(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンマスクを構成するレジスト膜、反射防止膜及び被エッチング膜が上からこの順に積層された被処理基板に対して処理を行う半導体製造装置において、
基板搬送手段が設けられ、真空雰囲気で被処理基板を搬送する真空搬送室と、
この真空搬送室に気密に接続され、被処理基板を載置する載置台が設けられた処理容器と、前記載置台に載置された被処理基板に対して、加速電圧が０．１ｋｅＶ以上、１．８ｋｅＶ以下の範囲内の電子線を照射する電子線照射手段と、を含む電子線照射モジュールと、
前記真空搬送室に気密に接続され、被処理基板を載置する載置台が設けられた処理容器と、前記載置台に載置された被処理基板に対してプラズマによりエッチングを行うための手段と、を備えたエッチングモジュールと、
前記電子線照射モジュールにて電子線が照射された被処理基板を、前記基板搬送手段を介して前記エッチングモジュールに搬入し、当該エッチングモジュールにて、被処理基板上の前記反射防止膜及び被エッチング膜をプラズマによりエッチングするように制御信号を出力する制御部と、を備え、
大気雰囲気と前記真空搬送室との間で被処理基板を搬送するときに一旦被処理基板が搬入されるロードロック室と、このロードロック室内の雰囲気を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替える手段と、を備えたロードロックモジュールが設けられ、
前記電子線照射モジュールの処理容器は前記ロードロック室を兼用していることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記レジスト膜は、ＡｒＦ用レジスト膜、ＫｒＦ用レジスト膜、ＥＵＶ用レジスト膜及びＥＢ用レジスト膜からなるレジスト膜群から選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記反射防止膜は、芳香族系ポリマーであることを特徴とする請求項１または２に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、被エッチング膜をエッチングする際のマスクとなるレジスト膜のエッチング耐性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体デバイス（半導体装置）の製造工程においては、フォトリソグラフィ技術を利用して被処理基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという。）上に多層化された微細な配線構造を形成している。フォトリソグラフィ技術においては、例えば絶縁膜等の被エッチング膜の上層側に開口部を備えたマスクを積層し、この開口部を介して被エッチング膜をエッチングした後、このマスクをアッシング工程にて灰化して除去することにより配線構造をパターニングしている。
【０００３】
マスクは、被処理基板表面に感光性の樹脂からなるレジスト膜を塗布し、露光、現像工程を経てこのレジスト膜に前述の配線構造に対応した開口部をパターニングすることにより形成され、このレジスト膜として用いる樹脂には露光光源の波長に対する透過性やエッチング耐性等の様々な性能が要求される。このような要求に対し、近年の半導体デバイス配線構造の更なる微細化に伴って採用された、例えばメタクリルポリマー等をはじめとするＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に対応したレジスト膜用の樹脂（以下、ＡｒＦ用レジストという）は、従来のＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）にて用いられていた芳香族系ポリマーと比較してエッチング耐性が低い。このため、エッチングの際にレジスト膜が削れてしまい、ストライエーションと呼ばれる開口内壁の縦縞の発生といったエッチング不良を引き起こすおそれがある。
【０００４】
このような問題に対して特許文献１には、レジスト膜や反射防止膜に対して５０ｋｅＶの加速電圧で電子線を照射することによりこれらの膜を変性させてエッチング耐性を向上させた後、酸化膜のエッチングを行う技術が記載されている。また反射防止膜の上にレジストパターンを積層した場合には、反射防止膜をエッチングした上でレジストパターンに対して電子線を照射することも記載されている。これは、この状態で電子線照射を行うとレジストパターンの開口部に露出している反射防止膜もエッチング耐性を持ってしまうためと思われる。
【０００５】
しかしながらこの方法によれば、反射防止膜とレジスト膜とを積層した場合には、反射防止膜をエッチングした後に電子線照射を行わなければならず、これらの処理は互いに異なったモジュールで行わなければならない。このためエッチングモジュールで反射防止膜をエッチングし、続いて電子線照射モジュールにて電子線照射を行い、更にエッチングモジュールにて被エッチング膜のエッチングを行うという工程が必要となるため、スループットの向上の観点からは更なる改善の余地があった。
【特許文献１】特開２０００−２２１６９９号公報：：第０００３段落〜第０００４段落、第００２９段落〜第００３２段落、図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり、その目的はスループットの低下を抑えつつ、レジスト膜のエッチング耐性を向上させることの可能な半導体装置の製造方法、半導体製造装置及び前記製造方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体製造装置は、パターンマスクを構成するレジスト膜、反射防止膜及び被エッチング膜が上からこの順に積層された被処理基板に対して処理を行う半導体製造装置において、
基板搬送手段が設けられ、真空雰囲気で被処理基板を搬送する真空搬送室と、
この真空搬送室に気密に接続され、被処理基板を載置する載置台が設けられた処理容器と、前記載置台に載置された被処理基板に対して、加速電圧が０．１ｋｅＶ以上、１．８ｋｅＶ以下の範囲内の電子線を照射する電子線照射手段と、を含む電子線照射モジュールと、
前記真空搬送室に気密に接続され、被処理基板を載置する載置台が設けられた処理容器と、前記載置台に載置された被処理基板に対してプラズマによりエッチングを行うための手段と、を備えたエッチングモジュールと、
前記電子線照射モジュールにて電子線が照射された被処理基板を、前記基板搬送手段を介して前記エッチングモジュールに搬入し、当該エッチングモジュールにて、被処理基板上の前記反射防止膜及び被エッチング膜をプラズマによりエッチングするように制御信号を出力する制御部と、を備え、
大気雰囲気と前記真空搬送室との間で被処理基板を搬送するときに一旦被処理基板が搬入されるロードロック室と、このロードロック室内の雰囲気を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替える手段と、を備えたロードロックモジュールが設けられ、
前記電子線照射モジュールの処理容器は前記ロードロック室を兼用していることを特徴とする。
【００１１】
ここで前記レジスト膜はＡｒＦ用レジスト膜、ＫｒＦ用レジスト膜、ＥＵＶ用レジスト膜及びＥＢ用レジスト膜からなるレジスト膜群から選択されたものであり、また前記反射防止膜は、芳香族系ポリマーであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レジスト膜のエッチング耐性を確保しつつ反射防止膜についてはエッチング耐性を与えない程度のエネルギーの電子線をレジスト膜に照射しているので、レジスト膜のエッチング耐性を向上させてエッチング不良を抑えることができる。また電子線照射の後、連続して反射防止膜及び被エッチング膜のエッチングをすることができ、電子線の照射という前工程が加わることによるスループットの低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の半導体装置の製造方法を実施するための半導体製造装置の実施の形態について説明する。図１はいわゆるマルチチャンバシステムと呼ばれる半導体製造装置１の全体構成であり、この半導体製造装置１は、被処理基板であるウエハＷを所定枚数収納したキャリアＣが搬入されるロードポート１１と、大気雰囲気下でウエハＷを搬送するローダモジュール１２と、室内を常圧雰囲気と真空雰囲気とに切り替えてウエハＷを待機させるためのロードロック室１３と、真空雰囲気下でウエハＷを搬送する真空搬送室であるトランスファモジュール１４と、搬入されたウエハＷにプロセス処理を施すための例えば４個の処理モジュール２、３ａ〜３ｃと、を備えている。ここで、処理モジュール２はウエハＷ表面に形成されたレジスト膜のエッチング耐性を向上させるための電子線照射モジュール２であり、処理モジュール３ａ〜３ｃはエッチングモジュール３ａ〜３ｃである。半導体製造装置１内の各機器は、ウエハＷの搬入方向に対してロードポート１１、ローダモジュール１２、ロードロック室１３、トランスファモジュール１４、処理モジュール２、３ａ〜３ｃの順で並んでおり、隣り合う機器同士はドア１１１やゲートバルブＧ１〜Ｇ３を介して気密に接続されている。また前述のロードロック室１３は、当該ロードロック室１３内の雰囲気を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替えるための、例えば図示しない真空ポンプや圧力調整バルブ等と共にロードロックモジュールを構成している。なお、以下の説明においてはロードポート１１の設置されている方向を手前側として説明する。
【００１５】
ロードポート１１は、ローダモジュール１２の前面に列設された３個の載置台から構成され、外部から搬送され、ロードポート１１上に載置されたキャリアＣを半導体製造装置１本体と接続する役割を果たす。半導体製造装置１の内部にはキャリアＣからウエハＷを１枚ずつ取り出して搬送するための、回転、伸縮、昇降及び左右への移動自在な第１の基板搬送手段１２１が設置されている。
【００１６】
ロードロック室１３は、手前側から見て左右に２台並んだ状態でローダモジュール１２とトランスファモジュール１４との間に介設されている。各ロードロック室１３は、搬入されたウエハＷの載置される載置台１３１を備え、各々のロードロック室１３を常圧雰囲気と真空雰囲気とに切り替えるための図示しない真空ポンプ及びリーク弁と接続されている。トランスファモジュール１４は、その平面形状が例えば細長い六角形状に形成され、手前側の２辺は既述のロードロック室１３と接続されると共に、対向する２つの長辺に処理モジュール２、３ａ〜３ｃが接続されている。トランスファモジュール１４には、ロードロック室１３と各処理モジュール２、３ａ〜３ｃとの間で真空雰囲気にてウエハＷを搬送するための、回転及び伸縮自在な第２の基板搬送手段１４１が設置されるとともに、その内部を真空雰囲気に保つための図示しない真空ポンプが接続されている。
【００１７】
次に上記トランスファモジュール１４と接続された処理モジュール２、３ａ〜３ｃのうち、レジスト膜のエッチング耐性を向上させるための電子線照射モジュール２の構成について図２、図３を参照しながら説明する。電子線照射モジュール２は例えば内部が密閉空間となる真空チャンバーとして構成された処理容器（第１の処理容器）２１と、この処理容器２１内の底板中央に固定された載置台２２と、載置台２２の上方に当該載置台２２と対向するように設けられた単独または複数本、例えば１９本の電子管２３とを備えている。
【００１８】
処理容器２１は、第２の処理容器と同様にアルミニウム等で構成され、その底板に設けられた排気口２１１には排気管２１２を介して例えば真空ポンプからなる真空排気手段２１３が設けられていて処理容器２１内を高真空状態に保つことができるようになっている。また、処理容器２１側面の上部には吸気口２１６が設けられており、この吸気口２１６はメインバルブ２１８の介設された吸気管２１７と接続されていて不活性ガスを処理容器２１内に導入することにより、処理容器２１内の圧力をトランスファモジュール１４と同程度にすることができる。また図中、２１４は処理容器２１内にウエハＷを搬入出するための搬送口であり、２１５はこの搬送口２１４を開閉するためのゲートバルブである。
【００１９】
載置台２２はアルミニウム等により構成され、ウエハＷ表面を既述の電子管２３に対向させた状態でウエハＷを保持する役割を果たす。載置台２２は不図示の昇降ピンを備え、当該昇降ピンを介してトランスファモジュール１４内の第２の基板搬送手段１４１と、当該載置台２２との間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。
【００２０】
電子管２３は、例えば陰極と加速陽極とを備えた周知の熱電子放出型の電子銃として構成され、載置台２２上に載置されたウエハＷの表面に所定の加速度電圧が印加された電子線を照射する電子線照射手段としての役割を果たす。電子管２３は、例えば図３に示すように載置台２２に載置されたウエハＷ（図中、破線で表してある）の全面に電子線を照射することができるように、処理容器２１天井部の円形の領域に均等に設置されている。なお電子線照射手段は、上記の熱電子放出型の電子銃からなる電子管２３に限定されず、例えば電界放出型の電子銃でもよいし、ウエハＷ等の試料の帯電防止を目的としてこの試料表面に電子を照射するための中和銃であってもよい。
【００２１】
これらの電子管２３は、コントロールボックス２３１を介して高圧直流の加速電源２３２に接続されており、この加速電源２３２より各電子管２３に高電圧が印加されて電子線が放射されるようになっている。
【００２２】
次に、残る処理モジュール３ａ〜３ｃであるエッチングモジュール３ａ〜３ｃについて図４の縦断面図を参照しながら説明する。半導体製造装置１は後述する電子線照射モジュール２とエッチングモジュール３ａ〜３ｃとの間での処理時間の差を吸収するため、例えば同じ性能を備えた３台のエッチングモジュール３ａ〜３ｃを備えている。これら３台のエッチングモジュール３ａ〜３ｃは互いに共通の構造を備えているので、図４においてはこれらを総括的に示した符号「３」を付してある。図４に示したエッチングモジュール３は、周知の平行平板型のプラズマエッチングモジュールとして構成され、例えば内部が密閉空間となる真空チャンバーとして構成された処理容器（第２の処理容器）３１と、この処理容器３１内の底板中央に固定された載置台３２と、載置台３２の上方に当該載置台３２と対向するように設けられた上部電極３３と、を備えている。
【００２３】
処理容器３１はアルミニウム等で構成されると共に電気的に接地されており、処理容器３１の底板に設けられた排気口３１１には排気管３１２を介して例えば真空ポンプ等からなる真空排気手段３１３が接続されている。処理容器３１の側面にはウエハＷの搬送口３１４が設けられており、この搬送口３１４はゲートバルブ３１５によって開閉可能となっている。
【００２４】
載置台３２は、下部電極３２１とこの下部電極３２１を下方から支持する支持体３２２とから構成され、支持体３２２は処理容器３１の底面に絶縁部材３２３を介して配設されている。図中、３２４は高圧直流電圧の印加により載置台３２上にウエハＷを静電吸着するための静電チャックであり、３２５は処理容器３１内に発生したプラズマを載置台３２上に集束させるためのフォーカスリングである。また、３２６は載置台３２を温度調整するための温調流路であり、３２７はＨｅ（ヘリウム）ガス等の熱伝導性ガスをウエハＷの裏面にバックサイドガスとして供給するガス供給路である。また、載置台３２は不図示の昇降ピンを備え、当該昇降ピンを介してトランスファモジュール１４内の第２の基板搬送手段１４１と、当該載置台３２との間でウエハＷの受け渡しを行うことができるようになっている。
【００２５】
下部電極３２１は整合器３０２を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス印加用の高周波電源３０１と接続されていると共に、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０３を介して接地されている。一方、上部電極３３は中空状に形成され、多数の処理ガス供給孔３３１を備えたガスシャワーヘッドを構成している。また上部電極３３の上面中央には処理ガス供給管３３２が設けられ、この処理ガス供給管３３２は絶縁部材３３３を介して処理容器３１の上面中央を貫通している。そしてこの処理ガス供給管３３２の上流には処理ガス供給部３３４が接続されており、図示しないバルブや流量制御部によって、ウエハＷ上に積層された各種の膜をエッチングするための各種エッチングガス（ＣＦ４、ＣＯ、ＣＯ２）及びエッチングガスの濃度を調整するためのアルゴン（Ａｒ）ガス、またアッシング用のＯ２ガスの供給量及びその給断の制御を行うことができるようになっている。
【００２６】
また上部電極３３は、整合器３３６を介して、下部電極３２１側の高周波電源３０１よりも周波数の高い例えば６０ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波電源３３５と接続されており、またローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３７を介して接地されている。
【００２７】
図１〜図２、図４に示すように、半導体製造装置１本体及び各処理モジュール２、３ａ〜３ｃは制御部４と接続されている。制御部４は、例えば図示しないＣＰＵとプログラムとを備えたコンピュータからなり、プログラムにはこれら半導体製造装置１及び処理モジュール２、３ａ〜３ｃの作用、つまりロードポート１１と処理モジュール２、３ａ〜３ｃとの間でのウエハＷを搬送するシーケンスや電子線照射モジュール２内におけるウエハＷへの照射タイミングや照射時間の調節、またエッチングモジュール３ａ〜３ｃ内でのエッチングシーケンスに係る制御等についてのステップ（命令）群が組まれており、各基板搬送手段１２１、１４１や処理モジュール２、３ａ〜３ｃ等に対してこれらのこれらのステップに基づく制御信号を出力する役割を果たす。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００２８】
次に、以上に説明した構成を備えた半導体製造装置１を用いてウエハＷのエッチングを行う半導体装置の製造工程について図５を参照しながら説明する。図５は当該半導体装置の製造工程において半導体装置が段階的に製造されていく様子を示した断面図である。以下の説明においては、ウエハＷ本体であるシリコン基板９１上に積層された被エッチング膜９０２としての下側絶縁膜９２、ゲート電極膜９３、上側絶縁膜９４にゲートパターンを形成するためのエッチングを行う工程について説明する。
【００２９】
まず図１に示すように、内部にウエハＷを格納したキャリアＣが半導体製造装置１正面のロードポート１１上に載置されると、ウエハＷは、第１の基板搬送手段１２１によってキャリアＣより取り出され、ローダモジュール１２内を搬送されて左右いずれかのロードロック室１３に受け渡されて待機する。そしてロードロック室１３内が真空雰囲気となったら、第２の基板搬送手段１４１によってロードロック室１３より取り出され真空雰囲気のトランスファモジュール１４内に搬入される。
【００３０】
このとき、ウエハＷには図５（ａ）に示すように、既述の被エッチング膜９０２の上層に、エッチング耐性を補強するためのボトムレジスト膜９５、レジスト膜露光の際に入射光の反射を防止するための反射防止膜９６及びゲートパターンに対応する開口部９７１の形成されたフォトレジスト膜９７が下側からこの順に積層されている。ここで本実施の形態に係るウエハＷ表面に塗布されているフォトレジスト膜９７は、ＡｒＦエキシマレーザを用いた露光に用いられるＡｒＦ用レジスト膜であり、例えば（-ＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）（ＣＯＯＲ）-）ｎ（Ｒはアダマンチル基やラクトン基等の保護基）を構成単位とするメタクリルポリマーにより構成されている。これに対して反射防止膜９６やボトムレジスト膜９５は例えば（-ＣＨ２ＣＨＣ６Ｈ４ＯＨ-）ｎを構成単位とする芳香族系ポリマーにより構成されている。以下、被エッチング膜９０２、ボトムレジスト膜９５、反射防止膜９６及びフォトレジスト膜９７の積層構造体を積層体９０１と呼ぶ。
【００３１】
このような積層構造を備えたウエハＷは、フォトレジスト膜９７のエッチング耐性を向上させるため、まず電子線照射モジュール２に搬入される。図２に示す載置台２２上にウエハＷが載置されると、ゲートバルブ２１５、メインバルブ２１８を閉じて処理容器２１内を例えば１３３．２×１０−３Ｐａ（１．０×１０−３Ｔｏｒｒ）の高真空状態とした後、加速電圧が０．１〜１．８ｋｅＶの範囲の条件、例えば１．５ｋｅＶの条件にて各電子管２３より例えばウエハＷの全面に電子線を例えば単位面積あたり１．０×１０−９秒間照射する。このとき、照射された電子線は、図５（ｂ）に示すように例えばウエハＷ表面に塗布されたフォトレジスト膜９７に照射されると共に、フォトレジスト膜９７の開口部９７１を介して反射防止膜９６にも照射される。また、このときのウエハＷの温度は、キャリアＣからの搬出時と同じ室温程度である。
【００３２】
ここで発明者らは、既述のようにメタクリルポリマーにより構成されるＡｒＦ用レジストを原料とするフォトレジスト膜９７に電子線を照射すると、照射を行わない場合に比べてフォトレジスト膜９７にプラズマエッチングを施したときのエッチングレート（膜厚の減少速度）が小さくなること、即ちフォトレジスト膜９７のエッチング耐性が向上することを確認している。電子線の照射によりエッチング耐性が向上する理由について推定されるメカニズムについて簡単に説明すると、電子線の持つエネルギーがメタクリルポリマーに吸収されることにより、電子線の吸収された領域、特にフォトレジスト膜９７の表面付近にてポリマー中の保護基（アダマンチル基やラクトン基等）がポリマーから脱離する。この結果、脱離した保護基と結合していた酸素原子等の原子がラジカル化し、このラジカル化した原子が周囲の他の原子と結合することによりポリマー内に新たな架橋構造が形成される。このようにしてポリマー内の架橋構造が増えることによりフォトレジスト膜９７の表面付近の硬度が高くなり、その結果エッチング耐性が向上するものと考えられる。
【００３３】
一方、フォトレジスト膜９７と共に電子線を照射される反射防止膜９６については、反射防止膜９６を構成する芳香族系ポリマーはメタクリルポリマーと比較して剛直な構造を備えているため、電子線の照射による変性の程度も小さくエッチング耐性の更なる向上は殆ど確認できなかった。以上のことから、図５（ｂ）に示したようにフォトレジスト膜９７と反射防止膜９６との双方に電子線を照射すると、フォトレジスト膜９７のエッチング耐性を向上させエッチング時の剥がれ等を防止することができる一方で、反射防止膜９６のエッチング耐性は殆ど変化しないため従来と変わらぬ条件でエッチングを行うことができることになる。
【００３４】
こうして電子線照射モジュール２内における処理を終えたウエハＷは、搬送口２１４より進入してきた第２の基板搬送手段１４１により搬送スケジュールに基づいて３台のうちのいずれか１つのエッチングモジュール３ａ〜３ｃ内に搬入され、図４に示す載置台３２上に載置される。そして搬送口３１４を閉じ、まず反射防止膜９６のエッチングを行うため、処理容器３１内に処理ガス供給部３３４よりＡｒガスを供給すると共に、ＣＦ４ガスを例えば１００〜３００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給しながら、処理容器３１内の圧力を例えば６．７〜１３．３Ｐａ（５０〜１００ｍＴｏｒｒ）の範囲の例えば１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）の圧力に維持する。そして上部電極３３、下部電極３２１に例えば５００〜１０００Ｗの範囲の高周波電力、例えば７５０Ｗの高周波電力を印加して、供給したガスをプラズマ化し、フォトレジスト膜９７のパターンに対応させて反射防止膜９６をエッチングする。
【００３５】
このときフォトレジスト膜９７と反射防止膜９６とは同じ条件のプラズマ雰囲気に晒されることになるが、先行する電子線の照射工程にてフォトレジスト膜９７のエッチング耐性を向上させてあるので、エッチングにより削り取られにくくなっている。一方で反射防止膜９６は電子線が照射されてもエッチング耐性が殆ど変化していないことから、電子線を照射しない従来の場合とほぼ同じエッチングレートでフォトレジスト膜９７の開口部９７１に対応する部分が削り取られる。
【００３６】
このようにして反射防止膜９６のエッチングを行い所定時間が経過した後、高周波電力の印加及びガスの供給を停止して処理容器３１内を排気し、ボトムレジスト膜９５についてはＣＯガス及びＣＯ２ガス、上側絶縁膜９４、ゲート電極膜９３、下側絶縁膜９２についてはＣＦ４ガスと、処理容器３１へ供給する処理ガスを順次切り替え、これらの処理ガスを夫々の９２〜９５に適した条件でプラズマ化し、これらの膜９２〜９４のエッチングを行う。この結果、図５（ｃ）に示すように積層体９０１にホール９０３が形成される。
【００３７】
以上に説明した工程を経てホール９０３を形成した後、引き続き当該エッチングモジュール３内にてアッシングを行う。このアッシング工程は、例えば処理ガス供給部３３４よりＯ２ガスを処理容器３１内に供給すると共に上部電極３３に高周波電力を印加してプラズマを発生させることにより行われる。そしてこのプラズマにより図５（ｃ）に示したフォトレジスト膜９７、反射防止膜９６、ボトムレジスト膜９５が灰化除去され、図５（ｄ）に示すように被エッチング膜９０２にゲートパターンに対応したホール９０３が形成される。
【００３８】
ゲートパターンの形成を終えたウエハＷは第２の基板搬送手段１４１によりトランスファモジュール１４を介して、搬入時とは逆の経路でロードロック室１３、ローダモジュール１２へと搬送され再びキャリアＣＡへと格納される。
【００３９】
以上に説明した実施の形態によれば以下の効果がある。ウエハＷ表面に電子線を照射すると共に、その加速電圧を、反射防止膜９６に対しては耐性を発揮しないように選定しているため、フォトレジスト膜９７のエッチング耐性を選択的に向上させることができる。従って反射防止膜９６及び被エッチング膜９０２を連続してエッチングすることができると共に、マスクとなるフォトレジスト膜９７が削り取られることによるエッチング不良を防止できる。なお、電子線の照射によりエッチング耐性を向上させることの可能なＡｒＦ用レジスト膜は、実施の形態中に例示したメタクリルポリマーに限定されるものではなく、例えばシクロオレフィンポリマーや種類の異なるＡｒＦ用ポリマーを２層以上積層した構造を有するものであっても同様の効果を得ることができる。また電子線の照射は、例えばＫｒＦエキシマレーザに対応したＫｒＦ用レジスト、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet：波長１３．５ｎｍ）に対応したＥＵＶ用レジスト若しくは、ＥＢ（Electron Beam）露光に対応したＥＢ用レジストのエッチング耐性を向上させる場合にも適用することができる。ＥＢ用のレジストの場合は、例えばＥＢ露光装置にてＥＢ用レジストに照射される電子線の加速電圧が例えば数十ｋｅＶである一方で、本発明に係る半導体製造装置の加速電圧が例えば０．１〜１．８ｋｅＶ程度ある等、露光時とエッチング耐性を向上させる処理時との間でレジストに照射されるエネルギー量が異なり、この差によりレジストのエッチング溶液に対する溶解性が変化する場合等に適用することができる。
【００４０】
そしてまた、マルチチャンバシステムの処理モジュールの一つとして電子線照射モジュール２を組み込み、この電子線照射モジュール２にてレジスト膜９７のエッチング耐性を向上させた後、真空雰囲気を破らずにエッチングモジュール３ａ〜３ｃに搬送してここで反射防止膜９６及び被エッチング膜９０２を含む積層体９０１をいわば一気にエッチングしている。従って、エッチング時のストライエーション等の不良を抑えることができると共に、電子線の照射という前工程を追加しつつも高スループットでエッチング処理を実行することができる。更に、フォトレジスト膜９７、反射防止膜９６の下にボトムレジスト膜９５と呼ばれる下層レジスト膜を配置した多層レジストを適用して被エッチング膜９０２をエッチングするにあたり、反射防止膜９６をエッチングした後に電子線照射を行うと当該ボトムレジスト膜９５のエッチング耐性が少なからず向上することから、反射防止膜９６をエッチングする前に電子線を照射することは有効である。
【００４１】
なお、本実施の形態においては被エッチング膜９０２にゲートパターンを形成する場合を例に挙げて説明を行ったが、当該半導体製造装置１で行うことのできる処理はゲートパターンの形成に限定されるものではない。例えば絶縁膜にコンタクトホールを形成するエッチングや配線用のトレンチを形成するエッチング等にも本発明の半導体製造装置１は適用することができる。
【００４２】
またコントロールボックス２３１にウエハＷ上の特定の領域に照射される電子線の照射量を調節する機能を持たせ、この機能を利用してフォトレジスト膜９７のエッチング耐性を向上させる度合いをウエハＷ面内で変化させてもよい。例えば、ウエハＷ面内の特定の領域だけフォトレジスト膜９７が薄かったり、エッチングモジュール３ａ〜３ｃ内の特定の領域だけプラズマ密度が高かったりする場合には、フォトレジスト膜９７のエッチング耐性を一様に向上させても、その領域だけエッチング不良を生じてしまう場合もある。またこのような不良を生じさせないようにウエハＷ全体への電子線の照射量を増加させると、エッチング不良を生じない領域にて不要なエネルギーが消費されてしまう。
【００４３】
そこで、本実施の形態に係る電子線照射モジュール２では、こうしたエッチング不良を生じる領域にて電子管２３をＯＦＦにするタイミングを遅くし、電子線の照射時間を長くすることで他の領域に比べて電子線の照射量を増やしてもよい。この結果、この領域におけるフォトレジスト膜９７のエッチング耐性が他の領域に比べて向上し、フォトレジスト膜９７が薄かったり、エッチングレートが速かったりすることによるエッチング不良の生じやすい状態が抑制される。
【００４４】
照射量を変化させる領域やその照射量等の照射条件は、例えば電子線照射モジュール２内のウエハＷがどの塗布装置でフォトレジスト膜９７を塗布されたものであるか、また電子線照射モジュール２における処理を終えた後、いずれのエッチングモジュール３ａ〜３ｃでエッチングされるものであるか等の情報に基づき、これら塗布装置やエッチングモジュール３ａ〜３ｃの装置特性に基づき決定するとよい。装置特性とは例えば各塗布装置におけるフォトレジスト膜９７の膜厚のウエハＷ面内分布やエッチングモジュール３ａ〜３ｃ夫々のエッチングレートの面内分布等であり、フォトレジスト膜９７の薄い領域やエッチングレートの速い領域にて電子線の照射量を増やすことによりエッチング不良の生じやすい状態を抑制するような設定とすることが好ましい。このような電子線の照射条件は、前段の塗布装置や後段のエッチングモジュール３ａ〜３ｃに対応させて、例えば制御部４内の記憶手段内に予め記憶しておくとよい。この結果、ウエハＷ面内全体への電子線照射量を増やす場合と比較してエネルギー消費量が少なくて済む。なお、電子線照射量を調節する手法としては、例えば各電子管２３のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを調節する機能をコントロールボックス２３１に持たせ、特定の電子管２３のＯＮとＯＦＦとの間隔を長くしたり短くしたりすることにより、特定の領域に照射される電子線の量（照射量）を増減させる場合等が考えられる。
【００４５】
またウエハＷへの電子線照射の手法は、図３に示すように電子線照射モジュール２に多数の電子管２３を設けてこれらによりウエハＷ表面全体を照射する場合に限定されない。例えば、横方向へと移動可能に構成された例えば１本の電子管２３をウエハＷと対向するように設置し、この電子管２３を移動させながらＷ表面に電子線を照射してウエハＷ全体をスキャンするように構成してもよい。
【００４６】
次に第２の実施の形態に係る半導体製造装置１ａについて説明する。図６に示すように第２の実施の形態に係る半導体製造装置１ａは、トランスファモジュール１４に搬入されるウエハＷを待機させるロードロック室１３の一方側に電子線照射モジュール２ａとしての機能を持たせた点、即ち電子線照射モジュール２ａの処理容器２１をロードロック室１３として兼用した点が、処理モジュールの一つとして電子線照射モジュール２を構成した第１の実施の形態とは異なっている。
【００４７】
第２の実施の形態に係る電子線照射モジュール２ａは例えば図７に示すように第１の実施の形態に係る電子線照射モジュール２とほぼ同様の構成を備えているが、ロードロック室１３としての機能を果たすためローダモジュール１２、トランスファモジュール１４夫々と連通する搬送口２１４を備え、これらの搬送口２１４が各々ゲートバルブＧ１、Ｇ２で開閉される点が第１の実施の形態に係る電子線照射モジュール２と異なっている。
【００４８】
当該電子線照射モジュール２ａによりウエハＷへ電子線を照射する動作としては、例えばローダモジュール１２よりウエハＷがロードロック室１３内に搬入されてきた後、電子線照射の実行可能な真空雰囲気に室内雰囲気を切り替えて各電子管２３よりウエハＷに電子線を照射し、然る後ロードロック室１３内をトランスファモジュール１４と同程度の真空雰囲気に再調整してからトランスファモジュール１４へとウエハＷが搬送され、各エッチングモジュール３ａ〜３ｄにてエッチングが行われる。なお、図６に示したように２つあるロードロック室１３の一方側に電子線照射モジュール２ａの機能を持たせた場合には、当該ロードロック室１３をトランスファモジュール１４へのウエハＷの搬入用、もう一方の電子線照射機能を持たないロードロック室１３をウエハＷの搬出用として使用する運用法等が考えられる。
【００４９】
以上に説明した第１、第２の実施の形態においては、マルチチャンバシステムを採用した半導体製造装置１、１ａに電子線照射モジュール２、２ａを組み込んだ例について説明したが、本発明に係る半導体照射モジュールを適用可能な半導体製造装置はマルチチャンバシステムに限定されるものではない。例えばスタンドアローンタイプのエッチング装置に直接電子線照射モジュールを接続したタイプの半導体製造装置も本発明に含まれる。
【実施例】
【００５０】
[実験１]  
電子線の照射がフォトレジスト膜９７上のマスクパターンに与える影響を確認するため、マスクパターンの形成されたフォトレジスト膜９７に電子線を照射する前後における当該マスクパターンの線幅を計測した。実験は熱酸化膜及びポリシリコン膜で覆われたシリコンウエハＷの表面に反射防止膜９６及びメタクリルポリマーからなるフォトレジスト膜９７を積層し、このフォトレジスト膜９７に線幅が６５ｎｍのトレンチを形成した後、加速電圧を変化させてウエハＷ表面に電子線を照射した。電子線を照射する前後のトレンチの幅は、加速電圧０．５ｋｅＶ、電流５ｐＡのＡＣＤ−ＳＥＭ（Average Critical Dimension-Scanning Electron Microscope）により計測した。
（実施例）  
加速電圧を０．２、０．２５、０．３、０．５、０．８、１．０、１．２、１．５、１．８ｋｅＶと変化させてウエハＷ表面に電子線を照射した。電子線の照射はスキャン方式により行い、スキャン回数は１回とした。  
（参照例）  
電子線の照射は行わなかった。
【００５１】
図８に実験の結果を示す。図８の横軸は電子線の加速電圧［ｋｅＶ］を示し、縦軸は電子線照射後に計測したトレンチの線幅のオリジナルの線幅に対する変化率をパーセント表示した値（以下、正規化ＣＤという）［％］を示している。また図８中、黒丸のプロットが実施例であり、白丸のプロットが参照例である。トレンチの線幅の計測は電子線の照射前後に合計２回行い、参照例（加速電圧０ｋｅＶ）の場合には電子線照射を行わず、線幅の計測を２回連続して行った。正規化ＣＤは、２回目の計測結果に基づいて算出した。図中の破線は参照例の正規化ＣＤを示し、一点鎖線は当該参照例の正規化ＣＤからプラスマイナス１％の範囲を示している。
【００５２】
図８に示した結果によれば、加速電圧が０．１〜１．８ｋｅＶの電子線を照射した実施例においてはトレンチの線幅が１．０〜２．５％程度縮まっている。一方、電子線の照射を行わなかった参照例においても、トレンチの線幅は２％弱縮んでいる。これは、電子線の照射の有無にかかわらず、１回目のＡＣＤ−ＳＥＭによる線幅の計測時に加速電圧０．５ｋｅＶの電子線が照射された影響でトレンチの線幅が縮んだ後は、さらにその後、加速電圧０．１〜１．８ｋｅＶの範囲で電子線を照射してもトレンチの線幅にはプラスマイナス１％程度の影響しか与えないことを意味している。すなわち、加速電圧が０．１〜１．８ｋｅＶの範囲で電子線を照射することによりマスクパターンに与える影響は、従来ＡＣＤ−ＳＥＭを用いて当該マスクパターンの線幅を計測していたことによる影響と殆ど変わりがないといえる。なお、０．８ｋｅＶの電子線を照射した結果において、プラスマイナス１％を超えた線幅の縮みが観察されたが、これは測定誤差の影響によるものと考えられる。
【００５３】
[実験２]  
フォトレジスト膜９７に電子線を照射することによるエッチング耐性向上の影響を確認するため、フォトレジスト膜９７に電子線を照射した場合と照射しない場合とにおいて当該フォトレジスト膜９７のエッチングレートを計測した。実験には反射防止膜９６の上層にメタクリルポリマーからなるフォトレジスト膜９７（マスクパターンなし）を積層したシリコンウエハＷを用いた。フォトレジスト膜９７のエッチングは、処理容器３１内に２００ｓｃｃｍのＣＦ４ガスを供給し上部電極３３、下部電極３２１に夫々７５０Ｗの高周波電圧を印加して行った。
（実施例）
ウエハＷに加速電圧１．５ｋｅＶの電子線をスキャン方式で照射し、１６回のスキャンを行った。  
（参照例）  
電子線の照射は行わなかった。
【００５４】
図９に実験の結果を示す。図９の横軸はエッチング深さ（ｎｍ）を示し、縦軸はそのエッチング深さにおけるエッチング速度（ｎｍ／ｍｉｎ）を示している。また図９中、黒丸のプロットが実施例であり、白丸のプロットが参照例である。
【００５５】
図９に示した結果によれば、電子線を照射した実施例においてはエッチング深さが３０ｎｍまでのフォトレジスト膜９７表面の近傍領域において、電子線を照射しなかった参照例と比較してエッチングレートが低くなり、フォトレジスト膜９７のエッチング耐性が向上している。これは、電子線の吸収されたフォトレジスト膜９７の表面近傍の領域にてポリマー中の保護基がポリマーから脱離し、新たな架橋構造が形成されたことによる効果であると考えられる。このことは、実施例に係るフォトレジスト膜９７のポリマー構造を深さ方向にＴＯＦ-ＳＩＭＳ（Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry）やＦＴＩＲ（Fourier transform infrared spectroscopy）によって別途分析した結果、フォトレジスト膜９７表面より３０ｎｍの深さ領域、即ちエッチングレートが小さくなった領域において保護基が少なくなっていた事実からも裏付けられている。なお反射防止膜９６については、実施例、参照例いずれの場合もエッチングレートは殆ど同じであった。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施の形態に係る基板処理装置の平面図である。
【図２】前記基板処理装置に搭載されている電子線照射モジュールの縦断面図である。
【図３】前記電子線照射モジュールに搭載されている電子管の配置状態を示す平面図である。
【図４】前記基板処理装置に搭載されているエッチングモジュール縦断面図である。
【図５】実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの説明図である。
【図６】第２の実施の形態に係る基板処理装置の平面図である。
【図７】上記第２の実施の形態に係る電子線照射モジュールの縦断面図である。
【図８】フォトレジスト膜への電子線の照射がマスクパターンの線幅に与える影響を示した特性図である。
【図９】フォトレジスト膜への電子線の照射が当該フォトレジスト膜のエッチングレートに与える影響を示した特性図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｗ          ウエハ
１、１ａ
半導体製造装置
１１        ロードポート
１２        ローダモジュール
１３        ロードロック室
１４        トランスファモジュール
１４１      第２の基板搬送手段
２、２ａ
電子線照射モジュール
２１        処理容器
２２        載置台
２３        電子管
２３１      コントロールボックス
２３２      加速電源
３、３ａ〜３ｄ
エッチングモジュール
３１      処理容器
３２      載置台
３３      上部電極
３２１    下部電極
４        制御部
９１      シリコン基板
９２      下側絶縁膜
９３      ゲート電極膜
９４      上側絶縁膜
９５      ボトムレジスト膜
９６      反射防止膜
９７      フォトレジスト膜
９０１    積層体
９０２    被エッチング膜
９０３    ホール
９７１    開口部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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