JP2007081176A - 基板の現像処理方法および基板の現像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジストパターンの加工寸法に悪影響を及ぼしたりレジスト膜にダメージを与えたりすることなく、現像液に対するレジスト膜表面の濡れ性を向上させることができ、廃液の分離回収を行う必要も無い基板の現像処理方法を提供する。
【解決手段】 現像液吐出ノズル３０から基板Ｗの表面に形成された露光後のレジスト膜上へ現像液を供給してレジスト膜を現像処理する前に、溶液吐出ノズル３４から界面活性剤を含む溶液をレジスト膜上へ供給し、続いて、界面活性剤を含む溶液が供給されたレジスト膜上へ純水吐出ノズル３２から純水を供給してプリウェット処理する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板の表面に形成された露光後のフォトレジスト膜に現像液を供給して現像処理を行う基板の現像処理方法および現像処理装置に関する。

近年、半導体装置の製造プロセスにおいては、パターン寸法の微細化による高集積化が進められている。例えば露光・現像工程においては、基板上に形成されるレジストパターンの加工寸法を微細化させる代表的な手段として、露光用光源からの光線の短波長化によって解像度を向上させることが行われている。すなわち、従来用いられてきた近紫外線（波長：４００ｎｍ〜３００ｎｍ）からＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）の利用へ、そしてＫｒＦエキシマレーザからＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の利用へ、さらにはＡｒＦエキシマレーザから遠紫外線やＸ線、電子線等のより短波長の放射線の利用へというように技術進展しており、これらの露光用光源を用いるリソグラフィプロセスが種々提案され、実用化されつつある。

ところで、露光用光線の短波長化に対応したレジストは、撥水性が極めて高い。このため、露光後の現像処理において、例えばスリットスキャン方式で現像液をレジスト膜上に液盛りする際に、所望するような均一な厚みの液膜が形成されにくく、適正な現像液膜（パドル）を形成するためには現像液を大量に消費することとなる。また、さらにレジストの撥水性が高くなると、現像液膜の形成自体が困難となってしまう。

このような問題を解決する方法として、現像液の液盛りを行う前にレジスト膜上へ純水を供給してレジスト膜の表面状態を親水性に変化させるプリウェットと称される処理が行われている。この処理により、現像液に対するレジスト膜表面の濡れ性が向上して、基板表面のレジスト膜上に均一な厚みの現像液膜が形成され、現像液の消費量も低減させることができることとなる。しかしながら、レジストの撥水性がさらに高くなると、現像液はもとよりプリウェット液（純水）でさえもレジスト膜の表面を均一に覆うことが困難となり、レジスト膜表面を純水で均一に覆うためには純水を大量に消費することとなる。また、さらにレジストの撥水性が高くなると、プリウェット処理自体を行うことが不可能となってしまう。

そこで、パターン露光後、現像前に、プリウェット処理に代えて、またはプリウェット処理と共に、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ジエチルエタノールアミン等の親水化処理剤を用いて、レジスト膜表面の親水化処理を行うことにより、現像液に対するレジスト膜表面の濡れ性を良くする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１０６０８１号公報（第２−３頁、図１および図２）

しかしながら、ＴＭＡＨは正に現像処理液そのものであり、現像前にＴＭＡＨがレジスト膜表面へ供給されることによりレジストパターンの加工寸法に悪影響を及ぼす可能性が高い。また、ＩＰＡやジエチルエタノールアミンは有機系溶剤であり、レジスト膜自体にダメージを与える恐れがあり、また、ＩＰＡやジエチルエタノールアミンを使用した場合には、水溶液廃液との分離回収操作が必要となるために、現像処理装置の構成が煩雑になる、といった問題点がある。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、レジストパターンの加工寸法に悪影響を及ぼしたりレジスト膜にダメージを与えたりすることなく、現像液に対するレジスト膜表面の濡れ性を向上させることができ、廃液の分離回収を行う必要も無い基板の現像処理方法を提供すること、ならびに、その方法を好適に実施することができる基板の現像処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、基板の表面に形成された露光後のレジスト膜上へ現像液を供給してレジスト膜を現像処理する基板の現像処理方法において、前記レジスト膜上へ現像液を供給する前に、界面活性剤を含む溶液を前記レジスト膜上へ供給する工程と、この工程により界面活性剤を含む溶液が供給された前記レジスト膜上へさらに純水を供給する工程とを含むことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、基板を水平姿勢に保持する基板保持手段と、この基板保持手段によって保持された基板の表面に形成された露光後のレジスト膜上へ現像液を供給する現像液供給手段とを備えた基板の現像処理装置において、基板表面に形成されたレジスト膜上へ界面活性剤を含む溶液を供給する溶液供給手段と、基板表面に形成されたレジスト膜上へ純水を供給する純水供給手段とをさらに備え、前記現像液供給手段によって基板表面の前記レジスト膜上へ現像液を供給する前に、前記溶液供給手段によって基板表面の前記レジスト膜上へ界面活性剤を含む溶液を供給し、その後に、前記純水供給手段によって基板表面の前記レジスト膜上へ純水を供給することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の現像処理装置において、前記基板保持手段によって保持された基板を回転させる基板回転手段を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る発明の現像処理方法によると、レジスト膜の撥水性が高くても、レジスト膜上へ現像液を供給する前に界面活性剤を含む溶液がレジスト膜上へ供給されることにより、純水や現像液に対するレジスト膜表面の濡れ性が向上することとなる。したがって、純水によるプリウェット処理が可能となり、そのプリウェット処理により、純水でレジスト膜の表面を均一に覆うことができ、また、純水の消費量を低減させることができる。また、プリウェット処理後にレジスト膜上へ現像液を供給したときに、基板表面のレジスト膜上に均一な厚みの現像液膜を形成することができ、また、現像液の消費量も低減させることができる。そして、ＴＭＡＨ、ＩＰＡ、ジエチルエタノールアミン等の親水化処理剤を使用しないので、レジストパターンの加工寸法に悪影響を及ぼしたりレジスト膜にダメージを与えたりする心配が無く、装置構成が煩雑となることもない。
また、界面活性剤を含む溶液が供給されたレジスト膜上へさらに純水が供給されてプリウェット処理が行われるので、レジスト膜上から界面活性剤を含む溶液が純水で洗い流される。これにより、例えば現像液に溶解しないフッ素系やシリコン系などの界面活性剤中の成分がレジスト膜上から除去されるので、レジスト膜に欠陥が発生する心配も無い。

請求項２に係る発明の現像処理装置を使用すると、請求項１に係る発明の現像処理方法を好適に実施することができ、上記した効果が得られる。

請求項３に係る発明の現像処理装置では、基板表面に形成されたレジスト膜上へ界面活性剤を含む溶液を供給した後に、基板保持手段によって保持された基板を基板回転手段によって回転させることにより、余分な界面活性剤溶液をレジスト膜上から遠心力によって除去することができ、また、レジスト膜上へ純水を供給した後に、基板保持手段によって保持された基板を基板回転手段によって回転させることにより、余分な純水をレジスト膜上から遠心力によって除去することができる。したがって、レジスト膜上へ所望するような厚みの界面活性剤溶液の膜や純水の膜を形成することができ、均一な処理が可能となる。

以下、この発明の最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１ないし図３は、この発明に係る基板の現像処理方法を実施するために使用される現像処理装置の構成の１例を示し、図１は、現像処理装置の概略構成を示す平面図であり、図２は、図１のII−II矢視断面図であり、図３は、図１のIII−III矢視断面図である。

この現像処理装置は、基板Ｗの現像処理が行われる装置中央部に、基板Ｗを水平姿勢に保持するスピンチャック１０、上端部にスピンチャック１０が固着され鉛直に支持された回転支軸１２、および、回転支軸１２に回転軸が連結されスピンチャック１０および回転支軸１２を鉛直軸回りに回転させる回転モータ１４が配設されている。スピンチャック１０の周囲には、スピンチャック１０上の基板Ｗを取り囲むように円形の内側カップ１６が配設されており、内側カップ１６は、図示しない支持機構により上下方向へ往復移動自在に支持されている。内側カップ１６の周囲には、矩形状の外側カップ１８が配設されている。

外側カップ１８の左右両側には、それぞれ待機ポット２０、２２が配設されている。外側カップ１８および待機ポット２０、２２の一方の側部には、外側カップ１８および待機ポット２０、２２の連接方向と平行にガイドレール２４が配設されている。ガイドレール２４には、アーム駆動部２６が摺動自在に係合しており、アーム駆動部２６にノズルアーム２８が保持されている。ノズルアーム２８には、現像液吐出ノズル３０が水平姿勢で吊着されている。現像液吐出ノズル３０は、詳細な構造の図示を省略しているが、下端面に長手方向に延びるスリット状吐出口を有している。現像液吐出ノズル３０には、現像液供給源に流路接続された現像液供給管（図示せず）が連通接続されている。この現像液吐出ノズル３０は、ガイドレール２４と直交する方向に配置されている。そして、アーム駆動部２６により、ノズルアーム２８をガイドレール２４に沿って水平方向へ直線的に往復移動させて、現像液吐出ノズル３０を矢印Ａで示す方向に走査し、その逆方向に戻すことができる構成となっている。

また、外側カップ１８の後方側近傍には、先端の吐出口から純水を基板Ｗ上へ吐出する純水吐出ノズル３２、および、先端の吐出口から界面活性剤を含む溶液を基板Ｗ上へ吐出する溶液吐出ノズル３４が配設されている。純水吐出ノズル３２は、図示しない純水供給管を通して純水供給源に流路接続されており、溶液吐出ノズル３４は、図示しない溶液供給管を通して界面活性剤溶液供給源に流路接続されている。純水吐出ノズル３２および溶液吐出ノズル３４は、回転駆動部３６に回動可能に支持された１つのノズル保持部３８に保持されている。そして、回転駆動部３６によってノズル保持部３８を鉛直軸回りに回動させることにより、純水吐出ノズル３２および溶液吐出ノズル３４が矢印Ｂで示す方向へ水平面内で回動するような構成となっている。

次に、上記したような構成を備えた現像処理装置による処理動作の１例について説明する。

表面に露光後のレジスト膜が形成された基板Ｗが装置内に搬入されて、スピンチャック１０に基板Ｗが保持されると、溶液吐出ノズル３４（および純水吐出ノズル３２）が回動して、溶液吐出ノズル３４の先端吐出口が基板Ｗの中心部直上位置へ移動し、溶液吐出ノズル３４の先端吐出口から所定濃度に調整された界面活性剤を含む溶液が所定量、基板Ｗの中心部へ滴下して供給される。ここで使用される界面活性剤の種類は特に限定されず、一般的なアニオン系界面活性剤やカチオン系界面活性剤を用いるようにすればよい。基板Ｗ上へ供給された界面活性剤溶液は基板Ｗの全面に拡がり、基板Ｗ上のレジスト膜の表面全体を覆う。この際に、基板Ｗを低速で回転させるようにしてもよい。溶液吐出ノズル３４（および純水吐出ノズル３２）は、界面活性剤溶液の吐出が終わると、図１に示した元の位置へ回動して戻される。界面活性剤溶液を吐出してから所定時間経過後に、基板Ｗを回転させて、余分な界面活性剤溶液を遠心力により基板Ｗ上から飛散させて排除する。この際には、内側カップ１６を上昇させておくようにする。

次に、純水吐出ノズル３２（および溶液吐出ノズル３４）を回動させて、純水吐出ノズル３２の先端吐出口を基板Ｗの中心部直上位置へ移動させ、純水吐出ノズル３２の先端吐出口から所定量の純水を基板Ｗの中心部へ供給する。基板Ｗ上へ供給された純水は、基板Ｗの全面に拡がって、レジスト膜上から界面活性剤溶液を押し流し、レジスト膜表面を覆っている界面活性剤溶液が純水に置換される。この際に、基板Ｗを低速で回転させるようにしてもよい。純水を吐出してから所定時間経過後に、基板Ｗを回転させて、純水を遠心力により基板Ｗ上から飛散させて除去する。この際、内側カップ１６を上昇させておく。このようにして、レジスト膜のプリウェット処理が行なわれる。純水吐出ノズル３２（および溶液吐出ノズル３４）は、純水の吐出が終わると、図１に示した元の位置へ回動して戻される。

続いて、現像液吐出ノズル３０のスリット状吐出口から現像液を吐出させつつ、アーム駆動部２６によって現像液吐出ノズル３０を矢印Ａで示す方向に走査する。これにより、基板Ｗ上に現像液が供給されて液盛りされる。現像液吐出ノズル３０が右側の待機ポット２２の位置まで移動すると、現像液の吐出を停止させて、アーム駆動部２６により現像液吐出ノズル３０を矢印Ａで示す方向と逆方向へ移動させ、現像液吐出ノズル３０を元の左側の待機ポット２０の位置まで戻す。そして、基板Ｗ上に液盛りしてから所定時間が経過するまで基板Ｗを静止させたままにして、基板Ｗの表面上のレジスト膜を現像する。

基板Ｗ上に液盛りしてから所定時間が経過すると、純水吐出ノズル３２（および溶液吐出ノズル３４）を再び回動させて、純水吐出ノズル３２の先端吐出口を基板Ｗの中心部直上位置へ移動させ、純水吐出ノズル３２の先端吐出口から純水を基板Ｗの中心部へ供給する。これにより、基板Ｗの表面上のレジスト膜の現像反応が停止する。純水吐出ノズル３２（および溶液吐出ノズル３４）は、純水の吐出が終わると、再び図１に示した元の位置へ回動して戻される。そして、純水の吐出後に、基板Ｗを回転させて、遠心力により基板Ｗ上から純水を飛散させて除去し、基板Ｗを乾燥させる。この際、内側カップ１６を上昇させておく。基板Ｗの乾燥処理が終了すると、基板Ｗは、スピンチャック１０上から取り去られて装置内から搬出される。

この発明に係る現像処理方法では、上記したように、基板Ｗの表面に形成されたレジスト膜上へ現像液を供給する前に界面活性剤を含む溶液がレジスト膜上へ供給される。このため、レジスト膜の撥水性が高くても、そのレジスト膜の表面が界面活性剤溶液の膜で覆われることとなり、純水や現像液に対するレジスト膜表面の濡れ性が向上する。これにより、続いて行われる純水によるプリウェット処理が可能となり、そのプリウェット処理により、純水でレジスト膜の表面を均一に覆うことができ、また、純水の消費量を低減させることができる。また、純水によるプリウェット処理後にレジスト膜上へ現像液を供給したときに、基板表面のレジスト膜上に均一な厚みの現像液膜を形成することができ、また、現像液の消費量も低減させることができる。そして、基板Ｗ表面のレジスト膜上へ界面活性剤溶液が供給された後、レジスト膜上へ現像液を供給する前に、レジスト膜上へ純水が供給されてプリウェット処理が行われるので、レジスト膜上から界面活性剤溶液が純水で洗い流される。これにより、例えば現像液に溶解しないフッ素系やシリコン系などの界面活性剤中の成分がレジスト膜上から除去されるので、レジスト膜に欠陥が発生する心配が無くなる。

上記した実施形態では、現像液吐出ノズル３０のスリット状吐出口から現像液を吐出させつつ現像液吐出ノズル３０を走査して、基板表面のレジスト膜上に現像液を液盛りするスリットスキャン方式について説明したが、現像処理方法は特に限定されず、ストレートノズルから基板の表面中心部へ現像液を供給し基板を回転させて基板の表面全体に現像液を拡げる現像方式や、基板を回転させつつスプレイノズルから基板表面のレジスト膜上へ現像液を噴出させる現像方式などについても、この発明は広く適用し得るものである。また、上記実施形態では、界面活性剤を含む溶液やプリウェットのための純水をストレートノズルから基板表面のレジスト膜上へ供給するようにしたが、界面活性剤溶液や純水の吐出形態は特に限定されず、スリット状吐出口を有するノズルやスプレイノズルから界面活性剤溶液や純水をレジスト膜上へ吐出するようにしてもよい。さらに、界面活性剤溶液や純水（プリウェット液）の使用量、レジスト膜上に残留させる量なども特に限定されない。

この発明に係る基板の現像処理方法を実施するために使用される現像処理装置の構成の１例を示す概略平面図である。 図図１のII−II矢視断面図である。 図１のIII−III矢視断面図である。

符号の説明

１０ スピンチャック
１２ 回転支軸
１４ 回転モータ
１６ 内側カップ
１８ 外側カップ
２０、２２ 待機ポット
２４ ガイドレール
２６ アーム駆動部
２８ ノズルアーム
３０ 現像液吐出ノズル
３２ 純水吐出ノズル
３４ 溶液吐出ノズル
３６ 回転駆動部
３８ ノズル保持部
Ｗ 基板

Claims (3)

1. 基板の表面に形成された露光後のレジスト膜上へ現像液を供給してレジスト膜を現像処理する基板の現像処理方法において、
   前記レジスト膜上へ現像液を供給する前に、界面活性剤を含む溶液を前記レジスト膜上へ供給する工程と、
   この工程により界面活性剤を含む溶液が供給された前記レジスト膜上へさらに純水を供給する工程と、
   を含むことを特徴とする基板の現像処理方法。
2. 基板を水平姿勢に保持する基板保持手段と、
   この基板保持手段によって保持された基板の表面に形成された露光後のレジスト膜上へ現像液を供給する現像液供給手段と、
   を備えた基板の現像処理装置において、
   基板表面に形成されたレジスト膜上へ界面活性剤を含む溶液を供給する溶液供給手段と、
   基板表面に形成されたレジスト膜上へ純水を供給する純水供給手段と、
   をさらに備え、前記現像液供給手段によって基板表面の前記レジスト膜上へ現像液を供給する前に、前記溶液供給手段によって基板表面の前記レジスト膜上へ界面活性剤を含む溶液を供給し、その後に、前記純水供給手段によって基板表面の前記レジスト膜上へ純水を供給することを特徴とする基板の現像処理装置。
3. 前記基板保持手段によって保持された基板を回転させる基板回転手段を備えた請求項２に記載の基板の現像処理装置。

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