JPH1124283A

JPH1124283A - レジスト現像装置及びレジスト現像方法

Info

Publication number: JPH1124283A
Application number: JP17244497A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Tamamura; 敏昭玉村; Tetsuyoshi Ishii; 哲好石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】中間リンス液あるいは現像液を最終リンス液
で完全に置換して、高い解像度を均一性良く形成するた
めの現像装置及び現像方法の提供。【解決手段】基板２上のパタンを現像する現像装置に
おいて、最終リンス液に高圧力を印可し、ジェット噴射
により基板２上に最終リンス液をスプレー状に供給する
１個もしくは複数個のノズル６またはオリフィスを有す
る供給機構を備えたことを特徴とするレジスト現像装置
を解決手段とした。また、高圧力が印可された最終リン
ス液を、１個もしくは複数個のノズル６またはオリフィ
スからジェット噴射により基板２上にスプレー状に供給
する工程を備えることを特徴とするレジスト現像方法を
解決手段とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超ＬＳＩ等の超微細
加工用のレジストを用いて微細パタンを形成する際に用
いるレジスト現像装置及びレジスト現像方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩ加工技術ではパタンの微細化が
進められ、開発段階では０．２μｍ以下の領域に入りつ
つある。ＬＳＩの基板加工にはドライエッチング工程が
採用されており、通常、レジストをマスクとして、微細
パタンが基板に転写される。このレジストパタンをドラ
イエッチングのマスクとするためには、ある程度（通
常、０．５μｍ程度）の膜厚が必要であり、また、レジ
スト塗布時のピンホール等の欠陥を無くす上でも、一定
の膜厚を確保する必要がある。この場合、パタンの微細
化に伴い、レジストパタンの高さと幅の比（アスペクト
比と呼ばれる）が高くなり、現像過程で隣接するパタン
同士がくっついて崩壊する現象が生じる。このパタン崩
壊は最終リンス液が乾燥する際に、溶剤の表面張力によ
り、微細なレジストパタンに機械的な力が働くことによ
り生じる。この問題を低減するために、最終リンス液を
凍結乾燥する方法が提案されているが、液体窒素の使用
や、真空乾燥過程が必要なことから、大幅なコスト増と
残留不純物の影響が懸念される。一方、より簡便なパタ
ン崩壊防止法としては、低表面張力溶剤を最終リンス液
に使用する方法がある。このような溶剤として最適なの
が、室温での表面張力が１５ｄｙｎ／ｃｍ以下のパーフ
ルオロペンタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロ
ヘプタン等のパーフルオロカーボン溶剤である。パーフ
ルオロカーボン溶剤を最終リンスに使用すると、従来、
３〜４が限界であったアスペクト比を４〜５に向上でき
る。

【０００３】しかしながら、現在用いられているレジス
ト膜厚の０．５μｍ前後を確保したまま、最小パタン寸
法を０．１μｍ以下にしようとすると、アスペクト比が
５以上になり、パーフルオロカーボン溶剤を通常に最終
リンス液として使用しても、安定なパタン形成が困難に
なる。更に、これらのパーフルオロカーボン系溶剤は、
通常の超微細加工用レジストのリンス液として用いられ
る水やイソプロピルアルコール等の溶剤と全く混り合わ
ないため、最終リンス液として用いると、中間リンス溶
液を完全に置換することが困難になる。この問題は基板
寸法が大きくなったり、アスペクト比が高くなると深刻
になり、実質的な解像度に大きな不均一を生じさせる。

【０００４】超ＬＳＩ以外に、０．１μｍ以下の極微細
加工を用いて種々の微細な素子を形成する際も、微細化
が進むにつれ、１００ｎｍ程度の極薄いレジストを用い
てもこのパタン崩壊が実質的な解像度を決めてしまうた
め、上記ＬＳＩ製造時と本質的に同じ問題に遭遇する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は互いに混ざり
合わない中間リンス液と最終リンス液、あるいは中間リ
ンス液を使用しない場合は現像液と最終リンス液を用い
て現像する際に、中間リンス液あるいは現像液を最終リ
ンス液で完全に置換して、高い解像度を均一性良く形成
するための現像装置及び現像方法の提供を課題としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレジスト現
像装置は、被加工基板上に最終リンス液を高圧力のもと
で、１個あるいは複数個のノズルあるいはオリフィスか
らスプレー状に該被加工基板上にジェット噴射する機構
を有することを特徴としている。また本発明に係る現像
方法は、レジスト現像装置を用い、高圧力が印可された
最終リンス液を１個もしくは複数個のノズルまたはオリ
フィスからジェット噴射により基板上にスプレー状に供
給する工程を備えたことを特徴としている。従来の現像
方法では、搬送されてきた基板を現像装置のカップ上に
置き、保持した後、現像液、リンス液を順次液状に供給
し、最後に乾燥空気や窒素ガスで基板を乾燥させる。通
常は現像液とリンス液は容易に混ざり合い、リンス液を
基板上に供給すると、現像液が急激に希釈されて、短時
間で現像液がリンス液に置換される。中間リンスを設け
て現像する場合も同様で、通常は相溶性の悪い現像液と
リンス液の組み合わせを選ぶことはない。しかしなが
ら、パーフルオロカーボン系溶剤は、溶剤の中で最も表
面張力の低い溶剤系で、現像のみで４以上のアスペクト
比の超微細パタンを安定性良く得られ、しかも比較的安
全でかつ不燃性であるため、微細加工プロセスに使用可
能である。また、水だけでなく殆どの汎用的な有機溶剤
と混合せず、しかも比重が１．６以上と非常に重いた
め、水や可燃性の有機溶剤と共存しても容易に分離回収
できる。しかし、従来の現像方法で最終リンスに中間リ
ンスや現像液と混ざり合わないパーフルオロカーボン系
溶剤を使用すると、中間リンス液あるいは現像液が基板
内、特にアスペクト比の高いパタンの間に閉じ込められ
てしまい、完全に置換されない。このため本発明者ら
は、現像装置と現像方法を工夫することにより、この置
換が効率的に行われる手法を検討した結果、最終リンス
液としてパーフルオロカーボン系溶剤を、高圧力のもと
で、１個もしくは複数個のノズルまたはオリフィスから
スプレー状に該被加工基板上にジェット噴射することに
より、中間リンス液や現像液を物理的に置換して、短時
間でかつ完全に置換が完了することを見い出し、本発明
に至った。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する本実施の形態の現像装置は、最終リンス液を高圧力
のもとで、１個あるいは複数個のノズルあるいはオリフ
ィスからスプレー状に被加工基板上にジェット噴射する
機構を有することを特徴としている。この例を図１に示
す。

【０００８】この現像装置は、現像カップ１内に、ウエ
ハ２を保持するウエハ支持台３と、該支持台３を回転軸
に固定したモーター４とを配設するとともに、最終リン
ス液に高圧を印可し、該支持台３に保持されたウエハ２
の上方に配したノズル６から、最終リンス液をジェット
スプレー状に噴射する供給機構を備えた構成になってい
る。この供給機構のノズル６は、電磁弁７を介して高圧
リンス液タンク８に接続され、この高圧リンス液タンク
８は、電磁弁７を介してリンス液タンク１０に接続され
ている。高圧リンス液タンク８には、該タンク８内のリ
ンス液を加圧して放出させるための加圧ポンプ９が接続
されている。また、リンス液タンク１０には、圧力計１
１を介して高圧ガス供給口１２が設けられ、該供給口か
ら高圧ガスを供給することにより、タンク１０内の最終
リンス液を、電磁弁７の開時に高圧リンス液タンク８側
に供給できるようになっている。加圧ポンプ９は、高圧
リンス液タンク８内の最終リンス液を５〜１００ｋｇ／
ｃｍ²の範囲に加圧し得るものが望ましい。

【０００９】本発明に係る現像方法の実施の形態を、上
述した現像装置を用いた場合を例として説明する。被加
工基板であるウエハ２を、現像カップ内のウエハ支持台
３上に吸着保持する。このウエハ２は、適当な膜厚のレ
ジストをスピンコートし、適宜な条件でベーキングした
後、微細パタンを描画したものである。モーター４を駆
動し、ウエハ２を所望の速度で回転させ、現像液、リン
ス液（中間リンス液、最終リンス液）を順次供給する。
ここで、現像液をウエハ２に供給する現像工程と、その
後、中間リンス液をウエハ２に供給する中間リンス工程
は、各液をウエハ２に液状で供給してよい。最終リンス
液をウエハ２に供給する最終リンス工程は、最終リンス
液をノズル６からジェットスプレー状に噴射して供給す
る。リンス液タンク１０内の最終リンス液は、高圧ガス
供給口１２から圧力計１１によって圧力を制御しながら
高圧ガスを供給することによって、リンス液タンク１０
から電磁弁７を経て高圧リンス液タンク８に供給され
る。高圧リンス液タンク８内の最終リンス液は、加圧ポ
ンプ９で加圧されて電磁弁７を経てノズル６からジェッ
トスプレー状に噴射される。最終リンス液に印可する高
圧力は、５〜１００ｋｇ／ｃｍ²の範囲に設定すること
が望ましい。ノズル７から供給された現像液あるいはリ
ンス液（中間リンス液、最終リンス液）は、ドレイン５
から排出される。最終リンス液をウエハ２に供給した
後、乾燥気体、例えば窒素ガスや乾燥空気を吹き付けて
乾燥する。

【００１０】この方法では、最終リンス工程において、
ウエハ２は回転しているウエハ２上に、ノズル６からジ
ェット噴射により最終リンス液を供給することから、互
いに混ざり合わない現像液あるいは中間リンス液と最終
リンス液の置換が効率的に短時間に行われる。

【００１１】本実施の形態では、最終リンス工程におい
て、ウエハ２は回転しているウエハ２上に、ノズル６か
らジェット噴射により最終リンス液を供給することか
ら、互いに混ざり合わない現像液あるいは中間リンス液
と最終リンス液の置換が効率的に短時間に行われること
から、最終リンス液として、低表面張力溶剤であるパー
フルオロカーボン系溶剤が使用でき、かつ該溶剤を用い
ることが望ましい。パーフルオロカーボン系溶剤として
は炭素の数が５，６，７に相当するパーフルオロペンタ
ン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロヘプタン及び
それらの混合物が有効であるが、更に炭素数の大きい、
炭素数８，９，１０，１１，１２，１３等のパーフルオ
ロカーボン系溶剤及びそれらの混合物も使用可能であ
る。

【００１２】

【実施例】次に、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。［実施例１］４インチシリコン基板上にＺＥＰ−５２０
レジストを０．２５μｍの膜厚にスピンコートし、１６
０℃のオーブンで３０分間ベーキングした後、電子ビー
ム露光装置（日本電子製ＪＢＸ−５ＦＥ）を用いて微細
パタンを描画した。描画したパタンは、５０ｎｍ周期か
ら１５０ｎｍ周期まで、５ｎｍ刻みでライン＆スペース
パタンを長さ２ｍｍにわたって、各周期１０水準の露光
量で描画したものを１セットとし、これをＸＹ両方向１
０ｍｍ間隔でマトリックス状にウエハ全面に描画した。
この基板を２枚用意し、最終リンス液供給用に中心とそ
の周りに対称に３箇所の計４箇所、ノズルを配置し、ノ
ズルから最終リンス液を高圧下ジェット噴射する機構を
有する現像装置を用いて現像した。現像方法は、１枚目
は１００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ＺＥＰ系
レジストの現像液であるＺＥＤ−Ｎ５０（日本ゼオン
製）を液状に供給して、５分間現像し、ついで、中間リ
ンスとしてＩＰＡを６０秒間液状に供給し、その後、パ
ーフルオロヘキサンを４箇所のノズルから６０秒間液状
に供給し、最後に窒素ガスを吹き付けて乾燥した。２枚
目の基板は１００ｒｐｍの回転速度で、ＺＥＤ−Ｎ５０
（日本ゼオン製）を液状に供給して、５分間現像し、つ
いで、中間リンスとしてＩＰＡを６０秒間液状に供給
し、その後、パーフルオロヘキサンを２０ｋｇ／ｃｍ²
の圧力のもとで、４箇所のノズルから６０秒間ジェット
噴射して供給し、最後に窒素ガスを吹き付けて乾燥し
た。これら２枚の試料を電子顕微鏡でその解像性を比較
したところ、パーフルオロヘキサンを液状に供給した１
枚目の試料では、基板の周辺部分では１１０ｎｍ周期の
ライン＆スペースパタンまで、隣接パタンがくっつくパ
タン崩壊が生じることなく解像出来たが、基板の中心部
分では、１１０ｎｍ周期、１１５ｎｍ周期、１２０ｎｍ
周期のライン＆スペースパタンが場所により解像できて
いない例が多く見られた。一方、パーフルオロヘキサン
をジェット噴射して供給した２枚目の試料では、基板全
体にわたって、１１０ｎｍ周期のライン＆スペースパタ
ンまで、隣接パタンがくっつくパタン崩壊が生じること
なく解像出来た。この結果から明らかなように、パーフ
ルオロヘキサンを液状に供給すると中間リンス液のＩＰ
Ａが最終リンス液のパーフルオロヘキサンに完全に置換
されず、基板中心部分で、ＩＰＡが窒素ガス乾燥まで残
っているのに対し、パーフルオロヘキサンをジェット噴
射して供給すると最終リンス液への置換が効率的にな
り、６０秒の最終リンスで完全に置換することができ、
アスペクト比４以上の超微細パタンが基板全体に均一に
形成出来ることがわかった。

【００１３】［実施例２］４インチシリコン基板上にＺ
ＥＰ−５２０にフラーレンＣ６０（ＭＥＲ社製）をレジ
スト高分子の重量に対して１０重量％の割合で混合した
ものを、０．２５μｍの膜厚にスピンコートし、１７０
℃のオーブンで３０分間ベーキングした後、電子ビーム
露光装置（日本電子製ＪＢＸ−５ＦＥ）を用いて微細パ
タンを描画した。描画したパタンは、５０ｎｍ周期から
１５０ｎｍ周期まで、５ｎｍ刻みでライン＆スペースパ
タンを長さ２ｍｍにわたって、各周期１０水準の露光量
で描画したものを１セットとし、これをＸＹ両方向１０
ｍｍ間隔でマトリックス状にウエハ全面に描画した。こ
の基板を２枚用意し、最終リンス液供給用に中心とその
周りに対称に３箇所の計４箇所、ノズルを配置し、ノズ
ルから最終リンス液を高圧下ジェット噴射する機構を有
する現像装置を用いて現像した。現像方法は、１枚目は
１００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ＺＥＰ系レ
ジストの現像液であるＺＥＤ−Ｎ５０（日本ゼオン製）
を液状に供給して、５分間現像し、ついで、中間リンス
としてＩＰＡを６０秒間液状に供給し、その後、パーフ
ルオロペンタンを４箇所のノズルから６０秒間液状に供
給し、最後に窒素ガスを吹き付けて乾燥した。２枚目の
基板は１００ｒｐｍの回転速度で、ＺＥＤ−Ｎ５０（日
本ゼオン製）を液状に供給して、７分間現像し、つい
で、中間リンスとしてＩＰＡを６０秒間液状に供給し、
その後、パーフルオロペンタンを２０ｋｇ／ｃｍ²の圧
力のもとで、４箇所のノズルから６０秒間ジェット噴射
して供給し、最後に窒素ガスを吹き付けて乾燥した。こ
れら２枚の試料を電子顕微鏡でその解像性を比較したと
ころ、パーフルオロペンタンを液状に供給した１枚目の
試料では、基板の周辺部分では８５ｎｍ周期のライン＆
スペースパタンまで、隣接パタンがくっつくパタン崩壊
が生じることなく解像出来たが、基板の中心部分では、
８５ｎｍ周期から１０５ｎｍ周期のライン＆スペースパ
タンが場所により解像できていない例が多く見られた。
一方、パーフルオロペンタンをジェット噴射して供給し
た２枚目の試料では、基板全体にわたって、８５ｎｍ周
期のライン＆スペースパタンまで、隣接パタンがくっつ
くパタン崩壊が生じることなく解像出来た。この結果か
ら明らかなように、パーフルオロペンタンを液状に供給
すると中間リンス液のＩＰＡが最終リンス液のパーフル
オロペンタンに完全に置換されず、基板中心部分で、Ｉ
ＰＡが窒素ガス乾燥まで残っているのに対し、パーフル
オロペンタンをジェット噴射して供給すると最終リンス
液への置換が効率的になり、６０秒の最終リンスで完全
に置換することができ、アスペクト比５．５以上の超微
細パタンが基板全体に均一に形成出来ることがわかっ
た。

【００１４】［実施例３］６インチシリコン基板上に化
学増幅型Ｘ線用レジストＳＥＰＲ−４４−Ｄ（信越化学
製）を０．５μｍの膜厚にスピンコートし、１００℃、
１２０秒の条件でプリベークした後、ＳＯＲビームライ
ンを用いて、Ｘ線露光した。露光後、７５℃、１２０秒
の条件でポストベークした。用いたＸ線マスクは２０ｍ
ｍ角のウインドウを有し、この中に１００ｎｍ周期から
３００ｎｍ周期まで、１０ｎｍ刻みで１：１のライン＆
スペース比を持つ０．４μｍ膜厚のタンタル製のライン
＆スペースパタンが長さ２ｍｍにわたって形成された部
分が、ＸＹ両方向１０ｍｍ間隔で２×２のマトリックス
上に配置されている。このマスクパタンを更に２０ｍｍ
間隔でマトリックス状にウエハ全体に同一条件でステッ
プ＆リピート露光した。この基板を２枚用意し、最終リ
ンス液供給用に中心とその周りに対称に３箇所の計４箇
所、ノズルを配置し、ノズルから最終リンス液を高圧下
ジェット噴射する機構を有する現像装置を用いて現像し
た。現像方法は、１枚目は１００ｒｐｍの回転速度で回
転させながら、テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイドの２．１％水溶液を液状に供給して、６０秒間現
像し、ついで、中間リンス液として純水を６０秒間液状
に供給し、その後、パーフルオロヘキサンを４箇所のノ
ズルから６０秒間液状に供給し、最後に窒素ガスを吹き
付けて乾燥した。２枚目の基板は１００ｒｐｍの回転速
度で回転させながら、テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイドの２．１％水溶液を液状に供給して、６０
秒間現像し、ついで、中間リンスとして純水を６０秒間
液状に供給し、その後、パーフルオロヘキサンを３０ｋ
ｇ／ｃｍ²の圧力のもとで、４箇所のノズルから６０秒
間ジェット噴射して供給し、最後に窒素ガスを吹き付け
て乾燥した。これら２試料を電子顕微鏡によってその解
像性を比較したところ、パーフルオロヘキサンを液状に
供給した１枚目の試料では、基板の周辺部分では１６０
ｎｍ周期のライン＆スペースパタンまで、隣接パタンが
くっつくパタン崩壊が生じることなく解像出来たが、基
板の中心部分では、１６０ｎｍ周期から１８０ｎｍ周期
までのライン＆スペースパタンが場所により解像できて
いない例が多く見られた。一方、パーフルオロヘキサン
をジェット噴射して供給した２枚目の試料では、基板全
体にわたって、１６０ｎｍ周期のライン＆スペースパタ
ンまで、隣接パタンがくっつくパタン崩壊が生じること
なく解像出来た。この結果から明らかなように、パーフ
ルオロヘキサンを液状に供給すると中間リンス液の純水
が最終リンス液のパーフルオロヘキサンに完全に置換さ
れず、基板中心部分で、純水が窒素ガス乾燥まで残って
いるのに対し、パーフルオロヘキサンをジェット噴射し
て供給すると最終リンス液への置換が効率的になり、６
０秒の最終リンスで完全に置換することができ、アスペ
クト比５以上の超微細パタンが基板全体に均一に形成出
来ることがわかった。

【００１５】以上、上述した実施例ではレジストとし
て、化学増幅系レジストＳＥＰＲ−４４−ＤをＸ線露光
した場合と、ＺＥＰ、あるいはフラーレンＣ６０添加Ｚ
ＥＰを電子線露光した場合について説明したが、他の種
類のレジストやエキシマーレーザを用いた光露光に適用
しても、高解像度が得られることは明らかである。ま
た、ジェット噴射する手段として、４個のノズルを用い
たが、基板が小さい場合は１個のノズルで十分均一性が
得られる他、ノズルの代りにオリフィスを使用しても同
様の効果が得られる。ジェット噴射は高圧力を最終リン
ス液に印可しているが、その圧力は５〜１００ｋｇ／ｃ
ｍ²の範囲で同様の効果が得られた。その最適値は中間
リンス液の置換されやすさにより変化するが、ジェット
噴射の圧力によるパタン変形を防ぐために、できるだけ
低めに設定するのが望ましい。最終リンス液としてはパ
ーフルオロカーボン系溶剤が好ましい。パーフルオロカ
ーボン系溶剤としては炭素の数が５，６，７に相当する
パーフルオロペンタン、パーフルオロヘキサン、パーフ
ルオロヘプタン及びそれらの混合物が有効であるが、更
に炭素数の大きい、炭素数８，９，１０，１１，１２，
１３等のパーフルオロカーボン系溶剤及びそれらの混合
物も使用可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明に従うと、大面積の基板を用いて
も、低表面張力を有するパーフルオロカーボン系のリン
スによる高アスペクト比のパタンが、均一性良く得られ
ることから、超ＬＳＩ製造やこれに用いるＸ線マスク製
造、微細回折格子等の光学部品製造に大きな効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る現像装置の一例を示す概略構成
図。

【符号の説明】

１現像カップ２ウエハ（被加工基板）３ウエハ支持部４モーター５ドレイン６ノズル７電磁弁８高圧リンス液タンク９加圧ポンプ１０リンス液タンク１１圧力計１２高圧ガス供給口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レジストパタンが転写された被加工基板
上に、現像液と、最終リンス液または中間リンス液と最
終リンス液の２種以上のリンス液を供給して該基板上の
パタンを現像する現像装置において、最終リンス液に高圧力を印可し、ジェット噴射により基
板上に最終リンス液をスプレー状に供給する１個もしく
は複数個のノズルまたはオリフィスを有する供給機構を
備えたことを特徴とするレジスト現像装置。
【請求項２】請求項１記載のレジスト現像装置におい
て、最終リンス液に印可する高圧力を、５〜１００ｋｇ
／ｃｍ²の範囲に調整する手段を備えたことを特徴とす
るレジスト現像装置。
【請求項３】レジストパタンが転写された被加工基板
上に、現像液と、最終リンス液または中間リンス液と最
終リンス液の２種以上のリンス液を供給して該基板上の
パタンを現像する現像方法において、高圧力が印可された最終リンス液を、１個もしくは複数
個のノズルまたはオリフィスからジェット噴射により基
板上にスプレー状に供給する工程を備えることを特徴と
するレジスト現像方法。
【請求項４】請求項３記載のレジスト現像方法におい
て、最終リンス液に印可する高圧力を、５〜１００ｋｇ
／ｃｍ²の範囲に設定することを特徴とするレジスト現
像方法。
【請求項５】請求項３または４記載のレジスト現像方
法において、最終リンス液の主成分が、単一のパーフル
オロカーボン系溶剤もしくは２種以上のパーフルオロカ
ーボン系溶剤の混合物から成ることを特徴とするレジス
ト現像方法。