JPH07161621A - 薬液処理装置およびこれを用いた薬液処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置を大型化、複雑化することなく、２種類
以上の薬液を吐出できる薬液処理装置を提供し、これを
用いた効率的な薬液処理方法を提供する。 【構成】 薬液処理装置のノズル５は、それぞれ流量が
制御された第１の薬液と第２の薬液が導入される第１の
薬液溜り２０と第２の薬液溜り２１、これらの下流側の
混合室２２、該混合室２２から薬液を吐出する吐出口２
３を有する。 【効果】 流量が制御された第１の薬液および第２の薬
液をノズル５内の混合室２２内に同時に導入すると、任
意の濃度の混合薬液をウェハ３に吐出させることができ
る。また、第１の薬液と第２の薬液を時系列的にノズル
５内に導入すると、用途に応じてウェハ３に対して吐出
させる薬液を切り替えることができる。このため、開発
段階における薬液処理の作業効率を向上させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薬液をノズルから吐出
させて基板に薬液処理を施すための薬液処理装置に関す
るものであり、例えば、半導体製造プロセスのフォトリ
ソグラフィ工程にて用いられるレジスト現像装置に関す
るものである。また、本発明は、このような薬液処理装
置を用いた薬液処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化にともなう微細加
工は、フォトリソグラフィ技術の進歩によるところが大
きい。この半導体製造プロセスのフォトリソグラフィ工
程においてステッパと並び重要な役割を果たしている製
造装置として、コータ＆デベロッパと呼ばれるレジスト
塗布／現像装置がある。

【０００３】特に近年、化学増幅系レジスト材料の使用
が実現されつつあるなか、このレジスト塗布／現像装置
の改良が、解像機構に内在する原理的な不安定さを克服
するための対応策になり得ることもあって注目度を増し
ている。

【０００４】レジスト現像装置の液盛り方式には、スプ
レーパドル式，枚葉ディップ式，ノズル式等があるが、
スプレーパドル式は泡の発生が問題となり、枚葉ディッ
プ式は現像液の消費量が多いという欠点を有する。これ
に対してノズル式のレジスト現像装置は、ウェハを保持
するチャックと、ウェハ上に現像液を吐出するためのノ
ズルを有するものであり、ウェハ上の選択露光が行われ
たレジスト層に対して現像液を吐出させ、チャックを回
転させることによって現像液を均一に液盛りしてレジス
ト現像処理を行うものである。このため、スプレーパド
ル式に比して泡の発生が抑えられ、枚葉ディップ式に比
して現像液の消費量も少なくて済む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ノズル式の
レジスト現像装置においては、通常１つのノズルからは
１種の薬液が供給される構成となっており、複数の薬液
を用いる場合には、各薬液ごとにこれを供給するための
ノズルが必要となる。

【０００６】例えば、研究開発段階では、異なる処理条
件の現像を同一のレジスト現像装置にて行う場合や、特
定の現像処理の最適条件を調べるために、同一のレジス
ト現像装置にて現像液の種類、濃度を異ならせて現像す
る場合等、複数の薬液を吐出するための複数のノズルを
必要とする場合がある。さらに、現像処理によって生じ
る難溶化層形成を制御するため、濃度の異なる現像液を
用いる場合も考えられる。

【０００７】しかしながら、複数のノズルを設ければ、
レジスト現像装置の大型化が避けられない。また、複数
のノズルが設けられることにより、各薬液がウェハ中央
から離れた位置に吐出されることになれば、薬液の液盛
りが均一に行えず、レジスト現像処理の精度を低下させ
るおそれもある。仮に、各薬液がウェハ中央に吐出され
るように、薬液の吐出時にはノズルをウェハ中央に移動
させるような構成とすれば、レジスト現像装置を一層複
雑化させることになる。

【０００８】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、複数の薬液を吐出でき、且つ
装置の大型化、複雑化が抑えられた薬液処理装置を提供
することを目的とする。また、このような薬液処理装置
を用いた効率的な薬液処理方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薬液処理装
置は、上述の目的を達成するために提案されたものであ
り、基板を保持する基板保持手段と、この基板保持手段
に保持された基板に向けて薬液を吐出するノズルとを備
え、該基板に対して所定の薬液処理を行う薬液処理装置
であって、前記ノズルは、複数種類の薬液をそれぞれ導
入する複数の流路と、これら複数の流路の下流側に共通
に接続され複数の薬液を混合する混合室とを内蔵し、該
混合室の一端に開口する吐出口から薬液を吐出するよう
になされたものである。

【００１０】そして、前記ノズルは、混合に伴う熱量変
化の影響を避けるために、前記薬液の温度を制御する温
度制御手段を内蔵するものであることが好ましい。ま
た、前記複数の流路には、これらに導入されるそれぞれ
の薬液の流量を制御する流量制御手段が接続されている
ことが好ましい。

【００１１】本発明に係る薬液処理方法は、上述のよう
な薬液処理装置を用い、前記複数種類の薬液を前記ノズ
ルの複数の流路に時系列的に導入し、これらを順次前記
吐出口から吐出させながら薬液処理を行うものである。
または、上述のような薬液処理装置を用い、前記複数種
類の薬液を前記ノズルの複数の流路に同時に導入し、前
記混合室内で調製される混合薬液を前記吐出口から吐出
させながら薬液処理を行うものである。

【００１２】そして、以上のような薬液処理方法は、前
記複数種類の薬液の少なくとも１種類として現像液を使
用してレジスト現像処理を行う際に用いられて好適であ
るが、レジスト現像処理以外にも、ウェットエッチング
やレジスト剥離処理等、種々の薬液処理に適用可能であ
る。

【００１３】

【作用】本発明を適用して、複数種類の薬液をノズルの
複数の流路に時系列的に導入し、複数種類の薬液のうち
１種を吐出口から吐出させながら薬液処理を行うと、条
件が異なる処理を行う場合にも同一の薬液処理装置にて
行うことができる。

【００１４】また、本発明を適用して、複数種類の薬液
をノズルの複数の流路に同時に導入し、混合室内で調製
される混合薬液を吐出口から吐出させながら薬液処理を
行うと、予め所望の濃度の薬液を用意せずとも、導入す
る薬液の流量を制御することによって所望の濃度の薬液
を吐出させることができる。このため、混合比の異なる
薬液を簡単に調製することができ、薬液の濃度による処
理状態の違い等を調べる場合には非常に効率がよい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。なお、本実施例に
おいては、本発明に係る薬液処理装置をレジスト現像処
理装置として用いて、レジスト現像処理を行った。

【００１６】実施例１ 図１に本実施例に係るレジスト現像装置のシステムの概
略を示す。このシステムは、実際にレジスト現像処理を
施すための現像処理部１と、該現像処理部１に薬液を供
給するための薬液供給部２より構成されている。

【００１７】現像処理部１は、ウェハ３を保持するチャ
ック４、該チャック４の中心に回転軸が接続されること
によりこれを回転可能となすモータ（図示せず）、ウェ
ハ３中央に薬液を吐出するノズル５、吐出された薬液の
飛散を防ぐ現像カップ６よりなる。なお、該現像カップ
６の下部には不用とされた薬液を排出するための排出管
７が設けられている。

【００１８】ノズル５は、第１の薬液および／または第
２の薬液が供給できるように例えば図２に示されるよう
な構造とされる。即ち、ノズル５の内部には、第１の薬
液流路１０から導入された第１の薬液が貯められる第１
の薬液溜り２０と、この薬液溜り２０と並列に設けら
れ、第２の薬液流路１１から導入された第２の薬液が貯
められる第２の薬液溜り２１を有している。また、第１
の薬液溜り２０および第２の薬液溜り２１の下流側に
は、第１の薬液と第２の薬液の混合がなされる混合室２
２とを有し、該混合室２２の一端には薬液を吐出する吐
出口２３が開口されている。

【００１９】なお、第１の薬液溜り２０と混合室２２と
の接続部には逆流防止弁２４、第２の薬液溜り２１と混
合室２２との接続部には逆流防止弁２５がそれぞれ設け
られ、混合室２２より上流側に薬液が逆流しないように
なされている。また、第１の薬液溜り２０、第２の薬液
溜り２１、混合室２２は、温調水流路２６に包囲されて
おり、ここに温調水が流されることによって、第１の薬
液溜り２０、第２の薬液溜り２１および混合室２２内の
薬液が常に一定温度に保たれるようになされている。な
お、温調水は温調水供給口２７から供給され、温調水排
出口２８へと排出されるようになされている。

【００２０】したがって、上述の現像処理部１において
実際にレジスト現像処理を行うには、選択露光がなされ
たレジスト層が形成されているウェハ３をチャック４に
接続するモータによって回転させながら、ノズル５の吐
出口２３から薬液を吐出させてウェハ３上に液盛りす
る。そして、ウェハ３の回転を停止して所定時間放置す
ることによって、所望のレジスト現像処理が施される。

【００２１】ところで、上記現像処理部１へ薬液を供給
するためのユニットである薬液供給部２は、ノズル５へ
供給される第１の薬液、第２の薬液の供給源である第１
の薬液槽８、第２の薬液槽９と、これらと薬液ノズル５
とをそれぞれ接続する第１の薬液流路１０、第２の薬液
流路１１とを有するものである。また、第１の薬液、第
２の薬液の流量制御手段として、例えば、第１の薬液流
路１０、第２の薬液流路１１の中途部にそれぞれ流量測
定装置１２，１３を設け、これより上流側に流路開閉バ
ルブ１４，１５、下流側に流量制御バルブ１６，１７を
設け、これらをそれぞれコンピュータ１８によって制御
する。

【００２２】ここで、コンピュータ１８は、ソレノイド
バルブである流路開閉バルブ１４，１５に流路開閉信号
Ａ１，Ａ２を供給することにより薬液供給開始／停止を
制御する働き、流量測定装置１２，１３から供給される
流量測定信号Ｂ１，Ｂ２を予め入力された設定流量と比
較して差分信号Ｃ１，Ｃ２を生成する働き、この差分信
号Ｃ１，Ｃ２をソレノイドバルブである流量制御バルブ
１６，１７に供給することにより開放量を変化させる働
きをなすものである。

【００２３】したがって、例えば第１の薬液を流量制御
するには、先ず、コンピュータ１８より流路開閉バルブ
１４に流路開閉信号Ａ１を供給して第１の薬液流路１０
を開放する。すると、流量測定装置１２にて流量測定が
行われ、この測定結果に基づく流量測定信号Ｂ１がコン
ピュータ１８に入力される。コンピュータ１８において
は、上記流量測定信号Ｂ１を予め入力されていた設定流
量と比較して、両者の差をとった差分信号Ｃ１が生成さ
れる。次いで、この差分信号Ｃ１が流量制御バルブ１６
に供給され、第１の薬液流路１０の開放量を調節する。
これより、流量制御バルブ１６の下流側の第１の薬液流
路１０には所望の流量に制御された第１の薬液が流入す
る。なお、第２の薬液も同様の操作によって流量制御が
なされる。

【００２４】以上のような構成を有するレジスト現像装
置のシステムにおいてレジスト現像処理を行うには、上
述のようにして流量が制御された第１の薬液、第２の薬
液をノズル５内の第１の薬液溜り２０、第２の薬液溜り
２１にそれぞれ同時に導入し、混合室２２にて混合して
所望の混合比の混合薬液を調製し、吐出口２３からウェ
ハ３に対して吐出させればよい。

【００２５】または、第１の薬液、第２の薬液を時系列
的にノズル５に導入して、第１の薬液あるいは第２の薬
液のみをウェハ３に対して吐出させればよい。

【００２６】実施例２ 本実施例においては、上記レジスト現像装置のシステム
を用い、第１の薬液としてテトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド（以下、ＴＭＡＨと記す）の３％水溶液、第
２の薬液として純水を使用し、両者の混合によりＴＭＡ
Ｈ２．３８％水溶液を調製して、これを現像液としたレ
ジスト現像処理を行った。

【００２７】具体的には、上記レジスト現像装置のシス
テムにおいて、コンピュータ１８に（ＴＭＡＨ３％水溶
液）：（純水）＝１：０．２６１ なる流量比となるよ
うなそれぞれの設定流量を入力し、この設定流量にした
がってそれぞれ流量制御を行った。これにより、上記流
量比のＴＭＡＨ３％水溶液と純水が、ノズル５の第１の
薬液溜り２０、第２の薬液溜り２１にそれぞれ導入され
た。

【００２８】そして、第１の薬液溜り２０、第２の薬液
溜り２１へ導入されたＴＭＡＨ３％水溶液と純水は、混
合室２２にて混合された。このとき、混合室２２内の混
合薬液中のＴＭＡＨは、下記（１）式にて示される濃度
となる。 濃度＝０．０３／（１＋０．２６１）×１００＝２．３
８％・・・（１）

【００２９】なお、ＴＭＡＨ２．３８％水溶液は、一般
的なレジスト現像処理に用いられる現像液であるが、本
実施例のレジスト現像装置のシステムにおいては、コン
ピュータ１８に入力する設定流量の値を変化させること
により、様々な濃度の混合薬液を得ることができる。

【００３０】そして、混合室２２内にて調製されたＴＭ
ＡＨ２．３８％水溶液（現像液）は温調水流路２６に流
れる温調水によって温度調節され、吐出口２３からウェ
ハ３上に吐出された。このウェハ３は、例えば配線パタ
ーンに従って選択露光がなされたレジスト層が基板上に
形成されたものであり、チャック４上に保持されて回転
している。

【００３１】ウェハ３中央に吐出された現像液はウェハ
３の外周側までを覆い、均一な液盛りがなされた。その
後、ウェハ３の回転を停止し、所定時間放置することに
よってレジスト層を現像した。そして、現像後、再びウ
ェハ３を高速回転させることにより、現像液を振り切っ
た。これにより、ウェハ３上のレジスト層は所望の配線
パターン形状のレジストマスクとなった。

【００３２】以上のようにしてレジスト現像処理を行う
と、所望の濃度の現像液を予め調製しておく必要がな
く、現像液の濃度を変化させて現像状態等を調べる場合
等には非常に効率がよい。また、上述のレジスト現像装
置においては、一方の薬液を供給しなければ他方の薬液
のみを吐出させることができるので、現像処理後に純水
のみを吐出させて、洗浄を連続的に行うことも可能であ
る。

【００３３】したがって、本実施例のレジスト現像装置
を、特に研究開発段階におけるレジスト現像処理に用い
ると、省スペース化が図れるのみならず、作業効率の向
上も図ることができる。

【００３４】実施例３ 本実施例においては、半導体装置製造プロセスにおける
異なる条件のレジスト現像処理を実施例１に示したレジ
スト現像装置のシステムを用いて行った。即ち、ノズル
５には素子分離領域や配線等のパターニング用の比較的
高濃度の現像液と、コンタクトホールのパターニング用
の比較的低濃度の現像液とを導入できるようにし、素子
分離領域や配線等のパターニング時には高濃度現像液を
吐出させ、コンタクトホール形成時には低濃度現像液を
吐出させてレジスト現像処理を行った。

【００３５】具体的には、例えば素子分離領域のパター
ニング時には、実施例１に示したレジスト現像装置のシ
ステムにおいて、コンピュータ１６に所望の設定流量を
入力し、この設定流量に従ってノズル５の第１の薬液溜
り２０に導入する高濃度現像液、ここではＴＭＡＨ２．
３８％水溶液の流量を制御した。

【００３６】流量制御されて第１の薬液溜り２０へ導入
された高濃度現像液は、さらに混合室２２へと供給さ
れ、温調水流路２６に流れる温調水によって温度調節さ
れて、吐出口２３からウェハ３上に吐出された。このウ
ェハ３は、基板上にＳｉＮ膜が成膜され、さらにこの上
に素子分離領域パターン形状に選択露光がなされたレジ
スト層が形成されたものであり、チャック４上に保持さ
れて回転している。

【００３７】ウェハ３上に吐出された高濃度現像液はウ
ェハ３の外周側までを覆い、均一な液盛りがなされた。
その後、ウェハ３の回転を停止し、所定時間放置するこ
とによってレジスト層を現像した。そして、現像後、再
びウェハ３を高速回転させることにより、現像液を振り
切った。これにより、素子分離領域パターン形状のレジ
ストマスクが形成された。その後、上述のレジストマス
クをマスクとしてＳｉＮ膜のエッチングを行い、このＳ
ｉＮ膜をマスクとした所定の熱酸化を行うことにより、
素子分離領域を形成した。

【００３８】なお、さらに通常の半導体装置製造プロセ
スを施し、コンタクトホールを開口する工程において、
再び実施例１に示したレジスト現像装置のシステムを用
いた。即ち、実施例１に示したレジスト現像装置のシス
テムにおいて、コンピュータ１６に所望の設定流量を入
力し、この設定流量に従ってノズル５の第２の薬液溜り
２１に導入する低濃度現像液、ここではＴＭＡＨ２．３
８％水溶液より低濃度のＴＭＡＨ水溶液の流量を制御し
た。

【００３９】流量制御されて第２の薬液溜り２１へ導入
された低濃度現像液は、さらに混合室２２へと供給さ
れ、吐出口２３から回転するウェハ３上に吐出させた。
なお、ウェハ３は、コンタクトホールのパターン形状に
従って選択露光がなされたレジスト層が基板に形成され
たものであり、チャック４上に保持されて回転してい
る。

【００４０】ウェハ３上に吐出された低濃度現像液はウ
ェハ３の外周側までを覆い、均一な液盛りがなされた。
その後、ウェハ３の回転を停止し、所定時間放置するこ
とによってレジスト層を現像した。そして、現像後、再
びウェハ３を高速回転させることにより、現像液を振り
切った。これにより、所望のコンタクトホールパターン
形状のレジストマスクが形成された。

【００４１】以上のように、レジスト層の種類，厚さ，
現像面積等に応じて異なる現像液を用いたい場合、ノズ
ル５から吐出させる現像液を切り替えるのみでよいた
め、同一のレジスト現像装置にて処理することができ
る。コンタクトホールのような微細なパターニングに用
いる現像液として、一般に用いられているＴＭＡＨ２．
３８％水溶液を用いると、焦点深度の確保が困難となる
場合があるが、本実施例に示したように、低能度の現像
液を用いることによって解決できる。また、微細なパタ
ーンが必要でない工程においては、一般に用いられてい
るＴＭＡＨ２．３８％水溶液より高濃度の現像液を用い
て現像時間を短縮することも考えられる。

【００４２】また、上述のレジスト現像装置において
は、上記高濃度現像液と低濃度現像液を混合して、中間
的な濃度を有する現像液を調製することもできるので、
第１の薬液槽８と第２の薬液槽９に用意された薬液以外
の濃度を有する現像液として使用することも可能であ
る。

【００４３】したがって、本実施例のレジスト現像装置
を、特に半導体装置の研究開発段階におけるレジスト現
像処理に用いると、省スペース化が図れ、作業効率を向
上させることができる。

【００４４】なお、レジスト現像装置の構成は上述した
ものに限られず、種々の変形変更が可能である。例え
ば、ノズル５の吐出口２３は、ウェハ３中央に対向する
位置に１カ所だけ設けられるものとは限られず、複数設
けられてもよい。また、ノズル５を３種類以上の薬液が
導入できるような構造とし、各薬液の流量をそれぞれ制
御できるようにしてもよい。これにより、３種類以上の
薬液を所望の混合比にて混合して用いることができる。
時系列的に吐出させれば、例えば実施例３において、Ｔ
ＭＡＨ２．３８％水溶液，低濃度現像液の他に純水を吐
出させることができ、現像後の洗浄工程を連続的に行う
ことも可能となる。

【００４５】さらに、混合室２２内に撹拌手段を設けた
り、吐出口２３までの流路の断面形状を複雑化させるこ
とによって、２種類以上の薬液の混合が十分に行えるよ
うにする等の変形も考えられる。

【００４６】流量制御手段も上述したものに限られず、
ソレノイドバルブ，流量測定装置，比較回路が一体化さ
れた流量制御装置を各流路の中途部に介在させて流量制
御する等、種々の変形が可能である。さらに、上述した
レジスト現像処理装置をレジスト現像処理以外の薬液処
理に適用することも可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明からも明かなように、本発明
を適用すると、２種類以上の薬液を吐出させて薬液処理
を行う場合、薬液処理装置の省スペース化を図ることが
できる。また、２種類以上の薬液を時系列的に吐出させ
る場合にも、混合して混合薬液として吐出させる場合に
も、作業効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレジスト現像装置の構成を示す模
式図である。

【図２】本発明に係るレジスト現像装置におけるノズル
の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・現像処理部 ２・・・薬液供給部 ３・・・ウェハ ４・・・チャック ５・・・ノズル ６・・・現像カップ ７・・・排出管 ８・・・第１の薬液槽 ９・・・第２の薬液槽 １０・・・第１の薬液流路 １１・・・第２の薬液流路 １２，１３・・・薬液流量測定装置 １４，１５・・・流路開閉バルブ １６，１７・・・流量制御バルブ １８・・・コンピュータ ２０・・・第１の薬液溜り ２１・・・第２の薬液溜り ２２・・・混合室 ２３・・・吐出口 ２４，２５・・・逆流防止弁 ２６・・・温調水流路 ２７・・・温調水供給口 ２８・・・温調水排出口 Ａ１，Ａ２・・・流路開閉信号 Ｂ１，Ｂ２・・・流量測定信号 Ｃ１，Ｃ２・・・差分信号

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持する基板保持手段と、この基
   板保持手段に保持された基板に向けて薬液を吐出するノ
   ズルとを備え、該基板に対して所定の薬液処理を行う薬
   液処理装置であって、 前記ノズルは、複数種類の薬液をそれぞれ導入する複数
   の流路と、これら複数の流路の下流側に共通に接続され
   複数の薬液を混合する混合室とを内蔵し、該混合室の一
   端に開口する吐出口から薬液を吐出するようになされた
   薬液処理装置。
2. 【請求項２】 前記ノズルが前記薬液の温度を制御する
   温度制御手段を内蔵してなることを特徴とする請求項１
   記載の薬液処理装置。
3. 【請求項３】 前記複数の流路には、これら複数の流路
   にそれぞれ導入される薬液の流量を制御する流量制御手
   段が接続されていることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の薬液処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の薬液処理装置を用い、前記複数種類の薬液を前
   記ノズルの複数の流路に時系列的に導入し、これらを順
   次前記吐出口から吐出させながら薬液処理を行うことを
   特徴とする薬液処理方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の薬液処理装置を用い、前記複数種類の薬液を前
   記ノズルの複数の流路に同時に導入し、前記混合室内で
   調製される混合薬液を該ノズルから吐出させながら薬液
   処理を行うことを特徴とする薬液処理方法。
6. 【請求項６】 前記複数種類の薬液の少なくとも１種類
   が現像液であり、前記薬液処理がレジスト現像処理であ
   ることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の薬
   液処理方法。