JP2006073854A - フォトレジスト液の塗布方法、フォトレジストパターンの形成方法、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板上に設けられている有機反射防止膜上に高精度なフォトレジストパターンを安定的に形成する。
【解決手段】省レジスト用シンナー吐出時において、スピンチャックを１００ｒｐｍの低速回転で回転させながら吐出を行い、かつ吐出時間を６．０秒間持続させる。この後、２０００ｒｐｍの中速回転にて１秒間シンナーの振り切りを行い、フォトレジストの滴下ステップを行う。フォトレジスト滴下終了後、一旦１００ｒｐｍの低速回転を２．５秒間行った後、所望のレジスト膜厚を得るための乾燥ステップを２２４０ｒｐｍの中速回転にて１５秒間行い、エッジリンスを１５００ｒｐｍの中速回転にて１１秒間行い、塗布作業を完了する。その後、フォトレジストの露光、現像を行い、レジストパターンを形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フォトレジスト液の塗布方法、フォトレジストパターンの形成方法、半導体装置の製造方法に関する。

一般に、半導体装置を製造する場合には、まず、ウェハ上にフォトレジストの塗布を行い、次いで回路パターンをフォトレジストに露光・転写し、これをマスクとして下地基板の加工処理を行う。近年、回路パターンの微細化が進み、下地基板からの露光用の光の反射を抑えるため、微細な回路パターンを形成する工程において有機反射防止膜が多く使われるようになった。

また、有機反射防止膜上にフォトレジストを形成する技術とは異なる技術分野ではあるが、特許文献１には、塩基性物質を含むＳｉＯＮ膜などからなる反射防止膜の表面をカーボンを含むガスを用いたプラズマ中に晒す表面処理工程と表面処理された反射防止膜上に化学増幅型レジストを形成する工程と化学増幅型レジストに露光および現像処理を行って化学増幅型レジストをパターンニングする工程とを備えたフォトレジストパターンの形成方法が開示されている。

また、有機反射防止膜上にフォトレジストを形成する技術とは異なる技術分野ではあるが、特許文献２には、半導体ウェハ上に高揮発性のアルコール系溶剤を洗浄した後、フォトレジストあるいは接着用ワックスなどを塗布する技術が開示されている。

図５は、特許文献２に記載のスピンコーティング装置の構成を示す側面図である。このフォトレジストあるいは接着用ワックスの塗布方法では、ウェハ１を回転台２に真空チャック３などを介して吸着する。そして、予めウェハ１上に高揮発性のアルコール系溶剤としてエタノール５ｃｃを滴下した後、ウェハ１を５００ｒｐｍで３０秒間回転してエタノールを完全除去する。

その後、溶剤を供給するノズル４から、フォトレジストあるいは接着用ワックスなどの溶剤５を例えば４〜５ｃｃだけ定量に滴下する。そして、モータ（図示せず）を介してスピンドル軸６を回転することにより、このスピンドル軸を中心にして回転台２を２５００ｒｐｍで高速回転させて、ウェハ１上に均一な厚さのフォトレジストあるいは接着用ワックスなどのコーティング層５ａを形成させる。

特許文献２には、上記のようにフォトレジストあるいは接着用ワックスなどの溶剤５を塗布する前に、高揮発性のアルコール系溶剤を滴下してウェハ１上の水分あるいは残存微粒子を除去するようにしているため、膜厚の均一なコーティング層５ａを得ることができる旨が記載されている。
特開２００３−２０９０４６号公報 特開平６−２７５５０３号公報

本発明者は、以下の現象により、半導体ウェハ上に設けられている有機反射防止膜上にフォトレジストを塗布すると、パターン不良が発生しやすいことを見出した。

すなわち、酸を含む組成からなる有機反射防止膜の表面を特に処理しない場合には、有機反射防止膜を塗布後、有機反射防止膜上に塩基性物質(大気中のアンモニアなど)の付着が起こる。そして、塩基性物質が付着した有機反射防止膜上に酸性物質を含むフォトレジストを塗布すると、フォトレジストの露光、現像をする際に、フォトレジスト中の酸が塩基性物質と反応して失活する。このため、フォトレジストの露光、現像後にパターン不良(フォトレジストの溶け残り)が発生し、半導体装置の歩留まりが低下しやすい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体基板上に設けられている有機反射防止膜上に高精度なフォトレジストパターンを安定的に形成することにある。

本発明によれば、半導体基板と半導体基板上に設けられている有機反射防止膜とを備える構造体のうち、有機反射防止膜の表面を揮発性溶剤により洗浄する工程と、洗浄済の有機反射防止膜上に、フォトレジスト液を塗布する工程と、を含むフォトレジスト液の塗布方法が提供される。

この方法によれば、有機反射防止膜上に付着した不純物を揮発性溶剤により洗浄し、除去することができる。このため、有機反射防止膜上にフォトレジスト液を塗布し、露光、現像を行う際に、フォトレジスト中の物質の特性が低下することを抑制できる。このため、フォトレジストの露光、現像後におけるパターン精度が安定的に向上する。

また、本発明によれば、上記フォトレジスト液の塗布方法により、有機反射防止膜上にフォトレジスト液を塗布し、有機反射防止膜の表面上にフォトレジスト膜を形成する工程と、フォトレジスト液を塗布して得られるフォトレジスト膜を露光、現像し、有機反射防止膜の表面上にフォトレジストパターンを形成する工程と、を含むフォトレジストパターンの形成方法が提供される。

この方法によれば、有機反射防止膜上に付着した不純物を揮発性溶剤により洗浄し、除去することができる。このため、有機反射防止膜上にフォトレジスト液を塗布し、露光、現像を行う際に、フォトレジスト中の物質の特性が低下することを抑制できる。このため、フォトレジストの露光、現像後におけるパターン精度が安定的に向上する。

また、本発明によれば、上記フォトレジストパターンの形成方法により、有機反射防止膜の表面上にフォトレジストパターンを形成する工程と、フォトレジストパターンをマスクとして用いて、構造体を加工する工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。

この方法によれば、有機反射防止膜上に付着した不純物を揮発性溶剤により洗浄し、除去することができる。このため、有機反射防止膜上にフォトレジスト液を塗布し、露光、現像を行う際に、フォトレジスト中の物質の特性が低下することを抑制できる。このため、フォトレジストの露光、現像後におけるパターン精度が安定的に向上する。その結果、フォトレジストパターンをマスクとして用いて、構造体を加工する際の加工精度が向上するので、半導体装置の歩留まりが向上する。

本発明によれば、有機反射防止膜の表面を揮発性溶剤により洗浄する工程を含むため、半導体基板上に設けられている有機反射防止膜上に高精度なフォトレジストパターンが安定的に形成される。

本発明に係るフォトレジスト液の塗布方法において、上記有機反射防止膜を洗浄する工程は、有機反射防止膜と、揮発性溶剤と、を５秒間以上接触させる工程を含んでもよい。

この方法によれば、有機反射防止膜全体に均一に揮発性溶剤が拡がるとともに、有機反射防止膜上に付着した塩基性物質と揮発性溶剤との接触時間が長くなる。このため、塩基性物質が揮発性溶剤中に十分溶け込みやすくなり、不純物を除去する効率が向上する。その結果、その後のフォトレジストの露光、現像の際に、フォトレジスト中の物質の特性の低下によるパターン不良を抑制することができる。

また、本発明に係るフォトレジスト液の塗布方法において、上記有機反射防止膜を洗浄する工程は、上記構造体が５００ｒｐｍ以下の回転数により回転している状態で、有機反射防止膜の表面に揮発性溶剤を供給する工程と、揮発性溶剤の供給開始後に、上記回転数による上記構造体の回転を５秒間以上続ける工程と、を含んでもよい。

この方法によれば、上記構造体が比較的低速で回転している状態で、有機反射防止膜の表面に揮発性溶剤を供給するため、揮発性溶剤が瞬時に上記構造体から飛散してしまうことを抑制できる。

また、上記構造体を比較的低速の回転数で５秒間以上回転させるため、有機反射防止膜全体に均一に揮発性溶剤が拡がるとともに、有機反射防止膜上に付着した不純物と揮発性溶剤との接触時間が長くなる。このため、不純物が揮発性溶剤中に十分溶け込みやすくなり、不純物を除去する効率が向上する。その結果、その後のフォトレジストの露光、現像の際に、フォトレジスト中の物質の特性の低下によるパターン不良を抑制することができる。

本発明に係るフォトレジスト液の塗布方法において、上記揮発性溶剤を供給する工程は、揮発性溶剤の供給を５秒間以上続ける工程を含んでもよい。

この方法によれば、有機反射防止膜上に付着した不純物と揮発性溶剤との接触時間が５秒以上となる。このため、不純物が揮発性溶剤中に十分溶け込みやすくなり、不純物を除去する効率が向上する。その結果、その後のフォトレジストの露光、現像の際に、フォトレジスト中の物質の特性の低下によるパターン不良を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図１は、本実施の形態に用いる塗布装置の構成を模式的に示した断面図である。

本実施の形態に用いる塗布装置１００は、半導体素子における微細パターンの形成方法に用いられる。塗布装置１００は、特に有機反射防止膜が塗布された半導体基板にフォトレジストを塗布する際に用いられる。

塗布装置１００は、塗布装置１００内の所定位置に配置された回転軸１０４と、回転軸１０４に接続された半導体基板１０２を保持するためのスピンチャック１０５とを備える。スピンチャック１０５上には、フォトレジストを塗布される対象である半導体基板１０２が保持される。半導体基板１０２上には塗布された有機反射防止膜１０３が塗布されている。有機反射防止膜１０３が塗布された半導体基板１０２の上部には、レジスト供給ノズル１０６、省レジスト用シンナー供給ノズル１０７、エッジリンス供給ノズル１０８が配置されている。塗布装置１００の構成部材うち上記の部材は、塗布カップ１０９内に設けられている。

回転軸１０４の下部には、回転軸１０４を回転させるモータ１１０が設けられており、モータ１１０は、モータ制御部１１１により制御されている。モータ制御部１１１を操作することにより、回転軸１０４の回転数を調整することができる。
本実施の形態に係るフォトレジスト液の塗布方法について、以下説明する。

塗布装置１００内のスピンチャック１０５上に保持されたウェハ（半導体基板１０２）上にフォトレジスト液を滴下する前に、半導体基板１０２を低速で回転させながら、半導体基板１０２上に設けられている有機反射防止膜１０３の表面を揮発性溶剤により５秒以上洗浄する。具体的には、省レジスト用シンナー供給ノズル１０７またはエッジリンス供給ノズル１０８から、省レジスト用シンナーまたはエッジリンス用のシンナー(一般的には、ＰＧＭＥ：プロピレングリコールモノメチルエーテル、ＰＧＭＥＡ：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートもしくはそれらの混合溶剤)などの有機溶剤を有機反射防止膜１０３の表面に供給して、有機反射防止膜１０３の表面に付着している不純物を洗浄、除去する。

本実施の形態に係るフォトレジスト液の塗布方法の作用効果について、以下説明する。
本実施の形態に係るフォトレジスト液の塗布方法によれば、フォトレジストの露光、現像後におけるパターン精度が安定的に向上する。すなわち、この方法では、ウェハ（半導体基板１０２）を低速で回転しながらシンナーを吐出するとともに、吐出時間を５秒以上に延長するため、ウェハ全体に均一にシンナーが拡がる。また、この方法では、有機反射防止膜上に付着した塩基性物質とシンナーとの接触時間が長くなるため、塩基性物質がシンナー中に十分溶け込みやすくなる。そのため、その後のフォトレジスト露光時のフォトレジスト中に含まれる酸の失活を抑制できる。その結果、フォトレジストの露光、現像後におけるパターン精度が安定的に向上する。

一方、半導体ウェハ上に設けられている有機反射防止膜上にフォトレジストを塗布する場合に、有機反射防止膜の表面を処理する方法は、上記の特許文献１および特許文献２には開示されていない。

すなわち、特許文献１では、反射防止膜としてＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＮ、ＢＮ、ＣＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＧｅＮなどの無機化合物を含む膜を使用する例が開示されているものの、有機化合物を含む膜（有機膜）を反射防止膜として用いた例は開示されていない。一般に特許文献１のように酸素を含む高温のプラズマ処理を行った場合は、有機膜はエッチングにより膜厚が減り、反射防止膜としての効果が低下しやすい。あるいは、有機膜はプラズマ処理により除去されてしまう場合もある。したがって、特許文献１は、有機反射防止膜上に付着した塩基性物質を除去する方法を開示するものではない。

特許文献２においては、ウェハ１をシンナーにより洗浄する方法が開示されているが、ウェハ１上に有機反射防止膜を形成した場合についての記載はない。また、仮に有機反射防止膜が形成されたウェハ１を、特許文献２に記載の方法と同様の方法により洗浄しても、ウェハ１を回転する回転数が大きすぎるため、シンナーは即座に飛散してしまう。このため、有機反射防止膜とシンナーとの接触時間が短いので、有機反射防止膜上に塩基性物質が付着した場合に、シンナーにより塩基性物質を十分除去することは困難である。したがって、特許文献２の方法によれば、フォトレジスト中の酸が失活しやすく、現像後にパターン不良(フォトレジストの溶け残り)が発生しやすい。

これに対して、本実施形態によれば、の方法では、ウェハ（半導体基板１０２）を低速で回転しながらシンナーを吐出するとともに、吐出時間を５秒以上に延長するため、フォトレジスト露光時のフォトレジスト中に含まれる酸の失活を抑制でき、フォトレジストの露光、現像後におけるパターン精度が安定的に向上する。

そのため、得られた精度に優れるフォトレジストパターンをマスクとして、下地基板をエッチングなどの手法により加工することにより、ロジックデバイス、メモリデバイス、それらの種々応用回路を含む半導体装置を歩留まり良く作製することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

たとえば、フォトレジストは、ポジティブ型のフォトレジストであってもよく、ネガティブ型のフォトレジストであったもよい。また、フォトレジストは、化学増幅型のフォトレジストであってもよいが、それ以外のフォトレジストであってもよい。また、フォトレジストは、ＡｒＦエキシマレーザー用フォトレジストであってもよく、ＫｒＦエキシマレーザー用フォトレジストであってもよい。

また、揮発性溶剤は、シンナーに限定されず、エタノールなどの他の揮発性を有する有機溶剤を好適に用い得る。

<実施例１>
本実施例に用いる塗布装置は、上記の実施形態１で説明した塗布装置１００を用いた。

図２は、本実施例に用いる塗布装置の動作を示すタイミングチャートである。本実施例では、省レジスト用シンナー吐出時において、スピンチャック１０５を低速回転（この例では１００ｒｐｍ）で回転させながら吐出を行い、かつ吐出時間を５秒以上持続させた（この例では６．０秒間）。この後、中速回転（この例では２０００ｒｐｍ）にて１秒間シンナーの振り切りを行い、フォトレジストの滴下ステップを行った。フォトレジスト滴下終了後、一旦低速回転（この例では１００ｒｐｍ）を２．５秒間行った後、所望のレジスト膜厚を得るための乾燥ステップを中速回転（この例では２２４０ｒｐｍ）にて１５秒間行い、エッジリンスを中速回転（この例では１５００ｒｐｍ）にて１１秒間行い、塗布作業を完了した。その後、フォトレジストの露光、現像を行い、レジストパターンを形成した。

<参考例>
本参考例に用いる塗布装置は、上記の実施形態１で説明した塗布装置１００を用いた。
図３は、本参考例に用いる塗布装置の動作を示すタイミングチャートである。本参考例では、省レジスト用シンナー吐出時において、スピンチャック１０５を回転させずに吐出を行った。次いで中速回転（この例では２０００ｒｐｍ）にてシンナーの振り切りを行い、その後、高速回転（この例では４５００ｒｐｍ）にてフォトレジストの滴下を行った。フォトレジスト滴下終了後、一旦低速回転（この例では１００ｒｐｍ）を２．５秒間行った後、所望のレジスト膜厚を得るための乾燥ステップを中速回転（この例では２２４０ｒｐｍ）にて１５秒間行い、エッジリンスを中速回転（この例では１５００ｒｐｍ）にて１１秒間行い、塗布作業を完了した。その後、フォトレジストの露光、現像を行い、レジストパターンを形成した。

<評価結果>
図４は、上記の実施例および参考例によりフォトレジスト膜を塗布した場合の実験結果を示すグラフである。

上記の実施例および参考例により用いたフォトレジスト種／反射防止膜種の組み合わせとしては、ＰＨＳ（ポリヒドロキシスチレン）主体のＫｒＦフォトレジスト／ノボラック系反射防止膜の組み合わせ、およびＰＨＳ（ポリヒドロキシスチレン）主体のＫｒＦフォトレジスト／アクリル系反射防止膜の組み合わせを用いた。これらの組み合わせについて、実施例および参考例に用いる塗布装置によりフォトレジスト膜を塗布した場合の露光、現像後の欠陥数を欠陥検査装置にて検査した。

その結果、実施例によりフォトレジスト膜を塗布した場合は、参考例の場合に比べて、いずれの組み合わせに置いても、フォトレジスト膜を塗布した場合の露光、現像後の欠陥数は低減した。

実施の形態に用いる塗布装置の構成を模式的に示した断面図である。 実施例に用いる塗布装置の動作を示すタイミングチャートである。 参考例に用いる塗布装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施例および参考例によりフォトレジスト膜を塗布した場合の実験結果を示すグラフである。 従来公知のスピンコーティング装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

１００ 塗布装置
１０２ 半導体基板
１０３ 有機反射防止膜
１０４ 回転軸
１０５ スピンチャック
１０６ レジスト供給ノズル
１０７ 省レジスト用シンナー供給ノズル
１０８ エッジリンス供給ノズル
１０９ 塗布カップ

Claims (6)

1. 半導体基板と前記半導体基板上に設けられている有機反射防止膜とを備える構造体のうち、前記有機反射防止膜の表面を揮発性溶剤により洗浄する工程と、
   前記洗浄済の前記有機反射防止膜上に、フォトレジスト液を塗布する工程と、
   を含む
   ことを特徴とするフォトレジスト液の塗布方法。
2. 請求項１に記載のフォトレジスト液の塗布方法において、
   前記有機反射防止膜を洗浄する前記工程は、
   前記有機反射防止膜と、前記揮発性溶剤と、を５秒間以上接触させる
   ことを特徴とするフォトレジスト液の塗布方法。
3. 請求項１または２に記載のフォトレジスト液の塗布方法において、
   前記有機反射防止膜を洗浄する前記工程は、
   前記構造体が５００ｒｐｍ以下の回転数により回転している状態で、前記有機反射防止膜の前記表面に前記揮発性溶剤を供給する工程と、
   前記揮発性溶剤の供給開始後に、前記回転数による前記構造体の回転を５秒間以上続ける工程と、
   を含む
   ことを特徴とするフォトレジスト液の塗布方法。
4. 請求項３に記載のフォトレジスト液の塗布方法において、
   前記揮発性溶剤を供給する前記工程は、
   前記揮発性溶剤の供給を５秒間以上続ける工程を含む
   ことを特徴とするフォトレジスト液の塗布方法。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載のフォトレジスト液の塗布方法により、前記有機反射防止膜上にフォトレジスト液を塗布し、前記有機反射防止膜の前記表面上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
   前記フォトレジスト液を塗布して得られるフォトレジスト膜を露光、現像し、前記有機反射防止膜の前記表面上にフォトレジストパターンを形成する工程と、
   を含む
   ことを特徴とするフォトレジストパターンの形成方法。
6. 請求項５に記載のフォトレジストパターンの形成方法により、前記有機反射防止膜の前記表面上にフォトレジストパターンを形成する工程と、
   前記フォトレジストパターンをマスクとして用いて、前記構造体を加工する工程と、
   を含む
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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