JP3796796B2

JP3796796B2 - 化学増幅レジストパターンの形成方法および装置

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Publication number: JP3796796B2
Application number: JP3885296A
Authority: JP
Inventors: 博之中野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: JPH09211870A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程における化学増幅レジストパターンの形成方法および装置に関する。より詳しくは、基板面平坦化のためのＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストを用いてパターニングを行うパターン形成方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程において、アルミニウム等の電極あるいは配線パターンを形成後このアルミニウムパターンは絶縁膜で覆われる。この絶縁膜は例えばＰ−ＴＥＯＳ（Ｐｌａｓｍａ−ＴｅｔｒａＥｔｈｏｘｙＳｉｌａｎｅ）により形成される。このＰ−ＴＥＯＳ膜は、下地のパターン形状に従って表面に凹凸が形成されるため、その表面平坦化のためにＴＥＯＳ膜を形成後ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎ
Ｇｌａｓｓ）が塗布される。
【０００３】
図１２は、このような表面平坦化プロセスのフローチャートである。まず基板（ウエハ）上に形成したアルミニムムパターン上に、プラズマＣＶＤ等によりＴＥＯＳ膜を形成する（ステップＳ１１）。次にこのＴＥＯＳ膜上にスピンコータによりＳＯＧを塗布する（ステップＳ１２）。続いて、酸素または窒素ガス雰囲気中で或いは真空中で炉内加熱処理が行われキュアして硬化させる（ステップＳ１３）。次に、ステップＳ１４において、ＲＩＥ等により表面全体にエッチバック処理を施す。これにより表面が平坦化し下地のＴＥＯＳに応じて表面に有機ＳＯＧが残る。続いて、酸素プラズマ等を用いたアッシングプロセスにより表面の改質処理を施す（ステップＳ１５）。これにより基板上にＳＯＧ酸化膜が形成される（ステップＳ１６）。なお、プロセス条件や平坦化の程度によっては、ステップＳ１３の炉内処理によりＳＯＧ酸化膜を形成してもよい。このようなＳＯＧ酸化膜をエッチバックすることにより基板表面が平坦化し、パターンに基づく段差がなくなりリソグラフィのマージンを向上させて高精度のパターニング制御が可能になる。
【０００４】
このようなＳＯＧ酸化膜を含む絶縁膜には、アルミニウムパターンとの配線接続等のためにコンタクトホールが形成される。このようなコンタクトホールは、レジストを用いたパターニングプロセスによるフォトリソグラフィ処理により形成される。この場合、ＫｒＦエキシマレーザを用いたリソグラフィプロセスにおいては、低露光量でも感度よく微細パターンを形成できる化学増幅系のレジストが、従来のノボラック系のレジスト（ｇ，ｉ線）に代り、主として用いられている。この化学増幅系のレジストは、露光部分に酸が発生し、この酸が連鎖反応をおこすことにより、小さい露光エネルギーでパターンを形成できるという長所をもっている。このため、この化学増幅系レジストは、連続光を発するランプや、パルスのエネルギーが小さいＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）のエキシマリソグラフィにおいては必須のレジストとなっている。
【０００５】
このような化学増幅系レジストとして、ポジ型化学増幅レジストには、ｔ−ブトキシカルボニル基を用いて脱保護反応を利用したものや、ポリフタルアルデヒドを用いて解重合したものがある。また、ネガ型化学増幅レジストには、アルコキシメチルメラミンを用いて縮合反応を利用したものがある。
【０００６】
以下の化学式（１）および（２）はこのような化学増幅レジスト反応の一例を示す。
【０００７】
【化１】

【０００８】
【化２】

【０００９】
上記化学式（１）で示すように、オニウム塩からなる酸発生剤に光を照射することにより光分解して酸を生ずる。この酸が、化学式（２）で示すように、アルカリに不溶で非極性有機溶媒に可溶なＰＢＯＣＳＴの図中点線部分に作用し、これを分解してアルカリに可溶なＰＨＳを生成する。このように、光照射により、アルカリ現像液に対し可溶部分と不溶部分とを作ることによりレジストによるパターンマスクを構成することができる。この場合、パターニングの下地基板は、ＳＯＧやＴｉＮあるいはＳｉ3 Ｎ4 等であり、これらの下地基板上に化学増幅レジストのパターンが形成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の化学増幅レジストは、低エネルギーの光でも高感度で露光できるという利点がある反面、下地基板に対する依存性が大きく、ポジ型レジストを用いた場合には、パターンの基板境界部が広がっていわゆる裾引き状態となり、またネガ型レジストを用いた場合には、逆にパターンの基板境界部にくびれを生ずる。
【００１１】
図９は、このような化学増幅レジストパターンの断面形状を示す。（Ａ）はポジ型レジストを示し、（Ｂ）はネガ型レジストを示す。基板１上にレジストパターン２を形成した場合、ポジ型レジストではＡ部に裾広がり（裾引き）が形成され、ネガ型レジストではＢ部にくびれが形成される。
【００１２】
この理由は、ＴｉＮあるいはＳｉ3 Ｎ4 の下地基板上にパターンを形成した場合、図１０に示すように、基板１中のＮの孤立電子対によって、化学増幅レジスト２中のＨ+イオンが基板中に取込まれ、基板界面付近のレジスト内Ｈ+イオンが失活するためと考えられている。
【００１３】
また、ＳＯＧの下地基板についてみると、ＳＯＧ膜は、Ｓｉ系の無機物や有機物を塗布後、これをベーキングしてＳＯＧをもとにした酸化物を形成したものである。このようにして成膜したＳＯＧ酸化膜は、図１１に示すように、基板（ＳＯＧ酸化膜）１が密度的に疎な膜であって、基板内に空隙３が形成される。この空隙３内にレジスト２のＨ+ イオンが取込まれ、基板界面付近のレジスト内Ｈ+ イオンが失活して裾引きを起こすものと考えられている。
【００１４】
このような化学増幅レジストに特有な基板依存性の問題に対処するために、従来、下地基板上に、反射防止膜のような有機膜を形成する方法や酸化膜を形成する方法、あるいは基板をアッシング処理や溶液処理により改質する方法等が提案されているが、現在まで有効な方法は開発されてなく、化学増幅レジストを用いたパターンの精度を充分向上させることができなかった。
【００１５】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、特にＳＯＧの下地基板上に化学増幅レジストパターンを形成する場合に、レジストパターンの裾広がりを防止し、パターニング精度の向上を図った化学増幅レジストパターンの形成方法および装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第１の化学増幅レジストパターンの形成方法は、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、基板上にＳＯＧを塗布する。次に、第２工程では、未固化の状態でＳＯＧを加熱することで、ＳＯＧの脱水処理を行う。次いで、第３工程では、加熱および加圧下で、脱水処理されたＳＯＧの緻密化処理を行う。続いて、第４工程では、緻密化処理されたＳＯＧを酸化することで、ＳＯＧ酸化膜を形成する。その後の第５工程では、ＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストを塗布し、パターニングすることで、化学増幅レジストパターンを形成する。
また、本発明の第２の化学増幅レジストパターンの形成方法は、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、基板上にＳＯＧを塗布する。次に、第２工程では、未固化の状態でＳＯＧを加熱することで、ＳＯＧの脱水処理を行う。次いで、第３工程では、脱水処理されたＳＯＧが設けられた基板の表面をプレスにより押圧することでＳＯＧの緻密化処理を行う。続いて、第４工程では、緻密化処理されたＳＯＧを酸化することで、ＳＯＧ酸化膜を形成する。その後の第５工程では、ＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストを塗布し、パターニングすることで、化学増幅レジストパターンを形成する。
【００１７】
ＳＯＧの緻密化により、ＳＯＧ基板内の空隙がなくなりレジスト中のＨ+ イオンが基板中の空隙に取込まれることがなく、レジストパターンの裾広がりが防止される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
好ましい実施の形態においては、前記ＳＯＧの緻密化処理は、窒素、酸素、空気または不活性ガスの雰囲気中で行うことを特徴としている。
【００１９】
さらに好ましい実施の形態においては、前記ＳＯＧの緻密化処理は、加熱および／または加圧下で行うことを特徴としている。
【００２０】
別の好ましい実施の形態においては、前記ＳＯＧの緻密化処理は、基板面を押圧するプレスを用いて行うことを特徴としている。
【００２１】
さらに別の好ましい実施の形態においては、前記ＳＯＧの緻密化処理の前に、赤外光を照射することを特徴としている。
【００２２】
さらに別の好ましい実施の形態においては、前記ＳＯＧの緻密化処理は、基板上に塗布したＳＯＧに赤外光を照射し、その後基板面を押圧するプレスを用いて行うことを特徴としている。
【００２３】
本発明における第１の化学増幅レジストパターンの形成装置は、基板上に形成されたＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストパターンを形成する化学増幅レジストパターンの形成装置において、ＳＯＧが塗布された基板を加熱する加熱手段が設けられた予備加熱室と、予備加熱室から搬送された基板上のＳＯＧの緻密化処理を行うチャンバとを備え、このチャンバは、チャンバ内に窒素、酸素、空気または不活性ガスを供給するガス供給手段と、チャンバ内を加熱および加圧する手段とを有している。
【００２４】
また、本発明の第２の化学増幅レジストパターンの形成装置は、基板上に形成されたＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストパターンを形成する化学増幅レジストパターンの形成装置において、ＳＯＧが塗布された基板を加熱する加熱手段が設けられた予備加熱室と、予備加熱室から搬送された基板上の前記ＳＯＧの緻密化処理を行うチャンバとを備え、このチャンバは、チャンバ内に搬送された前記基板の表面を押圧するプレスを有していることを特徴としている。
【００２６】
【実施例】
図１は本発明に係る化学増幅レジストパターン形成方法の第１の実施例の説明図であり、図２はそのフローチャートである。
【００２７】
パターニングすべき複数枚の半導体基板（ウエハ）１がキャリア２に収容され搬送される。ウエハ１は、キャリア２から１枚づつ取り出され、スピンコータ室３内でＳＯＧ４がスピンコートにより基板上面に塗布される（図２のステップＳ１）。次にステップＳ２に移り、このＳＯＧを塗布したウエハ１を予備加熱室５内のヒータ６上に載置して、例えば、５００℃±３００℃程度で予備加熱して、ＳＯＧが固化される前に脱水処理を施す。これにより、ＳＯＧにある程度の粘性がある状態で、ＳＯＧ膜が疎になる原因となる水分を除去することができる。
【００２８】
続いて、ステップＳ３において、石英キャリア２に収容した複数枚のウエハ１を、加熱チャンバ７内に搬入し、緻密化処理を行う。このチャンバ７は、例えばカーボンその他の耐熱材料製であって内部にヒータが埋設あるいは設置されている。この緻密化処理は、窒素（Ｎ2 ）、酸素（Ｏ2 ）、空気またはＨｅ，Ａｒ等の不活性ガスの雰囲気で行う。この場合、チャンバ内圧力は、０．１〜１００ＭＰａの間で加圧する。また、温度は１０００℃程度（またはそれ以下）に加熱することが好ましい。このような加熱および／または加圧によるチャンバ内処理により、予め予備加熱により脱水処理されたウエハのＳＯＧ膜は、脱水による効果とあいまって、密な膜が形成され、前述の図１１に示したような空隙は形成されない。
【００２９】
このように緻密化されたＳＯＧ膜をアッシングしてＳＯＧ酸化膜を形成する（ステップＳ４）。その後、このＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストを用いて、パターンを形成する（ステップＳ５）。
【００３０】
図３は本発明の第２の実施例の説明図であり、図４はそのフローチャートである。この実施例では、予備加熱後のウエハの緻密化処理のステップＳ３を、チャンバ７内でウエハを１枚づつ台９上に搭載しプレス８により上から押圧して行う。このように、ウエハ１を上下から挟みこんでプレスする２軸性のプレス装置により、ウエハ１に対し０．１〜１００ＭＰａの圧力を付与する。これにより、ウエハ１のＳＯＧ膜が緻密化し空隙発生が防止される。その他のステップの構成および作用効果は、前述の第１の実施例と同様である。
【００３１】
図５は本発明の第３の実施例の説明図であり、図６はそのフローチャートである。この実施例では、前述の第１の実施例におけるヒータによる予備加熱ステップＳ２を、赤外線照射ステップＳ２’としたものである。このステップＳ２’における赤外光は７００ｎｍ以上の波長である。この赤外光の波長は、ＳＯＧの種類に応じて最適なものを選定する。照射時間は１〜１５分程度とし、ＳＯＧの液性が残っている状態で赤外光の照射を停止する。このような赤外光照射により、前述のヒータによる予備加熱と同様に、ＳＯＧ固化後の空隙発生の原因となる水分がＳＯＧ基板中から除去される。この後第１実施例と同様に緻密化処理が施される（ステップＳ３）。その他のステップの構成および作用効果は前述の第１の実施例と同様である。
【００３２】
図７は本発明の第４の実施例の説明図であり、図８はそのフローチャートである。この実施例は、上記第３の実施例における赤外線照射ステップＳ２’の後の緻密化ステップＳ３を、前記第２実施例と同様に、２軸性のプレスを用いてウエハを押圧することにより行うものである。その他のステップの構成および作用効果は上記第３の実施例と同様である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、ウエハ上にＳＯＧを塗布した後に、これを酸化する前に、予備加熱により脱水処理を施すとともに加熱／加圧またはプレスにより緻密化処理を施しているため、空隙のない密なＳＯＧ酸化膜が得られ、化学増幅レジストパターンを形成した際、レジスト中のＨ+ イオンがＳＯＧ酸化膜側に取込まれることがなく、従ってパターンの裾広がりが防止され精度の高いレジストパターンを形成することができる。これにより、レジストパターニングの際の露光フォーカスのマージンを大きくすることができ露光制御がしやすくなるとともに、エッチングのマージンが広がって高密度のパターンが形成可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の方法説明図である。
【図２】第１実施例のフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施例の方法説明図である。
【図４】第２実施例のフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施例の方法説明図である。
【図６】第３実施例のフローチャートである。
【図７】本発明の第４実施例の方法説明図である。
【図８】第４実施例のフローチャートである。
【図９】従来の化学増幅レジストパターンの断面図である。
【図１０】従来のＴｉＮあるいはＳｉ3 Ｎ4 基板上に形成したレジストパターンの裾広がりの説明図である。
【図１１】従来のＳＯＧ基板上に形成したレジストの断面図である。
【図１２】ＳＯＧによる平坦化処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１：ウエハ、２：キャリア、３：スピンコート室、４：ＳＯＧ、５：予備加熱室、６：ヒータ、７：チャンバ。

Claims

基板上にＳＯＧを塗布する第１工程と、
未固化の状態で前記ＳＯＧを加熱することで、当該ＳＯＧの脱水処理を行う第２工程と、
加熱および加圧下で、脱水処理された前記ＳＯＧの緻密化処理を行う第３工程と、
緻密化処理された前記ＳＯＧを酸化することで、ＳＯＧ酸化膜を形成する第４工程と、
前記ＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストを塗布し、パターニングすることで、化学増幅レジストパターンを形成する第５工程とを有する
ことを特徴とする化学増幅レジストパターンの形成方法。
前記第２工程では、５００℃±３００℃で加熱し、
前記第３工程では、１０００℃またはそれ以下で加熱するとともに、０．１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下で加圧する
ことを特徴とする請求項１記載の化学増幅レジストパターンの形成方法。
前記第３工程では、前記ＳＯＧ内の空隙の形成が防止されるように、前記緻密化処理を行う
ことを特徴とする請求項１記載の化学増幅レジストパターンの形成方法。
前記第５工程では、前記化学増幅レジスト中に発生するＨ ⁺ イオンの前記ＳＯＧ酸化膜への取り込みが防止された状態で、パターニングすることで、前記化学増幅レジストパターンを形成する
ことを特徴とする請求項１記載の化学増幅レジストパターンの形成方法。
基板上にＳＯＧを塗布する第１工程と、
未固化の状態で前記ＳＯＧを加熱することで、当該ＳＯＧの脱水処理を行う第２工程と、
脱水処理された前記ＳＯＧが設けられた前記基板の表面をプレスにより押圧することで、前記ＳＯＧの緻密化処理を行う第３工程と、
緻密化処理された前記ＳＯＧを酸化することで、ＳＯＧ酸化膜を形成する第４工程と、
前記ＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストを塗布し、パターニングすることで、化学増幅レジストパターンを形成する第５工程とを有する
ことを特徴とする化学増幅レジストパターンの形成方法。
基板上に形成されたＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストパターンを形成する化学増幅レジストパターンの形成装置において、
ＳＯＧが塗布された前記基板を加熱する加熱手段が設けられた予備加熱室と、
前記予備加熱室から搬送された前記基板上の前記ＳＯＧの緻密化処理を行うチャンバとを備え、
前記チャンバは、当該チャンバ内に窒素、酸素、空気または不活性ガスを供給するガス供給手段と、当該チャンバ内を加熱および加圧する手段とを有している
ことを特徴とする化学増幅レジストパターンの形成装置。
基板上に形成されたＳＯＧ酸化膜上に化学増幅レジストパターンを形成する化学増幅レジストパターンの形成装置において、
ＳＯＧが塗布された前記基板を加熱する加熱手段が設けられた予備加熱室と、
前記予備加熱室から搬送された前記基板上の前記ＳＯＧの緻密化処理を行うチャンバとを備え、
前記チャンバは、当該チャンバ内に搬送された前記基板の表面を押圧するプレスを有している
ことを特徴とする化学増幅レジストパターンの形成装置。