JP2015005586A

JP2015005586A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2015005586A
Application number: JP2013129125A
Authority: JP
Inventors: 秀昭結城; Hideaki Yuki; 淳綾; Atsushi Aya; 鹿間　省三; Shozo Shikama; 省三鹿間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: DE102014211512A1; JP6057842B2; US20140377709A1; KR101837388B1; KR20140147684A; CN104238286A; US9063428B2

Abstract

【課題】マイクロバブルによる現像欠陥を簡易に低減する、半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、（ａ）一主面にフォトレジスト膜２が成膜された炭化珪素基板１を準備する工程と、（ｂ）フォトレジスト膜２に第１現像液３を滴下する工程と、（ｃ）工程（ｂ）の終了から第１現像時間が経過した後、炭化珪素基板１を回転させてフォトレジスト膜２上から第１現像液３を振り切る工程と、（ｄ）工程（ｃ）の後、フォトレジスト膜２に第２現像液３を滴下する工程と、（ｅ）工程（ｄ）の終了から第２現像時間が経過した後、炭化珪素基板１を回転させてフォトレジスト膜２上から第２現像液３を振り切る工程と、を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、半導体装置の製造工程における現像処理に関する。

半導体装置の製造工程において、レジストパターンの形成は重要な微細加工工程であり、以下の工程から構成されている。１）まず、半導体基板の表面上にフォトレジスト（感光性材料）膜を塗布する。２）次に、マスクを用いて、紫外線露光装置により回路パターンをフォトレジスト膜に焼き付ける。３）最後にフォトレジスト膜の現像処理を行う。この３つの工程を経て、レジストパターンが形成される。

現像処理工程は、以下の工程から工程されている。１）まず、回路パターンを焼き付けられたフォトレジスト膜を現像液に浸漬する。２）次に、フォトレジスト膜を純水などの現像停止液（リンス液）に浸漬させ、現像液を置換して現像を停止させる。３）最後に、ウエハを回転させてリンス液を振り切り、ウエハを乾燥させる。

１）のフォトレジスト膜を現像液に浸漬する工程において、現像液を半導体基板の全面に広げるため、半導体基板上に現像液を滴下した後、あるいは滴下しながら半導体基板を回転させることが多い。このとき、現像液の滴下時に空気を咬み込む場合がある。また、現像液を窒素等で加圧して滴下する場合、現像液が半導体基板上に滴下されて大気圧に戻ると、加圧過程で現像液に溶け込んでいた窒素等が発泡する。また、フォトレジスト膜がノボラック樹脂を用いたポジ型である場合は、露光時の感光反応で生成された窒素が、フォトレジスト膜に取り込まれている。これら複数の要因により、フォトレジスト膜表面に滴下した現像液中にマイクロバブル（気泡）が発生する。そのうち、フォトレジスト膜の表面に付着したマイクロバブルは、現像液がフォトレジスト膜と接触することを阻害して現像欠陥を引き起こす原因になり、半導体装置の良品率を低下させる。

このマイクロバブルを除去する方法として、特許文献１〜３は、現像液の吐出を複数回に分けて行うことが有効であることを示している。特許文献１が示す方法では、まず、１００〜５００ｒｐｍの速度で半導体基板を回転させながら、半導体基板に現像液を滴下し、半導体基板表面の塗れ性を高い状態にする。次に、現像液の滴下を停止し、５００〜１５００ｒｐｍの速度で半導体基板を回転させる。最後に、半導体基板を静止させたまま、あるいは１００ｒｐｍ以下の速度で回転させながら、再び現像液を滴下し液盛りを行った後、半導体基板にリンス液を滴下し、現像液を洗い流す。

また、特許文献２にも、１回目の現像液の吐出による液盛り時にフォトレジスト膜の表面に付着したマイクロバブルを、２回目以降の現像液の吐出により除去することができると示されている。また、半導体基板上に現像液を吐出して液盛りを行った後、半導体基板の高加速度回転と停止を繰り返すことによっても、マイクロバブルを除去することができると示されている。

また、特許文献３では、現像液をフォトレジスト膜上に吐出した後、所定時間を空けて、再び現像液をフォトレジスト膜上に吐出する方法を示している。２回目の現像液は１回目の現像液よりも低濃度とすることにより、２回目の現像工程では１回目の現像工程によりも現像の進行を抑制し、効果的にマイクロバブルの除去を行うことができる。

特許第３７０８４３３号公報特開平９−２４４２５８号公報特開２０１１−７７１２０号公報

特許文献１〜３の方法は、現像液の吐出を複数回に分けて行い、あるいは現像液を吐出した後に半導体基板を回転させることにより、フォトレジスト膜の表面に接触しているマイクロバブルを移動させるものである。これらの方法により、マイクロバブルによる現像欠陥を低減することは可能であるが、より安定的に現像欠陥を低減、ないし無くすことが求められている。

また、特許文献３の方法によれば、現像装置に、濃度の異なる複数の現像液を準備する必要があり、コストが増大するという問題があった。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、マイクロバブルによる現像欠陥を簡易に低減する、半導体装置の製造方法の提供を目的とする。

本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）一主面にフォトレジスト膜が成膜された半導体基板を準備する工程と、（ｂ）フォトレジスト膜に第１現像液を滴下する工程と、（ｃ）工程（ｂ）の終了から第１現像時間が経過した後、半導体基板を回転させてフォトレジスト膜上から第１現像液を振り切る工程と、（ｄ）工程（ｃ）の後、フォトレジスト膜に第２現像液を滴下する工程と、（ｅ）工程（ｄ）の終了から第２現像時間が経過した後、半導体基板を回転させてフォトレジスト膜上から第２現像液を振り切る工程と、を備える。

本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）一主面にフォトレジスト膜が成膜された半導体基板を準備する工程と、（ｂ）フォトレジスト膜に第１現像液を滴下する工程と、（ｃ）工程（ｂ）の終了から第１現像時間が経過した後、半導体基板を回転させてフォトレジスト膜上から第１現像液を振り切る工程と、（ｄ）工程（ｃ）の後、フォトレジスト膜に第２現像液を滴下する工程と、（ｅ）工程（ｄ）の終了から第２現像時間が経過した後、半導体基板を回転させてフォトレジスト膜上から第２現像液を振り切る工程と、を備える。第１現像液を振り切った後に第２現像液を滴下するため、第２現像液による現像処理においては、第１現像液中のマイクロバブルの影響を受けない。また、第１現像液による現像処理と第２現像液による現像処理において、フォトレジスト膜上の同一箇所にマイクロバブルが発生する確率は極めて低い。よって、現像欠陥が低減する。また、濃度の異なる複数の現像液を容易する必要がない。

実施の形態１のフォトレジスト膜の現像工程を示す図である。実施の形態１のフォトレジスト膜の現像工程を示す図である。実施の形態２のフォトレジスト膜の現像工程を示す図である。実施の形態２のフォトレジスト膜の現像工程を示す図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．製造工程＞
図１，２は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法である、フォトレジスト膜の現像処理工程を示す図である。図１は１回目の現像処理工程を、図２は１回目の現像処理工程に続いて行われる２回目の現像処理工程を、それぞれ示している。以下、図１，２に沿って実施の形態１の現像処理工程を説明する。

まず、フォトレジスト膜２が露光された炭化珪素基板１をウエハチャック１１に固定し、現像液吐出ノズル１２からフォトレジスト膜２上に現像液３を吐出する（図１（ａ））。なお、本発明は、ウエハコストの観点からより高い歩留まりが望ましい炭化珪素半導体装置に好適であるため、以下の説明では炭化珪素基板１について説明するが、Ｓｉなど他の半導体基板を用いても良い。

図１（ｂ）は、現像液３が炭化珪素基板１に盛られた状態を示している。現像液３の滴下時に空気を咬みこむことにより、マイクロバブル４が発生する。また、現像液３を窒素等で加圧して滴下する場合、現像液３が炭化珪素基板１上に滴下されて大気圧に戻ると、加圧過程で現像液３に溶け込んでいた窒素が発泡してマイクロバブル４となる。また、フォトレジスト膜２がノボラック樹脂を用いたポジ型である場合は、露光時の感光反応で生成された窒素等がフォトレジスト膜２に取り込まれており、これがマイクロバブル４の発生要因となる。

図１（ｂ）の状態で、例えばウエハチャック１１を回転速度４０ｒｐｍ、回転時間０．１秒で回転させ、これを５秒間隔で計５回行うことにより、現像液を攪拌する。このステップ回転により、フォトレジスト膜２の表面に付着していないマイクロバブル４や、大き目のマイクロバブル４による現像欠陥を抑制でき、炭化珪素基板１面内のフォトレジスト膜２の仕上がり形状を安定化させることができる。

現像液３がフォトレジスト膜２の表面上に広がった状態で、所定の現像時間（第１現像時間）待機する。この間、現像液３に接触したフォトレジスト膜２は、予め形成された露光パターンに従い開口する。しかし、図１（ｂ）に示すようにフォトレジスト膜２の表面上にマイクロバブル４が形成されると、この部分のフォトレジスト膜２は現像液３と接触しないため、開口すべき領域であっても開口されず現像欠陥となる。

次に、リンス液吐出ノズル１３からリンス液（例えば純水）を吐出しながら、ウエハチャック１１を回転させ、炭化珪素基板１を回転させて現像液３を振り切る（図１（ｃ））。リンス液を吐出しながら現像液３を振り切ることにより、水溶性の現像液３が濃縮し、現像条件が大きく変化したり、パターン配置により炭化珪素基板１面内に現像ムラが発生したりすることを防止する。

続けて、２回目の現像処理を行う。現像液吐出ノズル１２から現像液３を再び吐出し（図２（ａ））、炭化珪素基板１上に現像液３を盛る。なお、１回目の現像処理と同様、現像液３を盛った状態で炭化珪素基板１のステップ回転を行い、現像液３を攪拌する。１回目の現像処理と同様、フォトレジスト膜２の表面にマイクロバブル４が発生する。しかし、１回目の現像処理と２回目の現像処理とで、同じ位置にマイクロバブル４が発生する確率は極めて小さい。図２（ｂ）に示すように、２回目の現像処理で発生するマイクロバブルは、１回目の現像処理で発生した場所とは別の場所に発生する。したがって、１回目の現像処理で現像欠陥となった場所が、２回目の現像処理で現像液に接触し正常にパターニングされる。

なお、２回目の現像時間（第２現像時間）は、１回目の現像時間（第１現像時間）より短く設定することが望ましい。これは、１回目の現像処理で炭化珪素基板１上の殆どのレジストパターニングが行われており、２回目の現像処理でパターニングする領域は極めて小さいため、現像時間を短くしてもパターニングが可能だからである。これにより、１回目の現像処理でフォトレジスト膜２に形成されたパターンの変動を抑制しつつ、１回目の現像処理における現像欠陥を解消することができる。

次に、リンス液吐出ノズル１３からリンス液（例えば純水）を吐出しながら、ウエハチャック１１を回転させ、炭化珪素基板１を回転させて現像液３を振り切る（図２（ｃ））。リンス液を吐出しながら現像液３を振り切ることにより、水溶性の現像液３が濃縮し、現像条件が大きく変化したり、パターン配置により炭化珪素基板１面内に現像ムラが発生したりすることを防止する。

図２（ｄ）は、２回目の現像処理を完了した炭化珪素基板１を示しており、１回目の現像処理で発生したマイクロバブル４直下のフォトレジスト膜２が、２回目の現像処理でパターニングされたことを示している。

以上の方法で実際に現像処理を行ったところ、１回の現像処理では３個程度生じていた基板１枚あたりの現像欠陥が、０個に減少した。また、フォトレジスト膜２のパターンは、２回目の現像処理により変動しなかった。実施の形態１の現像処理工程によれば、フォトレジスト膜２に付着し、現像浸漬中のステップ回転で移動しないマイクロバブル４が存在しても、２回目の現像処理によりその影響を受けずにレジストパターニングを行うことができる。したがって、現像欠陥が低減し、良品率が高まる。

なお、本実施の形態の説明で挙げた数値は例示であり、これと異なる数値を用いても良い。また、現像処理を２回行う方法について説明したが、３回以上行っても良い。現像液３を振り切ってから行う再度の現像処理を複数回繰り返すことで、現像欠陥をより一層低減することが可能である。その場合、３回目以降の現像時間は１回目の現像時間（第１現像時間）よりも短くすることで、１回目の現像処理でフォトレジスト膜２に形成したパターンをなるべく変動させることなく、現像欠陥の解消が可能である。

＜Ａ−２．効果＞
実施の形態１の半導体装置の製造方法は、（ａ）一主面にフォトレジスト膜２が成膜された炭化珪素基板１を準備する工程と、（ｂ）フォトレジスト膜２に現像液３（第１現像液）を滴下する工程と、（ｃ）工程（ｂ）の終了から第１現像時間が経過した後、炭化珪素基板１を回転させてフォトレジスト膜２上から現像液３を振り切る工程と、（ｄ）工程（ｃ）の後、フォトレジスト膜２に現像液３（第２現像液）を滴下する工程と、（ｅ）工程（ｄ）の終了から第２現像時間が経過した後、炭化珪素基板１を回転させてフォトレジスト膜２上から現像液３を振り切る工程と、を備える。１回目の現像処理における現像液３を振り切ってから２回目の現像処理を行うことにより、２回目の現像処理においては、１回目の現像処理で発生したマイクロバブル４の影響を受けない。また、複数回の現像処理において、フォトレジスト膜２上の同一箇所にマイクロバブル４が発生する確率は極めて低い。したがって、現像欠陥が低減する。また、濃度の異なる複数の現像液を容易する必要がない。

また、第２現像時間は第１現像時間より短くすることにより、１回目の現像処理でフォトレジスト膜２に形成されたパターンの変動を抑制しつつ、１回目の現像処理における現像欠陥を解消することができる。

また、実施の形態１の半導体装置の製造方法において、工程（ｃ）は、炭化珪素基板１にリンス液を滴下しながら炭化珪素基板１を回転させてフォトレジスト膜２上から第１現像液３を振り切る工程であり、工程（ｅ）は、炭化珪素基板１にリンス液を滴下しながら炭化珪素基板１を回転させてフォトレジスト膜２上から第２現像液３を振り切る工程である。これにより、水溶性の現像液３が濃縮し、現像条件が大きく変化したり、パターン配置により炭化珪素基板１面内に現像ムラが発生したりすることを防止する。

また、実施の形態１の半導体装置の製造方法は、（ｆ）工程（ｂ）と（ｃ）の間に、炭化珪素基板１をステップ回転する工程と、（ｇ）工程（ｄ）と（ｅ）の間に、炭化珪素基板１をステップ回転する工程とをさらに備える。したがって、フォトレジスト膜２の表面に付着していないマイクロバブル４や、大き目のマイクロバブル４による現像欠陥の発生を抑制でき、炭化珪素基板１面内のフォトレジスト膜２の仕上がり形状を安定化させることができる。

また、実施の形態１の半導体装置の製造方法は、（ｈ）工程（ｅ）の後、フォトレジスト膜２に現像液３（第３現像液）を滴下する工程と、（ｉ）工程（ｈ）の終了から第３現像時間が経過した後、炭化珪素基板１を回転させてフォトレジスト膜２上から現像液３を振り切る工程とを備える。１回目、２回目の現像処理工程でなお残る現像欠陥を、３回目の現像処理工程で解消することが可能で、さらに現像欠陥が低減する。

また、第３現像時間は第１現像時間より短くすることにより、１回目の現像処理でフォトレジスト膜２に形成されたパターンの変動を抑制しつつ、１，２回目の現像処理における現像欠陥を解消することができる。

また、実施の形態１の半導体装置の製造方法において、工程（ｉ）は、炭化珪素基板１にリンス液を滴下しながら炭化珪素基板１を回転させてフォトレジスト膜２上から現像液３（第３現像液）を振り切る工程である。これにより、水溶性の現像液３が濃縮し、現像条件が大きく変化したり、パターン配置により炭化珪素基板１面内に現像ムラが発生したりすることを防止する。

また、実施の形態１の半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板１に炭化珪素半導体基板を用いることによって、炭化珪素半導体装置の歩留まりの向上に寄与する。

＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．製造工程＞
図３，４は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法である、フォトレジスト膜の現像処理工程を示す図である。図３は１回目の現像処理工程を、図４は１回目の現像処理工程に続いて行われる２回目の現像処理工程を、それぞれ示している。図３に示す１回目の現像処理工程は、図１に示す実施の形態１の１回目の現像処理工程と同様であるため説明を省略し、以下、図４に示す２回目の現像処理工程について説明する。

１回目の現像処理に続いて、２回目の現像処理を行う。現像液吐出ノズル１２から現像液３を再び吐出し（図４（ａ））、炭化珪素基板１上に現像液３を盛る。その後、図４（ｂ）に示すように、炭化珪素基板１上に現像液３が盛られた状態で、リンス液（例えば純水）を適用だけ吐出し、現像液３を低濃度化する。なお、１回目の現像処理と同様、この状態で炭化珪素基板１のステップ回転を行い、現像液３を攪拌する。１回目の現像処理と同様、フォトレジスト膜２の表面にマイクロバブル４が発生する。しかし、１回目の現像処理と２回目の現像処理とで、同じ位置にマイクロバブル４が発生する確率は極めて小さい。図２（ｂ）に示すように、２回目の現像処理で発生するマイクロバブルは、１回目の現像処理で発生した場所とは別の場所に発生する。したがって、１回目の現像処理で現像欠陥となった場所が、２回目の現像処理で現像液に接触し正常にパターニングされる。実施の形態１と同様、２回目の現像時間を１回目の現像時間より短く設定することによって、１回目の現像処理で形成したフォトレジスト膜２のパターン変動を抑制できるが、現像液３の濃度を低くすることにより、より一層パターン変動を抑制できる。また、リンス液を用いて現像液３の濃度を変化させているので、濃度の異なる複数の現像液３を予め用意する必要がない。

次に、リンス液吐出ノズル１３からリンス液（例えば純水）を吐出しながら、ウエハチャック１１を回転させ、炭化珪素基板１を回転させて現像液３を振り切る（図４（ｄ））。リンス液を吐出しながら現像液３を振り切ることにより、水溶性の現像液３が濃縮し、現像条件が大きく変化したり、パターン配置により炭化珪素基板１面内に現像ムラが発生したりすることを防止する。

図４（ｅ）は、２回目の現像処理を完了した炭化珪素基板１を示しており、１回目の現像処理で発生したマイクロバブル４直下のフォトレジスト膜２が、２回目の現像処理でパターニングされたことを示している。

＜Ｂ−２．効果＞
実施の形態２の半導体装置の製造方法では、フォトレジスト膜２に現像液３（第２現像液）を滴下した後、リンス液を滴下して現像液３を低濃度化するので、１回目の現像処理で形成したフォトレジスト膜２のパターン変動を抑制しつつ、１回目の現像処理で生じた現像欠陥を解消することができる。また、リンス液を用いて現像液３の濃度を変化させているので、濃度の異なる複数の現像液３を予め用意する必要がない。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１炭化珪素基板、２フォトレジスト膜、３現像液、４マイクロバブル、１１ウエハチャック、１２現像液吐出ノズル、１３リンス液吐出ノズル。

Claims

（ａ）一主面にフォトレジスト膜が成膜された半導体基板を準備する工程と、
（ｂ）前記フォトレジスト膜に第１現像液を滴下する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の終了から第１現像時間が経過した後、前記半導体基板を回転させて前記フォトレジスト膜上から前記第１現像液を振り切る工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後、前記フォトレジスト膜に第２現像液を滴下する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の終了から第２現像時間が経過した後、前記半導体基板を回転させて前記フォトレジスト膜上から前記第２現像液を振り切る工程と、
を備える、
半導体装置の製造方法。
前記第２現像時間は前記第１現像時間より短い、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程（ｃ）は、前記半導体基板にリンス液を滴下しながら前記半導体基板を回転させて前記フォトレジスト膜上から前記第１現像液を振り切る工程であり、
前記工程（ｅ）は、前記半導体基板にリンス液を滴下しながら前記半導体基板を回転させて前記フォトレジスト膜上から前記第２現像液を振り切る工程である、
請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
（ｆ）前記工程（ｂ）と（ｃ）の間に、前記半導体基板をステップ回転する工程と、
（ｇ）前記工程（ｄ）と（ｅ）の間に、前記半導体基板をステップ回転する工程とをさらに備える、
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（ｈ）前記工程（ｅ）の後、前記フォトレジスト膜に第３現像液を滴下する工程と、
（ｉ）前記工程（ｈ）の終了から第３現像時間が経過した後、前記半導体基板を回転させて前記フォトレジスト膜上から前記第３現像液を振り切る工程とをさらに備える、
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記第３現像時間は前記第１現像時間より短い、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程（ｉ）は、前記半導体基板にリンス液を滴下しながら前記半導体基板を回転させて前記フォトレジスト膜上から前記第３現像液を振り切る工程である、
請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程（ｄ）は、前記フォトレジスト膜に第２現像液を滴下した後、リンス液を滴下して前記第２現像液を低濃度化する工程である、
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体基板は炭化珪素基板である、
請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。