JPH02210446A - 半導体ウエハ基板上にフォトレジスト層をパターニングするプロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、集積回路又は電気的装置を！ｌｌ造する為の
方法と装置に関する。より詳細に述べれば、本発明は、
集積回路又は電気的装置の製造においてフォトレジスト
のシリレーションの為に改良された方法と装置に関する
。

従来の技術及び問題点 集積回路の犬きざは、コーニット機能当りのコスト、高
速が求められるスイッチング・スピード、そして、低消
費電力への欲求のような、種々の要因によって縮少し続
【っている。光学リソグラフィの限界が、舅右、集積回
路の製造におけるサイズの減少を制限する主な要因の一
つである。最新の計画は、現在宛慮中の光学フォトリソ
グラフ技術の最低線が０．５ミクロン以下になることを
予測している。しかしながら、これらの技術は、光学フ
ォトリソグラフィを用いたザブミラ１コン製造が、デザ
イン研究所から１１＋！造部門へ効果的に移転される事
を可能にする為の更なる発達を求めている。

従来の技術の光学リソグラフィ・ブ［１しスは、いくつ
かの限界を有していて、その限界は集積回路の製造にお
いてサイズにおける意味ある縮小を今まで阻止していた
。これらの限界の例は、次ぎに示される。光学リソグラ
フィ装置は、物理的にフィールドの深さを制限し、厚い
光電竹材料をその厚さを介して露光すること、若しくは
、イの表面で構造上プレーナではない光電性々２の層を
正確に露光することを困難あるいは不可能にし−（いる
。

フィールドの深さは、装置がより小さいサイズ用に構成
されるにつれて減少される。ウェットなエツチング及び
処理（ｔｒｅａｔ二ｍ　ｅ　ｎ　ｔ　）のプ［］セスは
、たいてい残留している光電性Ｈ判又（よ他の材料の彫
版の原因となる。イのような彫版は１ノイズがより小さ
くなるにつれより重要どなり、いくつかの場合には狛容
できる線対空間比の達成を妨げる。その材料の屈折率の
違いによって、層の反射は、露光敢田線の拡散と逆拡散
を生じる。

標準の光学リソグラフィ装置と技術の限界を克服する為
の努力は、おびただしくそして少なくともいくらかは成
功し、そして半導体１０セツシング研究の主要な推進力
であり続りている。光学的に露光されるべき薄いブレー
ブ状光苛性表面層を生じる多層マスク、種々の露光放射
源や距離、より正確な公差の光学装置、そして通常、光
学リングラフイック・プロセスにおりる相互に関係する
全てのプロセス・パラメータの最適化は、集積回路生産
における可能な限りの最小リーイズに縮小けるのに全て
貢献している。これらのアプローチの全ては、研究され
続けいる。しかしながら、更にサイズの縮小の為の必要
性が続き、同時に、サイズを縮小ザる為のいくつかの技
術に必要なにり複雑なぞしで高価なプロセス・ステップ
の回避も続いている。

光学リソグラフィにおいて、１ｑられるサイズを縮小り
−る為の継続イー究の有望な［１１１発は以下の様に進
められている。叩ら、ビー・ローランド（Ｂ。

Ｒｏｌａｎｄ）とニー・ブランケン（Ａ、　Ｖｒａｎｃ
ｋｅｎ）による１９８５年１０月２４０に提出された欧
州特許１８４．５６７へ１号、「光電性レジスト層にδ
【プるネガティブ・パターンの片備の為の方法ｊ　（Ｍ
ｅｔｉｌｏｄ　　ｆｏｒ　　ｔｈｅＰｒｅｐａｒａｔ　
ｌ　Ｏｎ　　ｏｆ　　Ｎｅｇａｔ　：　Ｖｅ　　　　Ｐ
ａｔｔｅｒｎｓ　　　　ｉｎ　　　　ａ　　　　Ｌａｙ
ｅｒｏｆ　　ｐｈｏｔｏｓｅｎｓ　ｉ　１：　ｉ　ｖｅ
　　Ｒｅ５Ｓｔ）、１９８７年９月１２０に公表された
欧州特許２４８．７７９Ａ１号、「フＡ１へレジス１〜
層におけるポジデイプ・パターンを作る為の１７′Ｊ法
、１、そして更に、エフ・コツプマンズ（ト、ｃｏｐｐ
ｍ　ａ　ｎ　ｓ　）その他の「レジン１〜技術とブ［１
ｔ？ツシングの発達Ｉ　Ｉ　Ｉ、５ＰＩＥ）臼シーディ
ング６３１巻（１９８６年）」（ＡｄＶａｎｃｅｓｎ　
　　　Ｒｅ　　Ｓ　　！　　Ｓ　　ｔ　　　　’ｒ　　
ｅ　　に　　ｈ　　ｒｌ　　ＯＩ　　ＯＣｌ　　ｙ　　
　ａ　　ｒ’１ｄ　　ＰｒｏｃＣｓｓｉｎｇ　　Ｉｌｌ
、５ＰＩＥｐｒｏｃｅｅｄ＋ｎｇ　　ＶＯｌ、６３１　
（１９８６）ＦＤＥＳＩＲＥ：新ドライ視象しシス１−
系団（ＤＥＳＩＲＥ：Ａ　　Ｎｏｖｅｌ　　Ｄｒ！、／
　　Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　　　Ｒｅ５ｉｓｔ　　　３ｙ
ｓｔｅｍ）においての討議である。この開発は、ジー・
エフ・プーラ−（Ｇ、Ｎ、丁ａｙｌｏｒ）その他のジャ
ーナル・オブ・Ｊレフトロケミカル・ソサイアディ、１
３１巻、Ｎｏ、７　（１９８４年７月）の、「ガス相機
構のプラズマ現像レジス１−二電子ビーム露先の為のＲ
初の概念と結果Ｊによって進められて、より一般的４１
概念に近句いた。１９８８年７月８日に提出された米国
特許出願番号２１６゜８８４号は、半導体ウェハの低斤
力のシリレーションとエツチングの為の方法と装置を開
示している。ビー・し］−ランド、アール・ロンバー１
〜（Ｒ。

ＬＯｒＴＴｂｅｒｔＳ）、そしてエフ・コップンンズ（
Ｆ、　Ｃｏｐｐｍａｎｓ）によって「ＤＥＳＩＲ１ヨ；
ドライ現像フォーへレジストにおけるシリコン混合の為
の新しいアプローチｊ１９８６年のドライ・プロセス・
シンポジウム・ゾロシーディングの９８ページで、表面
感応性プロセス、つまりレジストの表面のみが、単層ブ
１］セツシングの単純化を伴って多層構成の遂行の利点
を提供する為には露光される必要性があるという事につ
き開議している。これらの参照は、可能な程度に含めて
いる。開発したこの技術は、次の文節で一般的に述べら
れている。

プロレスは、一般的に、ポリマー好ましくは、ジアゾキ
ノンのような光゛層性化合物どｄ合されししくは結合さ
れたフェノリック・ポリンを含む光電性樹脂層で基板を
コーティングし、マスクを介して可視あるいは紫外線光
へこの層を露光し、液状態処理も可能であるがガス状態
のへクリ−メチルデイシラザンのような化合物を含むシ
リコンへ露光された層を処理（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：）
し、そしてそれから、酸化プラズマ・エツチングのよう
なプラズマでその層をドライ・］ニニラチンする描成か
ら成る。シリレージ３ンは、一般的に減ｈ−室において
基板とレジスト層が比較的高温で熱ぜ゛られることで達
成されると記述されている。シリシリコンの程度は、一
般にシリレーション剤でさらされた時間の長さにＪ、っ
て、調節される。１記参照文献に８３ける１コーランド
とコツプマンズの指摘のように、露光後の光電性層の処
理（ｔｒｅａｔ　ｍ　ｅ　ｎ　を−）は、選択的に、ネ
ガティブパターン光電性レジストに対しては、光電性層
の露光されない（マスクされた）領域のほとんど若しく
は全く、シリレーションしないことと共に露光（マスク
されない）領域のシリレーションを住じ、あるいは、ポ
ジティブ・パターン光電性レジストに対しては、露光領
域のほとんど若しくは全くシリシリコンしないことと共
に露光されない領域の小シリレーションを生じる。更に
、開議は、ネガティブ・パターンの光電性レジストの使
用を例示し、しかしながら、創意にとんだプロセスと装
冒は両方に平等に適用されることが理解されるであろう
。

ニー・ピアス（Ａ、Ｐｉｅｒｃｅ）によるピアス・ケミ
カル・カンバニイ（ｐｉｅｒｃｅ　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ
　　Ｃｏｍｐａｎｙ）のｒ有機化合物のシリレージ−１
ン」１〜３ページに、そして更にアル・ビレール（Ｒ，
Ｖ　ｉ　５Ｓｅｒ）その他のＳＰ　Ｉ　）Ｅの８７巻の
「ガス相からレジスト層のシリレーションの機構と動力
学Ｊで探求されたように、シリレーションは、シリル基
（一般に−５ｉ（ＣＨ３）３）の分子への、一般的に水
素の置換による、導入である。レジスト層のシリレーシ
ョンの場合、シリレーション剤は、−紋穴に従っ−（レ
ジスト層の露光＠脂に拡散しそしで反応する。

０１−１　　　　　　　　０−シリル ｎ＋シリル剤　　　　「）ト副産物 反応の運動量、詳細には拡散率は、フＡ［ヘレジストの
露光された域へ高率で選択され、レジスト層のごく表面
のみに、すなわち表面から１、ＯＯＯ乃至１０．０００
オングストロームに制限されるようなシリレーションを
生じる。）Ａ−トレジス（〜層のより深い露光は、フォ
ト−ジス１〜材のダイイング（ｄｙｉｎｑ）のような技
術によって制限り−る事かできる。買方性のプラズマ・
エツチング、詳細には酸化プラズマ・エツチングは、聞
合シリコンを現場マスク（ｉ　ｎ−ｓ　ｉ　ｔｕ　　ｍ
ａｓｋ）として作用する二酸化シリコンにせしめ、酸化
プラズマエツチングは、レジス１への残部ど比較して、
二酸化シリ」ンに高く選択される。

このプロセスは、光学リソグラフィに対し幾つかの利点
を与える。シリレーションはレジスト層の最上面のみに
制限されるので、露光深度は、只その深さに制限され、
即ち、どんな場合でも正確に焦点を合わけられないより
深い露光は重要でなくなる。これはおおいにフィールド
の深さの問題及び、露光放射線の拡散に関連した問題を
減少する。シリレートされた域へのプラズマ・エツチン
グの高い選択性があるのＣ、ドライ・エツチング・プロ
セスはレジスト層を造るために用いられる。

それ故、ウェット・エツチング技術によっておこる問題
は、消去される。何故ならば、シリレーションは、レジ
スト層の露光されていない部分に対し露光された部分に
高い選択性があるので満足できる正確なマスク層がレジ
スト層から造られる。

しかしながら、上記に記されたプロセスに関連した問題
がある。シリレーショング剤にレジスト層をさらＪこと
は高温で、特にもし渇瓜が高くないならば比較的長い時
間で達成されるように参考文献において記述されている
。シリレージ臼ンの程度の調整は難しい。シリレーショ
ンは、真空あるいは低圧カブロセッシングの容器を必要
とし、低圧力で達成されるように文献において記述され
ている。

もし、シリレーション・ステップが連続しておこる真空
の処理ステップと連繋しＣ高圧力環境において遂行され
得るなら、より！？いシリレージ三１ン、より低い粒子
汚染、そして増大Ｊるプ１コレス能力が達成され得る。

これは交Ｈに歩留まり改善と生産量増加を成す。その上
に、応用特定製品の少量生産において、Ｊ：り高い装置
利用は初期倉庫の要求の減少を達成し得る。

問題点を解決するだめの手段及び作 本発明は、少なくとも１気圧あるいはそれ以下の圧力の
もとて層へシリレーティング剤を導入することによって
、放射線によるマスクを介した層の露光後の光電性層の
シリレーション（ｓｉｌｙａｔｉｏｎ）を企図し、そし
て摂氏１８０曵以下にレジストｍ（及びその下の基板）
の温度を小げることを企図する。

更に、本発明は、半導体基板上の露光されたレジメ］−
層をシリレートする為の装置を企図するものであって、
ポートとプロレス・ガス・インレットを右（るプロセス
室、プロセス室内の熱基板、ボートを介してプロレス室
と流動体で通じるロド・ロック、ガス・インレットを介
してプロセス室と流動体で通じるガス・ジェネレータを
含む。

記述した装置は、もし必要なら、室へ圧力Ｆでシリレー
ティング剤と不活性加斤剤を導入することができ、掌中
で１気圧かそれ以下の圧力を維持することができる。

記）ホされた装置は、又、真空のもとてワーク・ピース
を搬送する為、中央搬送モジコールへ接続したプロセス
室に関連して使用され得る。又、ワタ・ピースが室の間
の真空ウェハ・キャリアに搬送されるところの分離した
室に関連して使用され１ｑる。

真空のもとで、面を十へ向Ｉプてウェハを搬送しそしで
現像（ｄｅｖｅ　ｌ　ｏｐ）させ−るのに便利であるこ
とが、発見された。しかし、このモジュールは、真空つ
エバ・キ１−リアにおいて運ばれないウェハを使用され
得る。

本発明によって、与えられた渇瓜で、露光されたフォト
レジストのシリレーションの所望レベルに達する為の０
３間は減少されることが発見された。。

本発明によって、プロセスは、シリレーティング剤が、
レジストへ導入される１−１カを増加Ｊることによって
より低温で行われることが発見されｌζ、７本発明によ
つ又、時間ど温度のプロセッシング・パラメータは、よ
り効果的に調節可能であり、そしてそれ故にシリレーシ
ョンの程度は高圧カシリレーティング装置の利用によっ
てＪ、り調節可能であることが、発見された。

これらのそして他の創意にとんだプロレスと装置の利点
は次に示される図面と本発明の詳細な説明から明白にな
るであろう。

実施例 従来の技術の光リングラフィ・プロセスは第１Ａ−ＩＣ
図に関連して述べられている。光１＋１（ｐｈｏｔｏｓ
ｅｎｓ　ｉ　ｔ　ｉ　ｖｅ）レジスト層２を備えた半導
体つ■ハ基板１は、一般にレジ２１〜層２の表面に対し
て直角方向に放射している放射線４によってマスク３を
介して露光される。、基板１は、リソグラフィのステッ
プを必要とするいかなるプロセス段階を通じて、半導体
ウェハ、例えば単結晶シリコンであってもよい。それ故
に、基＆１は、注入された活性そして不活性の装置（示
されていない）、半導体上に形成された装置、つかそれ
以下の電導層そして一つかそれ以下の絶紅層を含む。光
電性レジスト層は光電性でシリレ１〜（Ｓｉｌｙｌａｔ
ｅ）される能力があるいかなる混合物あるいは化合物で
あってもよい。好ましくはレジスト層はジアゾキノンの
ような、光電性化合物で化合されたフェノールポリマー
である。

光電性レジスト層は、既知の技術方法が適用され保たれ
る。既知の技術としてよく知られているマスク３は、選
択された域で露光放射線を通し、残りの域で露光放射線
をブロックし、画像を形成するマスクである。放射線４
は、例えば、可視あるいは紫外線放射であっても良いし
、あるいはコヒ−レフト光、Ｘ線あるいは電ｒビームて
゛あってもよい。もちろん、レジスト層は利用された放
射線に対し高感痕でなければならない。

１Ｂ図を参照すると、丸（板そして露光されたレジスト
層は、通常、真空あるいは減圧室であるシリレーティン
グ室５に導入されている。基板イしてレジスト層は摂氏
１８０度あるいはそれ以下の温度に発熱体６によって熱
される。シリレーティング剤７は例えば、通路９を紅白
してシリレーティング室５と連絡している発ｑ−室８で
魚介リ−る事が可能とされる。ガス状態のシリレーティ
ング剤は、それ故、露光された１２２１〜層２に接触す
る。

シリレーティング剤は、マスク層の露光された部分へ拡
散しそしてこの層のポリマど反応し水素原子がシリル基
に代わる。レジスト層のＭ上面だりがシリレートされ、
１２２１〜層の露光されない部分はシリレートされない
ことが示されている。シリレーティング剤として使用さ
れ４！するシリコン化合物の例は、テトラクロロジンン
、フルー１−ルハ［１ジレンそしてアリルハ［］ジジン
を含むがこれらに限られるものではない。特定の例とし
ては、トリメヂルクロジンン、デイメチルデイクロロジ
ン、メチル］〜リクロロジン、１〜リメチルプロモジレ
ン、１〜リメヂルオドシレンそしてトリノエニルクＤロ
ジンンなどがある。又、ヘクザメヂルデイスラゼン、ヘ
ブタメヂルデイスラゼンそしてヘクサフエイディスラゼ
ンのようなディシラゼンが利用されてｂよい。続いて起
こるプラズマ・エツチング・ステップにＪ３Ｌプる露光
レジストのエツチングを防ぐ為充分なシリ二Ｊンが拡散
しレジスト・ポリマーと反応する一方、その域のエツチ
ングを防ぐために、露光されない域にシリコンが充分に
拡散しないことを保証するため、露光されたレジスト層
とシリレーティング剤との反応は、反応の時間と温度に
関してしっかりと制御されな（）ればならない。ぞのプ
ロセスのこの段階の限界温度はレジスト剤（あるいは半
導体装置）を溶かすかあるいはかなりの害を与える温度
以下に、そしてシリレティング剤を蒸発させるのに求め
られる湿度以下に限定されている。しかしながら、摂氏
１８０度以下の温度では、その割合がまずまず１習節す
るのが難しくなる、２．３秒以下の促進割合でシリレデ
ィング反応が起こることが本発明の発明者によって観察
された。余分なシリコン、特に露光されていないレジメ
］一部分に拡散され、しかしポリマーに化学的にはつな
がっていないシリコンは、イれから、たいてい真空にお
いて、蒸発によって取り除かれる。

第１Ｃ図を参照すると、シリレートされたレジスト層２
を備え／ｊ　ｌ板１は反応性のイオンエツチング、好ま
しくはプラズマ酸素１２Ｉツチングにさらされる。プロ
セスのこのステップは又室１１において処理される。そ
のようなプラズマＩｆｆ　Ｎ　、］：ッニラチン詳細は
既知であり、ここでは詳細には述ぺない。酸化プラズマ
・１ツヂングにおいて、酸素は、プラズマ・エツチング
に高い抵抗力がある二酸化シリコンを形成する為、マス
クに混合されたシリコンと結合すると考えられる。いず
れにしても、プラズマ・エツチングはシリレー１へされ
ていない部分１０を有効に取り除く。このドライ・エツ
チング・プロセスはエツチングが高い異方性で、高い選
択性があり、それ故に垂直な外壁、高解像度、最小限の
線及び空間幅を可能にする事を果ノこし得る。もしマス
クの露光域が適切にシリレー］−されないならば残りの
線幅は、オリジナル・マスク３の線幅よりも広くない。

もしマスクの露光されていない域が拡散によって非常に
多くのシリコンを混合するならば、レジスト層に残され
る結果として生じる線は、オリジナル・マスク３の線よ
りもより幅広い。それ故しジスト層に所望のパターンを
作る為、シリレーション・ステップのプロレスを正確に
、古川性をもって制御する必要がある。

本発明による半導体基板のレジスト層をシリレトする為
の装置（ま第２図にて説明されている。

シリレーション室２０は密閉可能ボー１〜２１を含み、
そこを通ってレジスト層を備えた半導体ウェハ１が室に
挿入される。発熱体２２は室に含まれている。発熱体２
２は一般的に、細部は描かれていないが、発熱体と関連
するウェハ１を支えるホルダを含ｌνでいる。代わりに
、室の中を熱する為発熱体は掌中に載置されてもにいし
くウェハとは接触していない）、あるいは発熱体は室と
その中を熱する為に室の外側であつ−Ｃもよい。発熱体
２２はつＪハの温度を調節する渇麿調節２３に接続され
ている。シリレーティング剤ジＩネレー夕２４は、例え
ば通路２５によって、室２０と流動体で通じる。ジェネ
レータ２４は、ガス相のシリレティング剤を発生刀る。

加Ｈ体２６は文案の中を少なくとも１気圧（７６０ｔ−
ル）の調節可能イ１圧力を提供づる為シリレーション室
２０と流動体で通じる。加圧体２６は例えばＮ２のよう
な加圧された不活性ガス源である。調節バルブ２７のよ
うな圧力〕ン１〜ローラは１気圧かあるいはそれ以下で
実質上、一定のあらかじめ選択された圧力に室内の圧力
を調節し、又このケースでは室へのシリレーティング剤
の導入を調節する。加圧体２６は代わりに、室の体積を
減少させるような他の手段であってもよい。圧力コント
ｌ１ｌ−ラは圧ツノ計測装置を含む。排除通路２８そし
て排除パル７２９はシリレーション室をきれいにする為
に含まれている。

操作において、第１図に示されているような放射線て゛
露光されたレジスト層を有するウェハが室２０に導入さ
れる。ウェハが室２０にある露光され得る事が企画され
ることにも注目されたい。発熱体２２は、摂氏１６０度
の様なあらかじめ決められた温度でウェハを熱する為に
電導される。シリレーティング剤は、調節バルブ２７を
開（）ることによって室に導入される。叉、加圧体２６
は、少なくとも７６０トル例えば１０００１−ルの室に
おいてあらかじめ選択された圧力を提供する為に稼動さ
れる。あらかじめ選択された圧力は排除バルブ２９と連
動している調節バルブ２７を操作することによって維持
される。例えば、実験にＪ：って簡単に決定され得る、
発明による操作に対する範囲以下の臨界ではないある時
間の後、室は、排除バルブ２９の操作によって排除通路
２８を経由してシリレーティング剤が浄化される。

第３図を参照すると、プロセス・モジュール１ＯＯは、
真空ウェハ・キャリア４０からプロセッシング室１０６
ヘウエハを移Ｊために搬送アーム（示されていない）を
使用している。プロセス・モジュール１００は、例えば
ステンレス・スティールあるいＣよアルミニュウムなど
の適切な材わｊから形成され得る。プロセス・モジュー
ル１００は中央の搬送室に連結され得るし、おるいは、
真空ウェハ・４ニヤリア４０を使用して１ジユ一ル間で
搬送されるつ■ハ４Ｂを備えＩこ仙のプロセス・モジュ
ールから物理的に分離されｔ７る。プロレス・モジュー
ル１００は、１９８７年７月１６日に提出されている米
国特許出願第０７／１．／１１８号に開示されたものに
類似している。

事実上１目ツヒツシングが成されるプ［Ｊヒス室１０６
はプロセス・七ジュール１００の中に含まれている。プ
ロセス室１０６は、例えば石英のＪ：うな適切な材お１
から作られｊ９る垂１１１壁１０７を有する。垂直壁１
０７はプロセス室１０６の垂ｉｉ′ｔ　’Ｉ’ｌｌｌの
まわりにシリンダを形成する。プロレス室１０６の底部
１１７は又、例えば石英のよう４Ｔ適切な材料から作ら
れる。熱基板１１４はプロセス室１０６のＶ部境目を形
成しそして、例えば、ステンレス・スティールのような
適切な材料から形成され１ｑる。

°ウェハの搬送を可能にし、続いてウェハ・プロセッシ
ングを含む為、垂直壁１０７は搬送の為下降しぞして処
理の高上べ動かされる。蛇腹１１６が接続され垂直壁１
０７を上と下に動かす。垂直壁１０７が下の位向にある
時、搬送アーム（示されていない）は、ウェハ４８をキ
ャリア４０から複数のフィンガ即ちビン１４２上のプロ
セス室１０６へロード・ロック室４２を通って搬送する
ことができる３、上の位買に動いた時、垂直壁１０７は
基板１１／１あるいはモジュールの近接した部分に接触
する。シール（示されていない）は、垂直壁１０７が熱
基板１１４あるいはプ１」レスモジコルの近接の部分と
接触する位置に提供され得る。

室１０６が１の時フィンガ１２０は」−胃しウェハ４８
を熱基板１１４ど接触して配置づる。

プロセッシングはプロセス室１０６と熱基板１１４の上
部に置かれたプロセス・ガス分配リング１０４の使用を
通してプロレス室１０６で達成されている。例えば石英
のような適切な月利から形成されたプロセス・ガス分配
リング１０４はパイプ１２２からプロレス室１０６ヘガ
ス渥合物を提供しくりる。プロセス・ガス分配リング１
０４は室１０６の垂直軸のまわりに配列されている。ブ
１−］セス・ガス分配リング１０４の底部の複数の開口
部を通ってプロセス・ガス分配リング１０４からガスが
でる。パイプ１２２は、マス・フロー・コントローラ１
２６から室１３０へ室底１１７を通りそしてプロセス室
１０６の垂直軸に沿って伸びている。パイプ１２２は、
例えば、室底１１７を含む室１０６の垂直な動きを調節
する為のスリップ・フィツトあるいは蛇腹１２８を右Ｊ
る。ガス分配リング１０４はパイプ１２２の開［１末端
部１３８へ入っている。ガス分配リング１０／１は同心
状にブ【二１セス室１０６内部に配列されている。室底
１１７の下に、ポンプ１３２とバルブ１３６に接続され
た室１３０が位置Ｊる。この様に室１０６と１３０を通
る通常下方への流れが供給される。

ポンプ１３２とバルブ１３６は室１０６内に所望の真空
を提供り−る。ウェハの′Ａ瓜は熱基板１１４への電源
供給熱源コントローラ（示されていない）の調整を通し
て調節され得る。熱源コントローラはプロセス・」ンピ
ュータ２１８へ接続され得る。

プロセッシング・モジュール１００はガス分配リング１
０’ｌへ供給されるガス混合物の源として蒸発した流動
体の使用を可能にする。ガス混合物は、例えば、ガス・
ジェネレータ２００にお１ノるヘクリメヂルデイスラゼ
ン（ＨＭＤＳ）のようなシリレーデイング剤を適切な液
源から発生し得る。

ガス・ジェネレータ２００は液体を確保しておく為の室
２０１と液体を蒸発させる為のヒータ２０４を含む。ヒ
ータ２０４へ供給される動力はコントローラ２１４を通
して供給される。ヒータ２０４への動力１よ、室２０１
における渇瓜を関知づる温疫センリ−２１６（例えばザ
ーモ・カップル）を使用して調節され、そして＝１ント
ローラ２１４へ対応する信号を提供する。コン［ヘロー
ラの為の温瓜目標値はコン］−ローラ２１／Ｉに接続さ
れるブ［１セス・コンピュータ２１８によってセラ１へ
される。

プロセス・ガス混合物の流耐率そし−（圧力はプロセス
・コンピュータ２１８ににる一連のガス供給、マス・フ
ロー・コントローラぞして加Ｊ−ｉ−センサによって調
節される。ガス分配リング１０／Ｉへ供給されたガス混
合物は室２０１のトップからマス・フロー・コントロー
ラ１２６を通りそしてパイプ１２２を通り流れる。マス
・フロー・コン１〜ローラ１２６はプロセス・］ンビュ
ータ２１８からの信号を受【プ取る。プロレス室１０６
の流出物はプロヒス・コンビゴー夕２１８からの信号を
同様に受は取る調節バルブ１５６により排出ライン１３
８を通り過ぎる。更に、プロセス圧力は、プロセス室１
０６と流動体で通じ、プロレス・コンピュータ２１８へ
プロレス圧力に対応する信号を供給する例えば１０に？
ノメータの圧カセンザ１５４の使用で検知される。圧ツ
ノセンｖ１５／Ｉによって感知されたプロセス圧力はプ
ロセス・二」ンピュータ２１８によるマス・ノ１」−・
：１ント［１−ラ１２６とコント［１−ル・バルブ１５
６双方の調整により調節される。

プロセッシング・モジュール１００はまた浄化する能力
を含む。ガス・ジェネレータ２００の浄化は又プロセッ
シング・モジュール１００の浄化の間に達成し得る。浄
化は、パイプ１２２とプロレス・］ンピュータ２１８に
より調節されるマス・フロー・コン［〜ローラ１５２を
通ってプロセス室１０６へ供給される浄化ガス２０６か
らの例えばニトロゲンのような適切な浄化ガスの使用で
達成される。ガス・ジェネレータ２００の浄化は、プロ
セス・コンピュータ２１８によって調節されるマス・フ
ロー・］ントローラ１５０を通る同じ浄化ガス源２０６
の使用で達成され、流出物はマス・フロー・コントロー
ラ１２６そしてパイプ１２２を通ってｖ２０１から流出
する。プロセス室１０６の流出物は真空ポンプ１３６に
よってバルブ１３２を通って流れる。

萌−つのモジュールと真空ロード・ロックを含むプロセ
ス・モジュール１００．Ｌかしそれは中央操作室が複数
のプロセス・モジュール１００と一つかそれ以下の真空
ロード・ロック室４２で結ばれている実施例において又
使用され（ｑる。

操作において、つ■ハ４８はまずブ［ｌセス室１０６へ
搬送される。真空ウェハ・Ａ−ｔｙリア４０はロード・
ロック４２に置かれる。ロード・ロック４２は真空に引
かれ、ぞして真空ウェハ・キャリア４０へのドア（示さ
れでいない）が開かれる。

ロード・ロック４２とプロセス室１０６の圧力が同じ時
、ロード・ｆコック４２どプロセス室１０６の間の図示
されていない絶縁ボートが、聞かれる。。

蛇腹１１６は、絶縁ボートの間口部と共に、下降し、ウ
ェハ４８をプロレス室１０６へ搬送することを可能にす
る。実際の搬送（、上、真空ウェハ・キ１７リア４０か
らウェハ４８を取り除きプロセス室１０６のフィンガ１
２０上にそれを置く搬送アム（示されていない）の使用
で達成される。ｍ送アームはブ〔１什ス室１０６から引
っ込められそして絶縁ボートは閉じ搬送動作を終了する
。

ウェハ４８はプロセッシングする位置ず４［わぢ、プロ
レス室１０６を又、閉ざす蛇腹１１６の上への動きによ
ってＭ板１１４に接触しておかれる。

実際のプロセッシングは幾つかの操作を必要どする。発
熱器１４０が作動して、ガス・ジエネレタ２００の温度
Ｕンサ２１６によって感知された温度は、コンピュータ
２１８によって決められして、コントローラ２１４によ
ってセットされる目標値まで上昇し、ヒータ７４０の使
用で維持される。「ウェハの温度は熱基板１１４の使用
によりもたらされる。プロセス室１０６へのプロセス・
ガス混合物の流出は１、マス・フロー・コン１−ローラ
１２６を経由して始まりそして、プロセス室１０６にお
りる圧力は、圧カレンサ１５４を使用することによりプ
ロセス・コンピュータ２１８によって両者ども調節され
ているマス・フロー・コントローラ１５６と関連したコ
ントロール・バルブを使用して、例えば７６０トルにＭ
持される。

そして所望のガス混合物はパイプ１２２を経由してプロ
セス・ガス分配リング１０４へ及びウェハ１８の面へ供
給される。

プロセッシングが完了した後、プロセス・ガスの流れは
止まり、そして全てのヒータ動ツノは廿められる。ニト
ロゲンのような適切な浄化ガスは浄化ガス・ソース２０
６からマス・）【］−・コントローラ１５２を通ってプ
ロセス室１０６へ供給される。浄化が完了し浄化ガスの
流れがマス・フ［トコントローラ１５２によって止めら
れた時、蛇１２１１６は下降し、それにＪｚっで上記の
ようにプロセス室１０６を空り、搬送アームがプロセス
室１０６へ入り、上記のようにウェハ４８を取り戻す事
を可能にする。搬送アームは、それから上記のようにウ
ェハ４８を室４２の真空ウェハ・キャリア４０へもどす
。

発明者は又、示されているような真空ウェハ・キャリア
４０以外に本発明の仙のウェハ搬送門構も理解している
。つ１ハは気圧あるいは他の圧力でロード・ロック４２
へ供給され得る。

７６０トルかそれ双子−の圧力での１２２１〜層のシリ
レーションは、より少ない圧力で処理きれたシリレーシ
ョン以下ので優れた意外な結果を生み出１事を実験結果
は量的に示している。第４図と第５図を参照すると、両
方のグラフは１ミクロンの線幅を有するマスクを通して
紫外線によって露光された光電性レジスト層を有するウ
ェハの使用で作られている。ヘクザメチルディスラゼン
（ＨＭＤＳ）をシリレーティング剤として使用して摂氏
１６０度と１８０麿の温度で１分間の間Ｎ２を加圧する
とウェハは１００から１８００トルの間の種々の圧ツノ
でシリレートされる。それから、ウェハは１５０ｓｃｃ
ｍのガスの流れで５０ｍトルそして２００ワツトでプラ
ズマ酸素エツチングされた。ぞしてレジスト層に生じる
線の幅と厚さは計測された。第４図を参照するとシリレ
ーション温度摂氏１８０度で、圧力が、只ｉｏｏ＋〜ル
から１４００１−ルに変化する間に、線幅はＯから１．
３ミクロン位まで上貸している。第４図において、点線
５０は１ミクロンのオリジナル・マスクの線幅が与えら
れた所望の線幅、１ミクロンを表わしている。摂氏１８
０度のシリレ〜ジョン温１良は、近似線の傾斜から、シ
リレーション率を調節することはほとんど受【プ入れら
れない事が明白である。圧力の大変小ざな変化は線幅に
Ｊ：って現されるようなシリレーション率の大きな変化
となる。２００トルの変化（Ｐ）が、容認できない低（
０，０ミクロン線幅あるいは完全なシリレーション不足
）から容認できない高く１．２ミクロン線幅あるいはシ
リレーション過多）へりレーティングを増やづ”。時間
的な見通しから、３００トル以下の圧力に対し適切なシ
リレーション・タイムは１分をはるかにしたまわらなり
ればイ１らない事が明白である。その様な短い時間帯が
又調節するのには難しい。シリレーション・タイムにお
（プる小さな変化は生じる線幅（シリレーションの程度
）比較的大ぎな変化を導く。一方、摂氏１６０痕のシリ
レーション温度は、第４図におけるこの近似線の傾斜に
よって示されるようにかなり簡単に調節できるプロセス
となる。例えば、所望の１ミクロンの線幅を境界とする
グラフの域において、４０トルの変化（Ｐ）は、線幅の
約０・０３５ミクロンの変化のみの結果となる。しかし
ながら、時量的見通しから、従来の技術においてほとん
どよく使用されている７６０トル以下の圧力に対し、も
し摂氏１６０度のシリレーション温度が使用されるなら
、１分以Ｆのかなり長いシリレーション・タイムが容認
される線幅（シリレーション度）のために求められる事
が明白て゛ある。発明者は、摂氏１６０度あるいはそれ
以下のシリレーション温度を実質７６０トル以下のシリ
レーション圧力で使用することは、かなり長い時間が、
所望の線幅（シリレーション度）を達成する為に求めら
れるであろうという事実を発見した。

第５図は、同じエツチング・プロセス・パラメータと１
分間のシリレーション・タイムを使用し、同じ光電性レ
ジスト材を有するウェハを使用し、そして第４図に使用
されているのと同じシリレーティング剤＜　１」Ｍ　Ｄ
　Ｓ　）を使用して、プラズマ酸化エツチングの後の露
光したレジスト域における光電性レジスト層の厚さの計
測結果を表している。

ブロレッシングザる前のレジストの厚さは全てのウェハ
にかんして１．５ミクロンであった。それ故、エツチン
グした後残っているレジスト材が実際上１．５ミクロン
に近（ブれば近いほど良いケースとして所望される。所
望の厚さは点線５１によってグラフに表されている。又
、第５図から、１分のシリレージコン・タイムのイれぞ
れのケースにおいて、シリレーション圧力が増加するに
つれてレジスト層の厚さはより厚くなるので、増加する
シリレーション圧力は露光されたレジスト材のシリレー
ション率を増加する事が明白である。又、第５図に示さ
れているように、シリレーション温度の減少は、シリレ
ーション圧力のより広い範囲にわたって有効に制御可能
なプロセスとなることが確認される。

発明者は、今までの低圧カシリレーションは、高圧カシ
リレーション（７６０１〜ル以十）のようには所望のエ
ツチング・パターンを得るために調節できず、そして更
に、より高い圧力シリレーションは、時間のより有効な
利用、制御性並びに摂氏１８０度（好ましくは摂氏約１
６０度あるいはそれ以下）以下のシリレーション温瓜の
満足できるエツチングされたレジスト・パターンを可能
にするという結論に達し、実証した。高圧カシリレーシ
ョンの機構が完全に理解されなくても、プロセスにおい
て従来技術で実施されたものよりより高い圧力と低い温
度を使用することが、実質的に、より制御容易でより早
いそしてより有用性のあるプロセスを住じることは、充
分な試験と実験から発明者にとって明白である。シリレ
ーティング剤の濃縮レベルは、圧力が増加されるにつれ
ての観察されるシリレージ」ン率の変化の主な原因とし
ては実験上無視した。

シリコンの例はここに示されているけれども、ゲルマニ
ウムなどのような他の月利で作られたウェハが、同様に
エツチングされる事が可能である。

ウェハは、例えば、結晶相の単片あるいはより大きい基
板−１−に置かれた小さい結晶のような多くの違った形
態が可能である。４８のようなウェハはここに開示され
ているが、平坦なワーク・ピースの仙の型はここに開示
された技術で使用され得る。

ウェハ４８をプロセッシングした結果は、例え３／ｌ ば、集積回路あるいは、ディスクリート半導体デバイス
のような電子デバイスで有り得る。プロセッシングが完
了すると、ウェハはデバイスに分ｉ−＋られる。回路と
デバイスは、例えばメーカツＩ〜（Ｏｒｃｕｔｔ）に１
９８４年８月１４０に発行された米国特許４．４６５．
８９８弓やバークラ−（Ｂｉ　ｒｃｈ　ｌ　ｅｒ）に、
１９６９年４月１５）日に発行された３、４３９．２３
８号に示されるようにパッケージに包まれる３、そして
、これらのパッケージはプリント回路基板の組成で利用
される。プリント回路基板は、意図された機能を遂行す
る為の集積回路又はデバイスなしには、コンピュータ、
複写機、プリンタ、電気通信装首、Ｊｉ算機、並びに電
気的情報世代の１１本要素である全ての他の電気的装冒
内の他の必要どされる電気部品を動かずことは出来ない
。

本出願は、更なる利点を提供りる目的にかなう特徴を述
べている。

本発明はフォトリソグラフィ現像工程のより良い制御を
有利に提供している。

しかも本発明のもう一つの利点は低微粒子環境におりる
フォトリソグラフィ現僅工程を提供し、それにＪ、り歩
留りを向上する事である。

本発明はより？いシリレーション率を可能にし、製造効
率を増加しｊｉする。

本発明は、同一あるいは類似の室において真空のもとて
上方を向いた配置でウェハを維持している間の幾つかの
プロセッシング・ステップの遂行を可能にする。

本発明の特定の実施例について説明したが、更なる変更
が当業者に示唆されることが理解されるべきである。し
かし添付された特許請求の範囲内ですべてのそのような
変更がもたらされる事が意図される。

以下の説明に関連して更に以下の項を開示する。

（１）　　半導体つＴハを処理する為の高圧力ウェハ・
プロセッサであって、以下を含む１゜■　ポートとプ［
Ｊセス・ガス・インレットを有するプロセス室。

（ｄ）　プロセス室における熱基板。

峙　ポートを介して、プロレス室と流動体で・通じるロ
ード・ロック。

（ａ）　ガス・インレス１へを介して、ブ［１セス室と
流動体で通じるガス・ジェネレータ。

（２）　　第１項に記載し１こ高圧カラ丁ハ・プ（コ廿
ツザにおいて、ガス・ジェネレータは蒸発室を含む３゜
（３）　　第２項に記載した高圧力ウェハ・プロセッサ
において、ガス・ジェネレータはヒータを含む、。

（４）　　第１項に記載した高圧力ウェハ・プロセッサ
において、更に、ガス・ジェネレータとガス・インレス
１〜の間の流動体に位置したマス・フロー・コントロー
ラを含む。

（５）　　第１項に記載した高圧力ウェハ・プロセッサ
において、ガス・ジェネレータは液体を熱するための室
を含む。

（６）　　半導体ウェハを処理り−る為の高圧力ウェハ
・プロセッサであって、双手を含む、１（ロ）　ポート
とプロレス・カス・インレットを有するプロセス室。

（ｄ）　プロはス室におＣブる熱〃板。

（Ｃ）　　搬送アームを有し、ポートを介してプロセス
室と流動体で通じるロード・ロック。

ゆ　蒸発室とヒータを有するガス・ジェネレータと、ガ
ス・ジェネレータとプロセス室のガス・インレットの間
の流動体に位置するマス・フロー・コントローラ。

（７）　　第３項、あるいは第６項に記載した高圧力ウ
ェハ・ブロセツづにおいで、ヒータは摂氏２０度から１
００庶の間に液体を熱づることが回能である。

（８）　　第４項、あるいは第６項に記載した高圧力ウ
ェハ・プロセッサにおいて、更に、プロセス室と流動体
で通じる調節バルブを有する排出ラインを含む。

（９）　　第１項、あるいは第６項に記載した高圧力ウ
ェハ・プ１］セツザにおいて、更に、ガス・ジェネレー
タ及びプロセス室と流動体で通じる浄化システムを含む
。

（１０）第１項、あるいは第６項に記載した高圧力ウー
Ｌハ・ブＬ］セツ力にｄ３いく、ウェハは下向きである
。

（１１）半導体つ■ハの高圧カウＪハを処理する為の方
法であって、以下を含む。

（２）　大気圧でロード・ロックからプ［１セス室へウ
ェハを搬送し、 （ｄ）　プロセス室から離間し流動体で通じるジェネレ
ータの液体源からガスを発生し、 （ｂ）　ガス・ジェネレータからプロセス室へガスを導
入し、 （ｂ）　プロセス室を浄化する方法。

（１２）第１１項に記載した方法において、ガスは摂氏
２０度から１００麿で発生する。

（１３）第１１項に記載した方法において、ガスは、マ
ス・フロー・コン１〜ローラを通ってプロセスＹへ導入
される。

（１４）光学リソグラフィの工程において、半導体ウェ
ハ基板十の光電性レジスト層を処理するためのプロレス
であって、前記レジスト層の一部はマスクを介して放射
エネルギにさらされるプロセスで、 以下を含む、。

■　前記ウェハ基板と前記レジメ１−層を周囲の温度以
下の温度に熱し、 （ｄ）　閉ざされた容器の中において、少なくとも７６
０１〜ルの圧力でガス状態のシリコンを含んだ材料へ前
記レジスト層をさらＪｏ （１５）第１４項に記載した処理する為のプロセスにお
いて、更に、前記レジスト層の他の部分を取り除く為に
ブラズン・エツチングで前記レジスト層をエラチングリ
−るステップを含む。

（１６）第１４項に記載した処理する為のプロセスにお
いて、前記周囲の温度以下の温度は、摂氏１８０度以ド
である。

（１７）第１４項に記載した処理する為のプロセスにお
いで、前記圧力は８００と２０００トルの間である。

（１８）第１４項に記載した処理する為のプロセスにお
いて、前記レジスト層をさらずステップは、更に以下を
含む。

圧力下の不活性ガスを前記容器を加圧するため前記閉ざ
された容器に導入する小。

（１９）第１４項に記載した処理する為のプロレスにお
いて、前記レジスト層をざらずステップは、更に以下を
含む。

ある時間実質的に一定の斥力を剰１持する為前記圧力を
調節する事。

（２０）光学リソグラフィ工程の間、半導体つ■ハ上の
光電性レジスト層を処理ηるためのプロセスで、前記レ
ジスト層はマスクを介して敢（ト）１ネルギーにさらさ
れ、そのプロセスは以下を含む。

（２）　周囲の温度以下の温瓜で閉ざされた容器の中で
前記半導体・ウェハとレジスト層を熱つし、（ｂ）　１
気圧より高い圧力で前記容器の前記レジメ１−層へガス
剤を導入し、前記ガス剤は、前記レジスト層へ不Ｓ態表
面層を結合づ−ることが可能である。

（２１）第２０項に記載したブ［Ｉレスにおいて、前記
ガス剤は屈折力を有する金属を含んだ化合物であり前記
屈折力を有する金属は前記レジスＩ−層へ結合する。

（２２）光学リソグラフィの工程の間、半導体ウェハ上
の光電ｆルジスト材の層をシリレートする為の装置であ
り、前記層は、放射エネルギにある域をさらされ、そし
て伯の域をさらすことからブロックされ、前記装置は、
以下を含む。

（２）　前記層を備えた前記ウェハの挿入の為のポ［〜
を有する容器で、前記容器は、封をされている。

（ｄ）摂氏１００度以下の温度で前記層を熱するための
発熱体で安定したレベルで前記温度を調節し、雑持覆−
る為の渇度調節素了を含む。

＠　ガス状態のシリレーティング剤を発生ずるためのジ
ェネレータであり、前記ジェネレータは前記容器と流動
体で通じる。

（２）　少なくとも一気斤の圧力へ前記容器を加圧する
為の加圧機であり、ある時間、前記圧力を観察し維持す
るための圧力コン１〜ローラを含む。

（ｅ）　　前記時間の後、前記容器から首記シリレティ
ング剤を排気する為の抽気手段。

（２３）　　第２２項に記載しＩこ装置において、前記
層／１１ ／′Ｉ２ 圧機は、更に、加圧された不活性ガスの源を含む。

（２４）　　７６０　トル以下の高圧力で通常摂氏１８
０度以下の温度で、つ１ハへシリレーティング剤を導入
することを含み、レジスト層が、マスクを通して放射エ
ネルギへさらされた後の半導体ウェハ上のプラスあるい
はマイナスの光電性レジスト層のシリレーションの為の
方法と装置についでここに記載されている。増加した圧
力は、シリレーション率を増加し、より低いプロセス温
度の実際十の使用を可能にし、それ故より良いプロセス
の調節を可能にする。高圧力のシリレーション・ブ［１
セスを供給するための装置は、ボートとプロセス・ガス
・インレットを有するプロセス室、プ〔］セス室に置ｃ
プる熱基板、ボートを介してプロセス室と流動体で通じ
るロード・ロック、そしてガス・インレットを介してプ
ロセス室と流動体で通じるガス・ジェネレータを含む。

【図面の簡単な説明】

本発明は、添伺された図面に関してここに述べられてい
る。 第１Ａ図から第１Ｃ図は、従来の技術に関する光学リソ
グラフィのプロセスの略図である。 第２図は、本発明のシリレーティング装置の実施例のブ
ロック図である。 第３図は、本発明のシリレーティング装置の実施例の略
図である。 この図において、同一の参照番号は、同一のあるいは同
種のパーツを示すのに使用されている。加えて、図面に
おいて、種々のパーツのサイズと寸法は、図を明瞭にそ
して説明を容易にする為に誇張されあるいは事実と異な
っている。 第４図は、線幅対圧力を座標で示した本発明のプロセス
の実験結果のグラフ図である。 第５図は、シリレーションのレジストの厚さ対圧力を座
標で示した本発明のプロレスの実験結果のグラフ図であ
る。 主な符号の説明 ２０；プロセス室 ２１：ボート ２２；熱基板 ２４ニジエネレータ 手 続 ネ… 正 ’ＩＦ（方式） 事件の表示 平成０１年 特許願第２３７４０７号 発明の名称 テキサス インスツルメンツ インコーホレイテッド 代 理 人 ネ甫正乙こよりｉｃ曽カロする言青求項の数補正の対象 図面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハを処理する為の高圧力ウェハ・プロ
   セッサであって、以下を含む。 （ａ）ポートとプロセス・ガス・インレットを有するプ
   ロセス室。 （ｂ）プロセス室における熱基板。 （ｃ）ポートを介して、プロセス室と流動体で通じるロ
   ード・ロック。 （ｄ）ガス・インレットを介して、プロセス室と流動体
   で通じるガス・ジェネレータ。
2. （２）半導体ウェハの高圧力ウェハを処理する為の方法
   であって、以下を含む。 （ａ）大気圧でロード・ロックからプロセス室へウェハ
   を搬送し、 （ｂ）プロセス室から離間し流動体で通じるジェネレー
   タの液体源からガスを発生し、 （ｃ）ガス・ジェネレータからプロセス室へガスを導入
   し、 （ｄ）プロセス室を浄化する方法。