JP2002057151A - 改質膜の形成方法および形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リソグラフィプロセスと整合性の良い帯電防止
膜の形成方法を実現すること。 【解決手段】ポリアミド酸膜３２を回転塗布法により形
成し、次にポリアミド酸膜３２を加熱してポリアミド酸
膜３２をポリイミド膜３３に転化し、次にポリイミド膜
３３にエネルギー線１３を照射し、ポリイミド膜３３を
グラファイト化することによって、ポリイミド膜３３の
抵抗を帯電防止膜として利用できる程度まで下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体技術に係わ
り、特に帯電防止等の機能を有する膜を形成するために
利用可能な改質膜の形成方法および形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスには、電子ビーム露
光、イオン注入、プラズマエッチングなど荷電粒子線を
用いた工程が多く含まれる。この種の工程では、例えば
レジストに電荷が帯電し、ビームの位置がずれるという
問題が生じる。また、シリコン酸化膜等の絶縁膜に一定
量を超えた電荷が帯電すると、絶縁破壊が発生し、その
結果としてデバイス損傷といった深刻な問題が生じる。

【０００３】上記問題を解決する方法として、レジスト
下層または上層に電荷の帯電を防止する膜（帯電防止
膜）を形成する方法が提案されている。この方法によれ
ば、レジストに帯電した電荷が帯電防止膜を介してアー
スに流れるので、上記問題を解決することができる。

【０００４】しかしながら、上記解決方法には以下のよ
うな問題が残っている。従来の帯電防止膜は、大きく分
けて、Ａｌ薄膜等の金属薄膜と、有機系導電膜とがあ
る。金属薄膜はエッチング耐性が高いという利点はある
が、剥離が困難であるという問題がある。一方、有機系
導電膜は逆に剥離が容易という利点はあるが、エッチン
グ耐性が低いという問題がある。

【０００５】また、位置合わせ方法の一つとして、絶縁
体表面の一部を選択的に帯電させる方法がある。この方
法は、絶縁体表面の帯電によって誘起される絶縁体表面
における電位差と、それに基づく２次電子放出効率の違
いを利用した方法である。上記電位差は、絶縁膜の厚さ
や材質による誘電率の違いに起因する。

【０００６】しかしながら、この種の位置合わ方法は、
レジスト下層に帯電防止膜として有機系導電膜を形成す
る場合には用いることができない。なぜなら、絶縁体表
面に帯電した電荷が有機系導電膜を介してアースに流れ
てしまい、位置合わせマークが消滅してしまうからであ
る。

【０００７】このような問題は、マークが形成された領
域を避けて有機系導電膜を選択的に形成すれば解決でき
る。しかし、有機系導電膜は回転塗布法によって形成す
るため、選択的に形成することは困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、レジスト
の帯電を防ぐ方法として、レジスト上層またはレジスト
下層に帯電防止膜を形成する方法が知られていた。しか
しながら、従来の帯電防止膜として用いられた金属薄膜
または有機系導電膜は、リソグラフィプロセスとの整合
性が良くないという問題があった。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、半導体プロセスと整合
性が取れる帯電防止膜等の機能膜を形成するために利用
可能な改質膜の形成方法および形成装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。すなわち、上記目的を達成するため
に、本発明に係る改質膜の形成方法は、基板上に第１の
膜を形成する工程と、前記第１の膜を加熱し、前記膜の
全体を第２の膜に改質する工程と、前記第２の膜の全体
またはその一部にエネルギー線を照射し、このエネルギ
ー線が照射された部分の前記第２の膜を第３の膜に改質
する工程とを有するものである。

【００１１】エネルギー線は所望の領域に容易に選択的
に照射することができる。したがって、本発明に係る改
質膜の形成方法において、第２の膜の所望の領域を選択
的に第３の膜に改質することは容易に行える。

【００１２】これにより、基板上に実質的に第２の膜を
選択的に形成した状態を実現することが可能となる。し
たがって、本発明に係る改質膜の形成方法は例えばリソ
グラフィプロセスと整合性の良い帯電防止膜（機能膜）
を形成するために利用することができる。

【００１３】具体的には、第１の膜をポリアミド酸膜、
第２の膜をポリイミド膜、第３の膜をグラファイト化さ
れたポリイミド膜とすることで、前述した帯電領域を位
置合わせマークに利用する場合の問題を解決できるよう
になる。この点に関しては発明の形態でさらに詳細に説
明する。

【００１４】本発明の上記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明ら
かになるであろう。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。

【００１６】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る改質膜形成システムを示す模式図であ
る。この改質膜形成システムは、大きく分けて、被改質
膜としての塗布膜をウェハ上に形成する塗布膜形成装置
１と、塗布膜形成後のウェハを加熱する加熱装置２と、
塗布膜にエネルギー線を照射すると同時に、ウェハを加
熱する照射・加熱装置３と、ウェハを搬送する搬送装置
４とから構成されている。

【００１７】ウェハ５はウェハキャリア６から搬送装置
４によって取り出され、塗布膜形成装置１に搬送される
ようになっている。塗布膜形成装置１に搬送されたウェ
ハ５は回転部７上に設置される。回転部７の回転が始ま
るとほぼ同時に、ウェハ５上にノズル８から薬液９が液
下され、回転塗布が行われ、ウェハ５上に塗布膜が形成
される。

【００１８】塗布膜が形成されたウェハ５は、搬送装置
４によって取り出され、加熱装置２に搬送される。加熱
装置２内にはホットプレート１０があり、その上にウェ
ハ５は設置される。ウェハ５をホットプレート１０によ
り加熱することで、塗布膜を加熱し、塗布膜中に残留す
る溶媒の除去および塗布膜の改質を行う。

【００１９】加熱装置２の加熱時の雰囲気の酸素濃度、
温度および湿度は、図示しない機構によって制御される
ようになっている。さらに加熱装置２内に窒素などのガ
スを導入できるようになっている。加熱時の温度制御
は、例えば図４に示すように、階段状の温度制御（ステ
ップベーク）が好ましい。

【００２０】加熱が終了したらウェハ５は再び搬送装置
４によって取り出され、照射・加熱装置３に搬送され
る。照射・加熱装置３は、ウェハ５上にエネルギー線を
照射するための照射源１１およびウェハ５を加熱する加
熱器１２を含んだものである。ウェハ５は加熱器１２上
に載置され、その上に設置された照射源１１からエネル
ギー線が照射される。加熱器１２は、エネルギー線照射
時のウェハ５の温度を所望の温度に設定し、塗布膜の温
度を制御するためのものである。

【００２１】エネルギー線の照射が終了したウェハ５
は、搬送装置４によって取り出され、ウェハキャリア６
に戻される。

【００２２】図２に、照射・加熱装置３のより詳細な構
成を示す。図２に示すように、照射・加熱装置３は、照
射源１１および加熱器１２の他にホルダ２１を含んでお
り、このホルダ２１は石英治具で作製され、２００〜３
００ｎｍ程度の波長の光も透過するようになっている。
さらに、ホルダ２１内は窒素等のガス（パージガス）２
２でパージでき、その結果としてウェハ５の周囲雰囲気
中の酸素や水分の濃度を制御できるようになっている。

【００２３】ウェハ５はホルダ２１中に収められる。こ
の状態でウェハ５は、ホルダ２１の上方に設けられた照
射源１１によりエネルギー線１３が照射される。一方、
ホルダ２１の下方には、石英製の光ガイド２３およびハ
ロゲンランプ２４で構成された加熱器１２が設けられて
おり、ウェハ５を５５０℃まで加熱することが可能とな
っている。

【００２４】本実施形態では、照射源１１としてＸｅフ
ラッシュランプを用いる。Ｘｅフラッシュランプの発光
は、コンデンサに蓄積した電荷を、Ｘｅガスを封入した
ランプ内で一気に放電させることによって生じる。放電
で加熱されたＸｅガスはＸｅイオンと電子に分離し、分
離した電子はランプ内の電場で加速されて、さらに他の
ガス分子に衝突する。発光は、この衝突によって励起ま
たは電離したガス分子が転移する過程で生じる。

【００２５】ここでは、１回当たりの最大照射エネルギ
ーは２０ｍＪ／ｃｍ² であり、連続照射時の照射間隔は
約５秒である。照射間隔はコンデンサに電荷を蓄積する
ために要する時間で制限される。

【００２６】図３に、Ｘｅフラッシュランプの分光特性
を示す。図３から、光の強度は４８０ｎｍ付近にピーク
があることが分かる。また、２００〜４００ｎｍ域での
ＵＶ出力の２００〜８００ｎｍ域に対する割合は、６〜
２０Ｊ／ｃｍ² のときで２５％であった。

【００２７】本実施形態の改質膜形成システムによれ
ば、ウェハ５上に形成した塗布膜に対し、照射源１１か
らのエネルギー線を照射することによって、塗布膜の表
面または膜全体を改質し、所望の特性変化を生じせしめ
ることが可能となる。例えば、エネルギー線を照射した
領域の表面抵抗を選択的に低くすることが可能となる。

【００２８】なお、本実施形態では、照射源１１として
Ｘｅフラッシュランプを用いたが、膜の改質を行うこと
ができるものであれば他のものでも良く、例えばＫｒＦ
レーザーやＡｒＦレーザー等のエキシマレーザー、電子
線、Ｘ線、イオンビームでもかまわない。また、エネル
ギー線照射時のウェハ５の加熱手段としてハロゲンラン
プ２４を用いたが、他の加熱手段、例えばホットプレー
トを用いても良い。また、本実施形態では、塗布膜の形
成方法として回転塗布法を用いたが、他の方法でも良
い。例えば、スクリーン印刷と同様の機構を用いた方法
により、塗布膜を形成しても良い。

【００２９】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態に係る改質膜の形成方法を示す図である。本
実施形態では、第１の実施形態で説明した改質膜形成シ
ステムを用いたポリイミド膜の改質方法（グラファイト
化方法）について説明する。

【００３０】まず、図５（ａ）に示すように、石英ウェ
ハ３１を用意し、この石英ウェハ３１上に回転塗布法に
よりポリアミド酸膜３２を形成する。石英ウェハ３１を
用いた理由は、ポリアミド酸膜３２にエネルギー線を照
射した後に、ポリイミド膜の抵抗を測定するためであ
る。実際のプロセスでは、例えばＳｉウェハを用いるこ
とになる。

【００３１】次に図５（ｂ）に示すように、ホットプレ
ート１０上で８０度／５分、２００度／５分、４５０度
／５分のステップベークを行い、ポリアミド酸膜３２を
ポリイミド膜３３に転化させる。すなわち、ポリアミド
酸膜３２（第１の膜）の全体をポリイミド膜３３（第２
の膜）に改質するその後、図５（ｃ）に示すように、照
射源（Ｘｅフラッシュランプ）１１により、ポリイミド
膜３３の全面にエネルギー線１３を照射し、ポリイミド
膜３３を表面全体がグラファイト化されたポリイミド膜
３３（第３の膜）に改質する。エネルギー線１３の照射
１回あたりの照射量は２０Ｊ／ｃｍ² とし、照射回数は
３回とした。石英ウェハ３１の温度は室温とし（無加
熱）、窒素でホルダ２１内をパージしながらエネルギー
照射を行った。

【００３２】図６に、ポリアミド酸膜およびポリイミド
膜の吸光特性を示す。ポリイミド膜は３５０ｎｍ〜５０
０ｎｍの波長の光にも吸収を持つため、Ｘｅフラッシュ
ランプによる加熱が可能である。なお、Ｘｅフラッシュ
ランプは、１ｍｓ程度の短時間で試料を加熱することが
可能である。この結果、下地にほとんど影響を与えず
に、ポリイミド膜３３を選択的に加熱することが可能と
なる。５ｍｓ以下であれば、下地に加熱の影響を与えず
に済み、例えば拡散層の再拡散や金属配線の溶融等の問
題を招かずに済む。

【００３３】エネルギー線１３の照射によるポリイミド
膜３３のグラファイト化を評価するために、エネルギー
線照射後のポリイミド膜３３の抵抗を測定した。この結
果、エネルギー線照射によって、ポリイミド膜３３は半
透明な褐色の状態からこげ茶色に変化した。抵抗率も
１．０×１０⁶ Ω・ｃｍから１．３×１０^-6Ω・ｃｍま
で減少しており、Ａｌの抵抗率（２．４×１０^-5Ω・ｃ
ｍ）とほぼ同等の値を示した。

【００３４】以上述べたように本実施形態によれば、石
英ウェハ３１を加熱することなく、ポリイミド膜３３の
グラファイト化を行うことができ、その結果としてポリ
イミド膜３３の下に作製された素子に影響を与えること
なく、ポリイミド膜３３の改質（低抵抗化）を行えるよ
うになる。

【００３５】（第３の実施形態）図７は、本発明の第３
の実施形態に係る改質膜の形成方法を示す図である。本
実施形態では、第１の実施形態で説明した改質膜形成シ
ステムを用いたポリイミド膜の改質方法（グラファイト
化方法）について説明する。本実施形態が第２の実施形
態と異なる点は、ポリイミド膜のグラファイト化を加熱
しながら行うことにある。

【００３６】まず、図７（ａ）に示すように、石英ウェ
ハ４１上にポリアミド酸膜４２を回転塗布法により形成
する。ここで、石英ウェハ４１を用いた理由は、第２の
実施形態のそれと同じである。

【００３７】次に図７（ｂ）に示すように、ホットプレ
ート１０上で８０度／５分、２００度／５分、２５０度
／５分、４５０度／５分のステップベークを行い、ポリ
アミド酸膜４２をポリイミド膜４３に転化する。

【００３８】その後、図７（ｃ）に示すように、照射源
（Ｘｅフラッシュランプ）１１により、ポリイミド膜４
３の全面にエネルギー線１３を照射し、ポリイミド膜４
３を表面全体がグラファイト化されたポリイミド膜４３
に改質する。エネルギー線１３の照射１回あたりの照射
量は２０Ｊ／ｃｍ² とし、照射回数は１回とした。

【００３９】このとき、第２の実施形態とは異なり、エ
ネルギー線照射時に、石英ウェハ４１を加熱器１２によ
り加熱する。すなわち、ハロゲンランプ２４からの光を
石英製の光ガイド２３を介して石英ウェハ４１にあて、
石英ウェハ４１の温度を４００℃に設定する。ここで
も、パージガス２２によりホルダ２１内をパージしなが
らエネルギー線の照射を行った。

【００４０】エネルギー線照射時に加熱を行った場合の
ポリイミド膜４３のグラファイト化を評価するために、
エネルギー線照射後のポリイミド膜４３の抵抗を測定し
たところ、抵抗率が３．９Ω・ｃｍまで減少していた。
ポリイミド膜４３をグラファイト化するために必要な照
射回数は、加熱を行わない場合が３回であったのに対
し、加熱を行った場合には１回でも問題はなかった。

【００４１】以上述べたように本実施形態によれば、石
英ウェハ４１（基板）を加熱することにより、エネルギ
ー線１３の照射の回数を低減することができ、その結果
として下地に作製された素子への影響をさらに低減でき
るとともに、生産性の向上を図ることが可能となる。ま
た、上記加熱は、４００℃の低温加熱なので、既に形成
されている半導体素子の特性劣化は起こらない。

【００４２】（第４の実施形態）次に本発明の第４の実
施形態に係る改質膜の形成方法について説明する。本実
施形態でも、第１の実施形態で説明した改質膜形成シス
テムを用いたポリイミド膜の改質方法（グラファイト化
方法）について説明する。説明に必要な図面は第３の実
施形態に用いた図７と同じなのでそれを用いる。

【００４３】本実施形態が第３の実施形態と異なる点
は、ポリイミド膜のグラファイト化を加熱しながら行う
際に、ポリイミド膜の周囲の雰囲気中の酸素濃度を制御
することにある。

【００４４】まず、第３の実施形態と同様に、石英ウェ
ハ４１上にポリイミド膜４３を形成する（図７（ａ）、
図７（ｂ））。

【００４５】その後、図７（ｃ）に示すように、Ｘｅフ
ラッシュランプにより、ポリイミド膜４３にエネルギー
線１３を照射すると同時に、ハロゲンランプ２４からの
光を石英製の光ガイド２３を介して石英ウェハ４１にあ
て、石英ウェハ４１を低温加熱（予備加熱）する。

【００４６】ここで、石英ウェハ４１の設定温度は２０
０℃とする。エネルギー線１３の照射１回あたりの照射
量は２０Ｊ／ｃｍ² とし、照射回数は１回とする。ま
た、エネルギー線１３の照射は、パージガス２２として
の窒素と酸素の混合ガスでホルダ２１内をパージし、ホ
ルダ２１内の酸素濃度を制御しながら行う。ここで、酸
素濃度の値は、例えば２０％程度である。

【００４７】ポリイミドのグラファイト化は、脱水縮合
反応である。この場合、雰囲気中に適度な酸素がある
と、脱水反応が促進される。通常のオーブン内での高温
長時間の焼成では、酸素があると、ポリイミド膜中の炭
素（Ｃ）がＣＯやＣＯ₂ となって焼失し、脱水反応が抑
制させる可能性がある。

【００４８】しかし、本実施形態のように１ｍｓ程度の
短時間で加熱するＸｅフラッシュランプによる照射の場
合には、ポリイミド膜の焼失は起きにくいとの結果が得
られている。このため、脱水反応が促進され、ポリイミ
ド膜４２のグラファイト化を少ない照射量で行えるよう
になる。例えば、２０Ｊ／ｃｍ² ×１回の照射を行った
場合、表１に示すように、ハロゲンランプ２４による石
英ウェハ４１の加熱条件に関わらず、Ｎ₂ （８０％）＋
Ｏ₂ （２０％）雰囲気中（大気中）の方がＮ₂雰囲気中
に比べて抵抗率は低く、２．１〜３．０×１０^-5Ω・ｃ
ｍであった。

【００４９】

【表１】

【００５０】図１３および表２に比較例の測定結果を示
す。

【００５１】

【表２】

【００５２】図１４は、ハロゲンランプ２４からの光を
石英製の光ガイド２３を介して石英ウェハ４１にあてな
い場合、すなわち石英ウェハ４１を予備加熱しない場合
のポリイミド膜の焼成温度とポリイミド膜の表面抵抗と
の関係を、測定により求めた結果を示す図である。表２
は、焼成温度が４５０℃の場合における焼成条件と表面
抵抗との関係を、測定により求めた結果を示す表であ
る。

【００５３】図および表から、通常の加熱処理では４５
０℃に加熱しても、表面抵抗は下がらないことが分か
る。６００℃以上に加熱すれば、表面抵抗は下がる。し
かし、このような高温加熱処理では、既に形成されてい
る半導体素子の特性劣化が劣化するという問題が起こ
る。

【００５４】以上述べたように本実施形態によれば、酸
素濃度を制御した雰囲気中で、ポリイミド膜４３へのエ
ネルギー線１３および石英ウェハ３１の加熱を行うこと
により、照射量および加熱温度の低減化を図ることがで
き、その結果としてポリイミド膜４３の下に予め作製さ
れた素子への影響をさらに低減できるとともに、生産性
をさらに向上することが可能となる。なお、酸素濃度の
他に水分濃度も制御することで、上記効果をさらに高め
ることが可能となる。

【００５５】（第５の実施形態）図８は、本発明の第５
の実施形態に係る電子ビーム露光方法を示す図である。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態で説明した改質膜
形成システムで形成した帯電防止膜を電子ビーム露光に
利用することにある。

【００５６】まず、図８（ａ）に示すように、Ｓｉウェ
ハ５１を用意する。このＳｉウェハ５１上には位置合わ
せマーク（不図示）および厚さ２μｍのシリコン酸化膜
（不図示）が形成されている。上記位置合わせマークは
上記シリコン酸化膜表面の帯電を利用しないものであ
る。その後、同図（ａ）に示すように、Ｓｉウェハ５１
の表面にポリアミド酸膜５２を回転塗布法により形成す
る。

【００５７】次に図８（ｂ）に示すように、ホットプレ
ート１０上で８０度／５分、２００度／５分、２５０度
／５分、４５０度／５分のステップベークを行い、ポリ
アミド酸膜５２をポリイミド膜５３に転化する。

【００５８】次に図８（ｃ）に示すように、照射源（Ｘ
ｅフラッシュランプ）１１により、ポリイミド膜５３に
エネルギー線１３を照射し、ポリイミド膜５３の表面を
グラファイト化する。エネルギー線１３の照射１回あた
りの照射量は２０Ｊ／ｃｍ²とし、照射回数は１回とす
る。エネルギー線１３の照射は、パージガス２２として
の窒素と酸素の混合ガスでホルダ２１内をパージしなが
ら行い、ホルダ２１内の窒素濃度を５％に制御する。エ
ネルギー線１３の照射時に、Ｓｉウェハ５１の加熱、す
なわちポリイミド膜５３の加熱は行わない。

【００５９】次に図８（ｄ）に示すように、表面がグラ
ファイト化されたポリイミド膜５３すなわち帯電防止膜
上にＥＢレジスト５４を塗布した後、位置合わせマーク
（不図示）を用い、加速電圧１０ｋＶの電子ビーム６１
により所望のパターンをＥＢレジスト５４上に露光す
る。

【００６０】ここで、グラファイト化されたポリイミド
膜５３の抵抗は、１０⁸ 〜１０¹⁰Ω程度なので、電子ビ
ーム６１によりＥＢレジスト５４に帯電した負電荷（電
子）はポリイミド膜５３を介してアースに流れ、ＥＢレ
ジスト５４の帯電による電子ビーム６１の位置ずれを防
止できる。その結果、高精度の電子ビーム露光を行える
ようになる。

【００６１】次にＥＢレジスト５４を現像する。その結
果、図８（ｅ）に示すように、ＥＢレジストからなるレ
ジストパターン５４が得られる。このとき、図８（ｄ）
の工程で電子ビーム６１の位置ずれのない高精度な露光
が行えたので、高精度のレジストパターン５４が得られ
る。

【００６２】この後、レジストパターン５４をマスクに
してポリイミド膜５３およびその下の図示しないシリコ
ン酸化膜をエッチングし、シリコン酸化膜からなるパタ
ーンを形成する工程、レジストパターン５４およびポリ
イミド膜５３を除去する工程が続く。ここで、ポリイミ
ド膜５３は、金属薄膜とは異なり、容易に除去できるの
で、金属薄膜の残存による問題は起こらない。

【００６３】以上述べたように本実施形態によれば、図
１に示した改質膜形成装置を用いて帯電防止膜としてグ
ラファイト化されたポリイミド膜を形成することで、電
子ビーム露光によるリソグラフィプロセスと整合性が取
れる帯電防止膜の形成方法を実現することができるよう
になる。

【００６４】以下、本実施形態の方法をシリコン酸化膜
のパターニングに適用して例（多層レジストプロセス）
について、図８を参照しながら説明する。

【００６５】まず、図８（ａ）に示すように、Ｓｉウェ
ハ５１を用意する。このＳｉウェハ５１上には、後工程
でパターニングするシリコン酸化膜（不図示）が形成さ
れている。その後、同図（ａ）に示すように、Ｓｉウェ
ハ５１の表面にポリアミド酸膜５２を回転塗布法により
形成する。

【００６６】次に図８（ｂ）に示すように、ホットプレ
ート１０上で８０度／５分、２００度／５分、２５０度
／５分、４５０度／５分のステップベークを行い、ポリ
アミド酸膜５２をポリイミド膜５３に転化する。

【００６７】次に図８（ｃ）に示すように、照射源（Ｘ
ｅフラッシュランプ）１１により、ポリイミド膜５３に
エネルギー線１３を照射し、ポリイミド膜５３の表面を
グラファイト化する。エネルギー線１３の照射１回あた
りの照射量は２０Ｊ／ｃｍ²とし、照射回数は１回とす
る。エネルギー線１３の照射は、パージガス２２として
の窒素と酸素の混合ガスでホルダ２１内をパージしなが
ら行い、ホルダ２１内の窒素濃度を５％に制御する。エ
ネルギー線１３の照射時に、Ｓｉウェハ５１の加熱、す
なわちポリイミド膜５３の加熱は行わない。

【００６８】次に図８（ｄ）に示すように、表面がグラ
ファイト化されたポリイミド膜５３すなわち帯電防止膜
上に、図示しないＳＯＧ（Spin On Glass：塗布型ガラ
ス）膜を形成し、さらにその上にＥＢレジスト５４を塗
布した後、加速電圧１０ｋＶの電子ビーム６１により所
望のパターンをＥＢレジスト５４上に露光する。

【００６９】ここで、グラファイト化されたポリイミド
膜５３の抵抗は、１０⁸ 〜１０¹⁰Ω程度なので、電子ビ
ーム６１によりＥＢレジスト５４に帯電した負電荷（電
子）はポリイミド膜５３を介してアースに流れ、ＥＢレ
ジスト５４の帯電による電子ビーム６１の位置ずれを防
止できる。その結果、高精度の電子ビーム露光を行える
ようになる。

【００７０】次にＥＢレジスト５４を現像する。その結
果、図８（ｅ）に示すように、ＥＢレジストからなるレ
ジストパターン５４が得られる。このとき、図８（ｄ）
の工程で電子ビーム６１の位置ずれのない高精度な露光
が行えたので、高精度のレジストパターン５４が得られ
る。

【００７１】この後、レジストパターン５４をマスクに
して図示しないＳＯＧ膜をエッチングし、レジストパタ
ーン５４をＳＯＧ膜に転写し、このパターン転写された
ＳＯＧ膜およびポリイミド膜５３をマスクにして、これ
らの下の図示しないシリコン酸化膜をエッチングし、シ
リコン酸化膜からなるパターンを形成する工程、レジス
トパターン５４、図示しないＳＯＧ膜およびポリイミド
膜５３を除去する工程が続く。

【００７２】ここで、ポリイミド膜５３は、金属薄膜と
は異なり、容易に除去できるので、金属薄膜の残存によ
る問題は起こらない。また、図示しないシリコン酸化膜
をプラズマエッチングする場合にも、帯電による素子特
性の劣化を防止することができる。

【００７３】また、グラファイト化されたポリイミド膜
は従来の有機防止膜に比べてエッチング耐性が２倍あ
り、さらにＳＯＧ膜はレジストよりもポリイミド膜に対
する選択比を高く取れることから、転写特性の向上を効
果的に図ることができる。すなわち、図示しないシリコ
ン膜の加工形状を良好なものとすることができる。

【００７４】このＳＯＧ膜を用いた多層レジストプロセ
スに係る発明を上位概念で表現すると以下のようにな
る。

【００７５】すなわち、本発明は、基板上に被加工膜を
形成する工程と、この被加工膜上に第１の膜を形成する
工程と、前記第１の膜を加熱し、前記第１の膜の全体を
第２の膜に改質する工程と、前記第２の膜の一部にエネ
ルギー線を照射し、このエネルギー線が照射された部分
の前記第２の膜を第３の膜に改質する工程と、この第３
の膜を有する第２の膜（以下、改質膜という）上に中間
膜を形成する工程と、この中間膜上にレジストパターン
を形成する工程と、このレジストパターンをマスクとし
て前記中間膜をエッチングし、前記レジストパターンの
パターンを前記中間膜に転写する工程と、前記レジスト
パターンおよび前記中間膜のうちの少なくとも中間膜を
マスクとして前記改質膜をエッチングし、前記改質膜を
パターニングする工程と、前記レジストパターン、前記
中間膜および前記改質膜のうちの少なくとも改質膜をマ
スクとして（ただし、前記中間膜を含まない前記レジス
トパターンと前記改質膜との組合せかなるマスクは除
く）、前記被加工膜をエッチングする工程とを有し、か
つ前記中間膜として、前記レジストパターンよりも前記
改質膜に対するエッチング選択比を高く取れるものを使
用することを特徴とするものである。

【００７６】（第６の実施形態）図９は、本発明の第６
の実施形態に係る電子ビーム露光方法を示す図である。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態で説明した改質膜
形成システムで形成した帯電防止膜を電子ビーム露光に
利用することにある。ただし、照射源としては、Ｘｅフ
ラッシュランプではなくレーザー光源を用いる。本実施
形態が第５の実施形態と異なる点は、ポリイミド膜の一
部分を選択的にグラファイト化し、その結果として絶縁
体表面の帯電を利用した位置合わせマークを使用可能に
することにある。

【００７７】まず、図９（ａ）に示すように、負電荷が
帯電した領域である位置合わせマーク５５が形成された
Ｓｉウェハ５１を用意し、Ｓｉウェハ５１の表面にポリ
イミド酸膜５２を回転塗布法により形成する。位置合わ
せマーク５５は、Ｓｉウェハ５１上に形成された図示し
ないシリコン酸化膜（不図示）の表面に形成されてい
る。

【００７８】次に図９（ｂ）に示すように、ホットプレ
ート１０上で８０度／５分、２００度／５分、２５０度
／５分、４５０度／５分のステップベークを行い、ポリ
アミド酸膜５２をポリイミド膜５３に転化する。

【００７９】次に図９（ｃ）に示すように、レーザー光
源７０により、ポリイミド膜５３にエネルギー線として
レーザー光７１を照射し、ポリイミド膜５３の一部を選
択的にグラファイト化する。

【００８０】より詳細には、下に位置合わせマーク５５
が形成された領域およびその周辺を除いた領域に、レー
ザー光７１を選択的に照射する。したがって、位置合わ
せマーク５５およびその近傍上のポリイミド膜５３は絶
縁体のままとなるので、負電荷が帯電した領域である位
置合わせマーク５５は消滅しない。

【００８１】照射１回あたりのレーザー照射の照射量は
２００ｍＪ／ｃｍ² とし、照射回数は１００回とする。
さらに、レーザー光７１の照射時にポリイミド膜５３を
低温加熱する。具体的には、例えば第４の実施形態と同
様に、ハロゲンランプからの光を石英製の光ガイドを介
してＳｉウェハ５１にあて、Ｓｉウェハ５１の温度を２
００℃に設定する。さらにまた、レーザー光７１の照射
は、パージガス２２としての窒素と酸素の混合ガスでホ
ルダ２１内をパージしながら、かつホルダ２１内の酸素
濃度を５％に制御しながら行う。

【００８２】なお、レーザー光７１を選択的に照射する
方法としては、例えば図１０〜図１２に示すビーム光の
露光方法を適用すれば良い。

【００８３】図１０は、Ｓｉウェハ５１をステージ８１
により動かしながらビーム光源８３により露光を行う際
に、図示しない制御用計算機により、ビーム光源８３、
ステージ８１等を制御し、露光しない領域は通過して、
所定の領域のみを露光する方法である。

【００８４】このような方法において、露光領域の大き
さを１００ｎｍ程度とすれば、チップ８２内の位置合わ
せマーク５５およびその周辺を除く領域のみにビーム光
８４としてのレーザー光７１を選択的に照射することが
できる。

【００８５】ステージ８１は連続的に動かしても良い。
また、レーザ照射は連続照射でも良いし、断続照射であ
っても良い。ステージ８１を連続的に動かし、断続照射
する場合、レーザー光７１のビーム径とステージ８１の
ステージ速度を調整して、隣接する照射領域を重畳させ
ることもできる。重畳させない場合でも、帯電した電子
がリークできる程度の間隔で照射すれば良い。

【００８６】図１１は、ステージ８１を動かさずに、ビ
ーム走査ミラー８５によりビーム光８４を反射させて露
光を行う際に、図示しない制御用計算機により、ビーム
走査ミラー８５の走査機構（不図示）、ビームシャッタ
８６等を制御し、露光しない領域はビームシャッタ８６
を閉じて、所定の領域のみを露光する方法である。

【００８７】図１２は、マスク８７を用いた選択露光の
方法を示している。マスク８７は遮光部８８および透過
部８９を有している。したがって、本方法において、遮
光部８８と位置合わせマーク５５との位置を合わせて、
一括露光を行えば、位置合わせマーク５５およびその周
辺を除く領域のみにビーム光８４としてのレーザー光７
１を選択的に照射することができる。

【００８８】レーザー光７１としてＫｒＦレーザーを用
いれば、マスク８７としてフォトリソグラフィに用いる
フォトマスクを用いることが可能となる。また、一括露
光ではなく、マスク８７上にビーム光８４を走査するこ
とでも、選択的露光（照射）は可能である。

【００８９】次に図９（ｄ）に示すように、ＥＢレジス
ト５４を塗布し、ＥＢレジスト５４の表面を電子ビーム
７２で走査し、２次反射電子を図示しない検出器で検出
し、この検出結果（２次電子放出効率の違い）に基づい
て位置合わせマーク５５の位置を検出し、この検出した
位置合わせマーク５５の位置情報に基づいて、電子ビー
ム７３でＥＢレジスト５４を露光する。このとき、第５
の実施形態と同様に、ＥＢレジスト５４の帯電を防止で
きるので、高精度の電子ビーム露光を行える。

【００９０】その後、ＥＢレジスト５４を現像する。そ
の結果、図９（ｅ）に示すように、ＥＢレジストからな
るレジストパターン５４が得られる。このとき、第５の
実施形態と同様の理由により、高精度のレジストパター
ン５４が得られる。

【００９１】この後、レジストパターン５４をマスクに
してポリイミド膜５３およびその下の図示しないシリコ
ン酸化膜をエッチングし、シリコン酸化膜からなるパタ
ーンを形成する工程、レジストパターン５４およびポリ
イミド膜５３を除去する工程が続く。

【００９２】本実施形態でも第５の実施形態と同様な効
果が得られ、さらに本実施形態によれば、ポリイミド膜
５３を選択的にグラファイト化しているので、負電荷に
帯電した領域を位置合わせマーク５５として使用できる
ようになる。また、レーザー光７１の代わりにフラッシ
ュランプによる光を用いても良い。

【００９３】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
い。例えば、上記実施形態では、改質膜の形成方法とし
てグラファイト化されたポリイミド膜の形成方法につい
て述べたが、本発明は他の機能膜に適用できる。

【００９４】また、上記実施形態では、本発明を電子ビ
ーム露光で使用する帯電防止膜の形成方法に適用した場
合について述べたが、本発明はプラズマエッチングで使
用する帯電防止膜の形成方法にも適用できる。

【００９５】さらに、上記実施形態には種々の段階の発
明が含まれており、開示される複数の構成要件における
適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例え
ば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要
件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で
述べた課題が解決できる場合には、この構成要件が削除
された構成が発明として抽出され得る。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

【００９６】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、半
導体プロセスと整合性が取れる帯電防止膜等の機能膜を
形成するために利用可能な改質膜の形成方法および形成
装置を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る改質膜形成シス
テムを示す模式図

【図２】図１の改質膜形成システムの照射・加熱装置の
より詳細な構成を示す図

【図３】Ｘｅフラッシュランプの分光特性を示す図

【図４】加熱時の温度制御の一例を示す図

【図５】本発明の第２の実施形態に係る改質膜の形成方
法を示す図

【図６】ポリアミド酸膜およびポリイミド膜の吸光特性
を示す図

【図７】本発明の第３および第４の実施形態に係る改質
膜の形成方法を示す図

【図８】本発明の第５の実施形態に係る電子ビーム露光
方法を示す図

【図９】本発明の第６の実施形態に係る電子ビーム露光
方法を示す図

【図１０】レーザー光を選択的に照射する方法を説明す
るための図

【図１１】レーザー光を選択的に照射する他の方法を説
明するための図

【図１２】レーザー光を選択的に照射するさらに別の方
法を説明するための図

【図１３】予備加熱を行わない場合のポリイミド膜の焼
成温度とポリイミド膜の表面抵抗との関係を示す図

【符号の説明】

１…塗布膜形成装置（膜形成手段） ２…加熱装置（第１の加熱装置） ３…照射・加熱装置（照射手段、第２の加熱手段） ４…搬送装置 ５…ウェハ ６…ウェハキャリア ７…回転部 ８…ノズル ９…薬液 １０…ホットプレート（第１の加熱手段） １１…照射源 １２…加熱器（第２の加熱手段） １３…エネルギー線 ２１…ホルダ ２２…パージガス ２３…光ガイド ２４…ハロゲンランプ ３１…石英ウェハ ３２…ポリアミド酸膜 ３３…ポリイミド膜 ４１…石英ウェハ ４２…ポリアミド酸膜 ４３…ポリイミド膜 ５１…Ｓｉウェハ ５２…ポリアミド酸膜 ５３…ポリイミド膜 ５４…ＥＢレジスト（レジストパターン） ５５…位置合わせマーク ６１…電子ビーム ７０…レーザー光源 ７１…レーザー光 ７２…電子ビーム ８１…ステージ ８２…チップ ８３…ビーム光源 ８４…ビーム光 ８５…ビーム走査ミラー ８６…ビームシャッタ ８７…マスク ８８…遮光部 ８９…透過部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｐ Ｆターム(参考） 5F045 AA20 AB07 AF08 DA66 EB19 HA16 HA18 HA19 5F056 DA23 5F058 AA10 AC02 AC10 AD04 AF04 AF06 AG06 AG09 AG10 AH10

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に第１の膜を形成する工程と、 前記第１の膜を加熱し、前記第１の膜の全体を第２の膜
   に改質する工程と、 前記第２の膜の全体またはその一部にエネルギー線を照
   射し、このエネルギー線が照射された部分の前記第２の
   膜を第３の膜に改質する工程とを有することを特徴とす
   る改質膜の形成方法。
2. 【請求項２】前記第２の膜にエネルギー線を照射すると
   きに、前記第２の膜の温度を制御することを特徴とする
   請求項１に記載に改質膜の形成方法。
3. 【請求項３】前記基板を加熱することで、前記第２の膜
   の温度を制御することを特徴とする請求項２に記載に改
   質膜の形成方法。
4. 【請求項４】前記第２の膜にエネルギー線を照射すると
   きに、前記第２の膜の周囲の雰囲気中の酸素濃度を制御
   することを特徴とする請求項２に記載の改質膜の形成方
   法。
5. 【請求項５】前記第３の膜は、前記第２の膜よりも抵抗
   が低いことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１
   項に記載の改質膜の形成方法。
6. 【請求項６】前記第１の膜はポリアミド酸膜、前記第２
   の膜はポリイミド膜、前記第３の膜はグラファイト化さ
   れたポリイミド膜であることを特徴とする請求項５に記
   載の改質膜の形成方法。
7. 【請求項７】前記エネルギー線の波長は３００ｎｍ以下
   であることを特徴とする請求項６に記載の改質膜の形成
   方法。
8. 【請求項８】前記エネルギー線の照射時間は５ｍｓ以下
   であることを特徴とする請求項６または７に記載の改質
   膜の形成方法。
9. 【請求項９】基板上に膜を形成する膜形成手段と、 前記膜を加熱する第１の加熱手段と、 前記膜にエネルギー線を照射する照射手段と、 前記膜にエネルギー線を照射するときに、前記膜を加熱
   する第２の加熱手段と、 前記膜にエネルギー線を照射するときに、前記膜の周囲
   の雰囲気を制御する雰囲気制御手段とを具備してなるこ
   とを特徴とする改質膜の形成装置。
10. 【請求項１０】前記照射手段は、Ｘｅフラッシュランプ
    またはエキシマレーザーを含むことを特徴とする請求項
    ９に記載の改質膜の形成装置。
11. 【請求項１１】前記膜の所定の領域に前記エネルギー線
    を選択的に照射するための選択手段をさらに含むことを
    特徴とする請求項９に記載の改質膜の形成装置。