JP3111071B2 - 半導体ウエハ基板上にフォトレジスト層をパターニングするプロセス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、集積回路又は電気的装置を製造する為の方
法と装置に関する。より詳細に述べれば、本発明は、集
積回路又は電気的装置の製造においてフォトレジストの
シリレーションの為に改良された方法と装置に関する。

従来の技術及び問題点 集積回路の大きさは、ユニット機能当りのコスト、高
速が求められるスイッチング・スピード、そして、低消
費電力への欲求のような、種々の要因によって縮少し続
けている。光学リソグラフィの限界が、現在、集積回路
の製造におけるサイズの減少を制限する主な要因の一つ
である。最新の計画は、現在考慮中の光学フォトリソグ
ラフ技術の最低線が0.5ミクロン以下になることを予測
している。しかしながら、これらの技術は、光学フォト
リソグラフィを用いたサブミクロン製造が、デザイン研
究所から製造部門へ効果的に移転される事を可能にする
為の更なる発達を求めている。

従来の技術の光学リソグラフィ・プロセスは、いくつ
かの限界を有していて、その限界は集積回路の製造にお
いてサイズにおける意味ある縮小を今まで阻止してい
た。これらの限界の例は、次ぎに示される。光学リソグ
ラフィ装置は、物理的にフィールドの深さを制限し、厚
い光電性材料をその厚さを介して露光すること、若しく
は、その表面で構造上プレーナではない光電性材の層を
正確に露光することを困難あるいは不可能にしている。
フィールドの深さは、装置がより小さいサイズ用に構成
されるにつれて減少される。ウエットなエッチング及び
処理（treatment）のプロセスは、たいてい残留してい
る光電性材料又は他の材料の膨脹の原因となる。そのよ
うな膨脹はサイズがより小さくなるにつれより重要とな
り、いくつかの場合には許容できる線対空間比の達成を
妨げる。その材料の屈折率の違いによって、層の反射
は、露光放射線の拡散と逆拡散を生じる。

標準の光学リソグラフィ装置と技術の限界を克服する
為の努力は、おびただしくそして少なくともいくらかは
成功し、そして半導体プロセッシング研究の主要な推進
力であり続けている。光学的に露光されるべき薄いプレ
ーナ状光電性表面層を生じる多層マスク、種々の露光放
射源や距離、より正確な公差の光学装置、そして通常、
光学リソグラフィック・プロセスにおける相互に関係す
る全てのプロセス・パラメータの最適化は、集積回路生
産における可能な限りの最小サイズに縮小するのに全て
貢献している。これらのアプローチの全ては、研究され
続けいる。しかしながら、更にサイズの縮小の為の必要
性が続き、同時に、サイズを縮小する為のいくつかの技
術に必要なより複雑なそして高価なプロセス・ステップ
の回避も続いている。

光学リソグラフィにおいて、得られるサイズを縮小す
る為の継続研究の有望な開発は以下の様に進められてい
る。即ち、ビー・ローランド（B.Roland）とエー・ブラ
ンケン（A.Vrancken）による1985年10月24日に提出され
た欧州特許184,567A1号、『光電性レジスト層における
ネガティブ・パターンの準備の為の方法』（Method fo
r the Preparation of Negative Patterns in
ａ Layer of Photosensitive Resist）、1987年９
月12日に公表された欧州特許248,779A1号、『フォトレ
ジスト層におけるポジティブ・パターンを作る為の方
法』、そして更に、エフ・コップマンズ（F.Coppmans）
その他の『レジスト技術とプロセッシングの発達III,SP
IEプロシーティング631巻（1986年）』（Advances in
Resist Technology and Processing III,SPIE P
roceeding,Vol.631（1986）『DESIRE:新ドライ現象レジ
スト系』（DESIRE:A Novel Dry Developed Resist
System）においての討議である。この開発は、ジー・
エヌ・テーラー（G.N.Taylor）その他のジャーナル・オ
ブ・エレクトロケミカル・ソサイアティ、131巻、No.7
（1984年７月）の、『ガス相機構のプラズマ現像レジス
ト：電子ビーム露光の為の最初の概念と結果』によって
進められて、より一般的な概念に近付いた。1988年７月
８日に提出された米国特許出願番号216,884号は、半導
体ウエハの低圧力のシリレーションとエッチングの為の
方法と装置を開示している。ビー・ローランド，アール
・ロンバート（R.Lomberts），そしてエフ・コップマン
ズ（F.Coppmans）によって『DESIRE:ドライ現像フォト
レジストにおけるシリコン混合の為の新しいアプロー
チ』1986年のドライ・プロセス・シンポジウム・プロシ
ーティングの98ページで、表面感応性プロセス、つまり
レジストの表面のみが、単層プロセッシングの単純化を
伴って多層構成の遂行の利点を提供する為には露光され
る必要性があるという事につき討議している。これらの
参照は、可能な程度に含めている。開発したこの技術
は、次の文節で一般的に述べられている。

プロセスは、一般的に、ポリマー好ましくは、ジアゾ
キノンのような光電性化合物と混合されもしくは結合さ
れたフェノリック・ポリマを含む光電性樹脂層で基板を
コーティングし、マスクを介して可視あるいは紫外線光
へこの層を露光し、液状態処理も可能であるがガス状態
のヘクサメチルディシラザンのような化合物を含むシリ
コンへ露光された層を処理（treatment）し、そしてそ
れから、酸化プラズマ・エッチングのようなプラズマで
その層をドライ・エッチングする構成から成る。シリレ
ーションは、一般的に減圧室において基板とレジスト層
が比較的高温で熱せられることで達成されると記述され
ている。シリレーションの程度は、一般にシリレーショ
ン剤でさらされた時間の長さによって、調節される。上
記参照文献におけるローランドとコップマンズの指摘の
ように、露光後の光電性層の処理（treatment）は、選
択的に、ネガティブパターン光電性レジストに対して
は、光電性層の露光されない（マスクされた）領域のほ
とんど若しくは全く、シリレーションしないことと共に
露光（マスクされない）領域のシリレーションを生じ、
あるいは、ポジティブ・パターン光電性レジストに対し
ては、露光領域のほとんど若しくは全くシリレーション
しないことと共に露光されない領域の重シリレーション
を生じる。更に、討議は、ネガティブ・パターンの光電
性レジストの使用を例示し、しかしながら、創意にとん
だプロセスと装置は両方に平等に適用されることが理解
されるであろう。エー・ピアス（A.Pierce）によるピア
ス・ケミカル・カンパニイ（Pierce Chemical Compan
y）の『有機化合物のシリレーション』１〜３ページ
に、そして更にアール・ビセール（R.Visser）その他の
SPIEの87巻の『ガス相からレジスト層のシリレーション
の機構と動力学』で探求されたように、シリレーション
は、シリル基（一般に−Si（CH3）３）の分子への、一
般的に水素の置換による、導入である。レジスト層のシ
リレーションの場合、シリレーション剤は、一般式に従
ってレジスト層の露光樹脂に拡散しそして反応する。

OH Ｏ−シリル ｎ＋シリル剤 ｎ＋副産物 反応の運動量、詳細には拡散率は、フォトレジストの
露光された域へ高率で選択され、レジスト層のごく表面
のみに、すなわち表面から１、000乃至10、000オングス
トロームに制限されるようなシリレーションを生じる。
フォトレジスト層のより深い露光は、フォトレジスト材
のダイイング（dying）のような技術によって制限する
事ができる。異方性のプラズマ・エッチング、詳細には
酸化プラズマ・エッチングは、混合シリコンを現場マス
ク（in−situ mask）として作用する二酸化シリコンに
せしめ、酸化プラズマエッチングは、レジストの残部と
比較して、二酸化シリコンに高く選択される。

このプロセスは、光学リソグラフィに対し幾つかの利
点を与える。シリレーションはレジスト層の最上面のみ
に制限されるので、露光深度は、只その深さに制限さ
れ、即ち、どんな場合でも正確な焦点を合わせられない
より深い露光は重要でなくなる。これはおおいにフィー
ルドの深さの問題及び、露光放射線の拡散に関連した問
題を減少する。シリレートされた域へのプラズマ・エッ
チングの高い選択性があるので、ドライ・エッチング・
プロセスはレジスト層を造るために用いられる。それ
故、ウエット・エッチング技術によっておこる問題は、
消去される。何故ならば、シリレーションは、レジスト
層の露光されていない部分に対し露光された部分に高い
選択性があるので満足できる正確なマスク層がレジスト
層から造られる。

しかしながら、上記に記されたプロセスに関連した問
題がある。シリレーティング剤にレジスト層をさらすこ
とは高温で、特にもし温度が高くないならば比較的長い
時間で達成されるように参考文献において記述されてい
る。シリレーションの程度の調整は難しい。シリレーシ
ョンは、真空あるいは低圧力プロセッシングの容器を必
要とし、低圧力で達成されるように文献において記述さ
れている。

もし、シリレーション・ステップが連続しておこる真
空の処理ステップと連繋して高圧力環境において遂行さ
れ得るなら、より早いシリレーション、より低い粒子汚
染、そして増大するプロセス能力が達成され得る。これ
は交互に歩留まり改善と生産量増加を成す。その上に、
応用特定製品の少量生産において、より高い装置利用は
初期資本の要求の減少を達成し得る。

問題点を解決するための手段及び作用 本発明は、少なくとも１気圧あるいはそれ以上の圧力
のもとで層へシリレーティング剤を導入することによっ
て、放射線によるマスクを介した層の露光後の光電性層
のシリレーション（silylation）を企図し、そいて摂氏
180度以下にレジスト層（及びその下の基板）の温度を
下げることを企図する。

更に、本発明は、半導体基板上の露光されたレジスト
層をシリレートする為の装置を企図するものであって、
ポートとプロセス・ガス・インレットを有するプロセス
室、プロセス室内の熱基板、ポートを介してプロセス室
と流動体で通じるロード・ロック、ガス・インレットを
介してプロセス室と流動体で通じるガス・ジェネレータ
を含む。

記述した装置は、もし必要なら、室へ圧力下でシリレ
ーティング剤と不活性加圧剤を導入することができ、空
中で１気圧かそれ以上の圧力を維持することができる。

記述された装置は、又、真空のもとでワーク・ピース
を搬送する為、中央搬送モジュールへ接続したプロセス
室に関連して使用され得る。又、ワーク・ピースが室の
間の真空ウエハ・キャリアに搬送されるところの分離し
た質に関連して使用され得る。

真空のもとで、面を下へ向けてウエハを搬送しそして
現像（develop）させるのに便利であることが、発見さ
れた。しかし、このモジュールは、真空ウエハ・キャリ
アにおいて運ばれないウエハを使用され得る。

本発明によって、与えられた温度で、露光されたフォ
トレジストのシリレーションの所望レベルに達する為の
時間は減少されることが発見された。

本発明によって、プロセスは、シリレーティング剤
が、レジストへ導入される圧力を増加することによって
より低温で行われることが発見された。

本発明によって、時間と温度のプロセッシング・パラ
メータは、より効果的に調節可能であり、そしてそれ故
にシリレーションの程度は高圧カシリレーティング装置
の利用によってより調節可能であることが、発見され
た。

これらのそして他の創意にとんだプロセスと装置の利
点は次に示される図面と本発明の詳細の説明から明白に
なるであろう。

実施例 従来の技術の光リソグラフィ・プロセスは第1A−1C図
に関連して述べられている。光電性（photosensitive）
レジスト層２を備えた半導体ウエハ基板１は、一般にレ
ジスト層２の表面に対して直角方向に放射している放射
線４によってマスク３を介して露光される。基板１は、
リソグラフィのステップを必要とするいかなるプロセス
段階を通じて、半導体ウエハ、例えば単結晶シリコンで
あってもよい。それ故に、基板１は、注入された活性そ
して不活性の装置（示されていない）、半導体上に形成
された装置、一つかそれ以上の電導層そして一つかそれ
以上の絶縁層を含む。光電性レジスト層は光電性でシリ
レート（silylate）される能力があるいかなる混合物あ
るいは化合物であってもよい。好ましくはレジスト層は
ジアゾキノンのような、光電性化合物で化合されたフェ
ノールポリマーである。光電性レジスト層は、既知の技
術方法が適用され保たれる。既知の技術としてよく知ら
れているマスク３は、選択された域で露光放射線を通
し、残りの域で露光放射線をブロックし、画像を形成す
るマスクである。放射線４は、例えば、可視あるいは紫
外線放射であっても良いし、あるいはコヒーレント光、
Ｘ線あるいは電子ビームであってもよい。もちろん、レ
ジスト層は利用された放射線に対し高感度でなければな
らない。

1B図を参照すると、基板そして露光されたレジスト層
は、通常、真空あるいは減圧室であるシリレーティング
室５に導入されている。基板そしてレジスト層は摂氏18
0度あるいはそれ以上の温度に発熱体６によって熱され
る。シリレーティング剤７は例えば、通路９を経由して
シリレーティング室５と連絡している発生室８で蒸発す
る事が可能とされる。ガス状態のシリレーティング剤
は、それ故、露光されたレジスト層２に接触する。シリ
レーティング剤は、マスク層の露光された部分へ拡散し
そしてこの層のポリマと反応し水素原子がシリル基に代
わる。レジスト層の最上面だけがシリレートされ、レジ
スト層の露光されない部分はシリレートされないことが
示されている。シリレーティング剤として使用され得る
シリコン化合物の例は、テトラクロロジレン、アルキル
ハロジレンそしてアリルハロジレンを含むがこれらに限
られるものではない。特定の例としては、トリメチルク
ロジレン、ディメチルディクロロジン、メチルトリクロ
ロジン、トリメチルプロモジレン、トリメチルオドシレ
ンそしてトリフェニルクロロジレンなどがある。又、ヘ
クサメチルディスラゼン、ヘプタメチルディスラゼンそ
してヘクサフェニィディスラゼンのようなディシラゼン
が利用されてもよい。続いて起こるプラズマ・エッチン
グ・ステップにおける露光レジストのエッチングを防ぐ
為充分なシリコンが拡散しレジスト・ポリマーと反応す
る一方、その域のエッチングを防ぐために、露光されな
い域にシリコンが充分に拡散しないことを保証するた
め、露光されたレジスト層とシリレーティング剤との反
応は、反応の時間と温度に関してしっかりと制御されな
ければならない。そのプロセスのこの段階の限界温度は
レジスト剤（あるいは半導体装置）を溶かすかあるいは
かなりの害を与える温度以下に、そしてシリレーティン
グ剤を蒸発させるのに求められる温度以上に限定されて
いる。しかしながら、摂氏180度以上の温度では、その
割合がますます調節するのが難しくなる、２、３秒以下
の促進割合でシリレーティング反応が起こることが本発
明の発明者によって観察された。余分なシリコン、特に
露光されていないレジスト部分に拡散され、しかしポリ
マーに化学的にはつながっていないシリコンは、それか
ら、たいてい真空において、蒸発によって取り除かれ
る。

第1C図を参照すると、シリレートされたレジスト層２
を備えた基板１は反応性のイオンエッチング、好ましく
はプラズマ酸素12エッチングにさらされる。プロセスの
このステップは又室11において処理される。そのような
プラズマ酸素エッチングの詳細は既知であり、ここでは
詳細には述べない。酸化プラズマ・エッチングにおい
て、酸素は、プラズマ・エッチングに高い抵抗力がある
二酸化シリコンを形成する為、マスクに混合されたシリ
コンと結合すると考えられる。いずれにしても、プラズ
マ・エッチングはシリレートされていない部分10を有効
に取り除く。このドライ・エッチング・プロセスはエッ
チングが高い異方性で、高い選択性があり、それ故に垂
直な外壁、高解像度、最小限の線及び空間幅を可能にす
る事を果たし得る。もしマスクの露光域が適切にシリレ
ートされないならば残りの線幅は、オリジナル・マスク
３の線幅よりも広くない。もしマスクの露光されていな
い域が拡散によって非常に多くのシリコンを混合するな
らば、レジスト層に残される結果として生じる線は、オ
リジナル・マスク３の線よりもより幅広い。それ故レジ
スト層に所望のパターンを作る為、シリレーション・ス
テップのプロセスを正確に、再現性をもって制御する必
要がある。

本発明による半導体基板のレジスト層をシリレートす
る為の装置は第２図にて説明されている。シリレーショ
ン室20は密閉可能ポート21を含み、そこを通ってレジス
ト層を備えた半導体ウエハ１が室に挿入される。発熱体
22は室に含まれている。発熱体22は一般的に、細部は描
かれていないが、発熱体と関連するウエハ１を支えるホ
ルダを含んでいる。代わりに、室の中を熱する為発熱体
は室中に載置されてもよいし（ウエハとは接触していな
い）、あるいは発熱体は室とその中を熱する為に室の外
側であってもよい。発熱体22はウエハの温度を調節する
温度調節23に接続されている。シリレーティング剤ジェ
ネレータ24は、例えば通路25によって、室20と流動体で
通じる。ジェネレータ24は、ガス相のシリレーティング
剤を発生する。加圧体26は又室の中を少なくとも１気圧
（760トル）の調節可能な圧力を提供する為シリレーシ
ョン室20と流動体で通じる。なお、１トルは、1mmHgで
ある。加圧体26は例えばN2のような加圧された不活性ガ
ス源である。調節バルブ27のような圧力コントローラは
１気圧かあるいはそれ以上で実質上、一定のあらかじめ
選択された圧力に室内の圧力を調節し、又このケースで
は室へのシリレーティング剤の導入を調節する。加圧体
26は代わりに、室の体積を減少させるような他の手段で
あってもよい。圧力コントローラは圧力計測装置を含
む。排除通路28そして排除バルブ29はシリレーション室
をきれいにする為に含まれている。

操作において、第１図に示されているような放射線で
露光されたレジスト層を有するウエハが室20に導入され
る。ウエハが室20にある露光され得る事が企画されるこ
とにも注目されたい。発熱体22は、摂氏160度の様なあ
らかじめ決められた温度でウエハを熱する為に電導され
る。シリレーティング剤は、調節バルブ27を開けること
によって室に導入される。又、加圧体26は、少なくとも
760トル例えば1000トルの室においてあらかじめ選択さ
れた圧力を提供する為に稼動される。あらかじめ選択さ
れた圧力は排除バルブ29と連動している調節バルブ27を
操作することによって維持される。例えば、実験によっ
て簡単に決定され得る、発明による操作に対する範囲以
上の臨界ではないある時間の後、室は、排除バルブ29の
操作によって排除通路28を経由してシリレーティング剤
が浄化される。

第３図を参照すると、プロセス・モジュール100は、
真空ウエハ・キャリア40からプロセッシング室106へウ
エハを移すために搬送アーム（示されていない）を使用
している。プロセス・モジュール100は、例えばステン
レス・スティールあるいはアルミニュウムなどの適切な
材料から形成され得る。プロセス・モジュール100は中
央の搬送室に連結され得るし、あるいは、真空ウエハ・
キャリア40を使用してモジュール間で搬送されるウエハ
48を備えた他のプロセス・モジュールから物理的に分離
され得る。プロセス・モジュール100は、1987年７月16
日に提出されている米国特許出願第074,448号に開示さ
れたものに類似している。

事実上プロッセッシングが成されるプロセス室106は
プロセス・モジュール100の中に含まれている。プロセ
ス室106は、例えば石英のような適切な材料から作られ
得る垂直壁107を有する。垂直壁107はプロセス室106の
垂直軸のまわりにシリンダを形成する。プロセス室106
の底部117は又、例えば石英のような適切な材料から作
られる。熱基板114はプロセス室106の上部境目を形成し
そして、例えば、ステンレス・スティールのような適切
な材料から形成され得る。

ウエハの搬送を可能にし、続いてウエハ・プロセッシ
ングを含む為、垂直壁107は搬送の為下降しそして処理
の為上へ動かされる。蛇腹116が接続され垂直壁107を上
と下に動かす。垂直壁107が下の位置にある時、搬送ア
ーム（示されていない）は、ウエハ48をキャリア40から
複数のフィンガ即ちピン142上のプロセス室106へロード
・ロック室42を通って搬送することができる。上の位置
に動いた時、垂直壁107は基板114あるいはモジュールの
近接した部分に接触する。シール（示されていない）
は、垂直壁107が熱基板114あるいはプロセスモジュール
の近接の部分と接触する位置に提供され得る。室106が
上の時フィンガ120は上昇しウエハ48を熱基板114と接触
して配置する。

プロセッシングはプロセス室106と熱基板114の上部に
置かれたプロセス・ガス分配リング104の使用を通して
プロセス室106で達成されている。例えば石英のような
適切な材料から形成されたプロセス・ガス分配リング10
4はパイプ122からプロセス室106へガス混合物を提供し
得る。プロセス・ガス分配リング104は室106の垂直軸の
まわりに配列されている。プロセス・ガス分配リング10
4の底部の複数の開口部を通ってプロセス・ガス分配リ
ング104からガスがでる。パイプ122は、マス・フロー・
コントローラ126から室130へ室底117を通りそしてプロ
セス室106の垂直軸に沿って伸びている。パイプ122は、
例えば、室底117を含む室106の垂直な動きを調節する為
のスリップ・フィットあるいは蛇腹128を有する。ガス
分配リング104はパイプ122の開口末端部138へ入ってい
る。ガス分配リング104は同心状にプロセス室106内部に
配列されている。室底117の下に、ポンプ132とバルブ13
6に接続された室130が位置する。この様に室106と130を
通る通常下方への流れが供給される。ポンプ132とバル
ブ136は室106内に所望の真空を提供する。ウエハの温度
は熱基板114への電源供給熱源コントローラ（示されて
いない）の調整を通して調節され得る。熱源コントロー
ラはプロセス・コンピュータ218へ接続され得る。

プロセッシング・モジュール100はガス分配リング104
へ供給されるガス混合物の源として蒸発した流動体の使
用を可能にする。ガス混合物は、例えば、ガス・ジェネ
レータ200におけるヘクサメチルディスラゼン（HMDS）
のようなシリレーティング剤を適切な液源から発生し得
る。ガス・ジェネレータ200は液体を確保しておく為の
室201と液体を蒸発させる為のヒータ204を含む。ヒータ
204へ供給される動力はコントローラ214を通して供給さ
れる。ヒータ204への動力は、室201における温度を関知
する温度センサ216（例えばサーモ・カップル）を使用
して調節され、そしてコントローラ214へ対応する信号
を提供する。コントローラの為の温度目標値はコントロ
ーラ214に接続されるプロセス・コンピュータ218によっ
てセットされる。

プロセス・ガス混合物の流量率そして圧力はプロセス
・コンピュータ218による一連のガス供給、マス・フロ
ー・コントローラそして加圧センサによって調節され
る。ガス分配リング104へ供給されたガス混合物は室201
のトップからマス・フロー・コントローラ126を通りそ
してパイプ122を通り流れる。マス・フロー・コントロ
ーラ126はプロセス・コンピュータ218からの信号を受け
取る。プロセス室106の流出物はプロセス・コンピュー
タ218からの信号を同様に受け取る調節バルブ156により
排出ライン138を通り過ぎる。更に、プロセス圧力は、
プロセス室106と流動体で通じ、プロセス・コンピュー
タ218へプロセス圧力に対応する信号を供給する例えば1
0Kマノメータの圧力センサ154の使用で検知される。圧
力センサ154によって感知されたプロセス圧力はプロセ
ス・コンピュータ218によるマス・フロー・コントロー
ラ126とコントロール・バルブ156双方の調整により調節
される。

プロセッシング・モジュール100はまた浄化する能力
を含む。ガス・ジェネレータ200の浄化は又プロセッシ
ング・モジュール100の浄化の間に達成し得る。浄化
は、パイプ122とプロセス・コンピュータ218により調節
されるマス・フロー・コントローラ152を通ってプロセ
ス室106へ供給される浄化ガス206からの例えばニトロゲ
ンのような適切な浄化ガスの使用で達成される。ガス・
ジェネレータ200の浄化は、プロセス・コンピュータ218
によって調節されるマス・フロー・コントローラ150を
通る同じ浄化ガス源206の使用で達成され、流出物はマ
ス・フロー・コントローラ126そしてパイプ122を通って
室201から流出する。プロセス室106の流出物は真空ポン
プ136によってバルブ132を通って流れる。

唯一つのモジュールと真空ロード・ロックを含むプロ
セス・モジュール100、しかしそれは中央操作室が複数
のプロセス・モジュール100と一つかそれ以上の真空ロ
ード・ロック室42で結ばれている実施例において又使用
され得る。

操作において、ウエハ48はまずプロセス室106へ搬送
される。真空ウエハ・キャリア40はロード・ロック42に
置かれる。ロード・ロック42は真空に引かれ、そして真
空ウエハ・キャリア40へのドア（示されていない）が開
かれる。ロード・ロック42とプロセス室106の圧力が同
じ時、ロード・ロック42とプロセス室106の間の図示さ
れていない絶縁ポートが、開かれる。蛇腹116は、絶縁
ポートの開口部と共に、下降し、ウエハ48をプロセス室
106へ搬送することを可能にする。実際の搬送は、真空
ウエハ・キャリア40からウエハ48を取り除きプロセス室
106のフィンガ120上にそれを置く搬送アーム（示されて
いない）の使用で達成される。搬送アームはプロセス室
106から引っ込められそして絶縁ポートは閉じ搬送動作
を終了する。

ウエハ48はプロセッシングする位置すなわち、プロセ
ス室106を又、閉ざす蛇腹116の上への動きによって基板
114に接触しておかれる。

実際のプロセッシングは幾つかの操作を必要とする。
発熱器140が作動して、ガス・ジェネレータ200の温度セ
ンサ216によって感知された温度は、コンピュータ218に
よって決められして、コントローラ214によってセット
される目標値まで上昇し、ヒータ140の使用で維持され
る。ウエハの温度は熱基板114の使用によりもたらされ
る。プロセス室106へのプロセス・ガス混合物の流出
は、、マス・フロー・コントローラ126を経由して始ま
りそして、プロセス室106における圧力は、圧力センサ1
54を使用することによりプロセス・コンピュータ218に
よって両者とも調節されているマス・フロー・コントロ
ーラ156と関連したコントロール・バルブを使用して、
例えば760トルに維持される。そして所望のガス混合物
はパイプ122を経由してプロセス・ガス分配リング104へ
及びウエハ48の面へ供給される。

プロセッシングが完了した後、プロセス・ガスの流れ
は止まり、そして全てのヒータ動力は止められる。ニト
ロゲンのような適切な浄化ガスは浄化ガス・ソース206
からマス・フロー・コントローラ152を通ってプロセス
室106へ供給される。浄化が完了し浄化ガスの流れがマ
ス・フロー・コントローラ152によって止められた時、
蛇腹116は下降し、それによって上記のようにプロセス
室106を空け、搬送アームがプロセス室106へ入り、上記
のようにウエハ48を取り戻す事を可能にする。搬送アー
ムは、それから上記のようにウエハ48を室42の真空ウエ
ハ・キャリア40へもどす。

発明者は又、示されているような真空ウエハ・キャリ
ア40以外に本発明の他のウエハ搬送機構も理解してい
る。ウエハは気圧あるいは他の圧力でロード・ロック42
へ供給され得る。

760トルがそれ以上の圧力でのレジスト層のシリレー
ションは、より少ない圧力で処理されたシリレーション
以上ので優れた意外な結果を生み出す事を実験結果は量
的に示している。第４図と第５図を参照すると、両方の
グラフは１ミクロンの線幅を有するマスクを通して紫外
線によって露光された光電性レジスト層を有するウエハ
の使用で作られている。ヘクサメチルディスラゼン（HM
DS）をシリレーティング剤として使用して摂氏160度と1
80度の温度で１分間の間N2を加圧するとウエハは100か
ら1800トルの間の種々の圧力でシリレートされる。それ
から、ウエハは150sccmのガスの流れで50mトルそして20
0ワットでプラズマ酸素エッチングされた。そしてレジ
スト層に生じる線の幅と厚さは計測された。第４図を参
照するとシリレーション温度摂氏180度で、圧力が、只1
00トルから300トルに変化する間に、線幅は０から1.3ミ
クロン位まで上昇している。第４図において、点線50は
１ミクロンのオリジナル・マスクの線幅が与えられた所
望の線幅、１ミクロンを表わしている。摂氏180度のシ
リレーション温度は、近似線の傾斜から、シリレーショ
ン率を調節することはほとんど受け入れられない事が明
白である。圧力の大変小さな変化は線幅によって現され
るようなシリレーション率の大きな変化となる。200ト
ルの変化（Ｐ）が、容認できない低（0.0ミクロン線幅
あるいは完全なシリレーション不足）から容認できない
高（1.2ミクロン線幅あるいはシリレーション過多）へ
リレーション率を増やす。時間的な見通しから、300ト
ル以上の圧力に対し適切なシリレーション・タイムは１
分をはるかにしたまわらなければならない事が明白であ
る。その様な短い時間帯が又調節するのには難しい。シ
リレーション・タイムにおける小さな変化は生じる線幅
（シリレーションの程度）比較的大きな変化を導く。一
方、摂氏160度のシリレーション温度は、第４図におけ
るこの近似線の傾斜によって示されるようにかなり簡単
に調節できるプロセスとなる。例えば、所望の１ミクロ
ンの線幅を境界とするグラフの域において、400トルの
変化（Ｐ）は、線幅の約０・035ミクロンの変化のみの
結果となる。しかしながら、時間的見通しから、従来の
技術においてほとんどよく使用されている760トル以下
の圧力に対し、もし摂氏160度のシリレーション温度が
使用されるなら、１分以上のかなり長いシリレーション
・タイムが容認される線幅（シリレーション度）のため
に求められる事が明白である。発明者は、摂氏160度あ
るいはそれ以下のシリレーション温度を実質760トル以
下のシリレーション圧力で使用することは、かなり長い
時間が、所望の線幅（シリレーション度）を達成する為
に求められるであろうという事実を発見した。

第５図は、同じエッチング・プロセス・パラメータと
１分間のシリレーション・タイムを使用し、同じ光電性
レジスト材を有するウエハを使用し、そして第４図に使
用されているのと同じシリレーティング剤（HMDS）を使
用して、プラズマ酸化エッチングの後の露光したレジス
ト域における光電性レジスト層の厚さの計測結果を表し
ている。プロセッシングする前のレジストの厚さは全て
のウエハにかんして1.5ミクロンであった。それ故、エ
ッチングした後残っているレジスト材が実際上1.5ミク
ロンに近ければ近いほど良いケースとして所望される。
所望の厚さは点線51によってグラフに表されている。
又、第５図から、１分のシリレーション・タイムのそれ
ぞれのケースにおいて、シリレーション圧力が増加する
につれてレジスト層の厚さはより厚くなるので、増加す
るシリレーション圧力は露光されたレジスト材のシリレ
ーション率を増加する事が明白である。又、第５図に示
されているように、シリレーション温度の減少は、シリ
レーション圧力のより広い範囲にわたって有効に制御可
能なプロセスとなることが確認される。

発明者は、今までの低圧力シリレーションは、高圧力
シリレーション（760トル以上）のようには所望のエッ
チング・パターンを得るために調節できず、そして更
に、より高い圧力シリレーションは、時間のより有効な
利用、制御性並びに摂氏180度（好ましくは摂氏約160度
あるいはそれ以下）以下のシリレーション温度の満足で
きるエッチングされたレジスト・パターンを可能にする
という結論に達し、実証した。高圧力シリレーションの
圧力は、800から2000Torrが好ましく、このことは、第
４図または第５図に示される。高圧力シリレーションの
機構が完全に理解されなくても、プロセスにおいて従来
技術で実施されたものよりより高い圧力と低い温度を使
用することが、実質的に、より制御容易でより早いそし
てより有用性のあるプロセスを生じることは、充分な試
験と実験から発明者にとって明白である。シリレーティ
ング剤の濃縮レベルは、圧力が増加されるにつれての観
察されるシリレーション率の変化の主な原因としては実
験上無視した。

シリコンの例はここに示されているけれども、ゲルマ
ニウムなどのような他の材料で作られたウエハが、同様
にエッチングされる事が可能である。ウエハは、例え
ば、結晶材の単片あるいはより大きい基板上に置かれた
小さな結晶のような多くの違った形態が可能である。48
のようなウエハはここに開示されているが、平坦なワー
ク・ピースの他の型はここに開示された技術で使用され
得る。

ウエハ48をプロセッシングした結果は、例えば、集積
回路あるいは、ディスクリート半導体デバイスのような
電子デバイスで有り得る。プロセッシングが完了する
と、ウエハはデバイスに分けられる。回路とデバイス
は、例えばオーカット（Orcutt）に1984年８月14日に発
行された米国特許４、465、898号やバークラー（Birchl
er）に、1969年４月15日に発行された３、439、238号に
示されるようにパッケージに包まれる。そして、これら
のパッケージはプリント回路基板の構成で利用される。
プリント回路基板は、意図された機能を遂行する為の集
積回路又はデバイスなしには、コンピュータ、複写機、
プリンタ、電気通信装置、計算機、並びに電気的情報世
代の基本要素である全ての他の電気的装置内の他の必要
とされる電気部品を動かすことは出来ない。

本出願は、更なる利点を提供する目的にかなう特徴を
述べている。

本発明はフォトリソグラフィ現像工程のより良い制御
を有利に提供している。

しかも本発明のもう一つの利点は低微粒子環境におけ
るフォトリソグラフィ現像工程を提供し、それにより歩
留りを向上する事である。

本発明はより早いシリレーション率を可能にし、製造
効率を増加し得る。

本発明は、同一あるいは類似の室において真空のもと
で下方を向いた配置でウエハを維持している間の幾つか
のプロセッシング・ステップの遂行を可能にする。

本発明の特定の実施例について説明したが、更なる変
更が当業者に示唆されることが理解されるべきである。
しかし添付された特許請求の範囲内ですべてのそのよう
な変更がもたらされる事が意図される。

以上の説明に関連して更に以下の項を開示する。

（１） 半導体ウエハを処理する為の高圧力ウエハ・プ
ロセッサであって、以下を含む。

（ａ） ポートとプロセス・ガス・インレットを有す
るプロセス室。

（ｂ） プロセス室における熱基板。

（ｃ） ポートを介して、プロセス室と流動体で通じ
るロード・ロック。

（ｄ） ガス・インレットを介して、プロセス室と流
動体で通じるガス・ジェネレータ。

（２） 第１項に記載した高圧力ウエハ・プロセッサに
おいて、ガス・ジェネレータは蒸発室を含む。

（３） 第２項に記載した高圧力ウエハ・プロセッサに
おいて、ガス・ジェネレータはヒータを含む。

（４） 第１項に記載した高圧力ウエハ・プロセッサに
おいて、更に、ガス・ジェネレータとガス・インレット
の間の流動体に位置したマス・フロー・コントローラを
含む。

（５） 第１項に記載した高圧力ウエハ・プロセッサに
おいて、ガス・ジェネレータは液体を熱するための室を
含む。

（６） 半導体ウエハを処理する為の高圧力ウエハ・プ
ロセッサであって、以下を含む。

（ａ） ポートとプロセス・ガス・インレットを有す
るプロセス室。

（ｂ） プロセス室における熱基板。

（ｃ） 搬送アームを有し、ポートを介してプロセス
室と流動体で通じるロード・ロック。

（ｄ） 熱発室とヒータを有するガス・ジェネレータ
と、ガス・ジェネレータとプロセス室のガス・インレッ
トの間の流動体に位置するマス・フロー・コントロー
ラ。

（７） 第３項、あるいは第６項に記載した高圧力ウエ
ハ・プロセッサにおいて、ヒータは摂氏20度から100度
の間に液体を熱することが可能である。

（８） 第４項、あるいは第６項に記載した高圧力ウエ
ハ・プロセッサにおいて、更に、プロセス室と流動体で
通じる調節バルブを有する排出ラインを含む。

（９） 第１項、あるいは第６項に記載した高圧力ウエ
ハ・プロセッサにおいて、更に、ガス・ジェネレータ及
びプロセス室と流動体で通じる浄化システムを含む。

（10） 第１項、あるいは第６項に記載した高圧力ウエ
ハ・プロセッサにおいて、ウエハは下向きである。

（11） 半導体ウエハの高圧力ウエハを処理する為の方
法であって、以下を含む。

（ａ） 大気圧でロード・ロックからプロセス室へウ
エハを搬送し、 （ｂ） プロセス室から離間し流動体で通じるジェネ
レータの液体源からガスを発生し、 （ｃ） ガス・ジェネレータからプロセス室へガスを
導入し、 （ｄ） プロセス室を浄化する方法。

（12） 第11項に記載した方法において、ガスは摂氏20
度から100度で発生する。

（13） 第11項に記載した方法において、ガスは、マス
・フロー・コントローラを通ってプロセス室へ導入され
る。

（14） 光学リソグラフィの工程において、半導体ウエ
ハ基板上の光電性レジスト層を処理するためのプロセス
であって、前記レジスト層の一部はマスクを介して放射
エネルギにさらされるプロセスで、 以下を含む。

（ａ） 前記ウエハ基板と前記レジスト層を周囲の温
度以上の温度に熱し、 （ｂ） 閉ざされた容器の中において、少なくとも76
0トルの圧力でガス状態のシリコンを含んだ材料へ前記
レジスト層をさらす。

（15） 第14項に記載した処理する為のプロセスにおい
て、更に、前記レジスト層の他の部分を取り除く為にプ
ラズマ・エッチングで前記レジスト層をエッチングする
ステップを含む。

（16） 第14項に記載した処理する為のプロセスにおい
て、前記周囲の温度以上の温度は、摂氏180度以下であ
る。

（17） 第14項に記載した処理する為のプロセスにおい
て、前記圧力は800と2000トルの間である。

（18） 第14項に記載した処理する為のプロセスにおい
て、前記レジスト層をさらすステップは、更に以下を含
む。

圧力下の不活性ガスを前記容器を加圧するため前記閉
ざれた容器に導入する事。

（19） 第14項に記載した処理する為のプロセスにおい
て、前記レジスト層をさらすステップは、更に以下を含
む。

ある時間実質的に一定の圧力を維持する為前記圧力を
調節する事。

（20） 光学リソグラフィ工程の間、半導体ウエハ上の
光電性レジスト層を処理するためのプロセスで、前記レ
ジスト層はマスクを介して放射エネルギーにさらされ、
そのプロセスは以下を含む。

（ａ） 周囲の温度以上の温度で閉ざされた容器の中
で前記半導体ウエハとレジスト層を熱っし、 （ｂ） １気圧より高い圧力で前記容器の前記レジス
ト層へガス剤を導入し、前記ガス剤は、前記レジスト層
へ不導態表面層を結合することが可能である。

（21） 第20項に記載したプロセスにおいて、前記ガス
剤は屈折力を有する金属を含んだ化合物であり前記屈折
力を有する金属は前記レジスト層へ結合する。

（22） 光学リソグラフィの工程の間、半導体ウエハ上
の光電性レジスト材の層をシリレートする為の装置であ
り、前記層は、放射エネルギにある域をさらされ、そし
て他の域をさらすことからブロックされ、前記装置は、
以下を含む。

（ａ） 前記層を備えた前記ウエハの挿入の為のポー
トを有する容器で、前記容器は、封をされている。

（ｂ） 摂氏100度以上の温度で前記層を熱するため
の発熱体で安定したレベルで前記温度を調節し、維持す
る為の温度調節素子を含む。

（ｃ） ガス状態のシリレーティング剤を発生するた
めのジェネレータであり、前記ジエネレータは前記容器
と流動体で通じる。

（ｄ） 少なくとも一気圧の圧力へ前記容器を加圧す
る為の加圧機であり、ある時間、前記圧力を観察し維持
するための圧力コントローラを含む。

（ｅ） 前記時間の後、前記容器から前記シリレーテ
ィング剤を排気する為の排気手段。

（23） 第22項に記載した装置において、前記加圧機
は、更に、加圧された不活性ガスの源を含む。

（24） 760トル以上の高圧力で通常摂氏180度以下の温
度で、ウエハへシリレーティング剤を導入することを含
み、レジスト層が、マスクを通して放射エネルギへさら
された後の半導体ウエハ上のプラスあるいはマイナスの
光電性レジスト層のシリレーションの為の方法と装置に
ついてここに記載されている。増加した圧力は、シリレ
ーション率を増加し、より低いプロセス温度の実際上の
使用を可能にし、それ故より良いプロセスの調節を可能
にする。高圧力のシリレーション・プロセスを供給する
ための装置は、ポートとプロセス・ガス・インレットを
有するプロセス室、プロセス室に置ける熱基板、ポート
を介してプロセス室と流動体で通じるロード・ロック、
そしてガス・インレットを介してプロセス室と流動体で
通じるガス・ジェネレータを含む。

【図面の簡単な説明】

本発明は、添付された図面に関してここに述べられてい
る。 第1A図から第1C図は、従来の技術に関する光学リソグラ
フィのプロセスの略図である。 第２図は、本発明のシリレーティング装置の実施例のブ
ロック図である。 第３図は、本発明のシリレーティング装置の実施例の略
図である。 この図において、同一の参照番号は、同一のあるいは同
種のパーツを示すのに使用されている。加えて、図面に
おいて、種々のパーツのサイズと寸法は、図を明瞭にそ
して説明を容易にする為に誇張されあるいは事実と異な
っている。 第４図は、線幅対圧力を座標で示した本発明のプロセス
の実験結果のグラフ図である。 第５図は、シリレーションのレジストの厚さ対圧力を座
標で示した本発明のプロセスの実験結果のグラフ図であ
る。 主な符号の説明 20:プロセス室 21:ポート 22:熱基板 24:ジェネレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セサーエム．ガーザ アメリカ合衆国テキサス州プラノ，ベン ガル レーン 2118 (56)参考文献 特開 昭62−273528（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−22659（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−16568（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−300237（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−52357（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 7/38 H01L 21/027

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハ基板上にフォトレジスト層を
   パターニングするプロセスであって、 前記フォトレジスト層の部分を、照射エネルギーに選択
   的に露出する工程、 次に、160℃以下の温度、800−2000Torr（mmHg）の圧力
   で、照射エネルギーに露出された前記フォトレジスト層
   の表面部分のみにシリレーションを生じるのに十分な時
   間、照射エネルギーに露出された前記フォトレジスト層
   の部分を、気体状態にあるシリコン含有物質に露出する
   工程、 次に、照射エネルギーに露出され、シリレーションを生
   じた前記フォトレジスト層を、プラズマエッチャントで
   処理し、シリレーションされない前記フォトレジストの
   部分を除去して、パターンを形成する工程からなること
   を特徴とする前記プロセス。
2. 【請求項２】前記フォトレジストが、フェノリック・ポ
   リマーと感光性レジストからなることを特徴とする請求
   の範囲第１項記載のプロセス。
3. 【請求項３】前記シリコン含有物質が、ヘクサメチルデ
   ィスラゼンからなることを特徴とする請求の範囲第１項
   記載のプロセス。
4. 【請求項４】前記シリコン含有物質とともに加圧された
   不活性ガスを追加することにより前記圧力が、維持され
   ることを特徴とする請求の範囲第１項記載のプロセス。
5. 【請求項５】前記プラズマエッチャントが、酸素からな
   ることを特徴とする請求の範囲第１項記載のプロセス。