JP4342957B2 - 半導体デバイス製造プロセスにおける現像処理方法およびこれを実施する現像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体フォトリソプロセスにおける現像処理方法および現像処理装置に関し、特に表面のフォトレジストが現像処理された半導体基板を洗浄液で洗浄し、乾燥させる工程に用いる現像処理方法および現像処理装置に関する。

半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程では、半導体基板にフォトレジスト膜を塗布形成し、選択的に露光する。その後、現像処理装置において、フォトレジスト膜の塗布および露光が終了した半導体基板の上面全体に現像液を行き渡らせ、フォトレジスト膜を現像した後、半導体基板上に表面張力により液盛られた現像液をリンス液により洗浄し、乾燥してパターンを形成する（例えば特許文献１参照）。

ここで、特許文献１の現像処理装置による洗浄および乾燥工程を説明する。図５に従来の洗浄及び乾燥工程における半導体基板の回転数の変化を示す。なお、図５にはリンス液を滴下している時間を実線で示し、滴下していない時間を点線で示している。

上記のように現像後、表面張力により現像液が液盛られた半導体基板を回転し、半導体基板の中心にリンス液供給ノズルから純水のリンス液を滴下する。リンス液を滴下している間、半導体基板を先ず２５０ｒｐｍの低速で約７秒間回転させ、さらに１５００ｒｐｍの中速で回転させる（図５の実線）。

この半導体基板の中速回転が所定時間経過した後、リンス液の滴下を中止し、半導体基板を４０００ｒｐｍの高速で回転させる（図５の点線）。この回転により、半導体基板が乾燥する。
特開２００２−７５８３４号公報（図１、図２、段落番号[００１６]〜[００１９]参照）

しかしながら、上述した特許文献１の方法では、リンス液の滴下を中止してから半導体基板の乾燥工程が終了するまでの間に半導体基板の上方にリンス液供給ノズルが存在する時期があり、半導体基板にリンス液である純水が垂れ落ちることがある。

このように半導体基板に純水が垂れ落ちると、高速回転している半導体基板の表面で純水が水滴化し、半導体基板上のフォトレジストからレジスト構成物質がこの水滴の揮発時に発生する界面張力により剥離し半導体基板上に拡散する。この拡散したレジスト構成物質が、回路パターンになるフォトレジストパターンで凝集してパターン欠陥を引き起こす。この結果、半導体基板の歩留りが低下する。

LSIに代表される半導体装置の製造は、回路パターンをフォトレジストに転写し、これをマスクとして加工処理を行う。近年、回路パターンの微細化が進んだことから、従来は問題として顕在化していなかった、フォトレジストパターニング時の欠陥が、半導体装置の製造歩留まりの安定性に大きな影響を与えている。

そこで本発明の目的は上記の従来技術の問題点に鑑み、フォトレジストパターンを形成した時のパターン欠陥の発生を少なくすることができる、半導体基板の洗浄および乾燥工程を含む現像処理方法およびこれを実施する現像処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、現像処理されたフォトレジスト膜を有する半導体基板を回転させながら、該半導体基板の洗浄および乾燥を行う、半導体製造プロセスにおける現像処理方法において、前記半導体基板にノズルからリンス液として純水を滴下しながら、前記半導体基板を回転させて前記半導体基板上にある現像液を洗浄する洗浄工程と、前記半導体基板の回転数を減少させて、該回転数が２０ｒｐｍまで減少した後に、前記純水の滴下を中止することで前記半導体基板上に前記純水のパドルを形成する工程と、前記純水のパドルが形成された前記半導体基板の回転数を増加させることで前記半導体基板を乾燥させる乾燥工程と、を含む。

上記の半導体製造プロセスにおける現像処理方法において、前記純水のパドルを形成する工程で、前記純水のパドルが形成されている間に、前記純水の滴下を行うノズルを前記半導体基板の上方から退避させる。

また、本発明は、現像処理されたフォトレジスト膜を有する半導体基板を回転させながら、該半導体基板の洗浄および乾燥を行う、半導体製造プロセスにおける現像処理方法において、前記半導体基板にノズルからリンス液として純水を滴下しながら、前記半導体基板を第１の回転数で回転させ、さらに該第１の回転数よりも多い第２の回転数で前記半導体基板を回転させる洗浄工程と、前記半導体基板の回転数を前記第１の回転数よりも少ない第３の回転数まで減少させ、前記純水の滴下を中止することで前記半導体基板上に前記純水のパドルを形成する工程と、前記第３の回転数で前記半導体基板を回転させている状態から、前記第２の回転数よりも多い第４の回転数で前記半導体基板を回転させることで前記半導体基板を乾燥させる乾燥工程と、を含む。

この半導体製造プロセスにおける現像処理方法では、第３の回転数は２０ｒｐｍであり、前記純水のパドルを形成する工程で、前記第３の回転数で前記半導体基板を回転させている間に、前記純水の滴下を行うノズルを前記半導体基板の上方から退避させる。

前記乾燥工程において、前記半導体基板の回転が前記第３の回転数から前記第４の回転数に達するまでの時間が長いことが好ましい。

上記のような発明では、半導体基板上の現像液を洗浄する洗浄工程と、その後半導体基板の回転数を増加させて半導体基板を乾燥させる乾燥工程との間に、半導体基板上に純水のパドルが形成されている状態がある。このため、洗浄工程から乾燥工程に移行する間に純水を滴下するノズルを退避させることが可能になり、従来例のように乾燥工程時に高速回転している半導体基板にノズルから純水が垂れ落ち、基板上で純水の水滴化が生じるという問題がない。すなわち、水滴の揮発時に発生するフォトレジストからのレジスト構成物質の剥離、拡散が生じ、この拡散したレジスト構成物質がレジストパターンで凝集してパターン欠陥を引き起こすという問題が生じない。よって、半導体基板の歩留まりを安定化させることができる。

さらに、半導体基板上にパドルを形成するときの回転速度から半導体基板を乾燥させる回転速度に引き上げるときの時間を長くとって、半導体基板の回転加速を緩くすることで、半導体基板の表面に純水のパドルが形成されている時間が長くなり、いっそう純水の水滴化を起こりにくくすることができる。

また、本発明は上記のような現像処理方法を実施する現像処理装置であって、現像処理されたフォトレジスト膜を有する半導体基板を保持する保持手段と、前記半導体基板の前記フォトレジスト膜を上方に向けた状態で前記保持手段を回転する回転手段とを容器内に備え、前記純水の滴下を行うノズルが前記半導体基板の上方に配置され、かつ前記容器の外に移動自在である現像処理装置も提供する。

本発明によれば、半導体基板上の現像液を洗浄する洗浄工程と、その後半導体基板の回転数を増加させて半導体基板を乾燥させる乾燥工程との間に、半導体基板上に純水のパドルが形成されている状態があるので、洗浄工程から乾燥工程に移行する間に純水を滴下するノズルを退避させることできる。このため、従来例のように乾燥工程で退避するノズルから純水が垂れ落ち、高速回転している半導体基板上で純水の水滴化が生じ、この水滴の揮発時に発生するレジスト構成物質がレジストパターンで凝集してパターン欠陥を引き起こすという問題が生じないので、半導体基板の歩留まりを安定化させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による現像処理装置の概略構成を示す図である。

図１に示す形態の現像処理装置１は、上部が開口し下部にドレン用の孔を有する容器形状の現像カップ９を備える。現像カップ９の内部には回転軸４が配置され、回転軸４の上部には半導体基板２を保持するためのスピンチャック５が取り付けられている。

スピンチャック５の上方には現像液供給ノズル７とリンス液供給ノズル８が配設されている。現像液供給ノズル７は半導体基板２に現像液を供給し、リンス液供給ノズル８は半導体基板２上にフォトレジスト膜３を覆うように液盛られた現像液６を洗浄するリンス液を供給する。現像液供給ノズル７とリンス液供給ノズル８はそれぞれ移動自在であり、現像カップ９の中から外へ退避させることができる。なお、半導体基板２は、ICまたはLSＩなどの半導体装置を構成した回路パターンがフォトレジストに露光されている基板である。

現像処理装置１において、フォトレジスト膜３の塗布および露光が終了した半導体基板２を、スピンチャック５に真空吸着して保持する。半導体基板２が静止した状態で、スピンチャック５の上方に配置されている現像液供給ノズル７から、半導体基板２上に適量の現像液６を滴下する。そして、図１に示すように、表面張力により現像液６を半導体基板２上のフォトレジスト膜３の全面に液盛りし、所定時間だけ保持して、フォトレジスト膜３を現像する。このような現像工程の後、スピンチャック５の上方に配置されているリンス液供給ノズル８からリンス液（例えば純水）を滴下しながら、スピンチャック５を回転させることにより、半導体基板２を洗浄する。

次に、図１から図３を参照し、本実施形態の現像処理装置における半導体基板２の洗浄から乾燥までの動作を説明する。図２は図１に示した現像処理装置１による半導体基板の洗浄および乾燥工程を示すフローチャートである。図３は、半導体基板２の洗浄および乾燥工程において半導体基板２を回転させるときの回転数の変化を示している。なお、図３では、従来例と同様に、リンス液供給ノズル８からのリンス液を滴下している時間を実線で示し、滴下していない時間を点線で示している。また、図３中の（１）はリンス液の滴下停止する時期を、（２）は乾燥の為に半導体基板の加速回転を開始する時期を示している。

上記のような現像工程が終了した後、本発明では図２に示すように、半導体基板を低速と中速の２段階の回転速度で回転させて洗浄工程を実施し（ステップＳ１及びＳ２）、低速回転よりも極めて低い回転速度で半導体基板を回転させることで半導体基板上に純水のパドルを形成し（ステップＳ３）、その後半導体基板を前記の中速回転よりも高速で回転させて乾燥工程を実施する（ステップＳ４）。特に本発明では、半導体基板上に純水のパドルを形成している状態でリンス液供給ノズルを半導体基板の上方から退避させる。なお、純水のパドルとは、基板の上面全体に形成される純水の膜をいう。

より具体的には、図３に示すように、リンス液供給ノズル８からリンス液を半導体基板２の中心に滴下し、このリンス液供給時において、半導体基板２を初めは２５０ｒｐｍの低速で約７秒間回転させ、さらに１５００ｒｐｍの中速で回転させる。この半導体基板２の中速回転を所定時間実施した後、スピンチャック５の回転速度を約３秒かけて２０ｒｐｍの極低速になるまで徐々に低下させ、半導体基板２上に純水のパドルを形成する。

上記のように２０ｒｐｍの極低速回転になった（図３中の（１）の時期）ら、リンス液供給ノズル８からのリンス液の滴下を中止し、現像カップ９の外へリンス液供給ノズル８を５秒かけて退避させる。

リンス供給ノズル８の退避後、半導体基板２を４０００ｒｐｍの高速で回転させ、半導体基板２の表面を乾燥させる。

このような方法では、リンス液供給ノズル８から純水が垂れ落ちたとしても、半導体基板２の表面には純水のパドルが形成されているため、純水の水滴化が起きない。このため、水滴の揮発時に発生するフォトレジストからのレジスト構成物質の剥離、拡散が生じ、この拡散したレジスト構成物質がレジストパターンで凝集してパターン欠陥を引き起こすという問題が生じない。よって、半導体基板の歩留まりを安定化させることができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施形態の現像処理装置は第１の実施の形態と同一の装置を用いており、ここでは装置構成の説明は割愛する。

図４は、本発明の第２の実施の形態による現像処理装置において半導体基板の洗浄および乾燥を実施する際の半導体基板の回転数の変化を示している。なお、図４では、従来例と同様に、リンス液供給ノズル８からのリンス液を滴下している時間を実線で示し、滴下していない時間を点線で示している。また、図４中の（１）はリンス液の滴下停止する時期を、（２）は乾燥の為に半導体基板の加速回転を開始する時期を示している。

本実施形態では図４に示すようにリンス液の滴下を中止し、半導体基板を２０ｒｐｍの極低速で５秒間回転させた後、半導体基板２を乾燥させるために、半導体基板２の回転数を４０００ｒｐｍの高速回転に到達するまでに約５秒かけて連続的に高くしていく。なお、リンス液供給ノズル８の現像カップ外への退避動作は、第１の実施の形態と同様に２０ｒｐｍの極低速回転の開始から４０００ｒｐｍの高速回転に達する間にて実施する。本実施形態ではノズル退避時間は約１０秒である。

このように第１の実施の形態に比べ、２０ｒｐｍの極低速回転の半導体基板２が４０００ｒｐｍの高速回転に到達するまでの時間を長くとっているため、半導体基板２の回転加速が緩く、加速し始めのうちは半導体基板２の表面に純水のパドルがまだ形成されている。つまり、第１の実施の形態に比べ、半導体基板２の表面に純水のパドルが形成されている時間が長いため、いっそう純水の水滴化を起こりにくくすることができる。このため、乾燥工程に移行する半導体基板２の加速回転を、現像カップ外へのリンス供給ノズル８の退避が完全に終了する前より開始することが可能になる。

なお、上述した実施形態の説明のために挙げた半導体基板２の回転速度や回転時間、さらにはリンス液供給ノズル８の退避にかかる時間は限定されるものではなく、現像処理するフォトレジストによって適宜変更できる。

本発明の現像処理装置の一例の概略構成を示す図である。 図１に示した現像装置による半導体基板の洗浄および乾燥工程を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態として現像処理装置で半導体基板の洗浄および乾燥工程を実施する際の、半導体基板の回転数の変化とリンス液の滴下時期とを示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態として現像処理装置で半導体基板の洗浄および乾燥工程を実施する際の、半導体基板の回転数の変化とリンス液の滴下時期とを示すグラフである。 従来の現像処理装置において半導体基板の洗浄および乾燥工程を実施する際の、半導体基板の回転数の変化とリンス液の滴下時期とを示すグラフである。

符号の説明

１ 現像処理装置
２ 半導体基板
３ フォトレジスト膜
４ 回転軸
５ スピンチャック
６ 現像液
７ 現像液供給ノズル
８ リンス液供給ノズル
９ 現像カップ

Claims (3)

1. 現像処理されたフォトレジスト膜を有する半導体基板を回転させながら、該半導体基板の洗浄および乾燥を行う、半導体製造プロセスにおける現像処理方法において、
   前記半導体基板に、ノズルからリンス液として純水を滴下しながら、前記半導体基板を回転させて前記半導体基板上にある現像液を洗浄する洗浄工程と、
   前記半導体基板の回転数を減少させて、該回転数が２０ｒｐｍまで減少した後に、前記純水の滴下を中止することで前記半導体基板上に前記純水のパドルを形成する工程と、
   前記純水のパドルが形成された前記半導体基板の回転数を増加させることで前記半導体基板を乾燥させる乾燥工程と、を含み、
   前記純水のパドルを形成する工程で、前記純水のパドルが形成されている間に、前記ノズルを前記半導体基板の上方から退避させることを特徴とする半導体製造プロセスにおける現像処理方法。
2. 現像処理されたフォトレジスト膜を有する半導体基板を回転させながら、該半導体基板の洗浄および乾燥を行う、半導体製造プロセスにおける現像処理方法において、
   前記半導体基板に、ノズルからリンス液として純水を滴下しながら、前記半導体基板を第１の回転数で回転させ、さらに該第１の回転数よりも多い第２の回転数で前記半導体基板を回転させる洗浄工程と、
   前記半導体基板の回転数を前記第１の回転数よりも少ない第３の回転数まで減少させ、前記純水の滴下を中止することで前記半導体基板上に前記純水のパドルを形成する工程と、
   前記第３の回転数で前記半導体基板を回転させている状態から、前記第２の回転数よりも多い第４の回転数で前記半導体基板を回転させることで前記半導体基板を乾燥させる乾燥工程と、を含み、
   前記第３の回転数は２０ｒｐｍであり、
   前記純水のパドルを形成する工程で、前記第３の回転数で前記半導体基板を回転させている間に、前記ノズルを前記半導体基板の上方から退避させることを特徴とする、半導体製造プロセスにおける現像処理方法。
3. 請求項１または２の現像処理方法を実施する現像処理装置であって、
   現像処理されたフォトレジスト膜を有する半導体基板を保持する保持手段と、前記半導体基板の前記フォトレジスト膜を上方に向けた状態で前記保持手段を回転する回転手段とを容器内に備え、前記純水の滴下を行うノズルが前記半導体基板の上方と前記容器の外との間を移動自在である現像処理装置。

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