JP2009130031A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
現像処理した後ウエハ周辺部を、現像液やイソプロピルアルコールのようなアルコール類の溶剤でリンスしても、ウエハ周辺部に異物が付着している。
【解決手段】
半導体装置の製造方法は、被加工層を有する半導体ウエハの表面上方に、周辺部を除いて、レジスト膜を塗布し、塗布したレジスト膜にパターンを露光し、潜像を形成し、潜像を形成したレジスト膜を現像し、現像後の半導体ウエハの周辺部にシンナを供給し、クリーニングした後、現像したレジスト膜を用いて半導体ウエハの被加工層に加工処理を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にパターン化したレジスト膜をマスクとして用いて加工を行う工程を含む半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造において、位置を選択して加工を行う場合、レジストは重要な役割を有する。例えば、エッチング工程においては、被加工膜のエッチングする領域を露出する開口を有するレジスト膜を形成する。イオン注入工程においては、イオン注入を行なわない領域をレジスト膜で覆う。レジスト膜のマスクを何枚用いるかが、半導体装置の製造におけるコスト、歩留まりに大きな影響を与える。

レジスト膜は、通常、スピナを用いて半導体ウエハ表面上に塗布される。半導体ウエハ中心部に供給されたレジスト溶液は、遠心力で半径方向外側に広がり、ウエハ縁部に達する。半導体ウエハに多数のチップを作成する場合、チップを完全な形状で配置できないウエハ周辺部は、通常半導体装置としては利用されない領域となる。スピナで塗布するレジスト膜は、レジスト膜が不要なウエハ周辺部や縁部にも形成されてしまう。例えば、ウエハ縁部にレジスト膜が存在すると、ウエハカセットやウエハホルダの部材と接触し、ゴミやパーティクルを発生する原因になる。そこで、ウエハ周辺部からはレジスト膜を除去することが行われている。

特開平６−３２６０１４号は、半導体ウエハの中央部上方にレジスト溶液のような塗布液を吐出する塗布液吐出手段、半導体ウエハ周辺部上方に塗布液を溶解する溶媒を吐出する溶媒吐出手段を有するスピン塗布装置を提案している。レジスト膜塗布と、周辺部のレジスト膜除去とを、同一装置内で行える。レジスト膜以外のスピン塗布膜にも適用できる。

半導体ウエハ上に塗布されたレジスト溶液膜は、溶媒蒸発等のため加熱（プリベーク）され、その後露光装置で露光され、潜像を形成する。潜像を形成したレジスト膜は、加熱処理（ポストベーク）され、現像液で現像されて、パターン化される。

レジストには、露光部分が現像液に溶解するポジレジストと、非露光部分が現像液に溶解するネガレジストとがある。現像処理にも回転式現像装置が用いられるようになってきた。現像によって除去されたレジスト材料もゴミやパーティクルの原因となり得る。

特開平７−１８３２０８号は、現像工程において、半導体ウエハ周辺部や縁部に残存付着したレジスト皮膜を溶解除去するため、ウエハ裏面に現像液を供給することを提案する。

特開平１０−１９９７９１号は、通常の現像処理である第１回の現像処理を行なった後、半導体ウエハ周辺部に残存付着するレジストパターン溶解物を除去するための第２回の現像処理を行なうことを提案する。

レジストパターンを形成した後、何らかの欠陥が生じ、レジスト膜を除去することがある。リワークと呼ばれる。レジスト膜と被加工膜とを除去する場合と、レジスト膜のみを除去する場合と、がある。

特開平１０−１０４８４７号と特開平１１−１０９６５４号は、レジスト膜塗布、ソフトベーク後、露光現像前に、半導体ウエハ周辺部や裏面に付着した不要レジストを除去するため、又はエッチング工程後発生した失敗をリワークするため、レジストパターンを完全に除去するため、特定組成のシンナを用いることを提案する。

特開平６−３２６０１４号公報 特開平７−１８３２０８号公報 特開平１０−１９９７９１号公報 特開平１０−１０４８４７号公報 特開平１１−１０９６５４号公報

本発明者は、液侵式ＡｒＦ露光装置を用いてポジレジスト膜の露光処理を行ない、現像処理した後ウエハ周辺部を、現像液やイソプロピルアルコールのようなアルコール類の溶剤でリンスしても、ウエハ周辺部に異物が付着していることを見出した。このような異物は歩留まりを低下させる原因となる。

本発明の１観点によれば、
（ａ）被加工層を有する半導体ウエハの表面上方に、周辺部を除いて、レジスト膜を塗布する工程と、
（ｂ）塗布した前記レジスト膜にパターンを露光し、潜像を形成する工程と、
（ｃ）前記潜像を形成した前記レジスト膜を現像する工程と、
（ｄ）現像後の前記半導体ウエハの周辺部にシンナを供給し、クリーニングする工程と、
（ｅ）現像した前記レジスト膜を用いて前記半導体ウエハの被加工層に加工処理を行なう工程と、
を含む半導体装置の製造方法
が提供される。

現像後、シンナを用いてウエハ周辺部を燐すすることにより、ウエハ周辺部に付着する異物が抑制された。

反射防止膜、レジスト膜、トップコート膜の各膜塗布後、通常ウエハ表面及び裏面に溶媒処理が行なわれる。従って、膜を形成した半導体ウエハの周辺部は清浄な状態に保たれる。ところが、現像処理後のウエハ周辺部には、しばしば異物が付着していることが判った。

本発明者は、現像処理後のウエハ上に残存する異物の原因を考察した。

例えば、ポジレジストのフォトレジストは主鎖となる樹脂に保護基が付いている。露光処理により光が当たった箇所は、露光後の熱処理により保護基が主鎖から外れる。ここで現像処理すると、現像液に主鎖が溶け出す。光が当たっていない箇所は、保護基が残っているので、現像液に溶け出さずフォトレジストが残り、パターンが形成される。

完全に光が当たったフォトレジストは完全に現像液に溶ける。完全に光が当たらなかったフォトレジストは現像液に溶けず、残る。ところが、中途半端に光が当たると、中途半端に現像液にとけ、中途半端に残渣となることが予想される。このような中途半端に光の当たったフォトレジストは、現像液に完全には溶けず、残渣になりうる。

アルコールは高分子を溶解することができないため、このような残渣をイソプロピルアルコールのようなアルコール類で除去することはできないであろう。

現像液の濃度を高くしても、フォトレジストがその現像液で溶ける程度まで露光されていないと、現像液で残渣を除去することはできないであろう。

そこで、現像処理後、露光程度によらずフォトレジストに対する溶解度が高いシンナでウエハ周辺部を洗浄（リンス、クリーニング）することを考えた。シンナは現像処理後に残ったフォトレジストも除去できる。シンナの洗浄により、フォトレジスト由来の異物は完全に除去できるであろう。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例による半導体装置の製造方法の主要工程を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、被加工膜を形成したシリコンウエハを準備する。被加工膜は、例えばゲート電極形成用の多結晶またはアモルファスのシリコン膜である。

図４Ａは、シリコンウエハの構造例を示す。シリコンウエハ１にトレンチ（溝）Ｔを形成し、酸化シリコン等の絶縁膜を充填し、不要部を除去してシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）による素子分離領域ＳＴＩを形成する。選択的イオン注入を行なってｎ型ウェルＮＷ，ｐ型ウェルＰＷを形成する。素子分離領域ＳＴＩによって画定された活性領域表面に熱酸化、窒素導入等によりゲート絶縁膜Ｇｉｎｓを形成する。ゲート絶縁膜Ｇｉｎｓを覆って、半導体ウエハ上に多結晶シリコン膜５をＣＶＤで堆積する。

なお、試験用サンプルを作成する例においては、シリコンウエハ上にゲート酸化膜及び多結晶シリコン膜、酸化膜と成膜した基板を用いた。

ステップＳ２において、被加工膜を有するウエハと塗布膜との密着性を向上させるために、ウエハ上に密着性向上膜を塗布する。例においては、半導体ウエハをＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理して密着性向上膜を塗布する。ＨＭＤＳ処理は、ウエハをＨＭＤＳ雰囲気中で、９０℃、６０秒の熱処理をすることで行なった。

ステップＳ３において、密着性向上膜の上に反射防止膜を回転塗布する。例においてはＡＺ電子材料株式会社のＡｒＦ−１Ｃ５Ｄを用いた。塗布条件は、以下の通りである。ウエハ上に１ｃｃの反射防止膜材料液を滴下し、その後３０００ｒｐｍで回転させる。これによって、ウエハ上に８０ｎｍの膜厚で反射防止膜が塗布される。

なお、反射防止膜としては、アントラセン等の芳香族側鎖を有するアクリル系樹脂や、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン等を含む芳香族系樹脂、ビニルスチレン系樹脂、ノボラック系樹脂、ビスフェノール含有系樹脂、あるいは、アクリル系と芳香族系の共重合系等の有機系材料や、シリコン含有系（ポリシラン系、あるいはポリシロキサン系）の無機系材料を用いることもできる。

ステップＳ４において、反射防止膜の熱処理を行なう。例においては、１９０℃で６０秒間の熱処理を行なう。

ステップＳ５において、ウエハ周辺部の反射防止膜をクリーニングするため、溶媒処理を行なう。例においては、溶媒はＺＳ−５０というシンナを用いる。１分間に２０ｃｃのシンナを吐出させて、３０００ｒｐｍの回転数でウエハを回転させる。吐出させる時のシンナノズルの角度は上方から４５度斜め下に向ける。その際、ウエハエッジから２ｍｍの位置からウエハ外周に向かってノズルをスキャンさせる。

ステップＳ６において、反射防止膜上に、感光性樹脂のフォトレジスト膜を回転塗布する。例においては、東京応化工業株式会社製のＴａｒＦ−Ｐ６１１１を用いた。塗布条件は、以下の通りである。ウエハ上に１ｃｃのレジスト材料を滴下し、３０００ｒｐｍの回転数でウエハを回転させる。このことにより、ウエハ上に２００ｎｍの膜厚でレジスト膜が成膜される。

感光性樹脂としては、アダマンチル基を側鎖に有するアクリル系樹脂、ＣＯＭＡ（サイクロオレフィンマレイックアンハイドライド）系樹脂、ハイブリッド系（脂環族アクリル系−ＣＯＭＡ系共重合体）樹脂、シクロオレフィン系樹脂等を用いることもできる。

ステップＳ７において、熱処理を行なう。例においては、熱処理は１１０℃、６０秒で行なう。

ステップＳ８において、ウエハ周辺部のフォトレジスト膜をクリーニングするため、溶媒処理を行なう。例においては、溶媒はＺＳ−５０というシンナを用いる。１分間に２０ｃｃのシンナを吐出させて、３０００ｒｐｍでウエハを回転させる。吐出させる時のシンナノズルの角度は上方から４５度斜め下に向ける。その際、ウエハエッジから１．５ｍｍの位置からウエハ外周に向かってノズルをスキャンさせる。

ステップＳ９において、フォトレジスト膜の上に、保護膜であるトップコート膜を塗布する。例においては、ＪＳＲ株式会社製ＮＦＣ−ＴＣＸ０４１を用いた。塗布条件は、以下の通りである。ウエハ上に５ｃｃのトップコート材料を滴下させ、３０００ｒｐｍの回転数でウエハを回転させる。このことにより、ウエハ上に５０ｎｍの膜厚でトップコート膜が成膜される。

トップコート膜としては、下層のＡｒＦレジスト膜と容易にミキシングせず、ＡｒＦ光に対して透明性が高く、疎水性が液浸法に適用可能な材料を用いることができる。例えば、フッ素含有系樹脂、炭化水素系樹脂を用いることができる。フッ素含有系樹脂としては、アクリル樹脂の側鎖にフッ素含有貴を有するものや、ポリノルボルネン樹脂に代表されるポリシクロオレフィン系樹脂の側鎖にフッ素含有官能基を導入したものや、樹脂その物をフッ素修飾したものがある。炭化水素系樹脂としては、ポリシクロオレフィン系樹脂や、ポリオレフィン系樹脂が好適である。

ステップＳ１０において、トップコート膜に対する熱処理を行なう。例においては、熱処理は、９０℃、６０秒で行なう。

ステップＳ１１において、ウエハ周辺部のトップコート膜をクリーニングするため、溶媒処理を行なう。例においては、溶媒はＺＳ−５０というシンナを用いる。１分間に１５０ｃｃのシンナを吐出させて、３０００ｒｐｍでウエハを回転させる。吐出させる時のシンナノズルの角度はウエハ下方から４５度斜め上に向ける。

図４Ｂは、半導体ウエハ上に、３層構造のレジスト構造を形成した状態を示す。多結晶シリコン膜５上に、密着性向上膜ＡＤが形成され、その上に反射防止膜６、ポジレジスト膜７、トップコート膜８が形成されている。

ステップＳ１２において、このようにしてフォトレジスト膜を形成した半導体ウエハに対して、ＡｒＦ液浸露光装置によって露光処理を行う。露光量２０ｍＪで露光される。

ステップＳ１３において、露光処理された半導体ウエハに対して、フォトレジスト膜の熱処理を行なう。例においては、熱処理は１３０℃、６０秒で行なう。

ステップＳ１４において、回転式現像装置を用いて、現像処理を行なう。例においては、現像液として、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ ２．３８％）を用いる。ウエハを静止させた状態で現像液をウエハ上に滴下し、３０秒静止させる。その後ウエハを回転させながら純水で置換洗浄させる。１分間に１０００ｃｃの純水を供給する。その後純水の供給を止め、４０００ｒｐｍの回転数で振り切り乾燥させる。

現像処理において、トップコート膜が溶解洗浄され、露出したフォトレジスト膜の不要部が溶解する。溶解した膜由来材料は現像液と共に除去される。反射防止膜が、フォトレジストと類似する材料の有機膜の場合は、フォトレジスト膜の開口に露出された反射防止膜も除去される。

図４Ｃは現像後の、半導体ウエハの状態を概略的に示す。トップコート膜８は溶解除去され、レジスト膜７、反射防止膜６がパターニングされている。

図２Ａは、例における、現像処理後の半導体ウエハ周辺部の光学顕微鏡写真を示す。半導体ウエハ周辺部に丸く見えるパーティクルが付着しているのが判る。このようなパーティクルは、その後の工程に置いて、加工精度低下や、パーティクル発生の原因となり、歩留まりを低下させることが予想される。

ステップＳ１５において、現像処理後、加工（エッチング）前に、半導体ウエハ周辺部クリーニング用のシンナ処理を行なう。例においては、日本ゼオン株式会社製のシンナＺＳ−５０を用いた。シンナ処理の条件は、以下の通りである。溶媒はＺＳ−５０というシンナを用いる。ウエハ上方から１分間に２０ｃｃのシンナを吐出させて、３０００ｒｐｍでウエハを回転させる。吐出させる時のシンナノズルの角度は上方から４５度斜め下に向ける。その際に、ウエハエッジから１．５ｍｍの位置からウエハ外周に向かってノズルをスキャンさせる。同時に、ウエハ下方から斜め４５度上に向け、１分間に１５０ｃｃのシンナを吐出させる。

シンナとしては、レジスト樹脂、反射防止膜、トップコート膜を良く溶かすエステル系、エーテル系、ラクトン系、ケトン系等の単独の溶剤、又は混合溶剤を用いることができる。例えば、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、γ−ブチロラクトン、２−ヘクタノン、３−メトキシブチルアセテート、乳酸エチル、メチルアミルケトン、２−ヒドロキシプロパン酸エチル、アニソールなどを用いることができる。

図３Ａは、例において行なったシンナ処理を概略的に示す。半導体ウエハ１の上方及び下方において、シンナ噴射方向がウエハの半径方向外側になるようにウエハ法線方向から傾けたノズル２，３からシンナを噴射した。ウエハ周辺部には、フォトレジスト（反射防止膜、レジスト膜、トップコート膜をまとめてフォトレジストと呼ぶ）由来の異物４が付着していることが予想される。シンナはこのような異物に対する洗浄力が高い。

一般的には、シンナ処理の条件は、半導体ウエハを保持するスピナの回転数は５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ、ノズルのウエハ法線方向からの角度３０度〜６０度、ノズル先端とウエハの距離１ｍｍ〜３０ｍｍ、シンナ流量１０ｃｃ／ｍｉｎ、ノズル径０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ、振り切り乾燥時回転数１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍ、熱処理７０℃〜２００℃である。

図２Ｂは、例における、シンナを用いたクリーニング処理後の半導体ウエハ周辺部の光学顕微鏡写真を示す。パーティクルは見られず、清浄な表面が得られている。シンナ処理前の図２Ａと較べると、シンナ処理により、異物が著しく除去されている。

ステップＳ１６において、必要に応じて、純水洗浄や界面活性剤入りの純水洗浄を行なう。洗浄後、回転乾燥を行う。

ステップＳ１７において、パターニングしたレジスト膜をマスクとして用いた加工を行う。例えばゲート電極のパターニングが行われる。その後公知のプロセスにより、半導体装置が形成される。

図５に示すように、ｐ型ウェルＰＷにはｎ型ポリシリコンゲート電極５ｎ、ｎ型エクステンション領域１６ｎ、ｎ型ウェルＮＷにはｐ型ポリシリコンゲート電極５ｐ、ｐ型エクステンション領域１６ｐが形成される。ゲート電極側壁上に酸化シリコン膜などでサイドウォールスペーサＳＷを形成した後、ｐ型ウェルにはｎ型ソース／ドレイン領域１８ｎが形成され、ｎチャネルＩＧ−ＦＥＴ２０ｎが形成される。ｎ型ウェルにはｐ型ソース／ドレイン領域１８ｐが形成され、ｐチャネルＩＧ−ＦＥＴ２０ｐが形成される。なお、ポリシリコンゲート電極５、ソース／ドレイン領域１８の上にはシリサイド層１９が形成される。参照符号の後のｐ、ｎは導電型を示す。ｐチャネルＩＧ−ＦＥＴ２０ｐは、ｎチャネルＩＧ−ＦＥＴの各半導体領域の導電型を反転した構成を有する。

ゲート電極を覆って、層間絶縁膜２１が形成され、層間絶縁膜中に多層配線２４が形成される。各配線２４は、バリアメタル層２２と銅等の主配線層２３を用いて構成される。

なお、上記実施例においては、半導体ウエハの上方及び下方から同時にシンナ供給を行った。シンナ処理はこれに限らない。条件によっては、図３Ｂで示すように上方のノズルからのシンナ洗浄を行ない、次に図３Ｃで示すように下方のノズルからのシンナ洗浄を行なうこと、又はその順序を逆にすること、又はどちらか一方のみのシンナ洗浄を行なうことも可能である。その他、ノズルの構造、数など種々変更可能である。

以上実施例に沿って、本発明を説明したが、本発明はこれらに限られない。例えば、種々の変形、置換、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、実施例による半導体装置の製造方法の主要工程を示すフローチャートである。 図２Ａ，２Ｂは、現像処理後シンナ洗浄前、及びシンナ洗浄後の半導体ウエハ周辺部の光学顕微鏡写真である。 図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、シンナ洗浄工程を示す半導体ウエハの側面図である。 図４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、半導体装置製造方法の中間状態を示す、半導体ウエハの断面図である。 半導体装置の構造を概略的に示す半導体基板の断面図である。

符号の説明

１ シリコンウエハ、
２、３ ノズル、
５ （多結晶）シリコン膜、
６ 反射防止膜、
７ レジスト膜、
８ トップコート膜、
Ｔ トレンチ（溝）、
ＳＴＩ （シャロートレンチアイソレーションによる）素子分離領域、
Ｇｉｎｓ ゲート絶縁膜、
ＮＷ ｎ型ウェル、
ＰＷ ｐ型ウェル、

Claims (10)

1. （ａ）被加工層を有する半導体ウエハの表面上方に、周辺部を除いて、レジスト膜を塗布する工程と、
   （ｂ）塗布した前記レジスト膜にパターンを露光し、潜像を形成する工程と、
   （ｃ）前記潜像を形成した前記レジスト膜を現像する工程と、
   （ｄ）現像後の前記半導体ウエハの周辺部にシンナを供給し、クリーニングする工程と、
   （ｅ）現像した前記レジスト膜を用いて前記半導体ウエハの被加工層に加工処理を行なう工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。
2. 前記工程（ａ）が、
   （ａ−１）半導体ウエハを回転させ、レジスト膜を回転塗布する工程と、
   （ａ−２）回転する前記半導体ウエハの周辺部のレジスト膜を溶媒で除去する工程と、
   を含む
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記工程（ａ−１）が、被加工層上に反射防止膜を塗布する工程と、反射防止膜上にレジスト膜を塗布する工程と、レジスト膜上にトップコート膜を塗布する工程とを含み、
   前記工程（ｂ）が液浸露光系を用い、
   前記工程（ｃ）が前記トップコート膜を溶解し、前記レジスト膜を現像する、
   請求項２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記レジスト膜が、アダマンチル基を側鎖に有するアクリル系樹脂、ＣＯＭＡ系樹脂、脂環族アクリル系−ＣＯＭＡ系共重合体樹脂、シクロオレフィン系樹脂のいずれかであり、
   前記トップコート膜が、フッ素含有系樹脂、または炭化水素系樹脂である、
   請求項３記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記工程（ｄ）が、前記半導体ウエハ周辺部の上下に配置されたノズルから同時にシンナを噴射することを含む請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記工程（ｄ）が、前記半導体ウエハ周辺部の上または下に配置されたノズルからシンナを噴射することを含む請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記ノズルは前記半導体ウエハの半径方向外側に向けられている請求項５または６記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記ノズルは、前記半導体ウエハの法線方向から３０度〜６０度傾けられている請求項７記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記シンナは、エステル系、エーテル系、ラクトン系、ケトン系の少なくとも１種の材料を含む請求項１〜８のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記工程（ａ）の前に、
    （ｘ）前記被加工層上に密着性工場膜を塗布する工程、
    を含む請求項１〜９のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。