JP3711083B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス，ＵＬＳＩ，電子回路部品，液晶表示素子等の製造に使用される、リソグラフィ及びエッチングによるパターン形成技術に係わり、特に被処理基板上に形成された感光性樹脂膜に所望パターンを形成するためのパターン形成方法に関する。
【０００２】
また本発明は、上記のパターン形成方法により形成された感光性樹脂パターンを用いて被処理基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。さらに本発明は、上記のパターン形成方法を実施するためのパターン検査補正装置及びパターンスリミング装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、電子デバイスや集積回路の微細化に伴い、露光，現像，エッチングの一連のプロセスによるパターン形成方法では制御しきれない、パターン寸法や形状のバラツキが問題になってきている。
【０００４】
現在の半導体集積回路では、一つのチップ内に孤立パターン，密集パターン，ＣＤ（Critical Dimension：最小寸法）の大きいパターン，小さいパターン等、複数のパターンを含んでおり、複雑な構造を有する。孤立パターンと密集パターンとの違い或いはＣＤの違いにより、熱処理，現像，エッチング等の各工程での最適な条件は本来異なるのだが、現在、下地膜の形成，感光性樹脂膜の塗布，熱処理，現像，エッチングなどのプロセスは基板全面で一括に行っている。このため、各パターンについて裕度が狭くなっており、例えば孤立パターンのＣＤバラツキや、チップ内の特定のエリアでのＣＤ不均一性，ラフネスなどが問題となっている。
【０００５】
これらの問題に対して従来、ＯＰＣ（Optical Proximity Compensation：光近接効果補正）技術などの露光工程での補正を主に行っている。ＯＰＣ技術では、設計の段階から分かっている情報を投影露光の際に使用するマスクへ予め盛り込むことで補正を行う。このため、予め予想できないプロセスの揺らぎ等に起因する感光性樹脂パターンのＣＤ異常，形状異常，欠陥等を補正することはできない。これらの異常を有する基板は検査により検出され、レジスト膜剥離除去後、上流プロセスから再び繰り返される。このようなリワーク（rework）基板を無くすため、異常の検出と同時に異常個所の補正を行える技術が必要とされている。
【０００６】
また、例えばＡｒＦリソグラフィ技術では、線幅７０ｎｍ以下のＣＤを持つ感光性樹脂パターンを形成する場合、十分なトレランス（tolerance）が得られない。このため、現行の装置により十分にトレランスが得られる１００ｎｍ程度の感光性樹脂パターンを形成した後、エッチング工程でエッチング条件を変更することにより７０ｎｍ以下のＣＤを持つパターンを形成させる方法をとっている。
【０００７】
しかし、線幅方向のエッチング量を制御するのは極めて困難であり、ＣＤ不均一性，パターン形状，欠陥等の多数の問題が発生している。そこで、エッチングとは異なり容易に制御でき、十分なトレランスを持つＣＤスリミング（Slimming）技術の実現が要望されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、電子デバイスや集積回路の微細化に伴ってパターン寸法や形状のバラツキが問題になってきているが、このような部分的なパターン異常を補正することは困難であった。また、現行のリソグラフィ技術で線幅７０ｎｍ以下のパターンを形成するＣＤスリミング技術が必要とされるが、十分なトレランスを持ってＣＤスリミングすることは困難であった。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、感光性樹脂パターンの異常を部分的に補正することができ、リワーク基板を無くして製造コストの低減に寄与し得るパターン形成方法を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、エッチングとは異なる方法でＣＤスリミングを行うことができ、寸法を容易に制御でき、十分なトレランスを持つパターン形成方法を提供することにある。
【００１０】
また本発明の別の目的は、上記のパターン形成方法を用いた半導体装置の製造方法と、上記のパターン形成方法を実施するためのパターン検査補正装置及びパターンスリミング装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
即ち本発明は、被処理基板の主面上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に所望パターンを露光する工程と、前記感光性樹脂膜を現像して感光性樹脂パターンを形成する工程と、前記感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査する検査工程と、前記検査工程により検出された異常箇所に対して補正処理を施す補正工程とを備えたパターン形成方法であって、
（ａ）前記補正工程は、前記感光性樹脂パターンの異常箇所に対し前記感光性樹脂が吸収性を持つ波長の光を照射して該パターンの形状を変形させる工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
（ｂ）前記検査工程及び補正工程において、前記パターンを露光する際に用いた光の波長と同等又はそれよりも短い波長の光を光源とした同一の光学式装置を用い、同一チャンバ内で前記検査工程に引き続いて前記補正工程を行うことを特徴とする。
【００１３】
（ｃ）前記検査工程及び補正工程において深紫外光を光源とした同一の光学式装置を用い、同一チャンバ内で前記検査工程に引き続いて前記補正工程を行うことを特徴とする。
【００１４】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００１５】
(1) 被処理基板は、基板上に被加工膜が形成されたものであること。
【００１６】
(2) 検査工程は、感光性樹脂パターンへの光照射観察領域に感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、チャンバ内の雰囲気を制御しつつ感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査する工程であること。
(3) 感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスとして、窒素又は、アルゴン，ネオン，クリプトン，ヘリウム，キセノンの何れかを用いたこと。
【００１７】
(4) 補正工程は、感光性樹脂パターンへの光照射補正領域に感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスを供給し、チャンバ内の雰囲気を制御しつつ補正処理を施す工程であること。
(5) 感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスとして酸素を用いたこと。
(6) 補正工程における補正量を設定する際に、ガス中の感光性樹脂の化学反応を促進させる元素の濃度，処理時間，光照射エネルギーの何れかを調整すること。
【００１８】
(7) 感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給しつつ検査工程を行い、感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を確認した後、直ちに供給ガスを感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスに切り替えて、検出された異常箇所に対して補正処理を施すこと。
【００１９】
また本発明は、被処理基板の主面上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に所望パターンを露光する工程と、前記感光性樹脂膜を現像して感光性樹脂パターンを形成する工程と、前記感光性樹脂パターンのスリミング領域を検出する工程と、前記検出されたスリミング領域に対して前記感光性樹脂パターンを所望の寸法に仕上げるためのスリミング処理を施す工程とを備えたパターン形成方法であって、
（ａ）前記スリミング領域を検出する工程及びスリミング処理を施す工程において、前記パターンを露光する際に用いた光の波長と同等又はそれよりも短い波長の光を光源とした同一の光学式装置を用い、同一チャンバ内で前記スリミング領域を検出する工程に引き続いて前記スリミング処理を施す工程を行うことを特徴とする。
【００２０】
（ｂ）前記スリミング領域を検出する工程及びスリミング処理を施す工程において、深紫外光を光源とした同一の光学式装置を用い、同一チャンバ内で前記スリミング領域を検出する工程に引き続いて前記スリミング処理を施す工程を行うことを特徴とする。
【００２１】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００２２】
(1) 被処理基板は基板上に被加工膜が形成されたものであること。
(2) スリミング領域は、基板全面，基板内のパターン領域，チップ領域，チップ内の特定領域の何れかであること。
【００２３】
(3) スリミング領域を検出する工程は、感光性樹脂パターンへの光照射領域に感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、チャンバ内の雰囲気を制御しつつスリミング領域を検出する工程であること。
(4) 感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスとして、窒素又は、アルゴン，ネオン，クリプトン，ヘリウム，キセノンの何れかを用いたこと。
【００２４】
(5) スリミング処理を施す工程は、基板上の所望領域へ前記感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスを供給し、チャンバ内の雰囲気を制御しつつ感光性樹脂パターンをスリミング処理する工程であること。
(6) 感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスとして酸素を用いたこと。
【００２５】
(7) スリミング処理を施す工程に用いる照射光は、照射領域の感光性樹脂パターン寸法が所望寸法になるよう、光強度プロファイルが調整されていること。
(8) スリミング処理を施す工程は、スリット状の照射光をスリミング領域に沿って走査するものであって、照射領域の感光性樹脂パターン寸法が所望寸法になるよう、スリット内の光強度プロファイル又は走査速度が調整されること。
【００２６】
また本発明は、半導体装置の製造方法において、上記のパターン形成方法を用いて被処理基板上に形成された感光性樹脂パターンをマスクに用い、前記被処理基板を選択的にエッチングする工程を有することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、パターン検査補正装置において、主面上に感光性樹脂パターンが形成された被処理基板を搭載するステージと、前記ステージを水平方向の少なくとも２方向に移動させる移動手段と、深紫外光の光源を有し、前記被処理基板の主面に深紫外光を照射しつつ、前記感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査する検査手段と、前記光源からの深紫外光を所定のマスクを介して前記被処理基板の補正すべき領域に選択的に照射し、前記感光性樹脂パターンの異常箇所を補正する補正手段と、前記被処理基板の主面上の空間に、前記検査手段による検査動作においては前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、前記補正手段による補正動作においては前記感光性樹脂の化学反応を活性にさせるガスを供給し、該被処理基板の主面上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。
【００２８】
また本発明は、パターンスリミング装置において、主面上に感光性樹脂パターンが形成された被処理基板を搭載するステージと、前記ステージを水平方向の少なくとも２方向に移動させる移動手段と、深紫外光の光源を有し、前記被処理基板の主面に深紫外光を照射しつつ、前記感光性樹脂パターンのスリミングすべき領域を検出するスリミング領域検出手段と、前記光源からの深紫外光を前記被処理基板のスリミング領域に照射し、前記感光性樹脂パターンにスリミング処理を施すスリミング処理手段と、前記被処理基板の主面上の空間に、前記スリミング領域検出手段による検出動作においては前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、前記スリミング処理手段によるスリミング動作においては前記感光性樹脂の化学反応を活性にさせるガスを供給し、該被処理基板の主面上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。
【００２９】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００３０】
(1) 雰囲気制御手段は、検査／補正手段（検出／処理手段）の動作状況に応じて、該検査／補正手段（検出／処理手段）が検査を開始する前に、感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給して雰囲気形成し、検査（検出）が終了して補正（スリミング処理）を開始するまでの間に、感光性樹脂の化学反応を活性にさせるガスを供給して雰囲気形成できるよう、ガス切換え手段が具備されていること。
ガス切換え手段は、検査／補正手段（検出／処理手段）の対物レンズを挟んで水平方向に対向配置されたガス供給手段と排気手段により構成されること。
【００３１】
（作用）
本発明によれば、感光性樹脂パターンの異常箇所に光を照射してパターンを補正することにより、部分的にパターンを補正することができる。このため、リワーク基板を無くして製造コストの低減に寄与することが可能となる。特に、検査と補正でガスの種類を変えるのみで、同一チャンバ内で同一の光学系を用いて検査と補正を連続して行うことができ、これによりプロセスの簡略化及び迅速化を図ると共に、製造コストの低減をはかることが可能となる。
【００３２】
また、ＣＤスリミングに関しても同様に、スリミングすべき領域に光を照射することにより、パターン寸法を容易に制御することができる。さらに、スリミング領域検出とスリミング処理でガスの種類を変えるのみで、スリミング領域検出とスリミング処理を同一の光学系を用いて行うことができる。これにより、エッチングとは異なる方法でＣＤスリミングを行うことができ、寸法を容易に制御でき、十分なトレランスを持ってパターン形成することが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３４】
（第１の実施形態）
本実施形態では、被処理基板上の所望領域の所望レジストパターンに局所的に深紫外光（ＤＵＶ）を照射することで、パターン寸法制御を行う方法（基板内局所的補正）について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるパターン形成方法を説明するためのもフローチャートである。また、比較のために従来のパターン形成方法のフローチャートを、図２に示しておく。
【００３６】
まず、本実施形態では図１に示すように、基板上に被加工膜を形成した被処理基板を用意する（ステップＳ１１）。そして、被加工膜上にレジスト膜（感光性樹脂膜）を形成した後、所望パターンを露光し、熱処理，現像処理を施すことによりレジストパターンを形成する（ステップＳ１２）。
【００３７】
次いで、ＤＵＶをプローブとする光学式測定器により、レジストパターンの寸法及び形状を検査する（ステップＳ１３）。このとき、測定と同時に窒素等の不活性ガスによるレジスト表面の雰囲気制御を行う。測定の結果、異常が認められたら、補正処理を施す（ステップＳ１４）。即ち、寸法，形状に異常がみられた領域に、再びＤＵＶを照射する。このとき、ＤＵＶ照射中にレジスト表面へ酸素等の反応活性のガスを常に供給できるよう雰囲気の制御を行う。
【００３８】
ここで、従来方法では図２に示すように、異常が認められたら被処理基板上のレジストパターンを除去した後、再度レジスト膜の形成を行う。そして、再びレジストパターン形成のステップＳ１２に移るという、いわゆるリワーク処理を行う。このように本実施形態が従来方法と異なる点は、ステップＳ１３における寸法及び形状の検査の後にリワークするのではなく、寸法及び形状の検査とほぼ同時に補正処理を施すことである。
【００３９】
次いで、補正後のレジストパターンをマスクに被加工膜を選択的にエッチングする（ステップＳ１５）。これにより、被加工膜にパターンが形成されることになる（ステップＳ１６）。
【００４０】
本実施形態に用いられる光学式測定器の一例を、図３に示す。図中の３１は被処理基板、３２は試料ステージ、３３は照射／加工光源、３４は光学系、３５は絞り、３６はハーフミラー、３７は対物レンズ、３８はＣＣＤカメラ、３９は照射光制御ユニットを示している。ＤＵＶ光の照射／加工光源３３から発せられた観察光３３ａは光学系３４及び絞り３５を介してハーフミラー３６で反射されて対物レンズ３７により被処理基板３１上の観察点に集光される。観察点の像は、対物レンズ３７を通りハーフミラー３５を直進してＣＣＤカメラ３８の受光面に結像される。
【００４１】
観察時には対物レンズ３７と観察点（検査／補正位置）４０との間の空間に、例えば図４に示すような雰囲気制御部を用いて窒素などの不活性ガスを充填し、レジストの化学反応を抑制する。レジストの化学反応を不活性にさせるガスとして、窒素の代わりに、Ａｒ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｈｅ，又はＸｅなどを用いることができる。
【００４２】
雰囲気制御部はガス導入部４１と排気部４２とからなり、これらは被処理基板３１上の検査／補正位置４０に近接配置される対物レンズ３７を挟んで水平方向に対向配置されている。また、補正を行うときには雰囲気制御部を用いて酸素などの活性ガスを充填する。雰囲気制御部の具体例を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図５は図４のＡ−Ａ’断面を示している。
【００４３】
図５（ａ）は、不活性ガス導入部５１ａと排気部５２ａを対向配置した一対の不活性ガス導入部／排気部と、活性ガス導入部５１ｂと排気部５２ｂを対向配置した一対の活性ガス導入部／排気部と、から雰囲気制御部を構成している。それぞれのガスを導入する場合には、レンズを介して対向する排気部を動作させつつ行う。対向する排気部を動作させてガス導入することで、レンズと被処理基板の最近接部（観察点）でも速やかに置換を行うことができる。
【００４４】
図５（ｂ）は、一つの排気部５２があり、それと対向する側に複数の不活性ガス導入部５１ａと複数の活性ガス導入部５１ｂを交互に配置したものである。図５（ｃ）は、不活性ガス及び活性ガスの導入部５１と排気部５２とを対向配置した雰囲気制御部である。対向する排気部を動作させながら、ガス導入部の弁を切換えてガスを導入する。図５（ｂ）（ｃ）の構成においても、レンズと被処理基板の最近接部（観察点）でも速やかに置換を行うことができる。
【００４５】
以下に、本発明者らが実際にパターン形成を行った例について述べる。
【００４６】
シリコン基板上に被加工膜としての酸化膜を形成した後、その上に反射防止膜，化学増幅型レジストを塗布し、ＫｒＦエキシマレーザを用い、露光用レチクルを介して所望のパターンを縮小投影露光した。次いで、この基板を熱処理した後に現像を行い、該基板上に１３０ｎｍルールのラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）状のゲート加工用レジストパターンを形成した。次いで、基板上に形成されたレジストパターンの線幅，形状等を、ＤＵＶをプローブとする光学式の寸法測定機器により検査した。
【００４７】
本実施形態では寸法測定機器として、２６６ｎｍのＤＵＶをプローブ光とする顕微鏡を用いた。顕微鏡プローブ光のエネルギーはおおよそ３μＷであった。この際、該基板のプローブ光が照射されている領域とその周辺のレジスト表面は常に窒素エア雰囲気になるよう、例えば図５（ａ）に示すように予め対物レンズを挟んで設置された排気部を作動させながら、不活性ガス導入ノズルより窒素エアを吹き付けた。検査の結果、ターゲットとしていた寸法よりも太めに仕上がっていた領域、ラフネスの悪くなっていた領域、及びパーティクル付着等によるブリッジング欠陥が検出された。これらの領域に対し、観察点と対物レンズの間の雰囲気を窒素雰囲気から酸素雰囲気に切換えて修正した。窒素雰囲気から酸素雰囲気に至るまでの詳細な工程は次の通りである。
【００４８】
１）被処理基板の観察領域に対するプローブ光を遮断する。遮断はシャッター、プローブ光の電源のオフなどで行う。
【００４９】
２）窒素エアの供給ノズルを閉じて、酸素エアの供給ノズルを開放する。
【００５０】
３）雰囲気が酸素で満たされた段階で再び被処理基板の観察領域に対するプローブ光をオープンする。オープンはシャッターの開放または、プローブ光の電源をオンすることで行えば良い。
【００５１】
図６に、検査結果の例を示す。図６中の（ａ）はレジストパターン６１以外にパーティクル付着等によるブリッジング欠陥６３が検出された領域、（ｂ）はレジストパターン６１のエッジ６５のラフネスの悪くなっていた領域、（ｃ）はレジストパターン６１がターゲットとしていた寸法（設計パターン）６７よりも太めに仕上がっていた領域を模式的に示している。
【００５２】
本実施形態では、酸素雰囲気中でのＤＵＶ照射時間は１秒から３０秒程度で行った。照射時間は、制御する線幅，ラフネスの程度，欠陥の大きさ等の変化を照射と同時に顕微鏡で観察しながら決定した。これにより、異物によるブリッジング欠陥を完全に除去できた。また、所望寸法より太かった部分に付いては概ね設計寸法まで細らせることができた。
【００５３】
修正を行う場合には、前記図３の装置において絞り３５を補正部に合った適切な形状に変更して行う。例えば、照射光学系に円板体に多数の孔を開けたニポーディスク（Nipkow Disk）を用いた系では、加工部だけ照射するような加工位置絞りとニポーディスクを合わせて加工部のみ照射する。この加工法では、加工部に対して共焦点でＤＵＶ光が照射されるため、焦点位置のみ高い光強度が得られ、それ以外の領域は光反応に寄与しないまで光強度が減衰するので、被加工領域以外のところにＤＵＶ光が照射されてパターン劣化を及ぼす可能性は極めて低い。なお、観察時には加工位置絞りを完全にオープンにして視野全面で観察を行う。このようなコンフォーカル光学系は共焦点であり、焦点の合った部分でのみ高い光強度が得られることを利用し、被処理基板を光軸に対して垂直方向に移動させることでレジストの厚さ方向の補正も容易に行うことができる。
【００５４】
レーザ光を用いて視野内でレーザ光を操作する方式の場合には、補正位置に来た段階でレーザをオフにするか、先に述べた加工位置絞りを用いて加工部に対してのみ照射を行うと良い。
【００５５】
なお、上述の時間は上述の時間範囲に限るものではない。本実施形態では酸素エア（酸素濃度２０％）で行っているが、酸素濃度を４０％では略半分の時間で、濃度１０％では略２倍の時間を要することが実験により分かった。濃度を高くすると、エッチング速度が速くなりコントロールが難しいが、大きい欠陥の除去に適している（処理停止の精度をあまり必要としない場合）。一方、濃度を低くすると、エッチング速度も低くなり、微小な欠陥の除去に適する（処理停止の精度が必要な場合）。これは酸素エアの例であるが、オゾンガスを用いた場合においても同様の傾向が見られた。このように被加工対象となる欠陥、寸法によりガスの濃度を切換えて加工を行うこともできる。また、これにより処理時間が適時変わるのは上述の通りである。
【００５６】
また、本実施形態ではＤＵＶ照射量を３μＷで行っているが、照射量を６μＷでは略半分の時間で、照射量を１．５μＷでは略２倍の時間を要することが実験により分かった。照射量を高くするとエッチング速度が速くなり、コントロールが難しいが大きい欠陥の除去に適している（処理停止の精度をあまり必要としない場合）。一方、照射量を低くするとエッチング速度も低くなり、微小な欠陥の除去に適する（処理停止の精度が必要な場合）。これは２６６ｎｍでの照射の例であるが、他の波長を用いた場合においても同様の傾向が見られた。このように被加工対象となる欠陥，寸法により照射量を切換えて加工を行うこともできる。また、これにより処理時間が適時変るのは上述の通りである。
【００５７】
窒素エア，酸素エアの供給を望ましくは図５（ａ）〜（ｃ）の如く、供給ノズルに対して対物レンズを挟み対向する側に吸引ノズルを設けて、吸引ノズルで吸気しつつ供給ノズルから酸素ガスを供給すると良い。こうすることで速やかに雰囲気の置換を行うことができる。
【００５８】
本実施形態では不活性ガスに窒素を用いたが、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒなどを用いて３５０ｎｍ以下で、且つそれぞれ元素が吸収を持たない波長域のＤＵＶ光を照射して観察した場合においても窒素ガスを用いた場合と同様にダメージを与えずに観察することができた。また、酸素エアは１００％の酸素である必要は無い。大気程度の酸素濃度（約２０％）であっても十分に修正を行うことができた。また、酸化性ガス成分としてオゾンを含むものを用いても同様の効果が得られた。
【００５９】
また、本実施形態ではＤＵＶ光として２６６ｎｍの光を用いているが、これに限ることは無い。種々の光源と感光性樹脂膜を用いて修正の可否を調べたところ、３５０ｎｍ以下の光であって、感光性樹脂膜が吸収を持つ波長の光を酸化性雰囲気で照射すれば十分に修正を行うことができた。但し、パターンの検査に関しては、パターンを露光する際に用いた露光波長と同等若しくはそれよりも短い波長の方が望ましい。
【００６０】
上記のようにして作製した被処理基板に対して引き続き、該基板を通常のエッチング条件にて、レジストパターンをマスクとしてエッチング（ＲＩＥ）処理を行った。ＲＩＥ処理後においてもブリッジ欠陥に起因するショートは全く見られず、また線幅の補正をレジストプロセスの段階で行ったため、ゲート線幅の精度も良好で、信頼性の高いデバイスを作製することができた。
【００６１】
本実施形態は感光性樹脂にレジストを用いた場合であるが、感光性樹脂として感光性ポリイミドを用いた場合においても、不活性ガス雰囲気下でのＤＵＶ光観察で、パターンにダメージを与えず行うことができ、感光性樹脂に対する反応が活性な元素を含む雰囲気に切換えた修正により欠陥の除去、ポリイミドパターンの削刻修正などを行うことができた。
【００６２】
次に、本実施形態における寸法補正とＣＤスリミングについて詳細に述べる。
【００６３】
寸法若しくは形状の測定は窒素雰囲気にて行うが、これによりＤＵＶ照射によるレジスト表面で起こる化学変化を抑制することができ、レジスト膜へのダメージを防ぐことができる。実際、窒素雰囲気でのＤＵＶ観察ではレジストパターンへのダメージは無く、更にＲＩＥ後のパターンでも加工不良などのダメージは全く確認されなかった。実験ではレジストパターンに対して、窒素ガス雰囲気中でのＤＵＶ照射では、図７に示すように、照射３０秒後でＣＤ変化１％以内であった。ＲＩＥ後では、ＤＵＶ照射時間３０秒で約０．７％と他の工程による寸法バラツキの範囲内であった。
【００６４】
寸法測定の結果、異常が検出された場合、つまり測定値が管理上限よりも大きい場合には、ＤＵＶを照射したまま、吹き付けるエアを窒素から酸素を含むエアに切り替えることで、直ちに補正を行う。ＤＵＶ照射された領域に酸素を供給し続けることで、その領域のレジスト、或いは反射防止膜等の下地の化学変化を促進し、ＲＩＥ時のエッチング選択比を変化させることができる。これを利用し酸素雰囲気でのＤＵＶ照射強度と照射時間を適切に選ぶことで、ＲＩＥ後のパターンの寸法を制御することができる。実験では、酸素雰囲気でのＤＵＶ３０秒照射でレジストパターンのＣＤスリミングは、図７に示すように１５％程度であった。このパターンをマスクとしたＲＩＥ後のパターンでは、ＣＤスリミングは１３％程度であった。
【００６５】
なお、ＣＤスリミングは、必ずしも被処理基板の主面全面に渡って行う必要はなく、ブロック，チップ，被処理基板単位で一括して行っても良い。デバイスと特定のブロックのみ一律ＲＩＥ後で略２０％寸法を細らせる場合には、その領域のみ光を照射するようマスキングし、反応活性雰囲気下で４５秒の照射を行うとよい。このような場合としては、システムオンチップの中のロジック部のみ細らせる場合などが挙げられる。
【００６６】
また、チップ単位で一律寸法を細らせる手法は、露光装置の解像限界近くのパターンを作製する場合などに用いられる。また、チップ内で徐々に寸法を細らせる場合がある。例えば、設計上同一寸法のパターンになるはずのものが現像の不均一性によりチップ内で寸法が変化する場合、チップ内の粗密差のためにＲＩＥ工程でチップの内部で寸法が変化する場合などである。
【００６７】
これらの場合で、寸法がチップ全体で変動している場合には、変動量に応じた照射量補正を行いつつスリミングするとよい。照射光源にスリット状の絞りを設け、この像をチップ上に転写し、被処理基板の移動速度をレジスト寸法の太さに応じて変化させ、太いほどゆっくり動かすと良い。又は、照射量をレジスト寸法の太さに応じて変化させ、太いほど照射量を多くすると良い。これらいずれの操作も、残しパターンの寸法が太いほど、照射エネルギーを高くするよう制御が行われている。
【００６８】
次に、前記図６（ｂ）に示すようなラフネスパターン形状の修正について説明する。
【００６９】
窒素雰囲気中でのレジストパターン形状測定の結果、許容値よりも悪いレジストパターン形状のラフネス値が計測された場合、吹き付けるエアを窒素から酸素を含むエアに切り替え、ＤＵＶを適当な強度、適当な時間照射することでレジスト或いは反射防止膜等の下地の化学変化を促進させることができる。そして、レジスト形状，ＲＩＥ耐性を変化させるために、ＲＩＥ後のパターンラフネスを向上させることができる。
【００７０】
本発明者らの実験では、形状補正のために５秒程度のＤＵＶ照射を施した。これにより、ＲＩＥ後のパターンＣＤは３％程度減少したが、ラフネスは約２０％改善した。
【００７１】
次に、前記図６（ａ）に示すような有機物付着欠陥を修正する方法について説明する。
【００７２】
ＤＵＶを光源とする欠陥検査装置で、検出された有機物付着欠陥やパターン間をまたぐブリッジング欠陥等に対し、その場で酸素を含むエアを吹きつけながらＤＵＶ照射することで付着有機物を分解除去することができる。同時にモニター観察を行い、欠陥個所が適正な補正がされたことが確認できると同時に、ＤＵＶ照射を止めることで欠陥検査とその補正を同時に行うことができる。これにより、ＲＩＥ後の配線ショート欠陥を著しく低減させることができる。本発明者らの実験では、通常５〜１０個程度みられていた配線ショート欠陥が、この方法により０個となった。
【００７３】
このように本実施形態によれば、レジストパターンが形成された基板をＤＵＶ光学測定機器により検査し、寸法，形状，欠陥等異常が検出された個所を酸素雰囲気でＤＵＶ照射することで、ＲＩＥ後の寸法，形状，欠陥の制御を行うことができる。また、レジストパターンや感光性ポリイミドパターンなどを形成後に特定の領域へ酸素雰囲気下でＤＵＶを一括照射することで、ＲＩＥ後のＣＤスリミングを容易に行うことができる。これにより、リワーク低減によるコスト削減、歩留まりの大幅な向上、次世代露光装置を必要としないＩＣの高集積化が可能となる。
【００７４】
（第２の実施形態）
本実施形態では、基板面一括補正について説明する。
【００７５】
第１の実施形態では、ＤＵＶランプを用いて、観察・測定と同時にチップ内の局所的な寸法補正，形状補正，欠陥補正を行う例を説明したが、以下のような場合には、局所的な補正ではなく、被処理基板主面全体若しくは特定のバルク領域（チップ内全体やチップ内の特定のブロック）へのＤＵＶの一括照射が必要である。
【００７６】
(1) 例えば７０ｎｍ以下ＣＤを持つレジストパターンを形成する場合、現行のリソグラフィ技術ではトレランスが無いため１００ｎｍ程度のレジストパターンを形成し、その後、エッチングにより７０ｎｍ以下のＣＤを持つパターンを形成させる方法をとっている。この場合、酸素雰囲気中で基板全面へＤＵＶを一括照射することで、パターン寸法を所望の値までスリミングすることができる。
【００７７】
(2) また、基板面内でのＣＤ均一性が保たれているがロット内の基板面間での寸法差が許容範囲を超えた場合、基板主面全体をＤＵＶで照射し、面間での寸法補正を行うことができる。これらは、ＲＩＥ後の寸法変動も考慮して行うことができる。
【００７８】
具体的には、図８のフローチャートに示すように、まず基板上に被加工膜を形成した被処理基板を用意する（ステップＳ８１）。そして、被加工膜上にレジスト膜（感光性樹脂膜）を形成した後、所望パターンを露光し、熱処理，現像処理を施すことによりレジストパターンを形成する（ステップＳ８２）。このレジストパターンのＣＤは、現行のリソグラフィでトレランス良く形成できる、例えば１００ｎｍとする。
【００７９】
次いで、ＤＵＶをプローブとする光学式測定器により、レジストパターンの寸法及び形状を検査する（ステップＳ８３）。ここで、上記(1) のように全体のＣＤスリミングを行う場合は、窒素等の不活性ガスではなく、レジスト表面へ酸素を常に供給できるよう雰囲気の制御を行う。これにより、ＣＤスリミングが行われる（ステップＳ８４）。このＣＤスリミングにより、レジストパターンのＣＤを、例えば７０ｎｍにすることができる。
【００８０】
これ以降は、第１の実施形態と同様に、ＣＤスリミング後のレジストパターンをマスクに被加工膜を選択エッチングする（ステップＳ８５）。これにより、従来法では得られかった高い精度で微細な被加工膜パターンが形成されることになる（ステップＳ８６）。
【００８１】
このように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、レジストパターンへＤＵＶを照射することで、レジストのＣＤスリミングが行われる。そしてこの場合、ランプ光を用いることで、基板主面全面或いは特定のバルク領域に均一に照射することができ、基板面上のパターン全体を現行のリソグラフィの技術的な限界よりも微細な所望のＣＤに補正することができる。
【００８２】
本発明者らの実験の結果、第１の実施形態と同様に３０秒照射で約１５％ＣＤスリミングを行うことができた。照射エネルギーは１〜３Ｊ／ｃｍ² 程度であった。上記のように３０％のＣＤスリミングを行うのためには約１分のＤＵＶ照射が必要であった。但し、エネルギーの値はＣＤスリミング量やレジスト等に依存するので、この値に限らない。
【００８３】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。被処理基板に照射する光源としては、第１の実施形態では顕微鏡に内在するプローブ光源、第２の実施形態ではランプ光を用いたが、均一な照射が可能であるならば特に光源の種類にはこだわらない。均一な照射のためには、光源から照射される光の強度の均一な部分をアパーチャやスリットにより切り取り、これをスキャン法などにより被処理基板に照射することが望ましい。
【００８４】
また、スリミング領域に照射する照射光は、照射領域の感光性樹脂パターン寸法が所望寸法になるよう、光強度プロファイルが調整されているのが望ましい。さらに、スリット状の照射光をスリミング領域に沿って走査する場合、照射領域の感光性樹脂パターン寸法が所望寸法になるよう、スリット内の光強度プロファイル又は走査速度を調整するのが望ましい。また、スリミング領域としては、基板全面，基板内のパターン領域，チップ領域，或いはチップ内の特定領域の何れかなど、必要に応じて適宜定めればよい。
【００８５】
また、光源としては第１の実施形態では２６６ｎｍの単色光、第２の実施形態では２６６ｎｍを含むブロードな光を用いたが、レジストへの吸収などによる顕著なダメージがなく、実施形態同様の効果が得られるならば、２６６ｎｍに限らず、単色や白色等にもこだわらない。また、被処理基板は必ずしも基板上に被加工膜が形成されたものである必要はなく、基板そのものであっても良い。この場合、基板上に直接レジストパターンが直接形成されることから、レジストパターンをマスクとしたエッチングは基板の加工に供されることになる。
【００８６】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査し、検出された異常箇所に対し感光性樹脂が吸収性を持つ波長の光を照射して該パターンの形状を変形させることにより、感光性樹脂パターンの異常を部分的に補正することができ、リワーク基板を無くして製造コストの低減に寄与することができる。
【００８８】
特に、検査工程及び補正工程において深紫外光を光源とした同一の光学式装置を用い、ガスの切り替えにより同一チャンバ内で検査工程に引き続いて補正工程を行うことにより、上記補正を連続して行うことができ、これによりプロセスの簡略化及び迅速化を図ると共に、製造コストの低減をはかることもできる。
【００８９】
また、上記と同様の方法で、エッチングとは異なる方法でＣＤスリミングを行うことができ、寸法を容易に制御でき、十分なトレランスを持つパターン形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるパターン形成方法を説明するためのフローチャート。
【図２】従来方法によるパターン形成方法を説明するためのフローチャート。
【図３】第１の実施形態に用いられる光学式測定器の一例を示す図。
【図４】光学式測定器における雰囲気制御部の構成例を示す断面図。
【図５】光学式測定器における雰囲気制御部の具体例を示す平面図。
【図６】レジストパターンの各種異常を示す模式図。
【図７】ＤＵＶ照射によるＣＤスリミングの窒素雰囲気と酸素雰囲気との違いを示す特性図。
【図８】第２の実施形態に係わるパターン形成方法を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
３１…被処理基板
３２…試料ステージ
３３…照射／加工光源
３４…光学系
３５…絞り
３６…ハーフミラー
３７…対物レンズ
３８…ＣＣＤカメラ
３９…照射光制御ユニット
４０…検査／補正位置
４１，５１…ガス導入部
４２，５２，５２ａ，５２ｂ…排気部
５１ａ…不活性ガス導入部
５１ｂ…活性ガス導入部
６１…レジストパターン
６３…ブリッジング欠陥
６５…ラフネスの悪くなっていた領域
６７…設計パターン

Claims (20)

1. 被処理基板の主面上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に所望パターンを露光する工程と、前記感光性樹脂膜を現像して感光性樹脂パターンを形成する工程と、前記感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査する検査工程と、前記検査工程により検出された異常箇所に対して補正処理を施す補正工程とを具備し、
   前記検査工程及び補正工程において、前記パターンを露光する際に用いた光の波長と同等又はそれよりも短い波長の光を光源とした同一の光学式装置を用い、同一チャンバ内で前記検査工程に引き続いて前記補正工程を行い、
   且つ前記検査工程は、前記感光性樹脂パターンへの光照射観察領域に前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、前記チャンバ内の雰囲気を制御しつつ前記感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査する工程であることを特徴とするパターン形成方法。
2. 被処理基板の主面上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に所望パターンを露光する工程と、前記感光性樹脂膜を現像して感光性樹脂パターンを形成する工程と、前記感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査する検査工程と、前記検査工程により検出された異常箇所に対して補正処理を施す補正工程とを具備し、
   前記検査工程及び補正工程において深紫外光を光源とした同一の光学式装置を用い、同一チャンバ内で前記検査工程に引き続いて前記補正工程を行い、
   且つ前記検査工程は、前記感光性樹脂パターンへの光照射観察領域に前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、前記チャンバ内の雰囲気を制御しつつ前記感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査する工程であることを特徴とするパターン形成方法。
3. 前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給しつつ前記検査工程を行い、前記感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を確認した後、直ちに供給ガスを前記感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスに切り替えて、検出された異常箇所に対して補正処理を施すことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形成方法。
4. 前記補正工程は、前記感光性樹脂パターンへの光照射補正領域に前記感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスを供給し、前記チャンバ内の雰囲気を制御しつつ補正処理を施す工程であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のパターン形成方法。
5. 前記補正工程における補正量を設定する際に、前記ガス中の感光性樹脂の化学反応を促進させる元素の濃度，処理時間，光照射エネルギーの何れかを調整することを特徴とする請求項４記載のパターン形成方法。
6. 被処理基板の主面上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に所望パターンを露光する工程と、前記感光性樹脂膜を現像して感光性樹脂パターンを形成する工程と、前記感光性樹脂パターンのスリミング領域を検出する工程と、前記検出されたスリミング領域に対して前記感光性樹脂パターンを所望の寸法に仕上げるためのスリミング処理を施す工程とを具備し、
   前記スリミング領域を検出する工程及びスリミング処理を施す工程において、前記パターンを露光する際に用いた光の波長と同等又はそれよりも短い波長の光を光源とした同一の光学式装置を用い、同一チャンバ内で前記スリミング領域を検出する工程に引き続いて前記スリミング処理を施す工程を行い、
   且つ前記スリミング領域を検出する工程は、前記感光性樹脂パターンへの光照射領域に前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、前記チャンバ内の雰囲気を制御しつつスリミング領域を検出する工程であることを特徴とするパターン形成方法。
7. 被処理基板の主面上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜に所望パターンを露光する工程と、前記感光性樹脂膜を現像して感光性樹脂パターンを形成する工程と、前記感光性樹脂パターンのスリミング領域を検出する工程と、前記検出されたスリミング領域に対して前記感光性樹脂パターンを所望の寸法に仕上げるためのスリミング処理を施す工程とを具備し、
   前記スリミング領域を検出する工程及びスリミング処理を施す工程において、深紫外光を光源とした同一の光学式装置を用い、同一チャンバ内で前記スリミング領域を検出する工程に引き続いて前記スリミング処理を施す工程を行い、
   且つ前記スリミング領域を検出する工程は、前記感光性樹脂パターンへの光照射領域に前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、前記チャンバ内の雰囲気を制御しつつスリミング領域を検出する工程であることを特徴とするパターン形成方法。
8. 前記スリミング領域は、基板全面，基板内のパターン領域，チップ領域，チップ内の特定領域の何れかであることを特徴とする請求項６又は７記載のパターン形成方法。
9. 前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスとして、窒素又は、アルゴン，ネオン，クリプトン，ヘリウム，キセノンの何れかを用いたことを特徴とする請求項１〜３，６，７の何れかに記載のパターン形成方法。
10. 前記スリミング処理を施す工程は、前記基板上の所望領域へ前記感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスを供給し、前記チャンバ内の雰囲気を制御しつつ前記感光性樹脂パターンをスリミング処理する工程であることを特徴とする請求項６又は７記載のパターン形成方法。
11. 前記感光性樹脂の化学反応を促進させる元素を含むガスとして酸素を用いたことを特徴とする請求項４又は１０記載のパターン形成方法。
12. 前記スリミング処理を施す工程に用いる照射光は、照射領域の感光性樹脂パターン寸法が所望寸法になるよう、光強度プロファイルが調整されていることを特徴とする請求項６又は７記載のパターン形成方法。
13. 前記スリミング処理を施す工程は、スリット状の照射光をスリミング領域に沿って走査するものであって、照射領域の感光性樹脂パターン寸法が所望寸法になるよう、スリット内の光強度プロファイル又は走査速度が調整されることを特徴とする請求項６又は７記載のパターン形成方法。
14. 請求項１乃至１３の何れかに記載のパターン形成方法を用いて被処理基板上に形成された感光性樹脂パターンをマスクに用い、前記被処理基板を選択的にエッチングする工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 主面上に感光性樹脂パターンが形成された被処理基板を搭載するステージと、
    前記ステージを水平方向の少なくとも２方向に移動させる移動手段と、
    深紫外光の光源を有し、前記被処理基板の主面に深紫外光を照射しつつ、前記感光性樹脂パターンの寸法又は形状の異常を検査する検査手段と、
    前記光源からの深紫外光を所定のマスクを介して前記被処理基板の補正すべき領域に選択的に照射し、前記感光性樹脂パターンの異常箇所を補正する補正手段と、
    前記被処理基板の主面上の空間に、前記検査手段による検査動作においては前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、前記補正手段による補正動作においては前記感光性樹脂の化学反応を活性にさせるガスを供給し、該被処理基板の主面上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パターン検査補正装置。
16. 前記雰囲気制御手段は、前記検査／補正手段の動作状況に応じて、該検査／補正手段が検査を開始する前に、前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給して雰囲気形成し、検査が終了して補正を開始するまでの間に、前記感光性樹脂の化学反応を活性にさせるガスを供給して雰囲気形成できるよう、ガス切換え手段が具備されていることを特徴とする請求項１５記載のパターン検査補正装置。
17. 前記ガス切換え手段は、前記検査／補正手段の対物レンズを挟んで水平方向に対向配置されたガス供給手段と排気手段により構成されることを特徴とする請求項１５記載のパターン検査補正装置。
18. 主面上に感光性樹脂パターンが形成された被処理基板を搭載するステージと、
    前記ステージを水平方向の少なくとも２方向に移動させる移動手段と、
    深紫外光の光源を有し、前記被処理基板の主面に深紫外光を照射しつつ、前記感光性樹脂パターンのスリミングすべき領域を検出するスリミング領域検出手段と、
    前記光源からの深紫外光を前記被処理基板のスリミング領域に照射し、前記感光性樹脂パターンにスリミング処理を施すスリミング処理手段と、
    前記被処理基板の主面上の空間に、前記スリミング領域検出手段による検出動作においては前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給し、前記スリミング処理手段によるスリミング動作においては前記感光性樹脂の化学反応を活性にさせるガスを供給し、該被処理基板の主面上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パターンスリミング装置。
19. 前記雰囲気制御手段は、前記スリミング領域検出／スリミング処理手段の動作状況に応じて、該検出／処理手段が検出を開始する前に、前記感光性樹脂の化学反応を不活性にさせるガスを供給して雰囲気形成し、検出が終了してスリミング処理を開始するまでの間に、前記感光性樹脂の化学反応を活性にさせるガスを供給して雰囲気形成できるよう、ガス切換え手段が具備されていることを特徴とする請求項１８記載のパターンスリミング装置。
20. 前記ガス切換え手段は、前記スリミング領域検出／スリミング処理手段の対物レンズを挟んで水平方向に対向配置されたガス供給手段と排気手段により構成されることを特徴とする請求項１９記載のパターンスリミング装置。

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