(57)【要約】現像室（２０）内で半導体ウェハ（２２）上のフォトレジスト層（３０）を現像する方法は、フォトレジスト層（３０）に現像液を与える段階，フォトレジスト層（３０）に蒸発性の溶液（３２）を与える段階およびウェハ（２２）を乾燥する段階を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像室（２０）内で半導体ウェハ（２２）上のフォトレジスト層（３０）を現像する方法であって：
フォトレジスト層（３０）に現像液を与える段階；
前記フォトレジスト層（３０）に蒸発性の溶液を与える段階；および
前記フォトレジスト層（３０）を乾燥する段階；
を含む方法。
【請求項２】
前記蒸発性の溶液（３２）がアルコールと水とを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。前記アルコールが、イソプロパノール，ｎブチルアルコール，ｔブチルアルコール，ペンタノールおよびヘキサノールからなる群から選択されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項３】
前記現像室（２０）内でアルコール蒸気を与える段階であって、このアルコール蒸気がフォトレジスト・ライン（３０）間の表面張力を減ずるに充分な組成を有する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項４】
前記蒸発性の溶液がフォトレジスト・ライン（３０）間の表面張力を減ずるに充分な濃度のアルコールを含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記フォトレジスト層（３０）を溶解させないようにするために、前記蒸発性の溶液が充分な濃度の水を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記フォトレジスト層（３０）が、長さ１３０ナノメーター以下のフォトレジスト構造をもたらすように現像されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記蒸発性の溶液（３２）を与える前に前記フォトレジスト層（３０）に水リンス液を与える段階をさらに含み、前記蒸発性溶液は前記フォトレジスト層（３０）上の水の大部分を置き換えるのに十分なアルコールを含む、ことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項８】
前記蒸発性の溶液（３２）が、重量にして１０％ないし７０％のアルコールを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。前記蒸発性の溶液（３２）が、重量にして３０％ないし９０％の水を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願との相互参照】
【０００１】
本出願は、２００１年３月１４日出願の米国仮出願第６０／２７５，８５２号に基づく利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に集積回路（ＩＣ：integrated circuit）の製造工程に関する。さらに詳しくは、本明細書は、半導体基板上のフォトレジスト層を現像するための改良されたシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体産業は、より小さなチップ面積に、ますます高い密度を有する半導体集積回路を製造し続ける。大規模な集積に対する要求は、回路の寸法と装置の機能部を引き続き小さくして、製造コストを低減し、回路の機能性を高めることにつながる。電界効果トランジスタ内でゲート長などの構造部の寸法を小さくする能力は、リソグラフィ技術により決まり、その技術は、フォトレジストを露光するために用いる光の波長に依存する。現在のＩＣ製造工程では、光学装置は、２４８ｎｍ（ナノメートル）の波長を持つ光にフォトレジストを露光させる。研究開発機関では、１９３ｎｍの波長を持つ光の実験を行っている。さらに次世代のリソグラフィ技術は、間違いなく１５７ｎｍの波長を持つ放射光に向かって進み、極短紫外光（EUV: Extreme Ultra-Violet）リソグラフィに用いられるようなさらに短い波長（たとえば１３ｎｍ）に向かうことになろう。
【０００４】
従来のリソグラフィック工程では、半導体ウェハにフォトレジストをコーティングし、回路パターンとともに光に露光した後で、現像液をフォトレジストに塗布してフォトレジストを部分的に除去する。現像液は水リンス液で除去され、回転工程により乾燥させてから、次のエッチングに進む。
【０００５】
プリント済み構造の寸法をさらに小さくする際の障害の１つは、水リンス液と乾燥の段階によって起こるフォトレジスト・ライン間または他のフォトレジスト構造間のパターン崩壊である。図１および図２は、このような従来の技術により起こる問題を示す。図１では、フォトレジスト・ライン１２を有するウェハ１０が図示される。すすぎ段階の後、乾燥直前のすすぎ水１４が示される。水固有の凝集力と接着力のために、水が蒸発するに従ってフォトレジスト・ライン１２間に表面張力が起こる。乾燥段階の間は、図２に示すように、細かいフォトレジスト・ライン１２が表面張力により横方向に引っ張られて、パターン崩壊を起こし、それに由来するエッチング部を損なう。
【０００６】
現在、パターン崩壊はプリント済み構造の寸法を制限することで回避される。提案される解決策の１つは、すすぎ液（すなわち第３ブタノール）をフリーズドライすることである。しかし、この方法には時間がかかり、結果として処理量（スループット）が小さくなる。この方法をバッチ処理で行うことはできるが、工程が複雑になる。提案される別の解決策としては、ペルフルオロヘキサンをリンス液として用いることである。しかし、ペルフロオロヘキサンは廃棄することが困難である。パターン崩壊が軽減される、あるいはなくなれば、より幅の狭い構造をプリントすることができるようになり、より速いマイクロプロセッサ速度と基板上のより高い素子密度とが可能になる。
【０００７】
従って、フォトレジスト層を現像するための改良されたシステムおよび方法が必要である。さらに、パターン崩壊を軽減またはなくするためにフォトレジスト層を現像するシステムおよび方法が必要である。さらに、フォトレジストの現像中に水リンス液により起こる表面張力を小さくするためのシステムおよび方法が必要である。以下の教示は、添付の請求項が１つまたはそれ以上の上記の必要性を達成するか否かに関わらず、請求項の範囲に入る実施形態をカバーするものである。
【発明の開示】
【０００８】
一実施形態における、現像室内の半導体ウェハ上でフォトレジスト層を現像する方法は、フォトレジスト層に現像液を与える段階，フォトレジスト層に蒸発性の溶液（evaporating solution）を与える段階およびフォトレジスト層を乾燥させる段階を含む。
【０００９】
別の実施形態における、半導体ウェハ上のフォトレジスト層をパターニングする方法は、フォトレジスト層を露光させる段階，フォトレジスト層の一部分をフォトレジスト現像液で現像して、それによってウェハ上にフォトレジスト・ラインが残るようにする段階，フォトレジスト層の現像済み部分をアルコール・リンス液ですすぐ段階およびウェハを乾燥させる段階を含む。
【００１０】
さらに別の実施形態における、半導体基板上の集積回路は、フォトレジスト層を半導体基板に設ける段階，フォトレジスト層を露光させる段階，フォトレジスト層の一部分をフォトレジスト現像液で現像し、それによってウェハ上にフォトレジスト・ラインが残るようにする段階，フォトレジスト層の現像済み部分をアルコール・リンス液ですすぐ段階およびウェハを乾燥させる段階を含むフォトリソグラフィック工程により製造されるデバイスを備える。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図３を参照して、パターン崩壊を軽減させたフォトレジスト層を現像するためのシステムおよび方法を説明する。従来のフォトリソグラフィック技術をまず用いて、第１段階でフォトレジストの層を半導体ウェハ２２に（すなわちウェハ２２上か、あるいはウェハ２２上方の層に）与え、次にフォトレジスト層をマスクを通じて露光させることにより、半導体ウェハ２２上にフォトレジスト層をパターニングする。ウェハ２２は、シリコン，ゲルマニウムなどで構成され、さらに絶縁性，半導性などを有するものとすることができる。光源は、２４８ｎｍ，１９３ｎｍ，１５７ｎｍ以下（たとえばＥＵＶ波長）を有するエキシマ・レーザを用いることができる。他の波長も考察される。エキシマ・レーザは、ＫｒＦレーザ，ＡｒＦレーザまたはＦ２レーザである。本明細書に説明するシステムおよび方法は、１３０ｎｍ以下の長さのプリント構造を造るために、１９３ｎｍ以下の波長を有するエキシマ・レーザを利用することができるという利点を有する。
【００１２】
フォトレジスト層が露光されると、半導体ウェハ２２は現像室２０に入れられる。現像段階において、フォトレジスト層の一部分が半導体ウェハ２２から除去される。フォトレジスト層は、ポジティブのフォトレジスト層でもネガティブのフォトレジスト層でもよい。現像段階は、浸漬現像，バッチまたは単独ウェハ方式の噴霧現像，パドル現像または他の現像法により実行することができる。図３にはパドル現像法を示す。
【００１３】
まず、一定量の現像液を現像液ディスペンサ２４から半導体ウェハ２２上に吐出する。コンピュータ２６が、量，速度および現像液ディスペンサ２４の時間を制御する。当技術分野で周知の、あるいは今後開発される多様な現像液のうち任意のものを利用することができる。たとえば、水で希釈したアルカリ液，有機溶剤などである。現像液が所定の時間の間、フォトレジスト層を現像した後で、現像動作が停止され、フォトレジスト層の一部分がすすぎ段階の間に除去される。
【００１４】
リンス液ディスペンサ２８は、コンピュータ２６の制御を受けて、半導体ウェハ２２上と、その上のフォトレジスト層上とにリンス液の流れを送り出す。蒸発性の溶液（たとえばアルコール・リンス液）が半導体ウェハ２２上のフォトレジスト層に送られる。他の蒸発性の溶液を用いることもできる。蒸発性の溶液は表面張力が低く（たとえば水の表面張力より小さい）、フォトレジストを実質的に溶解させないことが好ましい。アルコール・リンス液は、アルコールを含む任意の組成のリンス液である。アルコール・リンス液は、１００％のアルコールであっても、水（たとえば脱イオン水，蒸留水など）とアルコールの両方を含んでいるものでもよい。イソプロパノール，ｎブチルアルコール，ｔブチルアルコール，ペンタノール，ヘキサノールなど様々な種類のアルコールを用いることができる。アルコール・リンス液は現像液がフォトレジスト層の一部分を除去した後に残るフォトレジスト・ライン間の表面張力を小さくするために充分な濃度のアルコールを含むことが好ましい。
【００１５】
図４を参照して、半導体ウェハ２２の断面図が図示される。現像段階の後に残るフォトレジスト層の部分が、フォトレジスト・ライン３０として示される。乾燥前のアルコール・リンス液３２が図示される。アルコール・リンス液３２は特に、本実施形態においては、フォトレジスト・ライン３０間の表面張力を小さくするために充分な濃度のアルコールを含む。アルコールの種類により、これは重量にして１０％ないし７０％のアルコールである。たとえば、アルコールと水の混合物を用いることもできる。さらに、アルコール・リンス液３２は、アルコール・リンス液３２がフォトレジスト・ライン３０を溶解させないように、充分な濃度の水（たとえば重量にして３０％ないし９０％の水）を含むことが好ましい。好適には、アルコール・リンス液３２の中には充分な濃度のアルコールと水とが存在して、表面張力を最小限に抑えながら、アルコール・リンス液３２がフォトレジストの形状および／または寸法に影響を与えないようにする。さらに、アルコールはペルフルオロヘキサンよりも廃棄が容易である。
【００１６】
別の実施形態においては、まず半導体ウェハ２２に純水リンス液を与え、次に上記の如くアルコール・リンス液を与える。アルコール・リンス液は、与えられた水リンス液の大半を置換するだけの充分なアルコールを含む。アルコール・リンス液の前に純水リンス液を用いる実施形態においては、アルコール・リンス液はウェハ２２の表面と、隣接するフォトレジスト・ライン間または他の構造との間にある水の大半を置換するだけの充分な量のアルコールを含む。アルコールが純水リンス液と置き換わると、表面張力は小さくなるか、あるいはなくなる。表面張力は、アルコール濃度の低いアルコール・リンス液により多少は減じられるか、あるいは、アルコール濃度の高いアルコール・リンス液により大幅に減じられる。好ましくは、アルコール・リンス液３２のアルコール濃度は、フォトレジスト材料がほとんど、または全然溶解あるいは変形しない程度である。フォトレジストの形状または寸法に影響を与えずに表面張力を小さくする、水に対するアルコールの濃度（たとえば、水に対して重量にして約１０％ないし７０％のアルコール）が選択されることが好ましい。
【００１７】
図５を参照して、次の乾燥段階がモータ３４を介しコンピュータ２６からの制御下で行われる。コンピュータ２６は、モータ３４を駆動して半導体ウェハ２２を回転させ、現像液，現像済みのフォトレジスト材料およびアルコール・リンス液３２を、蒸発，物理的排除あるいはその組み合わせによって除去する。様々な濃度および組成の水および／またはアルコール・リンス液のうち１つ以上を、モータ３４による回転乾燥の前，途中あるいはその後で塗布することができる。現像室２０内を加熱するまたは真空にするなどの、他の乾燥方法も考察される。一実施形態において、ウェハ２２は毎分４０００回転で約２０秒間回転乾燥される。
【００１８】
フォトレジスト・ライン３０は、もはや崩壊しないという特長を有する。従来技術によるシステムでは、フォトレジスト・ライン３０間に水リンス液が存在する状態で半導体ウェハ２２を乾燥させると、パターン崩壊が起こった。本明細書に開示される実施形態によりアルコール・リンス液を利用することで、表面張力が小さくなる、あるいはなくなるという利点が得られる。
【００１９】
さらに有利な実施形態により、コンピュータ２６は乾燥段階の前またはその途中で現像室２０内の環境を制御することができる。コンピュータ２６は、環境ディスペンサ３６を介し、現像室２０内の湿度とアルコール蒸気濃度とを制御することができる。現像室２０内の湿度およびアルコール蒸気濃度が最適化され、半導体ウェハ２２上のアルコール・リンス液の表面張力が小さくなる。
【００２０】
再び図５を参照して、本明細書に開示される改善された現像システムおよび方法によって、アスペクト比の高い（好ましくは３より大きい）フォトレジスト・ライン３０を形成することが可能になり、それにより、半導体ウェハ２２上に以前可能であったものよりも幅の狭い構造をエッチングすることができる。たとえば、１３０ｎｍ以下（好ましくは６０ｎｍ以下）のプリント構造サイズまたは限界寸法（ＣＤ：critical dimension）を持つ構造をパターン崩壊を起こさずに作ることができる。図５では、半導体ウェハ２２上にフォトレジスト・ライン３０が示されるが、半導体ウェハ２２上に製造される絶縁体，導体，バイア，半導体の種々の層またはレベルや、他の層の上にフォトレジスト・ライン３０を置くこともできる。
【００２１】
さらに別の利点により、きわめて狭い（好ましくは６０ナノメートル未満）、アスペクト比の高いレジスト・ラインをパターン崩壊を起こさずにプリントすることができる。
【００２２】
次に図６を参照して、半導体基板４４上の集積回路４０は、上記に開示されるフォトリソグラフィック工程を用いて製造されるデバイス４２を含む。デバイス４２の１つの構造４６は、この実施形態では１３０ｎｍ以下の長さである。このような構造の長さは、フォトレジスト・ライン３０の高アスペクト比により可能になった。デバイス４２は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：metal-oxide-semiconductor field effect transistor）用のゲートまたは他のデバイスなどの導電性要素とすることができる。１９３ナノメートル以下の波長を持つエキシマ・レーザをこの実施形態では利用することができる。
【００２３】
図面内に図示され、上記に説明される実施形態は好適な実施形態であるが、これらの実施形態は単なる例として提供されたにすぎないことを理解頂きたい。たとえば、所望の結果を得るためにアルコール・リンス液３２に種々のアルコールを用いることができる。さらに、アルコール・リンス液は、現像および／またはすすぎおよび／または乾燥段階の様々な時点で用いることができる。従って、本発明は特定の実施形態に限られず、添付の請求項の範囲内に入る種々の変更に拡大される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明は、添付の図面と共に、詳細な説明によってさらに完全に理解されるであろう。図面内では、同様の参照番号は類似の部分を指す。
【図１】従来の方法による、水リンス液を伴う半導体ウェハの概略断面図である。
【図２】従来の方法による、パターン崩壊を起こした図１の半導体ウェハの概略断面図である。
【図３】一実施形態による現像室の概略図である。
【図４】別の実施形態によるアルコール・リンス液を伴う半導体ウェハの概略断面図である。
【図５】乾燥後の半導体の概略断面図である。
【図６】一実施形態に従った半導体ウェハ上に作成される集積回路の概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月29日(2003.4.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像室（２０）内で半導体ウェハ（２２）上のフォトレジスト層（３０）を現像する方法であって：
フォトレジスト層（３０）に現像液および光を与える段階；
前記フォトレジスト層（３０）を乾燥する段階；
現像済みの前記フォトレジスト層を第１アルコール・リンス液ですすぎ、それにより前記フォトレジスト層を部分的に除去する段階；および
前記フォトレジスト層を第２アルコール・リンス液ですすぐ段階；
を含む方法。
【請求項２】
前記第２アルコール・リンス液（３２）がアルコールと水とを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記アルコール・リンス液が、イソプロパノール，ｎブチルアルコール，ｔブチルアルコール，ペンタノールおよびヘキサノールからなる群から選択されるアルコールを含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記現像室（２０）内でアルコール蒸気を与える段階であって、このアルコール蒸気がフォトレジスト・ライン（３０）間の表面張力を減ずるに充分な組成を有する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１アルコール・リンス液がフォトレジスト・ライン（３０）間の表面張力を減ずるに充分な濃度のアルコールを含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
蒸発性の溶液（３２）が前記フォトレジスト層（３０）を溶解させないようにするために、前記第１アルコール・リンス液が充分な濃度の水を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記第１アルコール・リンス液を与える前に前記フォトレジスト層（３０）に水リンス液を与える段階をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項８】
前記第１アルコール・リンス液（３２）が、重量にして１０％ないし７０％のアルコールを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１アルコール・リンス液（３２）が、重量にして３０％ないし９０％の水を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【国際調査報告】
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