JP2005116677A

JP2005116677A - 薬液供給ノズル、基板の薬液処理装置及び薬液処理方法

Info

Publication number: JP2005116677A
Application number: JP2003347010A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kanda; 薫神田; Michirou Takano; 径朗高野
Original assignee: Sigmameltec Ltd
Current assignee: Sigmameltec Ltd
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】被処理基板に対し、大流量の液体を衝撃や気泡の混入なく均等に供給して、均一で欠陥を発生しない高品質な薬液処理を可能とする薬液供給ノズル等を提供する
【解決手段】この薬液供給ノズルは、所定のパターンが形成された被処理基板を選択的に薬液処理するために、被処理基板に薬液を供給する薬液供給ノズルであって、薬液を入力する入力口７１を備えた少なくとも１つの継手７２と、複数の細管であって、その第１の端が少なくとも１つの継手に固着され、第２の端が密接して束ねられて、継手から供給される薬液を第２の端に対向する被処理基板１０に吐出する複数の細管７３とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶パネル基板、及び、これらをパターニングするために使用されるホトマスク等の基板に、現像液やエッチング液等の薬液を供給する薬液供給ノズルに関する。さらに、本発明は、そのような基板の薬液処理装置及び薬液処理方法に関する。

例えば、半導体ウエハをパターニングするために使用されるホトマスクは、ガラス基板上にクロム膜をスパッタし、その上にレジストを塗布して、光線又は電子線による描画を選択的に行った後、現像液を供給して現像することにより作製される。現像の方式としては、ディップ方式、スプレー方式及びパドル方式がある。本説明は、パドル方式に関するものである。

パドル方式によれば、水平に裁置したホトマスクを低速で回転させながら、パターニングされたホトマスク上のレジストに向けて、薬液供給ノズルから現像液を吐出することにより、レジスト上に現像液の層を形成する。その後、ホトマスクを停止するか、又は、停止に近い状態として、レジストの現像を行う。現像液吐出は、停止しても継続しても良い。レジストを均一に精度良く現像するためには、レジストに衝撃力を加えることなく、かつ、短時間に現像液の層を形成しなければならない。

図８に、パドル方式の現像に使用される従来の薬液供給ノズルの一例を示す。図８に示すように、この薬液供給ノズルは、現像液を扁平な扇状に広げた液膜２として、ホトマスク３に向けて吐出する。扇状に広げた液膜ではノズルからレジストに到達するまでの距離が長くなり、液膜２の先端は粒状になりやすい。その粒子２ａの直径は、０．５〜１ｍｍとなるので、ホトマスク３に塗布されたレジストにおいて、粒子が当った部分と当らなかった部分との間で現像ムラが発生する。粒子が当った部分においては、その衝撃により現像速度が速くなって、微細パターンの寸法均一性が悪くなる。また、現像液を扇型にするために加圧した、例えば１ｋｇｆ／ｃｍ^２（９．８×１０^−２Ｎ／ｍｍ^２）の圧力により、ホトマスク３に塗布されたレジストに強い衝撃が印加され、レジストにピンホールを発生させるおそれがある。さらに、現像液がレジストに当った時の衝撃力で現像液がミスト状に飛散し、それがレジストに再付着してパターン欠陥を発生させるおそれもある。

これらの問題を解決するため、特許文献１には、底部に多数の細孔が形成された直方体状の液体収容部を含む液体供給ノズルが開示されている。しかしながら、この液体供給ノズルによれば、細孔の直径が０．１〜１ｍｍと小さいので、液体の流速が早くなり衝撃力が大きくなるという欠点がある。また、現像液の所定供給量を確保するためには高い圧力を印加しなければならないので、現像液中に気泡が混入し易い。現像液中に気泡が混入すると、基板に気泡が付着し、その部分のレジストが現像されなくなるので、パターン欠陥が発生するおそれがある。また、直方体状の容器に現像液を収容するので、液面上部の容器壁面が乾燥してパーティクルが発生するという欠点がある。

さらに、ノズルの内部に気泡を除去するための機構を設けることも考えられているが、その場合にはノズルの構造が複雑になり、それがまた、パーティクルが発生する原因となるという欠点がある。さらに、ホトマスクのパターニングされたレジストを均一に現像するためには、現像液を短時間にホトマスク全面に供給することが必要であるが、大流量が得られ難いので均一性が悪くなるという欠点がある。
特開平５−５５１３３号公報（第１頁、図１）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、被処理基板に対し、大流量の液体を衝撃や気泡の混入なく均等に供給して、均一で欠陥を発生しない高品質な薬液処理を可能とする薬液供給ノズル、基板の薬液処理装置及び薬液処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る薬液供給ノズルは、所定のパターンが形成された被処理基板を選択的に薬液処理する薬液供給ノズルであって、複数の細管から成り、該複数の細管の第１の端を継手に固着し、第２の端を密接して束ね、被処理基板に薬液を吐出する。

また、本発明に係る基板の薬液処理装置は、所定のパターンが形成された被処理基板を選択的に薬液処理する薬液処理装置であって、被処理基板を支持して回転させる基板支持回転機構と、薬液を供給する薬液供給源と、薬液供給源の薬液を供給する本発明に係る薬液供給ノズルと、薬液供給ノズルの薬液流量を制御する流量制御手段と、薬液供給ノズルを移動させる移動手段とを具備する。

さらに、本発明に係る基板の薬液処理方法は、所定のパターンが形成された被処理基板を選択的に薬液処理する方法であって、複数の細管から成り、該複数の細管の第１の端を少なくとも１つの継手に固着し、第２の端を密接して束ね、該第２の端を被処理基板の主面に対向して配置するステップと、継手に薬液を供給することにより被処理基板に薬液を吐出するステップとを具備する。

本発明によれば、第１の端が少なくとも１つの継手に固着され、第２の端が密接して束ねられた複数の細管を用いて、被処理基板に薬液を吐出することにより、被処理基板に対し、大流量の液体を衝撃や気泡の混入なく均等に供給して、均一で欠陥のない高品質な薬液処理を可能とすることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る薬液処理装置の構成を示す図である。本実施形態においては、一例として、被処理基板としてのホトマスクに現像液を供給する薬液処理装置について説明する。ホトマスクにはレジストが塗布されており、光線又は電子線によって所定のパターンが露光されている。薬液処理装置は、このホトマスクに現像液を供給することにより、ホトマスクを選択的に薬液処理して、所定のレジストパターンを形成する。

図１に示すように、本実施形態に係る薬液処理装置は、ホトマスク１０が載置されるスピンステージ２０と、ホトマスク１０の複数のコーナを保持する複数のコーナ保持ピン２１と、ホトマスク１０の裏面における所定の位置を支持する裏面支持ピン２２と、スピンステージ２０を回転させるモータ３０と、アーム３１を回転させるモータ３２と、窒素ガスにより加圧されて現像液を一定の圧力で出力するキャニスタ・タンクである現像液供給源４０と、現像液の流量を調節する絞り弁５１と、現像液の流量を計測する流量計５２と、現像液の吐出動作をオン・オフするバルブ６０と、アーム３１に固定されてホトマスク１０に現像液を吐出する薬液供給ノズル７０と、各部を制御する制御部８０とを備えている。なお、スピンステージ２０の周辺は、処理チャンバ３３によって覆われている。

制御部８０の制御の下で、ホトマスク１０が載置されるスピンステージ２０を、例えば５０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの低速で回転させながら、ホトマスク１０に現像液を供給する。絞り弁５１と流量計５２とは、流量制御部５０を形成している。流量制御部５０において、流量計５２の計測結果に基づいて絞り弁５１を操作し、その結果、所望の流量が保たれる。一方、バルブ６０は、制御部８０の制御の下で、現像液の吐出動作をオン・オフさせる。

図２は、図１に示す薬液供給ノズルの斜視図である。図２に示すように、薬液供給ノズル７０は、現像液を入力する入力口７１を備えた継手７２と、複数の細管７３と、複数の細管７３をアーム３１（図１参照）に固定する固定部７４とを含んでいる。複数の細管７３の第１の端は、継手７２に熱溶着法等によって固着され、第２の端は、密接して束ねられて固定部７４によって固定されている。これらの細管７３は、継手７２から供給される薬液を、第２の端に対向するホトマスク１０に吐出する。

細管７３の内径は１〜３ｍｍと大きく薬液の流速が遅いので、大流量の液体を衝撃なく均等にホトマスク１０に供給することができる。また、薬液供給ノズル７０の吐出面とホトマスク１０とのギャップを１〜５ｍｍと小さくすることにより、現像液の表面張力による液流の細りを防止し、連続した薄い液膜としてホトマスク１０の全面に均一に現像液を吐出することができる。

また、この薬液供給ノズル７０には、容器が存在しないので、乾燥する壁面がなくパーティクルを発生することがないので、均一で欠陥のない高品質な薬液処理を可能とすることができる。

図３は、図２に示す複数の細管の第２の端を示す図である。図３の（Ａ）はホトマスク側から見た平面図であり、図３の（Ｂ）は側面図であり、図３の（Ｃ）は一部を拡大して示す断面図である。図３の（Ｃ）に示すように、細管７３の内径は１〜３ｍｍとなっている。これは、細管の内径が大きいと、薬液を止めたときに、薬液の表面張力が薬液の重量によって破られて薬液が細管から流出するのを防止するためである。

複数の細管は、図４の（Ａ）に示すように、直線状に１列となって密接して束ねられていても良いし、図４の（Ｂ）に示すように、直線状に２列となって密接して束ねられていても良い。これらの場合には、直線状の液膜を作ることができる。或いは、複数の細管は、円形状又は多角形状に密接して束ねられていても良い。この場合には、広い面積に渡り均一な流れを作ることができる。図４の（Ｃ）には、６角形状に密接して束ねられた複数の細管７３が示されている。

複数の細管が直線状に密接して束ねられている場合には、図５に示すように、吐出面の幅を狭くし、長さを長くすることにより、スピンステージ２０（図１参照）に載置されるホトマスク１０（被処理基板）の広い範囲を長手方向においてカバーできる。複数の細管の各列の長さが、被処理基板の主面の最大長（即ち、対角線の長さ）の１／２以上であるようにすれば、被処理基板が１回転することにより、被処理基板の全体に均一に薬液を吐出することができる。さらに、複数の細管の各列の長さが、被処理基板の主面における対角線の長さと同等以上であるようにすれば、被処理基板が半回転することにより、被処理基板の全体に均一に薬液を吐出することができる。なお、被処理基板は角型でも丸型でも良く、被処理基板が半導体ウエハのように丸型の場合には、被処理基板の主面の最大長は直径に相当する。

被処理基板に薬液を吐出する際には、薬液供給ノズル７０を被処理基板上に移動して停止させ、その後、被処理基板を回転させながら薬液を供給する。或いは、薬液供給ノズル７０の移動と被処理基板の回転とを組み合わせながら薬液を供給することにより、短時間で被処理基板の全体に均一に薬液を吐出するようにしても良い。また、被処理基板を静止させた状態で薬液供給ノズル７０を移動して、薬液を吐出することもできる。薬液供給ノズル７０の移動は、回転軸を中心にアーム３１をスイングしても良いし、直線ガイドにより直線状に移動させても良い。

現像が完了したら、モータ３２を回転させ、モータ３２に連結されたアーム３１を旋回させて、薬液供給ノズル７０を被処理基板上から退避させる。続いて、回転ステージを、例えば３００ｒｐｍで回転させて、ホトマスク１０にリンス液をスプレーして洗浄した後、１０００〜１５００ｒｐｍで回転させて振り切り乾燥を行い、全ての処理を終了する。

また、図６に示すように、複数の細管７３の第１の端を現像液供給源（キャニスタ・タンク）４０に直接接続することにより、大流量の現像液を均等にホトマスク１０に供給することができる。この場合には、現像液の吐出／停止は、窒素ガス等を用いてキャニスタ・タンクを加圧又はリークして切り換える。キャニスタ・タンクをリークして大気圧にすると、薬液供給ノズルからの現像液の吐出が停止される。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る薬液処理装置の一部を示す図である。図７に示すように、本実施形態においては、薬液供給ノズルの細管をグループ化して複数の継手７２ａ〜７２ｃが設けられており、これらの継手７２ａ〜７２ｃには、複数群の細管７３ａ〜７３ｃの第１の端がそれぞれ固着されている。複数群の細管７３ａ〜７３ｃの第２の端は、密接して束ねられて固定部７４によって固定されている。複数群の細管７３ａ〜７３ｃは、複数の継手７２ａ〜７２ｃからそれぞれ供給される薬液を、第２の端に対向する被処理基板に吐出する。

これに対応して、薬液処理装置において、複数の流量制御部５０ａ〜５０ｃと、複数のバルブ６０ａ〜６０ｃとが設けられている。これにより、複数群の細管７３ａ〜７３ｃから吐出される薬液の流量を、個別的に制御することができる。例えば、薬液供給ノズルが図５に示すように配置されている場合には、被処理基板の中心部に薬液を吐出する第１群の細管７３ａの流量を小さくし、被処理基板の周辺部に薬液を吐出する第３群の細管７３ｃの流量を大きくする。また、制御部８０は、複数群の細管７３ａ〜７３ｃからの現像液の吐出動作を、個別的にオン・オフ制御することができる。その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。

以上の実施形態においては、被処理基板がホトマスクの場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、円形の半導体ウエハや液晶パネル基板の処理にも適用することができる。また、以上の実施形態においては、処理が現像である場合について述べたが、本発明は、金属膜や酸化シリコン膜のエッチング等の処理にも適用することができる。また、以上の実施形態においては、薬液が現像液の場合について述べたが、本発明は、これに限定されるものではなく、エッチング液でも純水でも適用することができる。さらに、本発明によれば大流量の液体を衝撃なく供給することができるので、本発明は、薬液の連続吐出による基板処理や、薬液処理に続く純水洗浄処理にも適用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、大流量の液体を、衝撃や気泡の混入なく、被処理基板に供給することができる。また、液体ミストの飛散がなく、欠陥のない品質の高い液体処理ができる。さらに、薬液供給ノズルを小型化し、現像装置等に容易に組み込むことが可能となる。

本発明は、半導体ウエハ、液晶パネル基板、及び、ホトマスク等の基板に薬液を供給する薬液供給ノズルや、基板の薬液処理装置及び薬液処理方法において利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る薬液処理装置の構成を示す図である。図１に示す薬液供給ノズルの斜視図である。図２に示す複数の細管の第２の端を示す図である。本発明の一実施形態に係る薬液供給ノズルにおける複数の細管の配列のバリエーションを示す図である。本発明の一実施形態に係る薬液供給ノズルと被処理基板との位置関係を示す図である。複数の細管の第１の端をキャニスタ・タンクに直接接続した構成を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る薬液処理装置の一部を示す図である。パドル方式による現像に使用される従来の薬液供給ノズルを示す図である。

符号の説明

１０ホトマスク
２０スピンステージ
２１コーナ保持ピン
２２裏面支持ピン
３０、３２モータ
３１アーム
３３処理チャンバ
４０現像液供給源
５０、５０ａ〜５０ｃ流量制御部
５１絞り弁
５２流量計
６０、６０ａ〜６０ｃバルブ
７０薬液供給ノズル
７１入力口
７２継手
７３複数の細管
７３ａ〜７３ｃ複数群の細管
７４固定部
８０制御部

Claims

所定のパターンが形成された被処理基板を選択的に薬液処理する薬液供給ノズルであって、複数の細管から成り、前記複数の細管の第１の端を継手に固着し、第２の端を密接して束ね、被処理基板に薬液を吐出する薬液供給ノズル。
前記複数の細管の第２の端が、直線状に１列又は２列となって密接して束ねられていることを特徴とする請求項１記載の薬液供給ノズル。
前記複数の細管の第１の端が固着された継手が、２個以上に分割されていることを特徴とする請求項１記載の薬液供給ノズル。
前記複数の細管の第２の端が、円形状又は多角形状に密接して束ねられていることを特徴とする請求項１記載の薬液供給ノズル。
前記複数の細管の内径が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の薬液供給ノズル。
前記複数の細管の第２の端が、直線状に１列又は２列となって密接して束ねられており、各列の長さが、被処理基板主面の最大長の１／２以上であることを特徴とする請求項１記載の薬液供給ノズル。
所定のパターンが形成された被処理基板を選択的に薬液処理する薬液処理装置であって、
被処理基板を支持して回転させる基板支持回転機構と、
薬液を供給する薬液供給源と、
前記薬液供給源の薬液を供給する請求項１記載の薬液供給ノズルと、
前記薬液供給ノズルの薬液流量を制御する流量制御手段と、
前記薬液供給ノズルを移動させる移動手段と、
を具備する基板の薬液処理装置。
所定のパターンが形成された被処理基板を選択的に薬液処理する方法であって、
複数の細管から成り、前記複数の細管の第１の端を少なくとも１つの継手に固着し、第２の端を密接して束ね、前記第２の端を被処理基板の主面に対向して配置するステップと、
前記継手に薬液を供給することにより被処理基板に薬液を吐出するステップと、
を具備する基板の薬液処理方法。