JPH11168042A

JPH11168042A - 半導体装置の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JPH11168042A
Application number: JP9332575A
Authority: JP
Inventors: Motofumi Komori; 基史小森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-06-22
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: JP3042480B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットの低下や工程数の増加を招くこ
となく、エッチング時の配線の側壁保護やＥＤＰ不良の
低減を図れる半導体装置の製造方法及び製造装置を提供
する。【解決手段】半導体ウェハ１のアルミ膜２上にノズル
５から化学増幅型のネガレジスト液５ａをスピン塗布し
てレジスト膜４を形成する。更に、ウェハ１の周辺のレ
ジスト膜４上に酸液６をリンスノズル７から所定幅に供
給し、この酸液６の架橋によりウェハ１の周辺にダミー
レジストパターンを形成する。この後、レジスト膜４に
所定パターンで電子線を照射して露光後、エッチングを
行う。酸液６を用いてダミーレジストパターンを形成し
たことで、スループットを低下させずに、エッチング時
のアルミ配線層の側壁やられ及びＥＰＤ不良を防止する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法及び製造装置に関し、特に、化学増幅型ネガレジス
トの塗布面に電子ビームなどを照射して露光する際、ス
ループットを低下させることなく耐エッチング性を向上
させ、かつ安定したエッチングを行うための半導体装置
の製造方法及び製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩプロセスにおいて、例えば、バイ
ポーラＩＣを製造する場合、表面酸化や前処理の施され
た半導体ウェハの表面に、分離用埋め込み層、エピタキ
シャル層、分離層、高濃度層、Ｐ形層、コンタクト孔な
どをリソグラフィ技術を用いて形成した後、所定位置に
アルミ層をスパッタした後、リソグラフィ技術により配
線層を形成する。この配線層は、その表面にホトレジス
トを塗布し、マスクを介し或いはマスクを用いない直接
描画によりウェハ面に所望の配線形状のパターンを露光
し、この後、現像、エッチング、レジスト除去等を施す
ことにより形成される。

【０００３】レジストには、光の照射されない部分が残
されて光の照射された部分が溶解するポジ形と、光の照
射された部分が架橋反応を起こして硬化残留するネガ形
の２種類がある。露光に直接描画法を用いた場合、配線
のパターニングの工程には、スループットの面からネガ
レジストを用いるのが一般的である。ネガレジストを用
いた場合、半導体チップが形成されない半導体ウェハの
周辺部には、レジストは存在しない。つまり、ウェハ周
辺部には電子ビーム（ＥＢ）などによる描写が行われな
いため、エッチング前のウェハ周辺部にはレジストが残
らない。一般に、半導体ウェハの周辺部にレジストが無
い場合、ローディング効果（エッチングする面積差によ
りエッチレートが変化すること）のため、半導体ウェハ
の周辺部でエッチャントが余剰になり、エッチレートが
ウェハ中央部に比べて高くなり、シャープなエンドポイ
ンタが得られない。

【０００４】また、半導体ウェハの最外周に位置する半
導体チップでは、それより外側にレジストが無いため、
エッチング時にレジストから生じる反応生成物（デポ）
がないため、配線層側壁のエッチング抑制効果が少な
い。そこで、ＥＰＤ不良（エンドポイント不良）や配線
層の側壁やられ（側部が浸食されて部分的に幅が小さく
なる現象）を防止するために半導体ウェハの周辺部にダ
ミーのチップを露光し、或いは、特開平３−２６６８４
３号公報に示されるように、スループットを少しでも上
げるために最大ショットサイズのパターンを半導体ウェ
ハの周辺部に配置して露光を行っている。

【０００５】図４は半導体ウェハの周辺部にダミーチッ
プが設けられた従来の半導体ウェハを示す。半導体ウェ
ハ３１の周辺部には、ダミーチップ３２が形成されてい
る（３３はチップ形成領域である）。このダミーチップ
３２の１マスが１ショットであり、ダミーチップ３２の
面積が広いほど露光のショット回数が多くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
装置の製造方法によると、電子ビームなどで最外周のチ
ップを露光する（または専用のダミーパターンを露光す
る）と、図４に示したように、ショットする面積、つま
り露光する面積が多くなるため、ウェハ周辺部をショッ
トする面積が多くなるほどスループットが低下する。具
体的には、３０％程度の悪化が報告されている。

【０００７】このように、配線層の側壁やられやＥＰＤ
不良を防止しようとして、半導体ウェハの周辺部にレジ
ストを残すためのショットを打つと、スループットを犠
性にせざるを得なかった。本発明の目的は、スループッ
トの低下や工程数の増加を招くことなく、エッチング時
の配線層の側壁保護やＥＰＤ不良の低減が図れる半導体
装置の製造方法及び製造装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、第１の特徴として、半導体ウェハ上に被
エッチング膜を形成し、前記被エッチング膜上に化学増
幅型のネガレジストを形成し、前記ネガレジスト上に所
定の第１のパターンで酸液を供給し、前記ネガレジスト
を加熱し、前記ネガレジストを所定の第２のパターンで
露光し、かつ、その後で現像し、前記ネガレジストの前
記所定の第１及び第２のパターンを除く領域を除去して
前記所定の第１及び第２のパターンを有したネガレジス
トパターンを形成し、前記ネガレジストパターンに基づ
いて前記被エッチング膜をエッチングして前記所定の第
１及び第２のパターンを有したパターン層を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。

【０００９】また、本発明は、上記の目的を達成するた
め、第２の特徴として、半導体ウェハ上に被エッチング
膜を形成する被エッチング膜形成手段と、前記被エッチ
ング膜上に化学増幅型のネガレジストを形成するネガレ
ジスト形ガレジストパターンを形成するネガレジストパ
ターン形成手段と、前記ネガレジストパターンに基づい
て前記被エッチング膜をエッチングして前記所定の第１
及び第２のパターンを有した前記被エッチング膜のパタ
ーン層を形成するパターン層形成手段を備えたことを特
徴とする半導体装置の製造装置を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】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。図１は本発明に係る半導体
装置の製造装置を示す。半導体装置は製造途中の過程に
あり、直径が６インチ或いは８インチの半導体ウェハ１
の表面には、アルミ膜などの被エッチング膜が形成され
ている。この様な処理途中の半導ウェハ１にレジストを
塗布し、更にダミーパターンを形成するのが図１の製造
装置である。ここでは、被エッチング膜（アルミ膜）を
半導体ウェハ１上に設けた例を示しているが、従来技術
で説明したように、半導体回路を構成するための配線以
外の層を形成した後に設ける場合もある。

【００１１】半導体ウェハ１は、レジスト塗布装置の一
部を形成する真空チャック３に吸着固定されている。半
導体ウェハ１の上部で、真空チャック３の軸心上にはレ
ジスト液を吐出するレジストノズル５が設置されてい
る。また、半導体ウェハ１の周辺の上方には、酸液６を
吐出するためのリンスノズル７が設置されている。リン
スノズル７はアーム８に支持されており、酸液６のリン
ス時に半導体ウェハ１上に移動するように構成されてい
る。アーム８にはラック９が取り付けられており、この
ラック９にピニオン１０が噛合している。ピニオン１０
には駆動源となるモータ１１の回転軸が連結されてい
る。リンスノズル７には、その移動を可能にするために
フレキシブルチューブ１３が連結され、その他端には制
御弁１４及び供給ポンプ１５を途中に設けた配管１６が
接続されている。この配管１６には、酸液６を貯留する
酸液槽１７が接続されている。

【００１２】レジストノズル５には配管１８の一端が接
続され、その途中に制御弁１９及びポンプ２０が配設さ
れている。配管１８の他端はレジスト液を貯留するレジ
スト液槽２１に連結されている。モータ１１、制御弁１
４、供給ポンプ１５、制御弁１９、及び供給ポンプ２０
を制御するために、制御手段としての制御部２２が設け
られている。

【００１３】図２は本発明による半導体装置の製造方法
の工程を示す。この工程説明図及び図１の構成図を用い
て本発明の製造方法及び製造装置の動作を説明する。な
お、図１及び図２の半導体装置は模式図であり、本発明
の理解を容易にするものに過ぎない。まず、（ａ）に示
すようにスパッタによりアルミ膜２が形成された半導体
ウェハ１を用意する。次に、図１に示すように、半導体
ウェハ１をレジスト塗布装置の真空チャック３に固定す
る。そして、真空チャック３を高速回転させ、制御部２
２により供給ポンプ２０を稼働させると共に制御弁１９
を開け、レジスト液槽２１から液状の化学増幅型ネガレ
ジストをレジストノズル５に導き、このレジストノズル
５から半導体ウェハ１の中心部に向けてレジスト液を吐
出する。半導体ウェハ１上に落下したレジスト液は回転
による遠心力によってウェハ周辺部へ拡散し、アルミ膜
２の表面には均一で極めて薄い厚みのレジスト膜４が形
成される。この状態が図２の（ｂ）である。制御弁１９
は所定量のレジスト液を吐出した後、制御部２２の制御
により閉じられ、同時に制御部２２は供給ポンプ２０を
停止させる。

【００１４】化学増幅型レジストは、ポリヒドロキシス
チレンなどの樹脂と酸発生剤の２成分を含む構成であ
り、露光や電子描画により酸が発生し、この酸によりレ
ジスト中の保護基を外す性質を有している。発生した酸
は、レジスト中で連鎖的に化学反応を起こして増幅す
る。加熱によって酸を失性化させることにより化学反応
は終了する。

【００１５】この後、（ｃ）のように、半導体ウェハ１
を真空チャック３に装着して回転させたまま、制御部２
２の制御によりモータ１１を回転させ、ラック９を図の
左側へ移動させ、リンスノズル７の先端を半導体ウェハ
１の周辺部上に到達させる。次に、制御部２２で供給ポ
ンプ１５を稼働させると共に制御弁１４を開け、酸液槽
１７から酸液をリンスノズル７に導き、このリンスノズ
ル７から酸液６を半導体ウェハ１の周辺部に吐出させ
る。所定量の酸液６をリンスノズル７から吐出後、制御
部２２は制御弁１４を閉め供給ポンプ１５を停止するよ
うに制御し、更に、モータ１１を逆回転させ、ラック９
を図の右方向へ移動させてホームポジションに戻し、リ
ンスノズル７を半導体ウェハ１上から退避させる。この
とき、レジスト膜の周辺部は、強酸液６を吐出するリン
スノズル７の半径方向の走査により所定のパターン（第
１パターン）、例えば、２ｃｍの幅にわたってリンスさ
れる。強酸液６には、酸性の強い液体が好ましく、例え
ば、スルホン酸などが適している。

【００１６】次に、（ｄ）に示すように、真空チャック
３の回転を停止し、半導体ウェハ１の吸着を解除する。
そして、半導体ウェハ１を真空チャック３上から不図示
の加熱手段（例えば、ベーク炉）に搬入し、例えば、１
００℃、６０秒のプリベークを実施し、レジスト膜４に
残存する溶媒を離散させる。加熱により、強酸液６はレ
ジスト膜４に架橋反応を起こし、半導体ウェハ１の周辺
部にダミーレジストパターン２３を形成する。

【００１７】この後、露光手段、例えば、電子線露光装
置に搬入し、（ｅ）のように、レジスト膜４の表面に電
子線２４を走査させ、直接描画により所定のパターン
（第２パターン）を露光する。ついで、現像が行われ、
（ｆ）に示すように電子線２４の照射されなかった部分
（配線層として残さない部分）のレジスト膜４が溶解除
去される。ついで、（ｇ）に示すように、ドライエッチ
ングが行われ、露出している部分のアルミ膜２が除去さ
れ、アルミ配線層となる部分が残される。この後、
（ｈ）に示すように、半導体ウェハ１上に残されている
レジスト膜４及びダミーレジストパターン２３が除去さ
れ（レジスト除去）、ダミーアルミパターン２３Ａとア
ルミ配線層２５が残される。

【００１８】図３はダミーレジストパターン２３が形成
された後の半導体ウェハ１を示す。半導体ウェハ１の周
辺部には、円環状に所定幅のダミーレジストパターン２
３が形成され、その内側にチップ形成領域２６が確保さ
れている。ダミーレジストパターン２３は、その形成領
域がチップ形成領域２６に重ならないように設定され
る。

【００１９】以上のように、本発明の製造方法によれ
ば、レジスト塗布面に酸液のリンスを行うことによりダ
ミーレジストパターンが形成されるので、従来のように
ウェハの周辺部にレジストを残すためのショットを打つ
必要が無くなる。この結果、スループットを落とすこと
なく、半導体ウェハの周辺部にダミーレジストパターン
を形成することが可能になる。

【００２０】上記の説明においては、配線用走査手段と
して電子線露光装置を用いたが、本発明は電子線露光装
置に限定されるものではなく、イオンビームやＸ線を用
いた露光装置であってもよい。また、強酸液６の供給
は、露光の前に行うものとしたが、露光後であってもよ
いし、露光の前後に行ってもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半
導体装置の製造方法及び製造装置によれば、化学増幅型
のネガレジストの塗布面の周辺部に酸液を供給してダミ
ーレジストパターンを形成するようにしたので、スルー
プットを低下させることなく、半導体ウェハの周辺部に
レジストを残すことができ、耐エッチング性の向上、及
び安定した配線層の形成が可能になり、配線の側壁やら
れやＥＰＤ不良の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体装置の概略を示す構成図で
ある。

【図２】本発明による半導体装置の製造方法の工程を示
す説明図である。

【図３】本発明方法によりダミーレジストパターンが形
成された後の半導体ウェハを示す平面図である。

【図４】半導体ウェハの周辺部にダミーチップが設けら
れた従来の半導体ウェハを示す平面図である。

【符号の説明】

１半導体ウェハ２アルミ膜４レジスト膜５レジストノズル５ａレジスト液６酸液７リンスノズル８アーム９ラック１０ピニオン１１モータ１４，１９制御弁１５，２０供給ポンプ１７酸液槽２１レジスト液槽２２制御部２３ダミーレジストパターン２４電子線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５６９Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハ上に被エッチング膜を形成
し、前記被エッチング膜上に化学増幅型のネガレジストを形
成し、前記ネガレジスト上に所定の第１のパターンで酸液を供
給し、前記ネガレジストを加熱し、前記ネガレジストを所定の第２のパターンで露光し、か
つ、その後で現像し、前記ネガレジストの前記所定の第１及び第２のパターン
を除く領域を除去して前記所定の第１及び第２のパター
ンを有したネガレジストパターンを形成し、前記ネガレジストパターンに基づいて前記被エッチング
膜をエッチングして前記所定の第１及び第２のパターン
を有したパターン層を形成することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項２】前記被エッチング膜の形成は、アルミス
パッタによってアルミ膜を形成し、前記所定の第１のパターンのネガレジストパターンの形
成は、前記アルミ膜の外縁部に所定の幅でダミーレジス
トパターンを形成し、前記所定の第２のパターンのネガレジストパターンの形
成は、アルミ配線用レジストパターンを形成することを
特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記酸液の供給は、前記ネガレジストの
露光及び現像の前、その前後、或いはその後に行われる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項４】前記酸液の供給は、スルホン酸等の強酸
を供給することを特徴とする請求項１記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項５】半導体ウェハ上に被エッチング膜を形成
する被エッチング膜形成手段と、前記被エッチング膜上に化学増幅型のネガレジストを形
成するネガレジスト形成手段と、前記ネガレジスト上に所定の第１のパターンで酸液を供
給する酸液供給手段と、前記ネガレジストを加熱する加熱手段と、前記ネガレジストを所定の第２のパターンで露光し、か
つ、その後で現像する露光現像手段と、前記ネガレジストの前記所定の第１及び第２のパターン
を除く領域を除去して前記所定の第１及び第２のパター
ンを有したネガレジストパターンを形成するネガレジス
トパターン形成手段と、前記ネガレジストパターンに基づいて前記被エッチング
膜をエッチングして前記所定の第１及び第２のパターン
を有した前記被エッチング膜のパターン層を形成するパ
ターン層形成手段を備えたことを特徴とする半導体装置
の製造装置。
【請求項６】前記酸液供給手段は、前記ネガレジスト
上に前記酸液を供給するリンスノズルと、前記リンスノ
ズルを前記所定の第１のパターンに応じて前記ネガレジ
スト上で走査する走査手段を有することを特徴とする請
求項５記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】前記酸液供給手段は、前記リンスノズル
に前記酸液を供給する酸液槽と、前記酸液槽から前記リ
ンスノズルに供給される前記酸液の供給量を制御する制
御手段を有することを特徴とする請求項６記載の半導体
装置の製造装置。
【請求項８】前記走査手段は、前記リンスノズルを前
記ネガレジストの外縁上を所定の幅にわたって走査する
構成の請求項６記載の半導体装置の製造装置。