JPH10153867A - パターン形成方法および装置ならびに半導体集積回路の製造方法、フォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハに対するパターン形成に際し、
露光後の現像処理におけるパターンのつぶれを防止す
る。 【解決手段】 半導体ウェハ１に形成された多結晶シリ
コン膜３上にレジスト４を塗布し、レジスト４に所定の
パターンを露光し、レジスト４の表面に、プラズマ処理
を施した面荒による親水化処理を施し、親水化処理後の
レジスト４を現像し、現像されたレジスト４をマスクと
して多結晶シリコン膜３の不要部分を除去してこの多結
晶シリコン膜３をパターンに沿った形状にし、多結晶シ
リコン膜３をパターンとした後に残余のレジスト４を除
去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被処理基板に対する
パターン形成技術に関し、特に露光後の現像処理におけ
るパターンのつぶれ防止に適用して有効な技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】被処理基板である半導体ウェハに集積回
路を形成するパターン形成工程では、半導体ウェハ上に
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリン
グ法などで薄膜を形成し、その上にレジストを塗布して
これを紫外線や電子線などで露光・現像している。その
後、レジストをマスクとして薄膜をエッチングし、最後
に残ったレジストを除去している。そして、以上の工程
を繰り返し実行することにより、複雑な回路パターンが
形成される。

【０００３】なお、このようなパターン形成技術を詳し
く記載している例としては、たとえば、大日本図書
（株）発行、「シリコンＬＳＩと化学」（1993年10月10
日発行）、P189〜P220がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、露光したレジ
ストの不要部分を溶かすために用いられる現像液中に
は、数〜数十μｍ程度の気泡が混入していることがあ
る。このような現像液で現像を行った場合を図１９（被
処理基板：半導体ウェハ１）および図２０（被処理基
板：石英基板２１）に示す。図１９（ａ）、図２０
（ａ）に示すように、現像液９中に混入した気泡１０が
付着すると、その部分だけが現像液９に浸透されなくな
る。すると、未現像部Ａが発生して現像後のパターンが
つぶれてしまう（図１９（ｂ）、図２０（ｂ))。これを
マスクとして薄膜である多結晶シリコン膜３あるいは遮
光膜２３をエッチングすると（図１９（ｃ）、図２０
（ｃ))、レジスト４除去後の薄膜はつぶれたレジストパ
ターンに沿った形状、つまり本来のパターンとは違う形
状に形成されることになる（図１９（ｄ）、図２０
（ｄ））。

【０００５】現像液９中の気泡１０により本来のパター
ンが転写されなくなると、パターン不良に起因したトラ
ブルが発生することになる。そして、このような問題の
発生を防止しようとすると、歩留まりが低下することに
なる。

【０００６】このことは、集積回路の形成される半導体
ウェハ１やフォトマスクの石英基板２１にとどまらず、
印刷技術によりパターンが形成される種々の被処理基板
に共通した問題でもある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、半導体ウェハな
ど被処理基板に対するパターン形成に際し、露光後の現
像処理におけるパターンのつぶれを防止することのでき
る技術を提供することにある。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【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、
次のとおりである。

【００１０】すなわち、本発明によるパターン形成方法
は、被処理基板に形成された薄膜上にレジストを塗布す
る工程、レジストに所定のパターンを露光する工程、レ
ジストの表面に親水化処理を施す工程、親水化処理後の
レジストを現像する工程、現像されたレジストをマスク
として薄膜の不要部分を除去し、該薄膜をパターンに沿
った形状にする工程、薄膜をパターンとした後に残余の
レジストを除去する工程、を含むことを特徴とする。

【００１１】このパターン形成方法において、親水化処
理は、レジストの表面に対する面荒れ加工とすることが
できる。このレジストは、反応ガスに高周波電界を印加
して発生されたプラズマとの化学反応によるプラズマ処
理により面荒れ加工される。

【００１２】本発明による半導体集積回路の製造方法
は、このようなパターン形成方法により製造されたこと
を特徴とする。また、本発明によるフォトマスクの製造
方法は、このようなパターン形成方法により製造された
ことを特徴とする。

【００１３】本発明によるパターン形成装置は、被処理
基板上の薄膜を所定のパターンに形成するものであっ
て、少なくとも、薄膜上に塗布され、露光されたレジス
トをプラズマと化学反応させてその表面を面荒れ加工す
るプラズマ処理部と、面荒れ加工されたレジストを現像
する現像部とを有することを特徴とする。

【００１４】前記したパターン形成装置において、被処
理基板には、集積回路が形成される半導体ウェハ、パタ
ーン原画が描かれたフォトマスクの石英基板、電子部品
が実装されるプリント基板または液晶ディスプレイのガ
ラス基板を適用することができる。フォトマスクには位
相シフトマスクを用いることができる。

【００１５】上記した手段によれば、現像液中の気泡が
レジスト表面に付着していても、この気泡とレジストと
の界面に現像液が浸入する。これにより、現像液がレジ
スト全体に行き渡るので、被処理基板上の薄膜にはつぶ
れのない正規のパターンが転写される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一の部材には同一の符号を付
し、その繰り返しの説明は省略する。

【００１７】（実施の形態１）図１〜図８は本発明の一
実施の形態であるパターン形成方法を連続して示す断面
図、図９は本実施の形態のパターン形成に用いられるパ
ターン形成装置を示すブロック図である。

【００１８】図示する場合においては、半導体ウェハ
（被処理基板）１にパターンが形成される場合が表され
ている。図１において、半導体ウェハ１の表面にはたと
えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂)膜２が形成されている。

【００１９】このような半導体ウェハ１に対し、図２に
示すように、たとえばＣＶＤ法により多結晶シリコン膜
（薄膜）３を形成する。次に、この多結晶シリコン膜３
上にたとえば露光部分が現像液に対して可溶性となるポ
ジ型のレジスト４をスピン塗布し（図３）、これに露光
光を照射して所定のパターンを露光する。なお、後述す
る実施の形態２の場合を含め、本発明においてはネガ型
のレジストを用いることもできるが、この場合には、ポ
ジ型のレジスト４とは逆に露光部分が不溶性または難溶
性となる。

【００２０】そして、露光後のレジスト４の表面に親水
化処理を施す。この親水化処理の方法を図４に示す。図
４において、たとえば高純度の石英からなるチャンバ５
内の反応室６には、上下方向に対向するようにして２つ
の電極７ａ，７ｂが配置されている。下方に位置する電
極７ｂにはヒータが内蔵されており、この電極７ｂ上に
半導体ウェハ１が位置するようになっている。電極７ｂ
にはたとえば周波数13.56MHzの高周波電源８が接続さ
れ、電極７ａは接地電位とされている。また、たとえば
10^-3〜10^-1Torr程度に減圧された反応室６内にはＯ₂ な
どの反応性ガスが導入される。

【００２１】このような装置により、電極７ｂ上に半導
体ウェハ１を搭載し、電極７ｂに高周波電力を印加する
と、反応性ガスがグロー放電してプラズマが発生する。
そして、このプラズマによる化学反応で、半導体ウェハ
１のレジスト４表面が削られる面荒れ加工、つまり親水
化処理が施される。この処理は、たとえば 2〜 3秒程度
にわたって実行される。但し、面荒れ加工はこのような
プラズマ処理以外の方法により行ってもよい。さらに、
レジスト４表面に親水性を有する薬液を塗布することに
よる親水化処理でもよい。

【００２２】なお、このような親水化処理は露光前に行
ってもよい。しかし、親水化処理を行った後に露光する
と、レジスト４表面の面荒れの影響を受けた露光光によ
りパターン形状が変化してしまうことが考えられるの
で、露光後に親水化処理を行うことが好ましい。また、
プラズマにより親水化処理を行うと、この親水化処理時
にレジスト４が不要な感光をしてしまうことが予想され
る。これを防止するには、感光によるパターンの変化を
見越しておき、変化後で正規のパターンが得られるよう
にしておくことが望ましい。

【００２３】親水化処理後、レジスト４を現像液９に浸
す。ここで、現像液９中に存在している気泡１０がレジ
スト４表面に付着した場合を図５に示す。前述したよう
に、レジスト４には面荒れ加工による親水化処理が施さ
れているので、表面に気泡１０が付着しても、現像液９
はレジスト４と気泡１０との界面にまで浸透してレジス
ト４の表面全体に行き渡る（図中の矢印を参照）。これ
により、図６に示すように、レジスト４を現像した際、
気泡付着箇所もレジストパターンがつぶれることなくき
れいに現像される。

【００２４】プラズマ処理および現像は図９に示す装置
により行われる。図示する装置において、半導体ウェハ
を取り入れるロード部１１、半導体ウェハに前記したプ
ラズマ処理を施すプラズマ処理部１２、レジストを現像
する現像部１３、半導体ウェハを加熱するベーク部１
４、処理後の半導体ウェハを取り出すアンロード部１５
が順次配列されている。そして、半導体ウェハは制御部
１６のプログラムによる電気信号で制御されて各部屋を
通され、所定の処理が行われる。本装置には、真空系、
排気および廃液系、ガスおよび薬液供給系が適宜接続さ
れている。

【００２５】なお、図示する装置には、さらにプラズマ
処理前のプロセスを実行するたとえばレジスト塗布部や
露光部などを、また、後述する現像後のプロセスを実行
する所定の処理部を、必要に応じて追加することができ
る。

【００２６】現像後は、レジスト４をマスクとして多結
晶シリコン膜３をエッチングし、この多結晶シリコン膜
３を前述のようなつぶれのないレジストパターンに沿っ
た形状に形成する（図７）。そして、残余のレジスト４
を除去すると、図８に示すように、つぶれのないパター
ンの多結晶シリコン膜３が得られる。

【００２７】このように、本実施の形態のパターン形成
技術によれば、レジスト４に親水化処理を施した後に現
像液９に浸しているので、付着した気泡１０に妨げられ
ることなく現像液９がレジスト４全体に行き渡り、未現
像部がなくなる。これにより、半導体ウェハ１上にはつ
ぶれのない正規のパターンが転写された多結晶シリコン
膜３を得ることができる。

【００２８】（実施の形態２）図１０〜図１７は本発明
の他の実施の形態であるパターン形成方法を連続して示
す断面図、図１８は本実施の形態のパターン形成に用い
られるパターン形成装置を示すブロック図である。

【００２９】本実施の形態においては、パターン原画が
描かれたフォトマスクにおけるパターン形成技術につい
て示されている。なお、フォトマスクには、通常のフォ
トマスクの他、たとえば光の位相をシフトさせることに
よりパターン結像時の解像度を向上させた位相シフトマ
スクなどを用いることができる。

【００３０】先ず、図１０に示す石英基板（被処理基
板）２１に対し、たとえばスパッタリング法で遮光膜
（薄膜）２３を形成する（図１１）。次に、遮光膜２３
上にポジ型のレジスト４を塗布し（図１２）、たとえば
電子線描画装置で露光する。

【００３１】そして、実施の形態１の要領で露光後のレ
ジスト４の表面に親水化処理を施してから（図１３）、
現像を行う（図１４）。既に述べたように、レジスト４
には親水化処理が施されているので、現像液９は気泡１
０に妨げられることなくレジスト４の表面全体に行き渡
る。したがって、レジスト４にはつぶれのない正規のパ
ターンが現像される（図１５）。

【００３２】現像後は、パターニングされたレジスト４
をマスクとして遮光膜２３をエッチングし（図１６）、
最後に、残ったレジスト４を除去する（図１７）。

【００３３】ここで、プラズマ処理からレジスト除去ま
での工程は図１８に示す装置により行われる。この装置
には、ロード部１１、プラズマ処理部１２、現像部１
３、ベーク部１４、アッシング部１７、遮光膜をたとえ
ばウェットエッチングするエッチング部１８、残余のレ
ジストを除去した後に純水などでリンスしてこれをスピ
ンナ等で乾燥するレジスト除去・乾燥部１９、半導体ウ
ェハを取り出すアンロード部１５が順次配列されてい
る。そして、同様に、半導体ウェハは制御部１６に制御
されて所定の処理が行われる。なお、本装置にも、真空
系や排気および廃液系などが適宜接続されている。

【００３４】なお、図示する装置には、プラズマ処理前
のプロセスを実行する所定の処理部を追加することがで
きる。

【００３５】このように、本実施の形態のパターン形成
技術によっても、レジスト４に親水化処理を施した後に
現像液９に浸しているので、気泡１０の付着に拘わらず
現像液９がレジスト４の全体に行き渡る。これにより、
石英基板２１上の遮光膜２３には正規のパターンが転写
される。

【００３６】以上、本発明者によってなされた発明をそ
の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前
記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもな
い。

【００３７】たとえば、本実施の形態においては、被処
理基板として半導体ウェハ１および石英基板２１が適用
されているが、これ以外でも、たとえば電子部品が実装
されるプリント基板や液晶ディスプレイのガラス基板な
どを用いることができる。

【００３８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。

【００３９】(1).本発明のパターン形成技術によれば、
レジストに親水化処理を施した後に現像液に浸している
ので、現像液中の気泡がレジスト表面に付着していて
も、この気泡とレジストとの界面に現像液が浸入する。
これにより、気泡がない場合と同様に現像液がレジスト
全体に行き渡るので、未現像部がなくなって被処理基板
上の薄膜にはつぶれのない正規のパターンが転写され
る。

【００４０】(2). (1)により、パターン不良に起因した
トラブルが未然に防止され、品質の向上を図ることが可
能になる。

【００４１】(3).親水化処理と現像とを一貫で処理する
ことにより、異物等の付着や重金属等の汚染が防止され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１によるパターン形成方法
の一部を示す断面図である。

【図２】図１に続く断面図である。

【図３】図２に続く断面図である。

【図４】図３に続く断面図である。

【図５】図４に続く断面図である。

【図６】図５に続く断面図である。

【図７】図６に続く断面図である。

【図８】図７に続く断面図である。

【図９】本発明の実施の形態１のパターン形成に用いら
れるパターン形成装置を示すブロック図である。

【図１０】本発明の実施の形態２によるパターン形成方
法の一部を示す断面図である。

【図１１】図１０に続く断面図である。

【図１２】図１１に続く断面図である。

【図１３】図１２に続く断面図である。

【図１４】図１３に続く断面図である。

【図１５】図１４に続く断面図である。

【図１６】図１５に続く断面図である。

【図１７】図１６に続く断面図である。

【図１８】本発明の実施の形態２のパターン形成に用い
られるパターン形成装置を示すブロック図である。

【図１９】（ａ）〜（ｄ）は本発明者が検討対象とした
パターン形成プロセスを連続して示す断面図である。

【図２０】（ａ）〜（ｄ）は本発明者が検討対象とした
他のパターン形成プロセスを連続して示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体ウェハ（被処理基板） ２ 酸化シリコン膜 ３ 多結晶シリコン膜（薄膜） ４ レジスト ５ チャンバ ６ 反応室 ７ａ，７ｂ 電極 ８ 高周波電源 ９ 現像液 １０ 気泡 １１ ロード部 １２ プラズマ処理部 １３ 現像部 １４ ベーク部 １５ アンロード部 １６ 制御部 １７ アッシング部 １８ エッチング部 １９ レジスト除去・乾燥部 ２１ 石英基板（被処理基板） ２３ 遮光膜（薄膜） Ａ 未現像部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の工程（ａ）〜（ｆ）を含むことを特
   徴とするパターン形成方法。 （ａ）被処理基板に形成された薄膜上にレジストを塗布
   する工程、（ｂ）前記レジストに所定のパターンを露光
   する工程、（ｃ）前記レジストの表面に親水化処理を施
   す工程、（ｄ）親水化処理後の前記レジストを現像する
   工程、（ｅ）現像された前記レジストをマスクとして前
   記薄膜の不要部分を除去し、該薄膜を前記パターンに沿
   った形状にする工程、（ｆ）前記薄膜を前記パターンと
   した後、残余の前記レジストを除去する工程。
2. 【請求項２】 請求項１記載のパターン形成方法におい
   て、前記（ｃ）工程における親水化処理は、前記レジス
   トの表面に対する面荒れ加工であることを特徴とするパ
   ターン形成方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載のパターン形成方法におい
   て、前記レジストは、反応ガスに高周波電界を印加して
   発生されたプラズマとの化学反応によるプラズマ処理に
   より面荒れ加工されることを特徴とするパターン形成方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載のパターン形
   成方法により製造されることを特徴とする半導体集積回
   路の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１、２または３記載のパターン形
   成方法により製造されることを特徴とするフォトマスク
   の製造方法。
6. 【請求項６】 被処理基板上の薄膜を所定のパターンに
   形成するパターン形成装置であって、少なくとも、 前記薄膜上に塗布され、露光されたレジストをプラズマ
   と化学反応させてその表面を面荒れ加工するプラズマ処
   理部と、 面荒れ加工された前記レジストを現像する現像部とを有
   することを特徴とするパターン形成装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のパターン形成装置におい
   て、前記被処理基板は、集積回路が形成される半導体ウ
   ェハ、パターン原画が描かれたフォトマスクの石英基
   板、電子部品が実装されるプリント基板または液晶ディ
   スプレイのガラス基板であることを特徴とするパターン
   形成装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のパターン形成装置におい
   て、前記フォトマスクは位相シフトマスクであることを
   特徴とするパターン形成装置。