JP2005246348A - 液供給機構および液供給方法ならびに現像処理装置および現像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】市販のスタティックミキサー等の混合装置を用いることなく、インラインで液体と液体とを均一に混合して供給することができる液供給機構を提供すること。
【解決手段】純水が流れる主管５２と、界面活性剤溶液が流れる支管５６と、支管５６が主管５２に接続され、純水および界面活性剤溶液を主管５２内で合流させて混合する混合部６１とを具備し、純水および界面活性剤溶液が混合してなるリンス液を主管５２を通流させて供給する液供給機構であって、純水および界面活性剤溶液が合流する際に、純水のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすように、純水および界面活性剤溶液の流速ならびに主管５２および支管５６の内径が設定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板の露光パターンの現像処理に用いる界面活性剤溶液を純水で希釈混合して混合液を供給する等の液供給機構および液供給方法ならびにそれを用いた現像処理装置および現像処理方法に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面にレジスト液を供給してレジスト膜を形成し、レジスト塗布後のウエハに対して所定のパターンに対応して露光処理を行った後に当該ウエハのレジスト膜に形成された露光パターンを現像するという、いわゆるフォトリソグラフィー技術により所定のパターンを形成するためのマスクとしてレジストパターンが形成される。

このようなフォトリソグラフィー技術の各工程の中で現像処理においては、ウエハに現像液を供給し、その全面に現像液パドルを形成し、所定時間自然対流により現像処理を進行させた後、現像液を振り切り、次いで、洗浄液として純水を供給してウエハ上に残存する現像液を洗い流す。その後、ウエハを高速で回転してウエハ上に残存する現像液および洗浄液を振り切りウエハを乾燥させる。

ところで、近時、露光技術等の進歩により半導体デバイスの微細化が一層進行しており、微細かつ高アスペクト比のレジストパターンが出現するに至り、上述のような現像工程における最終の振り切り乾燥において、リンス液がパターン間から抜け出る際に、リンス液の表面張力によりレジストパターンが引っ張られて倒れるという、いわゆる「パターン倒れ」が発生することが問題となっている。

このような問題を解決する技術として、例えばリンス液中に界面活性剤溶液を混入してリンス液の表面張力を低下させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。この場合、界面活性剤溶液の濃度は、処理条件やパターンによって変える必要があることから、界面活性剤溶液とリンス液として用いられる純水とをインラインで混合する必要があり、このようにインラインでの液液混合を行う場合には、通常、市販のスタティックミキサーを使用する。

しかしながら、市販のスタティックミキサーを用いる場合には、装置コストが高くなるといった問題がある。また、このようなスタティックミキサーがパーティクルの原因となる場合もある。したがって、市販のスタティックミキサーを用いることなくインラインでこのような液液混合を行うことが求められるが、スタティックミキサーを用いずに所望の均一混合を行う条件は確立されていない。

また、このようにインラインで混合する際には、その合流点で液の供給を頻繁にオン・オフさせる必要があることから、オン・オフバルブが必要であるが、そのためにデッドボリュームが多くなり、液が滞留しやすく、界面活性剤溶液の濃度が変化する等の不都合が生じる。
特開平７−１４２３４９号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、市販のスタティックミキサー等の混合装置を用いることなく、インラインで液体と液体とを均一に混合して供給することができる液供給機構および液供給方法、ならびにそのような液供給技術を用いた現像処理装置および現像処理方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、液体と液体とを混合して供給する際に、その合流点で液の供給をオン・オフさせるオン・オフバルブに起因するデッドボリュームを極力抑えることができる液供給機構、およびそのような液供給技術を用いた現像処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、第１の液体が流れる主管と、第２の液体が流れる支管と、前記支管が前記主管に接続され、前記第１の液体および前記第２の液体を前記主管内で合流させて混合する混合部とを具備し、前記第１の液体および前記第２の液体の混合液を前記主管を通流させて供給する液供給機構であって、前記第１の液体および第２の液体が合流する際に、第１の液体のレイノルズ数Ｒｅ１と第２の液体のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすように、前記第１の液体および第２の液体の流速ならびに前記主管および前記支管の内径が設定されることを特徴とする液供給機構を提供する。

本発明の第２の観点では、水系洗浄液が流れる主管と、界面活性剤溶液が流れる支管と、前記支管が前記主管に接続され、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液を前記主管内で合流させて混合する混合部とを具備し、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液が混合してなるリンス液を前記主管を通流させて供給する液供給機構であって、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液が合流する際に、水系洗浄液のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすように、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液の流速ならびに前記主管および前記支管の内径が設定されることを特徴とする液供給機構を提供する。

本発明の第３の観点では、主管を流れる第１の液体と、前記主管に接続された支管を流れる第２の液体とを前記主管内で合流させて混合し、前記第１の液体および前記第２の液体の混合液を前記主管を通流させて供給する液供給方法であって、前記第１の液体および第２の液体を合流させて混合する際に、第１の液体のレイノルズ数Ｒｅ１と第２の液体のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにすることを特徴とする液供給方法を提供する。

本発明の第４の観点では、主管を流れる水系洗浄液と、前記主管に接続された支管を流れる界面活性剤溶液とを前記主管内で合流させて混合し、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液が混合してなるリンス液を前記主管を通流させて供給する液供給方法であって、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液を合流させて混合する際に、水系洗浄液のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにすることを特徴とする液供給方法を提供する。

本発明の第５の観点では、基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像処理装置であって、基板を略水平に保持する基板保持部材と、前記基板保持部材を回転させる回転機構と、基板保持部材上の基板に現像液を供給する現像液供給機構と、現像パターンが形成されたレジスト膜に水系洗浄液および界面活性剤溶液を混合させてなるリンス液を供給するリンス液供給機構とを具備し、前記リンス液供給機構は、水系洗浄液が流れる主管と、界面活性剤溶液が流れる支管と、前記主管および前記支管が接続され、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液を前記主管内で合流させて混合する混合部とを有し、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液が合流する際に、水系洗浄液のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすように、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液の流速ならびに前記主管および前記支管の内径が設定されることを特徴とする現像処理装置を提供する。

本発明の第６の観点では、基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像工程と、現像パターンが形成されたレジスト膜に、水系洗浄液および界面活性剤溶液を混合してなるリンス液を供給する工程と、前記基板を回転させて乾燥する工程とを具備し、前記リンス液を供給する工程は、主管を流れる水系洗浄液と、前記主管に接続された支管を流れる界面活性剤溶液とを前記主管内で合流させて混合し、その際に、水系洗浄液のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにすることを特徴とする現像処理方法を提供する。

本発明の第７の観点では、第１の液体が流れる主管と、第２の液体が流れる支管と、前記第１の液体および前記第２の液体を合流させて混合する混合部と、前記第１の液体の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記第２の液体の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとを具備し、前記第１の液体および前記第２の液体の混合液を供給する液供給機構であって、前記第１のオン・オフバルブおよび第２のオン・オフバルブは、前記混合部の周囲に設けられていることを特徴とする液供給機構を提供する。

本発明の第８の観点では、水系洗浄液が流れる主管と、界面活性剤溶液が流れる支管と、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液を合流させて混合する混合部と、前記水系洗浄液の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記界面活性剤溶液の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとを具備し、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液を混合してなるリンス液を供給する液供給機構であって、前記第１のオン・オフバルブおよび第２のオン・オフバルブは、前記混合部の周囲に設けられていることを特徴とする液供給機構を提供する。

本発明の第９の観点では、基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像処理装置であって、基板を略水平に保持する基板保持部材と、前記基板保持部材を回転させる回転機構と、基板保持部材上の基板に現像液を供給する現像液供給機構と、現像パターンが形成されたレジスト膜に水系洗浄液および界面活性剤溶液を混合してなるリンス液を供給するリンス液供給機構とを具備し、前記リンス液供給機構は、水系洗浄液が流れる主管と、界面活性剤溶液が流れる支管と、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液を合流させて混合する混合部と、前記水系洗浄液の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記界面活性剤溶液の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとを有し、前記第１のオン・オフバルブおよび第２のオン・オフバルブは、前記混合部の周囲に設けられていることを特徴とする現像処理装置を提供する。

本発明によれば、第１の液体および第２の液体を合流させて混合する際に、これらのレイノルズ数に着目し、第１の液体のレイノルズ数Ｒｅ１と第２の液体のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようすることにより、所望の液均一混合性を得ることができ、例えば第１の液体として水系洗浄液を用い、第２の液体として界面活性剤溶液を用いてこれらを混合して界面活性剤溶液を希釈する場合に、高精度で均一混合することが可能となる。

また、本発明によれば、主管を流れる第１の液体と、支管を流れる第２の液体とを、これらが合流する混合部で混合させる際に、第１の液体の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、第２の液体の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとを混合部の周囲に設けるので、バルブ内のデッドボリュームを極めて小さくすることができ、液が滞留しやすく、界面活性剤溶液の濃度が変化する等の不都合を極めて有効に防止することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る液液混合機構が搭載された現像処理装置を示す断面図、図２はその平面図である。なお、図示するように、以下の説明では、水平面の直交する２方向をＸ方向、Ｙ方向とし、垂直方向をＺ方向としている。

これらの図に示すように、この現像処理装置（ＤＥＶ）は筐体１を有し、筐体の天井には筐体内に清浄空気のダウンフローを形成するためのファン・フィルタユニットＦが設けられている。また、筐体１内の中央部には環状のカップＣＰが配置され、カップＣＰの内側にはスピンチャック２が配置されている。スピンチャック２は真空吸着によってウエハＷを固定保持する。スピンチャック２の下方には駆動モータ３が配置されており、スピンチャック２は駆動モータ３によって回転駆動される。モータ３は床板４に取り付けられている。

カップＣＰの中には、ウエハＷを受け渡しする際の昇降ピン５がエアシリンダ等の駆動機構６により昇降可能に設けられている。また、カップＣＰ内には、廃液用のドレイン口７が設けられている。このドレイン口７に廃液管８（図２参照）が接続され、この廃液管８は、図２に示すように、底板４と筐体１との間の空間Ｎを通って、下方の図示しない廃液口へ接続されている。

筐体１の側壁には、ウエハ搬送装置の搬送アームＴが侵入するための開口１ａが形成されており、この開口１ａはシャッタ９により開閉可能となっている。そしてウエハＷの搬入出に際してはシャッタ９が開けられ、搬送アームＴが筐体１内に侵入する。搬送アームＴとスピンチャック２との間のウエハＷの受け渡しは、上記昇降ピン５が上昇した状態で行われる。

カップＣＰの上方には、ウエハＷの表面に現像液を供給するための現像液供給ノズル１１と、現像後のウエハＷに水系洗浄液例えば純水を供給する純水供給ノズル１２と、純水リンス後に界面活性剤溶液に純水を混合して希釈した界面活性剤入りリンス液を供給するリンス液供給ノズル１３とが、ウエハＷ上の供給位置とウエハＷの外方の待機位置との間で移動可能に設けられている。

現像液供給ノズル１１は、長尺状をなしその長手方向を水平にして配置され、下面に複数の吐出口を有しており、吐出された現像液が全体として帯状になるようになっている。そして、この現像液供給ノズル１１は、第１のノズルスキャンアーム１４の先端部に保持部材１５によって着脱可能に取り付けられており、第１のノズルスキャンアーム１４は、底板４の上にＹ方向に沿って敷設された第１のガイドレール２１上から垂直方向に延びた第１の垂直支持部材２２の上端部に取り付けられている。現像液供給ノズル１１は、第１の垂直支持部材２２とともにＹ軸駆動機構２３によってＹ方向に沿って水平移動するようになっている。また、第１の垂直支持部材２２はＺ軸駆動機構２４によって昇降可能となっており、現像液供給ノズル１１は、第１の垂直支持部材２２の昇降によってウエハＷに近接した吐出可能位置とその上方の非吐出位置との間で移動されるようになっている。そして、現像液の塗布の際には、現像液供給ノズル１１はウエハＷの上方に位置され、その現像液供給ノズル１１から現像液を帯状に吐出させながら、ウエハＷを１／２回転以上、例えば１回転させることにより、現像液がウエハＷ全面に塗布され、現像液パドルが形成される。なお、現像液吐出の際には、ウエハＷを回転させずに現像液供給ノズル１１を第１のガイドレール２１に沿ってスキャンさせてもよい。

純水供給ノズル１２は、ストレートノズルとして構成されており、現像工程終了後、ウエハＷ上に移動されて、ウエハＷ上の現像パターンが形成されたレジスト膜に水系洗浄液である純水を供給するようになっている。この純水供給ノズル１２は、第２のノズルスキャンアーム１６の先端部に着脱可能に取り付けられている。底板４の上の第１のガイドレール２１の外側には第２のガイドレール２５が敷設されており、第２のノズルスキャンアーム１６は、この第２のガイドレール２５上から垂直方向に延びた第２の垂直支持部材２６の上端部にＸ軸駆動機構２９を介して取り付けられている。純水供給ノズル１２は、第２の垂直支持部材２６とともにＹ軸駆動機構２７によってＹ方向に沿って水平移動するようになっている。また、第２の垂直支持部材２６はＺ軸駆動機構２８によって昇降可能となっており、純水供給ノズル１２は、第２の垂直支持部材２６の昇降によってウエハＷに近接した吐出可能位置とその上方の非吐出位置との間で移動されるようになっている。また、第２のノズルスキャンアーム１６は、上記Ｘ軸駆動機構２９によりＸ方向に沿って移動可能に設けられている。なお、純水供給ノズル１２の形状は特に限定されず、現像液供給ノズル１１と同様、長尺で多数の吐出口が設けられているものであってもよく、吐出口がスリット状のスリットノズルであってもよい。

リンス液供給ノズル１３もストレートノズルとして構成されており、純水リンス終了後、ウエハＷ上に移動されて、純水リンス後のウエハＷに界面活性剤入りリンス液を供給するようになっている。このリンス液供給ノズル１３は、第３のノズルスキャンアーム１８の先端部に着脱可能に取り付けられている。底板４の上の第２のガイドレール２５の外側には第３のガイドレール３０が敷設されており、第３のノズルスキャンアーム１８は、この第３のガイドレール３０上から垂直方向に延びた第３の垂直支持部材３１の上端部にＸ軸駆動機構３４を介して取り付けられている。リンス液供給ノズル１３は、第３の垂直支持部材３１とともにＹ軸駆動機構３２によってＹ方向に沿って水平移動するようになっている。また、第３の垂直支持部材３１はＺ軸駆動機構３３によって昇降可能となっており、リンス液供給ノズル１３は、第３の垂直支持部材３１の昇降によってウエハＷに近接した吐出可能位置とその上方の非吐出位置との間で移動されるようになっている。また、第３のノズルスキャンアーム１８は、上記Ｘ軸駆動機構３４によりＸ方向に沿って移動可能に設けられている。なお、リンス液供給ノズル１３の形状は特に限定されず、現像液供給ノズル１１と同様、長尺で多数の吐出口が設けられているものであってもよく、吐出口がスリット状のスリットノズルであってもよい。

Ｙ軸駆動機構２３，２７，３２、Ｚ軸駆動機構２４，２８，３３、Ｘ軸駆動機構２９，３４、および駆動モータ３は、駆動制御部４０により制御されるようになっている。

図２に示すように、カップＣＰの右側には、現像液供給ノズル１１が待機する現像液供給ノズル待機部３１が設けられており、この現像液供給ノズル待機部３１には現像液供給ノズル１１を洗浄する洗浄機構（図示せず）が設けられている。また、カップＣＰの左側には純水供給ノズル１２およびリンス液供給ノズル１３がそれぞれ待機する純水供給ノズル待機３２およびリンス液供給ノズル待機部３３が設けられており、これらにはそれぞれ純水供給ノズル１２およびリンス液供給ノズル１３を洗浄する洗浄機構（図示せず）が設けられている。

図３は、現像処理装置（ＤＥＶ）の液供給系を示す概略図である。図３に示すように、現像液供給ノズル１１には、現像液を貯留した現像液タンク４１から現像液を供給する現像液供給配管４２が接続されている。現像液供給配管４２には、現像液を供給するためのポンプ４３およびオン・オフバルブ４４が介装されている。

また、純水供給ノズル１２には、水系洗浄液である純水を貯留した純水タンク４６から純水を供給する純水供給配管４７が接続されている。純水供給配管４７には、純水を供給するためのポンプ４８およびオン・オフバルブ４９が介装されている。

一方、リンス液供給ノズル１３には、純水タンク４６から純水を供給する純水供給配管５２が接続されている。そして、純水供給配管５２の途中には、界面活性剤溶液を貯留する界面活性剤溶液タンク５５から延びる界面活性剤溶液供給配管５６が接続された接続部５９が形成されており、その接続部５９において純水と界面活性剤溶液とが混合されるようになっている。したがって、リンス液供給ノズル１３からは、純水と界面活性剤溶液とが混合した界面活性剤入りリンス液が吐出される。純水供給配管５２および界面活性剤溶液供給配管５６の接続部５９の上流側には、それぞれポンプ５３および５７が介装されている。また、純水供給配管５２および界面活性剤溶液供給配管５６の接続部５９の近傍には、それぞれオン・オフバルブ５４および５８が介装されている。ポンプ４３，４８，５３，５７およびオン・オフバルブ４４，４９，５４，５８は制御部６０により制御されるようになっている。

このようにして界面活性剤溶液がインラインで希釈されるが、これは、処理条件やパターンの違いにより必要な界面活性剤量が異なるためであり、全ての場合に対応し得る濃度の高い界面活性剤溶液を適宜純水で希釈して用いるようになっている。

純水供給配管５２および界面活性剤溶液供給配管５６の接続部５９は、図４に示すようになっており、主管である純水供給配管５２に支管である界面活性剤溶液供給配管５６が接続されているから、主管である純水供給配管５２を流れる純水に、支管である界面活性剤溶液供給配管５６を流れる界面活性剤溶液が合流して混合される混合部６１を形成している。この場合に、均一な混合を得る観点から、純水および界面活性剤溶液の合流部分において、純水のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにする。

レイノルズ数は、流体における慣性力と粘性力の比を表すものであり、流れを特徴づける無次元パラメータである。流路の直径をｄ（ｍ）、流速をｖ（ｍ／ｓ）、流体の動粘性係数をν（ｍ^２／ｓ）とすると、レイノルズ数Ｒｅは以下の式で与えられる。
Ｒｅ＝ｄ・ｖ／ν
界面活性剤溶液および純水とも、ほぼ同じ１．０×１０^６（ｍ^２／ｓ）の動粘性係数（動粘度）を有しており、合流部分近傍の配管径および流速を適宜調整することにより、Ｒｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにすることができる。

上記オン・オフバルブ５４および５８は、エアオペレーションバルブであり、図５の（ａ）断面図、（ｂ）平面図に示すように、これらが一体となって集合バルブとなっており液液混合バルブ６２を構成している。この液液混合バルブ６２は主管である純水供給配管５２にボルト締めされており、そのベース部６２ａ内の流路は純水供給配管５２の一部を構成している。また、支管である界面活性剤溶液配管５６がこの液液混合バルブ６２にボルト締めされており、上記接合部５９および混合部６１が液液混合バルブ６２内に形成されている。なお、オン・オフバルブ５４は、純水の流れをオン・オフするダイアフラム６３とダイアフラム６３を上下動させるアクチュエータ６４を有しており、オン・オフバルブ５８は、界面活性剤溶液の流れをオン・オフするダイアフラム６５とダイアフラム６５を上下動させるアクチュエータ６６を有している。

このように、オン・オフバルブを集合させて液液混合バルブ６２を構成することにより、デッドボリュームを減少させることができ、界面活性剤の濃度を変化させる際に、残存する液量を少なくすることができ、リンス液の濃度変動等がある程度防止される。

次に、このように構成された現像処理装置（ＤＥＶ）における現像処理の動作を図６の工程図を参照しながら説明する。
所定のパターンが露光されポストエクスポージャーベーク処理および冷却処理されたウエハＷが、ウエハ搬送装置の搬送アームＴによってカップＣＰの真上まで搬送され、昇降ピン５によってスピンチャック２に搬送され真空吸着される（ＳＴＥＰ１）。

次いで、現像液供給ノズル１１がウエハＷの上方に移動し、この現像液供給ノズル１１から現像液が帯状に吐出されながら、ウエハＷが１／２回転以上、例えば１回転されることにより、現像液がウエハＷ全面に塗布され、例えば１．２ｍｍの厚さの現像液パドルが形成される（ＳＴＥＰ２）。また、現像液供給ノズル１１をガイドレール２１に沿ってスキャンしながら吐出してもよい。

このようにして現像液をウエハＷ上に塗布した状態で適宜の時間、例えば６０秒間静止させることにより現像を進行させる（ＳＴＥＰ３）。この際に、純水供給ノズル１２のノズルアーム１６が移動されて、純水供給ノズル１２がウエハＷの上方に位置される（ＳＴＥＰ４）。

所定時間経過後、ウエハＷをスピンチャック２により回転することにより現像液が振り切られ（ＳＴＥＰ５）、それとほぼ同時に、ウエハＷを所定の回転数で回転させながら、純水液吐出ノズル１２および現像液吐出ノズル１１から、それぞれ純水および現像液を所定の流量で吐出させる（ＳＴＥＰ６）。現像液を振り切った後に直接純水を供給するとウエハＷ上のレジスト膜に通常のリンスでは除去し難い難溶化層が形成されるおそれがあるが、このように、純水とともに現像液を供給することにより、レジスト膜上の難溶化層の生成が防止される。この場合に、最初現像液の割合を多くし、徐々に現像液を減少させていくことが効果的である。所定時間経過後、現像液の供給が停止され、純水のみのリンスが行われる（ＳＴＥＰ７）。

このような純水リンスの後、純水供給ノズル１２を待避させ、リンス液供給ノズル１３をウエハＷのほぼ中央上方に移動させ、ウエハＷを所定の回転速度で回転させながら、界面活性剤入りのリンス液をウエハＷに供給する（ＳＴＥＰ８）。これにより、レジスト膜上の純水および残留している現像液の大部分が界面活性剤入りのリンス液に置換される。すなわち、レジスト膜の表面が界面活性剤入りのリンス液に置換された状態となる。なお、リンス液を供給する際には、少なくとも一部の期間、ウエハＷが停止していてもよい。ここで界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤を好適に用いることができる。また、リンス液中の界面活性剤の濃度は、１００００ｐｐｍ以下の範囲で任意に設定することができる。

このようにして、ウエハＷのレジスト膜の純水等を界面活性剤入りリンス液に置換した後、ウエハＷを高速で回転させ、ウエハＷ上に残存する液剤を振り切ってウエハＷを乾燥させる（ＳＴＥＰ９）。この場合に、レジスト膜に残存しているのは、界面活性剤入りのリンス液であるから、表面張力が小さく、振り切られた際にパターン倒れが生じ難い。

このような界面活性剤入りリンス液は、パターンの種類や処理条件等によってその濃度を厳密にコントロールする必要があるため、界面活性剤を極力均一に混合する必要がある。このため、従来は市販のスタティックミキサーを用いていたが、装置コストが高くなり、しかもゴミが発生し、パーティクルの原因となる場合がある。そこで、本実施形態では、上述したように、市販のスタティックミキサーを用いることなくインラインで純水と界面活性剤溶液とを混合する。

具体的には、主管である純水供給配管５２を流れる純水に、支管である界面活性剤溶液供給配管５６を流れる界面活性剤溶液を混合部６１で合流させて混合する際に、均一な混合を得る観点から、純水および界面活性剤溶液の合流部分において、純水のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにする。

以下、このように規定した根拠となる実験について説明する。
レイノルズ数は、上述したように、流体における慣性力と粘性力の比を表すものであり、流れを特徴づける無次元パラメータであり、このような液液混合における重要なファクターであると考えられる。特に、Ｒｅ＞約２０００を乱流域とすることができ、混合性にとって液体の流れが乱流であるか層流であるかが重要であると考えられ、その点に着目して簡易モデルを用いてシミュレーションを行った。ここでは、図７に示すように、純水（ＤＩＷ）の流量をｙ（ｍＬ／ｍｉｎ）、界面活性剤溶液（Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）の流量をｘ（ｍＬ／ｍｉｎ）とし、界面活性剤溶液（Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）の注入口の径をｄ（ｍｍ）とした場合に、レイノルズ数Ｒｅ２の計算は、注入口の径：ｄ×１０^−３（ｍ）、注入時の流速：ｖ＝４×（ｘ×１０^−６）／｛６０×（ｄ×１０^−３）^２×π｝（ｍ／ｓ）、動粘性係数（動粘度）ν：１．０×１０^６（ｍ^２／ｓ）（水：２０℃，１ａｔｍ相当）として行い、また、純水のレイノルズ数Ｒｅ１も同様に計算して、これらを用いた拡散方程式を作成し、これにより界面活性剤溶液（Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）の濃度を求めた。濃度検証では、２液合流箇所および合流後のモデル先端部断面（合流部から５０ｃｍに相当）における界面活性剤溶液の分布にて濃度の均一性を判断した。判断基準としては±３．０％を許容精度とした。この際の解析条件パターンを表１に示し、それらの解析結果を表２に示す。

以上の解析結果によれば、２液合流から先端方向へ向けての濃度が、大きく図８に示すＡ，Ｂ，Ｃの３傾向に分類された。表２に示すように、タイプＡの挙動が見られたケースのほとんどがＲｅ１＜Ｒｅ２であり、この場合の先端部における濃度均一性は良好であった。これらがほとんど同等の場合（Ｎｏ．１，１１）でも、このタイプとなったが、均一性が若干劣る傾向が見られた。タイプＢは、Ｒｅ１とＲｅ２との差が大きい場合であり、基本的にはタイプＡと同様の結果が得られているが、純水のレイノルズ数であるＲｅ１が極端に小さくなった場合に先端部において若干の濃度勾配が出るので注意が必要となる。これに対してタイプＣは、全てＮＧであり、このタイプとなった解析条件は、全てＲｅ１＞Ｒｅ２であった。以上の結果から、均一混合のためには、乱流、層流を問わずＲｅ１≦Ｒｅ２であることが必要であり、特に、Ｒｅ１＜Ｒｅ２が好ましいことが示された。

また、上記関係さえ満たせば所望の均一混合は可能ではあるが、現実の混合を考慮した場合、より攪拌を促進させる観点から、界面活性剤溶液が乱流であること、すなわちＲｅ２＞２０００であることが好ましい。

上述したように、レイノルズ数Ｒｅは、流路の直径をｄ（ｍ）、流速をｖ（ｍ／ｓ）、流体の動粘性係数をν（ｍ^２／ｓ）とすると、Ｒｅ＝ｄ・ｖ／νで与えられるから、上記レイノルズ数の関係を満たすためには、合流点における純水および界面活性剤溶液の流速、および合流点における純水供給配管および界面剤活性剤溶液配管の内径を調整すればよい。

次に、純水配管径を一般的な７．５ｍｍφ（内径）にし、液供給圧を０．１ＭＰａにした場合の、合流点の界面活性剤溶液の注入口径と、上記関係を満たす制御可能な流量との関係を把握した。その結果を図９に示す。この図に示すように、その注入口径が大きくなりすぎると層流になりやすくなり、混合性が低下するおそれがあることから２．０ｍｍ以下が好ましい。また、Ｒｅ１≦Ｒｅ２を満たす流量のマージンを考慮すると、界面活性剤溶液を注入する注入口径は１．５ｍｍ以上であることが好ましい。

以上のように、界面活性剤溶液を主管である純水供給配管に注入して混合希釈する場合には、純水のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２との間にＲｅ１≦Ｒｅ２の関係がある場合に所望の均一混合を達成することができ、Ｒｅ１＜Ｒｅ２が好ましく、さらにＲｅ２＞２０００であることが好ましい。また、このような関係を満たす場合には、混合液の吐出部分が合流点から少なくとも５０ｃｍあれば所望の均一混合が達成される。さらに、混合性を考慮すると界面活性剤溶液を注入する注入口径は２．０ｍｍ以下であることが好ましく、Ｒｅ１≦Ｒｅ２を満たす流量のマージンを考慮すると１．５ｍｍ以上であることが好ましい。

以上のように、純水のレイノルズ数と界面活性剤溶液のレイノルズ数とが上記関係を満たせば、これらを一定レベル以上で均一混合することができるが、より一層混合を確実にするために、さらに配管内で混合を促進するようにしてもよい。その例を図１０〜１３に示す。

図１０は、界面活性剤溶液混合後の純水供給配管５２の途中にボウル型部分７１を配置し、そこで渦流を生じさせて均一混合を促進するものである。また、図１１は、界面活性剤溶液混合後の純水供給配管５２の途中に大径部分７２を形成し、さらに大径部分にリターンライン７３を形成したものであり、混合液が大径部分７２に達した時点で上下方向の流速ベクトルが生じ、これにより混合液をリターンライン７３へ送り込んで均一混合を促進するものである。図１２は、界面活性剤溶液混合後の純水供給配管５２の途中にフィルター７４を設け、混合液がフィルター７４を通過することで攪拌効果を生じさせ、均一混合を促進するものである。図１３は、界面活性剤溶液混合後の純水供給配管５２の途中に絞り部７５を設け、それ以後を小径の配管７６として、その管径変化部分で一次的に乱流を生じさせて均一混合を生じさせる。管径を絞る代わりにオリフィスを加えてもよい。

次に、純水と界面活性剤溶液を混合するためのオン・オフバルブの存在により生じるデッドボリュームの問題を解消可能な実施形態について説明する。

上述の図５に示したオン・オフバルブ５４および５８を集合バルブとした液液混合バルブ６２を用いることにより、ある程度デッドボリュームを低減することができるが、さらなるデッドボリューム低減を図り上述の不都合をより確実に回避する必要がある。

そのため、本実施形態では、純水と界面活性剤溶液の合流点に液液混合バルブとして、図１４に示すような液液混合バルブを用いる。図１４の（ａ）は流れの方向に垂直に切断した断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この液液混合バルブ８１は、上述のオン・オフバルブ５４および５８を集積したものであり、主管である純水供給配管５２にボルト締めされる。そして、オン・オフバルブ５４および５８は、上述した純水と界面活性剤溶液の混合部の周囲に設けられており、具体的には以下のように構成される。

この液液混合バルブ８１はベース８２を有し、ベース部８２内の中央近傍には流路８３が形成されており、この流路８３は純水供給配管５２の一部を構成している。また、ベース部８２内の流路８３の上方には流路８４が形成されており、この流路８４は界面活性剤溶液供給配管５６の一部を構成している。この流路８４はオン・オフバルブ５８に接続され、オン・オフバルブ５８と流路８３との間には流路８５が形成されている。したがって、アクチュエータ６６によりダイアフラム６５を上昇させることにより、流路８４と流路８５とが繋がり、流路８４および流路８５を経て界面活性剤溶液が純水供給配管５２に注入される。したがって、流路８４と流路８５とは接合部５９を形成し、その合流点が混合部６１となっている。一方、オン・オフバルブ５４も混合部６１の周囲に設けられており、アクチュエータ６４によりダイアフラム６３を昇降させることによって、流路８３の混合部６１近傍で純水の流れをオン・オフする。

このようにオン・オフバルブ５４，５８を混合部の周囲に配置したので、デッドボリュームをほとんどなくすことができ、液が滞留しやすく、界面活性剤溶液の濃度が変化する等の不都合を解消することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、水系洗浄液として純水を例示したが、純水に他の物質が多少添加したものであってもよい。また、上記実施形態では界面活性剤入りのリンス液の供給時にウエハを回転させたが、必ずしもウエハを回転させる必要はない。さらに、上記実施形態では本発明を半導体ウエハの現像処理に適用したが、これに限らず、微細なレジストパターンが形成される基板であれば、液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板等、他の基板の現像処理にも適用することができる。さらにまた、上記実施形態では純水と界面活性剤とを混合して供給する場合について示したが、他の液体を混合して供給する場合についても適用可能である。さらにまた、本発明の範囲を逸脱しない限り、上記実施の形態の構成要素を適宜組み合わせたもの、あるいは上記実施の形態の構成要素を一部取り除いたものも本発明の範囲内である。

本発明の一実施形態に係る液液混合機構が搭載された現像処理装置を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る液液混合機構が搭載された現像処理装置を示す平面図。 図１および図２の現像処理装置の液供給系を示す概略図。 純水供給配管および界面活性剤溶液供給配管の接続部を説明するための模式図。 純水供給配管を流れる純水に、界面活性剤溶液供給配管を流れる界面活性剤溶液が合流して混合される混合部を含む液液混合バルブの構造を示す断面図および平面図。 現像処理の工程を示すフローチャート。 純水と界面活性剤溶液との混合をシミュレーションするためのモデルを説明するための図。 純水と界面活性剤溶液との混合をシミュレーションした結果を示す図。 純水と界面活性剤溶液との合流点における界面活性剤溶液の注入口径と、Ｒｅ１≦Ｒｅ２を満たす制御可能な流量との関係を示す図。 純水と界面活性剤溶液との混合後に配管内でさらに混合する手段の一例を示す図。 純水と界面活性剤溶液との混合後に配管内でさらに混合する手段の他の例を示す図。 純水と界面活性剤溶液との混合後に配管内でさらに混合する手段のさらに他の例を示す図。 純水と界面活性剤溶液との混合後に配管内でさらに混合する手段のさらにまた他の例を示す図。 本発明の他の実施形態に用いる液液混合バルブの構造を示す断面図。

符号の説明

１……筐体
２……スピンチャック
１１……現像液供給ノズル
１２……純水供給ノズル
１３……リンス液供給ノズル
５２……純水供給配管
５４，５８……オン・オフバルブ
５６……界面活性剤溶液供給配管
５９……接合部
６１……混合部
６２，８１……液液混合バルブ
ＤＥＶ……現像処理装置
Ｗ……半導体ウエハ

Claims (30)

1. 第１の液体が流れる主管と、第２の液体が流れる支管と、前記支管が前記主管に接続され、前記第１の液体および前記第２の液体を前記主管内で合流させて混合する混合部とを具備し、前記第１の液体および前記第２の液体の混合液を前記主管を通流させて供給する液供給機構であって、前記第１の液体および第２の液体が合流する際に、第１の液体のレイノルズ数Ｒｅ１と第２の液体のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすように、前記第１の液体および第２の液体の流速ならびに前記主管および前記支管の内径が設定されることを特徴とする液供給機構。
2. 前記第２の液体のレイノルズ数Ｒｅ２がＲｅ２＞２０００を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液供給機構。
3. 前記第１の液体の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記第２の液体の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとをさらに具備し、前記第１および第２のオン・オフバルブは集合してその中に前記混合部を有する液液混合バルブを構成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液供給機構。
4. 前記支管から前記主管へ前記第２の液体を注入する際の注入口が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液供給機構。
5. 水系洗浄液が流れる主管と、界面活性剤溶液が流れる支管と、前記支管が前記主管に接続され、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液を前記主管内で合流させて混合する混合部とを具備し、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液が混合してなるリンス液を前記主管を通流させて供給する液供給機構であって、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液が合流する際に、水系洗浄液のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすように、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液の流速ならびに前記主管および前記支管の内径が設定されることを特徴とする液供給機構。
6. 前記界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２がＲｅ２＞２０００を満たすことを特徴とする請求項５に記載の液供給機構。
7. 前記水系洗浄液の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記界面活性剤溶液の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとをさらに具備し、前記第１および第２のオン・オフバルブは集合してその中に前記混合部を有する液液混合バルブを構成していることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の液供給機構。
8. 前記支管から前記主管へ前記界面活性剤溶液を注入する際の注入口が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の液供給機構。
9. 前記第１のオン・オフバルブと、前記第２のオン・オフバルブは前記混合部の周囲に設けられていることを特徴とする請求項３または請求項８に記載の液供給機構。
10. 前記混合の後、主管内で液混合する手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の液供給機構。
11. 主管を流れる第１の液体と、前記主管に接続された支管を流れる第２の液体とを前記主管内で合流させて混合し、前記第１の液体および前記第２の液体の混合液を前記主管を通流させて供給する液供給方法であって、前記第１の液体および第２の液体を合流させて混合する際に、第１の液体のレイノルズ数Ｒｅ１と第２の液体のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにすることを特徴とする液供給方法。
12. 前記第２の液体のレイノルズ数Ｒｅ２がＲｅ２＞２０００を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の液供給方法。
13. 前記支管から前記主管へ前記第２の液体を注入する際の注入口が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の液供給方法。
14. 主管を流れる水系洗浄液と、前記主管に接続された支管を流れる界面活性剤溶液とを前記主管内で合流させて混合し、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液が混合してなるリンス液を前記主管を通流させて供給する液供給方法であって、前記水系洗浄剤および前記界面活性剤溶液を合流させて混合する際に、水系洗浄液のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにすることを特徴とする液供給方法。
15. 前記界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２がＲｅ２＞２０００を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の液供給方法。
16. 前記支管から前記主管へ前記第２の液体を注入する際の注入口が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の液供給方法。
17. 基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像処理装置であって、
    基板を略水平に保持する基板保持部材と、
    前記基板保持部材を回転させる回転機構と、
    基板保持部材上の基板に現像液を供給する現像液供給機構と、
    現像パターンが形成されたレジスト膜に水系洗浄液および界面活性剤溶液を混合させてなるリンス液を供給するリンス液供給機構と
    を具備し、
    前記リンス液供給機構は、
    水系洗浄液が流れる主管と、界面活性剤溶液が流れる支管と、前記主管および前記支管が接続され、前記水系洗浄液および前記界面活性剤溶液を前記主管内で合流させて混合する混合部とを有し、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液が合流する際に、水系洗浄液のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすように、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液の流速ならびに前記主管および前記支管の内径が設定されることを特徴とする現像処理装置。
18. 前記界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２がＲｅ２＞２０００を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の現像処理装置。
19. 前記水系洗浄液の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記界面活性剤溶液の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとをさらに具備し、前記第１および第２のオン・オフバルブは集合してその中に前記混合部を有する液液混合バルブを構成していることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の現像処理装置。
20. 前記第１のオン・オフバルブと、前記第２のオン・オフバルブは前記混合部の周囲に設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の現像処理装置。
21. 前記支管から前記主管へ前記界面活性剤溶液を注入する際の注入口が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の現像処理装置。
22. 前記混合の後、主管内で液混合する手段をさらに有することを特徴とする請求項１７から請求項２１のいずれか１項に記載の現像処理装置。
23. 基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像工程と、
    現像パターンが形成されたレジスト膜に、水系洗浄液および界面活性剤溶液を混合してなるリンス液を供給する工程と、
    前記基板を回転させて乾燥する工程と
    を具備し、
    前記リンス液を供給する工程は、
    主管を流れる水系洗浄液と、前記主管に接続された支管を流れる界面活性剤溶液とを前記主管内で合流させて混合し、その際に、水系洗浄液のレイノルズ数Ｒｅ１と界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２とがＲｅ１≦Ｒｅ２を満たすようにすることを特徴とする現像処理方法。
24. 前記界面活性剤溶液のレイノルズ数Ｒｅ２がＲｅ２＞２０００を満たすことを特徴とする請求項２３に記載の現像処理方法。
25. 前記支管から前記主管へ前記第２の液体を注入する際の注入口が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の現像処理方法。
26. 第１の液体が流れる主管と、第２の液体が流れる支管と、前記第１の液体および前記第２の液体を合流させて混合する混合部と、前記第１の液体の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記第２の液体の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとを具備し、前記第１の液体および前記第２の液体の混合液を供給する液供給機構であって、前記第１のオン・オフバルブおよび第２のオン・オフバルブは、前記混合部の周囲に設けられていることを特徴とする液供給機構。
27. 水系洗浄液が流れる主管と、界面活性剤溶液が流れる支管と、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液を合流させて混合する混合部と、前記水系洗浄液の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記界面活性剤溶液の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとを具備し、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液を混合してなるリンス液を供給する液供給機構であって、前記第１のオン・オフバルブおよび第２のオン・オフバルブは、前記混合部の周囲に設けられていることを特徴とする液供給機構。
28. 前記第１のオン・オフバルブおよび前記第２のオン・オフバルブは集合してその中に前記混合部を有する液液混合バルブを構成していることを特徴とする請求項２６または請求項２７に記載の液供給機構。
29. 基板上の露光後のレジスト膜に現像液を供給して露光パターンを現像する現像処理装置であって、
    基板を略水平に保持する基板保持部材と、
    前記基板保持部材を回転させる回転機構と、
    基板保持部材上の基板に現像液を供給する現像液供給機構と、
    現像パターンが形成されたレジスト膜に水系洗浄液および界面活性剤溶液を混合してなるリンス液を供給するリンス液供給機構と
    を具備し、
    前記リンス液供給機構は、
    水系洗浄液が流れる主管と、界面活性剤溶液が流れる支管と、前記水系洗浄液および界面活性剤溶液を合流させて混合する混合部と、前記水系洗浄液の供給をオン・オフする第１のオン・オフバルブと、前記界面活性剤溶液の供給をオン・オフする第２のオン・オフバルブとを有し、
    前記第１のオン・オフバルブおよび第２のオン・オフバルブは、前記混合部の周囲に設けられていることを特徴とする現像処理装置。
30. 前記第１のオン・オフバルブおよび前記第２のオン・オフバルブは集合してその中に前記混合部を有する液液混合バルブを構成していることを特徴とする請求項２９に記載の現像処理装置。
    
    

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