JP2000286184A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来技術では、異物除去に効果があるもの
の、スループットの低下と材料費の増加による製造コス
トの増加、及び、現像後に発生した異物の除去を十分に
行うことができないという問題点がある。 【解決手段】 スピンチャック３に搭載した半導体基板
１の表面に形成されたレジスト膜２に第１の現像液５を
滴下し、表面張力を利用して第１の現像液５をレジスト
膜の表面に保持して、レジスト膜２の現像を行う。次
に、置換用の第２の現像液６をレジスト膜２に滴下し
て、現像済みの第１の現像液５との置換を行う。次に、
リンス液９をレジスト膜２に滴下して、第２の現像液６
とリンス液９とを置換し、レジスト膜２を洗浄する。次
に、スピンチャック３を回転させて、半導体基板１を乾
燥させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、更に詳しくは半導体基板に塗布、露光され
たフォトレジスト膜の現像方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上に、所望のパターンを形成
するために、主として用いられる方法は、ポリシリコン
膜、金属膜、窒化膜、シリコン酸化膜等の膜上に、耐ド
ライエッチング用マスクパターンを形成した後、エッチ
ングを行うことによって、所望のパターンを形成する方
法である。なお、フォトリソグラフィ工程とは、エッチ
ングのためのマスクとなるパターンを形成する工程をい
う。また、通常、耐エッチング用マスクパターンの材料
として、レジスト（感光性樹脂膜）が用いられる。

【０００３】レジストは、基本的には、溶媒、樹脂、感
光材により合成されている。樹脂はアルカリ水溶液、例
えば、現像液に可溶であるが、中性の溶液、例えば、純
水には難溶である。ポジ型レジストでは、感光材と樹脂
との合成により、現像液には不溶となるが、露光によ
り、感光材に光があたり、感光材が分解することによ
り、感光した部分は、アルカリ水溶液に可溶となる。

【０００４】次に、半導体基板上にレジストパターンを
形成する現像方法について説明する。なお、この例は、
バドル方式にて現像する方法である。

【０００５】まず、ある成膜した半導体基板に、基板表
面を疎水性にするＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン）処
理を行い、その後、半導体基板を回転させ、回転してい
る半導体基板上に、レジスト液を滴下し、レジストの膜
厚が一定になるまで、等回転で回転させた後、約９０〜
１１０℃のベーク板上に、半導体基板を置き、レジスト
の溶媒を飛ばす。その結果、半導体基板上にレジスト膜
を形成することができる。

【０００６】続いて、上記レジスト膜を有する半導体基
板の露光処理を、所望のマスクパターンが石英基板にク
ロム等の遮光材料で形成されたフォトマスクの設定され
た露光装置を用いて行う。ここで、上記露光に用いる露
光光は、紫外線波長領域以下の波長を有する光が望まし
い。そして、適当な露光光として知られているものに、
ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８
ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）があ
る。

【０００７】続いて、上記レジスト膜を有する半導体基
板の露光処理を行った後、約９０〜１１０℃のベーク処
理を行い、現像液を半導体基板上に滴下液盛りを行い、
約３０〜１２０秒保持し、純水等のリンス液で置換洗浄
を行い、高回転数でリンス液を除去乾燥させる現像処理
を行う。

【０００８】これにより、ポジ型レジストの場合、半導
体基板のレジスト膜のうちで、露光された領域が半導体
基板から除去され、ネガ型レジストの場合、半導体基板
のうちで、露光されなかった領域が半導体基板から除去
される。その結果、フォトマスクのマスクパターンと同
じ形状であるが、露光装置の縮小投影レンズにより、所
定の比率だけ縮小されたレジストパターンが半導体基板
に形成されることになる。

【０００９】以下、ポジ型レジストについての、現像処
理工程で、露光された領域の現像液に溶け出したレジス
ト、及び未露光部のレジスト膜から、現像液に溶け出し
た異物等が現像液には溶けているが、純水等の中性リン
ス液で溶液に難溶となり、析出した異物に対する除去方
法及び防衛方法を説明する。

【００１０】まず、第１の従来技術として、図６（ａ）
に示すように、レジスト膜２２を有し、露光処理、ベー
ク処理が完了した半導体基板を現像装置のスピンチャッ
ク２３に搭載し、スピンチャック２３を現像液中に気泡
が入らないように、３００ｒｐｍ以下の低速回転させな
がら、現像液滴下ノズル２４から、現像液を滴下する。

【００１１】次に、図６（ｂ）に示すように、現像液の
表面張力を利用して、現像液の液盛り２６を形成し、ス
ピンチャック２３を停止させ、約３０〜１２０秒保持す
る。

【００１２】次に、図６（ｃ）に示すように、露光され
た領域のレジストが、現像液２６に溶解した後に、スピ
ンチャック３を、現像液が現像装置のカップにあたる等
して、ミストが発生することを防止するため、５００〜
２０００ｒｐｍの中速で回転させ、現像液を振り切りな
がら、リンス液ノズル２８からリンス液２９、例えば、
純水を流下し、感光して溶解したレジスト２２、及びレ
ジスト２２内の異物を含んだ現像液２６をリンス液２９
で置換する。

【００１３】このとき、現像液２６がリンス液２９によ
り完全に置換されない場合、現像液２６に溶け込んだレ
ジスト２２等がリンス液２９に難溶となり異物として半
導体基板２１表面に付着することがある。このような付
着した、異物の除去方法として、図６（ｃ）に示す、リ
ンス液ノズル２８から、流下するリンス液２９の時間を
長くする方法と、流下するリンス液２９に対し、吸着チ
ャック２３の回転数を上げる方法がある。リンス液２９
で、半導体基板を洗浄後、リンス液２９の流下を停止
し、図６（ｄ）に示すように、３０００〜４０００ｒｐ
ｍの高速回転で、リンス液を振り切り乾燥させる。

【００１４】次に、図７を用いて、第２の従来技術を説
明する。

【００１５】まず、図７（ａ）に示すように、レジスト
膜２２を有し、露光処理、ベーク処理が完了した半導体
基板２１を現像装置のスピンチャック２３に搭載し、ス
ピンチャック２３を第１の従来技術と同様に、３００ｒ
ｐｍ以下の低速で回転させながら、現像液滴下ノズル２
４から、現像液２５を滴下する。

【００１６】図７（ｂ）に示すように、現像液の表面張
力を利用して、液盛り２６を形成し、スピンチャックを
停止して、約３０〜１２０秒保持する。図７（ｃ）に示
すように、液盛りされた現像液２６を５００〜２０００
ｒｐｍの中速回転により回転除去する。そして、露光さ
れた領域のレジストが完全に現像液に溶解するまで数回
繰り返す。

【００１７】次に、図７（ｄ）に示すように、リンス液
ノズル２８から、リンス液２９、例えば純水を流下し、
図７（ｅ）に示すように、リンス液２９の液盛りを形成
し、暫時保持した後、液盛りされたリンス液２９を図７
（ｆ）に示すように、３０００〜４０００ｒｐｍの高速
回転により、回転除去する。

【００１８】図７（ｄ）からのリンス液の置換、洗浄の
工程を数回繰り返し、最後に高速回転で、リンス液２９
を振り切り乾燥させる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、レジ
ストを構成する材料によっては、現像処理を行い、溶解
したレジストを含む現像液をリンス液に置換するとき
に、リンス液に難溶な異物が数百個ほど発生し、歩留ま
り低下の要因となる。これに対する従来の現像方法で
は、以下のような問題が生じる。

【００２０】まず、第１の従来技術の、リンス液流下時
間の延長において、図８に示すように、リンス時間を７
５秒と長くすることで、異物の除去に効果がある。しか
し、現像処理のスループット低下により、製造コストが
増加する。また、リンス滴下時の回転数増加について
は、図９に示すように、回転数を３０００ｒｐｍに増加
させることに対して、異物数は低減するが、完全に除去
することはできない。

【００２１】また、第２の従来技術の現像液、リンス液
の複数回交換においては、異物低減には効果があるが、
液盛りした現像液２５を一度振り切り、再度、現像液２
６を液盛ることを複数回行うので、レジストの線幅を制
御することが困難である。また、現像液、リンス液とも
に、液盛り後、一度振り切ることにより、残存異物を除
去するため、現像液、リンス液の液量が増加する。その
ため、スループットが低下し、製造コストが増加する。

【００２２】以上のように、上述した従来の現像方法で
は、異物除去に効果があるものの、スループットの低下
と材料費の増加による製造コストの増加、及び、現像後
に発生した異物の除去を十分に行うことができないとい
う問題点がある。

【００２３】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、レジストパターン形成後に、半導体基
板上の異物発生を抑制し得る現像方法を提供することを
目的とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
の半導体装置の製造方法は、現像装置に搭載した半導体
基板の表面に形成されたレジスト膜に第１の現像液を滴
下し、表面張力を利用して前記第１の現像液を前記レジ
スト膜の表面に保持して、前記レジスト膜の現像を行う
第１の工程と、第１の工程後、第２の現像液を前記レジ
スト膜に滴下して、前記第１の現像液との置換を行う第
２の工程と、第２の工程後、リンス液を前記レジスト膜
に滴下して、前記第２の現像液と前記リンス液とを置換
し、前記レジスト膜を洗浄する第３の工程と、第３の工
程後、前記半導体基板を回転させて、前記半導体基板を
乾燥させる第４の工程とを有することを特徴とするもの
である。

【００２５】また、請求項２に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、前記第２の現像液の滴下の際に、上記
半導体基板を回転させることを特徴とする、請求項１に
記載の半導体装置の製造方法である。

【００２６】更に、請求項３に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、前記リンス液の滴下の際に、上記半導
体基板を回転させることを特徴とする、請求項１又は請
求項２に記載の半導体装置の製造方法である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、一実施の形態に基づいて、
本発明の半導体装置の製造方法を詳細に説明する。な
お、これによってこの発明は限定を受けるものではな
い。

【００２８】図２は本発明の方法に使用する、現像装置
の概略構成を示した図である。図２において、１は処理
されるべき半導体基板、２は半導体基板１上のレジスト
膜、１１は現像装置内の所定位置に配置された回転軸、
３はこの回転軸に接続され、半導体基板１を保持するた
めのスピンチャック、４は第１の現像液供給ノズル、５
は第１の現像液、６は置換用の第２の現像液、７は第２
の現像液供給ノズル、８はリンス液供給ノズル、９はリ
ンス液を示す。

【００２９】図３は図２に示す第１の現像液供給ノズル
の動きを上から見た場合の図である。図３（ａ）では、
半導体基板１を回転させ、第１の現像液５を滴下しなが
ら、外周部から中央付近もしくは中央付近から外周部へ
第１の現像液供給ノズル４ａを走査させて現像液を盛り
付けている。これは、第１の現像液５の滴下時に、第１
の現像液５中に気泡が巻き込まれて、現像されない部分
が生じるのを防止するためである。また、パターンが微
細でない場合は、半導体基板１を回転させながら、中央
付近に第１の現像液供給ノズル４ａを停止させて、中央
付近で第１の現像液５を滴下して液盛りしてもよい。

【００３０】また、図３（ｂ）では、第１の現像液供給
ノズル４ｂにより半導体基板１の中心を直線上に第１の
現像液５を滴下させながら半導体基板１を半周させ、半
導体基板１上に第１の現像液５を盛り付けている。ま
た、図３（ｃ）では、半導体基板１を、半導体基板１の
直径以上の領域に第１の現像液５を滴下させることので
きる第１の現像液供給ノズル４ｃで、半導体基板１を静
止させた状態で、第１の現像液供給ノズル４ｃを半導体
基板１の一方の外周部から対向する反対の外周部へ走査
させて第１の現像液５を盛り付けている。

【００３１】図４は図２に示す現像後の第１の現像液を
第２の現像液で置換するための第２の現像液供給ノズル
を示す図である。置換用の第２の現像液供給ノズル７
は、リンス液供給ノズル８ａと同程度の５〜８ｍｍ程度
の配管径で、半導体基板中央付近に位置するノズルと半
径の半分付近に位置するリンス液供給ノズル８ｂが配置
されているが、第２の現像液供給ノズル７は、半導体基
板１の中央付近で置換用の第２の現像液を滴下する。置
換洗浄効果があれば、半導体基板１の中央付近及び半径
の半分付近で同時に、また、図３に示す第１の現像液供
給ノズル４ａ、４ｂ、４ｃで第２の現像液６を滴下して
もよい。

【００３２】第２の現像液供給ノズル７は、半導体基板
１の中央付近に固定させて第２の現像液６を滴下させる
だけでなく、図３（ａ）に示すように、半導体基板１の
中央付近から外周部に移動させながら滴下してもよい。

【００３３】現像装置において、レジスト膜２が塗布さ
れ、所望のパターンが露光された半導体基板１は、スピ
ンチャック３により、吸着保持されている。この状態
で、スピンチャック３の上方に配置されている第１の現
像液供給ノズル４から半導体基板１上へ適量の第１の現
像液５が滴下される。このとき、スピンチャック３は、
３００ｒｐｍ以下の低速回転で回転している。

【００３４】そして、第１の現像液５は、表面張力によ
り図１（ｂ）に示すように、半導体基板１に液盛りさ
れ、スピンチャック３を停止させて、一定時間、約３０
〜１２０秒保持されることにより、レジスト膜２の現像
が行われる。

【００３５】この現像後、図１（ｃ）に示すように、ス
ピンチャック３の上方に配置されている第２の現像液供
給ノズル７から第２の現像液６を滴下しながら、スピン
チャック３を５００〜２０００ｒｐｍ程度の中速回転さ
せることにより、半導体基板１上から溶解したレジスト
を含んだ第１の現像液５と第２の現像液６とを置換す
る。例えば、８インチの半導体基板１を使用した場合、
置換用の現像液６を１リットル／ｍｉｎの流量で、約３
秒間流す。これは、半導体基板１表面を一様に覆って表
面張力により、液盛りされる程度の量であり、半導体基
板が８インチの場合は、約５０ｃｃ程度となる。

【００３６】ここでは、スピンチャック３を回転させな
がら第２の現像液６を滴下しているが、回転させなくて
も滴下することによって置換可能である。但し、回転さ
せた方がスループットは向上する。

【００３７】その後、図１（ｄ）に示すように、スピン
チャック３の上方に配置されているリンス液供給ノズル
８からリンス液９として純水を滴下しながら、スピンチ
ャック３を５００〜２０００ｒｐｍ程度の中速回転させ
ることにより、半導体基板１の洗浄が行われる。このと
き、リンス時間は従来例と同じ１０秒程度とする。ここ
でも、スピンチャック３を必ずしも回転させる必要はな
い。

【００３８】次に、図１（ｅ）に示すように、リンス液
９の滴下を停止し、スピンチャック３を約３０００〜４
０００ｒｐｍに高速回転させ、これにより、半導体基板
１を乾燥させる。本発明において、現像が十分に完了し
ている第１の現像液５を置換用の第２の現像液６で、図
７に示すように、１リットル／ｍｉｎの流量で約３分間
の置換で、その後のリンス液の洗浄を約１０秒行うこと
で、半導体基板１上に、異物の発生を抑制できているの
で、リンス時間は、第１の従来技術に対して、約１／６
となり、スループット時間の削減に効果があり、第２の
従来技術に対しても、スループットの時間低減、使用液
量の低減に効果がある。

【００３９】上記実施例において、現像の完了した第１
の現像液５の液盛りを置換する第２の現像液６の流量、
時間は他の値であっても、実質的に異物の発生を抑制で
きれば、その流量、時間を採用してもよい。また、本発
明が適用できるレジスト膜２はポジ型レジストであって
も、ネガ型レジストであってもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることに、半導体装置の製造のフォトリソグラフィ
工程において、半導体基板を回転させて、現像液及びリ
ンス液を滴下させることにより、使用液量及びスループ
ット時間の低減が図れ、また、現像液を追加して滴下す
ることにより、現像液中に溶解したレジストが異物とし
て半導体基板に付着することがなく、有効にレジストパ
ターン形成後の半導体基板上の異物を減少させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の現像工程を示す図である。

【図２】本発明に用いる現像装置の構成断面図である。

【図３】本発明の現像液供給ノズルの動きを上から見た
図である。

【図４】本発明の置換用現像液ノズルとリンス液供給ノ
ズルの配置を示した図である。

【図５】本発明を用いた場合の現像液追加量と異物数と
の関係を示した図である。

【図６】第１の従来技術の現像工程を示す図である。

【図７】第２の従来技術の現像工程を示す図である。

【図８】従来のリンス時間と異物数との関係を示す図で
ある。

【図９】従来のリンス時の回転数と異物数との関係を示
す図である。

【符号の説明】

１ 処理されるべき半導体基板 ２ レジスト膜 ３ 半導体基板を保持するためのスピンチャック ４、４ａ、４ｂ、４ｃ 第１の現像液供給ノズル ５ 第１の現像液 ６ 第２の現像液 ７ 第２の現像液供給ノズル ８ リンス液供給ノズル ９ リンス液 １１ 回転軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像装置に搭載した半導体基板の表面に
   形成されたレジスト膜に第１の現像液を滴下し、表面張
   力を利用して前記第１の現像液を前記レジスト膜の表面
   に保持して、前記レジスト膜の現像を行う第１の工程
   と、 第１の工程後、第２の現像液を前記レジスト膜に滴下し
   て、前記第１の現像液との置換を行う第２の工程と、 第２の工程後、リンス液を前記レジスト膜に滴下して、
   前記第２の現像液と前記リンス液とを置換し、前記レジ
   スト膜を洗浄する第３の工程と、 第３の工程後、前記半導体基板を回転させて、前記半導
   体基板を乾燥させる第４の工程とを有することを特徴と
   する、半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第２の現像液の滴下の際に、上記半
   導体基板を回転させることを特徴とする、請求項１に記
   載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記リンス液の滴下の際に、上記半導体
   基板を回転させることを特徴とする、請求項１又は請求
   項２に記載の半導体装置の製造方法。