(57)【要約】  半導体プロセスの実施例として、フォトレジスト現像の一貫性を保証するため、半導体ウエハ上にフォトレジスト面を塗布する半導体デバイス製造方法がある。フォトレジスト面を露光して、回路パターンを描出する。ウエハは、プロセス装置内に配置する。脱イオン化したＤＩ水をフォトレジスト面に貯留しつつ、ウエハを回転する。プロセス装置（４００）内の分注ノズルから、現像液（４４０、４４１）をフォトレジスト面に貯留し、この現像液をフォトレジスト面上に存在するＤＩ水と混合する。ウエハを第１の低速度で回転をする（４１０）。分注ノズルを、ウエハの中心から端縁まで反復移動させ（４１５，４２５，４３５）、フォトレジスト面を覆う現像液／脱イオンの液溜まりを形成する。この現像液／ＤＩ水の液溜まり（４３３）を、第２の低速度での回転により攪拌し、これによって、フォトレジストを現像する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス装置内で、サブストレート上の露光フォトレジスト面を現像するフォトレジスト面現像方法（３００）において、
サブストレートをテーブルに載置して、このテーブルを回転させるステップ（３１０）と、
前記テーブルの回転中に、分注ノズルから湿潤剤を前記露光フォトレジスト面に貯留させるステップ（３２０）と、
前記露光フォトレジスト面に前記分注ノズルから現像液を貯留させるステップであって、この現像液を前記フォトレジスト面上に存在する前記湿潤剤と混合し、前記ウエハを、第１の低速度で回転させつつ、前記分注ノズルをウエハの中心部からウエハの端縁まで反復移動させるステップ（３３０）を行いつつ、前記露光フォトレジスト面を覆う現像液／湿潤剤の液溜まりを形成する、該現像液貯留ステップと、
前記サブストレート上の前記露光フォトレジスト面を覆う前記現像液／湿潤剤の液溜まりを、第２の低速度での回転によって攪拌して前記現像液／湿潤剤の混合液により前記露光フォトレジストを現像するステップ（３４０）と、
を有することを特徴とする露光フォトレジスト面現像方法。
【請求項２】
請求項１に記載の露光フォトレジスト面現像方法において、さらに、前記サブストレートを高速で回転させつつ、前記露光フォトレジスト面を覆う前記現像液／湿潤剤を、純水ですすぎ洗浄をするステップと、前記ウエハサブストレートをスピン乾燥するステップとを有するものとした、露光フォトレジスト面現像方法。
【請求項３】
前記湿潤剤を、純水とした請求項１に記載の露光フォトレジスト面現像方法。
【請求項４】
請求項１に記載の露光フォトレジスト面現像方法において、前記湿潤剤を、有機水酸化アンモニウム、金属水酸化物、アルコール、アミンおよび界面活性剤を含むグループから選択した少なくとも１つを含む水溶液とした、露光フォトレジスト面現像方法。
【請求項５】
請求項１に記載の露光フォトレジスト面現像方法において、前記現像液を、テトラメチル水酸化アンモニウムおよび金属水酸化物を含むグループから選択した少なくとも1つを含む水溶液とした、露光フォトレジスト面現像方法。
【請求項６】
半導体ウエハの露光フォトレジスト面を現像するフォトレジスト面現像方法において、
半導体ウエハを回転させつつ、前記露光フォトレジスト面に脱イオン化したＤＩ水を貯留させるステップと、
前記露光フォトレジスト面上に現像液を分注ノズルにより貯留させるステップであって、前記現像液を前記フォトレジスト面に存在する前記ＤＩ水と混合し、前記ウエハを第１の低速度で回転させつつ、前記分注ノズルをウエハの中心部からウエハの端縁まで反復移動させ、前記フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを形成する、該現像液貯留ステップと、
前記サブストレート上の前記露光フォトレジスト面を覆う前記現像液／湿潤剤の液溜まりを、第２の低速度での回転によって攪拌して、前記現像液／湿潤剤の混合液により前記露光フォトレジストを現像する、攪拌ステップと、
前記半導体ウエハを高速で回転させつつ、前記露光フォトレジスト面を覆う前記現像液／湿潤剤を、ＤＩ水ですすぎ洗浄するステップと、
前記ウエハサブストレートをスピン乾燥するステップと、
を有する、露光フォトレジスト面現像方法
【請求項７】
請求項６に記載の半導体ウエハ上の露光フォトレジストを現像する露光フォトレジスト面現像方法において、前記現像液を、テトラメチル水酸化アンモニウムおよび金属水酸化物を含むグループから選択した少なくとも1つを含む水溶液とした、露光フォトレジスト面現像方法。
【請求項８】
半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法において、
フォトレジスト面を半導体ウエハ上に塗布するステップと、
回路パターンを描出するようフォトレジスト面を露光するステップと、
前記半導体ウエハをプロセス装置に配置するステップと、
前記半導体ウエハを回転させるとともに、前記フォトレジスト面上に脱イオン化したＤＩ水を貯留させるステップと、
前記プロセス装置内の分注ノズルから現像液をフォトレジスト面に貯留するステップであって、前記現像液を前記フォトレジスト面に存在する前記ＤＩ水と混合し、前記半導体ウエハを第１の低速度で回転させつつ、前記分注ノズルをウエハの中心部からウエハの端縁まで反復移動させ、前記フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを形成する該現像液貯留ステップと、
前記半導体ウエハ上のフォトレジスト面を覆う前記現像液／ＤＩ水の液溜まりを、第２の低速度での回転により攪拌して、前記フォトレジストを現像する攪拌ステップと
を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体デバイス製造方法において、さらに、前記フォトレジストの現像後に、前記半導体ウエハを高速で回転させつつ、前記フォトレジスト面を覆う前記現像液／ＤＩ水の液溜まりをＤＩ水ですすぎ洗浄するステップと、前記ウエハサブストレートをスピン乾燥するステップとを有するものとした、半導体デバイス製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法によって製造した半導体デバイス。
【請求項１１】
半導体デバイスを製造する製造システムにおいて、
半導体ウエハ上にフォトレジスト面を塗布する手段と、
回路パターンを描出するようフォトレジスト面を露光する手段と、
前記半導体ウエハを回転させるとともに、脱イオン化したＤＩ水をフォトレジスト面に貯留する手段と
前記フォトレジスト面に現像液を分注ノズルにより貯留させる手段であって、前記現像液を前記フォトレジスト面に存在する前記ＤＩ水と混合し、前記ウエハを第１の低速度で回転させるとともに、前記分注ノズルをウエハの中心部からウエハの端縁まで反復移動させ、前記フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを形成する、該現像液貯留手段と、
前記半導体ウエハ上の前記露光したフォトレジスト面を覆う前記現像液／ＤＩ水の液溜まりを、第２の低速度での回転により攪拌して、前記フォトレジストを現像する攪拌手段と
を有することを特徴とする製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体の製造プロセスに関する。特に本発明は、フォトリソグラフィープロセスにおけるフォトレジスト現像の一貫性を増大させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子産業は、半導体技術における進歩に依存して、高機能のデバイスをより小さな面積で実現しようとしている。高機能のデバイスを実現する多くのアプリケーションは、多数の電子デバイスを一つのシリコンウエハ上に集積することを必要とする。シリコンウエハにおける所定の面積当たりの電子デバイスの数が増加すると、製造プロセスはより一層困難になる。
【０００３】
多くの種類の半導体デバイスが多数の学問分野における様々な応用によって製造されてきた。この種のシリコンを基盤とした半導体デバイスは、しばしばｐ−チャネルＭＯＳ（ＰＭＯＳ）、ｎ−チャネルＭＯＳ（ＮＭＯＳ）および相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラートランジスタ、ＢｉＣＭＯＳトランジスタを含む金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。この種のＭＯＳＦＥＴデバイスは、導電ゲートと、シリコン様のサブストレートとの間に絶縁材料を有する。従って、これらのデバイスは、一般的にＩＧＦＥＴ（絶縁ゲートＦＥＴ）と称される。
【０００４】
これらの半導体デバイスは、それぞれ、一般に多数の能動デバイスを形成する半導体サブストレートを有する。能動デバイスの特定構造はデバイスタイプによって異なる。例えば、能動デバイスのＭＯＳトランジスタは、一般にソースおよびドレイン領域、ならびに、ソース領域とドレイン領域との間の電流を調整するゲート電極を有している。
【０００５】
さらにまた、多くのウエハ製造プロセスによるこの種の装置はデジタルデバイスでもアナログデバイスでもよく、例えば、ＣＭＯＳ、ＢｉＣＭＯＳ，バイポーラ等でも良い。サブストレートは、シリコンやガリウム砒素（ＧａＡｓ）あるいは、他のマイクロエレクトロニクス回路を形成するのに適したサブストレートであってもよい。
【０００６】
製造における重要な局面は、デバイス形成、またはフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを用いたデバイス形成の一部分である。フォトリソグラフィにおいて、ウエハサブストレートを、フォトレジストと呼ばれている感光材料で被覆する。次に、ウエハを露光し、このとき、ウエハを照射する光はマスクプレートを通過する。このマスクプレートは、サブストレートに印刷すべき所望の造形形状を規定する。露光後、レジスト被覆したウエハサブストレートを現像する。マスクによって規定した所望の造形形状が、フォトレジスト被覆したサブストレート上で保持される。レジストの露光領域を現像液により洗い流す。規定した所望の造形形状を有するウエハに、エッチングまたはイオン注入の処理を加える。製造プロセスに基づいて、エッチングは、ウエハ材料の除去に液体の化学物質を用いるウェット・エッチングか、ウエハ材料をプラズマにより誘起される無線周波数（ＲＦ）にさらすドライエッチングのいずれかとする。フォトレジストに規定した造形形状に基づいて、イオン注入が局所的なドーピングレベルを規定する。
【０００７】
露光フォトレジストの現像に使用する装置についてのより詳細な説明は、ナカガワらの米国特許第５，８８５，７５５号（発明の名称は、「Developing Treatment Apparatus Used in the Process for Manufacturing a Semiconductor Device, and Method for the Developing Treatment」）に記載されており、これは、半導体デバイス製造プロセスに使用する現像処理装置や現像処理方法に関連し、特に、フォトレジストの現像処理に適用される装置と方法に関連し、フォトレジストを半導体ウエハ上に形成し、リソグラフィプロセスで露光した回路パターンを形成するものである。この特許文献を参考として本明細書に付記する。
【０００８】
デバイスの幾何学的配置形態（ジオメトリ）がサブミクロンの領域に接近するにつれて、フォトリソグラフィのためのウエハの準備はますます重要になる。ウエハ製造の成功に必要なのは、一貫した信頼性の高いフォトレジストの塗布である。ウエハサブストレート上へのフォトレジストの塗布が不適当であると、所定の処理段階を踏んで再処理を行わなければならないこともある。再処理を行うと、製造コストが高くなり、歩留まりが低下するという結果が生じる。
【０００９】
フォトレジストは、しばしば、機械の中で回転するチャックに載せた状態で塗布する。ウエハを、チャック上に装着し、真空装置で保持する。ノズルによって、ウエハ上に計量した分量のレジストを堆積させる。チャックを高速で回転させ、ウエハの表面上の遠心力がウエハ全体にレジストを広げる。多くのパラメータが塗布したフォトレジストの特性を決定する。
【００１０】
レジストの塗布および露光の後に、サブストレートに対して行う現像プロセスは、特に重要である。明らかに、現像液および現像プロセスは、下記の必要条件での半導体製造において極めて重要な役割を果たす。１）リソグラフィプロセスの解像度およびコントラスト；２）プロセスウインドウに関連した焦点（焦点深度）;３）プロセスウインドウに関連した光強度（露出寛容度）;４）ウエハ全体にわたるライン幅の変動が少ないこと;５）隣接するラインのライン幅の変動が少ないこと;６）低欠陥率。
【００１１】
造形形状の臨界寸法（クリティカルディメンジョン：ＣＤ）を一貫して維持することは、アナログ回路やＲＦ回路で重要であり、これら回路では、構成要素が利得、抵抗および他のパラメータの点で適合していなければならない。
【特許文献１】米国特許第５，８８５，７５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
サブストレート上にプリントした隣接するライン相互間で、一貫したライン幅を確保するフォトレジストの現像プロセスを得ることに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、プロセス装置内で、サブストレート上の露光フォトレジスト面現像方法を提供する。この方法は、サブストレートをテーブルに載置して、テーブルを回転させるステップを有する。テーブルの回転中、分注ノズルから、湿潤剤を露光フォトレジスト面に分注させる。現像液が分注ノズルから露光したフォトレジスト面に散布される。現像液をフォトレジスト面の上の湿潤剤と混合させ、また、ウエハを第１の低速度で回転させる。分注ノズルを、ウエハの中心からウエハの縁縁まで反復移動させ、露光フォトレジスト面を覆う現像液／湿潤剤の液溜まりを形成する。露光フォトレジスト面を覆う現像液／湿潤剤の液溜まりを、第２の低速度での回転によって攪拌する。この本発明の実施の形態としては、前記サブストレートを高速で回転させつつ、前記露光フォトレジスト面を覆う現像液／湿潤剤を、純水によりすすぎ洗浄するステップと、およびウエハサブストレートをスピン乾燥するステップとを有する。さらにまた、湿潤剤は、純水、有機水酸化アンモニウム、金属水酸化物、アルコール、アミンおよび界面活性剤よりなるグループから選択した少なくとも１つを含む水溶液とする。また、現像液は、テトラメチル水酸化アンモニウムおよび金属水酸化物を含むグループから選択した少なくとも１つを含む水溶液とする。
【００１４】
本発明の他の発明において、半導体ウエハ上の露光フォトレジスト面を現像する方法を提供する。この方法は、半導体ウエハを回転させつつ、露光フォトレジスト面に脱イオン化したＤＩ水を貯留するステップを有する。現像液を分注ノズルにより露光フォトレジスト面に貯留させる。現像液をフォトレジスト面の上のＤＩ水と混合し、ウエハを第１の低速度で回転させつつ、分注ノズルを、ウエハの中心からウエハの端縁まで反復移動させ、露光フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを形成する。サブストレート上で露光フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを、第２の低速度での回転によって攪拌する。半導体ウエハを高速で回転させつつ、露光フォトレジストを覆う現像液／ＤＩ水を、ＤＩ水ですすぎ洗浄する。半導体ウエハを、スピン乾燥する。
【００１５】
本発明は、さらにもう一つ他の発明として、半導体デバイスを製造する方法を提供する。この製造方法は、半導体ウエハ上にフォトレジスト面を塗布するステップを有する。フォトレジスト面を露光することによって、回路パターンを描出する。半導体ウエハを、プロセス装置内に配置する。フォトレジスト面上に脱イオン化したＤＩ水を貯留するとともに、半導体ウエハを回転させる。プロセス装置の分注ノズルから、現像液をフォトレジスト面に貯留させ、現像液をフォトレジスト面上のＤＩ水と混合させ、半導体ウエハを第１の低速度で回転させつつ、分注ノズルをウエハの中心からウエハの端縁に反復移動させ、フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを形成する。半導体ウエハ上でフォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを、第２の低速度での回転により攪拌し、それによって、フォトレジストの現像を行う。この発明の実施形態として、さらに、フォトレジストの現像後、半導体ウエハを高速で回転させつつ、フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりをＤＩ水ですすぎ洗浄ステップと、ウエハサブストレートをスピン乾燥するステップを有するものとする。
【００１６】
さらに、本発明は、他の発明として、半導体デバイスを製造するシステムを提供する。この製造システムは、フォトレジスト面を半導体ウエハに塗布する手段と、回路パターンを描出するよう同フォトレジスト面を露光する手段と、半導体ウエハを回転させつつ、フォトレジスト面に脱イオン化したＤＩ水を貯留させる手段と、フォトレジスト面に現像液を分注ノズルによりを貯留させる手段であって、この現像液をフォトレジスト面上のＤＩ水と混合し、ウエハを第１の低速度で回転させつつ、分注ノズルをウエハの中心からウエハの端縁まで反復移動させ、フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを形成する、該現像液貯留手段と、半導体ウエハ上で露光フォトレジスト面を覆う現像液／ＤＩ水の液溜まりを、第２の低速度回転により攪拌して、フォトレジストの現像を行う攪拌手段とを備えている。
【００１７】
上記の本発明の開示は、各開示実施例、または、本発明の全ての形態を表すことを目的としたものではない。他の特徴および実施例を、以下に図面につき詳細に説明する。
【００１８】
本発明は、後述の添付図面と関連付けた本発明の各種の実施例の詳細な説明から完全に理解できるであろう。
【００１９】
本発明は、隣接したラインのライン幅の変動を最小化することに有用であることが分かった。このプロセスは、フォトマスクからフォトレジストで被覆したサブストレートにプリントされた造作形状が、サブストレート全体にわたって一貫性のある現像を受けることを保証する。一貫性のある現像は、ウエハ表面上の地形学的影響（topographical effects）を克服することによって成し遂げられ得るが、ここで地形学的影響は、ある造形部分における他の造形部分と比較しての現像液による機械的作用に違いを生じる原因となり、その結果、現像速度の局部的な差をもたらす。ユーザは、露光したサブストレート上に現像液を供給するとき、サブストレート上に貯留した現像液を攪拌する。攪拌により現像液の分布を均等にし、これにより露光したレジストが所定時間にわたって均等に現像される。
【実施例】
【００２０】
レジストプロセスを改良する場合において、現像プロセスによる光強度差を増幅することが望ましい。図1をにつき説明する。実施例プロセス１００において、マスクパターン１０５は、ピークおよび谷として示した光強度分布１１０を有する放射エネルギーによって、サブストレート（図示せず）を露光する。レジスト反応関数１１５ａ、１１５ｂに基づいて、反応は線形１１５ａまたは非線形（例えば「ステップ関数」）１１５ｂとなる。照射量に対し線形の反応速度を示すレジストは、空間画像１２０ａの正弦波反応を（マスク１２５ａから）再生する一方、非線形レジストの反応はマスク１２５ｂから所望のバイナリイメージの最終的なレジスト輪郭（プロファイル）１２０ｂを再生することができる。
【００２１】
マスクパターンと密接に対応する鮮明な輪郭を得るためにより非線形なレジストを使用するにあたり、不均一な現像の効果は最小限にしなければならない。図２Ａにつき説明する。この実施例のプロセスにおいて、フォトレジストで被覆したウエハサブストレート２００は、レジスト面にプリントされた２個の隣接するライン２１０を有する。ノズルからの現像液２０５を、ウエハサブストレート２００に供給する。図２Ｂにつき説明する。現像液はノズル２０５からウエハの端縁に向って流れる。現像液２０５は、外側の影をつけたライン２１０ｂよりも、内側に露出したライン２１０ａにより強い影響を与える。従って、隣接するライン間に系統的なライン幅差を生ずる。このようなライン幅における系統的なずれは、特に、トランジスタ、抵抗およびコンデンサに対するアナログ回路にとって有害である。
【００２２】
図３につき説明する。本発明による実施例において、プロセス３００を用いて、露光したフォトレジスト被覆サブストレートを現像する。プロセス装置内で、現像液供給中における現像液の機械的作用を減らすために、脱イオン化した水を回転するサブストレート上に貯留させる（ステップ３１０）。現像液は、回転するサブストレート上に貯留し、たまる（ステップ３２０）。ウエハを低速度で回転させて完全にかつ均一に被覆するのを確実にするために、現像液の分注ノズルを、サブストレートの中心から端縁まで移動させる（ステップ３３０）。レジストが溶解することによって、現像液は変質する。従って、局部的なレジストの造作形状の違いが、現像速度における局部的な差を生ずる結果となることがある。これらの差は、液溜まりが存在する間に低速度で回転することにより生ずる攪拌によって最小限となる（ステップ３４０）。
【００２３】
さらにまた、ＤＩ（脱イオン化：de-ionized）水は、他の水溶液で代用することもできる。これらの水溶液としては、これらに限定するものではないが、有機水酸化アンモニウム、金属水酸化物、アルコール、アミンおよび界面活性剤がある。特定のプロセスにおいては、四メチル水酸化アンモニア（ＴＭＡＨ）が、適切であるとわかった。
【００２４】
図４につき説明する。本発明による他の実施例において、露光したフォトレジスト被覆サブストレートを現像する。プロセス４００を、多軸プロットグラフで表す。毎分の回転数（ＲＰＭ）を単位とするスピン速度４１０と分注ノズルのアーム位置４３０とを、秒（Ｓ）を単位とする時間４２０に対してプロットしている。この実施例のプロセスにおいて、所望の回路造形形状となるよう印刷したウエハを、現像装置内に配置する。この装置は、スピンする際にウエハを適切な位置に保持する真空テーブルを有する。ウエハは、最初に、ＤＩ水で湿潤する予備的分注を受け（ステップ４４０）、また、約８００ｒｐｍで約５秒〜１０秒間回転する。このスピン速度を、約２５０ｒｐｍに減少し、ウエハ上の露光したフォトレジスト面にＴＭＡＨを（約８秒）分注する（ステップ４４１）。ＤＩ水を、ＴＭＡＨとともに約２秒間液溜めし、この後、約２５０ｒｐｍでＴＭＡＨをさらに１０秒〜１２秒間分注する（ステップ４４２）。このＴＭＡＨの分注ステップ４４２中、分注ノズルの位置を、ウエハの中心からウエハの端縁まで往復移動させる（ステップ４１５）。ＴＭＡＨの分注ステップ４４２の後、ウエハを、約６０秒間、約１０ｒｐｍでスピンさせる。動的な液溜まりによって、造作形状の均等な現像を生じ、特に、図２Ａおよび２Ｂで図示した近接するライン２１０において均等な現像ができる（ステップ４４３）。動的な液溜まり現像ステップ４４３が完了した後、ウエハを、約２０秒間ＤＩ水すすぎ洗浄し、このとき回転速度を約１０ｒｐｍから約１２００ｒｐｍに上昇させる。すすぎ洗浄のためのＤＩ水は現像液で使用したのと同じノズルから、または他の供給源から供給することもできる。すすぎ洗浄の後、ウエハを、約１２００〜約２５００ｒｐｍの速度でのスピン乾燥サイクルを行う。フォトレジストに描出された造形形状が現像された状態で、ウエハを次の処理を受ける準備ができた状態となる。
【００２５】
本発明を、いくつかの特定の実施例を参照して説明してきたが、当業者は、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの変更をすることができると認識できるであろう。それらは、請求項に記載している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】露光に対する非線形なレジスト反応の重要性を示す説明図である。
【図２】従来のプロセスにおける２本の隣接したラインに対してレジスト現像液を流すことによる作用を説明する説明図である。
【図３】本発明による実施例プロセスのフローチャートである。
【図４】本発明による現像方法の一例のプロット線によるグラフである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2008517476.tif 000009
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