JP3708437B2 - 液状ポリマーおよび他の材料の改善された収率および線幅特性 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般にマイクロエレクトロニクス製品を製造する分野に関する。より特定的には、本発明は液体ポリマーの収率および線幅特性の改善に関する。
【０００２】
（背景技術）
リソグラフィープロセスは、より微細な構造寸法を改善された収率で達成する点において、厳しい進歩の最中にある半導体工業の主要な原動力の一つである。即ち、臨界寸法（CD）制御の改善、並びにプロセスに誘起された欠陥および粒子数の減少が同時に満たされる必要がある。
【０００３】
液体モジュールプロセスの開発は、ますます小さくなっているライン幅をパターンニングする上で重要な役割を演じる。現像に先立って、一連のフォトリソグラフィープロセスの結果として、レジスト膜に高溶解度の領域および低溶解度の領域が形成される。現像プロセスの間に、レジスト膜に転写された画像がウエットプロセスによって三次元構造に現像される。その後のエッチングプロセス（殆どはドライプロセス）によって、この画像は基板（Si，SiO2，ポリSi等）に転写される。良好な現像プロセスの多くの変形例が存在する。一般に、典型的な現像プロセスは二つの主要な部分を有する。第一の部分では、低rpmで回転するウエハー上に現像液が散布された後、静的パドルが形成され、長い静的工程または振動工程において溶解度の高い領域がエッチング除去され、フィルム上に３次元画像が形成される。パターン化された画像の品質、側壁角度の値およびCDの制御は全て、現像プロセスのこの第一の部分によって大きく影響される。化学的ウエットエッチングプロセスの直後に、脱イオン（DI）水でのリンス工程が行われるが、その主要な機能は、溶解したレジスト、並びにパターン化されたウエハー上の微小粒子および欠陥要因を含む現像液組成物を洗い落とすことである。当然ながら、このリンス工程はリソグラフィープロセスの収率改善において極めて重要である。
【０００４】
これまで、上記で述べた改善された臨界寸法制御、減少したプロセス誘起性欠陥要素および低下したプロセス誘起性粒子の要件は、完全には適合していなかった。必要とされているのは、これら全ての要件に同時に対処する溶液である。
【０００５】
（発明の開示）
本発明の主な目的は、収率を改善することである。本発明のもう一つの主要な目的は、改善されたCD制御能力である。本発明は、水トラックツール現像液モジュールにおけるこれら両方の問題の解決を提供する。
【０００６】
本発明の第一の側面は、pHの急激な変化を低下させることによって現像反応物の沈殿を最小限にするための方法に基づく実施例において実現され、該方法は：ある量の現像液を用いて基板上のポリマー層の少なくとも一部を現像ることと；次いで、前記現像液量の少なくとも一部を前記ポリマー上に滞留させて、その後の急激なpHの変化を制御可能に最小化することと；次いで、ある量のもう一つの液体を用いて前記ポリマーをリンスすることとを含む。本発明の第二の側面は、pHの急激な変化を低下させることによって現像反応物の沈殿を最小限にするための方法に基づく実施例において実現され、該方法は：初期量の現像液を用いて基板上のポリマー層の少なくとも一部を現像することと；次いで、追加量の前記現像液を用いて前記ポリマーをリンスして、その後の急激なpHの変化を制御可能に最小化することと；次いで、ある量のもう一つの液体を用いて前記ポリマーをリンスすることとを含む。本発明の第三の側面は、pHの急激な変化を低下させることによって現像反応物の沈殿を最小限にするための方法に基づく実施例において実現され、該方法は：ある量の現像液を用いて基板上のポリマー層の少なくとも一部を現像することと；次いで、前記基板をある量の緩衝液に接触させることにより、前記現像液の少なくとも一部を前記量の緩衝液の少なくとも一部と混合して、その後の急激なpHの変化を制御可能に最小化することと；次いで、ある量のもう一つの液体を用いて前記ポリマーをリンスすることとを含む。
【０００７】
本発明の第四の側面は、基板上の現像すべきポリマー層に対する液体衝突力を最小限にすることにより、収率および線幅制御特性を改善するための装置に基づく実施例において実現され、該装置は：液体を供給するように適合されたマニホルドと、該マニホルドに結合された複数の液体導管と；前記複数の液体導管内に配置された複数の管状挿入物とを含んだノズルを具備する。本発明の第五の側面は、基板上の現像すべきポリマー層に対する液体衝突力を最小限にすることにより、収率および線幅制御特性を改善するための装置に基づく実施例において実現され、該装置は：現像液を供給するように適合された現像マニホルドと；前記現像マニホルドに結合された複数の現像液オリフィスと；リンス液を供給するように適合されたリンスマニホルドと；前記現像マニホルドに結合された複数のリンス液オリフィスとを含むノズルを具備し、前記現像マニホルドおよび前記リンスマニホルドは前記ノズルの外部幅を低下させるように交互に配置されている。本発明の第六の側面は、基板上の現像すべきポリマー層に対する液体衝突力を最小限にすることにより、収率および線幅制御特性を改善するための装置に基づく実施例において実現され、該装置は：現像液を供給するように適合された現像マニホルドと；前記現像マニホルドに結合された複数の現像液オリフィスと；リンス液を供給するように適合されたリンスマニホルドと；前記リンスマニホルドに結合され、且つ少なくとも一つのリンス液軸を定義するように配置された複数のリンス液オリフィスとを含むノズルを具備し、前記ノズルは、前記基板に対してノズルを上下させるように適合され、且つ前記少なくとも一つのリンス軸を前記基板の中心に対する垂線と実質的に同一平面になるように再配置するように適合されたブラケットに結合される。
【０００８】
本発明のこれらの目的および側面、並びに他の目的および側面は、以下の説明および添付の図面と一緒に考慮したときに更によく理解されるであろう。しかし、以下の説明は本発明の好ましい実施例およびその多くの具体的な詳細を明示しているが、これらは限定的なものではなく、例示のために与えられるものである。本発明の精神を逸脱することなく、本発明の範囲内で多くの変更および改変を行うことができ、本発明はこれら全ての変更を含むものである。
【０００９】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明を構成する利点および特徴、本発明で与えられるモデルシステムの部品および動作の明瞭な概念は、本明細書の一部を形成する添付図面（ここで、同様の参照符号は、それが２以上の図に出てくるときでも同じ部分を指す）に示した例示的な、従って非限定的な実施例を参照することによって更に容易に明かになるであろう。なお、図面に示した特徴は必ずしも縮尺通りではない。
本発明、並びにその種々の特徴および利点の詳細を、添付の図面および以下の好ましい実施例の説明で詳述する非制限的実施例を参照して更に完全に説明する。周知の部品の処理技術の説明は、本発明の詳細を不必要に混乱させないように省略する。
【００１０】
本発明の内容には、微細構造（例えばマイクロエレクトロニクス構造）のフォトリソグラフィー加工が含まれる。これらの構造は典型的にはエッチングされ、問題のポリマーは、エッチングによって少なくとも大きく影響を受けずに残るべき該構造の一部をシールドするマスクとして機能する。現像されるこのポリマーは、ネガ型フォトレジストおよび／またはポジ型フォトレジストであることができる。本発明はまた、接続された個別のハードウエア部品を駆動するため、例えばノズルを再配置し、または回転速度を変更するために、ポリマー処理の状態を特徴付ける信号を変換するデータ処理方法を利用することができる。
【００１１】
本発明には、新規な多重ポート供給装置（ノズル）を用いることによって、現像プロセスの際に、フォトリソグラフィー工程に使用される液状ポリマーの欠陥密度を低減することが含まれる。多重ポート供給装置の一つの重要な側面は、液滴衝撃を低減することである。この供給システムは、前提条件として均一な空気の層流フィールドが存在する現像液モジュールの中にある。この装置は、その優れたリンス作用に起因して、欠陥密度の顕著な低減を可能にする。加えて、この多重ポートノズルシステムは、如何なる交差汚染も伴わずに、二つの異なる現像液の化学（リンス化学に加えて）をサポートすることを可能にする。この現像液および脱イオン水の両者のための供給システムは、液体の衝撃力を低減して、微小構造寸法における収率管理上の重要な問題であるパターン崩壊を防止する。
【００１２】
本発明は、ウエハートラックツール現像液モジュールの一部であることができる。この出願において、本発明は、１）如何なるクロストークも伴わずに、二つの異なる現像液の供給を支持する多重ポートノズルシステムと、２）リンス工程の際に、脱イオン水を供給するために使用される同一もしくは類似の形状の第二の多重ポートノズルシステムと、３）現像プロセスの全体を通して二つの化学現像液並びに低衝撃要件を支援するために、１）または２）の何れかの部分を実行することとを含むものとして分類することができる。本発明は、露出されたウエハー全体に現像液を均一に分布させることによって、現像液モジュールの臨界寸法（CD）変動寄与を低下させることを含む。これにより、ウエハートラックシステムがその現像液モジュールの中にこのような装置を含むときに、ウエハートラックシステムの全体のCD制御能力が改善される。このトラックシステムは、ステッパに結合することができる。ここで用いる「結合する」の用語は、必ずしも直接的でなく、また必ずしも機械的ではないが、連結されることを意味する。
【００１３】
本発明は、現像されたレジスト構造の崩壊防止を補助することを含み、また急激なpH変化を低減することを含む。ここでpHの変化を特徴付けるために使用する「急激な」の用語は、略1秒未満（好ましくは略0.1秒未満、より好ましくは略0.01秒未満）の間隔を置いた二つの変曲点を含む時間に対するpHの変化として定義される。このような二つの変曲点の略一致した発生は、ステップ関数と称することができる。
本発明は、基板上の現像すべきポリマー層の上に、現像液および脱イオン水の両方を供給するために使用できる多重ポートノズルのための多くの設計を含むことができる。このノズルは、液垂れを最小限にしながら、最適な空間液体流速を与えるために配置された出口の幾何学的配置を提供する。本発明には、フィルムに対する液体の衝撃力を低下させることによって、現像されたレジスト構造の崩壊防止を補助することが含まれる。本発明は、少なくとも一つのポートにノズル挿入物を設けた多重ポートノズルを提供することを含む。この挿入物は、ノズルの作業液に対して低い摩擦係数（静摩擦係数または動摩擦係数）を有する材料で製造することができる。
【００１４】
本発明には、前記挿入物を、それらが配置される材料を越えて延設することが含まれる。この延設は内部的であることができ、それによって該挿入物は入力マニホルドの中に伸びる。この延設は外部的であってもよく、それによって該挿入物はノズル本体の底部を越えて伸びる。
挿入物を延設することの利点は、内部マニホルドが空気均等化容器(air equalized reservoir)として機能し、それによってポートに対する静的圧力の均等化に影響することを可能にすることである。挿入物を外部に延設することの利点は、作業液の圧力を反転させて吸引を達成することにより、蓄積残留液を移動させるための操作を行うにもかかわらず、ノズル本体の底面に残留作業液が蓄積するのを防止することである。
【００１５】
本発明には、作業液マニホルドを互い違いに配置することが含まれる。作業液マニホルドを互い違いに配置することにより、互い違いでない半径方向の空洞内部区画の非交差形状によって可能なよりも、これらマニホルドの主軸を相互に近接させることができる。これらマニホルドを互い違いに配置することの利点は、多重ポートノズルの全体の幅が狭くなることである。特に、ポート間で静的圧力を均等化する機能的要件に起因して、マニホルドの外部により定義される容積が増大する場合には、マニホルドを互い違いに配置することは、マニホルドが二つしか存在しないときであっても有用である。
【００１６】
本発明は単一のノズルヘッドを含んでおり、該ヘッドは、全ての液供給を一つのヘッド位置で行うことがでできるように互い違いに配置された孔の列を通して、異なった化学性を有する二つの現像液および一つのリンス用脱イオン水を供給する。これによって、ヘッドを排液位置から単一の分注位置へと移動させるために、回転シリンダアクチュエータを使用することが可能になる。サーボによる位置制御は必要とされない。孔のDI列は、全体のウエハーをリンスするためにセンタリングされる。以下で更に詳細に述べるプロセスデータは、5mmの現像液のオフセットによって実際に処理結果を改善されることを示しているので、現像液の列は、好ましくは5 mmオフセットされる。分注孔は、小径の端部をもった管にプレス加工することができる。これらの管には、利益を与える少なくとも二つの品質が存在する。第一に、半径の小さい端部は液体を付着させる表面を提供しない。この底面における如何なる液体の付着も、中心から外れた分注流を生じさせる可能性がある。また、底部の水平表面上にある液体は、二つの流れをひとつの大きな流れに合流させる可能性がある。これは、ヘッド上の異なる化学薬品間での汚染がないことが決定的に重要なときには特に問題である。第二に、管にプレス加工するときのように、半径方向のエッジまたは端部となるべきチップを形成することは、非常に平滑な内表面を可能にし、液体の付着を生じるような異常を排除する。小さな表面異常でも、流れを間違って方向付けする可能性がある。粗い表面は制御不能な液体付着を生じ、これは化学薬品の乾燥および汚染を生じる可能性がある。液体／空気界面の形状は良好に制御されるから、バブルを吸い込む機会は減少する。「プレナム」内腔の位置は互い違いに配置されて、現像液の5mmオフセットを維持することを可能にし、また幅1.5インチ上の三つの薬品列を可能にする。全ての孔は、基本的には分注ヘッドが一体部品になるように配置される。
【００１７】
図１は、一つの化学的液体を分注するための、多重ポートノズル100の一実施例を示している。ノズル100は、前面105から裏面まで測定された、液体を受けるウエハーの半径に等しい最大幅を有している。ノズル100は、該ノズル底面115に対する垂直軸に沿って配置された複数の導管を有する主アーム110を含んでいる。入口マニホルド130は、取り込まれた液体を収容し、次いで、該液体はノズルを通して分配され、複数の出口101を介して回転するウエハー上に分配される。この実施例において、出口101は、主アーム110の幅を横切って線形に並んでいるように示されている。ノズル100の幅は、ウエハーが完全に１回転するときに、分注された液体が全ウエハーを覆うことを可能にする。このように、ノズル100は均一且つ迅速な液体の分布を提供するが、現像液の塗布にとって、これは改善されたCD制御のための重要な要件である。
【００１８】
図２は、本発明のもう一つの実施例を示していおり、この場合の多重ポートノズル200は、一つの液体または化学性の異なる二つの液体を受け取るための、取り込みマニホルド230を含んでいる。入口マニホルドからの液体は、第一のアーム210と第二のアーム220の間で分布されることができる。各アーム210および220は、ノズル200の用途に応じて、異なる配置または同一の配置の出口301（図３に示す）を有することができる。ノズル200はまた、ウエハーの半径に等しい前面205と裏面との間の幅を有することにより、分注された液体がウエハーの完全な１回転の間にウエハーの全体を覆うことを可能にすることができる。仕切り335は、入口マニホルド230の中の液体流を分割する。図２は、一つの液体流を第一の入り口チャンネル340に案内する入口マニホルド230を示している。第一の入口チャンネル340は、第一のアーム210内の導管345と合体する湾曲部342を含んでいる。このマニホルドは、もう一つの液体流を第二の入口チャンネル360に案内する。この第二の入口チャンネル360は、第二のアーム220内の第二の管状挿入物365と合体する湾曲部362を含んでいる。好ましくは、ノズル200の底面380上の出口301は、ノズル200の幅を横切って線形に整列されるが、以下で更に説明するように別の配置も可能である。ノズル200の構成は、温度制御を伴って、且つ分注の際の交差汚染を伴わずに、二つの異なる現像液化学の使用に適合する。ノズル200は現像液の分注と共に、またはこれとは別に、脱イオン水の分注を可能にする。しかし、ノズル200またはその同様の変形は、単一または二つの化学バージョンの現像液に集積されてもよい。
【００１９】
本発明のもう一つの重要な特徴は、その多重ポートの特徴に起因して、このノズルの衝撃力が単一孔ノズルに比較して顕著に低減されることである。この低減された衝撃力は、高いアスペクト比（これは液体の衝撃によるパターン崩壊を受け易くする）を有する傾向にある更に小さなCD寸法のために重要である。本発明の実施例は、現像液および脱イオン水による衝撃力を減少させる。このようにして、現像工程の全体を通して衝撃力が最小化されることにより、公知の技術によって与えられるよりも高い収率で、より小さい構造寸法をパターンニングするための信頼性のある方法が保証される。現像液および脱イオン水の両方を使用するための多重ポートノズルのもう一つの顕著な利点は、それがプロセスの許容範囲を増大させることである。加えて、多重ノズルの改善された液体の分注および分配能力は、回転速度および液体分注速度のような機械的プロセス変数について、全体のプロセスのより良好なコンプライアンスを保証する。従って、本発明により提供されるもう一つの追加の利点は、CD制御ならびに良好な欠陥特性および粒子特性を維持しながら、総現像処理時間を減少させる能力である。
【００２０】
図４は、本発明のもう一つの実施例を示しており、ここでは多重ポートノズル400が一または二の現像液、および／または脱イオン水を分注することができる。好ましくは、ノズル400を一つの位置に位置決めすることによって全ての分注を達成できるように、ノズル400は二つの現像液および脱イオン水を分注する。ノズル400のヘッド420は、分注液および／または脱イオン水を収容するための三つの入口、または入口マニホルドを有する頂面425を含んでいる。図４において、一つの好ましい構成は、第一の現像液のための第一の入口405、脱イオン水のための第二の入り口410、および第二の現像液のための第三の入口415を提供する。好ましくは、スペースを節約し、ノズル400の全体の大きさを減少させるために、二以上の入り口が頂面425に対して互い違いに配置される。図４において、第一の入口405は第二の入口を中央に配置して第三の入口415から互い違いに配置され、および／または第二の入口は第一の入口405と第三の入口415との間でオフセットされる。図５は、ヘッド420の端面を示しており、内部マニホルドを入口に対応した内腔チャンバとして示している。好ましくは端面520は、第一の現像液のための第一の入口405と合体した第一のマニホルド505、脱イオン水のための第二の入口410と合体した第二のマニホルド510、および第二の現像液のための第三の入口415と合体した第三のマニホルド515を含んでいる。ノズルの寸法を更に小さくするために、端面を横切って二以上のマニホルドを相互に互い違いに配置してもよい。好ましくは、第一のマニホルド510は端面520の中央に配置され、第二のマニホルドおよび第三のマニホルド515は、第一のマニホルド505の両側に対称に三角形状で分布される。
【００２１】
図６は、図４の線Ａ−Ａに沿った断面図であり、一例として、垂直軸に沿って底面680を垂直に貫通する複数の導管670を含んだ、第三のマニホルド515を示している。第三のマニホルド515の構造は、好ましくは第一および／または第二のマニホルド505，515と同一であり、これについて、全体の実施例の代表例として更に詳細に説明する。第三のマニホルド515について例示されるように、導管670の夫々は、内部端660および外部端655を有する管状挿入物650を有することができる。好ましくは、夫々の管状挿入物の内部端660は、或る高さで第三のマニホルド515の中に延出する。第三のマニホルド515に導入される液体は、第三のマニホルド515内に集積された液体のレベルが内部端660の高さを越えなければ排出されない。このように、内部端660は、管状挿入物650の内部端660から底部マニホルド表面665までの、定義された深さを有する容器を形成することができる。このように、内部端660の高さは、第三のマニホルド615内の静圧を一定に、または対応する液体導管670に対して等しく維持するためにも使用することもできる。同様に、挿入管650の外部端は、ノズル400の底面680を越えて延出してもよい。
【００２２】
管状挿入物650は、それがなければ現像液または脱イオン水の流れを誤って方向付ける可能性のある表面欠陥を最小限にし、またはこれを排除する非常に滑らかな内部表面を提供するように形成することができる。また、管状挿入物650内の液体／空気界面が制御されるので、管状挿入物650の非常に滑らかな表面は、バブルの吸引を回避する。管状挿入物650はまた、マニホルドの内部およびノズルの外部の両方に薄い半径方向のエッジを提供し、これは、その中を通過する液体に接触し得る管状挿入物の面積を減少させる。これにより、ノズル500は、導管に接触する現像液および／または脱イオン水の液流に関連した問題、例えば液体の付着または流れを中心から引っ張る他の問題を回避することが可能になる。加えて、外部端655はノズル400を越えて充分に延出し、流れが底面680上に一緒に引き寄せられるのを回避する。
【００２３】
図７は、ノズル400の底面680における出口の好ましい配置を示している。出口は、図示のように線形に配置し、または実際の面積を節約するように互い違いに配置すればよい。一実施例において、中心列705の出口は、処理される全体のウエハーがリンスされ得るように脱イオン水を分配する。出口701の第二および第三の列710および715は、少なくとも一つ、好ましくは二つの現像液を分注するように、第二のマニホルド510および第三のマニホルド515にそれぞれ結合されてもよい。
図８は、互い違いに配置されまたはオフセットした入口405，410，415を組込んだノズル400の斜視図を示している。このノズル400は、ノズルをウエハー上のアームまたはスタンドに固定するために、第一の長手方向端820上の旋回自在な装着ブラケット810を含むことができる。また、ノズルはコンパクトであり、頂部表面425から底面680まで伸びる1.5インチの好ましい垂直方向高さを備えている。ノズル400は、ノズルをウエハー上のアームまたはスタンドに固定するために、第一の長手方向端820上に旋回可能な装着ブラケット810を含むことができる。また、ノズルはコンパクトであり、頂部表面425から底面680まで伸びる1.5インチの好ましい垂直方向高さを備えている。
【００２４】
図９は、図４の線Ｂ−Ｂに沿ったノズル400の断面図である。このノズル400は、第一の複数の管状挿入物650aに結合された第一のマニホルド505を含むように、図９に示されている。同様に、第二のマニホルド510は、第二の複数の管状挿入物650bに結合され、また第三のマニホルド515は、第三の複数の管状挿入物650cに結合されている。第一、第二および第三の管状挿入物650a，650bおよび650cの夫々は、好ましくは、それぞれ第一、第二および第三のマニホルド505，510，515の内側に伸びており、各管状挿入物の内部延長部660a，660b，660cは、対応するマニホルドと共に容器を形成するようになっている。マニホルド505，510および515内の各容器の高さは、図１２および図１３、並びにテキストに記載したように、夫々の内側延長部660a，660b，660cの長さによって個別的に設定すればよい。
【００２５】
図１０は、図４の線Ｂ−Ｂに沿ったノズル400の断面図である。図１０に示すように、夫々の入口は、マニホルドに結合され又は該マニホルドの一部を形成する一以上のチャンバーを用いて、マニホルドに結合することができる。特に、図１０は、第一の入り口405が、第一の入口チャンバ1005を用いて第一のマニホルド505に結合され、又第三の入口は、第三の入口チャンバ1005を用いて第三のマニホルド515に結合されることを示している。図１１は、図４の線Ｂ−Ｂに沿ったノズル400の断面図である。他の入口およびマニホルドの場合と同様に、図１１は、第二の入り口410が、第二の入口チャンバ1110を用いて第二のマニホルド510に結合し得ることを示している。他の実施例では、追加の入口を、チャンバを含む同様の構造を使用して対応するマニホルドに結合することができる。また、図１０および１１は、異なったマニホルドから生じる流れの合体を回避するために、ノズル400の底面680から伸びる管状挿入物650a，650b，650のもう一つの透視図を提供する。
【００２６】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明で使用するための管状挿入物650の一つの実施例を示している。図１２Ａに示されるように、管状挿入物は、丸い断面1210を含むことができる。しかし、本発明の他の実施例では、矩形または多角形を含む非円形断面を使用してもよい。管状挿入物650の高さは、管状挿入物を保持するマニホルドの垂直方向位置、または管状挿入物の内部端660によって定義される容器の所望の深さによって設定すればよい。図１２Ａは、第一のマニホルド505または第三のマニホルド515のような、底面６８０に近いマニホルドのための短い高さを有する管状挿入物650を示している。或いは、図１２Ａの管状挿入物は、第二のマニホルド510内に、より浅い容器を形成するために使用することができる。
図１３Ａおよび図１３Ｂは、管状挿入物のもう一つの実施例を示している。先の実施例と同様に、図１３Ａの管状挿入物は丸い断面を含んでいる。他のマニホルドに対して底面680から距離を置いたマニホルドのためには、図１３Ｂに示す更に長い管状挿入物が好ましい。こうして、図１３Ａの管状挿入物650は第二のマニホルド510のために好ましいものである。また、図１３Ｂの管状挿入物も、より深い容器を、第一のマニホルド505または第三のマニホルド515内に形成するために使用することができる。1.5インチの深さを有する最適なノズルについて、図１２Ｂおよび図１３Ｂに示すように、管状挿入物650は0.352インチ〜0.665インチの間で変化することができる。
【００２７】
図１４は、ノズル400の斜視断面図である。第一の入口405および第二の入口410は、ノズル400の頂面425に中心から外れて、または互い違いに配置して示されている。端面520は、第一のマニホルド505および第二のマニホルド510を含んでいる。この実施例では、この実施例の他のマニホルドの例として、第二のマニホルド510について更に詳細に説明する。第二のマニホルド510は、拡大されたチャンバ1410を含んでいる。拡大されたチャンバ1410は、第二のマニホルド510の残りを形成する内腔セグメント1420と合体する。第二の入口チャンバ1010は、第二のマニホルド510と共に第二の入り口410に結合する。管状挿入物650bは、外部端655が底面680を越えて伸びるように、導管670を通って延出する。同様に、内部端660は第二のマニホルドの底面556上に或る高さを形成し、これは第二のマニホルド510が液体を収容するときの容器の深さを定義する。こうして、脱イオン水のような液体は第二の入口410を通して収容され、第二のマニホルド510の内腔区画1420を通って広がる。液体のレベルが高さ1430を越える前に、液体は第二のマニホルド510内に容器を形成する。液体が高さ1430を越えると、液体は管状挿入物650bの中に侵入し、これを通って外部端655から流出する。脱イオン水の場合、こうして生じたノズル400からの流れは、リンス液の微細な分注を与える。
【００２８】
特定の如何なる特性指標または診断指標にも限定されるものではないが、本発明の好ましい実施例は、ウエハーの表面全体に亘る実質的に均一な現像速度の存在について試験することにより、一度に同定することができる。実質的に均一な現像速度についての試験は、単純な従来のIPEC Awmap速度マップまたは回転速度試験を使用いすることにより、過度な実験を伴わずに行うことができる。
回転するウエハーの中心と最も近い現像流との間にどれだけ多くのオフセットが許容され得るかを決定するために、回転速度試験が行われた。使用いした基準は、現像の均一性が影響を受けるまでオフセットを増大させることであった。これは、現像モジュールについて考慮される殆どの分注ノズル設計において、固有のオフセットを知るために重要である。
【００２９】
図１５〜図１８は、分注の際の回転速度を60rpm〜2500rpmの範囲で変化させながら、0 mm、5 mm、10 mmおよび20 mmのノズルオフセットを用いて、ウエハー上で同時に現像試験を行った結果を提供するものである。この試験により、少なくとも5mmのオフセットは、ウエハー全体の現像の均一性に対して悪影響がないことが分かった。おそらく、5 mm以下のオフセットを持ったノズル設計は、ウエハーの中心において不均一な現像を生じないはずである。5 mm〜10 mmの或る点において、液体はもはやウエハーの中心を濡らさず、現像は大きく抑制される。ウエハーの回転速度はオフセットと幾らか相互作用しており、10 mmの限界オフセットにおいて最も明かである。
【００３０】
本発明の好ましい実施例は、一つのウエハー半径長のバー内に三つの平行列の孔を含んでいる。この単一のノズルは、脱イオン水（DI）および現像液の両方を分注するであろう。ウエハー上における半径方向でのアームの位置決めは空気圧シリンダで行われるから、どの液体が分注されるかにかかわらず、ウエハーに対して唯一のノズル位置が存在するであろう。従って、一組の孔のみがウエハーの中心上に正確に配置され、DI分注は、液体がウエハーの中心に近接する予め定められた位置を取ると思われる。典型的な現像プロセスでは、回転しているウエハー上に液体が分注されるので、液体が遠くに離れて分注されると、遠心力が、その液体が中心に到達するのを妨げるであろう。この試験は、ウエハー全体に亘る現像の均一性が影響を受けずに、中心からのどの程度のズレが可能であるかを決定するために行われた。
現像液は、中心から0 mm，5 mm，10 mmおよび20 mmの固定オフセットで分注された。遠心力の相違はセンタリングのオフセットと相互作用して、ウエハーの中心に到達する現像液に影響するので、分注の際の初期回転も変化させた。60 rpm，600 rpm，1200 rpm（標準）および2500 rpmの速度を使用した。
【００３１】
図１９Ａ〜図２２Ｄを参照すると、下記を含む幾つかの理由で、現像品質の尺度として副現像技術が選択された：（１）副現像技術は線幅測定に比較して迅速である；（２）副現像技術はライン幅またはＥ°測定よりも高い解像度を有し、またＥ°測定よりも主観的でない；（３）幾つかの離間した位置とは対照的に、全体のウエハー領域を使用することができる；（４）Ｅ°の場合よりも遥かに高い露光および現像速度を用いると、揺動曲線、微小走査強度の均一性、PEBの均一性等のような現像速度に対する要因に比較して、現像処理の効果が遥かに支配的である。レジスト膜は完全な脱保護に近くなるので、現像は単純なエッチングプロセスになり易い。現像後のウエハー全体に亘る色均一性の品質測定に加えて、ウエハー全体に亘るレジスト除去の相違を、IPEC Acumap厚さ測定システムで定量化した。このツールは、ウエハー全体に亘って1mm間隔（30,000を越える位置）で厚さを測定するが、実際問題としては、この報告での計算のために121の露光領域の中心における厚さのみを使用した。
【００３２】
この試験のために、ベースライン化学、TOK、およびプロセスを使用した。現像レシピを変更して、現像およびDI分注の際にはアーム移動を排除した。現像液の分注のために、ノズルの好ましい実施例を使用した。アームプログラムにおける0オフセットで、最も中心の孔がウエハーの中心上にあるように調節した。現像プロセスのパドル部分は、60.5から5.5秒に短縮された。使用した露光量は12ｍJ／cmであった。（E°量は略6.5〜7.0 mJ／cm）。現像液流量計は略3.8に設定され、また容積はチェックしなかったが、この件での過去の実験からは約50ｍLとすべきである。全てのウエハーをPEBにより一度に処理し、次いで、現像器（ここでは各ウエハー毎にパラメータがランダム化された順序で変化される）の中に別々に導入した。
先ず、PEB後の現像直前の二つのウエハーについて測定された厚さから、現像後の121の位置でのレジスト厚さを差し引くことによって、現像速度を測定した。この方法において、現像前の厚さにおけるウエハー間の相違は相対的に無視できるものと仮定し、また代表的なウエハーは、全ての速度計算についての「前の」ウエハーであり得ると仮定した。除去されたレジストを、現像時間（分注＋パドル＋充填；この試験では全てのウエハーについて10秒）で除算した。
【００３３】
PEBおよび現像の間の初期厚さを測定することは、二つの理由で注目に値する。第一に、以前の多くの現像速度計算は露光前の厚さを使用して行われていた。元の8500Åからの厚さロスは約1000Åであったから、これは現像速度の正確な見積りであるに違いない。第二に、全てのウエハーについて、露光された領域が明瞭に見ることができ、またウエハー全体に亘って特徴的なパターンが見られた。これは、ウエハー全体に亘る相対的脱保護の測定基準として有用であり、幾つかの論文もまたこれを記載している。それは、現像プロセスに依存しないという望ましい性質を有している。
使用したレシピの現像部分は下記の通りである。
【００３４】
操 作 時間（秒） 速度（rpm） アームＸ（mm）
回転 1.0 60−2500 0−20
現像液分注 1.0 同上 同上
現像液分注 2.0 20 同上
回転 6.5 0 同上
回転 0.5 1200 同上
この試験の結果を下記の表に纏めて示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
全体に、データ中の明瞭なブレークが5 mm〜10 mmオフセットの間に存在する。五つは0よりも若干良好である可能性があり、20は最悪である。主な影響はアーム位置であるが、特に10 mmのオフセットについて、回転速度分注の際の回転速度が見られる。予想されるように、特に10 mmおよび20 mmについて、中心の一つの点が不均一性の原因である。ウエハーの中心と残部との間の変化を捕らえるためには、他の120点が中心を希釈する傾向にある標準偏差よりも、その範囲の方が、ここでの不均一性のためのより有用な尺度である。
【００３７】
これらのデータには極く僅かの分散しか存在しないので、異なる回転速度の間の比較を容易にするために、3次のポリ公称線(a third order polynominal line)がデータ全体に適合される。図１５〜図１８によって、表中に見られる傾向が確認される。即ち、主な不均一性は、最高速度についてのデータの中心と残部との間にあり、0mmおよび5mmは最大オフセットよりも明らかに均一であり、10mmではオフセットと速度との間に相互作用が存在する。
【００３８】
図１９Ａ〜図２２Ｄは、一つの重複を除いて、全てのウエハーについてのIPECマップを示している。（このマップは、プリントアウトでよりもモニター上でより良好に見える。モニターは拡大できる利点がある）。相対的な均一性をウエハー間で比較できるように、異なる色に亘る速度範囲は一定に維持される。灰色および白の領域はスケールから外れている。ここでは、ウエハー上でも明瞭に見えるように、10 mmのオフセットから出発すると、現像液がウエハーと少ししか（または全く）接触せず、現像速度が遥かに低い「孔」が中心に形成されることが分かる。
【００３９】
この試験によって、中心からの幾らかのオフセット（少なくとも5 mmまで）は、現像液の分注にとって許容可能であることが確認された。中心および最も近い現像液流からのオフセットが5 mm〜10 mmの間の幾つかの点では、液体がウエハーの中心と接触しなくなり、現像速度が大きく抑制された領域を生じ、顧客ウエハーに対して疑いもなく破滅的な収率ロスを生じる。より大きなオフセットは、この影響を悪化させる。液体が最初にウエハーと接触するときに使用する回転速度との温和な相互作用が存在し、これは10 mmオフセットの明かな限界条件において主に示されている。測定されたこれらの均一性は、5 mmのオフセットについては0mmよりも実際には僅かに良好であるが、この試験ではおそらく有意な差ではない。
これらの結果は、最も中心にある流れが中心から5mm以内である限り、前記ノズル設計はウエハーの中心における現像速度を不均一にしないはずであることを示している。
【００４０】
（発明の効果）
本発明の一実施例に相当するプロセスおよび／またはノズルは、コスト効果的であり、また少なくとも以下の理由で有利であることができる。本発明は、現像液モジュールのCD制御能を改善する。本発明は、現像プロセスの際に欠陥および粒子の数を減少させ、それによって最終装置の収率を改善する。本発明は、プロセスの現像部分およびリンス部分の両方についてノズルの低い衝撃力を組合せ、現像される構造に対する衝撃力を最小化する。これはパターン崩壊を最小化して、装置の収率を改善する。本発明は広いプロセス寛容度を有し、プロセス変数に対する低い感受性を有する。本発明は改善されたリンス作用を含み、これは総現像処理時間を低減してスループットを増加させる。当該ノズルの利点には、オールインワン設計（二つの現像液のための3列の孔および必要であれば脱イオン水のための1列の孔を一つのヘッドの中に）を可能にすることが含まれる。当該ノズルの利点には、コンパクトな設計（例えば、三重ヘッドについて1〜1.5インチ幅のノズル）が含まれる。当該ノズルの利点には、低価格が含まれる。当該ノズルの利点には、製造が容易な一体設計が含まれる。当該ノズルの利点には、改善された粒子特性のための平滑な内面を持った管状挿入物が含まれる。
【００４１】
ここで説明した本発明の全ての開示された実施例は、過度な実験を伴うことなく実現および実施することができる。発明者等が想定している本発明を実施するための最良の形態を上記で開示したが、本発明の実施はこれに限定されない。従って、当業者は、ここで詳細に説明した以外の方法で本発明を実施し得ることを理解するであろう。
例えば、個々の部品は開示された形状で形成し、または開示された構成で組立てる必要はなく、実際には如何なる形状で与えられてもよく、また実際に如何なる構造で組立てられてもよい。更に、個々の部品は開示された材料で製造する必要はなく、実際には如何なる適切な材料で製造してもよい。更に、ここに記載した多重ポートノズルは物理的に分離されたモジュールであってもよく、多重ポートノズルはそれに関連する装置の中に一体化してもよいことは明らかであろう。更に、開示された夫々の実施例における全ての開示された素子および特徴は、他の全ての開示された実施例における素子および特徴と組み合わせ、またはこれらで置き換えることができる。しかし、このような素子または特徴が相互に背反するときはこの限りでない。
【００４２】
本発明の概念の根底にある精神および範囲を逸脱することなく、種々の追加、変更および再構成をなし得ることは明かであろう。特許請求の範囲およびその均等物によって決定される本発明の範囲は、このような追加、変更および再構成の全てをカバーするものである。特許請求の範囲の記載は、与えられた請求項において、その限定要件が「ミーンズ・フォー」のフレーズを用いて明瞭に明示されていない限り、ミーンズプラスファンクションの限定を含むものとして解釈されるべきではない。本発明の好適な実施例は、従属請求項によって区別特化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す多重ポートノズルの底部斜視図である。
【図２】 本発明の一実施例を示す多重ノズルの頂部斜視図である。
【図３】 図２に示した多重ポートノズルの断面図である。。
【図４】 本発明の一実施例を示す多重ポートノズルの頂面図である。
【図５】 図４に示す多重ポートノズルの端面図である。
【図６】 図４に示した多重ポートノズルの線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図７】 図４に示した多重ポートノズルの底面図である。
【図８】 図４に示した多重ポートノズルの頂部斜視図である。
【図９】 図４に示した多重ポートノズルのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１０】 図４に示した多重ポートノズルのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１１】 図４に示した多重ポートノズルのＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図１２Ａ】 本発明の一実施例を表すノズル挿入物の端面図である。
【図１２Ｂ】 図１２Ａに示したノズル挿入物のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図１３Ａ】 本発明の一実施例を表すノズル挿入物の端面図である。
【図１３Ｂ】 図１３Ａに示したノズル挿入物のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図１４】 図４に示した多重ポートノズルのＡ−Ａ線に沿った断面斜視図である。
【図１５】 図１５は、本発明の一実施例を表す0 mmオフセットの現像軸について、基板の中心からの距離の関数としての現像速度を示す。
【図１６】 本発明の一実施例を表す5 mmオフセットの現像軸について、基板の中心からの距離の関数としての現像速度を示す。
【図１７】 本発明の一実施例を表す10 mmオフセットの現像軸について、基板の中心からの距離の関数としての現像速度を示す。
【図１８】 本発明の一実施例を表す20 mmオフセットの現像軸について、基板の中心からの距離の関数としての現像速度を示す。
【図１９】 Ａ−Ｄは、本発明の一実施例を表す0 mmオフセットの現像軸について、基板上の空間位置の関数としての現像速度を示す。
【図２０】 Ａ−Ｄは、本発明の一実施例を表す5 mmオフセットの現像軸について、基板上の空間位置の関数としての現像速度を示す。
【図２１】 Ａ−Ｄは、本発明の一実施例を表す10 mmオフセットの現像軸について、基板上の空間位置の関数としての現像速度を示す。
【図２２】 Ａ−Ｄは、本発明の一実施例を表す20 mmオフセットの現像軸について、基板上の空間位置の関数としての現像速度を示す。

Claims (21)

1. 基板上の現像すべきポリマー層に対する液体衝突力を最小限にすることにより、収率および線幅制御特性を改善するための装置であって：
   液体を供給するように適合されたマニホルドと；
   該マニホルドに結合された複数の液体導管と；
   前記複数の液体導管内に配置された複数の管状挿入物と；
   を含んだノズルを具備し、
   前記複数の管状挿入物は前記液体マニホルド中の内側に延出して、前記複数の液体導管に対して実質的に等しい静圧を維持するために適用される容器を形成する装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記複数の管状挿入物は前記ノズルの底を越えて外側に伸びる装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、前記複数の液体導管は一つの軸を形成するように整列される装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、前記ノズルは、前記基板に対してノズルを上下させるように適合され、且つ前記軸を前記基板の中心に対する垂線と実質的に同一平面になるように再配置するように適合されたブラケットに結合される装置。
5. 請求項３に記載の装置であって、前記リンス軸は前記基板の半径と同じ長さである装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、更に、前記ノズルに結合されたチャンバを含み、該チャンバは空気の層流フィールドを与えるように適合される装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、前記ノズルはもう一つのマニホルドを含む装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、前記液体マニホルドおよび前記もう一つのマニホルドを交差させることなく、または互い違いに配置することなく達成し得る前記ノズルの公称外部幅に比較して前記ノズルの外部幅を減少させるように、前記液体マニホルドおよび前記もう一つのマニホルドは互い違いに配置される装置。
9. 基板上の現像すべきポリマー層に対する液体衝突力を最小限にすることにより、収率および線幅制御特性を改善するための装置であって：
   現像液を供給するように適合された現像マニホルドと；
   前記現像マニホルドに結合された複数の現像液導管と；
   リンス液を供給するように適合されたリンスマニホルドと；
   前記現像マニホルドに結合された複数のリンス液導管と；
   を含むノズルを具備し、さらに、
   ｉ）前記複数の現像液導管およびｉｉ）前記複数のリンス液導管のうちの少なくとも一方の中に配置された複数の管状挿入物であって、前記液体マニホルド中の内側に延出して、前記複数の液体導管に対して実質的に等しい静圧を維持するために適用される容器を形成する、前記複数の管状挿入物と；
   を具備し、
   前記液体マニホルドおよび前記もう一つのマニホルドを交差させることなく、または互い違いに配置することなく達成し得る前記ノズルの公称外部幅に比較して、前記ノズルの外部幅を減少させるように、前記液体マニホルドおよび前記もう一つのマニホルドは互い違いに配置される装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記複数の管状挿入物は前記ノズルの底を越えて外側に伸びる装置。
11. 請求項９に記載の装置であって、前記複数の液体導管は一つの軸を形成するように整列される装置。
12. 請求項９に記載の装置であって、前記ノズルは、前記基板に対してノズルを上下させるように適合され、且つ前記軸を前記基板の中心に対する垂線と実質的に同一平面になるように再配置するように適合されたブラケットに結合される装置。
13. 請求項９に記載の装置であって、前記リンス軸は前記基板の半径と同じ長さである装置。
14. 請求項９に記載の装置であって、更に、前記ノズルに結合されたチャンバを含み、該チャンバは空気の層流フィールドを与えるように適合される装置。
15. 基板上の現像すべきポリマー層に対する液体衝突力を最小限にすることにより、収率および線幅制御特性を改善するための装置であって：
    現像液を供給するように適合された現像マニホルドと；
    前記現像マニホルドに結合された複数の現像液オリフィスと；
    リンス液を供給するように適合されたリンスマニホルドと；
    前記リンスマニホルドに結合され、且つ少なくとも一つのリンス液軸を定義するように配置された複数のリンス液オリフィスと；
    を含むノズルを具備し、さらに、
    ｉ）前記複数の現像液オリフィスおよびｉｉ）前記複数のリンス液オリフィスのうちの少なくとも一方の中に配置された複数の管状挿入物であって、前記液体マニホルド中の内側に延出して、前記複数の液体導管に対して実質的に等しい静圧を維持するために適用される容器を形成する、前記複数の管状挿入物と；
    を具備し、
    前記ノズルは、前記基板に対してノズルを上下させるように適合され、且つ前記少なくとも一つのリンス軸を前記基板の中心に対する垂線と実質的に同一平面になるように再配置するように適合されたブラケットに結合される装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、前記液体マニホルドおよび前記もう一つのマニホルドを交差させることなく、または互い違いに配置することなく達成し得る前記ノズルの公称外部幅に比較して、前記ノズルの外部幅を減少させるように、前記液体マニホルドおよび前記もう一つのマニホルドは互い違いに配置される装置。
17. 請求項１５に記載の装置であって、前記複数の管状挿入物は前記ノズルの底を越えて外側に伸びる装置。
18. 請求項１５に記載の装置であって、前記リンス軸は前記基板の半径と同じ長さである装置。
19. 請求項１５に記載の装置であって、更に、前記ノズルに結合されたチャンバを含み、該チャンバは空気の層流フィールドを与えるように適合される装置。
20. 請求項１５に記載の装置であって、前記複数の現像液オリフィスは現像液軸を形成し、前記現像液軸は前記リンス軸と実質的に同一平面にある装置。
21. 請求項２０に記載の装置であって、前記少なくとも一つの現像液軸は前記少なくとも一つのリンス軸に対して実質的に平行である装置。

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