(57)【要約】【課題】  レジスト膜の感度を向上させること。【解決手段】  加熱初期段階（第１の温度状態ＴＣ1）では、ウエハ下面のホットプレートから熱が供給されるように制御する。時間ｔ1＝２０秒において、ウエハ上部に設置された光加熱ユニットのパワーをＯＮにすることで、ウエハ上部から加熱し、レジスト膜上部の温度を底部に比べて高くする。時間ｔ２＝４０秒において、ウエハ下部に設置されたホットプレートのヒータ出力を上げることで、ウエハ下部の温度を上部に比べて高くする。時間ｔ３＝６０秒において、ウエハ上部に設置された光加熱ユニットの出力をさらに上げることで、ウエハ１００上部から加熱し、レジスト膜上部の温度を底部に比べて高くする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記化学増幅型レジスト膜に熱を供給して熱処理を行う工程とを含む基板処理方法において、
前記熱処理は、
前記化学増幅型レジスト膜の表面部の温度をＴT、前記化学増幅型レジスト膜の前記被処理基板との界面部の温度をＴBとしたとき、
ＴT＜ＴBを満たす第１の温度状態にする工程と、ＴT＞ＴBを満たす第２の温度状態にする工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記第１の温度状態と前記第２の温度状態とは、
前記被処理基板の上部及び下部にそれぞれ配置された熱源からの熱の供給量を制御することによって作り出されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記熱の供給量の制御が、前記熱源の発熱量、前記被処理基板と熱源の距離の少なくとも一方が制御されることによって行われることを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第１の温度状態と前記第２の温度状態とは、前記熱処理時の圧力を制御することによって、作り出されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記第１の温度状態と前記第２の温度状態とが、交互に現れることを特徴とする前記請求項１記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記第１の温度状態から前記第２の温度状態への遷移、または前記第２の温度状態から前記第１の温度状態への遷移が、前記ＴT、ＴBのどちらか一方の温度が変更されることによって行われることを特徴とする前記請求項１記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記化学増幅型レジスト膜がエネルギー線照射によって所望の潜像が形成されていることを特徴とする前記請求項１記載の基板処理方法。
【請求項８】
請求項１に記載された基板処理方法を用いた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、化学増幅型レジストの感度を向上させ得る加熱処理方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造では、素子領域形成、電極配線加工等に先立ち、レジストパターンが被加工基板上に形成される（リソグラフィ工程）。加工するパターンの微細化に伴い、リソグラフィ工程では化学増幅型レジストが現在では広く用いられるようになった。化学増幅型レジストを用いたレジストパターンは、一般に以下のように形成される。まず、被処理基板である半導体ウエハ上にレジスト塗布膜を形成した後、所定パターンを露光により転写することで潜像を形成する。その後、PEB(Post Exposure Bake)と呼ばれる露光後の加熱処理工程により、露光時に生成されたレジスト膜中の酸を拡散させる。その後、アルカリ現像液等を用いて現像処理することで、レジストパターンを形成する。
【０００３】
微細パターンを形成するためには、上記露光時の光源の短波長化が必要とされている。現在、KrF、ArF等のエキシマレーザー光が用いられ、露光装置として実用化されているが、ＤＵＶ光によるパターン形成では、パターン解像度の限界があるため、次世代のリソグラフィ技術として低加速ＥＢリソグラフィーや電子ビーム投影露光（ＥＰＬ）技術の開発が進められている。これら、電子ビームを用いたリソグラフィープロセスでは光リソグラフィに比べ、より多くの描画時間が必要なため、スループットを如何に改善するかが、重要な技術課題とされている。
【０００４】
これに対し、使用する化学増幅型レジスト材料をより高感度化させることが検討されている。しかし、レジストプロファイルや、ラインエッジラフネスなどのレジスト特性とスループットから要求されている感度とをレジスト材料の最適化だけで両立させのは、現状で非常に困難であるとされている。
【０００５】
また、ＰＥＢ中にレジスト膜厚に対して垂直方向に電圧を印加させ、レジストの感度を実質的に向上させる方法が報告されている（非特許文献１）。これらの報告では、ＰＥＢ時の電界アシスト効果により、低い照射量で所望寸法のパターン形成することが可能で、実質的なレジスト感度の向上に成功している。しかしながら、これらのＰＥＢ方法では、ＰＥＢ中にレジスト膜表面に電極を直接乗せて、電圧印加させるために電極が汚れ、処理を行う毎に電極をクリーニングする必要がある。また、電界強度が電極とウエハとの距離に大きく依存するため、ウエハ面内で均一に電圧を印加することが困難であるなど、実用化するためには、克服すべき課題が山積しているのが現状であった。
【非特許文献１】M.Cheng et.al, J.Vac Sci Tech. 18(6), pp.3318, Nov/Dev 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、実質的にレジストの感度を向上させ得る基板処理方法、及びこの基板処理方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【０００８】
本発明の一例に係わる基板処理方法は、被処理基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、前記化学増幅型レジスト膜に熱を供給して熱処理を行う工程とを含む基板処理方法において、前記熱処理は、前記化学増幅型レジスト膜の表面部の温度をＴT、前記化学増幅型レジスト膜の前記被処理基板との界面部の温度をＴBとしたとき、ＴT＜ＴBを満たす第１の温度状態にする工程と、ＴT＞ＴBを満たす第２の温度状態にする工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、  前記化学増幅型レジスト膜の表面部の温度と前記化学増幅型レジスト膜の前記被処理基板との界面部の温度との大小関係を変化させることによって、レジスト膜の感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程の一部を示すフローチャートである。
【００１２】
半導体装置の製造途中である直径３００ｍｍの半導体基板を用意する。半導体基板（以下ウエハと称す）上に回転塗布法により反射防止剤を塗布する。１９０℃、６０秒の条件でベーク処理して、膜厚６０ｎｍの反射防止膜を被処理基板上に形成する。反射防止膜上に上にさらにポジ型化学増幅型レジスト剤を塗布する（ステップＳＴ１）。１３０℃、６０秒の条件でプリベークと呼ばれるレジスト中の溶剤を揮発させるための露光前加熱処理を行い、反射防止膜上に３００ｎｍのレジスト膜を形成する（ステップＳＴ２）。プリベーク後ウエハを室温まで冷却し、電子ビーム描画装置にウエハを搬送する。次いで、７０ｎｍライン＆スペースパターンの繰り返しパターンを加速電圧５０ｋＶの条件で描画を行い、潜像を形成する（ステップＳＴ３）。
【００１３】
露光後、ウエハを電子ビーム描画装置から搬出し、加熱処理装置へと搬送し、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）と呼ばれる露光後加熱処理を１３０℃、９０秒の条件で行う（ステップＳＴ４）。
【００１４】
以下、ＰＥＢ処理の詳細について説明する。図２は、本実施形態で使用する加熱処理装置を模式的に示した断面図である。加熱処理装置のチャンバ１０１内には、ウエハ１００を裏面から加熱するためのホットプレート１０２と、ウエハ１００上面から加熱する光加熱ユニット１０３の２つの加熱ユニットが設置されている。ウエハ１００は、搬送アーム（図示しない）等によってチャンバ１０１内へと搬送され、高さ０．１ｍｍのプロキシミティギャップ１０４を介してホットプレート１０２上に載置される。ホットプレート１０２は、熱の分布を均一にする均熱板１０２ａと同心円状に分割されたヒータ１０２ｂとで構成されている。ヒータ１０２ｂの温度は、電圧供給部１０５及び電圧制御部１０６と図示しない温度モニタ機構とによって、所望値に制御される。ウエハ１００上部には、光加熱ユニット１０３が設置され、光加熱ユニット１０３から放射された光は、ウエハ１００表面に照射される。本実施形態では、ハロゲンランプを光源として用い、紫外領域の波長をカットするフィルタ（図示せず）を介してウエハ表面へと照射した。光加熱ユニット１０３は、複数の光照射部から構成され、電圧供給部１０７及び電圧制御部１０８によって、それぞれが独立に制御され、ウエハ面内で均一な加熱が可能となっている。また、電圧制御部１０８と、図示しない温度モニタ機構とによってレジスト膜表面の温度を所望値に制御することが可能となっている。また、図示しない導入口、排気口及びパージ気流形成手段により、ウエハ表面でパージ気流１０９が形成される。パージ気流１０９は、排気速度、気体温度が制御可能な構成となっている。
【００１５】
次いで、加熱シーケンスについて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図３は、本実施形態で用いた加熱処理時間に対するレジスト表面（レジスト上部）及び下地反射防止膜との界面部（レジスト底部）の温度特性を模式的に示したものである。図中の破線がレジスト上部を実線がレジスト底部の温度を示している。ここでは、加熱処理開始時間をｔ＝０とした。
【００１７】
加熱初期段階（第１の温度状態ＴＣ1）では、ウエハ１００下面のホットプレート１０２から熱が供給されるように制御した。このとき、チャンバ１０１内のパージ気流１０９によって、レジスト膜上部では熱が奪われる。そのため、レジスト膜底部の温度がレジスト膜上部よりも高温になる。このときのレジスト上部と底部とで生じた温度勾配によって、レジスト膜１２０中の酸１２１は、レジスト膜１２０上部方向への力が働き、酸１２１の上部方向への移動が進行する（図４（ａ））。
【００１８】
時間ｔ1＝２０秒において、ウエハ１００上部に設置された光加熱ユニット１０３のパワーをＯＮにすることで、ウエハ１００上部から加熱し、レジスト膜上部の温度を底部に比べて高くする（第２の温度状態ＴＣ2）。第２の温度状態ＴＣ2では、レジスト膜１２０底部方向への力が働くため、酸１２１はレジスト膜１２０底部方向へ移動する（図４（ｂ））。
【００１９】
時間ｔ２＝４０秒において、ウエハ下部に設置されたホットプレートのヒータ出力を上げることで、ウエハ下部の温度を上部に比べて高くした（第３の温度状態ＴＣ3）。第３の温度状態ＴＣ3では、レジスト膜１２０上部方向への力が働くため、酸１２１は上部方向へ移動する（図４（ｃ））。
【００２０】
時間ｔ３＝６０秒において、ウエハ１００上部に設置された光加熱ユニット１０３の出力をさらに上げることで、ウエハ１００上部から加熱し、レジスト膜１２０上部の温度を底部に比べて高くした（第４の温度状態ＴＣ4）。第４の温度状態ＴＣ4では、レジスト膜１２０底部方向への力が働くため、酸１２１は底部方向へ移動する（図４（ｄ））。
【００２１】
時間ｔ4＝８０秒において、ウエハを加熱処理装置外へと搬出し、冷却ユニット（図示せず）に搬送して、室温にまで冷却した。さらに現像装置へと搬送し、ＴＭＡＨを主成分とするアルカリ現像液で現像処理を行い、レジストパターンを形成する（ステップＳＴ５）。
【００２２】
レジストパターンをマスクに半導体基板又は半導体基板上に形成された膜をエッチングする（ステップＳＴ６）。次いで、レジストパターン除去する（ステップＳＴ７）。
【００２３】
従来のＰＥＢ方法では、７０ｎｍライン＆スペースパターンを所望寸法に形成するために、１０．２μＣ／ｃｍ2の照射量がＥＢ描画時に必要であったが、本実施形態記載のＰＥＢ方法では、５．７μＣ／ｃｍ2の照射量で所望寸法が形成でき、実質的にレジスト膜の感度を向上させることができた。
【００２４】
本実施形態では、２つの加熱源をウエハの上面と下面に配置し、温度制御を行ったが、これに限定されることは無い。例えば、図５に示すように、チャンバ１０１内のウエハ１００下面に１つのホットプレート１０２を配置し、チャンバ１０１内の圧力を圧力制御部１３０でコントロールすることで、レジスト膜上面の温度を制御することでも、同様の効果が得られる。例えば、チャンバ１０１内の圧力Ｐ1，温度Ｔ1の状態から圧力Ｐ2，温度Ｔ2の状態の状態にした時、温度Ｔ2＝（Ｐ2／Ｐ1）×Ｔ1となる。チャンバ内の温度が変化することでレジスト膜の上面の温度が変化する。なお、ホットプレート１０２の温度制御を併用しても良い。
【００２５】
本実施形態では、光源としてハロゲンランプを用いたが、これに限定されることなく、他の光源を用いても良い。
【００２６】
初期状態でレジスト膜の下部の温度が高くなるようにしたが、レジスト膜の上部側の温度が高くなるようにしても良い。
【００２７】
また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、様々な変形が可能である。
【００２８】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係わる半導体装置の製造工程の一部を示すフローチャート。
【図２】加熱処理装置を模式的に示した断面図。
【図３】加熱処理時間に対するレジスト表面（レジスト上部）及び下地反射防止膜との界面部（レジスト底部）の温度特性を示す図。
【図４】加熱時のレジスト膜内の酸が動きを模式的に示す図。
【図５】加熱処理装置を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１００…ウエハ，１０１…チャンバ，１０２…ホットプレート，１０２ａ…均熱板，１０２ｂ…ヒータ，１０３…光加熱ユニット，１０４…プロキシミティギャップ，１０５…電圧供給部，１０６…電圧制御部，１０７…電圧供給部，１０８…電圧制御部，１０９…パージ気流
【図１】
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【図２】
2005317652.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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