JP3265238B2 - 液膜形成装置及びその方法 - Google Patents

液膜形成装置及びその方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレジストが
塗布され、露光処理がされた基板の表面に現像液を供給
して現像処理する液膜形成装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ（以下ウエハという）の表
面に回路パターンを形成するためのマスクは、ウエハ表
面にレジストを塗布した後、光、電子線あるいはイオン
線などをレジスト面に照射し、現像することによって得
られる。このうち現像工程は、露光工程にて光等が照射
された部分あるいは照射されない部分をアルカリ水溶液
等により溶解するものであり、従来では図９及び図１０
に示す方法により行われている。
【０００３】即ちこの従来方法においては、真空吸着機
能を備えたスピンチャック１１の上にウエハＷを吸着保
持し、ウエハＷの直径に対応する長さに亘って多数の吐
出孔１２が配列された供給ノズル１３を、ウエハＷの中
央部にて吐出孔１２がウエハＷ表面から例えば１ｍｍ上
方になるように位置させる。そして吐出孔１２から現像
液１０をウエハＷ表面の中央部に供給して図９に示すよ
うに液盛りを行い、続いて吐出孔１２から現像液１０の
供給を行いながらウエハＷを半回転（１８０度回転）さ
せる。
【０００４】こうすることによってウエハＷ中央部には
じめに液盛りされた現像液１０が広げられると同時に現
像液１０が新たに供給され、この結果ウエハＷ表面全体
に現像液の液膜が所定の厚さで形成されることになる。
なおウエハＷを半回転以上回転させない理由は、はじめ
に供給した古い現像液と新たな現像液とが混じり合うこ
とを避け、混じった部分と混じらない部分との間の現像
の不均一さをなくすことにある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の現
像方法は次のような課題がある。供給ノズル１３はウエ
ハＷの上方に運ばれる前に別の場所でダミーデイスペン
スと呼ばれる、現像液の吐出が行われるが、供給ノズル
１３の先端には液が付着しているのでこの液に空中のパ
ーティクルが付着するおそれがある。このようにパーテ
ィクルが供給ノズル１３に付着すると、ウエハＷ表面に
形成された現像液の液膜中にパーティクルが飛散し、ウ
エハＷに転写するおそれがある。
【０００６】また現像液の供給は図示しない現像液タン
ク内に窒素ガスを吹き込み、その圧力によって現像液タ
ンクから供給ノズル１３に現像液を送り出すことによっ
て行われているが、現像液が供給ノズル１３からウエハ
表面に吐出されたときに、ウエハＷとの衝突の衝撃によ
り溶存窒素が気化して微細な気泡（マイクロバブル）が
発生する。このためウエハＷに初めに液盛りしたときに
その現像液中にマイクロバブルが発生するが、マイクロ
バブルが混入している部分では、現像液とレジストとの
反応が不十分になるかあるいは行われなくなり、この結
果特にパターンの線幅が微細になってくると、現像の欠
陥になる。
【０００７】こうしたことから本発明は、ウエハの周縁
部に例えば図１１に示すようにウエハＷのオリフラ（オ
リエンテーションフラット）Ｆに沿って集積回路の形成
領域の外側に供給ノズル１３を位置させて、ここに現像
液１０を吐出してはじめの液盛りを行い、反対側のウエ
ハの周縁部に向かって供給ノズル１３をスキャンすれ
ば、パーティクル及びマイクロバブルの集積回路の形成
領域への侵入が少なくなると考えている。
【０００８】しかしながらこの手法は次のような問題が
ある。オリフラＦの長さはウエハＷの直径よりも短いの
で、はじめに液盛りされた現像液１０が横に広がり、塗
れない個所がでてくる。この場合ノズルからの現像液の
供給流量を多くしても同様の結果になる。
【０００９】更に今後はウエハＷの結晶の方向の基準位
置を示す手段がオリフラからＶ字型の切り欠きであるノ
ッチに変わっていくことが検討されているため、はじめ
に液盛りする領域が相当狭くなってしまい、この手法を
実施することは困難である。
【００１０】本発明はこのような事情の下になされたも
のでありその目的は、基板表面に均一な液膜を形成する
ことができ、またパ−ティクル汚染を抑えることのでき
る液膜厚形成装置及びその方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の装置は、基板を
水平に保持するための基板保持部と、この基板保持部に
保持された基板の周りを当該基板に接近して囲み、基板
の表面と同じ高さまたはその近傍の高さとなるように設
けられた液受け台と、前記基板の有効領域の幅とほぼ同
じ長さかそれよりも長い処理液の供給領域を有する処理
液の供給ノズルと、この供給ノズルの長さ方向に直交す
る方向に当該供給ノズルを移動させるための移動機構
と、を備え、前記液受け台と基板の周縁との間から処理
液が流出しないように構成され、前記供給ノズルにより
基板の一方端側の液受け台の上に処理液を供給して基板
の有効領域の幅をカバーできる長さの液盛りを行い、次
いで基板を回転させずに、供給ノズルを前記基板の他方
端側の外方に移動させながら当該供給ノズルから処理液
を流出させて基板表面全体に亘って処理液を液盛りする
ことを特徴とする。
【００１２】この場合、液受け台の周囲における少なく
とも供給ノズルにより初めに処理液が液盛りされる領域
の周りには、処理液の流出を阻止するための堰が形成さ
れていることが望ましい。
【００１３】また基板保持部は、基板の周縁部の裏面を
保持する周縁保持部として構成され、液受け台は、この
周縁保持部の外縁に連続して構成とすることができる。
前記液受け台と基板の周縁との隙間から処理液が流出し
ないように構成されるとは、液受け台と基板の周縁との
間に狭い隙間が形成されかつこの隙間の下に周縁保持部
が位置している場合や、液受け台と基板の周縁とが密着
している場合である。
【００１４】また本発明は、周縁保持部よりも基板の中
央部側に設けられ、基板を水平に保持すると共に鉛直な
軸のまわりに回転自在な中央保持部と、前記周縁保持部
を中央保持部に対して相対的に昇降させるための昇降機
構と、周縁保持部よりも下方側に設けられた洗浄液ノズ
ルと、を備え、供給ノズルから処理液を基板に供給する
ときには基板を周縁保持部により保持し、次いで周縁保
持部が中央保持部に対して相対的に降下して基板を中央
保持部に受け渡し、基板を回転させながら洗浄液ノズル
からの洗浄液により基板の裏面及び周縁保持部を洗浄す
るように構成することができる。前記基板は、例えば半
導体ウエハであり、処理液は、例えば現像液である。な
お本発明でいう水平、鉛直、直交といった用語は、それ
ぞれほぼ水平、鉛直、直交の状態を含む意味である。
【００１５】更に本発明の方法は、水平に保持された基
板の周りに、この基板の表面と同じ高さまたはその近傍
の高さとなるように、当該基板に密着してあるいは隙間
を介して液受け台を相対的に位置させる工程と、次いで
前記基板の有効領域の幅とほぼ同じ長さかそれよりも長
い処理液の供給領域を有する処理液の供給ノズルによ
り、前記基板の一方端側の前記液受け台の上に処理液を
供給して前記基板の有効領域をカバーできる長さの液盛
りを行う工程と、その後基板を回転させずに、前記基板
の他方端側の外方に向けて前記供給ノズルの長さ方向に
直交する方向に、当該供給ノズルを移動させながら処理
液を流出させて基板表面全体に亘って処理液を液盛りす
る工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る液膜形成装置
を現像処理装置に適用した実施の形態の構成を示す図で
ある。この現像処理装置は、ウエハＷの裏面の中心部を
真空吸着して水平に保持し、鉛直な軸のまわりに回転す
る中央保持部であるスピンチャック２と、ウエハＷの裏
面の周縁部を保持すると共に現像液を受けるためのトレ
イ部３と、ウエハＷの表面に処理液である現像液を供給
するための現像液の供給ノズル４とを備えている。
【００１７】前記スピンチャック２は、駆動部２１によ
り回転及び昇降できるように構成されている。トレイ部
３は面状部材を折り曲げて形成され、ウエハＷの裏面の
周縁部を保持するようにウエハＷの形状に適合してリン
グ状に作られた周縁保持部３１と、この周縁保持部３１
の外縁に段差をもって連続して形成され、当該周縁部３
１に保持されたウエハＷの表面と同じ高さまたはその近
傍の高さとなるように設けられた水平な液受け台３２
と、この液受け台３２上の現像液の流出を阻止するため
に液受け台３２の外縁を上方に屈曲して形成した例えば
高さ３ｍｍの堰３３と、を備えている。液受け台の周縁
の形状は、一辺がウエハＷの直径よりも若干大きいほぼ
正方形状をしており、ウエハＷのオリフラＦに対応する
領域においては液受け台の内縁が外縁とほぼ並行に形成
され、当該内縁と外縁との距離Ｌ（図１参照）は例えば
３ｍｍに設定されている。
【００１８】前記トレイ部３は、スピンチャック２の軸
部２２を囲む筒状部５の上端から伸び出している例えば
４本の支持杆５１により四隅が支持されている。筒状部
５は駆動機構５２により前記軸部２２に対して独立して
昇降できるように構成されている。
【００１９】前記トレイ部３の周囲には、ウエハＷを洗
浄したときに洗浄液及び現像液が装置の外に飛散しない
ように、トレイ部３の側方及び下方側を囲むようにカッ
プ５３が設けられており、このカップ５３の底部には、
ここに流れ落ちた液を吸引して排出するための排出路５
４が接続されている。
【００２０】前記供給ノズル４は、ウエハＷの直径とほ
ぼ同じ長さ、例えばウエハの直径が２００ｍｍであれば
２０４ｍｍの長さに亘って配列された多数の吐出孔４１
を備えており、図４に示すようにカップ５３の外側上方
に設けられたガイドレール６１に沿って、供給ノズル４
の長さ方向（吐出孔４１の配列方向）と直交する方向に
移動できるように構成されている。具体的にはガイドレ
ール６１には昇降自在な把持アーム６２が設けられてお
り、供給ノズル４はこの把持アーム６２に把持されて移
動することになる。この例では、ガイドレール６１及び
把持アーム６２は移動機構をなすものである。
【００２１】前記供給ノズル４における現像液の供給系
について図１を参照しながら説明すると、現像液の入っ
た現像液タンク４２に例えばＮ2 ガスが吹き込まれ、こ
のガス圧により現像液がフィルタ４３、流量計４４及び
開閉弁４５を介して、供給管４６を通じて供給ノズル４
に送られ、吐出孔４１から吐出される。現像液の供給、
停止は開閉弁４５の開閉により行われる。この供給ノズ
ル４は、現像液の供給を行わないときにはカップ５３の
外側の図示しないトレイ上に置かれる。
【００２２】また図４に示すようにカップ５３の外側に
は、例えば供給ノズル４と同様の構成の洗浄ノズル６３
が図示しないトレイ上に置かれており、この洗浄ノズル
６３は、ウエハＷ上に現像液が供給された後、前記把持
アーム６２により把持されて、ウエハＷ及び液受け台３
２上を洗浄する。
【００２３】前記スピンチャック２の下方側に例えば周
方向に４等分した位置に夫々洗浄ノズル７が設けられて
おり、この洗浄ノズル７の先端部は、トレイ部３が下降
したときにトレイ部３及びウエハＷの裏面周縁部を洗浄
するように斜め下方に向けられている。また洗浄ノズル
７の基端部は筒状体５内を通って側部から外側に配管さ
れている。
【００２４】次に上述実施の形態の作用について述べ
る。先ずスピンチャック２がカップ５３の上方まで上昇
し、既に前工程でレジストが塗布され、露光処理された
ウエハＷが図示しないアームからスピンチャック２に受
け渡される。続いてスピンチャック２が下降し、図１に
示すようにウエハＷがトレイ部３により保持される。そ
の後カップ５３の外側のトレイ上に置かれていた供給ノ
ズル４が把持アーム６２に把持されて、ウエハＷのオリ
フラＦよりも外方側の液受け台３２の上方側にセットさ
れる。このとき供給ノズル４の吐出孔４１は液受け台３
２に対して例えば１ｍｍ上方に位置する。
【００２５】そして図５（ａ）に示すように供給ノズル
４から現像液１０が吐出され、トレイ部３の一辺に亘っ
て液受け台３２上に現像液１０が例えば１．２ｍｍの高
さで液盛りされる。続いて図５（ｂ）に示すように供給
ノズル４がこの高さのまま２５ｃｃ／ｓｅｃの吐出流量
で現像液を吐出しながらトレイ部３の前記一辺に対向す
る他辺に向かって、例えば１０ｃｍ／ｓｅｃのスキャン
スピードで移動し、前記他辺とウエハＷとの間の液受け
台３２の上方で停止する。この工程を行うことによっ
て、供給ノズル４からウエハＷ表面に現像液が吐出され
ると共にはじめに液受け台３２上に液盛りされた現像液
の一部がウエハＷ表面に押し広げられ、この結果ウエハ
Ｗ表面に例えば１．２ｍｍの厚さの液膜が形成される。
この液膜の厚さは例えば１．２ｍｍ以上であることが好
ましい。なお液受け台３２の内縁とウエハＷの周縁との
間にはわずかな隙間があるがこの隙間の底には周縁保持
部３１が存在するので、この中に入り込む液量は問題に
ならない。
【００２６】しかる後供給ノズル４がカップ５３の外の
図示しないトレイ上に戻されると共に、洗浄ノズル６３
が把持アーム６２に把持されて、供給ノズル４と同様に
トレイ部３の一辺から他辺に亘って移動しながら洗浄液
例えば純水を液受け台３２及びウエハＷ表面に吐出して
洗浄する。次いで図５（ｃ）に示すようにトレイ部３が
下降し、ウエハＷがスピンチャック２に受け渡されて回
転すると共に、ウエハＷの上方側の洗浄ノズル６３を中
央部に位置させてここからウエハＷ表面に純水を供給
し、これによってまだ残っている現像液が遠心力により
洗い流されて外方に振り切られる。
【００２７】一方ウエハＷの下方側の洗浄ノズル７から
も洗浄液例えば純水がウエハＷの裏面周縁に向けて吐出
され、当該裏面周縁に回わり込んだ現像液を洗い流すと
共に、トレイ部３を洗浄する。その後洗浄ノズル６３、
７からの洗浄液の吐出を停止し、ウエハＷを回転し続け
てウエハＷをスピン乾燥する。
【００２８】このような実施の形態によれば、供給ノズ
ル４にパーティクル付着していてもウエハＷ上に転写す
ることが抑えられる。即ち「発明が解決しようとする課
題」の項で詳述したように供給ノズル４の先端部にパー
ティクルが付着するおそれがあり、パーティクルが付着
している場合には供給ノズル４からはじめに現像液を液
盛りしたときにパーティクルが現像液中に混入するが、
上述実施の形態ではウエハＷの外の液受け台３２にては
じめの液盛りを行っており、この現像液がウエハＷ中に
広がるといっても例えば３／１３程度とほんの一部であ
るため、ウエハＷのパーティクル汚染が抑えられ、パタ
ーンの線幅の微細化が進む中、有効な技術である。
【００２９】またウエハＷの有効領域の幅をカバーでき
る長さ、この例ではウエハＷの直径に相当する長さの液
盛りをはじめに形成し、これをウエハＷ及びその回りの
液受け台３２からなるいわば一つの平面に沿って引き伸
ばしつつ供給ノズル４から現像液を供給して、ウエハＷ
表面に現像液の液膜を形成しているため、供給ノズル４
のスキャンスピード（移動速度）を早くしてもウエハＷ
表面全体に均一な厚さで液膜を形成することができる。
従って高いスループットを得ながら信頼性の高い現像処
理を行うことができる。
【００３０】ここで本発明に対する比較例として、液受
け台を用いずにウエハＷの表面にオリフラに沿ってはじ
めの現像液の液盛りを行い、次いで供給ノズルをオリフ
ラと直交する方向に移動した場合の現像液の塗布の状態
を図６に示す。この比較試験においては、上述の実施の
形態と同様にウエハＷの直径に対応する長さの供給ノズ
ルを用い、液盛りを行った後、供給ノズルから現像液を
ウエハＷ表面に２５ｃｃ／ｓｅｃの流量で吐出しながら
供給ノズルを移動させている。図６（ａ）〜（ｃ）は、
供給ノズルがウエハＷの一端部から他端部に亘るまでの
時間が夫々１秒、３秒、５秒の場合に対応しており、斜
線領域が塗れていない部分に対応する。なおウエハサイ
ズは８インチである。
【００３１】図６の結果からわかるように液受け台を用
いずに供給ノズルを一方向に移動させると、供給ノズル
を５秒もかけてウエハ上方をゆっくりと移動させても塗
れていない部分が存在する。これに対して本発明の場合
には、はじめの液盛りを０．３秒で形成し、その後０．
５秒もの短い時間で供給ノズルを移動させてもウエハ表
面上に均一な液膜が形成されており、塗れていない部分
はなかった。
【００３２】以上において本発明では、現像液をはじめ
に液盛りする領域の一部がウエハＷ表面にかかっていて
もよい。図７はこのような例を示す平面図であり、この
例ではウエハＷは結晶の方向を示すための部位としてオ
リフラの代わりにノッチＮ（Ｖ字型の切り込み）が形成
されている。
【００３３】また本発明は、周縁保持部３１を用いずに
ウエハＷの中央部をスピンチャックで保持し、例えば図
８に示すようにウエハＷの両側から、左右に分割された
液受け台３２ａ、３２ｂを接近させてウエハＷの周縁に
密着し、液受け台３２ａ、３２ｂとウエハＷとの間から
現像液が流下しないように構成してもよい。
【００３４】更に本発明で液膜処理をすべき基板として
はウエハＷに限らず液晶ディスプレイのガラス基板（Ｌ
ＣＤ基板）であってもよく、ＬＣＤ基板が大型化してい
ることから、先の実施の形態のように周縁保持部により
ＬＣＤ基板の周縁を保持すれば、ＬＣＤ基板の撓みを防
止することができ、均一性の高い液膜形成処理を行うこ
とができる。なお処理液としては現像液に限らずレジス
ト液などであってもよい。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、基板表面に均一な液膜
を形成することができ、またパーティ
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液膜形成装置の一実施の形態を示す縦
断側面図である。
【図２】上記一実施の形態の一部を示す斜視図である。
【図３】上記一実施の形態の一部を示す平面図である。
【図４】上記一実施の形態の全体を示す平面図である。
【図５】上記一実施の形態の作用を示す説明図である。
【図６】本発明に対して比較した手法により液膜を形成
した場合のウエハ表面の状態を示す説明図である。
【図７】本発明の液膜形成装置他の実施の形態の一部を
示す平面図である。
【図８】本発明の液膜形成装置の更に他の実施の形態の
一部を示す平面図である。
【図９】従来の液膜形成装置を示す側面図である。
【図１０】従来の液膜形成装置を示す平面図である。
【図１１】本発明に対して比較した装置を示す平面図で
ある。
【符号の説明】
２ スピンチャック ３ トレイ部 ３１ 周縁保持部 ３２ 液受け台 ３３ 堰 ４ 供給ノズル ４１ 吐出孔 ５ 筒状体 ５３ カップ ６１ ガイドレ−ル ６２ 把持ア−ム ６３、７ 洗浄ノズル Ｗ 半導体ウエハ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−236435（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−289625（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−333813（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−17717（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を水平に保持するための基板保持部
    と、 この基板保持部に保持された基板の周りを当該基板に接
    近して囲み、基板の表面と同じ高さまたはその近傍の高
    さとなるように設けられた液受け台と、 前記基板の有効領域の幅とほぼ同じ長さかそれよりも長
    い処理液の供給領域を有する処理液の供給ノズルと、 この供給ノズルの長さ方向に直交する方向に当該供給ノ
    ズルを移動させるための移動機構と、を備え、 前記液受け台と基板の周縁との間から処理液が流出しな
    いように構成され、 前記供給ノズルにより基板の一方端側の液受け台の上に
    処理液を供給して基板の有効領域の幅をカバーできる長
    さの液盛りを行い、次いで基板を回転させずに、供給ノ
    ズルを前記基板の他方端側の外方に移動させながら当該
    供給ノズルから処理液を流出させて基板表面全体に亘っ
    て処理液を液盛りすることを特徴とする液膜形成装置。
  2. 【請求項２】 液受け台の周囲における少なくとも供給
    ノズルにより初めに処理液が液盛りされる領域の周りに
    は、処理液の流出を阻止するための堰が形成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の液膜形成装置。
  3. 【請求項３】 基板保持部は、基板の周縁部の裏面を保
    持する周縁保持部として構成され、液受け台は、この周
    縁保持部の外縁に連続して形成されていることを特徴と
    する請求項１または２記載の液膜形成装置。
  4. 【請求項４】 液受け台と基板の周縁との間には狭い隙
    間が形成されかつこの隙間の下には周縁保持部が位置し
    ていることを特徴とする請求項３記載の液膜形成装置。
  5. 【請求項５】 液受け台と基板の周縁とは密着している
    ことを特徴とする請求項１記載の液膜形成装置。
  6. 【請求項６】 周縁保持部よりも基板の中央部側に設け
    られ、基板を水平に保持すると共に鉛直な軸のまわりに
    回転自在な中央保持部と、 前記周縁保持部を中央保持部に対して相対的に昇降させ
    るための昇降機構と、 周縁保持部よりも下方側に設けられた洗浄液ノズルと、
    を備え、 供給ノズルから処理液を基板に供給するときには基板を
    周縁保持部により保持し、次いで周縁保持部が中央保持
    部に対して相対的に降下して基板を中央保持部に受け渡
    し、基板を回転させながら洗浄液ノズルからの洗浄液に
    より基板の裏面及び周縁保持部を洗浄することを特徴と
    する請求項３または４記載の液膜形成装置。
  7. 【請求項７】 水平に保持された基板の周りに、この基
    板の表面と同じ高さまたはその近傍の高さとなるよう
    に、当該基板に密着してあるいは隙間を介して液受け台
    を相対的に位置させる工程と、 次いで前記基板の有効領域の幅とほぼ同じ長さかそれよ
    りも長い処理液の供給領域を有する処理液の供給ノズル
    により、前記基板の一方端側の前記液受け台の上に処理
    液を供給して前記基板の有効領域をカバーできる長さの
    液盛りを行う工程と、 その後基板を回転させずに、前記基板の他方端側の外方
    に向けて前記供給ノズルの長さ方向に直交する方向に、
    当該供給ノズルを移動させながら処理液を流出させて基
    板表面全体に亘って処理液を液盛りする工程と、を含む
    ことを特徴とする液膜形成方法。
  8. 【請求項８】 基板の表面全体に亘って処理液の液盛り
    を行った後、基板の上方側及び下方側から基板に洗浄液
    を供給して基板を洗浄することを特徴とする請求項７記
    載の液膜形成方法。
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