JP4037624B2

JP4037624B2 - 基板処理装置及び基板処理方法

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Publication number: JP4037624B2
Application number: JP2001151191A
Authority: JP
Inventors: 秀昭桜井; 正光伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002343711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造、露光用マスク製造、液晶デバイス製造工程等における基板処理装置及び基板処理方法に関し、特にフォトレジストが塗布され、且つ所定パターンが露光された基板を現像する技術に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶ディスプレーの製造工程における基板の加工技術には広くウエットプロセスが用いられている。特に感光性樹脂膜を感光させた後の現像処理においては、パドル法が積極的に検討されている。
【０００３】
従来のパドル法では被処理基板を回転させながら、基板上方に配置した薬液供給部より薬液を供給していたものの、基板の中心部と周辺部で薬液の吐出圧力や単位面積あたりの薬液供給量をそろえる事は非常に困難であり、面内で均一の加工精度を得ることは非常に困難となってきている。又、現像が進行するに従いその副産物として溶解生成物や濃度の低い現像液が発生する。一般に溶解生成物や濃度の薄くなった現像液は感光性樹脂膜の溶解を阻害する効果があると考えられており、それらが基板内のパターン疎密に応じて分布を持って生じ、その後基板回転による遠心力等の力を受け基板上を不均一に動き回るため、従来のパドル法では面内で均一の加工精度を得ることができなくなってきている。
【０００４】
そこで、特許公開２０００−３０６８０９公報（特願平１１−１１３６６０）に記載された技術では、現像時の現像液を極力動かさないようにする方法も提案されている。この方法ではパターンの疎密によって濃度の高低がついた現像液が水平方向に移動することはほとんどないため溶解生成物や濃度の低くなった現像液がその周辺に影響を与えることはないが、逆にそれらが生じた個所において溶解生成物の量や濃度変化の差がそのまま維持されてしまうためパターン疎密による寸法差を生じてしまっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、被処理面に液盛りされた現像液の置換が、ほとんど行われないために、特に、疎密なパターンが存在する場合、現像中に現像液の濃度差が生じ、パターンの疎密差によりパターン寸法が異なり、高精度なパターンが得られないと言う問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、被処理面上における薬液の濃度差を無くすことができ、高精度の薬液処理が可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
［構成］
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【０００８】
（１）本発明に係わる基板処理装置は、被処理基板を略水平に保持する基板保持機構と、前記被処理基板の被処理面に対向配置され、前記被処理基板に対して薬液を吐出するための薬液吐出開口と、被処理基板上の薬液を吸引するための薬液吸引開口とを具備した薬液吐出／吸引部を有する薬液吐出／吸引機構と、前記薬液吐出／吸引部と前記被処理基板とを相対的に水平移動させる移動機構と、前記薬液吐出／吸引部から前記被処理基板の被処理面と前記薬液吐出／吸引部との間隙に吐出された薬液の少なくとも一部に振動，対流又は乱流を与える振動／乱流付加機構とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様を以下に記す。
(a) 前記薬液吐出／吸引機構には、前記薬液吐出開口及び前記薬液吸引開口を、前記相対的な水平移動方向に、挟むように設けられ、前記薬液吐出開口から吐出される薬液と異なる第２の薬液を前記被処理面に対して吐出する第２の薬液吐出開口が１対以上更に設けられていること。
【００１０】
(b) 前記振動／乱流付加機構が、前記被処理基板及び、該被処理基板上に吐出された薬液の少なくとも一方を加熱する加熱機構であること。
前記加熱機構は、前記薬液吐出／吸引部の被処理基板の被処理面に対向する面に設けられた窓と、前記窓を介して前記被処理基板及び該被処理基板上の薬液の少なくとも一方に対して、光を照射する光源とを具備してなること。
前記加熱機構は、前記被処理基板の被処理面と逆の面に対向して設けられ、前記被処理基板に対して光を照射する光源を具備してなること。
【００１１】
(c) 前記振動／乱流付加機構は、前記薬液吐出／吸引部の被処理基板の被処理面に対向する面に配置形成された、複数の凸部で構成されていること。
前記凸部は、直線状、或いはまだら状に配置されていること。
前記複数の凸部の少なくとも一部は、角状あるいは滑らかに形成されていること。
【００１２】
(d) 前記振動／乱流付加機構が、前記薬液吐出／吸引部に設置された超音波振動子であること。
【００１３】
(e) 前記振動／乱流付加機構が、前記被処理基板の被処理面に対向する前記薬液吐出／吸引部の面が薬液に対する接触角の異なる２種類以上の表面状態で構成されていること。
(f) 前記被処理基板の被処理面に対向する前記薬液吐出／吸引部の面の一部の薬液に対する濡れ性を、被処理基板の被処理面の薬液に対する濡れ性よりも親水性とした表面状態で構成されること。
【００１４】
(g) 前記薬液吐出開口に薬液を供給する輸送経路に薬液加熱機能が設けられていること。
【００１５】
(h) 前記振動／乱流付加機構が、該薬液吐出開口と該薬液吸引開口との間に少なくとも一つ以上配置された、薬液或いは気体を吐出する薬液／気体吐出開口であること。
【００１６】
本発明に係わる基板処理方法は、被処理面が略水平に保持された被処理基板に対して薬液吐出／吸引部の薬液吐出開口から薬液を前記被処理基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出開口に隣接して前記薬液吐出／吸引部に配置された薬液吸引開口にて前記被処理面上の薬液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出／吸引部と前記被処理基板とを相対的に水平移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、前記薬液吐出／吸引部と前記被処理面との間で、且つ前記薬液吐出開口と前記薬液吸引開口との間の領域における間隙には、常に新鮮な薬液を供給すると共に、前記被処理面上の前記間隙に供給された薬液に対して振動、対流又は乱流を生じさせることを特徴とする。
【００１７】
［作用］
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
【００１８】
薬液吐出口から薬液を吐出し、薬液吸引口から薬液を吸引する機能を有するノズルを被処理基板に近接させて基板を処理する方法を例えば感光性樹脂膜の露光後の現像工程に適用した場合、現像が進行するにつれパターンが形成されるため被処理基板上に段差が生じる。特にアスペクト比が大きい段差においてはパターン間に溜まった溶解生成物等を流動させる事が現像液の流れが層流の状態では非常に困難になる。
【００１９】
被処理基板主面と対向するノズル面との間に存在する薬液膜の少なくとも一部に振動又は乱流を起こすことにより液の置換等を効率よく生じさせ、パターン疎密による寸法変動等を低減する効果が期待でき、膜処理の高精度化を達成することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１，２は、本発明の第１の実施形態に係わる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図である。
図１（ａ）は、基板現像装置における基板処理部の構成を示す平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図、図２は図１（ａ）のＢ−Ｂ’部の断面図である。
【００２１】
図１，２に示すように、基板保持具（基板保持機構）１１１上にＳｉウェハ１０１表面に露光済みの感光性樹脂膜１０２が形成された被処理基板１００が載置されている。被処理基板１００は真空吸引により基板保持具１１１にチャックされている。
【００２２】
基板保持具１１１上方に、現像液吐出ノズル１２１，薬液吸引ノズル１２３，リンス液吐出ノズル１２４を具備する現像ノズル（薬液吐出／吸引機構）１２０が配置されている。現像ノズル１２０には、ノズル１２０下面と被処理基板１００とのギャップを測定するため、例えばレーザ測長器を用いたギャップ測定機構１１３が設けられている。又、現像ノズル１２０の両端には、ギャップ測定機構１１３に応じてノズル１２０下面と被処理基板１００とのギャップを調整するために、例えばピエゾ素子を有するギャップ調整機構１１４が備え付けられている。ギャップ調整機構１１４は移動機構１１５に支持されている。移動機構１１５は、基板保持具１１１に対してギャップ調整機構１１４及び現像ノズル１２０を相対的に略水平方向に移動させる。
【００２３】
薬液の吐出は、配管に接続され、薬液を貯蔵するキャニスター内を加圧することによって、行われる。また、薬液の吸引は、配管に接続されたポンプを動作させることによって、行われる。
【００２４】
基板保持具１１１の周囲には、上下動可能な補助板１１２が設けられている。補助板１１２の上面は、被処理基板１００表面と同じ高さまで上昇し、現像ノズル１２０で薬液を吸引する際、被処理基板１００面内で等しく吸引力が働くようにするために設けられている。なお、補助板１１２としては、その表面と半導体ウェハの表面との濡れ性が、ほぼ同じになるような材質を選ぶことが好ましい。具体的には、半導体ウェハ上での現像液の接触角と補助板１１２上での現像液の接触角とがほぼ同じになるようにする。
【００２５】
前述した現像ノズル１２０について、図３を参照してより詳細に説明する。図３に示すように、現像ノズル１２０には、被処理基板１００の被処理面に対して現像液を供給する現像液吐出ノズル１２１、現像液供給配管を挟むように配置されリンス液（純水）を勢いよく吐出する１対以上の振動／乱流付加用ノズル（図中では２対）１２２、１対以上の振動／乱流付加用ノズル１２２を挟むように設けられ、被処理基板１００被処理面上の薬液（現像液＋リンス液）を吸引する１対の薬液吸引ノズル１２３、１対の薬液吸引ノズル１２３を挟むように設けられリンス液を被処理面に吐出する１対のリンス液吐出ノズル１２４が設けられている。被処理基板１００の被処理面に対して対向する、各ノズル１２１，１２２，１２４の吐出口から薬液（現像液，リンス液）等が吐出されると共に、薬液吸引ノズル１２３から薬液が吸引される。
【００２６】
被処理基板１００被処理面に対向する現像ノズル１２０の面に設けられた、各ノズル１２１〜１２４の開口は、移動方向と垂直な方向に長辺を有し、且つ移動方向と平行な方向に短辺を有し、長辺はウェハの最大径以上の長さを有している。
【００２７】
現像液吐出ノズル１２１には、φ３ｍｍの配管１２１ａ，φ０．３ｍｍの配管１２１ｂ、二つの配管１２１ａ，１２１ｂの間に現像液一時貯留用のドレイン構造部１２１ｃを介して現像液が供給される。また、φ０．３ｍｍの配管１２１ｂと現像液吐出ノズル１２１との間には、現像液吐出ノズルの長手方向に現像液を均一に拡散させるための液溜め１２１ｄが設けられている。現像液吐出ノズル１２１の配管１２１ａ，１２１ｂ、ドレイン構造部１２１ｃ，液溜め１２１ｄには、加熱するヒータ１２５が設けられている。また、現像液吐出ノズル１２１の素材はヒータ１２５による熱変形等が生じない材料を用いていることが好ましい。
【００２８】
振動／乱流付加用ノズル１２２の開口が形成されている領域の現像ノズル下面には、高さ約７０μｍ程度の尖った凸部１２６が形成されている。凸部１２６が形成されていない窪みに、極微細な振動／乱流付加用ノズル１２２の開口が隣接しながら複数形成されている。
【００２９】
リンス液吐出ノズル１２４は、現像液が流れを作る領域の周辺をリンス液が覆うように、薬液吸引ノズル１２３を挟むように配置されている。
【００３０】
尖った凸部１２６により現像液の流れを乱すと共に、更には微細な開口の振動／乱流付加用ノズルから被処理基板１００の被処理面に液体を吹き付けることにより現像ノズル１２０直下の現像液の流れを効率的に乱すことが可能となる。
【００３１】
該ノズル１２０下面と被処理基板との距離は約１００μｍに設定した。
【００３２】
なお、現像液吐出ノズル１２１からの現像液の吐出流量・吐出時間、薬液吸引ノズル１２３による吸引流量・吸引時間、振動／乱流付加用ノズル１２２，リンス液吐出ノズル１２４からのリンス液の吐出流量・吐出時間、現像ノズル１２０の移動速度、ヒータ１２５の温度等は、図示されない制御系により制御される。
【００３３】
次に、ウェハ上に現像液を供給する具体的方法を説明する。
先ず、加工しようとする下地膜上にレジスト等の感光性樹脂膜１０２が形成されたＳｉウェハ１０１にＫｒＦエキシマーステッパーによりクロムマスクを介して露光し、感光性樹脂膜１０２に潜像を形成する。
【００３４】
その被処理基板１００を基板保持具１１１に水平に保持させた後に、バキュームチャックにより被処理基板１００を固定保持させる、被処理基板１００の全面に液供給可能な現像ノズル１２０を端部上方のイニシャルポジションに動かす。補助板１１２の上面を被処理基板上面と同じ高さにした。
【００３５】
現像液吐出ノズル１２１からの現像液吐出流量を０．７Ｌ／ｍｉｎ、リンス液吐出ノズル１２４からのリンス液吐出流量を２．２Ｌ／ｍｉｎ、薬液吸引ノズル１２３による薬液吸引流量を２．５Ｌ／ｍｉｎ、現像ノズル１２０の移動速度０．５ｍｍ／ｓｅｃに設定した。トータルの吐出量と吸引量が等しくないのは、ウェハの上から現像カップの中に溢れているためである。
【００３６】
先ず、リンス液吐出ノズル１２４からリンス液を吐出を開始して、補助板１１２上、及び被処理基板１００被処理面上がリンス液で満たされた状態とした。被処理基板１００上のリンス液膜１４２の膜厚は、約１．５ｍｍであった。
【００３７】
次いで、現像ノズル１２０を被処理基板１００被処理面上端部からギャップ１００μｍを保ちながら速度０．５ｍｍ／ｓｅｃで走査させると同時に、現像液吐出ノズル１２１から現像液、振動／乱流付加用ノズル１２２からリンス液の吐出を開始すると共に、薬液吸引ノズル１２３から薬液の吸引を開始させる。処理開始から処理終了まで、リンス液吐出ノズル１２４からは、リンス液が常に吐出している状態である。
【００３８】
現像液は、現像液吐出ノズル１２１と両側の薬液吸引ノズル１２３間における現像ノズル１２０下面と被処理面との間隙を通して流れ、その領域間では、常に新鮮な現像液が供給され、感光性樹脂膜が溶解した現像液は、直ちに、薬液吸引ノズル１２３により吸引されて取り除かれ、前記領域間には常に新鮮な現像液膜１４１が形成された状態になる。
【００３９】
また、現像ノズル１２０の移動方向前側のリンス液吐出ノズル１２４から吐出されたリンス液は、被処理面上に吐出された際、一部は前記前側の薬液吸引ノズル１２３により現像液と共に吸引されるが、大部分は、現像ノズル１２０下面と被処理面との間隙に吐出される。吐出されたリンス液は、現像ノズル１２０の移動に伴い、直ちに薬液吸引ノズル１２３により吸引されて取り除かれると共に、現像液に置換される。
【００４０】
振動／乱流付加用ノズル１２２からのリンス液の吐出により、現像ノズル１２０の走査中、常にノズル１２０直下での液の流れを乱流にしつつ、現像処理が行われる。また、現像ノズル１２０の移動に伴い、凸部１２６により、ノズル下面の現像液膜１４１の流れが乱された状態になる。現像液温度は室温になるようノズル１２０内臓のヒータ１２５で制御した。
【００４１】
１対の薬液吸引ノズル１２３間の長さが４０ｍｍであり、走査速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとしたので、実効の現像時間は被処理基板１００被処理面のすべての点において８０ｓｅｃである。
【００４２】
ノズルがウェハ面上を横切った後、充分リンスを行い、その後基板を乾燥させレジストパターン形成を完了した。
【００４３】
上記実施形態によれば、常に、新鮮な現像液が被処理基板１００の被処理面に直接供給され、更に、現像液に使用した現像液は、直ちに吸引除去されるため、被処理基板１００の被処理面において、現像液の濃度差が生じることがない。
【００４４】
現像が進行するにつれパターンが形成されるため被処理基板上に段差が生じるが、振動／乱流付加用ノズル１２２からのリンス液の吐出，及び凸部により被処理基板１００の被処理面と現像ノズル１２０下面との間に存在する現像液膜１４１の少なくとも一部に振動又は乱流を起こすことにより、現像液の置換等を効率よく生じさせ、パターン疎密による寸法変動等を低減する効果が期待でき、膜処理の高精度化を達成することが可能となる。
【００４５】
また、ヒータ１２５により現像液膜１４１を加熱しながら行うことにより感光性樹脂膜１０２のパターン間に溜まっている溶解生成物が間接的に加熱されるので、より効率的に乱流を生じさせることができ、より高精度なパターン形成が可能となる。さらに、溶解生成物自身が現像液膜１４１から受ける熱エネルギーにより分解、解離、移動しやすくなることによる洗浄効果により、より高精度なパターン形成が可能となる。
【００４６】
又、一般に現像液の温度が高くなると感光性樹脂膜の溶解速度が大きくなるので所望のパターン寸法を得るのに必要な現像時間が短くて済み、ひいては基板１枚あたりに必要な現像液の消費量も低減できる効果もある。
【００４７】
本実施形態の場合、現像ノズルの下に被処理基板を配置したが両者の位置関係は必ずしもそういう設定である必要はない。上下関係が逆転する場合もありえる。又、吐出流量、時間、スキャン速度等の処理条件についても記載された値に限定するものではない。同様に現像液吐出ノズル、吸引ノズル、リンス液吐出ノズルの位置関係も記載された範囲に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えばリンス液吐出ノズル１２４は、上記実施形態に記載されているように現像ノズル１２０と一体型である必要はない。また、上記実施形態については、液の流れが対称になるように、薬液吐出ノズル１２１と薬液吸引ノズル１２３とを配置したが、必ずしもこのような配置に限定されるものではなく、非対称な液の流れを形成するように配置しても良い。凸部１２６の形成による現像ノズル１２０下面の凹凸形状や大きさも上述した範囲に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば図４（ａ）に示したように、ノズルの進行方向の凹凸形状が任意の位置で変わらないような（一次元配置）、正弦波形状の凹凸形状であっても良い。なお、正弦波ではなく、矩形波形状であっても良い。また、図４（ｂ）に示すように、凸部１２６が二次元配置（まだら状）されていても良い。
【００４８】
又、ノズル下面の振動／乱流付加用ノズル１２２から吐出される液については、リンス液（純水）に限定されるものではなく、現像液や酸化性や還元性を有する機能水を吐出させても良い。また、振動／乱流付加用ノズル１２２から吐出されるものとしては、液体に限らず、気体を吐出させてもよい。
【００４９】
又、上記実施形態については、感光性樹脂膜の現像に関し適用例を示したが、感光性樹脂膜の現像だけに限定されるものではない。例えばウェハのウエットエッチングや半導体製造用のフォトマスク製作プロセスにおける基板上の感光性樹脂膜の現像、ウエットエッチング、洗浄、及びカラーフィルター製作プロセス、及びＤＶＤ等のディスクの加工プロセスにおける現像等においても適用可能である。
【００５０】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係わる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図である。なお、図５において、図３と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
被処理基板１００の被処理面の逆の面に対向して設けられ、前記被処理基板に対して光を照射するハロゲンランプ（光源）２０１が設けられている。ハロゲンランプ２０１から照射された光を効率よく被処理基板１００に対して照射するために、直方体の石英ガラスで構成されたライトガイド２０２が設けられている。ライトガイド２０２に入射した光は、その内部で反射を繰り返すことにより、その出口面内において光強度が平均化される。ハロゲンランプ２０１とライトガイド２０２は移動機構があり、処理中に被処理基板１００下面を照射しながら動かすことが可能である。
【００５２】
被処理基板１００とライトガイド２０２との間に、被処理基板１００及び補助板１１２からこぼれた薬液がハロゲンランプ２０１及びライトガイド２０２にかかって光量が減少するのを防ぐための、石英ガラスで構成された透明板２０３が設置されている。極薄の石英基板には表面処理が施され、現像液やリンス液に対して撥水性を有する。透明板２０３端部に、被処理基板１００に照射される光量の減衰を防ぐために、透明板２０３上に落ちた薬液を瞬時に吹き飛ばすエアノズル２０４が設けられている。
【００５３】
ハロゲンランプ２０１による被処理基板の加熱の制御方法の一例を次に示す。例えば、表面付近に熱電対を埋設した、被処理基板１００とは別のダミー基板基板を使用して、予め実験条件と同じ条件を作りつつ加熱実験を行うことにより、その加熱特性を制御部に複数のパターン記憶させることにより所望の加熱をフォトマスクに施す方式をとった。
【００５４】
フォトマスク上に現像液を供給する具体的方法を示す。
まず、加工しようとする下地膜上にレジスト等の感光性樹脂膜１０２が形成された被処理基板１００に電子ビームを照射し、感光性樹脂膜１０２に潜像を形成した。その被処理基板１００を基板保持具１１１で水平に保持し、被処理基板１００の縦方向の長さとほぼ同サイズの現像ノズル１２０を被処理基板１００被処理面上の端部上方に移動させた。リンス液吐出ノズル１２４からリンス液を吐出し、補助板１１２上、及び被処理基板１００上がリンス液で満たされた状態とした。被処理基板１００上のリンス液厚は、約１．５ｍｍであった。現像ノズル１２０を被処理基板１００被処理面上端部からギャップ２０μｍを保ちながら速度０．５ｍｍ／ｓｅｃで走査させると同時に、現像液吐出、吸引、振動／乱流付加用ノズル１２２からリンス液を開始させた。
【００５５】
処理開始から処理終了まで、リンス液吐出ノズル１２４からはリンス液は常に吐出している状態である。現像液の温度は室温より高くなるよう現像ノズル１２０内臓のヒータ１２５で制御した。
【００５６】
又、制御系には、現像ノズル１２０の位置が常時位置信号として送られており、位置信号に応じてハロゲンランプ及びライトガイドをノズルと等速度で移動させて、現像ノズル１２０に対応する位置を照射しながら現像ノズル１２０の走査を行った。なお、被処理基板１００表面の温度は８０℃に設定しながら処理を行った。
【００５７】
ノズルがウェハ面上を横切った後、充分リンスを行い、その後基板を乾燥させレジストパターン形成を完了した。
【００５８】
本実施形態によれば、常に、新鮮な現像液が被処理基板１００の被処理面に直接供給され、更に、現像液に使用した現像液は、直ちに吸引除去されるため、被処理基板１００の被処理面において、現像液の濃度差が生じることがない。
【００５９】
被処理基板１００裏面側から、ハロゲンランプ２０１により被処理基板１００を加熱することにより、被処理基板１００被処理面上の現像液膜１４１が加熱され暖められる。暖められた現像液膜には対流が起こり、現像液膜１４１の少なくとも一部に乱流が生じる。乱流の発生により、現像液の置換等を効率よく生じさせ、パターン疎密による寸法変動等を低減する効果が期待でき、膜処理の高精度化を達成することが可能となる。
【００６０】
基板を加熱する際、光を用いることにより、前実施形態のようにヒータを用いた場合に比べ、温度上昇の応答性がよくなるため短時間処理が可能となる。また、本実施形態では、被処理基板１００に接触しない基板裏面側から光を照射しているので、薬液処理ユニット製作の上で利便性が高くなる。
【００６１】
又、上記実施形態については、Ｓｉウェハ１０１上の感光性樹脂膜１０２の現像工程に適用した例を示したが、感光性樹脂膜の現像だけに限定されるものではない。例えば半導体ウェハのウエットエッチングや、半導体製造用のフォトマスク製作プロセスにおける基板上の感光性樹脂膜の現像、ウエットエッチング、洗浄、及びカラーフィルター製作プロセス、及びＤＶＤ等のディスクの加工プロセスにおける現像等においても適用可能である。
【００６２】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態にかかわる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図である。
【００６３】
被処理基板の被処理面上に現像液吐出ノズル１２１、薬液吸引ノズル１２３、リンス液吐出ノズル１２４が備えられた現像ノズル１２０が、被処理基板１００に極近接させて配置されている。現像ノズル１２０下面と被処理基板１００表面とのギャップは１０μｍである。又、現像ノズル１２０は駆動機構により、被処理基板１００とのギャップを一定に保ちながら移動することができる。
【００６４】
現像ノズル１２０は、現像液吐出ノズル１２１と薬液吸引ノズルとの間の領域内に、ハロゲンランプ３０１を具備する。ハロゲンランプ３０１から照射された光は、現像ノズル１２０下面に設けられたフィルタ付き窓３０２を介して被処理基板１００の被処理面を照射する。フィルタ付き窓３０２は、赤外波長のみを選択的に透過させる機能を有し、被処理面には赤外波長光のみが照射される。被処理基板１００に対して効率的に光を照射するため、金コーティングされたリフレクタ３０３を具備する。
【００６５】
また、図示されていない制御系が、現像液吐出流量、現像液吐出時間、吸引流量、吸引時間、リンス液吐出量、吐出時間、ノズル移動速度、ハロゲンランプ３０１の出力等の制御を行う。ハロゲンランプ３０１の出力制御は、ランプ３０１の傍らにカロリーメータ（不図示）を配置して、その出力をモニターし、フィードバックして行っている。
【００６６】
先ず、加工しようとする下地膜上にレジスト等の感光性樹脂膜１０２が形成されたＳｉウェハ１０１にＫｒＦエキシマーステッパーによりクロムマスクを介して露光し、感光性樹脂膜１０２に潜像を形成する。
【００６７】
その被処理基板１００を基板保持具１１１に水平に保持させた後に、バキュームチャックにより被処理基板１００を固定保持させる、被処理基板１００の全面に液供給可能な現像ノズル１２０を端部上方のイニシャルポジションに動かす。補助板１１２の上面を被処理基板上面と同じ高さにした。
【００６８】
次に、ウェハ上に現像液を供給する具体的方法を示す。加工しようとする下地膜上にレジスト等の感光性樹脂膜が形成されたウェハにＫｒＦエキシマーステッパーによりクロムマスクを介して露光し、感光性樹脂膜に潜像を形成した。そのウェハをウェハ保持具で水平に保持し、棒状のウェハの直径とほぼ同サイズでウェハ全面に液供給可能な現像ノズル１２０をイニシャルポジションに動かす。現像液吐出流量を０．７Ｌ／ｍｉｎ、リンス液吐出流量を２．２Ｌ／ｍｉｎ、吸引流量を２．５Ｌ／ｍｉｎ、移動速度０．５ｍｍ／ｓｅｃに設定した。トータルの吐出量と吸引量が等しくないのは、基板の上から現像カップの中に溢れているためである。
【００６９】
先ず、リンス液吐出ノズル１２４からリンス液を吐出を開始して、補助板１１２上、及び被処理基板１００被処理面上がリンス液で満たされた状態とした。被処理基板１００上のリンス液膜１４２の膜厚は、約１．５ｍｍであった。
【００７０】
次いで、現像ノズル１２０を被処理基板１００被処理面上端部からギャップ１００μｍを保ちながら速度０．５ｍｍ／ｓｅｃで走査させると同時に、現像液吐出ノズル１２１から現像液の吐出、薬液吸引ノズル１２３による薬液の吸引、並びにハロゲンランプ３０１の点灯を開始させる。
【００７１】
ハロゲンランプを点灯しながら現像処理することにより基板及び薬液の温度が上昇し、現像反応をより効率的に行うことができる。
【００７２】
ノズルがウェハ面上を横切った後、充分リンスを行い、その後基板を乾燥させレジストパターン形成を完了した。
【００７３】
本実施形態によれば、常に、新鮮な現像液が被処理基板１００の被処理面に直接供給され、更に、現像液に使用した現像液は、直ちに吸引除去されるため、被処理基板１００の被処理面において、現像液の濃度差が生じることがない。
【００７４】
被処理基板１００被処理面側から、ハロゲンランプ３０１により被処理基板１００を加熱することにより、被処理基板１００被処理面上の現像液膜１４１が加熱され暖められる。暖められた現像液膜には対流が起こり、現像液膜１４１の少なくとも一部に乱流が生じる。乱流の発生により、現像液の置換等を効率よく生じさせ、パターン疎密による寸法変動等を低減する効果が期待でき、膜処理の高精度化を達成することが可能となる。
【００７５】
また、フィルタ付き窓３０２により、被処理基板１００及び現像液膜１４１に照射される光の波長を選択することにより、高エネルギーの光照射及び加熱効率の向上等が図れるようになる。
【００７６】
また、現像液膜が加熱されて、現像時間の短縮化も図ることができる。
【００７７】
なお、第１の実施形態に示したように、ノズル１２０下面に凸部を設け、凹凸等と光による加熱等を組み合わせて使用することもありうる。
凸部１２６は、現像液吐出ノズル１２１と薬液吸引ノズル１２３との間（図７（ａ）、１対の薬液吸引ノズル１２３の外側の領域（図７（ｂ）、或いは現像液吐出ノズル１２１と薬液吸引ノズル１２３との間及び１対の薬液吸引ノズル１２３の外側（図７（ｃ））に形成されるなどの形態をとる場合もある。なお、図７においては、リンス液吐出ノズル１２４の図示を省略している。
【００７８】
また、図７（ａ）〜７（ｂ）に示した現像ノズル１２０の構成において、加熱用のランプが無い構成（図８（ａ）〜（ｃ））であっても良い。
【００７９】
又、光源についてもハロゲンランプに限定されるものではなく、レーザ発振器等を用いても良い。又、必要に応じてライトガイドやレンズ等の光学系と組み合わせて使用することもできる。
【００８０】
本実施形態の場合、現像ノズル１２０の下に被処理基板１００を配置したが両者の位置関係は必ずしもそういう設定である必要はなく、図９に示したように上下関係が逆転する場合もありえる。
【００８１】
又、吐出流量、時間、スキャン速度等の処理条件についても実施例の値に限定するものではない。同様に現像液吐出ノズル１２１、薬液吸引ノズル１２３、リンス液吐出ノズル１２４の位置関係も上記した範囲に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００８２】
又、本実施例についてはウェハの現像に関し適用例を示したが、ウェハの現像だけに限定されるものではない。例えば前述の光を用いて処理速度の情報を取得し、プロセスにフィードバックするような場合にも適用可能である。他にもウェハのウエットエッチングや半導体製造用のフォトマスク製作プロセスにおける基板上の感光性膜の現像、ウエットエッチング、洗浄、及びカラーフィルター製作プロセス、及びDVD等のディスクの加工プロセスにおける現像等においても適用可能である。
【００８３】
例えば洗浄例の一つとして図１０に示したように、被処理基板３００の下方にリンス液吐出ノズル３２１、リンス液乱流形成部材３２６、及び光照射部３０１，３０２，３０３を具備したノズル３２０を配置する場合もあり得る。必要に応じて該処理系全体をリンス液中に水没させる場合もあり得る。その場合、被処理基板表面上で生成した反応生成物３１０を除去する工程に於いて、光を照射しながら且つノズル３２０と被処理基板３００の上下関係を逆にしておくと重力の影響によって、洗浄効率をあげる方向に作用するため、被処理基板３００表面の洗浄を効果的に行うことが可能となる。
【００８４】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係わる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図である。図２，３と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８５】
図１１に示すように、現像ノズル１２０には、その内部に超音波振動子４０１を具備する。超音波振動子４０１を駆動せることにより、現像液やリンス液に振動を与えて流れを乱すことが可能である。
【００８６】
又、更には該ノズルのノズル下面はメッシュ上に表面粗さが変えてある（図１２）。図１２に示すように、表面粗さＲａ＝０．２０の第１の領域４１１及びＲａ＝０．８０の第２の領域の２つの領域が存在する。２つの領域４１１，４１２で表面での粗さを変えることにより、表面での液体との摩擦力が局所的に変化するため流れが乱れ、且つ超音波振動子による振動を組み合わせて左右、上下方向にさらに効率よく乱流を発生することが可能となる。
【００８７】
又、被処理基板の被処理面における薬液の流速を早めるために、被処理基板の被処理面に対向する現像ノズルの面の一部の薬液に対する濡れ性を被処理基板の被処理面の薬液に対する濡れ性よりも親水性とした表面状態で構成される場合もあり得る。
【００８８】
上記したように濡れ性を変えることによって、図１３に示すように、被処理基板１００主面上での薬液（現像液，リンス液）４２０の流速が現像ノズル１２０の下面での流速より早められ、Ｓｉウェハ１０１上の感光性樹脂膜１０２のパターン間に生じる流れを大きくすることが可能となり、感光性樹脂膜１０２のパターン間の薬液の置換の効率を上昇させることが可能となる。
【００８９】
現像時、超音波振動をノズルを介して現像液、及びリンス液に与えつつ、実施例１と同様の処理条件にて現像処理を行うこと以外は、他の実施形態と同様なので、現像処理の詳しい説明を省略する。
【００９０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被処理基板主面と対向するノズル面との間に存在する薬液膜の少なくとも一部に振動又は乱流を起こすことにより液の置換等を効率よく生じさせ、パターン疎密による寸法変動等を低減する効果が期待でき、膜処理の高精度化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に係わる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図。
【図３】図１，２に示す現像ノズル１２０の構成を示す図。
【図４】現像ノズルに設けられた凸部の形状を示す図。
【図５】第２の実施形態に係わる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図。
【図６】第３の実施形態に係わる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図。
【図７】現像ノズルに設けられる凸部の設置位置を示す図。
【図８】現像ノズルに設けられる凸部の設置位置を示す図。
【図９】現像ノズルと被処理基板との配置関係の変形例を示す図。
【図１０】基板洗浄装置における基板処理部の概略構成を示す図。
【図１１】第４の実施形態に係わる基板現像装置における基板処理部の概略構成を示す図。
【図１２】第４の実施形態に係わる被処理基板に対向する現像ノズルの面の状態を示す平面図。
【図１３】現像ノズルと被処理基板との濡れ性を変えた場合の効果の説明に用いる図。
【符号の説明】
１００…被処理基板
１０１…ウェハ
１０２…感光性樹脂膜
１１１…基板保持具
１１２…補助板
１１３…ギャップ測定機構
１１４…ギャップ調整機構
１１５…移動機構
１２０…現像ノズル
１２１…現像液吐出ノズル
１２２…振動／乱流付加用ノズル
１２３…薬液吸引ノズル
１２４…リンス液吐出ノズル
１２５…ヒータ
１２６…凸部
１４１…現像液膜
１４２…リンス液膜

Claims

被処理基板を略水平に保持する基板保持機構と、
前記被処理基板の被処理面に対向配置され、前記被処理基板に対して薬液を吐出するための薬液吐出開口と、被処理基板上の薬液を吸引するための薬液吸引開口とを具備した薬液吐出／吸引部を有する薬液吐出／吸引機構と、
前記薬液吐出／吸引部と前記被処理基板とを相対的に水平移動させる移動機構と、
前記薬液吐出／吸引部から前記被処理基板の被処理面と前記薬液吐出／吸引部との間隙に吐出された薬液の少なくとも一部に振動，対流又は乱流を与える振動／乱流付加機構とを具備することを特徴とする基板処理装置。
前記薬液吐出／吸引機構には、前記薬液吐出開口及び前記薬液吸引開口を、前記相対的な水平移動方向に、挟むように設けられ、前記薬液吐出開口から吐出される薬液と異なる第２の薬液を前記被処理面に対して吐出する第２の薬液吐出開口が１対以上更に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記振動／乱流付加機構が、前記被処理基板及び、該被処理基板上に吐出された薬液の少なくとも一方を加熱する加熱機構であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記加熱機構は、
前記薬液吐出／吸引部の被処理基板の被処理面に対向する面に設けられた窓と、
前記窓を介して前記被処理基板及び該被処理基板上の薬液の少なくとも一方に対して、光を照射する光源とを具備してなることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
前記加熱機構は、
前記被処理基板の被処理面と逆の面に対向して設けられ、前記被処理基板に対して光を照射する光源を具備してなることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
前記振動／乱流付加機構は、前記薬液吐出／吸引部の被処理基板の被処理面に対向する面に配置形成された、複数の凸部で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記凸部は、直線状、或いはまだら状に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
前記複数の凸部の少なくとも一部は、角状あるいは滑らかに形成されていることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
前記振動／乱流付加機構が、前記薬液吐出／吸引部に設置された超音波振動子であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記振動／乱流付加機構が、前記被処理基板の被処理面に対向する前記薬液吐出／吸引部の面が薬液に対する接触角の異なる２種類以上の表面状態で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記被処理基板の被処理面に対向する前記薬液吐出／吸引部の面の一部の薬液に対する濡れ性を、被処理基板の被処理面の薬液に対する濡れ性よりも親水性とした表面状態で構成されることを特徴とした請求項１に記載の基板処理装置。
前記薬液吐出開口に薬液を供給する輸送経路に薬液加熱機能が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記振動／乱流付加機構が、該薬液吐出開口と該薬液吸引開口との間に少なくとも一つ以上配置された、薬液或いは気体を吐出する薬液／気体吐出開口であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
被処理面が略水平に保持された被処理基板に対して薬液吐出／吸引部の薬液吐出開口から薬液を前記被処理基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出開口に隣接して前記薬液吐出／吸引部に配置された薬液吸引開口にて前記被処理面上の薬液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出／吸引部と前記被処理基板とを相対的に水平移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、
前記薬液吐出／吸引部と前記被処理面との間で、且つ前記薬液吐出開口と前記薬液吸引開口との間の領域における間隙には、常に新鮮な薬液を供給すると共に、前記被処理面上の前記間隙に供給された薬液に対して振動、対流又は乱流を生じさせることを特徴とする基板処理方法。
前記薬液吐出／吸引部と前記被処理面との間、且つ前記薬液吐出開口と前記薬液吸引開口との間の領域において、前記被処理基板及び被処理面上の薬液の少なくとも一方を加熱して被処理面上の薬液に対して振動、対流又は乱流を生じさせることを特徴とする請求項１４に記載の基板処理方法。
前記被処理基板及び被処理面上の薬液の少なくとも一方の加熱に光を用いることを特徴とする請求項１５に記載の基板処理方法。
前記被処理基板の被処理面に光を照射して加熱することを特徴とする請求項１６に記載の基板処理方法。
前記被処理基板の被処理面と逆側の面に対して光を照射して加熱することを特徴とする請求項１６に記載の基板処理方法。
前記薬液吐出／吸引部に設けられた超音波振動子により前記薬液に対して振動を与えることにより、被処理面上の薬液に対して振動、対流又は乱流を生じさせることを特徴とする請求項１４に記載の基板処理方法。