JP2021072406A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、露光後のウェハの表面を洗浄して液浸水の水滴を除去することが行われている。例えば、特許文献1では、前述のように、基板が回転しているときに洗浄液ノズルからの洗浄液の供給位置が基板の中央部から周縁に向かって移動するように洗浄液ノズルを移動させ、基板上に残存する水滴を低減させるようにしている。
一方、上記従来の露光後洗浄処理では、ウェハの回転速度が高いと、洗浄液ノズルから吐出された洗浄液がウェハに衝突して飛び散り、洗浄液の塊が形成されず、液浸水の液滴を捕集できないだけでなく、洗浄液の小さな液滴が新たに形成されてしまう。また、洗浄液の塊が形成されたとしても、周縁部において当該塊が崩れ、これによっても洗浄液の小さな液滴が新たに形成されてしまう。このように形成された洗浄液の小さな液滴は、当該液滴の質量が小さいため、高回転であっても作用する遠心力が小さいので排出されにくい。
しかし、液浸露光に用いられるウェハの表面は、前述のように撥水性が高いため、すなわち、水に対する接触角が高いため、洗浄液を衝突させたときに当該洗浄液の飛び散りが生じない、ウェハの回転速度の上限値は低い。また、上記従来の露光後洗浄処理では、ウェハの回転速度を低くしすぎると、洗浄液等に作用する遠心力が小さくなり、ウェハ上に水滴が残ってしまう。したがって、液浸露光後のウェハ表面の接触角の度合いによっては、適切なウェハの回転速度の許容範囲が狭く、当該回転速度の処理条件の決定に時間がかかり、液浸水や洗浄液の水滴をウェハから取りきるのは実質的には不可能なことがある。また、当然、洗浄液の飛び散りが生じないウェハの回転速度の上限値が、水滴をウェハ上に残さないウェハの回転速度の下限値を下回れば、回転速度を調節しても、液浸水や洗浄液の水滴をウェハから取りきることは実際にできない。
また、スピンチャック20の下方には、回転機構としてのチャック駆動部21が設けられている。チャック駆動部21は、例えばモータ等を備え、スピンチャック20を種々の回転速度で回転させることができる。また、チャック駆動部21には、不図示のシリンダ等を有する昇降駆動機構が設けられており、スピンチャック20は昇降駆動機構により昇降自在に構成されている。
水溶性ポリマーの分子量は例えば2000以下である。
また、上記溶液中の水溶性ポリマーの濃度は10%未満であることが好ましく、3%未満であることがより好ましい。水溶性ポリマーの水溶液でウェハWの表面全体を被覆する必要があるところ、上記水溶性ポリマーの濃度が高いと、被覆性で劣るためである。
また、pHの操作のため、ポリマー水溶液に他の添加剤を加えてもよい。
なお、ポリマー水溶液には、上記塗布性の向上を目的とした有機溶媒の添加は行われない。
第2のアーム32は、移動機構としてのノズル駆動部37によってレール30B上を移動自在となっている。これにより、洗浄液供給ノズル36は、カップ22のY方向負方向側の外側に設けられた待機部38から、カップ22内のウェハWの中央部上方まで移動できる。また、ノズル駆動部37によって、第2のアーム32は昇降自在であり、洗浄液供給ノズル36の高さを調節できる。
洗浄装置1での洗浄処理の際、まず、図3に示すように、ウェハWにポリマー水溶液を供給する(ステップS1)。具体的には、まず、液浸露光後のパターンが未形成の平坦な表面を有するウェハWを、処理容器10内に搬入させ、スピンチャック20上に載置させ吸着させる。次いで、図4(A)に示すように、溶液供給ノズル33をウェハWの中央上方へ移動させる。そして、図4(B)に示すように、ウェハWを回転させ、当該ウェハWに対して、溶液供給ノズル33からポリマー水溶液を供給させ、これにより、ウェハW全面にポリマー水溶液の液膜Fを形成させる。この工程でのウェハWの回転速度は例えば100〜1500rpmである。なお、ポリマー水溶液は、その表面張力が水系洗浄液に比べて低いため、ウェハWの表面に衝突したときに飛び散りにくく、また、被覆性が高い。
ポリマー水溶液の供給中、溶液供給ノズル33は、ウェハWの中央上方で固定である。その後、溶液供給ノズル33をカップ22外に退避させる。
続いて、図3に示すように、ウェハWの表面に供給したポリマー水溶液により、レジスト膜の表面を親水化させる(ステップS2)。具体的には、例えば、図4(C)に示すように、ポリマー水溶液や洗浄液等が供給されていない状態で、ウェハWを、予め定められた時間の間、回転させながら放置する。この時のウェハWの回転速度は例えば1500〜2500rpmである。回転させることにより、ウェハWの表面に形成されたポリマー水溶液の液膜Fの流動性が低くなっていく。それと共に、放置することにより、図5(C)に示すように、レジスト膜Rの表面と、液膜F内の親水基を有する水溶性ポリマーPとが架橋反応し、当該レジスト膜Rの表面が、親水基を有する水溶性ポリマーPでコーティングされていく。その結果、レジスト膜Rの表面の水に対する接触角が減少していく。
なお、親水化工程では、ポリマー水溶液の液膜の流動性が消滅し、ポリマー水溶液のウェハWの裏面への回り込みの可能性が無くなった後は、ウェハWの回転を止めてもよい。
また、水溶性ポリマーの水溶液のpHが小さいと、図7に示すように、ポリマー水溶液の液膜Fからレジスト膜R中に、特に、レジスト膜Rの表面に、酸成分(H+)が供給されてしまう。その結果、現像したときに、所望の形状のレジストパターンが得られなくなる。例えば、所望の膜厚のレジストパターンが得られなくなる。また、意図しない、頂部が丸みを帯びた形状のレジストパターンが得られてしまうこともある。
親水化工程後、図3に示すように、ウェハWを回転させながら、ウェハWの表面に対して洗浄液を供給し、親水化に寄与していないポリマー水溶液を除去する(ステップS3)。親水化に寄与していないポリマー水溶液とは、具体的には、ポリマー水溶液の液膜Fのうちのレジスト膜Rの表面と未結合の水溶性ポリマーと溶剤である。上述のように除去することによって、ポリマー水溶液に捕集され液膜Fに残っていた液浸水の水滴DもウェハW外に排出される。
ただし、洗浄液供給ノズル36を上述のように移動させる場合のウェハWの回転速度は、固定であってもよい。この場合、ウェハWの回転速度は200〜1000rpmとされる。
洗浄液供給工程後、図3に示すように、洗浄液が供給されたウェハWを乾燥させる(ステップS4)。具体的には、図4に示すように、洗浄液等の供給が行われない状態で、ウェハWを回転させ、これにより、ウェハWを乾燥させる。乾燥させたウェハW上のレジスト膜Rの表面には、図5(D)に示すように、親水基を有する水溶性ポリマーPと結合した層が残されるが、これは現像のときに問題とはならない。レジスト膜Rの表面を含む上部は現像の過程で除去されるからである。
なお、ステップS3において、前述のように、洗浄液供給ノズル36を移動させ、洗浄液によるポリマー水溶液の液膜の除去と同時並行的に乾燥も行う場合は、ステップS4の乾燥工程は省略してもよい。
これにより、洗浄処理が完了する。
本実施形態によれば、レジスト膜の表面に液浸水の液滴が残っていたとしても、この液滴は、水溶性ポリマーの水溶液を供給する工程で除去したり、当該工程で上記水溶液の液膜内に捕集させその後の洗浄液を供給する工程で上記液膜と共に除去したりできる。また、本実施形態によれば、洗浄液供給工程の時点では、レジスト膜の表面は親水化されているため、洗浄液供給工程において、ウェハWの回転速度を高くしても、洗浄液の飛び散り等が生じにくく、洗浄液の細かな液滴がウェハW上に残ることがない。この点は、洗浄液供給工程の際に、上述したような手法で洗浄液を供給した場合でも、従来の露光後洗浄処理と同様に洗浄液を供給した場合でも、共通である。そのため、本実施形態によれば、従来の露光後洗浄処理に比べて、洗浄前のウェハ表面の接触角の度合いによらず、液浸露光に用いた水や洗浄液が処理後にレジスト膜の表面に残らないようにすることができる。なお、レジスト膜の表面を親水化させることにより、洗浄液供給工程におけるウェハWの回転速度の許容範囲の下限値が上昇することも考えられる。しかし、ウェハWの回転により洗浄液の広がりや乾燥等を制御する形態では、ウェハWの回転速度の許容範囲の下限値が上がることよりも、同許容範囲の上限値が上がることの方が有意である。
また、本実施形態では、水溶性ポリマーの溶液は、レジスト膜の酸の濃度を許容範囲内に収めるpH値を有する。したがって、水溶性ポリマーの溶液により、所望の形状のレジストパターンが得られなくなることがない。
この点からも、本実施形態によれば、従来の露光後洗浄処理に比べて、洗浄前のウェハ表面の接触角の度合いによらず、液浸露光に用いた水や洗浄液が処理後にレジスト膜の表面に残らないようにすることができる、と言える。
また、このベベルの洗浄のため、洗浄液の吐出先がベベルとなる位置で、洗浄液供給ノズル36の移動を停止させてもよい。
洗浄液供給ノズル36のノズル径は、従来の露光後洗浄処理に用いられるノズルと同様であり、例えば1・0〜2.5mmである。
また、洗浄液供給ノズル36は、洗浄液によって効率的にポリマー水溶液の液膜を除去できるよう、図示するように、ウェハWの表面に対して傾けられている。ウェハWの表面に対する洗浄液の吐出角度θ1は具体的には例えば15°〜50°である。
洗浄液供給ノズル36からの洗浄液の流量は比較的大きい150〜400ml/minである。上述のように洗浄液供給ノズル36のノズル径が従来と同様であるところ、流量を大きくすることで、当該ノズル36からの洗浄液の流速が高くなる。洗浄液の流速を高めることで、不要な水溶性ポリマーの水溶液の液膜を容易に除去することができる。なお、前述のように、洗浄液を供給する工程の時点では、レジスト膜の表面は親水化されているため、洗浄液の流速を高めても、洗浄液が飛び散ったりすることはない。
(1)液浸露光処理後の、パターンが未形成のレジスト膜を有する基板の表面に、水溶性ポリマーの溶液を供給する工程と、
供給した前記水溶性ポリマーの溶液により、前記レジスト膜の表面を親水化させる工程と、
前記親水化させる工程後、前記基板を回転させながら、当該基板の表面に対して洗浄液を供給し、親水化に寄与していない水溶性ポリマーの水溶液を除去する工程と、
前記洗浄液が供給された前記基板を乾燥させる工程と、を有し、
前記水溶性ポリマーの溶液は、前記レジスト膜の酸の濃度を許容範囲内に収めるpH値を有する、基板処理方法。
前記(1)によれば、処理前の基板表面の接触角の度合いによらず、液浸露光に用いた水や洗浄液が処理後に基板の表面に残らないようにすることができる。
当該工程において、供給ノズルからの前記洗浄液の吐出先が基板中央から基板周縁に向けて移動するよう当該供給ノズルを移動させながら、当該供給ノズルから基板外側に向けて吐出された前記洗浄液を供給する、前記(1)〜(6)のいずれか1に記載の基板処理方法。
前記基板は、パターニングが未形成のレジスト膜をその表面に有し、
当該基板処理装置は、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部を回転させる回転機構と、
前記基板保持部に保持された前記基板に、水溶性ポリマーの溶液を供給する溶液供給ノズルと、
前記基板保持部に保持された前記基板に、洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
前記回転機構、前記溶液供給ノズルからの供給及び前記洗浄液供給ノズルからの供給の制御を行うように構成されている制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記基板の表面に、水溶性ポリマーの溶液を供給する工程と、
供給した前記水溶性ポリマーの溶液により、前記レジスト膜の表面を親水化させる工程と、
前記親水化させる工程後、前記基板を回転させながら、当該基板の表面に対して洗浄液を供給し、親水化に寄与していない水溶性ポリマーの水溶液を除去する工程と、
前記洗浄液が供給された前記基板を乾燥させる工程と、が実行されるよう、制御を行うように構成され、
前記水溶性ポリマーの溶液は、前記レジスト膜の酸の濃度を許容範囲内に収めるpH値を有する、基板処理装置。
20 スピンチャック
21 チャック駆動部
33 溶液供給ノズル
34 ノズル駆動部
36 洗浄液供給ノズル
37 ノズル駆動部
200 制御部
P 水溶性ポリマー
R レジスト膜
W ウェハ
Claims (11)
- 液浸露光処理後の、パターンが未形成のレジスト膜を有する基板の表面に、水溶性ポリマーの溶液を供給する工程と、
供給した前記水溶性ポリマーの溶液により、前記レジスト膜の表面を親水化させる工程と、
前記親水化させる工程後、前記基板を回転させながら、当該基板の表面に対して洗浄液を供給し、親水化に寄与していない水溶性ポリマーの水溶液を除去する工程と、
前記洗浄液が供給された前記基板を乾燥させる工程と、を有し、
前記水溶性ポリマーの溶液は、前記レジスト膜の酸の濃度を許容範囲内に収めるpH値を有する、基板処理方法。 - 処理対象の前記基板は、液浸露光処理後の基板であり、且つ、前記液浸露光処理と現像処理との間に行われる露光後熱処理前の基板である、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記水溶性ポリマーの溶液のpH値は、5〜9である、請求項1または2に記載の基板処理方法。
- 前記水溶性ポリマーの溶液の溶媒は水であり有機溶媒を含まない、請求項1〜3のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記水溶性ポリマーの溶液は、界面活性剤が添加されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記洗浄液は水である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記洗浄液を供給する工程と前記基板を乾燥させる工程は同時並行的に行われ、
当該工程において、供給ノズルからの前記洗浄液の吐出先が基板中央から基板周縁に向けて移動するよう当該供給ノズルを移動させながら、当該供給ノズルから基板外側に向けて吐出された前記洗浄液を供給する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の基板処理方法。 - 前記洗浄液を供給する際、前記供給ノズルの移動に伴い、前記基板の回転速度を低くしていく、請求項7に記載の基板処理方法。
- 前記洗浄液を供給する際、前記吐出先が前記基板の周縁のベベルまで至るよう、前記供給ノズルを移動させる、請求項7または8に記載の基板処理方法。
- 前記供給ノズルの前記洗浄液の吐出角度は、基板周縁のベベルに対して、当該基板の表面とは反対側に傾いている、請求項9に記載の基板処理方法。
- 液浸露光処理後の基板を処理する基板処理装置であって、
前記基板は、パターニングが未形成のレジスト膜をその表面に有し、
当該基板処理装置は、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部を回転させる回転機構と、
前記基板保持部に保持された前記基板に、水溶性ポリマーの水溶液を供給する溶液供給ノズルと、
前記基板保持部に保持された前記基板に、洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
前記回転機構、前記溶液供給ノズルからの供給及び前記洗浄液供給ノズルからの供給の制御を行うように構成されている制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記基板の表面に、水溶性ポリマーの溶液を供給する工程と、
供給した前記水溶性ポリマーの溶液により、前記レジスト膜の表面を親水化させる工程と、
前記親水化させる工程後、前記基板を回転させながら、当該基板の表面に対して洗浄液を供給し、親水化に寄与していない水溶性ポリマーの水溶液を除去する工程と、
前記洗浄液が供給された前記基板を乾燥させる工程と、が実行されるよう、制御を行うように構成され、
前記水溶性ポリマーの溶液は、前記レジスト膜の酸の濃度を許容範囲内に収めるpH値を有する、基板処理装置。
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