JP2007220890A - 塗布現像処理装置における基板周縁処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板周縁部のパーティクル原因異物を除去する方法を提供する。
【解決手段】基板周縁処理方法は、被処理基板上に被加工膜を形成する工程ＳＴ１０２と、前記被加工膜の所定の位置にエネルギー線を照射し、前記被加工膜に潜像を形成する工程ＳＴ１０４と、前記被加工膜に前記潜像が形成された前記被処理基板を加熱処理する工程ＳＴ１０５と、前記被加工膜に対して現像処理する工程ＳＴ１０６と、前記被処理基板周縁部での残渣の有無を検査し、前記被処理基板の合否を判定する工程ＳＴ１０７と、前記合否を判定する工程で不合格と判定された前記被処理基板に対し、前記被処理基板の端部の洗浄処理をすることにより、前記被処理基板周縁部の残渣を除去する工程ＳＴ１０８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板周縁部の処理方法に係わり、特に基板の表面荒れや基板上の付着膜を除去する工程を有する基板周縁処理方法に係わる。

半導体装置の製造工程では、半導体ウェハの端部に形成された金属薄膜の不要部分をエッチングにより除去することが行われる場合がある。従来、この工程におけるエッチング液の飛散に伴うウェハ表面中央部の意図せぬエッチングを抑制するために、種々な提案が為されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、最近実用化され始めた液浸露光装置に関しても、ウェハ端部の金属除去が問題となって来ている。液浸露光装置は被処理基板上に形成したレジスト膜に対する露光を行う際に、レジスト膜表面と露光装置のレンズの間を液で満たして露光を行う手法である。このような露光法に用いる装置には例えば特許文献３に記載のものがある。

一方、液浸露光では、レジスト膜中に含有する感光剤等の水への溶出や、レジスト膜中への水の浸入等の理由から、レジストパターンの精度が得られない恐れがある。これを防止する為に、レジスト膜上に撥水性の高い保護膜を形成している。保護膜には現像液に溶解する現像液可溶型保護膜と、専用の溶剤で溶解する溶剤可溶型保護膜があり、一連の塗布現像処理終了後には保護膜は除去される。

特に、現像液可溶型の保護膜を用いた場合、液浸露光後の現像処理において、撥水性の高い保護膜上に現像液を供給すると、基板周縁部から保護膜表面では現像液をはじいてしまう為、基板周縁部では保護膜が十分な溶解せず、現像処理終了後も残渣として残る恐れがある。この状態でエッチング工程等を行った際には、基板周縁部に残った保護膜がマスクとなり、剣山状の突起が基板周縁部に発生し、この突起がパーティクルとなり、エッチング装置の搬送部等を汚染するなどの問題があった。
特開２００１−１１８８２４号公報 特開２００２−２９９３０５号公報 特開平１０−３０３１１４号公報

上記のように、基板エッジ部や同所のベベル部に剣山状の突起が残った状態で、次のリソグラフィー工程でレジスト膜の塗布・露光・現像を行い、レジストパターンを形成すると、突起と突起の間の溝に有機膜が入り込み、現像終了後も除去できなくなる恐れがあった。また、この状態でエッチング工程等を行った際には、基板エッジ部に残った有機膜がパーティクルとなり、エッチング装置の搬送部等を汚染するなどの問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、基板エッジ部や基板ベベル部に剣山状の突起が残った状態でも、レジストパターンが現像終了後の除去可能であり、パーティクルの発生が無い基板処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の基板処理方法は、被処理基板上に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜の所定の位置にエネルギー線を照射し、前記被加工膜に潜像を形成する工程と、前記被加工膜に前記潜像が形成された前記被処理基板を加熱処理する工程と、加熱処理後の前記被加工膜に対して現像処理する工程と、前記被処理基板周縁部での残渣の有無を検査し、前記被処理基板の合否を判定する工程と、前記合否を判定する工程で不合格と判定された前記被処理基板に対し、前記被処理基板の端部の洗浄処理をすることにより、前記被処理基板周縁部の残渣を除去する工程とを備えることを特徴とする。

本発明は、上記のように基板周縁部に前記被処理膜の残渣がある場合には、基板周縁部の洗浄処理を実施する。一方、基板周縁部に前記被処理膜の残渣がない場合には、基板周縁部の洗浄処理を行うことなく次工程に進むように制御する。このように洗浄処理を実施することにより、基板周縁部の残渣起因で生じるパーティクルを無くし、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理方法を説明するためのプロセスフローチャートである。まず、半導体基板上に反射防止膜用塗布材料（例えば、日産化学産業のＡＲＣ２９Ａ）を滴下し、回転して広げた後に加熱処理を行い、膜厚８０ｎｍの反射防止膜を形成する（ＳＴ１０１）。反射防止膜上に酸発生材を含むＡｒＦ化学増幅型レジスト膜を膜厚１７０ｎｍで形成する（ＳＴ１０２）。そして、ＡｒＦ化学増幅型レジスト膜上に現像液可溶型保護膜（例えば、東京応化工業のＴＩＬＣ０１９）を膜厚１４０ｎｍで形成する（ＳＴ１０３）。

より詳細には、反射防止膜、化学増幅型レジスト、及び現像液可溶型保護膜は、スピンコート法により被処理基板上に各材料を広げ、加熱処理を行って塗布材料に含まれる溶剤を除去するといった手順で形成される。

次に、被処理基板を液浸露光装置に搬送する。液浸露光装置を用いてレチクルに形成された半導体素子パターンをレジスト膜に転写し、潜像を形成する（ＳＴ１０４）。本実施形態で用いる液浸型露光装置の概略を図２に示す。即ち、図２において、図示されない照明光学系の下方にレチクルステージ２１が配置されて、このレチクルステージ２１上にレチクル２２が設置されている。レチクルステージ２１は平行移動可能である。レチクルステージ２１の下方に投影レンズ系２３が配置され、この投影レンズ系２３の下方にウェハステージ２４が配置されている。ウェハステージ２４上に前述した処理が行われた半導体基板１０が設置されている。ウェハステージ２４は、半導体基板１０と共に平行移動する。半導体基板１０の周囲にはサポート板２７が設けられている。

投影レンズ系２３の下方には、フェンス２５が取り付けられている。投影レンズ系２３の横にフェンス２５内への水の供給及びフェンス２５内からの水の排出を行う一対の水供給・排出器２６が設けられている。露光時、フェンス２５と投影レンズ２３で囲まれた領域の基板１０と投影レンズ系２３との空間は水の液膜で満たされる。投影レンズ系２３から射出する露光光は水の層を通過して照射領域に到達する。照射領域にあたる化学増幅型レジストにレチクル２２上のマスクパターン（不図示）の像が投影され、潜像が形成される。

上記の工程により潜像が形成された基板１０を加熱チャンバー（不図示）内に搬送し、１３０℃、６０秒の条件で加熱処理を行う（ＳＴ１０５）。次いで、被処理基板１０は現像処理ユニットに搬送される（ＳＴ１０６）。この現像処理ユニットでは、被処理基板１０が飛散現像液受け皿用のカップ（不図示）の直上位置まで搬送されてくると、まず、ピンが上昇して基板１０を受け取った後、図３に示すように、基板１０はスピンチャック３１上に載置されて真空吸着される。そして、ノズル待機部に待機していた直管状ノズル３２が基板１０の一端から他端に向けて走査しながら現像液３３を吐出することにより被処理基板１０の最上面に形成されているアルカリ可溶型の保護膜（不図示）上に現像液３３が盛られ現像が行われる。現像液３３が供給されることにより、現像液可溶型の保護膜が溶解し、次いで潜像を形成したレジスト膜（不図示）が現像される。３０秒間静止現像を行った後、被処理基板１０上に純水を供給し現像液を洗い流す。そして、被処理基板１０をスピンチャック３１により回転させることにより振り切り乾燥を行う。

しかしながら、図４に示すように、撥水性の高い現像液可溶型の保護膜３４に現像液３３を供給した際に、基板１０の周縁部のある場所では現像液３３が弾かれる。それにより現像液可溶型の保護膜３４が溶解せず、保護膜３４の下層に形成されるレジスト膜３６が現像しない。その結果、図５に示すように、基板１０の中央部ではレジストパターン３５´が形成されるが、基板１０の周縁部では保護膜３４及びレジスト膜３５が残渣として残る恐れがある。

そこで、図６に示すように、次に被処理基板１０を回転させながら、現像処理ユニット内に設置されたカメラ３７によって基板１０の周縁部を観察する。そして、回転していた基板１０が再び観察開始点に戻ってきた時点で基板１０の回転は停止し、基板１０の周縁部の観察も終了する。基板周縁部観察手段であるカメラ３７で観察したデータは随時、基板周縁部判定機構３８に転送される。基板周縁部判定機構３８では観察されたデータから、基板１０の周縁部でのアルカリ可溶型保護膜３４の残渣の有無を判断する。現像液可溶型の保護膜３４の残渣が基板１０の周縁部に確認された場合には、基板１０の周縁部の洗浄処理を実施するように指令を出すことができる。また、基板１０の周縁部に全く残渣がない場合においては、周縁部の洗浄処理を行わないように指示を出すことができ、被処理基板１０を塗布現像装置内から搬出するように指令を出すことができる（ＳＴ１０７）。

観察の結果、被処理基板１０の周縁部に残渣があった場合には、基板周縁洗浄処理を実施する（ＳＴ１０８）。図７で示すように、基板周縁部洗浄ノズル４３と基板裏面洗浄ノズル４４が基板周縁部近傍の所定の処理位置に移動される。そして、被処理基板１０を回転させながら、基板１０の周縁部に向けて現像液３３が吐出される。裏面洗浄ノズル４４からも現像液３３が吐出されることで、基板周縁部洗浄ノズル４３から吐出された現像液３３が被処理基板１０の裏面に廻りこみを抑制し、基板１０を保持しているスピンチャック３１の汚染を防止できる。そして、現像液３３は基板周縁部洗浄ノズル４３から基板１０の回転方向に沿うような方向に吐出される。また、洗浄液（現像液３３）は供給位置が基板上に描く円軌跡の当該供給位置における接線よりも基板１０の外側に向けて吐出される。これにより、基板１０の周縁部に供給された現像液３３が基板１０の中央部に向けて流れることを防止しつつ、基板１０の周縁部の現像液可溶型保護膜３４にむらなく洗浄液を供給することができ、この領域に含まれる保護膜３４を取り除くことができる。

次に、周縁部での現像液３３の供給処理を行った後、基板１０の上面と裏面に純水を供給し現像液３３を洗い流し、基板１０を回転させることにより振り切り乾燥処理を行い、一連の現像処理が終了する。

このようにして、基板１０の周縁部に残る現像可溶型保護膜３４を現像ユニット内で除去することで、リソグラフィー工程以降において基板周縁部起因のパーティクルを低減させることができ、塗布現像装置をはじめ、エッチング装置の汚染を抑制することができる。

本実施形態では、基板周縁部洗浄装置４０は基板周縁部洗浄ノズル４４から基板１０の端部にむけて洗浄液を供給することで洗浄をしていたが、基板１０の周縁部の洗浄処理方法はこれに限るものではない。図８で示す基板周縁部洗浄処理装置５０では基板がカップ（不図示）の直上位置まで搬送されてくると、まず、ピン（不図示）が上昇して基板１０を受け取った後、基板１０はスピンチャック３１上に載置されて真空吸着される。

次に、昇降駆動部５５により洗浄液保持天板５１を下降させて洗浄液保持底板５３上部に接触させる。この状態で洗浄液保持天板５１、及び洗浄液保持底板５３によりリング状で基板１０の端部を囲む凹部が形成される。凹部は基板の周縁部全体を覆うように配置され、その状態で基板１０を回転させる。

続いて、現像液３３は周辺部洗浄ノズル４３から凹部に向かって吐出される。そして、凹部内に一定量以上の洗浄液３３が満たされると、基板１０の周縁部は洗浄液３３に浸漬された状態になり、洗浄処理が行われる。

洗浄処理を所定時間行った後、現像液３３は排出口５４から排出される。次に、保持天板５１を上昇させると、凹部は洗浄液保持天板５１と洗浄液保持底板５３に分割され、基板１０の周縁部にわずかに残った現像液３３も遠心力により側方へ排出され、洗浄処理を終了する。

このような実施形態でも基板１０の周縁部に供給された洗浄液３３が基板１０の中央部に向けて流れることを防止しつつ、基板１０周縁部の傷の中に入り込んだ現像液可溶型の保護膜３４を除去すべき領域にむらなく現像液３３を供給することができ、この領域に含まれる有機膜を取り除くことができる。

また、本実施形態では、ひとつの基板周縁部洗浄処理装置にて基板１０の裏面側の傷に入り込んだ有機膜と基板１０の表面側周縁部及び端部側の傷に入り込んだ有機膜を同時に除去するものであったが、実施形態はこれに限らない。基板１０の表面側周縁部及び端部側、または裏面側のどちらか一方を先に洗浄した後に、もう一方の洗浄をしてもよい。また、基板１０の表面側周縁部及び端部側の洗浄と、裏面側の洗浄とで実施する処理装置を変えてもよく、本実施形態に示した効果と同等のものが得られるものであれば、どのような装置を用いても構わない。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態で述べた基板周縁部の洗浄処理システム及び洗浄処理方法の形態を用い、レジスト塗布時に、反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ）によって基板周縁部に形成される突起中に入り込んだレジスト膜を除去するものである。

例えば、トレンチキャパシタの形成時には、シリコン基板表面にホットウォール型ＣＶＤ装置等でシリコン窒化膜、及びシリコン酸化膜を順次形成する。次いで、シリコン酸化膜上にレジスト膜の塗布・露光・現像を行い、レジストパターンを形成する。しかし、基板周縁部では本来レジスト膜が残らない箇所にもレジスト膜が残る場合がある。この状態でレジストパターンをマスクとして、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン基板を順次エッチングして、キャパシタとなるトレンチを形成する。このとき、基板周縁部に残ったレジスト膜がマスクとなり、剣山状の突起が基板周縁部に生じる。ウェハエッジ部でプラズマが十分に到達せずにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜のＲＩＥエッチングが不十分となり、残ったシリコン酸化膜、シリコン窒化膜がマスクとなった場合にも、このような剣山状の突起が生じる。

このように、基板周縁部には剣山状の突起ができると、次のリソグラフィー工程でレジスト膜を塗布形成すると、剣山状の突起と突起の間の溝にレジスト膜が入り込み、除去できなくなる。この状態で基板を搬送すると、基板周縁部の突起に入り込んだレジスト膜がパーティクルとなり、塗布現像装置内の搬送部を汚染する。また、この状態で次にエッチング工程等を行うと、基板周縁部のレジスト膜によって、エッチング装置の搬送部等も汚染する等の問題があった。

次に図９を参照しつつ、本発明の第２の実施形態のプロセスについて詳述する。第１の実施形態同様に、半導体基板上に膜厚８０ｎｍの反射防止膜を形成する（ＳＴ９０１）。反射防止膜上に酸発生材を含むＡｒＦ化学増幅型レジスト膜を膜厚１７０ｎｍで形成する（ＳＴ９０２）。図示は省略するが、化学増幅型レジストは以下のよく知られた手順で形成される。

まず、被処理基板をスピンチャックに受け渡され、所定位置で保持する。次にスピンチャックに保持された被処理基板に塗布液吐出ノズルから所定量の塗布液を吐出して、この塗布液を被処理基板上に広げて、塗布膜を形成する（図３参照）。そして、被処理基板１０を所定時間回転させ、所望膜厚になるように調節される。

次に、図７と同様にして、裏面洗浄ノズル４４から被処理基板１０の裏面に洗浄液、例えばシクロヘキサノンが供給される。この洗浄液の供給によって被処理基板１０の裏面に付着した化学増幅型レジスト液が洗浄される。なお、この際、基板周縁部に対して、細い洗浄を行なう洗浄液としてのシンナーが噴出され、基板周縁部のレジスト膜をカットするエッジカット処理を行われる。その後、シンナーの供給が停止され、被処理基板１０の裏面に付着したシンナーが振り切られ、シンナーで濡れた被処理基板１０が乾燥される。しかし、先のエッチング工程で基板周縁部に生じた突起と突起の間に入り込んだレジスト膜はシンナーで洗浄しても完全には除去しきれない。

そのため、一連の塗布工程が終了した後、第１の実施形態の図６と同様に、被処理基板１０を回転させながら、レジスト塗布処理ユニット内に設置されたカメラ３７によって基板周縁部を観察する（ＳＴ９0３）。そして、回転していた基板１０が再び観察開始点に戻ってきた時点で基板１０の回転は停止し、基板周縁部の観察も終了する。基板周縁部観察手段であるカメラ３７で観察したデータは随時、基板周縁部判定機構３８に転送される。

基板周縁部判定機構３８では観察されたデータから、基板周縁部で突起と突起の間に入り込んだレジスト膜の残渣の有無を判断する（ＳＴ９０４）。レジスト膜の残渣が確認された場合には、残渣の洗浄処理を実施するように指令を出すことができる。また、全く残渣がない場合においては、周縁部の洗浄処理を行わないように指示を出すことができ、被処理基板を塗布現像装置内から搬出するように指令を出すことができる。

次いで、基板周縁部の洗浄処理を実施する。基板周縁部の洗浄方法としては、図８で示すような形態が望ましい。基板周縁部洗浄処理装置５０では基板１０がカップの直上位置まで搬送されてくると、まず、ピンが上昇して基板を受け取った後、基板１０はスピンチャック３１上に載置されて真空吸着される。次に、昇降駆動部５５により洗浄液保持天板５１を下降させて洗浄液保持底板５３上部に接触させる。この状態で洗浄液保持天板５１及び洗浄液保持底板５３によりリング状で基板端部を囲むように凹部が形成される。そして、凹部は基板１０の周縁部全体を覆うように配置されており、この状態で基板１０を回転させる。

続いて、洗浄液３３は吐出口４３から凹部に向かって吐出される。そして、凹部内に一定量以上の洗浄液３３が満たされると、基板１０の周縁部は洗浄液３３に浸漬した状態になり、洗浄処理が行われる。

洗浄処理を所定時間行った後、現像液３３は排出口５４から排出される。次に、洗浄液保持天板５１を上昇させると、凹部は洗浄液保持天板５１と洗浄液保持底板５３に分割され、基板１０の周縁部にわずかに残った洗浄液３３も遠心力により側方へ排出され、洗浄処理を終了する。

このような実施形態でも、基板周縁部に供給された洗浄液が、基板中央部に向けて流れることを防止しつつ、基板周縁部の傷の中に入り込んだ化学増幅型レジスト膜を除去すべき領域にむらなく洗浄液を供給することができ、この領域に含まれる化学増幅型レジスト膜を取り除くことができる。

次に、基板１０をスキャン露光装置にて半導体素子パターンをレジスト膜に転写し、潜像を形成した後、加熱処理、及び現像処理を行う（ＳＴ９０５〜ＳＴ９０７）。

このように塗布現像処理を実施することで、塗布現像装置や次の工程で使用するエッチング装置の搬送部等を汚染することが防止できる。

また、本実施形態では、ひとつの基板周縁部洗浄処理装置にて、基板の裏面側の傷に入り込んだ有機膜と、基板表面側の周縁部及び端部側の傷に入り込んだ有機膜とを、同時に除去するものであったが、実施形態はこれに限らない。基板表面側の周縁部及び端部側、または裏面側のどちらか一方を先に洗浄した後に、もう一方の洗浄をしてもよい。また、基板表面側の周縁部及び端部側の洗浄と裏面側の洗浄とで、実施する処理装置を変えてもよく、本実施形態に示した効果と同等のものが得られるものであれば、どのような装置を用いても構わない。

なお、基板周縁部洗浄処理ノズルから基板に供給される洗浄液としては、シクロヘキサノンの他にも、ガンマブチルラクトン、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）、ＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノメチルエーテル）、アルコール等の有機溶媒を例示することができる。しかし、有機溶媒はこれに限らず、化学増幅レジスト膜を溶解させ、洗浄除去できるものであればどのような有機溶媒を用いても構わない。

以上、本発明を実施形態を通じて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態では、微細パターン形成材料を例にとり説明したが、例えばレジスト薬液等についても適用可能である。

さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々な発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

第１の実施形態に係る半導体素子の製造工程を示すフローチャート。 第１の実施形態で使用される第１の実施形態記載の液浸露光装置の概略構成を示す図。 第１の実施形態における現像液供給方法を説明する概略の断面図及び上面図。 現像液可溶型保護膜上に現像液が盛られた時の模式的な断面図。 現像処理後のレジストパターンを表した模式的な断面図。 第１の実施形態記載の基板周縁部観察・判断機構の概略構成を示す側面図。 第１の実施形態記載の基板周縁部洗浄処理方法を示す模式的側面図。 第１の実施形態記載の基板周縁部洗浄処理方法を示す模式的断面図。 第２の実施形態記載の半導体素子の製造工程を示すフローチャート。

符号の説明

１０…半導体ウェハ（基板）
２１…レチクルステージ
２２…レチクル
２３…投影レンズ系
２４…ウェハステージ
２５…フェンス
２６…水供給・排出器
２７…サポート板
３１…スピンチャック
３２…ノズル
３３…現像液（洗浄液）
３４…保護膜
３５…レジスト
３５´…レジストパターン
３６…反射防止膜
３７…カメラ
３８…基板周縁部判定機構
４０…基板周縁部洗浄装置
４３…基板周縁部洗浄ノズル
４４…基板裏面洗浄ノズル
５０…基板周縁部洗浄装置
５１…洗浄液保持天板
５３…洗浄液保持底板
５４…排出口
５５…昇降駆動部
５６…周縁部洗浄ノズル

Claims (5)

1. 被処理基板上に被加工膜を形成する工程と、
   前記被加工膜の所定の位置にエネルギー線を照射し、前記被加工膜に潜像を形成する工程と、
   前記被加工膜に前記潜像が形成された前記被処理基板を加熱処理する工程と、
   加熱処理後の前記被加工膜に対して現像処理する工程と、
   前記被処理基板周縁部での残渣の有無を検査し、前記被処理基板の合否を判定する工程と、
   前記合否を判定する工程で不合格と判定された前記被処理基板に対し、前記被処理基板の端部の洗浄処理をすることにより、前記被処理基板周縁部の残渣を除去する工程と、
   を備えることを特徴とする基板周縁処理方法。
2. 前記被処理基板周縁部の残渣の有無を検査し、合否を判定する工程は、前記現像処理後に行われることを特徴とする請求項１記載の基板周縁処理方法。
3. 前記被処理基板周縁部の残渣の有無を検査し、合否を判定する工程は、前記被加工膜形成する工程後に行われることを特徴とする請求項１記載の基板周縁処理方法。
4. 前記被処理基板の端部の洗浄処理をする工程は、
   前記被処理基板の裏面を吸着して、前記被処理基板を保持しつつ回転させる工程と、
   前記被処理基板の表面及び裏面の周縁部に洗浄液を供給する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の基板周縁処理方法。
5. 前記被処理基板の端部の洗浄処理をする工程は、
   前記被処理基板の裏面をチャックに吸着し、前記被処理基板を前記チャックで保持しつつ回転させる工程と、
   前記被処理基板の表面及び裏面の周縁部に洗浄液を供給する工程と、
   前記被処理基板主面上に純水を供給する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の基板周縁処理方法。

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