WO2013084574A1 - スピン現像方法および装置 - Google Patents

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ソマワン クンプアン
史朗 原
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独立行政法人 産業技術総合研究所
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment

Definitions

  • the present invention relates to a spin development method and apparatus for developing a resist formed on a wafer having an extremely small area.
  • the semiconductor device production line has a layout that employs a job shop system in which a large clean room is equipped with multiple units called bays that combine processing devices of the same function, and the bays are connected by a transfer robot or belt conveyor.
  • a wafer having a large diameter of 12 inches or the like is used for a workpiece processed in such a production line, and a production system in which several thousand semiconductor chips are manufactured from one wafer is used.
  • the manufacturing process is composed of a plurality of portable unit processing apparatuses, and these unit processing apparatuses are used in a flow shop or job shop.
  • the present applicant has proposed a minimal fab system that makes it easy to rearrange them in a very small quantity and can appropriately cope with multi-product production.
  • Japanese Patent Application No. 2010-195996 Japanese Patent Application No. 2010-195996
  • various wafer development methods in the device manufacturing process have been proposed.
  • Non-Patent Document 1 dip development method, step paddle development method, vibration development method, inverted development method
  • the step paddle method (hereinafter referred to as SP method) having excellent pattern resolution. ) was used to develop a 1 ⁇ m thick resist actually formed on a 4 inch diameter wafer.
  • the developer was supplied for 5 seconds while rotating the wafer at 100 rpm, and static development was performed for 20 seconds. This operation was repeated three times.
  • the total amount of developer used was 90 ml, and the total development time was 60 seconds.
  • the time required to develop a resist having a thickness of 1 ⁇ m is 60 to 300 seconds
  • the above-described SP method which has a relatively short development time, requires 60 seconds. It's not good.
  • the amount of the developer used is not high in use efficiency of the developer, for example, the amount of the developer needs to be immersed in the entire wafer.
  • the SP method employs a developing method in which a developer is supplied for 5 seconds while rotating a wafer at 100 rpm, a static development is performed for 295 seconds, and this operation is repeated three times. Development time is long. Further, in this Non-Patent Document 1, the development characteristics in each of the development methods described above are evaluated with a development time of 15 minutes. According to this evaluation, the SP method is said to be excellent in development contrast, but the development time of 15 minutes is not an efficient development time. Thus, these development methods are not yet sufficient in terms of development efficiency and resolution as a development method for resist on a very small work such as the half-inch size described above.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to develop a resist on a very small work such as a half-inch size that can be used in the above-described minimal fab system.
  • the object is to provide an optimal development method with high development efficiency, resource saving and high resolution.
  • the present invention provides a method for developing a resist formed on a wafer-sized wafer for producing a semiconductor device having a minimum number of units, and an amount of spilling developer on a stopped wafer. Then drop the developer until the developer thickness is almost maximized, or develop until the developer thickness is almost maximized on the rotating wafer.
  • a spin development method comprising a first step of dropping a liquid and a second step of developing while rotating the wafer. It was. Further, the developing method of a resist formed on a wafer-sized wafer for producing a semiconductor device having a minimum unit number, which is dropped on the stopped wafer by an amount less than the spilled amount of developer, and then the wafer is dropped.
  • the spin development method includes a second step of developing while rotating. Further, the wafer size is set to 0.5 inch, the dropped developer amount in the first step is about 0.4 ml, the dropped developer amount in the third step is about 0.2 ml, The contact angle of the developer on the wafer at the time may be set to about 135 to 146 degrees.
  • the present invention is a resist developing apparatus formed on a wafer of a wafer size for producing a semiconductor device having a minimum number of units, A rotating unit that rotates the wafer at a predetermined speed, a developer supply unit that can drop a predetermined amount of developer on the wafer, a rotation control unit that controls the rotation of the rotating unit, and a stopped wafer Drop the developer below the amount that spills, and then rotate the wafer and drop the developer until the thickness of the developer is almost maximum, or the thickness of the developer on the rotating wafer A spin developing device having a developer supply control unit that drops the developer until it becomes almost maximum.
  • the developer supply unit has a distance between the wafer surface and the developer supply port of the developer supply unit, and a continuous droplet ball is formed between the developer supply port and the wafer surface.
  • a spin developing device including a supply port height control mechanism for maintaining the distance is provided.
  • the minimum unit number is a semiconductor device of a minimum unit, and in the embodiment, one semiconductor device of 1 cm 2 is manufactured from a 0.5 inch size wafer.
  • the number of minimum units may be two or more as long as it can be created from one wafer without being limited to one.
  • an optimum developing method and apparatus can be provided as a developing method and apparatus for a resist formed on a wafer of a wafer size for manufacturing a semiconductor device having a minimum unit number. . More specifically, by improving the development characteristics and reducing the amount of developer and shortening the development time, the throughput production efficiency in the entire development process from supplying the developer to resist development and resist drying can be improved. Quality can be improved.
  • FIG. 3 is a flowchart of a developing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a development state explanatory diagram corresponding to the development flow of FIG. 2.
  • Explanatory drawing of the developing solution amount supplied on a wafer. Explanatory drawing of the relationship between the contact angle of a developing solution, and a wafer rotational speed on the wafer of this invention.
  • Explanatory drawing of the developing solution amount on the wafer of this invention Explanatory drawing of the developing solution supply state by the conventional paddle developing method.
  • FIG. 1 A 0.5-inch wafer 2 is placed on a work table 1 equipped with a vacuum chuck.
  • the work table 1 receives air from 4 and is rotated in the direction of the arrow 5 by a driving member (not shown), so that the mounted wafer 2 can be fixed and rotated.
  • a supply nozzle (developer supply unit) 3 for supplying the developer 6 onto the wafer 2 and a supply nozzle (not shown) for supplying the rinse onto the wafer 2. And the like are selectively arranged.
  • the supply port (developer supply port) of the supply nozzle 3 for supplying the developer is formed with an inner diameter of 2 mm, and the distance S from the wafer 2 to the supply port is set to 5 mm. Further, a control unit (not shown) for controlling the rotation of the work table 1 and controlling the supply amount from the supply nozzle is provided.
  • a diazonaphthoquinone (DNQ) novolac positive resist (i-line resist) is used as the photosensitive resist formed on the wafer.
  • the resist coating process was HMDS: 90 ° C. for 10 seconds, followed by spin coating at 4000 rpm for 30 seconds, and then pre-baking at 90 ° C. for 60 seconds to obtain a resist film thickness of 600 to 700 nm.
  • the exposure was performed using an i-line LED light source at a dose of 250 mJ / cm @ 2, PEB: 100 DEG C. for 60 seconds.
  • water-containing TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • the ambient temperature is 21 ° C. ⁇ 1 ° C.
  • the developing method of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • a 0.5 inch wafer 2 is transferred onto the work table 1 by a transfer device (not shown)
  • the rotation centers of the wafers 2 are aligned and fixed on the work table 1 by a vacuum chuck.
  • the supply port of the developer supply nozzle 3 is arranged so that the distance S immediately above the rotation center of the work table 1 from the standby position is 5 mm.
  • the rotation speed of the work table 1 is set to 300 rpm
  • 0.4 ml of the developer 6 is supplied from the supply nozzle 3 onto the wafer. This amount of the developer is the amount of the solution where the thickness of the developer on the rotating wafer 2 is almost maximized.
  • the developer may be dropped on the stopped wafer by an amount less than the spilled amount, and then the wafer may be rotated to drop the developer amount. That is, a developing solution that substantially corresponds to the maximum amount of liquid that can be placed on the rotating wafer 2 is supplied.
  • a distance S specifically, 5 mm
  • Development is performed for 15 seconds at the rotation speed (first spin development).
  • the supply port may be temporarily retracted, but it may be kept at the distance S at the time of supplying the developer, and therefore the position control of the supply nozzle 3 can be omitted if it is not retracted.
  • 0.2 ml of the developer 6 is supplied onto the wafer 2 from the supply nozzle 3 while maintaining the rotation speed.
  • the supply nozzle 3 is retracted from the developer supply position. Specifically, the supply port is once lifted upward from the supply position and then returned to the standby position.
  • a rotating unit that rotates the wafer 2 at a predetermined speed
  • a supply nozzle 3 that drops a predetermined amount of developer on the wafer 2
  • a rotation control unit that controls the rotation of the rotation unit, and a developer that is dropped on the stopped wafer 2 by an amount that is less than the amount that spills, and then the wafer is rotated until the developer becomes almost maximum in thickness.
  • a developer supply control unit for dropping the developer onto the rotating wafer until the thickness of the developer becomes substantially maximum.
  • the supply nozzle 3 maintains the distance between the surface of the wafer 2 and the developer supply port at a distance at which a continuous droplet ball p is formed between the developer supply port and the wafer surface.
  • a control mechanism (not shown) is provided.
  • the nozzle When the developing solution is dropped in the proximity of the nozzle in this way, the resulting droplet ball P (FIG. 3 (2)) of the developing solution on the wafer is in contact with the nozzle. Then, the next important thing is that when this nozzle is retracted to the standby position during development, if the nozzle is retracted horizontally with the wafer surface, the liquid droplets are dragged and the liquid spills from the wafer. Become. To prevent that, the nozzle must first be pulled up vertically. Thereafter, an operation for saving to the standby position is performed. As described above, the nozzle does not necessarily have to be retracted during development, and may remain in contact with the droplet during development. In that case, the nozzle is developed while touching the droplet. Thus, it is one of the characteristics of spin development that the nozzle touches the droplet.
  • a 4 to 8 inch wafer currently being used is subjected to a normal paddle development method (one static development, no developer replacement) or SP method (two static developments, developer replacement). 8 is shown in FIG. 8 for comparison with the present embodiment.
  • the development time is 300 seconds for the normal paddle development method and 60 to 70 seconds for the SP method, both of which are from the development time (35 to 45 seconds) of this embodiment. Also long.
  • the rinsing time those of these development methods require 60 to 180 seconds, while those of the present embodiment are only 2 seconds as described above.
  • Regarding the drying time those according to these development methods and those according to this embodiment were almost the same (15 seconds).
  • the spin development method of the present invention can be developed up to 1.5% of the SP method. The amount used can be reduced.
  • the amount of chip production (throughput) per unit time is reduced because the area is smaller than that of a large-diameter wafer.
  • a manufacturing apparatus for a small-diameter wafer and its factory system also reduce the apparatus price and the factory equipment investment by the size of the small-diameter. Therefore, in principle, the amount of capital investment / wafer area, that is, the investment productivity obtained by dividing the amount of capital investment by the area of the wafer, that is, investment productivity, does not depend much on the diameter of the wafer.
  • the present invention which has a large advantage with a small-diameter wafer, is not inferior to the production method using a large-diameter wafer, and the present invention can save a lot of developer. It can be said that this is an advantageous development method.
  • the cause of the short development time and the small amount of the developer in this embodiment will be discussed below.
  • the developer held on the 4-inch size wafer shown in the right figure of FIG. 4 is the amount of developer held to the 0.5 inch size shown in comparison with the left figure is the developer hold amount per unit area. Becomes smaller.
  • the wafer is held so as to rise from the entire surface of the wafer due to the surface tension of the developer.
  • the surface area is increased as in the 4-inch size, the developer supplied onto the wafer becomes a lump for the time being due to its surface tension.
  • the rotation speed and the supply amount of developer are controlled so that the contact angle is maintained between 135 ° and 146 °, preferably around 146 °, the amount of developer on the wafer during wafer rotation is maximized.
  • the developer holding amount per unit area was 4 ⁇ l / mm 2. This is a developer amount per unit area that is almost an order of magnitude higher than that of a 4-inch wafer.
  • the larger the amount of the developer the smaller the change in the concentration of the developer due to the resist dissolved in the developer, which is advantageous in that the margin for development conditions can be increased. The risk of developing unevenness is reduced.
  • the distance between the developer supply nozzle 3 and the wafer 2 is held in a gap of about 5 mm so that the developer 6 is supplied with surface tension formed on the wafer. A small amount of 0.4 ml developer is dripped. (Fig. 3 (2), (4)) If the distance is longer than this, the droplets are split at the time of dropping, so that it becomes difficult to supply the maximum amount of liquid onto the wafer. Moreover, unlike the conventional paddle development method, by supplying the developer while rotating the wafer, a large amount of developer can be supplied to the wafer surface quickly, and the developer can be used efficiently and effectively. You can also. This is a factor that can ensure high development efficiency and high reproducibility in the present embodiment.
  • the first development time is smaller than the second development time. Further, the amount of the developer for the second time is set to almost half of the first time. This is because the wettability of the resist surface is improved with the first development, so that a large amount of developer as in the first time is not required. Supply is disabled. Therefore, in the present embodiment, the developer amount in the second paddle development can be smaller than that in the first paddle development, so that the developer usage efficiency is excellent.
  • the present invention exhibits extremely excellent effects in terms of development efficiency and resolution reproducibility as a resist development method for extremely small wafers.
  • the rotational speed, the amount of developer (developer thickness), and the contact angle may differ from the above-described embodiments depending on the wettability of the wafer or resist, the viscosity of the developer, the resist film thickness, and the like. However, it can be changed within the scope of the technical idea of the present invention described above.

Abstract

　ハーフインチサイズのウェハ上に形成されたレジストの最適な現像方法および装置。　極小単位数の半導体デバイスを作製するウェハサイズのウェハ上に形成されたレジストの現像方法であって、回転を静止されたウェハ上に、現像液厚みが最大となるまで現像液を滴下する第１ステップ、ウェハを回転させながら現像する第２ステップ、ウェハの回転を静止して第１ステップでの現像液量の約半分の現像液をウェハ上に供給する第３ステップ、ウェハを回転させながら、第２ステップより長い現像時間で現像する第４ステップからなる現像方法およびその装置。

Description

スピン現像方法および装置
　本発明は、極めて小さな面積を有するウェハ上に形成されたレジストを現像するスピン現像方法および装置に関する。
　近年、半導体デバイスの製造ラインは、広大なクリーンルーム内に、同種機能の処理装置を纏めたベイと呼ばれるユニットを複数備え、そのベイ間を搬送ロボットやベルトコンベアで接続するジョブショップ方式を採用したレイアウトが主流になっている。
　また、そのような製造ラインで処理されるワークに、１２インチなどの大口径のウェハが使用され、１枚のウェハから数千個の半導体チップが製造される生産システムとされている。
　ところがこのジョブショップ方式では、複数の似たような処理工程を繰り返す場合には、ベイ内での搬送やベイ間での搬送距離が大幅に伸びるとともに、待機時間も増加するため、製造時間が増大し、仕掛品の増大を招くなどコストアップの要因となり、ワークを大量処理する製造ラインとしては、生産性の低さが問題となる場合が生じる。
　そこで、従来のジョブショップ方式の製造ラインに代え、半導体処理装置を処理工程順に配置したフローショップ方式による製造ラインも提案されている。
　一方、このようなフローショップ方式による製造ラインは、単一の製品を大量に製造する場合には最適であるが、製造品を変えることで製造手順（レシピ）を変えなければならない場合には、製造ラインでの各半導体処理装置の配置をワークの処理フロー順に並べ替えることが必要となる。しかしながら、製品が変わるたびにそのような並べ替えを行うのは、再配置のための手間と時間を考慮すると、現実的ではない。特に、クリーンルームという閉鎖空間内に巨大な半導体処理装置が固定配置されている現状では、その半導体処理装置をその都度再配置することは、現実的には不可能である。
　また、これまでの半導体製造システムでは、製造コストを極小とするためのファクターとして同時生産性（単位時間あたりの生産量）を最重要視してきたため、ワークサイズ（シリコンウェハサイズ）の大口径化や製造単位数（１つの製品に対するオーダー数）の増大が優先され、メガファブとも言うべき、巨大化した製造システムが指向されてきた。
　このような巨大な製造システムでは、プロセス数も数百を越え、それに比例してベイ数や装置数も大幅に増大してきている。
　このため製造ライン全体としてのスループットは向上してきたものの、このようなメガファブを構築するには数千億円もの設備投資が必要とされ、総投資額が巨額化している。
　また、このように製造システムが巨大化するに伴い、装置制御が複雑化して、搬送系での搬送時間や待ち時間が飛躍的に増大しているため、生産ライン内で滞留する仕掛かりウェハ数もそれに応じて飛躍的に増加している。ここで使用される大口径のウェハの単価は非常に高いので、仕掛かり枚数が増大するとコスト上昇を招くこととなる。
　このようなことなどから、設備投資を含めたトータルでの生産性は、現在より小口径のウェハを用いた比較的中規模の製造ラインと比べて、現状では、もはや減少する方向に転じていると言われている。
　一方、エンジニアサンプルやユビキタスセンサー用など、製造単位数が数個～数百個というような超少量の半導体を製造するニーズも存在する。
　このような巨大な製造システムでなければこの超少量生産はコストパフォーマンスをさほど犠牲にすることなく行うことが可能であるが、このような巨大な製造システムでは、この超少量生産を製造ラインに流すにはコストパフォーマンスが極端に悪くなることから、これと同時に、他の品種を該製造ラインに流さざるを得ないこととなる。
　しかしながら、そのように多品種を同時に投入して混流生産をするとなると、製造ラインの生産性は品種数の増大とともに一層低下することとなるので、結局のところ、このような巨大な製造システムでは、超少量生産でかつ多品種生産に適切に対応することができない。
　そこで、０．５インチサイズのウェハに１個のデバイスを作成することを基本とし、そのために製造工程を複数の可搬性の単位処理装置で構成して、それら単位処理装置をフローショップやジョブショップに再配置することを容易にすることで、超少量生産でかつ多品種生産に適切に対応することができるようにするミニマルファブシステムが本出願人より提案されている。（特願２０１０－１９５９９６号）
　一方、デバイス製造工程でのウェハの現像方式も種々、提案されている。（非特許文献１）
「厚膜レジストにおける現像方法の違いによる解像性の検討」扇子義久外　電子情報通信学会論文誌　VOL.J86-C No.1 January 2003 p50
　非特許文献１に記載の現像方法（ディップ現像方法、ステップ・パドル現像方法、振動現像方法、逆さ現像方法）のうち、パターン解像性に優れたステップ・パドル法（以下、ＳＰ法、という。）を用いて、実際に４インチ径のウェハ上に形成された厚さ１μｍのレジストの現像を行った。
　ウェハを１００ｒｐｍで回転させながら５秒間現像液を供給し、２０秒間の静止現像を行い、この作業を３回繰り返した。使用される現像液量は合計９０ｍｌ、現像時間は合計６０秒となった。
　このように、従来法では厚さ１μｍのレジストを現像するに要する時間は、６０～３００秒とされており、比較的現像時間の短い上記したＳＰ法でも６０秒を要するように、現像効率に優れているわけではない。また、使用する現像液量は、ウェハ全体を浸漬しなければならない程度の現像液量となるなど、現像液の使用効率においても高くない。
　非特許文献１によれば、ＳＰ法では、ウェハを１００ｒｐｍで回転しながら５秒間現像液を供給し、２９５秒間静止現像を行い、この作業を３回繰り返す現像方法が採用されており、比較的現像時間が長い。また、この非特許文献１では、上記した各現像方法における現像特性の評価を、現像時間が１５分として行われている。この評価によれば、ＳＰ法が現像コントラストに優れているとされているが、１５分の現像時間は、効率的な現像時間とは言いがたい。
　このように、これら現像方法は、上記したハーフインチサイズのようなきわめて小さいワーク上のレジストの現像方式としては、現像効率や解像性の点でまだ、十分ではない。
　　本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記したミニマルファブシステム等に使用することのできる、ハーフインチサイズのようなきわめて小さいワーク上のレジストの現像方式として、現像効率が良く省資源で解像度が高い、最適な現像方式を提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明は、極小単位数の半導体デバイスを作製するウェハサイズのウェハ上に形成されたレジストの現像方法であって、停止しているウェハ上に現像液をこぼれる量を下回る量だけ滴下し、その後ウェハを回転させて現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下するか、または、回転しているウェハ上に現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下する第１ステップ、ウェハを回転させながら現像する第２ステップからなるスピン現像方法。とした。
　さらに、極小単位数の半導体デバイスを作製するウェハサイズのウェハ上に形成されたレジストの現像方法であって、停止しているウェハ上に現像液をこぼれる量を下回る量だけ滴下し、その後ウェハを回転させて現像液を厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下するか、または、回転しているウェハ上に現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下する第１ステップ、ウェハを回転させながら現像する第２ステップからなるスピン現像方法とした。
　さらに、前記ウェハサイズを０．５インチ径とし、前記第１ステップでの滴下現像液量を０．４ｍｌ程度とし、前記第３ステップでの滴下現像液量を０．２ｍｌ程度とし、現像液滴下時のウェハ上での現像液の接触角を１３５～１４６度程度としても良い。
　また、本発明は、極小単位数の半導体デバイスを作製するウェハサイズのウェハ上に形成されたレジストの現像装置であって、
　ウェハを所定速度で回転させる回転部と、ウェハ上に所定量の現像液を滴下することのできる現像液供給部と、前記回転部の回転を制御する回転制御部と、停止しているウェハ上に現像液をこぼれる量を下回る量だけ滴下し、その後ウェハを回転させて現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下するか、または、回転しているウェハ上に現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下する現像液供給制御部と、を有するスピン現像装置とした。
　また、前記現像液供給部は、ウェハ表面と前記現像液供給部の現像液供給口との距離を、前記現像液供給口と前記ウェハ表面との間に連続的な液滴ボールが形成される距離に保持する供給口高さ制御機構を備えることを特徴とするスピン現像装置とした。
　ここで、極小単位数とは、極小単位の半導体デバイス、実施の形態例としては０．５インチサイズのウェハから１ｃｍ２の１個の半導体デバイスを作製するものとするが、作成されるデバイスの大きさにもよるが、１個に限定されることなく、１枚のウェハから作成可能な限りにおいて該極小単位数を２個以上としても良い。
　このように構成された本発明によれば、極小単位数の半導体デバイスを作製するウェハサイズのウェハ上に形成されたレジストの現像方法および装置として、最適な現像方法および装置を提供することができる。より具体的には、現像特性の向上と共に、現像液量の低減化と現像時間の短縮化が図られることにより、現像液供給からレジスト現像、レジスト乾燥までの全現像工程におけるスループットの生産効率と品質を向上させることができる。
本発明の実施の形態例に係る現像装置フロー図。 本発明の実施の形態例に係る現像方法のフロー図。 図２の現像フローに対応させた現像状態説明図。 ウェハ上に供給される現像液量の説明図。 本発明のウェハ上で現像液の接触角とウェハ回転速度との関係の説明図。 本発明のウェハ上への現像液量の説明図。 従来のパドル現像法での現像液供給状態の説明図。 従来の大口径ウェハでのパドル現像法・ＳＰ現像法のフロー図。
　以下、本発明の実施の形態例を、図面を参照して説明する。
　まず、本発明に使用される現像装置を図１に示す。０．５インチサイズのウェハ２は、真空チャックが備えられたワークテーブル１上に載置される。ワークテーブル１は、４から空気が吸引され、図示しない駆動部材により矢印５方向に回転されるので、載置されたウェハ２を、その上に固定し、回転することができる。ワークテーブル１の回転中心の真上には、現像液６をウェハ２上に供給するための供給ノズル（現像液供給部）３や、リンスをウェハ２上に供給するための供給ノズル（図示せず）等が選択的に配置されるように構成されている。そのうち、現像液を供給する供給ノズル３の供給口（現像液供給口）は、内径２ｍｍに形成されており、ウェハ２から該供給口までの距離Ｓが５ｍｍになるように設けられる。また、ワークテーブル１の回転を制御したり、供給ノズルからの供給量を制御したりする制御部（図示せず）が設けられている。
　本発明の実施の形態では、ウェハ上に形成される感光性レジストとして、ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）ノボラックポジ型レジスト（ｉ線レジスト）を用いた。
　レジストの塗布プロセスは、ＨＭＤＳ:９０℃１０秒、その後、スピンコート４０００ｒｐｍ３０秒、その後、プレベーク９０℃６０秒により、レジスト膜厚は６００～７００ｎｍを得た。
　露光は、ｉ線ＬＥＤ光源を用いてドーズ量２５０ｍＪ/ｃｍ2、Ｐ.Ｅ.Ｂ:１００℃６０秒で行った。
　現像液は、含水ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）、利用濃度２．３８％を用いた。
　環境温度は、２１℃±１℃である。
　本発明の現像方法を、図２および図３を用いて説明する。
　図示しない搬送装置により、０．５インチサイズのウェハ２が、ワークテーブル１上に搬送されると、互いの回転中心をアライメントされて、真空チャックによりワークテーブル１上に固定される。
　＜第１ステップ＞
　図３(1)に示すように、現像液供給ノズル３の供給口を待機位置からワークテーブル１の回転中心の真上の距離Ｓを５ｍｍにして配置する。(1)
　ここで、ワークテーブル１の回転速度が３００ｒｐｍとされると、供給ノズル３からウェハ上に現像液６を０．４ｍｌ供給する。この現像液量は、回転しているウェハ２上の現像液の厚みがほぼ最大となる液量である。 あるいは、停止しているウェハ上に現像液をこぼれる量を下回る量だけ滴下し、その後ウェハを回転させて現像液量を滴下するようにしてもよい。つまり、回転状態のウェハ２上に載置可能な最大液量にほぼ相当するような現像液を供給する。(2)
　この際、図３に示すように、供給ノズル３の供給口とウェハ２の表面との間に連続的な液滴ボールｐが表面張力により形成されるような距離Ｓ（具体的には、５ｍｍ）に保持する。
　　＜第２ステップ＞
　その回転速度のまま、１５秒間の現像を行う（１回目のスピン現像）。(3)
　この現像の際、供給口を一旦退避させても良いが、現像液供給時における距離Ｓに保持したままでも良いので、退避させない場合には、供給ノズル３の位置制御が省略できる。なお、退避させる場合は、供給ノズル３をウェハ２に対し一旦持ち上げるように退避させることが必要である。
　＜第３ステップ＞
　次に、その回転速度のまま、供給ノズル３からウェハ２上に現像液６を０．２ｍｌ供給する。供給ノズル３を、現像液供給位置から退避させる。具体的には、供給口を供給位置から一旦上方に持ち上げてから、待機位置に戻す。(4)
　＜第４ステップ＞
　次に、その回転速度のまま、２０秒間の現像を行う（２回目のスピン現像）。(5)
　以上の第１ステップ～第４ステップにより現像を終了させる。
　次に、リンス供給ノズル７を回転中心に配置するとともに、ウェハの回転速度を８００ｒｐｍに上昇させてリンス液８（純水）１ｍｌを供給し、２秒間のリンスを行う。これにより、現像を完全に停止させるとともに、残滓レジストを除去する。＜第５ステップ＞(6)
　次に、回転を４５００ｒｐｍに上昇させ、１５秒間の乾燥を行い、これにより現像の全工程を終了する。＜第６ステップ＞(7)
　最後に、ワークテーブル１の回転を停止し、ウェハを取り出す。(8)
　上記の現像方法を実施するために、本発明の実施の形態では、ウェハ２を所定速度で回転させる回転部と、ウェハ２上に所定量の現像液を滴下することので供給ノズル３と、前記回転部の回転を制御する回転制御部と、停止しているウェハ２上に現像液をこぼれる量を下回る量だけ滴下し、その後ウェハを回転させて現像液を厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下するか、または、回転しているウェハ上に現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下する現像液供給制御部とを有している。
　そして、前記供給ノズル３は、ウェハ２表面と現像液供給口との距離を、現像液供給口とウェハ表面との間に連続的な液滴ボールｐが形成される距離に保持する供給口高さ制御機構（図示せず）を備えている。
　次に、上記の実施の形態と対比した現像方法とその評価結果について、説明する。
　本発明の実施の形態では、上記したように、２回のスピン現像と２回の現像液供給を行った。トータルの現像時間は３５秒である。
　これに対し、対比例１：[１回のスピン現像・現像液の入れ替えなし、現像時間３８～４０秒]、および対比例２：[１回の静止現像・現像液の入れ替えなし（つまり、普通のパドル現像法）、現像時間４５秒]によって現像された現像パターンとの対比評価を行った。
　対比例１および２とも、レジスト線のＬ＆Ｓ幅３μｍで、レジスト残が見られた。また、十字マーク現像パターンにおいても、マーク幅２μｍおよび５μｍのいずれも、レジスト残が見られた。　
　本発明のスピン現像を行う上で、非常に重要な要点の一つは、次のことである。現像液の滴下の際、供給ノズルの先端がウェハの比較的上方にある場合、滴下された液滴が重力で加速して、ウェハに当たった際の液の運動エネルギーが大きく、ウェハの表面張力で現像液をウェハ上に保持できなくなり、ウェハから液がこぼれてしまうことである。零れる分だけ現像液をムダに消費してしまう。これを防ぐには、本発明のごとく、ノズル先端を限りなくウェハに近づけるように、ノズル高さを制御する機構を備え、かつそのようにノズルをウェハに実際に近づけて滴下を行うことが重要である。このようにノズルを近接して現像液を滴下すると、結果としてできるウェハ上の現像液の液滴ボールＰ（図３(2)）は、ノズルと接触していることになる。
　そうすると次に重要なことは、このノズルを現像中に待機位置まで待避する場合には、ウェハ面内と水平にノズルを待避すると、液滴が引きずられて、液がウェハから零れてしまうことになる。それを防ぐために、ノズルはまず、垂直に引き上げなければならない。その後、待機位置まで待避する動作を行う。
　なお、上記したように、ノズルは現像中に必ずしも待避する必要はなく、現像中に液滴に触れたままでもよい。その場合、ノズルは液滴に触れた状態で現像することになる。このように、液滴にノズルが触れることはスピン現像の一つの特徴である。
　次に、現在行われている４～８インチサイズのウェハを、普通のパドル現像法（１回の静止現像、現像液の入れ替えなし）あるいは、ＳＰ法（２回の静止現像、現像液の入れ替えあり）により現像した場合を、本実施の形態例と比較するために、図８に示す。
　図８により明らかなように、現像時間についてみると、普通のパドル現像法は３００秒、ＳＰ法は６０～７０秒であり、いずれも本実施の形態例の現像時間（３５～４５秒）よりも長い。リンス時間については、これらの現像法によるものが６０～１８０秒を要するに対し、本実施の形態例のものは、上記したように２秒にすぎない。なお、乾燥時間については、これら現像法によるものと本実施の形態例によるものとは、ほぼ同様（１５秒）であった。したがって、現像工程全体で見ると、大口径ウェハを従来現像法で現像する場合は、２．５分～８分であるのに対し、０．５インチウェハを本実施の形態例で現像する場合は、１分以内ということになる。しかも、上記したように、その現像特性は、本実施の形態例によるもののほうが、優れている。
　また、現像に要した現像液量は、４インチウェハの現像の場合、９０ｍｌであったのに対し、上記したように本発明による０．５インチウェハの現像では０．６ｍｌである。０．５インチ径と４インチ径とでは面積比１：６４であるが、使用現像液量は１：１５０であるから、本発明のスピン現像方法は、ＳＰ法の１．５％まで現像液使用量を減少させることができる。
　小口径ウェハの場合には、大口径ウェハよりも、面積が小さい分、単位時間当たりのチップ生産量（スループット）は下がることになる。しかし、小口径ウェハ用の製造装置やそのファクトリーシステムは、その小口径の分だけ装置価格と工場設備投資額も下がることになる。従って、原理的には設備投資額をウェハの面積で割った、設備投資額/ウェハ面積、すなわち、投資生産性は、ウェハの径にはあまり依存しないことになるのである。その意味で、小口径ウェハで利点の大きな本発明が、大口径ウェハによる生産方法より劣っているわけではなく、かつ、本発明により、現像液を非常に節約できることから、総じて、従来法よりも有利な現像方法であると言うことができる。
　このように本実施の形態例の現像時間が短く、しかも現像液量が少なくて済むその要因について、以下、考察する。
　[現像液量と、回転速度について]
　図４の右図に示す４インチサイズのウェハに保持される現像液は、左図に対比して示す０．５インチサイズへの現像液の保持量とは、単位面積あたりの現像液保持量が小さくなる。これは、０，５インチサイズのウェハ上の場合は、現像液の滴下時に液滴が分裂しないように供給すると、ウェハ表面全体から現像液の表面張力により盛り上がるように保持される。これに対し、４インチサイズのように表面積が広がると、ウェハ上に供給された現像液は、その表面張力により取り敢えずは塊となってしまう。そのまま放置すると、ウェハ表面に徐々に広がっていくものの、全体に広がるまでには数十秒かかってしまう。その間、最初に現像液が供給された部位は現像が進むので、中心部と周縁部とでは現像レートに差が生じてしまう。したがって、このような表面積の広いウェハの場合は、図６に記載するように、ウェハ２を回転させながら現像液を供給しなければならない。このため、現像液６は、ウェハ表面から薄く拡散され、ウェハ周縁部２’から飛散し、結果として０．５インチサイズのものと比較して単位面積あたりの現像液保持量は小さくなる。
　実際、この４インチウェハの場合、ウェハの回転速度１００ｒｐｍで回転させると、全面に広がるまで数秒間を要し、しかも使用される現像液量は３０ｍｌ以上となる。単位面積あたりの現像液保持量は、０．４μｌ／ｍｍ２である。
　これに対し、０．５インチウェハの場合には、図３(2)、(4)に示すように、現像液の滴下時に液滴が分裂しないように供給すると、その表面張力により、現像液はウェハ表面全体から高さ（現像液厚み）ｈを保持するように盛り上がる（図５　実線部）。ここで、ウェハ自体を３００ｒｐｍで回転させながら現像液を供給すると、図４に示すように、その現像液は遠心力をうけ、外方に広がろうとするので、ウェハ表面との接触角θは大きくなってゆく。そして、この接触角が最大になる時点（図５　破線部）を越えると、この遠心力が現像液の表面張力より大きくなり、現像液は遠心力により外方に飛散してしまう。実際、この最大接触角（θmax）は、本実施例の場合、１４６°であった。
　ウェハ上の現像液がこの最大接触角の近傍になるまで、現像液量（現像液厚み）とウェハ回転速度とを制御することにより、図５および６に示すように、最小接触角（θmin）での現像液高さｈで供給されるよりも、現像液高さｈ’は低下するものの、多くの現像液量をウェハ上に保持させることが可能となる。実際、この接触角を１３５°～１４６°、望ましくは１４６°近傍まで保持するように回転速度および現像液供給量（現像液厚み）を制御すると、ウェハ回転時におけるウェハ上の現像液量は最大となり、単位面積あたりの現像液保持量は、４μｌ／ｍｍ2となった。これは、４インチウェハの場合よりもほぼ１桁多くの単位面積あたりの現像液量となる。この現像液量が多いほど、現像液中に溶け出したレジストによる現像液の濃度変化が少なくなるので、現像条件のマージンが広く取れ、有利である。現像むらを発生させるリスクは小さくなる。
　このように、本実施の形態例では、現像液６がウェハ上に表面張力を形成して供給されるように、現像液供給ノズル３とウェハ２との距離を５ｍｍ程度の間隙に保持し、０．４ｍｌの少量の現像液を滴下している。（図３　(2)、(4)）
　これ以上の距離では、滴下時に液滴が分裂するので、ウェハ上への最大液量の供給が難しくなるからである。
　しかも、従来のパドル現像法とは異なり、ウェハを回転しながら現像液を供給することで、現像液を多量にしかもウェハ表面に早く供給することができ、現像液を効率的に有効活用することもできる。このことは、本実施の形態例における、現像効率の高さや再現性の高さが確保できる要因となっている。
　[２回のパドル現像と、現像液量について]
　上記のように供給された現像液は、時間の経過にともなって現像液とウェハとの濡れ性が良くなるにつれて、ウェハの回転に伴って次第にウェハ上から飛散されてゆく。また、現像の進行と共に現像液とレジスト表面の境界に発生したＮ2ガスも、ウェハの回転と共にウェハ外周に運ばれることとなるので、現像が早く進展し、１回目の現像液のリアクションレートは、急激に低下することとなる。
　実際、回転速度を１００ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、３００ｒｐｍと変化させて、現像されたテストパターンを比較検査すると、低速の場合には、より長い現像時間が必要であることが判明した。
　したがって、１回目のパドル現像は、より早いタイミングで現像液の入れ替えを必要とされることとなる。したがって、１回目の現像時間＜２回目の現像時間としている。
　また、２回目の現像液量は、１回目のほぼ半分に設定している。これは、１回目の現像にともない、レジスト表面の濡れ性が向上しているので、１回目のような多くの現像液量を必要とせず、また、実際、１回目のような現像液量の供給は不能になっている。
　したがって、本実施の形態例では、２回目のパドル現像の現像液量は、１回目のそれよりも少なくできるので、現像剤の使用効率に優れている。
　以上のように、本発明は、極めて小さなサイズのウェハのレジスト現像方法として、現像効率や解像度再現性等の点で、極めて優れた作用効果を発揮するものである。
　なお、回転速度、現像液量（現像液厚み）および接触角については、ウェハないしはレジストの濡れ性や現像液の粘性、レジスト膜厚等によって、上記した実施の形態例と相違が生じる場合があるが、上記した本件発明における技術思想の範囲内で変更することが可能である。
　１　ワークテーブル
　２、２’　ウェハ
　３　現像液供給ノズル
　６、６’　現像液
　ｈ、ｈ’現像液高さ
　θ　接触角

Claims (5)

  1. 　極小単位数の半導体デバイスを作製するウェハサイズのウェハ上に形成されたレジストの現像方法であって、停止しているウェハ上に現像液をこぼれる量を下回る量だけ滴下し、その後ウェハを回転させて現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下するか、または、回転しているウェハ上に現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下する第１ステップ、ウェハを回転させながら現像する第２ステップからなるスピン現像方法。
  2. 　極小単位数の半導体デバイスを作製するウェハサイズのウェハ上に形成されたレジストの現像方法であって、停止しているウェハ上に現像液をこぼれる量を下回る量だけ滴下し、その後ウェハを回転させて現像液を厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下するか、または、回転しているウェハ上に現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下する第１ステップ、ウェハを回転させながら現像する第２ステップ、第１ステップと同一の回転速度で回転されているウェハに第１ステップでの現像液量の約半分の現像液を滴下する第３ステップ、ウェハを回転させながら、第２ステップより長い現像時間で現像する第４ステップからなるスピン現像方法。
  3. 　前請求項１において、前記ウェハサイズを０．５インチ径とし、前記第１ステップでの滴下現像液量を０．４ｍｌ程度とし、前記第３ステップでの滴下現像液量を０．２ｍｌ程度とし、現像液滴下時の前記ウェハ上での現像液の接触角を１３５～１４６度程度とすることを特徴とする請求項２記載のスピン現像方法。
  4. 　ウェハを所定速度で回転させる回転部と、ウェハ上に所定量の現像液を滴下することのできる現像液供給部と、前記回転部の回転を制御する回転制御部と、停止しているウェハ上に現像液をこぼれる量を下回る量だけ滴下し、その後ウェハを回転させて現像液を厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下するか、または、回転しているウェハ上に現像液の厚みがほぼ最大となるまで現像液を滴下する現像液供給制御部と、とを有するスピン現像装置。
  5. 　前記現像液供給部は、ウェハ表面と前記現像液供給部の現像液供給口との距離を、前記現像液供給口と前記ウェハ表面との間に連続的な液滴ボールが形成される距離に保持する供給口高さ制御機構を備えることを特徴とする請求項４記載のスピン現像装置。
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