JPH0330417A - 集積回路製造プロセスにおけるフォトレジストの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に集積回路を製造するプロセスに関する。

特に、このようなプロセスに使用可能で、マスキング及
びバターニング処理（ｐａｔｔｅｒｎ　ｐｒｏｃｅｄｕ
ｒｅｓ）の準備のための、モツトリング（ｍｏｔ　ｔｌ
　ｉｎｇ）のないウェーハにフォトレジストの形成させ
る方法に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

従来の集積回路製造プロセスでは、シリコン・ウェーハ
または同類の基板の表面上にパターンを画定するため、
ｌステップ以上のフォトリソグラフィー・プロセスが用
いられている。これらのパターンは次のステップでさま
ざまなフィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を形成するた
めに用いられる。これらのフィーチャーは、相互に集積
回路の能動素子および相互接続回路を形成する。第１図
に示すように、一般に基板は半円形のウェーハである。

スクライブ・ライン（ｓｃｒｉｂｅ　１ｉｎｅ）によっ
て正方形または長方形のダイスのチエツクボード・パタ
ーンが形成され、ウェーハ上に施されるプロセス・ステ
ップが終了すると、ダイスは該チエツクボード・パター
ンに沿って分離することができる。

従来のフォトリソグラフィーはいくつかの周知のステッ
プから構成される。最初に、基板を回転テーブル上に配
置させる。次に、回路フィーチ＋　−（ｃｔｒｃｕｔｔ
　ｆｅａｔｕｒｅ）が形成される基板の上側表面を揮発
性の液体溶媒で洗浄する。溶媒は、後続の基板表面に設
けられるフォトレジスト層の付着を補助するための適切
な結合剤を含めてもよい。

次に、回転テーブルを作動させ、第１図の矢印で示した
方向にウェーハを回転させる。この動作によって、過剰
な溶媒をスピンオフ（ｓｐｉｎ　ｏｆｆ）させ、通常、
基板の表面が乾燥したと見えるまで動作を継続させる。

そして、回転テーブルを停止させる。

ウェーハの回転が終了すると、所定量のフォトレジスト
溶液を基板の上側表面上に分散させる。回転テーブルを
再度作動させてウェーハを回転させ、それによって、液
体フォトレジストを基板表面上に拡散させる。フォトレ
ジスト層が乾燥すると、マスクまたは直接書込み技術の
どちらかを用いて、フォトレジスト層を選択的に露出さ
せ、全体的な集積回路設計上の１フイアウトの一つの層
の所望の構造に応じて各ダイスのバターニング（ｐａｔ
ｔｅｒｎｉｎｇ）をおこなう。エツチング、ドーピング
、酸化および多様のデイポジション・ステップ等の後続
のステップは、この層に引き続いて形成され、バターニ
ングされるフォトレジスト層を用いて実施することがで
きる。

従来の集積回路製造プロセスで用いられるフォトリソグ
ラフィー技術では、多くの異なる要因（ｆａｃｔｏｒｓ
）が品質、均一性、信頼性に悪影響を及ぼす。これらの
要因には、フォトレジスト層を形成するための材料、技
術、条件等が含まれている。

理想的には結果得られるフォト１ノジスト層は、第１に
フォトレジスト層において、第２にこの層を用いて形成
される物理的回路フィーチャーにおいて、マスクの微視
的な細部の全てを正確に写真複製（ｐｈｏｔｏｒｅｐｒ
ｏｄｕｃｔｉｏｎ）可能な品質であることが望まれてい
る。

物理的、化学的または環境上の要因の全てが厳密に管理
されなければならない。そうでなければ、欠陥を生じさ
せる要因（ｆａｕｌｔ−ｃａｕｓｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ
）の統計的作用に応じて、ウェーハまたはウェーハのバ
ッチ（ｂａｔｃｈ）全体に関して、または個々のダイス
のある比でバターニング・ステップに欠陥が生じる。場
合によっては、個別の要因だけでは欠陥を生じさせるに
は十分ではないが、それらの組合せによりフォトレジス
ト層の品質を劣化させ、最終的には製造された回路構造
に悪影響を及ぼす。

本発明が達成しようとする特別の課題は、モツトリング
（ｍｏｔｔｌ）ｎｇ　、まだら）を回避することにある
。モツトリングとはウェーハ上のフォトレジスト層の分
布状態の欠陥で、基板表面の一部が何もコーティングさ
れなかったり、コーティングが不十分であることをいう
。モツトリングの原因となる要因は、よく理解されてい
ない。モツトリングはオーバーエツチングされた（ｏｖ
ｅｒ−ｅｔｃｈｅｄ）回路層等の勾配のある、または切
り込み（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）のある構造に、またはダイ
スが正方形ではなく長方形であるウェーハにフォトレジ
ストが形成される場合に最も頻繁に発生すると観察され
ている。

基板の露出された表面材料に対するフォトレジスト材料
の親和力も要因の一つである。シリコンは多（の）矛ト
レジスト材料に対して親和力がない（ｐｈｏｂｉｃ）。

これは結合剤が使用される理由であるが、効果は必ずし
も確実ではない。別の要因としては回路自体の構造があ
る。基板の上側表面に形成された高密度の構造フィーチ
ャーを有する高密度回路は低密度回路よりも上述の問題
を生じゃすい傾向がある。

所与の製造プロセスのうちあるレベルは他に比べてより
敏感である。例えば、ヒユーレット・パラカード・カン
パニーが提供するＣＭＯ３Ｃプロセスについては広範囲
な研究が行われている。モツトリングの問題はしばしば
横チャネル・ストップ（ｌａｔｅｒａｌ　ｃｈａｎｎｅ
ｌ　５ｔｏｐ、　ＬＣ８）　レベルで起きる。

この中間レベルでは、表面構造にはほぼ露出したシリコ
ンとエツチングされた窒化物層が含まれ、これらがフォ
トレジストに切り込みリップを形成する。モツトリング
の出現は極めて多様で、条件及び条件の組合せに対して
かなり敏感であった。

すべての条件が最適と思われる場合、モツトリングはダ
イスのわずか１％しか生じなかった。条件が劣化した場
合には、モツトリング増加し、一般にダイスの３０％に
悪影響を及ぼし、しばしば、つ工−ハの全ロット（ｅｎ
ｔｉｒｅ　１ｏｔｓ　ｏｒ　ｗａｆｅｒ）を再加工しな
ければならなかった。

モツトリングの原因を識別して制御しようとする従来の
試みはあまり成功しなかった。あるアプローチでは、単
に通常の２倍以上の量の液体フォトレジストを使用して
ウェーハ表面をフォトレジストで充満させるものがあっ
た。この方法はあまり成功せず、フォトレジスト材料の
かなりの無駄となっていた。さらに、この方法はフィル
タの目詰まり等の問題を起こしやす（、大量のフォトレ
ジストの正確な計量に影響を及ぼす。この方法では、過
剰量をスピンオフさせる以前に、フォトレジストが基板
表面上に滞留する時間が長びいて、フォトレジストが基
板表面に十分湿潤（ｗｅｔ）する時間が与えられてしま
う。このアプローチによって、フォトレジスト層の分布
が半径方向に不均一になることがある。半径方向に不均
一なフォトレジストの分布によって、ウェーハ全体にわ
たるマスクとフォトレジストとの緊密な接触が妨害され
、さらに、フォトレジストの不均一な露出によっても妨
害され、その結果多くのダイスにおいて露出した境界部
のぼやけ（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）が生じることがある。

従って、モツトリングを発生させずにより確実にフォト
レジストをウェーハ上に設ける技術が必要である。

〔発明の目的〕

本発明の目的の一つは、集積回路の製造に関して基板の
上側表面にフォトレジスト層を形成させ方法を改善する
ことにある。

本発明の第２の目的は、特に高密度回路、実質的に多様
なトポグラフィ−を備える回路構造、露出表面がレジス
トに対して親和力のない（ｒｅｓｉｓｔｐｈｏｂ！ｃ）
材料等を含む実効ダイス（ｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｄｉｅ
ｅ）の収量及びその安定性（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ　
ｏｆ　ｙｔｅｌｄ）を向上させることにある。

本発明の他の目的は、前述したように、基板にフォトレ
ジスト層を設ける際に生じるモツトリングを縮減し、好
ましくは除去することにある。

本発明の付加的な目的は、フォトレジスト形成の条件の
小さい変化に対する感度を軽減させることにある。

〔発明の概要〕

本発明は集積回路ウェーハ表面にフォトレジストを形成
する技術を改良し、従来モツトリングが発生していた製
造プロセス・ステップ及び集積回路の設計において大幅
にモツトリングを低減させ、除去するものである。簡単
に述べると、改良された技術は基板表面が洗浄溶液でま
だぬれている間にこの基板の上側表面上に液体フォトレ
ジストを分散させる（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）ものである。

これは基板が洗浄溶液の分布のためにまだ回転している
間に行われることが好ましい。

特に、好適な実施例では、水平の回転テーブル上にその
上側表面が上向きになるようにウェーハを設置させ、上
側表面の中心部分に溶媒を放出させる。さらに、ウェー
ハを回転させ、ウェーハの上側表面の中心領域に溶媒薄
膜の上に液体フォトレジストを放出させ、ウェーハを回
転させてつ工−ハの上側表面全体にフォトレジストを分
散させることを含む。フォトレジストの放出を制御し、
液体フォトレジストの放出及び分布中にウェーハの上側
表面全体を湿潤状態に保つことが可能である。ウェーハ
は、その上に中間電子回路パターンが形成されている場
合がある。これは、露出したシリコン表面、高密度の回
路フィーチャー、切り込みを備える回路フィーチャーを
含む。使用される溶媒の粘性は液体フォトレジストの粘
性よりも低く、かつ溶媒薄膜は前述の露出したシリコン
表面、高密度の回路フィーチャーまたは切り込みを備え
る回路フィーチャーを完全に覆うのに十分な厚みを有す
る必要がある。フォトレジストの形成が開始させる時点
で、溶媒薄膜の厚さは少な（とも１００人であることが
必要である。さらに、フォトレジストの形成が開始され
る時点では、５００−１０゜０００人の範囲の厚さであ
ることが好ましい。

〔発明の実施例〕

第１図に、基板の典型的な形式のシリコン・ウェーハ１
０を示す。しかし、本願発明は他の基板材料にも応用す
ることができる。基板は、ダイス１４．１８等の正方形
または長方形のダイスを確定するスクライブ・ライン１
２を有する。従来の方法でフォトレジストが設けられる
と、前述のように、フォトレジスト層のモツトリングが
発生し、フォトレジストによって適切に覆われない領域
が残る。

第１図では、これらの領域はフォトレジスト境界部（ｂ
ｏｕｎｄａｒｉｅｓ）に示している。モツトリングがな
い場合、ダイ１４はフォトレジストによって適切に覆わ
れ、有効な集積回路を製造するための適性なバターニン
グが可能となる。一方、ダイ１８にはフォトレジストに
よって覆われない部分が存在し、従って、デバイスを動
作可能にする上で決定的な回路フィーチャーを構成する
ためのバターニングができない。モツトリング・フィー
チャーは、例えば、放射状の配位等のフォトレジストを
拡散させるためのウェーハを回転させることによって影
響を受ける特性及び典型的には長方形の形状であるスク
ライブ・ラインに沿った境界部、露出シリコン領域また
は高密度回路フィーチャー等のダイスがウェーハ上にレ
イアウトされる際の特性を示す傾向がある。

第２図には、基板表面２２とダイス１４．１８間に露出
したシリコン表面２２に引きかかれた（ｉｎｓｃｒｉｂ
ｅ）スクライブ・ライン１２を有するウェーハｌＯを示
す。

説明上の目的で、欠陥のあるダイ１８と並んで良好なダ
イ１４を示す。双方のダイスとも以前に形成された回路
フィーチャー２４を有しており、これは、例えば、前述
の横チャネル・ストップ（ＬＣ８）　　レベル等の以前
の処理段階でバターニングされた窒化物層である。層２
４は、切り込み周辺部２８を有する。

従来のフォトレジスト形成方法では、結合剤を含むある
量の液体溶媒が与えられ、乾燥するまでスピンオフした
ものである。前述の例では、液体成分はセルソルブアセ
テート（ｃｅｌｕｓｏｌｖｅ　ａｃｅｔａｔｅ）または
ＥＧＭＥＡ（Ｃ）１３ｃＯＯｃＩ□Ｃ１（２０Ｃ２Ｈ５
）としても知られているエチレングリフールモ、ノエー
テルエーテルアセテート溶液で、結合剤として（またフ
ォトレジストの溶媒である）、３０％のヘクサメチルジ
シラザン、または）ＩＭＤＳ（ＣａＨ＋　９Ｓ１２Ｎ）
である。スピンオフにより、基板の露出表面及び層構造
２４に結合剤と溶媒の薄膜の残留膜２６が残される。表
面は肉眼では乾燥しているように見え、薄膜２６の厚さ
は５００Å以下であることを意味する。溶媒と結合剤は
揮発性であるが、ある程度まで基板表面と結合するので
、結果得られた層２６は、実際には、厚さがおそら（は
５０Å以下で、はとんどの場合が１００Å以下の単分子
層、あるいは少数分子層（ａ　ｆｅｗ　ｍｏｉｅｃｕＬ
ａｒ　１ａｙｅｒｓ）である。

従来の方法で形成されたフォトレジスト層は露出したシ
リコン表面（ｂａｒｅ　５ｉｌｉｃｏｎ　５ｕｒｆａｃ
ｅ）上のスクライブ・ライン１２に位置する境界部１６
で終端している。この境界部はスクライブ・ライン以外
の位置、例えば、層２４内の切り込み部２８等のデバイ
ス・フィーチャーに沿って現れる場合もある。

液体フォトレジストの粘性と表面張力が高いので、第２
図ではフォトレジストの境界部は球根上の形状（ｂｕｌ
ｂｏｕｓ　５ｈａｐｅ）で図示されている。モツトリン
グは第２図に示したものとは異なる多くの形状をとるが
、この形状及び他の形状は後述するように本発明によっ
て有効的に縮小される。

第３図は第２図と同一の初期構造を有するウェーハであ
る。すなわち、表面２２上にスクライブ・ライン１２と
各ダイスにデイポジット及びエツチングされた構造２４
を備える基板１０である。本発明の第１のステップは、
基板表面全体に液体溶媒（例えば、ＨＭＤＳを添加した
ＥＧＭＥＡ）の薄膜３０を全基板表面に与え、そして溶
媒を３２の参照番号で示す所定範囲の厚さでほぼ均一に
分散される。この厚さの範囲は変更できるが、基板表面
が液体溶媒で湿潤されるのに十分な厚さでなければなら
ない。

第５図は、本発明を時間軸に沿って説明したものである
。シーケンスは基板表面上に溶媒を放出することから開
始される。溶媒ひゃ縦軸に沿って示した初期の厚さまで
基板上に蓄積する。次に、回転テーブルが作動されて過
剰な溶媒をスピンオフする。この方法によって、溶媒の
厚さは第５図の曲線の下降部で示（７たように縮小され
る。従来のウェーハを回転させたとすると、溶媒の厚さ
は最終的には第５図の右端に示され、かつ第２図の層２
６として図示したように、最終的には残留結合層の厚さ
まで縮減される。本発明では、このような結果が生じる
可能性はない。

第４図では、第３図のステップによるウェーハの回転が
継続されているあいだに、所定量の液体フォトレジスト
溶液３６をウェーハの薄膜３０上へ分散させる（ｄ　１
ｓｐｅｎｓｅｄ）。液体フォトレジスト溶液が放出され
ると直ちにウェーハの表面全体に拡散させる。第５図に
示すように、これは液体溶媒が１００Å以下の残留結合
層になるまで乾燥するかなり以前に、液体溶媒が測定可
能な厚さである時点で行われる。

基板表面が溶媒の流体薄膜（ｆｌｕｉｄ　ｆｉｌｍ）で
湿潤状態を保っているあいだに液体フォトレジストを放
出し、拡散することによって、ウェーハの表面全体に、
露出したシリコン表面領域に、スクライブ・ライン及び
切り込み境界部分を有する層も含む基板表面上にデイポ
ジットされたエツチング層にフォトレジストの分布を容
易にする。モツトリングの出現に極めて敏感な製造段階
であっても、モツトリングはゼロにまで縮減される。完
全なフォトレジストの形成における、多くの条件の小さ
な変化に対する感度は大幅に軽減される。

厳密な機構は完全に理解されていないが、液体溶媒薄膜
３０は幾つかの方法でフォトレジスト溶液３６の拡散を
促進させることができると考えられる。

第１に、流体フォトレジストよりもシリコンに対してさ
らに親和力がないと見られている溶液は、基板及びデバ
イス・フエーチャーの表面を有効的に湿潤させる。これ
によって、フォトレジストはこのような表面とのより緊
密な接触を可能とする。

第２に、フォトレジスト溶液は、すでに一定の比の溶媒
を含み、溶媒と混和しやすい。溶媒薄膜３０は、フォト
レジスト溶液と液体薄膜とのインターフェースにおいて
フォトレジスト溶液を局部的に希釈し、それによって、
このようなインターフェースにおけるフォトレジストの
粘性を低減させる。このような希釈及び活性溶液型相互
作用（ａｃｔｉｖｅ　５ｏｌｕｔｔｏｎ−ｔｙｐｅ　１
ｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によってフォトレジストが切り
込み領域へ移動しやすくもなる。

液体溶媒薄膜はまた液体フォトレジストの全体的な表面
張力をも低減させる。

厳密な機構及びそれら機構の組合せに関わりなく、本発
明は、特にモツトリングを発生しやすい高密度及び高度
に複雑な回路設計の場合でも基板を確実かつ均一にフォ
トレジストでコーティングする。これは、ウェーハ表面
に多量の液体フォトレジストを与える（ｆｌｏｏｄｉｎ
ｇ）ことなく可能である。

従来のフォトレジストの量を使用して実質的に１００ｘ
の確実性を達成することができる。

前述のように、液体フォトレジストが放出されるとき、
計量可能な所定量の液体溶媒が基板表面に残らなければ
ならない。簡単に言うと、過剰な溶媒は望ましくないが
、基板表面は液体溶媒で湿潤していなければならず、乾
燥していてはならない（ｎｏｔ　ａｐｐａｒａｎｔｌｙ
　ｄｒｙ）。溶媒薄膜の適切な量、または、厚さは多（
の異なる方法で決定することができる。その１つは、異
なる時間間隔を検査することにより実験的に決定する方
法である。たくさんの溶液が残留すると、フォトレジス
トは基板表面を確実にコーティングできず、再現性に影
響を及ぼす。残留量が少なすぎる場合、モツトリングの
発生が始まる。その他の方法は、視覚的なものである。

静止したウェーハ上に溶媒を最初に分散させるとき、溶
媒は無色、透明に観測される。

スピンオフのあいだ、液体薄膜の厚さが可視光線（中心
波長が約５．５００人、帯域幅が約２．０００人）での
光の波長に接近するにつれて（厚さ約１５．０００人か
らはじまる）、干渉色がみられる（赤色と緑色の交互の
色合い）。これらの色がまだ見える間にフォトレジスト
を分散させる。この期間中にフォトレジストが分散され
ず、従来通りスピンオフが継続しているならば、干渉色
は消失しく薄膜の厚さ約５００人）、ウェーハの表面は
やがて銀色またはグレーに変わり、ウェーハの周辺から
中心部へ向かって喧嘩が進行する。実験上、モツトリン
グはこの段階で発生しはじめることがみいだされている
。

裏鳳勇 ここでは、ヒユーレット・パラカード・カンパニー社の
０ＭＯ３Ｃプロセスの横チャネル・ストップ・レベル内
にフォトレジストを形成させる本発明の一実施例を説明
する。レベル１にしか必要ないが、この方法は、はぼ又
は全く変更させないでシリコン上での任意の製造プロセ
スのレベルに応用することができる。その原理はＧａＡ
ｓ等の他の材料にも容易に拡張することができる。本実
施例では、確実性のためコンピュータ制御することが好
ましいが、手動的な方法でも実施することができた。

１、　チャック（ｃｈｕｃｋ）　（回転テーブル）の軸
上にウェーハを設置させる。チャック上部中心に従来の
溶媒とフォトレジストのデイスペンサ（ｄｉｓｐｅｎｓ
ｅｒｓ）を配置する。

２、　液体溶媒デイスペンサを作動させ、溶媒を放出さ
せる。

（３ｏＸ　）ＨＭＤｓを添加したＥＧＭＥＡ　、粘度：
０．５−５．０センチストロークス） ３．２秒後、約３．５＋ａｌの溶媒をウェーハの上側表
面に放出させ、溶媒デイスペンサを停止させる。

４．５秒間待つ。

５、　ウェーハを２．６秒間４．００Ｏｒ、　ｐ、　ｒ
ｎ、　の速度で回転させ、溶媒の大部分をスピンオフさ
せる。

６、５００ｒ、　ｐ、　ｒｎ、　　までチャックを遅く
させる。

この段階で溶媒薄膜の厚さは１．０００−５．０００人
の範囲に対応する干渉色を示す。

７、　フォトレジスト・デイスペンサを作動させ、ウェ
ーハの液体溶媒薄膜の上に液体フォトレジストを放出さ
せる。

（６２ＸのＥＧＭＥＡ　、　６％のｎ＝ブチルアセテー
ト、６％のキシレンを含む５ｈｉｐｌｅｙ　ＭＩＣＲＯ
ＰＱＳｒＴ１４００−２７．　　粘度：１７．５−１７
．９センチストロークス） ８、　フォトレジストがウェーハ表面に拡散するために
５．　ｏｏｏｒ、　ｐ、　ｍ、　　でウェーハを回転さ
せ、５秒間待つ。

９、　フォトレジストデイスペンサを停止させる。

これにより約３．５ｍｌのフォトレジストが放出される
。

１０、ウェーハを３．４０Ｏｒ、　ｐ、　ｍ、　の速度
で１２秒間回転させる。

１１、　　チャックを停止させる。

これにより、厚さ約１４．０ＯＯＡのフォトレジストが
残る。

１２、ウェーハをチャックから取り出し、オーブンに移
送して従来の方法でフォトレジスト層をベーキングする
。

これまで本発明を好適な実施例で詳述したが、当業者に
は明らかなように、本発明から逸脱することなく構成や
細部を変更及び修正することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では液体溶媒の薄膜で常に
ウェーハ上側表面をぬらし、かつ薄膜とウェーハ表面と
の相互作用による影響等が起きないようにウェーハの回
転を制御することにより、フォトレジストの形成に生じ
るモツトリングを回避することができ、より高密度回路
および複雑な回路フィーチャーのマスキング及ヒバ９−
、：−ン’；ｆを正確に実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、複数のダイスにスクライブされ、その上に設
けられたフォトレジスト層にモツトリングが生じたウェ
ーハの平面図。 第２図は第１図の２−２断面図。 第３図と第４図は本発明を用いてフォトレジストの形成
プロセスを示すウェーハの断面図。 第５図は本発明の詳細な説明する図。 １０：ウェーハ　　　１２：　スクライブ・ライン１４
、１８：　ダイス、１６：境界部、２４：回路フィーチ
ャー、３０：溶媒薄膜、２６．３６：　フォトレジスト
層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ウェーハ表面上に実質的に均一に液体溶媒を分散させ、
   液体溶媒膜を形成し、 前記ウェーハ表面に液体フォトレジストを供給し、 前記液体フォトレジストを前記液体溶媒膜上に分散させ
   ているあいだ、前記液体溶媒膜の厚さを前記ウェーハ表
   面上全体にフォトレジストが分布するようにウェーハ表
   面を湿潤状態に維持するのに十分な大きさであることを
   特徴とする集積回路製造プロセスにおけるフォトレジス
   トの形成方法。