JP2005505919A

JP2005505919A - 表面付近に吐出される液体ジェットの相互混合を緩和するための方法及び装置

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Publication number: JP2005505919A
Application number: JP2003533328A
Authority: JP
Inventors: アンドリューニューイェン
Original assignee: シリコンヴァレイグループインコーポレイテッド
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: KR20040049318A; DE60219503D1; KR100814452B1; CN101251719B; EP1440459B8; EP1440459B1; CN1605112A; JP4414758B2; WO2003030228A3; CN100349254C; DE60219503T2; ATE359600T1; WO2003030228A2; EP1440459A2; AU2002334796A1; CN101251719A

Abstract

【解決手段】マルチ・ポート・ノズルを使用して、半導体ウエハ基板上に様々なプロセス流体を送出するための方法及び装置である。ノズルには、その長手方向に複数の流体マニホールドと気体マニホールドとが形成されている。それぞれのマニホールドは、ノズル本体の内部に配置されていて、ノズル本体に形成された別々に対応する入口に連通している。流体入口は外部源に結合されて、吐出すべきプロセス流体を受け入れる。さらに、ノズルは複数のノズルチップを含んでいて、吐出した液体をウエハ基板上へ導く。それぞれのチップの少なくとも一部分はノズルの底面を越えて延出し、同時に、チップの少なくとも一部分は、ノズル本体内にある流体マニホールド中に延出して内部リザーバを形成している。さらに、ノズルの底面は、格子状パターンであるノズルチップの間に網状の溝を形成されて有していて、複数の気体オリフィスをさらに含んでいる。気体オリフィスが、気体マニホールドに結合されて加圧気体を受けることで、気体のカーテンが形成されて、これによって、様々なプロセス流体がウエハ基板上へ管理されて向けられることを援助すると共に、相互混合やウエハ基板からの飛沫を抑制する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、超小型電子装置の製造に関する。より詳しくは、本発明は、液体ポリマーの歩留りと線幅とについてのパフォーマンスを改善するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィー処理は、半導体産業にあって、歩留りを向上させつつ、小さいサイズの特徴を達成すべく、絶えず進歩するためのひとつの主要な駆動源になっている。より詳しくは、限界寸法（“critical dimension”：CD）制御の改善と、処理中に誘発する欠陥及び粒子の数の低減とを、同時に満足させる必要がある。
現像液モジュールの工程は、さらに細い線幅のパターン形成の上で、重要な役割を果たす。現像工程に先立つフォト・リソグラフィー工程の結果、レジストフィルムには、高い溶解速度の領域と低い溶解速度の領域とが創られる。現像工程においては、レジストフィルムに転写されたイメージは、湿式工程によって、三次元構造に現像される。続くエッチング工程（これはほとんど乾式である）では、かかるイメージを、Ｓｉや、ＳｉＯ₂、ポリＳｉなどから形成された基板上に転写する。
【０００３】
良好な現像工程としては様々な変形例があるが、これは一般的に２つの主たる段階から構成されている。第１の段階においては、低速回転しているウエハ上に現像液を吐出して、現像液の静止した水溜りを形成し、しばらく静止させ又は振動させて、高い溶解速度の領域をエッチング除去することによって、フィルム上に三次元イメージを創る。パターン形成されたイメージの品質、すなわち、側壁の角度値やＣＤ制御は、かかる現像工程における第１の段階によって大きく影響される。現像工程における第２の段階においては、湿式化学エッチングの段階の直後に、脱イオン水（ＤＩ）によってすすぐが、これは、パターン形成されたウエハ上の粒子及び欠陥の数を最小限にしつつ、溶解したレジストと現像液との混合物を洗い流すことを主目的としている。従って、すすぎの段階は、リソグラフィー工程の歩留りを改善する上で、極めて重要な工程である。
【０００４】
これまでの所、限界寸法制御を改善し、処理中に誘発する欠陥数を減少させ、処理中に誘発する粒子数を減少させるという要求条件は、完全には満たされていない。これらすべての及び他の関連した要求条件を同時に満たすような解決策が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が提供する方法及び装置は、リソグラフィー装置における現像工程中に、吐出された液体の相互混合を低減する。本発明の主要な目標は、リソグラフィー工程による歩留りを向上させることである。本発明の別の主要な目標は、限界寸法（ＣＤ）の制御能力を改善することである。従って、従来のウエハトラック装置における現像液モジュールにおいて生じるであろう、これらの及び他の関連した問題点に対して、解決策が提供される。以下の詳細な説明において記述されている具体的な特徴は、独立したものとして考えても良いし、あるいは、その他の変形例や本発明の観点と組み合わせて考えても良いことを理解されたい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点を具体化する実施形態は、ｐＨの急変を抑制することで反応生成物の沈澱を最小にするような方法に基づいていて、前記方法は、現像液を投入して基板上のポリマー層の少なくとも一部分を現像する段階と、前記投入された現像液の少なくとも一部分を前記ポリマー上に滞在させて、ｐＨの急変を最小に制御する段階と、別の流体を投入して前記ポリマーをすすぐ段階とを備えている。
本発明の第２の観点を具体化する実施形態は、ｐＨの急変を抑制することで反応生成物の沈澱を最小にするような方法に基づいていて、前記方法は、現像液の初期の投入によって基板上のポリマー層の少なくとも一部分を現像する段階と、前記現像液を追加的に投入して前記ポリマーをすすぐことでｐＨの急変を最小に制御する段階と、別の流体を投入して前記ポリマーをすすぐ段階とを備えている。
【０００７】
本発明の第３の観点を具体化する実施形態は、ｐＨの急変を抑制することで反応生成物の沈澱を最小にするような方法に基づいていて、前記方法は、現像液を投入して基板上のポリマー層の少なくとも一部分を現像する段階と、前記基板に緩衝剤を投入して前記現像液の少なくとも一部分を前記投入された緩衝剤と混合させることでｐＨの急変を最小に制御する段階と、別の流体を投入して前記ポリマーをすすぐ段階とを備えている。
本発明の第４の観点を具体化する実施形態は、基板上にて現像されるポリマー層への流体衝突力を最小にすることによって歩留りと線幅の制御能力とを改善するような装置に基づいていて、前記装置が備えているノズルは、流体を供給すべく適合してなるマニホールドと、前記マニホールドに結合されてなる複数の流体導管と、前記複数の流体導管の中に配置されてなる複数の管状のインサートとを含んでいる。
【０００８】
本発明の第５の観点を具体化する実施形態は、基板上にて現像されるポリマー層への流体衝突力を最小にすることによって歩留りと線幅の制御能力とを改善するような装置に基づいていて、前記装置が備えているノズルは、現像液を供給すべく適合してなる現像液マニホールドと、前記現像液マニホールドに結合されてなる複数の現像液オリフィスと、すすぎ流体を供給すべく適合してなるすすぎマニホールドと、前記すすぎマニホールドに結合されてなる複数のすすぎ流体オリフィスとを備え、前記現像液マニホールドと前記すすぎマニホールドとは互い違いになっていて前記ノズルの外幅を小さくしている。
本発明の第６の観点を具体化する実施形態は、基板上にて現像されるポリマー層への流体衝突力を最小にすることによって歩留りと線幅の制御能力とを改善するような装置に基づいていて、前記装置が備えているノズルは、現像液を供給すべく適合してなる現像液マニホールドと、前記現像液マニホールドに結合されてなる複数の現像液オリフィスと、すすぎ流体を供給すべく適合してなるすすぎマニホールドと、前記すすぎマニホールドに結合されてなる複数のすすぎ流体オリフィスとを備え、前記複数のすすぎ流体オリフィスは少なくともひとつのすすぎ流体軸線を形成すべく配置され、前記ノズルは前記基板に対して前記ノズルを昇降すべく適合してなるブラケットに結合されていて、前記少なくともひとつのすすぎ軸線を、前記基板の中心線に対して垂直な実質的に同一平面上に再配置する。
本発明の追加的な観点は、表面付近にて吐出される液体ジェットの相互混合を緩和するための方法及び装置を含んでいる。
【０００９】
本発明によって提供されるいくつかの利点には、複数の吐出ノズルを備えた新規なマルチ・ポート送出装置を採用することによって、リソグラフィー段階で使用される流体ポリマーの現像工程中に、欠陥の密度を低減させることが含まれる。本願におけるマルチ・ポート送出装置の重要な観点は、それが液滴の衝撃を減少できることである。かかる装置によれば、その優れたすすぎ作用によって、欠陥の密度を著しく低減することができる。さらに、かかるマルチ・ポート・ノズルの装置によれば、相互混合をまったく伴なわずに、あるいは相互混合を抑制しつつ、（すすぎ薬品に加えて）２以上の異なった現像液薬品を支えることができる。現像液と脱イオン水との双方を、または他の物質を送出するためのかかる装置は、吐出された液体の衝突力を低減させることができるので、さもなければ小さい特徴サイズを要求する用途において重大な歩留り管理の問題点を生じさせるような、パターンの崩壊を防止することができる。さらに、本願における送出装置は、均一な空気の層流が必要条件とされる、ウエハトラック装置における現像液モジュールに組み込んだり含めたりすることができる。本願における本発明は、複数の概念を伴なうものとして分類され、該概念には、（１）２以上の異なった現像液をクロストークさせずに吐出するマルチ・ポート・ノズル装置と、（２）すすぎ段階中の脱イオン水など別の液体を吐出するために使用される同一ないし類似構成である第２のマルチ・ポート・ノズル装置と、（３）概念（１）又は（２）のいずれかを実現して、２つの化学現像液を吐出すると共に、現像工程の全体にわたって低い衝突力という要求条件を満足させる。本発明はさらに、露光されたウエハに現像液を均一に分配する現像液モジュールに起因する、潜在的な限界寸法（ＣＤ）の変動を抑制することを含んでいる。本願にて提供される段階及び装置をウエハトラック装置の現像液モジュールに組み込んだ場合には、ウエハトラック装置の総合的なＣＤ制御能力が改善される。トラック装置はさらに、ステッパやその他の従来のウエハ処理モジュールないし装置と連結させることができる。ここで言う連結とは、複数の装置要素を結合させることであるが、直接的に、又は機械的に、互いに結合させることは必要ではないことを理解されたい。
【００１０】
本発明のその他の目的及び利点に関しては、以下の詳細な説明に添付図面を関連させることで良く理解されるだろう。以下の詳細な説明は、本発明の特定の実施形態を開示するために具体的な詳細を含んでいるけれども、これらは発明の範囲を限定するものではなく、好ましい実施形態を例示するためのものである。本発明のそれぞれの観点については、本願において示唆され、また当業者が知っているように、多くの変形例が可能である。本発明の範囲内において、本発明の精神から逸脱しない、多数の変形例及び応用例が可能であって、本発明はそうした応用例を含むものである。
【００１１】
本発明を構成する利点及び特徴についての明確な概念は、本発明によって提供される模範的な装置の構成要素及び動作と共に、添付図面に例示された限定的ではない例示的な実施形態を参照することでさらに明らかになるだろう。図面において同一又は対応する要素には、同一ないし類似した参照符号を示している。さらに、図面に示されている特徴部分は、必ずしも正しい尺度関係で描かれてはいないことに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の様々な特徴及び利点については、添付図面に示した例示的な実施形態を参照しつつ、以下により完全に説明されている。発明の詳細を不必要にあいまいにしないため、周知の構成要素や処理技術についての説明は省略していることを理解されたい。
図１は、本発明の実施形態であって、単一の化学流体を吐出するための液体吐出ノズル１００を示している。ノズル１００における前面１０５から後面までの最大幅は、吐出される流体を受ける半導体基板ウエハの半径に等しくなっている。本願中に記載された様々な他の変形例と同じく、ノズル１００の幅及びその他の関連する寸法は、具体的な用途に応じて変更される。ノズル１００に含まれているメインアーム１１０は、ノズル１００の底面１１５に対する垂直軸線に沿って整列されてなる、複数の導管を有している。入口マニホールド１３０は供給流体を受け入れて、流体はノズルを通り、複数の出口１０１を介して、回転しているウエハ上に分配される。本実施形態では、図示の出口１０１はメインアーム１１０の幅にわたって直線的に整列されている。ノズル１００の幅によって、ウエハが１回転するだけで、吐出された流体はウエハの全域に行き渡る。このように、ノズル１００は流体を均一かつ迅速に分配するが、こうした現像液の塗布は、限界寸法（ＣＤ）制御のための重大な要求条件である。本発明の本実施形態及び他の実施形態が適用される文脈ないし技術分野には、微細構造物や微細電子構造を処理するフォト・リソグラフィーが含まれることを理解されたい。そうした構造物は代表的にエッチングして形成され、関連して付着堆積されたポリマーは構造物の一部分を保護するマスクとして機能して、該構造物はエッチング剤によってほとんど影響されずに残される。現像されるポリマーは、ネガ式及び／又はポジ式のフォトレジストである。本発明にあっては、例えばノズルの再配置や所望のスピン速度の変更などのある種の機能を実行する、別個の相互結合されたハードウェア要素や下位装置を操作すべく、ポリマー処理の状態を特徴づける信号を変化させるような情報処理方法を利用することもできる。
【００１３】
図２は、本発明による他の実施形態を示していて、本実施形態では、異なる化学的性質を有する１又は２種類の流体を受け入れるための供給マニホールド２３０を有してなる、マルチ・ポート・ノズル２００が提供される。供給マニホールド２３０には、取入口仕切３３５が形成されていて、マニホールドへ入る流体の流れを分離ないし分割する。入口マニホールドにて選別された流体は、第１のアーム２１０と第２のアーム２２０とに分配される。ノズル２００が使用される用途に応じて、アーム２１０と２２０とのそれぞれは、異なった又は同一である出口３０１の構成を有している（図３参照）。前面２０５と後面との間におけるノズル２００の幅は、ウエハ基板の直径と等しくなっていて、ウエハが１回転するだけで、吐出された流体はウエハの全域に行き渡る。
【００１４】
図３は、ノズル２００の横断面を示していて、入口マニホールド２３０は分割されていて、好ましくは、例えば現像液と脱イオン水（ＤＩ）など、異なる化学的性質をもった２種類の流体を受け入れる。仕切３３５は、入口マニホールド２３０の中における流体の流れを分割する。図３においては、入口マニホールド２３０は、一方の流体の流れを第１の入口通路３４０へ案内している。第１の入口通路３４０は屈曲部３４２を含んでいて、該屈曲部は、第１のアーム２１０における第１の管状のインサートないし導管３４５に結合されている。マニホールド２３０は、他方の流体の流れを第２の入口通路３６０へ案内する。第２の入口通路３６０は屈曲部３６２を含んでいて、該屈曲部は、第２のアーム２２０における第２の管状のインサート３６５に結合されている。望ましくは、ノズル２００の底面３８０における出口３０１は、ノズル２００の幅にわたって直線的に整列されているけれども、その他の配置にすることも可能であって、その詳細については後述する。従って、ノズル２００の構成によれば、２種類の異なる現像液薬品を温度管理して使用して、それらの吐出中には相互混合を生じさせることがない。しかしながら、ノズル２００は、現像液の吐出と一緒にまたは別に、脱イオン水を吐出できるように適合していても良い。ノズル２００又はその類似変形例は、単一又は２種類の現像液に統合しても良いことを理解されたい。
【００１５】
本発明のこの観点に関する重要な特徴は、単一孔のノズルに比べると、ノズルが発生させる衝突力が、少なくともある程度はマルチ・ポートの特性ないし特徴に起因して、著しく減少することである。衝突力が減少することは、高いアスペクト比を有する傾向がある、小さいＣＤサイズにおいて特に重要であって、それらは流体の衝突に起因してパターン崩壊を生じ易い。本発明の実施形態は、現像液と脱イオン水との衝突力を同時に低減する。現像工程にわたって衝突力は最小になるので、他の公知技術に比べて、比較的高い歩留りにて微細な特徴のパターンを形成するための信頼できる方法が確保される。本願におけるマルチ・ポート・ノズルの別の重要な利点は、これを現像液と脱イオン水との双方の吐出のために用いることで、プロセス寛容度が大きくなることである。さらに、かかるマルチ・ポート・ノズルにあっては、液体の送出及び分配の能力が改善しているために、スピン速度や流体吐出量などの機械的なプロセス変数に対して、より良い総合的なプロセス・コンプライアンスが確保される。本発明によって提供されるさらに別の利点は、ＣＤ制御と共に良好な欠陥及び粒子性能を維持しつつ、潜在的に全体的な現像プロセス時間を短縮できることである。
【００１６】
図４は、本発明の他の実施形態を示していて、本実施形態においては、マルチ・ポート・ノズル４００は、１種類又は２種類のいずれかの現像液及び／又は脱イオン水を吐出することができる。ノズル４００は好ましくは、２つの現像液と脱イオン水とを吐出するもので、ノズル４００をウエハ基板の上の１つだけの位置に位置決めすることによって、すべての吐出を行うことができる。ノズル４００のヘッド４２０が含んでいる上面４２５は、現像液及び／又は脱イオン水を受け入れるために、３つの入口ないし入口マニホールドを有している。図４に示すように、ひとつの好ましいノズルの構成は、第１の現像液のための第１の入口４０５と、脱イオン水のための第２の入口４１０と、第２の現像液のための第３の入口４１５とを含んでいる。望ましくは、２以上の入口は上面４２５において互い違いになっていて、スペースを節約し、ノズル４００の全体的な幅とサイズを小さくしている。第１の入口４０５を第３の入口４１５に対して互い違いにして、第２の入口を中央に配置し、及び／又は、第２の入口を第１の入口４０５と第３の入口４１５との間にオフセットさせて配置しても良い。入口は必ずしも互い違いの構成に形成しなくても良く、ノズルの様々な領域に沿って形成することができることを理解されたい。
【００１７】
図５は、ヘッド４２０の端面５２０を示していて、該端面には、中ぐりされたチャンバとして示されている内部マニホールドが形成されており、これらは図４に示したそれぞれの入口に連通しないし対応している。端面５２０は好ましくは、第１の現像液用の第１の入口４０５に結合ないし連通されてなる第１のマニホールド５０５と、脱イオン水用の第２の入口４１０に結合されてなる第２のマニホールド５１０と、第２の現像液用の第３の入口４１５に結合されてなる第３のマニホールド５１５とを含んでいる。それぞれのマニホールドは、一連の１又は複数の管状インサート６５０を含んでいて、これらのインサートが、それぞれのマニホールドから液体を吐出する。ノズルの寸法をさらに小さくするために、２以上のマニホールドを互いに端面５２０において互い違いにしても良い。第１のマニホールド５１０を端面５２０の中央に配置して、第２のマニホールド５１０と第３のマニホールド５１５とを第１のマニホールド５０５の両側に対称的に、図示の如く、三角形の状態に配置するのが好ましい。従って、本発明の別の観点は、複数の作業流体のマニホールドを互い違いに配置することである。作業流体のマニホールドを互い違いにすれば、互い違いにせずにマニホールドの半径ボアの内部を交差させない構成に比べて、マニホールドの主軸を互いに近接させることができる。その結果、マルチ・ポート・ノズルの全体的な幅を、より小さく幅狭にすることができる。マニホールドが２つだけの場合であっても、特にポート間の静圧を均一にしたいという要求のためにマニホールドが形成する容積を大きくする場合にあっては、マニホールドを互い違いにすることは有効である。
【００１８】
図６は、図４に示したノズルヘッド４２０の断面図であって、第３のマニホールド５１５に沿った縦線Ａ−Ａにて破断した様子を示している。第３のマニホールド５１５は、垂直軸線に沿って底面６８０に垂直に中ぐりされてなる、複数の導管６７０を含んでいる。第３のマニホールド５１５の構造は好ましくは、第１のマニホールド５０５及び／又は第２のマニホールド５１０と同一であるので、これらのマニホールドの実施形態の代表として詳細に説明する。第３のマニホールド５１５について例示されるように、マニホールドに形成された導管６７０のそれぞれは、１又は複数の管状インサート６５０を含んでいて、該インサートは内側端６６０と外側端６５５とを有している。望ましくは、それぞれの管状インサート６５０の内側端６６０は、第３のマニホールド５１５の壁面ないし表面から隔てられるような距離ないし高さにわたって、該マニホールドの中に延出している。第３のマニホールド５１５へ入った流体は、第３のマニホールド５１５の中に集められた流体のレベルが内側端６６０の高さを越えるまでは、排出されることがない。こうして、内側端６６０はリザーバを形成し、その深さは、管状インサート６５０における内側端６６０とマニホールドの底面６６５とによって定められる。このように、内側端６６０の高さを用いて、第３のマニホールド６１５の中の静圧を一定に維持し、または対応する流体導管６７０に関して等しく維持する。管状インサート６５０における外側端６５５も同様に、ノズル４００の底面６８０を越えて延出している。
【００１９】
ここで、管状インサート６５０は極めて滑らかな内面を提供すべく形成されていて、現像液や脱イオン水の流れを誤って導くことになるような、表面の欠陥は最小にされ、ないし排除されている。管状インサート６５０の表面が滑らかであることは、管状インサートの内部にある液体と空気との界面がコントロールされるために、気泡の吸込みを防止する。管状インサート６５０は、マニホールドの内側とノズルの外側との双方において、薄肉の半径縁部を提供していて、通過する流体に接触する管状インサートの面積を小さくしている。これによって、流体がくっつくなどの不都合によって流れが中心線から逸れるなどの、現像液及び／又は脱イオン水の導管に接触する流れに関連した問題点を回避することができる。また、外側端６５５は十分にノズル４００を越えて延出していて、流れが底面６８０にまとめて引寄せられることを回避している。
【００２０】
本願にて開示している他の実施形態と同じく、この単一のマルチ・ポート・ノズルは、異なる化学的性質を有する２種類の現像液と、１種類のすすぎ用の脱イオン水（ＤＩ）の薬品とを、戦略的に配置された孔の並びを通して吐出することで、ウエハ基板に対する１箇所のヘッド位置において、すべての吐出を行うことができる。このため、ヘッドを排水位置から単一の吐出位置へ動かすために、回転シリンダアクチュータを使用することができる。もはやサーボ制御の位置決めは必要ではない。ＤＩの孔列は、ウエハ全体をすすぐために、中央に配置される。現像薬品の列は好ましくは、５mmほどオフセットさせて配置されるが、これは、現像薬品を５mmオフセットさせることで処理結果が改善されると、後述のプロセスデータが示しているためである。さらに、吐出孔は、小さい半径の端部をもった押し込まれた管を含むことができる。そうした性質の管には少なくとも２つの利点がある。第１に、小さい半径の端部によって、液体がくっつく面がほとんど無くなることである。ノズルの底面に液体がくっつくと、吐出される流れが中心線から逸れることになる。また、ノズルの水平底面に液体が滞留していると、２本の流れが結合して１本の比較的太い流れになってしまうことが知られている。このことは、異なる薬品同士がヘッドで混合しないことが重要である場合には、特に不都合になる。第２に、押し込まれた管などによって、管の先端の半径縁部ないし端部を形成すれば、内面は極めて滑らかになって、流体がくっつく原因になる逸脱を実質的に解消することができる。一般的に、表面がわずかな異常があると、流れを誤って導く原因になる。また、表面が粗いと、液体がくっつくことを抑制できなくなって、薬品が乾燥したり、混合したりすることにつながる。ここでは、液体と空気との界面形状が良好に管理されているために、気泡が吸い込まれる機会は減少する。充満したボア孔の配置を互い違いにすることで、現像液のオフセットを５mmに維持しつつ、１．５インチの幅のヘッドに３種類の薬品のための列を配置することができる。すべての孔は一体型の吐出ヘッドに戦略的に配置される。これらの構成及び寸法は、本発明の具体的な用途に従って変更されることを理解されたい。
【００２１】
図７は、ノズル４００の底面６８０に沿って形成された出口の好ましい構成を示している。出口は図示の如く直線的に配列するか、あるいは、互い違いにして占有スペースの広さを小さくしたり、面積を制約したりすることができる。本発明の実施形態に示すように、管状インサートの延出端によって形成されてなる出口７０１のうちの中央の列７１０は、第２のマニホールド５１０に結合ないし連通されていて、脱イオン水をすすぎ処理されるウエハ基板の全面へ吐出させる。追加的な出口の列７０５と列７１５とはそれぞれ、第１のマニホールド５０５と第３のマニホールド５１５とに連結されていて、少なくとも１種類の、好ましくは２種類の現像液を吐出する。本願に記載した他の実施形態と同様に、かかるマルチ・ポート・ノズルのデザインは、現像液と脱イオン水との双方を、基板上の現像すべきポリマー層の上に送出することができる。ノズルは、最適な空間的流量を提供しつつ、液垂れを最小限にするような配置である、出口の形状構造を提供する。本発明はさらに、膜に対する液体の衝突力を低減することによって、現像されたレジスト構造の崩壊を防止することを助ける。マルチ・ポート・ノズルは、ノズル本体に形成されてなる少なくとも１又は複数のポートに、ノズルインサートないし管状インサートを含むことができる。インサートはノズルの作業流体に対して、小さい（静的又は動的）摩擦係数を有している材料から作ることができる。さらに、本発明における本実施形態に含まれているこうしたインサートは、該インサートが配置されているノズル本体の材料を越えた延出部分を有している。かかる延長部は、内側に認められ、インサートは入口マニホールドの内部の領域へ延入している。また、同延長部は、外側にも認められ、インサートはノズル本体の底部を越えて延出している。インサートをノズル本体の内部に延在させることの利点は、内部マニホールドを空気均一化リザーバとして機能させることによって、各ポートに関する静圧を均一化できることである。同時に、インサートを外側へ延出させることの利点は、ノズル本体の外側底面に作業流体が滞留して蓄積することを防止するために、なんら、作業流体の圧力を逆にして吸引することで滞留の蓄積を緩和するような動作を行う必要がないことである。
【００２２】
図８は、互い違いのないしオフセットした入口４０５，４１０，４１５を備えてなるノズル４００を示した斜視図である。ノズル４００は、ウエハ基板の上方にあるアームないしスタンドにノズルを固定するために、第１の長手端８２０は、ピボット式の取付ブラケットに受け入れられるように構成されている。ノズルは比較的小型であって、上面４２５から底面までの垂直高さは、好ましくは１．５インチである。本発明における本実施形態及び他の実施形態についての各寸法は、選択された処理ないし用途に応じて変更されることを理解されたい。
【００２３】
図９は、図４の線Ｂ−Ｂに沿ってのノズル４００の断面図である。図示の如く、ノズル４００は、複数の第１の管状インサート６５０Ａに結合されてなる第１のマニホールド５０５を含んでいる。同様に、第２のマニホールド５１０には複数の第２の管状インサート６５０Ｂが結合され、第３のマニホールド５１５には複数の第３の管状インサート６５０Ｃが結合されている。第１、第２、及び第３の複数の管状インサート６５０Ａ〜Ｃは好ましくは、第１、第２、及び第３のマニホールド５０５，５１０，５１５のそれぞれの内部へ延入していて、各グループの管状インサートの内部延長部６６０Ａ〜Ｃは、対応するマニホールドにリザーバを形成している。マニホールド５０５，５１０，５１５の内部にあるそれぞれのリザーバの高さは、それぞれの内部延長部６６０Ａ〜Ｃの長さによって、個別的に設定されるが、これについては、図面を参照して後述する（図１２及び図１３参照）。
【００２４】
図１０は、図４の線Ｃ−Ｃに沿ってのノズル４００の他の断面図である。それぞれの入口をそれぞれのマニホールドに結合するに際しては、図示の如く、各マニホールドに連通しないし各マニホールドの一部分として形成されてなる１又は複数のチャンバが使用されている。図１０に示すように、第１の入口４０５は第１の入口チャンバ１００５によって第１のマニホールド５０５に結合され、第３の入口４１５は第３の入口チャンバ１０１５によって第３のマニホールド５１５に結合されている。第２のマニホールド５１０もまた、第１のマニホールド５０５及び第３のマニホールド５１５の間にて、両者に対して実質的に平行に、ノズル本体の所定長さに沿って形成されている。ノズル本体には、複数の管状インサート６５０Ａ〜Ｃが配置されていて、それぞれのマニホールドからノズル４００の外部へつながるような、吐出液体の送出のための流路を提供している。
【００２５】
図１１は、図４の線Ｄ−Ｄに沿ってのノズル４００のさらに別の断面図である。他の入口及びマニホールドと同様に、第２の入口４１０は、第２の入口チャンバ１０１０によって、第２のマニホールド５１０に結合されている。しかしながら、本発明の別の実施形態にあっては、ここに記載した構成に類似したさらに多数のマニホールドを、対応する入口チャンバに結合させて追加的に含めても良いことを理解されたい。さらに、図１１は、本発明における本実施形態についての他の図面と同様に、ノズル４００の底面６８０から延出してなる管状インサート６５０Ａ〜Ｃを示していて、これらのインサートは、異なるマニホールドのそれぞれにおける管状インサートの列から排出された液体の流れが混合することを防止している。
図１２Ａ〜Ｂは、本発明のかかる観点によるマルチ・ポート・ノズルに使用される、管状インサート６５０Ａの実施形態を示している。図１２Ａに示すように、管状インサート６５０Ａは実質的に丸い断面１２１０Ａを含んでいる。しかしながら、本発明の別の実施形態にあっては、円形以外の、正方形や多角形である断面形状に形成しても良い。インサートのこれらの及びその他の構成は、ノズル本体から出るマニホールドの流体が比較的平行な流体流れになって、これらが互いに実質的に干渉しないで送出の機能を実行できるように選択される。さらに、管状インサート６５０Ａの高さは、管状インサートを保持しているマニホールドの垂直位置に従って、または、管状インサートの内側端６６０Ａが形成するリザーバに求められる深さに従って設定される。図１２Ｂに示している管状インサート６５０Ａは、比較的短い高さを有していて、これは第１のマニホールド５０５や第３のマニホールド５１５のような、ノズル４００の底面６８０に近接したマニホールドのために使用される。しかし、かかる管状インサート６５０Ａの全高ないし全長にあっては、ノズルの全体的な寸法及び高さ、ノズルの底面から延出するインサートの外側に求められる延長部、並びに、特定のマニホールドの中に形成されるリザーバに求められる高さなどの要因に応じて変更される。管状インサート６５０Ａは、第２のマニホールド５１０などのような、ノズルの底面から比較的離れているマニホールドに、浅いリザーバを形成するためにすることもできる。
【００２６】
図１３Ａ〜Ｂは、ここに記載した吐出ノズルヘッドに組み入れる、さらに別の管状インサートを示している。本発明における前述した実施形態と同様に、管状インサート６５０Ｂは、図１３Ａに示す如く、実質的に丸い断面を含んでいるけれども、これは前述した他のマニホールド用のインサートと同じく、別の形状に形成しても良い。さらに、管状インサート６５０Ｂは、図１２Ａ〜Ｂに示したインサート６５０Ａに比べて、比較的長い長さに形成されている。より長いインサートは、ノズルの底面６８０から、ここに記載した他のマニホールドに比べて、より離れるように、ノズル本体に沿って形成されてなるマニホールドのために望ましい。このため、管状インサート６５０Ｂは、例えば第２のマニホールド５１０などのために好ましい。図１３Ｂに示した管状インサート６５０Ｂはまた、第１のマニホールド５０５や第３のマニホールド５１５の内部に比較的深いリザーバを作るためにも使用することができる。深さないし高さが１．５インチである最適なノズルのためには、管状インサートは、それぞれ図１２Ｂ及び図１３Ｂに示す如く、０．３５２〜０．６６５インチの間の範囲の長さに形成すると良い。
【００２７】
図１４は、ノズル４００を破断して示した斜視図である。第１の入口４０５と第２の入口４１０とは、ノズル４００の上面４２５において、中心線から離れて、あるいは、互い違いの配置に示されている。端面５２０は、第１のマニホールド５０５と第２のマニホールド５１０とを含んでいる。第２のマニホールド５１０は、本実施形態における他のマニホールドの模範的見本とみなされるものであるので、以下、これについて詳細に説明する。第２のマニホールド５１０は、拡大チャンバ１４１０を含んでいる。拡大チャンバ１４１０は、中ぐり部分１４２０に結合されていて、第２のマニホールド５１０の残余の部分を形成している。第２の入口チャンバ１０１０は、第２の入口４１０を第２のマニホールド５１０に結合している。管状インサート６５０Ｂは導管に通されていて、外側端６５５は底面６８０を越えて延出している。同様に、内側端６６０は、第２のマニホールドの底面６６５の上方に高さ１４３０にわたって形成されており、第２のマニホールド５１０が流体を受け入れたとき、内部に形成されるリザーバの深さを定めている。こうして、脱イオン水などの流体は、第２の入口４１０を介して受け入れられて、第２のマニホールド５１０における中ぐり部分１４２０に流れる。流体のレベルがインサートの高さ１４３０を越える前には、流体は第２のマニホールド５１０の内部にてリザーバを形成する。いったん、流体のレベルがインサートの高さ１４３０を越えるか上回ると、流体は管状インサート６５０Ｂの内側端６６０を経由して管状インサート６５０Ｂへ入り、外側端６５５を通って流出して、ウエハ基板へ向かう流体ジェット流れになってノズルから離れる。ノズル４００から流出する流体は、脱イオン水などの吐出液体であって、すすぎ流体の細かい吐出を提供する。
【００２８】
本発明の他の観点は、現像による反応生成物の沈澱を最小にするような、現像液の吐出方法に関する。かかる方法は、本願に記載したマルチ・ポート・ノズルによって達成される。例えば、ここに提供される方法は、現像の反応生成物の沈澱を最小限にするために、ｐＨの急変を抑制する。初めに、基板上のポリマー層の一部分は、現像液の投入によって現像される。投入された現像液は、ポリマー上に滞在させられて、爾後のｐＨの急変を最小限に制御する。その後に、別の流体を投入することによって、ポリマーはすすがれる。本発明の他の実施形態においては、最初に投入された現像液は、さらに別の追加的な現像液を投入することによってすすがれて、爾後のｐＨの急変を最小限に制御する。ポリマーは同様に別の流体の投入によってすすぐことができる。本発明のさらに別の実施形態による、ｐＨの急変を抑制することで反応生成物の沈澱を最小にするための方法は、（１）現像液を投入して基板上のポリマー層の少なくとも一部分を現像する段階と、（２）基板に緩衝剤を投入して現像液の少なくとも一部分を投入された緩衝剤と混合させることでｐＨの急変を最小に制御する段階と、（３）続いて別の流体を投入してポリマーをすすぐ段階とを備えている。本発明のかかる観点は、ｐＨの急変を抑制することによって、少なくともある程度、現像されたレジスト構造の崩壊を防止することを助ける。本願において、ｐＨの変化についての特性を記述している“急変”という用語は、時間に対するｐＨの変化が、約１．０秒未満の、好ましくは約０．１秒未満の、さらに好ましくは約０．０１秒未満の時間間隔によって隔てられている、別個の２箇所の変曲点を含むような、ｐＨの変化として定義される。２箇所の変曲点がほとんど一致して発生することは、階段関数と称することもできる。
【００２９】
本願に記載したマルチ・ポート・ノズルの装置及びシステムは、選択された処理機能を実行すべく、様々な現像液モジュールに組み入れることができる。特定の性能指標や診断鑑別になんら限定されるわけではないけれども、本発明のいくつかの好ましい実施形態について、ひとつずつ研究及び確認するために、ウエハの表面にわたって実質的に均一な現像速度が存在することを試験した。実質的に均一な現像速度が存在することの試験を、過剰な実験法を使用せずに行うために、簡単な従来のＩＰＥＣによるＡｗｍａｐの速度マップやスピン速度の試験を採用した。スピン速度試験を実行して、現像液の吐出中に、回転ウエハの中心と、これに最も近い現像液の流れとの間にどのくらいのオフセットが許容されるのかを判定した。現像の均一性が悪化するまで、オフセットを大きくするという判断基準をとった。そうしたオフセットは、本願に記載のものを含め、様々な現像モジュールに使用されると想定される、ほとんどの吐出ノズルのデザインにおいて固有のものであるので、かかる制約を知っておくことは重要である。
【００３０】
図１５〜図１８は、ノズルのオフセットを０mm、５mm、１０mm、及び２０mmとした場合におけるウエハの現像試験の結果であって、同時に、吐出中のスピン速度を６０〜２５００ｒｐｍの間で変化させている。試験によれば、少なくとも５mmまでの大きさのオフセットにおいては、ウエハの現像の均一性に悪影響がないことが見い出された。おそらく、５mm以下のオフセットをもったノズルのデザインは、ウエハの中心部に現像の不均一を生じさせることがないだろう。５mm〜１０mmにおいて、いくつかの箇所にあっては、ウエハの中心部がもはや流体によって湿らないので、該箇所における現像は大いに抑制されている。ウエハのスピン速度は、オフセットといくらか相互作用して、１０mmマージンのオフセットにおいて最も明瞭になっている。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態は、本願に記載したように、マルチ・ポート・ノズルを含んでいて、棒体ないしノズル本体には、平行な３列の孔を有していて、該ノズルはウエハ基板の半径長さに略等しいような長さに形成されている。従って、かかる単一のノズルは、脱イオン水（ＤＩ）と現像液との双方を、ノズルの再配置を伴なわずに、吐出することができる。ウエハに対するノズルアームの半径方向の位置決めは、代表的に空圧シリンダによって行われるので、いずれの流体を吐出するかに関係なく、ウエハに対するノズルの配置はひとつだけになる。従って、正確にウエハの中心上に配置できるのは一組の孔だけであるので、ＤＩの吐出を優先させるべきであって、吐出された流体がウエハの中心に最も近くなるように、ないし、最も近くで放出されるようにすべきである。さらに、代表的な現像工程においては、回転中のウエハ上に流体を吐出するので、中心からあまり離れて吐出させると、遠心力によって流体が中心部に達することが妨げられる。従って、現像液の吐出がどのくらい中心から外れると、ウエハにわたる現像速度の均一性が影響を受けるのかを判断するための試験を行なった。より詳しくは、中心から０mm、５mm、１０mm、及び２０mmの固定されたオフセットに現像液を吐出した。吐出中には初期スピン速度も変化させたが、というのは、遠心力の相違は中心オフセットと相互作用して、現像液がウエハの中心部に達する上で影響するためである。速度は、６０、６００、１２００（標準値）、及び２５００ｒｐｍとした。
【００３２】
図１９Ａ〜図２２Ａを参照すると、現像品質を測定するために部分現像技術を選ぶこととしたが、かかる技術を選んだその理由には、（１）線幅測定が比較的迅速であること、（２）線幅ないしＥ゜の測定の解像度が高く、Ｅ゜測定に比べて主観性が低いこと、（３）少数の離散領域ではなく、ウエハ全域を使用できること、及び（４）Ｅ゜に比べて露光及び現像の速度が速いならば、例えばスイング曲線やマイクロスキャンの輝度均一性、ＰＥＢの均一性などの現像速度に働く因子に比べて現像工程の影響がはるかに優位であること、などが含まれる。レジスト膜が完全な非保護状態に近づくにつれて、現像は単なるエッチング工程に近くなる傾向がある。
現像後におけるウエハにわたる色の均一性の品質測定に加えて、ウエハにわたるレジスト除去の差異についてＩＰＥＣのＡｃｕｍａｐの厚さ測定装置によって計量した。この装置は、ウエハ全域にわたって１mm間隔にて（３０，０００箇所を越える）厚みを測定することができるけれども、実際的な都合により、本報告の計算に際しては、中央の１２１箇所の露光領域についてだけの厚みを使用した。ベースライン薬品、ＴＯＫ９と、その処理を使用して試験を行なった。現像方法に変更を加えて、現像液及びＤＩの吐出中には、アームを動かさないようにした。好ましい実施形態によるノズルを使用して、現像液を吐出した。アームのプログラムによって、最も中央にある孔が、ウエハの中心に対して０．０のオフセットになるように調節した。現像工程において現像液を滞留させる部分は、６０．５秒間から５．５秒間へと短縮した。露光線量は１２mJ／cmである（Ｅ゜線量は約６．５〜７．０mJ／cmである。）。現像液の流量計は約３．８に設定し、体積については確認しなかったけれども、かかる流量計についての過去の経験によれば、約５０mlになるはずである。すべてのウエハをＰＥＢによって１回処理した後で、個別に現像装置に入れたが、このとき、各ウエハについてのパラメータはランダムな順序に変化させた。
【００３３】
ＰＥＢ後の現像直前における２枚のウエハについて測定された厚みから、現像後における１２１箇所のレジストの厚みを減算することで、現像速度を決定した。このアプローチにおいては、現像前における厚みのウエハ間の相違は相対的に無視できるものと仮定していて、代表的なウエハは、すべての速度計算のために“先立つ”ウエハである。除去されたレジストの厚みを現像時間（吐出＋滞留＋すすぎ）で除算したが、かかる時間は、この試験ではすべてのウエハにおいて１０秒である。
【００３４】
ＰＥＢと現像との間において初期厚みを測定することは、２つの理由から注目に値する。第１に、従来の多くの現像速度の計算は、露光前の厚みを使用して行われていた。厚みの損失は、オリジナルの８５００Åから約１０００Åであるので、これは現像速度のより精密な評価である。第２に、露光領域は明確に視認できて、いずれのウエハにおいてもウエハにわたって特徴パターンを見ることができた。これはウエハにわたる相対的な非保護の測定規準として役に立ち、いくつかの論文はこのことを指摘している。また、現像工程とは独立しているという望ましい特性を有している。
試験方法における現像に関する部分は以下の通りである。

この試験の結果をまとめると以下の通りである。
【００３５】
［表］

以下の列は個々のウエハに対応している

以下の列はアーム位置又はスピン速度毎にまとめたものである

以下の列は中心のデータを除外して、
同様にアーム位置又はスピン速度毎にまとめたものである

【００３６】
全体的には、５mmのオフセットと１０mmのオフセットとの間に、比較的明瞭なデータの中断が見られる。５mmはわずかに０mmに比べて良好で、２０mmが最悪になっている。主にはアームの位置が影響しているが、吐出中のスピン速度も影響していることが、特に１０mmのオフセットにおいて見られる。予想通り、特に１０mmと２０mmとにおける不均一の大きな原因は、中心にある単一の箇所である。この場合、ウエハにおける中心と残余の部分との間の変化を得るには、残余の１２０箇所が中心の影響を希釈するために、標準偏差よりも範囲の方が有効な測定値である。
データにはかなりの散乱が存在しているので、異なったスピン速度間における比較を容易にするために、３次元多項式の曲線を当てはめている。図１５〜図１８には、表の傾向を確認していて、速度がより大きくなると、主たる不均一は中心のデータと残余のデータとの間にあって、０mmと５mmとはより大きなオフセットに比べると明らかに均一であり、１０mmにおいてはオフセットと速度との間に相互作用が存在している。
【００３７】
図１９Ａ〜図２２Ｄは、１回の繰返しを除いた、すべてのウエハについて、ＩＰＥＣのマップを示している。ここに示したＩＰＥＣマップの解像度は、コンピュータのモニタ上では顕著に良好に見ることができる。これらのマップをモニタ上で見ると、マップ内の特定の関心のある領域をズームできる利点がある。異なる色にわたる速度範囲を一定に維持して、ウエハ間の相対的な均一性を比較することができる。灰色と白色の領域は、スケールの外にある。ウエハ自体に明瞭に視認できたのと同じく、このＩＰＥＣマップからも分かるように、１０mmのオフセットから中央に“穴”の形成が始まっていて、該箇所では現像液がほとんどあるいは全くウエハに接触せず、はるかに低い現像速度になっている。試験によれば、少なくとも５mmまでのある程度は、現像液の吐出を中心からオフセットさせても許容できることが確認された。中心から５mmと１０mmのオフセットの間において、現像液の流れに最も近いいくつかの箇所では、現像液はウエハの中心に接触せずに、現像速度が大きく抑制された領域を生じさせていて、顧客のウエハに壊滅的な歩留りの損失を生じさせている。オフセットが大きくなるとさらに影響は悪化する。１０mmのオフセットの条件で明らかに認められるように、現像液が最初にウエハに接触するときに使用されるスピン速度には穏やかな相互作用が存在していることに留意すべきである。測定された均一性は、０mmに比べて５mmのオフセットの方が実際には若干良好であったけれども、これはおそらく、この試験における有意差ではないだろう。以上をまとめると、これらの結果によれば、最も中心にある流れが中心から５mm以上離れない限りにおいては、ノズルのデザインはウエハ中心の現像速度に不均一を生じさせることがないことが示されている。
【００３８】
本発明の別の観点では、吐出ノズルに加圧気体の使用を組み入れると共に、ノズルの外面を変更することで、吐出された液体間の相互混合を抑制する助けにしている。実際には、しばしば少なくとも２つの機構によって相互混合は生じていて、それらは（１）隣接するノズルから吐出された少量の液体が、特定の液体の表面張力から生じる圧力勾配の作用の下で横方向に移動すること、及び（２）ノズルインサートが延出している距離だけノズル底面から離れて形成されてなるノズルの出口面の比較的近くにおいて、ノズルから吐出された少量の液体は滴状に跳ね返って、ウエハ面に衝突することである。そうした相互混合を緩和するために、本発明の様々な実施形態は、液体吐出ノズルにおける異なる領域に、実質的に凹面状のないし波形の表面を含んでいる。これらの凹面は、隣接するノズル管間において、物理的な障壁ないしトレンチとして作用して、横方向に移動する液体を捕えないし閉じ込める。さらに、他の実施形態においては、液体吐出ノズルの様々な領域の側面にないしまわりに、１又は複数の気体オリフィスを含んでいる。これらの気体オリフィスは、液体吐出ノズルの様々な吐出管から放出された液体ジェットのまわりに“ガスカーテン”を提供ないし発生させる。本発明のかかる観点におけるこれらの及びその他の利点について、以下に添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３９】
本願において開示している他の液体吐出ノズルと同様に、ノズルが使用される半導体ウエハのサイズに応じて、様々に変更することができる。例えば、図２３に示すように、吐出ノズル２３００は、３００mmの半導体ウエハに使用すべく変形することができる。ノズル２３００の全長は６インチ又はそれ以上で、ノズルの幅は１．５インチ又はそれ以上である。ノズル２３００の底部外面には、一連の１又は複数の物理的な構造が形成され含まれていて、隣接する液体吐出ノズル（例えば図９〜図１１における６５０Ａ〜Ｃ）間の相互混合を緩和している。その結果、液体吐出ノズル管２３５０は比較的互いに隔離されて、又はトレンチ状の格子２５００によって隣接するノズル管が隔てられている。管状の構成の他にも、当業者にとっては、多くの別のノズル吐出部材の形状が明らかである。さらに、格子２５００は、ノズル本体においてトレンチを形成すべく、管状インサート２３５０の基部を取り囲む材料を取り除くことなどを含む、様々なやり方にて形成することができる。また、これらの物理的な障壁を形成するためには、インサートの基部を取り囲む領域を高くしたり追加したりなどの他の技術によることもできるが、その場合には、ノズル２３００の全高と管状のノズルインサート２３５０の長さとは追加的に大きくなる。
【００４０】
図２３に示したノズル２３００は、形成されたトレンチの中に及び／又はそのまわりに配置された気体オリフィス２３６０を有していて、液体吐出ノズルに１又は複数のガスカーテンを提供する。ノズルは、窒素や空気又はその他の実質的に不活性な気体などの加圧気体源に結合されている。外部源から入ってきた気体は、１又は複数の入口を通してノズル２３００の中に導かれて、気体オリフィス２３６０を通って排出される。気体オリフィスは、ノズルの端部領域に形成された端部オリフィス２３６２を含むような、ノズル２３００の底面に沿って選択された箇所に形成されて、吐出される流体の流れを導く。代表的には、ノズル２３００への気体の供給圧力は約１００PSIG以上であって、代表的な気体体積流量は１００リットル／分までである。ウエハと液体吐出ノズルとを１３mmの距離だけ隔てると、２０００rpmまでの（ウエハ対液体吐出ノズルの）スピン速度において、相互混合を実質的に解消できることが見い出された。また、ノズル２３００には様々な開口２３０５が形成されていて、これがロボットアームに取り付けるための固定具に適合して、これによって、ノズルの動きと共に、ノズルとウエハ基板との間の距離を制御する。図示の複数の気体オリフィスは、組織的な網状である気体の被覆層ないしカーテンを形成して、吐出された液体の流れを導いて、相互混合を抑制する。これらの気体のカーテンが発生させる運動量は、少なくとも２つの予防効果を有する。第１に、横方向に移動する液体は気体によってノズル本体から取り去られるために、吐出された液体における相対的に横方向への移動は、完全に解消されないとしても、少なくとも緩和される。第２に、ウエハ面の付近で実質的に垂直である気体の運動量は、液体ないし滴がウエハ面からノズルへ向けて跳ね返ることを防止ないし少なくとも緩和するように作用する。図示の実施形態は本発明の複数の観点を含んでいるけれども、トレンチをノズルの所定部分だけにわたって形成し、及び／又は、ノズル本体の下側の実質的に全体にわたるような気体オリフィスを含めることもできることを理解すべきである。
【００４１】
図２４〜図２５は、マルチ・ポート・ノズルの上面図であって、ノズルの上面に３つの入口が形成されていることを示している。本発明の他の実施形態と同様に、図２４に示した第１の入口２４０５は、対応するマニホールドにつながっている。また、ノズル２３００は、第２の入口２４１０と、第１の入口２４０５の反対側に配置された第３の入口２４１５とを含んでいて、それぞれがノズルの中に形成された別々のマニホールドに連通して、脱イオン水と現像液などの吐出流体を導く。入口は、ノズルの上面における様々な位置に形成することができることを理解されたい。例えば３００mmのウエハ基板などの比較的大きなウエハを処理するために、入口は、ノズルの端部２４２０から比較的離れている所定の距離において、ノズルの比較的中央の領域に形成することができる。図２５に示すように、本発明の他の実施形態には、例えば２００mmのウエハ基板などの比較的小さいウエハを処理するように構成されてなるマルチ・ポート・ノズル２５００が含まれる。この比較的短いノズル２５００は、全長が約４．３インチで、幅が約１．５インチに形成されている。様々な流体を吐出するために、一連の入口２５０５，２５１０，２５１５が形成されている。この実施形態における入口は、ノズルの端部２５２０に対して比較的近い所定の距離に、ノズル２５００の実質的に端部部分の近くに形成されている。ノズルの全体的な寸法、並びにノズルの入口の配置については、選択された用途に応じて変更される。
図２６Ａ〜図２６Ｂは、マルチ・ポート・ノズル２３００（図２３参照）の両側の端部部分を示している。図２６Ａに示すように、本発明の他の実施形態と同様に、ノズル２３００の実質的に縦方向の長さに沿って、一連のマニホールド２６０５，２６１０，２６１５が形成されている。ノズル２３００には、一連の管状インサート２３５０が配置されて、マニホールドからノズルの外部への流体通路を提供している。図示のマニホールドは中ぐりされたものになっているけれども、本願の他のマニホールドと同様に、マニホールドの端部部分は閉じられて又は栓をされていて、流体は対応する入口だけを通して流入し、ノズルインサートを通って排出されることを理解されたい。さらに、１又は複数の気体マニホールド２６００が形成されていて、これが加圧気体を受け入れて気体の被覆層を創り出すことで、隣接するノズルインサート２３５０から吐出される液体間における相互混合を抑制する助けになる。気体マニホールド２６００は、図２６Ｂに示した一連の端部オリフィス２３６２を含む、ノズル２３００の底面に沿って形成された様々な気体オリフィスに連通している。さらに、図２６Ａ〜図２６Ｂに示すように、ノズルの底面においてノズルインサート２３５０の基部を取り巻く部分は、一連の１又は複数のトレンチ２６４０を提供すべく構成されていて、インサートと該インサートから吐出される液体との間にある程度の物理的な分離を提供している。ノズルインサートのまわりに形成されているトレンチ２６４０と気体の被覆層とは、単独で、または、互いに組み合わせられて、回転するウエハ基板の表面から流体が跳ね返ることによって生じる相互混合と飛沫とを防止する。
【００４２】
図２７には、図２３の線Ａ−Ａに沿ってマルチ・ポート・ノズル２３００の断面図を示していて、第１のマニホールドは、実質的にノズル２３００の長さに沿って延在している。ノズル２３００の底面に貫通して形成された開口には、複数の管状インサートないしノズルチップ２３５０が挿入されている。本発明の別の観点は、これらのノズルチップをノズル本体に据え付けるための製造方法に関する。これらのチップ２３５０は、例えばテフロン（登録商標）など、比較的滑らかな表面を提供すると共に、低温に曝されると収縮ないし縮小するような様々な材料から選択され形成される。これらの及びその他のノズルは、凍結しないし著しい低温に曝して、熱収縮を生じさせた後に、それぞれのマニホールドにつながったノズルの開口に挿入される。冷却時間のための時間長さは、４８時間程度又はそれ以上に選択されるが、これは選択された温度や要求する収縮の大きさなどを含む、様々な要因に依存する。それから、チップがノズル内の所望深さになるように、チップを容易に押し込んで、前述したような所望のリザーバを創り出す。チップを加熱したり、比較的暖かい温度に曝したりすれば、チップが熱膨張することによって、ノズル本体に対して締り嵌めが又は比較的液密であるシールが得られる。さらに、本発明の他の実施形態と同様に、ノズルの底面においてノズルチップ２３５０の基部を取り囲んでいる選択領域を高くしたりエッチング除去したりして、一連のトレンチ２６４０を形成することで、排出される液体の流れを所望レベルに分離させて維持して、流体をその中に捕えないし閉じ込める。気体オリフィス２３６０がノズルチップ２３５０の間に形成されているノズルの領域においては、トレンチ２６４０の中に閉じ込められた液体は、オリフィス２３６０及び２３６２を通して放出される加圧気体によって、押し退けられないし吹き飛ばされる。これらの及びその他の液体吐出ノズルチップは、気体オリフィスと網状のトレンチを形成している実質的な凹面との側面に位置しないし取り囲まれている。ここに説明したノズルチップは、独立した部品ないし構成要素で、ノズル本体に結合されるようになっているけれども、これらの及び他のすべての実施形態においては、ノズルの延長部として一体的に形成して単一体を形成したり、単一構造にすることもできることを理解されたい。
【００４３】
図２８〜図２９はそれぞれ、図２４の長手方向の線Ｂ−Ｂ及び線Ｃ−Ｃにおける、ノズル２３００の断面図である。これらの図には、複数のマニホールド２６０５，２６１０，２６１５と、対応する入口２４０５，２４１０，２４１５とが示されているが、これらは他の実施形態と同様である。ノズル２３００の内部には、一連の相対的に長い及び短い管状インサートが配置されていて、様々な流体を導いて吐出させる。さらに、図示の如く、ノズル本体には気体マニホールド２６００が提供されている。図には２つの気体マニホールドを示しているけれども、ノズルには、ノズル本体にわたって、ひとつだけの気体マニホールドを形成したり、４〜５の気体マニホールドを形成したりして、それらは、吐出マニホールドに対して実質的に平行な長手方向に、又はノズルの幅を横切るように配置することができることを理解されたい。
【００４４】
図３０は、図２７の実施形態における線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。気体マニホールド２６００は、ノズル本体の所定位置に沿って延在している。ノズルにおける気体マニホールド２６００と気体オリフィスとの間の相対的な距離を短くするために、気体マニホールドは、ノズルの底面に比較的近接させて形成することが好ましい。図示のように、吐出マニホールド２６０５，２６１０，２６１５を相対的に三角形の形態に配置したときには、気体マニホールド２６００は、ノズルの比較的外側ないし縁部の領域に沿って形成することがさらに好ましい。しかしながら、気体マニホールドの配置については、本発明の他の実施形態によるノズル本体において、いくつの総数の吐出マニホールドが選択されるのかに応じて、変更される。
図３１は、図２３の線Ｅ−Ｅに沿っての、ノズル２３００の断面図である。この図には、本発明のいくつかの観点が示されている。例えば、複数の長手方向のマニホールド２６０５，２６１０，２６１５は、流体を比較的平行な流れに吐出するための、様々な長さに形成されてなる複数のノズルインサート２３５０を含んでいる。さらに、一連のトレンチ２６４０は、ノズルインサート２３５０の列を隔てていて、ノズルから排出された流体を横方向に閉じ込める。網状のノズルオリフィス２３６０から排出された気体は、気体の層を形成して、そうした液体とウエハ基板表面からの飛沫を押し戻す。加圧気体は、気体マニホールド２６００を通して導かれ配送されて、該気体マニホールドは、ノズルインサート２３５０のうちのいくつかの間に又はすべての間に形成された、網格子状の通路から構成されている。気体マニホールドは、ノズルのトレンチにおける比較的深い部分に配置された１又は複数の気体オリフィスにつながっていて、比較的縦方向の気体の被覆層３１００を発生すべく加圧気体の横列を生じさせて、相互混合を抑制する。さらに、気体マニホールドは、ノズルのトレンチにおける比較的浅い部分につながっていて、ノズルの断面に沿って追加的な気体の被覆層３２００を発生すべく、加圧気体の縦列を生じさせる。
【００４５】
図３２は、マルチ・ポート・ノズル２３００の全体を示した斜視図である。複数の気体マニホールド２３００と、吐出液体マニホールド２６０５，２６１０，２６１５とが再び示されている。ノズル本体の内部にはそれぞれのノズルインサート２３５０が配置されて、その選択された部分は、ノズル２３００の外面を越えて延出している。一連のトレンチ２６４０は、ノズルインサート２３００の行と列とに沿って形成されていて、吐出される液体間に物理的な分離を追加的に提供している。本発明の他の実施形態と同様に、ノズルインサートの総数とそれらの間隔とは、選択された用途に応じて変更される。さらに、ノズルインサートの間のトレンチの領域を含むノズル２３００の外面に沿って、複数の気体オリフィスが形成されている。また、ノズル２３００の外側縁部の領域に沿って、複数の開口２３０５が形成されていて、これに固定具を通すことで、ウエハトラック装置における現像液モジュールなどのロボットアームにノズルを結合させる。
本発明によって提供されるすべてのノズルは、ウエハトラックツールにおけるロボットアームに取り付けられる。図３３（尺度は正確に描いていない。）に示すように、ノズル３３００は、ウエハ基板３３２０の上方に吊下される支持ブラケット３３０３に固定される。支持ブラケット３３０３は、支柱３３４０に回動可能に取り付けられたロボットアーム３３３０に取り付けられる。ノズル３３００は、ウエハ３３２０上の様々な箇所へ動かされて、ノズルの選択された部分を通して、ウエハ基板の比較的中央の領域へ、吐出流体が放出される。同時に、支持ブラケットはＺ軸に沿って調節されて、ノズルと下側のウエハ３３２０との間の距離を制御する。支持ブラケット３３０３はさらに、ノズル３３００の上面に沿って形成された様々な入口を取り囲むような、カラー部分３３５０を含んでいる。カラー部分３３５０及び支持ブラケットにおけるその他の部分は、複数の部品から構成しても良く、または、単一体として構成しても良いことを理解されたい。また、カラー３３５０は、液媒体を循環させる冷却ジャケット３３６０に結合されていて、複数の液体吐出ライン３３０５，３３１０，３３１５を通る液体に、熱伝達と温度制御とを提供する。液体冷却ジャケット３３６０の部分は、図示の如く、ロボットアーム３３３０における中空部分の中に配置される。液体吐出ラインは、現像液や脱イオン水などの様々な液体物質を受け入れるべく、ノズルに形成されたそれぞれの入口に結合することができる。変形例としては、支持ブラケット内の別の組の通路を介してラインに供給し、これらをノズルの入口につなげても良い。外部気体源は、支持ブラケットに形成された通路に気体を供給し、該気体はノズルの気体マニホールドに供給される。変形例としては、別の図面を参照して説明したように、気体入口は直接的に、ノズルの気体マニホールド（図示せず）に気体を供給しても良い。
【００４６】
本発明の追加的な実施形態は、２つの隣接部分に分けられたノズルによって形成されてなるノズルバンクを含んでいて、それぞれの部分は、中央の領域からウエハ基板の周縁にわたって延在する。それぞれの半体のノズルは、少なくともひとつの液体を吐出するもので、気体のカーテンを含んでいても、含んでいなくても良い。そうした実施形態においては、２つの部分の間に形成される角度は０〜３６０度の範囲に形成することができる。本発明の他の実施形態と同様に、ノズルとウエハ基板との間の相対的な距離は調節可能になっていて、ノズルバンクは、ロボットアームに静止されて取り付けても良く、回転可能に取り付けても良い。
本発明の別の観点としては、本願で説明した装置を使用した、様々な半導体ウエハ処理方法を想定することができる。提供される代表的な方法では、選択された液体吐出ノズルをウエハ基板から約１５mmの高さに保持して、液体が吐出されるときの気体の流量は約２０cc／秒に設定する。まず、０〜２０００rpmで回転させつつ、０〜１０秒間にわたって脱イオン水（ＤＩ）によってウエハ表面を湿らせる。次に、０〜５秒間の遅れ時間の後に、０〜１０００rpmにて０〜５秒間にわたって、現像液の吐出を開始する。ここでの目的は、ウエハ面の全体をもらさず完全に濡らすことである。次に、現像液の滞留を形成させる。ウエハを静止させつつ又は振動させつつ、２〜１００秒間にわたって現像工程を継続する。この工程に続いて、ＤＩの吐出を開始して、０〜２０００rpmにて０〜１００秒間にわたって、沈澱や飛沫を生じさせずに、溶解したレジストを効果的に洗い流す。最後に、１０００〜３０００rpmにて５〜３０秒間にわたって、ウエハを乾燥させる。本願によって提供される装置及び方法においては、他の吐出方法やすすぎ方法を採用することもできることを理解されたい。
【００４７】
以上、本発明について実施形態を参照して詳細に説明したけれども、好ましい実施形態の説明は、限定的な意味に解釈されるべきではない。本発明のすべての観点は、特定の記述や構成、比率などに限定されるべきではなく、それらは様々な条件や変数に応じて変更されることを理解されたい。本発明の実施形態の態様及び詳細について、並びに本発明の他の応用例について、様々に変更することができることは、本願の開示を参照すれば、当業者には明らかである。従って、そうしたあらゆる変更、変形、均等物は、特許請求の範囲に含まれるものであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の実施形態によるマルチ・ポート・ノズルを示した底部斜視図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態によるマルチ・ポート・ノズルを示した上部斜視図である。
【図３】図３は、図２のマルチ・ポート・ノズルについての断面図である。
【図４】図４は、本発明のさらに別の実施形態によるマルチ・ポート・ノズルを示した平面図である。
【図５】図５は、図４のマルチ・ポート・ノズルについての端面図である。
【図６】図６は、図４に示したマルチ・ポート・ノズルの断面図であって、線Ａ−Ａに沿った、ノズル内のマニホールドに沿っての断面図である。
【図７】図７は、図４のマルチ・ポート・ノズルを示した底面図である。
【図８】図８は、図４のマルチ・ポート・ノズルを示した上部斜視図である。
【図９】図９は、図４の線Ｂ−Ｂに沿った、マルチ・ポート・ノズルの断面図である。
【図１０】図１０は、図４の線Ｃ−Ｃに沿った、マルチ・ポート・ノズルの断面図である。
【図１１】図１１は、図４の線Ｄ−Ｄに沿った、マルチ・ポート・ノズルの断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の実施形態による、ノズルないし管状インサートを示した端面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａのノズルインサートを示した断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の別の実施形態による、別のノズルないし管状インサートを示した端面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａのノズルインサートを示した断面図である。
【図１４】図１４は、図４のマルチ・ポート・ノズルを線Ａ−Ａに沿って示した、断面斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態であって、現像液の軸線のオフセットが０mmであるときの、基板中心からの距離の関数としての現像速度を示している。
【図１６】図１６は、本発明の他の実施形態であって、現像液の軸線のオフセットが５mmであるときの、基板中心からの距離の関数としての現像速度を示している。
【図１７】図１７は、本発明のさらに他の実施形態であって、現像液の軸線のオフセットが１０mmであるときの、基板中心からの距離の関数としての現像速度を示している。
【図１８】図１８は、本発明のさらに別の実施形態であって、現像液の軸線のオフセットが２０mmであるときの、基板中心からの距離の関数としての現像速度を示している。
【図１９】図１９Ａ〜図１９Ｄは、本発明の実施形態であって、現像液の軸線のオフセットが０mmであるときの、基板の空間位置の関数としての現像速度を示している。
【図２０】図２０Ａ〜図２０Ｄは、本発明の他の実施形態であって、現像液の軸線のオフセットが５mmであるときの、基板の空間位置の関数としての現像速度を示している。
【図２１】図２１Ａ〜図２１Ｄは、本発明のさらに他の実施形態であって、現像液の軸線のオフセットが１０mmであるときの、基板の空間位置の関数としての現像速度を示している。
【図２２】図２２Ａ〜図２２Ｄは、本発明の追加的な実施形態であって、現像液の軸線のオフセットが２０mmであるときの、基板の空間位置の関数としての現像速度を示している。
【図２３】図２３は、マルチ・ポート・ノズルに加圧気体を放出する気体オリフィスを形成したものを示した底面図であって、吐出される流体の相互混合を抑制すると共に、ノズル底面に不必要に流体が集まることを低減させる。
【図２４】図２４は、異なったサイズのウエハを処理すべく、ノズルの上面に３つの入口開口を有している、マルチ・ポート・ノズルを示した上面図である。
【図２５】図２５は、異なったサイズのウエハを処理すべく、ノズルの上面に３つの入口開口を有している、マルチ・ポート・ノズルを示した上面図である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、別のマルチ・ポート・ノズルを示した端面図であって、ノズル本体の端面にくり貫いて形成された流体開口は、キャップされ又は栓をされて、吐出液体と圧縮気体とのための通路を形成する。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、別のマルチ・ポート・ノズルを示した端面図であって、ノズル本体の端面にくり貫いて形成された流体開口は、キャップされ又は栓をされて、吐出液体と圧縮気体とのための通路を形成する。
【図２７】図２７は、マルチ・ポート・ノズルの図２３の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図２８】図２８は、マルチ・ポート・ノズルの図２５の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図２９】図２９は、マルチ・ポート・ノズルの図２５の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図３０】図３０は、マルチ・ポート・ノズルの図２７の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。
【図３１】図３０は、マルチ・ポート・ノズルの図２３の線Ｅ−Ｅに沿った断面図である。
【図３２】図３２は、図２３のノズルを示した斜視図である。
【図３３】図３３は、本願記載の様々なノズルを移動及び支持すべく選ばれた、ロボットアーム組立体を示した簡単な側面図である。

Claims

現像流体モジュールにおいて流体を吐出するためのマルチ・ポート・ノズルであって、このノズルが、
少なくともひとつの流体入口に連通してなる少なくともひとつの流体マニホールドと、少なくともひとつの気体入口に連通してなる少なくともひとつの気体マニホールドとを形成されているノズル本体と、
ノズル本体の内部に配置されて流体を吐出するような、複数の管状のノズルインサートであって、各ノズルインサートの少なくとも一部分は該ノズル本体から延出し、各ノズルインサートは流体マニホールドに連通していて、これを通した流体の吐出通路を提供しているような上記管状のノズルインサートと、を備え、
ノズル本体は、気体マニホールドに連通している網状の気体オリフィスを、選択されたノズルインサートに実質的に隣接するように形成されて含んでいて、ノズルインサートから放出された吐出流体が相互混合することを緩和すべく、気体の被覆層を提供する、
ことを特徴とするマルチ・ポート・ノズル。
ノズル本体には、第１の流体入口に連通してなる第１の流体マニホールドと、第２の流体入口に連通してなる第２の流体マニホールドとが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチ・ポート・ノズル。
第１の流体入口と第２の流体入口とは、ノズル本体の上面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のマルチ・ポート・ノズル。
第１の流体入口と第２の流体入口とは、ノズル本体の上面における比較的中央の領域に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のマルチ・ポート・ノズル。
第１の流体入口は、現像流体モジュールの中のウエハ基板に第１の現像液を吐出すべく、第１の現像液源に結合されており、第２の流体入口は、ウエハ基板に第２の現像液を吐出すべく、第２の現像液源に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチ・ポート・ノズル。
網状気体オリフィスは、ノズル本体の外面に配置されてなる格子パターンを形成し、ノズルインサートは格子パターンの中に配置されていて、気体オリフィスから放出される気体は、実質的に平行であるような気体の被覆層を形成して、吐出された流体の相互混合を減少させることを特徴とする請求項１に記載のマルチ・ポート・ノズル。
外面は、ノズル本体の底面を形成していて、該底面は現像液モジュールの中にあるウエハ基板の上方に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のマルチ・ポート・ノズル。
ノズル本体には端面が形成され、該端面には一対の現像液入口が形成されて、選択された第１のグループのノズルインサートを通して現像液をウエハ基板上に吐出すべく、対応する一対の流体マニホールドへ現像液を送出し、また、該端面にはすすぎ流体入口が形成されて、選択された第２のグループのノズルインサートを通してすすぎ流体をウエハ基板上に吐出すべく、対応する流体マニホールドにすすぎ流体を送出することを特徴とする請求項１に記載のマルチ・ポート・ノズル。
現像液と脱イオン水とを吐出するためのノズルであって、このノズルが、
ノズル本体内に複数のマニホールドを形成されてなるノズル本体であって、該マニホールドのそれぞれがノズル本体の上面に形成された別個の流体入口に連通しているような上記ノズル本体と、
ノズル本体の底面に沿って形成された複数の管状ノズル延長部であって、少なくともひとつのマニホールドに連通しているような上記管状ノズル延長部と、を備え、
ノズル本体は、ノズル本体の底面の選択された領域に沿って、所定のグループのノズル延長部の間に形成されてなる、網格子状の溝を含み、ノズル延長部から放出されて横方に動く流体を閉じ込める、
ことを特徴とするノズル。
ノズル本体と複数の管状ノズル延長部とは、単一部品にて構成されていることを特徴とする請求項９に記載のノズル。
格子網状の溝は、ノズル本体の底面における第１の所定部分に沿って形成されてなる比較的深い溝と、底面における第２の所定部分に沿って形成されてなる比較的浅い溝とを含んでいることを特徴とする請求項９に記載のノズル。
半導体ウエハ基板上に複数のプロセス流体を送出するための吐出ノズルであって、この吐出ノズルが、
複数の長手方向の流体マニホールドと気体マニホールドとを形成されているノズル本体であって、それぞれの流体マニホールドは、ノズル本体の中に配置され、ノズル本体に形成された別々の対応する流体入口に連通していて、吐出すべきプロセス流体を受けるような上記ノズル本体と、
ノズル本体の中に配置されて吐出流体を導くための複数のノズルチップであって、それぞれのチップの少なくとも一部分はノズル本体の底面を越えて延在し、少なくとも一部分はノズル本体の中の流体マニホールドの中へ延在しているような上記ノズルチップと、を備え、
底面は、格子パターン状である複数のノズルチップの間に形成された網状の溝を含んでいて、網状の溝はさらに、気体マニホールドに連通している複数の気体オリフィスを含んでいて、半導体ウエハ基板への複数のプロセス流体に向かうような気体の流れを生じさせて、相互混合やウエハ基板からの飛沫を抑制する、
ことを特徴とする吐出ノズル。
ノズルチップは、ノズル本体にあらかじめ形成された開口の中に挿入配置される独立したインサートであることを特徴とする請求項１２に記載の吐出ノズル。
ノズルチップは、比較的低温にさらされるとチップの熱収縮によってノズル本体の中に配置できると共に、その後に比較的暖かい温度にさらされると実質的に液密な嵌合を提供するような材料から形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の吐出ノズル。
ノズル本体は、現像液を吐出するための現像液マニホールドを、ノズル本体の底面の比較的近くに形成されて含み、すすぎ流体を吐出するためのすすぎマニホールドを、ノズル本体から比較的遠くに形成されて含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の吐出ノズル。
ノズルチップは、ノズル本体の底面の比較的近くに形成されている現像液マニホールドから現像液を吐出するための比較的短いグループのチップと、ノズル本体の底面から比較的遠くに形成されているすすぎマニホールドからすすぎ流体を吐出するための比較的長いグループのチップとを含んでいることを特徴とする請求項１５に記載の吐出ノズル。