JP4414758B2 - 表面付近に吐出される液体ジェットの相互混合を緩和するための方法及び装置 - Google Patents
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Description
現像液モジュールの工程は、さらに細い線幅のパターン形成の上で、重要な役割を果たす。現像工程に先立つフォト・リソグラフィー工程の結果、レジストフィルムには、高い溶解速度の領域と低い溶解速度の領域とが創られる。現像工程においては、レジストフィルムに転写されたイメージは、湿式工程によって、三次元構造に現像される。続くエッチング工程(これはほとんど乾式である)では、かかるイメージを、Siや、SiO2、ポリSiなどから形成された基板上に転写する。
本発明の第2の観点を具体化する実施形態は、pHの急変を抑制することで反応生成物の沈澱を最小にするような方法に基づいていて、前記方法は、現像液の初期の投入によって基板上のポリマー層の少なくとも一部分を現像する段階と、前記現像液を追加的に投入して前記ポリマーをすすぐことでpHの急変を最小に制御する段階と、別の流体を投入して前記ポリマーをすすぐ段階とを備えている。
本発明の第4の観点を具体化する実施形態は、基板上にて現像されるポリマー層への流体衝突力を最小にすることによって歩留りと線幅の制御能力とを改善するような装置に基づいていて、前記装置が備えているノズルは、流体を供給すべく適合してなるマニホールドと、前記マニホールドに結合されてなる複数の流体導管と、前記複数の流体導管の中に配置されてなる複数の管状のインサートとを含んでいる。
本発明の第6の観点を具体化する実施形態は、基板上にて現像されるポリマー層への流体衝突力を最小にすることによって歩留りと線幅の制御能力とを改善するような装置に基づいていて、前記装置が備えているノズルは、現像液を供給すべく適合してなる現像液マニホールドと、前記現像液マニホールドに結合されてなる複数の現像液オリフィスと、すすぎ流体を供給すべく適合してなるすすぎマニホールドと、前記すすぎマニホールドに結合されてなる複数のすすぎ流体オリフィスとを備え、前記複数のすすぎ流体オリフィスは少なくともひとつのすすぎ流体軸線を形成すべく配置され、前記ノズルは前記基板に対して前記ノズルを昇降すべく適合してなるブラケットに結合されていて、前記少なくともひとつのすすぎ軸線を、前記基板の中心線に対して垂直な実質的に同一平面上に再配置する。
本発明の追加的な観点は、表面付近にて吐出される液体ジェットの相互混合を緩和するための方法及び装置を含んでいる。
図1は、本発明の実施形態であって、単一の化学流体を吐出するための液体吐出ノズル100を示している。ノズル100における前面105から後面までの最大幅は、吐出される流体を受ける半導体基板ウエハの半径に等しくなっている。本願中に記載された様々な他の変形例と同じく、ノズル100の幅及びその他の関連する寸法は、具体的な用途に応じて変更される。ノズル100に含まれているメインアーム110は、ノズル100の底面115に対する垂直軸線に沿って整列されてなる、複数の導管を有している。入口マニホールド130は供給流体を受け入れて、流体はノズルを通り、複数の出口101を介して、回転しているウエハ上に分配される。本実施形態では、図示の出口101はメインアーム110の幅にわたって直線的に整列されている。ノズル100の幅によって、ウエハが1回転するだけで、吐出された流体はウエハの全域に行き渡る。このように、ノズル100は流体を均一かつ迅速に分配するが、こうした現像液の塗布は、限界寸法(CD)制御のための重大な要求条件である。本発明の本実施形態及び他の実施形態が適用される文脈ないし技術分野には、微細構造物や微細電子構造を処理するフォト・リソグラフィーが含まれることを理解されたい。そうした構造物は代表的にエッチングして形成され、関連して付着堆積されたポリマーは構造物の一部分を保護するマスクとして機能して、該構造物はエッチング剤によってほとんど影響されずに残される。現像されるポリマーは、ネガ式及び/又はポジ式のフォトレジストである。本発明にあっては、例えばノズルの再配置や所望のスピン速度の変更などのある種の機能を実行する、別個の相互結合されたハードウェア要素や下位装置を操作すべく、ポリマー処理の状態を特徴づける信号を変化させるような情報処理方法を利用することもできる。
図12A〜Bは、本発明のかかる観点によるマルチ・ポート・ノズルに使用される、管状インサート650Aの実施形態を示している。図12Aに示すように、管状インサート650Aは実質的に丸い断面1210Aを含んでいる。しかしながら、本発明の別の実施形態にあっては、円形以外の、正方形や多角形である断面形状に形成しても良い。インサートのこれらの及びその他の構成は、ノズル本体から出るマニホールドの流体が比較的平行な流体流れになって、これらが互いに実質的に干渉しないで送出の機能を実行できるように選択される。さらに、管状インサート650Aの高さは、管状インサートを保持しているマニホールドの垂直位置に従って、または、管状インサートの内側端660Aが形成するリザーバに求められる深さに従って設定される。図12Bに示している管状インサート650Aは、比較的短い高さを有していて、これは第1のマニホールド505や第3のマニホールド515のような、ノズル400の底面680に近接したマニホールドのために使用される。しかし、かかる管状インサート650Aの全高ないし全長にあっては、ノズルの全体的な寸法及び高さ、ノズルの底面から延出するインサートの外側に求められる延長部、並びに、特定のマニホールドの中に形成されるリザーバに求められる高さなどの要因に応じて変更される。管状インサート650Aは、第2のマニホールド510などのような、ノズルの底面から比較的離れているマニホールドに、浅いリザーバを形成するためにすることもできる。
現像後におけるウエハにわたる色の均一性の品質測定に加えて、ウエハにわたるレジスト除去の差異についてIPECのAcumapの厚さ測定装置によって計量した。この装置は、ウエハ全域にわたって1mm間隔にて(30,000箇所を越える)厚みを測定することができるけれども、実際的な都合により、本報告の計算に際しては、中央の121箇所の露光領域についてだけの厚みを使用した。ベースライン薬品、TOK9と、その処理を使用して試験を行なった。現像方法に変更を加えて、現像液及びDIの吐出中には、アームを動かさないようにした。好ましい実施形態によるノズルを使用して、現像液を吐出した。アームのプログラムによって、最も中央にある孔が、ウエハの中心に対して0.0のオフセットになるように調節した。現像工程において現像液を滞留させる部分は、60.5秒間から5.5秒間へと短縮した。露光線量は12mJ/cmである(E゜線量は約6.5〜7.0mJ/cmである。)。現像液の流量計は約3.8に設定し、体積については確認しなかったけれども、かかる流量計についての過去の経験によれば、約50mlになるはずである。すべてのウエハをPEBによって1回処理した後で、個別に現像装置に入れたが、このとき、各ウエハについてのパラメータはランダムな順序に変化させた。
試験方法における現像に関する部分は以下の通りである。
操作内容 時間(秒) 速度(rpm) アームのX位置(mm)
スピン 1.0 60-2500 0-20
現像液吐出 1.0 同一 同一
現像液吐出 2.0 20 同一
スピン 6.5 0 同一
スピン 0.5 1200 同一
この試験の結果をまとめると以下の通りである。
アームX 速度 平均速度 標準偏差 %unif %unif 最大速度 最低速度 速度範囲
mm rpm Å/sec 速度 σ/ave mg/ave Å/sec Å/sec Å/sec
Å/sec
以下の列は個々のウエハに対応している
0 60 610.9 28.2 4.6% 20.5% 679.8 554.6 125.2
0 600 639.3 2406 3.8% 16.6% 698.7 592.6 106.1
0 1200 608.9 21.9 3.6% 14.4% 660.7 572.8 87.9
0 1200 611.2 24.1 3.9% 17.6% 677.0 569.6 107.4
0 2500 646.6 26.4 4.1% 20.6% 728.3 595.1 133.2
5 60 610.0 31.1 5.1% 20.6% 685.7 560.3 125.4
5 600 622.7 28.9 4.6% 20.8% 707.1 577.8 129.3
5 1200 638.8 24.4 3.8% 16.8% 698.0 590.8 107.2
5 2500 647.7 23.4 3.6% 17.1% 711.9 600.8 111.1
10 60 582.6 29.2 5.0% 21.1% 656.3 533.6 122.7
10 600 639.9 25.9 4.0% 20.2% 724.3 595.1 129.2
10 1200 606.3 30.7 5.1% 42.0% 690.4 435.9 254.5
10 2500 639.8 32.7 5.1% 46.7% 712.4 413.4 299.0
20 60 607.9 63.8 10.5% 112.9% 686.8 0.7 686.1
20 600 593.8 60.0 10.1% 113.4% 672.5 -1.0 673.4
20 1200 629.4 66.6 10.6% 114.9% 723.1 -0.3 723.4
20 2500 639.0 64.9 10.2% 112.0% 717.1 1.2 716.0
以下の列はアーム位置又はスピン速度毎にまとめたものである
全数 60 602.8 42.4 7.0% 113.8% 686.8 0.7 686.1
全数 600 623.9 42.1 6.7% 116.2% 724.3 -1.0 725.2
全数 1200 618.9 39.5 6.4% 116.9% 723.1 -0.3 723.4
全数 2500 643.3 40.4 6.3% 113.0% 728.3 1.2 727.2
0 全数 623.4 29.8 4.8% 27.9% 728.3 554.6 173.7
5 全数 629.8 30.7 4.9% 24.1% 711.9 560.3 151.6
10 全数 617.2 38.3 6.2% 50.4% 724.3 413.4 310.9
20 全数 617.5 66.1 10.7% 117.2% 723.1 -1.0 724.1
以下の列は中心のデータを除外して、
同様にアーム位置又はスピン速度毎にまとめたものである
全数 60 604.1 32.4 5.4% 30.1% 686.6 505.0 181.8
全数 600 625.1 30.8 4.9% 37.8% 724.3 487.7 236.6
全数 1200 620.3 29.6 4.8% 33.7% 723.1 513.9 209.2
全数 2500 645.1 26.0 4.0% 33.2% 728.3 514.0 214.3
0 全数 623.4 29.9 4.8% 27.9% 728.3 554.6 173.7
5 全数 629.9 30.8 4.9% 24.1% 711.9 560.3 151.6
10 全数 617.9 35.9 5.8% 30.9% 724.3 533.6 190.7
20 全数 622.7 34.6 5.6% 37.8% 723.1 487.7 235.4
データにはかなりの散乱が存在しているので、異なったスピン速度間における比較を容易にするために、3次元多項式の曲線を当てはめている。図15〜図18には、表の傾向を確認していて、速度がより大きくなると、主たる不均一は中心のデータと残余のデータとの間にあって、0mmと5mmとはより大きなオフセットに比べると明らかに均一であり、10mmにおいてはオフセットと速度との間に相互作用が存在している。
図26A〜図26Bは、マルチ・ポート・ノズル2300(図23参照)の両側の端部部分を示している。図26Aに示すように、本発明の他の実施形態と同様に、ノズル2300の実質的に縦方向の長さに沿って、一連のマニホールド2605,2610,2615が形成されている。ノズル2300には、一連の管状インサート2350が配置されて、マニホールドからノズルの外部への流体通路を提供している。図示のマニホールドは中ぐりされたものになっているけれども、本願の他のマニホールドと同様に、マニホールドの端部部分は閉じられて又は栓をされていて、流体は対応する入口だけを通して流入し、ノズルインサートを通って排出されることを理解されたい。さらに、1又は複数の気体マニホールド2600が形成されていて、これが加圧気体を受け入れて気体の被覆層を創り出すことで、隣接するノズルインサート2350から吐出される液体間における相互混合を抑制する助けになる。気体マニホールド2600は、図26Bに示した一連の端部オリフィス2362を含む、ノズル2300の底面に沿って形成された様々な気体オリフィスに連通している。さらに、図26A〜図26Bに示すように、ノズルの底面においてノズルインサート2350の基部を取り巻く部分は、一連の1又は複数のトレンチ2640を提供すべく構成されていて、インサートと該インサートから吐出される液体との間にある程度の物理的な分離を提供している。ノズルインサートのまわりに形成されているトレンチ2640と気体の被覆層とは、単独で、または、互いに組み合わせられて、回転するウエハ基板の表面から流体が跳ね返ることによって生じる相互混合と飛沫とを防止する。
図31は、図23の線E−Eに沿っての、ノズル2300の断面図である。この図には、本発明のいくつかの観点が示されている。例えば、複数の長手方向のマニホールド2605,2610,2615は、流体を比較的平行な流れに吐出するための、様々な長さに形成されてなる複数のノズルインサート2350を含んでいる。さらに、一連のトレンチ2640は、ノズルインサート2350の列を隔てていて、ノズルから排出された流体を横方向に閉じ込める。網状のノズルオリフィス2360から排出された気体は、気体の層を形成して、そうした液体とウエハ基板表面からの飛沫を押し戻す。加圧気体は、気体マニホールド2600を通して導かれ配送されて、該気体マニホールドは、ノズルインサート2350のうちのいくつかの間に又はすべての間に形成された、網格子状の通路から構成されている。気体マニホールドは、ノズルのトレンチにおける比較的深い部分に配置された1又は複数の気体オリフィスにつながっていて、比較的縦方向の気体の被覆層3100を発生すべく加圧気体の横列を生じさせて、相互混合を抑制する。さらに、気体マニホールドは、ノズルのトレンチにおける比較的浅い部分につながっていて、ノズルの断面に沿って追加的な気体の被覆層3200を発生すべく、加圧気体の縦列を生じさせる。
本発明によって提供されるすべてのノズルは、ウエハトラックツールにおけるロボットアームに取り付けられる。図33(尺度は正確に描いていない。)に示すように、ノズル3300は、ウエハ基板3320の上方に吊下される支持ブラケット3303に固定される。支持ブラケット3303は、支柱3340に回動可能に取り付けられたロボットアーム3330に取り付けられる。ノズル3300は、ウエハ3320上の様々な箇所へ動かされて、ノズルの選択された部分を通して、ウエハ基板の比較的中央の領域へ、吐出流体が放出される。同時に、支持ブラケットはZ軸に沿って調節されて、ノズルと下側のウエハ3320との間の距離を制御する。支持ブラケット3303はさらに、ノズル3300の上面に沿って形成された様々な入口を取り囲むような、カラー部分3350を含んでいる。カラー部分3350及び支持ブラケットにおけるその他の部分は、複数の部品から構成しても良く、または、単一体として構成しても良いことを理解されたい。また、カラー3350は、液媒体を循環させる冷却ジャケット3360に結合されていて、複数の液体吐出ライン3305,3310,3315を通る液体に、熱伝達と温度制御とを提供する。液体冷却ジャケット3360の部分は、図示の如く、ロボットアーム3330における中空部分の中に配置される。液体吐出ラインは、現像液や脱イオン水などの様々な液体物質を受け入れるべく、ノズルに形成されたそれぞれの入口に結合することができる。変形例としては、支持ブラケット内の別の組の通路を介してラインに供給し、これらをノズルの入口につなげても良い。外部気体源は、支持ブラケットに形成された通路に気体を供給し、該気体はノズルの気体マニホールドに供給される。変形例としては、別の図面を参照して説明したように、気体入口は直接的に、ノズルの気体マニホールド(図示せず)に気体を供給しても良い。
本発明の別の観点としては、本願で説明した装置を使用した、様々な半導体ウエハ処理方法を想定することができる。提供される代表的な方法では、選択された液体吐出ノズルをウエハ基板から約15mmの高さに保持して、液体が吐出されるときの気体の流量は約20cc/秒に設定する。まず、0〜2000rpmで回転させつつ、0〜10秒間にわたって脱イオン水(DI)によってウエハ表面を湿らせる。次に、0〜5秒間の遅れ時間の後に、0〜1000rpmにて0〜5秒間にわたって、現像液の吐出を開始する。ここでの目的は、ウエハ面の全体をもらさず完全に濡らすことである。次に、現像液の滞留を形成させる。ウエハを静止させつつ又は振動させつつ、2〜100秒間にわたって現像工程を継続する。この工程に続いて、DIの吐出を開始して、0〜2000rpmにて0〜100秒間にわたって、沈澱や飛沫を生じさせずに、溶解したレジストを効果的に洗い流す。最後に、1000〜3000rpmにて5〜30秒間にわたって、ウエハを乾燥させる。本願によって提供される装置及び方法においては、他の吐出方法やすすぎ方法を採用することもできることを理解されたい。
Claims (15)
- 現像流体モジュールにおいて流体を吐出するためのマルチ・ポート・ノズルであって、このノズルが、
少なくともひとつの流体入口に連通してなる少なくともひとつの流体マニホールドと、少なくともひとつの気体入口に連通してなる少なくともひとつの気体マニホールドとを形成されているノズル本体と、
ノズル本体の内部に配置されて流体を吐出するような、複数の管状のノズルインサートであって、各ノズルインサートの少なくとも一部分は該ノズル本体から延出し、各ノズルインサートは流体マニホールドに連通していて、これを通した流体の吐出通路を提供しているような上記管状のノズルインサートと、を備え、
ノズル本体は、ノズル本体の外面に配置されて格子パターンを形成している複数の気体オリフィスを含み、各ノズルインサートが該格子パターンの中にそれぞれ配置されており、
格子パターンを形成している複数の気体オリフィスが、気体マニホールドに連通して加圧気体を放出することで、各ノズルインサートから放出された吐出流体を閉じ込める気体の被覆層の縦列及び横列を生じさせる、ことを特徴とする吐出ノズル。 - ノズル本体には、第1の流体入口に連通してなる第1の流体マニホールドと、第2の流体入口に連通してなる第2の流体マニホールドとが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のマルチ・ポート・ノズル。
- 第1の流体入口と第2の流体入口とは、ノズル本体の上面に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のマルチ・ポート・ノズル。
- 第1の流体入口と第2の流体入口とは、ノズル本体の上面における比較的中央の領域に形成されていることを特徴とする請求項3に記載のマルチ・ポート・ノズル。
- 第1の流体入口は、現像流体モジュールの中のウエハ基板に第1の現像液を吐出すべく、第1の現像液源に結合されており、第2の流体入口は、ウエハ基板に第2の現像液を吐出すべく、第2の現像液源に結合されていることを特徴とする請求項2乃至4に記載のマルチ・ポート・ノズル。
- 気体オリフィスから放出される気体の被覆層の縦列及び横列は、各ノズルインサートから吐出された流体が隣接する他のノズルインサートに向かって移動または跳ね返ることを減少させることを特徴とする請求項1乃至5に記載のマルチ・ポート・ノズル。
- 外面は、ノズル本体の底面を形成していて、該底面は現像液モジュールの中にあるウエハ基板の上方に配置されていることを特徴とする請求項1乃至6に記載のマルチ・ポート・ノズル。
- ノズル本体には端面が形成され、該端面には一対の現像液入口が形成されて、選択された第1のグループのノズルインサートを通して現像液をウエハ基板上に吐出すべく、対応する一対の流体マニホールドへ現像液を送出し、また、該端面にはすすぎ流体入口が形成されて、選択された第2のグループのノズルインサートを通してすすぎ流体をウエハ基板上に吐出すべく、対応する流体マニホールドにすすぎ流体を送出することを特徴とする請求項1乃至7に記載のマルチ・ポート・ノズル。
- 半導体ウエハ基板上に複数のプロセス流体を送出するための吐出ノズルであって、この吐出ノズルが、
複数の長手方向の流体マニホールドと気体マニホールドとを形成されているノズル本体であって、それぞれの流体マニホールドは、ノズル本体の中に配置され、ノズル本体に形成された別々の対応する流体入口に連通していて、吐出すべきプロセス流体を受けるような上記ノズル本体と、
ノズル本体の中に配置されて吐出流体を導くための複数のノズルチップであって、それぞれのチップの少なくとも一部分はノズル本体の底面を越えて延在し、少なくとも一部分はノズル本体の中の流体マニホールドの中へ延在しているような上記ノズルチップと、を備え、
底面は、格子網状の溝と、該格子網状の溝に各々配置され格子パターンを形成している複数の気体オリフィスを含み、各ノズルチップが該格子パターンの中にそれぞれ配置されており、
格子パターンを形成している複数の気体オリフィスが、気体マニホールドに連通して加圧気体を放出することで、各ノズルチップから放出された吐出流体を閉じ込める気体の被覆層の縦列及び横列を生じさせる、ことを特徴とする吐出ノズル。 - 格子網状の溝は、ノズル本体の底面における第1の所定部分に沿って形成されてなる比較的深い溝と、底面における第2の所定部分に沿って形成されてなる比較的浅い溝とを含んでいることを特徴とする請求項9に記載の吐出ノズル。
- 気体オリフィスから放出される気体の被覆層の縦列及び横列は、各ノズルチップから吐出された流体が隣接する他のノズルチップに向かって移動または跳ね返ることを減少させることを特徴とする請求項9又は10に記載の吐出ノズル。
- ノズルチップは、ノズル本体にあらかじめ形成された開口の中に挿入配置される独立したインサートであることを特徴とする請求項9乃至11に記載の吐出ノズル。
- ノズルチップは、比較的低温にさらされるとチップの熱収縮によってノズル本体の中に配置できると共に、その後に比較的暖かい温度にさらされると実質的に液密な嵌合を提供するような材料から形成されていることを特徴とする請求項9乃至12に記載の吐出ノズル。
- ノズル本体は、現像液を吐出するための現像液マニホールドを、ノズル本体の底面の比較的近くに形成されて含み、すすぎ流体を吐出するためのすすぎマニホールドを、ノズル本体から比較的遠くに形成されて含んでいることを特徴とする請求項9乃至13に記載の吐出ノズル。
- ノズルチップは、ノズル本体の底面の比較的近くに形成されている現像液マニホールドから現像液を吐出するための比較的短いグループのチップと、ノズル本体の底面から比較的遠くに形成されているすすぎマニホールドからすすぎ流体を吐出するための比較的長いグループのチップとを含んでいることを特徴とする請求項14に記載の吐出ノズル。
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