CN102650835A - 使用含有有机溶剂的显影液的显影处理方法和显影处理装置 - Google Patents

使用含有有机溶剂的显影液的显影处理方法和显影处理装置 Download PDF

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丹羽崇文
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Abstract

本发明提供一种显影处理方法和显影处理装置，其在使用含有有机溶剂的显影液的显影处理中，能够使处理时间缩短并能够使处理能力提高。在对在表面涂布有抗蚀剂并对抗蚀剂进行曝光后的基板供给含有有机溶剂的显影液来进行显影的显影处理方法中，具有：使基板旋转(步骤S1)，并从显影液供给喷嘴对基板的中心部供给显影液，形成液膜形成的液膜形成工序(步骤A)；和停止从显影液供给喷嘴向基板供给显影液，并在不使显影液的液膜干燥的状态下一边使基板旋转，一边对基板上的抗蚀剂膜进行显影的显影工序(步骤B)。

Description

使用含有有机溶剂的显影液的显影处理方法和显影处理装置
技术领域
本发明涉及对形成抗蚀剂膜并进行曝光处理后的半导体晶片等的基板供给含有有机溶剂的显影液，进行显影处理的显影处理方法和显影处理装置。
背景技术
一般来讲，在半导体晶片等的生产线中，为了在半导体晶片或LCD基板等的基板的表面形成抗蚀剂的图案，使用光刻技术。该光刻技术，依次进行对基板的表面涂布抗蚀剂液的抗蚀剂涂布处理；在形成的抗蚀剂膜曝光图案的曝光处理；和对曝光处理之后的基板供给显影液的显影处理等的一系列的处理，能够在基板的表面形成规定的抗蚀剂图案。
但是，在显影处理中，已知有：在曝光处理中曝光的抗蚀剂膜的区域中，选择性地溶解·除去光照射强度较强的区域，进行图案形成的正片型系统；和选择性地溶解·除去光照射强度较弱的区域，进行图案形成的负片型系统。在该情况下，在负片型系统中，对基板供给含有有机溶剂的显影液，进行显影处理。
于是，在负片型系统在中，作为对基板供给含有有机溶剂的显影液，进行显影处理的方法之一，已知有一边对喷出显影液的喷嘴以固定速度进行扫描一边将显影液连续喷至以固定速度旋转的基板上，而对基板供给显影液的方法(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2010-152353号公报
发明内容
发明想要解决的问题
可是，在专利文献1记载的显影处理方法中，由于将显影液从显影喷嘴连续喷出在以固定速度旋转的基板上，因此在基板的表面上形成的显影液的液膜的厚度变厚。当含有有机溶剂的显影液的液膜变厚时，抗蚀剂膜的溶解和除去速度变慢，因此存在显影处理的处理时间变长的问题。
本发明是基于上述情况完成的，目的在于，提供一种在使用含有有机溶剂的显影液的显影处理中，能够使处理时间缩短并能够提高处理能力的显影处理方法和显影处理装置。
用于解决课题的方法
为了解决上述问题，本发明的显影处理方法，对在表面涂布有抗蚀剂并被曝光后的基板供给含有有机溶剂的显影液并进行显影，上述显影处理方法的特征在于，包括：
液膜形成工序，一边使上述基板旋转一边从显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液并形成液膜；和
显影工序，停止从上述显影液供给喷嘴向上述基板供给上述显影液，同时以不使上述显影液的液膜干燥的状态下一边使上述基板旋转，一边对上述基板上的抗蚀剂膜进行显影。
在本发明中，在上述液膜形成工序中，以第一转速使上述基板旋转，在上述显影工序中，以比上述第一转速低且不促进上述显影液的液膜的干燥的第二转速使上述基板旋转，进一步，以比上述第二转速高的第三转速使上述基板旋转，并且从上述显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液，优选在上述显影工序中具有将溶解于上述显影液的抗蚀剂成分冲走的清洗工序。
在该情况下，优选：上述第一转速为100rpm～1500rpm，上述第二转速为10rpm～100rpm。
另外，优选：在本发明中，使上述液膜形成工序和上述显影工序交替重复多次。
在该情况下，优选具有：在从上述显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液之前，一边使上述基板旋转，一边使上述显影液供给喷嘴从上述基板的周边部向中心部移动，并从上述显影液供给喷嘴将上述显影液连续地供给至上述基板的工序。
另外，优选：在从上述显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液之后，一边使上述基板旋转一边使上述显影液供给喷嘴从上述基板的中心部向周边部移动，并从上述显影液供给喷嘴将上述显影液供给至上述基板的工序，和停止从上述显影液供给喷嘴向上述基板供给上述显影液的工序交替重复多次。
在该情况下，上述显影液供给喷嘴也可以设置多个，在上述液膜形成工序中，也可以从上述多个显影液供给喷嘴对上述基板的中心部和中心部以外的部位供给上述显影液，在上述显影工序中，也可以停止从上述多个的显影液供给喷嘴向上述基板供给上述显影液。
优选具有：在从上述显影液供给喷嘴对上述基板供给上述显影液之后，一边使上述基板旋转，一边从冲洗液供给喷嘴对上述基板供给冲洗液的工序，和在从上述冲洗液供给喷嘴对上述基板供给上述冲洗液之后，使上述基板旋转并干燥的工序。
另外，本发明的显影处理装置是实施上述显影处理方法的装置，其对在表面涂布有抗蚀剂并曝光后的基板供给含有有机溶剂的显影液，该显影处理的特征在于，包括：将上述基板保持水平的基板保持部；使上述基板保持部绕铅垂轴旋转的旋转驱动机构；对被上述基板保持部保持的基板的表面供给上述显影液的显影液供给喷嘴；和对从上述显影液供给喷嘴向上述基板的上述显影液的供给和上述旋转驱动机构进行控制的控制部，所述显影处理装置，根据来自上述控制部的控制信号进行以下处理，即：液膜形成处理，其一边使上述基板旋转，一边从显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液并形成液膜；和显影处理，其停止从上述显影液供给喷嘴向上述基板供给上述显影液，并且以不使上述显影液的液膜干燥的状态一边使上述基板旋转一边将上述基板上的抗蚀剂膜进行显影。
在本发明中，根据来自上述控制部的控制信号，在上述液膜形成处理中，以第一转速使上述基板旋转，在上述显影工序中，以比上述第一转速低且不促进上述显影液的液膜的干燥的第二转速使上述基板旋转，进一步，以比上述第二转速高的第三转速使上述基板旋转，并从上述显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液，在上述显影处理工序中优选进行清洗处理，将溶解于上述显影液的抗蚀剂成分冲走。
在该情况下，上述第一转速可以为100rpm～1500rpm，上述第二转速可以为10rpm～100rpm。
另外，在该发明中，优选：根据来自上述控制部的控制信号，一边使上述基板旋转，一边从上述显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液的液膜形成处理，和停止从上述从显影液供给喷嘴向上述基板供给上述显影液的显影处理交替重复多次。
在该情况下，优选还具有显影液供给喷嘴移动机构：其使上述显影液供给喷嘴能够在沿上述基板的表面的方向上移动，移动动作被上述控制部控制，上述控制部，在从上述显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液之前，一边使上述显影液供给喷嘴从上述基板的周边部向中心部移动，一边从上述显影液供给喷嘴将上述显影液连续地供给至上述基板。
另外，还具有显影液供给喷嘴移动机构，其使上述显影液供给喷嘴能够在沿上述基板的表面的方向上移动，由上述控制部控制移动动作，上述控制部优选：在从上述显影液供给喷嘴对上述基板的中心部供给上述显影液之后，使上述显影液供给喷嘴从上述基板的周边部向中心部移动，并从上述显影液供给喷嘴对上述基板供给上述显影液的处理，和停止从上述显影液供给喷嘴对上述基板供给上述显影液的处理交替重复多次。
在该情况下，上述显影液供给喷嘴也可以设置有多个，在上述液膜形成处理中，也可以从上述多个显影液供给喷嘴对上述基板的中心部和中心部以外的部位供给上述显影液，在上述显影处理中，也可以停止从上述多个显影液供给喷嘴向上述基板供给上述显影液。
另外，还具有冲洗液供给喷嘴移动机构，其由上述控制部控制移动动作，使对上述基板供给冲洗液的冲洗液供给喷嘴和上述冲洗液供给喷嘴能够在沿上述基板的表面的方向上移动，上述控制部，优选：在从上述显影液供给喷嘴对上述基板供给上述显影液之后，一边使上述基板旋转，一边从上述冲洗液供给喷嘴对上述基板供给冲洗液的处理，和在从上述冲洗液供给喷嘴对上述基板供给上述冲洗液之后，使上述基板旋转并干燥的处理。
发明效果
采用本发明的使用含有有机溶剂的显影液的显影处理方法和显影处理装置，通过具有一边使基板旋转，一边从显影液供给喷嘴对基板的中心部供给显影液，形成液膜的液膜形成工序；和一边使基板旋转，一边停止从显影液供给喷嘴向基板供给显影液，并且以不使显影液的液膜干燥的状态一边使基板旋转，一边在显影基板上的抗蚀剂膜的显影工序，能够保持在基板的表面上形成的显影液的液膜的厚度较薄，能够提高抗蚀剂膜的溶解速度和除去速度，因此能够使显影处理的处理时间缩短，能够提高处理能力。
附图说明
图1是表示适用于本发明涉及的显影处理装置的涂布显影处理装置与曝光处理装置连接的处理系统的整体的概略立体图。
图2是上述处理系统的概略俯视图。
图3是表示本发明涉及的显影处理装置的概略截面图。
图4是所述显影处理装置的概略俯视图。
图5是表示第一实施方式中的显影处理方法的次序的流程图。
图6是表示本发明中的从显影液供给喷嘴对基板的中心部供给显影液的液膜形成工序的概略立体图(a)；和表示停止向显影液供给喷嘴基板供给显影液的显影工序的概略立体图(b)。
图7是表示图案的线宽与第一实施方式涉及的工序的关系的图。
图8是表示图案的线宽与第一实施方式涉及的工序的处理时间的关系的图。
图9是表示使第二实施方式中的显影液供给喷嘴从基板的周边部向中心部移动，并从显影液供给喷嘴对基板连续地供给显影液的工序的概略立体图。
图10是表示图案的线宽与第二实施方式涉及的工序的关系的图。
图11是表示使第三实施方式中的显影液供给喷嘴从基板的中心部向周边部移动，并从显影液供给喷嘴对基板供给显影液的工序，和停止从显影液供给喷嘴向基板供给显影液的工序交替重复多次的工序概略立体图。
图12是表示第四实施方式中的从多个显影液供给喷嘴对基板的中心部和中心部以外的部位供给显影液的供给工序的概略立体图(a)；和表示停止从多个显影液供给喷嘴向基板供给显影液的停止工序的概略立体图(b)。
图13是表示第五实施方式中的显影处理方法的次序的流程图。
图14是表示第五实施方式中的液膜形成工序的概略立体图(a)、表示显影工序的概略立体图(b)；和表示在显影工序中冲洗溶解于显影液的抗蚀剂成分的清洗工序概略立体图(c)。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。在此，关于将本发明涉及的显影处理装置适用于涂布显影处理装置的情况进行说明。
如图1和图2所示，上述处理系统，包括：用于将密闭收纳多块例如25块基板的半导体晶片W(以下称为晶片W)的载体10搬入搬出的载体站1；对从该载体站1取出的晶片W实施抗蚀剂涂布、显影处理等的处理部2；以在晶片W的表面形成透过光的液层的状态下对晶片W的表面进行浸液曝光的曝光部4；和与处理部2与曝光部4之间连接，进行晶片W的交接的接口部3。
载体站1设置有：能够载置多个并列的载体10的载置部11；从该载置部11观看设置于前方的壁面的开闭部12；和隔着开闭部12用于从载体10取出晶片W的交接部件A1。
接口部3，包括：在处理部2与曝光部4之间前后设置的第一搬送室3A和第二搬送室3B，各自设置有第一晶片搬送部30A和第二晶片搬送部30B。
另外，载体站1的里侧连接有与由框体20将周围包围的处理部2，在该处理部2从眼前侧依次交替配列设置有：在使加热·冷却系统的单元多层化的架单元U1、U2、U3与液处理单元U4、U5的各单元间进行晶片W的交接的主搬送部件A2，A3。另外，主搬送部件A2、A3配置于由从载体站1观看在前后方向配置的架单元U1、U2、U3侧的一面部、后述的例如右侧的液处理单元U4、U5侧的一面部、和形成左侧的一面的背面部形成的分隔壁21所包围的空间内。另外，在载体站1与处理部2之间、处理部2与接口部3之间配置有具有在各单元使用的处理液的温度调节装置和温湿度调节用的管(duct)等的温湿度调节单元22。
架单元U1、U2、U3是将用于进行在液处理单元U4、U5进行处理的前处理和后处理的各种单元多层例如十层叠层而构成，其组合包括加热(烘烤)晶片W的加热单元(未图示)、冷却晶片W的冷却单元(未图示)等。另外，例如如图1所示，液处理单元U4、U5由将防反射膜涂布在抗蚀剂或显影液等的药液收纳部上的防反射膜涂布单元(BCT)23、涂布单元(COT)24、对晶片W供给显影液进行显影处理的显影单元(DEV)25等多层例如五层叠层而构成。该发明涉及的显影处理装置50设置于显影单元(DEV)25。
参照图1和图2，对于如上述方式构成的涂布显影处理装置中的晶片的移动，就一个例子简单地进行说明。首先，当将收纳有例如25块晶片W的载体10载置于载置部11时，载体10的盖体与开闭部12一起被打开，通过交接部件A1取出晶片W。然后，晶片W经由成为架单元U1的一层的交接单元(未图示)被向主搬送部件A2交接，在进行完作为涂布处理的前处理例如防反射膜形成处理、冷却处理之后，在涂布单元(COT)24被涂布抗蚀剂液。接着，晶片W通过主搬送部件A2，被架单元U1、U2的形成一个架的加热单元加热(烘烤处理)，进一步，在被冷却之后，经由架单元U3的交接单元，被向接口部3搬入。在该接口部3中，通过第一搬送室3A和第二搬送室3B的第一晶片搬送部30A和第二晶片搬送部30B被搬送到曝光部4，以与晶片W的表面相对置的方式配置曝光部件(未图示)，进行曝光。曝光后，晶片W以相反的路经被搬送至主搬送部件A3，通过在显影单元DEV显影来形成图案。然后，晶片W被返回到载置在载置部11上的原来的载体10。
接着，对于该发明涉及的显影处理装置50进行说明。如图3和图4所示，显影处理装置50具备旋转卡盘(spin chuck)40，其在具有晶片W的搬入搬出口51a的外壳51内，成为吸引吸附晶片W的里面侧中心部并保持水平的基板保持部。此外，在搬入搬出口51a设置有能够开闭的关闭器(shutter)51b。
上述旋转卡盘40经由轴部41与例如伺服电动机等的旋转驱动机构42连接，在由该旋转驱动机构42保持晶片W的状态以能够旋转的方式构成。此外，旋转驱动机构42与该发明的控制部的控制器60电连接，基于来自控制器60的控制信号，来控制旋转卡盘40的转速。
另外，以包围被旋转卡盘40保持的晶片W的侧方的方式设置有杯体(cup)43。该杯体43，包括圆筒状的外杯体43a和上部侧向内侧倾斜的筒状的内杯体43b，外杯体43a通过与外杯体43a的下端部连接的例如汽缸等的升降机构44进行升降，进一步，内杯体43b在形成于外杯体43a的下端侧内周面的层部被推上，以能够升降的方式构成。此外，升降机构44被构成为与控制器60电连接，根据来自控制器60的控制信号来升降外杯体43a。
另外，在旋转卡盘40的下方一侧设置有圆形板45，在该圆形板45的外侧遍及全圆周设置有截面形成为凹部状的液接受部46。在液接受部46的底面形成有排水排出口47，从晶片W落下或者被甩下的存积于液接受部46的显影液和冲洗液，经由该排水排出口47被排出到装置的外部。另外，在圆形板45的外侧设置有截面呈山形的环部件48。此外，虽然图示省略，但是设置有作为贯通圆形板45的例如3个基板支承销的升降销，通过该升降销与未图示的基板搬送部件和协同作用，晶片W被交接到旋转卡盘40。
另一方面，被保持在旋转卡盘40的晶片W的上方一侧，以隔着间隙与晶片W的表面的中心部对置的方式，设置有能够升降和水平移动的显影液供给喷嘴52(以下称为显影喷嘴52)。在该情况下，显影喷嘴52在喷嘴前端部具有供给(喷出)显影液的圆形状的喷出口(未图示)。
另外，显影喷嘴52被喷嘴臂54A的一端侧支承，该喷嘴臂54A的另一端侧与具有未图示的升降机构的移动基台55A连结，进一步，移动基台55A，例如通过滚珠丝杆或齿轮皮带(timing belt)等的显影液供给喷嘴移动机构56A(以下称为显影喷嘴移动机构56A)沿在X方向上延伸的引导部件57A以能够在横方向上移动的方式构成。通过驱动显影喷嘴移动机构56A，显影喷嘴52从晶片W的中心部沿朝向周边部的直线(半径)移动。
此外，在杯体43的一方的外方侧设置有显影喷嘴52的待机部59A，在该待机部59A进行显影喷嘴52的喷嘴前端部的清洗等。
另外，在被旋转卡盘40保持的晶片W的上方一侧以隔着间隙与晶片W的表面的中心部对置的方式，以能够升降和水平移动的方式设置有供给(喷出)冲洗液的冲洗液供给喷嘴58(以下称为冲洗喷嘴58)。
该冲洗喷嘴58被保持为与喷嘴臂54B的一端相互平行状态，该喷嘴臂54B的另一端与具有未图示的升降机构的移动基台55B连结，进一步，移动基台55B被构成为，例如通过滚珠丝杆或同步带等的冲洗液供给喷嘴移动机构56B(以下称为冲洗喷嘴移动机构56B)沿在X方向上延伸的引导部件57B能够在侧方向上移动，即：能够从晶片W的中心部朝向基板的周边部在径方向移动。此外，杯体43的一方的外方侧设置有冲洗喷嘴58的待机部59B。
另外，显影喷嘴52经由设置有开闭阀V1的显影液供给管70与显影液供给源71连接。另一方面，冲洗喷嘴58在连接冲洗喷嘴58与清洗液供给源的冲洗液供给源77的冲洗液供给管76设置有开闭阀V2。
此外，上述显影喷嘴移动机构56A、冲洗喷嘴移动机构56B、开闭阀V1、V2分别与上述控制器60电连接，以根据预先存储在控制器60的控制信号进行显影喷嘴52的水平移动、冲洗喷嘴58的水平移动、和开闭阀V1、V2的开闭驱动的方式构成。控制器60通过控制开闭阀V1的开闭驱动，能够控制从显影喷嘴52向晶片W的显影液的供给。
从上述方式构成的显影喷嘴52对晶片W供给的显影液，使用含有有机溶剂的显影液。该显影液能够在曝光处理中曝光的抗蚀剂膜的区域中，选择性地溶解·除去光照射强度较弱的区域，进行图案形成。作为含有有机溶剂的显影液，例如能够使用酮类溶剂、酯类溶剂、酒精溶剂、酰胺溶剂、以太(ether)溶剂等的极性溶剂和烃类溶剂等。在本实施方式中，使用含有酯类溶剂的醋酸丁酯的显影液。
另一方面，从冲洗喷嘴58对晶片W供给的冲洗液使用含有有机溶剂的冲洗液。作为含有有机溶剂的冲洗液，例如能够使用具有含有分支结构和环状结构中的至少一个的烷基链，该烷基链中的2级或者3级碳原子与羟基结合且碳原子数至少为5的醇，或者碳原子数至少为5的烷基以及碳原子数至少为5的环烷基中的至少一种的二烃基醚(dialkyl ether)的冲洗液，在本实施方式中，使用含有相当的酒精4-甲基-2-戊醇(MIBC)的冲洗液。
接着，对于如上述方式构成的显影处理装置50的晶片W的显影处理的第一实施方式进行说明。图5是表示第一实施方式中的显影处理方法的次序的流程图，沿箭头的方向进行步骤。此外，在第一实施方式中，对直径300mm的晶片W进行显影处理。
首先，通过未图示的搬送部件，将晶片W搬送到旋转卡盘40上，由旋转卡盘40保持晶片W，通过驱动旋转驱动机构42例如以1000rpm旋转晶片W(步骤S1)。然后，驱动显影喷嘴移动机构56A，使显影喷嘴52从晶片W的周边部移动至中心部的上方位置(步骤S2)。
此外，也可以使步骤S1与步骤S2的顺序相反。即，也可以在使显影喷嘴52从晶片W的周边部移动到中心部的上方位置之后，通过驱动旋转驱动机构42例如以1000rpm旋转晶片W。
接着，从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给显影液(步骤S3)。步骤S3包括：使晶片W旋转，并从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给显影液D来形成液膜的液膜形成工序(步骤A：参照图6(a))；和使晶片W旋转，并停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液D来显影抗蚀剂膜的显影工序(步骤B：参照图6(b))，使液膜形成工序(步骤A)和显影工序(步骤B)交替重复多次。
首先，进行第一次的液膜形成工序(步骤A)。显影液D的供给，例如从显影喷嘴52对以1000rpm旋转的晶片W的中心部供给显影液D，形成液膜。从显影喷嘴52供给的显影液D的流速例如为300ml/min，从供给显影液D至停止供给显影液D之间的显影液供给期间T为0.5秒。
接着，进行第一次的显影工序(步骤B)。显影工序，例如以1000rpm使晶片W旋转，并进行晶片W上的抗蚀剂膜的显影。从停止供给显影液D至下一次供给显影液之间的显影液停止期间P为1.5秒。在该显影工序中，当使晶片W以1000rpm旋转，并停止显影液的供给时，存在促进干燥的问题，所以作为抑制干燥的方法，例如可以在晶片W上的局部配置整流板，或者用罩覆盖整个晶片，抑制显影液的挥发。此外，在显影工序中，通过使晶片W的转速例如减速至100rpm，能够抑制显影的干燥。另外，作为抑制干燥的另外的方法，使晶片W的温度和显影液的温度中的至少一个温度为18℃～21℃，或者，在显影工序中，通过使杯体43(具体来讲为外杯体43a)的开口部缩小为30mm以下，能够抑制显影的干燥。
接着，与第一次的液膜形成工序同样地进行第二次的液膜形成工序(步骤A)，接着，与第一次的显影工序同样地进行第二次的显影工序(步骤B)。
然后，通过使液膜形成工序(步骤A)和显影工序(步骤B)交替重复多次例如n＝8次，能够完成步骤S3。
接着，驱动显影喷嘴移动机构56A，使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部移动(步骤S4)。
如上所述，在从显影喷嘴52对晶片W供给显影液之后，驱动冲洗喷嘴移动机构56B，使冲洗喷嘴58移动至晶片表面的中心部上方位置，由冲洗喷嘴58对例如以1000rpm旋转的晶片W的表面供给含有有机溶剂的冲洗液(步骤S5)。从冲洗喷嘴58供给的冲洗液的流速例如是120ml/min，从供给冲洗液至停止供给冲洗液之间的冲洗液供给期间为5秒。通过由冲洗喷嘴58供给的冲洗液，能够停止基于显影液的抗蚀剂膜的溶解，并能够冲洗包括晶片表面的抗蚀剂溶解成分的显影液。
此外，在供给步骤S5的冲洗处理中，也可以不使用冲洗液，而在步骤S3中使用有机显影液，冲洗晶片表面的含有抗蚀剂溶解成分的显影液。在该情况下，除了从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给有机显影液之外，也可以使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部或者，从晶片W的周边部向中心部移动，同时供给有机显影液。
接着，通过驱动旋转驱动机构42，使晶片W高速旋转，例如使转速为2000rpm来甩掉晶片表面的液体，进行20秒的旋转干燥处理(步骤S6)。
采用上述第一实施方式，包括：一边使晶片W旋转，一边从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给显影液来形成液膜的液膜形成工序；和一边使晶片W旋转，一边停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液D来进行抗蚀剂膜的显影的显影工序，通过使液膜形成工序和显影工序交替重复多次，能够保持在晶片W的表面上形成的显影液D的液膜的厚度较薄，能够提高抗蚀剂膜的溶解·除去速度，因此能够使显影处理的处理时间缩短，能够提高处理能力。
图7是对直径300mm的晶片W，在各处理条件下供给20秒时间的显影液之后，进行上述的冲洗处理和干燥处理之后的、从晶片W的中心部至周边部为止的各部位的图案的线宽的测定实验结果。各处理条件是：○(显影液供给期间T/显影液停止期间P：0.5s/1.5s)，△(显影液供给期间T/显影液停止期间P：1.0s/1.0s)，□(显影液供给期间T/显影液停止期间P：1.5s/0.5s)，×(全程实施(All Dispense))的条件
如图7所示，不设置停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液的显影工序，连续地向晶片W供给显影液的处理条件：×(全程实施(AllDispense))，与在从晶片W中心部至周边部的各部位中，设置有显影工序的处理条件：○(T/P：0.5s/1.5s)、△(T/P：1.0s/1.0s)和□(T/P：1.5s/0.5s)相比，显示图案的线宽变宽，抗蚀剂膜的溶解·除去速度变慢。
另外，通过对设置停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液的显影工序的处理条件：○(T/P：0.5s/1.5s)与处理条件：△(T/P：1.0s/1.0s)和处理条件：□(T/P：1.5s/0.5s)进行比较，显影液供给期间T最短的处理条件：○(显影液供给期间T/显影液停止期间P：0.5s/1.5s)的图案的线宽最细，抗蚀剂膜的溶解·除去速度最快。
图8是对直径300mm的晶片W，在不设置停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液的显影工序，将显影液以规定的处理时间连续地供给至晶片W的处理条件下，即，处理条件：×(全程实施(All Dispense))，和在处理条件：○(显影液供给期间T/显影液停止期间P：0.5s/1.5s)下供给之后，测定晶片W的中心部中的经过每个处理时间的图案的线宽的实验结果。
如图8所示，判断：当目标的线宽为40nm时，在处理条件：×(全程实施(All Dispense))下需要30秒的处理时间，与此相对，在处理条件：○(T/P：0.5s/1.5s)下用20秒的处理时间完成，这说明设置停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液的停止工序的处理条件：○(T/P：0.5s/1.5s)的情况下，用于成为目标的线宽的处理时间变短。
在上述的第一实施方式中，驱动显影喷嘴移动机构56A，使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部的上方位置移动(步骤S2)，但也可以例如如图9所示，使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部移动，并从显影喷嘴52对晶片W连续地供给显影液D(步骤S2a：未图示)。此外，连续地供给显影液是指不设置停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液的工序，从显影喷嘴52对晶片W连续供给显影液。
当对通过显影处理装置50的晶片W的显影处理的第二实施方式进行说明时，与第一实施方式相同，首先，通过未图示的搬送部件，将晶片W搬送到旋转卡盘40上，通过旋转卡盘40保持晶片W，通过驱动旋转驱动机构42，使晶片W例如以1000rpm旋转(步骤S1)。
接着，如图9所示，驱动显影喷嘴移动机构56A，使显影喷嘴52以40mm/s的速度从晶片W的周边部向中心部移动，并从显影喷嘴52以流速例如300ml/min连续地供给显影液D(步骤S2a)。之后的处理工序(步骤S3～S6)与第一实施方式同样进行。
采用上述第二实施方式，通过在从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给显影液D之前，一边使晶片W旋转，一边使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部移动，并从显影喷嘴52对晶片W连续地供给显影液D，从使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部移动的工序时刻起，能够开始溶解·除去抗蚀剂膜，因此能够使显影处理的处理时间缩短，能够提高处理能力。另外，通过对晶片W的中心部以外的部位供给显影液D，能够对晶片W整体进行更加均一的显影处理。
图10是对将直径300mm的晶片W以1000rpm旋转，在各处理条件下：×(移动時不供给显影液)、△(以显影喷嘴52的移动速度为120mm/s、流量为300ml/min供给显影液)、○(以显影喷嘴52的移动速度为40mm/s、流量为300ml/min供给显影液)，使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部的上方位置移动，在晶片W的中心部将显影液以显影液供给期间T/显影液停止期间P：1.0s/1.0s的条件供给16秒之后，进行了上述的冲洗处理和干燥处理之后、对从晶片W的中心部至周边部的各部位的图案的线宽进行测定的实验结果。
如图10所示，与从显影喷嘴52对晶片W不供给显影液处理条件：×(移动時不供给显影液)相比，具有使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部移动，并从显影喷嘴52对晶片W连续地供给显影液的工序处理条件：△(以显影喷嘴52的移动速度为120mm/s、流量为300ml/min供给显影液)和○(以显影喷嘴52的移动速度为40mm/s、流量为300ml/min供给显影液)的情况下，图案的线宽变细。
另外，通过对设有使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部移动，并从显影喷嘴52对晶片W连续地供给显影液的工序的处理条件：△(以显影喷嘴52的移动速度为120mm/s、流量为300ml/min供给显影液)和处理条件：○(以显影喷嘴52的移动速度为40mm/s、流量为300ml/min供给显影液)进行比较，显影喷嘴52的移动速度较慢的处理条件：○(以显影喷嘴52的移动速度为40mm/s、流量为300ml/min供给显影液)的图案的线宽最细。
通过以上结果可知：在步骤S2a中，通过使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部移动，并从显影喷嘴52对晶片W连续地供给显影液，能够调整图案的线宽。另外可知，通过显影喷嘴52的移动速度也能够调整线宽。
在上述的第一实施方式中，以停止供给显影液的状态使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部移动(步骤S4)，但也可以例如如图11所示，也可以使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部移动，并从显影喷嘴52对晶片W供给显影液D的工序；和停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液D的工序(步骤S4a：未图示)交替重复多次。
当对由显影处理装置50的晶片W的显影处理的第三实施方式进行说明时，与第一实施方式同样进行处理工序(步骤S1～S3)。
接着，如图11所示，驱动显影喷嘴移动机构56A，使显影喷嘴52以40mm/s的速度从晶片W的中心部向周边部移动，并从显影喷嘴52将显影液以流速例如为300ml/min对晶片W供给显影液的工序；和停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液的工序(步骤S4a)交替重复多次，例如两次。之后的处理工序(步骤S5、S6)与第一实施方式同样进行。
采用上述第三实施方式，通过使从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给过显影液之后，一边使晶片W旋转，一边使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部移动，并从显影喷嘴52对晶片W供给显影液的工序；和停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液的工序交替重复多次，即使在使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部移动的工序中，也能够对晶片W供给显影液，溶解·除去抗蚀剂膜，因此能够使显影处理的处理时间缩短，能够提高处理能力。另外，通过对晶片W的中心部以外的部位供给显影液，能够对晶片W整体进行更加均一的显影处理。
在上述的第一实施方式中，从一个显影喷嘴52对晶片W的中心部供给显影液(步骤S3)，但也可以例如如图12所示，设置多个例如五个显影喷嘴，从一个显影喷嘴52A对晶片W的中心部供给显影液D，并从四个显影喷嘴52B对中心部以外的部位供给显影液D(步骤S3a：未图示)。
当对由显影处理装置50的晶片W的显影处理的第四实施方式进行说明时，与第一实施方式同样进行处理工序(步骤S1、S2)。此外，在步骤S2中，将显影喷嘴52A配置于晶片W的中心部的上方，使显影喷嘴52B在晶片W的中心部以外的部位的上方，在隔着显影喷嘴52A呈对称的左右的位置各设置两个(参照图12)。
接着，从多个显影喷嘴52A、52B对晶片W的中心部和中心部以外的部位供给显影液D(步骤S3a)。步骤S3a，如图12(A)所示，具有：一边使晶片W旋转，一边从显影喷嘴52A、52B对晶片W的中心部和中心部以外的部位供给显影液D，形成液膜的液膜形成工序(步骤Aa：未图示)；和如图12(b)所示，一边使晶片W旋转，一边停止从显影喷嘴52A、52B向晶片W供给显影液来显影抗蚀剂膜的显影工序(步骤Ba：未图示)，使液膜形成工序(步骤Aa)和显影工序(步骤Ba)交替重复多次。
首先，进行第一次的液膜形成工序(步骤Aa)。显影液D的供给，例如从显影喷嘴52A、52B对以1000rpm旋转的晶片W的中心部和中心部以外的部位供给显影液D。从显影喷嘴52A、52B供给的显影液D的流速例如是60ml/min，从供给显影液D至停止供给显影液D之间的显影液供给期间T为0.5秒。
接着，进行第一次的显影工序(步骤Ba)。供给显影液的显影工序是例如一边使晶片W以1000rpm旋转一边进行。从停止供给显影液至下一次供给显影液之间的显影液停止期间P为1.5秒。
接着，与第一次的液膜形成工序同样地进行第二次的液膜形成工序(步骤Aa)，接着，与第一次的显影工序同样地进行第二次的显影工序(步骤Ba)。
于是，通过使液膜形成工序(步骤Aa)和显影工序(步骤Ba)交替重复多次，例如n＝8次，能够完成步骤S3a。之后的处理工序(步骤S4～S6)与第一实施方式同样进行。
采用上述第四实施方式，设置有多个显影喷嘴52A、52B，在液膜形成工序中，从显影喷嘴52A、52B对晶片W的中心部和中心部以外的部位供给显影液，在显影工序中，通过停止从显影喷嘴52A、52B向晶片W供给显影液，能够从多个显影喷嘴52A、52B对晶片W的中心部和中心部以外的部位供给显影液，因此能够使显影处理的处理时间缩短，能够提高处理能力。另外，通过对晶片W的中心部以外的部位供给显影液，能够对晶片W整体进行更加均一的显影处理。
接着，参照图13所示的流程图和图14所示的概略立体图，对上述方式构成的由显影处理装置50的晶片W的显影处理的第五实施方式进行说明。
首先，通过未图示的搬送部件，将晶片W搬送到旋转卡盘40上，由旋转卡盘40保持晶片W，通过驱动旋转驱动机构42，使晶片W例如以1000rpm旋转(步骤S1)。然后，驱动显影喷嘴移动机构56A，使显影喷嘴52从晶片W的周边部向中心部的上方位置移动(步骤S2)。
此外，也可以使步骤S1和步骤S2的顺序相反。即，也可以在使显影喷嘴52从晶片W的周边部移动到中心部的上方位置之后，通过驱动旋转驱动机构42，使晶片W例如以1000rpm旋转。
接着，从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给显影液(步骤S3)。步骤S3包括：一边使晶片W以1000rpm(第一转速)旋转，一边从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给显影液D，形成液膜的液膜形成工序(步骤A：参照图14(a))；一边使晶片W以比第一转速低的、不促进显影液干燥的程度的转速(第二转速)例如100rpm旋转，一边停止从显影喷嘴52向晶片W供给显影液D，显影抗蚀剂膜的显影工序(步骤B：参照图14(b))；和使晶片W的转速提高至例如1000rpm，并对晶片W的中心部供给显影液D，并冲洗含有抗蚀剂溶解成分的显影液的清洗工序(步骤C：参照图14(c))。
详细说明步骤S3。首先，进行第一次的液膜形成工序(步骤A)。显影液D的供给，例如从显影喷嘴52对以1000rpm(第一转速)旋转的晶片W的中心部供给显影液D，形成液膜。从显影喷嘴52供给的显影液D的流速例如是60ml/min，从供给显影液D至停止供给显影液D之间的显影液供给期间T为5秒。通过该液膜形成工序，显影液的液膜在晶片整个面扩展。
接着，进行第一次的显影工序(步骤B)。显影工序，一边使晶片W以比第一转速低的例如100rpm旋转，一边以较薄地保持晶片W上的抗蚀剂膜的液膜的状态进行显影。从停止供给显影液D至下一次的供给显影液之间的显影液停止期间P为14秒。此外，在显影工序中，通过使晶片W的转速减速至例如100rpm，能够抑制显影的干燥。另外，作为抑制干燥的方法，例如在晶片W上的一部分配置整流板，或者，以罩覆盖晶片整体，能够抑制显影液的挥发。另外，作为抑制干燥的另外的方法，使晶片W的温度和显影液的温度中至少一个温度在18℃～21℃，或者，在显影工序中，通过使杯体43(具体来讲外杯体43a)的开口部缩小为30mm以下，能够抑制显影的干燥。
此外，在上述说明中，在液膜形成工序中，使显影液的流速为60ml/min，使显影液供给期间T为5秒，在显影工序中，使显影液停止期间P为14秒，但也可以使显影液的流速比60ml/min慢，使显影液供给期间T比5秒长，使显影液停止期间相应缩短。
通过在显影工序之后，使晶片W的转速上升至例如1000rpm，并对晶片W的中心部供给显影液D，来冲洗含有抗蚀剂溶解成分的显影液的清洗工序(步骤C)，完成步骤S3。此外，在步骤C的清洗工序中，除了从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给有机显影液之外，也可以一边使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部，或者，从晶片W的周边部向中心部移动，一边供给有机显影液。
接着，驱动显影喷嘴移动机构56A，使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部移动(步骤S4)。
如上所述，在从显影喷嘴52对晶片W供给显影液之后，如图13中两点划线所示，驱动冲洗喷嘴移动机构56B，使冲洗喷嘴58向晶片表面的中心部上方位置移动，由冲洗喷嘴58对例如以1000rpm旋转的晶片W的表面供给含有有机溶剂的冲洗液，进行冲洗处理(步骤S5)。从冲洗喷嘴58供给的冲洗液的流速例如为120ml/min，从供给冲洗液至停止供给冲洗液之间的冲洗液供给期间为5秒。通过由冲洗喷嘴58供给的冲洗液，能够停止基于显影液的抗蚀剂膜的溶解，同时能够冲洗晶片表面的含有抗蚀剂溶解成分的显影液。
此外，在步骤S3的清洗工序中，使用有机显影液，冲洗晶片表面的含有抗蚀剂溶解成分的显影液，所以也可以不进行步骤S5的冲洗处理，就进行下一个工序的干燥处理。此外，当不进行冲洗处理就进行干燥处理时，也可以在干燥工序之前，对晶片W的中心部供给N2等的气体，来调整抗蚀剂膜的显影的进行。此时，当一边使显影喷嘴52从晶片W的中心部向周边部，或者，从晶片W的周边部向中心部移动，一边供给有机显影液时，使气体的供给位置从晶片W的中心部向周边部移动，以显影液的液膜在晶片W上变得均一的方式供给气体。
干燥工序，通过驱动旋转驱动机构42，使晶片W高速旋转，例如使转速为2000rpm，将晶片表面的液体甩掉，进行20秒的旋转干燥处理(步骤S6)。
此外，在上述说明中，在液膜形成工序中，使晶片W的转速为1000rpm，在显影工序中，使晶片W的转速为100rpm，但使液膜形成工序中的晶片W的转速为100rpm～1500rpm，使显影工序中的晶片W的转速为10rpm～100rpm，也能够获得同样的效果。例如，也可以在液膜形成工序中，使晶片W的转速为1000rpm，在显影工序中，使晶片W的转速减速至100rpm，停止供给显影液，并且以10rpm超低速旋转，进行显影处理。此外，在显影工序中，不含有晶片W的旋转停止的理由是因为：当停止旋转晶片W时，浓度分布由于溶解于显影液的抗蚀剂成分变得不均，不能获得均一的线宽。
此外，也可以在第五实施方式中，使液膜形成工序和显影工序交替重复多次。
采用上述第五实施方式，通过具有：一边使晶片W旋转，一边从显影喷嘴52对晶片W的中心部供给显影液，在整个面较薄地形成液膜的液膜形成工序；一边使晶片W旋转，一边停止从显影喷嘴52向晶片供给显影液D，以较薄地保持晶片W上的抗蚀剂膜的液膜的状态进行显影的显影工序；和使用有机显影液，冲洗晶片表面的含有抗蚀剂溶解成分的显影液的清洗工序，能够保持在晶片W的表面上形成的显影液D的液膜的厚度较薄，能够提高抗蚀剂膜的溶解·除去速度，因此能够使显影处理的处理时间缩短，能够提高处理能力。
符号说明
W半导体晶片(基板)
40旋转卡盘(基板保持部)
42旋转驱动机构
50显影处理装置
52、52A、52B显影喷嘴(显影液供给喷嘴)
56A显影喷嘴移动机构(显影液供给喷嘴移动机构)
56B冲洗喷嘴移动机构(冲洗液供给喷嘴移动机构)
58冲洗喷嘴(冲洗液供给喷嘴)
60控制器(控制部)

Claims (16)

1.一种显影处理方法，其对在表面被涂布抗蚀剂并被曝光后的基板供给含有有机溶剂的显影液来进行显影，该显影处理方法的特征在于，包括：
液膜形成工序，一边使所述基板旋转，一边从显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液来形成液膜；和
显影工序，停止从所述显影液供给喷嘴向所述基板供给所述显影液，并在不使所述显影液的液膜干燥的状态下一边使所述基板旋转，一边将所述基板上的抗蚀剂膜显影。
2.如权利要求1所述的显影处理方法，其特征在于：
在所述液膜形成工序中，以第一转速使所述基板旋转，
在所述显影工序中，以比所述第一转速更低并且不促进所述显影液的液膜干燥的第二转速使所述基板旋转，
进一步还包括清洗工序，以比所述第二转速更高的第三转速使所述基板旋转，并从所述显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液，将在所述显影工序中溶解于所述显影液的抗蚀剂成分冲走。
3.如权利要求2所述的显影处理方法，其特征在于：
所述第一转速为100rpm～1500rpm，所述第二转速为10rpm～100rpm。
4.如权利要求1～3中任一项所述的显影处理方法，其特征在于：
将所述液膜形成工序和所述显影工序交替重复多次。
5.如权利要求1～4中任一项所述的显影处理方法，其特征在于，包括：
在从所述显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液之前，一边使所述基板旋转，一边使所述显影液供给喷嘴从所述基板的周边部向中心部移动，并从所述显影液供给喷嘴对所述基板连续地供给所述显影液的工序。
6.如权利要求1～4中任一项所述的显影处理方法，其特征在于：
使从所述显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液之后，一边使所述基板旋转，一边使所述显影液供给喷嘴从所述基板的中心部向周边部移动，并从所述显影液供给喷嘴对所述基板供给所述显影液的工序，和停止从所述显影液供给喷嘴向所述基板供给所述显影液的工序交替重复多次。
7.如权利要求1～6中任一项所述的显影处理方法，其特征在于：
所述显影液供给喷嘴设置有多个，
在所述液膜形成工序中，从所述多个显影液供给喷嘴对所述基板的中心部和中心部以外的部位供给所述显影液，
在所述显影工序中，停止从所述多个显影液供给喷嘴向所述基板供给所述显影液。
8.如权利要求1～7中任一项所述的显影处理方法，其特征在于，包括：
从所述显影液供给喷嘴对所述基板供给所述显影液之后，一边使所述基板旋转，一边从冲洗液供给喷嘴对所述基板供给冲洗液的工序；和
从所述冲洗液供给喷嘴对所述基板供给所述冲洗液之后，使所述基板旋转并干燥的工序。
9.一种显影处理装置，其对在表面被涂布抗蚀剂并被曝光后的基板供给含有有机溶剂的显影液来进行显影，该显影处理装置的特征在于，包括：
将所述基板水平地保持的基板保持部；
使所述基板保持部绕铅垂轴旋转的旋转驱动机构；
对被保持在所述基板保持部的基板的表面供给所述显影液的显影液供给喷嘴；和
对从所述显影液供给喷嘴向所述基板的所述显影液的供给和所述旋转驱动机构进行控制的控制部，
所述显影处理装置进行如下处理：
液膜形成处理，根据来自所述控制部的控制信号，一边使所述基板旋转，一边从显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液来形成液膜；和
显影处理，停止从所述显影液供给喷嘴向所述基板供给所述显影液，并且以不使所述显影液的液膜干燥的状态，一边使所述基板旋转，一边对所述基板上的抗蚀剂膜进行显影。
10.如权利要求9所述的显影处理装置，其特征在于：
根据来自所述控制部的控制信号，在所述液膜形成处理中，使所述基板以第一转速旋转，在所述显影处理中，使所述基板以比所述第一转速更低并且不促进所述显影液的液膜干燥的第二转速旋转，进一步进行清洗处理，使所述基板以比所述第二转速更高的第三转速旋转，并从所述显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液，将在所述显影处理中溶解于所述显影液的抗蚀剂成分冲走。
11.如权利要求10所述的显影处理装置，其特征在于：
所述第一转速为100rpm～1500rpm，所述第二转速为10rpm～100rpm。
12.如权利要求9～11中任一项所述的显影处理装置，其特征在于：
将根据来自所述控制部的控制信号，一边使所述基板旋转，一边从所述显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液的液膜形成处理，和停止从所述从显影液供给喷嘴向所述基板供给所述显影液的显影处理交替重复多次。
13.如权利要求9～12中任一项所述的显影处理装置，其特征在于：
还具有能够使所述显影液供给喷嘴在沿所述基板的表面的方向上移动，移动动作由所述控制部进行控制的显影液供给喷嘴移动机构，其中，
所述控制部，在从所述显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液之前，使所述显影液供给喷嘴从所述基板的周边部向中心部移动，并从所述显影液供给喷嘴连续地对所述基板供给所述显影液。
14.如权利要求9～12中任一项所述的显影处理装置，其特征在于：
还具有显影液供给喷嘴移动机构，能够使所述显影液供给喷嘴在沿所述基板的表面的方向上移动，移动动作由所述控制部进行控制，其中，
所述控制部，使从所述显影液供给喷嘴对所述基板的中心部供给所述显影液之后，使所述显影液供给喷嘴从所述基板的中心部向周边部移动，并从所述显影液供给喷嘴对所述基板供给所述显影液的处理，和停止从所述显影液供给喷嘴对所述基板供给所述显影液的处理交替重复多次。
15.如权利要求9～14中任一项所述的显影处理装置，其特征在于：
设置有多个所述显影液供给喷嘴，
在所述液膜形成处理中，从多个所述显影液供给喷嘴对所述基板的中心部和中心部以外的部位供给所述显影液，
在所述显影处理中，停止从多个所述显影液供给喷嘴向所述基板供给所述显影液。
16.如权利要求9～15中任一项所述的显影处理装置，其特征在于，还包括：
对所述基板供给冲洗液的冲洗液供给喷嘴；和
冲洗液供给喷嘴移动机构，能够使所述冲洗液供给喷嘴在沿所述基板的表面方向上移动，所述冲洗液供给喷嘴的移动动作由所述控制部进行控制，其中，
所述控制部进行：
从所述显影液供给喷嘴对所述基板供给所述显影液之后，一边使所述基板旋转，一边从所述冲洗液供给喷嘴对所述基板供给所述冲洗液的处理；和
从所述冲洗液供给喷嘴对所述基板供给所述冲洗液之后，使所述基板旋转干燥的处理。
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