JP2006210886A - 現像処理方法及び現像処理装置 - Google Patents

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Osamu Miyahara
理 宮原
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Abstract

【課題】現像後の乾燥時に,パターン倒れとパターンの膨潤を防止する。
【解決手段】現像液供給ノズル33が現像液を吐出しながら,ウェハW上を一端部から他端部に亘り移動し,ウェハW上に現像液を供給して静止現像する。その後,ウェハWを回転させながら,リンス液供給ノズル50によりウェハWにリンス液を供給して現像を停止する。その後,液体供給ノズル63により,極性のあるフッ化炭素系化合物を含有する液体をウェハWに供給し,ウェハを高速回転させて乾燥する。
【選択図】図3

Description

本発明は,基板の現像処理方法及び現像処理装置に関する。
半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では,例えばウェハ表面にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理や,ウェハを所定のパターンに露光する露光処理,ウェハに現像液を供給しレジスト膜を選択的に溶解させて,ウェハ上にレジストパターンを形成する現像処理などが行われている。
上述の現像処理では,ウェハ上に現像液を供給してウェハを静止現像し,その後ウェハ上に純水を供給して現像を停止し,その後ウェハを高速回転させてウェハを乾燥している。しかしながら,ウェハの乾燥時には,ウェハを高速回転させて,ウェハ表面の水分を飛散させるので,その飛散する水分による作用により,ウェハ表面のパターンが倒されることがあった。そこで,ウェハを高速回転するときに,ウェハ上に界面活性剤を供給し,水分をウェハから離れやすくして,パターン倒れを抑制することが提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら,近年は,例えば線幅が80nm以下の極めて微細なレジストパターンが形成可能になっている。かかる微細なパターンに対しては,上述したように現像後の乾燥時にウェハ上に界面活性剤を供給しても,パターン倒れを十分に抑制することができない。さらに,現像後の乾燥時にウェハに界面活性剤を供給した場合,発明者によれば,界面活性剤の影響を受けてウェハ上のレジストパターンが大きく膨潤することが確認されている。レジストパターンが膨潤すると,線幅が不安定で不均一になり,ウェハ上に所望のレジストパターンが形成されない。
特開平6−163391号公報
本発明は,かかる点に鑑みてなされたものであり,極めて微細なレジストパターンに対しても,パターン倒れを十分に抑制し,なおかつパターンの膨潤を防止できる現像処理方法と現像処理装置を提供することをその目的とする。
上記目的を達成するために,本発明は,基板の現像処理方法であって,基板に現像液を供給して基板を現像する工程と,その後,基板に現像停止液を供給して現像を停止する工程と,その後,極性のあるフッ化炭素系化合物を含有する液体を基板に供給し,基板を回転させて乾燥する工程と,を有することを特徴とする。
本発明によれば,微細なパターンに対しても,現像後の乾燥時のパターン倒れとパターンの膨潤を抑制できる。
前記液体は,メチルパーフルオロイソブチルエーテルとメチルパーフルオロブチルエーテルとの混合物,エチルパーフルオロイソブチルエーテルとエチルパーフルオロブチルエーテルとの混合物,分子構造が異なる2種類以上のジクロロペンタフルオロプロパンの混合物,テトラフルオロエチルトリフルオロエチルエーテル,デカフルオロペンタン,又はヘプタフルオロシクロペンタンのいずれかを含有したものであってもよい。
前記液体は,誘電率が2.1以上,水への溶解度が21ppm(Wt.)以上であることが好ましい。さらに好ましくは前記液体の誘電率は7以上,水への溶解度は90ppm(Wt.)以上がよい。
別の観点による本発明は,基板の現像処理装置であって,基板を支持して回転させる回転支持部材と,前記回転支持部材に支持された基板に対し,極性のあるフッ化炭素系化合物から構成される液体を供給する液体供給ノズルと,を有することを特徴とする。
本発明によれば,液体供給ノズルにより,極性のあるフッ化炭素系化合物の液体を基板に供給し,基板を回転させて乾燥できる。こうすることにより,現像後の乾燥時のパターン倒れとパターンの膨潤を抑制できる。
前記液体は,メチルパーフルオロイソブチルエーテルとメチルパーフルオロブチルエーテルとの混合物,エチルパーフルオロイソブチルエーテルとエチルパーフルオロブチルエーテルとの混合物,分子構造が異なる2種類以上のジクロロペンタフルオロプロパンの混合物,テトラフルオロエチルトリフルオロエチルエーテル,デカフルオロペンタン,又はヘプタフルオロシクロペンタンのいずれかを含有しているものであってもよい。
前記液体は,誘電率が2.1以上,水への溶解度が21ppm(Wt.)以上であることが好ましい。さらに好ましくは前記液体の誘電率は7以上,水への溶解度は90ppm(Wt.)以上がよい。
本発明によれば,現像後の乾燥時のパターン倒れとパターンの膨潤を抑制できるので,基板上に所望のパターンを形成できる。
以下,本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は,本実施の形態にかかる現像処理装置1の構成の概略を示す縦断面の説明図であり,図2は,現像処理装置1の構成の概略を示す平面図である。
図1に示すように現像処理装置1は,中央部にウェハWを保持して回転させる回転支持部材としてのスピンチャック10を備えている。スピンチャック10は,水平な上面を有し,当該上面には,例えばウェハWを吸引する吸引口(図示せず)が設けられている。この吸引口からの吸引により,ウェハWをスピンチャック10上に吸着できる。
スピンチャック10には,例えばスピンチャック10を回転及び昇降させるためのチャック駆動機構11が設けられている。チャック駆動機構11は,例えばスピンチャック10を鉛直方向の軸周りに所定速度で回転させるモータなどの回転駆動部(図示せず)や,スピンチャック10を昇降させるモータ又はシリンダなどの昇降駆動部(図示せず)を備えている。このチャック駆動機構11により,スピンチャック10上のウェハWを所定のタイミングで昇降させたり,所定の速度で回転させることができる。
スピンチャック10の周囲には,ウェハWから飛散又は落下する液体を受け止め,回収するカップ12が設けられている。カップ12は,例えばスピンチャック10の周囲を囲む内カップ13と,当該内カップ13のさらに外周を囲む外カップ14と,内カップ13と外カップ14の下面を覆う下カップ15とを別個に備えている。内カップ13と外カップ14により,主にウェハWの外方に飛散する液体を受け止めることができ,下カップ15により,内カップ13と外カップ14の内壁やウェハWから落下する液体を回収することができる。
内カップ13は,例えば略円筒状に形成され,その上端部は内側上方に向けて傾斜している。内カップ13は,例えばシリンダなどの昇降駆動部16によって上下動できる。外カップ14は,例えば図2に示すように平面から見て四角形の略筒状に形成されている。外カップ14は,図1に示すように例えばシリンダなどの昇降駆動部17によって上下動できる。下カップ15の中央部には,スピンチャック10が貫通している。スピンチャック10の周囲の下カップ15の平坦面には,例えばウェハWの表面から裏面に回り込んだ液体の流れを遮断する環状部材18が設けられている。環状部材18は,例えばウェハWの裏面に近接する頂上部を備えており,その頂上部でウェハWの裏面を伝わる液体を遮断できる。下カップ15には,例えば工場の排液部に連通した排出管19が接続されており,カップ12において回収した液体は,排出管19から現像処理装置1の外部に排出できる。
図2に示すようにカップ12のX方向負方向(図2の下方向)側には,Y方向(図2の左右方向)に沿って延伸するレール30が形成されている。レール30は,例えばカップ12のY方向負方向(図2の左方向)側の外方からカップ12のY方向正方向(図2の右方向)側の外方まで形成されている。レール30には,例えば二本のアーム31,32が取り付けられている。第1のアーム31には,現像液供給ノズル33が支持されている。第1のアーム31は,ノズル駆動部34によってレール30上をY方向に移動できる。この第1のアーム31により,現像液供給ノズル33は,カップ12のY方向負方向側の外方に設置された待機部35からカップ12内まで移動し,ウェハWの表面上を移動できる。また,第1のアーム31は,例えばノズル駆動部34によって上下方向にも移動自在であり,現像液供給ノズル33を昇降させることができる。
現像液供給ノズル33は,例えばウェハWの直径寸法と同じかそれよりも長い,X方向に沿った細長形状を有している。図1に示すように現像液供給ノズル33の上部には,現像液供給源40に連通する現像液供給管41が接続されている。現像液供給ノズル33の下部には,長手方向に沿って一列に形成された複数の吐出口33aが形成されている。現像液供給ノズル33は,上部の現像液供給管41から導入された現像液を現像液供給ノズル33の内部を通過させ,下部の各吐出口33aから一様に吐出できる。
第2のアーム32には,図2に示すようにリンス液供給ノズル50が支持されている。第2のアーム32は,例えばノズル駆動部51によってレール30上をY方向に移動できる。この第2のアーム32によって,リンス液供給ノズル50は,カップ12のY方向正方向側の外方に設けられた待機部52からカップ12内のウェハW上に移動できる。また,第2のアーム32は,ノズル駆動部51によって上下方向にも移動自在である。
リンス液供給ノズル50には,図1に示すようにリンス液供給源53に連通するリンス液供給管54が接続されている。本実施の形態においては,例えばリンス液供給源53には,現像停止液(リンス液)として純水が貯留されている。
図2に示すようにカップ12のX方向正方向(図2の上方向)側には,Y方向に沿って延伸するレール60が形成されている。レール60は,例えばカップ12のY方向正方向側の外方からカップ12のY方向負方向側の外方まで形成されている。レール60には,例えば第3のアーム61が取り付けられている。第3のアーム61は,駆動部62によってレール60上を移動自在である。第3のアーム61には,液体供給ノズル63が支持されている。カップ12のY方向正方向側の外方には,液体供給ノズル63の収容容器64が設置されており,液体供給ノズル63は,第3のアーム61の移動により収容容器64からカップ12内のウェハW上まで移動できる。また,第3のアーム61は,例えば駆動部62によって上下方向にも移動自在であり,液体供給ノズル63を昇降させて高さを調整することができる。
液体供給ノズル63には,図1に示すように液体供給源65に連通する液体供給管66が接続されている。液体供給源65には,極性を有するフッ化炭素系化合物を含有する液体,例えば,メチルパーフルオロブチルエーテルとメチルパーフルオロイソブチルエーテルとの混合物を主成分とする液体(例えば後述する液体A),エチルパーフルオロブチルエーテルとエチルパーフルオロイソブチルエーテルとの混合物を主成分とする液体(例えば後述する液体B),分子構造が異なる2種類以上のジクロロペンタフルオロプロパンの混合物を主成分とする液体(例えば後述する液体F),テトラフルオロエチルトリフルオロエチルエーテルを主成分とする液体(例えば後述する液体G),デカフルオロペンタンを主成分とする液体(例えば後述する液体H),又はヘプタフルオロシクロペンタンと2-メチル−2−ブタノールとの混合物を主成分とする液体(例えば後述する液体I)のいずれかが貯留されている。
次に,以上のように構成された現像処理装置1を用いて行われる現像処理について詳しく説明する。図3は,現像処理のフローの説明図である。この現像処理では,表面に化学増幅型のレジスト膜が形成され,所定パターンに露光されたウェハWが現像処理される。
先ず,ウェハWは,図1に示すようにスピンチャック10上に吸着保持される。続いて図2に示すように待機部35で待機していた現像液供給ノズル33がY方向正方向側に移動し,平面から見てウェハWのY方向負方向側の端部の手前の位置P1(図2中の点線部)まで移動する。その後,現像液供給ノズル33から現像液が吐出され,現像液供給ノズル33が現像液を吐出しながら,ウェハWのY方向正方向側の端部の外方の位置P2(図2中の点線部)まで移動する。これにより,ウェハW上のレジスト膜の表面に現像液が液盛りされ,レジスト膜の静止現像が開始される(図3(a))。この静止現像により,例えばレジスト膜の露光部分が選択的に溶解し,ウェハW上にレジストパターンが形成される。
所定時間経過後,例えば待機部52で待機していたリンス液供給ノズル50がウェハWの中心部上方まで移動する。リンス液供給ノズル50からリンス液,例えば純水が吐出され,それと同時にウェハWが所定の低速度で回転される(図3の(b))。これにより,ウェハ表面の現像液が純水に置換され,ウェハWの現像が停止される。
その後,リンス液供給ノズル50からのリンス液の供給が停止され,リンス液供給ノズル50に代わって液体供給ノズル63がウェハWの中心部上方まで移動する。例えばウェハWの回転数を前記所定の低速度に維持した状態で,液体供給ノズル63から,極性のあるフッ化炭素系化合物を含有する所定の液体が吐出されウェハ表面に供給されて,ウェハ表面の純水がそのフッ化炭素系化合物の液体に置換される(図3(c))。
ウェハ表面が前記フッ化炭素系化合物の液体に置換された後,当該液体の供給が停止される。その後,ウェハWの回転数が上げられ,ウェハWが前記所定の低速度より速い高速度で回転される(図3(d))。これにより,ウェハW表面上の液体が飛散し,ウェハWが乾燥される。その後,ウェハWの回転が停止され,ウェハWが現像処理装置1から搬出されて一連の現像処理が終了する。
ここで,上述した現像処理のようにリンス液供給後に,極性のあるフッ化炭素系化合物の液体をウェハWに供給して,ウェハWを回転乾燥させた場合の効果について検証する。
図4は,リンス液の供給後に液体を供給しないでウェハを乾燥させた場合(リンス液のみ),リンス液供給後に界面活性剤或いはA〜Iの各液体を供給し,ウェハを乾燥させた場合のウェハ面内のパターン倒れの有無を示す実験データである。
液体Aは,メチルパーフルオロブチルエーテルとメチルパーフルオロイソブチルエーテルとの混合物であり,液体Bは,エチルパーフルオロブチルエーテルとエチルパーフルオロイソブチルエーテルとの混合物である。液体Cは,完全フッ素化物であるパーフルオロヘキサン,液体Dは,パーフルオロヘプタン,液体Eは,パーフルオロノナンである。液体Fは,3,3-ジクロロ−1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(CF-CF-CHCl)と,1,3-ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(CClF−CF−CHClF)との混合物であり,液体Gは,1,1,2,2-テトラフルオロエチル‐2,2,2-トリフルオロエチルエーテル(CF−CH−O−CF−CFH)である。液体Hは,1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(CH−CHF−CHF−CF−CF)であり,液体Iは,1,1,2,2,3,3,4-ヘプタフルオロシクロヘプタンと2-メチル−2−ブタノール(CHCH(CHCOH)との混合物である。
上記液体Aは,メチルパーフルオロブチルエーテルが30〜50質量%,メチルパーフルオロイソブチルエーテルが50〜70質量%の混合物である。液体Bは,エチルパーフルオロブチルエーテルが30〜50質量%,エチルパーフルオロイソブチルエーテルが50〜70質量%の混合物である。液体Fは,3,3-ジクロロ−1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパンが45質量%,1,3-ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパンが55質量%の混合物である。液体Iは,1,1,2,2,3,3,4-ヘプタフルオロシクロペンタンが94質量%以上,2-メチル−2−ブタノールが5質量%未満の混合物である。
液体A〜Iのうち,極性あるフッ化炭素系化合物を含むものは,液体A,B,F,G,H,Iであり,無極性のものは,液体C,D,Eである。
また,図4に示す実験に用いられたウェハは,下方向に行くにつれてDose(露光量)が増え,右方向に行くにつれて露光のフォーカスが大きくなるようにパターン露光されている。露光量が増大するとパターンの線幅が狭くなり,露光のフォーカスが大きくなると図5に示すようにパターンの根元部分の幅Kが厚くなる。つまり,図4に示すウェハ面内において,左下隅に近づくにつれて倒れ易いパターンが形成されている。この実験の条件として,レジスト材料として化学増幅型のアクリル系のレジストが用いられ,露光光源には,ArF光が用いられている。
図4に示す実験結果によれば,液体A,B,F,G,H,Iを供給した場合は,リンス液のみ,界面活性剤,又は無極性の液体C,D,Eを供給した場合に比べて,パターン倒れし難いことが確認できる。また,極性のある液体A,B,F,G,H,Iを供給した場合は,無極性の液体C,D,Eを供給した場合に対して,パターン倒れが飛躍的に減少していることが確認できる。
図6は,リンス液の供給後に液体を供給しない場合(リンス液のみ),リンス液供給後に界面活性剤,各液体A〜Iを供給した場合についてのパターン倒れが発生しない限界線幅(最細線幅)を示す実験データである。図6に示す実験データによれば,極性のある液体A,B,F,G,H,Iを供給した場合は,リンス液のみ,界面活性剤或いは無極性の液体C,D,Eを供給した場合に比べて限界線幅が細くなることが確認できる。極性のある液体A,B,F,G,H,Iを供給した場合の限界線幅は,80nm以下であった。このことからも,極性のある液体A,B,F,G,H,Iを供給した場合は,界面活性剤を供給した場合,或いは無極性の液体C,D,Eを供給した場合に比べてパターン倒れが発生し難いことが確認できる。
以上の結果から,リンス液の供給後に極性のあるフッ化炭素系化合物を含有する液体をウェハWに供給することによって,ウェハWの振切り乾燥時のパターン倒れを抑制できることが確認できる。
図7は,リンス液の供給後に界面活性剤,極性のある各液体A,B,F,G,H,Iを供給した場合についてのウェハWの乾燥前後のパターンの線幅変動量を示す実験データである。図7の示す実験結果によれば,界面活性剤を供給した場合に比べて,極性のある液体A,B,F,G,H,Iを供給した場合に,線幅変動量が小さいことが確認できる。この結果から,極性のある液体A,B,F,G,H,Iを供給した場合は,界面活性剤を供給した場合に比べて,パターンの膨潤を抑制できることが確認できる。
したがって,上述の実施の形態のように,現像処理のリンス液供給後に,極性のあるフッ化炭素系化合物を有する液体を供給し,ウェハWを回転させて乾燥することにより,乾燥時のパターン倒れとパターンの膨潤を抑制できる。
次に前記した液体A,B,C,D,E,G,Iの誘電率を調べた結果を図8に示し,これら液体の水への溶解度[ppm(Wt.)]を調べた結果を図9に示した。なお図8における数字は誘電率の具体的値を示し,図9における数字は水への溶解度の具体的値を示している。
まずこれら液体の誘電率についてみると,図8に示したように,液体C,D,Eについては,誘電率が2以下であり,これに対して液体A,B,G,Iについては,誘電率が概ね7以上を有している。したがってかかる結果から考察すると,高い誘電率を有する液体A,B,G,Iは,誘電率が2以下の低誘電率の液体C,D,Eよりも,パターン倒れが発生し難く,またパターンの膨潤の防止に効果がある。それゆえ発明者らの推察によれば,極性のある液体は,誘電率が2.1以上,より好ましくは誘電率が7以上あれば,パターン倒れ防止に効果があると思われる。
次にこれら液体の水への溶解度について調べてみると,図9に示したように,液体C,D,Eについては,水への溶解度が10[ppm(Wt.)]以下であり,これに対して液体A,B,G,Iについては,水への溶解度が概ね90[ppm(Wt.)]以上を有している。したがってかかる結果から考察すると,高い水への溶解度を有する液体A,B,G,Iは,溶解度が10以下の低溶解度の液体C,D,Eよりも,パターン倒れが発生し難く,またパターンの膨潤の防止に効果があることがわかる。それゆえ発明者らの推察によれば,極性のある液体は,水への溶解度が20[ppm(Wt.)]以上,より好ましくは水への溶解度が90[ppm(Wt.)]以上ある液体が,パターン倒れ防止に効果があると思われる。
以上の図8,図9の結果および考察から推察すると,極性のあるフッ化炭素系化合物を含有する液体において,さらに誘電率が2.1以上,より好ましくは誘電率が7以上であって,かつ水への溶解度が20[ppm(Wt.)]以上,より好ましくは水への溶解度が90[ppm(Wt.)]以上の液体が,パターン倒れ防止に効果があり,またパターンの膨潤の防止に効果があると思われる。このことは,図4,図6の結果に照らしても符合するものである。
以上,本発明の実施の形態の一例について説明したが,本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば本発明は,ウェハ以外の例えばFPD(フラットパネルディスプレイ),フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板の現像処理方法にも適用できる。
本発明は,現像後の基板乾燥において,パターン倒れやパターンの膨潤を抑制する際に有用である。
本実施の形態にかかる現像処理装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 現像処理装置の構成の概略を示す平面図である。 現像処理のフローの説明図である。 現像後の乾燥時に,界面活性剤,所定の液体A〜Iを供給した場合のパターン倒れの有無を示す実験データである。 パターンの根元部分の幅を示す説明図である。 界面活性剤,所定の液体A〜Iについて,パターン倒れが発生しない限界線幅を示す実験データである。 現像後の乾燥時に,界面活性剤,液体A,B,F,G,H又はIをウェハに供給した場合のパターンの線幅変動量を示す実験データである。 液体A,B,C,D,E,G,Iの誘電率を調べた結果を示すグラフである。 液体A,B,C,D,E,G,Iの水への溶解度を調べた結果を示すグラフである。
符号の説明
1 現像処理装置
10 スピンチャック
33 現像液供給ノズル
50 リンス液供給ノズル
63 液体供給ノズル
W ウェハ

Claims (6)

  1. 基板の現像処理方法であって,
    基板に現像液を供給して基板を現像する工程と,
    その後,基板に現像停止液を供給して現像を停止する工程と,
    その後,極性のあるフッ化炭素系化合物を含有する液体を基板に供給し,基板を回転させて乾燥する工程と,を有することを特徴とする,現像処理方法。
  2. 前記液体は,メチルパーフルオロイソブチルエーテルとメチルパーフルオロブチルエーテルとの混合物,エチルパーフルオロイソブチルエーテルとエチルパーフルオロブチルエーテルとの混合物,分子構造が異なる2種類以上のジクロロペンタフルオロプロパンの混合物,テトラフルオロエチルトリフルオロエチルエーテル,デカフルオロペンタン,又はヘプタフルオロシクロペンタンのいずれかを含有していることを特徴とする,請求項1に記載の現像処理方法。
  3. 前記液体は,誘電率が2.1以上,水への溶解度が21ppm(Wt.)以上であることを特徴とする,請求項1に記載の現像処理方法。
  4. 基板の現像処理装置であって,
    基板を支持して回転させる回転支持部材と,
    前記回転支持部材に支持された基板に対し,極性のあるフッ化炭素系化合物を含有する液体を供給する液体供給ノズルと,を有することを特徴とする,現像処理装置。
  5. 前記液体は,メチルパーフルオロイソブチルエーテルとメチルパーフルオロブチルエーテルとの混合物,エチルパーフルオロイソブチルエーテルとエチルパーフルオロブチルエーテルとの混合物,分子構造が異なる2種類以上のジクロロペンタフルオロプロパンの混合物,テトラフルオロエチルトリフルオロエチルエーテル,デカフルオロペンタン,又はヘプタフルオロシクロペンタンのいずれかを含有していることを特徴とする,請求項4に記載の現像処理装置。
  6. 前記液体は,誘電率が2.1以上,水への溶解度が21ppm(Wt.)以上であることを特徴とする,請求項4に記載の現像処理装置。
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