(57)【要約】【課題】レジストパターンの倒壊を抑制する基板処理方法を提供する。【解決手段】本発明の基板処理方法は、基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、レジスト膜を露光する露光工程と、露光工程の後、基板を処理室２０内に収容し、処理室２０の外部で生成したイオンを含むガスを処理室２０内に導入し、イオンを含む雰囲気中でレジスト膜に現像液を供給しレジスト膜を現像する現像工程と、現像工程の後、イオンを含む雰囲気に維持された処理室２０内でレジスト膜にリンス液を供給しレジスト膜を洗浄するリンス工程と、リンス工程の後、レジスト膜を乾燥する乾燥工程とを備えた。【選択図】図１
2011060813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、
前記レジスト膜を露光する露光工程と、
前記露光工程の後、前記基板を処理室内に収容し、前記処理室の外部で生成したイオンを含むガスを前記処理室内に導入し、前記イオンを含む雰囲気中で前記レジスト膜に現像液を供給し前記レジスト膜を現像する現像工程と、
前記現像工程の後、前記イオンを含む雰囲気に維持された前記処理室内で、前記レジスト膜にリンス液を供給し前記レジスト膜を洗浄するリンス工程と、
前記リンス工程の後、前記レジスト膜を乾燥する乾燥工程と、
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記イオンを含むガスは、温度及び湿度が調整された状態で前記処理室内に導入されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記乾燥は、前記処理室内で前記基板を回転させる回転乾燥であり、
前記回転乾燥中も前記処理室内の前記イオンを含む雰囲気を維持することを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、
前記レジスト膜を露光する露光工程と、
前記露光工程の後、前記レジスト膜に現像液を供給し前記レジスト膜を現像する現像工程と、
前記現像工程の後、前記レジスト膜にリンス液を供給し前記レジスト膜を洗浄するリンス工程と、
前記洗浄された前記レジスト膜に対してイオンを含むガスを吹き付けて前記レジスト膜を乾燥する乾燥工程と、
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
前記イオンは前記レジスト膜が帯電した電荷と逆の極性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造方法では、半導体ウェーハ上に被加工膜として複数の物質を堆積し、所望のパターンにパターニングする工程を多く含んでいる。被加工膜のパターニングにあたっては、一般にレジストと呼ばれる感光性物質を被加工膜上に堆積してレジスト膜を形成し、このレジスト膜の所定の領域に露光を行う。次いで、レジスト膜の露光部または未露光部を現像処理により除去してレジストパターンを形成し、さらにこのレジストパターンをマスクにして被加工膜をエッチングし、被加工膜をパターニングする。
【０００３】
露光光源としては、スループットの観点からＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザなどの紫外光が用いられているが、半導体デバイスの微細化に伴いレジストパターンが倒壊する問題が生じている。このレジストパターン倒壊に起因する欠陥を低減するために、多層レジストプロセスの導入によるレジスト薄膜化を行う提案（例えば特許文献１）があるが、レジストパターン倒壊に起因する欠陥を完全に排除するには至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２３３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、レジストパターンの倒壊を抑制する基板処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、前記レジスト膜を露光する露光工程と、前記露光工程の後、前記基板を処理室内に収容し、前記処理室の外部で生成したイオンを含むガスを前記処理室内に導入し、前記イオンを含む雰囲気中で前記レジスト膜に現像液を供給し前記レジスト膜を現像する現像工程と、前記現像工程の後、前記イオンを含む雰囲気に維持された前記処理室内で、前記レジスト膜にリンス液を供給し前記レジスト膜を洗浄するリンス工程と、前記リンス工程の後、前記レジスト膜を乾燥する乾燥工程と、を備えたことを特徴とする基板処理方法が提供される。  
また、本発明の他の一態様によれば、基板上にレジスト膜を形成するレジスト形成工程と、前記レジスト膜を露光する露光工程と、前記露光工程の後、前記レジスト膜に現像液を供給し前記レジスト膜を現像する現像工程と、前記現像工程の後、前記レジスト膜にリンス液を供給し前記レジスト膜を洗浄するリンス工程と、前記洗浄された前記レジスト膜に対してイオンを含むガスを吹き付けて前記レジスト膜を乾燥する乾燥工程と、を備えたことを特徴とする基板処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レジストパターンの倒壊を抑制する基板処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る基板処理方法を示す模式図。
【図４】レジスト膜が帯電した状態を示す模式断面図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る基板処理方法を示す模式図。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る基板処理方法を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す模式図である。この装置は、半導体ウェーハＷを収容可能な処理室２０を有し、その処理室２０内で半導体ウェーハＷに対して現像及びリンス処理が行われる。
【００１１】
処理室２０内にはスピンチャック２５が設けられている。スピンチャック２５は真空チャックであり、その上面に半導体ウェーハＷにおける被処理面の反対側の面（裏面）が真空吸着される。半導体ウェーハＷは、スピンチャック２５上にほぼ水平に吸着保持される。また、スピンチャック２５は下方に延在する回転軸２６を有する。回転軸２６は図示しないモータと連結され、そのモータの駆動力を受けてスピンチャック２５は回転軸２６のまわりに回転可能となっている。
【００１２】
スピンチャック２５の上方には、スピンチャック２５に吸着保持された半導体ウェーハＷの被処理面に対向可能なノズル２２が設けられている。ノズル２２は、処理室２０の外部に設けられた図示しない現像液やリンス液の供給機構と接続されている。スピンチャック２５の周囲及び下方はカップ２１で囲まれ、そのカップ２１の底部は図示しない排液機構と接続されている。
【００１３】
処理室２０の外部には、イオン生成装置（ionizer）３１と温度・湿度調整装置３２が設けられている。
【００１４】
イオン生成装置３１は、例えば放電機構を備え、ガスを放電にさらすことでイオンを生成する。イオン生成装置３１で生成されたイオンは、ガス（例えばエア）と共に温度・湿度調整装置３２へと送られる。
【００１５】
温度・湿度調整装置３２は、ガス搬送室、加温部、加湿部などを備える。ガス搬送室内にはイオン生成装置３１で生成されたイオンを含むガスが導入される。加温部はヒータを有し、そのヒータへの電力供給を制御することでガス搬送室内の温度を調整可能となっている。加湿部は例えば水中にヒータを浸漬させた機構を有し、そのヒータへの電力供給を制御することで、ガス搬送室内への水分蒸発量すなわちガス搬送室内の湿度を調整可能となっている。温度・湿度調整装置３２で所望の温度及び湿度に調整されたイオンを含むガスは、処理室２０内に導入される。
【００１６】
イオンを含むガスは、図示しない送風機構によって、イオン生成装置３１から温度・湿度調整装置３２を介して処理室２０内に導入され、さらに図示しない排気機構により処理室２０外へ排気される。これにより、処理室２０内は、所望の温度及び湿度に調整されたイオンを含むガス雰囲気に維持される。
【００１７】
次に、半導体ウェーハＷに対する現像及びリンス処理を含む本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、基板１１の主面全面に反射防止膜１２が形成され、その反射防止膜１２上にレジスト膜１３が形成される。これらをまとめて半導体ウェーハＷとする。基板１１は例えばシリコン基板である。また、基板１１には、シリコン基板上に絶縁膜、導体膜、半導体膜などの被加工膜が形成された構成も含む。
【００１９】
次に、図示しない露光装置でマスク（レチクル）を用いた選択的露光を行い（図２（ｂ））、所望のパターン潜像をレジスト膜１３に転写する。
【００２０】
露光後、半導体ウェーハＷは、図１に示す処理室２０に搬入され、スピンチャック２５に吸着保持される。半導体ウェーハＷは、レジスト膜１３を上に向けた状態でスピンチャック２５に吸着保持される。
【００２１】
以降、図３に示す現像、リンス及び回転乾燥工程が行われる。
【００２２】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体ウェーハＷを保持したスピンチャック２５を例えば数十から数千ｒｐｍの回転数で回転させた状態で、現像液ノズル２２ａからレジスト膜１３上に現像液３を供給する。半導体ウェーハＷはスピンチャック２５と共に回転し、その半導体ウェーハＷのほぼ中央に供給された現像液３は半径方向に拡がり、半導体ウェーハＷの全面に拡がる。現像液３は、例えばＴＭＡＨ（tetramethylammonium hydroxide）を含む。
【００２３】
そして、スピンチャック２５の回転を停止することで、図３（ｂ）に示すように、表面張力で半導体ウェーハＷの表面上に盛り上がるように現像液３が存在する状態となり、これを所望の時間維持する。
【００２４】
この現像液３により、レジスト膜１３が選択的に除去され、レジスト膜１３がパターニングされる。例えばレジスト膜１３がポジ型の場合には、露光部が現像液３に溶解し、未露光部が残る。この現像後の状態を図２（ｃ）に示す。
【００２５】
次に、図３（ｃ）に示すように、半導体ウェーハＷを保持したスピンチャック２５を例えば数千ｒｐｍの回転数で回転させた状態で、リンス液ノズル２２ｂから半導体ウェーハＷ表面上にリンス液４を供給する。半導体ウェーハＷはスピンチャック２５と共に回転し、その半導体ウェーハＷのほぼ中央に供給されたリンス液４は半径方向に拡がり、半導体ウェーハＷの全面に拡がる。リンス液４としては、例えば純水が用いられる。
【００２６】
この洗浄の後、図３（ｄ）に示すように、半導体ウェーハＷを保持した状態でスピンチャック２５を回転させる回転乾燥（スピンドライ）を行う。この回転乾燥により、半導体ウェーハＷ表面上に残留しているリンス液４を遠心力で半径方向外方へ移動させて半導体ウェーハＷ上から除去する。
【００２７】
レジストパターンの倒壊は、回転乾燥時に起こりやすかった。本願発明者は、その要因の一つとしてレジスト膜の帯電に着目した。回転乾燥工程前までの一連のウェーハ処理工程によって、ウェーハ表面またはレジスト膜１３は図４に模式的に示すように正に帯電する傾向にあり、回転乾燥時には遠心力に加えて、隣接するレジスト膜１３間に正電荷どうしの斥力が作用することからパターン倒壊が起こりやすくなると考えられる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、現像及びリンス処理時の処理室２０内雰囲気をイオン雰囲気にしている。具体的には、前述した図１に示すイオン生成装置３１で、半導体ウェーハＷの帯電電荷（正電荷）の逆極性のマイナスイオンを生成し、そのマイナスイオンを含むガス（例えばエア）を温度・湿度調整装置３２を介して処理室２０内に導入する。これにより、処理室２０内はマイナスイオン雰囲気にされる。
【００２９】
マイナスイオン雰囲気中で現像及びリンス処理を行うことで、半導体ウェーハＷの帯電電荷を中和して消失または低減させることができ、その後の回転乾燥時におけるレジスト膜１３のパターン倒壊を抑制することができる。この結果、半導体ウェーハＷの全面において欠陥のないレジストパターンを形成することができる。また、半導体ウェーハＷの帯電電荷を消失または低減することで、現像やリンス中に処理室２０内に発生するパーティクルが半導体ウェーハＷに付着することも抑制できる。
【００３０】
回転乾燥中のパターン倒壊を防ぐには、回転乾燥前の時点で半導体ウェーハＷの帯電電荷が消失または低減されていればよい。ただし、回転乾燥中に、半導体ウェーハＷと処理室２０内のガス（例えばエア）との摩擦により半導体ウェーハＷが帯電することが起こり得る。このため、回転乾燥もイオン雰囲気中で行うことが望ましい。本実施形態では、リンス後、同じ処理室２０内で続けて回転乾燥を行うため、回転乾燥中も処理室２０内のイオン雰囲気を容易に維持することができ、回転乾燥中の半導体ウェーハＷの帯電を抑制して、確実にパターン倒壊を防ぐことができる。
【００３１】
なお、処理室２０内をイオン雰囲気にする比較例として、処理室２０に例えば針状電極を設けて処理室２０内で放電を起こさせ、処理室２０内に直接イオンを生起させることも考えられる。しかし、この場合、処理室２０内に電極を設けることから処理室２０内構造の複雑化をまねく。また、その電極と半導体ウェーハＷとの間での異常放電による半導体ウェーハＷの破損も懸念される。
【００３２】
これに対して本実施形態では、処理室２０の外部でイオンを生成し、それを処理室２０内に導入することで処理室２０内をイオン雰囲気にする。このため、処理室２０内に電極を新たに設ける必要がなく、既存のいわゆるディベロッパーと称される処理室内の構造をそのまま用いることができる。さらに、処理室２０内で放電を生じさせないことから、異常放電によって半導体ウェーハＷが破損することがない。
【００３３】
また、処理室２０内の温度及び湿度がレジスト膜１３の膜厚や現像の面内均一性に影響を及ぼすことから処理室２０内の温度及び湿度を所望の値に制御する必要がある。しかし、処理室２０内に放電を生じさせる場合、放電による影響で処理室２０内の温度及び湿度が変動しその制御が困難であるという問題がある。
【００３４】
これに対して本実施形態では、イオンを含む状態でガス（例えばエア）の温度及び湿度が温度・湿度調整装置３２によって所望に調整された上で、そのイオンを含むガスが処理室２０内に導入される。このため、処理室２０内雰囲気の温度及び湿度の制御性に優れ、処理品質を向上できる。
【００３５】
本実施形態では、現像及びリンス時、処理室２０内はイオンを含むエア雰囲気とされ、例えばその雰囲気の温度は２５℃、湿度は４０〜５０％に調整される。また、回転乾燥時には、現像及びリンス時よりも高温または低湿に調整される。
【００３６】
前述したように現像、洗浄および乾燥処理を行ってレジスト膜１３をパターニングした後、そのレジストパターンをマスクにして、図２（ｄ）に示すように、反射防止膜１２及び基板１１自体またはその表層の被加工膜のエッチングを行い、基板１１または被加工膜をパターニングする。
【００３７】
次に、図５を参照して、本発明の他の実施形態に係る基板処理方法について説明する。この図５に示す実施形態では、リンス工程と乾燥工程とを同時に行う。
【００３８】
半導体ウェーハＷは前述したスピンチャック２５に吸着保持された状態で回転される。その状態で、リンス液ノズル３５から半導体ウェーハＷの表面に対してリンス液４が供給され、かつブローノズル３６からはイオンを含むガス（例えばエアや窒素ガス）が半導体ウェーハＷの表面に吹き付けられる。
【００３９】
リンス液ノズル３５は、半導体ウェーハＷの中心から半径方向外方へと向かう方向Ａに直線的に移動しつつ、半導体ウェーハＷの表面上にリンス液４を供給する。半導体ウェーハＷは回転していることから半導体ウェーハＷの全面にリンス液４が供給され洗浄が行われる。
【００４０】
ブローノズル３６は、リンス液ノズル３５の方向Ａへの移動に追従するようにして方向Ａに直線的に移動しつつ、半導体ウェーハＷの表面に対してイオンを含むガスを吹き付ける。すなわち、リンス液４によって洗浄された領域にイオンを含むガスが吹き付けられ、半導体ウェーハＷの乾燥処理が行われる。
【００４１】
本実施形態では、半導体ウェーハＷの帯電電荷（例えば正電荷）と逆極性のマイナスイオンを含むガスをブローノズル３６から半導体ウェーハＷに対して吹き付けることで、半導体ウェーハＷの帯電電荷を中和して消失または低減させることができる。これにより、乾燥時におけるレジスト膜１３のパターン倒壊を抑制することができ、半導体ウェーハＷの全面において欠陥のないレジストパターンを形成することができる。
【００４２】
本実施形態においても、現像、リンスおよび乾燥処理時、処理室２０内は所望の温度及び湿度に調整される。ただし、その雰囲気はイオンを含まなくてよい。ブローノズル３６に供給されるイオンを含むガスは処理室２０の外部で生成され、それが図示しないガス供給系統を介してブローノズル３６に送られる。したがって、本実施形態においても、処理室２０内で放電を生じさせないことから、異常放電によって半導体ウェーハＷが破損することがない。さらに、放電による影響で処理室２０内の温度及び湿度が変動することがなく、処理室２０内雰囲気の温度及び湿度の制御性に優れ、処理品質を向上できる。
【００４３】
次に、図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る基板処理方法を示す。
【００４４】
本実施形態においても、イオンを含むガスを半導体ウェーハＷに対して吹き付けることでリンス後の半導体ウェーハＷの乾燥を行う。
【００４５】
イオンを含むガスは、ブローノズル３８から半導体ウェーハＷに向けて吹き付けられる。ブローノズル３８は、図６において紙面を貫く方向に延在し、その下端部にスリット状にガス吹出口が形成されている。ブローノズル３８が方向Ａに移動すると、ガス吹出口は半導体ウェーハＷに対向した状態で半導体ウェーハＷの上方を方向Ａに移動する。イオンを含むガスは、半導体ウェーハＷの被処理面に対して垂直に吹き付けられるのではなく、ブローノズル３８の進行方向Ａ側に向けて斜め下方Ｂに吹き付けられる。
【００４６】
進行方向Ａ側に向けた斜め下方Ｂにイオンを含むガスを吹き出しながら、ブローノズル３８を方向Ａに移動させることで、半導体ウェーハＷ上のリンス液４はブローノズル３８から吹き出すガスに押されながら方向Ａに向けて流動する。このとき、半導体ウェーハＷは回転せず、静止している。
【００４７】
半導体ウェーハＷ表面においてブローノズル３８が通過した領域ではリンス液４が進行方向Ａ側に押しやられて除去される。ブローノズル３８の長手方向長さは半導体ウェーハＷの直径以上であるため、ブローノズル３８が半導体ウェーハＷに対向した状態で半導体ウェーハＷの端から端まで方向Ａに移動することで、半導体ウェーハＷ全面に存在していたリンス液４を半導体ウェーハＷ外へと排出することができる。
【００４８】
そして、本実施形態においても、半導体ウェーハＷの帯電電荷（例えば正電荷）と逆極性のマイナスイオンを含むガスをブローノズル３６から半導体ウェーハＷに対して吹き付けることで、半導体ウェーハＷの帯電電荷を中和して消失または低減させることができる。これにより、乾燥時におけるレジスト膜１３のパターン倒壊を抑制することができ、半導体ウェーハＷの全面において欠陥のないレジストパターンを形成することができる。
【００４９】
さらに、ブローノズル３８に供給されるイオンを含むガスは処理室２０の外部で生成され、それが図示しないガス供給系統を介してブローノズル３８に送られる。したがって、本実施形態においても、処理室２０内で放電を生じさせないことから、異常放電によって半導体ウェーハＷが破損することがない。さらに、放電による影響で処理室２０内の温度及び湿度が変動することがなく、処理室２０内雰囲気の温度及び湿度の制御性に優れ、処理品質を向上できる。
【００５０】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
３…現像液、４…リンス液、１１…基板、１２…反射防止膜、１３…レジスト膜、２０…処理室、２２…ノズル、２２ａ…現像液ノズル、２２ｂ…リンス液ノズル、２５…スピンチャック、３１…イオン生成装置、３２…温度・湿度調整装置、３５…リンス液ノズル、３６…ブローノズル
【図１】
2011060813.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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