JPH1154427A - フォトリソグラフィー工程における現像処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 半導体ウエハのフォトリソグラフィ工程の現
像処理中、ウエハの濡れ性向上、微小気泡抑制及び染み
状の残渣物発生の抑制を図る方法を提供する。 【解決手段】 レジスト塗布と露光処理されたウエハ基
板１を現像カップ３内に設置された回転自在のウエハチ
ャック２上に真空吸着で保持した後、ウエハを低速回転
させつつウエハチャックより上方向に設置された現像液
吐出ノズル４ａより吐出して、ウエハ基板１上に現像液
８の液盛り（パドル形成）を行う。その際ウエハを保持
しているチャック２またはカップ全体に低周波振動を加
えて、ウエハに低周波の微振動を与える。次にチャック
上のウエハを静止状態、または低速回転状態で所望時間
の現像中も同様に低周波微振動を加えつつ現像する。現
像後了後のリンス洗浄でも微振動処理しつつ吐出ノズル
５よりリンス洗浄し、終了と同時に高速回転で振切り処
理して、ウエハ表面の残存水分を遠心力で除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の製造方
法に係わり、特にフォトリソグラフィー工程の中の現像
処理プロセスに於ける製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術によるフォトフォトリソグラフ
ィー工程の中に於ける現像処理方法としては、図３に示
される如く回転自在のウエハチャック１０２上に露光処
理の完了した現像処理すべきウエハ基板１０１を真空吸
着にて保持した後、ウエハ基板１０１より上方に設置さ
れた現像液吐出ノズル１０４ａよりウエハ基板１０１上
に現像液１０８を吐出する事により液盛り（以降、パド
ル形成と称する）を行った後、任意所定時間のみ現像処
理を施した後、続いて純水ノズル１０５より純水吐出を
行う事で洗浄を行い、しかる後に高速回転を行う事でウ
エハ基板１０１上から水分除去を行う処理方法が採られ
ていた。

【０００３】なお、図３において、１０３はウエハ基板
１０１の現像処理を行う現像カップ、１０７は現像液１
０８を貯蔵する現像液タンク、１０４ｂは現像液タンク
１０７から現像液吐出ノズル１０４ａへの現像液配管で
ある。

【０００４】該工程中に於ける現像条件としては、一般
的に多用されているポジ型レジスト（露光感光した領域
のレジストが溶解し、未感光領域が残存してレジストパ
ターン形成が成されるレジスト）を例に採れば、通常は
ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニュウムハイドロオキサ
イド）濃度＝２．３８％前後からなる現像液（一例とし
て東京応化製ＮＭＤ−３（商品名）などが代表例であ
る）が用いられている。

【０００５】又、ウエハ表面上に塗布されたレジスト表
面が疎水性である事から濡れ性を向上する事を目的と
し、特にコンタクト孔開口パターン工程の様な微少面積
開口では界面活性剤入り現像液（一例として東京応化
ＮＭＤ−Ｗ（商品名）などが代表例である）が用いられ
る方法も採られていた。

【０００６】何れかの現像液を用いた場合に於いても、
生産ライン上に於いては先ず始めに基板表面上に表面張
力を用いてパドル形成を行うパドリング法が主流で用い
られている。

【０００７】上記パドリングにてウエハ上に現像液が形
成された後は、所定現像時間は静止状態、もしくは２０
ｒｐｍ程度の極低速回転を行い、所定現像時間経過後に
純水吐出によるパドリング現像液との置換、洗浄を行う
方法が採られていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】界面活性剤を有してい
ないＴＭＡＨ主成分であるＮＭＤ−３等の現像液を用い
た場合、コンタクトパターン等の様な開口面積の極めて
微少な工程に於いてはレジスト表面上の濡れ性（親水
性）低下、ならびに現像液吐出ノズルから吐出される際
に巻き込まれるエアー、現像液中に混在するエアーが現
像液吐出と共にウエハ基板上に吐出、存在する事により
ウエハ基板上にマイクロバブルとして形成される為に現
像液に浸漬されない領域が発生する事による未現像、な
いしは現像不十分といったパターン欠陥を生じせしめる
問題を抱えていた。

【０００９】依って、該問題を解決する事を目的として
レジスト表面と現像液との密着性を向上させる事で該課
題解決を図る為に界面活性剤入り現像液を用いる方法が
採られる方法も提起されている。

【００１０】しかし、該方法の場合の第１の課題として
は、シリコン基板上に塗布されたレジスト上での濡れ性
は向上するものの、新たに従来の界面活性剤の含まれな
い現像液の場合に発生していた気泡よりも極小化される
ものの、依然として微少な気泡（以降マイクロバブルと
称する）が発生し易くなる事が露見して来た。本マイク
ロバブルは、現像液中は勿論の事ウエハ表面に吸着した
場合には局所的に現像を遅延させるか、もしくは未現像
箇所を引き起こす事によりパターン欠陥が発生する。

【００１１】第２の課題としては、該方法は現像液吐出
ノズルからウエハ上に吐出される際に巻き込まれて発生
する気泡抑制に対しては何等効果は無く、且つウエハ上
に浮遊した気泡の消滅化に関しても何等解決を図るもの
では無く依然として気泡による問題を抱えている。

【００１２】第３の課題としては、該方法に於いてはパ
ドリング現像後から純水に移行、置換する工程に於いて
現像液中に溶解した不溶解物がウエハ基板上に染み状の
残渣物（以下、スカムと称する）を形成する事が新たな
問題点として露見して来た。

【００１３】依って、本発明は前記問題点に鑑み、濡れ
性向上、マイクロバブル抑制、ならびにスカム発生の抑
制を図る方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
てなされたものであり、半導体装置のフォトリソグラフ
ィー工程におけるＴＭＡＨを主成分とするアルカリ水溶
液を用いて現像処理を施す工程にて、所望時間の現像処
理を行った後に純水吐出にてリンス洗浄を行う工程に於
いて、現像液供給タンク、該現像液供給タンクから現像
液吐出ノズルに至る配管の何れか、もしくは双方の任意
箇所から低周波振動、もしくはメガソニック処理を施
し、且つウエハ基板上に現像液から成るパドリング形
成、ならびに純水吐出によるリンス洗浄の際、ないしは
ウエハ基板の浸漬される現像カップ層、ならびに純水層
に対して少なくともパドリング形成完了、もしくは現像
液カップ層にウエハが浸漬終了するまでと、現像完了か
ら純水吐出による置換完了、もしくは純水層に浸漬され
る事での置換完了までの双方を含み、残る工程に於いて
は常時、もしくは間欠的に低周波振動、もしくはメガソ
ニック処理を施して現像、リンス処理が行われる事を特
徴とする。

【００１５】

【作用】一般的な現像液吐出方法としては、タンク内に
充填された現像液を窒素（Ｎ₂ガス）加圧する事で現像
液吐出ノズルに圧送を行い、ウエハ基板上に吐出する事
でパドリング形成を行う。この際、現像液の充填された
タンクから吐出ノズルに至る配管系には多くの配管接続
部を有しており、少なからず空気の巻き込みが生ずる。

【００１６】又、現像液吐出完了後のサックバック処理
にても少なからず吐出ノズル先端部から現像液中に空気
の巻き込みが生じる。

【００１７】更には、吐出ノズルから現像液が吐出され
てウエハ基板に至る過程においては多くの空気を巻き込
む事となり前記各所の対策を行うには制限、ならびに不
可能な点が多々あり少なからずウエハ上には現像液中に
取り込まれた微少なるマイクロバブルは避けて通れない
問題である。

【００１８】しかし、現像液に用いられる現像液成分は
ＴＭＡＨ＝２．３８％が含有されてはいるものの大半は
純水が支配的であり、該マイクロバブルが存在する現像
液は超音波処理を加える事により容易に移動、分解する
事が可能である。

【００１９】これは、メガＨｚ以上の周波数からなる超
音波を加える事で分子間移動が活発となり、該移動によ
り現像液中、ないしは現像液とウエハ基板表面との界面
に存在しているマイクロバブルは現像液中移動しつつ現
像液最上面層（現像液表面と大気との界面）に移動した
際に消滅する故にパドリング終了後のマイクロバブルを
消滅、減少させる効果を生む為である。

【００２０】一方、パドリング完了後の現像液と純水と
の置換工程に於いて発生すると考えられているスカムに
関しては以下の様な事が考えられる。

【００２１】ポジ型レジストに於ける現像を例に採れ
ば、レジスト中のノボラック樹脂が感光剤であるキノン
ジアジド化合物によって溶解禁止効果（インヒビジョ
ン）を受けている。

【００２２】しかし、露光により光エネルギーを受ける
とキノンジアジド化合物は光分解が行われ溶解禁止効果
を失うと共に一転して溶解促進剤として機能する。

【００２３】以上のメカニズムにて露光、未露光部での
アルカリ溶解速度差（ディスクリミネーション）を生ず
る事で現像が行われ、パターン形成が成される。

【００２４】しかし、上記した溶解禁止効果（インヒビ
ジョン）に関しては、感光物のキノンジアジド基とノボ
ラックのフェノール性水酸基が強い水素結合を介してコ
ンプレックス状の不溶化物を形成する説、感光物とスル
フォニル基とノボラックのフェノール性水酸基が強い水
素結合を作ってアルカリ水溶液に不溶化部を形成する
説、ナフトキノンジアジドは疎水性が高いが為に単に混
在しているだけで全体を疎水化させる為にアルカリ水溶
液への溶解度を低下させる為に不溶化部が残存する説、
ノボラック樹脂中の特定活性位置にキノンジアジドがア
ゾカップリングして架橋反応を起こして不溶化物を形成
する説等の諸説あり未だに解明されていないが、何れに
しても未露光のレジスト膜がアルカリ水溶液に接触する
だけで表面の不溶化を起こす事は共通しており、現像中
にこれら不溶化反応が溶解と拮坑して起る事によりパタ
ーン形成が成される事で寸法制御やパターン形成が行わ
れているが、一方でスカム発生を引き起こしている。

【００２５】上記した様に現像メカニズム自体が十二分
に解明されていない為にスカムに関する対処方法、なら
びにメカニズムに関しても十二分に解明されていないの
が実情である。

【００２６】しかしながら、実際には各レジストメーカ
ーに於いては各種実験から得られた経験則を基に処方を
行っているのが実状である。

【００２７】依って、本発明に於ける作用、メカニズム
に関しても十二分なる解明はなされていないが、実験結
果よりメガソニック等による超音波処理を施す事により
半導体基板上に生成された不溶化物が超音波処理により
純水との置換が促進される事、パドリング現像完了から
純水吐出の工程で生じる前記同様なマイクロバブルの消
滅効果等により除去されるものと推定される。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は本発明による第１の実施の
形態を示すものであり、本発明は一般的に用いられてい
る様式の現像装置に適用する場合を示すものである。

【００２９】図１中の符号Ａはウエハ基板１に低周波振
動による微振動を加える構成領域を示し、符号Ｂは現像
液吐出ノズル４ａに至る現像液タンク７からの巻き込
み、マイクロバブルの消滅を目的としたメガソニック処
理による構成部を示す。

【００３０】尚、図１では、符号Ｂのメガソニック処理
構成部は一例として現像液タンク７に施した場合を示す
が、該構成は現像液タンク７から現像液配管４ｂを介し
て現像液吐出ノズル４ａに至る任意の箇所に設定を行っ
ても良い。

【００３１】第１の本発明構成図の基でのパドリングか
ら現像処理完了に至る工程に関して以下に記述する。

【００３２】先ず始めに、フォトリソグラフィー技術に
よりレジストコート、露光処理の施されたウエハ基板１
を現像カップ３内に設置された回転自在のウエハチャッ
ク２上に真空吸着にて保持を行った後、ウエハ基板２を
低速回転にて回転させつつウエハチャック２より上方向
に設置された現像液吐出ノズル４ａより吐出する事でウ
エハ基板１上に現像液８の液盛り形成（パドリング形
成）を行う。

【００３３】この際、ウエハ保持の行われているウエハ
チャック２、ないしはカップ内全体に低周波振動を加え
る事でウエハ基板１に間接的、ないしは直接的に低周波
振動による微振動を加える。

【００３４】次にウエハチャック２上のウエハ基板１を
静止状態、もしくは極低速回転させるかの何れかの方法
により所望時間の現像中に於いても前記同様に低周波振
動による微振動処理を施しつつ現像処理を行う。

【００３５】次に、所定時間からなる現像完了後の純水
吐出ノズル５によるリンス洗浄に於いても前記同様に低
周波振動による微振動処理を施しつつリンス洗浄処理を
行い、リンス洗浄完了と同時に低周波振動による微振動
処理を終了させ、引続いて数千回転以上の回転処理によ
る振切り処理を施す事によりウエハ表面上からの残存水
分除去を遠心力を用いる事で行う。

【００３６】図２では、単一ウエハ、もしくは複数枚の
ウエハを現像液の満たされた現像カップ１３に浸漬させ
て現像を行う方法での本発明の第２の実施の形態を示す
ものである。

【００３７】先ず始めに、図１での第１の実施の形態同
様にフォトリソグラフィー技術によりレジストコート、
露光処理の施されたウエハ基板１１を空の現像カップ１
３、もしくは現像液の満たされた現像カップに浸漬を行
う。この際、現像カップ１３には事前にメガソニック処
理、ないしは低周波振動の何れかを施した状態にしてお
く。

【００３８】次に、該メガソニック処理、ないしは低周
波振動の何れかの施された現像カップ１３内にて所定の
現像処理を施した後、該現像カップ内から現像液排出と
同時に純水を流入させて置換させるか、純水の満たされ
た純水カップ内にて洗浄を行う事でリンス洗浄を行う。

【００３９】尚、該純水洗浄の際にも前記同様にメガソ
ニック処理、ないしは低周波振動の何れかの処理を施し
つつ処理を行う。

【００４０】次に、リンス洗浄完了後にウエハ基板を数
千回転以上の回転処理による振切り処理を行うか、もし
くはＩＰＡにて置換を行う事でウエハ表面上からの水分
除去を行う。なお、図２において、１４ａは現像タンク
１７中の現像液１８を現像液配管１４ｂから吐出する現
像液吐出ノズルであり、１５は純水吐出ノズルである。

【００４１】上記、第１、第２の何れかの方法を採る事
によりパドリング形成時、ならびにパドリング中のマイ
クロバブル抑制を図る事が可能となり、局所的現像不良
を抑制可能となる。

【００４２】又、パドリング後から純水洗浄に至るリン
ス工程に於いても前記同様にマイクロバブル抑制効果を
得る事による現像後の残存溶解物のリンス効果促進を図
る効果を得る事によるスカム抑制を図る効果を併せもた
せる事が可能となる。

【００４３】

【発明の効果】本願の各請求項記載の発明に依れば、現
像処理工程に於ける現像液パドリング形成時、パドリン
グ現像処理中、ならびに純水吐出時のリンス処理時のマ
イクロバブル抑制効果を得る事により現像不良抑制、ス
カム発生抑制効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施の形態を説明する構造
図である。

【図２】本発明による第２の実施の形態を説明する構造
図である。

【図３】従来方法を説明する構造図である。

【符号の説明】

１，１１，１０１ ウエハ基板 ２，１０２ ウエハチャック ３，１３，１０３ 現像カップ ４ａ，１４ａ，１０４ａ 現像液吐出ノズル ４ｂ，１４ｂ，１０４ｂ 現像液配管 ５，１５，１０５ 純水吐出ノズル、配管 Ａ，Ｂ 低周波振動機構、もしくはメガソニック ７，１７，１０７ 現像液タンク ８，１８，１０８ 現像液

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置のフォトリソグラフィー工程
   におけるＴＭＡＨを主成分とするアルカリ水溶液を用い
   て現像処理を施す工程にて、回転自在のウエハチャック
   上に真空吸着にて半導体基板を保持した後、該半導体基
   板より上方向に位置する現像ノズルより現像液吐出を行
   い、半導体基板上に現像液を形成する事で所望時間の現
   像処理を行った後に純水吐出にてリンス洗浄を行う工程
   に於いて、 現像液供給タンク、該現像液供給タンクから現像液吐出
   ノズルに至る配管の何れか、もしくは双方の任意箇所か
   ら低周波振動、もしくはメガソニック処理を施し、且つ
   ウエハ基板上に現像液から成るパドリング形成、ならび
   に純水吐出によるリンス洗浄の際に低周波振動、もしく
   はメガソニック処理を施して現像処理が行われる事を特
   徴とするフォトリソグラフィー工程における現像処理方
   法。
2. 【請求項２】 半導体装置のフォトリソグラフィー工程
   におけるＴＭＡＨを主成分とするアルカリ水溶液を用い
   て現像処理を施す工程にて、現像液の満たされた現像カ
   ップ層内に単一、もしくは複数枚からなるウエハを浸漬
   して所望時間の現像処理を行った後、該現像カップ層内
   の現像液を排出すると共に純水供給を行う事でリンス洗
   浄を行うか、もしくは現像液カップ層から純水の満たさ
   れた純水層に移動の後にリンス洗浄を行うかの何れかの
   方法により現像、リンス処理を行い、前記処理終了後に
   乾燥処理を行う工程に於いて、 現像液供給タンク、該現像液供給タンクから現像液吐出
   ノズルに至る配管の何れか、もしくは双方の任意箇所か
   ら低周波振動、もしくはメガソニック処理を施し、且つ
   ウエハ基板の浸漬される現像カップ層、ならびに純水層
   に低周波振動、もしくはメガソニック処理を施して現
   像、リンス処理が行われる事を特徴とするフォトリソグ
   ラフィー工程における現像処理方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のフォトリソグラフ
   ィー工程における現像処理方法に於いて施される低周波
   振動、もしくはメガソニック処理は、少なくともパドリ
   ング形成完了、もしくは現像液カップ層にウエハが浸漬
   終了するまでと、現像完了から純水吐出による置換完
   了、もしくは純水層に浸漬される事での置換完了までの
   双方を含み、残る工程に於いては常時、もしくは間欠的
   に施される事を特徴とするフォトリソグラフィー工程に
   おける現像処理方法。