JPH09320930A - パターン形成方法およびパターン形成装置 - Google Patents
パターン形成方法およびパターン形成装置Info
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- JPH09320930A JPH09320930A JP13201396A JP13201396A JPH09320930A JP H09320930 A JPH09320930 A JP H09320930A JP 13201396 A JP13201396 A JP 13201396A JP 13201396 A JP13201396 A JP 13201396A JP H09320930 A JPH09320930 A JP H09320930A
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- semiconductor wafer
- resist
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- film
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Landscapes
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 化学増幅型ポジレジストを用いたパターン形
成において、露光後の熱処理時の環境が適切にして、パ
ターンの解像度および形状を向上させる。 【解決手段】 露光後の熱処理時に、温度23℃、湿度
45〜55%の空気を送りながら、半導体ウエハ1をホ
ットプレートで加熱する。
成において、露光後の熱処理時の環境が適切にして、パ
ターンの解像度および形状を向上させる。 【解決手段】 露光後の熱処理時に、温度23℃、湿度
45〜55%の空気を送りながら、半導体ウエハ1をホ
ットプレートで加熱する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路
の製造において、半導体ウエハにパターンを形成するた
めのパターン形成方法およびパターン形成装置に関する
ものである。
の製造において、半導体ウエハにパターンを形成するた
めのパターン形成方法およびパターン形成装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の製造においては、半導
体ウエハの被加工膜上に微細なパターンを形成し、この
パターンをマスクとして被加工膜をエッチングする方法
がとられる。このパターン形成工程では、通常次のよう
な操作が行われる。すなわち、まず半導体薄膜等の被加
工膜上に樹脂および感光剤を含む溶液を塗布し、それを
乾燥してレジスト膜(感光性樹脂膜)を形成する。つい
でこのレジスト膜に対して選択的に光等のエネルギーを
照射する露光処理を行う。この後、現像処理によって半
導体ウエハ上にマスクパターン(レジストパターン)を
形成する。
体ウエハの被加工膜上に微細なパターンを形成し、この
パターンをマスクとして被加工膜をエッチングする方法
がとられる。このパターン形成工程では、通常次のよう
な操作が行われる。すなわち、まず半導体薄膜等の被加
工膜上に樹脂および感光剤を含む溶液を塗布し、それを
乾燥してレジスト膜(感光性樹脂膜)を形成する。つい
でこのレジスト膜に対して選択的に光等のエネルギーを
照射する露光処理を行う。この後、現像処理によって半
導体ウエハ上にマスクパターン(レジストパターン)を
形成する。
【0003】ところで、半導体集積回路の集積度は2〜
3で4倍というスピードで高集積化しているが、これに
伴い、回路素子のパターンの寸法も年々微細化し、この
ため厳密な寸法精度が必要になってきている。従来、感
光性樹脂膜に照射する露光波長として、水銀ランプのg
線(435nm)やi線(365nm)の紫外線光が用
いられてきた。そのレジストとして、ノボラック樹脂と
ナフトキノンジアジド化合物からなるポジ型レジストが
用いられていた。
3で4倍というスピードで高集積化しているが、これに
伴い、回路素子のパターンの寸法も年々微細化し、この
ため厳密な寸法精度が必要になってきている。従来、感
光性樹脂膜に照射する露光波長として、水銀ランプのg
線(435nm)やi線(365nm)の紫外線光が用
いられてきた。そのレジストとして、ノボラック樹脂と
ナフトキノンジアジド化合物からなるポジ型レジストが
用いられていた。
【0004】しかし、パターンの微細化に伴い、クリプ
トン、フッ素のエキシマー光(248nm)を露光光と
した、酸の触媒反応を利用する化学増幅型レジストへの
期待が強くなってきている。この化学増幅型のポジレジ
スト材料は、水酸基やカルボン酸等のアルカリ現像液可
溶な官能基をある種の化合物(保護基)で置換した樹脂
と、酸発生剤(PAG:フォトアシッドジェネレータ
ー)から構成されている。
トン、フッ素のエキシマー光(248nm)を露光光と
した、酸の触媒反応を利用する化学増幅型レジストへの
期待が強くなってきている。この化学増幅型のポジレジ
スト材料は、水酸基やカルボン酸等のアルカリ現像液可
溶な官能基をある種の化合物(保護基)で置換した樹脂
と、酸発生剤(PAG:フォトアシッドジェネレータ
ー)から構成されている。
【0005】このレジストの露光を行うとPAGから酸
が発生し、この酸がレジスト中で拡散して保護基と樹脂
のアルカリ可溶性官能基の分解に触媒として作用し、保
護基の樹脂からの脱離反応の進行が続いた結果、保護基
の分解が進行した領域は、現像液に対して可溶となって
パターンを形成する。
が発生し、この酸がレジスト中で拡散して保護基と樹脂
のアルカリ可溶性官能基の分解に触媒として作用し、保
護基の樹脂からの脱離反応の進行が続いた結果、保護基
の分解が進行した領域は、現像液に対して可溶となって
パターンを形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで化学増幅型レ
ジストは、前述したように、露光によって発生した酸が
レジストマトリックス中を拡散して保護基の脱離にあず
かるが、この拡散速度と保護基の分解反応速度は、ポス
トエクスポージャーベーク(PEB)と呼ばれる露光後
の熱処理が支配している。従ってPEBを厳密に制御す
ることがパターン形成とその寸法制御に対して極めて重
要である。さらに、上述した酸の拡散と保護基の分解反
応に必要な水分の量が適切でない場合、保護基の分解反
応が具合よく進行せず、パターンの未解像や形状不良が
生じる。
ジストは、前述したように、露光によって発生した酸が
レジストマトリックス中を拡散して保護基の脱離にあず
かるが、この拡散速度と保護基の分解反応速度は、ポス
トエクスポージャーベーク(PEB)と呼ばれる露光後
の熱処理が支配している。従ってPEBを厳密に制御す
ることがパターン形成とその寸法制御に対して極めて重
要である。さらに、上述した酸の拡散と保護基の分解反
応に必要な水分の量が適切でない場合、保護基の分解反
応が具合よく進行せず、パターンの未解像や形状不良が
生じる。
【0007】しかしながら、現在PEB処理に用いられ
ている既存のベークオーブンは、単純な温度均一性の高
いホットプレート上の半導体ウエハを載置するのみで行
われており、PEB処理中の半導体ウエハ表面の環境に
は配慮がなされていないので、上述の酸の拡散や分解反
応に関して必ずしも適した環境にはなっておらず、解像
度が不十分であったり、形状不良が生じたりするという
問題点があった。このようなPEB処理用のベークオー
ブンでは本来のレジスト材料が有する性能を十分に発揮
できず、微細化に伴う露光波長の短波長化を行ってもせ
いぜい0.30μm程度の解像度しか得られないのが実
情であった。
ている既存のベークオーブンは、単純な温度均一性の高
いホットプレート上の半導体ウエハを載置するのみで行
われており、PEB処理中の半導体ウエハ表面の環境に
は配慮がなされていないので、上述の酸の拡散や分解反
応に関して必ずしも適した環境にはなっておらず、解像
度が不十分であったり、形状不良が生じたりするという
問題点があった。このようなPEB処理用のベークオー
ブンでは本来のレジスト材料が有する性能を十分に発揮
できず、微細化に伴う露光波長の短波長化を行ってもせ
いぜい0.30μm程度の解像度しか得られないのが実
情であった。
【0008】この発明は上述のような課題を解決するた
めになされたもので、ベークオーブン内の環境を適切に
することより、高い解像度と良好な形状のパターンを得
ることができるパターン形成方法および装置を提供する
ことを目的とする。
めになされたもので、ベークオーブン内の環境を適切に
することより、高い解像度と良好な形状のパターンを得
ることができるパターン形成方法および装置を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係るパターン
形成方法は、露光された半導体ウエハを、温度23℃、
湿度45〜55%の空気と等価な水分を含む気体を供給
した雰囲気で熱処理する工程を含むものである。さら
に、上記工程に引き続き、この工程よりも水分の少ない
雰囲気で半導体ウエハを熱処理するものである。
形成方法は、露光された半導体ウエハを、温度23℃、
湿度45〜55%の空気と等価な水分を含む気体を供給
した雰囲気で熱処理する工程を含むものである。さら
に、上記工程に引き続き、この工程よりも水分の少ない
雰囲気で半導体ウエハを熱処理するものである。
【0010】また、この発明に係るパターン形成装置
は、加熱される半導体ウエハとチャンバーの天井部との
間の空隙を1cm以内にしたものである。また、チャン
バー内に気体を供給する配管を複数系統にして、供給す
る気体の湿度の切り換えができるようにしたものであ
る。
は、加熱される半導体ウエハとチャンバーの天井部との
間の空隙を1cm以内にしたものである。また、チャン
バー内に気体を供給する配管を複数系統にして、供給す
る気体の湿度の切り換えができるようにしたものであ
る。
【0011】
実施の形態1.図1、図2はこの発明の実施の形態1に
おけるパターン形成方法の工程を示すための半導体ウエ
ハ1の断面図であり、図1に示す工程に続いて図2の工
程が実施される。図において、1aは基板、2は基板1
a上に形成された被加工膜、3は被加工膜2上に形成さ
れた化学増幅型ポジレジスト膜(以下レジスト膜と称
す)、4はパターンが描かれたマスク、5はベークオー
ブンのホットプレート、6はクーリングプレートであ
る。
おけるパターン形成方法の工程を示すための半導体ウエ
ハ1の断面図であり、図1に示す工程に続いて図2の工
程が実施される。図において、1aは基板、2は基板1
a上に形成された被加工膜、3は被加工膜2上に形成さ
れた化学増幅型ポジレジスト膜(以下レジスト膜と称
す)、4はパターンが描かれたマスク、5はベークオー
ブンのホットプレート、6はクーリングプレートであ
る。
【0012】まず、図1(a)のように基板1a上に被
加工膜2を形成し、さらにその上に(b)に示すように
レジスト膜3を形成する。ここでは東京応化工業製TD
UR−Pシリーズのレジストを用いたが和光純薬製WK
R−PTシリーズを用いてもよい。このようなレジスト
を半導体ウエハ1の被加工膜2上に4〜5cc滴下し、
所望の膜厚を得るに適した回転数で半導体ウエハ1を回
転させることによりレジスト塗布膜を形成し、さらにこ
のレジスト塗布膜中の有機シンナーを、蒸発乾燥させる
ために半導体ウエハ1をホットプレート(図示せず)に
載せてレジスト塗布膜を熱処理し、膜厚7600オンク゛スト
ロームのレジスト膜3を形成する。
加工膜2を形成し、さらにその上に(b)に示すように
レジスト膜3を形成する。ここでは東京応化工業製TD
UR−Pシリーズのレジストを用いたが和光純薬製WK
R−PTシリーズを用いてもよい。このようなレジスト
を半導体ウエハ1の被加工膜2上に4〜5cc滴下し、
所望の膜厚を得るに適した回転数で半導体ウエハ1を回
転させることによりレジスト塗布膜を形成し、さらにこ
のレジスト塗布膜中の有機シンナーを、蒸発乾燥させる
ために半導体ウエハ1をホットプレート(図示せず)に
載せてレジスト塗布膜を熱処理し、膜厚7600オンク゛スト
ロームのレジスト膜3を形成する。
【0013】本発明で用いる化学増幅型レジストは、少
なくとも酸発生剤と樹脂とを有機シンナーに溶解させて
構成されたものであり、詳しくは、電子線や紫外線等の
エネルギーを受けて分解し酸を発生する酸発生剤、ポリ
フェニールやアクリル酸等の樹脂の水酸基やカルボン酸
のような本来現像液に可溶な特性を示す官能基を、アル
キル基等の保護基で置換することによって現像液に不溶
化している樹脂、およびプロピレングリコールモノメチ
ルエーテルアセテートや2−ヘプタノン、乳酸エチル等
の有機シンナーが用いられる。さらに本発明に有効なレ
ジストとしては、化1(a)、(b)に示すポリビニル
フェノールやアクリル酸等の現像液可溶な樹脂に、化1
(c)、(d)に示すアセタール基やケタール基で置換
した樹脂が少なくとも一部を混合あるいは共重合体の形
で使用されているレジストが好ましい。なお、式中Rと
R′は同じmでなくてもよい。
なくとも酸発生剤と樹脂とを有機シンナーに溶解させて
構成されたものであり、詳しくは、電子線や紫外線等の
エネルギーを受けて分解し酸を発生する酸発生剤、ポリ
フェニールやアクリル酸等の樹脂の水酸基やカルボン酸
のような本来現像液に可溶な特性を示す官能基を、アル
キル基等の保護基で置換することによって現像液に不溶
化している樹脂、およびプロピレングリコールモノメチ
ルエーテルアセテートや2−ヘプタノン、乳酸エチル等
の有機シンナーが用いられる。さらに本発明に有効なレ
ジストとしては、化1(a)、(b)に示すポリビニル
フェノールやアクリル酸等の現像液可溶な樹脂に、化1
(c)、(d)に示すアセタール基やケタール基で置換
した樹脂が少なくとも一部を混合あるいは共重合体の形
で使用されているレジストが好ましい。なお、式中Rと
R′は同じmでなくてもよい。
【0014】
【化1】
【0015】図1(b)のレジスト膜3の形成に続い
て、クリプトン、フッ素の混合ガスを用いたエキシマー
レーザーの248nmの波長を用いた縮小投影露光装置
(図示せず)により、図1(c)に示すように、マスク
4を介してレジスト膜3に対して露光を行う。この時の
エネルギー量は、28mJ/cm2であった。図の3a
が露光部、3bは未露光部である。
て、クリプトン、フッ素の混合ガスを用いたエキシマー
レーザーの248nmの波長を用いた縮小投影露光装置
(図示せず)により、図1(c)に示すように、マスク
4を介してレジスト膜3に対して露光を行う。この時の
エネルギー量は、28mJ/cm2であった。図の3a
が露光部、3bは未露光部である。
【0016】その後、図2(a)に示すように、115
℃に設定されたホットプレート5上で115℃90秒の
PEB処理を行う。PEBは温度23℃、湿度(相対湿
度)45〜55%の空気を5Nl/minの流量でレジ
スト膜3表面上に送風した雰囲気で行う。このPEB処
理終了後、図2(b)に示すように、23℃に設定され
たクーリングプレート6上で半導体ウエハ1を60秒間
冷却する。さらに現像液として2.38wt%テトラメ
チルアンモニウム水溶液を用い、60秒間レジスト膜3
上にパドルを形成して現像する。このようにして、図2
(c)に示すようにレジスト膜の露光部を溶解、除去し
てレジストパターン7を形成する。
℃に設定されたホットプレート5上で115℃90秒の
PEB処理を行う。PEBは温度23℃、湿度(相対湿
度)45〜55%の空気を5Nl/minの流量でレジ
スト膜3表面上に送風した雰囲気で行う。このPEB処
理終了後、図2(b)に示すように、23℃に設定され
たクーリングプレート6上で半導体ウエハ1を60秒間
冷却する。さらに現像液として2.38wt%テトラメ
チルアンモニウム水溶液を用い、60秒間レジスト膜3
上にパドルを形成して現像する。このようにして、図2
(c)に示すようにレジスト膜の露光部を溶解、除去し
てレジストパターン7を形成する。
【0017】レジストパターン7を呈示する機構を説明
すると、レーザー光等の照射によってレジスト膜3中に
発生した酸が酸触媒として機能して、PEB処理時の熱
で樹脂と保護基の結合が加水分解により脱離し、樹脂自
身の現像液に可溶な官能基が露呈するため、露光部3a
が現像液に可溶な状態になって除去され、レジストパタ
ーン7が形成されるものである。
すると、レーザー光等の照射によってレジスト膜3中に
発生した酸が酸触媒として機能して、PEB処理時の熱
で樹脂と保護基の結合が加水分解により脱離し、樹脂自
身の現像液に可溶な官能基が露呈するため、露光部3a
が現像液に可溶な状態になって除去され、レジストパタ
ーン7が形成されるものである。
【0018】湿度を特に調整せず、クリーンルームの空
気でPEB処理を行った従来技術の場合と比較すると、
本実施の形態では解像度が向上した。例えば、0.03
μmラインアンドスペース(ライン寸法:スペース寸法
=1:1)で最適化された露光量での分離可能な微細な
ラインアンドスペースパターンが、従来技術を用いた場
合に0.24μmラインアンドスペースであったのに対
して、本実施の形態では部分的に、特にウエハ面の中心
部以外の部分で0.20μmラインアンドスペースまで
向上した。
気でPEB処理を行った従来技術の場合と比較すると、
本実施の形態では解像度が向上した。例えば、0.03
μmラインアンドスペース(ライン寸法:スペース寸法
=1:1)で最適化された露光量での分離可能な微細な
ラインアンドスペースパターンが、従来技術を用いた場
合に0.24μmラインアンドスペースであったのに対
して、本実施の形態では部分的に、特にウエハ面の中心
部以外の部分で0.20μmラインアンドスペースまで
向上した。
【0019】加えて、レジスト寸法の半導体ウエハ面内
寸法均一性の向上が見られた。例えば、8インチの半導
体ウエハで0.30μmラインアンドスペースのライン
寸法を30箇所測定したときのばらつき(最小寸法と最
大寸法の差)が、従来技術の場合は0.036μmであ
ったのに対し、本実施の形態では0.018μmに向上
した。
寸法均一性の向上が見られた。例えば、8インチの半導
体ウエハで0.30μmラインアンドスペースのライン
寸法を30箇所測定したときのばらつき(最小寸法と最
大寸法の差)が、従来技術の場合は0.036μmであ
ったのに対し、本実施の形態では0.018μmに向上
した。
【0020】また、上記レジストとは異なるが、化学増
幅型ポジレジストとして幅広く用いられているターシャ
ルブチルオキシカルボニル基化ポリビニルフェノール樹
脂を使用したレジスト、例えばシプレイ社製APEXシ
リーズ等で上記と同様の工程を実施した場合、この種の
レジストはPEB処理温度依存性が悪いので上記向上に
比べるとその度合いは小さが、従来と比べて半導体ウエ
ハ面内寸法均一性の向上が見られた。段落0019に記
したのと同様の寸法ばらつきの測定方法では、従来技術
の場合は0.042μmであったのに対して0.032
μmに改善された。
幅型ポジレジストとして幅広く用いられているターシャ
ルブチルオキシカルボニル基化ポリビニルフェノール樹
脂を使用したレジスト、例えばシプレイ社製APEXシ
リーズ等で上記と同様の工程を実施した場合、この種の
レジストはPEB処理温度依存性が悪いので上記向上に
比べるとその度合いは小さが、従来と比べて半導体ウエ
ハ面内寸法均一性の向上が見られた。段落0019に記
したのと同様の寸法ばらつきの測定方法では、従来技術
の場合は0.042μmであったのに対して0.032
μmに改善された。
【0021】本発明の範囲外であるが、例えばシプレイ
社製SNR−200や東京応化工業製TDUR−N90
8等の化学増幅型ネガレジストを使って本実施の形態と
同様の工程を実施すると、図3に示したようにレジスト
表面近傍部でレジストパターンが形状異常を引き起こし
たり、さらにレジストパターンの解像度が従来技術で
0.26μmラインアンドスペース解像可能であったも
のが、上記と同様の工程を用いると0.30μmライン
アンドスペースまで劣化したりした。
社製SNR−200や東京応化工業製TDUR−N90
8等の化学増幅型ネガレジストを使って本実施の形態と
同様の工程を実施すると、図3に示したようにレジスト
表面近傍部でレジストパターンが形状異常を引き起こし
たり、さらにレジストパターンの解像度が従来技術で
0.26μmラインアンドスペース解像可能であったも
のが、上記と同様の工程を用いると0.30μmライン
アンドスペースまで劣化したりした。
【0022】ところで、PEB処理時に送風される気体
中の水分は、酸を触媒とした、樹脂の置換に用いられた
保護基の加水分解反応、およびレジスト膜中の酸の拡散
に寄与するとともに、酸触媒存在下において脱離した保
護基がアルカリ液可溶性を示す官能基(水酸基やカルボ
ン酸等)と再結合するのを防止することに寄与すると考
えられる。そのため、設定した湿度が23℃で40%以
下の場合はレジスト膜中での酸触媒による加水分解反応
が十分に進行しない、酸が十分にレジスト膜中を拡散し
ない、あるいは保護基の再結合反応を促進させる等の理
由で、表1に示すように、全く解像しない、あるいは微
細パターンでの解像度が悪い等の問題が生じる。
中の水分は、酸を触媒とした、樹脂の置換に用いられた
保護基の加水分解反応、およびレジスト膜中の酸の拡散
に寄与するとともに、酸触媒存在下において脱離した保
護基がアルカリ液可溶性を示す官能基(水酸基やカルボ
ン酸等)と再結合するのを防止することに寄与すると考
えられる。そのため、設定した湿度が23℃で40%以
下の場合はレジスト膜中での酸触媒による加水分解反応
が十分に進行しない、酸が十分にレジスト膜中を拡散し
ない、あるいは保護基の再結合反応を促進させる等の理
由で、表1に示すように、全く解像しない、あるいは微
細パターンでの解像度が悪い等の問題が生じる。
【0023】逆に湿度が60%以上の場合は、レジスト
膜中で水分が酸の拡散を助長する材料として機能するた
め、本来レジストパターンとして残存してほしい部分ま
で酸の拡散および保護基の加水分解反応が進行し、解像
度等の写真製版性能の劣化、特にレジストパターンの劣
化が著しい。以上の結果から、温度23℃での湿度が4
5〜55%の空気が適している。これらの結果を表1に
示した。
膜中で水分が酸の拡散を助長する材料として機能するた
め、本来レジストパターンとして残存してほしい部分ま
で酸の拡散および保護基の加水分解反応が進行し、解像
度等の写真製版性能の劣化、特にレジストパターンの劣
化が著しい。以上の結果から、温度23℃での湿度が4
5〜55%の空気が適している。これらの結果を表1に
示した。
【0024】
【表1】
【0025】また、上述したような樹脂を用いたレジス
トで、露光領域の広いパターンを露光した場合に、その
領域の樹脂の保護基を分解するのに要する酸の量よりも
多量の酸が発生するために、分解して生じた反応生成物
がこの過剰な酸で重合を起こし、保護基が分解脱離した
にもかかわらず不溶化することがあり、パターン欠陥の
原因となる。このような場合でも、この実施の形態で示
したように湿度の制御された環境でPEB処理を行え
ば、この重合反応が抑制されるので、パターン欠陥に対
しても有効である。
トで、露光領域の広いパターンを露光した場合に、その
領域の樹脂の保護基を分解するのに要する酸の量よりも
多量の酸が発生するために、分解して生じた反応生成物
がこの過剰な酸で重合を起こし、保護基が分解脱離した
にもかかわらず不溶化することがあり、パターン欠陥の
原因となる。このような場合でも、この実施の形態で示
したように湿度の制御された環境でPEB処理を行え
ば、この重合反応が抑制されるので、パターン欠陥に対
しても有効である。
【0026】なお、上記では温度23℃、湿度45〜5
5%の空気を送ったが、温度は23℃と異なってもよ
く、そのときは上記と等価な水分を含むように湿度の値
を上記範囲からずらす。また、送る気体は空気以外の例
えば窒素などでもよい。
5%の空気を送ったが、温度は23℃と異なってもよ
く、そのときは上記と等価な水分を含むように湿度の値
を上記範囲からずらす。また、送る気体は空気以外の例
えば窒素などでもよい。
【0027】実施の形態2.実施の形態1ではPEB処
理時に温度23℃、湿度45〜55%の空気を送った
が、実施の形態2ではその空気がレジスト膜によくなじ
むように送られるものであり、図4はそのベークオーブ
ンの断面図である。図において、8は半導体ウエハ1を
載置して加熱するホットプレート5を被うように設けら
れたチャンバー、9はチャンバー8に空気などの気体を
送る配管である。チャンバー8でホットプレート5を密
閉化し、さらにレジスト膜が形成された半導体ウエハ1
とチャンバー8の天井部8aとの間の空隙の寸法sを1
cm以内にしている。
理時に温度23℃、湿度45〜55%の空気を送った
が、実施の形態2ではその空気がレジスト膜によくなじ
むように送られるものであり、図4はそのベークオーブ
ンの断面図である。図において、8は半導体ウエハ1を
載置して加熱するホットプレート5を被うように設けら
れたチャンバー、9はチャンバー8に空気などの気体を
送る配管である。チャンバー8でホットプレート5を密
閉化し、さらにレジスト膜が形成された半導体ウエハ1
とチャンバー8の天井部8aとの間の空隙の寸法sを1
cm以内にしている。
【0028】配管9からチャンバー8の周辺下部に3N
l/minの流量で温度23℃、湿度45〜55%の空
気を送り、また、チャンバー8の中央上部から差圧0.
2mmH2Oで同量の排気処理を行う。これで半導体ウ
エハ1上で湿度を制御された空気がよどむことなく、半
導体ウエハ1全面にわたって均一にレジスト膜に触れ
る。このような方法で得られたレジストパターンは、実
施の形態1で得られた効果が半導体ウエハ1面内全域で
効率よく現れる。例えば、実施の形態1で解像度が0.
20μmラインアンドスペースまで、部分的に達成する
ことを示したが、この実施の形態ではウエハ面中心部を
含めてウエハ面全体で湿度制御された空気に均一的にさ
らされるので、ウエハ面全体で0.20μmラインアン
ドスペースまで解像度を向上させることができる。
l/minの流量で温度23℃、湿度45〜55%の空
気を送り、また、チャンバー8の中央上部から差圧0.
2mmH2Oで同量の排気処理を行う。これで半導体ウ
エハ1上で湿度を制御された空気がよどむことなく、半
導体ウエハ1全面にわたって均一にレジスト膜に触れ
る。このような方法で得られたレジストパターンは、実
施の形態1で得られた効果が半導体ウエハ1面内全域で
効率よく現れる。例えば、実施の形態1で解像度が0.
20μmラインアンドスペースまで、部分的に達成する
ことを示したが、この実施の形態ではウエハ面中心部を
含めてウエハ面全体で湿度制御された空気に均一的にさ
らされるので、ウエハ面全体で0.20μmラインアン
ドスペースまで解像度を向上させることができる。
【0029】さらに、実施の形態1で、ターシャルブチ
ルオキシカルボニル基化ポリビニルフェノール樹脂を使
用したレジストで、ウエハ面内寸法均一性がやゝ向上す
ることを示したが、この実施の形態で示したベークオー
ブンを用いると、同条件の8インチ径の半導体ウエハ面
内30箇所での0.30μmラインアンドスペースのレ
ジストパターンの線幅測定をしたときのパターン寸法ば
らつきが0.024μmとなり、さらなる改善が見られ
た。
ルオキシカルボニル基化ポリビニルフェノール樹脂を使
用したレジストで、ウエハ面内寸法均一性がやゝ向上す
ることを示したが、この実施の形態で示したベークオー
ブンを用いると、同条件の8インチ径の半導体ウエハ面
内30箇所での0.30μmラインアンドスペースのレ
ジストパターンの線幅測定をしたときのパターン寸法ば
らつきが0.024μmとなり、さらなる改善が見られ
た。
【0030】なお、半導体ウエハ1とチャンバー8の天
井部8aとの間を狭める度合を緩めて、空隙の寸法sを
2cmにして試したが、レジストパターンのウエハ面内
均一性などで特に改善が見られなかった。
井部8aとの間を狭める度合を緩めて、空隙の寸法sを
2cmにして試したが、レジストパターンのウエハ面内
均一性などで特に改善が見られなかった。
【0031】実施の形態3.図5は本発明の実施の形態
3を示すベークオーブンの断面図であり、配管9は2種
類の異なる気体を切り換えてチャンバー8内へ送ること
ができるように、9a、9bの2系統の配管から成って
いる。その他は実施の形態3と同様である。この実施の
形態におけるパターン形成方法について説明する。露光
工程までは実施の形態1および2と同様である。PEB
処理で、一方の系統の配管9aから温度23℃、湿度4
5〜55%の空気をチャンバー8内へ送風しながら、半
導体ウエハ1を115℃40秒間熱処理し、続いて、一
方の系統の配管9aの空気を止めて他方の系統の配管9
bから温度23℃、湿度40%の空気をチャンバー8内
へ送風しながら、115℃40秒間熱処理を行う。この
後、クーリングプレートで半導体ウエハ1を冷却し現像
してレジストパターンを形成する。
3を示すベークオーブンの断面図であり、配管9は2種
類の異なる気体を切り換えてチャンバー8内へ送ること
ができるように、9a、9bの2系統の配管から成って
いる。その他は実施の形態3と同様である。この実施の
形態におけるパターン形成方法について説明する。露光
工程までは実施の形態1および2と同様である。PEB
処理で、一方の系統の配管9aから温度23℃、湿度4
5〜55%の空気をチャンバー8内へ送風しながら、半
導体ウエハ1を115℃40秒間熱処理し、続いて、一
方の系統の配管9aの空気を止めて他方の系統の配管9
bから温度23℃、湿度40%の空気をチャンバー8内
へ送風しながら、115℃40秒間熱処理を行う。この
後、クーリングプレートで半導体ウエハ1を冷却し現像
してレジストパターンを形成する。
【0032】このようなレジストパターン形成方法は、
ホールパターンを形成する場合に特に有効であり、例え
ば0.26μmホールでの焦点深度は、従来技術による
と1.2μmであったものが、この実施の形態では1.
6μmに向上した。また、0.26μmホールの最適露
光量でのホール開口最小寸法が、従来技術で0.24μ
mホールであったものが、この実施の形態では0.20
μmホールとなり解像度の向上が見られた。
ホールパターンを形成する場合に特に有効であり、例え
ば0.26μmホールでの焦点深度は、従来技術による
と1.2μmであったものが、この実施の形態では1.
6μmに向上した。また、0.26μmホールの最適露
光量でのホール開口最小寸法が、従来技術で0.24μ
mホールであったものが、この実施の形態では0.20
μmホールとなり解像度の向上が見られた。
【0033】なお、図6に示すように、2系統の配管9
a、9bは途中でバルブ10を介してまとめてもよい。
この場合はバルブ10の操作によりチャンバー8へ送る
気体の切り換えができる。また、上記工程では半導体ウ
エハ1とチャンバー8の天井部8aとの間の空隙を1c
m以内にしたベークオーブンを用いたが、この空隙をそ
のように狭くしていないものに、2種類の気体を切り換
えてホットプレート5上に送るように、複数の系統の配
管を設けてもレジストパターンの解像度向上の効果があ
る。
a、9bは途中でバルブ10を介してまとめてもよい。
この場合はバルブ10の操作によりチャンバー8へ送る
気体の切り換えができる。また、上記工程では半導体ウ
エハ1とチャンバー8の天井部8aとの間の空隙を1c
m以内にしたベークオーブンを用いたが、この空隙をそ
のように狭くしていないものに、2種類の気体を切り換
えてホットプレート5上に送るように、複数の系統の配
管を設けてもレジストパターンの解像度向上の効果があ
る。
【0034】
【発明の効果】この発明に係るパターン形成方法は、温
度23℃、湿度45〜55%の空気と等価な水分を含む
気体を送って半導体ウエハを熱処理するので、発生する
酸の機能する度合が適切に制御されるなどの作用をし、
レジストパターンの解像度が向上し、また形状が向上す
る効果がある。さらに、上記熱処理に引き続き上記より
も水分の少ない雰囲気で半導体ウエハを熱処理すること
により、ホットパターン形成において焦点深度および解
像度が向上する。
度23℃、湿度45〜55%の空気と等価な水分を含む
気体を送って半導体ウエハを熱処理するので、発生する
酸の機能する度合が適切に制御されるなどの作用をし、
レジストパターンの解像度が向上し、また形状が向上す
る効果がある。さらに、上記熱処理に引き続き上記より
も水分の少ない雰囲気で半導体ウエハを熱処理すること
により、ホットパターン形成において焦点深度および解
像度が向上する。
【0035】またこの発明に係るパターン形成装置は、
半導体ウエハとチャンバー天井部との間を1cm以内に
したので、送られる気体とレジスト膜がよくなじみ、ウ
エハ全面でレジストパターンの解像度が向上し、ウエハ
面内寸法均一性が向上する。また、配管を複数系統にし
たので、熱処理時に送る気体の切り換えができて、ホー
ルパターンの焦点深度および解像度を向上させることが
できる。
半導体ウエハとチャンバー天井部との間を1cm以内に
したので、送られる気体とレジスト膜がよくなじみ、ウ
エハ全面でレジストパターンの解像度が向上し、ウエハ
面内寸法均一性が向上する。また、配管を複数系統にし
たので、熱処理時に送る気体の切り換えができて、ホー
ルパターンの焦点深度および解像度を向上させることが
できる。
【図1】 この発明の実施の形態1におけるパターン形
成方法を示すための半導体ウエハの断面図である。
成方法を示すための半導体ウエハの断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1において図1に続く
工程を示す半導体ウエハの断面図である。
工程を示す半導体ウエハの断面図である。
【図3】 化学増幅型ネガレジストでの形状異常を示す
半導体ウエハの断面図である。
半導体ウエハの断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態2におけるベークオー
ブンを示す断面図である。
ブンを示す断面図である。
【図5】 この発明の実施の形態3におけるベークオー
ブンを示す断面図である。
ブンを示す断面図である。
【図6】 この発明の実施の形態3における別のオーブ
ンを示す断面図である。
ンを示す断面図である。
1 半導体ウエハ、3 レジスト膜、5 ホットプレー
ト、7 レジストパターン、8 チャンバー、8a 天
井部、9 配管、9a 一方の配管、9b 他方の配
管。
ト、7 レジストパターン、8 チャンバー、8a 天
井部、9 配管、9a 一方の配管、9b 他方の配
管。
フロントページの続き (72)発明者 中村 睦 兵庫県伊丹市瑞原四丁目1番地 菱電セミ コンダクタシステムエンジニアリング株式 会社内
Claims (4)
- 【請求項1】 化学増幅型ポジレジスト膜が形成された
半導体ウエハに対して選択的に露光を行う第1の工程
と、上記露光された半導体ウエハを熱処理する第2の工
程と、上記熱処理された半導体ウエハを現像処理する第
3の工程とを含むパターン形成方法において、温度23
℃、湿度45〜55%の空気と等価な水分を含む気体を
供給した雰囲気で、上記第2の工程を実施することを特
徴とするパターン形成方法。 - 【請求項2】 第2の工程に引き続き、この第2の工程
よりも水分の少ない雰囲気で半導体ウエハの熱処理を行
うことを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。 - 【請求項3】 半導体ウエハを載置して加熱するホット
プレートと、このホットプレートを被うチャンバーと、
このチャンバー内に湿度制御された気体を供給する配管
とを含むベークオーブンを備えたパターン形成装置にお
いて、上記半導体ウエハと上記チャンバーの天井部との
間の空隙を1cm以内にしたことを特徴とするパターン
形成装置。 - 【請求項4】 半導体ウエハを載置して加熱するホット
プレートと、このホットプレートを被うチャンバーと、
このチャンバー内に湿度制御された気体を供給する配管
とを含むベークオーブンを備えたパターン形成装置にお
いて、上記配管を複数系統にして、上記チャンバー内に
供給する気体の湿度の切り換えができるようにしたこと
を特徴とするパターン形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13201396A JPH09320930A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | パターン形成方法およびパターン形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13201396A JPH09320930A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | パターン形成方法およびパターン形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09320930A true JPH09320930A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15071500
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13201396A Pending JPH09320930A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | パターン形成方法およびパターン形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09320930A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002184682A (ja) * | 2000-12-19 | 2002-06-28 | Tokyo Electron Ltd | 熱処理装置及びその方法、並びにパターン形成方法 |
US7090963B2 (en) | 2003-06-25 | 2006-08-15 | International Business Machines Corporation | Process for forming features of 50 nm or less half-pitch with chemically amplified resist imaging |
KR100590355B1 (ko) * | 1997-01-16 | 2006-09-06 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 베이킹장치및베이킹방법 |
US7300741B2 (en) | 2006-04-25 | 2007-11-27 | International Business Machines Corporation | Advanced chemically amplified resist for sub 30 nm dense feature resolution |
JP2008218866A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Elpida Memory Inc | パターン形成方法およびパターン形成装置 |
KR20170007150A (ko) | 2015-07-08 | 2017-01-18 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | 패턴 형성 방법 |
JP2017032658A (ja) * | 2015-07-29 | 2017-02-09 | 信越化学工業株式会社 | レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法 |
-
1996
- 1996-05-27 JP JP13201396A patent/JPH09320930A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100590355B1 (ko) * | 1997-01-16 | 2006-09-06 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 베이킹장치및베이킹방법 |
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KR20170007150A (ko) | 2015-07-08 | 2017-01-18 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | 패턴 형성 방법 |
JP2017021092A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 信越化学工業株式会社 | パターン形成方法 |
US9658532B2 (en) | 2015-07-08 | 2017-05-23 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Pattern forming process |
JP2017032658A (ja) * | 2015-07-29 | 2017-02-09 | 信越化学工業株式会社 | レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Effective date: 20031203 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 |
|
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Effective date: 20040730 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040824 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20041221 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |