JP2816510B2

JP2816510B2 - 液体供給ノズル

Info

Publication number: JP2816510B2
Application number: JP907892A
Authority: JP
Inventors: 圭蔵長谷部; 清久立山; 雄二松山; 哲郎中原; 義雄木村
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1991-01-23
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH0555133A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体供給ノズルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液体供給ノズルは、被処理体に
対向する如く配置され、被処理体に向けて所定の液体を
吐出させて液体を供給するよう構成されている。

【０００３】例えば、半導体デバイスの製造工程におい
て、半導体ウエハ表面に形成されたレジスト膜の現像を
行う現像装置では、被処理体である半導体ウエハを、高
速回転可能に構成されたいわゆるスピンチャック上に配
置する。そして、このスピンチャックの上部に、半導体
ウエハと対向する如く現像液体供給ノズルを設け、この
現像液体供給ノズルから半導体ウエハに向けて現像液を
吐出させて現像液を供給し、現像液が表面張力により半
導体ウエハ上に膜状に液盛りされた状態とし、現像を実
施する。

【０００４】このような現像装置では、半導体ウエハ面
内で現像液の供給時間の差が大きすぎると現像進行状況
が不均一となり現像むらの原因となるため、短時間で半
導体ウエハ全面に現像液を供給する必要がある。そこで
例えば、特開昭57-192955 号公報、特開昭58-17444号公
報、特開昭59-50440号公報、特開昭59-78342号公報、特
開昭59-119450 号公報、特開昭60-140350 号公報、特開
昭60-198818 号公報、特開昭61-106027 号公報、特開昭
62-204326 号公報等で各種の液体供給ノズルが提案され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
現像液等を短時間で半導体ウエハ等の被処理物全面に供
給するために、例えば現像液等の圧送の供給圧を上げて
現像液等の吐出流量を増加させる必要がある。このた
め、吐出された現像液等が半導体ウエハ等の被処理物面
に衝撃を与え、半導体ウエハ等の被処理物にダメージを
与えるという問題がある。また、現像液等の供給圧を上
げると、現像液中に気体が溶け込み気泡が発生し易くな
り、気泡によって現像むらが生じるという問題もある。
さらに、吐出流量を増加させると無駄になる現像液量が
多くなり、ランニングコストも増大するという問題もあ
った。

【０００６】本発明はかかる従来の事情に対処してなさ
れたもので、被処理体に衝撃を与えたり、気泡を発生さ
せること無く、短時間で迅速に所定の液体を被処理体に
供給することができるとともに、少量の液体で効率良く
処理を実施することのできる液体供給ノズルを提供しよ
うとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１の発
明は、被処理体に対向する如く配置され、該被処理体に
向けて所定の液体を吐出させる液体供給ノズルにおい
て、容器状の液体収容部と、この液体収容部の底面に設
けられ、該液体収容部内の液体を前記被処理体に吐出さ
せる多数の細孔と、前記液体収容部の上部に設けられ、
排気流量調節機構を有する泡抜機構とを具備したことを
特徴とする。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の液体供給ノ
ズルにおいて、前記液体収容部に液体の温度を所望温度
に調節する温度調節機構が設けられたことを特徴とす
る。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１〜２記載の液
体供給ノズル用いた液体供給方法であって、前記液体供
給ノズルを、被処理体上方の液体供給位置と、被処理体
側方の待機位置とに移動可能とし、前記待機位置で、ダ
ミーディスペンスと同時に泡抜機構により、液体収容部
の泡抜を行うことを特徴とする。請求項４の発明は、被
処理基板面に処理液を塗布する処理液塗布装置であっ
て、前記処理液を供給する処理液供給源と、容器状の液
体収容部と、この液体収容部の底面に設けられ該液体収
容部内の処理液を前記被処理体に吐出させる多数の細孔
と、前記液体収容部の上部に設けられた気泡排出管を有
する泡抜機構とを備えた液体供給ノズルと、前記液体供
給ノズルを、前記被処理基板面に近接対向させる手段
と、前記処理液供給源から前記液体供給ノズルに前記処
理液を圧送する手段と、前記被処理基板と前記液体供給
ノズルとを相対的に移動させて、前記被処理基板面に前
記処理液を塗布する手段と、を具備したことを特徴とす
る。請求項５の発明は、請求項４記載の処理液塗布装置
において、前記液体供給ノズルの前記液体収容部に前記
処理液の温度を所望温度に調節する温度調節機構が設け
られたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の液体供給ノズルでは、液体収容部の底
面に、直径例えば0.1 〜1.0 mm程度の細孔が多数例えば
数百設けられている。そして、この底面を被処理体に微
少間隔例えば0.1 〜1.0 mm程度に近接させた状態で、多
数の細孔から液体が帯状ににじみでるようにして、被処
理体に供給する。

【００１１】したがって、被処理体に衝撃を与えたり、
気泡を発生させること無く、短時間で迅速に所定の液体
を被処理体に供給することができるとともに、少量の液
体で効率良く処理を実施することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を半導体ウエハの現像を行う現
像装置に適用した実施例を図面を参照して説明する。

【００１３】図１に示すように、本実施例の現像装置に
は、被処理体である半導体ウエハ１を、例えば真空チャ
ックにより吸着保持し、この半導体ウエハ１を高速回転
可能に構成されたスピンチャック２が設けられており、
このスピンチャック２の上部には、液体供給ノズル３が
設けられている。

【００１４】この液体供給ノズル３には、半導体ウエハ
１の直径とほぼ同じ長さに形成された矩形容器状の液体
収容部４が設けられている。また、図２にも示すよう
に、この液体収容部４の底部には、半導体ウエハ１に向
けて突出する如く、突出部５が設けられている。そし
て、この突出部５には、直径例えば0.1 〜1.0 mm程度
（本実施例では0.2mm ）、長さが1 〜10mm程度（本実施
例では5mm ）の細孔６が、所定ピッチ例えば0.1 〜1.0
mm程度（本実施例では0.6mm ）で、多数例えば数百個
（本実施例では270 個）直線状に設けられている。ノズ
ル３の長さは、短かすぎて1mm 以下では収容部４の現像
液が溜まらないうちにムラ状に漏洩し、長すぎて10mm以
上になると、抵抗が大きくなりすぎて現像液のしみだし
速度が遅くなる。また、液体収容部４の上部には、内部
を気密に閉塞可能に構成された蓋体７が設けられてお
り、この蓋体７には現像液供給配管８が接続されてい
る。この現像液供給配管８は、図示しない現像液供給源
に接続されており、この現像液供給源から、不活性ガス
の気体圧等により、所定圧力で圧送し液体収容部４内に
所定の現像液８Ａを供給可能に構成されている。なお、
液体収容部４の蓋体７の当接部には、気密シール部材例
えばＯリング９が設けられている。

【００１５】上記構成のこの実施例の現像装置では、フ
ォトレジストの塗布工程、所定のマスクパターンを介し
ての露光工程を経た半導体ウエハ１を、図示しない自動
搬送装置等により、スピンチャック２上に載置する。な
お、液体収容部４内には、現像処理を開始する前に予め
現像液８Ａを供給し、溜めておく。この時、突出部５の
細孔６が直径0.2mm と微細であるため、現像液８Ａが液
体供給ノズル３から漏れ出ることはない。

【００１６】しかる後、スピンチャック２と液体供給ノ
ズル３とを相対的に上下動させ、液体供給ノズル３底面
の突出部５と、半導体ウエハ１表面との間が、微少間隔
例えば0.1mm 〜0.2mm となるよう設定する。

【００１７】そして、現像液供給配管８から、所定圧力
例えば0.2 〜0.3 （キログラム／平方センチ）の低圧で
液体収容部４内に所定の現像液を供給することにより、
各細孔６からにじみ出るようにして現像液を半導体ウエ
ハ１表面に供給した後、液体供給ノズル３を半導体ウエ
ハ１から遠去ける。この時、現像液８Ａは、現像液供給
配管８から一旦流路面積が大面積で大容積の液体収容部
４内に供給された後、微細断面の細孔６に向かうので、
数百個の細孔６から均一ににじみでるように吐出され
る。また、低圧で圧送するため、圧送用の不活性ガスが
現像液中に混入することも少なくなり、現像液が勢いよ
く噴出することもない。また、これとともにスピンチャ
ック２により半導体ウエハ１を低速例えば30（回転／
分）で約1/2回転させた後、供給を停止する。これによ
り、半導体ウエハ１全面に薄く例えば0.5mm 程度で均一
に現像液を液盛りすることができる。

【００１８】こうして、半導体ウエハ１表面に現像液を
液盛りし、所定時間現像液を接触させた現像処理した
後、スピンチャック２により半導体ウエハ１を高速回転
させ、現像液を振り切り、しかる後、図示しないリンス
液供給ノズルから所定のリンス液（例えば純水）を供給
してリンスを行い、最後にリンス液の振り切りを行って
処理を終了する。

【００１９】以上のように本実施例の現像装置では、例
えば0.8 〜1.0 （キログラム／平方センチ）で現像液を
供給していた従来に比べて低圧、例えば0.2 〜0.3 （キ
ログラム／平方センチ）で液体収容部４内に所定の現像
液を供給し、多数の細孔６からにじみ出るようにして現
像液を半導体ウエハ１表面に供給するとともに、半導体
ウエハ１を低速例えば30（回転／分）で約1/2 回転させ
ることにより、半導体ウエハ１に現像液を液盛りする。

【００２０】したがって、半導体ウエハ１に衝撃を与え
たり、液体収容部４を設けたので気泡が存在しても液槽
の上方に浮き上がり、気泡位置がノズル３の近傍に位置
しても1mm 以下のノズル径を通過しないため気泡を発生
させること無く、短時間（本実施例では1 〜1.5 秒）で
迅速に現像液を半導体ウエハ１に供給することができ、
良好な現像処理を実施することができる。また、薄く液
盛りできるために現像液がほとんど無駄にならないの
で、例えば1 回の現像処理に100cc 程度の現像液を必要
とした従来に比べて、少量例えば5 〜30cc程度で現像処
理を実施することができる。さらに、細孔６から現像液
を供給するので現像液が不所望に半導体ウエハ１上に落
ちるいわゆるボタ落ちも防止することができる。さら
に、現像液は噴出しないので、吐出後空気を巻き込むこ
ともない。

【００２１】図３および図４は、他の実施例の構成を示
すもので、この実施例では、液体収容部側が、壁部が透
明な材料例えば透明な樹脂によって構成され、内部を目
視可能に構成された液体収容部４ａとされており、この
液体収容部４ａに泡抜き機構と、温調機構とが設けられ
ている。

【００２２】すなわち、液体収容部４ａの蓋体７ａの内
側面が、中央部に向けて上方に傾斜する傾斜面１０とさ
れており、この頂部に排気流量調節器１１を接続された
気泡排出管１２が接続されている。そして、液体収容部
４ａ内に気泡１３が溜った場合は、現像液供給配管８か
ら現像液を供給して、気泡排出管１２から排気を実施す
ることにより、泡抜きを行うことができるよう構成され
ている。この際、排気流量調節器１１によって排気流量
を調節し、細孔６から液体収容部４ａ内に空気が入り込
まないようにする。これは、気泡排出管１２からの排出
が過度にスム−ズの場合、液体収容部４ａ内を流動する
現像液に細孔６部分の現像液が吸引されるような現象
（アスピレ−ト効果）が発生することがあるためであ
る。それを防止するために、排出流量を適正に調節して
おく必要がある。

【００２３】また、液体収容部４ａ内には、現像液の温
度調節を行うための温調配管２０が設けられており、温
度調節媒体循環機構２１により、温調配管２０内に温度
調節媒例えば温調水を循環させることにより、液体収容
部４内の現像液の温度を所定温度に設定することができ
るよう構成されている。

【００２４】次に、図５を参照して、上記構成の液体供
給ノズル３を用いた現像液供給システムについて説明す
る。

【００２５】上述したように、液体供給ノズル３には、
現像液供給配管８、気泡排出管１２、温調配管２０の3
つの系統の配管が設けられている。これらの配管のう
ち、温調配管２０は、温度調節媒体循環機構２１に接続
されており、その途中に現像液供給配管８内の現像液の
温度調節を行うためのジャケット３０が設けられてい
る。また、現像液供給配管８は、その一端を、現像液
３１ａを収容する現像液供給源３１に接続されており、
現像液供給配管８には、現像液供給源３１側から順に、
気泡を除くための気液分離器３２、流量測定用のフロー
メータ３３、パーティクル除去用のフィルタ３４、上述
したジャケット３０、エアオペレーションバルブ３５が
設けられている。さらに、現像液供給源３１には、窒素
ガス供給源３６が接続されており、この窒素ガス供給源
３６から、現像液供給源３１に加圧用窒素ガスを供給
し、現像液３１ａを液体供給ノズル３の方向へ送出する
よう構成されている。なお、気液分離器３２およびフィ
ルタ３４のベント通路は、ピット３８に接続されてい
る。

【００２６】また、気泡排出管１２は、エアオペレーシ
ョンバルブ３９および前述した排気流量調節器１１を介
して、ピット３８に接続されている。

【００２７】また、液体供給ノズル３のホームポジジョ
ンには、溶媒が収容され、内部の雰囲気をコントロール
可能に構成されたノズルバス４０が設けられている。す
なわち、このノズルバス４０には、窒素ガス供給源４１
に接続され、コントロールバルブ４２を介挿された窒素
ガス供給配管４３が接続されており、窒素ガスを供給す
ることにより、ノズルバス４０内の蒸気圧をコントロー
ルするように構成されている。このノズルバス４０の上
部に液体供給ノズル３が差し込まれた状態では、液体供
給ノズル３の通路内の現像液濃度が実質的に一定に保た
れる。

【００２８】上記ノズルバス４０のドレン配管４４は、
廃液ピット４５に接続されている。また、ノズルバス４
０のベント配管４６は、液化器４７を介して廃液ピット
４５に接続されている。液化器４７の側部開口には、エ
アブローノズル４８が対面しており、このエアブローノ
ズル４８には、ドライエア供給源４９に接続され、コン
トロールバルブ５０を介挿されたドライエア供給配管５
１が接続されている。なお、窒素ガス供給配管４３のコ
ントロールバルブ４２と、ドライエア供給配管５１のコ
ントロールバルブ５０とは、連動するように構成されて
いる。

【００２９】次に、図６を参照して、制御系等の構成を
説明する。

【００３０】スピンチャック２の駆動軸２ａは、ＡＣサ
ーボモータ６０の駆動軸に連結されており、スピンチャ
ック２の周囲は、カップ６１によって囲まれている。ス
ピンチャック２は、材質例えばフッ素系樹脂から円板状
に構成され、その上面には、真空チャック用の図示しな
い開口が設けられている。上記ＡＣサーボモータ６０
は、コントローラ６２に電気的に接続されており、この
コントローラ６２によって、起動停止および回転速度が
制御されるようになっている。コントローラ６２は、コ
ンピュータシステム６３によってバックアップされてい
る。

【００３１】また、現像液供給配管８に介挿された前述
のエアオペレーションバルブ３５は、排気機構６４に連
通されており、このエアオペレーションバルブ３５およ
び排気機構６４は、コントローラ６２によって制御され
るよう構成されている。さらに、気泡排出管１２に介挿
されたエアオペレーションバルブ３９も、コントローラ
６２によって制御されるよう構成されている。

【００３２】また、液体供給ノズル３には、この液体供
給ノズル３を、ホームポジションや半導体ウエハ１上の
現像液供給位置等に移動させるための駆動機構６５が設
けられており、この駆動機構６５も、コントローラ６２
によって制御されるよう構成されている。

【００３３】図７は上述した機器の配置を示すもので、
液体供給ノズル３は駆動機構６５によって、半導体ウエ
ハ１上の現像液供給位置（図７に示す位置）と、ホーム
ポジションに設けられたノズルバス４０との間を移動可
能に構成されている。また同図において７０は、半導体
ウエハ１にリンス液を供給するためのリンスノズルであ
る。

【００３４】上記構成のこの実施例の現像装置では、コ
ンピュータシステム６３のメモリに、予め所定の処理プ
ログラムを収容しておき、この処理プログラムに従っ
て、例えば以下のように処理が実施される。

【００３５】すなわち、自動搬送装置等により、スピン
チャック２上に半導体ウエハ１が載置されると、まず、
真空チャックを作動させて、この半導体ウエハ１を吸着
保持する。

【００３６】次に、駆動機構６５を起動して、ホームポ
ジションのノズルバス４０に挿入されている液体供給ノ
ズル３を、上昇および横方向にスライドさせて、半導体
ウエハ１のセンター上部に位置させ、この後、液体供給
ノズル３を下降させて液体供給ノズル３と半導体ウエハ
１との距離が例えば0.5mm となるように設定する。

【００３７】しかる後、窒素ガス供給源３６からの窒素
ガス圧により、現像液供給源３１内の現像液３１ａを、
液体供給ノズル３に向かって供給する。このとき、エア
オペレーションバルブ３５を開け、エアオペレーション
バルブ３５から液体供給ノズル３までの間の現像液供給
配管８内を大気圧とする。

【００３８】そして、前述したように、現像液３１ａを
多数の細孔６から均一ににじみ出させるようにして半導
体ウエハ１表面に供給する。この時、温度調節媒体循環
機構２１から循環される温調水等により、現像液３１ａ
は、所定温度、例えば室温から±0.2 ℃の範囲に設定さ
れる。

【００３９】これと同時に、モータ６０を起動し、スピ
ンチャック２を低速、例えば30rpmで約1/2 回転させ
る。これにより、現像液３１ａが半導体ウエハ１全面に
広がり、均一に現像液３１ａが塗布される。

【００４０】この後、窒素ガス供給源３６の遮断弁（図
示せず）を、閉じるとともに、現像液供給配管８のエア
オペレーションバルブ３５および気泡排出管１２のエア
オペレーションバルブ３９を閉じる。そして、液体供給
ノズル３を、ホームポジションのノズルバス４０に退避
させる。

【００４１】このようにして、半導体ウエハ１に現像液
３１ａを塗布し、所定の現像時間、例えば60秒が経過し
た後、スピンチャック２を高速例えば300rpmで回転さ
せ、半導体ウエハ１上の現像液３１ａを遠心力によって
振り切る。そして、この状態でリンスノズルを半導体ウ
エハ１に対向させ、半導体ウエハ１に向けてリンス液を
噴出してリンスを行う。

【００４２】そして、最後に、図示しないノズルから高
速回転中の半導体ウエハ１に向けて窒素ガスを吹き付
け、半導体ウエハ１を乾燥させ、自動搬送機構等でスピ
ンチャック２上から搬出する。

【００４３】なお、液体収容部４ａ内の泡抜きは、気泡
排出管１２のエアオペレーションバルブ３９を開けて行
うが、このような泡抜きは、いわゆるダミーディスペン
スと同時に行うことができる。ここで、ダミーディスペ
ンスとは、液体供給ノズル３の通路内の現像液３１ａ
を、半導体ウエハ１に供給する目的でなく、外部に排出
するために行う動作であって、特に、レジスト液等のよ
うに液濃度が変化しやすい種類の液の場合は、処理間隔
が開いた場合等に一定時間毎に行うようになっている。
このように、ダミーディスペンスと同時に液体収容部４
ａ内の泡抜きを実施すれば、時間的なロスあるいは現像
液３１ａ等の無駄なく、泡抜きを実施することができ
る。

【００４４】上記構成のこの実施例では、前述した実施
例と同様な効果を得ることができるとともに、液体収容
部４ａ内の現像液の温調を行うことができ、所定温度の
現像液で所定の現像処理を行うことができる。また、液
体収容部４ａ内に気泡が溜ると、この気泡を目視により
容易に発見することができるとともに、泡抜きを容易に
行うことができる。

【００４５】なお、上述した実施例では、本発明を現像
装置に適用した実施例について説明したが、本発明の液
体供給ノズルはかかる実施例に限定されるものではな
く、被処理体に液体を供給する装置であれば、例えば、
半導体ウエハにレジスト液を供給する装置等、あらゆる
装置に適用することができる。また、上記実施例では、
現像液を回転塗布する例について説明したが、ウエハと
ノズルとを相対的に一方向に移動走査することにより塗
布してもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体供給
ノズルによれば、被処理体に衝撃を与えたり、気泡を発
生させること無く、短時間で迅速に所定の液体を被処理
体に供給することができるとともに、少量の液体で効率
良く処理を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】図１に示す液体供給ノズルの縦断面を示す図で
ある。

【図３】本発明の他の実施例の構成を示す図である。

【図４】図３に示す液体供給ノズルの縦断面を示す図で
ある。

【図５】図３に示す液体供給ノズルを用いた現像装置の
要部構成を示す図。

【図６】図３に示す液体供給ノズルを用いた現像装置の
要部構成を示す図。

【図７】図３に示す液体供給ノズルを用いた現像装置の
要部構成を示す図。

【符号の説明】

１半導体ウエハ２スピンチャック３液体供給ノズル４液体収容部５突出部６細孔７蓋体８現像液供給配管９Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松山雄二熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地東京エレクトロン九州株式会社内 (72)発明者中原哲郎熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地東京エレクトロン九州株式会社内 (72)発明者木村義雄熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地東京エレクトロン九州株式会社内 (56)参考文献特開昭57−208134（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−211627（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−245924（ＪＰ，Ａ) 特開平２−82249（ＪＰ，Ａ) 特開平３−1341（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 B05B 1/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体に対向する如く配置され、該被
処理体に向けて所定の液体を吐出させる液体供給ノズル
において、容器状の液体収容部と、この液体収容部の底面に設けられ、該液体収容部内の液
体を前記被処理体に吐出させる多数の細孔と、前記液体収容部の上部に設けられ、排気流量調節機構を
有する泡抜機構とを具備したことを特徴とする液体供給
ノズル。
【請求項２】請求項１の液体供給ノズルにおいて、前
記液体収容部に液体の温度を所望温度に調節する温度調
節機構が設けられたことを特徴とする液体供給ノズル。
【請求項３】請求項１〜２記載の液体供給ノズル用い
た液体供給方法であって、前記液体供給ノズルを、被処理体上方の液体供給位置
と、被処理体側方の待機位置とに移動可能とし、前記待
機位置で、ダミーディスペンスと同時に泡抜機構によ
り、液体収容部の泡抜を行うことを特徴とする液体供給
方法。
【請求項４】被処理基板面に処理液を塗布する処理液
塗布装置であって、前記処理液を供給する処理液供給源と、容器状の液体収容部と、この液体収容部の底面に設けら
れ該液体収容部内の処理液を前記被処理体に吐出させる
多数の細孔と、前記液体収容部の上部に設けられた気泡
排出管を有する泡抜機構とを備えた液体供給ノズルと、前記液体供給ノズルを、前記被処理基板面に近接対向さ
せる手段と、前記処理液供給源から前記液体供給ノズルに前記処理液
を圧送する手段と、前記被処理基板と前記液体供給ノズルとを相対的に移動
させて、前記被処理基板面に前記処理液を塗布する手段
と、を具備したことを特徴とする処理液塗布装置。
【請求項５】請求項４記載の処理液塗布装置におい
て、前記液体供給ノズルの前記液体収容部に前記処理液の温
度を所望温度に調節する温度調節機構が設けられたこと
を特徴とする処理液塗布装置。