JP2016111345A - 現像処理方法、コンピュータ記憶媒体及び現像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像処理の面内均一性を確保しつつ、現像処理のスループットを向上させる。
【解決手段】現像処理方法であって、ウェハの中心部に、純水で希釈した希釈現像液の液溜りを形成し（時間ｔ_１）、その後、ウェハを第１の回転速度まで加速して前記希釈現像液の液溜りをウェハの全面に拡散させ、当該ウェハ表面に前記希釈現像液の液膜を形成する（時間ｔ_２）。その後、ウェハと平行な接液面を有する現像液供給ノズルと当該ウェハとの間に所定の間隔の隙間を確保した状態で、前記現像液供給ノズルからウェハの中心部に現像液を供給して、ウェハと当該現像液供給ノズルの接液面との間に現像液の液溜りを形成する（時間ｔ_３）。現像液供給ノズルから現像液の供給を継続しながら、ウェハを回転させると共に、前記現像液供給ノズルをウェハの中心部からウェハの外周部に移動させる。
【選択図】図８

Description

本発明は、レジスト膜が形成された基板を現像処理して基板に所定のパターンを形成する現像処理方法、コンピュータ記憶媒体及び現像処理装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば基板としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布しレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光後にレジスト膜内の化学反応を促進させる加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング）、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。

ところで、現像処理の方式としては、ウェハの直径と同程度の長さを有する長手ノズルから現像液を供給しながら、当該ノズルをウェハの一端部から他端部に向けて平行に移動させる方式（特許文献１）や、高速で回転させたウェハ上に現像液を供給して拡散させる方式（特許文献２）などが知られている。

特許第３６１４７６９号公報 特許第４８９３７９９号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような長手ノズルにより現像処理を行う場合、ウェハの一端部と他端部では現像液に接触する時間に差が生じる。また、特許文献２に示されるように、回転するウェハの中心に現像液を供給した場合も、ウェハの中心部とウェハの外周部とで現像液に接触する時間に差が生じる。その結果、ウェハ面内で現像処理後のレジストパターンの線幅にばらつきが生じるが、近年の半導体デバイスの高集積化によるレジストパターンの微細化に伴い、現像時間の差に起因する線幅のばらつきが許容できなくなってきている。

そこで、ウェハ面内を均一に現像処理するために、基板と例えば平行な接液面を有する現像液供給ノズル（以下、当該現像液供給ノズルを「ＰＡＤノズル」ということがある）を用いた手法が検討されている。具体的には、先ず、静止した基板上に、現像液供給ノズルの接液面とウェハとの間に所定の間隔の隙間を確保した状態で現像液を供給し、現像液供給ノズルとウェハとの間に現像液の液膜を形成する。この際、現像液供給ノズルは基板の中心部に位置させている。次いで、ウェハを３０ｒｐｍ程度の低速で回転させると共に、現像液供給ノズルからの現像液の供給を継続したまま、換言すれば、現像液供給ノズル３００と基板との間に現像の液膜を維持したまま、図２５に示すように、現像液供給ノズル３００をウェハＷの外周部まで移動させる。これにより、ウェハＷの全面に現像液Ｑを供給してウェハ面内で均一な現像処理を実現できる。

ところで、ウェハ処理のスループット向上という観点からは、現像時間は極力短いほうがよい。しかしながら本発明者らによれば、ＰＡＤノズルを用いた現像処理において現像時間を短くすると、レジストパターンの線幅が所望の値とならない箇所が、例えば図２６に示すように、ウェハ面内で螺旋状に発生することが確認された。図２６は、ウェハ面内におけるレジストパターンの線幅をショット毎に複数点計測し、各ショット内での線幅のばらつきの度合いを色の濃淡で表したものである。なお、図２６は現像時間を例えば３０秒とした場合のものである。しかし、現像時間を６０秒とした場合は、図２７に示すように、螺旋状の傾向はほとんど見られず、ウェハ面内の線幅は概ね均一なものとなることが確認されている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、現像処理の面内均一性を確保しつつ、現像処理のスループットを向上させることを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板上に現像液を供給して、所定のパターンを露光した基板上のレジスト膜を現像する現像処理方法であって、基板の中心部に、純水で希釈した希釈現像液の液溜りを形成する液溜り形成工程と、その後、基板の回転を加速して前記希釈現像液の液溜りを基板の全面に拡散させ、当該基板表面に前記希釈現像液の液膜を形成する液膜形成工程と、その後、接液面を有する現像液供給ノズルと前記基板との間に所定の間隔の隙間を確保した状態で、前記現像液供給ノズルから現像液を供給して、前記基板と当該現像液供給ノズルの接液面との間に現像液の液溜りを形成しつつ、基板中心を通る径方向に当該現像液供給ノズルを移動させて、基板上に現像液を供給する現像液供給工程と、を有することを特徴としている。

本発明者らは、現像時間を短縮した際に螺旋状に生じる線幅のばらつきの原因について鋭意調査した。その結果、図２６のような螺旋形状は、現像の初期段階に生じる溶解生成物が原因であることがわかった。なお、現像時間を上述のように６０秒程度とした場合に螺旋状の傾向が生じないのは、現像時間が十分に長く確保されることで、溶解生成物の影響が相対的に小さくなるからだと考えられる。

本発明はこのような知見に基づくものであり、本発明によれば、先ず、希釈現像液の液溜りを基板の中心部に形成し、次いで基板を回転させて希釈現像液の液溜りを基板の全面に拡散させて、基板表面に希釈現像液の液面を形成する。この際、基板上には希釈現像液により溶解生成物が発生するが、基板を回転させることで、希釈現像液と共に溶解生成物が基板上から排出される。次いで、接液面を有する現像液供給ノズルと基板との間に液膜を形成し、現像液供給ノズルからの現像液の供給を継続しながら、基板を回転させると共に、現像液供給ノズルを移動させて基板上に現像液を供給する。このとき、希釈現像液により溶解生成物が既に除去されているので、溶解生成物の影響を受けることなく現像処理が行われる。その結果、現像時間を従来よりも短縮した場合であっても現像処理を面内均一に行うことができる。したがって本発明によれば、現像処理の面内均一性を確保しつつ、現像処理のスループットを向上させることができる。

前記現像液供給工程における前記現像液供給ノズルの移動の開始地点は、前記基板の中心部であり、前記現像液供給ノズルの移動の終了地点は、前記基板の外周部であってもよい。

前記現像液供給工程における前記現像液供給ノズルの移動の開始地点は、前記基板の外周部であり、前記現像液供給ノズルの移動の終了地点は、前記基板の中心部であってもよい。

前記液溜り形成工程における希釈現像液の液溜りの形成は、静止した基板の中心部に純水を供給して純水の液溜りを形成し、次いで、前記純水の液溜り上に現像液を供給することにより行われてもよい。

前記液溜り形成工程における希釈現像液の液溜りの形成は、静止した基板の中心部に、予め純水で希釈した希釈現像液を供給することにより行われてもよい。

前記現像液供給工程における前記現像液供給ノズルの移動は、前記現像液供給ノズルの下面を、前記基板の回転方向と逆方向に自転させながら行われてもよい。

前記液膜形成工程は、基板を第１の回転速度まで加速して前記希釈現像液の液溜りを基板の全面に拡散させ、前記現像液供給工程は、基板を第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で回転させながら、前記現像液供給ノズルを基板の中心部から基板の外周部に移動させてもよい。

前記第１の回転速度は、１５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍであり、前記第２の回転速度は、１５ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであってもよい。

前記液膜形成工程において、静止した基板を第１の回転速度よりも遅い第３の回転速度まで加速し、その後、基板の回転速度を第３の回転速度よりも遅い第４の回転速度まで減速し、その後、基板を第１の回転速度まで加速してもよい。

前記第３の回転速度は、２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍであってもよい。

別な観点による本発明によれば、前記現像処理方法を現像処理装置によって実行させるように、当該現像処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

また、別な観点による本発明は、基板上に現像液を供給して、所定のパターンを露光した基板上のレジスト膜を現像する現像処理装置であって、基板の裏面を保持し、当該保持した基板を鉛直軸を中心に回転させる基板保持部と、接液面を有し、当該接液面に現像液を供給する供給孔が形成された現像液供給ノズルと、前記現像液供給ノズルを移動させる移動機構と、基板上に純水を供給する純水供給ノズルと、前記純水供給ノズルを移動させる他の移動機構と、を有することを特徴としている。

さらに、別な観点による本発明は、基板上に現像液を供給して、所定のパターンを露光した基板上のレジスト膜を現像する現像処理装置であって、基板の裏面を保持し、当該保持した基板を鉛直軸を中心に回転させる基板保持部と、接液面を有し、当該接液面に現像液を供給する供給孔が形成された現像液供給ノズルと、前記現像液供給ノズルを移動させる移動機構と、基板上に希釈現像液を供給する希釈現像液供給ノズルと、前記希釈現像液供給ノズルを移動させる他の移動機構と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、現像処理の面内均一性を確保しつつ、現像処理のスループットを向上させることができる。

本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す側面図である。 本実施の形態にかかる基板処理システムの構成の概略を示す側面図である。 現像処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 現像処理装置の構成の概略を示す横断面図である。 現像液供給ノズルの構成の概略を示す斜視図である。 ウェハ処理の主な工程を説明したフローチャートである。 現像処理工程におけるウェハの回転速度と各機器の動作を示すタイムチャートである。 ウェハ上に純水の液溜りを形成した状態を示す縦断面の説明図である。 純水の液溜り上に希釈用の現像液を供給した状態を示す縦断面の説明図である。 ウェハを回転させて、希釈現像液をウェハＷの外周方向に拡散させた状態を示す縦断面の説明図である。 ウェハ中心部の上方に、現像液供給ノズルを移動させた状態を示す縦断面の説明図である。 現像液供給ノズルの下端面とウェハとの間に現像液の液膜を形成した状態を示す縦断面の説明図である。 現像液を供給しながら現像液供給ノズルをウェハの外周方向に移動させた状態を示す縦断面の説明図である。 現像液を供給しながら現像液供給ノズルをウェハの外周方向に移動させた状態を示す平面の説明図である。 本実施の形態にかかる現像処理方法を用いて現像処理を行ったレジストパターンの線幅のばらつきを示す説明図である。 レジスト膜上に直接希釈現像液を供給した状態を示す縦断面の説明図である。 現像液供給ノズルを用いて希釈用の現像液を供給する様子を示す縦断面の説明図である。 現像液供給ノズルを用いて希釈現像液の液溜りを形成する様子を示す縦断面の説明図である。 現像液供給ノズルを用いて希釈現像液を供給する様子を示す縦断面の説明図である。 他の実施の形態にかかる現像液供給ノズルの構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる現像液供給ノズルの構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる現像液供給ノズルの構成の概略を示す説明図である。 現像液を供給しながら現像液供給ノズルをウェハの中心部に向けて移動させる様子を示す縦断面の説明図である。 ＰＡＤノズルを用いた現像処理方法の一例を示す平面の説明図である。 レジストパターンの線幅のばらつきを示す説明図である。 レジストパターンの線幅のばらつきを示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる現像処理方法を実施する現像処理装置を備えた基板処理システム１の構成の概略を示す説明図である。図２及び図３は、各々基板処理システム１の内部構成の概略を模式的に示す、正面図と背面図である。

基板処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接する露光装置１２との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション１３とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション１０には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０には、基板処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置するカセット載置板２１が複数設けられている。

カセットステーション１０には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数例えば４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション１１の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション１１の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション１１のカセットステーション１０側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション１１のインターフェイスステーション１３側（図１のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。

例えば第１のブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷを現像処理する現像処理装置３０、ウェハＷのレジスト膜の下層に反射防止膜（以下「下部反射防止膜」という）を形成する下部反射防止膜形成装置３１、ウェハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置３２、ウェハＷのレジスト膜の上層に反射防止膜（以下「上部反射防止膜」という）を形成する上部反射防止膜形成装置３３が下からこの順に配置されている。

例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３の数や配置は、任意に選択できる。

これら下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３では、例えばウェハＷ上に所定の塗布液を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に塗布液を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、塗布液をウェハＷの表面に拡散させる。なお、現像処理装置３０の構成については後述する。

例えば第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの加熱及び冷却といった熱処理を行う複数の熱処理装置４０〜４３が設けられている。

例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有する、ウェハ搬送装置７０が複数配置されている。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。

また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。

シャトル搬送装置８０は、例えば図３のＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置８０は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。

図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送装置１００が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１００は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置にウェハＷを搬送できる。

インターフェイスステーション１３には、ウェハ搬送装置１１０と受け渡し装置１１１が設けられている。ウェハ搬送装置１１０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１１０は、例えば搬送アームにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１１１及び露光装置１２との間でウェハＷを搬送できる。

次に、上述した現像処理装置３０の構成について説明する。現像処理装置３０は、図４に示すように内部を密閉可能な処理容器１３０を有している。処理容器１３０の側面には、ウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成されている。

処理容器１３０内には、ウェハＷを保持して回転させる基板保持部としてのスピンチャック１４０が設けられている。スピンチャック１４０は、例えばモータなどのチャック駆動部１４１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１４１には、例えばシリンダなどの昇降駆動機構が設けられており、スピンチャック１４０は昇降自在になっている。

スピンチャック１４０の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ１４２が設けられている。カップ１４２の下面には、回収した液体を排出する排出管１４３と、カップ１４２内の雰囲気を排気する排気管１４４が接続されている。

図５に示すようにカップ１４２のＸ方向負方向（図５の下方向）側には、Ｙ方向（図５の左右方向）に沿って延伸するレール１５０が形成されている。レール１５０は、例えばカップ１４２のＹ方向負方向（図５の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図５の右方向）側の外方まで形成されている。レール１５０には、例えば３本のアーム１５１、１５２、１５３が取り付けられている。

第１のアーム１５１には、純水を供給する純水供給ノズル１５４が支持されている。第１のアーム１５１は、図５に示すノズル駆動部１５５により、レール１５０上を移動自在である。これにより、純水供給ノズル１５４は、カップ１４２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１５６からカップ１４２内のウェハＷの中心部上方を通って、カップ１４２のＹ方向負方向側の外側に設けられた待機部１５７まで移動できる。

第２のアーム１５２には、後述する第１の液溜り形成工程において、希釈用の現像液を供給する希釈用現像液供給ノズル１５８が支持されている。第２のアーム１５２は、図５に示すノズル駆動部１５９によってレール１５０上を移動自在となっている。これにより、希釈用現像液供給ノズル１５８は、カップ１４２のＹ方向正方向側の外側に設けられた待機部１６０から、カップ１４２内のウェハＷの中心部上方まで移動できる。待機部１６０は、待機部１５６のＹ方向正方向側に設けられている。希釈用の現像液としては、例えば２．３８％濃度のＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）が用いられる。

第３のアーム１５３には、現像液を供給する現像液供給ノズル１６１が、回転駆動機構１６２を介して支持されている。現像液供給ノズル１６１は、例えば図６に示すように、全体として円筒形状を有しており、その下端面１６１ａはウェハＷと例えば平行になっている。この下端面１６１ａが、現像液と接触する接液面として機能する。下端面１６１ａは必ずしもウェハＷと平行になっている必要はなく、後述する現像液の液溜り形成工程において、現像液供給ノズル１６１の下端面１６１ａとウェハＷとの間に現像液の液膜を形成できる形状であれば、例えば下に凸する緩やかな球面形状や傾斜面を有していてもよい。また、現像液供給ノズル１６１の下端面１６１ａの例えば中心部には、現像液を供給する供給孔１６１ｂが形成されている。現像液供給ノズル１６１の直径Ｌは、ウェハＷの直径よりも小さく構成されている。現像液供給ノズル１６１から供給される現像液も、希釈用現像液供給ノズル１５８から供給される現像液と同様に、２．３８％濃度のＴＭＡＨが用いられる。なお、本実施の形態では、ウェハＷの直径は例えば３００ｍｍであり、現像液供給ノズル１６１の直径Ｌは例えば５０ｍｍである。また、現像液供給ノズル１６１は、耐薬品性を有する、例えばＰＴＦＥなどの材質により構成されている。

回転駆動機構１６２は、現像液供給ノズル１６１の上面を支持しており、当該現像液供給ノズル１６１を、鉛直軸を中心として回転させることができる。

第３のアーム１５３は、図５に示す移動機構としてのノズル駆動部１６３によってレール１５０上を移動自在となっている。これにより、現像液供給ノズル１６１は、カップ１４２のＹ方向負方向側の外側に設けられた待機部１６４から、カップ１４２内のウェハＷの中心部上方まで移動できる。待機部１６４は、待機部１５７のＹ方向負方向側に設けられている。また、ノズル駆動部１６３によって、第３のアーム１５３は昇降自在であり、現像液供給ノズル１６１の高さを調節できる。

他の液処理装置である下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３の構成は、ノズルの形状、本数や、ノズルから供給される液が異なる点以外は、上述した現像処理装置３０の構成と同様であるので説明を省略する。

以上の基板処理システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送装置などの駆動系の動作を制御して、基板処理システム１における後述の剥離処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部２００にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された基板処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。図７は、かかるウェハ処理の主な工程の例を示すフローチャートである。また、図８は、現像処理装置３０で行われる現像処理でのウェハＷの回転速度や各機器の動作を示すタイムチャートである。

先ず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、基板処理システム１のカセットステーション１０に搬入され、ウェハ搬送装置２３によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次処理ステーション１１の受け渡し装置５３に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され温度調節処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって例えば第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成装置３１に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される（図７の工程Ｓ１）。その後ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４１に搬送され、加熱処理が行われる。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の熱処理装置４２に搬送され、温度調節処理される。その後、ウェハＷはウェハ搬送装置７０によって第１のブロックＧ１のレジスト塗布装置３２に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される（図７の工程Ｓ２）。その後ウェハＷは、熱処理装置４３に搬送され、プリベーク処理される。

次にウェハＷは、第１のブロックＧ１の上部反射防止膜形成装置３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される（図７の工程Ｓ３）。その後、ウェハＷは第２のブロックＧ２の熱処理装置４３に搬送され、加熱処理が行われる。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡し装置５６に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置１００によって受け渡し装置５２に搬送され、シャトル搬送装置８０によって第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２に搬送される。その後、ウェハＷは、インターフェイスステーション１３のウェハ搬送装置１１０によって露光装置１２に搬送され、所定のパターンで露光処理される（図７の工程Ｓ４）。

次にウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、露光後ベーク処理される。これにより、レジスト膜の露光部において発生した酸により脱保護反応させる。その後ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって現像処理装置３０に搬送され、現像処理が行われる（図７の工程Ｓ５）。

現像処理においては、図９に示すように、先ず純水供給ノズル１５４により、レジスト膜Ｒが形成されたウェハＷの中心部に所定量の純水Ｐを供給する（図８の時間ｔ_０〜ｔ_１）。この際、純水ＰはウェハＷが静止した状態で供給される。これにより、ウェハＷの中心部に純水Ｐの液溜りが形成される（図７の工程Ｔ１）。なお、工程Ｔ１においては必ずしもウェハＷを静止させている必要はなく、ウェハＷの中心部に純水Ｐの液溜りが形成される程度の低速回転であれば、ウェハＷを回転させた状態で純水Ｐを供給してもよい。

次に、純水Ｐの供給を停止すると共に、図１０に示すように、希釈用現像液供給ノズル１５８をウェハＷの中心部上方に移動させ、純水Ｐの液溜り上に所定量の希釈用の現像液Ｑを供給する（図８の時間ｔ_１）。これにより、ウェハＷ上の純水Ｐにより現像液Ｑが希釈され、ウェハＷ上に希釈現像液Ｍの液溜りが形成される（液溜り形成工程。図７の工程Ｔ２）。この際、レジスト膜Ｒと希釈現像液Ｍが接触することでレジスト膜Ｒの現像が僅かに進行して溶解生成物Ｕが発生する。この溶解生成物Ｕは希釈現像液Ｍの流れに伴い、液溜りの外周方向に滞留する。なお、純水Ｐの供給量と現像液Ｑの供給量との比率、換言すれば、希釈現像液Ｍの濃度は、例えばＴＭＡＨの濃度が概ね２．３８％より低くなるように設定される。

次に、希釈用現像液供給ノズル１５８からの現像液の供給を継続しながら、スピンチャック１４０により基板を第１の回転速度まで加速させる（図８の時間ｔ_１〜ｔ_２）。これにより図１１に示すように、希釈現像液Ｍが、ウェハＷの中心から外周方向に向かって拡散する。その結果、ウェハＷの全面に希釈現像液Ｍの液膜が形成される（液膜形成工程。図７の工程Ｔ３）。なお、第１の回転速度としては、希釈現像液ＭがウェハＷの外周に向かって拡散し、ウェハＷの外部に排出される速度であればよく、例えば１５００ｐｒｍ〜２０００ｒｐｍが好ましく、本実施の形態では、１５００ｒｐｍである。また、ウェハＷを加速させる際の加速度は、例えば３０００ｒｐｍ／秒である。

ウェハＷ上に希釈現像液Ｍの液膜が形成されると、ウェハＷの全面でレジスト膜Ｒの現像が僅かに進行して溶解生成物Ｕが発生するが、比較的高速な第１の回転速度で希釈現像液Ｍを拡散させることで、溶解生成物ＵはウェハＷの外周部から希釈現像液Ｍと共に排出される。なお、図８では、ウェハＷを第１の回転速度に加速する過程で、例えば４００ｒｐｍに到達した後に一旦回転速度を２００ｒｐｍまで減速しているが、このように減速を行うことで、ウェハＷ上の希釈現像液Ｍに遠心力の他にウェハＷの周方向への慣性力が作用し、希釈現像液Ｍをより均一に拡散させることができる。なお、ウェハＷを第１の回転速度に加速する際に、図８に示すような減速は必ずしも行う必要はない。

ウェハＷの回転速度が第１の回転速度に到達した後は、例えば０．５秒間第１の回転速度で回転を維持した後に、ウェハＷの回転速度を減速させてウェハＷを停止させる。この際、ウェハＷを減速させる際の加速度も３０００ｒｐｍ／秒である（図８の時間ｔ_２〜ｔ_３）。なお、時間ｔ_２〜ｔ_３の間も希釈用現像液供給ノズル１５８からの現像液の供給は継続している。

次に、ウェハＷを停止させたと同時に希釈用現像液供給ノズル１５８からの現像液Ｑの供給を停止し、希釈用現像液供給ノズル１５８をウェハＷ上から退避させると共に、図１２に示すように、現像液供給ノズル１６１をウェハＷ中心部の上方に移動させる。この際、現像液供給ノズル１６１の下端面１６１ａとウェハＷの上面とのには所定の間隔の隙間が形成されており、この隙間の距離は概ね０．５ｍｍ〜２ｍｍである。

次に、現像液供給ノズル１６１から現像液Ｑを供給して、図１３に示すように、現像液供給ノズル１６１の下端面１６１ａとウェハＷとの間に現像液Ｑの液溜りを形成する（現像液の液溜り形成工程。図７の工程Ｔ４）。それと同時に、回転駆動機構１６２により現像液供給ノズル１６１を回転させながら、図１４に示すようにウェハＷの中心部からウェハＷの外周部へ向けて移動を開始する。このとき希釈用の現像液供給ノズル１６１は、ウェハＷの中心を通るように移動する。なお、この際の現像液供給ノズル１６１の回転速度は、好ましくは５０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍであり、本実施の形態では１３０ｒｐｍである。現像液供給ノズル１６１のウェハＷ外周部へ向けた移動速度は好ましくは１０ｍｍ／ｓ〜１００ｍｍ／ｓであり、本実施の形態では、１５ｍｍ／ｓである。また、現像液供給ノズル１６１の回転方向は、ウェハＷの回転方向とは逆方向に設定されている。こうすることで、ウェハＷ上で現像液Ｑを撹拌して、より面内均一な現像処理を行うことができる。

また、現像液供給ノズル１６１からの現像液Ｑの供給開始と同時に、ウェハＷを第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度に加速させる（図８の時間ｔ_３〜ｔ_４）。第２の回転速度としては、例えば１５ｐｒｍ〜３０ｒｐｍ程度が好ましく、本実施の形態では、３０ｒｐｍである。また、ウェハＷを加速させる際の加速度は、例えば３０００ｒｐｍ／秒である。これにより、図１５に示すように、ウェハＷの中心部から外周方向に向かって、徐々に現像液Ｑが供給される。

現像液供給ノズル１６１がウェハＷの外周部の近傍に近づいたら、次いで、ウェハＷの回転速度を第２の回転速度よりもさらに減速させて、例えば１５ｒｐｍにする（図８の時間ｔ_５）。この際の加速度は、例えば１００ｒｐｍ／秒である。このように、現像液供給ノズル１６１がウェハＷの外周部近傍に到達してからウェハＷの回転速度を落とすことで、遠心力により現像液ＱがウェハＷの外部にこぼれることを防止できる。そして、ウェハＷの回転速度を１５ｒｐｍに維持したまま現像液供給ノズル１６１をウェハＷの外周端部まで移動させて、ウェハＷの全面に現像液を供給する（現像液供給工程。図７の工程Ｔ５）。この際、工程Ｔ３においてウェハＷ上に希釈現像液の液膜が形成されることで、溶解生成物ＵがウェハＷ上から排出されているので、ウェハＷ上に現像液Ｑ供給されても、溶解生成物Ｕの発生量は極わずかな量に抑えられる。その結果、溶解生成物Ｕの影響をうけることなく、ウェハＷ上のレジスト膜Ｒの現像処理が行われる。

その後、現像液供給ノズル１６１がウェハＷの外周端部に到達したら、現像液供給ノズル１６１からの現像液Ｑの供給及び現像液供給ノズル１６１の回転を停止して（図８の時間ｔ_６）、現像液供給ノズル１６１をウェハＷ上から退避させる。現像液Ｑの供給停止後も、ウェハＷ上の現像液Ｑを均一にするため、しばらくの間ウェハＷの回転を維持してもよい。

その後、現像処理が終了すると、ウェハＷの回転速度を減速させてウェハＷを停止させる。次いで、ウェハＷ上に例えば純水供給ノズル１５４から純水を供給して、ウェハＷのリンス処理が行われる（図７の工程Ｔ６）。これにより、現像液Ｑと共に溶解したレジストが洗い流されて、一連の現像処理が終了する。

現像処理の終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４２に搬送され、ポストベーク処理される（図７の工程Ｓ６）。次いで、ウェハＷは、熱処理装置４３により温度調整される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０、ウェハ搬送装置２３を介して所定のカセット載置板２１のカセットＣに搬送され、一連のフォトリソグラフィー工程が完了する。

以上の実施の形態によれば、先ず、希釈現像液Ｍの液溜りをウェハＷの中心部に形成し、次いでウェハＷを第１の回転速度まで加速して希釈現像液Ｍの液溜りをウェハＷの全面に拡散させ、ウェハＷの表面に希釈現像液Ｍの液面を形成する（工程Ｔ３）。この際、ウェハＷ上には希釈現像液Ｍにより溶解生成物Ｕが発生するが、ウェハＷを第１の回転速度まで加速することで、希釈現像液Ｍと共に溶解生成物ＵがウェハＷ上から排出される。そして、ウェハＷと例えば平行な下端面１６１ａ（接液面）を有する現像液供給ノズル１６１とウェハＷとの間に現像液Ｑの液膜を形成し、現像液供給ノズル１６１からの現像液の供給を継続しながらウェハＷを回転させると共に、現像液供給ノズル１６１をウェハＷの中心部からウェハＷの外周部に移動させて、ウェハＷの全面に現像液Ｑを塗布する。このとき、工程Ｔ３において、希釈現像液Ｍにより溶解生成物Ｕが既に除去されているので、溶解生成物Ｕの影響を受けることなくレジスト膜Ｒの現像処理が行われる。その結果、図１６に示すように、現像時間を従来よりも短縮した場合であっても現像処理を面内均一に行うことができる。図１６は、本実施の形態の現像処理方法を用いて３０秒間現像処理を行った場合のウェハＷの面内におけるレジストパターンの線幅のばらつき度合いをショット毎に色の濃淡で表したものである。図１６では、現像時間を６０秒とした既述の図２６と概ね同程度に線幅のばらつきが抑えられていることが確認できる。したがって本発明によれば、現像処理の面内均一性を確保しつつ、現像処理のスループットを向上させることができる。

また、現像液供給ノズル１６１を、ウェハＷの回転方向と反対向きに自転させながらウェハＷの外周部に向けて移動させるので、ウェハＷ上で現像液Ｑを撹拌して、より面内均一な現像処理を行うことができる。なお、現像液供給ノズル１６１の自転は必ずしも行う必要はなく、本発明者らによれば、自転を行わない場合であっても、所望の現像精度を実現できることが確認されている。

また、近年採用されている液浸露光用のレジストは、現像液との接触角が大きく、現像液をレジスト膜上に均一に塗布することが容易ではないが、本実施の形態のように、先ず希釈現像液Ｍの液溜りを高速回転によりウェハＷ上の全面に拡散させ、ウェハＷをプリウェット処理することで、レジスト膜Ｒと現像液Ｑとの接触角を低減させる（レジスト膜に対する現像液の濡れ性が向上する）効果も期待できる。その結果、ウェハＷの面内に均一に現像液を供給することが可能となり、ウェハ面内の現像処理の均一性をさらに向上させることができる。また、レジスト膜Ｒと現像液Ｑとの接触角が小さくなることにより、現像液Ｑの供給量を少なくすることが可能となる。なお、本発明者らによれば、例えば３００ｍｍのウェハＷを現像するために従来は８０ｃｃ程度必要であった現像液Ｑが、本実施の形態の現像方法を用いることで、４３ｃｃ程度まで低減できることが確認されている。

また、ウェハＷをプリウェット処理する際に、純水で希釈した希釈現像液Ｍを用いているので、希釈現像液Ｍが落下する位置、本実施の形態ではウェハＷの中心部だけ現像が進んでしまうこともない。したがって、この点からも、ウェハＷ面内を均一に現像処理することができる。

なお、以上の実施の形態では、工程Ｔ２で希釈現像液Ｍの液溜りを形成するにあたり、純水Ｐの液溜り上に希釈用の現像液Ｑを供給したが、希釈現像液Ｍの液溜りの形成方法は本実施の形態の内容に限定されない。例えば希釈用現像液供給ノズル１５８に、予め純水で希釈した希釈現像液Ｍを供給するようにして、例えば図１７に示すように、レジスト膜Ｒ状に希釈現像液Ｍを直接供給して、当該希釈現像液Ｍの液溜りを形成するようにしてもよい。そうすることで、純水Ｐの液溜りを形成する工程Ｔ１が省略できるので、現像処理のスループットをさらに向上させることができる。かかる場合、希釈用現像液供給ノズル１５８は、希釈現像液供給ノズルとして機能する。

また、以上の実施の形態では、工程Ｔ３で希釈現像液Ｍの液膜を形成するにあたり、希釈用現像液供給ノズル１５８から現像液Ｑを供給したが、希釈現像液Ｍの液膜を形成する際の現像液Ｑの供給を、現像液供給ノズル１６１により行ってもよい。かかる場合、例えば図１８に示すように、純水Ｐの液溜りに現像液供給ノズル１６１を接液させて、その状態で希釈用の現像液Ｑを供給する。それにより、純水Ｐと現像液Ｑが希釈されて、工程Ｔ３においてウェハＷを第１の回転速度で回転させることで、ウェハＷ上に希釈現像液Ｍの液膜が形成される。

また、現像液供給ノズル１６１により希釈現像液Ｍの液膜を形成するにあたっては、現像液供給ノズル１６１から希釈現像液Ｍを供給できるようにしておき、図１９に示すように、ウェハＷと現像液供給ノズル１６１との間に直接希釈現像液Ｍの液溜りを形成してもよい。かかる場合も、工程Ｔ３においてウェハＷを第１の回転速度で回転させることで、ウェハＷ上に希釈現像液Ｍの液膜が形成される。

なお、現像液供給ノズル１６１から現像液Ｑ及び希釈現像液Ｍの双方を供給する場合、現像液供給ノズル１６１には、図２０に示すように、現像液Ｑを供給する現像液管２５０と、希釈現像液管２５１が接続される。なお、現像液供給ノズル１６１に回転駆動機構１６２を設けない場合は、図２１に示すように、現像液管２５０と、希釈現像液管２５１を現像液供給ノズル１６１の内部で合流させてもよい。かかる場合、図２０、図２１に示す現像液供給ノズル１６１は希釈現像液供給ノズルとしても機能する。換言すれば、現像液供給ノズル１６１と希釈現像液供給ノズルとは、供給孔１６１ｂを共有している。

また、以上の実施の形態では、現像液供給ノズル１６１の中心部にのみ供給孔１６１ｂが形成されていたが、例えば図２２に示すように、現像液供給ノズル１６１の下端面１６１ａに複数の供給孔１６１ｂを形成してもよい。複数の供給孔１６１ｂを形成することで、下端面１６１ａに均一に現像液Ｑまたは希釈現像液Ｍを供給することができる。

また、以上の実施の形態では、純水供給ノズル１５４、希釈用現像液供給ノズル１５８、現像液供給ノズル１６１をそれぞれ異なるアーム１５１、１５２、１５３により支持していたが、純水供給ノズル１５４、希釈用現像液供給ノズル１５８及び現像液供給ノズル１６１を任意の一つのアームにより支持してもよい。かかる場合、例えば図２３に示すように、現像液供給ノズル１６１に純水Ｐを供給する純水管２５２を連通して設けてもよい。

なお、以上の実施の形態では、工程Ｔ４において、ウェハＷ中心部に位置させた現像液供給ノズル１６１から現像液Ｑを供給し、ウェハＷの中心部に液溜りを形成した後、現像液Ｑを供給しながら現像液供給ノズル１６１をウェハＷの中心部から外周端部まで移動させることでウェハＷの全面に現像液Ｑを供給したが、ウェハＷの全面に現像液Ｑを供給する方法は本実施の形態の内容に限定されない。例えば工程Ｔ４において、図２４に示すように、現像液供給ノズル１６１によりウェハＷの外周端部に現像液Ｑの液溜りを形成し、その後、現像液Ｑを供給しながら現像液供給ノズル１６１をウェハＷの中心部まで移動させることで、ウェハＷの全面に現像液Ｑを供給してもよい。かかる場合においても、工程Ｔ３において希釈現像液Ｍと共に溶解生成物ＵをウェハＷ上から排出しておくことで、溶解生成物Ｕの影響を受けることなくレジスト膜Ｒの現像処理を行うことができる。

なお、本発明者らによれば、工程Ｔ４において図２４に示すように現像液供給ノズル１６１をウェハＷの外周端部から中心部に向けて移動させることで、現像処理の面内均一性がさらに向上することが確認されている。これは、以下のような理由によるものと推察される。即ち、工程Ｔ３においてウェハＷの中心部に希釈現像液Ｍを供給するため、ウェハＷの中心部と外周部との間で希釈現像液Ｍに接触する時間にわずかな差が生じる。そして、この希釈現像液Ｍによってもわずかに現像は進行するので、ウェハＷの中心部と比較して、ウェハＷの外周部の線幅が若干太くなる傾向がみられる。その一方で、図２４に示すように、ウェハＷの外周端部に現像液Ｑの液溜りを形成した後、現像液供給ノズル１６１をウェハＷの中心部に向けて移動させることで、工程Ｔ３において生じた希釈現像液Ｍとの接触時間の差が相対的に緩和される。これにより、現像処理の面内均一性がさらに向上するものと推察される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、基板上のレジスト膜を現像処理する際に有用である。

１ 基板処理システム
３０ 現像処理装置
３１ 下部反射防止膜形成装置
３２ レジスト塗布装置
３３ 上部反射防止膜形成装置
４０ 熱処理装置
１５４ 純水供給ノズル
１５８ 希釈用現像液供給ノズル
１６１ 現像液供給ノズル
２００ 制御部
Ｐ 純水
Ｑ 現像液
Ｒ レジスト膜
Ｗ ウェハ

Claims (14)

1. 基板上に現像液を供給して、所定のパターンを露光した基板上のレジスト膜を現像する現像処理方法であって、
   基板の中心部に、純水で希釈した希釈現像液の液溜りを形成する液溜り形成工程と、
   その後、基板の回転を加速して前記希釈現像液の液溜りを基板の全面に拡散させ、当該基板表面に前記希釈現像液の液膜を形成する液膜形成工程と、
   その後、接液面を有する現像液供給ノズルと前記基板との間に所定の間隔の隙間を確保した状態で、前記現像液供給ノズルから現像液を供給して、前記基板と当該現像液供給ノズルの接液面との間に現像液の液溜りを形成しつつ、基板中心を通る径方向に当該現像液供給ノズルを移動させて、基板上に現像液を供給する現像液供給工程と、を有することを特徴とする、現像処理方法。
2. 前記現像液供給工程における前記現像液供給ノズルの移動の開始地点は、前記基板の中心部であり、前記現像液供給ノズルの移動の終了地点は、前記基板の外周部であることを特徴とする、請求項１に記載の現像処理方法。
3. 前記現像液供給工程における前記現像液供給ノズルの移動の開始地点は、前記基板の外周部であり、前記現像液供給ノズルの移動の終了地点は、前記基板の中心部であることを特徴とする、請求項１に記載の現像処理方法。
4. 前記液溜り形成工程における希釈現像液の液溜りの形成は、
   静止した基板の中心部に純水を供給して純水の液溜りを形成し、
   次いで、前記純水の液溜り上に現像液を供給することにより行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像処理方法。
5. 前記液溜り形成工程における希釈現像液の液溜りの形成は、
   静止した基板の中心部に、予め純水で希釈した希釈現像液を供給することにより行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像処理方法。
6. 前記現像液供給工程における前記現像液供給ノズルの移動は、前記現像液供給ノズルの下面を、前記基板の回転方向と逆方向に自転させながら行われることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の現像処理方法。
7. 前記液膜形成工程は、基板を第１の回転速度まで加速して前記希釈現像液の液溜りを基板の全面に拡散させ、
   前記現像液供給工程は、基板を第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で回転させながら、前記現像液供給ノズルを基板の中心部から基板の外周部に移動させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の現像処理方法。
8. 前記第１の回転速度は、１５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍであり、
   前記第２の回転速度は、１５ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであることを特徴とする、請求項７に記載の現像処理方法。
9. 前記液膜形成工程において、静止した基板を第１の回転速度よりも遅い第３の回転速度まで加速し、
   その後、基板の回転速度を第３の回転速度よりも遅い第４の回転速度まで減速し、
   その後、基板を第１の回転速度まで加速することを特徴とする、請求項７または８のいずれか一項に記載の現像処理方法。
10. 前記第３の回転速度は、２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍであることを特徴とする、請求項９に記載の現像処理方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の現像処理方法を現像処理装置によって実行させるように、当該現像処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
12. 基板上に現像液を供給して、所定のパターンを露光した基板上のレジスト膜を現像する現像処理装置であって、
    基板の裏面を保持し、当該保持した基板を鉛直軸を中心に回転させる基板保持部と、
    接液面を有し、当該接液面に現像液を供給する供給孔が形成された現像液供給ノズルと、
    前記現像液供給ノズルを移動させる移動機構と、
    基板上に純水を供給する純水供給ノズルと、
    前記純水供給ノズルを移動させる他の移動機構と、を有することを特徴とする、現像処理装置。
13. 基板上に現像液を供給して、所定のパターンを露光した基板上のレジスト膜を現像する現像処理装置であって、
    基板の裏面を保持し、当該保持した基板を鉛直軸を中心に回転させる基板保持部と、
    接液面を有し、当該接液面に現像液を供給する供給孔が形成された現像液供給ノズルと、
    前記現像液供給ノズルを移動させる移動機構と、
    基板上に希釈現像液を供給する希釈現像液供給ノズルと、
    前記希釈現像液供給ノズルを移動させる他の移動機構と、を有することを特徴とする、現像処理装置。
14. 前記現像液供給ノズルと、前記希釈現像液供給ノズルとは、供給孔を共有していることを特徴とする、請求項１３に記載の現像処理装置。