JP2007189252A - 現像方法および現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光された感光性樹脂膜を有する半導体基板を静止した状態で、この基板の直径に対応した大きさを有する棒状現像液吐出ノズルを走査させるようにした現像装置を用いる現像方法において、基板の一端付近と他端付近の現像パターン寸法が現像液供給の時間差でばらつくのを防止する。
【解決手段】基板の一端Ｐ１から吐出速度ＷＬで吐出を開始し、吐出速度を次第に速くして基板の他端Ｐ２での吐出速度をＷＬにする。このようすれば、基板のＰ１の付近で最も早く現像が開始されるが、この部分では現像液の吐出速度がＷＬと低いため、すなわちこの部分に局所的に塗布される現像液の量が少なくなるので、余分なレジストを溶解するのに液が消費され、したがって現像速度は遅くなり、基板の両端Ｐ１、Ｐ２での現像速度差が短縮される。
【選択図】図４

Description

本発明は現像方法および現像装置に関し、特に、半導体などの基板上のレジスト膜に現像液を供給して現像処理を行う現像方法および現像装置に関する。

半導体集積回路装置（ＬＳＩ）の集積度が向上するにつれて、そのデザインルールは縮小し、それに伴い、ＬＳＩ製造におけるリソグラフィ工程に用いられるレジスト現像方法も、より精度の高いものが求められている。一般にレジストの現像方法は、より微細なパターンを精度よく形成するために今までに改良がなされて来た方法が用いられている。例えば、普通良く用いられる回転式現像装置は、真空吸着が可能なチャックに基板を水平に保持して回転させ、上向きの基板表面に向けて現像液を下向きに均一に供給する現像液吐出ノズルを備えている。

現像処理時には、現像液吐出ノズルは、現像を実行しないときの待機位置から半導体基板の上方に移動したあと、半導体基板上に塗布されたレジスト膜に向けて現像液を供給する。供給された現像液は、基板の回転にもとづく遠心力によって、基板の全面に塗り広げられる。その後、現像液自体の表面張力により基板上に現像液を保持した状態で一定時間基板を静止させることにより、レジストの現像が行われる。
特開２００１−５７３３４号公報

しかしながら、上記したような従来の現像方法では、半導体基板を回転させながら現像液を供給するという方法を採っているため、周辺部よりも速度の遅い半導体基板の中心部への現像液の供給量が多くなり、現像量が異なってくるために、基板中心付近のチップ上に形成された回路パターン寸法と基板周辺部に形成された回路パターン寸法との均一性が崩れやすい。

そこで、半導体基板中心部と基板周辺部との現像パターン寸法の均一性の精度を高めるために、最近は、基板を静止した状態で、基板の直径に近い大きさを有する棒状の現像液吐出ノズルを用い、基板を静止した状態で、基板の一端から水平方向にそのノズルを走査しながら現像液を基板上のレジスト膜に供給する装置が開発されている。この装置においても、現像液供給後は、その表面張力により基板上に現像液を保持した状態で一定時間基板を静止させることにより、レジストの現像が行われる。

この場合、基板中心部と基板周辺部のパターン寸法差はある程度抑えられるが、基板面への現像液の供給時刻に差が生じるという新たな問題が発生する。すなわち、吐出ノズルが走査すなわち現像液の供給を開始し始めた初期に現像液が塗布された一方の基板端部の現像パターン寸法と、ノズル走査終了付近の他方の基板端部の現像パターン寸法とに差が発生し、寸法の均一性が低下するのである。
これは、現像液供給開始領域にあるレジストは、供給終了領域にあるレジストよりも、基板全面をノズルが走査する時間分だけ余計に現像されるからである。このような走査時間の差によるパターン寸法のばらつきは、半導体基板のサイズが１５０ｍｍ以上、あるいは設計ルールが０．２５μｍ以下で、次第に顕著になって来ており、今後のプロセス技術での課題の一つである。

以上のような寸法均一性の低下は、微細なパターン寸法を要求されるＬＳＩ加工において、歩留まりを確実に低下させる大きな課題であることから、微細なレジストパターンを精度よく形成することが強く求められる。

したがって、この発明の目的は、棒状の現像液吐出ノズルを備えた現像装置を用いて微細なレジストパターンを半導体基板全面に亘って精度よく形成することができる現像方法および現像装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の現像方法は、露光された感光性樹脂膜を有する基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向けて移動させながら、前記現像液を吐出させるに際し、前記基板の一端部から他端部に向かうにつれて移動速度を上昇させるものである。

あるいはまた、露光された感光性樹脂膜を有する基板から距離をおいて設置された現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向けて移動させながら、前記基板に向けて現像液を吐出させるに際し、前記基板の一端部から他端部に向かうにつれて前記距離を減少させるものである。

さらに、露光された感光性樹脂膜を有する基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向けて移動させながら、前記現像液を吐出させるに際し、前記基板の一端部から他端部に向かうにつれて現像液の吐出速度を増大させてその吐出量を増大させるものである。

また、露光された感光性樹脂膜を有する基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向けて移動させながら、前記現像液を吐出させ、その後に、前記現像液吐出手段を、前記基板の他端部から一端部に向けて逆方向に移動させながら、前記現像液を吐出させるものである。すなわち現像液吐出手段を往復運動させるものである。

以上の本発明の方法によれば、後に説明するように基板の一端部と他端部とにおける現像時間差を縮めることができるので、均一な現像を行わせることができ、現像パターン寸法のばらつきを防止することができる。

本発明の現像装置は、露光された感光性樹脂膜を有する基板の一端部から他端部に向けて移動しながら、この基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を有し、この現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向かうにつれて移動速度を上昇可能なように構成したものである。

あるいはまた、露光された感光性樹脂膜を有する基板から距離をおいた状態で、この基板の一端部から他端部に向けて移動しながら、この基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を有し、この現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向かうにつれて前記距離を減少可能なように構成したものである。

さらに、露光された感光性樹脂膜を有する基板の一端部から他端部に向けて移動しながら、この基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を有し、この現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向かうにつれて現像液の吐出速度を増大させてその吐出量を増大可能なように構成したものである。

また、露光された感光性樹脂膜を有する基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を有し、この現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向けて移動しながら前記現像液を吐出可能なように構成するとともに、その後に前記基板の他端部から一端部に向けて逆方向に移動しながら前記現像液を吐出可能なように構成したものである。

以上の本発明の装置によれば、後に説明するように基板の一端部と他端部とにおける現像時間差を縮めることができるので、均一な現像を行わせることができ、現像パターン寸法のばらつきを防止することができる。

以上に説明したように、この発明によるレジストの現像方法および現像装置によれば、微細なレジストパターンを精度よく形成することができ、基板面内の現像均一性すなわちパターン寸法均一性を高めることができる。特に半導体基板においてはその直径が２００ｍｍ以上、設計ルール０．１８μｍ以下であるときに適用して効果を発揮することができる。

図１は、本発明の現像方法を実施するときに用いられる現像装置の主要部ならびに動作の概要を示した図である。図示を省略した現像カップの内部の真空チャック上に円盤状の半導体基板１００が水平方向の姿勢で設置固定され、基板１００より横方向に約１０ｃｍ離れた位置に、移動式の棒状の現像液吐出ノズル１が配置される。この現像液吐出ノズル１は、移動することによって半導体基板１に上側から対向することが可能であり、その対向面に複数の現像液吐出孔が設けられ、下方に向けて現像液を吐出できるように構成されており、少なくとも基板１の幅または直径と同じかそれ以上の長さを有して、基板１の一端部から他端部に向けて、この基板１の面と平行な方向に移動可能とされている。また、図１において、位置Ｐｓは現像液吐出ノズル１の移動開始位置を示し、位置Ｐ１は現像液吐出ノズル１から基板１００に現像液の塗布が開始される開始端を示し、位置Ｐ２は基板１００に現像液吐出ノズル１から基板１００への現像液の塗布が終了される終了位置を示し、位置Ｐｅは現像液吐出ノズル１の移動終了位置を示す。矢印２は、吐出ノズル１の移動方向を示す。

図２は、本発明の第１の実施の形態によるレジストの現像方法を説明する図である。本実施の形態では、現像液吐出ノズル１の走査速度を従来のように一定とするのではなく、現像液吐出ノズル１が基板１００よりも上方を移動している間に、現像液の吐出量および吐出高さを一定に保ちながら、現像液吐出ノズル１の走査速度を可変制御する。図２において、走査速度は、ＰｓからＰ１の間はＶＬ一定であるが、吐出ノズル１が半導体基板１００上を現像液を吐出しながらＰ１からＰ２までの間を移動しているときは、速度をＶＬからＶＨに等加速度で加速させる。そしてＰ２からＰｅ間はＶＨ一定とする。

以上のような方法を用いると、基板１００における塗布開始端部の位置Ｐ１の付近で、基板１００上に最初の現像液が塗布されるが、ノズル１の移動速度が加速されるのでノズル１は基板１００の他端である塗布終了位置Ｐ２付近に短時間で到達し、Ｐ１とＰ２で現像液塗布が開始される時刻どうしの時間差を縮めることができる。従って位置Ｐ１とＰ２とで現像時間がほぼ同じになり、基板１００全面に亘って均一な寸法のレジストパターン形成が可能となる。

例えば、基板１００が直径２００ｍｍの場合、Ｐ１の位置ではＶＬを５０ｍｍ／秒、Ｐ２の位置ではＶＨを７５ｍｍ／秒となるように加速する。この条件を適用した結果の一例を図８に示す。評価パターンは孤立ラインおよび密集ラインを用い、従来の現像方法と本実施の形態の現像方法について、基板面内寸法ばらつき３σを比較したものである。本発明の現像方法により、孤立ラインの基板面内寸法ばらつき３σは、従来の現像方法の４０％に抑えることが可能であることがわかる。

また図８に示すように、従来、孤立パターンと密集パターンの基板面内寸法のばらつきには大きな差があったが、それを同等にまで抑える事が可能であり、同一基板内またはチップ内においてパターンの疎密に依存しない現像方法を提供できる。なお、孤立パターンでは、ポジレジスト使用の場合、現像過程でパターン周囲のレジスト溶解に消費される現像液量が多くなるので、周囲の空きスペースの大小によって現像速度が変動し、密集パターン現像と比較して寸法ばらつきが大きくなっているものと考えられる。

図３は、本発明の第２の実施の形態による現像方法を示す図である。この方法は、半導体基板１００上に現像液を吐出して移動している間に、現像液吐出ノズル１の高さを可変制御する。図３において、ノズル１がＰ１の位置にあるときは基板１００からの高さがＨＨ、Ｐ２の位置にあるときは高さがＨＬになるように、このノズル１の高さを次第に低くする。このようにすると、基板１００上の現像液塗布開始位置Ｐ１付近では最も早く基板１００上への現像液の吐出が始まるが、ノズル１の位置が高いので、現像液が基板１００の表面まで落下するのに時間がかかり、液がレジストに接触して現像が始まるまでに時間がかかる。一方、現像液塗布終了位置Ｐ２付近ではノズル１がＰ１位置からＰ２位置まで達するのに時間がかかるが、ノズル１の位置が低くなっているので、到達後短時間で液が落下してレジストと接触し、現像をはじめることが出来るようになる。

このように、基板１００に現像液の供給を開始した初期の位置から終了する位置までの間、現像液吐出ノズル１の吐出の高さを随時低くさせることにより、基板１００の両端での現像時間差を短縮でき、パターンの寸法差を軽減できる。例えば、基板１００が直径２００ｍｍの場合、Ｐ１の位置ではＨＨが１．５ｍｍ、Ｐ２の位置ではＨＬが１．０ｍｍになるようにして、この範囲で直線的に低くなるようにする。すると、この方法を用いた場合でも、孤立パターンの基板面内寸法ばらつき３σを従来の現像方法の４０％抑えることが可能である。また、孤立パターンと密集パターンの基板面内寸法ばらつきを同等にまで抑えることが可能である。

図４は、本発明の第３の実施の形態による現像方法を示す図である。この方法は、現像液吐出ノズル１が移動速度とその高さを一定に保ちつつ基板１００の上方を移動しながら現像液を吐出する場合に、現像液の吐出速度を、Ｐ１の位置にあるときはＷＬ、Ｐ２の位置にあるときはＷＨになるように、次第に増加させる。

この方法では、基板１００における現像液塗布開始位置Ｐ１の付近で最も早く現像が開始されるが、この部分では現像液の吐出速度がＷＬと低いため、すなわちこの部分に局所的に塗布される現像液の量が少なくなるので、余分なレジストを溶解するのに液が消費され、したがって現像速度は遅くなる。

一方、現像液塗布終了位置Ｐ２の付近では、移動するノズル１が到達して現像が開始されるまでに時間がかかるが、現像液の吐出速度がＷＨと高いので、結局Ｐ２付近の局所的な現像液量は多く、レジストを溶解するのに液が消費されても現像速度は十分速い。Ｐ２の位置で現像液の塗布は終了するが、Ｐ２の位置の方がＰ１の位置よりも現像液の量が多いので、時間と共に現像液はＰ１の方に流れ最終的に基板１００の全面に亘って塗布量は均一化される。

したがって以上により、Ｐ１の位置とＰ２の位置とでの現像速度差は縮まり、レジストパターン寸法差は軽減される。例えば、基板１００が直径２００ｍｍの場合、Ｐ１の位置ではＷＬを１．５リットル／分、Ｐ２の位置ではＷＨを２．０リットル／分の範囲とするのが好適である。この方法を用いた場合でも、他の実施の形態によるものと同等の効果がある。

図５、６、７は、本発明の第４の実施の形態による現像方法を示す図である。上記の第１乃至第３の実施の形態では、基板１００の一端の位置Ｐ１からノズル１を他端の位置Ｐ２に向かう方向に１回だけ移動させ、その間に現像液を吐出させるものであったが、本実施の形態では、第１乃至第３の実施の形態と同条件で、現像液吐出ノズル１を往復移動させるものである。

例えば図５は、基板１００の一方の端部の位置Ｐ１から他方の端部の位置Ｐ２に向かってノズル１の走査速度をＶＬからＶＨへ増加させながら現像液を吐出・塗布し、さらにＰ２からＰ１に向かって速度ＶＬからＶＨヘ増加させながら現像液を吐出・塗布する。つまり、現像液吐出開始点をＰ１からＰ２に交換するとともに、終了点をＰ２からＰ１に交換して、現像液を再度供給する。したがって基板１００に対する現像液の塗布状態は対称になるから、当然現像時間はＰ１部とＰ２部とでほぼ同じになり、第１の実施の形態よりも現像の均一性は向上し、現像パターン寸法ばらつきは減少する。

図６、図７に示すように、吐出現像液量や基板１００に対するノズル１の高さを変化させて現像液を吐出しながらノズル１を往復させても、同様の効果がある。
さらに、従来のようにノズルの走査速度、ノズルの高さ、吐出液量を一定にして、現像液を基板１００表面に吐出しながら、ノズル１を往復させてもよい。この場合、Ｐ１からＰ２に向かう方向に走査する段階ではＰ１部の方が先に現像が始まるが、Ｐ２からＰ１に向かう方向に走査する段階ではＰ２部の方が先に新しい現像液にレジストが接触するので、結局基板１００の両端での現像時間の差は従来よりも短縮され、このためパターン寸法差が軽減される。

以上、この発明の実施の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、これと異なる数値を用いてもよい。

本発明は、微細なレジストパターンを半導体基板全面に亘って精度よく形成することができ、半導体などの基板上のレジスト膜に現像液を供給して現像処理を行う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 本発明の第１の実施の形態による現像方法を示す図 本発明の第２の実施の形態による現像方法を示す図 本発明の第３の実施の形態による現像方法を示す図 本発明の第４の実施の形態による現像方法の一例を示す図 本発明の第４の実施の形態による現像方法の他の例を示す図 本発明の第４の実施の形態による現像方法のさらに他の例を示す図 本発明と従来技術とのパターン寸法ばらつきの比較図

符号の説明

１ 現像液吐出ノズル
２ 走査方向
１００ 基板

Claims (3)

1. 露光された感光性樹脂膜を有する基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を、前記基板の一端部から他端部に向けて移動させながら前記現像液を吐出させ、前記感光性樹脂膜を現像してパターンを形成する現像方法であって、前記基板の一端部から他端部に向かうにつれて現像液の吐出速度を増大させてその吐出量を増大させることを特徴とする現像方法。
2. 前記基板は半導体基板であり、前記現像液吐出手段は棒状の現像液吐出ノズルからなり、その長さは前記基板の直径以上であることを特徴とする請求項１に記載の現像方法。
3. 露光された感光性樹脂膜を有する基板の一端部から他端部に向けて移動しながら、この基板に向けて現像液を吐出可能な現像液吐出手段を有し、この現像液吐出手段は、前記基板の一端部から他端部に向かうにつれて現像液の吐出速度を増大させてその吐出量を増大可能なように構成されていることを特徴とする現像装置。

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