JP6068171B2 - 試料の処理方法および試料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料の処理方法および試料処理装置に係り、特に、半導体素子基板等の試料に真空紫外線光を照射し、レジストパターンが形成された試料を処理するのに好適な試料の処理方法および試料処理装置に関する。

非特許文献１には、半導体デバイスに関し、パターンエッジ形状のラフネス計測方法の標準化や、ゲートラインラフネスがトランジスタ性能に及ぼす影響に関する記載がある。また、レジストラフネスを低減する従来技術として、特許文献１には、ガス供給装置と真空排気装置が接続され内部が減圧可能な容器と、該容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段から成る２００ｎｍ以下の波長を含む真空紫外線光（以下、「ＶＵＶ」と称す）を発するプラズマ光源と、容器の内部においてプラズマ光源と被処理試料を載置するステージとの間にプラズマ中の電子、イオン、ラジカルを透過せず、２００ｎｍ以下の波長を含むＶＵＶ光を透過する、被処理試料よりも外径サイズの大きい真空紫外線（以下、「ＶＵＶ」と称す）透過フィルタを設けた試料処理装置を用い、ウエハの全面に再現性良くＶＵＶ光を照射し、再現生良くウエハをＶＵＶ処理する技術が開示されている。この、特許文献１には、ウエハのＶＵＶ処理にあたっては、ＶＵＶ透過フィルタとステージとの間の処理空間を１０^−３Ｐａ程度の高真空に減圧した後、処理ガスとして臭化水素（ＨＢｒ）を導入してウエハを処理することが開示されている。

また、この種に関連する技術としては特許文献２あるいは特許文献３が挙げられる。特許文献２にはウエハに２００ｎｍ以下の紫外線を照射することが開示されている。特許文献３には処理空間でＮｍＨｎガスを活性化して、例えばイオン注入されたレジストの灰化・除去等を行なうことが開示されている。特許文献４には紫外線の光源として複数本の円筒状誘電体バリア放電ランプを配置し、エキシマ光を取り出す装置が開示されている。

国際公開ＷＯ２０１１／０６２１６２号公報 特開２００５-１９７３４８号公報 特開２００５-１５８７９６号公報 特開平８-１５３４９３号公報

半導体技術ロードマップ専門委員会、平成１６年度報告、「第１３章 ＷＧ１１ メトロロジ（計測）」、pp 233 - 239

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、レジストマスクのラインパターンエッジ形状のゆらぎがデバイス性能へ与える影響が顕在化している。パターンエッジ形状のラフネスは、LER（Line Edge Roughness：ライン端の位置のばらつき）、あるいはLWR（Line Width Roughness：ライン幅のばらつき）を指標として表現される。このLERまたはLWRのデバイス性能への影響については、図１１に示す短周期ラフネス（F１）と長周期ラフネス（Ｆ２）に大別される。前者の短周期ラフネス（Ｆ１）は、個々のトランジスタ５１の幅に比べて周期の短いLWRであり、これは局所的にゲート５２のゲート長を短くし、その結果、ショートチャネル効果を引き起こし、リーク電流が増加し、しきい値電圧を下げる。後者の長周期ラフネス（Ｆ２）は個々のトランジスタ５１の幅よりも周期の長いLWRであり、これは複数のトランジスタ５１にわたるゲート長のゆらぎを引き起こし、LＳＩ回路内での個々のトランジスタ性能のばらつきの原因となる。非特許文献１に報告されているように、短周期ラフネスについては、個々のトランジスタ領域内のラフネスのデバイス性能への影響は比較的小さく、むしろ、長周期ラフネスに起因した複数のトランジスタ間に跨るばらつきの方が、デバイス性能において問題になると考えられている。しかしながら、長周期ラフネスを低減することは従来困難であると言われており、前記の従来技術においても長周期ラフネスを、低減する方法や処理装置は示唆されていない。

本発明の目的は、半導体デバイス等の試料の製造工程において、パターニングされたレジストにおける長周期ラフネスを低減することのできる、試料の処理方法および試料処理装置を提供することにある。

本発明の代表的なもの一例を示すと、次の通りである。試料処理装置において、パターニングされたレジストを有する被処理試料を処理する試料の処理方法であって、前記試料処理装置は、真空紫外線光を発する光源と、ステージを内部に有し該ステージ上に配置された被処理試料に波長２００ｎｍ以下の前記真空紫外線光を照射可能な処理室と、前記処理室内に処理ガスを導入する処理ガス供給手段と、前記処理室の排気口に接続された真空排気装置とを備えており、パターニングされたレジストを有する被処理試料を前記処理室内の前記ステージ上に配置に配置し、前記処理室内に処理ガスとして、四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）、若しくは臭化水素（ＨＢｒ）を供給し、前記処理室内の前記処理ガスに前記真空紫外線光を照射して該真空紫外線光の一部で前記処理ガスを励起し、該励起された処理ガス中の含有元素Ｓｉ若しくはＢｒと前記レジストを残りの前記真空紫外線光で反応させ、前記レジストのキュアを行うと共に該レジストに生じる応力を緩和することを特徴とする。

本発明によれば、試料処理装置において、被処理試料を均一に処理することに好適な試料処理装置を提供し、また、本発明による作用によれば、被処理試料に生じる応力の緩和、さらには従来低減困難といわれる露光装置によりパターニングされた微細ラインの３０nm以上の周期を持つ長周期ラフネスを低減することが可能となり、半導体基板上に形成されたレジスト膜の表面あるいは側面の生じる凹凸を高精度に抑制してエッチング処理を実現することができる。

本発明の第１の実施例を示す試料処理装置の縦断面図である。 第１の実施例のガス供給プレートの詳細を示す平面図である。 第１の実施例のガス供給プレートの詳細を示す縦断面図である。 第１の実施例の効果を示す、レジストラフネスの周波数解析結果図である。 比較例における、レジストラフネスの周波数解析結果図である。 第１の実施例の適用効果を示すレジスト材料の応力評価結果である。 第１の実施例の適用効果を示すＸＰＳ分析結果である。 第１の実施例の処理前、処理後のレジスト状態を示す概略図である。 本発明の第２の実施例を示す試料処理装置の縦断面図である。 第２の実施例の適用効果を示すレジストラフネスの周波数解析結果図である。 本発明の第３の実施例を示す試料処理装置の縦断面図である。 本発明の第４の実施例を示す試料処理装置の縦断面図である。 本発明の第５の実施例を示す試料処理装置の縦断面図である。 第５の実施例のガス供給リングの詳細を示す平面図である。 従来技術の問題点であるレジストラフネスを示す概略図である。

本発明の代表的な実施例によるレジストの処理方法によれば、露光装置により微細パターンが形成されたレジストを有する試料を処理室内に配置し、処理室内に処理ガスとして四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）また臭化水素（ＨＢｒ）を供給するとともに所定圧力に保持し、処理ガスに波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ光を照射して該ＶＵＶ光の一部で処理ガスを励起し、該励起された処理ガスの含有元素とパターニングされたレジストを残りの前記ＶＵＶで光反応させ、レジストに生じる応力を緩和する。
本発明の代表的な実施例によるレジストの処理装置によれば、波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ光を発する光源と、ウエハが配置されるステ−ジと、ステージを内部に有しステージに配置されたウエハにＶＵＶ光を照射可能な処理室と、処理室内のＶＵＶ光の照射領域に処理ガスとして四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）また臭化水素（ＨＢｒ）を導入する処理ガス供給手段を備え、光源部で生じるＶＵＶ光の一部を処理ガスの励起に用い、他のＶＵＶ光を前記励起された処理ガスの含有元素とレジストパターンとの反応に用いる。

以下、本発明の第１の実施例を図１ないし図６により説明する。図１は、本発明の試料処理装置１０の縦断面を示している。半導体デバイスの製造工程中にレジスト処理のために使用される試料処理装置は、真空容器内のガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成容器１と、このプラズマ生成容器１を光源部としてその下方に設けられた処理容器２により構成される。すなわち、本実施例の試料処理装置１０は、ＶＵＶ光源がプラズマにより構成されるレジスト処理装置である。ＶＵＶ光源部を構成するプラズマ生成容器１には、高周波電源７に接続された平行平板型放電電極が設けられ、プラズマ生成容器１内のプラズマ生成用空間にプラズマ生成用のガスを供給するためのプラズマ生成ガス供給装置３１が接続されている。プラズマ生成に用いるガス種は、波長１７２nm以下のＶＵＶ光を生じるガス、例えば、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、臭化水素ガス、窒素ガスなどの単ガスおよびこれらを含む混合ガスを使用する。プラズマ生成容器１でプラズマを生成する方法として、本実施例では、プラズマ生成容器１に平行平板型放電を用いているが、均一なプラズマが生成可能であれば良い。プラズマ放電の方式として、例えば、誘電体バリア放電、マイクロ波放電、ＥＣＲ放電、ＩＣＰ放電、マグネトロン放電、ホローカソード放電、ＤＣ放電などを用いても良い。プラズマ生成容器１には、排気口を介して第１の真空排気装置３Ａが接続されている。

プラズマ生成容器１と処理容器２とは、ＶＵＶ透過窓４にて気密に隔壁されている。ＶＵＶ透過窓４は、プラズマにより生成された波長１７２nmのＶＵＶ光が透過可能な合成石英、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬＩＦ、サファイア等の材料で構成される。
処理容器２内の処理室には、ＶＵＶ透過窓４に対向してウエハステ−ジ６が設けられている。ウエハステ−ジ６上には、被処理試料である露光装置により微細レジストパターンが形成されたウエハ５が載置される。
ＶＵＶ透過窓４の下側にはガス供給プレート９が設けられており、ＶＵＶ透過窓４と同様に波長１７２nmのＶＵＶ光を透過可能な材質で構成されている。ＶＵＶ透過窓４とガス供給プレート９との間には、処理用のガスを供給するための第１の処理用ガス供給装置３２が接続されており、処理ガスとして四塩化珪素(ＳｉＣｌ_４)が供給される。処理容器２には排気口が設けられ、圧力制御バルブ（図示省略）を介して第２の真空排気装置３Ｂが接続されており、処理容器２内の処理室を減圧する。処理容器２のガス供給プレート９よりも下方に圧力計８が取り付けられており、処理容器２内の処理圧力をモニタし、所望の圧力に維持する。

試料処理装置１０は、コンピュータにより構成された制御部１００を備えている。制御部１００は、容器内圧力調整部１０１、ガス供給制御部１０２、電源制御部１０３等を備えており、これらは、プロセスコントローラ１０４で制御される。

容器内圧力調整部１０１は、第１の真空排気装置３Ａ、第２の真空排気装置３Ｂ１４を制御してプラズマ生成容器１、処理容器２内を、所定の真空度に維持する。ガス供給制御部１０２は、第１のガス供給装置からプラズマ生成容器１、第２のガス供給装置から処理容器２内に供給されるガスの流量等を各々制御する。電源制御部１０３は、電源７を制御して、平行平板型放電電極に印加される電力を制御する。

プラズマ生成容器１内のプラズマ生成用空間は、第１の真空排気装置３Ａにより、まず、１０^−３Ｐａ程度の高真空に減圧され、その後、この空間にプラズマ生成用ガスが供給され、１Ｐａ〜１０Ｐａ程度のプラズマを生成するのに適した圧力に調整される。一方、処理容器２内の処理空間は、第２の真空排気装置３Ｂにより、まず、１０^−３Ｐａ程度の高真空に減圧され、その後、この空間にレジスト処理用ガスが供給され、レジスト処理に適した圧力に調整される。

図２Ａ、図２Ｂに、ガス供給プレート９の詳細を示す。ガス供給プレート９には、ガスの供給孔９１が複数設けられ、ウエハ５に対してガスを均一供給するようになっている。

ＶＵＶ処理の際には、まず、処理容器２に設けた真空排気口を介して第２の真空排気装置３Ｂにより１０^−３Ｐａ程度の高真空に減圧し、処理容器２に残留したガスを真空排気した後、処理ガスを導入し、１Ｐａ〜１０ＫＰａの圧力下で、処理室のウエハ５にＶＵＶ光を照射する。処理ガスは、第１の処理ガス供給装置３２から導入され、ウエハ処理を均一に行うために処理容器２の内部に設置されたガス供給プレート９を介してウエハ５上に均一に供給される。ＶＵＶ光を透過可能なガス供給プレート９を備えた実施例の試料処理装置では、第１の処理ガス供給装置３２から供給される処理ガスが、まずＶＵＶ透過窓４とガス供給プレート９との間で励起される。励起された処理ガスは、ガス供給プレート９に設けられた複数の供給孔からウエハ５面内に均等に放出される。なお、本試料処理装置では、第１の処理ガス供給装置３２に備えたマスフローコントローラー(図示省略)、圧力計８と、排気装置の圧力制御バルブ（図示省略）を制御することにより、処理ガスを所望の流量でフローさせながら行なうウエハ処理、または処理ガスを所望の圧力で充填して所望の圧力で固定し、ガスフローさせないで行なうウエハ処理のいずれも実施することが可能である。

次に、上記のように構成された試料処理装置により、処理ガスとして四塩化珪素(ＳｉＣｌ_４)を用いパターニングされたレジストをキュア処理する場合について、図３ないし図６を用いて説明する。なお、本適用例において、ウエハはＡｒＦレジストサンプルとし、処理容器２を高真空に減圧した後、処理室に処理ガスとして四塩化珪素(以下、「ＳｉＣｌ_４」と称す)を導入し、処理室の圧力を所望の圧力（この場合、０．３ｋＰａ）まで増加させ、ＳｉＣｌ_４ガスをフローさせた（この場合、３００ＳＣＣＭ）状態で、ウエハ５にプラズマより発光されるＶＵＶ光を照射する。

発明者の研究結果によれば、処理ガスとしてのＳｉＣｌ_４ガスが導入された状態で処理室の圧力を適度の圧力に調整して、ＶＵＶ照射することによって、ＳｉＣｌ_４ガスがＶＵＶ光の一部を吸収して解離され、ガスに吸収されなかった残りのＶＵＶ光により、ガスから解離した原子とレジストとの反応を促進させ、解離した原子をレジスト膜に付着、吸収させる作用がある。処理空間が１０^−３Ｐａ程度の高真空に減圧されている場合には、処理空間においてＶＵＶ光がガスに吸収されず、従ってガスの解離が進まず、１００％のＶＵＶ光がレジスト膜に照射され、解離した原子とレジストとの反応は生じない。しかし、処理空間が適度、例えば１.０kＰａ程度の真空に減圧されている場合には、ガスがＶＵＶ光の１０％程度を吸収してそのガスを解離し、残りの９０％のＶＵＶ光とレジストとが反応して、解離された原子がレジスト膜に付着する。一方、処理空間の真空度が低い場合には、処理空間に存在する処理ガスの分子の数が多いため、１００％のＶＵＶ光がガスに吸収されてしまい、ＶＵＶ光とレジストとの反応が促進されない結果となってしまうと考えられる。発明者の研究によれば、処理空間が１Ｐａ〜１０ＫＰａの真空に減圧されている状態でＶＵＶ光によるレジストの処理を行うことにより、長周期のラフネスを低減する効果がある。

図３Ａに、ＡｒＦパターン初期ラフネスと本実施例の試料処理装置を用いてＶＵＶキュアによりラフネス低減処理を行ったＡｒＦレジストの周波数解析結果を示す。処理ガスはＳｉＣｌ_４ガスであり、処理空間を０．３ｋＰａに減圧して処理した状態での結果である。一方、図３Ｂには比較のために、ＡｒＦパターン初期ラフネスと、一般にラフネス低減手法として知られているプラズマキュアによりラフネス低減処理を行った、ＡｒＦレジストの周波数解析結果を示している。図３Ａ、図３Ｂの横軸は周波数、縦軸はフーリエ変換したラフネス周波数の強度（相対量）に相当する。図３Ａからわかるように、本実施例の試料処理装置で処理したＡｒＦパターンについては、図中矢印で示したように周波数０．０３（1/nm）以下、すなわち、３０nm以上の周期を持つ長周期のラフネスが、ＡｒＦパターン初期のラフネスと比較して大幅に低減していることがわかる。一方、図３Ｂからわかるように、一般に用いられるプラズマキュア処理を実施したＡｒＦパターンについては、ＡｒＦパターン初期のラフネスと比較して、処理前後の変化量が少ない。このことから、本実施例の試料処理装置には、処理ガスとしてＳｉＣｌ_４を供給し処理空間を所望の圧力に維持してＶＵＶキュアを行うことで、従来から困難と言われている長周期ラフネスの低減させる効果があることがわかる。実験の結果、処理空間の圧力は、１Ｐａ〜１０ＫＰａの範囲とするのが望ましいことが分かった。

次に、図４に、図３Ａと同様の条件で処理したＡｒＦレジスト２種類について、レジストに生じる応力を測定した結果を示す。比較のために、各レジストについて、処理ガスとしてのＳｉＣｌ_４を供給せず、ＶＵＶ照射のみを行った結果も示す。ここでグラフの縦軸は、初期からの応力変化量を現わしており、Δσ＞０は引張り応力、Δσ＜０は圧縮応力に相当する。

図４のグラフからわかるように、通常のＶＵＶキュアにおいては、レジスト２種類に共通し引張り応力が生じていることが分かる。引張り応力が生じる場合、レジストパターンエンドの間隔が大きくなるなどの問題が生じ、高精度なエッチング処理の妨げになる。発明者の別の検討によって、プラズマキュアを実施したレジストについても、ＶＵＶキュアを実施したものと同様に引張り応力が生じる結果が得られている。

一方で、本発明の試料処理装置にＳｉＣｌ_４を供給してＶＵＶキュアを行ったものについては、膜に生じる引張り応力が大幅に改善されている。このことから、本実施例の試料処理装置により、ＳｉＣｌ_４を供給し処理空間の圧力を１Ｐａ〜１０ＫＰａの範囲としてＶＵＶキュアを行うことで、長周期のラフネスが低下する効果と同時に、レジスト膜に生じる引張り応力を緩和する効果があることがわかる。

次に、図５に、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によりレジスト膜の組成を分析した結果を示す。図５中、下から未処理のレジスト、通常のＶＵＶ処理を行ったレジスト、本実施例のＶＵＶ光処理装置にＳｉＣｌ_４を供給してＶＵＶキュアを行ったレジストの組成分析結果である。ＸＰＳによる組成分析の結果、処理ガスとしてＳｉＣｌ_４を供給しＶＵＶキュアを実施したレジストについて、Ｓｉに対応したピークが検出され、膜中に10atomic％以上のＳｉ原子が含まれていることが確認できた。

この結果から、本実施例のＶＵＶ光処理装置にＳｉＣｌ_４を供給し処理空間の圧力を１Ｐａ〜１０ＫＰａの範囲としてＶＵＶキュア行った作用として、ＳｉＣｌ_４からＳｉ原子がレジスト膜に供給され、その結果、長周期ラフネスの低減効果、膜に生じる応力の緩和効果が得られたと考えられる。また、この結果は、吸収端波長が１６３nmであるＳｉＣｌ_４を、本実施例の試料処理装置に処理ガスとして供給することで、光源部で生成された１７２nmのＶＵＶ光により、処理容器において光励起反応が生じたことを示している。

上述の検討結果から、長周期ラフネスが低減される理由を、図６を用いて説明する。図６の（ａ）はレジストの初期状態、図６の（ｂ）は処理ガスを供給し処理空間の圧力を１Ｐａ〜１０ＫＰａの範囲としてＶＵＶキュア行い、ラフネスを低減したレジストを示す。図６の（a）の初期状態では、トランジスタ５１のゲートを加工するため露光装置によりパターンニングされたレジスト５２の表面５２０ａ，５２０ｂが短周期、長周期ラフネスを有している。ラフネス低減のために、通常のプラズマを用いたキュア処理や処理ガスを供給しないＶＵＶ処理を実施した場合、レジストから炭素成分(Ｃ)などが脱離し、矢印７０で図示したようにレジストに引張応力が生じる。これに対して、本実施例の処理ガスを供給したＶＵＶ処理では、光源から供給されるＶＵＶ光の一部により処理ガスのＳｉＣｌ_４がＳｉとＣｌに解離され、Ｓｉ（５４）がレジスト５３の表面５３０ａ，５３０ｂに付着、またはレジスト膜中に侵入し、解離したＳｉ（５４）がレジストのＣと結合すると考えられる。

先にも述べたように、処理ガスの解離は処理空間の圧力に依存し、１０^−３Ｐａ程度の高真空に減圧されている場合には、ガスの解離が生じずＶＵＶ光はすべてレジスト膜に照射される。一方、処理空間が１Ｐａ〜１０ＫＰａの真空に減圧されている場合には、ＶＵＶ光によりガスが解離しその原子がレジスト膜に付着する。

この結果、図６の（ｂ）に示すようにレジストへのＳｉの付着やレジストとの結合により、矢印７２で図示したようにレジストに圧縮力が生じる。この圧縮力は膜に生じる引張り応力の向きと逆であり、これにより、レジストに生じる応力が緩和され、微細ラインの３０nm以上の周期を持つ長周期ラフネスが低減される。すなわち、本実施例によれば、パターン化されたレジストの短周期ラフネスおよび長期ラフネスが低減される。

次に、本発明の第２の実施例を図７Ａ、図７Ｂで説明する。図７Ａは、本発明の第２の実施例を示す試料処理装置の縦断面図である。第２の実施例では試料処理装置１０の処理容器２に、第２の処理ガス供給装置３３から処理ガスとして臭化水素(ＨＢｒ)を供給する。その他の構成・機能は、実施例１と同じである。実施例１と同様に、ウエハはＡｒＦレジストサンプルとし、処理容器２内を高真空に減圧した後、第２の処理ガス供給装置３３から処理容器２に臭化水素(ＨＢｒ)を導入し、処理室の圧力を処理空間が１Ｐａ〜１０ＫＰａの範囲内の所望の圧力まで増加させ、ＨＢｒガスをフローさせた（例えば、３００ＳＣＣＭ）状態で、プラズマより発光されるＶＵＶ光で処理を実施する。

図７Ｂは、ＡｒＦパターン初期ラフネスと本実施例の試料処理装置を用いてＶＵＶキュアによりラフネス低減処理を行ったＡｒＦレジストの周波数解析結果を示す。処理ガスはＨＢｒガスであり、処理空間を３５０Ｐａに減圧して処理した状態での結果である。
図７Ｂからわかるように、供給する処理ガスをＨＢｒとした場合においても、実施例１と同様に、試料処理装置で処理したＡｒＦパターンサンプルについては、周波数０．０３（1/nm）以下、すなわち、３０nm以上の周期を持つ長周期のラフネスが、ＡｒＦパターン初期のラフネスと比較して大幅に低減していることがわかる。また、臭化水素(ＨＢｒ)を導入した場合においても、実施例１と同様に、処理ガスとしてＨＢｒを導入することで、膜に生じる引張り応力の緩和を確認した。また、処理ガスとしてＨＢｒを供給しＶＵＶキュアを実施したレジストについてＸＰＳ分析を実施した結果では、Ｂｒ（臭素）に対応したピークが検出され、膜中に１０atomic％以上のＢｒ原子が含まれていることが確認できている。この結果から、本実施例において処理空間を１Ｐａ〜１０ｋＰａの範囲に維持しながらＨＢｒを供給してＶＵＶキュア行った作用としては、実施例１と同様の効果があり、ＨＢｒがＶＵＶ光による光励起によりＨとＢｒに解離され、Ｂｒがレジスト膜に供給され作用した結果、長周期ラフネスの低減効果、膜に生じる応力の緩和効果が得られたと考えられる。

図８に、本発明の第３の実施例のＶＵＶ光処理装置の断面図を示す。この実施例では、ＶＵＶ光処理装置の光源を、プラズマに代わりエキシマランプとした試料処理装置である。その他の構成・機能は、実施例1、２と同じであり、処理容器２に処理ガスとして、第１の処理ガス供給装置３２からＳｉＣｌ_４、若しくは第２の処理ガス供給装置３３から臭化水素(ＨＢｒ)を供給する。この場合、ランプハウス１１の内部に、波長２００nm以下の誘電体バリア放電を用いた複数の円筒状エキシマランプ１２が設置されている。円筒状エキシマランプ１２は、波長１７２nmのエキシマ光を放出するＸｅエキシマランプ、波長１２６nmのＡｒエキシマランプ、波長１４６nmのＫｒエキシマランプ、波長１９３nmのＡｒＦエキシマランプ等がこれに該当する。ランプハウス１１と処理容器２は、図1と同様に、ＶＵＶ透過窓４で隔壁されている。ランプハウス１１には、ガス導入口（図示省略）とガス排出口（図示省略）が設けられており、Ｎ_２ガスを導入し、ランプハウス１１内をＮ_２に置換することにより、大気中のＯ_２によるＶＵＶ光の減衰を抑制している。

ＶＵＶ透過窓４より下部は、実施例１または実施例２と同様の構造であり、第２、第３のガス供給装置から供給された、四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）若しくは臭化水素（ＨＢｒ）の処理ガスは、ガス供給プレート９を介してウエハ５上に均一に供給される。処理容器２内の圧力は、１Ｐａ〜１０ＫＰａに維持される。このため、円筒状エキシマランプ１２を光源とした場合においても、処理容器２内部の雰囲気の均一性が改善される。これにより、実施例１または実施例２と同様に、ＶＵＶ光による処理ガスの解離とそれに伴う原子のレジスト膜への付着が生ずる。これにより、被処理試料に生じる応力の緩和、長周期のラフネスを充分に低減することが可能となり、半導体基板上に形成されたレジスト膜の表面あるいは側面の生じる凹凸を高精度に抑制してエッチング処理を実現することができる。

図９を用いて、本発明の第４の実施例を説明する。第４の実施例では、第１、第２の実施例に記載したガス供給プレートと異なる、処理雰囲気の均一性を向上させる他の処理ガス供給方法を採用している。図９は第４の実施例に係る試料処理装置の縦断面図である。本実施例の試料処理装置は図１と同様に、光源部１０と処理容器２がＶＵＶ光透過窓４により隔壁されている。光源部１０は第１の実施例に記載したプラズマ光源、あるいは、第３の実施例に記載したエキシマランプ光源がこれに該当する。処理容器２には処理ガスとして、第１の処理ガス供給装置３２からＳｉＣｌ_４、若しくは第２の処理ガス供給装置３３から臭化水素(ＨＢｒ)を供給する。処理容器２内の圧力は、１Ｐａ〜１０ＫＰａに維持される。第４の実施例においては、均一にガスを供給することを目的とし、処理ガス供給装置（３２，３３）と処理容器２の間において、処理容器２の外周部にガス溜まりスペース１３が設けられている。ガス溜まりスペース１３は、処理容器２の壁面からウエハ上に放射状に均一にガスを供給できるよう、周方向均等に複数のガス穴が設けてある（図示省略）。ここでガス穴数は、等間隔に２箇所以上設けることが好ましい。このガス溜まりスペース１３を介して処理ガスを供給することにより、ウエハ処理雰囲気の周方向の均一性が改善される。

本実施例でも、ＶＵＶ光による処理ガスの解離とそれに伴う原子のレジスト膜への付着が生ずる。これに伴い、被処理試料に生じる応力の緩和、さらには微細ラインの３０nm以上の周期を持つ長周期のラフネスを低減することが可能となり、半導体基板上に形成されたレジスト膜の表面あるいは側面の生じる凹凸を高精度に抑制してエッチング処理を実現することができる。

次に、本発明の第５の実施例として、処理雰囲気の均一性を向上させるための他の処理ガス供給手段を備えた試料処理装置を説明する。図１０Ａは第５の実施例を示す試料処理装置の縦断面図、図１０Ｂは、ガス供給リングの詳細を示す平面図である。

第５の実施例では、均一にガス供給を行う手段として、処理容器２の内部にガス供給リング１４が設けてある。ガス供給リング14は、ウエハ上に放射状で均一にガスを供給できるよう、リングに周方向均等にガス穴があり、ガス穴は２箇所以上設けてある。光源部１０と処理容器２の間にガス供給リング１４を設けた場合、ガス供給リング１４によるＶＵＶ光の遮蔽効果により、ＶＵＶ光の照射光強度の均一性低下が生じる可能性がある。このため、ガス供給リング１４の内径ｄが処理ウエハ５の外径より大きい場合はガス供給リング１４を構成する材料の限定はなく、例えば、ステンレス、アルミなど使用することが可能であるが、内径ｄが処理ウエハ５の外径よりも小さい場合には、リングを構成する材料として、光源部１０で生成された波長１７２nmのＶＵＶ光が透過可能な合成石英、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＬＩＦ、サファイア等とする必要がある。処理容器２には処理ガスとして、第１の処理ガス供給装置３２からＳｉＣｌ_４、若しくは第２の処理ガス供給装置３３から臭化水素(ＨＢｒ)を供給する。処理容器２内の圧力は、１Ｐａ〜１０ｋＰａに維持される。

本実施例でも、被処理試料に生じる応力の緩和、さらには微細ラインの３０nm以上の周期を持つ長周期のラフネスを充分に低減することが可能となり、半導体基板上に形成されたレジスト膜の表面あるいは側面の生じる凹凸を高精度に抑制してエッチング処理を実現することができる。

以上の記載した実施例１〜５ではサンプルウエハは、（ドライ、液浸）ＡｒＦレジストパターンウエハとしたが、サンプルウエハはＥＵＶレジストパターンウエハでも良い。ＥＵＶレジストパターンの方が、微細パターン加工に使用するため、ＬＷＲ低減への要求が強く、ＶＵＶキュア処理のメリットが大きい。露光機（ＡｒＦ露光機、ＥＵＶ露光機等）で露光後、現像し、レジストパタ−ニングしたウエハを、本ＶＵＶ（真空紫外光）装置に反応性ガスを均一に供給することでキュア処理を実施し、レジストパターンのラフネスを低減した後、このレジストをマスクとして、レジストの下地膜をプラズマ等でエッチングすることにより、長周期ラフネスの小さい微細加工を実現することができる。また、自己組織化材料（DSA：Directed Self Assembly）によるパターン形成後のLWR低減に応用しても良い。ブロック共重合体コーティング、アニール処理による配列、ドライエッチングやウェットエッチングによる選択的エッチングによるパターニング後に、ＶＵＶ光処理装置に処理ガスを均一に供給し、レジストパターンの短周期、長周期ラフネスを低減した後、このＬＷＲ低減後のレジストをマスクとして、レジストの下地膜をプラズマ等でエッチング処理することで、ラフネスの小さい微細加工を実現することができる。

また、上記各実施例では本発明のアプリケーションとして、レジストパターンのＬＷＲ低減を目的としたＶＵＶキュアへの適用例を示したが、本発明のＶＵＶ光処理装置の他のアプリケーションとしては、Ｌｏｗ−ｋ膜キュア、反射防止膜キュア、レジスト下地膜キュア、多層マスク材料のキュア等、有機材料（特に塗布系材料）のベタ膜のキュア、改質が挙げられる。また無機材料（特に蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等での成膜材料）のキュア、改質に、本発明を適用しても良い。

１…プラズマ生成容器、２…処理容器、３１…プラズマ生成用ガス供給装置、３２…第１の処理ガス供給装置、３３…第２の処理ガス供給装置、４…ＶＵＶ透過窓、５…ウエハ、６…ウエハステ−ジ、７…高周波電源、８…圧力計、９…ガス供給プレート、１０…試料処理装置、１１…ランプハウス、１２…円筒状エキシマランプ、１３…ガス溜まりスペース、１４…ガス供給リング、５１…トランジスタ、５２…ゲート、５３…反応ガス処理後ゲート、５４…Ｓｉ、１００…制御部、１０１…容器内圧力調整部、１０２…ガス供給制御部、１０３…電源制御部、１０４…プロセスコントローラ。

Claims (8)

1. 試料処理装置において、パターニングされたレジストを有する被処理試料を処理する試料の処理方法であって、
   前記試料処理装置は、真空紫外線光を発する光源と、ステージを内部に有し該ステージ上に配置された被処理試料に波長２００ｎｍ以下の前記真空紫外線光を照射可能な処理室と、前記処理室内に処理ガスを導入する処理ガス供給手段と、前記処理室の排気口に接続された真空排気装置とを備えており、
   パターニングされたレジストを有する被処理試料を前記処理室内の前記ステージ上に配置し、
   前記処理室内に処理ガスとして、四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４ ）を供給し、
   前記処理室内の前記処理ガスに前記真空紫外線光を照射して該真空紫外線光の一部で前記処理ガスを励起し、該励起された処理ガス中の含有元素Ｓｉと前記レジストを残りの前記真空紫外線光で反応させ、前記レジストのキュアを行うと共に該レジストに生じる応力を緩和する
   ことを特徴とする試料の処理方法。
2. 請求項１記載の試料の処理方法において、
   前記試料処理装置は、前記処理室の圧力を制御する圧力調整部を備えており、
   該処理室内の圧力を１Ｐａ〜１０ｋＰａに保持し、前記真空紫外線光を照射して前記処理ガスを励起する
   ことを特徴とする試料の処理方法。
3. 請求項２記載の試料の処理方法において、前記試料は、ＡｒＦレジストパターンウエハであることを特徴とする試料の処理方法。
4. 請求項２記載の試料の処理方法において、前記試料は、ＥＵＶレジストパターンウエハであり、
   前記ＥＵＶレジストパタ−ニングしたウエハを前記処理室内に配置し、前記処理ガスを供給してキュア処理を実施し、前記レジストパターンのラフネスを低減した後、該レジストをマスクとして、該レジストの下地膜をプラズマでエッチングすることを特徴とする試料の処理方法。
5. 真空紫外線光を発する光源と、ステージを内部に有し該ステージ上に配置された被処理試料に前記真空紫外線光のうち波長200nm以下の真空紫外線光を照射可能な処理室と、前記処理室内の前記真空紫外線光の照射領域に処理ガスを導入する処理ガス供給手段と、前記処理室の排気口に接続された真空排気装置と、前記処理室の圧力を制御する容器内圧力調整部とを備え、
   前記処理ガスが、四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４ ）であり、
   前記被処理試料が、パターニングされたレジストを有する試料であり、
   前記処理室内の前記処理ガスに前記真空紫外線光を照射して該真空紫外線光の一部で前記処理ガスを励起し、該励起された処理ガス中の含有元素Ｓｉと前記レジストを残りの前記真空紫外線光で反応させ、前記レジストのキュアを行うと共に該レジストに生じる応力を緩和する
   ことを特徴とする試料処理装置。
6. 請求項５記載の試料処理装置において、
   前記容器内圧力調整部が、前記真空排気装置により減圧される前記処理室内の圧力を調整する機能を有し、
   前記処理室内の圧力を１Ｐａ〜１０ｋＰａに維持した状態で、前記レジストのキュアを行うことを特徴とする試料処理装置。
7. 請求項６記載の試料処理装置において、
   前記処理ガス供給手段は、波長１７２nmのエキシマ光が透過可能な合成石英、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＬＩＦまたはサファイアから成るガス分散部を有し、該ガス分散部を介して前記処理ガスを前記処理室内に供給することを特徴とする試料処理装置。
8. 請求項６記載の試料処理装置において、
   前記ガス供給手段と前記処理室の間において、該処理室の外周部に設けられたガス溜まりスペースを有し、
   該ガス溜まりスペースには、前記処理室の壁面から前記被処理試料上に放射状に均一に前記処理ガスを供給できるよう、周方向均等に設けられた複数のガス穴を有することを特徴とする試料処理装置。

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