JP2009158746A

JP2009158746A - 基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム

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Publication number: JP2009158746A
Application number: JP2007335723A
Authority: JP
Inventors: Hidetami Yaegashi; 英民八重樫
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16
Also published as: TW200939345A; WO2009084279A1

Abstract

【課題】基板上の被処理膜に所定の微細なパターンを効率よく形成する。
【解決手段】被処理膜Ｆ上に、レジスト膜のパターンＲ１を形成する（図７（ａ））。パターンＲ１と被処理膜Ｆ上に、シリコン窒化膜Ｎを異方的に形成する（図７（ｂ））。犠牲膜Ｇを形成する（図７（ｃ））。犠牲膜Ｇの表層部を溶解させる（図７（ｄ））。シリコン窒化膜Ｎの側壁部を溶解して、シリコン窒化膜ＮにパターンＮ１を形成する（図７（ｅ））。パターンＮ１をマスクとしてパターンＲ１をエッチングし、レジスト膜のパターンＲ２を形成する（図７（ｆ））。パターンＮ１と犠牲膜Ｇをマスクとして被処理膜Ｆをエッチングし、被処理膜ＦにパターンＦ１を形成する（図７（ｇ））。レジスト膜、シリコン窒化膜Ｎ及び犠牲膜Ｇを除去する（図７（ｈ））。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板の被処理膜に所定のパターンを形成する基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システムに関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）表面の被処理膜上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、ウェハ表面のレジスト膜に所定パターンの光を照射してレジスト膜を露光する露光処理、露光されたレジスト膜内を現像する現像処理等が順次行われて、ウェハ表面のレジスト膜に所定のレジストパターンが形成される。その後、レジストパターンをマスクとして被処理膜がエッチングされ、その後レジストパターンが除去されて、被処理膜に所定のパターンが形成される。

このフォトリソグラフィー工程では、半導体デバイスの微細化を図るため、従来より上記パターン形成における露光処理の光を短波長化することが進められている。しかしながら、この露光の短波長化を進める方法のみでは、例えば３２ｎｍや４５ｎｍレベルの微細な半導体デバイスを形成するのが技術的に困難である。

そこで、例えばウェハ表面の被処理膜上の異なる層にそれぞれパターンを形成することにより、被処理膜に微細なパターンを形成し、半導体デバイスの微細化を図ることが提案されている。具体的には、先ず、例えばウェハ表面の被処理膜上に第一の感光性膜（レジスト膜）と第二の感光性膜（レジスト膜）の２層の感光性膜を形成し、それぞれの膜を露光して現像することで、第一の感光性膜パターンと第二の感光性膜パターンを形成する。そして、これら第一及び第二の感光性膜パターンをマスクにして被処理膜をエッチングし、被処理膜にパターンを形成する（特許文献１）。

また別の方法としては、先ず、例えばウェハ表面の被処理膜上に形成されたＳｉＮ膜のパターン上に、例えばＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ、化学気相成長法）によってＳｉＯ_２膜を形成する。このＳｉＯ_２膜をエッチバックした後、ＳｉＮ膜のパターンを除去することで、ＳｉＯ_２膜の微細パターンを形成する。そして、このＳｉＯ_２膜のパターンをマスクにして被処理膜をエッチングし、被処理膜にパターンを形成することが提案されている（特許文献２）。
特許第２７５７９８３号公報Ｕ．Ｓ．ＰＡＴ．ＮＯ．５０１３６８０

しかしながら、特許文献１に記載された方法を用いて、被処理膜に微細なパターンを形成した場合、第一の感光性膜パターンと第二の感光性膜パターンの重ね合わせには高い精度が要求され、これらのパターンの重ね合わせにズレが生じることがある。このようにズレが生じると、被処理体に所望のパターンを形成できない。また、感光性膜を２回露光する必要があり、それに伴って半導体デバイスを製造する際のコストが高くなる。

また、特許文献２に記載された方法を用いて、被処理膜に微細なパターンを形成した場合、ＳｉＮ膜の両側に形成されたＳｉＯ_２膜の上部の形状が左右非対称になることがある。この状態のＳｉＯ_２膜をマスクとして被処理膜をエッチングすると、被処理膜のパターンの高さが均一にならない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上の被処理膜に所定の微細なパターンを効率よく形成することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板の被処理膜に所定のパターンを形成する基板の処理方法であって、被処理膜上に第一の膜による第一のパターンを形成する工程と、前記第一のパターンに対して、第二の膜を異方的に形成する工程、すなわち、前記第一のパターン上と前記第一のパターン間の凹部の被処理膜上に、均一な厚みの第二の膜を形成する工程と、を有する。そしてさらに、前記第一のパターンと前記第二の膜を覆うように前記第三の膜を形成する工程と、前記第三の膜の上層部を除去し、前記第一のパターン上に形成された前記第二の膜を露出させる工程と、前記露出した第二の膜が所定の幅になるように当該第二の膜の側壁部を除去し、第二のパターンを形成する工程と、前記第二のパターンをマスクとして、前記第一の膜をエッチングして第三のパターンを形成する工程と、前記第三のパターンをマスクとして、前記被処理膜をエッチングする工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、先ず、被処理膜上に形成された第一のパターンに対して、第二の膜を異方的に形成しているので、第一のパターン上と第一のパターン間の凹部の被処理膜上に、均一な厚みの第二の膜を形成することができる。そして、第一のパターンと第二の膜を覆う第三の膜を形成し、その第三の膜の上層部を除去して、第一のパターン上の第二の膜を露出した状態で、露出した第二の膜が所定の幅になるように第二の膜の側壁部を除去して第二のパターンを形成しているので、第一のパターン上にさらに微細な線幅を有する第二のパターンを形成することができる。その後、第二のパターンをマスクとして第一の膜をエッチングして第三のパターンを形成しているので、被処理膜上に第三のパターンによる微細なパターンを形成することができる。そして、この被処理膜上の第三のパターンをマスクとして被処理膜をエッチングしているので、被処理膜に微細なパターンを精度よく形成することができる。また、本発明の処理方法では、被処理膜上の膜に行われる露光は第一のパターンを形成する際の１回のみであり、従来のように２回露光する必要がない。したがって、基板上の被処理膜に所定の微細なパターンを精度よく、かつ効率よく形成することができる。

前記第一のパターンに対して、第二の膜を異方的に形成する工程において、イオンクラスタビーム法により、前記第二の膜を異方的に形成してもよい。

前記第一のパターンと前記第二の膜を覆うように第三の膜を形成する工程において、塗布液を塗布することにより、前記第三の膜を形成してもよい。

前記第二の膜は、アルカリ性水溶液に対して可溶性の膜であってもよい。

前記露出した第二の膜が所定の幅になるように当該第二の膜の側壁部を除去し、第二のパターンを形成する工程において、前記第一のパターン上の第二の膜上に、当該第二の膜と同一の幅を有する第四の膜を形成し、前記第二の膜の側壁部にアルカリ性水溶液を供給し、当該第二の膜の側壁部を溶解させてもよい。

前記第二の膜の側壁部にアルカリ性水溶液を供給する際に、当該アルカリ性水溶液を供給する時間を制御して、当該第二の膜を所定の幅にしてもよい。

前記第一の膜の側壁部にアルカリ性水溶液を供給する際に、当該アルカリ性水溶液の濃度を制御して、当該第一の膜を所定の幅にしてもよい。

別な観点による本発明によれば、前記の基板の処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

さらに別な観点による本発明は、基板の被処理膜に所定のパターンを形成する基板処理システムであって、被処理膜上に第一の膜による第一のパターンを形成する塗布現像装置と、前記第一のパターンに対して、第二の膜を異方的に形成する膜形成装置と、前記第一のパターンと前記第二の膜を覆うように前記第三の膜を形成する膜形成装置と、前記第三の膜の上層部を除去し、前記第一のパターン上に形成された前記第二の膜を露出させる除去装置と、前記露出した第二の膜が所定の幅になるように当該第二の膜の側壁部を除去し、第二のパターンを形成する除去装置と、前記第二のパターンをマスクとして、前記第一の膜をエッチングして第三のパターンを形成するエッチング装置と、前記第三のパターンをマスクとして、前記被処理膜をエッチングするエッチング装置と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、基板上の被処理膜に所定の微細なパターンを精度よく、かつ効率よく形成することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる基板処理システム１の構成の概略を示す平面図であり、図２は、基板処理システム１の正面図であり、図３は、基板処理システム１の背面図である。

基板処理システム１は、図１に示すように、ウェハ処理のフォトリソグラフィー工程を行う塗布装置としての塗布現像処理システム２と、ウェハＷ上の所定の膜をエッチングするエッチング装置３と、ウェハＷに形成されたパターン上に所定の膜を異方的に形成する膜形成装置としてのイオンクラスタ装置４と、ウェハＷ上の所定の膜を露光する露光装置５とを有している。

塗布現像処理システム２は、例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム２に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション６と、フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション７と、この処理ステーション７に隣接して設けられている露光装置５との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション８とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション６には、カセット載置台９が設けられ、当該カセット載置台９は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション６には、搬送路１０上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体１１が設けられている。ウェハ搬送体１１は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。

ウェハ搬送体１１は、Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり、後述する処理ステーション７側の第３の処理装置群Ｇ３に属する温度調節装置６０やウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置６１に対してもアクセスできる。

カセットステーション６に隣接する処理ステーション７は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション７のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には、カセットステーション６側から第１の処理装置群Ｇ１、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション７のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には、カセットステーション６側から第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置Ａ１が設けられており、第１の搬送装置Ａ１の内部には、ウェハＷを支持して搬送する第１の搬送アーム１２が設けられている。第１の搬送アーム１２は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置Ａ２が設けられており、第２の搬送装置Ａ２の内部には、ウェハＷを支持して搬送する第２の搬送アーム１３が設けられている。第２の搬送アーム１３は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

第１の処理装置群Ｇ１には、図２に示すように、例えばウェハＷにレジスト液を塗布し、第一の膜としてのレジスト膜を形成するレジスト塗布装置２０、２１、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置２２、２３、ウェハＷに塗布液を塗布し、塗布膜を形成する膜形成装置としての塗布処理装置２４が下から順に５段に重ねられている。これらレジスト塗布装置２０、２１、ボトムコーティング装置２２、２３、塗布処理装置２４の装置は、例えば同一の装置構成である。また、第１の処理装置群Ｇ１の最下段には、各処理装置群Ｇ１内の各装置に各種液体を供給するためのケミカル室４０が設けられている。

第２の処理装置群Ｇ２には、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置３０〜３２、ウェハＷに所定の液体を供給して所定の膜を除去する除去装置としての液処理装置３３、３４が下から順に５段に重ねられている。これら現像処理装置３０〜３２、液処理装置３３、３４は、例えば同一の装置構成である。また、第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ２内の各装置に各種液体を供給するためのケミカル室４１がそれぞれ設けられている。

第３の処理装置群Ｇ３には、図３に示すように、例えば温度調節装置６０、トランジション装置６１、精度の高い温度管理下でウェハＷを温度調節する高精度温度調節装置６２〜６４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置６５〜６８が下から順に９段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４には、例えば高精度温度調節装置７０、レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置７１〜７４及び現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング装置７５〜７９が下から順に１０段に重ねられている。

第５の処理装置群Ｇ５には、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば高精度温度調節装置８０〜８３、ポストエクスポージャーベーキング装置８４〜８９が下から順に１０段に重ねられている。

第１の搬送装置Ａ１のＸ方向正方向側には、図１に示すように、複数の処理装置が配置されており、図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置９０、９１、ウェハＷを加熱する加熱装置９２、９３が下から順に４段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置Ａ２のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置９４が配置されている。

インターフェイスステーション８には、例えば図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１００上を移動するウェハ搬送体１０１と、バッファカセット１０２が設けられている。ウェハ搬送体１０１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション８に隣接した露光装置５と、バッファカセット１０２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

次に、上述のイオンクラスタ装置４の構成について、図４に基づいて説明する。イオンクラスタ装置４は、ウェハＷを収容し内部を密閉することができる真空容器２００を有している。真空容器２００は、原料ガス供給室２００ａ、イオン化・加速室２００ｂ、処理室２００ｃの３つに分割されている。原料ガス供給室２００ａ、イオン化・加速室２００ｂ、処理室２００ｃの底部には、各室内の雰囲気を排気する排気口２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃがそれぞれ形成されている。排気口２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは排気管２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃにそれぞれ接続され、各排気管２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃには、各室内の雰囲気を真空引きする排気ポンプ（図示せず）が接続されている。

原料ガス供給室２００ａの内部には、原料ガス供給容器２１０が設けられている。原料ガス供給容器２１０の上流側には、原料ガス供給管２１１を介して複数、例えば２基の原料ガス供給源２１２ａ、２１２ｂが設けられている。原料ガス供給源２１２ａ、２１２ｂは、真空容器２００の外部に設けられ、その内部には例えば揮発性ガスの窒素ガス、シランガスがそれぞれ貯留されている。原料ガス供給管２１１には、三方弁２１３が設けられている。この三方弁２１３の開度は後述する制御部３００によって制御され、原料ガス供給源２１２ａ、２１２ｂから原料ガス供給容器２１０内に所定の割合で混合された原料ガスが供給される。原料ガス供給容器２１０の下流側には、供給された原料ガスを原料ガス供給容器２１０から放出するノズル２１４が設けられている。そして、原料ガス供給容器２１０から放出された原料ガスは冷却され、数個から数千個の弱く結びついたクラスタ２１５が形成される。このクラスタ２１５は、原料ガス供給室２００ａとイオン化・加速室２００ｂとの間に形成された開口部２１６からイオン化・加速室２００ｂに供給される。なお、原料ガス供給源２１２ａ、２１ｂは２基に限定されず、混合する原料ガスの種類によって複数設けることができる。

イオン化・加速室２００ｂの内部には、クラスタ２１５をイオン化させるイオン化器２２０が設けられている。イオン化器２２０は、例えば電子衝突イオン化器であり、陽極２２１と陰極２２２を有している。陽極２２１と陰極２２２は、真空容器２００の外部に設けられた電源２２３に接続されている。イオン化器２２０では、陽極２２１と陰極２２２の間で電子を発生させ、この電子をイオン化器２２０内のクラスタ２１５に衝突させる。電子衝突は、クラスタ２１５から電子を放出させ、クラスタ２１５の一部を正にイオン化させ、イオンクラスタ２２４が形成される。

イオン化・加速室２００ｂの内部には、イオン化器２２０の下流側に、イオンクラスタ２２４を加速させる加速器２３０がさらに設けられている。加速器２３０は、例えば静電気加速器であり、電極２３１、２３２を有している。電極２３１、２３２は、真空容器２００の外部に設けられた電源２３３に接続されている。加速器２３０では、電極２３１、２３２によってイオンクラスタ２２４に電界をかけることにより、イオンクラスタ２２４が加速される。この加速されたイオンクラスタ２２４は、イオン化・加速室２００ｂと処理室２００ｃとの間に形成された開口部２３４から処理室２００ｃに供給される。

処理室２００ｃの内部には、ウェハＷを保持する保持部材２４０が設けられている。保持部材２４０は、処理室２００ｃに供給されたイオンクラスタ２２４がウェハＷの表面に垂直（図中のＸ方向）に供給されるようにウェハＷを保持する。すなわち、保持部材２４０は、ウェハＷを鉛直方向（図中のＺ方向）に保持する。保持部材２４０には、後述する制御部３００の制御によって保持部材２４０を移動させる移動部材２４１が設けられている。移動部材２４１は、保持部材２４０を水平方向（図中のＹ方向）に移動させる水平移動部材２４２と、保持部材２４０を鉛直方向（図中のＺ方向）に移動させる鉛直移動部材２４３とを有している。そして、保持部材２４０に保持されたウェハＷは、図５に示すように、イオンクラスタ２２４がウェハＷの表面全面に供給されるように、鉛直方向（図中のＺ方向）と水平方向（図中のＹ方向）に交互に所定の距離だけ移動される。また、保持部材２４０の両端の位置においては、イオンクラスタ２２４の経路は保持部材２４０の外になる。このようにして、イオンクラスタ２２４がウェハＷの表面に対して垂直方向（図中のＸ方向）から、ウェハＷの表面全面に均一に供給される。

処理室２００ｃの内壁には、図４に示すように、イオンクラスタ２２４を捕捉する捕捉部材２４４が設けられている。捕捉部材２４４は、ウェハＷあるいは保持部材２４０に衝突せずに、ウェハＷの後方に進入したイオンクラスタ２２４を捕捉することができる。

以上のイオンクラスタ装置４では、原料ガス供給容器２１０から供給され、イオン化器２２０及び加速器２３０でイオン化、加速されたイオンクラスタ２２４が、保持部材２４０に保持されたウェハＷの表面に対して垂直に供給される。そして、保持部材２４０を水平方向及び鉛直方向に交互に移動させることによって、イオンクラスタ２２４がウェハＷの表面全面に均一に供給される。イオンクラスタ２４０はウェハＷへの衝突で個々の窒素原子に分離し、イオンクラスタ２４０が有していた高エネルギーがウェハＷ上の表面に蓄積される。そして、このエネルギーによって、ウェハＷ上でイオンクラスタ２２４の原子が反応して、ウェハＷの表面にシリコン窒化膜が異方的に形成される。

以上のように構成された基板処理システム１におけるウェハ処理の制御は、図１に示すように、基板処理システム１に設けられた制御部３００によって行われている。制御部３００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部を有している。そのプログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送体などの駆動系の動作を制御して、後述する所定のレシピのウェハ処理を実行するプログラムＰが格納されている。なお、このプログラムＰは、例えばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、メモリーカード、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、ハードディスク等の読み取り可能な記憶媒体に格納され、制御部３００であるコンピュータにインストールされている。

本実施の形態にかかる基板処理システム１は以上のように構成されており、次にその基板処理システム１において、ウェハＷ上の被処理膜に所定のパターンを形成する処理について説明する。図６は、このウェハＷの処理の主な処理フローを示している。

処理されるウェハＷは、図７（ａ）に示すように、予めその表面に被処理膜Ｆが形成され、カセット載置台９上のカセットＣ内に収容されている。そして、先ず、ウェハ搬送体１１によって、カセットＣ内からウェハＷが一枚取り出され、第３の処理装置群Ｇ３の温度調節装置６０に搬送される。温度調節装置６０に搬送されたウェハＷは、所定温度に温度調節され、その後第１の搬送アーム１２によってボトムコーティング装置２２に搬送され、反射防止膜が形成される。反射防止膜が形成されたウェハＷは、第１の搬送アーム１２によって加熱装置９２、高温度熱処理装置６５、高精度温度調節装置７０に順次搬送され、各装置で所定の処理が施される。その後ウェハＷは、レジスト塗布装置２０に搬送される。

レジスト塗布装置２０においてウェハＷの表面にレジスト膜が形成されると、ウェハＷは第１の搬送アーム１２によってプリベーキング装置７１に搬送され、加熱処理が施される。続いて第２の搬送アーム１３によって周辺露光装置９４、高精度温度調節装置８２に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後、インターフェイスステーション８のウェハ搬送体１０１によって露光装置５に搬送され、ウェハＷ上のレジスト膜に所定のパターンが露光される。露光処理の終了したウェハＷは、ウェハ搬送体１０１によってポストエクスポージャーベーキング装置８４に搬送され、ウェハＷに加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング）が施される。

加熱処理の終了したウェハＷは、第２の搬送アーム１３によって高精度温度調節装置８１に搬送されて温度調節され、その後現像処理装置３０に搬送される。現像処理装置３０では、ウェハＷ上に現像処理が施され、図７（ａ）に示すように、レジスト膜に線幅がＣＤ１の第一のパターンとしてのパターンＲ１が形成される（図６のステップＳ１）。ここで、レジスト膜に形成されるパターンＲ１の線幅ＣＤ１は、後述するウェハＷ上の被処理膜Ｆに形成する所望の線幅ＣＤ２よりも大きくなっている。

レジスト膜にパターンＲ１が形成されたウェハＷは、第２の搬送アーム１３によってポストベーキング装置７５に搬送され、加熱処理が施された後、高精度温度調節装置６２に搬送され温度調節される。そしてウェハＷは、第１の搬送アーム１２によってトランジション装置６１に搬送され、ウェハ搬送体１１によってカセットステーション６のカセットＣに戻される。

カセットＣに戻されたウェハＷは、塗布現像処理システム２からイオンクラスタ装置４に搬送される。イオンクラスタ装置４では、ウェハＷ上にシリコン原子２１２と窒素原子からなるイオンクラスタ２３３を供給することにより、図７（ｂ）に示すように、第二の膜としてのシリコン窒化膜Ｎが異方的に形成される（図６のステップＳ２）。すなわち、パターンＲ１上に形成されたシリコン窒化膜Ｎの厚みと、パターンＲ１間の凹部の被処理膜Ｆ上に形成されたシリコン窒化膜Ｎの厚みが同一になるように形成される。

ウェハＷ上にシリコン窒化膜Ｎが形成されると、続いて同じイオンクラスタ装置４内で、図７（ｃ）に示すように、レジスト膜のパターンＲ１とシリコン窒化膜Ｎを覆うように、第三の膜としての犠牲膜Ｇが形成される（図６のステップＳ３）。犠牲膜Ｇは、例えばＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）膜である。なお、犠牲膜Ｇは、例えばプラズマＣＶＤ装置において、ＣＶＤ（化学気相成長法）により形成してもよく、また、塗布現像処理システム２の塗布処理装置２４において所定の塗布液を塗布することによって形成してもよい。

犠牲膜Ｇが形成されたウェハＷは、再び塗布現像処理システム２のカセットＣに搬送される。カセットＣ内のウェハＷは、ウェハ搬送体１１、第１の搬送アーム１２及び第２の搬送アーム１３によって、液処理装置３３に搬送される。液処理装置３３では、ウェハＷに例えば希フッ酸を供給し、図７（ｄ）に示すように、レジスト膜のパターンＲ１上のシリコン窒化膜Ｎを露出させるように、犠牲膜Ｇの表層部を溶解させる（図６のステップＳ４）。ここで、犠牲膜Ｇの表層部のみを溶解させるために、制御部３００によって犠牲膜Ｇを溶解させる時間が制御される。

レジスト膜のパターンＲ１上のシリコン窒化膜Ｎが露出されると、続いて同じ液処理装置３３において、ウェハＷに例えばアルカリ性水溶液であるアンモニア水を供給する。そうすると、図７（ｅ）に示すように、シリコン窒化膜Ｎに線幅がＣＤ２の第二のパターンとしてのパターンＮ１が形成される（図６のステップＳ５）。ここで、形成されるパターンＮ１の線幅が所望のＣＤ２にするために、制御部３００によってパターンＢ１の側壁部を溶解させる時間が制御される。この溶解させる時間は、アンモニア水の濃度あるいは後続のポストベーキング装置７６における加熱処理の時間に基づいて、制御部３００において決定される。

シリコン窒化膜ＮのパターンＮ１が形成されたウェハＷは、第２の搬送アーム１３によってポストベーキング装置７６に搬送され、加熱処理が施された後、高精度温度調節装置６３に搬送され温度調節される。そしてウェハＷは、第１の搬送アーム１２によってトランジション装置６１に搬送され、ウェハ搬送体１１によってカセットステーション６のカセットＣに戻される。

カセットＣに戻されたウェハＷは、塗布現像処理システム２からエッチング装置３に搬送される。エッチング装置３では、先ず、シリコン窒化膜ＮのパターンＮ１をマスクとしてレジスト膜のパターンＲ１がエッチングされ、図７（ｆ）に示すように、レジスト膜のパターンＲ２が形成され、被処理膜Ｆ上にパターンＮ１と犠牲膜Ｇの表面が露出した第三のパターンが形成される（図６のステップＳ６）。続いて、同じエッチング装置３において、第三のパターンのパターンＮ１と犠牲膜Ｇをマスクとして被処理膜Ｆがエッチングされ、図７（ｇ）に示すように、被処理膜Ｆに所望の線幅ＣＤ２のパターンＦ１が形成される（図６のステップＳ７）。

被処理膜ＦにパターンＦ１が形成されたウェハＷは、例えばエッチング装置３と同様の装置であるプラズマアッシング装置（図示せず）に搬送される。プラズマアッシング装置では、図７（ｈ）に示すように、ウェハＷ上のレジスト膜、シリコン窒化膜Ｎ及び犠牲膜Ｇがプラズマによって除去される（図６のステップＳ８）。こうして一連のウェハ処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、先ず、被処理膜Ｆ上に形成されたレジスト膜のパターンＲ１に対して、シリコン窒化膜Ｎを異方的に形成しているので、パターンＲ１上とパターンＲ１間の凹部の被処理膜Ｆ上に、均一な厚みのシリコン窒化膜Ｎを形成することができる。そして、パターンＲ１とシリコン窒化膜Ｎを覆うように犠牲膜Ｇを形成し、その犠牲膜Ｇの上層部を除去して、パターンＲ１上のシリコン窒化膜Ｎを露出した状態で、露出したシリコン窒化膜Ｎの側壁部を除去してパターンＮ１を形成しているので、パターンＲ１上のシリコン窒化膜Ｎに、パターンＲ１の線幅ＣＤ１よりもさらに微細な所望の線幅ＣＤ２を有するパターンＮ１を形成することができる。その後、パターンＮ１をマスクとしてレジスト膜のパターンＲ１をエッチングしているので、被処理膜Ｆ上にパターンＮ１と犠牲膜Ｇによる微細なパターンを形成することができる。そしてパターンＮ１と犠牲膜Ｇをマスクとして被処理膜Ｆをエッチングしているので、被処理膜Ｆ上に微細なパターンＦ１を精度よく形成することができる。また、本発明の処理方法では、被処理膜Ｆ上の膜に行われる露光はレジスト膜のパターンＲ１を形成する際の１回のみであり、従来のように２回露光する必要がない。したがって、ウェハＷ上の被処理膜Ｆに所定の微細なパターンＦ１を精度よく、かつ効率よく形成することができる。

また、イオンクラスタ装置４を用いて、いわゆるイオンクラスタビーム法により、被処理膜Ｆ上のレジスト膜のパターンＲ１にシリコン窒化膜Ｎを形成しているので、シリコン窒化膜Ｎを異方的に形成することができる。すなわち、イオンクラスタビーム法では、原料ガスがイオンクラスタ化され、細く指向性が強いイオンクラスタ２２４が形成され、イオンクラスタ２２４がウェハＷに衝突して膜にエネルギーが蓄積し、このエネルギーによって、イオンクラスタ２２４の原子が反応してシリコン窒化膜Ｎが形成される。そして、イオンクラスタ２２４はウェハＷの表面に対して垂直に供給され、かつ、ウェハＷはイオンクラスタ２２４が当該ウェハＷの表面全面に供給されるように移動するので、シリコン窒化膜Ｎを異方的に形成することができる。

以上の実施の形態では、シリコン窒化膜Ｎに線幅ＣＤ２のパターンＮ１を形成する際、シリコン窒化膜Ｎの上面が露出した状態で側壁部を除去していたが（図６のステップＳ５）、図８の処理フローに示すように、シリコン窒化膜Ｎの上面に例えば第四の膜としての有機膜を形成した後、シリコン窒化膜Ｎの側壁部を除去してもよい。かかる場合、先ず、犠牲膜Ｇの表層部を溶解させた後（図６のステップＳ４）、ウェハＷは塗布処理装置２４に搬送される。塗布処理装置２４では、ウェハＷに所定の塗布液が塗布され、図９（ａ）に示すように、シリコン窒化膜Ｎと犠牲膜Ｇを覆うように、有機膜Ｘが形成される（図８のステップＳ５−１）。

有機膜Ｘが形成されたウェハＷは、第１の搬送アーム１２によってプリベーキング装置７２に搬送され、加熱処理が施される。続いて第２の搬送アーム１３によって周辺露光装置９４、高精度温度調節装置８３に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後、インターフェイスステーション８のウェハ搬送体１０１によって露光装置５に搬送され、ウェハＷ上の有機膜Ｘに所定のパターンが露光される（図８のステップＳ５−２）。ここで、有機膜Ｘに露光されるパターンの線幅は、レジスト膜のパターンＲ１条のシリコン窒化膜Ｎと同一の線幅ＣＤ１となっている。

露光処理の終了したウェハＷは、ウェハ搬送体１０１によってポストエクスポージャーベーキング装置８５に搬送され、ウェハＷに加熱処理が施される。その後ウェハＷは、第２の搬送アーム１２によって高精度温度調節装置８３に搬送されて温度調節され、その後現像処理装置３１に搬送される。現像処理装置３１では、ウェハＷ上に現像処理が施され、図９（ｂ）に示すように、有機膜Ｘに線幅がＣＤ１のパターンＸ１が形成される（図８のステップＳ５−３）。

次に、同じ現像処理装置３１において、ウェハＷを洗浄した後、ウェハＷに対してアンモニア水を供給し、図９（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜Ｎの線幅がＣＤ２になるように、シリコン窒化膜Ｎの側壁部を溶解させる（図８のステップＳ５−４）。ここで、形成されるパターンＢ２の線幅が所望のＣＤ２にするために、制御部３００によってパターンＢ１の側壁部を溶解させる時間が制御される。この溶解させる時間は、アンモニア水の濃度に基づいて、制御部３００において決定される。

その後、例えば液処理装置３４で有機膜Ｘを除去することによって、図７（ｅ）に示すように、シリコン窒化膜Ｎに線幅がＣＤ２のパターンＮ１が形成される（図８のステップＳ５−５）。かかる場合、シリコン窒化膜Ｎの上面に有機膜Ｘを形成した後、アンモニア水によってシリコン窒化膜Ｎの側壁部を溶解しているので、シリコン窒化膜Ｎの上面が溶解することなく、パターンＮ１を精度よく形成することができる。

以上の実施の形態では、犠牲膜Ｇに無機膜であるＳＯＧ膜を用いていたが、これに代えて有機膜を用いてもよい。かかる場合、シリコン窒化膜Ｎの側壁部除去後（図１０のステップＳ５）、図１１（ｆ）に示すように、犠牲膜Ｇを除去してもよい（図１０のステップＳ６）。その後、図１１（ｇ）に示すように、シリコン窒化膜ＮのパターンＮ１をマスクとしてレジスト膜のパターンＲ１をエッチングした後（図１０のステップＳ７）、図１１（ｈ）に示すように、シリコン窒化膜Ｎをマスクとして被処理膜Ｆをエッチングする（図１０のステップＳ８）。かかる場合でも、図１１（ｉ）に示すように、被処理膜ＦにパターンＦ１を精度よく形成することができる（図１０のステップＳ９）。なお、その他の工程（図１０のステップＳ１〜Ｓ４）については、上述した実施の形態と同様の処理が行われる。

また、かかる有機膜からなる犠牲膜Ｇを形成する際には、塗布処理装置２４において、所定の塗布液を塗布することによって形成してもよい。

以上の実施の形態では、エッチング装置３と同様の装置でアッシングすることで、レジスト膜、シリコン窒化膜Ｎ及び犠牲膜Ｇをプラズマによって除去していたが（図６のステップＳ８）、ウェットエッチングすることによってこれらのレジスト膜、シリコン窒化膜Ｎ及び犠牲膜Ｇを除去してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板上の被処理膜に所定の微細パターンを形成する基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システムに有用である。

本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。本実施の形態にかかる基板処理システムの正面図である。本実施の形態にかかる基板処理システムの背面図である。イオンクラスタ装置の構成の概略を示す説明図である。ウェハ上をイオンクラスタが走査する様子を示す説明図である。ウェハ処理のフロー図である。各処理におけるウェハ上のレジスト膜、シリコン窒化膜、犠牲膜及び被処理膜の状態を示した説明図である。シリコン窒化膜の側壁部除去処理のフロー図である。各処理におけるウェハ上のレジスト膜、シリコン窒化膜、犠牲膜、有機膜及び被処理膜の状態を示した説明図である。ウェハ処理のフロー図である。各処理におけるウェハ上のレジスト膜、シリコン窒化膜、犠牲膜及び被処理膜の状態を示した説明図である。

符号の説明

１基板処理システム
２塗布現像処理システム
３エッチング装置
４イオンクラスタ装置
５露光装置
２０、２１レジスト塗布装置
２４塗布処理装置
３０〜３２現像処理装置
３３、３４液処理装置
３００制御部
Ｆ被処理膜
Ｆ１被処理膜のパターン
Ｇ犠牲膜
Ｎシリコン窒化膜
Ｎ１シリコン窒化膜のパターン
Ｐプログラム
Ｒ１、Ｒ２レジスト膜のパターン
Ｘ有機膜
Ｗウェハ

Claims

基板の被処理膜に所定のパターンを形成する基板の処理方法であって、
被処理膜上に第一の膜による第一のパターンを形成する工程と、
前記第一のパターンに対して、第二の膜を異方的に形成する工程と、
前記第一のパターンと前記第二の膜を覆うように前記第三の膜を形成する工程と、
前記第三の膜の上層部を除去し、前記第一のパターン上に形成された前記第二の膜を露出させる工程と、
前記露出した第二の膜が所定の幅になるように当該第二の膜の側壁部を除去し、第二のパターンを形成する工程と、
前記第二のパターンをマスクとして、前記第一の膜をエッチングして第三のパターンを形成する工程と、
前記第三のパターンをマスクとして、前記被処理膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする、基板の処理方法。
前記第一のパターンに対して、第二の膜を異方的に形成する工程において、
イオンクラスタビーム法により、前記第二の膜を異方的に形成することを特徴とする、請求項１に記載の基板の処理方法。
前記第一のパターンと前記第二の膜を覆うように第三の膜を形成する工程において、
塗布液を塗布することにより、前記第三の膜を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の基板の処理方法。
前記第二の膜は、アルカリ性水溶液に対して可溶性の膜であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記露出した第二の膜が所定の幅になるように当該第二の膜の側壁部を除去し、第二のパターンを形成する工程において、
前記第一のパターン上の第二の膜上に、当該第二の膜と同一の幅を有する第四の膜を形成し、
前記第二の膜の側壁部にアルカリ性水溶液を供給し、当該第二の膜の側壁部を溶解させることを特徴とする、請求項４に記載の基板の処理方法。
前記第二の膜の側壁部にアルカリ性水溶液を供給する際に、
当該アルカリ性水溶液を供給する時間を制御して、当該第二の膜を所定の幅にすることを特徴とする、請求項５に記載の基板の処理方法。
前記第一の膜の側壁部にアルカリ性水溶液を供給する際に、
当該アルカリ性水溶液の濃度を制御して、当該第一の膜を所定の幅にすることを特徴とする、請求項５に記載の基板の処理方法。
請求項１〜７のいずれかの基板の処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
請求項８に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
基板の被処理膜に所定のパターンを形成する基板処理システムであって、
被処理膜上に第一の膜による第一のパターンを形成する塗布現像装置と、
前記第一のパターンに対して、第二の膜を異方的に形成する膜形成装置と、
前記第一のパターンと前記第二の膜を覆うように前記第三の膜を形成する膜形成装置と、
前記第三の膜の上層部を除去し、前記第一のパターン上に形成された前記第二の膜を露出させる除去装置と、
前記露出した第二の膜が所定の幅になるように当該第二の膜の側壁部を除去し、第二のパターンを形成する除去装置と、
前記第二のパターンをマスクとして、前記第一の膜をエッチングして第三のパターンを形成するエッチング装置と、
前記第三のパターンをマスクとして、前記被処理膜をエッチングするエッチング装置と、を有することを特徴とする、基板処理システム。