JP2016072557A - 液処理方法、記憶媒体及び液処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
少なくとも基板の周縁部よりも中心側の部位に対して処理液により液処理を行う工程と、
この工程の後、前記基板を回転させながら、処理液ノズルの吐出口を当該吐出口から見て基板の回転方向の下流側に向けて、基板の表面に対して斜めにかつ基板の接線方向に沿って処理液を基板の周縁部に吐出する工程と、
前記処理液を基板の周縁部に吐出する工程を行いながら、前記基板上における処理液の着液位置から基板の中心部に向かって隣接する位置に向けてガスノズルからガスを垂直に吐出する工程と、を含むことを特徴とする。
(a)前記処理液を吐出する工程及びガスを吐出する工程は、前記処理液ノズル及びガスノズルを基板の中心部側から外周に向かって移動させながら行われる工程であること。
(b)前記処理液を吐出する工程及びガスを吐出する工程は、基板の表面を洗浄液により洗浄する工程であること。このとき前記洗浄する工程は、基板の表面全体に現像液を供給した後に、現像される膜と現像液との反応生成物を基板の表面から除去するための工程であること。
(c)前記少なくとも基板の周縁部よりも中心側の部位に対して処理液により液処理を行う工程は、基板の表面全体に現像液を供給する工程であり、前記処理液を吐出する工程及びガスを吐出する工程は、前記基板の周縁部に対して局所的に現像液を供給する工程であること。
(d)前記処理液ノズル及びガスノズルは、移動機構により移動自在な共通のノズル保持部に設けられていること。
(e)処理液ノズルから吐出される処理液の吐出方向と基板の表面とのなす角度は、16度から24度であること。また前記処理液を吐出する工程及びガスを吐出する工程が行われるときの処理液の着液位置の周速度は、12〜36m/秒であること。さらに、前記処理液の吐出流量は、10〜50ml/分であること。
(f)前記処理液は、有機溶媒であること。
初めに、本発明の液処理装置である現像装置1を用いて基板である半導体ウエハW(以下、「ウエハW」という)に対して実行される処理の一例について説明する。
本現像装置1は、ブロック共重合体(BCP:Block CoPolymers)の自己組織化(DSA:Directed Self Assembly)を利用してウエハW上に形成されたパターンを現像する処理に適用される。
なお、DSAを利用して形成されるパターンの種類は、コンタクトホールを形成するための円筒状の開口に限定されるものではない。例えば親水性ポリマー部931と疎水性ポリマー部932とが相分離して形成されるラメラ構造を利用してラインパターンなどを形成してもよい。
本現像装置1においては、加熱処理によってBCP膜93を親水性ポリマー部931及び疎水性ポリマー部932に相分離させ、窒素雰囲気下でUV処理が行われた後のウエハWが搬送され、IPAによる現像処理が行われる。
IPAノズル32は、ノズルヘッド3の下面から下方側へ向けて伸び出すように設けられ、図5に示すようにスピンチャック11に水平に保持されたウエハWに対して、現像液及びリンス液(処理液)であるIPAを斜め下方に吐出するように吐出口321が設けられている。吐出口321から吐出されたIPAと、ウエハWの表面との成す角度θ1は15〜30°の範囲、より好ましくは20°に設定されている。
また吐出口321の開口径は0.25〜0.35mmの範囲内の0.3mmに設定され、吐出口321からIPAを吐出する高さ位置は、ウエハWの表面からの高さ距離が3〜7mmの範囲内の5mmとなっている。
さらに吐出口311の開口径は1.5〜2.5mmの範囲内の2.0mmに設定され、吐出口311から窒素ガスを吐出する高さ位置は、ウエハWの表面からの高さ距離が10〜20mmの範囲内の16mmとなっている。
図2に示すようにIPAノズル32は、ポンプやバルブなどを備えたIPA供給源300Aに接続されている。また窒素ガスノズル31は、窒素ガス供給源300Bに接続されている。
なお、現像液として水酸化ナトリウムやアミンなどを含むアルカリ現像液を用いる場合や、リンス液としてDIWや、界面活性剤を添加したDIWを用いる場合には、ノズル32からのこれらの処理液の吐出流量は例えば10〜50ml/分の範囲で調整される。
さらに、このテールTを短くするためには、ウエハWの回転速度を高くする必要があるが、回転速度を高くするほど、IPA着液時の液跳ねの問題が大きくなる。
こうして現像処理及びリンス処理を終えたウエハWは、外部の基板搬送機構によって現像装置1から取り出され、例えば後段のエッチング装置へ向けて搬出される。
次に、第2の実施形態に係る現像装置1aについて図10、図11を参照しながら説明する。本現像装置1aは、レジスト膜を塗布後、露光処理が行われたウエハWに対し、現像液を供給して現像処理を行う装置として構成されている。ここで現像装置1aは、図2〜図6を用いて説明した第1の実施形態に係る現像装置1と共通の構成を備えているので共通部分の構成については説明を省略する。また、図2〜図6に示したものと共通の構成要素には、これらの図に付したものと同じ符号を付してある。
また、現像処理後のウエハWに対しては、リンス液として例えば酢酸ブチルを用いたリンス処理が行われるが、図10、図11においては、リンス液の供給に係る構成の記載を省略してある。
そこで本例の現像装置1aは、上述のストレートノズル33に加え、図4〜図6を用いて説明したものと共通の構成を備える補助現像液ノズル32aを用いて、再度、周縁部の現像処理を行うことにより、ウエハWの面内で均一な現像処理を実現する。
一方で、補助現像液ノズル32aから吐出される現像液と、ウエハWの表面との成す角度θ1や、回転するウエハWの接線方向と、ウエハWの回転方向の下流側へ向けて吐出される現像液との成す角度θ2など、各種のパラメータは、第1の実施形態に示したIPAノズル32と共通のものを用いてよい。さらに、ノズルヘッド3に対する窒素ガスノズル31の配置や補助現像液ノズル32aと窒素ガスノズル31との位置関係などについても、第1の実施形態に示した例と共通の設定を利用できる。なお、本実施の形態では窒素ガスノズル31は用いない。
また補助現像液ノズル32aから供給する現像液として既述のアルカリ現像液を用いてもよいし、補助現像液ノズル32aを利用してウエハWの周縁部のリンス処理を行い、リンス液としてDIWや、界面活性剤を添加したDIWを用いてもよい。これらの処理液を用いる場合には、ノズル32aからの吐出流量は例えば10〜50ml/分の範囲で調節される。
ここで上述の実施形態では窒素ガスノズル31からの窒素ガスの供給を行わない例を説明したが、処理液の吐出に合わせて窒素ガスノズル31からの窒素ガス供給を行ってもよい。
A.実験条件
(参考例1−1)IPAストレートノズルからウエハWに現像液からウエハWに18ml/分でIPAを供給し、6mm/秒の移動速度でノズルヘッド3を移動させ、図7(a)〜(d)を用いて説明した要領で現像処理を行った。なお、窒素ガスノズル31からの窒素ガスの供給は行わなかった。ノズルヘッド3の移動開始時におけるウエハWの回転速度は2500rpm、移動終了時の回転速度は1000rpmである。
(参考例1−2)ノズルヘッド3の移動開始時におけるウエハWの回転速度を2500rpm、移動終了時の回転速度を1300rpmとした他は、参考例1−1と同様の条件で現像処理を行った。
(参考例1−3)ノズルヘッド3の移動開始時におけるウエハWの回転速度を2500rpm、移動終了時の回転速度を1600rpmとした他は、参考例1−1と同様の条件で現像処理を行った。
参考例1−1〜1−3の実験結果を図13(a)〜(c)に示す。各図は、現像処理後のウエハW面内にて検出された現像欠陥の分布を示している。これらの図中、ウエハWの面内にプロットされたドットが現像欠陥を示している。
図13(a)〜(c)に示した結果によれば、現像処理時の回転速度を高くするほど、現像処理後のウエハWに発生する現像欠陥の数が少ないことが分かる。これは、ウエハWの回転速度を高くすると、図9を用いて説明したテールTが短くなり、現像処理時に発生した溶解生成物PのウエハWの表面への残存が抑えられるためであると考えられる。
A.実験条件
ウエハWの回転速度は1000rpm、IPAノズル32からのIPAの供給位置は、ウエハWの中心から径方向に141mmの位置に固定した。
(パラメータ2−1)IPAノズル32から吐出されるIPAとウエハWの表面との成す角度θ1:20°、30°、45°
(パラメータ2−2)吐出口321の開口径:0.3mm、0.8mm
(パラメータ2−3)IPAの供給流量(流速):吐出口321の開口径が0.3mmの場合、10ml/分(2.5m/秒)、15ml/分(3.5m/秒)、20ml/分(4.7m/秒)、30ml/分(7.1m/秒)、40ml/分(9.4m/秒)
吐出口321の開口径が0.8mmの場合、20ml/分(0.7m/秒)、30ml/分(1.0m/秒)、50ml/分(1.7m/秒)、75ml/分(2.5m/秒)、107ml/分(3.5m/秒)
図14、図15に各パラメータの組み合わせに対応する液跳ね評価の結果を示す。各図中、目視にて液跳ねが確認されなかったパラメータの組み合わせには「○」を付し、液跳ねが確認されたパラメータの組み合わせには「×」を付してある。
これらの表によれば、吐出口321の開口径が0.3mmであり、IPAノズル32から吐出されたIPAとウエハWの表面とが成す角度θ1が20°であるとき、最も幅広い流量範囲で液跳ねの発生がなく、良好な結果が得られた。
A.実験条件
吐出口321の開口径は0.3mm、IPAノズル32から吐出されたIPAとウエハWの表面とが成す角度θ1は20°、IPAの供給位置は、ウエハWの中心から径方向に145mmの位置に固定した。
(パラメータ3−1)ウエハWの回転速度:600〜3000rpmまでの200rpm刻み、13条件
(パラメータ3−2)IPAの供給流量(ウエハWの接線方向の線速度):16ml/分(3.9m/秒)〜24ml/分(5.5m/秒)までの2.0ml/分刻み5条件
図16に各パラメータの組み合わせに対応する液跳ね評価の結果を表にまとめて示す。表中の「○、×」の評価手法は、図14、図15の場合と同様である。
当該図によれば、IPAの供給流量が18.0〜22.0ml/分の範囲のとき、ウエハWの回転速度を2600rpmまで高くしても、液跳ねは観察されなかった。また、ウエハWの回転速度が800〜2400rpm(線速度12.1〜36.4m/秒)の条件下では、IPAの供給流量が16.0〜22ml/分の幅広い範囲で液跳ねは観察されなかった。さらに回転速度が800〜2000rpm(線速度12.1〜30.4m/秒)の範囲は、IPAの供給流量の全ての条件下で液跳ねは観察されなかった。
これらの結果から、吐出口321の開口径が0.3mm、IPAノズル32から吐出されたIPAとウエハWの表面とが成す角度θ1が20°のパラメータを採用することにより、幅広い範囲で液跳ねの発生を抑えられることが分かった。
A.実験条件
(実施例4−1)吐出口321の開口径が0.3mm、IPAノズル32から吐出されたIPAとウエハWの表面とが成す角度θ1が20°のIPAノズル32を用いて現像処理、リンス処理を行った。IPAノズル32からの現像液の供給流量は20ml/分、ウエハWの中心部にIPAの供給を開始したときのウエハWの回転速度は2500rpm、IPAノズル32がウエハWの周縁部に到達したときのウエハWの回転速度は2000rpmとした。ノズルヘッド3の移動速度は4mm/秒とし、窒素ガスノズル31がウエハWの中心部上方位置に到達した時点で5L/分の窒素ガス供給を開始した。
(比較例4−1)吐出口321の開口径が2mm、IPAノズル32から吐出されたIPAとウエハWの表面とが成す角度θ1が90°のIPAストレートノズルを用いて現像処理、リンス処理を行った。IPAノズル32からの現像液の供給流量は50ml/分、液跳ね発生を抑えるため、ウエハWの中心部にIPAの供給を開始したときのウエハWの回転速度は1200rpm、IPAノズル32がウエハWの周縁部に到達したときのウエハWの回転速度は600rpmとした。ノズルヘッド3の移動速度は2mm/秒とし、窒素ガスノズル31がウエハWの中心部上方位置に到達した時点で5L/分の窒素ガス供給を開始した。
実施例4−1、比較例4−1の実験結果を図17(a)、(b)に示す。各図中、ウエハWの面内にプロットされたドットが現像欠陥を示している点は、図13の場合と同様である。
図17(a)に示す実施例4−1の結果によれば、後述の比較例4−1と比べて現像欠陥の総数が少ない。また後述の比較例4−1の実験結果にて観察される、ウエハWの周縁部に現像欠陥が集中的に発生する傾向が解消されている。
また、実施例4−1と比較例4−1とを比べると、現像処理を開始してからリンス処理を終えるまでの時間は比較例4−1にて117秒であるところ、実施例4−1では76秒にまで約35%低減された。また、1枚のウエハWあたりのIPAの消費量についても、比較例4−1では210mlであるところ、実施例4−1では26mlと約88%低減されるという格別な効果があった。
ここでウエハWの表面に対するIPAノズル32からのIPAの角度θ1は、厳密に20°に調節する場合に限らず、±4°程度の範囲で変化したとしても、ウエハWへのIPA着液時における液跳ねの発生を十分に抑えることが分かっている。
A.実験条件
(参考例5−1)ウエハWの回転速度を1500rpmとして、ウエハWの中心部に合計20mlの現像液を供給して現像処理を行った。
(参考例5−2)現像液の合計の供給量を14mlとした点以外は参考例5−1と同じ条件で現像処理を行った。
(参考例5−3)現像液の合計の供給量を7mlとした点以外は参考例5−1と同じ条件で現像処理を行った。
参考例5−1〜5−3の実験結果を図18に示す。図18の横軸はウエハWの中心からの径方向の距離[mm]、縦軸は孔径が50nm未満のCHの平均孔径からの偏差[nm]を示している。実線は、参考例5−1に係る偏差の分布の傾向線を示している。また破線、及び一点鎖線は、参考例5−2、5−3に係る偏差の分布の傾向線を各々示している。
図18に示した結果によれば、現像液の供給量が少ない場合(参考例5−3)に比べて、現像液の供給量を増やすことにより、ウエハW面内の現像の進行度合いを平均的に向上させることができている。一方で、ウエハWの中心から135〜140mm程度の位置よりも周縁部側の領域は、現像液の供給量を増加させても、現像処理を十分に進行させることが難しい領域であることが分かる。
A.実験条件
(参考例6−1)吐出口321の開口径が0.3mm、IPAノズル32から吐出された現像液とウエハWの表面とが成す角度θ1が20°のIPAノズル32を用いて現像処理を行った。補助現像液ノズル32aからの現像液の供給流量は20ml/分、ウエハWの回転速度は1000rpmとして、10秒間現像液を供給した。なお、窒素ガスノズル31からの窒素ガスの供給は行わなかった。
(参考例6−2)現像液の供給時間を30秒とした点以外は、参考例6−1と同様の条件で再度の現像処理を行った。
(参考例6−3)現像液の供給時間を60秒とした点以外は、参考例6−1と同様の条件で再度の現像処理を行った。
(比較例6−1)1回目の現像処理の後、ウエハWの周縁部に対する再度の現像処理は行わなかった。
参考例6−1〜6−3、及び比較例6−1の結果を図19に示す。図19の横軸はウエハWの中心からの径方向の距離[mm]、縦軸はCHの孔径[nm]を示している。図19中、参考例6−1〜6−3は、各々白抜きの三角、白抜きのひし形、バツ印にてプロットし、比較例6−1は白抜きの四角でプロットしてある。
図19に示した結果によれば、ウエハWの周縁部に対し、補助現像液ノズル32aを用いて再度の現像処理を行うことにより、このような処理を行わない比較例6−1と比べて、参考例6−1〜6−3のいずれにおいてもCHの孔径を大きくすることができた。また、現像液の供給時間を10秒(参考例6−1)から30秒(参考例6−2)に増やすことにより、CHの孔径はウエハWの径方向に平均的に大きくなったが、さらに現像液の供給時間を60秒まで増加させても(参考例6−3)、CHの孔径はほとんど変化しなかった。
1、1a 現像装置
10 制御部
3 ノズルヘッド
31 窒素ガスノズル
311 吐出口
32 IPAノズル
32a 補助現像液ノズル
33 ストレートノズル
Claims (14)
- 基板を回転自在な基板保持部に水平に保持し、基板の表面全体に対して処理液により液処理を行う方法において、
少なくとも基板の周縁部よりも中心側の部位に対して処理液により液処理を行う工程と、
この工程の後、前記基板を回転させながら、処理液ノズルの吐出口を当該吐出口から見て基板の回転方向の下流側に向けて、基板の表面に対して斜めにかつ基板の接線方向に沿って処理液を基板の周縁部に吐出する工程と、
前記処理液を基板の周縁部に吐出する工程を行いながら、前記基板上における処理液の着液位置から基板の中心部に向かって隣接する位置に向けてガスノズルからガスを垂直に吐出する工程と、を含むことを特徴とする液処理方法。 - 前記処理液を吐出する工程及びガスを吐出する工程は、前記処理液ノズル及びガスノズルを基板の中心部側から外周に向かって移動させながら行われる工程であることを特徴とする請求項1記載の液処理方法。
- 前記処理液を吐出する工程及びガスを吐出する工程は、基板の表面を洗浄液により洗浄する工程であることを特徴とする請求項1または2記載の液処理方法。
- 前記洗浄する工程は、基板の表面全体に現像液を供給した後に、現像される膜と現像液との反応生成物を基板の表面から除去するための工程であることを特徴とする請求項3記載の液処理方法。
- 前記少なくとも基板の周縁部よりも中心側の部位に対して処理液により液処理を行う工程は、基板の表面全体に現像液を供給する工程であり、
前記処理液を吐出する工程及びガスを吐出する工程は、前記基板の周縁部に対して局所的に現像液を供給する工程であることを特徴とする請求項1または2記載の液処理方法。 - 前記処理液ノズル及びガスノズルは、移動機構により移動自在な共通のノズル保持部に設けられていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の液処理方法。
- 処理液ノズルから吐出される処理液の吐出方向と基板の表面とのなす角度は、16度から24度であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の液処理方法。
- 前記処理液を吐出する工程及びガスを吐出する工程が行われるときの処理液の着液位置の周速度は、12〜36m/秒であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の液処理方法。
- 前記処理液の吐出流量は、10〜50ml/分であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の液処理方法。
- 前記処理液は、有機溶媒であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載の液処理方法。
- 基板を水平に保持し、基板保持部を回転させながら、処理液ノズルとガスノズルとを用いて基板の表面全体を液処理する装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項1ないし10のいずれか一項に記載された液処理方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。 - 基板を水平に保持し、回転機構により回転する基板保持部と、
基板の表面に対して斜めに処理液を吐出するように吐出口が形成された処理液ノズルと、
ガスを垂直に吐出するガスノズルと、
前記処理液ノズルとガスノズルとを共通に保持するノズル保持部と、
前記ノズル保持部を移動させる移動機構と、
基板を回転させながら、前記吐出口から見て基板の回転方向の下流側に向けて基板の接線方向に沿って処理液を基板の周縁部に吐出し、基板上における処理液の着液位置から基板の中心部に向かって隣接する位置に向けてガスノズルからガスを吐出するようにノズル保持部を設定する制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする液処理装置。 - 処理液ノズルから吐出される処理液の吐出方向と基板の表面とのなす角度は、16度から24度であることを特徴とする請求項12記載の液処理装置。
- 前記処理液は、有機溶媒であることを特徴とする請求項12または13記載の液処理装置。
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