JP2000223457A - 半導体装置の洗浄方法及び洗浄装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】適正な洗浄を短時間で達成でき、特に有機膜上
のレジスト残渣を短時間に無くせる半導体装置の洗浄方
法及び装置、半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基体上に、有機膜とフォトレジス
トを成膜し、露光及び現像を行った後、現像後のフォト
レジストを洗浄除去する際、基体１０を外周部の回転
速度で４０ｍ／ｓｅｃ〜６０ｍ／ｓｅｃの速度で回転さ
せながら洗浄液を与える第１の洗浄処理と、第１の洗浄
の回転速度よりも低速で基体を回転させながら洗浄液を
与える第２の洗浄処理とを行い、第２の洗浄処理の時間
は第１の洗浄処理の時間よりも長い半導体装置の洗浄方
法。基体の回転速度を制御する回転速度制御手段ＩＩ
と、基体の被洗浄部に洗浄液を吐出する洗浄液吐出手段
５とを備え、処理時間を制御してを行う半導体装置の
洗浄装置。上記を備える半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の洗浄
方法及び洗浄装置、及び半導体装置の製造方法に関す
る。本発明は、半導体基体上に、有機膜とフォトレジス
トを成膜し、露光及び現像を行い、洗浄を行う工程を有
する各種半導体装置の製造の際に汎用することができ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体デバイス等の製造の際
に、レジストと呼ばれる感光性材料を用いて、絶縁膜や
導電膜等の各種パターンを形成することが行われてい
る。たとえば半導体基体上のレジストに露光により回路
パターンを転写し、転写されたレジストをマスクとして
基体をエッチングすることにより、回路パターンを形成
することが行われている。

【０００３】このような場合、仮に、エッチングの際に
パターン回路以外の部分にレジストが残っていると、回
路のショートといった欠陥が発生することになる。

【０００４】ポジ型レジストの現像は、一旦基体上に表
面張力を利用して現像液を液盛りし、光（エネルギー）
が照射された部分のレジストが液盛りされた現像液に溶
け出すことによって行われる。その液盛り中の現像液に
は、レジストの溶解物や残留物が浮遊しており、現像終
了後それらの現像液を取り除く際に、残留物が表面上に
残る。

【０００５】また近年、各種パターン等の微細化に伴
い、従来は問題とならなかったサイズの残留物も欠陥と
なり得るため、現像時の欠陥となり得るため、現像時の
欠陥を無くすことは重要である。

【０００６】従来の技術にあっては、現像後、現像液を
除去するために回転させる工程と、次に純水を吐出させ
ながら回転させ（以下、このように純水等の洗浄液によ
り被洗浄体を洗浄する工程をリンス工程と称することも
ある）、次に回転のみにより振り切り乾燥を行って、洗
浄を行っている。従来はそれらの各々の工程毎に処理時
間や吐出量ならびに回転数などを最適化することによ
り、レジスト残留物が無くなるようにしている。

【０００７】一方、有機膜を形成して、その上にレジス
トを塗布する場合があり、このように有機膜とフォトレ
ジストを成膜する必要のある場合に、問題点が生じるこ
とがある。有機膜として代表的なのは、たとえば、反射
防止膜である。すなわち近年の微細化に伴い、露光時の
光の波長が短波長化されるにしたがい、焦点深度が取れ
なくなり、下地からの反射により線幅がばらつく問題か
ら、レジストの下に反射防止膜が用いられるようになっ
て来ている。このような反射防止膜として、有機材料を
用いる場合では、有機膜上に有機材料のレジストを塗布
することになる。したがって反射防止膜とレジストの材
料種によっては、反応生成物ができることもある。現像
の際にそれらの反応生成物が除去できずに欠陥となる場
合もある。また、両者が反応しない場合においても、有
機膜上にレジストを塗布しているため、有機膜とレジス
トの密着性が強く、一段とレジストの残渣が残るという
問題があった。

【０００８】これらの問題は従来技術のリンス工程に
て、リンス処理時間を長くすることにより、レジスト残
渣を少なくすることによって、解決することは可能では
ある。しかしながら、充分に残渣がなくなるまで処理時
間を長くすると、単位時間当たりの生産能力が落ち、経
済的に採算が取れなくなるという問題があった。

【０００９】この従来技術の問題について、図２及び図
３を参照して説明すると、次のとおりである。いま、被
洗浄サンプルとして、半導体の基体を、図２に示すよう
な以下の条件とする。直径約２０．３ｃｍのシリコン基
板を基体（半導体基体）１とし、これに有機反射防止膜
２を厚さ１００ｎｍで塗布・成膜し、レジスト３を厚さ
７００ｎｍで塗布・成膜する。ただし、基体１のサイズ
や材質は上記に限るものではなく、任意である。また、
有機反射防止膜２の材質・厚さも任意であり、有機膜で
あれば本発明が解決すべき問題点が生じる。レジスト３
としてはここではポジ型の化学増幅型レジストを用いた
が、ネガ型でもかまわないし、化学増幅型でなくても、
作用には変わりはない。

【００１０】基体１上に有機反射防止膜を回転塗布し、
続いてベイキングによって有機反射防止膜２を固化さ
せ、次にレジストを回転塗布し、プリベイクを行い、こ
れにより、基体１上に有機反射防止膜２とレジスト３が
形成された図２の被洗浄基体を得る。なお、基板上に半
導体の回路パターンが既に刻まれており、その表面にポ
リシリコンやタングステン、アルミニウム、ＳｉＮなど
が形成されている場合も、基本的に作用は同様である。

【００１１】図２の基体を、ＫｒＦエキシマレーザーを
用いた露光装置（その他、ｇ線や、ｉ線、ＡｒＦエキシ
マレーザー露光装置でも作用は同じ）を用いて、フォト
マスクパターンを転写し、次にレジストに応じた現像液
によってレジストパターンを現像する。

【００１２】次にリンスを行う。ここでは、次のように
洗浄を行って、洗浄結果を見た。すなわち、基体の回転
数を、外周部の速度で２１．２ｍ／ｓｅｃにて回転させ
つつ、基体中心付近に純水を吐出させて、洗浄した。そ
の時の洗浄処理時間を１０秒、２０秒、６０秒とした場
合の欠陥数を調べた。欠陥数は、次に示す表１の結果と
なった。なお、ここで外周部の速度とは、図３に示すよ
うに、基体１の中心部を軸に回転させたときの、最外周
部の速度Ｉのことである。図中、符号１０をもって、被
洗浄基体全体を示す（以下同じ）。速度を角速度で定義
すると、基体のサイズが変わったときに、外周では速度
が変わるため、本発明では回転速度を外周部の速度で定
義する。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１より、リンス時間を６０秒とすること
により、かなりの欠陥数を削減できることがわかる（図
４参照）。２０秒リンス（図５参照）や、１０秒リンス
（図６参照）の場合に比して、洗浄効果は大きい。しか
し、リンス時間のみで６０秒も時間をかけると、トータ
ルの処理時間が遅くなって、実用的ではない。処理時間
が遅くなっても、高額な露光装置のスループットに処理
時間を合わせなければ採算が取れなくなるため、不足分
は複数個の現像ユニットを投資しなければならないこと
になる。

【００１５】上記のような事情であるから、適正な洗浄
が達成できて欠陥数を低減でき、しかもかかる異物除去
の洗浄を短時間で実現できる技術が要請されているので
ある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決して、適正な洗浄を短時間で達成でき
る技術を提供することを目的とし、特に有機膜上のレジ
スト残渣を短時間に無くすことが可能な半導体装置の洗
浄方法及び洗浄装置、及び半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、半導体基体上に、有機膜とフォトレジス
トを成膜し、露光及び現像を行った後、現像後のフォト
レジストを洗浄除去する半導体装置の洗浄方法におい
て、基体を外周部の回転速度で４０ｍ／ｓｅｃ以上６０
ｍ／ｓｅｃ以下の速度で回転させながら洗浄液を与える
第１の洗浄処理と、前記第１の洗浄における回転速度よ
りも低速で基体を回転させながら洗浄液を与える第２の
洗浄処理とを行うとともに、該第２の洗浄処理の時間は
前記第１の洗浄処理の時間よりも長いことを特徴とする
ものである。

【００１８】本発明に係る半導体装置の製造装置は、半
導体基体上に、有機膜とフォトレジストを成膜し、露光
及び現像を行った後、該現像後のフォトレジストを洗浄
除去するための半導体装置の洗浄装置において、基体の
回転速度を制御する回転速度制御手段と、基体の被洗浄
部に洗浄液を吐出する洗浄液吐出手段とを備え、前記回
転速度制御手段により基体を外周部の回転速度で４０ｍ
／ｓｅｃ以上６０ｍ／ｓｅｃ以下の速度で回転させなが
ら前記洗浄液吐出手段により基体の被洗浄部に洗浄液を
吐出する第１の洗浄処理を行い、前記回転速度制御手段
により前記第１の洗浄における回転速度よりも低速で基
体を回転させながら前記洗浄液吐出手段により基体の被
洗浄部に洗浄液を吐出する第２の洗浄処理を行うととも
に、該第２の洗浄処理の時間を前記第１の洗浄処理の時
間よりも長くする制御を行うことを特徴とするものであ
る。

【００１９】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基体上に、有機膜とフォトレジストを成膜し、露光
及び現像を行う工程を有する半導体装置の製造方法にお
いて、現像後のフォトレジストを洗浄除去する洗浄工程
を備え、該洗浄工程においては、基体を外周部の回転速
度で４０ｍ／ｓｅｃ以上６０ｍ／ｓｅｃ以下の速度で回
転させながら洗浄液を与える第１の洗浄処理と、前記第
１の洗浄における回転速度よりも低速で基体を回転させ
ながら洗浄液を与える第２の洗浄処理とを行うととも
に、該第２の洗浄処理の時間は前記第１の洗浄処理の時
間よりも長いことを特徴とするものである。

【００２０】本発明によれば、レジストの残渣を短時間
に無くすことができる。本発明の作用は、必ずしも明確
ではないが、次のように説明することができる。本発明
は、基本的に、基体上のレジストを全面露光し、現像処
理後、基体表面をレーザー異物検査装置で測定したとこ
ろ、表面には１μｍ以上の比較的大きなサイズの残留物
と、０．３μｍ以下の微細な残留物とに大別できるとい
う、本発明者による知見に基づいて、なされたものであ
る。本発明によれば、第１の洗浄処理により比較的大き
なサイズの残留物が除去され、第２の洗浄処理により小
さなサイズの残留物が除去されて、速やかな洗浄がなさ
れると考えられる。その場合に、本発明の前記各回転速
度と、処理時間との関係により、適正に効果が奏せられ
るものと考えられる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、その好ましい具体例を図面を参照して説明する。合
わせて、比較例を説明する。なお当然のことではある
が、本発明は図示実施の形態例に限定されるものではな
い。

【００２２】実施の形態例１ 本実施の形態例は、本発明を、半導体ウエハー特にシリ
コンウエーハ上に有機反射防止膜を形成し、レジストを
形成して、微細な回路パターンを形成する場合に適用し
たものである。

【００２３】図１及び図２を参照する。図１は、本実施
の形態例の工程を示す図である。図２は、ここでの被洗
浄基体（サンプル）を示すもので、先に従来技術の問題
点を説明するために使用したのと、同様の構造である。

【００２４】すなわち、用いた被洗浄基体は、直径約２
０．３ｃｍのシリコン基板を半導体１とし、これに有機
反射防止膜２を厚さ１００ｎｍで塗布・成膜し、レジス
ト３を厚さ７００ｎｍで塗布・成膜したものを用いる。
ただし、基体１のサイズや材質は上記に限るものではな
く、任意である。また、有機反射防止膜２の材質・厚さ
も任意である。有機膜であれば本発明の効果を発揮でき
る。レジスト３として、ここではポジ型の化学増幅型レ
ジストを用いた。ただし、ネガ型でもかまわないし、化
学増幅型でなくても、いずれでも本発明の効果が示さ
れ、限定はない。なお有機反射防止膜２としては、上記
のとおり反射防止機能を有する各種の有機材料を任意に
使用できるものであるが、ここではアクリル系樹脂を含
んだ材料、特にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）
樹脂を含んだ材料を使用した。具体的には、特許第２６
１１２１５号に係る明細書に記載されたアクリル系樹脂
を含む材料からなる有機反射防止材料により形成した。

【００２５】基体１上に有機反射防止膜を回転塗布し、
続いてベイキングによって有機反射防止膜２を固化さ
せ、次にレジストを回転塗布し、プリベイクを行い、こ
れにより、基体１上に有機反射防止膜２とレジスト３が
形成された図２の被洗浄基体を得る。基板上に半導体の
回路パターンが既に刻まれていたり、及び／又はその表
面に、たとえば半導体材料（ポリシリコン等）、金属材
料（タングステン、モリブデン、チタン等の高融点金
属、またアルミニウムやＡｌＳｉ等のアルミニウム合金
等のアルミニウム系材料、また銅、金、銀等の各種材料
等）、絶縁材料（ＳｉＮ、堆積ＳｉＯ₂ 、ＴＥＯＳ−Ｓ
ｉＯ₂ 等各種のＳｉＯ₂ 等）等が形成されている場合
も、効果は同様である。

【００２６】図２の基体を、ＫｒＦエキシマレーザーを
用いた露光装置（その他、ｇ線や、ｉ線、ＡｒＦエキシ
マレーザー露光装置でも効果は同じ）を用いて、フォト
マスクパターンを転写し、次にレジストに応じた現像液
によってレジストパターンを現像する。

【００２７】次にリンスを行うが、本例では、本発明を
適用して次のように洗浄を行った。図１（ａ）に示すよ
うにウエーハチャック４に吸着支持された被洗浄基体
（ウエーハ）について、まず、回転速度５３ｍ／ｓｅｃ
にてこれを回転させつつ、１０分間純水を吐出させ（第
１の洗浄処理。図１（ｂ）に略示）、次に回転速度５．
３ｍ／ｓｅｃにて１５秒間、純水を吐出させた（第２の
洗浄処理。図１（ｃ）に略示）。図中、符号５で吐出手
段であるノズルを示し、６で洗浄液である純水を模式的
に示す。続いて、振り切り乾燥を行った。

【００２８】ＫＡＬ社の欠陥検査装置で検査を行ったと
ころ、欠陥数は５個であった。本発明により、効果的な
洗浄が、短時間で達成されていることがわかる。

【００２９】本例において、基体の回転数の制御は、ウ
エーハチャックの回転を制御する回転数制御手段（図１
の符号ＩＩＩ参照）によって行い、洗浄時間の制御は、
洗浄時間制御手段（図１の符号ＩＩ参照）により、吐出
手段からの洗浄液（ここでは純水）の供給時間を制御す
ることにより行った。

【００３０】本発明を適用したことによって、第１の洗
浄処理により大きいサイズの異物を取り除き、微細な異
物はある程度外側に追いやる効果が示され、続いて第２
の洗浄処理により、洗浄水（純水）の力によって小さい
サイズの異物が取り除かれる効果が示されたと考えられ
る。微細なサイズの異物は質量が小さいため、高回転に
よる遠心力よりも、洗浄水（純水）に洗い流される効果
が大きいからである。高回転で洗浄水（純水）を吐出す
ると、水は表面を滑るように飛び散るだけであり（たと
えばハイドロプレーニング現象のような現象が示される
と思われる）、微小な異物を押し流す作用は小さい。

【００３１】本発明は、上記第１の洗浄処理及び第２の
洗浄処理の回転数の相違だけでなく、両者の処理時間の
相違と相まって、効果が奏せられるものである。これ
を、比較例をもって例証する。

【００３２】（比較例１）ここでは、第１の洗浄処理時
間を１５秒、第２の洗浄処理時間を１０秒にして、その
他は実施の形態例１と同様に行った。その結果、欠陥数
は３０個となった。しかもすべて１μｍ以下の欠陥であ
った。これは、第２の洗浄処理時間が短いため、特に第
１の洗浄処理時間よりも短いため、微小異物が残ってし
まったのである。よって、本発明にしたがった、第２の
洗浄処理の時間を第１の洗浄処理の時間よりも長くする
ことが、適正な洗浄に要せられることがわかる。

【００３３】（比較例２）ここでは、第１の洗浄処理時
間を１２．５秒、第２の洗浄処理時間を１２．５秒にし
て、その他は実施の形態例１と同様に行った。すなわ
ち、第１，第２の洗浄処理時間を同じとしたのである。
その結果、欠陥数は１５個であった。比較例１よりは良
いが、充分とは言えない。

【００３４】（比較例３）この比較例は、第１の洗浄処
理の方を低速にし、第２の洗浄処理時間を高速にしてみ
た例である。まず、回転速度５．３ｍ／ｓｅｃにて１０
秒間洗浄水（純水）を吐出させ、次に回転速度５３ｍ／
ｓｅｃにて１５秒間洗浄水（純水）を吐出させた。する
と欠陥数は４０個であった。この場合は、最初に微小な
サイズの異物が取り除かれるが、次に大きいサイズの異
物が外周部方向に取り除かれ、その大きいサイズの異物
が動いている際に、微小な異物が分離し、外周付近に残
ってしまうためと考えられる。したがって、本発明にし
たがって、最初に高速回転を行い、次に低速回転を行う
ことで効果が得られることがわかる。

【００３５】上記した本発明の適用例、及び比較例か
ら、基体を外周部の回転速度で４０ｍ／ｓｅｃ以上６０
ｍ／ｓｅｃ以下の速度で回転させながら洗浄液を与える
第１の洗浄処理と、第１の洗浄における回転速度よりも
低速で基体を回転させながら洗浄液を与える第２の洗浄
処理とを行い、該第２の洗浄処理の時間は第１の洗浄処
理の時間よりも長いことを特徴とするせんじょう実施す
ることによって、レジスト残渣を短時間で有効に取り除
くことができることがわかった。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば短時間で洗浄処理が達成
でき、所望の時間内で処理を終えることが可能となり、
かつ欠陥が有効に低減できるという効果がある。このた
め、装置の初期投資を削減でき、またスループットと歩
留りの向上が実現できて、製品を大量に安価に作ること
も可能となるなど、経済的な効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態例１の構成を示す図であ
る。

【図２】 被洗浄基体の構造例を示す断面図である。

【図３】 回転速度を説明するための図である。

【図４】 従来技術の問題点を示す図である。

【図５】 従来技術の問題点を示す図である。

【図６】 従来技術の問題点を示す図である。

【符号の説明】

１・・・半導体基体、２・・・有機膜（有機反射防止
膜）、３・・・レジスト、４・・・ウエーハチャック、
５・・・（洗浄液の）吐出手段、６・・・洗浄液（純
水）、１０・・・被洗浄基体。ＩＩ・・・洗浄時間制御
手段、ＩＩＩ・・・回転数制御手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基体上に、有機膜とフォトレジス
   トを成膜し、露光及び現像を行った後、現像後のフォト
   レジストを洗浄除去する半導体装置の洗浄方法におい
   て、 基体を外周部の回転速度で４０ｍ／ｓｅｃ以上６０ｍ／
   ｓｅｃ以下の速度で回転させながら洗浄液を与える第１
   の洗浄処理と、 前記第１の洗浄における回転速度よりも低速で基体を回
   転させながら洗浄液を与える第２の洗浄処理とを行うと
   ともに、 該第２の洗浄処理の時間は前記第１の洗浄処理の時間よ
   りも長いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基体上に、有機膜とフォトレジス
   トを成膜し、露光及び現像を行った後、該現像後のフォ
   トレジストを洗浄除去するための半導体装置の洗浄装置
   において、 基体の回転速度を制御する回転速度制御手段と、基体の
   被洗浄部に洗浄液を吐出する洗浄液吐出手段とを備え、 前記回転速度制御手段により基体を外周部の回転速度で
   ４０ｍ／ｓｅｃ以上６０ｍ／ｓｅｃ以下の速度で回転さ
   せながら前記洗浄液吐出手段により基体の被洗浄部に洗
   浄液を吐出する第１の洗浄処理を行い、 前記回転速度制御手段により前記第１の洗浄における回
   転速度よりも低速で基体を回転させながら前記洗浄液吐
   出手段により基体の被洗浄部に洗浄液を吐出する第２の
   洗浄処理を行うとともに、 該第２の洗浄処理の時間を前記第１の洗浄処理の時間よ
   りも長くする制御を行うことを特徴とする半導体装置の
   洗浄装置。
3. 【請求項３】 半導体基体上に、有機膜とフォトレジス
   トを成膜し、露光及び現像を行う工程を有する半導体装
   置の製造方法において、 現像後のフォトレジストを洗浄除去する洗浄工程を備
   え、該洗浄工程においては、 基体を外周部の回転速度で４０ｍ／ｓｅｃ以上６０ｍ／
   ｓｅｃ以下の速度で回転させながら洗浄液を与える第１
   の洗浄処理と、 前記第１の洗浄における回転速度よりも低速で基体を回
   転させながら洗浄液を与える第２の洗浄処理とを行うと
   ともに、 該第２の洗浄処理の時間は前記第１の洗浄処理の時間よ
   りも長いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記有機膜が反射防止膜であることを特
   徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。