JP3590712B2 - レジスト現像装置及びレジスト現像方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大径化されたウェハを用いた超ＬＳＩの製造に適した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】
近年、超ＬＳＩの製造においては、トランジスタ等の要素の微細化と、１ウェハ当りの取れ数増大のためのウェハの大径化との進展が著しい。例えば、エキシマレーザを光源とした露光装置で、最小要素の寸法が０．２５μｍ〜０．２μｍであるレジストパターンが形成されたり、８インチ径のＳｉウェハを用いて超ＬＳＩが作られている。そして、このレジストパターンの形成のためには、以下のようなレジスト塗布装置およびレジスト現像装置が用いられている。
【０００３】
特開昭５６−１０４４４０号公報に開示されている方法では、まず、レジスト液を塗布する工程では、回転式レジスト塗布装置と呼ばれる装置を用い、回転機構を有するウェハ保持台の上にウェハを保持し、レジスト液をウェハに滴下した後ウェハを回転させることにより、ウェハ全面にレジスト液をできるだけ均一な厚みになるように塗布する。
【０００４】
また、特開昭５７−１３３６４１号公報に開示されている方法では、大径のウェハに塗布する装置としてローラーにレジストを滴下し、ローラーをウェハ表面で回転させることで塗布する装置が提案されている。
【０００５】
一方、レジスト液を現像するための装置としては、特開平７−３２６５５９号公報に開示されるように、ウェハを回転させながら感光後のレジストに現像液を噴霧状に吹き付けたりシャワー状に吹き付けるレジスト現像装置がある。また、現像液をレジスト表面に滴下した後、ウェハを回転させて乾燥まで行う回転式のレジスト現像装置がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレジスト塗布装置やレジスト現像装置においては、それぞれ以下のような問題があった、
まず、特開昭５６−１０４４４０号公報に開示されているような回転式のレジスト塗布装置においては、ウェハサイズの増大、例えばウェハ径が６インチ，８インチから１２インチと増大するに伴ってウェハの回転中心とウェハの周辺部における遠心力が大きく異なるために、ウェハ周辺に広がったレジストが吹き飛ばされ易くなる。つまり、ウェハ面内でのレジスト膜厚の均一性が著しく低下するという欠点がある。その点について発明者が行った解析結果を説明する。
【０００７】
ウェハにレジストを滴下し、回転するとレジストには
Ｆ＝ｍ×ｒ×ω²
の遠心力Ｆがかかる。ここで、
ｍ：ある点におけるレジストの重さ
ｒ：回転中心からの距離
ω：回転の角速度
である。
【０００８】
したがって、ウェハ径が６インチ、８インチから１２インチに変化している現在では、１２インチウェハ周辺のレジストの遠心力は６インチウェハの２倍、８インチウェハの１．５倍がかかる。そこで、本発明者が回転数とレジスト膜厚及びウェハ面内のレジスト厚の均一性を調べた結果、図５に示す結果が得られた。同図において、ラインＬ６，Ｌ８，Ｌ１２は、それぞれ６インチウェハ，８インチウェハ及び１２インチウェハにおけるレジスト膜の膜厚と回転数の関係を示す。また、ラインＲ６，Ｒ８，Ｒ１２は、それぞれ６インチウェハ，８インチウェハ及び１２インチウェハにおけるレジスト膜の膜厚の均一性ばらつきを示す。
【０００９】
同図に示すように、レジスト膜厚は回転数の増加に伴って単調に減少するので、所望する膜厚を回転数で制御できる。一方、ウェハ面内のレジスト膜厚の均一性ばらつきは、回転数が非常に低いときにはレジスト液の粘度の影響によりウェハ面内をレジスト液が流動しにくいことから増加する。また、ウェハの回転数をある程度以上高くすると、上述した遠心力の影響を受けてウェハ面内のレジスト膜厚の均一性ばらつきが増加する。そして、ウェハ径が増大すると、この遠心力に起因するレジスト膜厚の均一性ばらつきの増加がウェハ回転数の低い状態から発生する。特に、１２インチウェハ（ラインＲ１２）では、レジスト膜厚のウェハ面内の均一性ばらつきが大きいため、微細なレジストパターンをウェハ内で均一に形成することが困難になる。
【００１０】
また、特開昭５７−１３３６４１号公報に開示されているローラー式レジスト塗布装置は、上記回転式レジスト塗布装置に比べ、レジストを一旦ローラーに滴下してからウェハに塗布するため、ローラー部でレジストの変質やパーティクルの付着が発生し微細なレジストパターン作成には適さない。
【００１１】
一方、特開平７−３２６５５９号公報に開示されるスプレー式レジスト現像装置では、現像液の消費が大きいことと、吹き付けておこなうため現像するレジスト膜と現像液の接触の制御が難しいことから、微細なレジストパターンの現像には不向きである。
【００１２】
さらに、従来の回転式のレジスト現像装置の場合、レジストパターンの微細化とウェハサイズの増大によって、例えば６インチウェハでＳＯＲ（シンクロトロンオービタルリゾナンス）露光装置で０．１μｍ幅（レジスト厚は約２μｍ）のパターンを露光，現像する際、微細レジストパターンが倒れＬＳＩの製造に使えないという欠点がある。これはウェハ中心部に比べ、ウェハ周辺部での回転速度が早いため、ウェハから飛散する現像液の飛散時の液圧力やウェハの回転による風圧を受けるためである。
【００１３】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レジストの塗布又はレジストの現像に際し、ウェハ径が増大したときにも微細なレジストパターンを形成しうるレジスト現像装置又はその方法とを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のレジスト現像装置は、レジスト現像液をウェハ上に供給するための現像液供給機構と、上記ウェハを回転させて上記ウェハ上に供給されたレジスト現像液をウェハ上に広げるための回転機構と、上記ウェハが設置されている空間を減圧状態にするための減圧機構とを備えている。
【００１５】
これにより、レジスト現像液の塗布過程において、ウェハの回転によって生じる風圧が微細なレジストパターンの側面に与える力が抑制されるので、大径のウェハに対しても微細パターンの転倒を生ぜしめることなくレジストの現像を行いうるレジスト現像装置が得られる。
【００１６】
本発明のレジスト現像方法は、ウェハ上にレジストパターンを形成するレジスト現像方法において、レジスト現像液をウェハ上に供給し、上記ウェハを回転させて上記ウェハ上に供給された上記レジスト現像液を上記ウェハ上に広げる工程と、上記ウェハが設置されている空間を減圧状態にする工程とを含む方法である。
【００１７】
この方法により、レジスト現像液の塗布過程において、ウェハの回転によって生じる風圧が微細なレジストパターンの側面に与える力が抑制されるので、大径のウェハに対しても微細パターンの転倒を生ぜしめることなくレジストの現像が行われる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレジスト塗布装置およびレジスト現像装置における第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態におけるレジスト塗布装置の斜視構造図を示す。
【００２０】
図１（ａ），（ｂ）において、１１は半導体ウェハ、１２はウェハ保持台、１３はウェハ移動機構、１４はレジスト塗布用容器、１５はレジスト、１５ａは半導体ウェハに塗布されたレジスト膜、１６はレジスト供給容器、１７はレジスト供給パイプをそれぞれ示す。
【００２１】
次に、同図（ａ），（ｂ）を参照しながら本実施形態の方法によるレジストの塗布手順を説明する。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、半導体ウェハ１１はウェハ保持台１２に保持され、ウェハ移動機構１３によってレジスト塗布用容器１４から凸状に押し上げられているレジスト１５に向かって移動する。レジスト塗布用容器１４には、レジスト供給容器１６からレジスト供給パイプ１７を介してレジスト１５が供給される。このとき、図１（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１１はレジスト塗布用容器１４の先端から凸状に押し上げられているレジスト１５に接触しながら移動する。その結果、半導体ウェハ１１の表面のうちレジスト塗布用容器１４の先端を通過した領域にはレジスト膜１５ａが塗布されることになる。
【００２３】
ここで、塗布されるレジスト膜１５ａの厚みは、レジスト材料の比重、粘度、塗布された表面張力、半導体ウェハ１１へのレジストの濡れ性等の要因があるが、基本的には、半導体ウェハ１１とレジスト１５の接触圧力と、両者間の接触時間（半導体ウェハがレジスト上を通過するスピード等で制御）によって、一義的に決められる。したがって、レジスト１５が塗布された後、半導体ウェハ１１の回転が無いことからレジストに作用する遠心力のウェハ面内不均一が無いため、膜厚均一性の優れたレジスト膜１５ａの形成が可能になる。また、レジスト１５がレジスト供給容器１６から、レジスト供給パイプ１７を通じてレジスト塗布用容器１４へ流れる際に、この通過経路以外の機構や空気に接触することがないので、レジストの変質やパーティクル発生が極めて低く抑えられるため、０．２５μｍよりも微細なレジストパターンを、大径のウェハに均一に塗布することが可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態では、半導体ウェハ１１を移動したが、レジスト塗布容器１４が移動してもよく、また各々が移動しても、ゆっくりとした回転の動きがあってもよい。さらに、両者が同じ方向に移動しても、移動速度が異なることにより両者が相対的に移動してもよい。要するに、半導体ウェハ１１とレジスト塗布用容器１４が相対的に移動すればよいものとする。
【００２５】
また、レジスト１５が凸状に押し上げられる際に、レジスト塗布用容器１４の先端部からレジスト１５がオーバーフローしていてもよい。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００２７】
図２は、第２の実施形態に係るレジスト塗布装置の構造を部分的に断面図で示す斜視図である。
【００２８】
図２において、２０は密封容器、２１は半導体ウェハ、２２はウェハ保持台、２３はウェハ回転機構、２４はレジスト滴下ノズル、２５は排気口、２６はバルブ、２７は加圧ガス導入口をそれぞれ示す。
【００２９】
同図に示すように、半導体ウェハ２１はウェハ保持台２２に保持されており、レジスト滴下ノズル２４からレジストが半導体ウェハ２１に滴下されて、ウェハ回転機構２３によって回転せしめられている半導体ウェハ２１上でレジストが遠心力により膜状に塗布される。この際、半導体ウェハ２１の径が大きいために、半導体ウェハ２１の面内のレジスト膜厚の均一性は悪い。この後レジスト液が乾燥する前に、排気口２５のバルブ２６を閉じ、加圧ガス導入口２７から不活性ガスを導入し、密封容器２０内を加圧する。この加圧によって、塗布されたレジストはウェハ面内で均一な加圧を受けるので、レジストの膜厚のウェハ面内均一性が向上する。
【００３０】
なお、本実施形態ではレジストの回転塗布後、加圧処理を行ったが、回転塗布中に加圧処理を行ってもよい。
【００３１】
（第３の実施形態）
次に、レジスト現像装置に関する第３の実施形態について説明する。
【００３２】
ただし、以下に説明する第３〜第５の実施形態は、下記知見に基づいている。すなわち、常圧下での微細なレジストパターンの現像において、レジストパターンの転倒を種々観察すると、レジスト膜厚が一定である場合、レジストパターンの幅が微細になると転倒する現象がめだってきた。そこで、まず、この現象をよく調べてみると、例えば、従来のレジスト現像装置においては、厚みが２μｍ程度で０．２ミクロン幅のレジスト膜はそれほど転倒しやすくないが、０．１ミクロン幅のレジスト膜は転倒しやすいことを見い出した。このことは、下地と密着する領域が少なくなるほど転倒しやすいことを示している。つまり、断面形状における縦方向の寸法が横方向の寸法に対して大きくなれば、レジスト膜下端のいずれか一方のコーナー部を中心として働く回転モーメントとそれに対する抗力との平衡が崩れるので、レジスト膜は倒れやすくなるからである。ここで、レジスト膜を転倒させる回転モーメントとして作用する力には、ウェハの高速回転に伴いレジスト膜に作用する遠心力、レジスト膜に横方向から加わる風圧、レジスト膜自身の慣性力などがある。
【００３３】
まず、半導体ウェハの回転によってレジストパターンに加わる遠心力は、レジストパターン幅の減少に比例して小さくなる。一方、半導体ウェハの横方向から加わる風圧は、レジストパターンの側面に作用するものでありレジスト膜厚によって規定されるため、レジストパターンの幅が小さくなってもほぼ一定である。このため、下地との密着面積が小さくなるほどウェハへのレジストパターンの密着力が減少するため、風圧が大きく転倒に寄与していることが判明した。また、ウェハの回転数が変化する場合には、レジスト膜に回転速度の変化つまり加速度に比例した慣性力が作用する。そこで、以下の実施形態では、半導体ウェハの回転による遠心力，風圧，慣性力を考慮して、レジストパターンの転倒を防止する手段を講じる。
【００３４】
図３は、第３の実施形態に係るレジスト現像装置の構造を示す斜視図である。
【００３５】
図３において、３０はレジスト膜、３１は半導体ウェハ、３２はウェハ保持台、３３はウェハ移動機構、３４はレジスト現像用容器、３５はレジスト現像液、３６はレジスト現像液供給容器、３７はレジスト現像液供給パイプをそれぞれ示す。
【００３６】
ここで、図３（ａ），（ｂ）を参照しながらレジストの現像方法を説明する。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、半導体ウェハ３１はウェハ保持台３２に保持されており、ウェハ移動機構３３によってレジスト現像用容器３４の先端から凸状に押し上げられているレジスト現像液３５に向かって移動させられる。レジスト現像用容器３４には、レジスト現像液供給容器３６からレジスト現像液供給パイプ３７を介してレジスト現像液３５が供給される。そして、図３（ｂ）に示すように、半導体ウェハ３１は、面上に形成されたレジスト膜３０とレジスト現像用容器３４から凸状に押し上げられているレジスト現像液３５とを接触させながら移動する。この処理によって、レジスト膜３０のうち露光された領域が現像され、レジストパターン３０ａが形成される。このとき、現像に使用された現像液はレジスト現像用容器３４からオーバーフローして排出されるために、現像に用いられる現像液３５は絶えずフレッシュな状態で供給される。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、半導体ウェハ３１上のレジスト膜３０の現像に際して半導体ウェハ３１の回転を行わないので、半導体ウェハ３１の回転によってレジストパターンに加わる遠心力のウェハ面内不均一や半導体ウェハ３１の回転によるレジストパターンへの風圧が無いため、微細レジストパターンの現像時の転倒を防止することが可能となる。
【００３９】
なお、本実施形態では、半導体ウェハ３１を移動させたが、レジスト現像容器３４を移動させてもよく、また両者が移動しても、ゆっくりとした回転の動きがあってもよい。さらに、両者が同じ方向に移動しても、移動速度が異なることにより相対的に移動してもよい。要するに、半導体ウェハ３１とレジスト現像容器３４とが相対的に移動すればよいものとする。
【００４０】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００４１】
図４は、本実施形態に係るレジスト現像装置の構造を部分的に断面図で示す斜視図である。
【００４２】
図４において、４０は密封容器、４１は半導体ウェハ、４２はウェハ保持台、４３はウェハ回転機構、４４はレジスト現像液滴下ノズル、４５は排気口、４６はバルブ、４７はポンプ等の減圧機構をそれぞれ示す。
【００４３】
ここで、微細なレジストパターンの現像の際、図４に示すレジスト現像装置を用い、半導体ウェハ４１をウェハ保持台４２に保持して、現像液塗出ノズル４４からレジスト現像液を半導体ウェハ４１上に塗出し、ウェハ回転機構４３によりウェハ保持台４２上の半導体ウェハ４１を回転させることで、レジスト現像液を半導体ウェハ４１の面上から除去する。
【００４４】
このとき、排気口４５から減圧機構４７を動作せずにレジスト現像容器４０を常圧下で回転数を種々変えて現像を行うと、低回転数では微細レジストパターンの転倒がないことがわかった。
【００４５】
以上の現象を詳細に検討すると、下地と密着力のよいレジストパターンの場合、半導体ウェハ４１の回転の開始動作と回転の停止動作とをゆっくり行うと効果があることが判明した。レジストパターンの転倒が発生する際の回転数上昇の速度は５０００ｒｐｍ／秒であり、回転数降下の速度は５０００ｒｐｍ／秒であった。この速度を半分の２５００ｒｐｍ／秒にすると、現像時の回転数が２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの範囲でレジストパターンの転倒が無かった。
【００４６】
これは、一般的な加速，減速条件下では、例えば１本のレジストパターンの重心位置に作用する慣性力ｍ・α（ｍは質量，αは加速度）によってレジストパターンの底面の一部を中心とする回転モーメントが生じるので、横方向の寸法が微細化されたレジストパターンが転倒しやすくなっているものと思われる。特に、大径のウェハの場合、外周部では大きな回転モーメントが作用することになる。そこで、加速，減速を徐々に行うことによって、レジストパターンに作用する回転モーメントを低減し、微細なレジストパターンにおいても転倒を防止することができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、半導体ウェハ４１の回転数上昇速度と回転数降下速度の低減によりレジストパターンの転倒を防止するようにしたが、回転数上昇速度及び回転数下降速度が大きくても、半導体ウェハの最大回転数までの回転速度の増大と、最大回転数から停止に至るまでの回転速度の低減とを多段階に分けて行っても同様の効果があった。
【００４８】
なお、本実施形態において、レジスト現像の塗布時に密封容器内を減圧してもよい。
【００４９】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
【００５０】
本実施形態においても、図４に示す第４の実施形態と同じ装置を使用するので、装置についての説明は省略する。
【００５１】
本実施形態においても、上記第４の実施形態と同様に、図４に示す装置を用い、半導体ウェハ４１をウェハ保持台４２上に保持しながら、現像液塗出ノズル４４からレジスト現像液を半導体ウェハ４１に塗出し、ウェハ回転機構４３によりレジスト現像液を半導体ウェハ４１の面上から除去する。
【００５２】
ここで、本実施形態では、この半導体ウェハ４１の回転と同時に排気口４５のバルブ４６を開けて、減圧機構４７によって密封容器４０内を減圧する。
【００５３】
本発実施形態によれば、レジスト現像液を塗出した後の半導体ウェハ４１の回転を減圧下において行うために、レジストパターンの側面に作用する風圧を大幅に低減することができ、微細レジストパターンの現像時における転倒を防止することが可能となる。
【００５４】
なお、本実施形態では半導体ウェハ回転とレジスト現像の容器の減圧を同時に行っているが、時間的に異なっても何ら問題はない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のレジスト現像装置によれば、レジスト現像装置として、レジスト現像液をウェハ上に供給するための機構と、ウェハを回転させてレジスト現像液をウェハ上に広げるための回転機構と、ウェハが設置されている空間を減圧状態にするための減圧機構とを設ける構造としたので、風圧の作用によるレジストパターンの転倒を生ぜしめることなく微細なレジストパターンを形成しうるレジスト現像装置の提供を図ることができる。
【００５６】
本発明のレジスト現像方法によれば、ウェハ上にレジストパターンを形成するレジスト現像方法において、レジスト現像液をウェハ上に供給し、ウェハを回転させてウェハ上に供給されたレジスト現像液をウェハ上に広げる工程と、ウェハが設置されている空間を減圧状態にする工程とを含むようにしたので、風圧が微細なレジストパターンの側面に与える力を抑制することができ、よって、大径のウェハに対してもレジストパターンの転倒を生ぜしめることなく微細なレジストパターンの現像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレジスト塗布装置の構造を示す斜視図及び断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るレジスト塗布装置の構造を一部を断面図で示す斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るレジスト現像装置の構造を示す斜視図及び断面図である。
【図４】本発明の第４，第５の実施形態に係るレジスト塗布装置の構造を一部を断面図で示す斜視図である。
【図５】従来例のウェハサイズに対するウェハ回転数とレジスト膜厚及びウェハ面内のレジスト厚の均一性との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１ 半導体ウェハ
１２ ウェハ保持台
１３ ウェハ移動機構
１４ レジスト塗布用容器
１５ レジスト
１５ａ レジスト膜
１６ レジスト供給容器
１７ レジスト供給パイプ
２０ 密封容器
２１ 半導体ウェハ
２２ ウェハ保持台
２３ ウェハ回転機構
２４ レジスト滴下ノズル
２５ 排気口
２６ バルブ
２７ 加圧ガス導入口
３０ レジスト膜
３０ａ レジストパターン
３１ 半導体ウェハ
３２ ウェハ保持台
３３ ウェハ移動機構
３４ レジスト現像用容器
３５ レジスト現像液
３６ レジスト現像液供給容器
３７ レジスト現像液供給パイプ
４０ 密封容器
４１ 半導体ウェハ
４２ ウェハ保持台
４３ ウェハ回転機構
４４ レジスト現像液滴下ノズル
４５ 排気口
４６ バルブ
４７ 減圧機構

Claims (2)

1. レジスト現像液をウェハ上に供給するための現像液供給機構と、
   上記ウェハを回転させて上記ウェハ上に供給されたレジスト現像液を上記ウェハ上に広げるための回転機構と、
   上記ウェハが設置されている空間を減圧状態にするための減圧機構と
   を備えていることを特徴とするレジスト現像装置。
2. ウェハ上にレジストパターンを形成するレジスト現像方法において、
   レジスト現像液をウェハ上に供給し、上記ウェハを回転させて上記ウェハ上に供給された上記レジスト現像液を上記ウェハ上に広げる工程と、
   上記ウェハが設置されている空間を減圧状態にする工程と
   を含むことを特徴とするレジスト現像方法。

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