】
また、フォトレジスト材料自体のポイゾニング耐性を向上させるために、フォトレジスト材料に緩衝剤として塩基性成分を添加するという方法も報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
さらに、ヴィアホールを形成した後、化学増幅型フォトレジストを塗布する前に、熱処理やプラズマ処理を施すことで、多層膜から塩基性ガスをあらかじめ脱ガスさせておく方法、さらには、熱処理またはＵＶ処理を実施することにより、層間絶縁膜表面に改質膜を形成して脱ガスしにくい構造にする、という方法も報告されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１６７３４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、フォトレジスト材料のポイゾニング耐性を向上させる手法として、アセタール系樹脂を使用した場合、一般的に、この樹脂は反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching（ＲＩＥ））耐性が相対的に低く、現像後の膜減りも大きい傾向にあることから、レジストの初期膜厚も厚めに設定する必要性があり、焦点深度あるいは解像度の劣化を招く可能性がある。このため、歩留まりが低下し、生産性を下げるといった問題があった。
【００１３】
また、フォトレジスト材料に緩衝剤として塩基性成分を添加することで、ポイゾニング耐性を向上させる方法であっても、一般的にポイゾニング耐性向上と解像度の間にはトレードオフの関係があるため、解像度の劣化、あるいはレジスト感度の低下に伴い、歩留まりが低下し、生産性を下げるなどの懸念がある。
【００１４】
さらに、ヴィアホールを形成した後、化学増幅型フォトレジストを塗布する前に、熱処理やプラズマ処理を施し塩基性ガスを放出させる場合も、デバイス製造プロセス上のサーマルバジェットの制約により、処理温度にも制限があること、またプラズマ処理の場合も基板ダメージの問題から処理条件に制限があり、いずれにしても多層膜中に存在する塩基性の脱ガス成分をすべて除去することは困難である。また、熱処理やＵＶ処理を施し層間絶縁膜の表面に改質膜を形成して脱ガスしにくい構造にする場合も、化学増幅型フォトレジストの塗布以降の工程において、塩基性ガスの脱ガスを防ぎ、化学増幅型フォトレジストのポイゾニングを防止することは困難であった。
【００１５】
したがって、基板にダメージを与えることなく、化学増幅型フォトレジストのポイゾニングを効果的に改善し、レジストの解像度を向上させる半導体装置の製造方法および半導体製造装置が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述したような課題を解決するために、本発明における半導体装置の製造方法は、基板上に化学増幅型フォトレジストを塗布した後、この化学増幅型フォトレジストに露光を行う半導体装置の製造方法であって、化学増幅型フォトレジストを塗布する前に、基板の表面に弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスを供給するガス処理工程を行うことを特徴としている。
【００１７】
このような半導体装置の製造方法によれば、基板上に化学増幅型フォトレジストを塗布する前に、基板の表面に弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスが供給される。このため、例えば塩基性ガスの供給源となる窒素含有膜が基板表面に露出していたり、また、塩基性成分を含む薬液が基板に吸収されている場合、基板の表面付近において、これら由来の塩基性ガス成分が供給されたガスと反応し、除去される。これにより、基板の内部における塩基性ガス成分に濃度勾配が生じ、基板内部のこれらの成分が基板の露出表面近傍に拡散する。そして、同様の作用の繰り返しによって露出表面近傍で塩基性ガス成分が上述したガスと反応するため、基板内部における塩基性ガス成分を除去することができる。
【００１８】
また、このガス処理工程を減圧雰囲気下で行うことにより、基板内の塩基性ガス成分が基板からガス状で脱離（脱ガス）し易くなるため、塩基性ガス成分の除去がより促進される。同様に、このガス処理工程を基板を加熱した状態で行うことによっても、基板内の塩基性ガス成分が基板から脱ガスし易くなるため、塩基性ガス成分の除去がより促進される。
【００１９】
したがって、このようなガス処理工程に次いで、基板に化学増幅型レジストを塗布することにより、以降の工程において、基板からの塩基性ガスの放出が防止されるため、当該レジスト中の酸の失活が抑えられたリソグラフィが行われる。
【００２０】
また、本発明における半導体製造装置は、基板にレジストの塗布を行う塗布ユニットと、基板上のレジストに露光を行う露光ユニットとを備えた半導体製造装置であって、基板に弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスを供給するガス処理ユニットを備えていることを特徴としている。
【００２１】
このような半導体製造装置によれば、塗布ユニットおよび露光ユニットとともに、弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスを供給するガス処理ユニットを備えている。このため、レジスト塗布とその後の露光を行う一連のリソグラフィ処理に際して、上述した製造方法におけるガス処理工程を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明における半導体装置の製造方法によれば、化学増幅型フォトレジストを塗布する前に、弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを基板の表面に供給することにより、酸を失活させずに、リソグラフィ工程を行うことができる。したがって、化学増幅型フォトレジストのポイゾニングが防止され、解像度を向上させることができることから、微細パターンを高精度に形成することが可能になり、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。また、基板に化学増幅型フォトレジストを塗布する前の前処理として、熱処理またはプラズマ処理もしくはＵＶ処理を行わなくても、基板から塩基性ガスを除去することができるため、基板の受けるダメージを抑制することができる。また、ポイゾニングが防止されることにより、フォトレジスト材料自体のポイゾニング耐性に対するスペックが緩和されるため、フォトレジスト材料の選択肢が広がる。
【００２３】
本発明の半導体製造装置によれば、塗布ユニットおよび露光ユニットとともに、弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスを供給するガス処理ユニットを備えていることから、レジスト塗布とその後の露光を行う一連のリソグラフィ処理に際して、上述した製造方法におけるガス処理工程を行うことができる。したがって、上述した製造方法を同一の半導体製造装置を用いた連続処理で行うことができるため、本発明のリソグラフィ工程を効率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ここで、本発明の半導体装置の製造方法およびこの製造方法に用いる半導体製造装置の実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明における半導体製造装置の実施の形態の一例を、図１（ａ）の上面図を用いて説明する。
【００２５】
本実施形態における半導体製造装置１０は、半導体装置の製造方法におけるレジストの塗布から露光を行い、現像するまでのリソグラフィ工程に用いられるものである。この半導体製造装置１０は、基板が装填されるローダー部１１と、基板上にレジストを塗布する塗布ユニット１２と、基板上のレジストをベークするベークユニット１３と、基板上のレジストに露光を行う露光ユニット１４と、露光されたレジストを現像する現像ユニット１５とを備えている。そして、この半導体製造装置１０には、本発明に特徴的なガス処理ユニット２０が設けられている。
【００２６】
ここで、ローダー部１１と露光ユニット１４は、この図に示す半導体製造装置１０の例えば両端部にそれぞれ配置されており、この半導体製造装置１０の中央部１０ａの一面側には、加熱機構を有するベークユニット１３が配置されているとともに、これに対向する面側には、塗布ユニット１２と現像ユニット１５が配置されている。そして、ガス処理ユニット２０は、ベークユニット１３と同一面側に隣接した状態で設けられていることとする。
【００２７】
また、ローダー部１１と中央部１０ａとの間には搬送アーム１６が配置されており、中央部１０ａにおける、ベークユニット１３とガス処理ユニット２０が配置された側と、塗布ユニット１２と現像ユニット１５が配置された側との間には搬送アーム１７が配置されている。この搬送アーム１６および搬送アーム１７より、ローダー部１１と中央部１０ａにおける各ユニットとの間の基板の搬送が行われ、搬送アーム１７により、中央部１０ａの各ユニット間の基板の搬送が行われる。さらに、中央部１０ａと露光ユニット１４との間にも搬送アーム１８が配置されており、搬送アーム１７および搬送アーム１８により、中央部１０ａの各ユニットと露光ユニット１４との間の基板の搬送が行われるように構成されている。
【００２８】
なお、ここでは、上述したような配置の半導体製造装置１０について説明するが、各ユニットの配置位置はこれに限定されるものではなく、各ユニットが、例えば製造工程順に一列に配置された構成であってもよい。
【００２９】
ここで、ガス処理ユニット２０の構成図を図１（ｂ）に示す。本発明におけるガス処理ユニット２０は、基板Ｓに弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを供給可能に構成されている。本実施形態では、基板Ｓにガス処理を行う処理チャンバー２１と、処理チャンバー２１内に設けられた基板Ｓを保持する基板保持部材２２と、処理チャンバー２１にガスを供給するためのガス供給管２３と、処理チャンバー２１からガスを排気するための排気管２４とを備えている。
【００３０】
処理チャンバー２１には、例えばその底部に基板保持部材２２が配置されている。そして、基板保持部材２２には、温度調整機構２５が接続されており、基板保持部材２２に保持された基板Ｓを加熱可能に構成されている。また、処理チャンバー２１内には、基板保持部材２２と対向する状態で、例えば複数のガス供給口が全域に渡って設けられた細孔板２６が配置されており、処理チャンバー２１内に導入されたガスが基板保持部材２２に保持された基板Ｓの表面全域に供給されるように構成されている。
【００３１】
そして、処理チャンバー２１の例えば上方には、処理チャンバー２１内にガスを供給するための、ガス供給管２３の一端が接続されている。このガス供給管２３の他端は、供給するガスが貯留されたガスボンベ２７に接続されている。そして、ガス供給管２３には、ガスボンベ２７側から処理チャンバー２１に向かって、ガスを供給するためのポンプ２３ａと、供給するガスの温度を調整するための温度調整機構２３ｂと、処理チャンバー２１へのガスの供給を調整可能に構成されたバルブ２３ｃが配置されている。
【００３２】
また、処理チャンバー２１の例えば下方には、排気管２４が接続されている。この排気管２４には、処理チャンバー２１からガスを排気するように開閉自在に構成されたバルブ２４ａと、排気するガスの流量を調整するマスフローコントローラー２４ｂと、処理チャンバー２１内の圧力を調整可能に構成された圧力調整機構２４ｃとが、処理チャンバー２１側からこの順に配置されている。
【００３３】
なお、本実施形態の半導体製造装置１０によれば、ガス処理ユニット２０が他のユニットとは別の構成で設けられていることとするが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、ベークユニット１３がガス処理ユニット２０を兼ねていてもよい。ここで、ベークユニット１３は、基板Ｓに熱処理を行うユニットであり、処理チャンバーと基板保持部材とは備えている。このため、ベークユニット１３がガス処理ユニット２０を兼ねる場合には、上述したような構成のガス供給管２３と排気管２４とが設けられることで、弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを供給可能に構成されることとする。また、塗布ユニット１２または現像ユニット１５が、ガス処理ユニット２０を兼ねるように構成されていてもよい。
【００３４】
次に、上述したような半導体製造装置１０を用いた、本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の形態の一例を、図２〜図３の製造工程断面図によって説明する。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、半導体素子などが形成された下地基板３０上に、絶縁膜３１が成膜されており、この絶縁膜３１には、バリア膜３２を介して銅（Ｃｕ）からなる配線３３が設けられていることとする。この配線３３上を含む絶縁膜３１上に、例えばＳｉＣＮ等の窒素含有膜からなる拡散防止膜３４を約４０ｎｍの膜厚で成膜する。この拡散防止膜３４は、後工程で拡散防止膜３４上に成膜する層間絶縁膜への配線３３からのＣｕの拡散を防止する。
【００３６】
次に、拡散防止膜３４上に、例えばＳｉＣＯＨからなる膜密度の粗なＬｏｗ−ｋ材を層間絶縁膜３５として約４５０ｎｍの膜厚で成膜する。続いて層間絶縁膜３５上に、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）からなるキャップ層３６を、１５０ｎｍの膜厚で成膜する。ここまでの成膜は化学的気相成長（Chemical Mechanical Deposition(ＣＶＤ)）法により、行うこととする。
【００３７】
次に、このキャップ層３６上にヴィアホール形成用のレジストパターン（図示省略）を形成し、このレジストパターンをマスクに用いたエッチングにより、キャップ層３６、層間絶縁膜３５を除去することで、拡散防止膜３４に達する直径１５０ｎｍのヴィアホール３７を形成する。この状態の下地基板３０を基板Ｓとする。これにより、基板Ｓには、基板Ｓの表面に向けて開口されたヴィアホール３７（孔部）が設けられ、ヴィアホール３７の底部には、窒素含有膜からなる拡散防止膜３４が露出されるとともに、側壁には膜密度の粗な層間絶縁膜３５が露出された状態となる。
【００３８】
その後、このレジストパターンをアッシング処理や、有機剥離液により除去する。これにより、レジストパターンを除去する際の塩基性成分を含む有機剥離液が、膜密度の粗な層間絶縁膜３５に染み込んだ状態となる。
【００３９】
次いで、図１（ａ）を用いて説明した半導体製造装置１０のローダー部１１に、基板Ｓを装填する。そして、ローダー部１１から搬送アーム１６および搬送アーム１７により、図１（ｂ）を用いて説明したガス処理ユニット２０の処理チャンバー２１内に基板Ｓを搬送し、基板保持部材２２に保持する。ここで、基板保持部材２２は温度調整機構２５により、１５０℃〜２００℃に設定されていることとする。
【００４０】
その後、バルブ２４ａを開けて処理チャンバー２１内を排気し、圧力調整機構２４ｃにより、処理チャンバー２１内の圧力を約１０4Ｐａまで減圧する。その後、ガスボンベ２７に接続されたガス供給管２３のバルブ２３ｃを開けて、ポンプ２３ａにより、例えば炭酸ガスを約１ｌ／ｍｉｎの流量で処理チャンバー２１内に導入する。そして、処理チャンバー２１内の圧力（約１０4Ｐａ）と基板Ｓの加熱温度（１５０℃〜２００℃）を維持した状態で、基板Ｓの表面に約９０秒間炭酸ガスを供給する。この際、ガス供給管２３に設けられた温度調整機構２３ｂにより、供給する炭酸ガスの温度を１５０〜２００℃に調整してもよい。
【００４１】
これにより、基板におけるヴィアホール３７の内壁面近傍では、ヴィアホール３７の底部に露出された窒素含有膜からなる拡散防止膜３４およびヴィアホール３７の側壁に露出された層間絶縁膜３５から脱ガスされた塩基性ガスが、供給された炭酸ガスと反応し、除去される。これにより、拡散防止膜３４内部および層間絶縁膜３５内部の塩基性ガス成分に濃度勾配が生じ、塩基性ガス成分がヴィアホール３７の内壁面近傍に拡散する。そして、同様の作用の繰り返しによって、ヴィアホール３７の内壁面近傍で塩基性ガスが中和されるため、基板Ｓ内部の塩基性ガス成分が除去される。
【００４２】
なお、ここでは、基板Ｓの表面に炭酸ガスを供給することとしたが、本発明はこれに限定されず、炭酸ガス以外の例えば燐酸ガスからなる弱酸化性ガスであってもよく、また、例えば蟻酸または酢酸からなる有機系酸化性ガスであってもよい。ただし、炭酸ガスであれば揮発性および中和能力が高く、基板Ｓに影響を与えないことから、より好ましい。
【００４３】
本実施形態では、炭酸ガスのみを供給することとしたが、上述したような他の酸化性ガスとの混合ガスであってもよい。また、上述した弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスであればよく、窒素やヘリウム等の不活性ガスとの混合ガスであってもよく、水素との混合ガスであってもよい。なお、水素との混合ガスであれば、下層の配線３３にＣｕを用いた場合の還元反応による改質も期待できるため、好ましい。上述したように、基板Ｓの表面に混合ガスが供給される場合には、ガス供給管２３に、混合するガスが貯留されたガスボンベが接続されることとする。
【００４４】
また、処理チャンバー２１内を減圧雰囲気にした状態で、基板Ｓの表面に炭酸ガスを供給することとしたが、炭酸ガスを基板Ｓの表面に供給すれば、減圧雰囲気下でなくてもよい。ただし、減圧雰囲気下で炭酸ガスによる処理を行うことで、基板Ｓからの塩基性ガス成分の脱ガスが促進されるため、好ましい。
【００４５】
さらに、本実施形態では、基板Ｓを１５０℃〜２００℃に加熱した状態で、炭酸ガスを供給することとしたが、非加熱状態で基板Ｓ表面に炭酸ガスを供給してもよい。ただし、基板Ｓを加熱した状態で炭酸ガスを供給した方が、基板Ｓからの塩基性ガス成分の脱ガスが促進されるため、好ましい。また、基板Ｓの加熱温度は、Ｌｏｗ−ｋ材からなる層間絶縁膜３５や下地基板３０に形成された半導体素子等に影響を与えない程度の温度が好ましく、基板Ｓを構成する材質に応じて適宜設定されることとする。具体的には、１５０℃〜２００℃の範囲の加熱が好ましい。
【００４６】
次に、処理チャンバー２１内から排気管２４により炭酸ガスを排気し、窒素ガスまたは温度、湿度等を調整した空気によりパージを行い、処理チャンバー２１内の圧力を常圧まで戻す。続いて、炭酸ガスにより処理した基板Ｓを塗布ユニット１２内に搬送し、塗布ユニット１２内に設けられたクーリングプレート（図示省略）上に載置して、室温まで基板Ｓを冷却させた後、基板Ｓの表面を洗浄する。洗浄液としては、非アルカリ性の有機系洗浄液または硫酸過水、塩酸過水、希フッ酸などの無機系の洗浄液もしくはこれら無機系の洗浄液の混合物が挙げられる。これにより、基板Ｓの表面に塩基性ガスと炭酸ガスによる反応生成物が析出する場合には、その反応生成物が除去される。ただし、この洗浄は必ずしも行わなくてもよく、反応生成物が揮発性である場合には、省略してもよい。
【００４７】
次に、図２（ｂ）に示すように、ヴィアホール３７を埋め込むように、キャップ層３６上にノボラック樹脂からなる平坦化膜３８を約５００ｎｍの膜厚で塗布する。その後、酸素（Ｏ2）系ガスを用いたＲＩＥ条件により、ヴィアホール３７の上面から１００ｎｍ程度の深さまで平坦化膜３８のリセスを行う。これにより、表面が平坦化されるため、後工程でヴィアホール３７の上部にトレンチを形成する際の、ヴィアホール３７の影響を抑制することができる。
【００４８】
続いて、平坦化膜３８で埋め込まれたヴィアホール３７上を含むキャップ層３６上に、ＡＲ５（シプレイファーイースト社製）からなる有機系の反射防止膜（ＢＡＲＣ）３９を、約９０ｎｍの膜厚で塗布し、搬送アーム１７により基板Ｓをベークユニット１３に搬送し、２００℃で６０秒間ベーク処理を行う。
【００４９】
次に、図２（ｃ）に示すように、搬送アーム１７により、基板Ｓを塗布ユニット１２に搬送し、反射防止膜３９上にＫｒＦ用ポジ型化学増幅型フォトレジストＭ２０Ｇからなる化学増幅型フォトレジストＲを約４５０ｎｍの膜厚で塗布する。続いて、搬送アーム１７により、この基板Ｓをベークユニット１３に搬送して、１４０℃で９０秒間のベーク処理を行う。
【００５０】
その後、搬送アーム１７および搬送アーム１８により、基板ＳをＫｒＦスキャナＳ２０４Ｂ（ニコン社製）からなる露光ユニット１４に搬送し、露光量約１５ｍＪ/ｃｍ2で化学増幅型フォトレジストＲに配線パターンを転写する。続いて、搬送アーム１７および搬送アーム１８により、この基板Ｓをベークユニット１３に搬送し、１４０℃で９０秒間のベーク処理を施す。これにより、図３（ｄ）示すように、化学増幅型フォトレジストＲの露光された配線パターン部分Ｒ’中に酸が発生し、配線パターン部分Ｒ’が現像液に溶解可能な構造となる。
【００５１】
その後、搬送アーム１７および搬送アーム１８により、基板Ｓを現像ユニット１５に搬送し、現像液ＮＭＤ−３（東京応化学工業社製）にて６０秒間現像を行う。これにより、図３（ｅ）に示すように、トレンチ形成用のレジストパターンＲ’’が形成される。この後の工程の図示は省略するが、レジストパターンＲ’’をマスクに用いたエッチングにより、キャップ層３６および反射防止膜３９を除去するとともに、層間絶縁膜３５および平坦化膜３８をある程度の深さまで除去することで、ヴィアホール３７の上部にトレンチ（図示省略）を形成する。その後、アッシング処理や有機剥離液により、レジストパターンＲ’’、反射防止膜３９および平坦化膜３８を除去した後、キャップ層３６とヴィアホール３７の底部に露出された拡散防止膜３４とをエッチング除去して、ヴィアホール３７が配線３３に達した状態となる。
【００５２】
このような半導体装置の製造方法によれば、ヴィアホール３７の形成された基板Ｓの表面に、化学増幅型フォトレジストＲを塗布する前に、炭酸ガスが供給されることで、拡散防止膜３４および層間絶縁膜３５中の塩基性ガス成分が除去される。したがって、このようなガス処理工程に次いで、基板Ｓに化学増幅型レジストＲを塗布することにより、以降の工程において、基板Ｓ中の塩基性ガスの放出が防止されるため、レジスト中の酸を失活させずに、リソグラフィ工程を行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態では、基板Ｓを減圧雰囲気下で、かつ基板Ｓにダメージを与えない程度に加熱した状態で、基板Ｓの表面に炭酸ガスを供給することから、基板Ｓからの塩基性ガスの脱ガスが促進されるため、より効率よく基板Ｓから塩基性ガスを除去することができる。
【００５４】
したがって、ポイゾニングを防ぎ、化学増幅型フォトレジストＲの解像度を向上させることができることから、微細パターンを高精度に形成することが可能になり、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。また、基板Ｓに化学増幅型フォトレジストＲを塗布する前の前処理として、熱処理またはプラズマ処理もしくはＵＶ処理を行わなくても、基板Ｓから塩基性ガスを除去することができるため、基板Ｓの受けるダメージを抑制することができる。また、ポイゾニングを防止することができるため、フォトレジスト材料自体のポイゾニング耐性に対するスペックを緩和することができることから、フォトレジスト材料の選択肢が広がり、例えばポイゾニング耐性が低くても、ＲＩＥ耐性が高いフォトレジスト材料を用いることで、レジストの解像度を向上させることもできる。
【００５５】
さらに、本実施形態の半導体製造装置１０によれば、塗布ユニット１２および露光ユニット１４とともに、弱酸化性ガスまたは有機系酸化性ガスを含むガスを供給するガス処理ユニット２０を備えていることから、レジスト塗布とその後の露光を行う一連のリソグラフィ処理に際して、上述した製造方法におけるガス処理工程を行うことができる。したがって、上述した製造方法を同一の半導体製造装置１０を用いた連続処理で行うことができるため、本発明のリソグラフィ工程を効率よく行うことができる。
【００５６】
なお、本実施形態の半導体装置の製造方法では、図２（ａ）を用いて説明した、ヴィアホール３７を形成した後、平坦化膜３８をヴィアホール３７に埋め込む前の基板Ｓに炭酸ガスを供給する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、ヴィアホール３７を形成した後であって、図２（ｃ）を用いて説明した、化学増幅型レジストＲを塗布する前であれば、どの段階で行ってもよい。この際、例えば反射防止膜３９のベーク処理の段階で、炭酸ガスを基板Ｓの表面に供給すれば、ベーク処理と炭酸ガスの供給を同一工程で行うことができるため、効率よく処理を行うことができる。ただし、本実施形態で説明したように、ヴィアホール３７を形成した後であって、平坦化膜３８をヴィアホール３７に埋め込む前に炭酸ガスを供給する方が、ヴィアホール３７の底部に拡散防止膜３４が露出されており、側壁に層間絶縁膜３５が露出された状態であるため、塩基性ガス成分が脱ガスされ易く、好ましい。
【００５７】
また、本実施形態では、ＳｉＯＣＨからなる膜密度の粗なＬｏｗ−ｋ材を層間絶縁膜３５として用いた例について説明したが、層間絶縁膜３５が窒素含有膜であれば、層間絶縁膜３５自体も塩基性ガス成分の供給源となるため、本発明の効果を顕著に奏することができる。
【００５８】
さらに、本実施形態では、トレンチを形成する前にヴィアホール形成を行うヴィアファーストデュアルダマシンプロセスを実施する半導体装置の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、トレンチファーストのデュアルダマシンプロセスでも適用可能である。この場合には、トレンチ形成用のレジストパターンを除去する際の塩基性成分を含む有機剥離液が、トレンチの内壁を形成する層間絶縁膜３５に染み込んだ状態となる。このような状態の基板Ｓの表面に炭酸ガスが供給されることで、トレンチの内壁面近傍では、層間絶縁膜３５中の塩基性ガス成分が、炭酸ガスと反応し、除去される。そして、この反応が促進されることで、層間絶縁膜３５中の塩基性ガス成分が除去される。したがって、この状態の基板Ｓに化学増幅型レジストＲを塗布し、ヴィアホール形成用のレジストパターンを形成する際に、基板Ｓからの塩基性ガスの放出が防止され、レジスト中の酸を失活させずに、リソグラフィ工程を行うことができるため、ポイゾニングを防止することができる。
【００５９】
また、ここでは、ポジ型の化学増幅型フォトレジストＲを用いた例について説明したが、ネガ型の化学増幅型フォトレジストであっても、同様の効果を奏する。
【００６０】
（第２実施形態）
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、下地基板４０上に配線膜４１を介して窒素含有膜４２が設けられた状態の基板Ｓ’に炭酸ガスを供給する例について説明する。まず、下地基板４０上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる配線膜４１を約３００ｎｍの膜厚で成膜し、この配線膜４１上に窒化チタン（ＴｉＮ）からなる窒素含有膜４２を約７０ｎｍの膜厚で成膜する。この状態の下地基板４０を基板Ｓ’とする。これにより基板Ｓ’の表面が窒素含有膜４２で構成される。また、この窒素含有膜４２は、後工程で配線膜４１をエッチング加工して配線を形成する際の反射防止膜として機能する。
【００６１】
次に、第１実施形態と同様に、図１（ａ）を用いて説明した半導体製造装置１０のローダー部１１に基板Ｓ’を装填した後、図１（ｂ）を用いて説明したガス処理ユニット２０の処理チャンバー２１内に基板Ｓ’を搬送し、基板保持部材２２に保持する。ここで、炭酸ガスを処理チャンバー２１内に導入し、第１実施形態と同様の条件で基板Ｓ’の表面に炭酸ガスを供給する。
【００６２】
これにより、基板Ｓ’の表面近傍において、基板Ｓ’の表面を構成する窒素含有膜４２から脱ガスされた塩基性ガスが供給された炭酸ガスと反応し、除去される。これにより窒素含有膜４２内部の塩基性ガス成分に濃度勾配が生じ、窒素含有膜４２内部の塩基性ガス成分が基板Ｓ’の表面近傍に拡散する。そして、同様の作用の繰り返しによって、基板Ｓ’表面近傍で塩基性ガスが中和されるため、基板Ｓ’内部の塩基性ガス成分が除去される。
【００６３】
ここで、供給されるガスとしては、第１実施形態と同様のものが適用可能である。また、ここでは、窒素含有膜４２にＴｉＮを用いた場合の例について説明したが、本発明はこれに限定されず、窒素含有膜４２が酸窒化チタン（ＴｉＯＮ）等の窒素を含む導電性材料膜であればよい。
【００６４】
次に、基板Ｓ’を塗布ユニット１２内に搬送し、塗布ユニット１２内に設けられたクーリングプレート（図示省略）上に載置して、室温まで基板Ｓ’を冷却させた後、基板Ｓ’の表面を洗浄する。ここでの洗浄液は、第１実施形態で説明したものと同様のものを用いることとする。これにより、基板Ｓ’の表面に塩基性ガスと炭酸ガスによる反応生成物が析出する場合には、その反応生成物が除去される。ただし、この洗浄は必ずしも行わなくてもよく、反応生成物が揮発性である場合には、省略してもよい。
【００６５】
次に、図４（ｂ）に示すように、この基板Ｓを、搬送アーム１７により塗布ユニット１２に搬送し、この窒素含有膜４２上に、ＫｒＦ用ポジ型化学増幅型フォトレジストＭ２０Ｇからなる化学増幅型フォトレジストＲを膜厚８００ｎｍで塗布する。続いて、この基板Ｓを、搬送アーム１７によりベークユニット１３に搬送して、例えば１４０℃で９０秒間の化学増幅型フォトレジストＲのベーク処理を行う。
【００６６】
この後、基板Ｓ’を搬送アーム１７および搬送アーム１８により、ＫｒＦスキャナＳ２０４Ｂ（ニコン社製）からなる露光ユニット１４に搬送し、露光量約１６ｍＪ/ｃｍ2で、化学増幅型フォトレジストＲに配線パターンを転写する。続いて、搬送アーム１７および搬送アーム１８により、この基板Ｓ’をベークユニット１３に搬送し、例えば１４０℃で９０秒間の化学増幅型フォトレジストＲのベーク処理を行う。これにより、図４（ｃ）示すように、化学増幅型フォトレジストＲから酸が発生し、露光された配線の反転パターン部分Ｒ’が、現像液に溶解可能な構造となる。
【００６７】
その後、基板Ｓ’を現像ユニット１５に搬送し、ＮＭＤ−３（東京応化学工業社製）からなる現像液にて６０秒間現像を行う。これにより、図４（ｄ）に示すように、窒素含有膜４２上に、配線を形成するためのレジストパターンＲ’’が形成される。
【００６８】
このような半導体装置の製造方法によっても、基板Ｓ’に炭酸ガスを供給することにより、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６９】
なお、本実施形態は配線膜４１の反射防止膜として機能する導電性の窒素含有膜４２上に、化学増幅型フォトレジストＲのレジストパターンＲ’’を形成する例について説明したが、このような例に限らず、基板Ｓ’の露出面が窒素含有膜で構成されており、窒素含有膜上に化学増幅型フォトレジストＲを塗布してレジストパターンＲ’’を形成する場合であれば、本発明は適用可能である。この場合、窒素含有膜は窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の絶縁膜であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の半導体製造装置を説明するための上面図（ａ）およびその要部拡大構成図（ｂ）である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法に係る第１実施形態を説明するための製造工程断面図（その１）である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る第１実施形態を説明するための製造工程断面図（その２）である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法に係る第２実施形態を説明するための製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…半導体製造装置、１２…塗布ユニット、１４…露光ユニット、２０…ガス処理ユニット、２１…処理チャンバー、３５…層間絶縁膜、３７…ヴィアホール、４２…窒素含有膜、Ｒ…化学増幅型フォトレジスト、Ｓ，Ｓ’…基板
【図１】
2005197420.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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