JPH11274046A - 基板処理方法および基板現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像後のパターンの線幅の均一性を向上する
ことができる基板処理方法および基板現像装置を提供す
る。 【解決手段】 化学増幅型レジストが塗布された基板Ｗ
の現像処理に先立って行われるプリウエット処理におい
て、プリウエット処理に使われる純水を冷却することに
より、純水が基板Ｗに与える温度の影響を少なくして、
現像後のパターンの線幅のバラツキを抑制する。冷却ユ
ニット２０から出水された冷却水は純水供給機構１１の
ノズルアーム１２内を循環して冷却ユニット２０に戻
る。ノズルアーム１２内の内管１２ａを流通する純水
は、この冷却水で冷却されて純水供給ノズル１３から基
板Ｗ上に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学増幅型レジス
トが塗布された半導体ウエハ、フォトマスク用のガラス
基板、液晶表示装置用のガラス基板、光ディスク用の基
板などの各種の基板の処理方法および基板現像装置に係
り、特に、基板の現像処理に先立って基板表面を処理液
で処理する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の基板処理方法を半導体ウエハの製
造工程を例に採って説明する。フォトレジストが塗布さ
れた半導体ウエハ（以下、単に「基板」という）は、露
光工程に送られて回路パターンが露光される。露光され
た基板は現像工程に送られる。現像工程では、基板の現
像処理を行う前にプリウエット処理と呼ばれる、基板上
に塗布されたレジスト膜表面の親水化処理が行われる。
このプリウエット処理は、フォトレジストが塗布された
基板表面に例えば純水を供給することにより行われる。
基板表面を親水性にすることにより、後の現像処理にお
いて、基板表面と現像液とのなじみを良くして、現像液
のハジキを防止するとともに、現像液中の微小な気泡が
基板表面に付着して現像欠陥が発生するのを防止してい
る。

【０００３】一般的な基板現像装置には、基板を水平姿
勢に保持して回転させるスピンチャックの傍らに、純水
を供給する純水供給ノズルと、現像液を供給する現像液
供給ノズルとが備えられている。スピンチャック上に基
板が移載されるとスピンチャックが回転する。回転して
いる基板の表面に純水供給ノズルから純水が供給される
とともに、スピンチャックの回転に伴って基板上の余剰
の純水が振り切られる。このプリウエット処理に続い
て、現像液供給ノズルから基板表面に現像液が供給され
て現像処理が行われる。現像処理後、純水供給ノズルか
ら基板表面に純水が供給されて洗浄処理を行った後、基
板を高速回転させて基板を乾燥させる。

【０００４】ところで、最近ではエキシマレーザを光源
とするステッパと呼ばれる露光装置の普及により、フォ
トレジストとして化学増幅型レジストが多く用いられる
ようになっている。周知のように、化学増幅型レジスト
は、露光で発生した酸により、続く熱処理（ＰＥＢ）に
おいて触媒反応が誘起され、現像液に対して不溶化（ネ
ガ型）または可溶化（ポジ型）が促進されるレジストで
ある。このような化学増幅型レジストを用いた場合、露
光時に発生する定在波やハレーションを低減させたり、
あるいは大気中の塩基成分による影響を回避するため
に、レジスト表面にＴＡＲＣ（top anti-reflecting co
at）と呼ばれる反射防止膜が形成される。この反射防止
膜は現像処理に先立って除去される。一般的な基板現像
装置では、上述したプリウエット処理と同様にして、ス
ピンチャック上に基板を搭載した後に、基板上に純水を
供給することによって反射防止膜を溶解除去している。
反射防止膜を除去した後は、上述したと同様に現像・洗
浄・乾燥処理がその順に行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように化学増
幅型レジストは、露光後の熱処理によって触媒反応が進
むので、現像後のパターンの線幅の均一性を向上するた
めに、露光後の基板の熱履歴を厳密に管理することが要
請されている。特に、常温付近でも反応が進む化学増幅
型レジストの場合、大気中に放置する時間が基板ごとに
異なると、基板間での線幅のバラツキの要因になるの
で、大気中での放置時間を一定にするなどの配慮がなさ
れている。

【０００６】しかしながら、従来、基板の熱履歴を厳密
に管理しているにもかかわらず、現像後のパターンの線
幅の均一性は必ずしも充分なものではない。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、現像後のパターンの線幅の均一性を向
上することができる基板処理方法および基板現像装置を
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】本発明者らが、上記の課
題を解決するために鋭意研究した結果、基板の現像処理
に先立って行われる、基板上に塗布されたレジスト膜表
面を親水性にするためのプリウエット処理や、レジスト
膜表面の反射防止膜を除去するための処理に、現像後の
パターンの線幅の均一性をばらつかせる要因があること
が明らかになった。

【０００９】すなわち、上述したプリウエット処理や反
射膜除去処理に用いられる純水は常温であり、この常温
の純水がスピンチャックに保持回転される基板の中央部
に供給され、基板の周辺部に拡がって振り切られる。つ
まり、基板の中央部と周辺部とでは常温の純水にさらさ
れる時間に差があるので、常温の純水による温度の影響
は基板の中央部と周辺部とでは厳密には同じではない。
このような常温の純水が基板に与える温度の影響の不均
一性が現像後のパターンの線幅にバラツキを生じさせて
いることが判った。

【００１０】以上の知見に基づいてなされた本発明は次
のように構成されている。すなわち、請求項１に記載の
発明は、化学増幅型レジストが塗布された基板の現像処
理に先立って、冷却された処理液で基板を処理すること
を特徴する。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の基板処理方法において、前記冷却された処理液は、基
板上に塗布されたレジスト膜表面を親水性にするプリウ
エット処理に用いられる処理液である。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の基板処理方法において、前記冷却された処理液は、基
板上に塗布されたレジスト膜の上にさらに塗布された反
射防止膜を溶解除去するための処理に用いられる処理液
である。

【００１３】請求項４に記載の発明は、基板を回転可能
に保持する回転保持手段と、基板の現像処理に先立って
基板表面に処理液を供給する処理液供給手段と、基板表
面に現像液を供給する現像液供給手段とを備えた基板現
像装置において、前記処理液を冷却する冷却手段を備え
たことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。請求項１に
記載の発明によれば、化学増幅型レジストが塗布された
基板の現像処理に先立って基板表面に供給される処理液
を冷却しているので、この処理液が基板に与える温度の
影響は僅かである。したがって、仮に処理液が基板の中
央部から周辺部へと拡がることにより、基板の中央部と
周辺部との間に処理液にさらされる時間に差が生じて
も、レジストの温度履歴は基板の中央部と周辺部との間
でほとんど差がない。その結果、現像後のパターンの線
幅の均一性が向上する。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、プリウエ
ット処理に用いられる処理液が冷却され、また、請求項
３に記載の発明によれば、反射防止膜を溶解除去するの
に用いられる処理液が冷却されるので、基板に与えられ
る処理液の温度の影響が最小限に抑えられる。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、回転保持
手段に保持された基板の表面に処理液供給手段から処理
液が供給される。この処理液は冷却手段によって冷却さ
れている。冷却された処理液による処理が終わると、回
転保持手段が回転して基板上の処理液を振り切る。続い
て現像液供給手段から基板表面に現像液が供給されて、
基板の現像処理が行われる。処理液が冷却されているの
で、基板に与えられる処理液の温度の影響が最小限に抑
えられる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は本発明に係る基板処理方法を
用いた基板現像装置の一実施例の概略構成を示した図、
図２はその平面図である。本実施例では、半導体ウエハ
（以下、単に「基板」という）の表面に現像液を液盛り
して静止状態で現像する、いわゆるパドル現像を行う装
置を例に採って説明する。

【００１８】この基板現像装置は、基板Ｗを水平姿勢で
吸着した状態で回転可能なスピンチャック１を備え、こ
のスピンチャック１がモータ２の出力軸に連結されてい
る。スピンチャック１の周囲には、基板Ｗの回転に伴っ
て基板Ｗから振り切られた現像液や純水が飛散するのを
防止する飛散防止カップ３が配設されている。この飛散
防止カップ３は昇降可能に構成され、その底部には図示
しない排液口や排気口が設けられている。図２に示すよ
うに、飛散防止カップ３の周囲に平面視で正方形の外側
カップ４が配設されている。なお、上述したスピンチャ
ック１およびモータ２は、本発明装置における回転保持
手段に相当する。

【００１９】また、この基板現像装置は、基板Ｗの表面
に現像液を供給する現像液供給機構５を備えている。こ
の現像液供給機構５は、スリット状の現像液吐出孔６ａ
が形成された現像液供給ノズル６を備えている。現像液
吐出孔６ａは処理対象である基板Ｗの直径と同じ長さ
か、あるいは少し長く形成されている。現像液供給ノズ
ル６は管状のノズルアーム７に連結され、このノズルア
ーム７の基端が可動部材８に支持されている。ノズルア
ーム７の基端は可動部材８を介して、図示しない現像液
供給配管に連通接続されており、この現像液供給配管を
流通してきた現像液がノズルアーム７を介して現像液供
給ノズル６に送られるようになっている。可動部材８は
外側カップ４の側辺に沿って配設されたガイドレール９
に摺動自在に嵌め付けらている。この可動部材８が、図
示しない駆動機構によって水平往復駆動されることによ
り、現像液供給ノズル６が基板Ｗの上方を通過するよう
になっている。また、可動部材８には現像液供給ノズル
６を昇降させる図示しない昇降機構が備えられている。
現像液供給ノズル６の移動開始端および終端には、現像
液供給ノズル６を収容する待機ポット１０ａ、１０ｂが
設けられている。上述した現像液供給機構５は、本発明
装置における現像液供給手段に相当する。

【００２０】さらに、この基板現像装置は、外側カップ
４の傍らに基板Ｗの表面に純水を供給する純水供給機構
１１を備えている。以下、図３も参照しながら純水供給
機構１１の構成を説明する。純水供給機構１１は、図３
の（ｂ）に示すような３重管構造のノズルアーム１２を
備えている。一番内側の内管１２ａが純水を流通させる
管であり、この内管１２ａの先端に純水供給ノズル１３
が取付けられている（図３の（ａ）参照）。この内管１
２ａの外側に冷却水をノズルアーム１２の先端側に向け
て流通させる中管１２ｂがある。この中管１２ｂの外側
にノズルアーム１２の先端側から戻ってくる冷却水を流
通させる外管１２ｃがある。

【００２１】図１および図３の（ｃ）に示すように、ノ
ズルアーム１２の基端側において、外管１２ｃの末端は
継手部１４を介して配管１５の一端に連通接続されてい
る。この配管１５の他端は冷却ユニット２０の入水口に
接続されている。ノズルアーム１２の中管１２ｂは継手
部１４を貫いて延出され、その末端は継手部１６を介し
て配管１７の一端に連通接続されている。この配管１７
の他端は冷却ユニット２０の出水口に接続されている。
ノズルアーム１２の内管１２ａは継手部１５を貫いて延
出され、その末端は純水供給源に接続されている。

【００２２】冷却ユニット２０から出水された冷却水は
配管１７および継手部１６を介して、内管１２ａと中管
１２ｂとの隙間に流入してノズルアーム１２の先端側へ
送られる。ノズルアーム１２の先端側に至った冷却水
は、図３の（ａ）示すように、中管１２ｂの先端開口か
ら流出して、中管１２ｂと外管１２ｃとの隙間に流入
し、ノズルアーム１２の基端側へと戻る。ノズルアーム
１２の基端側に戻ってきた冷却水は、継手部１４および
配管１５を介して冷却ユニット２０に取り入れられて再
び冷却される。このようにノズルアーム１２内に冷却水
を循環流通させることにより、内管１２ａを介して純水
を冷却するようになっている。なお、ノズルアーム１２
は図示しない駆動機構によって水平揺動および昇降可能
に構成されている。上述した純水供給機構１１は本発明
装置における処理液供給手段に、ノズルアーム１２の３
重管構造および冷却ユニット２０は本発明装置における
冷却手段に、それぞれ相当する。

【００２３】以下に実施例装置を使ったプリウエット処
理および現像処理の一例を説明する。まず、化学増幅型
レジストが塗布された基板Ｗは露光装置で露光され、続
いてレジスト内の触媒反応を進めるための熱処理（ＰＥ
Ｂ）を受けた後に、本実施例の基板現像装置に搬入され
る。処理対象となる基板Ｗは図示しない基板搬送ロボッ
トによってスピンチャック１上に移載される。

【００２４】（１）プリウエット処理 スピンチャック１が基板Ｗを吸着保持すると、純水供給
機構１１のノズルアーム１２が待機位置から基板Ｗ上に
水平揺動する。純水供給ノズル１３が基板Ｗの中央に達
すると、純水供給位置にまで下降する。続いてモータ２
が始動して基板Ｗを１０００ｒｐｍで回転させながら、
純水供給ノズル１３から基板Ｗ上に冷却された純水を供
給し、基板Ｗの全面に行き渡らせる。これを３〜５秒程
度継続する。このときの純水供給量は１リットル／分程
度である。その後、冷却された純水の供給を停止してノ
ズルアーム１２を待機位置に戻す。これと同時に基板Ｗ
の回転数を３０００ｒｐｍ程度に上げて、その状態を５
〜１０秒間程度保持して基板Ｗから余剰の純水を振り切
る。以上の処理により、純水が分子レベルで基板Ｗのレ
ジスト表面を覆い、基板Ｗの表面が親水性に変わる。

【００２５】（２）現像処理 プリウエット処理が終わると、待機ポット１０ａにあっ
た現像液供給ノズル６が上昇、水平移動、下降して現像
液の吐出開始位置に来る。現像液供給ノズル６が現像液
を吐出しながら基板Ｗに近接して水平移動することによ
り、基板Ｗに現像液が液盛りされる。この状態で基板Ｗ
を所定時間だけ静止状態で保持することにより、レジス
トの現像を行う。現像液供給ノズル６は現像液の供給を
停止した後、上昇、水平移動、下降して反対側の待機ポ
ット１０ｂに入る。基板Ｗがパドル現像を受けている間
に、現像液供給ノズル６は元の待機ポット１０ａに戻
る。所定時間の現像処理が終わると、基板Ｗを回転させ
て現像液を振り切るとともに、純水供給ノズル１３が純
水供給位置に移動して基板Ｗにリンス液としての純水を
供給して、基板Ｗの表面を洗浄する。続いて、基板Ｗを
高速回転させて純水を振り切り、基板Ｗを乾燥させる。
現像処理の終わった基板Ｗは、図示しない基板搬送ロボ
ットによって搬出される。

【００２６】次に本発明方法の効果を確認するために行
った実験例を示す。図４は、プリウエット処理時の純水
の温度を変化させたときの現像後のパターンの線幅の基
板内における平均値とバラツキを示したものである。図
４中の○印が線幅の平均値を、×印が線幅のバラツキ
（３シグマ）をそれぞれ示している。この実験結果から
明らかなように、プリウエット処理時の純水の温度を下
げるに従って、基板内の線幅のバラツキは小さくなって
いる。半導体製造工程のクリーンルーム内の純水の常温
が２３°Ｃ（夏期では２４〜２５°Ｃ）程度であるの
で、プリウエット処理時の純水を好ましくは２１°Ｃ以
下に、さらに好ましくは１９°Ｃ以下にまで冷却するこ
とにより、現像後のパターンの線幅のバラツキを小さく
抑えることができる。

【００２７】なお、本発明は上記の実施例に限らず次の
ように変形実施することができる。 （１）実施例ではプリウエット処理時の純水を冷却する
場合を例に採って説明したが、本発明は化学増幅型レジ
ストの表面に反射防止膜が塗布されている場合にも適用
することができる。この反射防止膜は現像処理前に基板
表面に純水を供給することによって溶解除去されるが、
このときの純水の温度が高いと現像後のパターンの線幅
のバラツキを引き起こす。したがって、反射防止膜を除
去するのに使われる純水を冷却することにより、現像後
のパターンの線幅のバラツキを抑制することができる。
上記の実施例装置はこのような処理にもそのまま適用可
能である。

【００２８】（２）実施例では基板表面を親水性にする
プリウエット処理に純水を用いたが、純水に代えて現像
液を希釈した溶液を冷却して用いてもよい。ただし、こ
の場合は洗浄処理用に純水を供給するノズルを別途設け
る必要がある。

【００２９】（３）実施例装置ではプリウエット処理と
洗浄処理に共通の純水供給機構１１を用いたが、洗浄処
理には冷却機能を持たない通常の純水供給機構を用いる
ようにしてもよい。

【００３０】（４）実施例ではパドル現像を例に採って
説明したが、本発明は基板を回転させながら基板表面に
現像液を供給して現像処理する、いわゆる回転現像処理
にも適用することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば次の効果を奏する。すなわち、請求項１に記載
の発明によれば、化学増幅型レジストが塗布された基板
の現像処理に先立って基板表面を処理液で処理するにあ
たり、この処理液を冷却しているので、処理液の温度が
レジストに与える影響を少なくすることができ、その結
果、現像後のパターンの線幅の均一性を向上することが
できる。

【００３２】請求項２に記載の発明によれば、現像処理
に先立ってプリウエット処理を行うにあたり、プリウエ
ット処理に用いられる処理液を冷却しているので、現像
後のパターンの線幅の均一性を向上することができる。

【００３３】請求項３に記載の発明によれば、現像処理
に先立って反射防止膜を溶解除去するにあたり、溶解除
去処理に用いられる処理液を冷却しているので、現像後
のパターンの線幅の均一性を向上することができる。

【００３４】請求項４に記載の発明によれば、現像処理
に先立って基板表面に供給される処理液を冷却するため
の冷却手段を備えているので、請求項１〜請求項３の発
明方法を好適に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板現像装置の一実施例の概略構
成を示した図である。

【図２】実施例装置の平面図である。

【図３】（ａ）はノズルアームの先端部の縦断面図、
（ｂ）はノズルアームの横断面図、（ｃ）はノズルアー
ムの基端部の縦断面図である。

【図４】プリウエット処理時の純水の温度と現像後のパ
ターンの線幅のバラツキとの関係を示したグラフであ
る。

【符号の説明】

１…スピンチャック ２…モータ ５…現像液供給機構 ６…現像液供給ノズル １１…純水供給機構 １２…ノズルアーム １３…純水供給ノズル ２０…冷却ユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学増幅型レジストが塗布された基板の
   現像処理に先立って、冷却された処理液で基板を処理す
   ることを特徴する基板処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板処理方法におい
   て、前記冷却された処理液は、基板上に塗布されたレジ
   スト膜表面を親水性にするプリウエット処理に用いられ
   る処理液である基板処理方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の基板処理方法におい
   て、前記冷却された処理液は、基板上に塗布されたレジ
   スト膜の上にさらに塗布された反射防止膜を溶解除去す
   るための処理に用いられる処理液である基板処理方法。
4. 【請求項４】 基板を回転可能に保持する回転保持手段
   と、基板の現像処理に先立って基板表面に処理液を供給
   する処理液供給手段と、基板表面に現像液を供給する現
   像液供給手段とを備えた基板現像装置において、 前記処理液を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とす
   る基板現像装置。