(57)【要約】【課題】超ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造工程において、高精度微細パタン形成を実現するレジスト現像方法および装置を提供する。【解決手段】基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像方法において、レジスト膜を化学増幅系レジストで形成するとともに、レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ、レジスト現像工程の前に、基板上のレジスト膜に交番電界を印加する。【選択図】図１
2005203597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像方法において、
前記レジスト膜は化学増幅系レジストで形成され、
前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に交番電界を印加する交番電界印加工程を有する
ことを特徴とするレジスト現像方法。
【請求項２】
前記現像工程の前に行う交番電界印加工程において、
前記基板上の前記レジスト膜に断続的に交番電界を印加する
ことを特徴とする請求項１に記載のレジスト現像方法。
【請求項３】
前記現像工程の前に行う交番電界印加工程において、
交番電界印加時あるいは印加後に、前記基板上を熱処理する工程を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレジスト現像方法。
【請求項４】
基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像装置であって、
前記レジスト膜は化学増幅系レジストで形成され、
前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に交番電界を印加する交番電界印加手段を有する
ことを特徴とするレジスト現像装置。
【請求項５】
前記交番電界印加手段は、断続的に交番電界を発生する手段を有する
ことを特徴とする請求項４に記載のレジスト現像装置。
【請求項６】
さらに、前記交番電界印加時あるいは印加後に、前記基板を熱処理する熱処理手段を有する
ことを特徴とする請求項４または５に記載のレジスト現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造において、微細パタンを形成する際に用いるレジストの現像方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超ＬＳＩに代表される半導体集積デバイスの微細化が進み、現在では最小パタン寸法１００ｎｍ以下のＬＳＩが製造されつつある。微細パタンは、基板上に紫外線、Ｘ線、電子線などの高エネルギー線に感応する感光性高分子（以下、レジストと略称する）の薄膜を形成した後、これに高エネルギー線を用いて回路パタンを露光したのち現像することにより行われている。レジストに対しては、基板の大口径化にともない迅速なパタン形成処理の点から高感度で感応することがより一層求められている。
【０００３】
近年、化学増幅系レジストと呼ばれる極めて高感度なレジスト材料が実用化され、最先端の超ＬＳＩはすべてこの化学増幅系レジストを用いて製造されている。このレジスト材料は、高エネルギー線の露光によりレジスト膜中に生成された酸が触媒としてはたらき、熱の作用により連鎖反応的に感光反応が進む。したがって、露光量が少なくてすみ極めて高感度となる。
【０００４】
図３に従来の化学増幅系レジスト用の自動現像装置の一例を示す。以下に図３を用いてレジスト現像工程の説明をする。レジスト現像装置筺体７は、基板１上に形成されたレジスト膜２に回路パタンを露光、現像するための装置である。基板保持用カセット５ａにセットされたレジスト膜２の付いた基板１（高エネルギー線により回路パタンが露光されたもの）が基板搬送用ロボット４ａで熱処理用台３に搬送された後、予め設定された温度、時間で熱処理される。この時、上述の酸による触媒反応が促進され、レジスト膜中にパタンの潜像が形成される。従来の現像装置では、熱処理用台３は内部に電気的抵抗加熱体が取り付けられた平板状のものが用いられている。
【０００５】
次に、熱処理後の基板１は基板搬送用ロボット４ｂでレジスト現像機構部６に搬送され、所定の現像液、時間で現像処理され、基板１上にレジスト膜２の回路パタンが形成される。その後、基板１は基板搬送用ロボット４ｃで、基板保持用カセット５ｂに搬送され処理が終了する。
【０００６】
上記の現像工程おいて、現像前の熱処理は通常、露光後ベークと呼ばれているもので化学増幅系レジストを使用するに当たっては原理上必須のものであり、露光後ベーク用の熱処理用台は従来のレジスト現像装置に常備されている。
【０００７】
また、高エネルギー線の露光後、露光後ベークまでの保持時間、保持環境により、発生した酸が反応活性力を失う（酸の失活）などによりレジスト感度が著しく変化する。そのため、化学増幅系レジストを使用するＬＳＩ製造ラインでは、通常、高エネルギー線露光装置にレジスト現像装置を直結させ、露光後ベークまでに基板が酸を失活させる雰囲気に触れることなく、また高エネルギー線の照射後直ちに露光後ベークすることによりレジストパタンの寸法精度を確保している（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】H.Ito,“Chemically Amplified Resists: Past, Present, and Future”, Proceedings of SPIE Conference on Advances in Resist Technology and Processing XVI, Vol.3678, pp.2-12,1999.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記のような従来のレジスト現像方法および装置では、主として以下に述べるような３つの問題があった。
（１）基板の大口径化により、高感度の化学増幅系レジストを用いても感度不足で露光時間が増大してしまう。
（２）露光パタンのエッジ部の酸の不均一性が熱処理中に増長され、現像後のレジストパタンのエッジのラフネスが増大してしまう。
（３）酸の触媒反応とともに酸の拡散も起こり、現像後のレジストパタンの寸法や形状が目的とするパタンから著しく異なってしまう。
【０００９】
上記の問題において、（１）は、ＬＳＩの製造コストに影響するので大きな問題である。また、（２）のエッジラフネスの増大の問題はパタンが１００ｎｍ以下のナノメートル領域になるとデバイスの特性・信頼性に大きく影響を及ぼす。また、エッジラフネスは数ナノ〜数十ナノメートルの不規則な凹凸形状であり、パタン設計にフィードバックして影響を抑制することが困難である。そのため、超ＬＳＩの製造上極めて重大な問題となりつつある。さらに、（３）については、どのような露光手段を用いても問題が顕在化している近接効果の問題と合わせて、パタン寸法の制御性を低下させる大きな問題となっている。パタンの再現性がよければ近接効果補正と同様に定量化して補正することが可能であるが、１００ｎｍ以下のパタン形成では非常に困難になっている。
【００１０】
本発明の目的は、超ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造において、微細パタン形成における上記の問題を解決した高精度微細パタン形成を実現するレジスト現像方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像方法において、前記レジスト膜は化学増幅系レジストで形成され、前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に交番電界を印加する工程を有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の現像方法において、前記現像工程の前に行う交番電界印加工程において、前記基板上の前記レジスト膜に断続的に交番電界を印加することを特徴とする。
【００１３】
基板上のレジスト膜に、基板面に対して垂直方向にパルス状の交番電界を短時間印加する工程を設けることにより、基板上のレジストパタンが基板面に対して水平方向にズレることを防止できる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のレジスト現像方法において、前記現像工程の前に行う交番電界印加工程において、交番電界印加時あるいは印加後に、前記基板上を熱処理する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像装置であって、前記レジスト膜は化学増幅系レジストで形成され、前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に交番電界を印加する交番電界印加手段を有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の現像装置において、前記交番電界印加手段は、断続的に交番電界を発生する手段を有していることを特徴とする。
【００１７】
基板上のレジスト膜に、基板面に対して垂直方向にパルス状の交番電界を短時間印加することが可能な交番電界印加手段を設けることにより、基板上のレジストパタンが基板面に対して水平方向にズレることを防止できる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載のレジスト現像装置において、前記交番電界印加時あるいは印加後に、前記基板を熱処理する熱処理手段を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明では、高エネルギー線を通常露光の数分の１〜数十分の１の露光量で化学増幅系レジストに照射し、レジスト膜中に通常露光の数分の１〜数十分の１の量の酸を発生させる。この発生した酸に対して本発明の交番電界印加手段により交流電圧を印加し酸を電界方向に振動させる。この振動運動により酸は化学増幅系レジスト中の酸発生剤と次々に衝突して酸を増幅し、パタン形成に充分な量の酸を生成させる。すなわち、交番電界印加手段による酸の振動運動は酸の増幅作用としてはたらき、これによりレジスト感度は数倍から数十倍に高感度化することになる。
【００２０】
また、交番電界印加手段による酸の電界方向の振動運動は露光パタンの潜像のエッジ部分での酸の濃度分布を平均化するので、パタンエッジ部が平滑化する。よって、パタンのエッジラフネスは減少する。
【００２１】
さらに、交番電界印加手段による酸の電界による振動運動を基板に垂直な方向に制御することにより酸の濃度分布がレジストの膜厚方向で均質となるため、垂直なパタンプロファイルが得られるとともに、パタン寸法も設計寸法に忠実なものとなる。
【００２２】
以上述べたように、本発明において、交番電界印加手段は化学増幅系レジストの酸の運動を精密に制御し、レジスト感度を高感度化するとともに、レジストパタンの形状、寸法精度を向上させる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のレジスト現像装置によれば、化学増幅系レジストの酸の反応を精密に制御できるので、高感度で高精度なナノメートルレベルの微細パタン形成が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明におけるレジスト現像装置は、基板上にレジスト膜の微細パタンを形成するレジスト現像装置であって、前記レジスト膜は化学増幅系レジストで形成され、前記レジスト膜を露光する露光工程の後で、かつ現像工程の前に、前記基板上の前記レジスト膜に交番電界を印加する交番電界印加手段を有することを特徴としている。
【００２５】
本発明の第１実施形態におけるレジスト現像装置および方法について説明する。図１は本発明のレジスト現像装置の一実施の形態を示す概略構成図である。以下に図１を用いて本実施形態のレジスト現像装置の機構と現像方法を説明する。
【００２６】
レジスト現像装置筺体７は、基板１上に形成されたレジスト膜２に回路パタンを露光、現像するための装置である。まず、基板保持用カセット５ａにセットされたレジスト膜２の付いた基板１（高エネルギー線により回路パタンが露光されたもの）が基板搬送用ロボット４ａで交番電界印加機構部８内に搬送される。次に、下部電極９と上部電極１０間の基板１に対して電源制御機構部１１で予め設定された電圧、周波数、印加時間で交番電界を印加する。交番電界印加機構部８内は酸の失活を防ぐため窒素などの不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
【００２７】
交番電界印加後、基板１を基板搬送用ロボット４ａ'で熱処理用台３に搬送し、レジスト膜２を所定の温度、時間で露光後ベークする。この時、露光ならびに交番電界印加によって発生した酸による触媒反応が促進され、レジスト膜中にパタンの潜像が形成される。電圧、周波数、印加時間は、使用する露光装置、レジスト種、形成しようとするパタンの大きさと形状などにより、予め決定された条件を設定しておく。また、交番電界を断続的に印加してもよい。
【００２８】
その後、熱処理後の基板は基板搬送用ロボット４ｂでレジスト現像機構部６に搬送され、所定の現像液、時間で現像処理され、基板１上にレジスト膜２の回路パタンが形成される。この現像機構部６には、現像後のリンスをするための機構を有していてもよいし、リンス専用機構を別途、現像機構部６の後段に有していてもよい。現像後あるいはリンス後、基板１は基板搬送用ロボット４ｃで、基板保持用カセット５ｂに搬送され処理が終了する。
【００２９】
本実施形態では、レジストとして市販の電子線用化学増幅系ポジ形レジスト（日本ゼオン株式会社のZCA）を使用し、露光は電子線露光装置（加速電圧100kv）で行ったが、電子線用化学増幅系ネガ形レジストを使用しても同様な効果が得られる。また、レジストを感応させる露光装置は電子線露光装置に限ることなく、KrFやArFなどのエキシマレーザ縮小投影露光装置とエキシマレーザ用化学増幅系レジストを使用することができ、同様な効果が得られる。
【００３０】
さらに、広く使用されているｉ線あるいはｇ線の露光装置で化学増幅系レジストを使用しても、感度、線幅制御性の向上とパタンラフネスの低減においては効果があり、パタン形成の余裕度を広げることが可能である。また、本実施形態ではパタン露光した後に基板全面に交番電界を印加したが、基板全面を一括露光した後に所定のパタン形状を有した電極を用いて交番電界を印加してもよい。
【００３１】
次に、本発明の第２実施形態におけるレジスト現像装置および方法について説明する。図２は、本発明のレジスト現像装置の一実施の形態を示す概略構成図である。以下に図２を用いて本実施形態のレジスト現像装置の機構と現像方法を説明する。
【００３２】
レジスト現像装置筺体７は、基板１上に形成されたレジスト膜２に回路パタンを露光、現像するための装置である。まず、基板保持用カセット５ａにセットされたレジスト膜２の付いた基板１（高エネルギー線により回路パタンが露光されたもの）が基板搬送用ロボット４ａで交番電界印加機構部８内に搬送される。次に、下部電極９と上部電極１０間の基板１に対して電源制御機構部１１で予め設定された電圧、周波数、印加時間で交番電界を印加する。交番電界印加機構部８内は酸の失活を防ぐため窒素などの不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
【００３３】
印加時あるいは印加後に、下部電極９を通して熱処理用台３からの熱により基板１のレジスト膜２を露光後ベークする。この時、露光ならびに交番電界印加によって発生した酸による触媒反応が促進され、レジスト膜中にパタンの潜像が形成される。電圧、周波数、印加時間、印加間隔は、使用する露光装置、レジスト種、形成しようとするパタンの大きさと形状などにより、予め決定された条件を設定しておく。また、交番電界を断続的に印加してもよい。さらに、熱処理手段としては、抵抗加熱体を用いてもよいし、赤外線ランプや赤外線レーザを用いてもよい。
【００３４】
その後、熱処理後の基板は基板搬送用ロボット４ｂでレジスト現像機構部６に搬送され、所定の現像液、時間で現像処理され、基板１上にレジスト膜２の回路パタンが形成される。この現像機構部６には、現像後のリンスをするための機構を有していてもよいし、リンス専用機構を別途、現像機構部６の後段に有していてもよい。現像後あるいはリンス後、基板１は基板搬送用ロボット４ｃで、基板保持用カセット５ｂに搬送され処理が終了する。
【００３５】
本実施形態では、レジストとして市販の電子線用化学増幅系ポジ形レジスト（日本ゼオン株式会社のZCA）を使用し、露光は電子線露光装置（加速電圧100kv）で行ったが、電子線用化学増幅系ネガ形レジストを使用しても同様な効果が得られる。また、レジストを感応させる露光装置は電子線露光装置に限ることなく、KrFやArFなどのエキシマレーザ縮小投影露光装置とエキシマレーザ用化学増幅系レジストを使用することができ、同様な効果が得られる。
【００３６】
また、広く使用されているｉ線あるいはｇ線の露光装置で化学増幅系レジストを使用しても、感度、線幅制御性の向上とパタンラフネスの低減においては効果があり、パタン形成の余裕度を広げることが可能である。
さらに、本実施形態ではパタン露光した後に基板全面に交番電界を印加したが、基板全面を一括露光した後に所定のパタン形状を有した電極を用いて交番電界を印加してもよい。
【００３７】
なお、第１および第２の実施形態で説明したように、基板上のレジスト膜に、基板面に対して垂直方向に交番電界を断続的に印加する機構および工程を設けることにより、基板上のレジストパタンが基板面に対して水平方向にズレることを防止できる。
【００３８】
なお、本発明は、限られた例に基づいて説明されているが、各請求項に記載された内容を逸脱しない範囲内で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、超ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造工程において、高精度微細パタン形成を実現するレジスト現像方法および装置などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態におけるレジスト現像装置の概略構成図。
【図２】本発明の第２実施形態におけるレジスト現像装置の概略構成図。
【図３】従来のレジスト現像装置の一例を示す概略図。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・基板。
２・・・レジスト膜。
３・・・熱処理用台。
４ａ、４ａ'、４ｂ、４ｃ・・・基板搬送用ロボット。
５ａ、５ｂ・・・基板保持用カセット。
６・・・レジスト現像機構部。
７・・・レジスト現像装置筺体。
８・・・交番電界印加機構部。
９・・・下部電極。
１０・・・上部電極。
１１・・・電源制御機構部。
【図１】
2005203597.tif 000003
【図２】
2005203597.tif 000004
【図３】
2005203597.tif 000005