JP3993426B2

JP3993426B2 - 加熱処理装置・方法、フォトマスクの製造方法および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3993426B2
Application number: JP2001367758A
Authority: JP
Inventors: 正光伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003167326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱処理装置・方法、フォトマスクの製造方法、および半導体装置の製造方法に係わり、特にレジストを加熱するための加熱処理装置・方法、ならびにレジストを加熱する工程を有するフォトマスクの製造方法および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの微細化が進に連れ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっている。既に、デバイスの設計ルールは０．１３μｍにまで微細化し、制御しなければならないパターン寸法精度は１０ｎｍ程度と極めて厳しい精度が要求されている。
【０００３】
そのため、近年、半導体製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。その一つとして、パターンの疎密差により、形成するパターン寸法が異なってしまうという問題がある。
【０００４】
例えば、シリコンウェハ上に１３０ｎｍの幅のラインパターンを形成した時に、そのラインパターンの周辺に別の大きなパターンが存在する場合と何もパターンが存在しない場合とで、１３０ｎｍのラインパターンの仕上がり寸法が異なってしまう。このようなパターン疎密差によってパターン寸法が異なってしまう現象は、パターン形成工程の高精度化を妨げる大きな要因の一つとなっている。
【０００５】
上記現象は、近年急速に広まっている化学増幅タイプのレジストに顕著に表れている。化学増幅型レジストは露光装置にてパターンを露光された後、加熱工程を経る。この加熱工程は一般にＰＥＢ（Post Exposure Bake）と呼ばれている。ＰＥＢにより、レジストの中で露光により発生した酸が溶解抑止基を外す時に必要となる熱エネルギーが与えられる。
【０００６】
ここで、ＰＥＢの最中に露光部の化学増幅型レジスト内で発生した酸は蒸散し、この蒸散した酸は上記露光部の周辺の化学増幅型レジストに再付着し、本来の露光で発生する酸以外の酸が再付着する。この再付着した酸は上記露光部の周辺のレジストの露光状態に影響を与える。これが化学増幅タイプのレジストにおいて、パターン疎密差によりパターン寸法が異なるという現象が顕著になる原因だと考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の化学増幅型レジストを使用したフォトリソグラフィ工程は、化学増幅型レジストのＰＥＢにおいて再付着する酸の影響によって、パターン疎密差によってパターン寸法が異なるという問題がある。
【０００８】
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、レジストから蒸散した成分が該レジストに再付着することを防止できる加熱処理装置・方法および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【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、本発明に係る加熱処理装置は、被処理基板を保持する基板保持手段と、前記被処理基板の上方に配置され、前記被処理基板を加熱する基板加熱手段であって、前記被処理基板の一部分を加熱する加熱手段本体と、該加熱手段本体と対向する前記被処理基板の表面に向けて気体を吐出するための第１の開口部および前記被処理基板上の気体を吸引するための第２の開口部とを有する基板加熱手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る加熱処理方法は、被処理基板に対向配置された基板加熱手段を該被処理基板とは所定の距離を保ちつつ移動させながら、前記被処理基板に加熱処理を施す際に、前記基板加熱手段側から前記被処理基板の加熱箇所に向けて気体を吐出するとともに、前記気体を吐出する箇所とは別の箇所で、前記被処理基板上に吐出された気体を吸引し、前記吐出する箇所と前記吸引する箇所との間で生じる気体の流れを前記被処理基板の表面に到達させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上にレジストが形成されてなる被処理基板の前記レジストを露光する工程と、前記被処理基板を本発明に係る加熱処理装置により加熱する工程と、前記基板上のレジストを現像し、パターンを形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、レジストから発生した成分が第１の開口部から吐出された気体とともに、第２の開口部から吸引されることにより、レジストから発生した成分の再付着を防止できるようになる。これにより、レジスト加熱工程での酸などの蒸散による影響を無くし、高精度なパターンを形成することが可能となる。
【００１３】
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。
【００１４】
【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形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る基板加熱処理装置の加熱部（以下、スキャンヒーターと呼ぶ。）を下面（フォトマスク基板と対向する面）から見た平面図である。図２は、基板ホルダーに保持されたフォトマスク基板をスキャンヒーターで加熱している様子を示す断面図である。
【００１６】
本実施形態のスキャンヒーター１は、大きく分けて、フォトマスク基板２上に新鮮な空気を供給するための空気供給スリット３およびフォトマスク基板２上の空気を吸引するための空気吸引スリット４を有する基板５と、基板５の下面に設けられた第１のヒーター６と、空気供給スリット３の側壁に設けられた第２のヒーター７とで構成されている。図中、８はフォトマスク基板２を保持する基板ホルダーを示している。フォトマスク基板２は透明基板上にレジストが形成されたものである。上記レジストは、スキャンヒーター１により加熱される前に、所望のパターンが露光されたものである。
【００１７】
新鮮な空気とは、本実施形態では、クラス１のクリーンエアーをケミカルフィルターにより酸やアルカリなどの微粒子も除去した気体である。アミン濃度は１ｐｐｂ以下になっている。また、このような大気に限らず、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス等でもよい。どのような気体を流すのが良いかは被処理基板の特性により適宜選択するのが好ましい。
【００１８】
空気供給スリット３は、例えばパイプによって図示しない空気供給機構と接続されており、これによりフォトマスク基板２上に新鮮な空気を供給することが可能となっている。空気吸引スリット４は、例えばパイプによって図示しない流量調整弁（例えばエステック製マスフロー）を通して真空ポンプ（例えば荏原製作所製ドライポンプ）と接続されており、これによりフォトマスク基板２上の空気を流量をほぼ一定にしながら吸引することが可能となっている。空気の吸引は真空ポンプに限らずエジェクターなどでも良い。また、流量調整弁もマスフローに限るものではない。
【００１９】
スキャンヒーター１のサイズは、フォトマスク基板２に対しての移動方向と垂直な方向の寸法（長さ）が１８０ｍｍ、移動方向と平行な方向の寸法（幅）が６０ｍｍである。また、空気供給スリット３のサイズは長さ１６０ｍｍ、幅１ｍｍである。そして、空気吸引スリット４のサイズは長さ１６０ｍｍ、幅１ｍｍである。これらのスキャンヒーター１、空気供給スリット３および空気吸引スリット４のサイズは一例であり、上記値に限定されるものではない。
【００２０】
空気供給スリット３はスキャンヒーター１の中央部に一つ形成され、空気吸引スリット４は空気供給スリット３の両側にそれぞれ一つ形成されている。空気供給スリット３内に供給された空気は第２のヒーター７により調温される。これにより、空気供給スリット３から一定の所望の温度の空気がフォトマスク基板２の表面上に吐出される。また、フォトマスク基板２の表面上に吐出された空気は、両脇の空気吸引スリット３からの吸引力により基板表面に沿って流れ、空気吸引スリット３から吸引される。
【００２１】
ここでは、フォトマスク基板２の表面上に吐出される直前の空気を調温したが、あらかじめ調温された空気を空気供給スリット３内に供給する構成にしてもよい。また、空気供給スリット３および空気吸引スリット４の数をそれぞれ１および２としたが、これ以外の数でも構わない。また、開口の形状もスリット上に限らず、丸い形状の穴を複数個並べたものなどでも良い。さらにまた、被処理基板が円形である場合には、スキャンヒーターも円形とし、基板に対して回転させる方法でも良い。
【００２２】
第１のヒーター６はシートヒーターで構成され、その表面は黒色処理したアルマイトとした。第１のヒーター６は、スキャンヒーター１の下面に埋め込まれている。第１のヒーター６の温度は、その内部に埋め込んだ熱電対によりモニターし、一定の温度を保つようにＰＩＤ制御した。
【００２３】
空気供給スリット３と空気吸引スリット４との間隔Ｌ１は１５ｍｍである。また、第１のヒーター６の下面とフォトマスク基板２の表面との間隔（ギャップ）Ｌ２は５０μｍと近接してある。近接することで被処理基板の表面近傍の気体の流速が増し、被処理基板から蒸散してくる物質（酸など）を効率よく除去可能になる。そして、第１のヒーター６からの輻射熱により、フォトマスク基板２の表面が加熱されることで、フォトマスク基板２に対してＰＥＢ等の熱処理が施されることになる。
【００２４】
第１のヒーター６の下面とフォトマスク基板２の表面とのギャップＬ２は、例えば、図３に示すように、スキャンヒーター１に取りつけたレーザーを用いたギャップ測定機構９により測定される。スキャンヒーター１の両端とスキャンステージ１０との間には、ピエゾ素子によりスキャンヒーター１の高さを調整するギャップ調整機構１１が設けられている。このギャップ調整機構１１により、スキャンヒーター１のスキャン中において、ギャップ測定機構９により測定されたギャップ値が一定に保たれるように、スキャンヒーター１の高さが制御される。
【００２５】
次に、上記の如きに構成されたスキャンヒーター１を用いたフォトマスク基板の加熱処理（ＰＥＢ）の例を示す。
【００２６】
まず、ポジ型化学増幅型レジストを５００ｎｍの厚さに塗布してあるＣｒマスクブランクスに、５０ｋｅＶの加速電圧を有した電子ビーム描画装置（東芝機械製、ＥＢＭ３０００）にて、０．１５μｍルールのラインアンドスペース系の１ＧＤＲＡＭパターンを描画し、フォトマスク基板２としての露光済マスクブランクスを得る。
【００２７】
次に、第１のヒーター６の温度を１５０度に設定し、フォトマスク基板２を１１０度で加熱し、スキャンヒーター１のスキャン速度を３ｍｍ／分に設定した。このとき、空気供給スリット３から吐出される空気の温度を第２のヒーター７により１１０℃に温調した。
【００２８】
また、スキャンヒーター１とフォトマスク基板２との間の領域の空気の流速が２ｍ／秒以上になるように、空気供給スリット３に供給する空気の流量と空気吸引スリットから吸引される空気の流量とを調整した。２ｍ／秒以上に設定することにより、フォトマスク基板２の加熱（ＰＥＢ）時に、フォトマスク基板２の露光されたポジ型化学増幅型レジストから発生する酸の再付着を効果的に防止することができる。本実施例では２ｍ／秒の流速としたが、被処理基板の特性により流速を適宜決定するのが望ましい。
【００２９】
第１のヒーター６のスキャン方向の幅は３０ｍｍ（＝２×Ｌ１）であるので、スキャン速度を３ｍｍ／分とした場合には、第１のヒーター６の下面と対向するフォトマスク基板２の表面全体を加熱処理するために要する時間は、１０分となる。
【００３０】
フォトマスク基板２は矩形状の基板ホルダー８に保持される。基板ホルダー８の表面には、フォトマスク基板２の厚さと同じ深さで、フォトマスク基板２よりやや大きく１５３ｍｍ角の窪みが設けられている。フォトマスク基板２は上記窪みにはまるように載せられる。基板ホルダー８は図示しない加熱機構により２３℃に調温されており、フォトマスク基板２の温度を２３℃に保つようにした。
【００３１】
そして、このフォトマスク基板２に対し、図４に示すように、フォトマスク基板２の一端Ａからそれに対向する他端Ｂに向けて、スキャンヒーター１を３ｍｍ／分の一定速度で移動させて、フォトマスク基板２の露光されたポジ型化学増幅型レジストに対して加熱処理を行った。
【００３２】
スキャンヒーター１で加熱処理を開始したときのフォトマスク基板２上の中央の位置での加熱処理の様子は次のようであった。すなわち、スキャンヒーター１の移動開始から約２６分後、スキャンヒーター１の移動方向側の端部（第１のヒータが設けられていない部分）がフォトマスク基板２の中央上空を通過した。これにより、フォトマスク基板２の周辺の空気は、スキャンヒーター１の端部の下面とフォトマスク基板２の表面との間を通り、空気吸引スリット４に向けて流れる。このような空気の流れがフォトマスク基板２の中央部には生じる。
【００３３】
続いて、スキャンヒーター１の移動方向側の端部がフォトマスク基板２の中央上空を通過した５分後に、最初の空気吸引スリット４（スキャンヒーター１の移動方向側の空気吸引スリット４、つまり図２の左側の空気吸引スリット４））がフォトマスク基板２の中央上を通過した。
【００３４】
この時、室温のスキャンヒーター１の下面から第１のヒーター６が埋め込まれたスキャンヒーター１の下面に切り替わる。これにより、ポジ型化学増幅型レジストのスキャンヒーター１による加熱処理が始まり、ポジ型化学増幅型レジストの表面を流れる空気の温度が室温から１１０℃に切り変わった。フォトマスク基板２上のレジスト温度が上昇するにつれレジストから酸が蒸散するが、レジスト表面を高速（２ｍ／秒）に流れている空気により捕獲され空気吸引スリット４から気体と共に除去される。
【００３５】
その後、約５分後に最初の空気供給スリット３がフォトマスク基板２の中央上空を通過し、更に約５分後に２番目の空気吸引スリット４がフォトマスク基板２の上空を通過した。
【００３６】
この時、スキャンヒーター１の下面は１５０℃の第１のヒーター６から室温の下面に切り替わり、また流れる空気もフォトマスク基板２の周辺から流れ込んできた室温の空気に切り替わるため、加熱されたポジ型化学増幅型レジストの冷却が始まった。
【００３７】
その後、スキャンヒーター１は通り過ぎ、１０分間の加熱処理が完了した。
【００３８】
このように、常に新鮮な空気がフォトマスク基板２の表面に直接供給され、さらに加熱によりポジ型化学増幅型レジストから蒸散してきた酸等の成分はフォトマスク基板２の表面とスキャンヒーター１の間を流れる空気に取り込まれ、これらの酸等の成分および空気はすぐに空気吸引スリット４から吸引除去される。
【００３９】
これにより、加熱された部分のポジ型化学増幅型レジストから蒸散してきた酸等の成分が、加熱された部分の周囲のポジ型化学増幅型レジストに再付着することで生じる悪影響を除去することが可能になった。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば、化学増幅型レジストを用いたフォトリソグラフィ工程で特に顕著となる問題、すなわちパターンの疎密差により形成するパターン寸法が異なってしまうという問題を容易に解決できる。
【００４１】
また、加熱処理は第１のヒーター６の直下近傍に限られ、その他の領域は２３℃に調温された基板ホルダー８により２３℃に保たれるので、加熱処理中にフォトマスク基板２全体の温度が上がることによる、加熱むらは生じない。
【００４２】
次に、加熱処理したフォトマスク基板２をアルカリ現像液（多摩化学製ＡＤ１０）により現像し、レジストパターンを形成した。
【００４３】
次に、レジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによりＣｒ膜をエッチングし、Ｃｒパターンを形成する。エッチングに用いた装置はアルバック成膜製ＭＥＰＳ−６０２５である。エッチングガスには塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。
【００４４】
その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄し、マスク基板が完成する。このようにして得られたマスク基板のＣｒパターン寸法を寸法測定装置（Ｌｅｉｃａ製ＬＷＭ）により測定した。
【００４５】
その結果、パターン寸法の平均値と目標寸法との差は５ｎｍ、Ｃｒパターン寸法の面内均一性はパターンの疎密の影響をほとんど受けておらず、６ｎｍ（3σ）と良好な値であった。
【００４６】
また、ウェハ上に形成したレジストパターン寸法の変動量が１０％以下になるデフォーカス裕度は０．４５μｍあり、その時の露光量裕度は１２％得ることができた。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、本発明をフォトマスク製造プロセスの加熱工程に適用した例であるが、本発明はシリコンウェハによる半導体製造工程や、フラットパネルディスプレイ製造工程における加熱工程など、他の加熱処理工程にも適用できる。
【００４８】
シリコンウェハによる半導体製造工程の場合であれば、例えばコンタクトホールや配線溝を形成するために使用するレジストのＰＥＢ工程があげられる。この場合、被処理基板は、Ｓｉ基板やＳＯＩ基板等の半導体基板上にレジストが形成されてなるものである。上記レジストはＰＥＢ工程前に所望のパターンが露光されたものである。また、フラットパネルディスプレイ製造工程における加熱工程の場合であれば、例えば各種工程におけるレジストのプリベーク工程があげられる。
【００４９】
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み合わ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を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。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、レジストから蒸散した成分が該レジストに再付着することを防止できる加熱処理装置・方法、フォトマスクの製造方法および半導体装置の製造方法を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板加熱処理装置のスキャンヒーターを下面から見た平面図
【図２】基板ホルダーに保持されたフォトマスク基板をスキャンヒーターで加熱している様子を示す断面図
【図３】スキャンヒーターとフォトマスク基板との間のギャップを調整する機構を示す図
【図４】スキャンヒーターの動きを示す平面図
【符号の説明】
１…スキャンヒーター（基板加熱手段）
２…フォトマスク基板（被処理基板）
３…空気供給スリット（第１の開口部）
４…空気吸引スリット（第２の開口部）
５…基板
６…第１のヒーター（加熱手段本体）
７…第２のヒーター（気体加熱手段）
８…基板ホルダー（基板保持手段）
９…ギャップ測定機構（距離測定手段）
１０…スキャンステージ
１１…ギャップ調整機構（距離調整手段）

Claims

被処理基板を保持する基板保持手段と、
前記被処理基板の上方に配置され、前記被処理基板を加熱する基板加熱手段であって、前記被処理基板の一部分を加熱する加熱手段本体と、該加熱手段本体と対向する前記被処理基板の表面に向けて気体を吐出するための第１の開口部および前記被処理基板上の気体を吸引するための第２の開口部とを有する基板加熱手段と
を具備してなることを特徴とする加熱処理装置。
前記被処理基板と前記基板加熱手段との間隔を略一定の距離に保持したまま、前記基板加熱手段を移動させる移動手段をさらに具備してなることを特徴とする請求項１に記載の加熱処理装置。
前記被処理基板と前記基板加熱手段との間隔が、前記第１の開口部から吐出した気体が前記第２の開口に吸引されることにより生じる前記気体の流れが前記被処理基板の表面に到達する距離であることを特徴とする請求項２に記載の加熱処理装置。
前記基板加熱手段は前記第１の開口部を一つ、前記第２の開口部を二つ有し、かつ前記基板加熱手段の移動方向に沿って、前記第２の開口部、前記第１の開口部、前記第２の開口部がこれらの順に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の加熱処理装置。
前記基板加熱手段は、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間の領域に、前記加熱手段本体を有することを特徴とする請求項４に記載の加熱処理装置。
前記基板加熱手段は、前記第１の開口部の側壁に気体加熱手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の加熱処理装置。
前記加熱手段本体と前記被処理基板との間の距離を測定するための距離測定手段と、この距離測定手段から得られる距離を所定の値に保つための距離調整手段とをさらに具備してなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の加熱処理装置。
被処理基板に対向配置された基板加熱手段を該被処理基板とは所定の距離を保ちつつ移動させながら、前記被処理基板に加熱処理を施す際に、前記基板加熱手段側から前記被処理基板の加熱箇所に向けて気体を吐出するとともに、前記気体を吐出する箇所とは別の箇所で、前記被処理基板上に吐出された気体を吸引し、前記吐出する箇所と前記吸引する箇所との間で生じる気体の流れを前記被処理基板の表面に到達させることを特徴とする加熱処理方法。
前記気体を吸引する箇所は二つ以上あり、これらの吸引する箇所の間に前記気体を吐出する箇所があることを特徴とする請求項８に記載の加熱処理方法。
前記被処理基板の加熱は、前記気体を吐出する箇所と前記気体を吸引する箇所との間で行われることを特徴とする請求項９に記載の加熱処理方法。
透明基板上にレジストが形成されてなる被処理基板の前記レジストを露光する工程と、
前記被処理基板を請求項１ないし７のいずれか１項に記載の加熱処理装置により加熱する工程と、
前記透明基板上のレジストを現像し、パターンを形成する工程と
を有することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
前記レジストは、化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項１１に記載のフォトマスクの製造方法。
半導体基板上にレジストが形成されてなる被処理基板の前記レジストを露光する工程と、
前記被処理基板を請求項１ないし７のいずれか１項に記載の加熱処理装置により加熱する工程と、
前記半導体基板上のレジストを現像し、パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記レジストは、化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。