(57)【要約】【課題】所望のレジストパターンプロファイルを得ることができるレジストパターン形成方法を提供する。【解決手段】被処理基板の上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜における被処理基板側の底部の方が表面側の上部よりも温度が高くなるようにレジスト膜の膜厚方向に温度勾配を生じさせるベーク工程と、レジスト膜を露光する工程と、レジスト膜を現像する工程とを備えている。【選択図】図１
2009071115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜における前記被処理基板側の底部の方が表面側の上部よりも温度が高くなるように前記レジスト膜の膜厚方向に温度勾配を生じさせるベーク工程と、
前記レジスト膜を露光する工程と、
前記レジスト膜を現像する工程と、
を備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記レジスト膜を形成する工程は、前記レジスト膜よりもマイクロ波の吸収率が高いマイクロ波吸収膜を前記被処理基板の上に形成する工程と、前記マイクロ波吸収膜の上に前記レジスト膜を形成する工程とを有し、
前記ベーク工程は、前記マイクロ波吸収膜にマイクロ波を照射する工程を有することを特徴とする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
【請求項３】
前記マイクロ波を、前記マイクロ波吸収膜に対してパルス状に入射させることを特徴とする請求項２記載のレジストパターン形成方法。
【請求項４】
前記マイクロ波の照射源から前記マイクロ波吸収膜に向かうマイクロ波の照射経路を断続的に遮蔽することで、前記マイクロ波を前記マイクロ波吸収膜に対してパルス状に入射させることを特徴とする請求項３記載のレジストパターン形成方法。
【請求項５】
前記マイクロ波吸収膜は、炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のレジストパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストパターン形成方法に関し、特に、半導体装置の製造などに利用されるレジストパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法は、一般に、シリコンウェーハまたはその上に被加工膜として物質を堆積した被処理基板に所望のパターンを形成する多くの工程を含む。被処理基板のパターニングでは、まず、レジストを被処理基板上に塗布してレジスト膜を形成し、このレジスト膜の所定領域に露光を行う。次に、レジスト膜の露光部分または未露光部分を現象処理により除去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として被処理基板をエッチングする。また、通常、レジストを熱処理するベーク工程も行われ、特に化学増幅型レジストを用いた場合には、熱を加えることで酸触媒反応が促進される。レジストのベークには、ホットプレートがよく用いられ、その他、特許文献１には赤外線ランプを使うことが開示されている。
【０００３】
近年の半導体素子の寸法の微細化に伴い、レジストパターンプロファイルの悪化が問題となっている。レジストパターンプロファイルが悪化すると、被処理基板加工に悪影響を与え、半導体素子特性を劣化する要因となり得る。
【特許文献１】特開２００４−３２７６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、所望のレジストパターンプロファイルを得ることができるレジストパターン形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、被処理基板の上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜における前記被処理基板側の底部の方が表面側の上部よりも温度が高くなるように前記レジスト膜の膜厚方向に温度勾配を生じさせるベーク工程と、前記レジスト膜を露光する工程と、前記レジスト膜を現像する工程と、を備えたことを特徴とするレジストパターン形成方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、所望のレジストパターンプロファイルを得ることができるレジストパターン形成方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に説明する実施形態では、例えば化学増幅型ポジレジストを用いたレジストパターン形成方法について説明する。一般に、露光部分が現像液に対して溶解するポジ型レジストは、未露光部分が現像液に対して溶解するネガ型レジストに比べて解像度がよく微細加工に適している。また、化学増幅型レジストは、熱を加えることにより酸触媒反応が促進され、例えば比較的露光強度が弱いエキシマレーザを用いた露光の場合には露光不足を補うことができる。
【０００８】
化学増幅型ポジレジストを用いたパターン形成において、特に加工寸法が微細化してくると、レジスト膜の根元部分が裾引き形状に加工され、所望のレジストパターンプロファイルが得にくくなる問題があった。
【０００９】
本願発明者は検討の結果、レジスト膜のベーク（熱処理）時に、レジスト膜の底部の方が表面側の上部よりも温度が高くなるようにレジスト膜の膜厚方向に温度勾配を生じさせることが上記問題の解消に有効であるとの知見を得るに至った。
【００１０】
［第１の実施形態］
例えば、図１を参照して以下に説明する本発明の第１の実施形態では、マイクロ波を照射してレジスト膜３をベークする。ここで、単にレジスト膜３の表面側からレジスト膜３に対してマイクロ波を照射したのでは、レジスト膜３の温度が膜厚方向に均一、もしくは表面側の方が底部よりも高温になってしまう。そこで、本実施形態では、被処理基板１とレジスト膜３との間に、レジスト膜３よりもマイクロ波の吸収率が高いマイクロ波吸収膜２を形成したうえでマイクロ波の照射を行っている。
【００１１】
具体的なプロセスについて説明すると、レジスト膜３を形成する前に、図１（ａ）に示すように、被処理基板１上にマイクロ波吸収膜２を形成する。マイクロ波吸収膜２としては、例えば周波数が２．４５（ＧＨｚ）のマイクロ波に対する吸収率が、樹脂系材料からなるレジスト膜３よりも大きい例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）膜を用いることができる。このマイクロ波吸収膜２は、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で形成することができる。
【００１２】
マイクロ波吸収膜２を被処理基板１上に形成した後、そのマイクロ波吸収膜２の上に、図１（ｂ）に示すようにレジスト膜３を形成する。レジスト膜３は、例えばスピンコート塗布法により形成することができる。
【００１３】
次に、レジスト膜３塗布後のベーク（熱処理）を行った後、図示しないマスクを用いて、例えば紫外線、電子線、Ｘ線などによりレジスト膜３を選択的に露光する。
【００１４】
その露光後に、レジスト膜３の露光後ベークを行う。これは、図１（ｃ）に示すように、周波数２．４５（ＧＨｚ）のマイクロ波１００を、レジスト膜３の表面側からマイクロ波吸収膜２に向けて照射する工程を有する。
【００１５】
マイクロ波吸収膜２は、レジスト膜３よりもマイクロ波１００の吸収率が高く、レジスト膜３よりも温度が高くなる。レジスト膜３は、マイクロ波１００の吸収率はそれほど高くなく、マイクロ波１００によって直接加熱されることよりも、より高温のマイクロ波吸収膜２からの熱伝導により加熱されることの方が支配的となる。レジスト膜３はマイクロ波吸収膜２からの熱伝導を受け、マイクロ波吸収膜２により近い底部の方が、表面側の上部よりも温度が高くなる温度勾配が膜厚方向に生じる。
【００１６】
さらに、本実施形態では、マイクロ波１００を、マイクロ波吸収膜２に対して連続的にではなく、パルス状に（断続的に）入射させている。すなわち、マイクロ波吸収膜２に対して、マイクロ波１００が入射している時間と、入射していない時間とが交互に繰り返すようにしている。
【００１７】
例えば、図２に示すように、マイクロ波の照射源５とレジスト膜３との間に遮蔽板６を設け、その遮蔽板６を駆動させて、照射源５からマイクロ波吸収膜２に向かうマイクロ波の照射経路を断続的に遮蔽することで、マイクロ波をマイクロ波吸収膜２に対してパルス状に入射、すなわち入射させたり遮断したりできる。
【００１８】
例えば、遮蔽板６に選択的に貫通孔を形成し、遮蔽板６をその中心Ｃまわりに回転させた状態で照射源５からマイクロ波をレジスト膜３表面側に向けて照射することで、面方向の照射分布均一性を確保しつつ、マイクロ波吸収膜２に対してパルス状に（断続的に）マイクロ波を入射させることができる。なお、遮蔽板６に貫通孔を形成せずに完全な遮蔽体としてもよいが、その場合にはマイクロ波吸収膜２にマイクロ波を入射させるときには遮蔽板６をウェーハを覆い隠す位置から逃がすためのスペースが必要となり、また短い間隔でマイクロ波入射のオン／オフを切り替えることが難しく、レジスト膜３の膜厚方向に所望の温度勾配を生じさせるのが困難になる可能性も考えられる。
【００１９】
図３（ｂ）は、上述したマイクロ波及びマイクロ波吸収膜２を用いた本実施形態のベーク工程におけるレジスト膜３の底部の温度の時間変化（実線）と、上部の温度の時間変化（破線）を示す。  
図３（ａ）は、比較例として、マイクロ波吸収膜２を設けずに、図４に示すように、レジスト膜３を形成した被処理基板１をホットプレート８上に載置支持させてレジスト膜３を加熱した場合における、レジスト膜３の底部の温度の時間変化（実線）と、上部の温度の時間変化（破線）を示す。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、ホットプレート８を用いたレジスト膜３のベークでは、レジスト膜３は膜厚方向にほぼ均一に加熱され、レジスト膜３の底部と上部とがほぼ同じ温度プロファイルとなり、膜厚方向に温度勾配を生じさせることができない。
【００２１】
これに対して、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜３の底部の方が上部よりも温度が高くなる温度プロファイルを実現でき、レジスト膜３の膜厚方向に温度勾配を生じさせることができる。なお、レジスト膜３において底部と上部との間の部分は、それら両部分の間の温度となり、底部から上部に向かって徐々に温度が低くなる温度勾配が得られる。
【００２２】
マイクロ波がマイクロ波吸収膜２に照射されるとレジスト膜３は底部及び上部ともに温度が上がっていくが、マイクロ波吸収膜２により近い底部の方が昇温速度が大きく、同じ時間内でより高い温度まで昇温する。マイクロ波吸収膜２がマイクロ波の照射を受けている間は、そのマイクロ波吸収膜２からの熱伝導により、レジスト膜３の上部も、底部よりは遅い昇温速度ではあるが時間経過と共に温度が上がり続け、ついにはレジスト膜３の底部と上部との温度差が縮まっていき、レジスト膜３は膜厚方向にほぼ均一な温度となる。
【００２３】
しかし、本実施形態では、レジスト膜３の上部が、ある温度より上昇する前に、換言すれば、レジスト膜３の底部と上部との温度差が所望の温度差になりその温度差より縮まる前に、マイクロ波吸収膜２へのマイクロ波の照射を遮断している。これにより、レジスト膜３は底部及び上部ともに温度が下がっていき、そして、再びマイクロ波をマイクロ波吸収膜２に照射することで、レジスト膜３は底部の方がより大きな昇温速度で昇温していき、底部と上部とで前述したような温度差が生じ、そして再びマイクロ波吸収膜２へのマイクロ波の照射を遮断する。このような、マイクロ波の照射／遮断を繰り返すことで、底部の方が上部よりも温度が高くなる温度勾配を膜厚方向に生じさせて、レジスト膜３のベークを行うことができる。
【００２４】
例えば、レジスト膜３として化学増幅型ポジレジストを用いた場合には、上記ベーク工程におけるレジスト膜３底部のピーク温度が１００〜１５０℃、レジスト膜３の底部と上部との温度差が２０℃程度（２０℃はレジストとしての性能を保つためには上限近い値であり現実的には１０℃程度が望ましい。）になるようにするのが望ましく、これは、マイクロ波の照射／遮断の制御で可能である。そのマイクロ波の照射／遮断の周期が短くなればなるほどレジスト膜３の底部と上部との温度差を大きくすることが可能となる。
【００２５】
また、マイクロ波の照射／遮断の切り替えに対するレジスト膜３の温度変化の応答性を速くし所望の温度条件への制御性を容易にする観点からは、マイクロ波吸収膜２の熱容量は小さい方が望ましい。マイクロ波吸収膜２として使える材質は限られてくるので、例えばマイクロ波吸収膜２の膜厚を薄くすることでマイクロ波吸収膜２の熱容量を小さくして、マイクロ波の照射／遮断の切り替えにすぐ追従して温度変化するようにすることが望ましい。
【００２６】
上記露光後ベークの後、現像液による現像、リンスによる洗浄、乾燥を行うことにより、図１（ｄ）に示すように、レジスト膜３が所望のパターン（例えばライン・アンド・スペースパターン）にパターニングされる。ここで、本実施形態では、上述したように、ベーク工程時に、レジスト膜３の底部側が上部側よりも温度が高くなるように膜厚方向に温度勾配を生じさせることで、レジスト膜３の底部側が現像液に対して溶けずに裾引き状となるのを抑制して、レジスト膜３のパターンエッジが被処理基板１の主面に対して略垂直となる所望の良好なパターンを形成することができる。
【００２７】
なお、上記マイクロ波を用いたベーク工程は、露光後ベーク時に限らず、レジスト膜３が形成された後、露光前に行っても、レジスト膜３の底部の方が上部よりも温度が高くなる温度勾配を膜厚方向に生じさせることができ、これによってレジスト膜３の底部側が現像液に対して溶けずに裾引き状となるのを抑制して、レジスト膜３の良好なパターンを形成することが可能である。
【００２８】
レジスト膜３に形成されたパターンは下層に加工転写され、すなわち、レジスト膜３をマスクにマイクロ波吸収膜２及び被処理基板１が順次エッチング加工される。ここで、加工対象は、半導体（例えばシリコン、化合物半導体等）やサファイヤなどの基板そのもの、あるいは基板の上に形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの被加工膜であり、したがって、「被処理基板１」には、基板だけのものに限らず、基板上に被加工膜が形成されたものも含む。
【００２９】
そして、本実施形態によれば、前述したようにレジスト膜３を所望のパターンに精度よく加工できるので、そのレジスト膜３を用いた被処理基板１の加工精度も高めることができ、結果として、得られる製品の品質向上に寄与する。
【００３０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態として、上述したレジストパターン形成方法を利用した半導体装置の製造方法について説明する。すなわち、上述のレジストパターン形成方法を配線や絶縁膜などの加工に利用して、様々な半導体装置を製造できる。
【００３１】
図５は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を例示するフローチャートであり、同図は半導体装置として例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）の製造工程を例示する。
【００３２】
ＭＯＳＦＥＴの製造に際しては、まず、例えばシリコン基板やシリコン層（以下、まとめてウェーハと称する）の上にゲート絶縁膜を形成する（ステップＳ１）。そして、そのゲート絶縁膜の上にゲート電極となる導体層を形成する（ステップＳ２）。その後に、所定のマスクを形成し、導体層とゲート絶縁膜をパターニングする（ステップＳ３）。このゲートパターニングの工程において、本実施形態のレジストパターン形成方法を用いることができる。
【００３３】
すなわち、ゲート電極となる導体層の上に、前述したマイクロ波吸収膜２を形成し、そのマイクロ波吸収膜２の上にレジスト膜３を形成し、その後、レジスト膜３に対して、塗布後ベーク、露光、露光後ベーク、現像、洗浄、乾燥などを行って所望の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としてゲート電極及びゲート絶縁膜をエッチング加工する。ここで、レジスト膜３のベーク工程は、前述したようにマイクロ波のパルス状の（断続的な）照射により行う。
【００３４】
その後、パターニングしたゲートをマスクとしてウェーハに不純物を導入することにより、ソース・ドレイン領域を形成する（ステップＳ４）。そして、ウェーハ上に層間絶縁膜を形成し（ステップＳ５）、さらに配線層を形成する（ステップＳ６）ことにより、ＭＯＳＦＥＴの要部が完成する。ここで、配線層とソース・ドレイン領域とのコンタクトのために層間絶縁膜にビアを形成する工程や、配線層をパターニングする工程においても、マイクロ波とマイクロ波吸収膜２を利用したベーク工程を有する本実施形態のレジストパターン形成方法を用いることができ、これにより、各パターンを所望の形状に精度よく加工でき、結果として半導体装置の品質向上に寄与する。
【００３５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３６】
前述した実施形態では、遮蔽板６を用いてマイクロ波吸収膜２に対するマイクロ波の照射／遮断を切り替えて、マイクロ波吸収膜２に対してパルス状にマイクロ波が照射されるようにしたが、マイクロ波の照射源５のオン／オフを切り替えることによって、マイクロ波吸収膜２に対してパルス状にマイクロ波が照射されるようにしてもよい。
【００３７】
また、マイクロ波及びマイクロ波吸収膜２を使わずに、図４に示すように、ホットプレート８のオン／オフを切り替えることによって、レジスト膜３の底部（被処理基板１側の部分）が、表面側の上部よりも温度が高くなる温度勾配を生じさせることも可能である。
【００３８】
この場合、レジスト膜３を形成した被処理基板１はホットプレート８上に載置支持され、ホットプレート８の熱は被処理基板１を介してレジスト膜３に伝導する。そして、レジスト膜３においてホットプレート８により近い底部の方が上部よりも昇温速度が大きく、その底部と上部との間に温度差が生じているうちにホットプレート８をオフにすることで、レジスト膜３が膜厚方向に均一な温度になってしまうのを回避でき、そして再びホットプレート８をオンにすることでレジスト膜３の底部と上部とに温度差を生じさせることができる。
【００３９】
ただし、このホットプレート８を用いた場合、レジスト膜３の底部と上部との温度差やそれぞれの部分のピーク温度は、被処理基板１の材質や厚さに大きく左右され、被処理基板１の材質や厚さは他の要因で決定されるため、所望の温度条件への制御性のことを考えると、上述したマイクロ波とマイクロ波吸収膜２を使ったベーク方法の方が望ましい。
【００４０】
また、加工精度をより高めるには、ベーク工程は、レジスト膜３の塗布後のベーク（塗布後ベーク）と、露光後ベークとの２回行ったが望ましいが、どちらか一方のベークのみでもかまわない。
【００４１】
上述の実施形態では、マイクロ波の良好な吸収性、成膜や加工の制御性・容易性、コストなどを考慮して、マイクロ波吸収膜２として炭化シリコン膜を用いたが、これに限ることなく、レジスト膜３よりもマイクロ波の吸収率が高いものであれば他の材質も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係るレジストパターン形成方法を説明するための工程断面図。
【図２】本発明の実施形態に係るレジストパターン形成方法において、マイクロ波吸収膜に対してマイクロ波をパルス状に入射させるための具体的構成の一例を示す模式図。
【図３】（ａ）はホットプレートを用いた比較例のベーク工程におけるレジスト底部と上部の温度の時間変化を示し、（ｂ）はマイクロ波及びマイクロ波吸収膜を用いた本発明実施形態のベーク工程におけるレジスト底部と上部の温度の時間変化を示す。
【図４】ホットプレートを用いてレジスト膜を加熱する構成を示す模式図。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
１…被処理基板、２…マイクロ波吸収膜、３…レジスト膜、６…遮蔽板、８…ホットプレート
【図１】
2009071115.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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