JP4652031B2

JP4652031B2 - 現像処理装置

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Publication number: JP4652031B2
Application number: JP2004346523A
Authority: JP
Inventors: 淳一北野; 理宮原; 信也若水
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: US20090079948A1; JP2005189842A; US7486377B2; WO2005055294A1; US20070099129A1; US8054443B2

Description

本発明は、露光処理されたレジスト膜を有する半導体ウエハやフラットパネルディスプレイ等の基板の現像液処理装置に関する。

半導体デバイス製造のフォトリソグラフィ工程では、半導体ウエハの表面にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成し、このレジスト膜に所定のパターンを露光し、レジスト膜の感光部または非感光部を選択的に現像液に溶解させて、現像液を純水等のリンス液によって洗い流し、半導体ウエハを高速回転させて半導体ウエハからリンス液を除去、乾燥させて、半導体ウエハの表面にレジストパターンを形成している。

近時、半導体デバイスの高集積化を目的として、このレジストパターンの線幅の微細化および回路パターンの高密度化が進んでいる。このようにレジストパターンの線幅が細くなると、レジストの硬度が不足することによって、パターンの変形や折れ（所謂、パターン倒れ）が生ずる問題がある。

レジストパターンのパターン倒れを起こす力はリンス液の表面張力である。この力は、リンス液が基板から除去されてレジストパターンが乾く際に、リンス液の液面がレジストパターンの上面よりも低くなったときに発生することが知られている。このため、レジストパターン全体が現像液やリンス液に浸っているときには、パターン倒れは生じない。そこで、パターン倒れを防止する方法として、レジスト膜を現像処理し、リンス処理した後に、レジスト膜にリンス液が付着している状態で、リンス液を固化させ、さらに固化したリンス液を昇華させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような方法では、近時の細線化されたレジストパターンのパターン倒れを十分に防止することは困難である。また、リンス液の固化や昇華を行うために処理装置の構成が複雑となる問題がある。
特開平７−２０６３７号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、レジストパターンのパターン倒れを防止することができる現像処理方法を行うことができる、構成の簡単な現像処理装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、露光処理されたレジスト膜を有する基板を保持する回転自在なスピンチャックと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に前記レジスト膜を現像する所定の現像液を供給する現像液ノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面にリンス液を供給するリンスノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に、現像反応後に前記基板上に残るレジスト膜の硬化に寄与するレジスト硬化補助剤を含む薬液を供給する薬液ノズルと、
前記現像液ノズルと前記リンスノズルと前記薬液ノズルを、前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に所定波長の光を照射すると共に、前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動する光照射機構と、
を具備することを特徴とする現像処理装置、が提供される。

本発明の第２の観点によれば、露光処理されたレジスト膜を有する基板を保持する回転自在なスピンチャックと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に、現像液と現像反応後に前記基板上に残るレジスト膜の硬化に寄与するレジスト硬化補助剤を含む薬液とを所定比で混合して吐出する現像液／薬液ノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面にリンス液を供給するリンスノズルと、
前記現像液／薬液ノズルと前記リンスノズルを前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に所定波長の光を照射する光照射機構と、
を具備し、
前記現像液／薬液ノズルは、一方向に長い箱体の内部にその長手方向に沿って、前記現像液を貯留させる第１の液貯留室と、前記薬液を貯留させる第２の液貯留室と、前記第１の液貯留室および前記第２の液貯留室と連通し、下端に前記現像液と前記薬液とが所定比で混合された混合液を略帯状に吐出する吐出口を有する液混合室と、を備えた構造を有することを特徴とする現像処理装置、が提供される。

本発明の第３の観点によれば、露光処理されたレジスト膜を有する基板を保持する回転自在なスピンチャックと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に前記レジスト膜を現像する所定の現像液を供給する現像液ノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に、現像反応後に前記基板上に残るレジスト膜の硬化に寄与するレジスト硬化補助剤を含む薬液とリンス液とを所定比で混合して吐出するリンス液／薬液ノズルと、
前記現像液ノズルと前記リンス液／薬液ノズルを前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に所定波長の光を照射する光照射機構と、
を具備し、
前記リンス液／薬液ノズルは、一方向に長い箱体の内部にその長手方向に沿って、前記リンス液を貯留させる第１の液貯留室と、前記薬液を貯留させる第２の液貯留室と、前記第１の液貯留室および前記第２の液貯留室と連通し、下端に前記リンス液と前記薬液とが所定比で混合された混合液を略帯状に吐出する吐出口を有する液混合室と、を備えた構造を有することを特徴とする現像処理装置、が提供される。

これら本発明によれば、レジスト膜が現像液またはリンス液で濡れた状態において、レジスト硬化補助剤と高エネルギー線との相乗作用により、レジスト膜の硬度を十分に高めることができる。これによって、従来と同様に基板を高速回転させてリンス液を飛散除去させても、パターン倒れの発生を防止することができる。また、本発明によれば、現像処理装置を簡単な構造とすることができ、また、処理時間の短縮や薬液使用量の低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、半導体ウエハ（ウエハ）へのレジスト塗布から現像処理までを一貫して行うレジスト塗布・現像処理システムを用いた現像処理方法について説明する。

図１にレジスト塗布・現像処理システムを示す概略平面図を、図２にその正面図を、図３にその背面図をそれぞれ示す。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１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられる図示しない露光装置との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイス部１２と、を具備している。

カセットステーション１０は、被処理体としてのウエハＷが複数枚、例えば２５枚単位で収容されたウエハカセットＣＲを他のシステムから本レジスト塗布・現像処理システム１へ搬入し、または本レジスト塗布・現像処理システム１から他のシステムへ搬出するためのものであり、さらにウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。

カセットステーション１０においては、図１に示すように、カセット載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って、複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが設けられている。ウエハカセットＣＲは、それぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けた状態で、この突起２０ａの位置に１列に載置可能となっている。ウエハＷは、ウエハカセットＣＲ内において、鉛直方向（Ｚ方向）に一定の間隔で配列されている。

カセットステーション１０は、カセット載置台２０と処理ステーション１１との間に、ウエハカセットＣＲの配列方向（Ｘ方向）に移動自在なウエハ搬送機構２１を有している。このウエハ搬送機構２１はウエハ搬送ピック２１ａを有しており、このウエハ搬送ピック２１ａは、図１に示すＸ−Ｙ面内でスライド自在であり、Ｚ方向（図１において紙面に垂直な方向）に昇降自在であり、θ方向（Ｘ−Ｙ面内での回転方向）で回転自在である。このような構成により、ウエハ搬送ピック２１ａは、カセット載置台２０に載置されたいずれかのウエハカセットＣＲ内のいずれかのウエハＷに対して選択的にアクセス可能であり、また、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ_３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスすることができるようになっている。

処理ステーション１１は、ウエハＷへ対して塗布，現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備えている。これらの処理ユニットは多段に配置され、各処理ユニットにおいてウエハＷは１枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部にウエハ搬送路２２ａを有しており、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが垂直方向（Ｚ方向）に沿って多段に配置されている。

主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９は図示しないモータの回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置４６も一体的に回転可能である。ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本のウエハ搬送アーム４８を備え、これらのウエハ搬送アーム４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。

図１に示すように、レジスト塗布・現像処理システム１では、４個の処理部Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されており、第５の処理部Ｇ_５は必要に応じて配置可能となっている。これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ_１，Ｇ_２はレジスト塗布・現像処理システム１の正面側（図１における手前側）に並列に配置され、第３の処理部Ｇ_３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ_４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。また、第５の処理部Ｇ_５は背面部に配置可能となっている。

第１の処理部Ｇ_１には、コータカップ（ＣＰ）内でウエハＷを図示しないスピンチャックに乗せて所定の処理を行う２台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ_２でも、第１の処理部Ｇ_１と同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。

第３の処理部Ｇ_３には、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、露光処理前や露光処理後さらには現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。

第４の処理部Ｇ_４にも、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、および４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。

主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ_５を設ける場合には、第５の処理部Ｇ_５は、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。したがって、第５の処理部Ｇ_５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。

インターフェイス部１２の奥行方向（Ｘ方向）長さは、処理ステーション１１の奥行き長さと同じである。図１，図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部にはＸ方向に移動自在なウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４はウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ−Ｙ面内でスライド自在であり、Ｚ方向に昇降自在であり、さらにθ方向に回転自在である。このような構成により、ウエハ搬送用アーム２４ａは、両カセットＣＲ，ＢＲおよび周辺露光装置２３、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）、隣接する露光装置側の図示しないウエハ受け渡し台にアクセス可能となっている。

上述したレジスト塗布・現像処理システム１においては、まず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送ピック２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして１枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。

ウエハＷは、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置４６によって、エクステンションユニット（ＥＸＴ）から第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされる。その後ウエハＷは、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、次いで、ウエハＷはウエハ搬送装置４６によりクーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。

なお、使用するレジストの種類によっては、このＨＭＤＳ処理を行わずに、直接にウエハＷをレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送する場合がある。そのようなレジストとしては、例えば、ポリイミド系レジストが挙げられる。

アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理が終了してクーリングユニット（ＣＯＬ）で冷却されたウエハＷ、またはアドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理を行わないウエハＷは、次いで、ウエハ搬送装置４６によりレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこでレジストが塗布され、塗布膜が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは、第３または第４の処理部Ｇ_３，Ｇ_４のいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）内でプリベーク処理され、その後いずれかのクーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却される。

冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部Ｇ_４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイス部１２に搬送される。

ウエハＷは、インターフェイス部１２において周辺露光装置２３により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイス部１２に隣接して設けられた図示しない露光装置に搬送され、そこで所定のパターンにしたがってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。

露光後のウエハＷは、再びインターフェイス部１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、いずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されて、そこでポストエクスポージャーベーク処理が施され、次いでクーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送されて、そこで冷却される。

その後、ウエハＷは現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像処理が行われる。現像終了後、通常は、ウエハＷはいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送されてポストベーク処理が施され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により冷却される。このような一連の処理が終了した後、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に戻され、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。

次に、上述した現像ユニット（ＤＥＶ）について詳細に説明する。図４に現像ユニット（ＤＥＶ）の概略構成を示す断面図を、図５にその平面図をそれぞれ示す。現像ユニット（ＤＥＶ）の中央部には環状のコータカップ（ＣＰ）が配置され、コータカップ（ＣＰ）の内側にはスピンチャック５２が配置されている。スピンチャック５２は真空吸着によってウエハＷを固定保持した状態で、駆動モータ５４によって回転駆動される。駆動モータ５４はユニット底板５０の開口に昇降移動可能に配置され、例えばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材５８を介して、例えばエアシリンダからなる昇降駆動手段６０および昇降ガイド手段６２と結合されている。駆動モータ５４の側面には、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる筒状の冷却ジャケット６４が取り付けられ、フランジ部材５８は冷却ジャケット６４の上半部を覆うように取り付けられている。

現像液塗布時、フランジ部材５８の下端は、ユニット底板５０の開口の外周付近でユニット底板５０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５２と主ウエハ搬送機構２２との間でウエハＷの受け渡しが行われるときは、昇降駆動手段６０が駆動モータ５４とスピンチャック５２を上方へ持ち上げることでフランジ部材５８の下端がユニット底板５０から浮くようになっている。なお、現像ユニット（ＤＥＶ）のケーシングには、ウエハ搬送アーム４８が侵入するための窓７０が形成されている。

ウエハＷの表面に現像液を供給するための現像液ノズル８６は、長尺状をなし、その長手方向（Ｘ方向）を水平にして配置されている。図６に現像液ノズル８６の長手方向に垂直な概略の断面形状を示す断面図を示す。現像液ノズル８６は、図示しない現像液供給部から送液される現像液を貯留可能なＸ方向に延在する現像液室８７と、現像液室８７に連通する２本の連通路８９を有し、各連通路８９の一端が現像液を吐出するスリット型吐出口８８となっている。

現像液室８７に供給された現像液は、連通路８９を通して各連通路８９の端のスリット型吐出口８８から略帯状に吐出される。連通路８９内の、スリット型吐出口８８の近傍には緩衝棒８５（例えば、石英棒や多孔体）が配置されている。この緩衝棒８５によって、スリット型吐出口８８からの現像液の吐出圧力が現像液ノズル８６の長手方向で均一とされ、また、スリット型吐出口８８からの現像液の液漏れが防止される。

現像液ノズル８６は、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いる。ノズルスキャンアーム９２は、垂直支持部材９３の上端部に取り付けられており、この垂直支持部材９３は、ユニット底板５０の上に一方向（Ｙ方向）に敷設されたガイドレール９１上を、Ｙ軸駆動機構９８によってＹ方向に水平移動可能である。また、垂直支持部材９３はＺ軸駆動機構９９を備えており、ノズルスキャンアーム９２はこのＺ軸駆動機構９９によってＺ方向に昇降自在である。つまり、現像液ノズル８６はＹ方向およびＺ方向に移動可能となっている。

現像ユニット（ＤＥＶ）は、図５に示すように、現像液ノズル８６と同様の長尺状の構造を有し、現像液ノズル８６と平行にして配置され、現像液ノズル８６と同じようにＹ方向およびＺ方向での移動が可能な、薬液ノズル８１を備えている。なお、薬液ノズル８１は、図４では紙面に垂直な方向で現像液ノズル８６と重なるために図示を省略している。

薬液ノズル８１には、ウエハＷに形成されたレジスト膜を現像液で処理した後に、ウエハＷ上に残るパターン化されたレジスト膜（以下「残留レジストパターン」という）の硬化に寄与するレジスト硬化補助剤を含む薬液（以下、「硬化用薬液」という）が、図示しない薬液供給部から供給され、この硬化用薬液がウエハＷに向けて略帯状に吐出される。ここで、「レジスト硬化補助剤」とは、所定の高エネルギー線の存在下において、残留レジストパターンと直接に反応することによって残留レジストパターンを硬化させる機能を有し、または所定の高エネルギー線による残留レジストパターンの硬化を促進させる触媒的機能を有し、または残留レジストパターンと反応して前記残留レジストパターンに架橋結合を形成することによって残留レジストパターンを硬化させる機能を有する物質をいう。つまり、レジスト硬化補助剤は高エネルギー線の照射による相乗作用によって残留レジストパターンを硬化させる。

なお、レジスト硬化補助剤は、高エネルギー線の照射がない場合にも、残留レジストパターンを硬化させる機能を発揮するものであってもよい。しかし、ここで、取り扱うレジスト硬化補助剤は、高エネルギー線との相乗作用なしでは、残留レジストパターンのパターン倒れを抑制することができるだけの十分な硬化機能を有さないものに限られる。

現像液ノズル８６は、現像液をウエハＷに塗布した後にノズル待機部９４（図５参照）に退避されるようになっている。このノズル待機部９４は、現像液ノズル８６のスリット型吐出口８８を洗浄する第１ノズルバス９４ａと、薬液ノズル８１のスリット型吐出口を洗浄する第２ノズルバス９４ｂと、を備えている。

現像ユニット（ＤＥＶ）は、ウエハＷに対してリンス液を吐出するリンスノズル９５を有している。なお、図４ではリンスノズル９５の図示を省略している。図示しないリンス液供給部からリンスノズル９５へ供給されるリンス液は、リンスノズル９５からウエハＷの表面に円錐状に拡がりながらスプレー噴射されるようになっている。また、リンスノズル９５は、ガイドレール９１上をＹ方向に移動自在に設けられたノズルスキャンアーム９６の先端に取り付けられており、このノズルスキャンアーム９６は図示しない昇降機構によりＺ方向に移動自在となっている。

現像ユニット（ＤＥＶ）の上部には、図示しない昇降機構により昇降自在な光照射装置５１が装備されている。図７にこの光照射装置５１の概略構造を示す平面図を示す。この光照射装置５１は、ウエハＷの表面全体に均一に光エネルギーを照射することができるように、ウエハＷとほぼ同じ大きさの円板型容器３５に、光源たるランプ３６が縦横に所定間隔で複数配置された構造を有している。例えば、ランプ３６としては、紫外線ランプが用いられる。

次に、このような現像ユニット（ＤＥＶ）におけるウエハＷの現像処理方法について、残留レジストパターンの硬化処理を中心に説明する。現像ユニット（ＤＥＶ）によるウエハＷの処理では、常に、ウエハＷ上の露光処理されたレジスト膜が現像液またはリンス液で濡れた状態において、ウエハＷ上に硬化用薬液を供給し、その後にウエハＷの表面に光照射装置５１から高エネルギー線たる紫外線を照射する。こうして生ずるレジスト硬化補助剤と紫外線照射の相乗作用によって、残留レジストパターンを硬化させる。

そして、レジスト膜の現像と残留レジストパターンの硬化とが終了した後に、リンス液によってウエハＷの表面から現像液および硬化用薬液を洗い流し、最後にウエハＷを所定の回転数で回転させることによって、ウエハＷを乾燥させる。ウエハ上に現像液等のパドルを形成する場合には、ウエハＷを静止させるか、または低速で回転させる。また、パドルを形成しない場合には、ウエハＷを４０００ｒｐｍ以下の回転数で回転させながら、所定の処理を行うことが好ましい。これにより処理時間を短縮し、硬化用薬液やリンス液の使用量を低減することができる。

まず、レジスト硬化補助剤が水溶性であり、かつ、硬化用薬液が水溶液である場合の現像処理方法について説明する。
第１の処理方法は、現像液ノズル８６からウエハＷ上へ現像液の供給を開始した直後に、ウエハＷ上の現像液が塗布されている部分に薬液ノズル８１から硬化用薬液を供給し、光照射装置５１からウエハＷの表面に紫外線を照射する方法である。この第１の方法では、現像液によるレジスト膜の現像反応と硬化用薬液による残留レジストパターンの硬化処理をほぼ同時に進行させる。このため、硬化用薬液に含まれるレジスト硬化補助剤は残留レジストパターンにのみ選択的に作用する性質を有していることが必要となる。

また、この第１の処理方法では、現像液の塗布方法として、現像液ノズル８６から現像液を帯状に吐出させながら、現像液ノズル８６を薬液ノズル８１が配置されている側からリンスノズル９５が配置されている側へ（つまり＋Ｙの向きに）スキャンし、さらに薬液ノズル８１から硬化用薬液を吐出させながら、現像液ノズル８６を追うように薬液ノズル８１をスキャンさせる方法が好適に用いられる。このようなノズルスキャンは複数回行ってもよい。

なお、現像ユニット（ＤＥＶ）による処理では、その構造上、現像液ノズル８６と薬液ノズル８１をコータカップ（ＣＰ）の外に退避させた状態で、光照射装置５１を所定高さへ降下させて、光照射装置５１からウエハＷの表面に紫外線を照射することが好ましいが、現像液ノズル８６と薬液ノズル８１をスキャンさせる場合やウエハＷを回転させる場合には、ウエハＷと光照射装置５１との間に現像液ノズル８６と薬液ノズル８１があっても構わない。

また、光照射装置５１は前述の通り、ウエハＷの表面全体に均一に紫外線を照射するために、ウエハＷの表面全体に硬化用薬液が供給されている状態で、紫外線照射を行うことが、より好ましい。このような紫外線照射の形態は、以下に説明する第２〜第４の処理方法でも用いられる。

第２の処理方法は、現像液ノズル８６からウエハＷに現像液を供給してウエハＷ上に現像液のパドルを形成し、この現像液のパドルに薬液ノズル８１から硬化用薬液を供給し、硬化用薬液が供給された部分に光照射装置５１からウエハＷの表面に紫外線を照射する方法である。硬化用薬液の供給は現像液によるレジスト膜の現像が進行している状態で行ってもよいし、現像が完全に終了してから行ってもよい。硬化用薬液供給を現像液によるレジスト膜の現像が完全に終了してから行う場合には、レジスト硬化補助剤には、レジスト膜の露光感光部と非露光感光部に対する選択性は必要とならない。

第３の処理方法は、レジスト膜の現像液による現像反応が終了して、リンスノズル９５によるウエハＷ上へのリンス液の供給を開始した直後に、ウエハＷ上のリンス液が塗布された部分に薬液ノズル８１から硬化用薬液を供給し、その後に光照射装置５１からウエハＷの表面に紫外線を照射する方法である。紫外線照射は、ウエハＷを停止させてウエハＷの表面に硬化用薬液のパドルが形成された状態で行ってもよいし、ウエハＷを回転させながら、かつ、薬液ノズル８１からウエハＷに硬化用薬液を吐出しながら、行ってもよい。

第４の処理方法は、レジスト膜の現像液による現像反応およびこの現像反応後のリンス液によるリンス処理が終了した後に、ウエハＷ上のレジスト膜がリンス液で濡れた状態において、薬液ノズル８１からウエハＷ上に硬化用薬液を供給し、その後に光照射装置５１からウエハＷの表面に紫外線を照射する方法である。この方法においても、紫外線照射は、ウエハＷを停止させてウエハＷの表面に硬化用薬液のパドルが形成された状態で行ってもよいし、ウエハＷを回転させながら、かつ、薬液ノズル８１からウエハＷに硬化用薬液を吐出しながら、行ってもよい。

このような第１から第４の処理方法においては、硬化用薬液に界面活性剤を添加することも好ましい。また、リンス液たる純水に界面活性剤、レジスト膜に対する接触角が高い薬液、純水と同等の接触角を有し、かつ、表面張力の小さい薬液のいずれかを添加することも好ましい。これにより硬化用薬液やリンス液の表面張力を低下させることができるために、例えば、ウエハＷを高速回転させてこれらの液をウエハＷの表面から飛散除去させる際に、パターン倒れが発生することを防止することができる。

次に、レジスト硬化補助剤は疎水性であり、かつ、硬化用薬液は疎水性有機溶剤である場合について説明する。一般的に現像液は水系であり、リンス液としては純水が用いられるので、この場合には、硬化用薬液は現像液およびリンス液と混ざり合わない。そこで、ウエハＷ上に薬液ノズル８１からウエハＷに硬化用薬液を供給してウエハＷ上の現像液またはリンス液をこの硬化用薬液で置換し、光照射装置５１からウエハＷの表面に紫外線を照射する方法が好適に用いられる。なお、現像液またはリンス液を硬化用薬液で置換する前に、現像液またはリンス液を水溶性の有機溶剤で置換し、その後、この水溶性の有機溶剤を硬化用薬液で置換してもよい。

上述した現像ユニット（ＤＥＶ）においては、図８の断面図に示すように、現像液ノズル８６と薬液ノズル８１とを一体として、同時スキャンさせる構成としてもよい。また、リンスノズル９５として現像液ノズル８６（または薬液ノズル８１）と同じ長尺構造ものを用いてもよく、さらにこのような長尺構造のリンスノズルと薬液ノズル８１とを一体としてもよい。現像液ノズル８６と薬液ノズル８１にはそれぞれ２つのスリット型吐出口８８を設けているが、このような吐出口はそれぞれ１つであってもよい。

現像ユニット（ＤＥＶ）を図９の平面図に示す現像ユニット（ＤＥＶ）′のように変形することも好ましい。この現像ユニット（ＤＥＶ）′は、光照射装置５１に代えて、長尺状の光照射スキャン装置５３を備えている。図１０に光照射スキャン装置５３の長手方向に垂直な断面図を示す。光照射スキャン装置５３は、その長手方向に沿って略帯状に光を放射するためのスリット３１ａが形成された箱体３１と、箱体３１内に配置された略棒状の光源３２、例えば、紫外線発光管を備えている。光照射スキャン装置５３は、現像液ノズル８６と同様に、Ｙ方向にスキャン自在であり、かつ、昇降自在となっている。

光照射スキャン装置５３を有する現像ユニット（ＤＥＶ）′を用いて、先に説明した現像ユニット（ＤＥＶ）による第１の処理方法を行う場合には、ウエハＷ上で、現像液ノズル８６から現像液を吐出しながら＋Ｙの向きにスキャンし、現像液ノズル８６を追いかけて薬液ノズル８１を＋Ｙの向きにスキャンすることによりウエハＷ上の現像液が塗布されている部分に硬化用薬液を供給し、さらに薬液ノズル８１を追いかけて光照射スキャン装置５３を＋Ｙの向きにスキャンすることによりウエハＷの表面の硬化用薬液が塗布された部分に紫外線を照射すればよい。また、このような現像液ノズル８６と薬液ノズル８１と光照射スキャン装置５３のスキャンを繰り返してもよい。

現像ユニット（ＤＥＶ）′では、図１１の断面図に示すように、薬液ノズル８１と光照射スキャン装置５３とを、その長手方向が平行となるようにして、一体としてもよい。また、図１２の断面図に示すように、このように一体化された薬液ノズル８１と光照射スキャン装置５３に、さらに現像液ノズル８６を一体化させてもよい。さらに、上記説明においては、現像液ノズル８６、薬液ノズル８１、リンスノズル９５、光照射スキャン装置５３がウエハＷ上をスキャンする構成としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、ウエハＷを水平移動させる機構を設ける等して、ウエハＷと、現像液ノズル８６と薬液ノズル８１とリンスノズル９５と光照射スキャン装置５３とを、相対的に移動させるようにしてもよい。

次に、現像ユニット（ＤＥＶ），（ＤＥＶ）′に装備することができるノズルの別の形態について説明する。図１３に、現像液と硬化用薬液とを任意の比率で混合して吐出することができる現像液／薬液ノズル８２の概略断面図を示す。現像液／薬液ノズル８２は、先に説明した現像液ノズル８６と同様に長尺状をなし、その長手方向（紙面に垂直な方向）を水平にして配置される。現像液／薬液ノズル８２の管体１０３はその内部に独立した第１液貯留室１０５ａと第２液貯留室１０５ｂを有している。第１液貯留室１０５ａへは現像液が供給され、第２液貯留室１０５ｂへは硬化用薬液が供給される。

管体１０３において、第１液貯留室１０５ａと第２液貯留室１０５ｂの下方には、下端にスリット型吐出口１０９を有する液混合室１０７が設けられている。また、第１液貯留室１０５ａと液混合室１０７とは第１連通路１０６ａを通して連通している。さらに第２液貯留室１０５ｂと液混合室１０７とは第２連通路１０６ｂを通して連通している。このような構造を有する現像液／薬液ノズル８２では、現像液と硬化用薬液とを液混合室１０７内で所望の比率で混合し、こうして組成調整された混合液をスリット型吐出口１０９から吐出させる。また、現像液／薬液ノズル８２では、現像液と硬化用薬液のいずれか一方を、液混合室１０７を通してスリット型吐出口１０９から吐出させることもできる。つまり、液混合室１０７を現像液または硬化用薬液の単なる通路として用いることもできる。

液混合室１０７には緩衝棒１０８を設けることが好ましい。この緩衝棒１０８によってスリット型吐出口１０９からの現像液および／または硬化用薬液の吐出状態を現像液／薬液ノズル８２の長手方向で均一とすることができ、また、スリット型吐出口１０９からの現像液および／または硬化用薬液の液漏れを防止することができる。緩衝棒１０８は第１液貯留室１０５ａと第２液貯留室１０５ｂから流れ込む現像液や硬化用薬液を均一に混合する機能も有している。

光照射装置５１を備えた現像ユニット（ＤＥＶ）およびに光照射スキャン装置５３を備えた現像ユニット（ＤＥＶ）′にそれぞれ、既存の薬液ノズル８１と現像液ノズル８６に代えて現像液／薬液ノズル８２を装備させた場合には、他のノズルとしてリンスノズル９５があればよい。このように構成された現像ユニットを用いて露光処理されたレジスト膜を有するウエハＷを現像処理する方法としては、次の方法が挙げられる。すなわち、まず現像液と硬化用薬液とを所定の割合で混合し、この混合液をウエハＷ上に供給する。その後、光照射装置５１または光照射スキャン装置５３からウエハＷの表面に紫外線を照射する。これにより、レジスト膜の現像反応と、残留レジストパターンの硬化を並行して行う。

現像液／薬液ノズル８２は、第１液貯留室１０５ａへ純水を供給する構造とすることにより、図１４の断面図に示すリンス液／薬液ノズル８３に変形することができる。リンス液／薬液ノズル８３からは、リンス液のみ、または硬化用薬液のみ、またはリンス液と硬化用薬液を任意比率で混合させた混合液を、吐出することができる。

光照射装置５１を備えた現像ユニット（ＤＥＶ）およびに光照射スキャン装置５３を備えた現像ユニット（ＤＥＶ）′にそれぞれ、既存の薬液ノズル８１とリンスノズル９５に代えて、リンス液／薬液ノズル８３を装備させた場合には、他に現像液ノズル８６を装備すればよい。このように構成された現像ユニットで露光処理されたレジスト膜を有するウエハＷを現像処理する方法としては、次の方法が挙げられる。すなわち、まず現像液ノズル８６から現像液をウエハＷの表面に供給してレジスト膜を現像する。その後のリンス処理では、リンス液／薬液ノズル８３において硬化用薬液とリンス液とを所定の割合で混合してこの混合液をウエハＷ上に供給する。そして、光照射装置５１または光照射スキャン装置５３からウエハＷの表面に紫外線を照射して、残留レジストパターンを硬化させる。その後、リンス液／薬液ノズル８３からリンス液のみをウエハＷ上に供給してウエハＷ上の硬化用薬液を洗い流す。

現像ユニット（ＤＥＶ）や現像ユニット（ＤＥＶ）′には、既存の現像液ノズル８６等に代えて、図１５の概略断面図に示す処理液ノズル８４を装備することもできる。この処理液ノズル８４は、現像液、リンス液、硬化用薬液の３種類の液を、それぞれ単成分で、またはこれらのうち２種類の液を任意比率で混合して、またはこれら３種類の液を任意比率で混合して吐出することができる。処理液ノズル８４は、現像液ノズル８６と同様に長尺状をなし、その長手方向（紙面に垂直な方向）を水平にして配置される。処理液ノズル８４の管体１１９はその内部に独立した現像液貯留室１１３ａ、リンス液貯留室１１３ｂ、薬液貯留室１１３ｃを有しており、現像液貯留室１１３ａへは現像液が、リンス液貯留室１１３ｂへは純水が、薬液貯留室１１３ｃへは硬化用薬液が、それぞれ供給されるようになっている。

管体１１９において、各貯留室１１３ａ〜１１３ｃからの下方には液混合室１１８が形成されており、各貯留室１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃと液混合室１１８は、それぞれ連通路１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃによって連通している。液混合室１１８の下端はスリット型吐出口１１７となっており、また液混合室１１８の内部には緩衝棒１１５が設けられている。この緩衝棒１１５によってスリット型吐出口１１７からの現像液等の吐出状態が長手方向で均一とされ、かつ、スリット型吐出口１１７からの現像液等の液漏れが防止される。

処理液ノズル８４を用いて、露光処理されたレジスト膜を有するウエハＷを現像処理する方法としては、次の方法が挙げられる。すなわち、まず処理液ノズル８４から現像液と硬化用薬液とが所定の割合で混合された混合液をウエハＷ上に供給する。次いで、光照射装置５１または光照射スキャン装置５３からウエハＷの表面に紫外線を照射し、残留レジストパターンの硬化処理を行う。次いで、処理液ノズル８４から硬化用薬液とリンス液とが所定の割合で混合された混合液をウエハＷ上に供給し、さらに光照射装置５１または光照射スキャン装置５３からウエハＷの表面に紫外線を照射し、残留レジストパターンの硬化処理を行う。最後に処理液ノズル８４からリンス液のみをウエハＷ上に供給し、ウエハＷ上の硬化用薬液を洗い流し、スピン乾燥する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、残留レジストパターンを硬化させるための高エネルギー線は紫外線に限定されるものではなく、赤外線、マイクロ波、熱線または電子線であってもよく、使用するレジストの硬化特性に応じて、適切なエネルギー線を選択すればよい。つまり、赤外線、マイクロ波、熱線または電子線を用いて硬化用薬液の温度を上げることによって、残留レジストパターンの硬化処理を促進させることもできる。

また、図１１に薬液ノズル８１と光照射スキャン装置５３とを一体化した構造を、図１２に現像液ノズル８６と薬液ノズル８１と光照射スキャン装置５３とを一体化した構造をそれぞれ示したように、現像液／薬液ノズル８２やリンス液／薬液ノズル８３、または処理液ノズル８４に、さらに光照射スキャン装置５３とを一体化させてもよい。このようなノズル構造とすることにより、ノズルの駆動制御を簡単にすることができる。

さらに、紫外線等の高エネルギー照射機構としては、紫外線をスポット照射するものを、ウエハＷの中心と周縁との間を、円弧を描きながら回動させる構造のものを用いることもできる。リンスノズルとしても、これと同様の動作を行うものを用いることができる。

以上説明した実施の形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにすることを意図するものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、本発明の精神とクレームに述べる範囲で、種々に変更して実施することができるものである。

本発明の現像処理方法および現像処理装置は、半導体デバイス製造およびフラットパネルディスプレイ製造に好適である。

レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す概略平面図。レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す概略正面図。レジスト塗布・現像処理システムの一実施形態を示す概略背面図。現像ユニット（ＤＥＶ）の一実施形態を示す概略断面図。現像ユニット（ＤＥＶ）の一実施形態を示す概略平面図。現像液ノズルの長手方向に垂直な断面形状を示す概略断面図。光照射装置の概略構造を示す平面図。現像液ノズルと薬液ノズルとを一体化したノズルの構造を示す断面図。別の現像ユニット（ＤＥＶ）′の概略平面図。光照射スキャン装置の概略断面図。薬液ノズルと光照射スキャン装置とを一体化したノズルの構造を示す断面図。現像液ノズルと薬液ノズルと光照射スキャン装置とを一体化したノズルの構造を示す断面図。現像液／薬液ノズルの概略断面図。リンス液／薬液ノズルの概略断面図。処理液ノズルの概略断面図。

符号の説明

１；レジスト塗布・現像処理システム
３１ａ；スリット
３２；光源
５１；光照射装置
５２；スピンチャック
５３；光照射スキャン装置
８１；薬液ノズル
８２；現像液／薬液ノズル
８３；リンス液／薬液ノズル
８４；処理液ノズル
８６；現像液ノズル
８８；スリット型吐出口
９５；リンスノズル
ＤＥＶ；現像ユニット

Claims

露光処理されたレジスト膜を有する基板を保持する回転自在なスピンチャックと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に前記レジスト膜を現像する所定の現像液を供給する現像液ノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面にリンス液を供給するリンスノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に、現像反応後に前記基板上に残るレジスト膜の硬化に寄与するレジスト硬化補助剤を含む薬液を供給する薬液ノズルと、
前記現像液ノズルと前記リンスノズルと前記薬液ノズルを、前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に所定波長の光を照射すると共に、前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動する光照射機構と、
を具備することを特徴とする現像処理装置。
前記現像液ノズルは、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に現像液を吐出する構造を有し、
前記薬液ノズルは、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に薬液を吐出する構造を有し、
前記現像液ノズルと前記薬液ノズルは、互いに平行であり、かつ、一体であることを特徴とする請求項１に記載の現像処理装置。
前記リンスノズルは、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状にリンス液を吐出する構造を有し、
前記薬液ノズルは、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に薬液を吐出する構造を有し、
前記リンスノズルと前記薬液ノズルは、互いに平行であり、かつ、一体であることを特徴とする請求項１に記載の現像処理装置。
前記光照射機構は、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に光を放射するためのスリットが形成された箱体と、前記箱体内に配置された所定波長の光源と、を有し、
前記箱体と前記薬液ノズルは、互いに平行であり、かつ、一体であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の現像処理装置。
前記光照射機構は、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に光を放射するためのスリットが形成された箱体と、前記箱体内に配置された所定波長の光源と、を有し、
前記光照射機構を前記スピンチャックに保持された基板の上空で水平にスキャンさせる駆動機構をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の現像処理装置。
露光処理されたレジスト膜を有する基板を保持する回転自在なスピンチャックと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に前記レジスト膜を現像する所定の現像液を供給する現像液ノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面にリンス液を供給するリンスノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に、現像反応後に前記基板上に残るレジスト膜の硬化に寄与するレジスト硬化補助剤を含む薬液を供給すると共に、一方向に長く、その内部に薬液を貯留可能な薬液室を備え、かつ、その長手方向に沿って前記薬液室から薬液を略帯状に吐出する吐出口を有する箱体を有する薬液ノズルと、
前記現像液ノズルと前記リンスノズルと前記薬液ノズルを、前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に所定波長の光を照射すると共に、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に光を放射するためのスリットが形成された箱体と、前記箱体内に配置された所定波長の光源と、を有する光照射機構と、
を具備し、
前記薬液ノズルを構成する箱体と前記光照射機構を構成する箱体とは、互いに平行であり、かつ、一体であることを特徴とする現像処理装置。
露光処理されたレジスト膜を有する基板を保持する回転自在なスピンチャックと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に、現像液と現像反応後に前記基板上に残るレジスト膜の硬化に寄与するレジスト硬化補助剤を含む薬液とを所定比で混合して吐出する現像液／薬液ノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面にリンス液を供給するリンスノズルと、
前記現像液／薬液ノズルと前記リンスノズルを前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に所定波長の光を照射する光照射機構と、
を具備し、
前記現像液／薬液ノズルは、一方向に長い箱体の内部にその長手方向に沿って、前記現像液を貯留させる第１の液貯留室と、前記薬液を貯留させる第２の液貯留室と、前記第１の液貯留室および前記第２の液貯留室と連通し、下端に前記現像液と前記薬液とが所定比で混合された混合液を略帯状に吐出する吐出口を有する液混合室と、を備えた構造を有することを特徴とする現像処理装置。
前記光照射機構は、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に光を放射するためのスリットが形成された箱体と、前記箱体内に配置された所定波長の光源と、を有し、
前記現像液／薬液ノズルを構成する箱体と前記光照射機構を構成する箱体とは、互いに平行であり、かつ、一体であることを特徴とする請求項７に記載の現像処理装置。
露光処理されたレジスト膜を有する基板を保持する回転自在なスピンチャックと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に前記レジスト膜を現像する所定の現像液を供給する現像液ノズルと、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に、現像反応後に前記基板上に残るレジスト膜の硬化に寄与するレジスト硬化補助剤を含む薬液とリンス液とを所定比で混合して吐出するリンス液／薬液ノズルと、
前記現像液ノズルと前記リンス液／薬液ノズルを前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記スピンチャックに保持された基板の表面に所定波長の光を照射する光照射機構と、
を具備し、
前記リンス液／薬液ノズルは、一方向に長い箱体の内部にその長手方向に沿って、前記リンス液を貯留させる第１の液貯留室と、前記薬液を貯留させる第２の液貯留室と、前記第１の液貯留室および前記第２の液貯留室と連通し、下端に前記リンス液と前記薬液とが所定比で混合された混合液を略帯状に吐出する吐出口を有する液混合室と、を備えた構造を有することを特徴とする現像処理装置。
前記光照射機構は、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に光を放射するためのスリットが形成された箱体と、前記箱体内に配置された所定波長の光源と、を有し、
前記リンス液／薬液ノズルを構成する箱体と前記光照射機構を構成する箱体とは、互いに平行であり、かつ、一体であることを特徴とする請求項９に記載の現像処理装置。
前記光照射機構は、前記スピンチャックに保持された基板の表面全体に均一に所定波長の光を放射することができるように、複数の光源が所定間隔で縦横に並べられた構造を有することを特徴とする請求項７または請求項９に記載の現像処理装置。
前記光照射機構は、一方向に長く、その長手方向に沿って略帯状に光を放射するためのスリットが形成された箱体と、前記箱体内に配置された所定波長の光源と、を有し、
さらに前記光照射機構を前記スピンチャックに保持された基板に対して相対的に移動させる移動機構を具備することを特徴とする請求項７または請求項９に記載の現像処理装置。