JPH11186161A - 磁場制御によるレジスト現像方法、レジスト現像装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
磁場制御によるレジスト現像方法、レジスト現像装置および半導体装置の製造方法Info
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- JPH11186161A JPH11186161A JP10152793A JP15279398A JPH11186161A JP H11186161 A JPH11186161 A JP H11186161A JP 10152793 A JP10152793 A JP 10152793A JP 15279398 A JP15279398 A JP 15279398A JP H11186161 A JPH11186161 A JP H11186161A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体ウェーハ面内において現像されたレジ
ストプロファイルの均一性を改善できる方法を提供す
る。 【解決手段】 半導体基板(10)上に形成された下地
層上にレジストを塗布し、レジストを露光し、レジスト
にアルカリ現像液を接触させ、アルカリ現像液に磁場
(B)を印加しながら現像することによりレジストパタ
ーンを形成し、レジストパターンをマスクとして半導体
基板(10)上の下地層をエッチングすることにより、
半導体装置を製造する。
ストプロファイルの均一性を改善できる方法を提供す
る。 【解決手段】 半導体基板(10)上に形成された下地
層上にレジストを塗布し、レジストを露光し、レジスト
にアルカリ現像液を接触させ、アルカリ現像液に磁場
(B)を印加しながら現像することによりレジストパタ
ーンを形成し、レジストパターンをマスクとして半導体
基板(10)上の下地層をエッチングすることにより、
半導体装置を製造する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁場制御によるレ
ジスト現像方法、レジスト現像装置および半導体装置の
製造方法に関する。
ジスト現像方法、レジスト現像装置および半導体装置の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】次世代の半導体デバイス例えば1Gビッ
トDRAMを製造するには、レジスト塗布、露光、現
像、エッチングを経て形成される回路パターンの最小寸
法を0.15μm以下にすることが目標になっている。
半導体チップの歩留りを向上し、量産性を改善するため
には、半導体ウェーハ全面でパターン寸法が均一である
ことが要求される。しかも、パターン寸法の均一性は現
状より良好であることが要求される。具体的には、設計
寸法に対して、形成されるパターン寸法の誤差の許容度
は、現状の±10%から±5%へと厳しくなる。このよ
うな要求を満たすことは、半導体ウェーハの口径が8イ
ンチから12インチへと大口径化するに伴ってさらに困
難になる。
トDRAMを製造するには、レジスト塗布、露光、現
像、エッチングを経て形成される回路パターンの最小寸
法を0.15μm以下にすることが目標になっている。
半導体チップの歩留りを向上し、量産性を改善するため
には、半導体ウェーハ全面でパターン寸法が均一である
ことが要求される。しかも、パターン寸法の均一性は現
状より良好であることが要求される。具体的には、設計
寸法に対して、形成されるパターン寸法の誤差の許容度
は、現状の±10%から±5%へと厳しくなる。このよ
うな要求を満たすことは、半導体ウェーハの口径が8イ
ンチから12インチへと大口径化するに伴ってさらに困
難になる。
【0003】上記の要求を満たすために、現用の露光装
置に使用されている波長248nmのKrFエキシマレ
ーザーを、波長193nmのArFエキシマレーザーに
変更することが検討されている。しかし、光源の変更は
レジストを含む露光システム全体の改良を必要とする。
そこで、現状の露光装置を用いて上述した要求を満たす
ためには、リソグラフィープロセスを改善する必要があ
る。
置に使用されている波長248nmのKrFエキシマレ
ーザーを、波長193nmのArFエキシマレーザーに
変更することが検討されている。しかし、光源の変更は
レジストを含む露光システム全体の改良を必要とする。
そこで、現状の露光装置を用いて上述した要求を満たす
ためには、リソグラフィープロセスを改善する必要があ
る。
【0004】最近のレジストプロセスでは、酸発生剤を
含有する化学増幅ポジレジストを用い、アルカリ現像液
たとえば水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)
水溶液で現像する方法が採用されている。具体的には、
半導体ウェーハ上にレジストを塗布し、露光すると、レ
ジスト中において酸発生剤から酸が発生する。発生した
酸により、レジスト樹脂から溶解抑止能を有する置換
基、例えばt−ブチルエステル基が脱離して樹脂がアル
カリ可溶になる(a)。一方、現像液中のTMAHは、
N(CH3 )4+イオンおよびOH- イオンに解離してい
る(b)。そして、現像液中のカチオンとアルカリ可溶
になったレジスト成分との中和反応により、現像が進行
する。この反応モデルは以下の化学式で示される。
含有する化学増幅ポジレジストを用い、アルカリ現像液
たとえば水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)
水溶液で現像する方法が採用されている。具体的には、
半導体ウェーハ上にレジストを塗布し、露光すると、レ
ジスト中において酸発生剤から酸が発生する。発生した
酸により、レジスト樹脂から溶解抑止能を有する置換
基、例えばt−ブチルエステル基が脱離して樹脂がアル
カリ可溶になる(a)。一方、現像液中のTMAHは、
N(CH3 )4+イオンおよびOH- イオンに解離してい
る(b)。そして、現像液中のカチオンとアルカリ可溶
になったレジスト成分との中和反応により、現像が進行
する。この反応モデルは以下の化学式で示される。
【0005】
【化1】
【0006】現像液中のイオンは拡散および対流により
移動し、レジストの反応部位へ到達して現像が進行す
る。しかし、現像液中のアルカリとレジスト中のアルカ
リ可溶成分との反応により中性の反応生成物が生じ、こ
の反応生成物は新たなイオンがレジストの反応部位へ到
達するのを阻害する。このため、半導体ウェーハ面内の
位置によっては、上記の中和反応が十分に進行しないこ
とがあり得る。この結果、半導体ウェーハ面内でレジス
トパターンの均一性が損なわれる。
移動し、レジストの反応部位へ到達して現像が進行す
る。しかし、現像液中のアルカリとレジスト中のアルカ
リ可溶成分との反応により中性の反応生成物が生じ、こ
の反応生成物は新たなイオンがレジストの反応部位へ到
達するのを阻害する。このため、半導体ウェーハ面内の
位置によっては、上記の中和反応が十分に進行しないこ
とがあり得る。この結果、半導体ウェーハ面内でレジス
トパターンの均一性が損なわれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体ウェーハ面内において現像されたレジストプロファイ
ルの均一性を改善することにある。
体ウェーハ面内において現像されたレジストプロファイ
ルの均一性を改善することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のレジスト現像方
法は、被処理物上にレジストを塗布する工程と、レジス
トを露光する工程と、レジストにアルカリ現像液を接触
させ、アルカリ現像液に磁場を印加しながら現像する工
程を有する。
法は、被処理物上にレジストを塗布する工程と、レジス
トを露光する工程と、レジストにアルカリ現像液を接触
させ、アルカリ現像液に磁場を印加しながら現像する工
程を有する。
【0009】本発明のレジスト現像装置は、レジストが
塗布された半導体ウェーハを回転可能に支持する回転軸
と、レジスト上にアルカリ現像液を供給するノズルと、
レジスト上のアルカリ現像液に磁場を印加する手段を有
する。
塗布された半導体ウェーハを回転可能に支持する回転軸
と、レジスト上にアルカリ現像液を供給するノズルと、
レジスト上のアルカリ現像液に磁場を印加する手段を有
する。
【0010】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板上に形成された下地層上にレジストを塗布する工程
と、レジストを露光する工程と、レジストにアルカリ現
像液を接触させ、アルカリ現像液に磁場を印加しながら
現像することによりレジストパターンを形成する工程
と、レジストパターンをマスクとして下地層をエッチン
グする工程を有する。
基板上に形成された下地層上にレジストを塗布する工程
と、レジストを露光する工程と、レジストにアルカリ現
像液を接触させ、アルカリ現像液に磁場を印加しながら
現像することによりレジストパターンを形成する工程
と、レジストパターンをマスクとして下地層をエッチン
グする工程を有する。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の原理を説明する。アルカ
リ現像液によるレジストの現像を進行させるためには、
現像液中のイオンの運動を促進して、レジストの反応部
位へ到達しやすくすることが有効である。本発明では、
現像液に磁場を印加し、現像液中のイオンにローレンツ
力を与えてイオンの運動を促進する。このメカニズムを
図1を参照して説明する。現像液中のカチオンK+ がx
方向に沿って拡散すると、電界が発生する。この状態で
z方向に磁場を印加すると、現像液中のカチオンK+
は、下記式で表されるローレンツ力を受ける。
リ現像液によるレジストの現像を進行させるためには、
現像液中のイオンの運動を促進して、レジストの反応部
位へ到達しやすくすることが有効である。本発明では、
現像液に磁場を印加し、現像液中のイオンにローレンツ
力を与えてイオンの運動を促進する。このメカニズムを
図1を参照して説明する。現像液中のカチオンK+ がx
方向に沿って拡散すると、電界が発生する。この状態で
z方向に磁場を印加すると、現像液中のカチオンK+
は、下記式で表されるローレンツ力を受ける。
【0012】F=q(E+v×B) ここで、Fはローレンツ力、qは電荷、Eは電界、vは
粒子の速度、Bは磁束密度である。このため、カチオン
K+ はy方向に沿って移動する。このようにカチオンK
+ にローレンツ力を与えて強制的に運動させることによ
り、カチオンをレジストの反応部位へ容易に到達できる
ようにし、現像を均一に進行させることができる。した
がって、面内において現像されたレジストプロファイル
の均一性を改善することができる。
粒子の速度、Bは磁束密度である。このため、カチオン
K+ はy方向に沿って移動する。このようにカチオンK
+ にローレンツ力を与えて強制的に運動させることによ
り、カチオンをレジストの反応部位へ容易に到達できる
ようにし、現像を均一に進行させることができる。した
がって、面内において現像されたレジストプロファイル
の均一性を改善することができる。
【0013】本発明においては、被処理物たとえば半導
体基板上にレジストを塗布して露光した後、この被処理
物を磁場発生手段を備えた現像装置に設置する。磁場発
生手段は永久磁石でも電磁石でもよいが、電磁石を用い
て磁場の方向および大きさを変化させることが好まし
い。
体基板上にレジストを塗布して露光した後、この被処理
物を磁場発生手段を備えた現像装置に設置する。磁場発
生手段は永久磁石でも電磁石でもよいが、電磁石を用い
て磁場の方向および大きさを変化させることが好まし
い。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図2に本発明の現像装置を示す。レジストの露光
工程を経た半導体ウェーハ10は、現像装置の回転軸1
上に真空チャックされて保持される。半導体ウェーハ1
0上にはノズル2から現像液が滴下される。現像装置の
周囲には、垂直方向に磁場を印加するためのコイル3
と、水平方向に磁場を印加するためのコイル4とが設け
られている。磁束密度はたとえば120ガウスに設定さ
れるが、100〜200ガウスの範囲で変化させてもよ
い。また、図3(A)〜(C)に示すように、使用する
コイルと電流の向きを変えることにより、磁場の方向を
任意に変化させることができる。
する。図2に本発明の現像装置を示す。レジストの露光
工程を経た半導体ウェーハ10は、現像装置の回転軸1
上に真空チャックされて保持される。半導体ウェーハ1
0上にはノズル2から現像液が滴下される。現像装置の
周囲には、垂直方向に磁場を印加するためのコイル3
と、水平方向に磁場を印加するためのコイル4とが設け
られている。磁束密度はたとえば120ガウスに設定さ
れるが、100〜200ガウスの範囲で変化させてもよ
い。また、図3(A)〜(C)に示すように、使用する
コイルと電流の向きを変えることにより、磁場の方向を
任意に変化させることができる。
【0015】次に、シリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜をパターニングする方法について説明する。図
4(A)に示すように、8インチSiウェーハ11の表
面にSiO2 膜12を形成する。SiO2 膜12上に反
射防止膜13(シップレー社製、商品名BARL)を9
0nmの厚さにスピンコーティングした後、225℃で
60秒間ベークする。反射防止膜13上に、化学増幅ポ
ジレジスト14(シップレー社製、商品名APEX−
E)を600nmの厚さにスピンコーティングした後、
90℃で60秒間ベークする。
ン酸化膜をパターニングする方法について説明する。図
4(A)に示すように、8インチSiウェーハ11の表
面にSiO2 膜12を形成する。SiO2 膜12上に反
射防止膜13(シップレー社製、商品名BARL)を9
0nmの厚さにスピンコーティングした後、225℃で
60秒間ベークする。反射防止膜13上に、化学増幅ポ
ジレジスト14(シップレー社製、商品名APEX−
E)を600nmの厚さにスピンコーティングした後、
90℃で60秒間ベークする。
【0016】KrFエキシマレーザー露光装置(ニコン
社製、S201A)[NA=0.6、σ=0.75、波
長248nm]を用いてレジストを露光し、0.25μ
mのライン・アンド・スペース(L/S)パターンを転
写する。その後、レジストに90℃で90秒間、ポスト
・エクスポージャー・ベーク(PEB)を施す。
社製、S201A)[NA=0.6、σ=0.75、波
長248nm]を用いてレジストを露光し、0.25μ
mのライン・アンド・スペース(L/S)パターンを転
写する。その後、レジストに90℃で90秒間、ポスト
・エクスポージャー・ベーク(PEB)を施す。
【0017】次に、図2に示す現像装置を用い、レジス
トを0.21Nの水酸化テトラメチルアンモニウム(T
MAH)水溶液で90秒間パドル現像する。この際、例
えば以下のような手順で現像液に磁場を印加する。
(1)ウェーハを回転させずに、図3(A)に示すよう
に上向きの磁場を発生させた状態で10秒間現像する。
(2)ウェーハを回転させずに、図3(B)に示すよう
に下向きの磁場を発生させた状態で10秒間現像する。
(3)ウェーハを30rpmで回転させながら、図3
(C)に示すように水平方向の磁場を発生させた状態で
10秒間現像する。このステップでは、ウェーハを回転
させることにより、現像液に印加される磁場の方向を実
質的に変化させている。(1)〜(3)のステップを3
サイクル繰り返す。このように現像液に対してあらゆる
方向に磁場を印加することにより、ウェーハ面内におい
て均一に現像を進行させる。
トを0.21Nの水酸化テトラメチルアンモニウム(T
MAH)水溶液で90秒間パドル現像する。この際、例
えば以下のような手順で現像液に磁場を印加する。
(1)ウェーハを回転させずに、図3(A)に示すよう
に上向きの磁場を発生させた状態で10秒間現像する。
(2)ウェーハを回転させずに、図3(B)に示すよう
に下向きの磁場を発生させた状態で10秒間現像する。
(3)ウェーハを30rpmで回転させながら、図3
(C)に示すように水平方向の磁場を発生させた状態で
10秒間現像する。このステップでは、ウェーハを回転
させることにより、現像液に印加される磁場の方向を実
質的に変化させている。(1)〜(3)のステップを3
サイクル繰り返す。このように現像液に対してあらゆる
方向に磁場を印加することにより、ウェーハ面内におい
て均一に現像を進行させる。
【0018】こうして、図4(B)に示すように、現像
によりレジスト14の露光部を除去してレジストパター
ンを形成し、ウェーハを純水でリンス処理する。その
後、レジストパターンをマスクとして反応性イオンエッ
チング(RIE)により反射防止膜13を除去する。必
要に応じて、レジストパターンに130℃で60秒間、
乾燥ベークを施す。
によりレジスト14の露光部を除去してレジストパター
ンを形成し、ウェーハを純水でリンス処理する。その
後、レジストパターンをマスクとして反応性イオンエッ
チング(RIE)により反射防止膜13を除去する。必
要に応じて、レジストパターンに130℃で60秒間、
乾燥ベークを施す。
【0019】次いで、図4(C)に示すように、レジス
トパターンをマスクとして、反応性イオンエッチング
(RIE)により、SiO2 膜12をエッチングする。
本発明の方法を用いれば、半導体ウェーハ面内において
現像されたレジストプロファイルの均一性が改善される
ので、これをマスクとしてエッチングにより形成される
SiO2 膜12のパターンの均一性も改善される。
トパターンをマスクとして、反応性イオンエッチング
(RIE)により、SiO2 膜12をエッチングする。
本発明の方法を用いれば、半導体ウェーハ面内において
現像されたレジストプロファイルの均一性が改善される
ので、これをマスクとしてエッチングにより形成される
SiO2 膜12のパターンの均一性も改善される。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体ウェーハ面内において現像されたレジストプロファ
イルの均一性を改善することができる。
導体ウェーハ面内において現像されたレジストプロファ
イルの均一性を改善することができる。
【図1】現像液中のイオンに作用するローレンツ力を示
す図。
す図。
【図2】本発明の現像装置を示す図。
【図3】現像液に印加される磁場の方向を示す図。
【図4】本発明によりシリコン基板上の酸化膜をパター
ニングする方法を示す図。
ニングする方法を示す図。
1…回転軸 2…ノズル 3、4…コイル 10…半導体ウェーハ 11…Siウェーハ 12…SiO2 膜 13…反射防止膜 14…化学増幅ポジレジスト
Claims (11)
- 【請求項1】 被処理物上にレジストを塗布する工程
と、レジストを露光する工程と、レジストにアルカリ現
像液を接触させ、アルカリ現像液に磁場を印加しながら
現像する工程とを具備したことを特徴とするレジスト現
像方法。 - 【請求項2】 垂直方向に磁場を印加することを特徴と
する請求項1記載のレジスト現像方法。 - 【請求項3】 水平方向に磁場を印加するとともに、被
処理物を回転させることを特徴とする請求項1記載のレ
ジスト現像方法。 - 【請求項4】 アルカリ現像液に上向きに磁場を印加す
る工程と、アルカリ現像液に下向きに磁場を印加する工
程と、アルカリ現像液に水平方向に磁場を印加するとと
もに被処理物を回転させる工程とを繰り返して、レジス
トを現像することを特徴とする請求項1記載のレジスト
現像方法。 - 【請求項5】 レジストが塗布された半導体ウェーハを
回転可能に支持する手段と、レジスト上にアルカリ現像
液を供給するノズルと、レジスト上のアルカリ現像液に
磁場を印加する手段とを具備したことを特徴とするレジ
スト現像装置。 - 【請求項6】 垂直方向に磁場を印加するコイルを有す
ることを特徴とする請求項5記載のレジスト現像装置。 - 【請求項7】 水平方向に磁場を印加するコイルを有す
ることを特徴とする請求項5記載のレジスト現像装置。 - 【請求項8】 半導体基板上に形成された下地層上にレ
ジストを塗布する工程、レジストを露光する工程と、レ
ジストにアルカリ現像液を接触させ、アルカリ現像液に
磁場を印加しながら現像することによりレジストパター
ンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして
半導体基板上の下地層をエッチングする工程とを具備し
たことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 垂直方向に磁場を印加することを特徴と
する請求項8記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 水平方向に磁場を印加するとともに、
半導体基板を回転させることを特徴とする請求項8記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 アルカリ現像液に上向きに磁場を印加
する工程と、アルカリ現像液に下向きに磁場を印加する
工程と、アルカリ現像液に水平方向に磁場を印加すると
ともに被処理物を回転させる工程とを繰り返して、レジ
ストを現像することを特徴とする請求項8記載の半導体
装置の製造方法。
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