JP3899854B2

JP3899854B2 - 現像方法

Info

Publication number: JP3899854B2
Application number: JP2001189261A
Authority: JP
Inventors: 隆浩高桑; 秀明水戸; 博文福本; 文男岩本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003007595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法、特に半導体ウェハ（以下、単にウェハと記す）に対するフォトレジスト現像処理に使用する現像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスのデザインルールは微細化され、フォトレジスト現像処理工程において、従来問題とならなかった大きさの半導体装置表面上の欠陥も致命的な影響を与えるようになってきている。
【０００３】
従来のフォトレジストの現像方法について、図面を参照しながら説明する。図７はフォトレジスト現像方法の工程を示すフロー図であり、図８は従来の現像方法のうち標準的に用いられる現像方法を示す概略図である。
【０００４】
図７において、最初の工程は、現像液滴下工程１１であり、図８（ａ）に示すように、ウェハ１の表面に膜状に形成されたレジスト２の上へ現像液吐出ノズル３から現像液４を滴下する。この時、ウェハ１はスピンチャック５によって吸着され、かつ回転している。このことによって、レジスト２の上へ供給された現像液４はウェハ１の中心部から周縁方向へ広げられる。
【０００５】
次に、図７において、第２の工程は、現像工程１２であり、図８（ｂ）に示すように、ウェハ１の回転を停止して、ウェハ１全面に広がった現像液４を表面張力によりレジスト２の上で保持する。このことによって、現像液４によるレジスト２の現像反応を進行させる。
【０００６】
次に、図７において、第３の工程は、リンス工程１３であり、図８（ｃ）に示すように、スピンチャック５によってウェハ１を回転させながら、リンス液吐出ノズル６からウェハ１上にリンス液７を滴下する。滴下されたリンス液７が現像液４を洗い流すことによって、ウェハ１を洗浄する。
【０００７】
最後に、図７において、第４の工程は、リンス液振り切り工程１４で、第５の工程は、乾燥工程１５であり、図８（ｄ）に示すように、ウェハ１を回転させてリンス液７を振り切ることによって、ウェハ１の表面にパターン形成されたレジスト２をスピン乾燥させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、リンス工程１３で、リンス液７によってウェハ表面上の現像液４を除去するが、この時、現像液４中にリンス液７が滴下されることにより現像液４の濃度が低下し、現像液４に溶解しているレジスト成分が析出し、ウェハ１の表面に薄膜状の異物が付着する。その異物がパターン上に付着すると、パターン欠陥となるという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、レジスト成分の析出によるパターン欠陥を低減する現像方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による現像方法は、ウェハ表面に塗布されたレジストの現像工程を実施し、その後現像液を洗い流すリンス工程前に現像液を振り切ることでレジストを含んでいる現像液をウェハから除去するものである。
【００１１】
さらには、現像液を振り切った後、２回目の現像液をウェハに滴下することにより、現像液を振り切った後に残ったレジスト残りを溶解させ、リンス液にてレジスト残留成分を析出させることなく現像液を洗い流す構成を備えたものである。
【００１２】
さらには、２回目の現像液をウェハに滴下する工程以降を繰り返すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態にかかるレジストの現像方法について、図面を用いて説明する。図１は、本発明のフォトレジスト現像方法の工程を示すフロー図であり、図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態によるレジストの現像方法を示すプロセス工程の概略図である。
【００１４】
図１において、最初の工程は、現像液滴下工程２１であり、図２（ａ）に示すように、ウェハ１の表面に膜状に形成されたレジスト２の上へ、現像液吐出ノズル３から現像液４を吐出する。この時、ウェハ１はスピンチャック５により吸着され、回転している。これにより、レジスト２の上に供給された現像液４はウェハ１の中心部から周辺方向へ広げられる。
【００１５】
次に、図１において、第２の工程は、現像工程２２であり、図２（ｂ）に示すように、ウェハ１の回転を停止してウェハ１全面に広がった現像液４を表面張力によりレジスト２の上でパドル状態に保持する。このことによって、現像液４によるレジスト２の現像反応を進行させる。この時に現像液４がパドル状態に保持される時間は、現像液４がレジスト２の下のウェハ１上に達する時間（現像時エンドポイント）、つまりレジストパターン形成が可能となる現像時間が必要となる。これは、現像液４に溶解する露光部のレジスト２をほとんど溶解する時間である。この時のパドル時間は、レジストの種類によって異なる。
【００１６】
次に、図１において、第３の工程は、現像液振り切り工程２３であり、図２（ｃ）に示すようにウェハ１を回転させ、現像液４と現像液４に溶解したレジスト２をウェハ１から振り切る。この時、残ったレジスト２が乾燥しない状態で次の工程を行う。
【００１７】
次に、図１において、第４の工程は、リンス工程２４で、第５の工程は、リンス液振り切り工程２５であり、図２（ｄ）に示すようにスピンチャック５によってウェハ１を回転させながら、リンス液吐出ノズル６からウェハ１上にリンス液７を吐出する。吐出されたリンス液７が残ったレジストを含んだ現像液４を洗い流すことによって、ウェハ１を洗浄する。ここでは、リンス液として、脱イオン水である純水を用いている。前の現像液振り切り工程２３で、現像液４と現像液４に溶解したレジスト２が振り切られているので、リンス液７と現像液４が混合することで、現像液濃度が低下しても、残った現像液４に溶解したレジスト２事態が大幅に減少しているために析出するレジスト２の不溶化パーティクルの発生を大幅に減少させることができる。
【００１８】
最後に、図１において、第６の工程は、乾燥工程２６であり、図２（ｅ）に示すようにウェハ１を回転させてリンス液７を振り切ることによって除去し、ウェハ１の表面にパターン形成されたレジスト２をスピン乾燥させる。
【００１９】
図３は、本発明の現像方法と従来の現像方法で発生するパターンの欠陥数の関係を示す特性図であり、上記第１の実施形態に関わる実施形態１においては、従来に比べて、１ウェハあたりの欠陥数が大幅に減少していることがわかる。欠陥数の値については、ウェハの大きさ、現像液等で異なる。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態にかかるレジストの現像方法について図面を用いて説明する。図４は、本発明のフォトレジスト現像方法の工程を示すフロー図であり、図５（ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施形態によるレジストの現像方法を示すプロセス工程の概略図である。
【００２１】
図４において、最初の工程は、第１の現像液滴下工程３１であり、図５（ａ）に示すように、ウェハ１の表面に膜状に形成されたレジスト２の上へ、現像液吐出ノズル３から現像液４を吐出する。この時、ウェハ１はスピンチャック５により吸着され、回転している。これにより、レジスト２の上に供給された現像液４はウェハ１の中心部から周辺方向へ広げられる。
【００２２】
次に、図４において、第２の工程は、第１の現像工程３２であり、図５（ｂ）に示すように、ウェハ１の回転を停止してウェハ１全面に広がった現像液４を表面張力によりレジスト２の上でパドル状態に保持する。このことによって、現像液４によるレジスト２の現像反応を進行させる。この時に現像液４がパドル状態に保持される時間は、現像液４がレジスト２の下のウェハ１上に達する時間（現像時エンドポイント）、つまりレジストパターン形成が可能となる現像時間が必要となる。これは、現像液４に溶解する露光部のレジスト２をほとんど溶解する時間である。この時のパドル時間は、レジストの種類によって異なる。
【００２３】
次に、図４において、第３の工程は、現像液振り切り工程３３であり、図５（ｃ）に示すようにウェハ１を回転させ、現像液４を振り切る。第１の現像工程３２後、従来の技術のようにリンス液を滴下しないので、リンス液と現像液が混合することで析出するレジスト２の不溶化パーティクルの発生を抑えることができる。現像液振り切り工程３３の時点で、現像後残ったレジスト２を乾燥させないようにし、連続して次の工程を実施する。
【００２４】
次に、図４において、第４の工程は、第２の現像液滴下工程３４であり、図５（ｄ）に示すように図５（ａ）と同様に現像液吐出ノズル３から新しい現像液８を吐出する。この時、ウェハ１はスピンチャック５により吸着され、回転している。これにより、レジスト２の上に供給された現像液４はウェハ１の中心部から周辺方向へ広げられる。現像液４と現像液８は同じものでよい。
【００２５】
次に、図４において、第５の工程は、第２の現像工程３５であり、図５（ｅ）に示すように図５（ｂ）と同様にウェハ１の回転を停止してウェハ１全面に広がった現像液４をウェハ１の表面に膜状に形成されたレジスト２の上に新しい現像液８を保持する。このことによって、新しい現像液８によるレジスト２の現像反応を進行させる。
【００２６】
次に、図４において、第６の工程は、リンス工程３６で、第７の工程は、リンス液振り切り工程３７であり、図５（ｆ）に示すようにスピンチャック５によってウェハ１を回転させながら、リンス液吐出ノズル６からウェハ１上にリンス液７を吐出する。吐出されたリンス液７が新しい現像液８を洗い流すことによって、ウェハ１を洗浄する。ここでは、リンス液として、脱イオン水である純水を用いている。現像液８中では、溶解したレジスト２が大幅に減少しており、リンス液７と現像液８が混合することで析出するレジスト２の不溶化パーティクルの発生を抑えることができる。
【００２７】
最後に、図４において、第８の工程は、乾燥工程３８であり、図５（ｇ）に示すようにウェハ１を回転させてリンス液７を振り切ることによって除去し、ウェハ１の表面にパターン形成されたレジスト２をスピン乾燥させる。
【００２８】
本発明の第１の実施形態にかかるレジストの現像方法においては、現像液振り切り工程２３の後、リンス工程２４を行っても、レジストの不溶化物が残るため、これをさらに改善するために、本発明の第２の実施形態としては、現像液振り切り工程３３の後、再度現像工程を行うことにより、残ったレジストをさらに溶解し、リンス工程３４で洗浄除去したものである。
【００２９】
図３に示すように、第２の実施形態に関わる実施形態２においては、従来に比べて、１ウェハあたりの欠陥数が大幅に減少していることがわかる。また、実施形態１より、欠陥数が減少していることがわかる。
【００３０】
本発明の第３の実施形態にかかるレジストの現像方法においては、図４における現像液滴下工程３４からリンス液振り切り工程３７までを連続して、図５においては図５（ｄ）〜（ｆ）に示す工程を少なくとも２回以上繰り返し実行する。
【００３１】
現像液８を滴下すると露光部のレジスト２が現像液中に溶解して現像反応が進行する。その後、従来方法ではリンス液７によってウェハ１表面上の現像液４を除去するが、この時、現像液中にリンス液７が滴下されることにより現像液濃度が低下し、現像液４に溶解していたレジスト成分が析出しウェハ表面に付着した。そのため、本発明の実施形態では、現像工程を少なくとも３回に分け、１回目の現像液４はリンス液７を用いないでウェハ１を回転させることで除去する。これは、パドル現像工程中にレジスト２が現像液４に溶解されており、溶解されたレジストの溶解液は、従来のようにその後のリンス工程を行うと沈殿してしまうため、第１の現像液滴下工程３１後のリンス工程を省略することでパーティクルの発生を防止することができる。
【００３２】
図３に示すように、第３の実施形態に関わる本発明で、現像液滴下工程３４からリンス液振り切り工程３７までの工程を実施する回数を２回とした実施形態３（１）と、３回とした実施形態３（２）においては、従来に比べて、１ウェハあたりの欠陥数が大幅に減少していることがわかる。また、実施形態３（１）、（２）より、欠陥数が減少し、繰り返し回数の増加とともに欠陥数が減少していることがわかる。つまり、現像工程を繰り返すことでリンス工程時に発生したレジストの不溶化物を再度溶解し、洗い流すことでパーティクルを除去することができる。
【００３３】
図６は、現像工程２２または現像工程３２で、パドル時間と発生するパターン欠陥数の関係を示す特性図であり、今回使用したアニーリングタイプのＫｒＦレジストの場合について、パドル時間が３秒、５秒、１０秒と時間を長くするほど、欠陥数が減少していることがわかる。５秒以上で最適となることがわかる。
【００３４】
以上のように本実施形態によれば、現像反応によってレジスト成分を含む現像液をリンス液を滴下せずに除去したことにより、リンス液によってウェハを洗浄した時にレジスト成分が析出するのを低減することができる。
【００３５】
また、本発明の実施形態について、いくつか詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は何ら限定されるものではない。本発明はポジ型レジストの現像方法について説明したが、同じ方法がネガ型レジストを使用する場合にも適用可能であることは言うまでもない。さらに、種々のタイプの溶剤・増感剤・添加剤を使用しているレジストもまた化学増幅型レジストも本発明で使用できる。また、使用されるパターンマスクのＣｒ面積が少ない場合あるいは、多い場合とも本発明を使用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ウェハ表面に塗布されたレジストの現像工程を実施し、その後現像液を振り切ることで、溶解したレジストを含んでいる現像液をウェハから除去することになり、現像液を洗い流すリンス工程で、リンス液と現像液と混ざることにより発生するレジスト成分の析出を抑えることができ、パターン欠陥を大幅に低減することができる。
【００３７】
また、現像工程と現像液振り切り工程後、リンス工程前に、第２の現像工程を行うことにより、さらに残ったレジストを溶解した後、リンス液による洗浄を行うため、さらにレジスト成分の析出を抑え、パターン欠陥を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による現像方法の工程を示すフロー図
【図２】本発明の第１の実施の形態による現像方法を示すプロセス工程の概略図
【図３】本発明の実施の形態における現像方法と従来の現像方法で発生するパターンの欠陥数を比較する特性図
【図４】本発明の第２の実施の形態による現像方法の工程を示すフロー図
【図５】本発明の第２の実施の形態による現像方法を示すプロセス工程の概略図
【図６】本発明の実施の形態におけるパドル時間と発生する欠陥数の関係を示す特性図
【図７】従来の現像方法の工程を示すフロー図
【図８】従来の現像方法を示すプロセス工程の概略図
【符号の説明】
１ウェハ
２レジスト
３現像液吐出ノズル
４現像液
５スピンチャック
６リンス液吐出ノズル
７リンス液
８現像液

Claims

表面にレジストを塗布した半導体ウエハを回転させながら前記半導体ウエハ上へ現像液を供給する第１の現像液滴下工程と、前記現像液の供給を停止して前記半導体ウエハの表面において、前記現像液によるレジストの現像反応を進行させる第１の現像工程と、前記半導体ウエハを回転させて前記現像液と前記現像液に溶解された前記レジストを除去した後、前記半導体ウエハを回転させながら前記半導体ウエハの表面へ前記現像液を供給する第２の現像液滴下工程と、前記現像液の供給を停止して前記半導体ウエハの表面において前記現像液によるレジストの現像反応を進行させ、溶解しきれなかった前記レジストを溶解する第２の現像工程と、前記第２の現像工程に連続し、リンス液を使用して前記現像液と溶解された前記レジストを洗い流す工程とを備えたことを特徴とする現像方法。
第１の現像工程はパドルを形成し、現像時間は、前記現像液が前記レジストを溶解させ、前記半導体ウエハ上に達する時間以上であることを特徴とする請求項１記載の現像方法。
レジストを除去する工程の後、第２の現像液滴下工程前に、現像後残った前記レジストを乾燥させないことを特徴とする請求項１記載の現像方法。
表面にレジストを塗布した半導体ウエハを回転させながら前記半導体ウエハ上へ現像液を供給する第１の現像液滴下工程と、前記現像液の供給を停止して前記半導体ウエハの表面において、前記現像液によるレジストの現像反応を進行させる第１の現像工程と、前記半導体ウエハを回転させて前記現像液と前記現像液に溶解された前記レジストを除去する工程と、前記半導体ウエハを回転させながら前記半導体ウエハの表面へ前記現像液を供給する第２の現像液滴下工程と、前記現像液の供給を停止して前記半導体ウエハの表面において前記現像液によるレジストの現像反応を進行させ、溶解しきれなかった前記レジストを溶解する第２の現像工程と、リンス液を使用して前記現像液と溶解された前記レジストを洗い流す工程とを備え、前記第２の現像液滴下工程、前記第２の現像工程および前記リンス液を使用して現像液と溶解されたレジストを洗い流す工程の組み合わせを少なくとも２回以上行うことを特徴とする現像方法。