JP2004022764A

JP2004022764A - 基板の処理装置および基板の処理方法

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Publication number: JP2004022764A
Application number: JP2002174937A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kobayashi; 小林　祐二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】フォトレジストの現像処理などにおいて、基板面内でのパターン寸法の均一性と現像ローディング効果による影響の低減を両立させ、マスク上でのＯＰＣ処理を容易にする。
【解決手段】本発明の基板の処理装置は、基板を水平に保持し回転させる基板回転機構と、前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個の処理液吐出口を有する処理液供給ノズルと、前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズルとを備え、前記現像液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルが、前記基板と平行な水平面上で所定の角度をなすように接続されて一体型ノズルが形成され、かつこの一体型ノズルを前記基板の上方に近接して配置する機構を有する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の処理装置および基板の処理方法に係わり、特に半導体ウェハ等の被処理基板の表面に現像液のような処理液を塗布する基板の処理装置および処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスやＬＣＤの製造プロセスにおいては、フォトリソグラフィ技術を利用することで、半導体ウェハやガラス基板等の被処理基板の表面に、微細なパターンを精度良くかつ高密度に形成することが行われている。
【０００３】
例えば、半導体デバイスの製造においては、半導体ウェハの表面にフォトレジスト液を塗布した後、これを所定のパターンに露光し、さらに現像処理およびエッチング処理を順に行うことにより、所定の回路パターンを形成する。
【０００４】
近年、フォトリソグラフィ技術によって形成すべき半導体回路が微細化し、線幅が露光波長よりも短い（小さい）パターンを形成する傾向がある。それに伴い、被処理基板の面内での現像処理の均一性が厳しく要求されている。
【０００５】
すなわち、半導体回路パターンの微細化に伴う光学的な近接効果の増大により、所望の寸法にパターンを形成することが困難になっており、この問題に対して、光学シミュレーション等を用いてパターン補正を行ういわゆるＯＰＣ処理が、マスクの設計段階で行われている。
【０００６】
しかし、光学シミュレーションにより求められる結果と、実際に半導体ウェハ（以下、単にウェハと示す。）上にパターンを露光・現像して得られる結果とが異なることがある。
【０００７】
図４は、図３に示す設計値０．２μｍの抜きパターンＰにおいて、隣接する残しパターンの幅Ｘを変化させたときの抜き幅Ｙの寸法値を示すグラフである。実際にウェハ上にパターンを形成した場合と、光学シミュレーションによる計算結果とを併せて表記している。
【０００８】
図４に示すような実験結果と光学シミュレーションによる結果との乖離は、使用されるフォトレジストの特性やパターンの密部と粗部とでの現像速度の違い、いわゆるローディング効果の影響により生じると考えられる。そして、このような現像のローディング効果の及ぶ領域が、光学的近接効果の及ぶ領域よりも際立って広いため、ＯＰＣ処理により現像ローディング効果による補正を行うことは、極めて困難であった。したがって、精度の高いＯＰＣ処理を行うためには、現像ローディング効果の影響の少ないレジスト材料の使用、あるいは現像ローディング効果の生じにくい現像方法の開発が望ましい。
【０００９】
一般に現像ローディング効果は、露光量に対するフォトレジストの溶解コントラストが小さいほど発生しやすいため、現像ローディング効果の小さいレジスト材料の選択は、パターンレイアウトによってはプロセス裕度の著しい低下を引き起こすことが考えられる。したがって、前記した問題を解決するには、ローディング効果による影響の出現しにくい現像方法を採ることが望ましい。
【００１０】
現像液の塗布方式には、大別してスプレー現像方式とパドル現像方式とがある。スプレー現像方式では、図５に示すように、ウェハ２１の中心部の上方に静止状態で配置された現像液供給ノズル２２から、回転チャック２３上に保持されて高速で回転するウェハ２１の中央付近に、現像液２４を扇状に一定時間吐出・散布し、ウェハ２１で露光処理されたフォトレジストパターンの現像を行う。
【００１１】
また、図６に示すように、ウェハ２１の半径程度の散布領域を有する現像液供給ノズル２２を使用し、このノズルをウェハ２１の直径方向に移動させながら、回転するウェハ１上に現像液２４を一定時間散布し、現像を行うこともできる。
【００１２】
このようなスプレー現像方式では、回転するウェハ２１上に常に新鮮な現像液２４が供給されるため、現像のローディング効果による影響は極めて小さくなる。その反面、ウェハ２１中心部に現像液２４が過剰に供給されるため、ウェハ２１の中心部と周辺部とで現像処理能力が異なる。そして、ウェハ２１面内での均一な現像処理が困難となり、ウェハの中心部と周辺部とでパターン寸法のばらつきが大きくなるという問題があった。
【００１３】
パドル現像方式では、図７に示すように、現像液供給ノズル２２からウェハ２１の中央付近に現像液２４を滴下し、ウェハ２１を低速で回転させることにより遠心力で拡散させ、１〜２ｍｍの厚さの現像液膜２５をウェハ２１上に形成する。そして、ウェハ２１を静止状態で一定時間保持して現像を行う。その後、リンス液（例えば、純水）を滴下し、ウェハ２１上の反応済みの現像液を洗浄し除去する。また、図８に示すように、複数本の吐出用細管２６をウェハ２１の直径方向に１列に配置することにより、現像液供給ノズル２２を構成し、このような現像液供給ノズル２２を用いてウェハ２１上に現像液２４を滴下することもできる。なお、図中符号２７は、細管２６の集束体を支持し固定する支持体を示す。
【００１４】
このようなパドル現像方式では、ウェハ２１上に均一に現像液が塗布・供給されるため、ウェハ２１面内でのパターン寸法のばらつきは小さいが、現像処理過程でレジストとの反応生成物を含む現像液がウェハ２１上に滞留することになるため、現像ローディング効果による影響が大きくなるという問題があった。その対策として、現像液膜の形成を複数回行うことにより、ウェハ２１上の反応済みの現像液を置換する方法が考えられるが、この方法では、スプレー現像方式と同様に、現像液がウェハ２１中央部に過剰に供給され、ウェハ２１面内でのパターン寸法のばらつきが大きくなってしまうという問題があった。
【００１５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、基板面内でのパターン寸法の均一性と現像ローディング効果による影響の低減を両立させ、マスク上でのＯＰＣ処理を容易にする基板の処理装置および基板の処理方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板の処理装置は、基板を水平に保持し回転させる基板回転機構と、前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個の処理液吐出口を有する処理液供給ノズルと、前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズルとを備え、前記現像液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルが、前記基板と平行な水平面上で所定の角度をなすように接続されて一体型ノズルが形成され、かつこの一体型ノズルを前記基板の上方に近接して配置する機構を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の基板の処理装置において、基板上に露光処理されたフォトレジスト層を有し、かつ処理液を現像液とすることができる。また、処理液供給ノズルとリンス液供給ノズルとのなす角度を可変に構成することができる。さらに、一体型ノズルを基板の中心と外縁を結ぶ方向に沿って往復運動させる機構を有することができる。
【００１８】
本発明の基板の処理方法は、水平保持された基板を回転させながら、ほぼ一直線上に配置された複数個の処理液吐出口を有する処理液供給ノズルとほぼ一直線上に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズルとが、同一水平面上で所定の角度をなすように接続された一体型ノズルを、前記処理液供給ノズルおよび前記リンス液供給ノズルがそれぞれ前記基板の半径上に位置するように配置し、前記処理液吐出口および前記リンス液吐出口からそれぞれ処理液およびリンス液を前記基板上に吐出し供給することを特徴とする。
【００１９】
本発明の基板の処理方法において、処理液およびリンス液の吐出・供給時に、基板の上面からの処理液吐出口およびリンス液吐出口の高さを、吐出された処理液とリンス液とが前記基板に接触する前に混合することがない高さとすることができる。また、一体型ノズルを、基板の外縁部と中心部とを結ぶ方向に沿って往復運動させながら、処理液およびリンス液を前記基板上に吐出・供給し、該基板の中心部に前記処理液と前記リンス液とを交互に供給することができる。このとき、一体型ノズルの往復運動の周期を、基板の回転の周期と同一とすることができる。
【００２０】
本発明においては、処理過程を通して常に基板全面に均一に高い処理能力を有する新しい処理液が供給されるので、基板全面で処理むらがなく、効率の高い処理が行われる。したがって、基板面内のパターン寸法の均一性と現像ローディング効果の低減を両立させることができ、例えばマスク上でのＯＰＣ処理を容易にすることが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、露光処理されたフォトレジスト層を有する半導体ウェハ（以下、ウェハと示す。）の表面に、現像液（例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイドの２．４８ｗｔ％水溶液）を供給する現像装置に本発明を適用した第１の実施形態を概略的に示す図である。また、図１（ｂ）は、この現像装置において、後述する一体型ノズルの配置部を上方から見た上面図である。
【００２３】
この現像処理装置は、基板保持機構として、上面にウェハ１を吸着・保持し、ウェハ１を回転駆動するとともに昇降駆動する回転チャック２を有する。回転チャック２の周囲には、ウェハ１の回転中に飛散する余分な液などを受ける液受けカップ３が設けられている。
【００２４】
また、回転チャック２の上方には一体型ノズル４が配置されている。一体型ノズル４は、ウェハ１の半径と同程度の長さを有する線状の現像液供給ノズル５と、同様にウェハの半径と同程度の長さを有する線状のリンス液供給ノズル６とが、１直線をなすように端部で連結された構造を有し、現像処理の際に、回転チャック２に保持されたウェハ１の直径に沿って配置される。
【００２５】
現像液供給ノズル５およびリンス液供給ノズル６は、それぞれ複数個の現像液吐出細管（例えば内径０．４ｍｍ）５ａおよびリンス液吐出細管（例えば内径０．４ｍｍ）６ａが長さ方向に沿って２ｍｍの間隔で一列に配置され、支持体により支持・固定された構造を有している。また、現像液供給ノズル５およびリンス液供給ノズル６は、それぞれ制御バルブ（図示を省略。）を介して現像液供給ライン７およびリンス液供給ライン８に接続されており、各液の供給ノズルは独立して液を吐出・供給することができるように構成されている。
【００２６】
さらに、一体型ノズル４の両端部は、それぞれノズル待機部（図示を省略。）と液受けカップ３内のウェハ１上の所定位置との間を移動するノズル移動アーム９に、取り付けられている。また、このノズル移動アーム９は、Ｚ軸駆動機構（図示を省略。）およびＹ軸駆動機構（図示を省略。）を備えている。Ｚ軸駆動機構は、ノズル移動アーム９をＺ軸方向（垂直方向）に駆動し、回転チャック２上に水平に保持されているウェハ１に対して、現像液供給ノズル５の現像液吐出口である現像液吐出細管５ａの下端部、およびリンス液供給ノズル６のリンス液吐出口であるリンス液吐出細管６ａの下端部を、それぞれ近接させ対向させる。
【００２７】
また、Ｙ軸駆動機構は、ノズル移動アーム９を一体型ノズル４の長手方向であるＹ軸方向に駆動し、一体型ノズル４をその長手方向に沿って往復運動させる。そして、現像液供給ノズル５の現像液吐出口から吐出される現像液１０と、リンス液供給ノズル６のリンス液吐出口から吐出されるリンス液１１とが、ウェハ１中心部に任意の時間周期で交互に供給されるようにする。
【００２８】
なお、現像処理を行う際のウェハ１表面から一体型ノズル４の各吐出口までの高さ（Ｚ軸方向の距離）は、現像液供給ノズル５とリンス液供給ノズル６の連結部付近で、各々の液がウェハ１に達する前に混合することが無いような高さに設定することが望ましい。
【００２９】
この現像処理装置においては、以下に示すようにして現像処理がなされる。まず、露光処理が施されたフォトレジスト層を有するウェハ１が、回転チャック２の受け台上に載置され、真空減圧機構等により吸着固定される。次いで、ノズル移動アーム９により、一体型ノズル４がウェハ１の中心を通る直径上に移動され、さらにウェハ１表面から現像液供給ノズル５およびリンス液供給ノズル６の各吐出口までの距離が３ｍｍになるように、Ｚ軸駆動機構により一体型ノズル４がウェハ１に近接される。このとき、ウェハ１中心部の上に現像液供給ノズル５が位置するように、一体型ノズル４のＹ軸方向の位置を事前に調整しておくことが望ましい。
【００３０】
次に、ウェハ１を矢印に示す時計回りの方向に０．５秒間程度高速で回転させながら、現像液供給ノズル５の現像液吐出口から現像液を０．５秒間程度吐出し、ウェハ１上に現像液１０を滴下・供給する。このとき、一体型ノズル４は固定されたままであり、かつリンス液供給ノズル６からのリンス液１１の吐出は行わない。ウェハ１の回転数を１０００ｒｐｍ以上にすることで、ウェハ１上に現像液１０を均一に供給することができる。
【００３１】
次に、ウェハ１を低速で回転させながら、現像液１０とリンス液（例えば純水）１１を各々の吐出口から同時に吐出するとともに、Ｙ軸駆動機構を作動させることにより、一体型ノズル４をＹ軸方向に往復運動させる。このとき、ウェハ１中心部の上に、現像液供給ノズル５の現像液吐出口とリンス液供給ノズル６のリンス液吐出口が交互に位置するように、Ｙ軸方向の往復運動の振幅を設定し、所望の時間両方の液を吐出させ現像処理を行う。
【００３２】
こうして、ウェハ１上の任意の部位において、新しい現像液１０の滴下による現像とリンス液１１による反応生成物の除去が交互に繰り返し行われるので、現像ローディング効果の影響を低減することができる。したがって、ウェハ１の全面で現像むらが生じることがなく、現像能力が非常に高い。
【００３３】
また、一体型ノズル４がＹ軸方向に往復運動され、ウェハ１中心部に現像液１０とリンス液１１とが交互に滴下・供給されるので、ウェハ１中心付近に現像液１０が過剰に供給されることがなく、ウェハ１面内でのパターン寸法のばらつきも低減することができる。さらに、一体型ノズル４のＹ軸方向の往復運動の振幅を、ウェハ１の回転の周期に合わせて設定することで、ウェハ１中心部と外縁部で現像時間をそろえることができ、さらにウェハ１面内の寸法ばらつきを低減することができる。例えば、現像処理中のウェハ１の回転数を３０ｒｐｍ（回転周期は２秒）とした場合、一体型ノズル４の往復運動の周期も２秒とすればよい。
【００３４】
このように第１の実施形態の現像処理装置によれば、現像処理工程でウェハ１上に現像液１０が滴下された直後にリンス液１１が供給される。このリンス液１１は、使用済みの汚れた現像液１０を直ちに除去し、ウェハ１上には常に新しい現像液が供給されることになる。したがって、ウェハ１の全面において、均一でむらがなく、非常に高い能力の現像が行われる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施形態の現像処理装置を示す上面図である。
【００３６】
この現像処理装置は、一定の間隔で一列に配置された複数個の現像液吐出口を有する現像液供給ノズル５と、同様に一定の間隔で一列に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズル６とが、１８０度以外の適当な角度をなすように連結された一体型ノズル４を有している。図２に示す実施形態では、現像液供給ノズル５に対してリンス液供給ノズル６が、ウェハ１の回転方向（矢印で示す。）と反対の反時計回りに９０度の角度をなすように連結されている。なお、その他の部分は第１の実施形態の現像処理装置と同様に構成されているので、説明を省略する。
【００３７】
第２の実施形態の現像処理装置によれば、ウェハ１上の任意の部位において、現像液が滴下・供給されてからリンス液が滴下されるまでの現像の時間と、リンス液が滴下・供給されてから再び現像液が滴下されるまでのリンスの時間との比を、３：１とすることができる。そして、第１の実施形態と同様に、ウェハ１面内におけるパターン寸法のばらつきを低減することができるうえに、ウェハ１全面で現像ローディング効果の影響を低減することができる。
【００３８】
上述したように、本発明では、一体型ノズル４において、現像液供給ノズル５とリンス液供給ノズル６とのなす角度を、レジストの現像特性や使用するマスクによって変え、現像時間とリンス時間との比を調整することができる。このとき、現像液供給ノズル５とリンス液供給ノズル６との連結部においては、角度を自由に変えかつ任意の角度で固定することができるように構成することが望ましい。
【００３９】
例えば、現像液供給ノズル５に対してリンス液供給ノズル６が、ウェハ１の回転方向（矢印で示す。）と同じ時計回りに９０度の角度をなすように連結された一体型ノズルを使用する場合には、現像時間とリンス時間との比を１：３とする現像処理を行うことができる。
【００４０】
なお、上記した実施形態は、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。例えば、第１および第２の実施形態では、半導体ウェハに現像液を塗布・供給する現像処理装置を例にとって説明したが、被処理基板は半導体ウェハに限定されない。また、上記実施形態では、処理液として現像液を例に挙げているが、レジスト材の剥離液などであっても良く、変形可能である。
【００４１】
【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、処理過程を通して常に基板全面に均一に高い処理能力を有する新しい処理液が供給されるので、基板全面で処理むらがなく、効率の高い処理が行われる。したがって、基板面内のパターン寸法の均一性と現像ローディング効果の低減を両立させることができ、例えばマスク上でのＯＰＣ処理を容易にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である現像処理装置を示し、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は一体型ノズルの配置部の上面図。
【図２】本発明の第２の実施形態において、一体型ノズルの配置部を示す上面図。
【図３】光学シミュレーションに用いた半導体ウェハのパターンの配置を示す図。
【図４】図３のパターンでおける抜き幅Ｙと残しパターンの幅Ｘとの関係を、実験結果とシミュレーション結果とで比較して示すグラフ。
【図５】従来から現像処理方法として用いられているスプレー現像方式の一例を示す図。
【図６】従来から用いられているスプレー現像方式の別の例を示す図。
【図７】従来から用いられているパドル現像方式の一例を示す図。
【図８】従来から用いられているパドル現像方式の別の例を示す図。
【符号の説明】
１………ウェハ、２………回転チャック、３………液受けカップ、４………一体型ノズル、５………現像液供給ノズル、６………リンス液供給ノズル、５ａ………現像液吐出細管、６ａ………リンス液吐出細管、７………現像液供給ライン、８………リンス液供給ライン、９………ノズル移動アーム

Claims

基板を水平に保持し回転させる基板回転機構と、
前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個の処理液吐出口を有する処理液供給ノズルと、
前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズルとを備え、
前記現像液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルが、前記基板と平行な水平面上で所定の角度をなすように接続されて一体型ノズルが形成され、かつこの一体型ノズルを前記基板の上方に近接して配置する機構を有することを特徴とする基板の処理装置。
前記基板上に露光処理されたフォトレジスト層が形成されており、前記処理液が現像液であることを特徴とする請求項１記載の基板の処理装置。
前記処理液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルとのなす角度が可変に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の基板の処理装置。
前記一体型ノズルを前記基板の中心と外縁を結ぶ方向に沿って往復運動させる機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の基板の処理装置。
水平保持された基板を回転させながら、ほぼ一直線上に配置された複数個の処理液吐出口を有する処理液供給ノズルとほぼ一直線上に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズルとが、同一水平面上で所定の角度をなすように接続された一体型ノズルを、前記処理液供給ノズルおよび前記リンス液供給ノズルがそれぞれ前記基板の半径上に位置するように配置し、前記処理液吐出口および前記リンス液吐出口からそれぞれ処理液およびリンス液を前記基板上に吐出し供給することを特徴とする基板の処理方法。
前記処理液および前記リンス液の吐出・供給時において、前記基板の上面からの前記処理液吐出口および前記リンス液吐出口の高さが、吐出された処理液とリンス液とが前記基板に接触する前に混合することがない高さであることを特徴とする請求項５記載の基板の処理方法。
前記一体型ノズルを前記基板の外縁部と中心部とを結ぶ方向に沿って往復運動させながら、前記処理液および前記リンス液を前記基板上に吐出・供給し、該基板の中心部に前記処理液と前記リンス液とを交互に供給することを特徴とする請求項５または６記載の基板の処理方法。
前記一体型ノズルの往復運動の周期が、前記基板の回転の周期と同一であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の基板の処理方法。