JPH07142333A - レジストの現像・リンス方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レジストパターン（レジスト柱）の倒壊現象
を防止することにある。 【構成】 まず、所定のパターンに露光されたレジスト
３を現像液によって現像し、現像液をリンス液によって
洗い流す。次に、この上に液化炭酸ガス６を滴下・塗布
し、リンス液を液化炭酸ガス６に置換する（図３
（ｅ））。そして、この液化炭酸ガス６を冷却して凍結
させた後（図３（ｆ））、昇華させることによって、リ
ンス液を除去する（図３（ｇ）、（ｈ））。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定のパターンに露光
されたフォトレジストに対して、現像・リンスを施すレ
ジストの現像・リンス方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の微細化に伴い、細くシャー
プなパターンを得るため、エッチング方法もウエットエ
ッチングからケミカルドライエッチング、さらにＲＩＥ
（リアクティブイオンエッチング）へと変遷してきた。
しかし、これらのドライエッチング方法では、レジスト
もエッチングされるため、パターンの寸法は細くなって
も高さはあまり低くできない。このため、要求されるレ
ジストパターンのアスペクト比が非常に高いものとなっ
てきている。

【０００３】一方、レジストの現像・リンス工程は従来
と変わらず、回転ステージ上に半導体ウエハをセット
し、現像液を盛った後、リンス液を流してレジストに残
った残留液を回転乾燥（スピン・ドライ）するものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この方法では、現像さ
れたレジスト３上にリンス液５が満された状態から乾燥
を始め（図８（ａ））、途中で、レジストパターンを構
成するレジスト柱３´がリンス液５から露出した際に
（図８（ｂ））、リンス液−レジスト界面に表面張力が
働く。この表面張力によって、各レジスト柱３´に働く
力は、アスペクト比に大きく依存し、図８（ｃ）のよう
に、この力を受けたレジスト柱３´は、倒れ、曲がり、
剥がれといった倒壊現象を引き起こすことになる。この
倒壊現象が生じるアスペクト比は、５以上とも７以上と
も言われているが、レジストのヤング率やリンス液の種
類に依存して変化する。２５６Ｍ〜１ＧＤＲＡＭレベル
以上のデバイスでは、素子の微細化に伴い、パターンの
アスペクト比は、この領域に達するようになる。

【０００５】この倒壊現象を避ける手段としては、レジ
ストのヤング率の向上、有機溶剤系のリンス液を使用す
るなどの方法がある。しかし、ヤング率の向上と耐ドラ
イエッチ性、パターン解像性等を共に成立させることは
困難であり、現在、適当なレジスト材料が存在しないの
が現状である。また、有機溶剤系のリンス液は、コスト
高、危険性、扱いにくさなどの問題があり、使用する場
合には量産上問題が大きい。さらに、ドライ現像によっ
て、この倒壊現象を避けようとする試みがあるが、寸法
制御など、実用レベルには至っていない。

【０００６】そこで、本発明は、このような課題を解決
すべくなされたものであり、その目的は、このようなレ
ジストパターン（レジスト柱）の倒壊現象を防止するレ
ジストの現像・リンス方法及びその装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明にかかる
レジストの現像・リンス方法は、露光されたレジストを
現像する工程と、現像後のレジストをリンスする工程
と、このレジストに残存するリンス液を除去する工程と
を有するレジストの現像・リンス方法において、リンス
液が除去されてレジストが露出する前に、このリンス液
を凍結させる工程を実施することを特徴とする。

【０００８】また、リンス液を凍結させる工程の前に、
このリンス液を昇華用リンス液に置換してもよく、この
後のリンス液を除去する工程では、凍結されたリンス液
を昇華させることが望ましい。

【０００９】また、本発明にかかる他方のレジストの現
像・リンス方法では、リンス液が除去されてレジストが
露出する前に、現像によってパターン化されたレジスト
の表面を冷却して、このレジスト表面にリンス液凍結体
を成膜する工程を実施する。そして、このレジストの冷
却を継続しつつ、このレジストを上方から加熱して、こ
のレジスト表面のリンス液凍結体を蒸発させる工程を実
施する。

【００１０】本発明にかかるの現像・リンス装置は、処
理すべきウエハを収容する収容室を有し、この収容室内
には、処理すべきウエハを載置する載置台を配設する。
そして、この載置台を冷却する冷却手段、及び、収容室
内部の圧力を制御する圧力制御手段を備えて構成する。

【００１１】また、本発明にかかる他方の現像・リンス
装置は、現像すべきウエハを収容する収容室を有し、こ
の収容室内には、現像処理すべきウエハを載置する載置
台を配設する。そして、この載置台上のウエハに昇華用
リンス液を塗布する塗布手段、この載置台を冷却する冷
却手段、及び、この載置台上に載置されたウエハを上方
から加熱する加熱手段を備えて構成する。

【００１２】

【作用】前述したように、レジストに残るリンス液を除
去すると、リンス液の水位が徐々に低下し、レジスト柱
の頭部がリンス液面から顔を出す状態になる。この際、
リンス液の表面張力が作用して倒壊現象が生じる。そこ
で、本発明のレジストの現像・リンス方法では、この残
存するリンス液を凍結して固体の状態にすることによ
り、レジスト柱に対して表面張力が働かなくなるように
した。また、凍結したリンス液を除去する方法として、
「昇華現象」を用いる。すなわち、この凍結したリンス
液を「昇華」させれば、液相状態を経ないで気化できる
ので、レジスト柱に表面張力が働くことはない。

【００１３】また、リンス液としては、純水が用いられ
ることが多い。この場合、まず、レジストを冷却する
と、このレジストと接触しているレジスト表面のリンス
液から凍り始める。したがって、冷却初期の段階では、
レジスト表面にはリンス液が凍結した薄膜状のリンス液
凍結体が形成される。この後、レジストの冷却を継続し
つつ、レジストを上方から加熱すると、リンス液凍結体
の外側の面から徐々に溶け始めるが、リンス液凍結体の
内側の面（レジスト柱と接触している面）は、依然とし
てリンス液凍結体で覆われた状態となっている。このた
め、溶けたリンス液がレジスト柱間の底部に垂れて溜ま
る前に急速に蒸発乾燥させれば、このレジスト柱に表面
張力が働くことはない。

【００１４】また、現像・リンス装置では、塗布手段か
ら塗布された昇華用リンス液を冷却手段で冷却した後、
収容室内部の圧力を圧力制御手段によって変化させて、
「昇華現象」を生じさせる。

【００１５】さらに、他方の現像・リンス装置では、冷
却手段によって載置台を冷却することで、ウエハ上のレ
ジストを間接的に冷却する。これによって、レジスト表
面に、リンス液凍結体の薄膜が形成される。そして、加
熱手段によって、このレジストを上方から加熱すること
で、残ったリンス液が蒸発し、リンス液凍結体もその外
側の面から蒸発を開始し、前述した方法が実現される。

【００１６】

【実施例】以下、各実施例を添付図面に基づいて説明す
る。 ＜実施例１＞まず、図１に、本実施例で使用するレジス
トの現像・リンス装置を示す。この装置は、密閉状態を
形成できる収容室１１を備えており、この内部に、現像
処理を施すウエハＡをセットする。ウエハＡは、ウエハ
チャック１２上に固定しており、ウエハチャック１２に
は、収容室１１外部から凍結用冷媒１３が送られ、ウエ
ハチャック１２上のウエハＡを、所定の温度に冷却する
ことができる。この凍結用冷媒１３としては、液化窒
素、ダイキンのフロリナート、液化ヘリウムなどが使用
に適する。また、圧力制御装置１４を備えており、この
装置によって、収容室１１内に、所定の加圧雰囲気を形
成する。さらに、ウエハチャック１２の上部には、塗布
口１５を設けており、この塗布口１５を介して、ウエハ
チャック１２上のウエハＡ表面に、現像液、リンス液、
或いは昇華用リンス液などを塗布するものである。

【００１７】ここで、この現像・リンス装置を用いて実
施する現像・リンス方法を工程順に説明する。

【００１８】まず、半導体基板１上に被エッチング材料
２を形成し、この上層部にレジスト３を塗布する（図２
（ａ））。次に、レジスト３に対し、マスク材を介して
ｉ線などを照射し、このレジスト３を所定のパターンに
露光する（図２（ｂ））。そして、この後、現像・リン
ス工程に入る。

【００１９】まず、ウエハＡを構成する半導体基板１
を、図１に示したウエハチャック１２上に固定する。そ
して、塗布口１５から現像液４を塗布し、半導体基板１
上のレジスト３を現像する（図２（ｃ））。この現像に
よって、レジスト３の可溶部が溶解して、レジストパタ
ーンを構成する多数のレジスト柱３´が形成される。

【００２０】次に、このレジスト３上には、現像後の現
像液残渣等が残存するため、塗布口１５からリンス液
（純水）５を塗布して、これらを十分に洗い流す。この
リンス工程によって、現像液残渣等は洗い流され、レジ
スト３上にはリンス液５が残ることになる（図２
（ｄ））。

【００２１】次に、リンス液５の乾燥を実施するが、こ
の前に、ウエハチャック１２に凍結用冷媒１３を送り、
半導体基板１を−５０℃に冷却すると共に、圧力制御装
置１４によって収容室１１内の気圧を５．２気圧に加圧
する。このように、収容室１１内に、加圧、冷却雰囲気
を形成した後、塗布口１５から昇華用リンス液として液
化炭酸ガス６を滴下・塗布し、レジスト３上のリンス液
５を液化炭酸ガス６に置換する（図３（ｅ））。

【００２２】次に、収容室１１内の温度を−７８．５℃
以下（例えば−８０℃）にさらに冷却して、この液化炭
酸ガス６を凍結させる（図３（ｆ））。

【００２３】次に、このような冷却、加圧操作を停止し
て、収容室１１を徐々に大気に開放すると、内部気圧が
１気圧程度に戻り、また、内部温度も−７８．５℃以上
に上昇する。炭酸ガスの昇華温度は、−７８．５℃であ
るので、この凍結し固化した液化炭酸ガス６の昇華が進
行し（図３（ｇ））、最終的には、全ての液化炭酸ガス
６が除去される（図３（ｈ））。

【００２４】この後、ウエハＡは、温度変換ユニット
（図示せず）において室温に戻され、次工程に送られ
る。

【００２５】本実施例では、ウエハチャック１２を冷却
する方法として、凍結用冷媒１３を流して冷却する例を
示したが、この他にも、ウエハチャック１２に熱伝素子
（ペルチェ素子）を内臓させこの冷却作用を利用する方
法、低温冷気を送る方法、ウエハを冷却用ステージに移
動して冷やす方法、或いは、図７に示すように、ウエハ
チャック１２の外側に嵌合する半円環形状を有する、熱
容量の大きなクランプ３０を冷却しておき、ウエハチャ
ックに接触させる方法などが揚げられる。

【００２６】また、凍結した液化炭酸ガス６を昇華させ
る場合には、一般に低圧、加熱雰囲気で行うが、この際
の加熱方法としては、ウエハチャック１２に熱媒（オイ
ル、熱ガスなど）を送る方法、高温蒸気を送る方法、ウ
エハを加熱用ステージに移動して加熱する方法、高出力
のランプで加熱する方法、マイクロ波で加熱する方法、
或いは、図７に示したクランプ３０を加熱しておき、ウ
エハチャックに接触させる方法などが揚げられる。

【００２７】また、他の昇華用リンス液としては、アセ
チレンなどを用いることも可能である。

【００２８】＜実施例２＞また、他の実施例を示す。図
４に、この実施例で使用するレジストの現像・リンス装
置を示す。この装置は、収容室１１の上部に、ウエハチ
ャック１２上のウエハＡを上方から加熱する赤外線ラン
プ１６を備えている。なお、図１に示した装置と基本構
造は同一であり、同一の構成要素には同一の参照番号を
付し、説明は省略する。

【００２９】次に、この現像・リンス装置を用いて実施
する現像・リンス方法を工程順に説明する。露光までの
工程は、前述した実施例と同一であり、現像工程以降を
説明する。

【００３０】まず、ウエハＡを構成する半導体基板１
を、図４に示したウエハチャック１２上に固定する。そ
して、塗布口１５から現像液４を塗布し、半導体基板１
上のレジスト３を現像する（図５（ａ））。この現像に
よって、レジスト３の可溶部が溶解して、レジストパタ
ーンを構成する多数のレジスト柱３´が形成される。

【００３１】次に、このレジスト３上には、現像後の現
像液残渣等が残存するため、塗布口１５からリンス液
（純水）５を塗布して、これらを十分に洗い流す。この
リンス工程によって、現像液残渣等は洗い流され、レジ
スト３上にはリンス液５が残る（図５（ｂ））。

【００３２】次に、リンス液５の乾燥を実施するが、こ
の前に、ウエハチャック１２に対して、凍結用冷媒１３
として−２０℃のフロリナートを送り、ウエハチャック
１２を急速に冷却する。この冷却によって半導体基板１
及びその上層のレジスト３が冷却される。この結果、レ
ジスト表面とリンス液表面には、リンス液５が凍結した
リンス液凍結体５´が薄膜状に形成される（図５
（ｃ））。なお、リンス液凍結体５´の形成態樣として
は、図５（ｃ´）に示すように形成される場合もある。

【００３３】適当な厚さ（１００〜５００オングストロ
ーム程度）にリンス液凍結体５´が形成されたところ
で、レジスト３の表面を、赤外線ランプ１６によって緩
やかに加熱し、このリンス液表面に成膜されたリンス液
凍結体５´を溶解する（図６（ｄ））。こうして、凍結
されていないリンス液が表面に露出され、蒸発が可能と
なる。なお、残りのリンス液５は、この加熱によってそ
のまま蒸発させるが（図６（ｅ））、スピンドライによ
って、残存するリンス液を飛散させてもよい。

【００３４】次に、ウエハチャック１２の冷却を続けた
状態で、レジスト３の表面を赤外線ランプ１６によって
急速に加熱し、リンス液凍結体５´の溶解によって生じ
るリンス液が、この底面に垂れて溜まる前に、瞬時に蒸
発させる。このように、レジスト３をウエハチャック１
２によって下方から冷却しつつ、上方から急速に加熱す
ることで、リンス液凍結体５´はその外側の面から順に
蒸発していき、リンス液凍結体５´は全て除去される
（図６（ｆ））。

【００３５】この後、ウエハＡは、温度変換ユニット
（図示せず）において室温に戻され、次工程に送られ
る。

【００３６】本実施例における図６（ｄ），（ｅ）で
は、特に図示は省略したが、レジスト３、もしくはレジ
スト柱３´の上部に、リンス液凍結体５´が薄く残る場
合もある。

【００３７】また、本実施例では、レジスト３の表面を
赤外線ランプ１６によって加熱する例を示したが、この
他にも、高温熱気を送る方法、マイクロ波で加熱しても
よい。

【００３８】また、ウエハチャックを冷却する方法とし
ても、実施例１で例示した他の方法で行なうことも可能
である。

【００３９】このように、上記各実施例で示した方法に
よれば、従来から使用しているレジスト、現像液、リン
ス液で、アスペクト比の高いレジストパターンを、倒壊
現象を発生せずに確実に得ることができるので、開発コ
スト、開発ＴＡＴが有利である。また、有機溶剤系のリ
ンス液を用いる場合に比べ、毒性などの安全性の面で任
台が少ないなどの利点がある。さらに、いずれのレジス
ト、現像液、リンス液を選択しても、同じような結果を
得ることができるため、開発コスト、開発ＴＡＴが有利
である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるレ
ジストの現像・リンス方法によれば、リンス液が除去さ
れて、形成されたレジスト柱が露出する前に、このリン
ス液を凍結さることとしたので、レジスト柱に対し、こ
のリンス液による表面張力が働くことはない。従って、
昇華現象などを利用してこの凍結したリンス液を除去す
ることにより、この表面張力が原因となって生じてい
た、アスペクト比の高いレジスト柱の倒壊現象を防止す
ることが可能となる。

【００４１】また、現像・リンス装置によれば、昇華用
リンス液を冷却手段で冷却した後、収容室内部の圧力を
圧力制御手段によって変化させることにより、リンス液
を昇華させることができ、前述した方法が実現され、ア
スペクト比の高いレジスト柱の倒壊現象を防止すること
が可能となる。

【００４２】さらに、他方の現像・リンス装置によれ
ば、冷却手段によって、レジスト表面にリンス液凍結体
の薄膜を形成でき、加熱手段によって、このリンス液凍
結体を外側から急速に蒸発させるので、形成されたレジ
スト柱に表面張力が作用することはなく、前述した倒壊
現象を防止することできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１にかかる現像・リンス装置を示す概略
構成図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は、実施例１にかかる現像・リ
ンス方法を順に示す工程図である。

【図３】（ｅ）〜（ｈ）は、図２に続き、現像・リンス
方法を順に示す工程図である。

【図４】実施例２にかかる現像・リンス装置を示す概略
構成図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ´）は、実施例２にかかる現像・
リンス方法を順に示す工程図である。

【図６】（ｄ）〜（ｆ）は、図５に続き、現像・リンス
方法を順に示す工程図である。

【図７】ウエハチャックの他の冷却機構を示す説明図で
ある。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は、レジスト柱が倒壊する現象
を、工程順に示す説明図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…薄膜、３…レジスト、３´…レジ
スト柱、４…現像液、５…リンス液、５´…リンス液凍
結体、６…液化炭酸ガス（昇華用リンス液）、１１…収
容室、１２…ウエハチャック（載置台）、１３…凍結用
冷媒（冷却手段）、１４…圧力制御装置（圧力制御手
段）、１５…塗布口（塗布手段）、１６…赤外線ランプ
（加熱手段）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光されたレジストを現像する工程と、
   現像後のレジストをリンスする工程と、このレジストに
   残存するリンス液を除去する工程とを有するレジストの
   現像・リンス方法において、 前記リンス液が除去されて前記レジストが露出する前
   に、このリンス液を凍結させる工程を実施することを特
   徴とするレジストの現像・リンス方法。
2. 【請求項２】 前記リンス液を凍結させる工程の前に、
   このリンス液を昇華用リンス液に置換する工程を実施す
   ることを特徴とする請求項１記載のレジストの現像・リ
   ンス方法。
3. 【請求項３】 前記リンス液を除去する工程では、凍結
   された前記リンス液を昇華させることを特徴とする請求
   項２記載のレジストの現像・リンス方法。
4. 【請求項４】 露光されたレジストを現像する工程と、
   現像後のレジストにリンスを施す工程と、このレジスト
   に残存するリンス液を除去する工程とを有するレジスト
   の現像・リンス方法において、 前記リンス液が除去され前記レジストが露出する前に、
   このレジストを冷却して、このレジスト表面にリンス液
   凍結体を成膜する工程と、 前記レジストの冷却を継続しつつ、このレジストを上方
   から加熱することにより、このレジスト表面のリンス液
   凍結体を蒸発させる工程と、 を含むことを特徴とするレジストの現像・リンス方法。
5. 【請求項５】 露光されたレジストに対して、現像・リ
   ンスを施す現像・リンス装置であって、 現像すべきウエハを収容する収容室と、この収容室内に
   配設され、前記現像すべきウエハを載置する載置台と、
   この載置台上のウエハに昇華用リンス液を塗布する塗布
   手段と、この載置台を冷却する冷却手段と、前記収容室
   内部の圧力を制御する圧力制御手段とを備えることを特
   徴とする現像・リンス装置。
6. 【請求項６】 露光されたレジストに対して、現像・リ
   ンスを施す現像・リンス装置であって、 現像すべきウエハを収容する収容室と、この収容室内に
   配設され、前記現像すべきウエハを載置する載置台と、
   この載置台を冷却する冷却手段と、前記載置台上に載置
   されたウエハを上方から加熱する加熱手段とを備えるこ
   とを特徴とする現像・リンス装置。