JP2007220956A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光性レジスト等の洗浄処理に際して、基板外周部での欠陥を減少させることができ、且つ基板中央部の欠陥をも減少させる。
【解決手段】 被処理基板上に洗浄液を供給して洗浄するための基板処理方法において、被処理基板１０を連続的に回転させながら、基板１０の中心領域に洗浄液を間欠的に供給すると共に、基板１０の周辺領域に洗浄液を連続的に供給することにより、基板１０の回転に伴い基板１０上の液膜が中心領域から周辺領域に単調に増加し、かつ中心領域がほぼ乾燥するように処理する工程を、複数回繰り返す。
【選択図】 図６

Description

本発明は、基板表面を洗浄処理するための基板処理技術に係わり、特に半導体デバイス，ＵＬＳＩ，電子回路部品，液晶表示素子等の製造における感光性レジストの洗浄処理に利用される基板処理方法及び基板処理装置に関する。

半導体デバイスの作製において、基板の大口径化に伴い、感光性レジストの洗浄工程（例えば現像工程におけるリンス工程や液浸プロセスにおける洗浄工程）では、洗浄が不十分であることによる致命的な欠陥の発生が大きな問題となっている。従来の基板を回転しながらストレートノズルから洗浄液を供給し洗浄・乾燥する方法では、大口径化に伴う基板外周での乱流の影響により、基板中心部よりも外周部での乾燥が進み、その結果、中心部で洗浄除去された物質が基板外周部に残ってしまうという問題があった。

この問題を解決する方法として、洗浄工程の初期に基板を回転しながら中心で洗浄液を供給し、洗浄液供給ノズルを基板中心から外周にスキャンさせる洗浄方法がある（例えば、特許文献１参照）。この手法により、基板外周部の乾燥が防止され、基板外周部での欠陥が減少する。しかしながら、この方法では、基板中心の欠陥除去は十分ではないという問題があった。
特開２００２−５７０８８

このように従来、感光性レジストを洗浄するために、基板を回転しながらノズルから洗浄液を供給して洗浄・乾燥する方法では、基板中心部で洗浄除去された物質が基板外周部に残ってしまうという問題があった。また、洗浄液供給ノズルを基板中心から外周にスキャンさせる洗浄方法では、基板外周部での欠陥が減少するものの、基板中心の欠陥除去は十分ではないという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、感光性レジスト等の洗浄処理に際して、基板外周部での欠陥を減少させることができ、且つ基板中央部の欠陥をも減少させることのできる基板処理方法及び基板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は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様に係わる基板処理方法は、被処理基板を連続的に回転させながら、前記基板の中心領域に洗浄液を間欠的に供給すると共に、前記基板の周辺領域に洗浄液を連続的に供給することにより、前記基板の回転に伴い前記基板上の液膜が中心領域から周辺領域に単調に増加し、かつ中心領域がほぼ乾燥するように処理する工程を、複数回繰り返すことを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係わる基板処理装置は、被処理基板を載置して回転する回転ステージと、前記基板の中心領域に洗浄液を所定量供給した後に該供給を停止する第１のノズルと、前記基板の周辺領域に洗浄液を連続的に供給する第２のノズルと、前記第１のノズルから洗浄液が所定量供給された後の前記基板表面の洗浄液の状態をモニタし、干渉縞を検出する表面モニタ機構と、前記表面モニタ機構により基板の中心領域に干渉縞が検出された時刻以降に、前記第１のノズルによる洗浄液の供給及び停止を再度行う手段と、を具備してなることを特徴とする。

本発明によれば、基板の中心領域への洗浄液の間欠的な供給と共に、基板の周辺領域に対する洗浄液の連続供給を行うことにより、基板中心部よりも外周部での乾燥が進むことによる基板外周部での欠陥発生を抑制することができる。しかも、基板の周辺部への洗浄液の供給を保持した状態で、基板の中心領域への洗浄液の供給を繰り返すことにより、基板外周部での欠陥発生を抑制しながら、基板中央部の欠陥も減少させることができる。従って、基板外周部での欠陥を減少させることができ、且つ基板中央部の欠陥をも減少させることができ、現像後のレジストの洗浄等を効果的に行うことが可能となる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。以下の実施形態では、感光性樹脂膜の現像工程におけるリンス・乾燥処理に対して本発明を適用した例を説明するが、これに限らないのは勿論のことである。

図１は、本発明の一実施形態に用いた基板処理装置を示す概略構成図である。

Ｓｉウェハ等の被処理基板１０は試料台２１上に載置され、試料台２１は回転機構２２により回転可能となっている。試料台２１の上方には、基板１０の表面に現像液を供給するための現像液供給ノズル３０と洗浄液を供給するための洗浄液供給ノズル４１，４２が配置されている。現像液供給ノズル３０は基板１０の直径と同等の長さの幅広のスリットを有するものであり、洗浄液供給ノズル４１，４２は微小な円形孔を有するものである。これらのノズル３０，４１，４２は、基板表面方向に沿って移動可能となっている。試料台２１の周辺には、周囲への薬液の飛散を防ぐためのカップ２３が設けられている。

また、試料台２１の上方には、単一波長の光を基板１０上に照射し、基板１０からの反射光強度をモニタする表面モニタ機構５１，５２が設けられている。これらのモニタ機構５１，５２は、基板表面領域と周辺領域をモニタできるものであれば良く、例えばノズル４１，４２にそれぞれ取り付けられている。

次に、本実施形態による洗浄処理を従来方法による洗浄処理と比較して説明する。

まず、被処理基板（３００ｍｍウエハ）上に反射防止膜及び化学増幅型レジストを塗布した後、ＡｒＦエキシマレーザーを用い、露光用レチクルを介して所望のパターンを縮小投影露光した。露光済みの基板を熱処理した後、図２（ａ）〜（ｂ）のシーケンスで現像処理を行った。即ち、図２（ａ）に示す基板１０に対し、図２（ｂ）に示すように現像液供給ノズル３０から現像液を吐出しながら、ノズル３０を基板１０上で一方向に走査することで、図２（ｃ）に示すように現像液膜３１を基板１０上に形成した。その後、所定の時間だけ静止現像を行った。

引き続いて、純水による洗浄処理、乾燥処理を行うが、従来の手法では図３（ａ）〜（ｄ）に示すシースケンスとなる。まず、所定の時間静止現像を行った後、図３（ａ）に示すように、被処理基板１０を回転させながら洗浄液供給ノズル４１から純水６１を供給する。所定の時間の後、純水６１の供給を止め、被処理基板１０を回転させることで、純水６１を振り切り、乾燥させる。このとき、まず図３（ｂ）に示すように、中央部に乾燥領域６２が形成され、そのまわりに干渉縞領域６３が形成される。その後、図３（ｃ）に示すように、乾燥領域６２が外側に広がっていくと共に、基板１０の周辺領域にも乾燥領域６２が形成される。そして、図３（ｄ）に示すように、最終的に全体が乾燥領域６２となる。

ここで、前記図１に示した装置を用い、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、従来のリンス乾燥方法の状態をモニタ手段で反射光強度をモニタした結果を、図５に示す。図４（ａ）〜（ｄ）は、図３（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ対応している。図５に示すように、液厚が厚い状態では、ランダムな反射光が得られる（液供給を止めて数秒間）。その後、干渉縞が観察される間は、周期的に反射光強度が変化する（およそ１０から１５秒間）。完全に乾燥すると、強度の変化がなくなる。

図６（ａ）〜（ｆ）に、本実施形態の手法を示す。所定の時間静止現像を行った後、図６（ａ）に示すように、被処理基板１０を回転させながら洗浄液供給ノズル４１から基板中心に洗浄液（純水）６１を供給する。所定の時間の後、純水６１の供給を止め、被処理基板１０を回転させながら乾燥させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、中央部に乾燥領域６２が形成され、そのまわりに干渉縞領域６３が形成されることになる。この間、２つのモニタ機構５１，５２で反射光強度をモニタする。そして、外周部が干渉縞領域６３となっている状態の間に、図６（ｃ）に示すように、洗浄液供給ノズル４２から基板周辺部に洗浄液（純水）を供給する。これにより、基板１０の周辺部からの乾燥を防ぐことができる。なお、ノズル４２からの洗浄液の供給は連続的に行う。

次に、基板中心部が乾燥した状態で、図６（ｄ）に示すように、再び洗浄液供給ノズル４１から洗浄液（純水）６１を供給する。所定の時間の後、洗浄液供給ノズル４１からの供給を止める。そして、図６（ｅ）に示すように、基板中心部がほぼ乾燥した時点で、洗浄液供給ノズル４２からの洗浄液６１の供給を止め、図６（ｆ）に示すように完全に乾燥させた。このとき、干渉縞領域６３は更に外側に広がって乾燥領域６２となった。これらのシーケンスにおいて、基板１０の乾燥及び干渉縞の状態はモニタ機構５１，５２により検出した。

図３及び図６の各シーケンスで処理した被処理基板１０の処理後の欠陥を測定したところ、図３のシーケンスでは、８万個以上のレジストの溶け残りと思われる欠陥が見られた。欠陥の分布は全面に広がり、特に図３（ｃ）に示す基板外周部の乾燥領域に大量の欠陥が見られた。これに対し、図６のシーケンスでは、外周部、中心部の欠陥も除去することができ、欠陥数は１００個程度となった。

次に、本実施形態による欠陥低減のメカニズムについて説明する。

被処理基板１０上に純水６１を供給しながら基板１０を回転させる手法では、図７（ａ）（ｂ）に示すように、液厚は数百ｎｍから数ｍｍであるため、液の流れの力が基板１０上の欠陥６５に十分に伝わらず、除去能力が高くない。なお、図７（ａ）は全体構成を示す斜視図、図７（ｂ）は（ａ）の破線で囲った部分を拡大して示す断面図である。

それに対し、乾燥工程で水が除かれる場合、図８（ａ）（ｂ）に示すように、液膜の厚さは０．１ｍｍ以下、干渉縞が見られる段階では１０ｎｍ以下となっていて、欠陥６５に作用する力は十分大きい。基板１０の中心から半径方向に見た場合、乾燥領域→液膜領域になっている場合、欠陥６５に働く力が大きくかつ、外側が液となっているため、欠陥６５が除去される（図８（ｂ）の左側の欠陥）。逆に、液膜領域→乾燥領域となっている場合、欠陥６５に作用する力はあるが、外側が液となっていないため、欠陥６５は結果として除去されない。

図３のシーケンスでは、図７及び図８に示すような現象が生じていて、図７の状態である程度の欠陥６５が除去され、図８の状態で乾燥領域→液膜領域のところでは欠陥６５が除去され、液膜→乾燥領域で欠陥６５が残留するため、特に外周部で欠陥６５が多くなったと考えられる。これに対し図６のシーケンスでは、干渉縞領域６３の外側に純水６１を供給することにより、干渉縞領域６３を更に外側に広げて最終的に乾燥領域６２にすることができる。このため、図８に示すような、乾燥領域→液膜領域となる領域での強い力を欠陥６５（図８（ｂ）の左右の欠陥６５）に対して複数回作用させることができ、欠陥数を大幅に減少させることができた。また、本実施形態では、乾燥の様子をモニタすることにより、最も洗浄に効果的な干渉縞の状態を検出でき、精度良く処理することができた。

このように本実施形態によれば、ノズル４１による被処理基板１０の中心領域への洗浄液の間欠的な供給と共に、ノズル４２による基板１０の周辺領域に対する洗浄液の連続供給を行うことにより、基板中心部よりも外周部での乾燥が進むことによる基板外周部での欠陥発生を抑制することができる。しかも、基板１０の周辺部への洗浄液の供給を保持した状態で、基板１０の中心領域への洗浄液の供給を繰り返すことにより、基板外周部での欠陥発生を抑制しながら、基板中央部の欠陥も減少させることができる。従って、基板外周部での欠陥を減少させることができ、且つ基板中央部の欠陥をも減少させることができ、現像後のレジストの洗浄等を効果的に行うことが可能となる。

（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、洗浄、乾燥処理中に反射光をモニタすることで、処理毎に洗浄液の吐出のタイミングを決めたが、事前に処理の様子をモニタすることでタイミングを決めておいて、同一条件で処理してもよい。さらに、実施形態では、現像後の感光性レジストの洗浄処理に適用した例を説明したが、本発明はレジスト等の除去に限らず一般的な基板表面の洗浄に適用することができる。

また、実施形態では、基板の外周に洗浄液を連続的に供給しながら、基板の中心付近に洗浄液を間欠で供給することにより、欠陥数の大幅な減少の例を示したが、基板周辺部への洗浄液の連続供給無しでも基板外周での乾燥を防止できる場合は、基板の中心付近に洗浄液を間欠的に供給するだけで、同様の効果を得ることができる。その他の手法として、洗浄液の流量、回転数を調整して、基板外周での乾燥を防ぎながら、中心付近に間欠で洗浄液を供給する方法を採用することも可能である。

また、本発明では、液膜状態での欠陥に作用する力を利用して、欠陥を除去しているが、液膜状態となっているかの判定は、基板の乾燥状態の観察で干渉縞の有無を見ることで可能である。実験により、液厚が１０ｎｍ以下になるところで、干渉縞が見え、且つ欠陥に対して作用する力が大きいことが確認されている。

また、基板中心で間欠的に供給する洗浄液として、界面活性剤を含む液を使用することも可能である。界面活性剤を含む液でリンスするプロセスは、一般に微細パターンの倒れや剥がれ防止として行われている。最終的にパターン間から水が乾燥するときに表面張力を下げるために、界面活性剤を使用している。基板全体に干渉縞が見られている状態（どこの場所でも乾燥しきっていない状態）で、界面活性剤を含む液を中心で供給することにより、水→活性剤を含む液への置換の効率化、及び液膜状態での欠陥の除去が可能となる。これらにより、活性剤を含む液の使用量の削減及び欠陥の減少が可能となる。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

（まとめ）
本発明の特徴的な構成は、次の点にある。

（１）被処理基板上に洗浄液を供給して洗浄するための基板処理方法において、被処理基板を連続的に回転させながら、前記基板の中心領域に洗浄液を間欠的に供給すると共に、前記基板の周辺領域に洗浄液を連続的に供給することにより、前記基板の回転に伴い前記基板上の液膜が中心領域から周辺領域に単調に増加し、かつ中心領域がほぼ乾燥するように処理する工程を、複数回繰り返すことを特徴とする。

（２）被処理基板上に洗浄液を供給して洗浄するための基板処理方法において、被処理基板を回転させながら、前記基板の中心領域に第１のノズルから所定量の洗浄液を供給し、且つ前記基板の周辺領域に第２のノズルから洗浄液を連続的に供給することにより、前記基板上の液膜が中心領域から周辺領域に単調に増加し、かつ中心領域がほぼ乾燥するように処理する第１の工程と、前記基板の回転及び前記第２のノズルによる洗浄液の供給を続けながら、前記基板の中心領域に前記第１のノズルから所定量の洗浄液を供給することにより、前記基板上の液膜が中心領域から周辺領域に単調に増加し、かつ中心領域がほぼ乾燥するように処理する第２の工程と、前記第２のノズルによる洗浄液の供給を停止することにより、前記基板の周辺領域を乾燥させる第３の工程と、を含むことを特徴とする。

（2-1） 前記（２）において、第２の工程を複数回繰り返すことを特徴とする。

（2-2） 前記（２）において、第２の工程の開始は、前記第１の工程により前記基板の中心部分の干渉縞がなくなった以降の時刻としたことを特徴とする。

（2-3） 前記（２）において、前記基板の周辺領域への洗浄液の供給位置を、前記基板の周辺領域の特定の第１の位置から前記基板の周辺領域の第２の位置に移動させることを特徴とする。

（2-3-1） 前記（2-3）において、前記周辺領域の第２の位置は、前記基板の外周から５ｍｍ以内の位置であることを特徴とする。

(2-4) 前記（２）において、洗浄液として純水を用いることを特徴とする。

(2-5) 前記（２）において、洗浄液として界面活性剤を含む水を用いることを特徴とする。

（３）被処理基板上に洗浄液を供給して洗浄するための基板処理装置において、被処理基板を載置して回転する回転ステージと、前記基板の中心領域に洗浄液を所定量供給した後に該供給を停止する第１のノズルと、前記基板の周辺領域に洗浄液を連続的に供給する第２のノズルと、前記第１のノズルから洗浄液が所定量供給された後の前記基板表面の洗浄液の状態をモニタし、干渉縞を検出する表面モニタ機構と、前記表面モニタ機構により基板の中心領域に干渉縞が検出された時刻以降に、前記第１のノズルによる洗浄液の供給及び停止を再度行う手段と、を具備してなることを特徴とする。

（４）被処理基板上に洗浄液を供給して洗浄するための基板処理装置において、被処理基板を載置して回転する回転ステージと、前記基板の中心領域にノズルから所定量の洗浄液を供給した後に該供給を停止する手段と、前記洗浄液の供給・停止後の基板表面の洗浄液の状態を光学的にモニタし、周辺領域が乾燥しないで中央領域に干渉縞が生じた時点を検出するモニタ機構と、前記モニタ機構の検出結果に応じて前記ノズルによる洗浄液の供給・停止を繰り返す手段と、を具備してなることを特徴とする。

本発明の一実施形態に用いた基板処理装置を示す概略構成図。 現像処理のシーケンスを示す図。 従来方法による洗浄・乾燥のシーケンスを示す図。 図１の装置で従来方法による洗浄・乾燥のシーケンスを行う例を示す図。 従来のリンス乾燥方法の状態をモニタ手段で反射光強度をモニタした結果を示す図。 本発明の一実施形態に係わる洗浄・乾燥のシーケンスを示す図。 干渉縞が生じているときの洗浄の様子を示す図。 欠陥と液膜との関係を示す図。

符号の説明

１０…被処理基板
２１…試料台
２２…回転機構
２３…カップ
３０…現像液供給ノズル
４１，４２…洗浄液供給ノズル
５１，５２…表面モニタ機構
６１…純水
６２…乾燥領域
６３…干渉縞領域
６５…欠陥

Claims (5)

1. 被処理基板を連続的に回転させながら、前記基板の中心領域に洗浄液を間欠的に供給すると共に、前記基板の周辺領域に洗浄液を連続的に供給することにより、前記基板の回転に伴い前記基板上の液膜が中心領域から周辺領域に単調に増加し、かつ中心領域がほぼ乾燥するように処理する工程を、複数回繰り返すことを特徴とする基板処理方法。
2. 被処理基板を回転させながら、前記基板の中心領域に第１のノズルから所定量の洗浄液を供給すると共に、この供給開始と同時若しくは供給開始よりも遅れて前記基板の周辺領域に第２のノズルから洗浄液を連続的に供給することにより、前記基板上の液膜が中心領域から周辺領域に単調に増加し、かつ中心領域がほぼ乾燥するように処理する第１の工程と、
   前記基板の回転及び前記第２のノズルによる洗浄液の供給を続けながら、前記基板の中心領域に前記第１のノズルから所定量の洗浄液を供給することにより、前記基板上の液膜が中心領域から周辺領域に単調に増加し、かつ中心領域がほぼ乾燥するように処理する第２の工程と、
   前記第２のノズルによる洗浄液の供給を停止することにより、前記基板の周辺領域を乾燥させる第３の工程と、
   を含むことを特徴とする基板処理方法。
3. 前記第２の工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
4. 被処理基板を載置して回転する回転ステージと、
   前記基板の中心領域に洗浄液を所定量供給した後に該供給を停止する第１のノズルと、
   前記基板の周辺領域に洗浄液を連続的に供給する第２のノズルと、
   前記第１のノズルから洗浄液が所定量供給された後の前記基板表面の洗浄液の状態をモニタし、干渉縞を検出する表面モニタ機構と、
   前記表面モニタ機構により基板の中心領域に干渉縞が検出された時刻以降に、前記第１のノズルによる洗浄液の供給及び停止を再度行う手段と、
   を具備してなることを特徴とする基板処理装置。
5. 被処理基板を載置して回転する回転ステージと、
   前記基板の中心領域にノズルから所定量の洗浄液を供給した後に該供給を停止する手段と、
   前記洗浄液の供給・停止後の基板表面の洗浄液の状態を光学的にモニタし、周辺領域が乾燥しないで中央領域に干渉縞が生じた時点を検出するモニタ機構と、
   前記モニタ機構の検出結果に応じて前記ノズルによる洗浄液の供給・停止を繰り返す手段と、
   を具備してなることを特徴とする基板処理装置。

Images