JP3848930B2 - 現像処理方法および現像処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等の基板上の露光後のレジスト膜の露光パターンを現像する現像処理方法および現像処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という)の表面にレジスト液を供給してレジスト膜を形成し、レジスト塗布後のウェハに対して所定のパターンに対応して露光処理を行った後に当該ウェハのレジスト膜に形成された露光パターンを現像するという、いわゆるフォトリソグラフィー技術により所定のパターンを形成するためのマスクとしてレジストパターンが形成される。
【0003】
近時、半導体デバイスの微細化が一層進行しており、これに呼応してパターン転写に使用される露光光もArFレーザ,F2レーザ等の短波長のレーザ光が用いられるに至っている(たとえば特許文献1)。
【0004】
ところで、短波長の露光光を用いる露光プロセスに対応したレジストは、撥水性が極めて高く、現像液を基板(レジスト膜)上に液盛り(パドル)する際に、プルバック現象が発生し、レジスト膜上に現像液を保持させ難くなり健全な現像液パドルを形成するために大量の現像液を消費することとなる。また、さらに撥水性が高くなると、パドル形成自体も困難となることが予想される。
このため、上述のような撥水性の高いレジストの現像工程では、現像液のパドル形成に先立って、撥水性や衝撃を緩和すべく基板上に純水パドルを形成するプリウェットを行うことが考えられるが(たとえば特許文献2)、プリウェットの純水パドル上の現像液のレジスト膜への浸透状態にばらつきが発生して、均一な現像処理が困難であることが見いだされた。
また、リンスの手法として、スキャン方式が提案されているが(たとえば特許文献3)、この場合も、リンス液がレジスト表層にうまく到達せず、レジストの溶解物を効率良く均一に除去できないという問題があった。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−323653号公報
【特許文献2】
特開平11−67649号公報
【特許文献3】
特開平4−124812号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、撥水性の高いレジストを用いた場合に、大量の現像液を用いることなく、しかも均一に現像を行うことができる現像処理方法および現像処理装置を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、現像後のリンス処理において、低衝撃のリンス液で比較的短時間に現像液の除去を均一に行うことが可能な現像処理方法および現像処理装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点では、基板上の露光後のレジスト膜上に第1の温度の純水を塗布するプリウェット工程と、前記純水の上に前記第1の温度よりも低い第2の温度の現像液を塗布して露光パターンを現像する現像工程とを具備する現像処理方法を提供する。
【0009】
本発明の第2の観点では、基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像工程と、現像後の前記現像液の第3の温度よりも低い第4の温度のリンス液を前記現像液の上に供給してリンスを行うリンス工程とを具備する現像処理方法を提供する。
【0010】
本発明の第3の観点では、基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像処理装置であって、前記基板を略水平に保持する基板保持部材と、前記基板保持部材上の基板に現像液を供給する現像液供給機構および前記現像液の温度を制御する液温制御機構を含む現像液供給部と、前記基板保持部材上の基板に純水を供給する純水供給機構および前記純水の温度を制御する液温制御機構を含む純水供給部と、前記純水供給部によって前記基板上の露光後のレジスト膜に第1の温度の前記純水をパドルするプリウェットを行った後、前記現像液供給部によって前記純水の上に前記第1の温度よりも低い第2の温度の前記現像液をパドルして露光パターンを現像する動作を行わせる制御部とを具備した現像処理装置を提供する。
【0011】
本発明の第4の観点では、基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像処理装置であって、基板を略水平に保持する基板保持部材と、基板保持部材上の基板に現像液を供給する現像液供給機構および前記現像液の温度を制御する液温制御機構を含む現像液供給部と、基板保持部材上の基板にリンス液を供給するリンス液供給機構および前記リンス液の温度を制御する液温制御機構を含むリンス液供給部と、前記現像液供給部から前記基板上の露光後のレジスト膜に前記現像液を供給して露光パターンを現像した後、現像後の前記現像液の第3の温度よりも低い第4の温度のリンス液を前記リンス液供給部から前記現像液の上に供給してリンスする動作を行わせる制御部とを具備した現像処理装置を提供する。
【0012】
上記した本発明の第1および第3の観点によれば、現像液塗布に先立って基板上の露光後のレジスト膜に純水を供給して露光パターンを現像する現像処理において、第1の温度の純水を塗布するプリウェットを行い、その上に第1の温度よりも低い第2の温度の現像液を塗布するので、現像液の比重が純水よりも相対的に大きく、その比重差により、純水上の現像液が下方に移動して基板上のレジスト膜全体に到達するので、レジスト膜の撥水性が高い場合にも大量の現像液を用いることなく、均一な現像処理を得ることができ、また、基板上のレジスト膜全体に均一に現像液が供給されることとなるので、均一な現像処理を行うことができ、パターンの線幅の均一性の向上等を実現することができる。また、純水パドルがクッションの役割をしていてさらなるソフトパドルが可能である。
【0013】
すなわち、通常、現像液は純水を主成分としているので、同温度の場合、現像液の比重が純水よりもわずかに大きい程度にすぎず、純水と現像液の置換が有効に生じないため純水上の現像液が均一にレジスト膜に到達しないが、本発明のように現像液とプリウェットの純水との間に温度差を持たせることにより、実質的な比重差をもたらし、上述のような作用をなすと考えられる。
【0014】
撥水性の高いレジストの現像工程では、現像液のパドル形成に先立って、撥水性や衝撃を緩和すべく基板上に大量の純水を塗布して表面張力を押さえ込むように純水パドルを形成するプリウェットを行うことが考えられ、さらに特許文献2のようにプリウェットの純水パドル上に現像液を塗布してもレジスト膜への浸透状態にばらつきが発生して、均一な現像処理が困難な場合がある。
【0015】
また、上記した本発明の第2および第4の観点によれば、現像後のリンス工程等において、現像液の第3の温度よりも低温の、たとえば水系洗浄液等の第4の温度のリンス液を液盛りすることで、温度差による比重差にてリンス液が均等に現像液に浸透してリンス液による現像液の置換が静かに確実に行われるので、低衝撃にて比較的短時間に均一なリンス処理を行うことが可能なる。
【0016】
すなわち、通常、現像液およびリンス液は純水を主成分としているので、同温度の場合、比重はほぼ純水に等しく、現像液とリンス液の温度差が比重差をもたらし、上述のような作用をなすと考えられる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0018】
図1は本発明の現像処理装置の一実施形態である現像処理ユニットを含むレジスト塗布/現像処理システムを示す概略平面図、図2はその正面図、図3はその背面図である。
【0019】
このレジスト塗布/現像処理システム1は、搬送ステーションであるカセットステーション11と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション12と、処理ステーション12に隣接して設けられる露光装置14と処理ステーション12との間でウェハWを受け渡すためのインターフェイスステーション13と、を有している。
【0020】
カセットステーション11においては、複数枚(例えば、25枚)のウェハWが収容されたウェハカセット(CR)の搬入出が行われ、図1に示すように、カセット載置台20上にX方向に沿って1列に複数(図1では5個)の位置決め突起20aが形成されている。ウェハカセット(CR)はウェハ搬入出口を処理ステーション12側に向けてこの位置決め突起20aの位置に載置できるようになっている。
【0021】
カセットステーション11は、ウェハ搬送用ピック21aを有するウェハ搬送機構を備えている。このウェハ搬送用ピック21aは、いずれかのウェハカセット(CR)に対して選択的にアクセスでき、かつ、後述する処理ステーション12の第3処理ユニット群G3に設けられたトランジションユニット(TRS−G3)にアクセスできるようになっている。
【0022】
処理ステーション12では、システム背面側(図1上方)に、カセットステーション11側から順に、第3処理ユニット群G3、第4処理ユニット群G4および第5処理ユニット群G5が配置されている。また第3処理ユニット群G3と第4処理ユニット群G4との間に第1主搬送部A1が設けられ、第4処理ユニット群G4と第5処理ユニット群G5との間に第2主搬送部A2設けられている。さらにシステム前面側(図1下方)に、カセットステーション11側から順に、第1処理ユニット群G1と第2処理ユニット群G2が設けられている。
【0023】
図3に示すように、第3処理ユニット群G3では、ウェハWを載置台に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット、例えばウェハWに加熱処理を施す高温度熱処理ユニット(BAKE)、高精度でウェハWの温調を行う高精度温調ユニット(CPL−G3)、温調ユニット(TCP)、カセットステーション11と第1主搬送部A1との間でのウェハWの受け渡し部となるトランジションユニット(TRS−G3)が、例えば10段に重ねられている。
【0024】
第4処理ユニット群G4では、例えば、レジスト塗布後のウェハWに加熱処理を施すプリベークユニット(PAB)、現像処理後のウェハWに加熱処理を施すポストベークユニット(POST)、高精度温調ユニット(CPL−G4)が、例えば10段に重ねられている。第5処理ユニット群G5では、例えば、露光後現像前のウェハWに加熱処理を施すポストエクスポージャーベークユニット(PEB)、高精度温調ユニット(CPL−G5)が、例えば10段に重ねられている。
【0025】
図1および図3に示すように、第1主搬送部A1の背面側には、アドヒージョンユニット(AD)と、ウェハWを加熱する加熱ユニット(HP)とを有する第6処理ユニット群G6が設けられている。
【0026】
第2主搬送部A2の背面側には、ウェハ周辺部の余分なレジストを除去するためにウェハWのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置(WEE)と、レジスト膜厚を測定する膜厚測定装置(FTI)とを有する第7処理ユニット群G7が設けられている。
【0027】
図1および図2に示すように、第1処理ユニット群G1では、カップ(CP)内でウェハWをスピンチャックSPに載せて所定の処理を行う液供給ユニットとしての5台のスピンナ型処理ユニット、例えば、3つのレジスト塗布ユニット(COT)と、露光時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティングユニット(BARC)が計5段に重ねられている。また第2処理ユニット群G2では、スピンナ型処理ユニット、例えば、現像ユニット(DEV)が5段に重ねられている。
【0028】
第1主搬送部A1には第1主ウェハ搬送装置16が設けられ、この第1主ウェハ搬送装置16は、第1処理ユニット群G1、第3処理ユニット群G3、第4処理ユニット群G4と第6処理ユニット群G6に備えられた各ユニットに選択的にアクセスできるようになっている。また、第2主搬送部A2には第2主ウェハ搬送装置17が設けられ、この第2主ウェハ搬送装置17は、第2処理ユニット群G2、第4処理ユニット群G4、第5処理ユニット群G5、第7処理ユニット群G7に備えられた各ユニットに選択的にアクセスできるようになっている。
【0029】
図4は第1主ウェハ搬送装置16の概略構造を示す斜視図である。第1主ウェハ搬送装置16は、ウェハWを保持する3本のアーム7a・7b・7cと、アーム7a〜7cのそれぞれの基端に取り付けられたアーム支持板51と、各アーム支持板51と係合している基台52と、基台52等を支持する支持部53と、支持部53に内蔵された図示しないモータと、基台52とモータとを連結する回転ロッド54と、第1および第2処理ユニット群G1,G2側に設けられ、鉛直方向にスリーブ55aが形成された支柱55と、スリーブ55aに摺動可能に係合し、かつ支持部53と連結されたフランジ部材56と、フランジ部材56を昇降させる図示しない昇降機構と、を有している。
【0030】
基台52上には基台52の長手方向と平行にアーム支持板51毎にレール(図示せず)が敷設されており、各アーム支持板51はこのレールに沿ってスライド自在となっている。また、支持部53に内蔵されたモータを回転させると回転ロッド54が回転し、これにより基台52はX−Y面内で回転することができるようになっている。さらに、支持部53はZ方向に移動可能なフランジ部材56に取り付けられているために、基台52もまたZ方向に移動可能である。
【0031】
基台52の先端部両側には垂直部材59aが取り付けられ、これら垂直部材59aには、アーム7aとアーム7bとの間の放射熱を遮る遮蔽板8と架橋部材59bが取り付けられている。この架橋部材59bの中央および基台52の先端には一対の光学的センサ(図示せず)が設けられており、これにより各アーム7a〜7cにおけるウェハWの有無とウェハWのはみ出し等が検出されるようになっている。なお、第2主ウェハ搬送装置17は第1主ウェハ搬送装置16と同様の構造を有している。
【0032】
図4中に示す壁部57は、第1処理ユニット群G1側にある第2主搬送部A2のハウジングの一部であり、第1処理ユニット群G1に設けられた各ユニットとの間でウェハWの受け渡しを行うための窓部57aが設けられている。また、第2主搬送部A2の底部には、4台のファン58が設けられている。
【0033】
第1処理ユニット群G1とカセットステーション11との間および第2処理ユニット群G2とインターフェイスステーション13との間にはそれぞれ、第1および第2処理ユニット群G1,G2に処理液を供給する液温調ポンプ24・25が設けられており、さらにレジスト塗布/現像処理システム1外の空調器からの清浄な空気を各処理ユニット群G1〜G5の内部に供給するためのダクト28・29が設けられている。
【0034】
処理ステーション12の背面側のパネルおよび第1処理ユニット群G1〜第7処理ユニット群G7は、メンテナンスのために取り外しが可能となっている。また、第1および第2処理ユニット群G1,G2のそれぞれの最下段には、これらに薬液を供給するケミカルユニット(CHM)26・27が設けられている。さらに、カセットステーション11の下方部にはこのレジスト塗布/現像処理システム1全体を制御する集中制御部19が設けられている。
【0035】
インターフェイスステーション13は、処理ステーション12側の第1インターフェイスステーション13aと、露光装置14側の第2インターフェイスステーション13bとから構成されており、第1インターフェイスステーション13aには第5処理ユニット群G5の開口部と対面するように第1ウェハ搬送体62が配置され、第2インターフェイスステーション13bにはX方向に移動可能な第2ウェハ搬送体63が配置されている。
【0036】
第1ウェハ搬送体62の背面側には、上から順に、周辺露光装置(WEE)、露光装置14に搬送されるウェハWを一時収容するイン用バッファカセット(INBR)、露光装置14から搬出されたウェハWを一時収容するアウト用バッファカセット(OUTBR)が積み重ねられた第8処理ユニット群G8が配置されている。また、第1ウェハ搬送体62の正面側には、上から順に、トランジションユニット(TRS−G9)と、2段の高精度温調ユニット(CPL−G9)が積み重ねられた第9処理ユニット群G9が配置されている。
【0037】
第1ウェハ搬送体62は、ウェハ受け渡し用のフォーク62aを有している。このフォーク62aは、第5処理ユニット群G5、第8処理ユニット群G8、第9処理ユニット群G9の各ユニットに対してアクセス可能であり、これにより各ユニット間でのウェハWの搬送を行う。
【0038】
第2ウェハ搬送体63は、ウェハ受け渡し用のフォーク63aを有している。このフォーク63aは、第9処理ユニット群G9の各ユニットと、露光装置14のインステージ14aおよびアウトステージ14bに対してアクセス可能であり、これら各部の間でウェハWの搬送を行う。
【0039】
このように構成されるレジスト塗布/現像処理システム1においては、ウェハカセット(CR)から1枚のウェハWをウェハ搬送機構21により取り出し、処理ステーション12のトランジションユニット(TRS−G3)に搬送し、その後、第1および第2の主ウェハ搬送装置16,17により、レシピの順序に従って、各ユニットへウェハWを順次搬送し、ウェハWに一連の処理を施す。
【0040】
例えば、ウェハWを温調後、アドヒージョンユニット(AD)でのアドヒージョン処理、および/またはボトムコーティングユニット(BARC)での反射防止膜の形成、加熱ユニット(HP)における加熱処理、高温度熱処理ユニット(BAKE)におけるベーク処理、ウェハWの温調、レジスト塗布ユニット(COT)でのレジスト液の塗布処理、プリベークユニット(PAB)でのプリベーク処理、周辺露光装置(WEE)での周辺露光処理を順次行い、ウェハWの温調後、第2ウェハ搬送体63により露光装置14内に搬送する。露光装置14での露光後、ウェハWを第2ウェハ搬送体63によってトランジションユニット(TRS−G9)に搬入した後、ポストエクスポージャーベークユニット(PEB)でのポストエクスポージャーベーク処理、現像ユニット(DEV)での現像処理、ポストベークユニット(POST)でのポストベーク処理を順次行い、ウェハWの温調処理を行った後、トランジションユニット(TRS−G3)を介してカセットステーション11のウェハカセット(CR)へ搬送する。このような一連の動作をカセットのウェハの枚数だけ繰り返す。
【0041】
次に、本発明の現像処理方法を実施するための現像処理ユニット(DEV)について図5および図6を参照しながら説明する。図5および図6は、現像処理ユニット(DEV)の全体構成を示す断面図および平面図である。
【0042】
この現像処理ユニット(DEV)は筐体70を有し、その中央部には環状のカップCPが配置され、カップCPの内側にはスピンチャック71が配置されている。スピンチャック71は熱伝導部材を含む樹脂で構成され真空吸着によってウェハWを固定保持した状態で駆動モータ72によって回転駆動される。駆動モータ72は、筐体70の底板70aの開口に昇降移動可能に配置され、たとえばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材73を介してたとえばエアシリンダからなる昇降駆動機構74および昇降ガイド75と結合されている。駆動モータ72の側面にはたとえばステンレス鋼(SUS)からなる筒状の温調ジャケット76が取り付けられ、フランジ部材73は、この温調ジャケット76の上半部を覆うように取り付けられている。これにより、フランジ部材73を介してスピンチャック71の温度調節ができる(たとえば、20℃〜40℃の範囲)ようになっている。すなわち、温調ジャケット76は、たとえば、恒温水である流体を循環させる構成や、サーモモジュールをジャケットに設置した構成により、温度調節が行われる。
【0043】
現像液塗布時、フランジ部材73の下端は、底板70aの開口の外周付近で底板70aに密着し、これによりユニット内部が密閉される。スピンチャック71と第2主ウェハ搬送装置17との間でウェハWの受け渡しが行われる時は、昇降駆動機構74が駆動モータ72およびスピンチャック71を上方へ持ち上げることでフランジ部材73の下端が筐体70の底板70aから上昇するようになっている。
【0044】
カップCPの底部には、その中央寄りの部分に排気管77が接続され、またその外側寄りの部分に排液管78が接続されている。そして、排気管77からカップCP内の気体が排気されるとともに、排液管78からは、現像液を振り切るときに飛散した現像液や現像液を洗い流すための洗浄液、および有機溶剤が排出される。なお、現像処理ユニット(DEV)の筐体70の側壁には、ウェハ保持部材48が侵入するための開口79が形成されている。
【0045】
カップCPの上方には、ウェハWの表面に現像液を供給するための現像液供給ノズル81と、現像後のウェハWに純水のようなリンス液を供給するための略基板の直径と同じ長さのリンス液供給ノズル84と、プリウェットのための純水を供給するための略基板の直径と同じ長さの純水供給ノズル87とが、ウェハW上の供給位置とウェハWの外方の待機位置との間で移動可能に設けられている。そして、現像液供給ノズル81は現像液供給配管82を介して現像液供給部83に接続されており、リンス液供給ノズル84はリンス液供給配管85を介してリンス液供給部86に接続されており、純水供給ノズル87は純水供給配管88を介して純水供給部89に接続されている。
【0046】
なお、プリウェットに用いる純水は、必要に応じて任意の添加物(例えば界面活性剤)を含んだものであってよい。また、プリウェットする純水供給ノズル87とリンス液供給ノズル84は共用させてもよい。
【0047】
本実施形態の場合、図7に例示されるように、現像液供給部83は、現像液101を現像液供給ノズル81に供給する液供給機構83aと、この液供給機構83aから供給される現像液101の温度T2を制御する液温制御機構83bから構成されている。
【0048】
また、図8に例示されるように、純水供給部89は、純水102を純水供給ノズル87に供給する液供給機構89aと、この液供給機構89aから供給される純水102の温度T1を制御する液温制御機構89bで構成されている。
【0049】
現像液供給ノズル81は第1のノズルスキャンアーム91の先端部に着脱可能に取り付けられており、リンス液供給ノズル84は第2のノズルスキャンアーム92の先端部に着脱可能に取り付けられており、純水供給ノズル87は第3のノズルスキャンアーム93の先端に着脱可能に取り付けられている。そして、これら第1、第2、第3のノズルスキャンアーム91,92,93は、それぞれ、筐体70の底板70aの上にY方向に沿って敷設されたガイドレール94上から垂直方向に延び、ガイドレール94上を水平移動可能な第1の垂直支持部材95、第2の垂直支持部材96および第3の垂直支持部材97の上端部に取り付けられており、現像液供給ノズル81、リンス液供給ノズル84、および純水供給ノズル87は、これら第1、第2、第3の垂直支持部材95,96,97とともに図示しないY軸駆動機構によってY方向に沿って移動するようになっている。また、第1、第2、第3の垂直支持部材95,96,97は図示しないZ軸駆動機構によってZ方向に移動可能となっており、現像液供給ノズル81、リンス液供給ノズル84、および純水供給ノズル87は、対応する垂直支持部材の移動によってウェハWに近接した吐出位置とその上方の非吐出位置との間で移動されるようになっている。なお、現像液供給ノズル81は、ノズル待機位置98に待機されるようになっており、このノズル待機位置98には現像液供給ノズル81を洗浄するノズル洗浄機構99が設けられている。
【0050】
図15に例示されるように、上記現像液供給ノズル81は、長尺状をなしその長手方向を水平にして配置され、下面にスリット状の吐出口または/及び複数の吐出口81aを有したスリットノズルからなり、吐出された現像液が全体として帯状になるようになっている。そして、現像液の塗布の際には、ウェハWの上方に位置する現像液供給ノズル81の吐出口81aから現像液を帯状に吐出させながら、現像液供給ノズル81をガイドレール94に沿ってスキャンさせることにより、現像液がウェハW全面に塗布される。
【0051】
また、上記リンス液供給ノズル84はストレートノズルで構成されており、現像工程終了後、ウェハW上に移動されてウェハW上の現像パターンが形成されたレジスト膜にリンス液を供給して洗浄する処理等に用いられる。
また、上記純水供給ノズル87は、上記現像液供給ノズル81と同様に、スリットノズルで構成されており、吐出口から純水を帯状に吐出させながらガイドレール94に沿ってスキャンさせることにより、プリウェットのための純水102の液盛り等が行われる。
【0052】
現像液供給部83、リンス液供給部86および純水供給部89からの現像液、リンス液および純水の供給、さらには、現像液および純水の温度T1およびT2は、制御インターフェース100a、制御インターフェース100bをおよび制御インターフェース100cを介して制御部100によって制御されるようになっている。
【0053】
また、本実施形態の場合、制御部100は、現像ユニット(DEV)の全体を制御し、後述の図8の工程図に例示されるように現像工程を制御する機能を備えている。
【0054】
本実施形態の場合、後述のように現像液の温度T2は、プリウェットの純水102の温度T1よりも低くなるように制御される。
【0055】
次に、上述のように構成された現像処理ユニット(DEV)における現像処理の動作を図9の工程図等を参照しながら説明する。
【0056】
所定のパターンが露光されポストエクスポージャーベーク処理および冷却処理されたウェハWを、ウェハ搬送機構21によって現像処理ユニット(DEV)内のカップCPの真上まで搬送し、スピンチャック71を昇降駆動機構74によって、例えばスピンチャック71の表面温度がフランジ部材73(温調ジャケット76)の温度28℃になるように制御しておき、上昇させることによりスピンチャック71上に真空吸着させる(ステップST0)。
【0057】
その後、まず、純水供給ノズル87をガイドレール94に沿ってウェハWの一方の端部から他方の端部へスキャンしながら純水を吐出することにより、ウェハW上の全面に液盛りし、図10の(a)に示すように、純水パドル102aを形成してプリウェットする。この時の純水パドル102aの温度T1は、たとえば、20℃〜40℃の範囲に設定することができ、一例として28℃とする(ステップST1)。例えば、設定されるT1のこの温度がスピンチャック71の温度とされる。ウェハWの温度もT1と同じになるので、純水パドル102aの温度がウェハW上で下がらない。この場合、スピンチャック71の温度は、T1と全く同じでなくともよく、純水パドル102aの温度が28℃であればよいので、例えば、吐出する純水パドル102aの温度を30℃とし、スピンチャック71の温度を26℃にしてもよい。
【0058】
次いで、現像液供給ノズル81をガイドレール94に沿ってウェハWの一方の端部から他方の端部へスキャンしながら現像液を吐出することにより、現像液を純水パドル102aの上の全面に塗布し、図10の(b)に示すように、現像液パドル101aを形成する。この時、本実施形態の場合、現像液パドル101aの温度T2の値は、純水パドル102aの温度T1よりも低い値で、たとえば、4℃〜19℃の範囲に設定することができ、一例として18℃に設定される(ステップST2)。この時にフランジ部材73(温調ジャケット76)によるスピンチャック71の温度調節動作も止める。または、上述のプリウェットの直後に止めても良い。
【0059】
この時、純水パドル102aにより、ウェハW上の図示しないレジストの撥水性が緩和され、プルバック現象が抑制されるので、より少ない量の現像液で短時間に現像液パドル101aを形成することができるとともに、温度差による液対流を利用するので現像液の吐出時のインパクトも抑えられ、現像液パドル101aの形成時の衝撃が緩和され、露光パターンの例えば現像むらなどのダメージを低減できる。
そして、現像液パドル101aをウェハW上に静止させることにより現像を進行させる(ステップST3)。この時、図10の(c)に例示されるように、本実施形態の場合には、より低温で比重の大きな現像液が、より高温で比重の小さな純水パドル102a中を全面にわたってほぼ均等に浸透してウェハW上の図示しない露光パターンに到達し、ウェハWの全面に渡って均一に現像処理が進行する。この結果、ウェハWに形成される露光パターンの線幅の均一性が向上する。この場合、純水パドルの上の現像液を塗布するときのスキャンスピードは、例えば、50mm/s〜100mm/sのように高速に移動させる。現像液の温度より高い純水パドルが吐出時の現像液の浸透のクッションになるからである。また、スキャンを複数回行ってもよい。たとえば、純水の温度が26℃のとき、最初は第1の速度の第1の温度で例えば80mm/s,20℃で、次に、第2の速度の第2の温度、たとえば100mm/s,15℃で行ってもよい。
【0060】
図11は、本実施形態の効果の一例を示すグラフである。図11において左端の棒グラフおよび測定点は、プリウェットの純水パドル102aの温度T1と、現像液パドル101aの温度T2とが同じ状態で現像処理を行った従来技術の場合の露光パターンの線幅のばらつき(3σ)およびCD(クリティカルディメンション:解像可能な最小寸法)値を示している。同様に中央の棒グラフおよび測定点は、プリウェットの純水パドル102aの温度T1を28℃とし、現像液パドル101aの温度T2を18℃として現像処理を行った場合の露光パターンの線幅のばらつき(3σ)およびCD値を示している。一方、右端の棒グラフおよび測定点は、プリウェット行わずに現像液パドル101aの温度を23℃として現像処理を行った場合の露光パターンの線幅のばらつき(3σ)およびCD値を示している。
【0061】
左端の従来技術の場合に比較して、中央の本実施形態の場合のほうが、ばらつき(3σ)およびCD値がより小さく、露光パターンの線幅の均一性および解像性能が向上していることがわかる。なお、右端のプリウェットを行わない場合が最もばらつき(3σ)およびCD値は小さいが、撥水性の高いレジストの場合、現像液パドルの形成に際してプルバック現象により現像液パドルを形成するための現像液の消費量が増大したり所要時間が長くなる等の技術的課題を有することは上述したとおりであり、撥水性の高いレジストの場合における現像処理では、中央の本実施形態の場合のほうが総合的に優れている、といえる。
【0062】
上述のように現像が進行している間、現像液供給ノズル81をノズル待機位置98に移動させ、リンス液供給ノズル84をウェハWのほぼ中央上方に移動させる(ステップST4)。
【0063】
所定時間経過後、スピンチャック71を所定の回転速度で回転させることによりウェハWから現像液を振り切り(ステップST5)、それとほぼ同時に、ウェハWを所定の回転速度で回転させながらリンス液供給ノズル84からウェハW上の現像パターンが形成されたレジスト膜へリンス液を供給し、レジスト膜上に存在する現像液を洗い流す(ステップST6)。
【0064】
その後、ウェハWを高速回転させて純水等を振り切って乾燥させる(ステップST7)。
【0065】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態では、リンス工程に本発明を適用した場合について例示する。
【0066】
この実施形態の場合、現像装置(現像処理ユニット(DEV))としては、先述の実施形態の図5および図6に例示された構成のものを用いることができるが、図12に例示されるように、リンス液供給部86は、水系洗浄液等のリンス液を供給する液供給機構86aと、リンス液の温度を制御する液温制御機構86bで構成されている。この液温制御機構86bは、リンス液の温度T4を、後述のように、リンス対象の、現像後の現像液の温度T3よりも低くなるように制御する動作を行う。また、リンス液供給ノズル84としてはスリットノズルを用いる。
【0067】
次に、上述のように構成された現像処理ユニット(DEV)における現像処理の動作を図13の工程図等を参照しながら説明する。
【0068】
所定のパターンが露光されポストエクスポージャーベーク処理および冷却処理されたウェハWを、ウェハ搬送機構21によって現像処理ユニット(DEV)内のカップCPの真上まで搬送し、スピンチャック71を昇降駆動機構74によって上昇させることによりスピンチャック71上に真空吸着させる(ステップST10)。
【0069】
次いで、現像液供給ノズル81をガイドレール94に沿ってウェハWの一方の端部から他方の端部へスキャンしながら現像液を吐出することにより、現像液をウェハWの全面に塗布し、図14の(a)に示すように、現像液パドル101aを形成する(ステップST11)。
そして、現像液パドル101aをウェハW上に静止させることにより現像を進行させる(ステップST12)。
【0070】
このように現像が進行している間、現像液供給ノズル81をノズル待機位置98に移動させる。
【0071】
そして、リンス液供給ノズル84をガイドレール94に沿ってウェハWの一方の端部から他方の端部へスキャンしながらリンス液を吐出することにより(ステップST13)、現像後の温度T3(例えば24℃)の現像液パドル101aの上に温度T3より低い温度T4(例えば20℃)のリンス液103を供給して、リンス液パドル103aを形成し(図14の(b))(ステップST14)、そのまま所定時間(例えば5秒)だけ静止させる(ステップST15)。また、このステップST15の後、複数回、例えば、さらに温度の低いリンス液(例えば15℃)を塗布し、所定時間、たとえば5秒静止を続けてもよい。
【0072】
この時、図14の(c)に例示されるように、より低温で比重の大きなリンス液103が熱対流等により、ウェハWの全面で均一に現像液101に浸透して置換し、現像液101と溶解されたレジスト滓が浮上し、レジスト面から除去される。
【0073】
その後、スピンチャック71を所定の回転速度で回転させることによりウェハWから現像液およびリンス液を振り切り(ステップST16)、それとほぼ同時に、ウェハWを所定の回転速度で回転させながらリンス液供給ノズル84からウェハW上の現像パターンが形成されたレジスト膜へリンス液を供給し、レジスト膜上に存在する現像液を洗い流す(ステップST17)。
【0074】
その後、ウェハWを高速回転させて純水等を振り切って乾燥させる(ステップST18)。
【0075】
このように、本実施形態によれば、現像後の温度T3の現像液パドル101aの上に、T3よりも低い温度T4の水系洗浄液等のリンス液を供給してリンス液パドル103aを形成し、現像液をリンス液の温度差であらかじめ静かに置換することでリンスを行うので、従来のように大量のリンス液を使用することなく、低衝撃にて比較的短時間に現像液の除去を均一に行うことが可能となる。
【0076】
なお、上述の図13に例示される工程の説明では、現像時におけるプリウェットを行わない場合について例示したが、最初の実施形態に例示した現像時におけるプリウェット処理と組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【0077】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、プリウェットの純水の温度および現像液の温度は上述の実施形態に例示したものに限定されず、種々の値を設定することができる。
【0078】
また、上記実施形態では本発明を半導体ウェハの現像処理に適用したが、これに限らず、微細なレジストパターンが形成される基板であれば、液晶表示装置(LCD)用基板、フォトマスク基板等、他の基板の現像処理にも適用することができる。
【0079】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プリウェットによりレジストの現像液に対する撥水性の緩和および現像液から露光パターンへの衝撃の緩和を実現することで、現像液の消費量の削減および露光パターンの損傷防止が可能となるとともに、プリウェットの純水の第1の温度よりも現像液の第2の温度を低くすることで、現像液の比重が純水よりも相対的に大きくなり、比重差により、純水上の現像液が基板上のレジストに均一に浸透するので、均一な現像処理が可能となり、現像によってレジストに形成される露光パターンの線幅の均一性の向上等を実現することができる。
【0080】
また、現像後のリンス工程等において、現像液よりも低温の純水等のリンス液を液盛りすることで、温度差による比重差にてリンス液が均等に現像液に浸透してリンス液による現像液の置換が静かに確実に行われるので、低衝撃で短時間に均一なリンス処理を行うことが可能なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するためのレジスト塗布処理ユニットを搭載した半導体ウェハのレジスト塗布/現像処理システムの全体構成を示す平面図。
【図2】図1に示すレジスト塗布/現像処理システムの正面図。
【図3】図1に示すレジスト塗布/現像処理システムの背面図。
【図4】図1のレジスト塗布/現像処理システムに備えられた主ウェハ搬送装置の概略構造を示す斜視図。
【図5】本発明が適用される現像処理ユニットの全体構成を示す断面図。
【図6】本発明が適用される現像処理ユニットを示す平面図。
【図7】本発明の一実施形態における現像処理装置の一部をより詳細に例示した概念図。
【図8】本発明の一実施形態における現像処理装置の一部をより詳細に例示した概念図。
【図9】本発明の一実施形態における現像処理方法の工程の一例を示すフローチャート。
【図10】本発明の一実施形態における現像処理方法の現像工程の一例を工程順に例示した断面図。
【図11】本発明の一実施形態における現像処理方法の効果の一例を示すグラフ。
【図12】本発明の他の実施形態における現像処理装置の一部をより詳細に例示した概念図。
【図13】本発明の他の実施形態における現像処理方法の工程の一例を示すフローチャート。
【図14】本発明の他の実施形態における現像処理方法のリンス工程の一例を工程順に例示した断面図。
【図15】本発明の実施形態における現像処理装置の一部をより詳細に例示した斜視図。
【符号の説明】
81……現像液供給ノズル
82……現像液供給配管
83……現像液供給部
83a……液供給機構
83b……液温制御機構
84……リンス液供給ノズル
85……リンス液供給配管
86……リンス液供給部
86a……液供給機構
86b……液温制御機構
87……純水供給ノズル
88……純水供給配管
89……純水供給部
89a……液供給機構
89b……液温制御機構
101……現像液
101a……現像液パドル
102……純水
102a……純水パドル
103……リンス液
103a……リンス液パドル
T1……プリウェットの純水の温度(第1の温度)
T2……現像時の現像液の温度(第2の温度)
T3……リンス時の現像液の温度(第3の温度)
T4……リンス時のリンス液の温度(第4の温度)
DEV……現像処理ユニット
W……半導体ウェハ
Claims (13)
- 基板上の露光後のレジスト膜上に第1の温度の純水を塗布するプリウェット工程と、
前記純水の上に前記第1の温度よりも低い第2の温度の現像液を塗布して露光パターンを現像する現像工程と
を具備することを特徴とする現像処理方法。 - 前記第1の温度は、20℃〜40℃の範囲であり、前記第2の温度は、4℃〜19℃の範囲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。
- 長尺で長手方向にスリット状の吐出口または/および複数の吐出口を有するスリットノズルを用いて前記現像液を塗布することを特徴とする請求項1または2に記載の現像処理方法。
- 前記現像工程では、同一または異なる前記第2の温度で前記現像液を複数回塗布することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の現像処理方法。
- 基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像工程と、
現像後の前記現像液の第3の温度よりも低い第4の温度のリンス液を前記現像液の上に塗布してリンスを行うリンス工程と
を具備することを特徴とする現像処理方法。 - 前記リンス液は水系洗浄液からなることを特徴とする請求項5に記載の現像処理方法。
- 前記リンス工程では、同一または異なる前記第4の温度で前記リンス液を複数回塗布することを特徴とする請求項5に記載の現像処理方法。
- 基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像処理装置であって、
前記基板を略水平に保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材上の基板に現像液を供給する現像液供給機構および前記現像液の温度を制御する液温制御機構を含む現像液供給部と、
前記基板保持部材上の基板に純水を供給する純水供給機構および前記純水の温度を制御する液温制御機構を含む純水供給部と、
前記純水供給部によって前記基板上の露光後のレジスト膜に第1の温度の前記純水をパドルするプリウェットを行った後、前記現像液供給部によって前記純水の上に前記第1の温度よりも低い第2の温度の前記現像液をパドルして露光パターンを現像する動作を行わせる制御部と
を具備したことを特徴とする現像処理装置。 - 前記第1の温度は、20℃〜40℃であり、前記第2の温度は、4℃〜19℃の範囲であることを特徴とする請求項8に記載の現像処理装置。
- 前記基板保持部材は、前記第1の温度に保持されることを特徴とする請求項8に記載の現像処理装置。
- 前記現像液供給部は、長尺で長手方向にスリット状の吐出口または/および複数の吐出口を有し前記現像液を前記基板に供給するスリットノズルを備えたことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の現像処理装置。
- 基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像処理装置であって、
基板を略水平に保持する基板保持部材と、
基板保持部材上の基板に現像液を供給する現像液供給機構および前記現像液の温度を制御する液温制御機構を含む現像液供給部と、
基板保持部材上の基板にリンス液を供給するリンス液供給機構および前記リンス液の温度を制御する液温制御機構を含むリンス液供給部と、
前記現像液供給部から前記基板上の露光後のレジスト膜に前記現像液を供給して露光パターンを現像した後に、現像後の前記現像液の第3の温度よりも低い第4の温度のリンス液を前記リンス液供給部から前記現像液の上に供給してリンスする動作を行わせる制御部と
を具備したことを特徴とする現像処理装置。 - 前記リンス液は水系洗浄液からなることを特徴とする請求項12に記載の現像処理装置。
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