(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にフォトレジストパターンを形成するときに該半導体基板を加熱する熱板オーブンであって、
気体注入／排気口と、熱板オーブンの内部が外部から密閉されるよう前記気体注入／排気口を遮断する気体注入／排気口の遮断部材と、前記気体注入／排気口とは別に備えられ、熱板オーブンの内部に圧力を加える加圧部材とを備えることを特徴とする熱板オーブン。
【請求項２】
密閉状態で動作する密閉型オーブンであることを特徴とする請求項１に記載の熱板オーブン。
【請求項３】
前記気体注入／排気口は、一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱板オーブン。
【請求項４】
前記気体注入／排気口は、別々に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱板オーブン。
【請求項５】
半導体基板にフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成方法であって、
（ａ）リソグラフィー工程を行って１次フォトレジストパターンを得る段階、及び
（ｂ）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱板オーブンを利用して前記１次フォトレジストパターンにレジストフロー工程を行うことにより、２次フォトレジストパターンを得る段階を含むことを特徴とするフォトレジストパターン形成方法。
【請求項６】
前記（ｂ）段階は、オーブンが密閉された状態で行われることを特徴とする請求項５に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項７】
半導体基板にフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成方法であって、
（ａ）前記半導体基板を請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱板オーブンに入れる段階、
（ｂ）気体注入／排気口に不活性気体を注入する段階、
（ｃ）前記気体注入／排気口の遮断部材で前記気体注入／排気口を遮断して前記熱板オーブンを密閉する段階、
（ｄ）前記加圧部材で前記熱板オーブン内部に一定の圧力を加える段階、及び
（ｅ）前記熱板オーブンで前記半導体基板を加熱してレジストフロー工程を行う段階を含むことを特徴とするフォトレジストパターン形成方法。
【請求項８】
前記（ｄ）段階及び前記（ｅ）段階が同時に進められることを特徴とする請求項７に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【請求項９】
前記（ｄ）段階及び前記（ｅ）段階が順次進められることを特徴とする請求項７に記載のフォトレジストパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超微細フォトレジストパターン形成時に全ての熱工程に用いられる熱板オーブン及びこれを利用したパターン形成方法に関し、より詳しくはレジストフロー工程時に密閉された状態の高圧下でフォトレジストがフローされるようにするため用いる熱板オーブン及びこれを利用したフォトレジストパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露光装備の分解能以上の２次フォトレジストパターンを形成するための工程技術にレジストフロー工程がある。
レジストフロー工程（Resist Flow Process）は最近多大な発展を遂げ現在量産工程に導入中の工程技術であり、露光工程と現像工程を行って露光装備の分解能程度の１次フォトレジストパターンを形成した後、フォトレジストのガラス転移温度以上に熱エネルギーを印加し、１次フォトレジストパターンが熱流動（thermal flow）するようにする工程を意味する。その結果、供給された熱エネルギーにより既に形成された１次フォトレジストパターンは、その大きさを減少させる方向に熱流動して最終的に集積工程に求められる２次フォトレジストパターンで得られる。
【０００３】
レジストフローを利用する従来の技術として、フォトレジストをフローさせてパターニングされた伝導性層の縁部を覆う構造のフォトレジストスペーサを形成させることにより、これをドーピングバリヤーとして用いる技術（例えば特許文献１）や、フォトレジストパターンにＵＶベークを行ってフォトレジストパターンの高分子に架橋反応を誘発させ、熱的に安定化させた後フローを進めることにより、均一なフォトレジストパターンの大きさを露光光源の波長より小さく形成する技術（例えば特許文献２）がある。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５３９５７８１号明細書（第４頁、第５図）
【特許文献２】
米国特許第６３５８６７２号明細書（第１２頁、第１２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１や特許文献２のレジストフロー工程によるフォトレジストパターン形成方法を検討すれば、まず図１に示されているように同一の大きさａ、ｂ、ｃのパターンが形成されたマスク１０を利用して半導体基板２２に形成されたフォトレジスト膜１２を露光したあと現像工程を行えば、ポジティブフォトレジストの場合フォトレジスト膜１２の露光領域１４が除去されてフォトレジスト膜１２の非露光領域１６はそのまま維持されることにより、図２のようにパターンの大きさが同一の１次フォトレジストパターン１８が得られる（ａ＝ｂ＝ｃ）。
【０００６】
次に、図３に示されているように、図２で形成された１次フォトレジストパターン１８が形成された半導体基板２２を熱板オーブン１００に位置させた後、フォトレジストのガラス転移温度以上に熱エネルギーを印加してフォトレジストがフローされるようにする。その結果、供給された熱エネルギーによりパターンの大きさが縮小しようとする力Ｆ１が発生して１次フォトレジストパターン１８の大きさを減少させることにより、最終的に集積工程に求められる図４の２次フォトレジストパターン２０が得られるのである。
【０００７】
ところが、前記従来の熱板オーブン１００は図３に示されているように熱板１０２と、別に存在する気体注入口１０４、及び気体排気口１０６を含むものであり、このような熱板オーブン１００によるレジストフロー工程は気体注入口１０４を介して気体が注入され、気体排気口１０６を介して気体が排気されながら行われるため、気体の流れＸが発生してベーク温度の不均一度を増加させることになる。したがって、２次フォトレジストパターン２０の大きさの差が誘発されて工程の不安定性が高まるという問題点があった。
図３における熱板オーブン１００は、ＴＥＬのトラック（track）のうちＡＣＴ−８装備に用いられているＣＨＰ（Chilling Hot Plate）、ＰＣＨ（Precision Chilling Hot Plate）及びＰＨＰ（Chilling Precision Hot Plate）であり、一般的な熱板オーブンの構成を示す。
すなわち、図４でのように１次フォトレジストパターンの大きさａ、ｂ、ｃより縮小された２次フォトレジストパターン２０は、その大きさａ'、ｂ'、ｃ'が同一でなく均一でないことが分かる（ａ'≠ｂ'≠ｃ'）。
【０００８】
さらに、図５は従来の熱板オーブンによるレジストフロー工程時にベーク温度に伴うフォトレジストパターンの大きさの変化を示すグラフであり、図面に示されているように、フォトレジストパターンの大きさが高温になるほど急激に縮小するため、初期のパターンの大きさを５０ｎｍ以上縮小させるのが困難であることが分かる。
【０００９】
本発明の課題は、フォトレジストパターンを形成させるのに用いられる新しい構成の熱板オーブンを提供することにあり、特に、レジストフロー工程時にフォトレジストが密閉された状態の高圧下でフローされるようにすることにより、パターンがオーバーフローされることを防ぎパターンの大きさが同一になるようにするための熱板オーブン及び密閉型熱板オーブンを提供することである。
さらに、本発明の目的は前記熱板オーブン及び前記密閉型熱板オーブンを利用して超微細フォトレジストパターンを形成する方法、及びこのような方法により得られた半導体素子を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体基板にフォトレジストパターンを形成するときに該半導体基板を加熱する熱板オーブンであって、気体注入／排気口と、熱板オーブンの内部が外部から密閉されるよう前記気体注入／排気口を遮断する気体注入／排気口の遮断部材と、前記気体注入／排気口とは別に備えられ、熱板オーブンの内部に圧力を加える加圧部材とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は請求項１に記載の熱板オーブンであって、密閉状態で動作する密閉型オーブンであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の熱板オーブンであって、前記気体注入／排気口は、一体に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の熱板オーブンであって、前記気体注入／排気口は、別々に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、半導体基板にフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成方法であって、（ａ）リソグラフィー工程を行って１次フォトレジストパターンを得る段階、及び（ｂ）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱板オーブンを利用して前記１次フォトレジストパターンにレジストフロー工程を行うことにより、２次フォトレジストパターンを得る段階を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のフォトレジストパターン形成方法であって、前記（ｂ）段階は、オーブンが密閉された状態で行われることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、半導体基板にフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成方法であって、（ａ）前記半導体基板を請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱板オーブンに入れる段階、（ｂ）気体注入／排気口に不活性気体を注入する段階、（ｃ）前記気体注入／排気口の遮断部材で前記気体注入／排気口を遮断して前記熱板オーブンを密閉する段階、（ｄ）前記加圧部材で前記熱板オーブン内部に一定の圧力を加える段階、及び（ｅ）前記熱板オーブンで前記半導体基板を加熱してレジストフロー工程を行う段階を含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のフォトレジストパターン形成方法であって、前記（ｄ）段階及び前記（ｅ）段階が同時に進められることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載のフォトレジストパターン形成方法であって、前記（ｄ）段階及び前記（ｅ）段階が順次進められることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、密閉型熱板オーブンであって、加圧部材を含むことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明すれば次の通りである。
本発明ではまず、図８に示されているように熱板２０２、気体注入／排気口２０４、気体注入／排気口の遮断部材２０８及び加圧部材２１０を備える熱板オーブン２００を提供する。
【００２１】
前記本発明に係る熱板オーブン２００は気体注入及び排気が１ヶ所で行われるよう気体注入／排気口２０４を形成させ、併せて気体注入／排気口の遮断部材２０８及び加圧部材２１０をさらに備えるようにしたものである。
【００２２】
本発明に係る熱板オーブン２００と従来の熱板オーブン１００との相違点を見れば、従来の熱板オーブン１００は別に存在する気体注入口１０４及び気体排気口１０６を介して気体の注入及び排気が行われるようにしたため空気の流れＸを発生させることになるが、本発明に係る熱板オーブン２００は１ヶ所の気体注入／排気口２０４を介してレジストフロー工程前に気体が注入されるようにし、レジストフロー工程が完了したあと気体が排気されるようにし、さらに、このため気体注入／排気口の遮断部材２０８及び加圧部材２１０を追加して備えるため空気の流れＸを発生させなくなる。
【００２３】
本発明に係る熱板オーブン２００は、前記のように気体注入／排気口２０４を一体に形成することもできるが別々に形成させることもできる。もし、別々に形成する場合は気体注入／排気口の遮断部材２０８がこれらを同時に遮断して密閉することのできる構造を有するようにする。
【００２４】
本発明に係る熱板オーブン２００を用いるに先立ち１次フォトレジストパターン３８を形成させる過程を説明すれば、図６に示されているように同一の大きさａ、ｂ、ｃのパターンが形成されたマスク３０を利用して半導体基板４２に形成されたフォトレジスト膜３２を露光したあと現像工程を行えば、ポジティブフォトレジストの場合フォトレジスト膜３２の露光領域３４が除去され、フォトレジスト膜３２の非露光領域３６はそのまま維持されることにより、図７のようにパターンの大きさが同一の１次フォトレジストパターン３８が得られる（ａ＝ｂ＝ｃ）。
【００２５】
前記のように形成された１次フォトレジストパターン３８を本発明の熱板オーブン２００内でフローさせるが、その過程は下記の段階を含む。
（ａ）半導体基板４２を熱板オーブン２００に入れる段階、
（ｂ）気体注入／排気口２０４に不活性気体を注入する段階、
（ｃ）気体注入／排気口の遮断部材２０８に気体注入／排気口２０４を遮断してオーブン２００を密閉させる段階、
（ｄ）加圧部材２１０でオーブン２００内部に一定の圧力を加える段階、及び
（ｅ）オーブン２００を加熱してレジストフロー工程を行う段階。
前記（ｄ）段階及び前記（ｅ）段階は、同時に進めることもできるし、順次進めることもできる。
【００２６】
これを図面に基づき詳しく検討すれば、先ず図８及び図９に示されているように１次フォトレジストパターン３８が形成された半導体基板４２を熱板オーブン２００内に位置させた後、気体注入／排気口２０４を介して非活性気体を注入してから気体注入／排気口の遮断部材２０８を動作させ、気体注入／排気口２０４を遮断し熱板オーブン２００を密閉した後、加圧部材２１０で加圧して熱板オーブン２００が高圧になるようにする。
【００２７】
次に、熱板２０２の温度をフォトレジストのガラス転移温度以上に高めてから、一定の時間１次フォトレジストパターン３８のレジストフロー工程が行われるようにしたあと気体注入／排気口の遮断部材２０８を開放し、気体注入／排気口２０４を介して熱板オーブン２００内の気体を排気する過程を経ることにより、１次フォトレジストパターンの間の大きさａ、ｂ、ｃを減少させた２次フォトレジストパターン４０を形成する。
【００２８】
このとき、前記気体注入／排気口２０４を介して注入される気体は不活性ガスで、ヘリウムＨｅ、ネオンＮｅ、アルゴンＡｒ、窒素Ｎ2又はこれらの混合気体であり、加圧部材２１０により加圧される熱板オーブン２００内部の圧力は１〜５０ａｔｍで、加熱された熱板２０２の温度は１００〜２５０℃であり、フローに所要する時間は１０〜３００秒である。
【００２９】
このような本発明に係る熱板オーブン２００はパスカルの原理（Pascal's principle）を利用したものであり、パスカルの原理は密閉された流体の一部に圧力を加えればその圧力が流体内の全ての所に同じ大きさで伝達されるとのことである。
これを詳しく検討すれば、図１１に示されているようにピストン２により水１に加えられた圧力は水１の各部分に伝えられるが、他の稼動部分であるピストン４の断面積をピストン２の断面積のｘ倍にすれば、ＢにはＡに加えた圧力のｘ倍の力が作用するとのことである。
【００３０】
すなわち、本発明では気体注入／排気口の遮断部材２０８を動作させて気体注入／排気口２０４を遮断し密閉された状態にしたあと加圧部材２１０で加圧することにより、熱板オーブン２００内部を密閉された高圧の状態に到達させると、図９に示されているように１次フォトレジストパターンの大きさが縮小しようとする力Ｆ１を緩和することのできる力Ｆ２が発生し、この力Ｆ２がパスカルの原理により熱板オーブン２００内に同じ大きさで圧力が伝えられるのである。
その結果、図１０のように１次フォトレジストパターンの大きさａ、ｂ、ｃより減少した大きさを有する２次フォトレジストパターン４０を得ることができ、その大きさａ'、ｂ'、ｃ'は同一であることが分かる（ａ'＝ｂ'＝ｃ'）。
【００３１】
さらに、図１２は本発明に係る熱板オーブンによるレジストフロー工程時にベーク温度に伴うフォトレジストパターンの大きさの変化を見せるグラフであり、図面に示されているように温度変化に対しフォトレジストパターンの大きさが急激に縮小しない安定的な結果を得ることができることが分かる。
以上で説明したように、本発明に係る熱板オーブンは超微細フォトレジストパターンを形成させるためレジストフロー工程時に用いるだけでなく、フォトレジストパターンを形成するのにおいて適用される全ての高温ベーク工程に使用可能である。
【００３２】
さらに、本発明では前記熱板オーブンを利用してレジストフロー工程を導入したフォトレジストパターンの形成方法を提供する。
（ａ）リソグラフィー工程を行って１次フォトレジストパターンを得る段階、及び
（ｂ）気体注入／排気口、気体注入／排気口の遮断部材及び加圧部材を含む本発明の熱板オーブンを利用し、前記１次フォトレジストパターンにレジストフロー工程を行うことにより２次フォトレジストパターンを得る段階を含む。
すなわち、本発明ではパターン形成過程の（ｂ）段階で、前述の本発明の熱板オーブン２００を用いることにより密閉された状態の高圧下でフォトレジストがフローされるようにすることに特徴がある。
このとき、前記１次フォトレジストパターン及び２次フォトレジストパターンはＬ／Ｓパターン又はコンタクトホールパターンになることがある。
【００３３】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る熱板オーブンは従来の熱板オーブンに気体注入／排気口の遮断部材及び加圧部材をさらに備えることにより、これをレジストフロー工程時に利用してフォトレジストをフローさせるとパターンの大きさが急激に縮小することを防ぎ、同一のパターンの大きさを有する超微細フォトレジストパターンを得ることができる。
併せて、本発明の熱板オーブンはレジストフロー工程時だけでなく、フォトレジストパターンを形成するのにおいて適用される全ての高温ベーク工程にも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の熱板オーブン１００によるレジストフローの工程図である。
【図２】従来の熱板オーブン１００によるレジストフローの工程図である。
【図３】従来の熱板オーブン１００によるレジストフローの工程図である。
【図４】従来の熱板オーブン１００によるレジストフローの工程図である。
【図５】従来の熱板オーブン１００によるレジストフロー工程時、ベーク温度に伴うフォトレジストパターンの大きさの変化を表すグラフである。
【図６】本発明に係る熱板オーブン２００によるレジストフローの工程図である。
【図７】本発明に係る熱板オーブン２００によるレジストフローの工程図である。
【図８】本発明に係る熱板オーブン２００によるレジストフローの工程図である。
【図９】本発明に係る熱板オーブン２００によるレジストフローの工程図である。
【図１０】本発明に係る熱板オーブン２００によるレジストフローの工程図である。
【図１１】パスカルの原理を説明する例示図である。
【図１２】本発明に係る熱板オーブン２００によるレジストフロー工程時、ベーク温度に伴うフォトレジストパターンの大きさの変化を表すグラフである。
【符号の説明】
１          水
２、４            ピストン
１０、３０        マスク
１２、３２        フォトレジスト膜
１４、３４        露光領域
１６、３６        非露光領域
１８、３８        １次フォトレジストパターン
２０、４０        ２次フォトレジストパターン
２２、４２        半導体基板
１００、２００          熱板オーブン
１０２、２０２          熱板
１０４            気体注入口
１０６            気体排気口
２０４            気体注入／排気口
２０８            気体注入／排気口の遮断部材
２１０            加圧部材
ａ、ｂ、ｃ        １次フォトレジストパターンの大きさ
ａ'、ｂ'、ｃ'           ２次フォトレジストパターンの大きさ
Ｘ          気体の流れ
Ｆ１        フォトレジストパターンの大きさが縮小しようとする力
Ｆ２        Ｆ１を緩和する力
【図１】
0004431307.tif 000002
【図２】
0004431307.tif 000003
【図３】
0004431307.tif 000004
【図４】
0004431307.tif 000005
【図５】
0004431307.tif 000006
【図６】
0004431307.tif 000007
【図７】
0004431307.tif 000008
【図８】
0004431307.tif 000009
【図９】
0004431307.tif 000010
【図１０】
0004431307.tif 000011
【図１１】
0004431307.tif 000012
【図１２】
0004431307.tif 000013