(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポジ型のレジスト層に所定パターンを露光したのち、前記レジスト層を現像する前に、前記レジスト層の表層を部分的に紫外線照射して溶解速度を部分的に速めることによって所定パターンを形成していない未露光領域における前記レジスト層の表層の溶解速度に面内分布を形成することを特徴とする現像方法。
【請求項２】
ポジ型のレジスト層に所定パターンを露光したのち、前記レジスト層を現像する前に、前記レジスト層の表層を段階的に紫外線照射して溶解速度を段階的に速めることによって所定パターンを形成していない未露光領域における前記レジスト層の表層の溶解速度に面内分布を形成することを特徴とする現像方法。
【請求項３】
所定のパターンを露光したポジ型のレジスト層の溶解速度に面内分布を形成するための互いに異なった光透過分布特性を有する複数のフィルタを備えたフィルタ可動レボルバーを有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は現像方法及び露光装置に関するものであり、特に、レジストの現像処理工程における半導体ウェハ面内の現像速度分布のばらつきを補正することを目的とした現像方法、及び、その工程に用いる露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の向上に伴い、パターンルールの微細化が要求されており、そのため寸法制御にも高い精度が要求され、半導体ウェハ面内のパターン寸法を均一にする必要に迫られている
【０００３】
従来のフォトリソグラフィー工程においては、まず、半導体ウェハ上に塗布されたレジスト層を、要求する設計パターンに従って部分的に露光し、ポジ型レジストの場合には、感光された部分を現像液により溶解してパターンを形成している。
【０００４】
この様な現像工程においては、レジスト層を塗布した半導体ウェハ上に、半導体ウェハを回転しながら、ノズルより現像液を滴下し、半導体ウェハ上に液盛りして回転によって現像液を半導体ウェハ面全体に拡げて現像することが一般に行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様な回転滴下による現像法においては、現像後のレジストパターン寸法が、図５に示す様に半導体ウェハ面内で異なってしまうという問題がある。
【０００６】
図５参照
図５は、レジストパターンの線幅の半導体ウェハ面内分布を０．０１μｍ単位で示したもので、半導体ウェハ５１の中心部における線幅が０．３２〜０．３３μｍである場合、周辺部に行くにしたがって線幅が太くなる傾向が見られ、半導体ウェハ５１の周辺部における線幅は０．３７〜０．３８μｍで、中心部に比べて、０．０６μｍ、即ち、約１８％程度太くなっている。
【０００７】
この場合の現像液滴下用のノズルは、ウェハセンターに設置したものや、中心からずらして配置したもの、或いは、複数本設けたもの等、各種あるが、例えば、ポジ型レジストの場合には、ノズルから現像液が滴下されて最初に当たる点、即ち、半導体ウェハの中心部の線幅が細くなる傾向がある。
【０００８】
この原因は、色々考えられるが、まず、現像液の浸食のタイム・ラグにより現像液量に半導体ウェハ面内分布が生ずるため、即ち、最初に現像液と接触する半導体ウェハ５１の中心部がより現像されるため、線幅が細くなると考えられる。
【０００９】
また、ノズルから現像液が出て当たる箇所、即ち、半導体ウェハ５１の中心部において、現像液によるレジスト層に対する物理的ダメージが生じ、現像後の線幅にばらつきが発生するものと考えられる。
【００１０】
さらに、回転により現像液を拡る際に、現像液の拡がりに微小な分布があるため、これが現像液量の半導体ウェハ面内分布となって、線幅にばらつきが生ずるものと考えられる。
【００１１】
したがって、本発明は、現像工程におけるレジストパターン寸法のウェハ面内分布を低減させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）参照
（１）本発明は、現像方法において、ポジ型のレジスト層１に所定パターンを露光したのち、レジスト層１を現像する前に、レジスト層１の表層を部分的に紫外線照射して溶解速度を部分的に速めることによって所定パターンを形成していない未露光領域のレジスト層１の表層の溶解速度に面内分布を形成することを特徴とする。
【００１３】
この様に、回転滴下に伴う現像後のレジストパターン寸法の面内ばらつきを補正する様に、レジスト層１の表層の溶解速度に面内分布を形成することにより、フォトリソグラフィー工程の精度を高めることができる。
【００１４】
この場合、ポジ型のレジスト層１の表層に紫外線を照射することによって、照射された部分の溶解速度を部分的に速めること、即ち、ウェハの周辺部を高溶解速度部２とすることによって、回転滴下に伴う現像後のレジストパターン寸法の面内ばらつきを効果的に補正することができる。
【００１５】
（２）本発明は、現像方法において、ポジ型のレジスト層１に所定パターンを露光したのち、レジスト層１を現像する前に、レジスト層１の表層を段階的に紫外線照射して溶解速度を段階的に速めることによって所定パターンを形成していない未露光領域のレジスト層１の表層の溶解速度に面内分布を形成することを特徴とする。
【００１６】
或いは、紫外線の照射を段階的に、即ち、例えば、４段階にする場合には、ウェハの周辺部より高溶解速度部２−中高溶解速度部４−中低溶解速度部５−低溶解速度部３の様に、同心円状の分布を有する様にすることによって、回転滴下に伴う現像後のレジストパターン寸法の面内ばらつきをより効果的に補正することができる。
【００１７】
（３）また、本発明は、露光装置において、所定のパターンを露光したポジ型のレジスト層１の溶解速度に面内分布を形成するための互いに異なった光透過分布特性を有する複数のフィルタを備えたフィルタ可動レボルバーを有することを特徴とする。
【００１８】
現像装置のノズルの形状や、ウェハの回転数等の違いに起因して、レジストパターン寸法の面内ばらつきが異なるウェハを現像する際に、予め、各ウェハの面内ばらつきに対応する異なった光透過分布特性を有する複数のフィルタを備えたフィルタ可動レボルバーを設けることによって、異なった種類のウェハの現像に容易に対処することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の第１の実施の形態を図２を参照して説明する。
図２（ａ）参照
図２（ａ）は、第１の実施の形態に用いる露光装置の概略的構成を示す図であり、半導体ウェハ１１を載置するステージ１２、ｉ線（３６５ｎｍ）を中心としたブロードバンドの紫外線を発生するＨｇランプ１３、Ｈｇランプ１３からの光を反射して半導体ウェハ１１に照射する楕円ミラー１４、照射する紫外線強度に分布を形成するフィルタ１５から構成される。
【００２０】
図２（ｂ）参照
このフィルタ１５は、周辺部を構成する１００％透過ガラス１６と、中心部を構成する５０％減衰色付きガラス１７とによって構成され、例えば、５００ｍＷ／ｃｍ-3の紫外線を照射した場合に、中央部においては２５０ｍＷ／ｃｍ-3の光が照射されることになる。
【００２１】
図２（ｃ）参照
まず、ｉ線ポジレジストを回転塗布した半導体ウェハ１１に、ステッパーを用いて所定回路パターンを露光したのち、９０℃で９０秒間ベークを行い、次いで、図２（ａ）に示した露光装置を用いて、５００ｍＷ／ｃｍ-3の紫外線をフィルタ１５を介して部分的に１０秒間照射することによって、半導体ウェハ１１に塗布したレジスト層表面の周辺部は高溶解速度部１８となり、中央部は低溶解速度部１９となる。
【００２２】
なお、この紫外線照射によって、所定回路パターンが露光された領域は既に露光されているので影響を受けないが、所定回路パターンが露光されていない未露光領域の表面の溶解速度が紫外線の照射量に応じて変化することになる。
【００２３】
次いで、２．３８％のＴＭＡＨ（ＴｅｔｒａＭｅｔｈｙｌｅ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  ＨｙｄｒｏＯｘｙｃｉｄｅ）水溶液からなる現像液を、半導体ウェハ１１を回転させながら６秒間滴下させたのち、７０秒間停止させ、次いで、半導体ウェハ１１を回転させながら１５秒間純水を滴下することによって現像液を除く。
【００２４】
この場合、露光量３０％の変化に対して線幅が１０％変化するレジスト、即ち、Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｌａｔｉｔｕｄｅが３０％のレジストを用いた場合には、露光量が５０％変化した場合には、線幅が約２０％変化するので、図５の様な線幅分布に対して、０．０６μｍの線幅差を故意に操作することができ、線幅の面内分布を緩和することができる。
【００２５】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。
図３（ａ）参照
図３（ａ）は、第２の実施の形態に用いるフィルタ２０を表すものであり、周辺部から中央部にかけて、１００％透過ガラス２１−１０％減衰色付きガラス２２−３０％減衰色付きガラス２３−５０％減衰色付きガラス２４の様に段階的分布を持つ様に構成されている。
【００２６】
図３（ｂ）参照
まず、ｉ線ポジレジストを回転塗布した半導体ウェハ１１に、ステッパーを用いて所定回路パターンを露光したのち、９０℃で９０秒間ベークを行い、次いで、図２（ａ）に示した露光装置を用いて、５００ｍＷ／ｃｍ-3の紫外線をフィルタ２０を介して部分的に１０秒間照射することによって、半導体ウェハ１１に塗布したレジスト層表面は、周辺部から中央部にかけて、高溶解速度部２５−中高溶解速度部２６−中低溶解速度部２７−低溶解速度部２８の様に、段階的な溶解速度分布が形成される。
【００２７】
次いで、第１の実施の形態と同様に、２．３８％のＴＭＡＨ水溶液からなる現像液を、半導体ウェハ１１を回転させながら６秒間滴下させたのち、７０秒間停止させ、次いで、半導体ウェハ１１を回転させながら１５秒間純水を滴下することによって現像液を除く。
【００２８】
この場合も、Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｌａｔｉｔｕｄｅが３０％のレジストを用いた場合には、露光量が５０％変化した場合には、線幅が約２０％変化するので、図５の様な線幅分布に対して、最大０．０６μｍの線幅差を故意に操作することができ、線幅の面内分布をより高精度に緩和することができる。
【００２９】
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態に用いるスキャン方式露光装置の概略的構成を説明する。
図４参照
このスキャン方式露光装置は、Ｈｇランプ１３からの紫外線の形状を円弧スリット状光束３９に変化させてフィルタ１５に導く、楕円ミラー１４、ミラー３０，３１、フライアイレンズ３２、ミラー３３、レンズ３４、及び、ミラー３５からなる光学系、互いに異なった紫外線透過性分布を有するフィルタ１５を複数個（図の場合には４個）備えたフィルタ可動レボルバー２９、半導体ウェハ１１を載置するステージ１２、及び、ステージ１２上の半導体ウェハ１１にフィルタ１５からの紫外線を照射する台形レンズ３６、凹面鏡３７、及び、凸面鏡３８からなる光学系によってその概略が構成される。
【００３０】
この場合、円弧スリット状光束３９をフィルタ１５上でスキャンニングすることによって、半導体ウェハ１１を光強度分布を形成した円弧スリット状光束３９で矢印で示す様にスキャンニングするものである。
【００３１】
また、この場合の各フィルタ１５は、紫外線透過分布の段階が互いに異なったもの、例えば、２段階、３段階、４段階、及び、５段階のフィルタ、或いは、同じ段階でも各透過率領域の相対面積が異なるもの、或いは、同じ段階でも各領域における透過率の関係が異なるもの、即ち、減衰率が０−１０−３０−５０の組み合わせ、０−２０−４０−６０の組み合わせ等を、製造工程に組み込んでいる各種の現像装置のノズルの形状やスピナーの回転数等に応じて予め各種設定しておき、半導体ウェハを実際に現像する現像装置に応じて、フィルタ１５を選択すれば良いので、各種の状況に容易に対応することができる。
【００３２】
なお、上記の各実施の形態の説明においては、フィルタの減衰率分布を２段階（部分的）或いは４段階（段階的）にしているが、用いるレジストの特性、或いは、現像装置の特性に応じて任意の段階数に適宜設定しても良く、また、同じ段階数でも各領域の相対面積、或いは、各領域の相対減衰率を適宜変化させても良い。
【００３３】
また、上記の第１の実施の形態の説明においては、１００％透過ガラスと５０％減衰色付きガラスでフィルタを構成しているが、１００％透過ガラスと１００％減衰遮光板で構成しても良い。
【００３４】
また、本発明の露光装置或いはキュア装置は、単独で構成しても良いし、或いは、現像装置とゲートバルブ等を介してインライン接続しても良いし、さらには、現像装置と一体化しても良い。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、レジスト層の表面に溶解速度の分布を形成することにより、現像液の浸食のタイム・ラグや現像液による物理的ダメージ等による現像ムラを補償し、現像時の全体的な溶解速度を均一化することができるので、パターン寸法の正確な制御が可能になり、半導体集積回路装置の高集積化、製造歩留り向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に用いるスキャン方式露光装置の説明図である。
【図５】従来の現像工程における線幅の半導体ウェハ面内分布の説明図である。
【符号の説明】
１  レジスト層
２  高溶解速度部
３  低溶解速度部
４  中高溶解速度部
５  中低溶解速度部
１１  半導体ウェハ
１２  ステージ
１３  Ｈｇランプ
１４  楕円ミラー
１５  フィルタ
１６  １００％透過ガラス
１７  ５０％減衰色付きガラス
１８  高溶解速度部
１９  低溶解速度部
２０  フィルタ
２１  １００％透過ガラス
２２  １０％減衰色付きガラス
２３  ３０％減衰色付きガラス
２４  ５０％減衰色付きガラス
２５  高溶解速度部
２６  中高溶解速度部
２７  中低溶解速度部
２８  低溶解速度部
２９  フィルタ可動レボルバー
３０  ミラー
３１  ミラー
３２  フライアレンズ
３３  ミラー
３４  レンズ
３５  ミラー
３６  台形ミラー
３７  凹面鏡
３８  凸面鏡
３９  円弧スリット状光束
５１  半導体ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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