(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、化学増幅系レジストの塗膜を形成し、エネルギー線を複数回照射する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
上記塗膜の高い寸法制御性が要求されないパターン領域に第１のエネルギー線を照射する工程と、
上記第１のエネルギー線照射後に第１の温度で行う第１の熱処理工程と、
その後、上記塗膜の寸法制御性の要求の高いパターン領域に第２のエネルギー線を照射する工程と、
上記第２のエネルギー線照射後に、上記第１の温度よりも十分低い第２の温度で行う第２の熱処理工程と、
その後、上記複数回のエネルギー照射工程と第１及び第２の熱処理工程とを経た塗膜を現像処理する現像工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記第２の温度は、上記第１の温度よりも５℃〜２０℃の範囲で低い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】
半導体基板上に、化学増幅系レジストの塗膜を形成し、エネルギー線を複数回照射する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
上記塗膜の寸法制御性の要求の高い第１のパターン領域に電子線を照射する工程と、
上記電子線の照射後に行う第１の熱処理工程と、
その後、上記塗膜の高い寸法制御性が要求されない第２のパターン領域に光を照射する工程と、
上記光の照射後に、上記第１の熱処理工程の温度以下の温度で行う第２の熱処理工程と、
その後、上記複数回のエネルギー照射工程と第１及び第２の熱処理工程とを経た塗膜を現像処理する現像工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記第１のパターン領域と上記第２のパターン領域は分離して配置され、上記第１及び第２の熱処理工程の温度は、上記第１及び上記第２のパターン領域がそれぞれ上記第１及び第２熱処理工程により拡大する距離の大きな方と上記電子線の照射と上記光の照射との合わせ誤差量の合計が、上記第１のパターン領域と上記第２のパターン領域との間隔の最も狭い距離より小さくなるような温度とすることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記第１のパターン領域と上記第２のパターン領域はその一部が互いに重なって配置され、上記重なる距離は、上記電子線の照射と上記光の照射との合わせ誤差量以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
上記第１のパターン領域は、上記塗膜の所望のパターン領域の外周線より所望の距離だけ内側の領域であり、上記第２のパターン領域は、上記所望のパターン領域の外周線から上記所望の距離の範囲の領域であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に化学増幅系レジストを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造のためのリソグラフィ工程に用いられるレジストは、現在解像度の向上とともに高感度化の研究が盛んに行われている。レジストの高感度化は、短い描画時間で多くのパターンの形成を可能とし、半導体集積回路等を量産性よく製造することができる。レジストの高感度化を達成するための一つとして化学増幅系レジストと呼ばれるものがある。例えば、「レジスト材料・プロセス技術」１０４〜１１２頁、技術情報協会、（１９９１年）に記述されているように、化学増幅系レジストでは、光、電子線、Ｘ線等のエネルギー線の照射により、まず酸を発生させる。発生した酸は、描画工程に引き続いて行う熱処理工程中に進行するレジストの難溶化又は易溶化の反応の際の触媒として作用する。以下、図２に従い化学増幅系ネガ型レジストを用いた従来法の工程を説明する。
【０００３】
まず図２（ａ）に示すように、被加工基板２０１上に架橋剤であるヘキサメトキシメチルメラミンと、触媒となる酸を発生するための酸発生剤である１、３、５―トリス（ブロモアセチル）ベンゼンと、基底樹脂であるクレゾールノボラック樹脂の三成分からなる化学増幅系ネガ型レジストを０．２μｍの厚さに回転塗布し、プリベークを行い、レジスト層２０２を形成する。
【０００４】
次に、図２（ｂ）に示すように所定の位置にエネルギー線２０３を照射し、被照射部分に選択的に酸２０４を発生させる。酸２０４の発生した部分を酸発生部２０５とする。
その後、第１の熱処理を行い、照射によって発生した酸を触媒として、架橋剤の架橋反応を促進し、レジストを現像液に対して易溶性から難溶性に変化させ、レジスト反応部２０６を形成する。また、このとき酸触媒が拡散することにより、反応領域が広がるため、酸発生部２０５の領域よりレジスト反応部２０６の領域が大きくなる（図２（ｃ））。
その後、現像処理を行い、所定のレジストパターン２０７を形成する（図２（ｄ））。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
化学増幅系レジストはエネルギー線照射後に行う熱処理条件によって、パターンを形成するために必要なエネルギー線照射量が変化する。これはエネルギー線照射によって発生した触媒が、熱処理によって拡散し、レジスト反応を促進するためである。そのため、エネルギー線照射後に行う熱処理温度を高くした場合、触媒の熱拡散距離が大きくなると同時にレジスト反応が促進されるため、少ないエネルギー線照射量でパターン形成することが可能となる。少ないエネルギー線照射量は、エネルギー線の照射時間を短くすることができる。しかし、触媒の熱拡散距離が大きくなった場合、レジスト反応がエネルギー線の照射された領域に留まらず、未照射領域にまで広がることになる。従って、エネルギー線の照射領域と未照射領域との境界部分コントラストが小さくなる。その結果、後の現像条件のわずかな差で、形成されるパターン寸法が変化することとなり、高い寸法制御性を達成することができなかった。
【０００６】
逆に、熱処理温度を低くした場合、触媒の熱拡散距離が小さくなり、高い寸法制御性を得ることが可能となる。しかし、パターンを形成するために必要なエネルギー線照射量が大きくなるため、被加工基板の処理速度の低下を招いた。つまり従来は高い寸法制御性と高い処理速度を両立することが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、高い寸法制御性と高い処理速度を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、化学増幅系レジストの塗膜を形成し、この塗膜の第１のパターン領域に第１のエネルギー線を照射し、次いで第１の熱処理を行い、その後さらに塗膜の第２のパターン領域に第２のエネルギー線を照射し、第２のエネルギー線の照射後に、上記第１の熱処理の温度以下の温度で第２の熱処理を行い、その後、現像するようにしたものである。
【０００９】
一般に半導体装置の製造方法でパターンを形成するとき、形成されるパターン領域は、高い寸法制御性が要求されるパターン領域と、要求されないパターン領域がある。本発明では、高い寸法制御性が要求されるパターン領域と要求されないパターン領域の描画及びその後の熱処理工程を別にするようにした。
【００１０】
高い寸法制御性が要求されないパターン領域を先に描画する場合は、高い寸法制御性を要求されないパターン領域に、第１のエネルギー線照射を行う。このパターン領域は、照射後に行う第１の熱処理工程により酸触媒が拡散し、レジスト反応が促進されるため、寸法制御性が劣化するが少ないエネルギー線照射量でよい。
【００１１】
次に、寸法制御性の要求の高いパターン領域に第２のエネルギー線照射を行う。その後、必要なら第２の熱処理を行い、次に、現像処理を行って所定のレジストパターンを形成する。第２のエネルギー線照射によって発生した酸触媒は、第２の熱処理を行うときはそれによってのみ熱拡散が生じる。従って、第１、第２のエネルギー線照射によって発生した酸触媒の拡散距離がそれぞれ異なる。上述のように、第１のエネルギー線照射により形成されたパターン領域は寸法制御性が低いものの少ないエネルギー線照射量で形成できる。第２のエネルギー線照射により形成されたパターン領域は多くのエネルギー線照射量を必要とするが高い寸法制御性で形成できる。
【００１２】
また、寸法制御性の要求の高いパターン領域が多いときは、上記のように処理すると第２のエネルギー線照射後に行う第２の熱処理温度が低いため、第２のエネルギー線照射処理時間があまりにも長くなることがある。この場合、次のようにしてもよい。すなわち、第１のエネルギー線照射装置として微細加工性が優れているものの処理時間が長い装置を用い、第２のエネルギー線照射装置として、第１のエネルギー線照射装置と比較し微細加工性は劣るものの処理時間の早い装置を使用する。ここで、第１のエネルギー線照射後に行う第１の熱処理条件は、電子線照射量裕度、形成されたパターン形状等から判断して、最も優れた条件とするとさらによい。また、第２の熱処理温度は、第１の熱処理温度より十分に低くする必要がある。十分に低くすることにより酸の拡散を抑制することが可能となり、第１のエネルギー線照射領域の寸法精度を高く維持することができる。
【００１３】
第１及び第２の熱処理の好ましい温度範囲は、厳密には用いる化学増幅系レジストによって異なる。しかし、大体の値は、第１の熱処理では、１００℃から１２０℃の範囲、第２の熱処理では、室温から１１０℃の範囲である。第２の熱処理温度は第１の熱処理温度と同じでもよいが、一般的には５℃から２０℃の範囲で低い温度とすることが好ましく、５℃から１２℃の範囲で低い温度とすることがより好ましい。
【００１４】
また、本発明では次のような方法を用いることが好ましい。すなわち、第１のパターン領域と第２のパターン領域は分離して配置されているとき、第１及び第２の熱処理工程の温度は、第１及び第２のパターン領域がそれぞれ上記第１及び第２の熱処理工程により拡大する距離の大きな方と第１のエネルギー線の照射と第２のエネルギー線の照射との合わせ誤差量の合計が、第１のパターン領域と上記第２のパターン領域との間隔の最も狭い距離より小さくなるような温度とすることである。ここで拡大する距離とは、例えばあるパターンが左右にａずつ拡大したとすれば２ａとなる。
【００１５】
また、第１及び第２のパターン領域の一部が互いに重なって配置されているときは、この重なる距離を、第１のエネルギー線の照射と第２のエネルギー線の照射との合わせ誤差量以上、合わせ誤差量の２倍以下とすることが好ましい。これによって合わせ誤差が生じてもパターンの断線が生じることがない。
【００１６】
また、本発明においては、第３のエネルギー線の照射を行ってもよい。このときは、第２のエネルギー線の照射とその後の熱処理と第３のエネルギー線の照射とその後の熱処理の関係を、上述した第１のエネルギー線の照射とその後の熱処理と第２のエネルギー線の照射とその後の熱処理の関係と同様にすればよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のを実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
〈実施例１〉
化学増幅系ネガ型レジストのパターン形成に本発明を適用した場合について、図１を用いて説明する。
まず、被加工基板１０１上にノボラック樹脂、芳香族アジドである４、４’−ジアジド−３、３’−ビフェニルベンゼン、酸発生剤である１、３、５−トリスブロモアセチルベンゼンからなる化学増幅系レジストを０．３μｍの厚さに回転塗布し、プリベークを１００℃、２分間行いレジスト層１０２とした（図１（ａ））。この化学増幅系レジストは、エネルギー線照射後に熱処理をしなくても高感度であり、微細加工に適している。
【００１９】
次に、第１のエネルギー線１０３として一括転写方式の電子線を所定の形状に従い、２５μＣ／ｃｍ2の電子線照射量で選択的に照射し、酸１０４を発生させ、第１の酸発生部１０５を形成した。この第１のエネルギー線により照射する領域は、寸法精度の要求が設計寸法の±３％を超えてもよいパターンとした（図１（ｂ））。引き続き第１の熱処理工程を１００℃、２分間行うことにより、第１のレジスト反応部１０６が生じた。第１のレジスト反応部１０６は、酸１０４が第１の熱処理により拡散するため、第１の酸発生部１０５より領域が５０ｎｍ程度大きくなった（図１（ｃ））。
【００２０】
次に、第２のエネルギー線１０８として、ガウシアン型の電子線を７５μＣ／ｃｍ2の電子線照射量で描画した。この第２のエネルギー線は寸法精度の要求が±３％以下のパターンのみに照射し、所定形状部分に第２の酸発生部１０９を形成した（図１（ｄ））。ここで使用したレジストは、電子線照射量を７５μＣ／ｃｍ2と大きくすることによって、エネルギー線照射後の熱処理工程を行わなくても、第２の酸発生部１０９が生じると共に、第２のレジスト反応部１１０が形成される（図１（ｅ））。
【００２１】
次に、前記試料をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．３８％水溶液に２分間浸漬させて現像処理を行うことによって、レジストパターン１０７が得られた（図１（ｆ））。
【００２２】
本実施例のように第２のエネルギー線として、微細加工性が非常に高い特性をもつガウシアン方式の電子線を用いることによって、非常に微細なパターンを形成することが可能となった。さらには、本実施例では、第２のエネルギー線照射の後に熱処理工程を行っていないため、第２のエネルギー線照射部の酸拡散は殆どなく、第２のエネルギー線照射による潜像を高く維持することが可能となり、高い寸法精度を実現できた。
【００２３】
また、全エネルギー線照射をスループットの遅いガウシアン方式の電子線を用いた場合、非常に長い処理時間が必要となる。そこで、本実施例のように寸法精度の要求の低い部分をガウシアン方式の電子線よりスループットの高い一括転写方式の電子線を利用し、さらには、第１のエネルギー線照射の後に第１の熱処理工程を行うことにより、スループットの向上ができた。
【００２４】
以上の工程により形成されるパターンは、被加工基板の処理時間を著しく低下させることなく、寸法精度高く形成することが可能となった。なお、一括転写方式の電子線の代わりに可変矩形方式の電子線を利用してもよい。
【００２５】
この化学増幅系レジストを用いたとき、第１の熱処理工程の好ましい温度範囲は、１００℃から１２０℃である。また、第２のエネルギー線照射の後に、第２の熱処理工程は行わなかったが、第２の熱処理工程を行うときは、８０℃から１１０℃の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
なお、熱処理の温度を高くする代わりに、熱処理の時間を長くしても触媒の熱拡散距離は大きくなる。しかし、触媒の熱拡散距離は、熱処理時間を２〜３倍程度長くするよりも熱処理温度を１０℃高くした方がはるかに大きい場合が多い。熱処理時間を大幅に長くすることは、全体の処理時間を長くするので好ましくない。
【００２７】
〈実施例２〉
化学増幅系ネガ型レジストのパターン形成に本発明を適用した別の実施例について、図３を用いて説明する。
まず、被加工基板３０１上にシプレイ社製の化学増幅系ネガ型レジストＳＡＬ６０１を０．１５μｍの厚さに回転塗布し、プリベークを１１０℃、２分間行いレジスト層３０２とした（図３（ａ））。この化学増幅系ネガ型レジストは高感度であり、さらに熱処理による効果が大きい。
【００２８】
次に、第１のエネルギー線３０３として、Ｘ線照射装置によりＸ線を所定の形状に従い、２０ｍＪ／ｃｍ2でマスクを通して照射し、酸３０４を発生させ、第１の酸発生部３０５を形成した。この第１のエネルギー線は０．２０μｍ以上のパターンに照射した（図３（ｂ））。引き続き第１の熱処理工程を１２０℃、２分間行い、第１のレジスト反応部３０６を生じさせた（図３（ｃ））。
【００２９】
次に、第２のエネルギー線３０８として、可変矩形方式の電子線描画装置により電子線を５０μＣ／ｃｍ2の電子線照射量で描画した。この第２のエネルギー線照射は０．２０μｍ未満の微細パターンとその周辺のみに行い、所定形状部分に第２の酸発生部３０９を形成した（図３（ｄ））。
【００３０】
次に、第２の熱処理工程を第１の熱処理温度より低い温度の９０℃にて２分間行い、第２のレジスト反応部３１０を形成した。第２のレジスト反応部３１０は、第２の酸発生部３０９より領域が１０ｎｍ程度大きくなった。また、このとき第１のエネルギー線３０３により発生した酸も拡散し、第三のレジスト反応部３１１が形成した（図３（ｅ））。ただし、第２の熱処理工程は、第１の熱処理工程より低い温度で行われたため、第２の熱処理工程による酸の拡散距離は、第１の熱処理工程によるものよりも十分小さい。そのため第三のレジスト反応部３１１は、第２のレジスト反応部の寸法がわずかに大きくなっただけである。
次に、前記試料をシプレイ社製のＭＦ−３１２現像液に２分間浸漬させ現像処理を行い、レジストパターン３０７が得られた（図３（ｆ））。
【００３１】
以上のように第２の熱処理工程を行うことによって、寸法精度は第２の熱処理工程を行わないものと比較するとわずかに劣化した。しかし、所定の寸法精度と比較し、第２のエネルギー線の寸法精度が高いため、第２の熱処理工程を行っても、所定の寸法精度を実現することができた。或いは逆に、第２の熱処理温度を所定の寸法精度が実現できる温度以下と設定することにより、寸法精度を高く維持することも可能である。例えば、第２の酸発生部３０９の領域の拡大を５ｎｍ程度にしたければ、第２の熱処理の温度を８０℃程度にすればよい。また、第２の熱処理工程を行うことによってレジスト感度を向上することが可能となるため、第２のエネルギー線照射に必要とされる時間を大幅に向上することが可能となった。
以上の工程により、寸法精度を高く維持しながら、被加工基板の処理時間を高くすることが可能となった。
【００３２】
〈実施例３〉
化学増幅系ポジ型レジストのパターン形成に本発明を適用した場合について、図４を用いて説明する。
実施例１と同様に、被加工基板４０１上にテトラヒドロピラニル化ポリビニルフェノール、メタンスルホン酸ベンゼン、ノボラック樹脂の三成分からなる化学増幅系ポジ型レジストを０．２μｍの厚さに回転塗布し、１２５℃、２分間プリベークを行いレジスト層４０２とした（図４（ａ））。この化学増幅系ポジ型レジストは、光、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光等に対して高感度である。
【００３３】
その後、第１のエネルギー線４０３として、ＫｒＦエキシマレーザ光を１２．０ｍＪ／ｃｍ2の露光量となるように照射し、照射部分に酸４０４を発生させた。この部分が第１の酸発生部４０５である。この第１のエネルギー線照射は、０．５μｍ以上のパターンにのみ行った（図４（ｂ））。引き続き第１の熱処理工程を１１０℃、３分間行い、第１のレジスト反応部４０６を生じさせた（図４（ｃ））。
【００３４】
次に、第２のエネルギー線４０８として、電子線を用いて５μＣ／ｃｍ2の照射量で描画した。この第２のエネルギー線照射は０．５μｍ未満のパターンとその周辺のみを描画し、所定形状部分に第２の酸発生部４０９を形成した（図４（ｄ））。次に第２の熱処理工程を１１０℃にて２分間行い、第２のレジスト反応部４１０を形成した。このとき第２の熱処理工程は、第１の熱処理工程と同じ温度であり、つまり第１のエネルギー線照射によって発生した酸は第１、第２の熱処理工程により、合計１１０℃、５分間拡散し、第三のレジスト反応部４１１が生じる。一方、第２のエネルギー線照射によって発生した酸は、第２の熱処理、すなわち１１０℃、２分間熱処理によって拡散するのみである（図４（ｅ））。
【００３５】
次に、前記試料をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．３８％水溶液に２分間浸漬させ現像処理を行い、レジストパターン４０７が得られた（図４（ｆ））。
【００３６】
以上のように、第１のエネルギー線として、スループットが非常に高いＫｒＦエキシマレーザ光のような光線を、第２のエネルギー線として、スループットは光線のものと比較して劣るものの寸法精度が高い電子線を用いることにより、高スループットと寸法精度を実現できた。
【００３７】
以上の工程により形成されるパターン（第２のエネルギー線により形成されたパターン）は、例えば、０．３０μｍのパターンで従来１５％以上であったパターン寸法変動を１０％以下の６％に低減することが可能となった。
【００３８】
〈実施例４〉
本実施例では、特に寸法精度の要求の高い領域が多い場合について、図５を用いて説明する。
まず、被加工基板５０１上にシプレイ社製の化学増幅系ネガ型レジストＳＡＬ６０１を０．４０μｍの厚さに回転塗布し、プリベークを１２０℃、２分間行いレジスト層５０２とした（図５（ａ））。
【００３９】
その後、第１のエネルギー線５０３として、電子線描画装置により所定の形状に従い電子線を２０μＣ／ｃｍ2照射し、酸５０４を発生させ、第１の酸発生部５０５を形成した。この第１のエネルギー線は、０．３０μｍ未満の微細パターンとその周辺に照射した（図５（ｂ））。
【００４０】
引き続き第１の熱処理工程を１１０℃、２分間行い、第１のレジスト反応部５０６を形成した（図５（ｃ））。この１１０℃、２分間の熱処理条件は、０．３μｍ未満、特に本実施例での最小加工寸法である０．１５μｍのパターンを形成したときに、電子線照射量裕度、形成されたパターン形状等から判断して、最も優れた条件であった。
【００４１】
次に、第２のエネルギー線５０８として、所定のマスクを通してＫｒＦエキシマレーザ光を９０ｍＪ／ｃｍ2の露光量で照射した。この第２のエネルギー線照射は０．３０μｍ以上のパターンに行い、所定形状部分に第２の酸発生部５０９を形成した（図５（ｄ））。
【００４２】
本実施例のように第１のエネルギー線照射領域と第２のエネルギー線照射領域が分離している場合、各エネルギー線間の最小のパターン間隔を、第１のエネルギー線の最小設計寸法０．３μｍ、第２のエネルギー線の最小設計寸法０．１５μｍのうち、最小設計寸法の大きい０．３μｍとした。これは、次の理由による。本実施例で使用した第２のエネルギー線照射領域の微細加工性は第１のエネルギー線のものと比較し低く、最小設計寸法の０．３μｍ未満のパターンになると寸法精度が悪化する。そのため第１のエネルギー線照射領域が第２のエネルギー線照射領域の０．３μｍ未満になると互いに影響を及ぼし、本来分離されるべきパターンが分離されずショートしてしまう可能性が高くなる。以上のことから、各エネルギー線照射領域間の間隔は、各エネルギー線照射の最小設計寸法の大きな方の寸法以上離すことにより、信頼性高くパターンを形成することができた。
【００４３】
なお、この場合、実際には形成すべきパターンは予め定まっている。よって、第１及び第２の熱処理工程の温度を、第１及び第２のパターン領域がそれぞれ第１及び第２熱処理工程により拡大する距離の大きな方と第１のエネルギー線の照射と第２のエネルギー線の照射との合わせ誤差量の合計が、第１のパターン領域と第２のパターン領域との間隔の最も狭い距離より小さくなるような温度とするのがよい。
【００４４】
次に、第２の熱処理工程を第１の熱処理温度より低い温度の９０℃にて２分間行い、第２のレジスト反応部５１０を形成した。このとき第１のエネルギー線５０３により発生した酸も、第２の熱処理工程中に拡散し、第三のレジスト反応部５１１が形成される。ただし、第２の熱処理工程は、第１の熱処理工程より十分に低い温度で行われたため、第２の熱処理工程による酸の拡散距離は、第１の熱処理工程によるものよりも十分小さい。そのため、第三のレジスト反応部５１１は第１のレジスト反応部５０６の寸法とほとんど変化はなかった（図５（ｅ））。
【００４５】
次に、前記試料をシプレイ社製のＭＦ−３１２現像液に２分間浸漬させて現像処理を行い、レジストパターン５０７が得られた。以上の工程により本実施例での最小加工寸法０．１５μｍのパターンも寸法精度５％以下で形成することが可能となった（図５（ｆ））。
【００４６】
本実施例では、第１のエネルギー線照射に寸法精度は高いものの処理時間が長い照射装置、本実施例では電子線を、第２のエネルギー線照射に寸法精度は低いものの処理時間が短い照射装置、本実施例ではＫｒＦエキシマレーザステッパを使用する構成とした。寸法精度の要求の高い領域が多い、或いは寸法精度の要求の高い領域を照射する処理時間が非常に遅い場合、照射後の熱処理温度を低くすることによって、さらに処理時間が長くなり、スループットの低下が大きくなった。その場合、本実施例のように、寸法精度の要求の高い領域に第１のエネルギー線を照射後、第１の熱処理を行い、次に寸法精度の要求の高くない領域に第２のエネルギー線を照射後、第２の熱処理を第１の熱処理より十分に低い温度で行なうことが有効である。そうすることによって、寸法精度の要求の高い領域の処理に要する時間を短縮することが可能となり、スループットの低下を生じることなくパターンを形成することが可能となった。ただし、寸法精度の要求の高い領域の寸法精度は、実施例３の場合よりは劣化する。
【００４７】
なお、前述のように、本発明では第３のエネルギー線照射を行ってもよい。このとき第１のエネルギー線照射領域及び第３のエネルギー線照射領域の間の最小のパターン間隔並びに第２のエネルギー線照射領域及び第３ののエネルギー線照射領域の間の最小のパターン間隔をそれぞれ本実施例で述べたように各エネルギー線照射の最小設計寸法の大きな方の寸法以上離すことが好ましい。
【００４８】
〈実施例５〉
本発明のパターン形成方法の他の実施例を図６を用いて説明する。
被加工基板６０１上にテトラヒドロピラニル化ポリビニルフェノール、メタンスルホン酸ベンゼン、ノボラック樹脂の三成分からなる化学増幅系ポジ型レジストを０．３μｍの厚さに回転塗布し、１２５℃、２分間プリベークを行いレジスト層６０２とした（図６（ａ））。
【００４９】
次に、第１のエネルギー線６０３として可変矩形方式の電子線により、２．５μＣ／ｃｍ2の照射量でエネルギー線照射を行い、照射部分に酸６０４を発生させた。その部分が第１の酸発生部６０５である。エネルギー線が照射される領域は、所定のパターンの外周線から０．１μｍ小さい領域である（図６（ｂ））。引き続き第１の熱処理工程を１１０℃、２分間行い、第１のレジスト反応部６０６を生じさせた（図６（ｃ））。
【００５０】
次に、第２のエネルギー線６０８として、第１のエネルギー線と同一装置である可変矩形方式の電子線により１２μＣ／ｃｍ2の電子線照射量で描画し、第２の酸発生部６０９を形成した。この第２のエネルギー線照射領域は、上記の所定のパターンの外周線からパターン内部に０．１μｍ入った領域（以下、パターン輪郭部分という）である。上記の所定のパターンの内のパターン寸法０．２μｍ以下の領域は、全てパターン輪郭部分に相当し、この部分は第１のエネルギー線の照射を行わないで、第２のエネルギー線により一度に照射することになる（図６（ｄ））。
【００５１】
次に、第２の熱処理工程を１００℃にて２分間行ない、第２のレジスト反応部６１０を形成した。このとき、第１のエネルギー線照射によって発生した酸は第１、第２の熱処理工程により拡散し、第３のレジスト反応部６１１が生じた。つまり本実施例では、パターンの外周線から０．１μｍ以上レジスト内部の領域は、寸法精度が低くなるものの、その部分はパターンの輪郭部分と重なるので寸法精度に影響を与えない。そして第１のエネルギー線照射の後の熱処理工程温度を高くしたことにより、レジスト感度が向上により、高スループットを可能とした。また、パターンの輪郭部分及び所定寸法以下のパターンは、レジスト感度は低くなるものの、高い寸法精度が実現できるよう、第２のエネルギー線照射後の熱処理工程温度を低くした（図６（ｅ））。
【００５２】
次に、前記試料をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．３８％水溶液に２分間浸漬させ現像処理を行い、レジストパターン６０７が得られた（図６（ｆ））。
【００５３】
本実施例のようなパターン形成方法を用いることにより、寸法精度に影響を与えるパターンの輪郭部分については寸法精度を高く、それ以外のパターン内部については、エネルギー線照射時間を短縮することが可能となり、高寸法精度と高スループットが実現可能となった。さらに、パターン輪郭部分の解像性が高いため、大きなパターンと小さなパターンとが近接している場合でも適用可能となる。領域を分解する方法は、設計パターンから描画データ或いはマスクデータに変換するときに図形分解機能を通すことにより簡単に変換することが可能である。
【００５４】
本実施例では、第１のエネルギー線と第２のエネルギー線ともに同一の可変矩形型の電子線描画装置を用いた。このような場合、装置の購入に必要となる費用は、２種類の装置を購入するより安価となる。また、同一の装置を使用する場合、歪み補正残りなどの傾向が同じになるため、２つのエネルギー線照射領域間の合わせ誤差について小さくなることが期待できる。
【００５５】
以上の工程により形成されるパターンは、例えば０．１８μｍのパターンで従来１５％以上であったパターン寸法変動を１０％以下の６％に低減することが可能となった。
【００５６】
〈実施例６〉
図７を用いて、本発明を適用する処理装置について説明する。
図７に示すように、本処理装置は、第１のウェハ保持台７０１と、第１のエネルギー線照射装置７０２として一括転写法の電子線描画装置と、第２のエネルギー線照射装置７０３としてガウシアン型の電子線描画装置と、室温から３００℃まで可変の第１の熱処理装置７０４及び第２の熱処理装置７０５、第２のウェハ保持台７０６、それぞれの処理を連続して行うための搬送装置７０７で構成されている。第１のエネルギー線照射装置７０２の一括転写型電子線描画装置は、寸法精度の要求の低い領域を描画する。一方、第２のエネルギー線照射装置７０３のガウシアン型電子線描画装置は、寸法精度の要求の高い領域を描画する。
【００５７】
第１、第２のウェハ保持台７０１、７０６は、ウェハカセット７０８を有する。第１及び第２の熱処理装置７０４、７０５においては、ヒーター７０９により被処理基板を加熱し、温度測定器７１０により温度を測定し、フィードバックをかけながら所定温度に調整する。搬送装置７０７は回転軸７１１を回転することによって、被処理基板７１２を搬送する。
【００５８】
本実施例の処理構成とすることによって、被処理基板を連続して処理することが可能となり、スループットの向上が可能となった。また、本実施例のように、第１のエネルギー線照射装置と第２のエネルギー線照射装置が異なっている場合、第１のエネルギー線照射装置に処理速度を、第２のエネルギー線照射装置に解像性を重視した装置構成とすることが可能となり、それによって解像性を向上することが可能となった。
【００５９】
さらに、第１のエネルギー線照射装置と第２のエネルギー線照射装置との間に、スループットが異なる場合、装置の稼動時間の低下が生じる。そのため、ここではエネルギー線照射装置として２台しか使用していないが、さらに複数台つなげることにより、さらにスループットの向上が期待できる。
【００６０】
また、本実施例では特に解像性を重視したため特性の異なるエネルギー線照射装置を使用した。一方、スループットを重視した場合、同一タイプのエネルギー線照射装置を複数台並べたいわゆるクラスター化が行うことにより、スループットの向上と装置の稼働率の向上が得られる。これは同一の装置により、寸法精度の要求の高いパターン及び低いパターン共に描画可能であるため、処理の終了した装置が終了していない被処理基板の処理を行うことが可能となる。そのため、相互に処理を補完でき、装置の稼動時間向上引いてはスループットの向上が期待できる。
【００６１】
〈実施例７〉
図８を用いて、本発明を適用した処理装置について説明する。図８（ａ）は処理装置の側面図、図８（ｂ）はその平面図である。図８に示すように、本処理装置は、第１のウェハ保持台８０１、第２のウェハ保持台８０２とエネルギー線照射装置８０３として電子線描画装置と、第３のウェハ保持台８０４、室温から３００℃まで可変の熱処理装置８０５、それぞれの処理を連続して行うための第１の搬送装置８０６、第２の搬送装置８０７で構成される。
【００６２】
第１、第２、第３のウェハ保持台８０１、８０２、８０４はウェハカセット８０８を有する。熱処理装置８０５は、温度測定器８１２により温度を測定し、フィードバックをかけながらヒーター８１１により温度を調整する。第１の搬送装置８０６は回転軸８０９を回転することにより第１のウェハ保持台８０１からエネルギー線照射装置８０３に被処理基板８１０を搬送する。エネルギー線照射装置８０３により、第１のエネルギー線として、寸法の大きな領域又は寸法精度の要求の低い領域に電子線を照射する。電子線を照射された被処理基板は第２の搬送装置８０７にて、エネルギー線照射装置８０３から熱処理装置８０５に搬送される。所定の熱処理が終了した被処理基板８１０は、第２の搬送装置８０７により熱処理装置８０５からエネルギー線照射装置８０３に搬送される。さらに、エネルギー線照射装置８０３により第２のエネルギー線照射が行われた被処理基板は第１の搬送装置８０６によりウェハ保持台８０２に搬送される。
【００６３】
以上は被加工基板の処理枚数が１枚の場合である。処理枚数が多くなった場合、エネルギー線照射装置又は熱処理装置との処理時間の差により処理待ち時間が生じる。その場合、第１のエネルギー線照射工程から第１の熱処理工程、第１の熱処理工程から第２のエネルギー線照射工程への搬送の際、次処理工程が終了していない場合、第２の搬送装置８０７の回転軸８０９を回転させることにより第３のウェハ保持台に搬送する。その後、次処理装置での処理が可能となった後に第２の搬送装置８０７の回転軸８０９を回転させることにより次処理工程に搬送する。
【００６４】
本実施例の装置構成とすることによって、被処理基板を連続して処理することが可能となり、スループットの向上が可能となった。また、第１のエネルギー線照射装置と第２のエネルギー線照射装置を同一とすることによって、装置コストの低減が可能となった。
【００６５】
〈実施例８〉
図９を用いて本発明の半導体装置の製造方法の実施例を説明する。
図９は、集積回路装置を構成するものの一つであるトランジスタのゲート部分の一部断面斜視図を用いた工程図である。被処理基板９０１であるｐ型シリコン基板上に素子分離領域として酸化シリコン膜９０２、ゲート酸化膜として酸化シリコン膜９０３が形成されている。また、ＣＶＤ（化学気相成長）法により多結晶シリコン膜９０４が形成されている。ここまでは通常のトランジスタの製造工程と同じである。次に、多結晶シリコン膜９０４上にシプレイ社製の化学増幅系ネガ型レジストＳＡＬ６０１を０．３０μｍの厚さに回転塗布し、プリベークを１００℃、２分間行いレジスト層９０５とした。
【００６６】
次に、第１のエネルギー線として可変矩形方式の電子線を所定の形状に従い、５μＣ／ｃｍ2の電子線照射量で選択的に照射し、第１の酸発生部を形成後、第１の熱処理工程を１２０℃、２分間行い、第１のレジスト反応部９０６を生じさせた。この第１のエネルギー線照射は、ゲートパターン以外の寸法制御性の要求の低い領域に行った。
【００６７】
次に第２のエネルギー線として、ガウシアンビーム方式の電子線を５０μＣ／ｃｍ2の電子線照射量で描画した。この第２のエネルギー線照射は寸法制御性の要求の高いゲートパターンと第１のエネルギー線照射領域の接続部分のみに行い、所定形状部分に第２の酸発生部９０７を形成した（図９（ａ））。
【００６８】
本実施例では、第１と第２のエネルギー線照射の位置ずれが生じた場合でも、接続部分に断線が生じないように、接続部分は第１と第２のエネルギー線照射領域が重なるようにした。ここでは、第１のエネルギー線照射領域と第２のエネルギー線照射領域との合わせ誤差は８０ｎｍであったため、第２エネルギー線照射領域の、第１のエネルギー線照射領域との接続部分の長さを、合わせ誤差量より大きい１００ｎｍにすることによって、第１のレジスト反応部と重なりあるようにした。そうすることにより、合わせ誤差が生じた場合でも、パターンの断線が生じることなくパターンを形成することができた。
【００６９】
次に、第２の熱処理工程を第１の熱処理工程より低い温度である１００℃、２分間行い、レジスト反応を促進させ、次にシプレイ社製のＭＦ−３１２現像液に２分間浸漬させることにより現像処理を行い、レジストパターン９０８が得られた（図９（ｂ））。以上の工程により、０．１μｍ以下のパターンを形成することが可能となった。
【００７０】
その後ドライエッチング工程により、レジストパターンをマスクとして多結晶シリコンのエッチングを行い、その後レジストを除去し、ゲート層９０９が形成された（図９（ｃ））。
【００７１】
その後は通常のトランジスタの製造工程と同様に、イオン打ち込み装置によりＡｓ+を打ち込みｎ拡散層９１０を形成した。次に、ホットキャリヤー効果を抑制するためにドレイン電界を緩和するＬＤＤ（ライトリー  ドープド  ドレイン）構造を形成するため、ゲート側壁にＣＶＤ法により酸化シリコン膜９１１をサイドウォールとして自己整合形成した。さらに、イオン打ち込み装置によりＡｓ+のイオン打ち込みを行うことにより、ｎ+拡散層９１２を形成した（図９（ｄ））。
以上の工程により、ゲート層の形成工程で、高いスループットを保ちつつ微細加工ができ、高いデバイス特性を実現することができた。
【００７２】
本実施例では、実施例２と同様に、第２の熱処理工程を第１の熱処理工程より低い温度で行った。これと同様に、実施例１のパターン形成方法を適用して、第２の熱処理工程を行わない場合も、また、実施例４のパターン形成方法を適用しても、同様に高いスループットを保ちつつ微細加工ができ、高いデバイス特性を実現することができた。
【００７３】
また、本実施はゲート層の形成の例であるが、その他の部分の形成、例えば、配線工程やコンタクトホール形成工程に適用できる。
配線工程に適用するときの例を示す。シリコン基板上に半導体素子を形成し、さらに層間絶縁膜、金属層を形成した後、実施例１と同様に、この上にネガ型レジスト層を設け、次ぎに、寸法制御性の要求の低いボンディングパット部分に第１のエネルギー線照射、第１の熱処理を行い、さらに寸法制御性の要求の高い配線部に第２のエネルギー線照射、第２の熱処理を行う。その後現像してレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして金属層をエッチングする。
【００７４】
また、コンタクトホール形成工程では、シリコン基板上に半導体素子を形成し、さらに層間絶縁膜を設けた後、実施例３と同様に、この上にポジ型レジスト層を設け、次ぎに、寸法制御性の要求の低い周辺配線部分に第１のエネルギー線照射、第１の熱処理を行い、さらに寸法制御性の要求の高いコンタクトホール部分に第２のエネルギー線照射、第２の熱処理を行う。その後現像してレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして層間絶縁膜をドライエッチングする。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本説明によれば、化学増幅系レジストを用い、高い処理速度で、高い寸法制御性を持つ半導体装置を製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の製造工程図。
【図２】従来の方法による製造工程図。
【図３】本発明の実施例２の製造工程図。
【図４】本発明の実施例３の製造工程図。
【図５】本発明の実施例４の製造工程図。
【図６】本発明の実施例５の製造工程図。
【図７】実施例６に示した本発明を適用する処理装置の説明図。
【図８】実施例７に示した本発明を適用する処理装置の説明図。
【図９】本発明の実施例８の製造工程図。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１…被加工基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、９０５…レジスト層
１０３、３０３、４０３、５０３、６０３…第１のエネルギー線
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４…酸
１０５、３０５、４０５、５０５、６０５…第１の酸発生部
１０６、３０６、４０６、５０６、６０６、９０６…第１のレジスト反応部
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７、９０８…レジストパターン
１０８、３０８、４０８、５０８、６０８…第２のエネルギー線
１０９、３０９、４０９、５０９、６０９、９０７…第２の酸発生部
１１０、３１０、４１０、５１０、６１０…第２のレジスト反応部
２０３…エネルギー線
２０５…酸発生部
２０６…レジスト反応部
３１１、４１１、５１１、６１１…第３のレジスト反応部
７０１、８０１…第１のウェハ保持台
７０２…第１のエネルギー線照射装置
７０３…第２のエネルギー線照射装置
７０４…第１の熱処理装置
７０５…第２の熱処理装置
７０６…第２のウェハ保持台
７０７…搬送装置
７０８…ウェハカセット
７０９、８１１…ヒーター
７１０、８１２…温度測定器
７１１、８０９…回転軸
７１２、８１０、９０１…被処理基板
８０２…第２のウェハ保持台
８０３…エネルギー線照射装置
８０４…第３のウェハ保持台
８０５…熱処理装置
８０６…第１の搬送装置
８０７…第２の搬送装置
８０８…ウェハカセット
９０２、９０３、９１１…酸化シリコン膜
９０４…多結晶シリコン膜
９０９…ゲート層
９１０…ｎ拡散層
９１２…ｎ+拡散層
【図１】
0003904329.tif 000002
【図２】
0003904329.tif 000003
【図３】
0003904329.tif 000004
【図４】
0003904329.tif 000005
【図５】
0003904329.tif 000006
【図６】
0003904329.tif 000007
【図７】
0003904329.tif 000008
【図８】
0003904329.tif 000009
【図９】
0003904329.tif 000010