JP4271982B2

JP4271982B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4271982B2
Application number: JP2003123473A
Authority: JP
Inventors: 鉄男泉谷
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: JP2004327897A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン寸法のばらつきの抑制を図った半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィでは、半導体基板上に形成された被加工膜の上にポジ型レジストを塗布した後、ポジ型レジストに対して露光及び現像を施す。また、一般的に、被加工膜とレジストとの選択比をあげることを目的として、レジストに現像を行った後には、紫外線（ＵＶ）キュア処理を行っている。
【０００３】
ポジ型レジストに対する現像では、半導体基板に現像液を滴下させる方法が一般的に用いられている。現像液が滴下される現像液ノズルは、半導体基板の中心部の直上に配置される場合が多い。このため、ポジ型レジストが用いられる場合、現像液が滴下されて最初に現像液が接触する半導体基板の中心部においてパターン線幅が細くなる傾向がある。これは、現像液によるレジストの溶解時間が中心部ほど長くなり、また、半導体基板の中心部ほど現像液による物理的衝撃が大きくなるためである。
【０００４】
更に、現像後においても、紫外線キュア処理でレジストの硬化の程度にばらつきが生じることがある。このような硬化の程度のばらつきは、レジストの収縮（シュリンク）量のばらつきを引き起こし、この結果、パターン寸法がばらついてしまう。硬化の程度のばらつきは、紫外線の照射量のばらつき、及び紫外線キュア処理時に行われる加熱プレートを用いたレジストの加熱の程度のばらつきによって生じていると考えられる。更に、パターニング後のレジストを用いた被加工膜のエッチングの際に、半導体基板が載置されるステージの温度にもばらつきがあることがあり、これを原因としてパターン寸法にばらつきが生じることもある。
【０００５】
例えば、被加工膜に、半導体メモリのワード線又はビット線等として用いることができる複数の線状パターン（幅：０．５μｍ）を形成する場合、現像の際に、図６（ａ）に示すように、中心部においてレジストが５％程度収縮する。また、その後の紫外線キュア処理の際に、図６（ｂ）に示すように、レジストが更に５％程度収縮する。そして、被加工膜のエッチングの際に、図６（ｃ）に示すように、レジストが更に５％程度収縮する。この結果、最終的には半導体基板の中心と端との間で１５％程度の線幅の相違が生じてしまう。
【０００６】
そこで、パターン寸法のばらつきを低減させる方法として特開平１０−７４６７８号公報等には、現像前に、照射量及び温度に適当なばらつきをもたせながら紫外線を照射することにより、レジストの溶解速度を制御する方法が提案されている。この方法を現像後に選択比を向上させるために紫外線キュア処理を行う方法に適用すると、露光を行った後に、パターン寸法のばらつきを低減させるための紫外線照射を行い、その後、現像を行って、選択比を向上させるための紫外線キュア処理を行うことになる。そして、紫外線キュア処理が施されたレジストをマスクとして被加工膜のエッチングを行う。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−７４６７８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の方法によっても、パターン寸法のばらつきの低減は十分とはいえない。また、紫外線照射を２回行う必要があるため、処理時間が長くなると共に、コストが上昇する。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、工程数の増加を抑制しながらパターン寸法のばらつきを低減することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１１】
本願発明に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板の上方に、膜を形成した後、前記膜の上にレジストを形成する。次に、前記レジストの露光及び現像を行う。次いで、前記レジストに紫外線を照射して前記レジストを硬化させる。その後、前記レジストをマスクとして前記膜を加工する。そして、本願発明では、前記レジストを硬化させる工程において、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記レジストの硬化の程度を大きくする。
【００１２】
本発明においては、レジストに紫外線を照射してレジストを硬化させる際に、紫外線の照射量の調整や温度調整等によって、半導体基板の中心から遠い位置ほどレジストの硬化の程度を大きくする。この結果、１回の紫外線の照射によって、寸法のばらつきが小さいレジストパターンが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（本発明の基本的原理）
先ず、上記の公開公報に記載された従来の方法でパターン寸法のばらつきの低減が十分となっていない原因について説明する。前述のように、パターン寸法のばらつきは、現像時の溶解時間のばらつき及び現像液による衝撃の強さのばらつき等のために生じている。上記の公開公報に記載された方法は、予めこれらのばらつきの程度を見積もっておき、現像前に補おうとするものである。しかし、実際には予め見積もったようにはばらつきが生じず、十分に補うことができないことがある。このため、選択比を向上させることを目的とした紫外線キュア処理後にもばらつきが残ることがある。
【００１４】
これに対し、本願発明では、現像前に紫外線照射を行うのではなく、現像後の選択比を向上させることを目的とした紫外線キュア処理の際に、紫外線の照射量の調整、温度の調整等を行う。
【００１５】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態では、現像後の紫外線キュア処理時に、紫外線の照射量を調整する。具体的には、半導体基板（ウェハ）と紫外線ランプとの間に紫外線透過率が位置により異なるガラスフィルタを配置して、紫外線照射を行う。図１は、本発明の第１の実施形態で用いるガラスフィルタを示す模式図であり、図２は、図１中のＩ−Ｉ線に沿った紫外線透過率の分布を示すグラフである。
【００１６】
本実施形態では、図１及び図２に示すように、中心から紫外線の照射量が３段階に変化するガラスフィルタ１を用いる。即ち、ガラスフィルタ１には、中心から順に第１のフィルタ領域１１、第２のフィルタ領域１２及び第３のフィルタ領域１３が設けられている。第１のフィルタ領域１１における紫外線の透過率は７５％であり、第２のフィルタ領域１２における紫外線の透過率は５０％であり、第３のフィルタ領域１３における紫外線の透過率は２５％である。
【００１７】
次に、このようなガラスフィルタ１を用いた半導体装置の製造方法について説明する。ここでは、半導体基板の上方に被加工膜を形成し、この被加工膜にライン・アンド・スペースのような複数の線状パターン（幅：０．５μｍ）を形成する。このような線状パターンは、例えば半導体メモリのワード線又はビット線等として用いることができる。図３（ａ）乃至（ｃ）は、半導体基板の中心を通る断面におけるポジ型レジストに形成されたパターン（残りパターン）の線幅を示すグラフである。
【００１８】
先ず、被加工膜上にポジ型レジストを塗布し、このポジ型レジストの露光を行う。次いで、ポジ型レジストの現像を行う。この結果、ポジ型レジストに所定のパターンが形成される。但し、現像の際に、レジストの溶解時間のばらつき及び現像液による物理的な衝撃の影響により、図３（ａ）に示すように、中心部においてレジストが、例えば５％程度収縮する。
【００１９】
次に、ガラスフィルタ１を半導体基板と紫外線ランプとの間に配置して、パターニングされたレジストに紫外線を照射することにより、紫外線キュア処理を行う。この結果、レジストと被加工膜との間のエッチング選択比が向上する。また、この照射にあたっては、例えば、ガラスフィルタ１の縁部を透過する紫外線が半導体基板の縁部に照射されるか、又はそれよりも若干外側に照射されるように、ガラスフィルタ１の位置を設定する。このような紫外線の照射を行うことにより、半導体基板上に形成されたレジストには、位置に応じて異なる照射量の紫外線が照射される。即ち、レジストには、半導体基板の中心部から離れた位置ほど、高い照射量の紫外線が照射される。
【００２０】
この結果、半導体基板の中心部から離れた位置ほど、レジストの硬化の程度が大きく、図３（ｂ）に示すように、その収縮量も大きくなる（図３（ｂ）中の破線）。そして、現像時のレジストの収縮と重なり合って、紫外線キュア処理後のレジストの収縮量は半導体基板の全体にわたって均一になる（図３（ｂ）中の実線）。即ち、現像時のレジストの収縮が紫外線キュア処理時の収縮によって相殺される。なお、図３（ｂ）中の実線は、紫外線照射後のレジストの線幅を示し、破線は、現像によるレジストの線幅の変動がなかった場合の紫外線照射後のレジストの線幅を示す。
【００２１】
次いで、レジストをマスクとして被加工膜のエッチングを行う。このとき、半導体基板が載置されるステージの温度を、半導体基板の中心から離間するに連れて高くなるように設定することが好ましい。被加工膜のエッチング時にもステージからの加熱によりレジストが収縮し、ステージの温度を均一に設定しておくと、レジストの付近では、中心部に熱がこもって中心部の温度が端部の温度よりも高くなりやすい。これに対し、上記のような温度設定を行えば、図３（ｃ）に示すように、レジストの付近で温度が均一になるため、レジストの収縮量も均一になる。
【００２２】
このような被加工膜のエッチングを行うことにより、被加工膜の線幅のばらつきは著しく低減される。
【００２３】
実際の半導体装置の製造に当たっては、半導体基板の表面にトランジスタ等の半導体素子を形成した後、上述の方法で配線（ワード線又はビット線等）等を形成し、更に層間絶縁膜及びパッシベーション膜等を形成すればよい。
【００２４】
このような第１の実施形態によれば、レジストの現像後にレジストの収縮量のばらつきを低減することができるため、より厳密にパターン寸法のばらつきを低減することができる。また、紫外線照射を行う回数は１回で済むため、処理時間を長くする必要がなく、また、コストの上昇を避けることが可能である。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、現像後の紫外線キュア処理時に、レジストの温度を調整する。具体的には、位置により温度が異なる加熱プレート上に半導体基板を載置して、紫外線照射を行う。図４は、本発明の第２の実施形態で用いる加熱プレートを示す模式図であり、図５は、図４中のＩＩ−ＩＩ線に沿った温度の分布を示すグラフである。
【００２６】
本実施形態では、図４及び図５に示すように、中心から温度が３段階に変化する加熱プレート２を用いる。即ち、加熱プレート２には、中心から順に第１の加熱領域２１、第２の加熱領域２２及び第３の加熱領域２３が設けられている。第１の加熱領域２１の温度は１４０℃であり、第２の加熱領域２２の温度は１７０℃％であり、第３の加熱領域２３の温度は２００℃である。このような加熱プレート２は、例えばその内部に円周状に発熱量が可変の複数の加熱コイルを配置しておくことにより構成することができる。また、第３の加熱領域２３の縁部は、半導体基板の縁部と一致するか、又はそれよりも若干外側に位置する。
【００２７】
次に、このような加熱プレート２を用いた半導体装置の製造方法について説明する。ここでは、第１の実施形態と同様の半導体装置を製造する。
【００２８】
先ず、被加工膜上にポジ型レジストを塗布し、このポジ型レジストの露光を行う。次いで、ポジ型レジストの現像を行う。この結果、ポジ型レジストに所定のパターンが形成される。但し、現像の際に、レジストが収縮する。個々までの工程は第１の実施形態と同様である。
【００２９】
次に、半導体基板を加熱プレート２上に載置して、パターニングされたレジストに紫外線を照射することにより、紫外線キュア処理を行う。この結果、レジストと被加工膜との間のエッチング選択比が向上する。また、このような紫外線の照射が行われている間、半導体基板上に形成されたレジストの温度は位置に応じて異なる。即ち、加熱プレート２からレジストに供給される熱量は半導体基板の中心部から離れた位置ほど高くなり、レジストの温度は半導体基板の中心部から離れた位置ほど高くなる。この結果、半導体基板の中心部から離れた位置ほど、レジストの硬化の程度が大きく、第１の実施形態と同様に、その収縮量も大きくなる。例えば、第１の加熱領域２１での収縮率は１．５％程度であるのに対し、第２の加熱領域２２での収縮率は２．０％程度、第３の加熱領域での収縮率は２．２％程度である。そして、現像時のレジストの収縮と重なり合って、紫外線キュア処理後のレジストの収縮量は半導体基板の全体にわたって均一になる。
【００３０】
次いで、レジストをマスクとして被加工膜のエッチングを行う。このとき、半導体基板が載置されるステージの温度を、半導体基板の中心から離間するに連れて高くなるように設定することが好ましい。
【００３１】
このような第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３２】
なお、現像後の紫外線キュア処理時におけるレジストの硬化の程度を調整する方法として、第１及び第２の実施形態とは異なる方法を採用してもよい。例えば、次のようなものが挙げられる。
▲１▼輪帯状のフィルタを用いて紫外線の照射量を中心から離間するほど多くする。
▲２▼複数の紫外線ランプ（紫外線源）を用い、中心から離間するほど紫外線ランプの数を多くして紫外線の照射量を中心から離間するほど多くする。
▲３▼複数の紫外線ランプを用い、中心から離間するほど紫外線ランプと半導体基板との間の距離を短くして紫外線の照射量を中心から離間するほど多くする。
▲４▼複数のリング状の加熱プレート（加熱手段）を用い、中心から離間するほど加熱プレートと半導体基板との間の距離を短くしてレジストに供給される熱量を中心から離間するほど多くする。
▲５▼加熱プレートを湾曲させ、中心から離間するほど加熱プレートと半導体基板との間の距離を短くしてレジストに供給される熱量を中心から離間するほど多くする。
▲６▼半導体基板を湾曲させ、中心から離間するほど加熱プレートと半導体基板との間の距離を短くしてレジストに供給される熱量を中心から離間するほど多くする。
【００３３】
また、第１及び第２の実施形態や上記の方法を適宜組み合わせて用いてもよい。
【００３４】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００３５】
（付記１）半導体基板の上方に、膜を形成する工程と、
前記膜の上にレジストを形成する工程と、
前記レジストの露光及び現像を行う工程と、
前記レジストに紫外線を照射して前記レジストを硬化させる工程と、
前記レジストをマスクとして前記膜を加工する工程と、
を有し、
前記レジストを硬化させる工程において、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記レジストの硬化の程度を大きくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００３６】
（付記２）前記レジストを硬化させる工程において、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど紫外線の照射量を多くすることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【００３７】
（付記３）前記レジストを硬化させる工程において、紫外線の照射源と前記半導体基板との間に、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど紫外線の透過率が高いフィルタを配置して前記レジストに紫外線を照射することを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【００３８】
（付記４）前記フィルタとしてガラス製のフィルタを用いることを特徴とする付記３に記載の半導体装置の製造方法。
【００３９】
（付記５）前記レジストを硬化させる工程において、紫外線の照射源を複数設け、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記照射源の数を多くして前記レジストに紫外線を照射することを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【００４０】
（付記６）前記レジストを硬化させる工程において、紫外線の照射源を複数設け、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記照射源と前記半導体基板との間の距離を短くして前記レジストに紫外線を照射することを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【００４１】
（付記７）前記レジストを硬化させる工程において、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記レジストを高い温度で加熱することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００４２】
（付記８）前記レジストを硬化させる工程において、前記レジストを加熱する加熱手段を複数設け、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記加熱手段と前記半導体基板との間の距離を短くして前記レジストに紫外線を照射することを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
【００４３】
（付記９）前記レジストを硬化させる工程において、前記レジストを加熱する加熱手段を設け、前記半導体基板を湾曲させて前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記加熱手段と前記半導体基板との間の距離を短くして前記レジストに紫外線を照射することを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
【００４４】
（付記１０）前記レジストを硬化させる工程において、前記レジストを加熱する加熱手段を設け、前記加熱手段を湾曲させて前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記加熱手段と前記半導体基板との間の距離を短くして前記レジストに紫外線を照射することを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、１回の紫外線の照射によって、レジストを硬化させてそれを用いて加工する膜との選択比を向上させると共に、パターン寸法のばらつきを低減することができる。このため、工程数の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態で用いるガラスフィルタを示す模式図である。
【図２】図１中のＩ−Ｉ線に沿った紫外線透過率の分布を示すグラフである。
【図３】半導体基板の中心を通る断面におけるポジ型レジストに第１の実施形態において形成されたパターンの線幅を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態で用いる加熱プレートを示す模式図である。
【図５】図４中のＩＩ−ＩＩ線に沿った温度の分布を示すグラフである。
【図６】半導体基板の中心を通る断面におけるポジ型レジストに従来の方法によって形成されたパターンの線幅を示すグラフである。
【符号の説明】
１：ガラスフィルタ
２：加熱プレート
１１：第１のフィルタ領域
１２：第２のフィルタ領域
１３：第３のフィルタ領域
２１：第１の加熱領域
２２：第２の加熱領域
２３：第３の加熱領域

Claims

半導体基板の上方に、膜を形成する工程と、
前記膜の上にレジストを形成する工程と、
前記レジストの露光及び現像を行う工程と、
前記レジストに紫外線を照射して前記レジストを硬化させる工程と、
前記レジストをマスクとして前記膜を加工する工程と、
を有し、
前記レジストを硬化させる工程において、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記レジストの硬化の程度を大きくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記レジストを硬化させる工程において、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど紫外線の照射量を多くすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記レジストを硬化させる工程において、紫外線の照射源と前記半導体基板との間に、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど紫外線の透過率が高いフィルタを配置して前記レジストに紫外線を照射することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記フィルタとしてガラス製のフィルタを用いることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記レジストを硬化させる工程において、前記半導体基板の中心から遠い位置ほど前記レジストを高い温度で加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。