JP2011060923A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸露光後、現像処理前において、基板の最上層の膜の表面、例えばレジスト膜の表面に吸着した異物を十分に除去できるようにする。
【解決手段】まず、基板にレジスト膜を形成する（ステップＳ２０）。その後、レジスト膜を液浸露光する（ステップＳ４０）。その後、基板を傾けて回転させながら、基板に洗浄液を、基板の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給する（ステップＳ５０）。その後、レジスト膜を現像する（ステップＳ７０）。この方法によれば洗浄液を、基板の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給することができる。このため、基板の最上層の膜に異物が吸着していた場合、この異物に対して洗浄液は、斜め方向又は水平方向にあたる。このため、異物は基板の最上層の膜表面から浮き上がりやすくなり、除去されやすくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液浸露光工程を有する半導体装置の製造方法及び露光工程に用いる半導体製造装置に関する。

回路パターンの微細化が進んでいるため、ＡｒＦレーザを用いた露光技術をそのまま用いることができなくなっている。そこで、液浸露光が用いられるようになっている。液浸露光は、投影レンズと基板間の空間を液体（例えば水）で満たすことにより、投影レンズと基板間の空間の屈折率を変え、波長を実質的に短波長化する技術である。例えばＡｒＦレーザの波長は１９３ｎｍであるが、純水を用いた液浸露光では、実質的な波長を１３４ｎｍまで短波長化することができる。

液浸露光では、基板が液体と直接接するため、レジスト膜が汚染されたりレジスト膜に欠陥が生じたりする可能性が出てくる。そこで液浸露光では、露光前にレジスト膜上に液浸露光用保護膜（トップコート膜）を形成することが多い。

なお、特許文献１には、液浸露光において、露光後の基板を第１の搬送機構により基板洗浄ユニットに搬送し、基板洗浄ユニットにより洗浄された後の基板を第２の搬送機構により搬送することが記載されている。これにより、洗浄後の基板に新たなパーティクルが付着することが抑制できる、と記載されている。

また特許文献２には、液浸露光処理後に基板を洗浄するときに用いられるリンス液として、液浸露光時に用いられる液体より基板に対する接触角が小さくなる液体を用いることが記載されている。

また特許文献３には、液浸露光後の洗浄ではないが、基板を垂直に立設した状態で収容できる箱型の処理槽を用いて、基板を垂直に保持して洗浄することが記載されている。

特開２００６−２２２１５８号公報 特開２００７−２０８０２１号公報 特開２００６−１８６３１０号公報

液浸露光において液浸露光用保護膜を用いると、その分コストが増加し、かつ半導体装置の製造に必要な時間も長くなる。このため、液浸露光用保護膜を用いずに液浸露光を行うことが検討されている。しかし液浸露光用保護膜を用いないと、レジスト膜の表面に異物が吸着し、これによって現像後のパターンに欠陥が生じる可能性が出てくる。このため、液浸露光後、現像処理前において、基板の最上層の膜の表面、例えばレジスト膜の表面に吸着した異物を十分に除去する技術を開発する必要がある。

本発明によれば、基板にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を液浸露光する工程と、
前記基板を傾けて回転させながら、前記基板に洗浄液を、前記基板の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給する工程と、
前記レジスト膜を現像する工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、レジスト膜を液浸露光した後、レジスト膜を現像する前に、基板を洗浄している。このとき、基板を傾けているため、洗浄液を、基板の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給することができる。このため、基板の最上層の膜に異物が吸着していた場合、この異物に対して洗浄液は、斜め方向又は水平方向にあたる。このため、異物は基板の最上層の膜表面から浮き上がりやすくなり、除去されやすくなる。従って、基板の最上層の膜の表面に吸着した異物を十分に除去することができる。

本発明によれば、露光されていて現像されていないレジスト膜を有する基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部を回転させる回転部と、
前記基板に洗浄液を供給する第１ノズルと、
前記基板保持部に保持されている前記基板の傾きを変える傾斜部と、
前記第１ノズルからの洗浄液の供給、前記回転部、及び前記傾斜部を制御することにより、前記基板を傾けて回転させながら、前記洗浄液を、前記基板の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給する制御部と、
を備える半導体製造装置が提供される。

本発明によれば、基板の最上層の膜の表面に吸着した異物を十分に除去することができる。

第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 図１に示した半導体装置の製造方法に用いる半導体製造装置の構成を示す図である。 図１のステップＳ５０を説明するための図である。 図３の要部を拡大した図である。 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 図５のステップＳ５５を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。この半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。まず、基板１０にレジスト膜３０を形成する（ステップＳ２０）。その後、レジスト膜３０を液浸露光する（ステップＳ４０）。その後、基板１０を傾けて回転させながら、基板１０に洗浄液を、基板１０の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給する（ステップＳ５０）。その後、レジスト膜３０を現像する（ステップＳ７０）。以下、図２を用いてこの半導体装置の製造方法に用いる半導体製造装置について説明を行なった後、図１に示した半導体装置の製造方法について詳細に説明する。

図２は、図１に示した半導体装置の製造方法に用いる半導体製造装置の構成を示す図である。この半導体製造装置は、基板保持部１００、回転部１１２、傾斜部１１４、第１ノズル１２０、及び制御部２００を備える。基板保持部１００は、例えばウェハチャックを有しており、基板１０を吸着して保持する。また基板保持部１００は、回転軸１１０を有している。

基板１０は、基板保持部１００に保持される段階では、レジスト膜３０を有している。レジスト膜３０は、露光されているが現像されていない。基板１０とレジスト膜３０の間には、ＢＡＲＣ（Bottom Anti−Reflection Coating）膜２０が形成されている。本実施形態において、レジスト膜３０は高撥水性であり、液浸液としての水に対する表面接触角が高く、９０°近くになる。このため、レジスト膜３０の表面には、異物５０が付着することがある。異物５０は、レジスト膜３０と同じ極性（すなわち親水性か親油性か）を有する場合が多い。異物５０は、例えばＣ、Ｏ、Ｆを含む有機系の物質である。

回転部１１２は、基板保持部１００を回転させる。本図に示す例において回転部１１２は、回転軸１１０に動力を伝達することにより、基板保持部１００を回転させる。回転部１１２は、動力源としてのモータと、このモータの動力を回転軸１１０に伝達する動力伝達機構を有する。

傾斜部１１４は、基板保持部１００の傾きを変える。本図に示す例において傾斜部１１４は、基板保持部１００、回転軸１１０、及び回転部１１２をまとめて動かし、これらの角度を変えることにより、基板１０の傾きを変える。なお、回転部１１２のうち傾斜部１１４によって動かされる部分には、モータが含まれなくても良い。傾斜部１１４の構成は本図に示す例に限定されず、基板保持部１００の傾きを変えて基板保持部１００を回転させることができる構成であれば良い。

第１ノズル１２０は、基板１０に洗浄液を供給する。洗浄液は、界面活性剤又はアルコールを含有するのが好ましい。界面活性剤は、一つの分子内に親油基と親水基を持っており、かつ親水基にカルボン酸、スルホン酸、りん酸などを含むのが好ましい。なお第１ノズル１２０の位置、及び第１ノズル１２０からの洗浄液の供給は、制御部２００によって制御される。

制御部２００は、第１ノズル１２０からの洗浄液の供給、回転部１１２、及び傾斜部１１４を制御することにより、基板１０を傾けて回転させながら、洗浄液を、基板１０の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給する。

また半導体製造装置は、さらに第２ノズル１３０を備える。第２ノズル１３０は、基板１０に純水を供給する。第２ノズル１３０の位置、及び第２ノズル１３０からの純水の供給は、制御部２００によって制御される。そして制御部２００は、基板１０に洗浄液を供給した後、第２ノズル１３０からの純水の供給、回転部１１２、及び傾斜部１１４を制御することにより、基板１０を水平にして回転させながら純水を基板１０に供給する。

またこの半導体製造装置は、第３ノズル１４０を備える。第３ノズル１４０は、基板１０の裏面のエッジ部分に洗浄液を吐出する。これにより、基板１０の表面側に位置していた異物５０が裏面側のエッジ部分に回りこむことが抑制される。なお第３ノズル１４０の位置、及び第３ノズル１４０からの洗浄液の吐出は、制御部２００によって制御される。

次に、図１、図３、及び図４を用いて、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を詳細に説明する。図３は、図１のステップＳ５０を説明するための半導体製造装置の図であり、図４は、図３の要部を拡大した図である。

まず基板１０に前処理を行う（ステップＳ１０）。具体的には、前処理として以下の処理を行う。まず脱水のための熱処理を行う。ついで、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を基板１０に塗布する。次いで、基板１０にＢＡＲＣ膜２０を塗布により形成し、ＢＡＲＣ膜２０を熱処理する。

次いで、基板１０上にレジスト膜３０を塗布により形成し、レジスト膜３０を熱処理する（ステップＳ２０）。次いで、露光前洗浄を行う。露光前洗浄では、レジスト膜３０の表面を、例えば純水により洗浄する（ステップＳ３０）。

次いで、液浸露光装置を用いて、レジスト膜３０を液浸露光する。液浸液は、例えば純水である。液浸露光装置は、レジスト膜３０のうち露光される領域を移動しながら繰り返し露光を行う。このとき、例えば基板１０のエッジ部から基板１０に形成された膜の一部が剥がれ、異物５０となることがある。また、レジスト膜３０上には液浸露光用保護膜が形成されていないため、液浸液がレジスト膜３０に直接接する。このため、異物５０はレジスト膜３０に吸着しやすい。

その後、基板１０を、図２に示した半導体製造装置の基板保持部１００に保持させる。次いで、図３に示すように、半導体製造装置の制御部２００（図３では省略）は、傾斜部１１４（図３では省略）を制御して、基板保持部１００及び基板１０を傾ける。本図に示す例において、基板１０の傾きは略垂直であるが、垂直より緩やか（例えば３０°以上９０°未満）であってもよい。そして制御部２００は、回転部１１２を制御して基板１０を回転させ、第１ノズル１２０から洗浄液を基板１０に供給する（図１のステップＳ５０）。このとき制御部２００は、第１ノズル１２０の位置を制御して、洗浄液を、傾けた基板１０の上部側、すなわち基板１０の中心より上側に位置する領域から供給する。また制御部４００は、第１ノズル１２０を上下左右に動かし、基板１０のうち上側半分に第１ノズル１２０から直接洗浄液が供給されるようにしても良い。

基板１０は傾いているため、図４に示すように、第１ノズル１２０から供給された洗浄液は、異物５０に対して斜め方向又は水平方向からあたる。このため、異物は基板１０のレジスト膜３０の表面から浮き上がりやすくなり、遠心力によって除去されやすくなる。

その後、図１に示すように、レジスト膜３０を熱処理（露光後加熱）する（ステップＳ６０）。そしてレジスト膜３０を現像する（ステップＳ７０）。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態では液浸露光を行なった（図１のステップＳ４０）後、現像を行なう（ステップＳ７０）前に、基板１０を傾けて回転させながら、基板１０の表面に洗浄液を供給する。このため、基板１０の表面、例えばレジスト膜３０の表面に異物５０が付着している場合、洗浄液は、異物５０に対して斜め方向又は水平方向からあたる。このため、異物は基板の最上層の膜（本実施形態ではレジスト膜３０）の表面から浮き上がりやすくなり、遠心力によって除去されやすくなる。

特にレジスト膜３０上に液浸露光用保護膜を形成せず、レジスト膜３０に液浸液が直接接する場合、レジスト膜３０上に異物５０が付着しやすくなるが、本実施形態によれば、現像前に異物５０を除去することができる。このため、レジスト膜３０上に液浸露光用保護膜を形成しない場合においても、半導体装置のパターンに欠陥が生じることを抑制できる。

また、露光後加熱時に異物５０が残っている場合、異物５０によってレジスト膜３０への熱の入り方にバラツキが生じ、レジストパターンに欠陥が生じる可能性がある。これに対して本実施形態では、レジスト膜３０の露光後加熱前に異物５０を除去している。このため、異物５０によって半導体装置のパターンに欠陥が生じることを、さらに抑制できる。

またレジスト膜３０が高撥水性である場合、レジスト膜３０には親油性の異物５０が付着しやすくなる。これに対して本実施形態では、洗浄液は界面活性剤又はアルコールを含有しているため、異物５０が親油性であっても、洗浄液によって異物５０をレジスト膜３０から浮き上がらすことができる。従って、異物５０は遠心力によって除去されやすくなる。

また基板１０に洗浄液を供給するとき、洗浄液を傾けた基板１０の上部側から供給している。このため、洗浄液を基板１０の全体に行き渡らせることができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートであり、第１の実施形態における図１に相当する。図６は、図５のステップＳ５５を説明するための図である。この半導体装置の製造方法は、基板１０を傾けて洗浄液で洗浄した（ステップＳ５０）後、レジスト膜３０を現像する（ステップＳ７０）前に、基板１０を回転させながら純水で洗浄する（ステップＳ５５）点を除いて、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。

本実施形態において、基板１０を回転させながら純水で洗浄する工程（ステップＳ５５）は、露光後加熱（ステップＳ６０）の前に、第２ノズル１３０を用いて行われる。またこの工程において、図６に示すように、制御部２００（図６では図示せず）は、傾斜部１１４（図６では図示せず）を制御して、基板１０を水平にしてから、第２ノズル１３０から純水を基板１０の表面に供給させる。また制御部２００は、回転部１１２を用いて基板保持部１００を回転させる。なおステップＳ５５において、制御部２００は、第３ノズル１４０を用いて、基板１０の裏面側のエッジを洗浄しても良い。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、基板１０を洗浄液で洗浄した後、純水で基板１０を洗浄しているため、洗浄液に含まれる成分が基板１０に残留することを抑制できる。

また基板１０を純水で洗浄する工程において基板１０を水平にしているため、基板１０上に水滴が残留してウォータマークが形成されることを抑制できる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。例えば上記した角実施形態において、レジスト膜３０上には液浸露光用保護膜を形成していないが、液浸露光用保護膜を形成した後に液浸露光を行っても良い。

１０ 基板
２０ ＢＡＲＣ膜
３０ レジスト膜
５０ 異物
１００ 基板保持部
１１０ 回転軸
１１２ 回転部
１１４ 傾斜部
１２０ 第１ノズル
１３０ 第２ノズル
１４０ 第３ノズル
２００ 制御部

Claims (10)

1. 基板にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜を液浸露光する工程と、
   前記基板を傾けて回転させながら、前記基板に洗浄液を、前記基板の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給する工程と、
   前記レジスト膜を現像する工程と、
   を備える半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記レジスト膜を液浸露光する工程において、液浸液が前記レジスト膜に直接接する半導体装置の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記基板に前記洗浄液を供給する工程の後、前記レジスト膜を現像する工程の前に、前記レジスト膜を熱処理する工程を有する半導体装置の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記基板に前記洗浄液を供給する工程において、前記洗浄液を、傾けた前記基板の上部側から供給する半導体装置の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記洗浄液は、界面活性剤又はアルコールを含有する半導体装置の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記基板に前記洗浄液を供給する工程の後、前記レジスト膜を現像する工程の前に、前記基板を回転させながら純水で洗浄する工程を有する半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記基板を純水で洗浄する工程において、前記基板を水平にする半導体装置の製造方法。
8. 露光されていて現像されていないレジスト膜を有する基板を保持する基板保持部と、
   前記基板保持部を回転させる回転部と、
   前記基板に洗浄液を供給する第１ノズルと、
   前記基板保持部の傾きを変える傾斜部と、
   前記第１ノズルからの洗浄液の供給、前記回転部、及び前記傾斜部を制御することにより、前記基板を傾けて回転させながら、前記洗浄液を、前記基板の表面に対して斜め方向又は水平方向から供給する制御部と、
   を備える半導体製造装置。
9. 請求項８に記載の半導体製造装置において、
   前記洗浄液は、界面活性剤又はアルコールを含有する半導体製造装置。
10. 請求項８又は９に記載の半導体製造装置において、
    前記基板に純水を供給する第２ノズルをさらに備え、
    前記制御部は、前記基板に前記洗浄液を供給した後、前記第２ノズルからの純水の供給、前記回転部、及び前記傾斜部を制御することにより、前記基板を水平にして回転させながら前記純水を前記基板に供給する半導体製造装置。

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