JP2006093267A - 基板の現像方法及び現像処理装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 環境の変動や現像液の劣化等による現像不良の発生を低減することができる基板の現像方法及び現像処理装置を提供する。
【解決手段】 第１の現像工程で発生した第１の現像廃液を分析する。第１の現像廃液の分析データに基づいて、当該第１の現像廃液よりも現像条件が良好である第２の現像条件に変更する。第２の現像条件で、露光されたフォトレジストが形成されている第２の基板を現像する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板の現像方法及び現像処理装置に関する。

フォトリソグラフィ工程で既に露光されたフォトレジストが形成されている基板の現像方法は、上記の装置が有している基板の現像処理を行うための現像ユニットにて、予め指定された現像条件で現像している。

しかし、指定された現像条件で半導体基板を現像していると、現像ユニット内の環境の変動や現像液の劣化等の原因により、現像不良が発生する可能性が高くなる。

そこで、特許文献１では、光ディスクの現像において、その光ディスクが有する凹凸による回折光の強度の変化を１枚ずつ検出し、その検出結果を基にして現像が終了する時間を制御することにより、現像不良の発生を防止している。

また、現像液の劣化を分析する方法として、例えば、特許文献２がある。

特開２００１−１９５７９１号公報 特開平１０−２０７０８２号公報

しかしながら、特許文献１の方法は、主に光ディスクでは１枚毎に現像条件を変更することで現像不良を防止できるが、半導体基板やガラス基板等には、表面に光を回折する凹凸を通常は有していないので現像不良を制御することができない。また、特許文献２では、現像液を管理することが目的であり、現像不良が発生した場合でも同じ現像条件で現像されるので、一度現像不良が発生すると、現像不良が発生した現像条件と同じ条件で現像を行った基板は、ほとんど現像不良となる可能性が高く、上記の課題を解決することができない。

本発明の目的は、環境の変動や現像液の劣化等による現像不良の発生を低減することができる基板の現像方法及び現像処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る方法は、同じ条件で露光されたフォトレジストが形成されている複数の基板を有する現像処理ロットの第１の基板を、前記複数の基板の現像に適用すべき第１の現像条件に基づいて現像液を供給することにより、第１の現像廃液を発生させながら現像する第１の現像処理工程と、前記第１の現像廃液を分析して現像廃液の状態を示す分析データを取得する現像廃液分析工程と、前記分析データに基づいて、前記第１の現像条件よりも現像状態が良好になるように第２の現像条件を決定する現像条件決定工程と、前記現像処理ロットの第２の基板を前記第２の現像条件で現像する第２の現像処理工程とを有する基板の現像方法であることを要旨とする。

本発明に係る基板の現像方法によれば、前記現像条件決定工程は、前記第１の現像処理工程で第１の現状条件に基づき第１の基板を現像することにより発生する前記第１の現像廃液の状態を示す、前記現像廃液分析工程で取得した分析データに基づいて、前記第１の現像条件よりも現像状態が良好である前記第２の現像条件を決定し、前記第２の現像工程は、前記第２の現像条件で前記第２の基板を現像する。これにより、基板で現像不良が発生しても、現像不良が発生した基板よりも現像状態が良好な第２の現像条件で、次の第２の基板を現像できるので、現像に適用すべき固定された第１の現像条件で、現像処理ロット内の複数の基板を現像する従来の現像方法とは異なり、現像処理ロット内で、前記第１の基板に後続する基板の現像不良を低減できる。

また、本発明に係る方法は、上記の発明に係る基板の現像方法であって、前記現像廃液分析工程は、第１の現像廃液の液色をＣＣＤカメラで光学的に監視して光学的分析データを取得する基板の現像方法であることを要旨とする。

本発明に係る方法によれば、ＣＣＤカメラで現像廃液の液色を光学的に監視することにより、現像ユニットの環境の変動等による光学的分析データを取得する。したがって、この光学的分析データに基づいて第２の現像条件が変更されることにより、第２の現像条件は適正な現像条件にすることができる。したがって、基板の現像不良を低減できる。

また、本発明に係る方法は、上記の発明に係る基板の現像方法であって、前記現像条件決定工程は、現像状態を示す分析データの値が略一定となったときを現像処理の終点時間として、前記第２の現像条件における現像処理の時間を決定する現像時間決定工程とを有する基板の現像方法であることを要旨とする。

本発明に係る方法によれば、現像条件決定工程が有する現像時間決定工程は、現像状態を示す現像廃液の分析データの値がほぼ一定になったときを現像処理の終点時間として、第２の現像条件の現像時間を決定する。これにより、第１の現像条件よりも適正な第２の現像条件を得ることができる。したがって、基板の現像不良を低減できる。

また、本発明に係る現像処理装置は、同じ条件で露光されたフォトレジストが形成されている複数の基板を有する現像処理ロットの基板を現像する現像ユニットと、前記基板を現像したときに発生する現像廃液の状態を分析する現像廃液分析センサと、前記現像廃液分析センサの分析データを受信する分析データ受信手段と、前記分析データに基づいて現像条件を決定する現像条件決定手段とを備えたコンピュータとを有する現像処理装置であって、前記現像ユニットで前記複数の基板の現像に適用すべき第１の現像条件に基づいて現像液を供給することにより、第１の現像廃液を発生させながら現像する第１の現像処理手段と、前記現像廃液分析センサで前記第１の現像廃液を分析して現像廃液の状態を示す分析データを取得する現像廃液分析手段と、前記分析データを前記コンピュータに取得させる分析データ取得手段と、前記コンピュータにおいて、前記分析データに基づいて前記第１の現像条件よりも現像状態が良好である第２の現像条件に決定する現像条件決定手段と、前記現像ユニットで前記現像処理ロットの第２の基板を前記第２の現像条件で現像する第２の現像処理手段と、を有する基板の現像方法であることを要旨とする。

本発明に係る装置によれば、前記コンピュータにおける前記現像条件決定手段は、前記複数の基板の現像に適用すべき前記第１の現像廃液の状態を示す分析データに基づいて、前記第１の現像条件よりも現像状態が良好である前記第２の現像条件を決定する。前記第２の現像条件で前記第２の基板を現像することにより、前記複数の基板の現像に適用すべき第１の現像条件で、現像処理ロット内の複数の基板を現像する従来の現像方法とは異なり、現像処理ロット内の、第１の現像条件で現像した基板で現像不良が発生しても、現像不良が発生した基板よりも現像状態が良好な第２の現像条件で、次の第２の基板を現像できるので、現像処理ロット内での不良を低減できる。

また、本発明に係る現像処理装置は、上記の発明に係る現像処理装置であって、前記現像廃液分析センサは、現像廃液の液色を光学的に監視して光学的分析データを取得するＣＣＤカメラである現像処理装置であることを要旨とする。

本発明に係る装置によれば、ＣＣＤカメラで現像廃液の液色を監視することにより、現像ユニットの環境の変動等による分析データの変動はほとんどない。したがって、この信頼できる分析データに基づいて現像条件が変更されることにより、現像条件は適正な現像条件にすることができる。したがって、基板の現像不良を低減できる。

また、本発明に係る現像処理装置は、上記の発明に係る現像処理装置であって、前記現像処理決定手段は、現像状態を示す分析データの値が略一定となったときを現像処理の終点時間として、前記第２の現像処理条件における現像処理の時間を決定する現像時間決定手段とを有する基板処理装置であることを要旨とする。

この方法によれば、現像条件決定手段が有する現像時間決定手段は、現像状態を示す現像廃液の分析データの値がほぼ一定になったときを現像処理の終点時間として、第２の現像条件の現像時間を決定する。これにより、第１の現像条件よりも適正な第２の現像条件を得ることができる。したがって、基板の現像不良を低減できる。

本発明に係る最良の実施形態の基板の現像処理装置について図１を参照して説明する。

図１は、本実施形態の現像処理装置の模式図を示す。

現像処理装置１は、図２のフローチャートに示すステップＳ１０〜ステップＳ４０を実施するための現像処理を行う現像ユニット２とコンピュータ３とを備えている。

現像ユニット２の構造について、現像液供給部、基板処理部及び現像廃液回収部の３つの部に分類して説明する。現像液供給部は、現像液タンク５、現像液供給ポンプ６、現像液調整バルブ７及び現像液供給管８を有する。現像液供給管８は、一端は現像液タンク５と接続され、他端は基板処理部の基板１０のほぼ中央近傍に配置されている。現像液供給ポンプ６及び現像液調整バルブ７は、現像液供給管８と接続されている。

次に、基板処理部について説明する。基板処理部は、基板保持部１１、スピンドル１２、駆動部１３及び基板処理チャンバ１４を有している。駆動部１３の上には、スピンドル１２が取り付けられている。スピンドル１２の上には、現像処理する半導体基板１０よりも面積の大きい、ほぼ円形状の基板保持部１１が機械的に接続されている。基板保持部１１の上には半導体基板１０が基板保持部１１のほぼ中央に載置される。なお、現像液供給管８の現像液９を吐出する先端部は、半導体基板１０のほぼ中央に現像液９が供給されるように基板保持部１１の上に配置されている。基板処理チャンバ１４は、上部の現像液供給管８の先端部から半導体基板１０への現像液９の供給及び下部のスピンドル１２の駆動を妨害しないように、基板保持部１１を囲うように形成されている。また、基板処理チャンバ１４は、現像廃液回収管１８に現像廃液９ａが流れていくように傾斜等がつけられている。

次に、現像廃液回収部について説明する。現像廃液回収部は、現像廃液回収管１８、透明現像廃液回収管１８ａ、現像廃液回収管用バルブ１９、現像廃液回収タンク２０を有している。透明現像廃液回収管１８ａは、基板処理チャンバ１４と現像廃液回収タンク２０との間の現像廃液回収管１８の一部に形成されている。透明現像廃液回収管１８ａの側面には、現像廃液９ａの液色を光学的に監視するための現像廃液分析センサとしてのＣＣＤカメラ４が備えられている。現像廃液回収管１８と現像廃液回収タンク２０の間には、現像廃液回収管用バルブ１９が備えられている。

次に、現像処理装置１の電気的構成を説明する。コンピュータ３は、電気配線２３を介して制御部１５と電気的に接続されている。制御部１５は、駆動制御部１６と現像液供給制御部１７を有している。また、制御部１５は、電気配線２１を介して現像液供給ポンプ６及び現像液調整バルブ７と、電気配線２４を介して駆動部１３と電気的に接続されている。また、コンピュータ３は、電気配線２２を介して現像廃液の状態を光学的に分析するためのＣＣＤカメラ４と電気的に接続されている。

図２は、現像処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１０では、現像処理装置１を用いて、第１の現像処理工程を実行する。まず、現像処理装置１には、同じ条件で露光されたフォトレジスト１０ａが形成されている複数の基板１０を有するロットがセットされている。ここで、基板１０はシリコン基板である。

第１の現像処理は、第１の現像条件に基づいて、現像液タンク５から現像液９を、現像液供給ポンプ６により現像液供給管８内に送り込む。現像液９の流量及び流出量を現像液調整バルブ７を用いて制御する。流量及び流出量が調整された現像液９を、現像液供給管８の先端から、第１のシリコン基板１０上に供給する。第１の現像条件に基づいて、駆動部１３が回転駆動することにより、スピンドル１２に回転駆動が伝達され、基板保持部１１が所定の回転速度で回転する。すなわち、フォトレジスト１０ａを、回転しながら上部の現像液供給管８の先端から現像液９が供給されることにより基板１０を現像する。

ここで、第１の現像条件は、フォトレジスト１０ａの膜厚及び露光条件に基づいて予め設定されている。設定されている第１の現像条件はコンピュータ３に記憶されている。また、基板保持部１１上にシリコン基板１０が載置されると、コンピュータ３は第１の現像条件データに基づいた指示を電気配線２３を介して制御部１５に伝達する。制御部１５は、駆動部１３等を制御する駆動制御部１６と、現像液９の流量及び流出量を制御する現像液供給制御部１７を有している。駆動制御部１６は、電気配線２４を介して駆動部１３を制御し、現像液供給制御部１７は電気配線２１を介して現像液供給ポンプ６及び現像液調整バルブ７を制御する。このように、コンピュータ３が第１の現像条件を指示することにより、第１のシリコン基板１０を第１の現像条件で現像する。

ステップＳ２０では、現像廃液分析工程を実行する。
フォトレジスト１０ａを現像することにより、現像廃液９ａが発生する。現像廃液９ａは、基板処理チャンバ１４から、あるいは直接現像廃液回収管１８に流れていく。ＣＣＤカメラ４は、現像廃液９ａの液色を所定の時間間隔で監視して現像廃液９ａの光透過率を分析データとして取得する。取得された分析データは、電気配線２２を介してコンピュータ３に伝達される。現像廃液９ａは、現像廃液回収タンク２０に入り、一時的に保管される。

ステップＳ３０では、現像条件決定工程を実行する。
コンピュータ３は、ステップＳ２０で取得された分析データを解析する。その解析結果に基づいて、次の第２の現像条件が第１の現像条件より適正になるようにする。具体的な解析方法について、図３を用いて説明する。

図３は、現像時間の決定方法を説明するためのグラフである。
図３（ａ）は、第１の現像条件における現像時間が、最適な現像時間よりも長い場合を示している。ＣＣＤカメラ４で取得した光透過率を縦軸にとり、第１の現像条件における現像液９の現像処理時間を横軸にとっている。すなわち、分析のパラメータは光透過率である。

現像開始直後において、現像廃液９ａが透明現像廃液回収管１８ａに到達していないので、ＣＣＤカメラ４が取得する光透過率はＡ（０）となる。ここで、光透過率Ａ（０）は透明現像廃液回収管１８ａに現像液等が流れていない状態のときの光透過率である。その後、時間ｔ（０）から、フォトレジスト１０ａが含まれた現像廃液９ａが透明現像廃液回収管１８ａを通っていく。時間ｔ（３）に達すると、光透過率がＡ（１）で一定になる。ここで、光透過率Ａ（１）は、フォトレジスト１０ａ等が含まれていない純粋な現像液９の光透過率である。その後、時間ｔ（１）以降では、第１の現像による現像廃液９ａがなくなることにより、光透過率はＡ（０）となる。

現像条件決定工程では、現像処理の終点時間を決定する。ここで、終点時間とは現像が終了した時間をいう。まず、光透過率がＡ（１）となって一定となる時間が所定時間以上の領域を決定する。すなわち、透過率がＡ（１）となって、ほぼ一定となったときであり、同図では、領域ａで示されている部分が終点時間と判断する。

次に、領域ａに基づいて現像時間を決定する。すなわち、領域ａとなった時間ｔ（３）から所定の時間Δｔだけ加えた時間ｔ（２）を現像時間の終点として決定する。ここで、第１の現像条件の現像時間をＴ（１）とすると、
Ｔ（１）＝ｔ（１）−ｔ（０） （１）
で表すことができる。

一方、第２の現像条件の現像時間をＴ（２）とすると、
Ｔ（２）＝ｔ（２）−ｔ（０） （２）
で表すことができる。ここで、ｔ（０）は、現像開始から現像廃液９ａが透明現像廃液回収管１８ａに到達するまでの時間である。したがって、ｔ（０）は、環境が変化による変化はほとんどない。したがって、式（２）に基づいて終点を決定する。決定された現像時間のデータは、コンピュータ３内で第１の現像時間のデータと置き換えられる。これにより、コンピュータ３内で第２の現像条件が決定される。

上記の工程を、コンピュータ３の処理部及び記憶部（図示せず）で実行することにより、環境の変動や現像液の劣化等により第１の現像条件が適正な条件から外れても、現像条件が良好な第２の現像条件を決定することができる。

次に図３（ｂ）は、第１の現像条件における現像時間が、最適な現像時間よりも短い場合を示している。この場合、真の現像の終点まで到達せずに現像が終了してしまっているので、図３（ａ）のように現像の終点の領域ａを見つけることができない。この場合には、予めコンピュータ３の記憶部に記憶されている標準データ、すなわち第１の現像条件のデータを基にした光透過率と現像処理時間とのグラフを比較することにより現像終点の決定及び現像時間の決定を行う。すなわち、第１の現像時間ｔ（４）で終了し、そのときの光透過率がＡ（２）であった場合には、標準データを現像時間ｔ（４）から合わせこんでいく。同図では、標準データに基づいて合わせこんだグラフを仮想線で示している。

光透過率がＡ（１）となってほぼ一定となった部分を仮想領域ｂとして、その領域ｂを仮想終点として決定する。次に、現像時間決定工程では、領域ｂに基づいて現像時間を決定する。すなわち、領域ｂとなった時間ｔ（５）から所定の時間Δｔだけ加えた時間ｔ（６）を終点時間として決定する。後は、図３（ａ）の場合と同様にして、第２の現像時間Ｔ（２）を決定する。

これにより、図３（ａ）の場合と同様に、環境の変動や現像液の劣化等により第１の現像条件が適正な条件から外れても、現像条件が良好な第２の現像条件を決定することができる。

ステップＳ４０では、第２の現像処理工程を実行する。第２の現像処理は、上記の工程によって新たに取得された第２の現像条件を用いて第２の基板としてのシリコン基板１０上に形成されているフォトレジスト１０ａを現像する。その他の詳細な説明は、ステップＳ１０の第１の現像処理工程と同様である。

第２の現像処理工程においても、第２の現像廃液の分析が行われる。すなわち、ステップＳ４０からステップＳ２０に戻る。すなわち、ステップＳ４０の第２の現像処理をＳ１０の第１の現像処理と置き換えることができる。現像する基板の枚数をｎ枚とすると、このフローチャートは、（ｎ−１）回繰り返されることになる。

したがって、複数の基板１０で構成される現像処理用ロットを現像処理装置１で処理している最中に、環境の変動あるいは現像液の劣化等により、適正な現像条件が変動しても、現像不良となる基板１０の枚数を低減することができる。

なお、本実施形態を以下のようにして実施することもできる。

（１）現像廃液分析センサとしてのＣＣＤカメラ４にフォトレジスト１０ａの種類毎に適正なフィルタを用いる。

（２）分析のパラメータを、光吸収率としてもよい。

（３）現像条件決定工程において、現像時間のみを決定していたが、現像時間だけに限らず、基板１０の回転数、現像液の流量、現像液の流出量等の現像条件を現像廃液９ａの分析データに基づいて決定してもよい。

（４）基板として、半導体基板の他に、ガラス基板、光磁気ディスク基板等のフォトレジストを用いた現像処理を行うプロセスに、本発明に係る方法及び装置を用いることができる。

本実施形態で使用する現像処理装置の模式図。 本実施形態の現像方法の流れを示すフローチャート。 本実施形態における現像時間の決定方法を説明するためのグラフ。

符号の説明

１…現像処理装置、２…現像ユニット、３…コンピュータ、４…現像廃液分析センサとしてのＣＣＤカメラ、５…現像液タンク、６…現像液供給ポンプ、７…現像液調整バルブ、８…現像液供給管、９…現像液、９ａ…現像廃液、１０…基板としてのシリコン基板、１０ａ…フォトレジスト、１１…基板保持部、１２…スピンドル、１３…駆動部、１４…基板処理チャンバ、１５…制御部、１６…駆動制御部、１７…現像液供給制御部、１８…現像廃液回収管、１８ａ…透明現像廃液回収管、１９…現像廃液回収管用バルブ、２０…現像廃液回収タンク、２１〜２４…電気配線。

Claims (6)

1. 同じ条件で露光されたフォトレジストが形成されている複数の基板を有する現像処理ロットの第１の基板を、前記複数の基板の現像に適用すべき第１の現像条件に基づいて現像液を供給することにより、第１の現像廃液を発生させながら現像する第１の現像処理工程と、
   前記第１の現像廃液を分析して現像廃液の状態を示す分析データを取得する現像廃液分析工程と、
   前記分析データに基づいて、前記第１の現像条件よりも現像状態が良好になるように第２の現像条件を決定する現像条件決定工程と、
   前記現像処理ロットの第２の基板を前記第２の現像条件で現像する第２の現像処理工程とを有する基板の現像方法。
2. 請求項１に記載の半導体基板の現像方法であって、
   前記現像廃液分析工程は、第１の現像廃液の液色をＣＣＤカメラで光学的に監視して光学的分析データを取得する基板の現像方法。
3. 請求項１または２に記載の半導体基板の現像方法であって、
   前記現像条件決定工程は、現像状態を示す分析データの値が略一定となったときを現像処理の終点時間として、前記第２の現像条件における現像処理の時間を決定する現像時間決定工程とを有する基板の現像方法。
4. 同じ条件で露光されたフォトレジストが形成されている複数の基板を有する現像処理ロットの基板を現像する現像ユニットと、
   前記基板を現像したときに発生する現像廃液の状態を分析する現像廃液分析センサと、
   前記現像廃液分析センサの分析データを受信する分析データ受信手段と、前記分析データに基づいて現像条件を決定する現像条件決定手段とを備えたコンピュータとを有する現像処理装置であって、
   前記現像ユニットで前記複数の基板の現像に適用すべき第１の現像条件に基づいて現像液を供給することにより、第１の現像廃液を発生させながら現像する第１の現像処理手段と、
   前記現像廃液分析センサで前記第１の現像廃液を分析して現像廃液の状態を示す分析データを取得する現像廃液分析手段と、
   前記分析データを前記コンピュータに取得させる分析データ取得手段と、
   前記コンピュータにおいて、前記分析データに基づいて前記第１の現像条件よりも現像状態が良好である第２の現像条件に決定する現像条件決定手段と、
   前記現像ユニットで前記現像処理ロットの第２の基板を前記第２の現像条件で現像する第２の現像処理手段と、を有する基板の現像方法。
5. 請求項４に記載の現像処理装置であって、
   前記現像廃液分析センサは、現像廃液の液色を光学的に監視して光学的分析データを取得するＣＣＤカメラである現像処理装置。
6. 請求項４または５に記載の現像処理装置であって、
   前記現像処理決定手段は、現像状態を示す分析データの値が略一定となったときを現像処理の終点時間として、前記第２の現像処理条件における現像処理の時間を決定する現像時間決定手段とを有する現像処理装置。
   

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