JP2006339463A - 現像方法および現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジスト膜厚を均一にすることにより、ウエハ面内寸法を均一にすることを目的とする。
【解決手段】 現像ステージ１０２を一定角度１０６で傾斜させ、現像液供給手段１０７がウエハ１０１に対して移動しながら、ウエハ表面に現像液を供給して、ウエハ上に現像液を多段階で攪拌させることを特徴とする。このような現像ステージ１０２と多段階攪拌により、現像液の流れ現象を均一に行えることで、ウエハ全面が均一な濃度の現像液に覆われるため、現像速度が基板面内において均一になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造におけるフォトリソグラフィ工程の際の現像方法および現像装置に関するものである。

半導体装置の製造におけるフォトリソグラフィ工程では、半導体ウエハ表面にレジストを塗布する工程と、ウエハにデバイスパターンを焼き付ける露光工程と、露光された部分を溶出させることによりパターン形成する現像工程がある。

一般的に、現像工程はウエハを静止した状態で現像ノズルがウエハの任意の箇所からウエハ全面に順次現像液を供給するように移動する現像方式が用いられる。この現像方式で使用される従来の現像装置について図８，図２を用いて説明する。

図８は従来の現像装置の主要部および動作の概略を説明する図、図２は現像装置の動作による基板の現像液の状態を説明する図である。
図８において、まず、露光されたウエハ１０１がステージ１０２に搬入され、ウエハ１０１を静止した状態でウエハ１０１上に、現像液供給部１０７が現像液を吐出しながらウエハ１０１上を全面に順次現像液を供給するように移動することで現像液がウエハ１０１上に盛られる。その後、現像液が露光されたレジスト部分と化学反応を起こすことで溶出する。最後に、純水を吐出しながら、ウエハを回転させることで、リンス洗浄を行い、露光された部分と露光されていない部分が切り分けられ、ウエハ上にデバイスパターンが形成される（例えば、特許文献１参照）。

上記のような現像装置では、ステージが水平であるため、表面張力により、現像液がウエハの外周で溜まりやすくなる。つまり、図２（ａ）に示すように、主に現像液の流れ方向２０１がウエハ１０１の中心から外周方向であるため、ウエハ１０１の液面が外周部で盛り上る形状となり、現像液の溜まり２０３が形成される。現状の現像方式は現像ステージが固定されたままであり、マスクのパターン密度により、現像ステージの角度を可変できない構造を有している。
特開平１１−５４４２２号公報

半導体デバイスの微細化が進むにつれ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっている。既にデバイスの設計ルールが０．１５ｕｍまで微細化し、制御しなければならないウエハ面内ばらつき（３σ）は７ｎｍ以内に抑えなければならない精度が要求されている。しかしながら、従来の現像装置によるレジストパターン形成方法では、現像液がウエハの外周で溜まるため、ウエハ上のレジスト膜厚にばらつきが生じ、ウエハ面内寸法にばらつきが生じるという問題点があった。

また、パターン形成工程の高精度化を妨げている要因として、パターンの疎密差により、形成するパターンの仕上がり寸法が異なってしまう問題がある。例えば、ウエハ上に１５０ｎｍ幅のラインパターンや２２０ｎｍ幅のホールパターンを形成したときに、それらのパターンの周辺に別の大きなパターンが存在する場合と、何もパターンが存在しない場合とでは、それぞれのパターンの仕上がり寸法は異なってしまう。これは、パターン形成工程、特に現像工程において、隣接するパターンの密度が、高い部分と低い部分で、現像液の溶解面積の違いにより、同じ設計寸法のパターンであっても、パターンの仕上がり寸法が違う。このことは、マスクのパターン開口率の違いでも、パターンの密度に違いが生じるため、同様のことが言える。

そこで本発明の現像方法および現像装置は、レジスト膜厚を均一にすることにより、ウエハ面内寸法を均一にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の現像方法は、半導体装置のパターン形成を行う現像方法であって、パターン形成を行うウエハにレジストを塗布および露光する工程と、前記ウエハをあらかじめ定められた所定の角度に傾斜させる工程と、前記ウエハを傾斜させた状態で前記ウエハ全面に対して順次現像液を供給する工程と、前記ウエハに対して緩やかな回転と静止を複数回繰り返し行って前記ウエハ上の現像液を攪拌する工程とを有し、前記ウエハ上に前記現像液の濃度を均一に供給することを特徴とする。

請求項２記載の現像方法は、半導体装置のパターン形成に伴う現像方法であって、パターン形成を行うウエハにレジストを塗布および露光する工程と、前記ウエハを０ｄｅｇからあらかじめ定められた所定の角度まで連続的に傾斜させる工程と、前記ウエハの傾斜中に前記ウエハ全面に対して順次現像液を供給する工程と、前記ウエハの傾斜中で前記現像液を前記ウエハ全面に供給後に前記ウエハに対して緩やかな回転と静止を複数回繰り返し行って前記ウエハ上の現像液を攪拌する工程とを有し、前記ウエハ上に前記現像液の濃度を均一に供給することを特徴とする。

請求項３記載の現像方法は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の現像方法において、傾斜する前記角度を、形成される前記パターンの開口率分布とレジストの溶解速度から、前記ウエハ面内に現像液濃度が均一に供給される傾斜する前記角度を算出することを特徴とする。

請求項４記載の現像方法は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の現像方法において、傾斜する前記角度を、形成される前記パターンの開口率分布，レジスト種類およびレジストの溶解速度から求めたレジスト濃度分布より、前記ウエハ面内に現像液濃度が均一に供給される傾斜する前記角度を算出することを特徴とする。

請求項５記載の現像方法は、請求項２記載の現像方法において、前記角度が０．１５ｄｅｇであることを特徴とする。
請求項６記載の現像装置は、半導体装置のパターン形成を行う現像装置であって、パターン形成を行うウエハを保持し、前記ウエハを任意の角度に傾斜させる現像ステージと、前記現像ステージを回転させることにより保持された前記ウエハを回転させる回転モーターと、前記現像ステージと前記回転モーターとを接続する回転軸と、前記回転モーターを固定する回転モーター固定台と、前記ウエハの全面に渡り現像液を供給するように移動しながら現像液を吐出する現像液供給部とを有し、ウエハを傾斜させた状態で前記現像液の供給および回転攪拌を行うことを特徴とする。

以上により、レジスト膜厚を均一にし、ウエハ面内寸法を均一にすることができる。

本発明によれば、現像液の供給および攪拌の際に、現像ステージの傾きを可変にすることで、ウエハ上に一定した現像液量を供給することができ、マスクのパターンの疎密によらず、レジスト膜厚を均一にすることにより、ウエハ面内寸法を均一にすることができる。さらに、現像することによるウエハエッジの現像液溜りを軽減できることによるレジスト膜減りの偏りを軽減することができる。

本発明の現像方法および現像装置は、ウエハに現像液を供給する際に、ウエハをあらかじめ定められた角度に傾斜させることにより、レジスト膜厚を均一にし、ウエハ面内寸法を均一にすることができる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１における現像方法および現像装置について、図１，図２，図３，図４を用いて説明する。

図１は本発明にもとづく現像装置の主要部および動作の概略を説明する図であり、前記現像方法を可能とする現像装置の構成を示すものである。図３は本発明の実施の形態１における現像方法を示すフローチャート図、図４は本発明の実施の形態１におけるばらつき抑制効果を示す図である。

まず、現像装置の構成について説明する。
図１，図２において、本発明の現像装置は、レジスト塗布し、露光装置で露光されたウエハ１０１が水平状態にある現像ステージ１０２に保持される。その後、現像ステージ１０２に接続された回転軸１０３，回転モーター１０４を固定した回転モーター固定台１０５のうち、前記回転軸１０３または前記回転モーター固定台１０５の角度変更が可能な仕組みを有し、図２に示す前記ウエハ１０１の水平面Ａから傾斜面Ｂまで傾斜をもたすことができる構造である。この時、図２（ｂ）に示すように、ウエハ１０１が傾斜しているため、現像液が現像液流れ方向２０５に流れて余分な現像液が現像液切れ２０４として排出され、現像液面２０２が平均化される。

続いて、図３を用いて、本発明の実施の形態１による現像方法について説明する。
この方法では、まず、露光処理時に適用されるマスクのパターン開口率分布を設計パターンレイアウトから算出する（ステップ２０１）。

ついで、レジスト塗布（ステップ２０２）、露光処理（ステップ２０３）された前記ウエハ１０１を水平状態にある現像ステージ１０２に保持する（ステップ２０４）。
次に、ステップ２０１で求められたマスクのパターン開口率分布および用いるレジストの溶解速度に対応して、開口率が高い箇所に現像液が多く供給されるように現像ステージをある角度１０６に傾斜させる。その後、緩やかな回転と静止を複数回繰り返し行うことにより、図２（ａ）に示す傾斜を有すると、溶解生成物を含む現像液が前記ウエハの中央に集まり、前記ウエハ外周と中央で、現像液濃度に差が生じることになる。図２（ｂ）に示す傾斜を有すると、溶解生成物のあまり含まない現像液が前記ウエハに均一に供給されるため、前記ウエハの現像液濃度が均一になる。これはマスクのパターン開口率が高いものになるにつれ、溶解生成物が多くなり、現像液濃度の均一性に影響を与える。角度の設定は、予めデータ採取された図４に示すグラフより、デバイスの必要とする前記ウエハ面内ばらつき（３σ）と開口率から現像ステージの角度を求め、現像ステージを傾斜させる（ステップＳ２０５）。

その後、静止したウエハ１０１上に現像液供給部１０７で現像液を吐出させながら、現像液供給部１０７をウエハ１０１の任意の箇所からウエハ１０１全面に順次現像液を供給するように移動させ（以下、スキャンと称す）（ステップＳ２０６）、最後に、緩やかな回転と静止を二回以上繰り返し行う多段階現像を行って、ウエハ１０１全面に均等に現像液が供給されるように攪拌する（ステップＳ２０７）。

以上のように、現像液を供給する際に、開口率の高い箇所に現像液が多く供給されるように、あらかじめ算出したパターン開口率分布とレジスト溶解速度より求めた角度にウエハを搭載したステージに傾斜をつけ、他段階現像により現像液を攪拌することにより、適用するマスクのパターン密度に適した現像液が、基板上に盛られた現像液の露光された部分と未露光部分に一定した濃度で供給されるため、より精度が高く、基板面内寸法ばらつき３σを抑えることが可能であり、レジスト膜厚を均一にすることにより、ウエハ面内寸法を均一にすることができる。

すなわち、開口率が高いもの程、現像される部分が多くなり、新鮮な現像液の廻りが少なくなる。その分、傾斜を持たせる事でより新鮮な現像液の廻りを良くする事が出来る。
傾斜角度は０．０５ｄｅｇ以上０．１５ｄｅｇ以下程度が好ましく、例えば、上記条件にて、マスクのパターン開口率毎に、現像ステージの角度を０ｄｅｇから０．１５ｄｅｇまで変更した結果の一例を図４に示す。本発明の現像方法により、基板面内寸法ばらつき３σは、従来の現像ステージの角度が０ｄｅｇである現像方法に比べて、０．１５ｄｅｇの時には、開口率９５％，開口率８５％，開口率７０％の場合、それぞれ、約６０％，４０％，３０％に抑えることが可能であることがわかる。
（実施の形態２）
開口率が低いホールパターンの形成において、パーティクルの発生しやすいレジストを適用した場合、基板の周辺部でレジストの膜減りが発生する。これは、現像時の現像液が基板の周辺部に液溜まりが起こり、パーティクルの発生しやすいレジストを用いた場合、溶解速度が速くなるために、特にレジストの膜減りを起こしやすい。

以下、実施の形態２における現像方法について図５，図６を用いて説明する。また、装置の構成は図１，図２に示す構成と同様である。
図５は本発明の実施の形態２における現像方法を示すフローチャート図、図６は本発明の実施の形態２におけるばらつき抑制効果を示す図である。

この方法は、まず、レジスト塗布時のレジスト種類（特に、レジスト膜減りの度合いにより分類される）と露光処理時に適用されるマスクのパターン開口率分布および用いるレジストの溶解速度から、前記ウエハのエッジに現像液が溜まらない傾斜の現像ステージ１０２の角度１０６を選定する（ステップ３０１）。

ついで、レジスト塗布（ステップ３０２）、露光処理（ステップ３０３）された前記ウエハ１０１を水平状態にある現像ステージ１０２に保持する（ステップＳ３０４）。
次に、ステップ３０１で求められたレジスト種，マスクのパターン開口率分布および用いるレジストの溶解速度から求めたレジスト濃度分布に対応して、開口率が高い箇所に現像液が多く供給されて基板の周辺部に液溜まりをなくすように現像ステージをある角度１０６に傾斜させる（ステップ３０５）。

その後、静止したウエハ１０１上に現像液供給部１０７で現像液を順次現像液を供給するように移動し（ステップ３０６）、最後に緩やかな回転と静止を繰り返し二回以上繰り返し行う多段階現像を行って、ウエハ１０１全面に均等に現像液が供給されるように攪拌する（ステップ３０７）。

以上のような方法を用いると、レジスト種およびマスクパターンの開口率により、現像による溶解生成物の量に依存せずに前記ウエハ面内に濃度が一定した現像液を供給できるため、ウエハ１０１上に盛られた現像液が基板面内の基板端で現像液の溜まり２０３の発生を抑え、前記ウエハ面内に現像液が均一に盛られる。したがって、レジスト膜を均一にすることにより、ウエハ面内寸法を均一にすることができる。

傾斜角度は０．０５ｄｅｇ以上０．１５ｄｅｇ以下程度が好ましく、例えば、上記条件にて、現像ステージの角度を０ｄｅｇから０．１５ｄｅｇまで変更した結果の一例を図６に示す。本発明の現像方法により、角度０ｄｅｇの場合に対して角度０．１ｄｅｇの場合の方が、ウエハの中心からの距離（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）に対して現像液の膜厚が均一になることがわかり、基板面内のレジスト膜厚減りを抑えることが可能であることがわかる。
（実施の形態３）
以下、実施の形態３における現像方法について図７を用いて説明する。また、装置の構成は図１，図２に示す構成と同様である。

図７は本発明の実施の形態３における現像方法を示すフローチャート図である。
図７において、まず、レジスト塗布（ステップ５０１）、露光処理（ステップ５０２）された前記ウエハ１０１が水平状態にある現像ステージ１０２に保持される（ステップ５０３）。

その後、静止したウエハ１０１上に現像液供給部１０７で現像液を吐出させながらスキャン（ステップＳ５０５）し、緩やかな回転と静止を二回以上繰り返し行う多段階現像を行う（ステップＳ５０６）。その際、現像液の吐出開始してから多段現像が終了までの間に、０．１５ｄｅｇまでの範囲内で、現像ステージ１０２を傾斜させる（ステップ５０４，５０７）。

この実施の形態は、マスクのパターン開口率に関係なく、現像液の吐出開始してから多段現像が終了までの間、連続的に現像ステージ１０２を傾斜させることにより、基板面内寸法ばらつき３σを抑える効果がえられる。

以上のような方法を用いると、レジスト種およびマスクパターンの開口率により、現像による溶解生成物の量に依存せずに前記ウエハ面内に濃度が一定した現像液を供給できるため、基板上に盛られた現像液が露光された部分と未露光部分に一定した濃度で供給されるため、基板面内のパターン密度に依存せず、基板面内寸法ばらつき３σを抑えることが可能であり、レジスト膜厚を均一にすることにより、ウエハ面内寸法を均一にすることができる。

上記のような方法を用いると、図６と同様の効果がある。
実施の形態３では、傾斜させる角度を０．１５ｄｅｇまでとしたが、実施の形態１または実施の形態２で求めた傾斜角度まで連続的に傾斜させても同様の効果を奏する。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた数字はあくまでも例に過ぎず、これと異なる数字を用いてもよい。

本発明は、レジスト膜厚を均一にすることにより、ウエハ面内寸法を均一にすることができ、半導体装置の製造におけるフォトリソグラフィ工程の際の現像方法および現像装置等に有用である。

本発明にもとづく現像装置の主要部および動作の概略を説明する図 現像装置の動作による基板の現像液の状態を説明する図 本発明の実施の形態１における現像方法を示すフローチャート図 本発明の実施の形態１におけるばらつき抑制効果を示す図 本発明の実施の形態２における現像方法を示すフローチャート図 本発明の実施の形態２におけるばらつき抑制効果を示す図 本発明の実施の形態３における現像方法を示すフローチャート図 従来の現像装置の主要部および動作の概略を説明する図

符号の説明

１０１ ウエハ
１０２ ステージ
１０３ 回転軸
１０４ 回転モーター
１０５ 回転モーター固定台
１０６ 角度（傾斜）
１０７ 現像液供給部
２０１ 現像液流れ方向
２０２ 現像液面
２０３ 現像液の溜まり

Claims (6)

1. 半導体装置のパターン形成を行う現像方法であって、
   パターン形成を行うウエハにレジストを塗布および露光する工程と、
   前記ウエハをあらかじめ定められた所定の角度に傾斜させる工程と、
   前記ウエハを傾斜させた状態で前記ウエハ全面に対して順次現像液を供給する工程と、
   前記ウエハに対して緩やかな回転と静止を複数回繰り返し行って前記ウエハ上の現像液を攪拌する工程と
   を有し、前記ウエハ上に前記現像液の濃度を均一に供給することを特徴とする現像方法。
2. 半導体装置のパターン形成に伴う現像方法であって、
   パターン形成を行うウエハにレジストを塗布および露光する工程と、
   前記ウエハを０ｄｅｇからあらかじめ定められた所定の角度まで連続的に傾斜させる工程と、
   前記ウエハの傾斜中に前記ウエハ全面に対して順次現像液を供給する工程と、
   前記ウエハの傾斜中で前記現像液を前記ウエハ全面に供給後に前記ウエハに対して緩やかな回転と静止を複数回繰り返し行って前記ウエハ上の現像液を攪拌する工程と
   を有し、前記ウエハ上に前記現像液の濃度を均一に供給することを特徴とする現像方法。
3. 傾斜する前記角度を、形成される前記パターンの開口率分布とレジストの溶解速度から前記ウエハ面内の現像液濃度が均一になるように傾斜する傾きを算出することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の現像方法。
4. 傾斜する前記角度を、形成される前記パターンの開口率分布，レジスト種類およびレジストの溶解速度から求めたレジスト濃度分布より、前記ウエハ面内の現像液濃度が均一になるように傾斜する傾きを算出することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の現像方法。
5. 前記角度が０．１５ｄｅｇであることを特徴とする請求項２記載の現像方法。
6. 半導体装置のパターン形成を行う現像装置であって、
   パターン形成を行うウエハを保持し、前記ウエハを任意の角度に傾斜させる現像ステージと、
   前記現像ステージを回転させることにより保持された前記ウエハを回転させる回転モーターと、
   前記現像ステージと前記回転モーターとを接続する回転軸と、
   前記回転モーターを固定する回転モーター固定台と、
   前記ウエハの全面に渡り現像液を供給するように移動しながら現像液を吐出する現像液供給部と
   を有し、ウエハを傾斜させた状態で前記現像液の供給および回転攪拌を行うことを特徴とする現像装置。

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