JP2012022244A

JP2012022244A - フォトレジスト用現像液及び現像処理装置

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Publication number: JP2012022244A
Application number: JP2010161715A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kobayashi; 真二小林; Nobuhiro Takahashi; 信博高橋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-02-02
Also published as: TW201224682A; WO2012008310A1

Abstract

【課題】基板上のレジスト膜を高精度で現像し、当該レジスト膜に形成されるレジストパターンの寸法精度を向上させる。
【解決手段】現像処理装置３０の現像液ノズル１３３には、当該現像液ノズル１３３に現像液を供給する現像液供給ブロック１３６が接続されている。現像液供給ブロック１３６は、内部に現像原液を貯留する現像原液供給源１５０と、内部に有機溶剤を貯留する有機溶剤供給源１６０と、現像原液と有機溶剤を混合して現像液を生成する現像液供給源１７０とを有している。有機溶剤には、現像原液に可溶であり、且つ現像原液と中和反応しないものが用いられる。現像液は、現像原液に対する有機溶剤の濃度が５質量％以下になるように、現像原液と有機溶剤が混合されて生成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、基板上のレジスト膜を現像するフォトレジスト用現像液、及び当該フォトレジスト用現像液を用いた現像処理装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布しレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。

上述したレジストパターンを形成する際には、半導体デバイスのさらなる高集積化を図るため、当該レジストパターンの微細化が求められている。また、このように微細なレジストパターンを高い寸法精度で形成するため、上述した現像処理においてレジスト膜をより高い精度で現像することが要求されている。

そこで、例えば現像液を用いてレジスト膜を現像した後、第四級アンモニウムヒドロキシド水溶液及び該水溶液と相溶性の有機溶剤との混合物で後処理することが提案されている（特許文献１）。かかる場合、後処理において、現像処理後のレジストパターン端部とウェハとの境界部に付着したレジスト残渣を除去して、レジストパターンの寸法精度の向上を図っている。

特公平６−３８１６１号公報

ところで、現像処理では、レジストパターンの外側が現像液によって膨潤し、膨潤層が形成される。そして、膨潤量が所定量になった時に、当該膨潤層が溶解してレジスト膜が現像される。

しかしながら、所望のレジストパターンの寸法が微細であるため、膨潤層が形成されてから溶解するまでの間に、現像液がレジスト膜の内部に進入する場合があった。かかる場合、特許文献１の方法を用いると、現像処理において現像液がレジスト膜内に進入した状態で混合物によって後処理が行われる。そうすると、後処理において、レジスト膜がさらに溶解する場合があり、レジストパターンの形状が所望の形状にならない場合があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上のレジスト膜を高精度で現像し、当該レジスト膜に形成されるレジストパターンの寸法精度を向上させることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板上のレジスト膜を現像するフォトレジスト用現像液であって、前記レジスト膜の現像原液に可溶であり、且つ前記現像原液と中和反応しない有機溶剤を有することを特徴としている。

本発明によれば、フォトレジスト用現像液（以下、単に「現像液」という場合がある）が基板上のレジスト膜に供給されると、レジストパターンが形成される部分のレジスト膜の外側が現像液によって膨潤して膨潤層が形成される。そして、この膨潤層の外側が現像液内の有機溶剤によって溶解する。したがって、膨潤層の厚みが薄い状態を維持して、レジスト膜の現像が進行する。換言すれば、従来は膨潤量が所定量にならないと膨潤層を溶解させることができなかったが、本発明によれば、この従来溶解させることができなかった膨潤層を溶解させることができる。そして、このように従来よりも膨潤層の厚みが薄くできるので、従来よりもレジスト膜を速く溶解させて、当該レジスト膜の現像速度を速くすることができる。すなわち、レジスト膜の感度を向上させることができる。そうすると、従来のようにレジスト膜の内部に現像液が進入することがない。したがって、レジスト膜を高精度で現像することができ、当該レジスト膜に形成されるレジストパターンの寸法精度を向上させることができる。

前記レジスト膜は、ＥＵＶ用レジスト膜であってもよい。なお、ＥＵＶ用レジストとは、例えば波長が１３ｎｍ〜１４ｎｍの極紫外線であるＥＵＶ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）を用いた露光処理を行う、いわゆるＥＵＶリソグラフィーで用いられるレジストをいう。

ここで、近年、レジストパターンの微細化要求に応えて、露光処理に使用される露光光源には、従来用いられていたＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）よりさらに短波長の上記ＥＵＶを出力する光源を用いることが検討されている。

しかしながら、ＥＵＶ用レジストは感度が低く、現像液による溶解速度が遅い。しかも、ＥＵＶリソグラフィーを行って形成されるレジストパターンの線幅は例えば２０ｎｍと極めて微細である。このため、ＥＵＶ用レジスト膜を現像する場合、膨潤層が形成されてから溶解するまでの間に、現像液がＥＵＶ用レジスト膜内に進入し易くなり、レジストパターンを所望の形状に形成し難い。

そこで、ＥＵＶ用レジストに酸発生剤（ＰＡＧ；ＰｈｏｔｏＡｃｉｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ）を添加して、当該ＥＵＶ用レジストの感度を向上させることが考えられる。しかしながら、現状ではＥＵＶ用レジスト内の酸発生剤の添加量はほぼ限界であり、これ以上のＥＵＶ用レジストの感度向上は望めない。

また、露光処理におけるＥＵＶ光源の露光量を増加させて、現像速度を速くすることも考えられる。しかしながら、ＥＵＶリソグラフィーで用いられているＥＵＶ光源の露光量は従来の露光光源の露光量と比較すると著しく低く、現状ではＥＵＶ光源の露光量を増加させることは技術的に困難である。

この点、本発明によれば、上述したようにＥＵＶ用レジスト膜の膨潤層の厚みを薄くして、ＥＵＶ用レジスト膜の現像速度を速くできるので、ＥＵＶ用レジスト膜の内部に現像液が進入することがない。したがって、ＥＵＶ用レジスト膜を高精度で現像することができ、当該ＥＵＶ用レジスト膜に形成されるレジストパターンの寸法精度を向上させることができる。

前記現像原液に対する前記有機溶剤の濃度は、前記レジスト膜の現像速度と、現像後にレジスト膜に形成されるレジストパターンの断面形状とに基づいて設定してもよい。かかる場合、前記現像原液に対する前記有機溶剤の濃度は、５質量％以下であってもよい。

別な観点による本発明は、前記フォトレジスト用現像液を用いて基板上のレジスト膜を現像処理する現像処理装置であって、基板上に前記フォトレジスト用現像液を供給する現像液ノズルと、内部に前記現像原液を貯留する現像原液供給源と、内部に前記有機溶剤を貯留する有機溶剤供給源と、前記現像原液供給源から供給された前記現像原液と前記有機溶剤供給源から供給された前記有機溶剤とを混合して前記フォトレジスト用現像液を生成し、当該フォトレジスト用現像液を前記現像液ノズルに供給するための現像液供給源と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、基板上のレジスト膜を高精度で現像し、当該レジスト膜に形成されるレジストパターンの寸法精度を向上させることができる。

本実施の形態にかかる現像処理装置を備えた塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの正面図である。本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの背面図である。現像処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。現像処理装置の構成の概略を示す横断面図である。現像液供給ブロックの構成の概略を示す説明図である。本実施の形態の現像液によって、ＥＵＶ用レジスト膜にレジストパターンが形成される様子を示す説明図である。従来の現像液によって、ＥＵＶ用レジスト膜にレジストパターンが形成される様子を示す説明図である。レジストパターンの線幅と露光量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる現像処理装置を備えた塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図である。図２は、塗布現像処理システム１の正面図であり、図３は、塗布現像処理システム１の背面図である。なお、本実施の形態において、塗布現像処理システム１では、ＥＵＶを用いた露光処理を行う、いわゆるＥＵＶリソグラフィー処理が行われる。

塗布現像処理システム１は、図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と、フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション３と、この処理ステーション３に隣接して設けられている露光装置４との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション５とを一体に接続した構成を有している。なお、露光装置４は、ＥＵＶ（波長１３ｎｍ〜１４ｎｍ）を出力する光源（図示せず）を有している。

カセットステーション２には、カセット載置台６が設けられ、当該カセット載置台６は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には、搬送路７上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体８が設けられている。ウェハ搬送体８は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。

ウェハ搬送体８は、Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり、後述する処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属する温度調節装置６０やウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置６１に対してもアクセスできる。

カセットステーション２に隣接する処理ステーション３は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション３のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には、カセットステーション２側から第１の処理装置群Ｇ１、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には、カセットステーション２側から第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置Ａ１が設けられており、第１の搬送装置Ａ１の内部には、ウェハＷを支持して搬送する第１の搬送アーム１０が設けられている。第１の搬送アーム１０は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置Ａ２が設けられており、第２の搬送装置Ａ２の内部には、ウェハＷを支持して搬送する第２の搬送アーム１１が設けられている。第２の搬送アーム１１は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

図２に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えばウェハＷにＥＵＶ用のレジスト液を塗布するレジスト塗布装置２０、２１、２２、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置２３、２４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷにフォトレジスト用現像液（以下、単に「現像液」という場合がある）を供給して現像処理する現像処理装置３０〜３４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室４０、４１がそれぞれ設けられている。

図３に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、温度調節装置６０、トランジション装置６１、精度の高い温度管理下でウェハＷを温度調節する高精度温度調節装置６２、６３及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置６４〜６７が下から順に８段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４には、レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置７０〜７３及び現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング装置７４〜７７が下から順に８段に重ねられている。

第５の処理装置群Ｇ５には、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば高精度温度調節装置８０〜８２、ポストエクスポージャーベーキング装置８３〜８７が下から順に８段に重ねられている。

図１に示すように第１の搬送装置Ａ１のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するための疎水化処理装置９０、９１、ウェハＷを加熱する加熱装置９２、９３が下から順に４段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置Ａ２のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置９４が配置されている。

インターフェイスステーション５には、図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１００上を移動するウェハ搬送体１０１と、バッファカセット１０２が設けられている。ウェハ搬送体１０１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション５に隣接した露光装置４と、バッファカセット１０２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

次に、上述した現像処理装置３０〜３４の構成について説明する。現像処理装置３０は、図４に示すように側面にウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成された処理容器１１０を有している。

処理容器１１０内の中央部には、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャック１２０が設けられている。スピンチャック１２０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをスピンチャック１２０上に吸着保持できる。

スピンチャック１２０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動部１２１を有し、そのチャック駆動部１２１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１２１には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１２０は昇降自在になっている。

スピンチャック１２０の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１２２が設けられている。カップ１２２は、上面にスピンチャック１２０が昇降できるようにウェハＷよりも大きい開口部が形成されている。カップ１２２の下面には、回収した液体を排出する排出管１２３と、カップ１２２内の雰囲気を排気する排気管１２４が接続されている。

図５に示すようにカップ１２２のＸ方向負方向（図５の下方向）側には、Ｙ方向（図５の左右方向）に沿って延伸するレール１３０が形成されている。レール１３０は、例えばカップ１２２のＹ方向負方向（図５の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図５の右方向）側の外方まで形成されている。レール１３０には、例えば二本のアーム１３１、１３２が取り付けられている。

第１のアーム１３１には、図４及び図５に示すように現像液を供給する現像液ノズル１３３が支持されている。第１のアーム１３１は、図５に示すノズル駆動部１３４により、レール１３０上を移動自在である。これにより、現像液ノズル１３３は、カップ１２２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１３５からカップ１２２内のウェハＷの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷの表面上をウェハＷの径方向に移動できる。また、第１のアーム１３１は、ノズル駆動部１３４によって昇降自在であり、現像液ノズル１３３の高さを調整できる。

現像液ノズル１３３には、図４に示すように、現像液供給ブロック１３６に連通する現像液供給管１３７が接続されている。なお、この現像液供給ブロック１３６の詳細な構成については後述する。

第２のアーム１３２には、洗浄液、例えば純水を供給する洗浄液ノズル１４０が支持されている。第２のアーム１３２は、図５に示すノズル駆動部１４１によってレール１３０上を移動自在であり、洗浄液ノズル１４０を、カップ１２２のＹ方向負方向側の外方に設けられた待機部１４２からカップ１２２内のウェハＷの中心部上方まで移動させることができる。また、ノズル駆動部１４１によって、第２のアーム１３２は昇降自在であり、洗浄液ノズル１４０の高さを調節できる。なお、本実施の形態では、ウェハＷの洗浄処理を行う洗浄液として純水を用いたが、他の洗浄液を用いてもよい。

洗浄液ノズル１４０には、図４に示すように洗浄液供給源１４３に連通する洗浄液供給管１４４が接続されている。洗浄液供給源１４３内には、洗浄液が貯留されている。洗浄液供給管１４４には、洗浄液の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１４５が設けられている。なお、以上の構成では、現像液を供給する現像液ノズル１３３と洗浄液を供給する洗浄液ノズル１４０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持され、そのアームの移動の制御により、現像液ノズル１３３と洗浄液ノズル１４０の移動と供給タイミングを制御してもよい。

次に、上述した現像液供給ブロック１３６の構成について説明する。現像液供給ブロック１３６は、図６に示すように内部に現像原液を貯留する現像原液供給源１５０を有している。現像原液としては、例えばアルカリ性のＴＭＡＨ現像原液（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド現像原液）やＴＢＡＨ現像原液（テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド現像原液）等が用いられる。

現像原液供給源１５０の上部には、当該現像原液供給源１５０内に空気、例えば不活性ガスを供給するための空気供給管１５１が接続されている。空気供給管１５１は、内部に空気を貯留する空気供給源１５２に連通している。また、空気供給管１５１には、空気の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１５３が設けられている。そして、空気供給源１５２から現像原液供給源１５０内に空気が供給され、現像原液供給源１５０内の圧力が所定の圧力に維持されると共に、現像原液供給源１５０内の現像原液が後述する現像原液供給管１５４に供給されるようになっている。

また、現像原液供給源１５０の上部には、後述する現像液供給源１７０に現像原液を供給するための現像原液供給管１５４が接続されている。現像原液供給管１５４には、現像原液の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１５５が設けられている。

また、現像液供給ブロック１３６は、内部に有機溶剤を貯留する有機溶剤供給源１６０を有している。有機溶剤としては、例えば現像原液に可溶であり、且つ現像原液と中和反応しない有機溶剤が用いられる。具体的には、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、γブチロラクトン（ＧＢＬ）、Ｎメチルピロリジノン（ＮＭＰ）、エタノール、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ピリジン等が用いられる。また、当該有機溶剤には、乳酸エチル（ＥＬ）のようなエステル化合物を用いることはできない。

有機溶剤供給源１６０の上部には、当該有機溶剤供給源１６０内に空気、例えば不活性ガスを供給するための空気供給管１６１が接続されている。空気供給管１６１は、内部に空気を貯留する空気供給源１６２に連通している。また、空気供給管１６１には、空気の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１６３が設けられている。そして、空気供給源１６２から有機溶剤供給源１６０内に空気が供給され、有機溶剤供給源１６０内の圧力が所定の圧力に維持されると共に、有機溶剤供給源１６０内の有機溶剤が後述する有機溶剤供給管１６４に供給されるようになっている。

また、有機溶剤供給源１６０の上部には、後述する現像液供給源１７０に有機溶剤を供給するための有機溶剤供給管１６４が接続されている。有機溶剤供給管１６４には、有機溶剤の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１６５が設けられている。

さらに、現像液供給ブロック１３６は、内部で現像原液を生成する現像液供給源１７０を有している。現像液供給源１７０には、上述した現像原液供給源１５０に連通する現像原液供給管１５４と、有機溶剤供給源１６０に連通する有機溶剤供給管１６４とが接続されている。そして、現像液供給源１７０に対して、現像原液供給源１５０から現像原液が供給されると共に、有機溶剤供給源１６０から有機溶剤が供給される。その後、現像液供給源１７０内で現像原液と有機溶剤が混合され、現像液が生成される。すなわち、現像液供給源１７０はミキサーとして機能する。また、現像液供給源１７０には、上述した現像液ノズル１３３に連通する現像液供給管１３７が接続されている。そして、現像液供給源１７０から現像液ノズル１３３に現像液が供給される。

なお、現像処理装置３１〜３４の構成は、上述した現像処理装置３０の構成と同様であるので説明を省略する。

以上の塗布現像処理システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、現像処理装置３０〜３４におけるウェハＷの現像処理を実行するプログラムが格納されている。またこれに加えて、プログラム格納部には、カセットステーション２、処理ステーション３、露光装置４、インターフェイスステーション５間のウェハＷの搬送や、処理ステーション３における駆動系の動作などを制御して、塗布現像処理システム１におけるウェハ処理を実行するプログラムが格納されている。なお、このプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。

本実施の形態にかかる塗布現像処理システム１は以上のように構成されている。次に、その塗布現像処理システム１で行われるウェハ処理について説明する。

先ず、未処理のウェハＷが複数枚収容されたカセットＣがカセット載置台６上に載置されると、カセットＣ内のウェハＷがウェハ搬送体８によって一枚ずつ取り出され、第３の処理装置群Ｇ３の温度調節装置６０に搬送される。温度調節装置６０に搬送されたウェハＷは、所定温度に温度調節される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってボトムコーティング装置２３に搬送され、ウェハＷ上に反射防止膜が形成される。反射防止膜が形成されたウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によって加熱装置９２、高精度温度調節装置６２、疎水化処理装置９０に順次搬送され、各装置で所定の処理が施される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってレジスト塗布装置２０に搬送される。レジスト塗布装置２０では、ウェハＷ上にＥＵＶ用のレジスト液が塗布され、当該ウェハＷ上にＥＵＶ用レジスト膜が形成される。

ＥＵＶ用レジスト膜が形成されたウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってプリベーキング装置７０に搬送され、プリベーク処理が施される。続いて第２の搬送装置Ａ２によって周辺露光装置９４、高精度温度調節装置８２に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後ウェハＷは、インターフェイスステーション５のウェハ搬送体１０１によって露光装置４に搬送される。露光装置４では、ウェハＷ上のＥＵＶ用レジスト膜にＥＵＶが照射され、当該ＥＵＶ用レジスト膜に所定のパターンが選択的に露光される。

露光処理の終了したウェハＷは、ウェハ搬送体１０１によってポストエクスポージャーベーキング装置８３に搬送され、露光後ベーク処理が施される。その後ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によって高精度温度調節装置８１に搬送されて温度調節される。

その後ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によって現像処理装置３０に搬送される。現像処理装置３０では、ウェハＷ上のＥＵＶ用レジスト膜に現像液が供給され、当該ＥＵＶ用レジスト膜が現像される。なお、この現像処理装置３０におけるウェハＷの現像処理については後述する。

現像処理装置３０においてウェハＷ上のＥＵＶ用レジスト膜が現像されると、ウェハＷは、第２の搬送装置Ａ２によってポストベーキング装置７４に搬送され、ポストベーク処理が施された後、第１の搬送装置Ａ１によって高精度温度調節装置６３に搬送され温度調節される。そしてウェハＷは、第１の搬送装置Ａ１によってトランジション装置６１に搬送され、ウェハ搬送体８によってカセットＣに戻されて一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。

次に、上述した現像処理装置３０においてウェハＷのＥＵＶ用レジスト膜を現像する一連の現像処理について説明する。

現像処理装置３０に搬入されたウェハＷは、先ず、スピンチャック１２０に吸着保持される。続いて第１のアーム１３１により待機部１３５の現像液ノズル１３３がウェハＷの外周部上方まで移動する。

次に、チャック駆動部１２１を制御してスピンチャック１２０によりウェハＷを所定の回転数で回転させる。続いて現像液供給ブロック１３６から現像液ノズル１３３に現像液が供給され、さらに当該現像液ノズル１３３からウェハＷの外周部に現像液がされる。

このとき、現像液供給ブロック１３６では、供給機器群１５５によって調節された所定量の現像原液が現像原液供給源１５０から現像液供給源１７０に供給される。また、供給機器群１６５によって調節された所定量の有機溶剤が有機溶剤供給源１６０から現像液供給源１７０に供給される。有機溶剤は、現像原液に対する濃度が例えば５質量％以下になるように供給される。そして、現像液供給源１７０において、これら現像原液と有機溶剤が混合され、現像液が生成される。生成された現像液は、現像液供給源１７０から現像液ノズル１３３に供給される。

その後、現像液ノズル１３３は、ウェハＷの中心部に移動しながら、ウェハＷ上のＥＵＶ用レジスト膜に現像液を供給する。そうすると、現像液ノズル１３３から供給された帯状の現像液は、螺旋状にウェハＷ上に供給されることになる。そして、現像液はウェハＷ上を均一に拡散し、ウェハＷの全面が現像液に覆われる。これにより、ウェハＷ上のＥＵＶ用レジスト膜が現像され、ＥＵＶ用レジスト膜の露光部分が溶解して、ウェハＷ上にレジストパターンが形成される。

ここで、ＥＵＶ用レジスト膜の現像について、図７に基づいて詳しく説明する。図７中、右下がり斜線部分は、ウェハＷ上のＥＵＶ用レジスト膜において、現像液によって膨潤していない領域であるレジスト層Ｒを示している。また右上がり斜線部分は、ＥＵＶ用レジスト膜において、現像液によって膨潤した領域である膨潤層Ｓを示している。また点線部分は、最終的に形成される所望のレジストパターンＰを示している。

ＥＵＶ用レジスト膜上に現像液が供給されると、図７に示すようにＥＵＶ用レジスト膜の外側が現像液によって膨潤して膨潤層Ｓが形成される。このとき、従来のように現像液が現像原液のみから構成され、本実施の形態のように有機溶剤が混合されていない場合、図８に示すように膨潤層Ｓ_Ｐの厚みは厚くなる。すなわち、従来は現像液による膨潤量が所定量にならないと、膨潤層Ｓ_Ｐを溶解させることができなかった。このため、膨潤層Ｓ_Ｐが形成されてから溶解するまでの間に、現像液がＥＵＶ用レジスト膜のレジスト層Ｒの内部に進入してしまい、レジストパターンの形状が所望の形状にならない場合があった。これに対して、本実施の形態の現像液を用いた場合、現像液中の有機溶剤がこの膨潤層Ｓ_Ｐの外側を溶解するので、図７に示すように膨潤層Ｓの厚みが薄くなる。すなわち、本実施の形態では、膨潤層Ｓの厚みが薄い状態を維持して、ＥＵＶ用レジスト膜の現像が進行する。したがって、従来よりもＥＵＶ用レジスト膜を速く溶解させて、当該ＥＵＶ用レジスト膜の現像速度を速くすることができる。すなわち、ＥＵＶ用レジスト膜の感度を向上させることができる。そうすると、従来のようにレジスト層Ｒ内に現像液が進入することがない。したがって、ＥＵＶ用レジスト膜を高精度で現像することができ、当該ＥＵＶ用レジスト膜に所望のレジストパターンＰを形成することができる。

なお、このようにＥＵＶ用レジスト膜に所望のレジストパターンＰを形成するため、上述したように現像原液に対する有機溶剤の濃度を５質量％以下とした。有機溶剤の濃度は、ＥＵＶ用レジスト膜の現像速度と、現像後にＥＵＶ用レジスト膜に形成されるレジストパターンの断面形状に基づいて設定される。すなわち、有機溶剤の濃度は、有機溶剤が膨潤層Ｓ_Ｐの外側を適切な速度で溶解して、ＥＵＶ用レジスト膜の現像速度を適切に維持し、現像液がレジスト層Ｒ内に進入しないように設定される。また、有機溶剤の濃度は、有機溶剤によってレジストパターンの形状が崩れず、適切な断面形状、例えば矩形の断面形状を維持するように設定される。そして、発明者らが調べたところ、このような条件を満たす有機溶剤の濃度は５質量％以下が適切であることが分かった。

また、このようにＥＵＶ用レジスト膜に所望のレジストパターンＰを形成するため、上述したように有機溶剤として、現像原液に可溶であり、且つ現像原液と中和反応しない有機溶剤が用いられる。例えば現像原液に不溶な有機溶剤を用いた場合、この有機溶剤が直接ＥＵＶ用レジストを全て溶解させてしまい、レジストパターン自体を形成することができない。したがって、現像原液に可溶な有機溶剤を用いることが必要となる。また、現像原液と中和反応する有機溶剤、例えば現像原液と鹸化反応する上述した乳酸エチル（ＥＬ）のようなエステル化合物を用いた場合、当該乳酸エチルは現像原液のアルカリによって加水分解され、乳酸とエタノールに分解される。この乳酸はアルカリを中和させるため、アルカリ性の現像液の現像能力が低減し、ＥＵＶ用レジスト膜の現像速度が低下する。このようにＥＵＶ用レジスト膜の感度を向上させることができないため、所望のレジストパターンＰを形成することができない。したがって、現像原液と中和反応しない有機溶剤を用いることが必要となる。

さらに、現像原液としては、上述したようにＴＭＡＨ現像原液やＴＢＡＨ現像原液等が用いられるが、ＴＢＡＨ現像原液がより好ましい。ＴＢＡＨの分子サイズはＴＭＡＨの分子サイズよりも大きいため、ＴＢＡＨ現像原液を用いた方が膨潤層Ｓの厚みを薄くできる。また、ＴＢＡＨの分子サイズが大きいため、ＴＢＡＨ現像原液はレジスト層Ｒの内部に入り難い。したがって、ＥＵＶ用レジスト膜に形成されるレジストパターンの寸法精度をさらに向上させることができる。

以上のようにウェハＷ上のＥＵＶ用レジスト膜が現像されると、第１のアーム１３１により現像液ノズル１３３がウェハＷの中心部上方から待機部１３５に移動する。同時に、第２のアーム１３２により待機部１４２の洗浄液ノズル１４０がウェハＷの中心部上方まで移動する。その後、ウェハＷを回転させると共に、洗浄液ノズル１４０から洗浄液がウェハＷの中心部に供給され、ウェハＷの洗浄処理が行われる。

かかるウェハＷの洗浄処理を行う際には、膨潤層Ｓの厚みが薄いため、従来の厚い膨潤層Ｓ_Ｐに比べて残存する現像液が少量となっている。このため、洗浄処理にかかる時間を従来よりも短縮することができる。発明者らが調べたところ、例えば膨潤層Ｓの厚みが従来の膨潤層Ｓ_Ｐの厚みの１／２である場合、洗浄処理にかかる時間を従来の約１／４に短縮できることが分かった。

ウェハＷの洗浄処理後、洗浄液ノズル１４０からの洗浄液の供給を停止すると共に、ウェハＷを加速回転させて、ウェハＷ上の洗浄液を乾燥させて除去する。こうして一連のウェハＷの現像処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、ウェハＷの現像処理に用いられる現像液は、現像原液に可溶であり、且つ現像原液と中和反応しない有機溶剤を有している。この有機溶剤は膨潤層Ｓ_Ｐの外側を溶解し、膨潤層Ｓの厚みを薄くできる。すなわち、膨潤層Ｓの厚みが薄い状態を維持して、ＥＵＶ用レジスト膜の現像を進行させることができる。このため、ＥＵＶ用レジスト膜の現像速度を従来よりも速くすることができ、ＥＵＶ用レジスト膜の感度を向上させることができる。そうすると、従来のようにレジスト層Ｒの内部に現像液が進入することがない。したがって、ＥＵＶ用レジスト膜を高精度で現像することができ、当該ＥＵＶ用レジスト膜レジスト膜に形成されるレジストパターンの寸法精度を向上させることができる。

また、本実施の形態では、現像原液に対する有機溶剤の濃度はＥＵＶ用レジスト膜の現像速度と、現像後にＥＵＶ用レジスト膜に形成されるレジストパターンの断面形状に基づいて設定され、例えば５質量％以下である。かかる場合、有機溶剤が膨潤層Ｓ_Ｐの外側を適切な速度で溶解して、ＥＵＶ用レジスト膜の現像速度を適切に維持し、現像液がレジスト層Ｒに進入するのを防止することができる。また、有機溶剤によってレジストパターンの形状が崩れず、適切な断面形状、例えば矩形の断面形状を維持することができる。したがって、ＥＵＶ用レジスト膜レジスト膜に所望のレジストパターンを形成することができる。

以上のように、本実施の形態の現像液を用いてウェハＷの現像処理を行った場合、ＥＵＶ用レジスト膜の感度を向上させることができる。その結果、現像処理の前に行われる露光処理において、そのＥＵＶ光源の露光量を低減することができる。したがって、露光時間を短縮させて、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。例えばＥＵＶ用レジスト膜の感度を約１０％向上させると、露光量を約１０％低減して露光時間を約１０％短縮することができる。そうすると、ウェハ処理のスループットも約１０％向上させることができる。

ここで、発明者らは、上述した露光量を低減できる効果について検証を行った。本検証では、ＫｒＦレーザを出力する露光光源を用いてレジスト膜を露光し、当該レジスト膜を３種類の現像液を用いて現像した。具体的な現像液としては、２．３８質量％のＴＭＡＨ現像原液のみの従来の現像液（以下、「従来の現像液」という）と、２．３８質量％のＴＭＡＨ現像原液に対して５質量％のイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を混合させた本実施の形態にかかる現像液（以下、「ＩＰＡ含有現像液」という）と、２．３８質量％のＴＭＡＨ現像原液に対して３質量％の乳酸エチル（ＥＬ）を混合させた現像液（以下、「ＥＬ含有現像液」という）を用いた。そして、現像後のレジストパターンの目標線幅を１２０ｎｍとして検証を行った。

本検証結果を図９に示す。図９の縦軸はレジストパターンの線幅を示し、横軸は露光量を示している。また、図９中、「Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ」は従来の現像液を用いた場合のグラフであり、「ＩＰＡ５％」はＩＰＡ含有現像液を用いた場合のグラフであり、「ＥＬ３％」はＥＬ含有現像液を用いた場合のグラフである。なお、本検証はＫｒＦ露光を行ってレジストパターンの目標線幅を１２０ｎｍとしたが、ＥＵＶ露光を行ってレジストパターンの目標線幅を例えば２０ｎｍの微細にした場合にも、図９に示す傾向がみられることが発明者らによって確認されている。

図９を参照すると、従来の現像液を用いた場合、レジストパターンを目標線幅１２０ｎｍにするために必要な露光量は約２２ｍＪ／ｍ^２であった。これに対して、本実施の形態に係るＩＰＡ含有現像液を用いた場合、レジストパターンを目標線幅１２０ｎｍにするために必要な露光量は約１９．５ｍＪ／ｍ^２であった。したがって、本実施の形態の現像液を用いれば、露光量を約１１％低減しつつ、所望の寸法のレジストパターンを形成できることが分かった。

なお、このように本実施の形態にかかるＩＰＡ含有現像液を用いた場合、レジストパターンのＬＷＲ（ＬｉｎｅＷｉｄｔｈＲｏｕｇｈｎｅｓｓ）が悪化しないことも確認されている。

また、ＥＬ含有現像液を用いた場合には、レジストパターンを目標線幅１２０ｎｍに形成することができなかった。この原因は上述した通りであり、乳酸エチルから加水分解された乳酸によって、アルカリ性の現像液の現像能力が低減したためである。

以上の実施の形態によれば、上述のように膨潤層Ｓの厚みを薄くできるので、従来の厚い膨潤層Ｓ_Ｐに比べて現像後に残存する現像液が少量となる。このため、洗浄処理にかかる時間を従来よりも短縮することができる。

また、以上の実施の形態によれば、現像原液に有機溶剤を混合させているので、現像液の表面張力が小さくなる。ここで、表面張力がレジストパターンに作用すると当該レジストパターンが傾斜して倒れる、いわゆるパターン倒れが発生する場合がある。本実施の形態では、現像液の表面張力が小さくなるので、かかるパターン倒れの発生を抑制することができる。

また、以上の実施の形態によれば、現像液供給ブロック１３６には、現像原液を貯留する現像原液供給源１５０、有機溶剤を貯留する有機溶剤供給源１６０、現像原液と有機溶剤を混合して現像液を生成する現像液供給源１７０がそれぞれ設けられているので、ウェハＷ上に形成されるレジストパターンの目標寸法に応じて、現像原液に対する有機溶剤の濃度を自由に設定することができる。したがって、レジストパターンの寸法精度をさらに向上させることができる。また、現像液供給ブロック１３６から現像液ノズル１３３に現像液を供給する直前に、現像液供給源１７０において現像液を生成することができるので、予め有機溶剤を混合した現像液を貯留しておく場合に比べて、現像液の劣化を抑制することができる。

以上の実施の形態では、ＥＵＶ用レジスト膜を現像していたが、本発明は他のレジスト膜を現像する場合にも適用できる。例えばいわゆるダブルパターニングによってウェハＷ上に微細なレジストパターンを形成する際にも、本発明は有用である。

ダブルパターニングは、２回のフォトリソグラフィー工程を行い、２つのレジストパターンを合成して、微細なレジストパターンを形成する方法である。具体的には、１回目の第１のレジスト膜の形成、露光、現像により、第１のレジスト膜に第１のレジストパターンを形成し、その後２回目の第２のレジスト膜の形成、露光、現像により、第２のレジスト膜に第２のレジストパターンを形成する。そして、これら第１のレジストパターンと第２のレジストパターンとを合成により、微細なレジストパターンが実現されている。

これら第１のレジスト膜の現像処理と第２のレジスト膜の現像処理において、上記実施の形態で述べた有機溶剤を有する現像液を用いる。そうすると、それぞれの現像処理において、レジスト膜の膨潤層Ｓの厚みを薄くして、レジスト膜の現像速度を速くすることができる。したがって、第１のレジストパターンと第２のレジストパターンのそれぞれの寸法精度を向上させることができ、ウェハＷ上に所望のレジストパターンＰを形成することができる。また、レジスト膜の感度を向上させることができるので、露光処理の露光量を低減することができ、露光時間を短縮させて、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。

また、１回目の現像処理後に現像液中のＴＭＡＨが残存していると、２回目のフォトリソグラフィー工程を適切に行うことができないため、１回目の第１のレジスト膜の現像後、適切に洗浄処理を行う必要がある。この点、本実施の形態では１回目の現像処理において、第１のレジスト膜の膨潤層Ｓの厚みが薄いため、洗浄にかかる時間を従来よりも短縮できる。例えば膨潤層Ｓの厚みを従来の膨潤層Ｓ_Ｐの厚みの１／２となった場合、洗浄処理にかかる時間を従来の１／４に短縮できる。具体的には、例えば従来６０秒かかっていた洗浄処理を、本実施の形態では１５秒にすることができた。したがって、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

１塗布現像処理システム
４露光装置
３０〜３４現像処理装置
１３３現像液ノズル
１３６現像液供給ブロック
１４０洗浄液ノズル
１５０現像原液供給源
１６０有機溶剤供給源
１７０現像液供給源
２００制御部
Ｒレジスト層
Ｓ膨潤層
Ｐ（所望の）レジストパターン
Ｗウェハ

Claims

基板上のレジスト膜を現像するフォトレジスト用現像液であって、
前記レジスト膜の現像原液に可溶であり、且つ前記現像原液と中和反応しない有機溶剤を有することを特徴とする、フォトレジスト用現像液。
前記レジスト膜は、ＥＵＶ用レジスト膜であることを特徴とする、請求項１に記載のフォトレジスト用現像液。
前記現像原液に対する前記有機溶剤の濃度は、前記レジスト膜の現像速度と、現像後にレジスト膜に形成されるレジストパターンの断面形状とに基づいて設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフォトレジスト用現像液。
前記現像原液に対する前記有機溶剤の濃度は、５質量％以下であることを特徴とする、請求項３に記載のフォトレジスト用現像液。
請求項１〜４のいずれかに記載のフォトレジスト用現像液を用いて基板上のレジスト膜を現像処理する現像処理装置であって、
基板上に前記フォトレジスト用現像液を供給する現像液ノズルと、
内部に前記現像原液を貯留する現像原液供給源と、
内部に前記有機溶剤を貯留する有機溶剤供給源と、
前記現像原液供給源から供給された前記現像原液と前記有機溶剤供給源から供給された前記有機溶剤とを混合して前記フォトレジスト用現像液を生成し、当該フォトレジスト用現像液を前記現像液ノズルに供給するための現像液供給源と、を有することを特徴とする、現像処理装置。