JP2001085304A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続する半導体製造工程において、各工程で
のプロセス裕度を大幅に改善し、超微細パターンを正確
に形成する。 【解決手段】 半導体製造装置は、１つ以上の現像液タ
ンクと、１つ以上の添加剤タンクと、前記現像液タンク
および添加剤タンクに接続され、現像液タンクおよび添
加剤タンクから供給される現像液および添加剤を混合す
る混合槽と、添加剤の量を制御するコントローラとを備
える。コントローラは、基板上のレジスト膜に形成され
る孤立パターンの寸法誤差を規格以内とする露光量マー
ジンおよびフォーカス深度マージンで決定される第１プ
ロセスウィンドウと、前記レジスト膜に形成される密集
パターンの寸法誤差を規格以内とする露光量マージンお
よびフォーカス深度マージンで決定される第２プロセス
ウィンドウとの共通領域が最大となる量の添加剤が混合
層に供給されるように制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造過程に
用いられる半導体製造装置および方法に関し、特に、半
導体リソグラフィー工程で、処理するレジスト膜に応じ
て現像液、溶媒、添加剤などを最適の割合で混合して基
板上のレジスト膜に供給する半導体製造装置および製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ製造技術の向上によって、半導体
回路パターンの微細化が進み、０．１５μｍクラスの超
ＬＳＩの生産も行われている。このように光リソグラフ
ィの解像度の限界に近づくにつれ、マスク、レジスト材
料を含めて、あらゆる工程での最適化が必要になってき
ている。

【０００３】具体的な例として、半導体フォトリソグラ
フィでのレジスト現像工程では、パターン設計寸法の微
細化につれて、プロセス裕度を改善するひとつの手段と
して、異なる性質のレジスト膜に対して、異なる性質の
レジストを用いるようになってきた。

【０００４】たとえば、配線パターンなどの孤立パター
ンを形成するレジスト膜には、レジストの露光量に対す
る溶解コントラストの小さいレジストを、ＤＲＡＭのラ
イン＆スペースパターンなどの密集パターンを形成する
レジスト膜には、レジストの露光量に対する溶解コント
ラストの大きなレジストを用いている。

【０００５】しかし、露光後の現像工程では、使用した
レジストの種類に応じて現像液の成分や濃度を変更する
ことなく、同一の現像液を用いて処理を行っていた。こ
れは、通常半導体デバイスの製造は、膜形成、露光、現
像、エッチングなどを繰り返す連続工程から成っている
ため、現像液の交換、調整に伴う工程の中断、設備や配
管の追加および変更、余分のタンク設置スペースなの問
題が解決されていなかったためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来は
レジスト膜に応じてレジストの種類を変えたとしても、
同じ成分の現像処理液を用いるか、あるいは通常使用さ
れている一定種類の処理液の中から、プロセス条件を合
わせ込んで一番近い条件のものを使用することで対応し
ていた。したがって、処理液の面ではかなり制約された
条件で半導体製造プロセスを行わざるを得ず、レジスト
性能を最大限に引き出すことができなかった。

【０００７】また、超微細パターンでは許容寸法誤差が
小さく、特に、孤立パターンと密集パターンが混在する
レジスト膜では、共通のプロセス裕度がいっそう狭くな
る。このため、レジストやプロセス条件を変えた場合、
密集パターンと孤立パターンの露光量も変動して、それ
ぞれのパターンの最適な露光量が合致しなくなることも
あった。このような場合は、レチクル上でパターンを補
正するためにレチクルを作り直すか、あるいは製造中に
プロセス条件を再度変更し直す必要があり、製造効率低
下の原因となっていた。

【０００８】さらに、同一のレジストを使用する場合で
あっても、微細パターンでは、処理対象であるレジスト
膜の種類によっては、パターン底部の裾引きによる残査
が生じたり、パターン上部の膜減りが生じるなど、均一
な矩形形状を達成しにくかった。

【０００９】特に、０．１５μｍ以下の寸法ルールにお
いては、プロセス裕度が極端に狭いため、従来の条件で
半導体デバイスの製造歩留りやパターン形状を改善しよ
うにも限度があり、満足のいく結果が得られなかった。

【００１０】そこで本発明の目的は、簡単な構造で濃度
調整や成分調整を行うことができ、使用目的に応じて最
適の割合に調整した処理液を供給することのできる半導
体製造装置を提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、微細パターンの裾引
きや膜減り減少を防止することのできる半導体製造装置
を提供することにある。

【００１２】本発明の更に他の目的は、ウエハ面内の現
像の均一性を向上することのできる現像液供給装置を提
供することにある。

【００１３】本発明の更に他の目的は、孤立パターンと
密集パターンが混在するレジスト膜を処理する場合に
も、双方のパターンの共通プロセス裕度を大幅に改善
し、することのできる薬液供給装置を提供することにあ
る。

【００１４】本発明の更に他の目的は、半導体製造過程
において、各レジスト膜の処理に応じて最適の処理液を
供給することによりプロセス裕度を大幅に改善し、正確
なパターンを形成することのできる半導体製造方法を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体製造装置は、１つ以上の処理液タ
ンクと、１つ以上の添加剤タンクと、前記処理液タンク
および添加剤タンクに接続され、処理液タンクおよび添
加剤タンクから供給される処理液および添加剤を混合す
る混合槽と、用途に応じて最適の処理液と添加剤とが最
適の割合で混合されるように制御するコントローラと、
前記最適の割合で混合した処理液を基板上に供給するノ
ズルとを備える。

【００１６】この構成により、半導体製造過程におい
て、工程を中断することなく、各工程の処理と用途に応
じた最適な処理剤を基板上に供給することが可能にな
る。

【００１７】本発明の別の特徴として、１つ以上の現像
液タンクと、１つ以上の添加剤タンクと、前記現像液タ
ンクおよび添加剤タンクに接続され、現像液タンクおよ
び添加剤タンクから供給される現像液および添加剤を混
合する混合槽と、基板上のレジスト膜に形成されるパタ
ーンの寸法誤差を規格以内とする露光量マージンおよび
フォーカス深度マージンで決定されるプロセスウィンド
ウが最大になるように添加剤の量を制御するコントロー
ラと、を備える半導体製造装置を提供する。

【００１８】この半導体製造装置によれば、あるレジス
ト膜にパターンを形成する場合に、そのレジスト膜での
プロセス裕度が最大となる添加剤の量を選択して現像液
に混合するので、製造誤差が大幅に改善され、正確なパ
ターン形成を行うことが可能になる。

【００１９】本発明の更に別の特徴としての半導体製造
装置は、１つ以上の現像液タンクと、１つ以上の添加剤
タンクと、前記現像液タンクおよび添加剤タンクに接続
され、現像液タンクおよび添加剤タンクから供給される
現像液および添加剤を混合する混合槽と、基板上のレジ
スト膜に形成される孤立パターンの寸法誤差を規格以内
とする露光量マージンおよびフォーカス深度マージンで
決定される第１プロセスウィンドウと、前記レジスト膜
に形成される密集パターンの寸法誤差を規格以内とする
露光量マージンおよびフォーカス深度マージンで決定さ
れる第２プロセスウィンドウとの共通領域が最大となる
ように添加剤の量を制御するコントローラと、を備える
半導体製造装置を提供する。

【００２０】この構成により、同一レジスト膜内に密集
パターンと孤立パターンが混在している場合にも、双方
のパターンに適した露光量で正確なパターン形成が可能
になる。

【００２１】添加剤は例えば界面活性剤である。この場
合、界面活性剤は、陰イオン（アニオン）型、陽イオン
（カチオン）型、非イオン（ノニオン）型、フッ素型、
シリコン型の界面活性剤の中から選択される。

【００２２】界面活性剤を添加することによって、現像
液の表面張力が下がり、現像液とレジスト膜との塗れ性
が改善され、ウエハ内の現像の均一性が向上する。非イ
オン型の界面活性剤を添加した場合は、溶解性能が向上
し、パターンの残査や裾引き形状が改善される。陽イオ
ン型界面活性剤を添加した場合は、界面活性剤がレジス
トパターン表面に吸着してレジストパターンの溶解を遅
くすることによって、膜減りを押さえてパターンを矩形
に保つことができる。

【００２３】さらに別の特徴として、本発明の半導体製
造方法は、基板上のレジスト膜を所定のパターンに露光
する工程と、１種類以上の現像液と１種類以上の添加剤
とを、前記レジスト膜に形成されるパターンの寸法誤差
を規格以内とする露光量マージンおよびフォーカス深度
マージンで決定されるプロセスウィンドウが最大となる
割合で混合する工程と、混合された現像液を基板上に供
給して露光されたパターンを現像する工程と、を含む。

【００２４】さらにまた別の特徴として、本発明の半導
体製造方法は、基板上のレジスト膜を孤立パターンと密
集パターンとが混在する混在パターンに露光する工程
と、１種類以上の現像液と１種類以上の添加剤とを、孤
立パターンの寸法誤差を規格以内とする露光量マージン
およびフォーカス深度マージンで決定される第１プロセ
スウィンドウと、密集パターンの寸法誤差を規格以内と
する露光量マージンおよびフォーカス深度マージンで決
定される第２プロセスウィンドウとの共通領域が最大と
なる割合で混合する工程と、混合された現像液を基板上
に供給して露光された混在パターンを現像する工程と、
を含む。

【００２５】本発明のその他の特徴、効果は、以下に述
べる実施の形態によって、より明確になるものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】まず、本明細書中で使用するプロ
セスウィンドウという用語を定義する。プロセスウィン
ドウとは、図３に示すように、露光量を横軸に、フォー
カス深度を縦軸にとったＥＤ（Exposure-Defocus）平面
において、許容寸法誤差に対応する露光量マージンとフ
ォーカス深度マージンとで決定されるＥＤ曲線によって
描かれるウィンドウを意味する。例えば、ポジ型レジス
トパターンでの場合、線幅が０．１５μｍのパターンを
形成する場合の許容寸法誤差を±１０％とすると、＋１
０％に対応する露光量およびフォーカス深度のＥＤ曲線
（図３(1)(a)の左側の曲線）と、−１０％に対応するＥ
Ｄ曲線（同図の右側の曲線）とで決定されるウィンドウ
がプロセスウィンドウである。プロセスウィンドウが大
きいほどプロセス裕度が大きくなり、高い歩留まりで半
導体デバイスを製造することが可能になる。

【００２７】本発明のＥＤ曲線のプロセスウィンドウは
以下のように作成される。

【００２８】あるレジストと現像液の組み合わせにおい
て、露光量とフォーカスとを変動させたサンプルを多数
作成する。具体的には、所定のパターンを異なる露光量
と異なるフォーカスでレジスト上に露光し、現像する。
その後、それぞれのサンプルのレジストパターンの寸法
を測定する。許容寸法誤差が１０％とすると、測定寸法
が−１０％となったサンプル群のそれぞれの露光量とフ
ォーカスをプロットしてつないだ線と、測定寸法が＋１
０％になったサンプル群のそれぞれの露光量とフォーカ
スをプロットしてつないだ線とが、許容境界を表わすＥ
Ｄ曲線であり、このＥＤ曲線の内側がプロセスウィンド
ウとなる。

【００２９】本発明の発明者は、現像液に界面活性剤を
添加していくと、添加する界面活性剤の量によって、Ｅ
Ｄ平面上でのプロセスウィンドウの位置およびウィンド
ウのサイズが変化することを発見した。さらに、孤立パ
ターンと密集パターンとでは、その位置変化の方向が逆
方向になることを発見した。

【００３０】具体的には、孤立パターン（たとえばＭＯ
ＳＦＥＴなどの配線パターン）では、図３（１）に示す
ように、添加する界面活性剤の量を増やしていくと、プ
ロセスウィンドウの位置は露光量の正方向にシフトして
ゆき、ある添加量でそのウィンドウサイズが最大にな
る。逆に、密集パターン（例えばＤＲＡＭのライン＆ス
ペースパターン）では、図３（２）に示すように、添加
する界面活性剤の量を増加すると、プロセスウィンドウ
の位置は露光量の負方向にシフトし、ある添加量のとき
にウィンドウサイズが最大になる。

【００３１】ウィンドウサイズ（すなわち左側のＥＤ曲
線と右側のＥＤ曲線との間の領域）が最大になるときの
添加剤の量は、用いるレジストの種類および添加剤の種
類によって異なる。そこで、基板上に形成されるレジス
ト膜ごとに最も適切なレジストを選択し、そのレジスト
を現像するときに現像液に添加するのに最も適した添加
剤を選択し、さらにその添加剤の量として、ＥＤ曲線に
よるプロセスウィンドウのサイズが最大になる量を選択
することによって、最大のプロセス裕度でパターン形成
が行えることを確認した。

【００３２】また、孤立パターンと密集パターンが混在
するレジスト膜では、添加する界面活性剤の量変化にし
たがって、孤立パターンのプロセスウィンドウと、密集
パターンのプロセスウィンドウとが逆方向にシフトする
ことから、これら２つのプロセスウィンドウが重なり合
う共通領域が最大となるときの界面活性剤の量を選ぶこ
とによって、混在パターン形成のプロセス裕度が大幅に
改善されることを確認した。

【００３３】図４（ａ）は、密集パターンのプロセスウ
ィンドウ（実線で示す）と、孤立パターンのプロセスウ
ィンドウ（一点鎖線で示す）との共通領域（斜線で示
す）が最大になった場合を示す。このときの添加剤の量
を、そのレジスト膜処理の最適添加剤量とする。界面活
性剤を添加しない場合、あるいは添加しても界面活性剤
の量が不充分な場合は、図４（ｂ）に示すように、斜線
で示す共通領域が狭くなる。界面活性剤を添加しない場
合は、レジストの種類によっては、図４（ｃ）に示すよ
うに、密集パターンと孤立パターンとのプロセスウィン
ドウが重なり合わず、いずれかのパターンでパターニン
グ不良を起こす場合もある。

【００３４】そこで、密集パターンと孤立パターンのプ
ロセスウィンドウとの共通領域が最大となる最適量の添
加剤を現像液に混合して基板上に供給することにより、
緻密パターンを正確かつ均一にパターニングすることの
できる半導体製造装置および方法を提案するに至った。

【００３５】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

【００３６】図１は、本発明の一実施形態にかかる半導
体製造装置１０の概略ブロック図である。この半導体製
造装置１０は、処理液タンク１、溶媒タンク２、添加剤
タンク３、混合槽４、ノズル５、ＣＰＵ６、メモリ７を
有する。処理液タンク１は１つ以上のタンクから成り、
各々がたとえば現像液を収容する。溶媒タンク２はたと
えば純水を収容する。添加剤タンク３は１つ以上のタン
クから成り、各々がたとえば界面活性剤を収容する。こ
れらのタンクは混合槽４と配管（実線で示す）で接続さ
れ、処理液、添加剤などが所定の割合で混合槽４に供給
され、混合される。混合された液体は、ノズル５から半
導体基板（不図示）上へ供給される。

【００３７】ＣＰＵ６は、一点鎖線で示すように、各タ
ンク１〜３および混合槽４と電気的に接続され、混合槽
４に供給される各液体の量およびノズル５に送られる混
合液の量を制御する。

【００３８】メモリ７は、基板上に形成される各レジス
ト膜の処理ごとに、そのレジスト膜の処理に最適な添加
剤の種類と量を対応付けて格納する。例えば、孤立パタ
ーンのみ、あるいは密集パターンのみが形成されるレジ
スト膜の処理では、各レジスト膜ごとに、使用する添加
剤の種類と、ＥＤ平面上のプロセスウィンドウが最大に
なるときの添加剤量を格納する。また、孤立パターンと
密集パターンが混在するレジスト膜の処理では、密集パ
ターンと孤立パターンのプロセスウィンドウの共通領域
が最大となる添加剤量を対応付けて格納する。

【００３９】ＣＰＵ６は、メモリ７に格納された情報に
したがって、混合槽４へ供給される添加剤の量を制御す
る。

【００４０】図２は、図１に示す半導体装置を、配管の
側面からより詳細に描いた図である。

【００４１】図２において、現像液タンク１１と、溶媒
タンク２１と、添加剤タンク３１に収容された各液体
は、混合槽４１に供給され、混合される。混合された液
体は、ノズル５３を介して、現像室５１内で保持される
ウエハ５４上に供給される。

【００４２】具体的には、現像液タンク１１ａは、バル
ブ１２ａとＮ_２ライン１７を介して図示しないＮ_２ボン
ベに接続されている。現像タンク１１ａ内の現像液は、
Ｎ_２ボンベにより加圧されて、現像液ライン１３ａから
バルブ１２ｂ、流量計１４ａ、フィルタ１５ａ、および
バルブ１２ｃを経由して混合槽４１へ供給される。

【００４３】現像液の濃度はフォトリソグラフィプロセ
スで使用する濃度と同等またはそれよりも高い濃度であ
るのが好ましい。現像液タンク１１ａにあらかじめ高濃
度の現像液を充填しておき、混合槽４１で必要な濃度に
希釈することによって多種のレジスト膜に対処できるう
えに、タンク設置スペースを有効利用できるからであ
る。

【００４４】混合槽４１に供給される現像液の流量は、
ＣＰＵ６（図１）に接続された流量計１４ａによって制
御される。現像液ライン１３に、温調装置（不図示）を
設置してもよい。

【００４５】現像液タンク１１ａはまた、バルブ１２ｄ
を介してエア抜きライン１６ａと接続されている。

【００４６】必要に応じて、現像液タンク１１ａと同様
の構造を有する現像液タンク１１ｂを混合槽４１に接続
して、異なる種類の現像液を収容してもよい。現像タン
クの数、および現像液の種類は、とくに限定されない。
たとえば、本実施例では半導体リソグラフィ工程におけ
る現像液として、テトラメチルアンモニウムヒドロオキ
シド（ＴＭＡＨ）を用いるが、ＴＭＡＨ水溶液に限定さ
れるものではない。レジストによっては、有機溶媒現像
液を用いる場合もあるが、環境保護の面からはアルカリ
水溶液が好ましく、適宜、種類の変更が可能である。

【００４７】また、図示はしないが、１種類の現像液に
対して２系統の現像タンクを持たせて、一方の現像液タ
ンクが空になった場合に他方の現像液タンクに切り替え
る構成にしてもよい。これによって、中断なく現像液が
供給され、その間に空になったタンクを再充填すること
によって、時間的なロスを回避できる。

【００４８】混合槽４１には、溶媒タンク２１が溶媒ラ
イン２２を介して接続されており、バルブ１２ｅ、流量
計１４ｂ、バルブ１２ｆを介して混合槽４１に溶媒が供
給される。溶媒タンク２１は、バルブ１２ｇとＮ_２加圧
ライン２３を介して図示しないＮ_２ボンベに接続され、
加圧により溶媒が溶媒ライン２２を介して混合槽４１に
供給される。溶媒の流量は流量計１４ｂによって制御さ
れる。溶媒タンク２１はまた、バルブ１２ｈを介してエ
ア抜きライン１６ｂと接続されている。

【００４９】図２の例では溶媒タンク２１を用いている
が、たとえば超純水のように半導体製造工場で供給ライ
ンから直接供給される溶媒に関しては、溶媒タンクを特
に設ける必要はない。この場合、溶媒ライン２２はバル
ブ１２ｅを介して供給ラインと接続され、流量計１４ｃ
によって流量を制御する。

【００５０】混合槽４１には、添加剤ライン３２を介し
て添加剤タンク３１ａが接続され、バルブ１２ｉ、流量
計１４ｃ、フィルタ１５ｃ、バルブ１２ｊを介して添加
剤が混合槽４１に供給される。添加剤タンク３１ａはま
た、バルブ１２ｋとＮ_２加圧ライン３３を介して図示し
ないＮ_２ボンベに接続され、加圧により添加剤が添加剤
ライン３２を介して混合槽４１に供給される。添加剤タ
ンク３１ａはバルブ１２ｌを介してエア抜きライン１６
ｃと接続されている。

【００５１】図２に示す例では、添加剤３１ａ、３１ｂ
と２種類の添加剤を備える構成としたが、添加剤の種類
は２種類に限定されず、適宜必要な添加剤タンクを接続
してもよい。また、溶媒タンクと同様に、１種類の添加
剤に対して２系統の添加剤タンクを接続することによっ
て、一方の添加剤タンクが空になっても、他方のタンク
中の添加剤を使用し、この間に空になったタンクに添加
剤を再充填することによって、プロセスの中断や充填に
よる処理時間のロスを防止することができる。

【００５２】このようにして、必要量の現像液、溶媒、
添加剤が混合槽４１に供給され、混合槽４１内において
攪拌装置４２によって攪拌される。

【００５３】混合槽４１には、Ｎ_２抜きライン１６ｄが
バルブ１２ｍを介して接続される。また、混合槽４１に
濃度センサ４３ａが接続され、攪拌された現像液の濃度
を測定する。濃度センサ４３ａはＣＰＵ（図１）に接続
され、検出された濃度がフィードバックされて、各タン
クから混合槽４１に供給される現像液、溶媒、添加剤の
量が制御される。制御された量に基づいて成分調整され
た混合現像液は、ライン５２、バルブ１２ｎ、流量計１
４ｄ、バルブ１２ｏを介し、現像室５１内のノズル５３
から基板５４上に吐出され、処理中のレジスト膜の現像
を行う。

【００５４】混合、調整された現像液をノズルに供給す
るライン５２に濃度センサ４３ｂを設けて、基板に供給
される現像液濃度をリアルタイムでモニタしてもよい。

【００５５】本実施例の半導体装置はＮ_２加圧方式の装
置であるが、この方式に限定されるものではない。たと
えば、現像液供給ライン１３、溶媒供給ライン２２、添
加剤供給ライン３２、混合現像液供給ライン５２の各々
にポンプを設置して、ポンプにより各液体の流出を行っ
てもよい。

【００５６】以下、具体的な実施例に基づき、フォトレ
ジスト膜の現像に最適な量の添加剤について説明をす
る。

【００５７】＜実施例１＞図２に示す半導体製造装置を
用い、ウエハ５４上に形成したフォトレジスト膜を現像
した。具体的には、ウエハ５４に形成したシリコン酸化
膜上に、シプレー社製反射防止膜ＡＲ３を膜厚６０ｎｍ
で塗布し、図示しないベーカーで１９０℃で６０秒ベー
クした後、ＪＳＲ株社製の化学増幅型レジストＫＲＦ
Ｋ２Ｇを膜厚０．６μｍで塗布したサンプルを準備し
た。このサンプルを、マスクごしに露光して、０．１５
μｍラインパターンをウエハ５４上に焼き付けた。露光
は、ニコン社製ＫｒＦエキシマレーザ縮小露光装置ＮＳ
Ｒ−Ｓ２０３Ａで行い、露光後直ちにベーカーで１００
℃で１２０秒間ベークした。パターン露光したサンプル
を現像するために、現像液として２５重量％のテトラメ
チルアンモニウムヒドロオキシド（ＴＭＡＨ）水溶液を
用い、添加剤として、式１の構造式で示される非イオン
型界面活性剤を用いた。式１のＲは、炭素基Ｃが１０〜
２５の飽和もしくは不飽和脂肪酸である。

【００５８】

【化１】 あらかじめ、現像液に添加する上記界面活性剤量を０ｐ
ｐｍ〜２０００ｐｐｍの間で調整して、露光量マージン
とフォーカス深度マージンとで決定されるプロセスウィ
ンドウの位置とサイズを測定、観察したところ、添加量
が１００ｐｐｍのときにＥＤ平面内でのプロセスウィン
ドウのサイズが最大になった。

【００５９】そこで、図２の現像液タンク１１に上記２
５重量％のＴＭＡＨ水溶液を充填し、添加剤タンク３１
に式１の界面活性剤を充填し、図示しないＮ_２ボンベか
らの加圧によって、界面活性剤の量が１００ｐｐｍにな
るように混合槽４１に供給した。また、混合槽４１に超
純水ライン２２から超純水を加えて希釈し、プロセス条
件に合わせて現像液のアルカリ強度を０．２６２Ｎに調
整した。

【００６０】このように成分調整した現像液を、ノズル
５３より露光済みのレジスト膜上に供給して、約６０秒
間、現像を行った。現像後、ライン幅０．１５μｍのパ
ターンの面内均一性を測定した結果、３σが１０ｎｍに
なった。

【００６１】比較例として、上記の界面活性剤を含まな
い２．３８重量％のＴＭＡＨ水溶液で、同一のサンプル
を同一時間現像した結果、０．１５μｍのパターンの３
σは２０ｎｍであった。このように、最適量の界面活性
剤を添加することによって、面内均一性が大きく改善さ
れることがわかった。

【００６２】＜実施例２＞実施例１と同一のサンプルを
同一条件で露光し、実施例１と同一のＴＭＡＨ現像液を
使用した。添加剤として、式２の構造式で示される非イ
オン型界面活性剤を使用した。Ｒ基は炭素基Ｃが１０〜
２５の飽和もしくは不飽和脂肪酸である。あらかじめ、
この界面活性剤の添加量を０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの
間で調整した結果、添加量が２００ｐｐｍのときにＥＤ
平面内のプロセスウィンドウのサイズが最大になった。

【００６３】そこで、図２の装置の添加剤タンク３１
に、式２の構造式の非イオン型界面活性剤を充填し、現
像液タンク１１に実施例１と同様のＴＭＡＨ現像液を満
たし、界面活性剤濃度が２００ｐｐｍ、現像液のアルカ
リ強度が０．３０Ｎとなるように、混合槽４１内で超純
水とともに混合して、調整現像液を生成した。この調整
現像液をノズル５３から、実施例１と同一のサンプル上
に供給して、約３０秒間現像した。

【００６４】

【化２】 現像後、電子顕微鏡拡大写真でパターンの断面形状を観
察したところ、図５（１）のように、残査や裾引きのな
い、良好な矩形形状となった。

【００６５】比較例として、式２の構造式の界面活性剤
を含まないアルカリ強度０．３０Ｎの２．３８％ＴＭＡ
Ｈ水溶液で、同様のサンプルを同一時間（約３０秒）現
像したところ、パターンの断面形状に図５（２）に示す
ような裾引きが生じた。

【００６６】なお、式２の構造式の界面活性剤を２００
ｐｐｍ添加した場合のプロセス裕度は、１０％の露光量
マージンに対してフォーカス深度マージン（あるいはフ
ォーカス裕度）が０．９μｍであった。界面活性剤をま
ったく添加しない場合は、１０％の露光量マージンに対
してフォーカス深度マージンは０．６μｍであったこと
から、最適量の界面活性剤を添加したことにより、プロ
セス裕度が１．５倍に改善されたことがわかる。

【００６７】＜実施例３＞実施例１と同一のサンプルを
同一条件で露光し、実施例１と同一のＴＭＡＨ現像液を
使用した。添加剤として、式３の構造式で示される陽イ
オン型界面活性剤を使用した。Ｒ_ｆ基はＣＨ基の一部の
Ｈ基がフッ素基Ｆに置換されたフッ素型陽イオン界面活
性剤である。あらかじめ、この界面活性剤の添加量を０
ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの間で調整した結果、添加量が
１５０ｐｐｍのときにＥＤ平面内のプロセスウィンドウ
のサイズが最大になった。

【００６８】

【化３】 そこで、図２の装置の添加剤タンク３１に、式３の構造
式の陽イオン型界面活性剤を充填し、現像液タンク１１
に実施例１と同様のＴＭＡＨ現像液を満たし、界面活性
剤濃度が１５０ｐｐｍ、現像液のアルカリ強度が０．２
１Ｎとなるように、混合槽４１内で超純水とともに混合
して、調整現像液を生成した。この調整現像液をノズル
５３から、実施例１と同一のサンプル上に供給して、約
６０秒間現像した。

【００６９】現像後、電子顕微鏡拡大写真でパターンの
断面形状を観察したところ、図６（１）のように、膜減
りのない、良好な矩形形状となった。

【００７０】比較例として、式３の構造式の界面活性剤
を含まないアルカリ強度０．２１Ｎの２．３８％ＴＭＡ
Ｈ水溶液で、同様のサンプルを同一時間（約６０秒）現
像したところ、パターンの断面形状に図６（２）に示す
ような膜減りが生じた。

【００７１】なお、式３の構造式の界面活性剤を１５０
ｐｐｍ添加した場合のプロセス裕度は、１０％の露光量
マージンに対してフォーカス深度マージン（あるいはフ
ォーカス裕度）が０．８５μｍであった。界面活性剤を
まったく添加しない場合は、１０％の露光量マージンに
対してフォーカス深度マージンは０．６μｍであったこ
とから、最適量の陽イオン型界面活性剤を添加したこと
により、プロセス裕度が約１．４２倍に改善されたこと
がわかる。

【００７２】＜実施例４＞実施例１と同一のサンプルを
用い、孤立パターンと密集パターンの混在するマスクを
使用して、実施例１と同一の露光装置で混在パターンの
露光を行った。実施例１と同一のＴＭＡＨ現像液を使用
し、添加剤として、式１の構造式で示される非イオン型
界面活性剤と、式３の構造式で示される陽イオン型界面
活性剤とを添加した。あらかじめ、式３の陽イオン型界
面活性剤の添加量を０ｐｐｍ〜４００ｐｐｍまで変化さ
せてＥＤ曲線（プロセスウィンドウ）の変化を観察した
ところ、０．１８μｍ孤立パターンでは図３（１）のよ
うに正方向に位置変化し、同一レジスト膜内の０．１５
μｍ密集パターンのプロセスウィンドウは、図３（２）
のように負方向に位置変化した。孤立パターンと密集パ
ターンのプロセスウィンドウの共通領域が最大になると
きの陽イオン型界面活性剤添加量は１００ｐｐｍであっ
た。この混在パターンに対して、今度は式１の構造式で
示す非イオン型界面活性剤の添加量を０ｐｐｍ〜４００
ｐｐｍまで変化させて、再度ＥＤ曲線の変化を観察し
た。孤立パターンと密集パターンのプロセスウィンドウ
の共通領域が最大になるときの非イオン型界面活性剤の
添加量は１５０ｐｐｍであった。

【００７３】図２の装置の現像液タンク３１に、実施例
１と同様のＴＭＡＨ現像液を充填し、添加剤タンク３１
ａに式１の構造式で示される非イオン型界面活性剤を、
添加剤タンク３１ｂに式３の構造で示される陽イオン型
界面活性剤を充填した。

【００７４】現像液、非イオン型界面活性剤、および陽
イオン型界面活性剤を混合槽４１に供給し、現像液のア
ルカリ強度が０．２６２Ｎ、非イオン型界面活性剤濃度
が１５０ｐｐｍ、陽イオン型界面活性剤濃度が１００ｐ
ｐｍとなるように混合した。混合した調整現像液を、ウ
エハ５４上に吐出し、３０秒間現像を行った。

【００７５】この添加量でのＥＤ曲線は、図４（ａ）に
示すように、０．１８μｍ孤立パターンのウィンドウ
（一点鎖線で示す）と、０．１５μｍ密集パターンのウ
ィンドウ（実線）との共通領域が最大となり、５％露光
量裕度におけるフォーカス裕度が０．５μｍであった。

【００７６】比較例として、界面活性剤をまったく含ま
ない２．３８％ＴＭＡＨ水溶液で孤立パターンと密集パ
ターンとの混在するレジスト膜を現像したところ、図４
（ｂ）に示すように、双方のパターンのプロセスウィン
ドウの共通領域が非常に狭くなり、５％露光量裕度にお
けるフォーカス裕度が０．２μｍであった。

【００７７】このように、２種類の界面活性剤を混合し
て現像液に添加したところ、添加しない場合と比べて、
孤立パターンと密集パターンが混在するレジスト膜のパ
ターニングプロセス裕度が、２．５倍に改善された。

【００７８】＜実施例５＞この実施例では、形成するパ
ターンごとに使用するレジストの種類を変え、それぞれ
のレジスト膜を、最適量の界面活性剤を添加した現像液
で現像した。

【００７９】まず、ウエハサンプルとして、基板上にシ
リコン酸化膜を形成し、その上にシプレー社製反射防止
膜ＡＲ３を膜厚６０ｎｍで塗布し、１９０℃で６０秒ベ
ークした。反射防止膜上に、形成するパターンの種類に
よって異なる種類のレジストを塗布し、以下の３種類の
サンプルを準備した。

【００８０】（１）ライン＆スペースパターンを形成す
るレジスト膜として、東京応化工業株製の化学増幅ポジ
型レジストＴＤＵＲ−Ｐ００９を膜厚０．７μｍで塗布
した（サンプル１）。

【００８１】（２）コンタクトホールパターンを形成す
るレジスト膜として、東京応化工業株製の化学増幅ポジ
型レジストＴＤＵＲ−Ｐ０１５を膜厚０．８μｍで塗布
した（サンプル２）。

【００８２】（３）孤立ラインパターンを形成するレジ
スト膜として、東京応化工業株製の化学増幅ネガ型レジ
ストＴＤＵＲ−Ｎ９０８を膜厚０．７３μｍで塗布した
（サンプル３）。

【００８３】これらのサンプル１〜３をニコン社製Ｋｒ
Ｆエキシマレーザー縮小露光装置ＮＳＲ−Ｓ２０３Ａで
露光し、露光後直ちにベークした。ベーク条件は、サン
プル１および２が、１１０℃で９０秒、サンプル３が１
３０℃で９０秒であった。

【００８４】図２の装置の現像液タンク１１に、２５重
量％のＴＭＡＨ水溶液を充填し、添加剤タンク３１ａ、
３１ｂ、３１ｃ（不図示）に、それぞれ式１〜式３で示
される構造式の界面活性剤を充填した。各サンプルのパ
ターンに対し、あらかじめＥＤ曲線のプロセスウィンド
ウが最大となるときの各添加剤の量を測定しておいた。

【００８５】（１）ＴＤＵＲ−Ｐ００９のレジスト膜に
０．１５μｍライン＆スペースパターンを露光したサン
プル１に対して、ＴＭＡＨ現像液のアルカリ強度を０．
２６Ｎに調整し、式１の界面活性剤を最適量の１００ｐ
ｐｍになるように混合して、６０秒現像した。このと
き、５％露光量裕度におけるフォーカス裕度が０．７μ
ｍであった。

【００８６】比較例として、同様のレジスト層を、界面
活性剤を添加しない現像液で現像したところ、５％露光
量裕度におけるフォーカス裕度は０．３μｍであった。
すなわち、最適量の界面活性剤を混合することによっ
て、ライン＆スペース密集パターンのプロセス裕度が
２．３倍に改善された。

【００８７】また、パターンの均一性として、界面活性
剤を添加しない場合の０．１５μｍライン＆スペースパ
ターンの３σが２５ｎｍであったのに対し、最適量の界
面活性剤を添加した場合は３σが１０ｎｍに改善され、
誤差の小さい均一なパターン形成が可能になった。

【００８８】（２）ＴＤＵＲ−Ｐ０１５のレジスト膜に
０．２０μｍコンタクトホール孤立パターンを露光した
サンプル２に対して、ＴＭＡＨ現像液のアルカリ強度を
０．３０Ｎに調整し、式１の界面活性剤を１００ｐｐ
ｍ、および式２の界面活性剤を１００ｐｐｍ混合し、３
０秒現像した。このとき、５％露光量裕度におけるフォ
ーカス裕度が１．００μｍであった。

【００８９】比較例として、同様のレジスト層を、界面
活性剤を添加しない現像液で現像した結果、５％露光量
裕度におけるフォーカス裕度は０．７μｍであった。す
なわち、最適量の界面活性剤を混合することによって、
コンタクトホール孤立パターンのプロセス裕度が１．４
倍に改善された。

【００９０】パターンの均一性として、界面活性剤を添
加しない場合の０．２０μｍコンタクトホールパターン
の３σが１８ｎｍであったのが、最適量の界面活性剤を
添加した場合に３σが１０ｎｍに改善された。

【００９１】（３）ＴＤＵＲ−Ｎ９０８のレジスト膜に
０．１８μｍ孤立ラインパターンを露光したサンプル３
に対して、ＴＭＡＨ現像液のアルカリ強度を０．２１Ｎ
に調整し、式３の界面活性剤を最適量の２００ｐｐｍま
で混合して、６０秒現像した。このとき、５％露光量裕
度におけるフォーカス裕度が０．８５μｍであった。

【００９２】比較例として、同様のレジスト層を、界面
活性剤を添加しない現像液で現像した結果、５％露光量
裕度におけるフォーカス裕度は０．５μｍであった。す
なわち、最適量の界面活性剤を混合することによって、
孤立ラインパターンのプロセス裕度が１．７倍に改善さ
れた。

【００９３】また、パターンの均一性として、界面活性
剤を添加しない場合の０．１８μｍラインパターンの３
σが２０ｎｍであったのが、最適量の界面活性剤を添加
した場合は３σが１０ｎｍに改善された。

【００９４】この実施例の場合、現像液タンクを１つだ
け用意し、現像するレジスト膜に応じて各添加剤タンク
から所望量の添加剤を混合層４１に供給して混合し、各
レジスト膜に応じた最適の現像液を調整することができ
るので、余分なスペースを必要とせずに、プロセス裕度
が改善され、正確なパターニングが可能になった。

【００９５】以上の結果から、パターンが緻密になり線
幅が狭くなるほど、プロセス裕度および均一性の改善度
が大きくなり、本願発明の効果が顕著に現れることがわ
かる。このような実験データに基づいて、レジスト膜に
形成されるパターンの種類（孤立パターンのみ、密集パ
ターンのみ、あるいはそれらの混在パターン）、および
使用するレジストの種類ごとに、それぞれ最適の添加剤
の種類と添加量を対応付けて、あらかじめメモリ７に格
納しておく。これにより、連続する半導体製造工程にお
いて、どの添加剤タンクからどれだけの量の添加剤を混
合槽に供給するかを制御するだけで、超微細パターンの
プロセス裕度が大幅に改善され、正確で均一なパターン
形成が実現される。

【００９６】

【発明の効果】単一種類のパターンが形成されるレジス
ト膜を処理する場合、露光量マージンとフォーカス深度
マージンとで決定されるプロセスウィンドウが最大とな
る量の界面活性剤を現像液に混合することによって、裾
引きや膜減りのない、断面形状が均一な矩形パターンを
形成することができる。

【００９７】孤立パターンと密集パターンの混在するレ
ジスト膜を処理する場合、孤立パターンと密集パターン
のプロセスウィンドウの共通領域が最大となる量の界面
活性剤を現像液に混合することによって、双方のパター
ンに対するプロセス裕度を最大にすることができる。し
たがって、混在型の超微細パターンを形成する場合に
も、寸法誤差を最小にして正確なパターン形成を行うこ
とができる。

【００９８】１つの混合槽に必要な種類の処理液のタン
クを接続し、連続する半導体製造過程のレジスト膜処理
工程に応じて、最適種類の添加剤を最適の割合で混合す
ることができるので、余分なスペースや特別の配管工事
を必要とせず、処理時間のロスなしに微細パターンの形
成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造装置の概略ブロック図であ
る。

【図２】図１に示す半導体製造装置の模式図である。

【図３】界面活性剤の添加量に応じたＥＤ曲線によるプ
ロセスウィンドウの変化を示す図であり、図３（１）は
孤立パターンのプロセスウィンドウの変化を、図３
（２）は密集パターンのプロセスウィンドウの変化を示
す。

【図４】界面活性剤の添加量の変化にともなった、孤立
パターンのプロセスウィンドウと密集パターンのプロセ
スウィンドウとの共通領域の変化を示す図である。

【図５】半導体基板上に形成されたパターンの断面形状
を示す図であり、最適量の界面活性剤を添加することに
よる裾引きの改善を説明するための図である。

【図６】半導体基板上に形成されたパターンの断面形状
を示す図であり、最適量の界面活性剤を添加することに
よる膜減りの改善を説明するための図である。

【符号の説明】

１、１１ 処理液タンク ２、２１ 溶媒タンク ３、３１ 添加剤タンク ４、４１ 混合槽 ５、５３ ノズル ６ ＣＰＵ ７ メモリ １０ 半導体製造装置 ５４ ウエハ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つ以上の処理液タンクと、 １つ以上の添加剤タンクと、 前記処理液タンクの各々と、前記添加剤タンクの各々と
   に接続され、処理液タンクおよび添加剤タンクから供給
   される処理液および添加剤を混合する混合槽と、 用途に応じて所望の処理液と添加剤とが所望の割合で混
   合されるように制御するコントローラと、 前記所望の割合で混合された処理液を基板上に供給する
   ノズルと、を備える半導体製造装置。
2. 【請求項２】１つ以上の現像液タンクと、 １つ以上の添加剤タンクと、 前記現像液タンクおよび添加剤タンクに接続され、現像
   液タンクおよび添加剤タンクから供給される現像液およ
   び添加剤を混合する混合槽と、 基板上のレジスト膜に形成されるパターンの寸法誤差を
   規格以内とする露光量マージンおよびフォーカス深度マ
   ージンで決定されるプロセスウィンドウが最大になるよ
   うに添加剤の量を制御するコントローラと、 を備えることを特徴とする半導体製造装置。
3. 【請求項３】前記基板上の各レジスト膜の処理ごとに、
   使用する添加剤の種類と、前記プロセスウィンドウが最
   大になるときの添加剤の量を対応付けて格納するメモリ
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導
   体製造装置。
4. 【請求項４】 １つ以上の現像液タンクと、 １つ以上の添加剤タンクと、 前記現像液タンクおよび添加剤タンクに接続され、現像
   液タンクおよび添加剤タンクから供給される現像液およ
   び添加剤を混合する混合槽と、 基板上のレジスト膜に形成される孤立パターンの寸法誤
   差を規格以内とする露光量マージンおよびフォーカス深
   度マージンで決定される第１プロセスウィンドウと、前
   記レジスト膜に形成される密集パターンの寸法誤差を規
   格以内とする露光量マージンおよびフォーカス深度マー
   ジンで決定される第２プロセスウィンドウとの共通領域
   が最大となるように添加剤の量を制御するコントローラ
   とを備える半導体製造装置。
5. 【請求項５】 前記基板上の各レジスト膜の処理ごと
   に、使用される添加剤の種類と、前記第１および第２の
   プロセスウィンドウの共通領域が最大となるときの添加
   剤の量を対応付けて格納するメモリをさらに有すること
   を特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
6. 【請求項６】 前記添加剤は界面活性剤であることを特
   徴とする請求項２または４に記載の半導体製造装置。
7. 【請求項７】 前記界面活性剤は、陰イオン（アニオ
   ン）型、陽イオン（カチオン）型、非イオン（ノニオ
   ン）型、フッ素型、シリコン型の界面活性剤の中から選
   択されることを特徴とする請求項６に記載の半導体製造
   装置。
8. 【請求項８】 前記界面活性剤の少なくとも１種類は非
   イオン型界面活性剤であることを特徴とする請求項７に
   記載の半導体製造装置。
9. 【請求項９】 前記界面活性剤の少なくとも１種類が陽
   イオン型界面活性剤であることを特徴とする請求項７に
   記載の半導体製造装置。
10. 【請求項１０】 前記界面活性剤として、非イオン型界
    面活性剤と陽イオン型界面活性剤とを混合する請求項７
    に記載の半導体製造装置。
11. 【請求項１１】 基板上のレジスト膜を所定のパターン
    に露光する工程と、１種類以上の現像液と、１種類以上
    の添加剤とを、前記レジスト膜に形成されるパターンの
    寸法誤差を規格以内とする露光量マージンおよびフォー
    カス深度マージンで決定されるプロセスウィンドウが最
    大となる割合で混合する工程と、 前記混合された現像液を基板上に供給して、前記露光さ
    れたパターンを現像する工程と、を含む半導体製造方
    法。
12. 【請求項１２】 基板上のレジスト膜を孤立パターンと
    密集パターンとが混在する混在パターンに露光する工程
    と１種類以上の現像液と、１種類以上の添加剤とを、前
    記孤立パターンの寸法誤差を規格以内とする露光量マー
    ジンおよびフォーカス深度マージンで決定される第１プ
    ロセスウィンドウと、前記密集パターンの寸法誤差を規
    格以内とする露光量マージンおよびフォーカス深度マー
    ジンで決定される第２プロセスウィンドウとの共通領域
    が最大となる割合で混合する工程と、 前記混合された現像液を基板上に供給して、前記露光さ
    れた混在パターンを現像する工程と、を含む半導体製造
    方法。