CN102193343A - 显影装置和显影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制显影液的使用量且快速地在基板的整个表面上形成显影液的液膜的显影装置和显影方法。该显影装置包括:气密的处理容器,其用于形成处理气氛;调温板,其设在上述处理容器内,用于载置基板;气氛气体供给部,其用于向上述处理容器内供给包含雾沫和蒸气的气氛气体;第1温度调整部,其用于将上述调温板的温度调整为上述显影液蒸气在基板上结露的温度,其中,上述处理容器的内壁的温度被维持为上述显影液蒸气难以在该内壁上结露的温度。

Description

显影装置和显影方法
技术领域
本发明涉及一种对表面涂敷有抗蚀剂且已被曝光的基板进行显影的显影装置和显影方法。
背景技术
在以往的光致抗蚀剂(以下称为抗蚀剂)的显影处理中,自喷嘴向涂敷了抗蚀剂且沿规定的图案(Pattern)曝光的半导体晶圆(以下称为晶圆(Wafer))表面供给显影液。为了取得晶圆表面的处理的均匀性,而以能够在晶圆的整个表面上均匀地形成液膜的方式供给上述显影液,并利用该液膜来溶解抗蚀剂。
作为像这样形成显影液的液膜的方法,已知有如下方法:一边使具有长条状的喷出口的喷嘴移动一边向静止状态的晶圆喷出显影液,来对晶圆的整个表面进行静液显影(日文:液盛り)的方法(puddle development:水坑式(旋覆浸没)显影)、一边使晶圆绕铅直轴线旋转一边例如沿该晶圆的径向供给显影液,而在离心力的作用下涂开显影液的方法(puddlelessdevelopment:非水坑式(旋覆浸没)显影)。
考虑到构成抗蚀剂的材料的组成,显影液与抗蚀剂的反应会在比较短的时间内进行。但是,在上述各方法中,为了形成均匀的液膜而需要使用大量的显影液,且需要花费时间将该显影液供给到晶圆上。在像这样供给显影液的工序中会花费大量的时间,因此从显影液的供给开始到该显影液与抗蚀剂的反应完成为止需要一定的时间,例如大约30秒~60秒。
但是,作为晶圆的曝光处理,有时采用液浸曝光处理,为了抑制用于该液浸曝光处理的液体带给晶圆的影响,而具有提高抗蚀剂的防水性的趋势。但是,在使用了防水性高的抗蚀剂的情况下,若利用上述各方法进行显影,则容易出现没有被显影液浸润到的部位。因此,对于像这样的高防水性的抗蚀剂,为了均匀地形成显影液的液膜,需要更多的显影液,而导致成本变高、显影液的供给时间变得更长,从而有可能妨碍显影装置的高生产率。
在专利文献1中记述了将呈雾状的显影液供给到收纳有基板的腔室(Chamber)内的技术。基板以自加热板浮起的状态被支承,该基板的温度通过加热板来进行调整。并且,还记述了通过将基板的温度设定得比雾状的显影液的温度低来使显影液在基板表面结露而形成液膜的方法。但是,对于将基板载置到调温板(温度调节板)上而使显影液的蒸气在该基板上结露的情况没有记述。
专利文献1:日本特开2005-277268(第0139、0141段)
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的,其目的在于提供一种能够抑制显影液的使用量且快速地在基板的整个表面上形成显影液的液膜的显影装置和显影方法。
本发明的显影装置是对已曝光的基板进行显影的显影装置,其特征在于,包括:
气密的处理容器,其用于形成处理气氛;
调温板,其设在上述处理容器内,用于载置基板;
气氛气体供给部,其用于向上述处理容器内的基板的表面供给包含显影液雾沫(mist)和显影液蒸气的气氛气体;
第1温度调整部,其用于将上述调温板的温度调整为使上述气氛气体在基板上结露的温度,
上述处理容器的内壁的温度被维持为上述气氛气体难以在该内壁上结露的温度。
上述显影装置还包括例如温度设定部,其借助上述第1温度调整部来设定调温板的温度,以使上述基板表面的显影液的液膜的厚度成为与基板的处理制程程序(recipe)相对应的厚度。另外,上述显影装置也可以包括第2温度调整部,其用于将上述处理容器的内壁的温度维持为上述显影液蒸气在该内壁上不结露的温度。而且,上述调温板包括例如用于将基板吸附在该调温板的表面上的吸附机构。
上述显影气氛气体也可以包含显影液蒸气来取代包含显影液雾沫和显影液蒸气,例如上述气氛气体供给部包括用于加热气氛气体的加热部件。气氛气体也可以利用上述加热部件加热到比加热气氛中的显影液的饱和温度高的温度。
另外,本发明的显影方法是对已曝光的基板进行显影的显影方法,其特征在于,包括:
向形成处理气氛的气密的处理容器内搬入基板的工序;
向已搬入到处理容器内的基板的表面供给包含显影液雾沫和显影液蒸气的气氛气体的工序;
将设在处理容器内且用于载置基板的调温板的温度调整为上述显影液蒸气在基板上结露的温度以下的工序;
将基板载置在上述调温板上而使上述显影液蒸气结露、利用上述显影液雾沫和该结露部分形成显影液的液膜的工序,
上述处理容器的内壁的温度被维持为上述显影液蒸气难以在该内壁上结露的温度。
上述显影方法也可以包括如下工序,即设定调温板的温度以使上述基板表面的显影液的液膜的厚度成为与基板的处理制程程序相对应的厚度的工序。上述显影气氛气体的特征在于,例如包含显影液蒸气来取代包含显影液雾沫和显影液蒸气。上述显影方法也可以包括利用加热部件对上述气氛气体进行加热的工序,在该情况下,气氛气体的特征在于,其被加热到比加热气氛的显影液的饱和温度高的温度。
采用本发明,将包含显影液雾沫和显影液蒸气的气氛气体供给到基板上,并将载置有基板的调温板的温度设定为显影液蒸气在基板上结露的温度以下,因此能够抑制显影液的使用量,且能够在基板的整个表面上快速地形成液膜。
附图说明
图1是本发明的实施方式的显影装置的纵剖侧视图。
图2是上述显影装置的俯视图。
图3是上述显影装置的立体图。
图4是表示显影液的蒸气压曲线的坐标图。
图5是表示在晶圆上显影液结露的状态的说明图。
图6是表示控制部中所具有的载物台(stage)温度与显影液膜膜厚之间的对应关系的说明图。
图7是表示利用上述显影装置进行处理的顺序的工序图。
图8是表示利用上述显影装置进行处理的顺序的工序图。
图9是表示利用上述显影装置进行处理的顺序的工序图。
图10是表示利用上述显影装置进行处理的顺序的工序图。
图11是其他的显影装置的纵剖侧视图。
图12是表示利用上述显影装置进行处理的顺序的工序图。
图13是表示其他的处理顺序的工序图。
图14是表示显影装置的处理容器的其他结构的说明图。
图15是通过评价试验得到的晶圆的纵剖视图。
图16是通过评价试验得到的晶圆的纵剖视图。
图17是表示根据评价试验得到的图案的CD的平均值和3σ的坐标图。
图18是表示根据评价试验得到的图案的CD的平均值和3σ的坐标图。
图19是表示根据评价试验得到的图案的CD的平均值和3σ的坐标图。
具体实施方式
第1实施方式
分别参照显影装置1的纵剖侧视图的图1、横剖俯视图的图2,对本发明的实施方式的显影装置1进行说明。该显影装置1包括壳体11,在壳体11的侧壁上开设有晶圆W的输送口12。利用图2所示的输送部件21将晶圆W经由该输送口12输送到壳体11内。
例如在该晶圆W的表面上形成有防水性的抗蚀剂膜,该抗蚀剂膜由正性抗蚀剂(Positive resist)构成,在曝光装置中,沿规定的图案被曝光。但是,本发明的显影装置和显影方法既能够适用于有机显影,也能够与适用于正性抗蚀剂同样地适用于负性抗蚀剂(Negative resist)。有机显影是指利用了以有机物为主要药材的显影液的显影。另外,晶圆W在上述曝光之后、且输送到上述显影装置1之前接受加热(PEB(PostExposure Bake):曝光后烘烤)处理。输送部件21包括:臂体22,其围绕晶圆W的侧周;支承部23,其在上述臂体22的侧周上设有多个,在本例中为4个,用于支承晶圆W的背面。
在壳体11内设有将该壳体11的内部上下隔开的隔板13。隔板13的上侧被构成为用于向后述的处理容器5搬入晶圆W的搬入区域14a。搬入区域14a内设有冷却板15。冷却板15大致形成为圆形,在该冷却板15上设有从侧周向中央的缺口16,以便在该冷却板15与上述输送部件21之间进行晶圆W的交接时该冷却板15与该输送部件21的支承部23互不干涉。冷却板15的背面侧具有例如供经温度调整后的水流过的未图示的流路,当将经显影装置1的前一级的加热装置加热处理后的晶圆W载置到冷却板15上时,该晶圆W被冷却。
在冷却板15上设有狭缝(slit)17a、17b,后述升降销42经由该狭缝17a、17b从冷却板15的表面突出。在隔板13下侧的下方区域14b设有与冷却板15连接的驱动部18,该驱动部18使该冷却板15沿从显影装置1跟前侧向里侧形成的引导件(guide)15a在水平方向上移动。
也参照作为显影装置1的立体图的图3进行说明。在显影装置1的里侧设有用于载置晶圆W的圆形的调温板3,在该调温板3的内部形成有温度调节后的流体、例如水的流路31。调温板3分别与调温水供给管32、调温水回收管33的一端连接,调温水供给管32、调温水回收管33的另一端分别与泵34连接。在调温水供给管32中途设有调温部35,该调温部35包括:加热器,其用于对供给到该调温部35内的水进行加热;制冷剂的流路,其通过热交换来冷却上述水。通过控制上述加热器的输出和上述制冷剂的流通量,能够将上述水的温度调节至用户设定的温度。
调温水供给管32、调温水回收管33和流路31形成调温水的循环路径,利用泵34供给到调温水供给管32内的水经上述调温部35调节温度后供给到流路31内。并且,利用泵34从流路31经由调温水回收管33回收的水再次供给到调温水供给管32内而进行温度调节。通过像这样使调温水流通,能够控制调温板3的整个表面的温度均匀,且与被调温部35调节温度的水的温度为相同的温度。而且,载置在调温板3上的晶圆W的温度被调节为与该调温板3表面相同的温度。
在调温板3表面的中央部开设有吸引口36,在调温板3表面的周缘部沿调温板3的周向开设有多个吸引口37。这些吸引口36、37分别与排气管38的一端连接。各排气管38的另一端合在一起,并经由流量控制部39与由真空泵等构成的排气部件40连接。流量控制部39包括阀门(Valve)、质量流量控制器(MassFlow Controller),控制排气量。这些吸引口36、37、流量控制部39和排气部件40构成使晶圆W吸附在调温板上的吸附机构。
在调温板3的表面上,沿该调温板3的周向排列有3个孔41,在该孔41内沿调温板3的厚度方向穿过有3根升降销42(为了方便起见,在图1中仅表示了两根)。升降销42在升降机构43的带动下从调温板3的表面突出或没入调温板3的表面下,在冷却板15与调温板3之间进行晶圆W的交接。在调温板3内设有用于防止在升降销42周围漏出上述的调温水的密封构件44。
在隔板13上以围绕调温板3的方式开设有多个排气口45,该排气口45与排气管46的一端连接。排气管46的另一端合在一起,并经由流量控制部47与排气部件40连接。流量控制部47与流量控制部39相同地构成。另外,在隔板13上以围绕排气口45的方式设有O型圈48。
在调温板3上方设有处理容器5,该处理容器5被构成为下方开口的扁平的圆形的容器。该处理容器5借助于支承部51与升降机构52连接,且在该升降机构52的作用下能够升降。如图1所示,在处理容器5下降时该处理容器5的下端与O型圈48紧贴,而在处理容器5内形成气密的处理空间(处理气氛)S。在处理容器5的壁部设有加热器59。该加热器59将处理容器5内壁的温度维持为后述的显影气氛气体难以结露的温度。显影气氛气体难以结露的温度是指,包含显影气氛气体不结露的温度,比包含在被供给到处理空间S内的显影气氛气体中的显影液蒸气的结露点高的温度。在处理容器5顶部的中央下表面上设有用于将显影液蒸气供给到处理空间S内的喷嘴53。喷嘴53经由设在处理容器5顶部中央部的开口部54与显影气氛气体供给管55的一端连接。
显影气氛气体供给管55的另一端依次经由显影气氛气体加热部56、流量控制部57而与存储显影液的显影液供给源58连接。显影液供给源58包括未图示的压送部件,向显影气氛气体供给管55的下流侧供给显影液。与流量控制部39、47相同,流量控制部57也包括阀门、质量流量控制器,控制向下流侧的显影液的供给流量。显影气氛气体加热部56能够将由显影气氛气体供给管55供给的显影液与由后述的非活性气体供给管61供给的N2气体混合,而生成含有显影液的雾沫(以下称为显影雾沫)的显影气氛气体。生成的显影气氛气体经由显影气氛气体供给管55供给到处理空间S内。
而且,显影气氛气体加热部56例如包括加热器等加热部件,该加热部56能够加热该显影气氛气体并将其调整到规定的温度。在第1实施方式中,该显影气氛气体的温度被控制为包含显影雾沫和显影液蒸气(以下称为显影蒸气)的温度。为了如后述那样控制调温板3的温度来控制向晶圆W的结露量,例如在显影处理时,利用流量控制部57将供给到显影气氛气体加热部56的显影液的供给流量、上述显影蒸气中的显影液的含量(g/cm3)和显影气氛气体的温度控制为在每个晶圆W的处理中恒定。而且,向处理空间S供给显影气氛气体的时间也控制为在每个晶圆W的处理中恒定,自排气口45和吸引口36、37的排气量也控制为例如在每个晶圆W的处理中恒定。由此,进行控制,以使得在各晶圆W上附着有恒定量的显影雾沫。显影气氛气体供给管55和显影气氛气体加热部56构成气氛气体供给部。
显影气氛气体加热部56与非活性气体供给管61的一端连接。非活性气体供给管61的另一端经由流量控制部63与存储非活性气体例如N2气体的N2气体供给源64连接。N2气体能够以如上述那样包含在显影气氛气体中的状态供给到处理空间S内,也能够作为吹扫气体(Purge gas)经由显影气氛气体供给管55单独供给到处理空间S内。
在此,对第1实施方式的显影装置1所进行的处理的概略进行说明。图4表示显影液的蒸气压曲线R1,坐标的横轴表示显影蒸气的温度,坐标的纵轴表示包含在显影蒸气中的显影液含量(g/cm3)。在此,对利用显影气氛气体加热部56生成且供给到处理空间S内的显影气氛气体中的显影蒸气例如为坐标中所示的点P的状态的显影蒸气进行说明。即,上述显影蒸气其温度为t0且包含Xg/cm3的显影液。
图5的(a)表示显影处理前的晶圆W。当将显影蒸气供给到处理空间S内并将上述晶圆W载置到调温板3上时,晶圆W的温度随着该调温板3的温度下降而下降。由此,如坐标图中的点P′所示那样晶圆W周围的显影蒸气的温度自t0下降到结露点t1。结露点t1为显影蒸气成为饱和蒸气的最高温度。即,比该结露点t1高的温度为该显影蒸气不结露的温度,结露点t1以下的温度为该显影蒸气结露的温度。并且,像这样当显影蒸气的温度为结露点t1时,包含在该显影蒸气中的显影液在晶圆W表面结露,且如图5的(b)所示那样形成极薄的显影液膜50。当与结露点t1相比进一步降低显影蒸气的温度时,显影液的结露量增加,而使图5的(c)中的H1所示的显影液膜50的膜厚加大。
另外,例如当使显影蒸气的温度降低到坐标中所示的t2时,结露点t1时显影液的饱和量X与温度t2时显影液的饱和量Y的差值所对应的量的显影液在晶圆W表面上结露。同样,当使显影蒸气的温度降低到t3时,上述X与温度t3时显影液的饱和量Z的差值所对应的量的显影液在晶圆W表面上结露。显影液膜50的膜厚H1与像这样在晶圆W表面上结露的显影液量相应地发生变化。因此,通过控制调温板3的温度,能够控制上述结露量,而控制显影液膜50的膜厚H1的大小。
如上所述,由于在晶圆W表面上附着有一定量的显影雾沫,因此实际上形成在晶圆W上的显影液膜的膜厚H1为包含在显影蒸气中的显影液结露了的部分与显影雾沫的附着部分合在一起的厚度。在显影装置1中,后述的控制部100的存储器中存储有晶圆W的温度同显影液膜50的膜厚H1之间的对应关系。当用户决定膜厚H1时,根据该对应关系,使调温部35动作,以便控制调温板3的温度。
在形成显影液膜50之后,在该显影装置1中除去显影液膜50的液体成分,使晶圆W表面成为干燥状态,停止抗蚀剂与显影液的反应。为了这样使晶圆W成为干燥的状态,优选显影液膜50的膜厚越薄越好。另外,只要在形成抗蚀图案(Resistpattern)时不会出现显影不良、缺陷,则膜厚H 1越薄越好。用户可以考虑到上述情况而任意决定膜厚H1。图5的(c)的膜厚H1的具体的数值例如为1μm~100μm。
返回到对显影装置1结构的说明,对控制部100进行说明。控制部100例如由计算机构成,具有未图示的程序存储部。在该程序存储部中存储有为了能够进行在后述的作用中所说明的显影处理而编译有命令的例如由软件构成的程序。通过使控制部100读取该程序,使控制部100向显影装置1的各部发送控制信号。由此来控制处理容器5和升降销42的升降、调温部35对水的温度调节、调温水向调温板3的流路31的供给、处理容器5的加热器59的输出、显影气氛气体向处理空间S的供给等。该程序例如以收纳在硬盘、光盘、磁光盘或存储卡等存储介质中的状态存储在程序存储部中。
另外,控制部100的存储器内存储有图6所示的图表65。图中附图标记66是总线。该图表65在每个处理制程程序的号码中都存储有载置有晶圆W时的调温板3的温度同显影液膜50的膜厚H1之间的对应关系。如以上所述那样,调温板3的温度与载置在该调温板3上的晶圆W的温度相同。控制部100例如具有由显示器构成的显示部,该显示部上也显示有上述对应关系。用户根据显示部所显示的对应关系,例如通过从未图示的输入部选择处理制程程序的号码,来决定上述调温板3的温度和显影液膜50的膜厚H1。
接下来,对显影装置1的作用进行说明。首先,用户从未图示的输入部选择上述处理制程程序的号码,来决定调温板3的温度和显影液膜50的膜厚H1。然后,向调温板3供给与用户选择的处理制程程序相对应的温度的调温水,将调温板3表面的温度调节到该温度例如20℃。此外,以规定的排气量从排气口45和吸引口36、37排气,且利用加热器59将处理容器5内壁的温度调节为例如与供给到晶圆W的显影气氛气体的温度相同的温度。
接下来,输送部件21以保持着已被前一级的加热装置加热处理过的晶圆W的状态,经由输送口12进入壳体11内(图7的(a)),然后下降而将该晶圆W交接到冷却板15上,之后该输送部件21后退(图7的(b))。冷却板15一边冷却晶圆W一边向调温板3上方行进。由该冷却板15冷却的晶圆W的温度被控制为比供给到处理容器5内的显影蒸气的结露点高的温度、例如50℃。
当利用冷却板15将晶圆W输送到调温板3上方时,使升降销42上升来保持晶圆W(图7的(c))。冷却板15向输送口12侧后退(图8的(a)),使升降销42下降,而使晶圆W载置到调温板3上。晶圆W的中央部、周缘部分别被吸引口36、37吸引,而使晶圆W的整个背面与调温板3的表面紧贴,从而使晶圆W整体的温度被调节为与调温板3的表面温度相同的温度,且使处理容器5下降而形成处理空间S(图8的(b))。
利用显影气氛气体加热部56生成包含显影雾沫和显影蒸气的显影气氛气体,并供给到处理空间S。显影气氛气体中的显影雾沫附着到晶圆W上,且包含在显影蒸气中的显影液在晶圆W表面被冷却而结露,从而形成显影液膜50,当显影液膜50的膜厚H1成为用户设定的膜厚时(图8的(c)),停止上述显影气氛气体的供给和从排气口45的排气,进行显影液膜50与抗蚀剂的反应(图9的(a))。
从开始向处理空间S供给上述显影气氛气体起经过预先设定的时间后,再次开始自排气口45进行排气且向处理空间S供给N2气体(图9的(b)),处理空间S内的显影气氛气体被吹扫除去,且晶圆W的表面在N2气体的作用下而成为干燥的状态(图9的(c))。晶圆W干燥之后,停止N2气体的供给,升降销42使晶圆W自调温板3浮起,且处理容器5上升而使处理空间S向外部气氛开放(图10的(a))。
然后,冷却板15向调温板3上方移动,将该晶圆W载置到冷却板15上,冷却板15向输送口12移动(图10的(b))。之后,输送部件21以与交接到冷却板15时的动作相反的动作接收晶圆W,而从显影装置1中搬出晶圆W。之后,晶圆W被输送到未图示的清洗装置中,而向该晶圆W的表面供给清洗液。然后,在抗蚀剂膜处与显影液反应而改性了的部分被冲洗掉,从而形成抗蚀图案。
采用该第1实施方式的显影装置1,使包含在显影气氛气体中的显影雾沫附着在晶圆W上,且利用调温板3冷却晶圆W,而使包含在显影气氛气体中的显影蒸气在晶圆W表面结露,从而形成显影液膜50。因此,与利用喷嘴向晶圆W表面供给显影液的情况相比,能够快速地在晶圆W的整个表面上形成显影液膜,因此能够谋求生产率的提高。另外,在显影装置1中,在形成上述显影液膜时没有必要向晶圆W供给大量的显影液,因此能够削减显影液的使用量,而谋求处理的低成本化。而且,采用该显影装置1,能够使在晶圆W表面的各部形成显影液膜50的时间相同,所以能够使晶圆W的各部接触显影液膜50的时间相同。因此,能够提高晶圆W表面各部的图案的均匀性。
在显影装置1中当晶圆W载置在调温板3上时,晶圆W的中央部和周缘部被吸引口36、37吸引,因此即使在晶圆W存在弯曲的情况下也能够使晶圆W整体紧贴调温板3。因此,能够高均匀性地调节晶圆W表面各部的温度,且进一步可靠地形成均匀性高的抗蚀图案。
第2实施方式
接下来,第2实施方式的显影装置7表示在图11中。该显影装置7与显影装置1的不同点在于,在显影装置7中没有设冷却板15。对于该显影装置7的处理顺序而言,除了未利用冷却板15进行输送之外,与显影装置1的处理顺序相同。利用图12对该处理顺序简单地进行说明,首先,直接从输送部件21向升降销42交接晶圆W(图12的(a)),之后与第1实施方式相同,使升降销42下降且使处理容器5下降来形成处理空间S,使晶圆W载置到调温板3上。
接着供给显影气氛气体,形成显影液膜50(图12的(b))。从在调温板3上载置晶圆W开始经过预先设定的时间之后供给N2气体,晶圆W表面成为干燥的状态。然后,处理容器5上升,将晶圆W从升降销42交接到输送部件21上。
在以上各实施方式中,显影雾沫的最大粒径例如为50μm以下,平均粒径例如为10μm以下。通过这样控制粒径,将显影雾沫形成为所谓的干雾(Dry Fog),能够抑制在进行显影处理时晶圆W以外的部位被显影液浸润。由此,能够抑制显影缺陷、颗粒(Particle)的产生。另外,上述显影气氛气体的形成方法不限于加热显影液,也可以对显影液施加超声波。
此外,也可以在显影气氛气体加热部56处将显影气氛气体加热到比显影液的饱和温度高的温度例如50℃,使显影雾沫蒸发,而将不包含该雾沫的仅由气体构成的显影气氛气体供给到处理空间S。在该情况下,显影液膜50仅由包含在显影气氛气体中的显影蒸气的结露部分形成。而且,例如用户与第1实施方式同样地控制该结露量,能够形成所期望的膜厚H1的显影液膜50。以下以与上述第1实施方式的不同点为中心,对供给这样的显影气氛气体时的处理顺序进行说明。
将晶圆W载置到调温板3上,并将其温度调节至包含在显影气氛气体中的显影蒸气的结露点以下的温度,且形成处理空间S(图13的(a))。向处理空间S供给显影气氛气体,上述显影蒸气在晶圆W表面结露(图13的(b)),当形成与用户选择的处理制程程序相对应的膜厚的显影液膜50时,停止显影蒸气的供给和从排气口45的排气。之后,与上述第1实施方式同样地供给N2气体,来除去处理空间S内的显影气氛气体且使晶圆W干燥。
像这样将不包含显影雾沫的显影气氛气体供给到晶圆W的情况下,也能够得到与上述的各实施方式同样的效果。在供给上述显影气氛气体的情况下,也可以在形成处理空间S时,升降销42以使晶圆W自调温板3浮起的状态保持该晶圆W,在向处理空间S内供给了显影气氛气体之后,将晶圆W载置到调温板3上来冷却晶圆W,从而形成显影液膜50。另外,在利用这样的显影气氛气体进行处理的情况下,例如也可以借助升降销42使晶圆W自调温板3上浮,利用残留在处理空间S内的显影蒸气的热来干燥晶圆W,使显影处理停止。
在上述各例中使晶圆W干燥时,例如在上述的处理工序中,也可以在晶圆W上形成显影液膜50后,从将晶圆W载置到调温板3上开始经过预先设定的时间时,在该晶圆W位于调温板3上的状态下使处理容器5上升,来使处理空间S向外部气氛开放。通过开放处理空间S来使处理容器5外部的空气在晶圆W的周围流动,使晶圆W周围的显影蒸气的分压降低,因此使显影液膜50的蒸气压降低。结果,显影液膜50的液体成分蒸发,而使晶圆W表面成为干燥的状态。另外,这样的使晶圆W干燥的状态是指,除去了构成显影液的液体成分的状态,而构成显影液的其他成分可以附着在晶圆W上。当除去上述液体成分时,显影液与抗蚀剂的反应就会停止这一现象能够利用后述的评价试验确认到。
在各实施方式中,通过设置处理容器5的加热器59,能够进一步可靠地防止显影液附着到处理容器5上而成为颗粒,但也可以不设置这样的加热器59。例如将已被显影气氛气体加热部56加热的N2气体单独供给到处理空间S内,加热处理容器5的内壁。由此,也可以将上述内壁的温度控制为比显影蒸气结露的温度高的温度,之后,供给上述显影气氛气体。
在各实施方式中,在将显影蒸气和显影雾沫供给到处理空间S内时利用了喷嘴53,但不限于这样利用喷嘴的情况。也可以例如如图14所示那样在开口部54上设置了形成有许多孔82的金属板83,经由该孔82将显影气氛气体供给到处理空间S内。
评价试验
评价试验1
利用喷嘴分别向涂敷了抗蚀剂且沿规定的图案曝光的晶圆W1~晶圆W3供给显影液。针对晶圆W1,对供给显影液后的抗蚀剂的截面进行了拍摄。针对晶圆W2,对供给显影液后又向该晶圆W2供给了两秒清洗液之后的抗蚀剂的截面进行了拍摄。针对晶圆W3,对供给显影液后又向该晶圆W3供给了13秒清洗液之后的抗蚀剂的截面进行了拍摄。另外,更换涂敷在各晶圆W1~W3上的抗蚀剂的种类,并进行了同样的试验。
图15表示该评价试验1的结果。图15的(a)~(c)是使用了彼此相同的抗蚀剂的晶圆W1~W3的拍摄结果,图15的(d)~(f)是使用了彼此相同的抗蚀剂的晶圆W1~W3的拍摄结果。不论是使用了哪一种抗蚀剂的情况,没有对未供给清洗液的晶圆W1进行图案析像。相对于此,对供给了清洗液的晶圆W2、W3进行了图案析像。
从该试验结果可知,已曝光的抗蚀剂不是在供给显影液的阶段而是在供给清洗液的阶段开始洗提。即,可知不是利用显影液来淘出已溶解了的残渣。因此,可认为在进行显影处理时,向抗蚀剂供给的显影液即使是少量也可以。根据该试验,本发明人想到了通过如上述各实施方式那样在晶圆W表面使显影蒸气中的显影液结露,并向晶圆W表面供给显影雾沫,来形成显影液的薄膜。
评价试验2
准备了与评价试验1同样地已曝光的晶圆W1、W2。将晶圆W1载置到旋转卡盘(Spin chuck)上,并一边利用该旋转卡盘绕铅直轴线旋转,一边自喷嘴供给显影液。供给显影液的同时使该显影液的供给位置沿径向从晶圆W1的周缘部向中心部移动,之后连续向中心部供给规定时间的显影液。显影液供给之后,向晶圆W1供给清洗液来除去显影液,并对抗蚀剂的截面进行了拍摄。
另外,将晶圆W2输送到由容器主体和上盖构成的处理容器内。在关闭上盖、处理容器内形成气密的处理空间之后,一边对该处理空间进行排气,一边与第1实施方式同样地将显影雾沫供给到处理空间内,来形成处理气氛。显影雾沫供给之后,向晶圆W2供给清洗液来除去显影液,并对抗蚀剂的截面进行了拍摄。
图16的(a)、(b)表示晶圆W1的拍摄结果,图16的(c)、(d)表示晶圆W2的拍摄结果。这样在晶圆W1、W2上形成的图案的形状基本上没有发现差异。该试验表示了利用呈雾沫状的显影液的情况也能够与自喷嘴供给显影液的情况同样地进行显影。
评价试验3
准备了多张与评价试验1、2同样地已曝光的晶圆W。按顺序依次向由容器主体和上盖构成的处理容器内输送晶圆W,在关闭上盖形成气密的处理空间之后,一边对该处理空间进行排气,一边向该处理空间供给上述显影雾沫来形成处理气氛。变更每个晶圆W的显影雾沫的供给时间分别为45秒、60秒、90秒。显影雾沫供给之后,打开上盖使处理空间向外部气氛开放,之后取出晶圆W,并对该晶圆进行了清洗处理。然后,算出各晶圆W表面内的各部位的抗蚀图案的CD的平均值且针对该CD算出了作为该CD的偏差的指标3σ。将显影雾沫的供给时间为45秒、60秒、90秒的试验分别作为评价试验3-1、3-2、3-3。
评价试验4
与评价试验2同样地自喷嘴供给显影液,也与评价试验3同样地算出已进行了清洗处理的晶圆W的CD的平均值和3σ。变更每个晶圆W的自喷嘴的显影液的供给时间。按该供给时间由短到长的顺序分别作为评价试验4-1、4-2、4-3。
评价试验5
使具有沿晶圆W的径向延伸的喷出口的喷嘴从晶圆W的一端侧向另一端侧一边喷出显影液一边移动,而对晶圆W进行静液显影之后进行清洗处理。变更每个晶圆W的显影液的供给时间,将该供给时间为30秒、60秒的试验分别作为评价试验5-1、5-2。
图17表示评价试验3~5的结果。图中的柱状图表示各评价试验的CD的平均值,图中的点表示各评价试验的3σ。从该结果可知,以显影雾沫的方式供给显影液的情况也与利用喷嘴供给显影液的情况同样,当显影液的供给时间变长时,CD的平均值变小。另外,对于3σ而言,以显影雾沫的方式供给显影液的情况与利用喷嘴供给显影液的情况之间没有大的差异。这些评价试验的结果表示了利用显影雾沫的显影与利用喷嘴供给显影液的显影相比,没有给图案形状带来较大的影响。
评价试验6
与评价试验3相同,一边对搬入有已曝光的晶圆W的处理空间进行排气,一边向该处理空间供给显影雾沫。显影雾沫的供给时间设为30秒。显影雾沫的供给停止后,使处理空间向外部气氛开放而使晶圆W表面干燥,之后进行晶圆W的清洗处理。然后,与评价试验3同样地算出抗蚀图案的CD的平均值和CD的3σ。设定每个晶圆W的从显影雾沫的供给停止时起到处理空间开放为止的时间分别为30秒、180秒。将到该开放为止的时间为30秒的试验作为评价试验6-1,到该开放为止的时间为180秒的试验作为评价试验6-2。
另外,将显影雾沫的供给时间设为60秒并进行与评价试验6-1、6-2同样的试验。变更每个晶圆W的从显影雾沫的供给停止时起到上述处理空间开放为止的时间分别为0秒、30秒、180秒。将到该开放为止的时间为0秒、30秒、180秒的试验分别作为评价试验6-3、6-4、6-5。
图18表示评价试验6的结果。图中的柱状图表示CD的平均值,图中的点表示CD的3σ。与评价试验6-1~6-4相比,在评价试验6-5中3σ要大一些。即,在评价试验6-5中图案的CD的偏差要大一些。另外,随着到开放处理空间为止的时间变长,CD的平均值变小。可认为其原因在于,即使停止显影雾沫的供给,也能通过残留在处理空间内的显影雾沫的作用而使晶圆W表面不会干燥,而是继续进行显影。从该评价试验6的结果可知,图案的形状受到直到晶圆W干燥为止的时间影响。
评价试验7
与评价试验3相同,一边对搬入有已曝光的晶圆W的处理空间进行排气,一边向该处理空间供给显影雾沫。显影雾沫的供给时间设为60秒。显影雾沫的供给停止后,开放处理空间使晶圆W表面干燥,之后进行晶圆W的清洗处理。设定每个晶圆W的从开放处理空间时起到进行清洗处理为止的时间分别为10秒、45秒、90秒、180秒、600秒。清洗处理之后,与评价试验3同样地算出抗蚀图案的CD的平均值和CD的3σ。将到进行清洗处理为止的时间为10秒、45秒、90秒、180秒、600秒的试验分别作为评价试验7-1、7-2、7-3、7-4、7-5。
图19表示评价试验7的结果。图中的柱状图表示CD的平均值,图中的点表示CD的3σ。在各评价试验中CD的平均值和3σ没有大的变动。因此,可知从进行晶圆W的干燥时起到进行清洗处理为止的时间没有给图案的形状带来大的影响。因此,确认了如上述那样在使晶圆W表面干燥之后,能够将该晶圆W输送到清洗装置进行清洗处理。

Claims (12)

1.一种显影装置,该显影装置是对已曝光的基板进行显影的显影装置,其特征在于,包括:
气密的处理容器,其用于形成处理气氛;
调温板,其设在上述处理容器内,用于载置基板;
气氛气体供给部,其用于向上述处理容器内的基板的表面供给包含显影液雾沫和显影液蒸气的气氛气体;
第1温度调整部,其用于将上述调温板的温度调整为上述气氛气体在基板上结露的温度,
上述处理容器的内壁的温度被维持为上述气氛气体难以在该内壁上结露的温度。
2.根据权利要求1所述的显影装置,其特征在于,
该显影装置还包括温度设定部,该温度设定部借助上述第1温度调整部设定调温板的温度,以使上述基板表面的显影液的液膜的厚度成为与基板的处理制程程序相对应的厚度。
3.根据权利要求1所述的显影装置,其特征在于,
该显影装置还包括第2温度调整部,该第2温度调整部用于将上述处理容器的内壁的温度维持为上述显影液蒸气难以在该内壁上结露的温度。
4.根据权利要求1~3中的任意一项所述的显影装置,其特征在于,
上述调温板包括用于将基板吸附在该调温板的表面上的吸附机构。
5.根据权利要求1~3中的任意一项所述的显影装置,其特征在于,
上述气氛气体包含显影液蒸气来取代包含显影液雾沫和显影液蒸气。
6.根据权利要求1~3中的任意一项所述的显影装置,其特征在于,
上述气氛气体供给部包括用于加热气氛气体的加热部件。
7.根据权利要求6所述的显影装置,其特征在于,
气氛气体被上述加热部件加热到比加热气氛中的显影液的饱和温度高的温度。
8.一种显影方法,该显影方法是对已曝光的基板进行显影的显影方法,其特征在于,包括:
向形成处理气氛的气密的处理容器内搬入基板的工序;
向已搬入到处理容器内的基板的表面供给包含显影液雾沫和显影液蒸气的气氛气体的工序;
将设在处理容器内且用于载置基板的调温板的温度调整为上述显影液蒸气在基板上结露的温度以下的工序;
将基板载置在上述调温板上而使上述显影液蒸气结露并利用上述显影液雾沫和该结露部分形成显影液的液膜的工序,
上述处理容器的内壁的温度被维持为上述显影液蒸气难以在该内壁上结露的温度。
9.根据权利要求8所述的显影方法,其特征在于,
该显影方法还包括如下工序:设定调温板的温度,以使上述基板的表面的显影液的液膜的厚度成为与基板的处理制程程序相对应的厚度。
10.根据权利要求8或9所述的显影方法,其特征在于,
上述气氛气体包含显影液蒸气来取代包含显影液雾沫和显影液蒸气。
11.根据权利要求8或9所述的显影方法,其特征在于,
该显影方法还包括利用加热部件对上述气氛气体进行加热的工序。
12.根据权利要求11所述的显影方法,其特征在于,
气氛气体被加热到比加热气氛中的显影液的饱和温度高的温度。
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