JPH04323658A - 現像方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現像技術、特に被現像
物膜上に現像液を供給して現像する技術に関し、例えば
、薄膜多層基板の製造工程において、基板上に形成され
た感光性ポリイミド膜を現像する場合に有効な技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
上に形成された感光性ポリイミド膜を現像する場合、通
常のレジストの現像処理と同様、次のような技術を使用
することが考えられる。

【０００３】第１は、被現像膜としての感光性ポリイミ
ド膜が形成されたウエハを複数枚、収納治具に収納して
現像液中に浸漬させることにより現像する技術である。

【０００４】第２は、処理容器の内部に設けられたスピ
ンヘッド上にウエハを水平に載せて保持し、ウエハを回
転させながら現像液をウエハの感光性ポリイミド膜表面
上に供給して現像する技術である。

【０００５】なお、ウエハについての現像技術、および
スピンナ現像技術を述べてある例としては、株式会社工
業調査会発行「電子材料１９８６年１１月号別冊」昭和
６１年１１月１８日発行ｐ９５〜ｐ１００、および特公
昭５３−３７１８９号公報がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような現
像技術においては、つぎのような課題がある。

【０００７】いずれの現像技術においても、感光性ポリ
イミド膜に対しては、処理時間が長くなるため、前工程
である感光性ポリイミド膜塗布工程およ露光工程に対す
る処理時間の整合がとりにくい。

【０００８】第１の現像技術においては、ウエハを複数
枚同時に処理するためウエハの浸漬位置の違いにより現
像液温度等のばらつきから現像状態のばらつきを生じる
。また、バッチ処理であるため、現像液の状態等によっ
てバッチ間で現像状態のばらつきを生じる。その対策の
ため、現像液等の管理が厳しくなる。

【０００９】第２の現像技術においては、スピンモータ
の熱やスピンヘッドの真空吸着による温度ばらつきが発
生するため、現像状態の分布がウエハ内で不均一になり
、さらに、ウエハ間で現像状態のばらつきを生じる。

【００１０】本発明の目的は、現像処理時間を短縮する
ことができる現像技術を提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、現像状態を被現像物
内で均一に、また被現像物間でも均一にすることができ
る現像技術を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においては、現像
処理時間を短縮するための手段として、被現像膜が被着
されている被現像物および現像液を温度制御し、常温よ
りも高い温度、例えば、３７℃で現像し、被現像膜の膜
除去要部を現像液で溶解させた後、被現像膜に現像液を
流すことにより、溶解物を除去し、さらに被現像膜にリ
ンス液を流すことにより、現像液および溶解物を完全に
除去する現像方法を考案した。

【００１３】また、現像状態を被現像物内、および被現
像物間で均一にするための手段として、被現像物を水平
に保持して加熱するホットプレート上で現像液を被現像
膜上に流下し、その表面張力により現像液を保持した状
態で被現像膜の膜除去要部を現像液で溶解させる静止現
像を考案した。

【００１４】さらに、現像処理時間を短縮するための手
段として、静止現像の前段階あるいは後段階に加熱部を
設けて予備加熱あるいは追加加熱を行う方法を考案した
。

【００１５】

【作用】常温よりも高い温度で現像することは現像速度
を速くする作用があり、被現像膜に現像液を流すことは
、浸漬では除去が困難な溶解物を強制的に除去する作用
があり、被現像膜にリンス液を流すことは浸漬では除去
が困難な溶解物および現像液を強制的に除去する作用が
ある。

【００１６】被現像物を水平に保持して加熱するホット
プレート上で現像液を被現像膜上に流下し、その表面張
力により現像液を保持した状態で現像することは、被現
像物内、および被現像物間の現像状態の再現性を良くす
る作用がある。

【００１７】静止現像の前段階に加熱部を設けて予備加
熱を行うことは被現像物を現像温度まで昇温させるのに
必要な時間を省略する作用があり、静止現像の後段階に
加熱部を設けて追加加熱を行うことは一工程の現像時間
を短くする作用がある。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例である感光性ポリイ
ミド膜現像装置を示す縦断面図、図２、図３、および図
４はその作用を説明するための各部分拡大断面図である
。

【００１９】本実施例において、この現像装置は被現像
物として基板１上に形成された感光性ポリイミド膜２を
現像するように構成されており、感光性ポリイミドとし
て、例えば、Ｐｈｏｔｏ−ＰＡＬ（日立化成製）がある
。この感光性ポリイミド膜２は前工程において、基板１
上に塗布、プリベークされた後、所望のパターンを露光
工程で感光されている。

【００２０】本実施例の感光性ポリイミド膜現像装置は
ホットプレート３を備えており、ホットプレート３の本
体４は熱伝導性の良い材料を用い基板１よりも大きめに
作られている。本体４にはヒータ５が内装されており、
ヒータ５は本体４を全体に均一に加熱できるように配置
されている。また、本体４には熱センサー６が挿入され
ており、ヒータ５および熱センサー６は温度コントロー
ラ７に接続されている。この温度コントローラ７は本体
４の温度を予め設定された温度に制御できる機能を備え
ている。

【００２１】本体４の上には本体４と同面形状の均熱板
８が真空吸着されており、均熱板８にはスペーサ９が設
けられている。このスペーサ９は基板１を水平に支持出
来るように設定されている。

【００２２】ホットプレート３の真上には、現像液１１
を流下するための、ノズル１２がホットプレート３の中
心線上に垂直下向きに設置されており、ノズル１２には
現像液タンク１４に接続された供給管１３が接続されて
いる。また、供給管１３には電磁弁等からなる液流下調
節器１５および温度調節器１６が接続されており、温度
調節器１６には温度を一定に制御するためのコントロー
ラ１７が接続されている。

【００２３】本実施例の感光性ポリイミド膜現像装置は
スピン現像装置２０を備えている。このスピン現像装置
２０はスピンヘッド２１を備えており、スピンヘッド２
１は駆動装置２２によって回転させるようになっている
。また、スピンヘッド２１は基板１を真空吸着保持がで
きるようになっている。

【００２４】スピンヘッド２１の真上には現像液ノズル
２３が下向きに設置されており、この現像液ノズル２３
は現像液をスピンヘッド２１に保持された基板１の回転
中心上に流下出来るようになっている。また、現像液ノ
ズル２３の隣にはリンス液ノズル２４が下向きに設置さ
れており、このリンス液ノズル２４はリンス液をスピン
ヘッド２１に保持された基板１の回転中心上に流下出来
るようになっている。

【００２５】そして、前記ホットプレート３およびスピ
ン現像装置２０との間には移送装置（図示せず）が設置
されており、この移送装置はホットプレート３上の基板
１をスピンヘッド２１上に移送できるようになっている
。

【００２６】次に、前記の感光性ポリイミド膜現像装置
を使用した場合の、本発明の一実施例である感光性ポリ
イミド膜の現像方法を説明する。

【００２７】感光性ポリイミド膜２が形成された基板１
は真空吸着ヘッド等（図示せず）により、感光性ポリイ
ミド膜２が形成された面を上向きにホットプレート３上
にスペーサ９により水平に保持される。ホットプレート
３のコントローラ７は熱センサー６により、ヒータ５の
加熱量を調節することにより、ホットプレート３の温度
が予め設定されている温度、本実施例では約４０℃で一
定になるように制御されている。このとき、基板１はホ
ットプレート３によって全体的に均等に加熱されるが、
スペーサ９により僅かに浮かされているため、基板１の
到達温度はホットプレート３の温度よりも低くなり、約
２ｍｉｎ後には約３７℃に均等に加熱される。

【００２８】次に、現像液タンク１４から供給される現
像液１１が液流下調節器１５で一定量に制御されて、基
板１に形成された感光性ポリイミド膜２上に流下される
。このとき、現像液１１はコントローラ１７に制御され
る温度調節器１６により、予め設定された温度、本実施
例では約３７℃に制御されている。このように現像液１
１が基板１に形成された感光性ポリイミド膜２上に流下
されると、現像液１１が感光性ポリイミド膜２上に拡が
り、その表面張力により液盛りが均一に保持される。

【００２９】この場合、現像液１１は予め設定された温
度に一定に制御されているためと、基板１が全体的に均
等に、かつ一定温度に制御されているために、その現像
状態は全体に均一になる。その結果、感光性ポリイミド
膜２のパターンは全体に均一に加工される。また、本実
施例においては、現像液１１が比較的高温の約３７℃に
温度制御されているとともに、基板１に形成された感光
性ポリイミド膜２が約３７℃に温度制御されているため
、現像速度が極めて速くなり、生産性が極めて高くなる
。

【００３０】現像液１１流下後、予め設定された所定時
間、本実施例においては約１ｍｉｎが経過すると、基板
１は移送装置によってホットプレート３からスピン現像
装置２０のスピンヘッド２１上に移送される。

【００３１】移送後、基板１はスピンヘッド２１により
真空吸着され、駆動装置２２によって回転されるととも
に、現像液ノズル２３により感光性ポリイミド膜２上に
現像液２５が流下される。このとき、現像液２５は基板
１の回転中心から周辺方向へ全体に均一に流れるため、
感光性ポリイミド膜２の溶解物は短時間で全体に均一に
除去される。

【００３２】現像液２５流下後、予め設定された所定時
間、本実施例においては約１０ｓが経過すると、現像液
２５の流下は停止されて、リンス液ノズル２４からリン
ス液２６が流下される。このとき、リンス液２６は基板
１の回転中心から周辺方向へ全体に均一に流れるため、
現像液および異物等は短時間で全体に均一に除去される
。

【００３３】リンス液２６流下後、予め設定された所定
時間、本実施例においては約１０ｓが経過すると、リン
ス液２６の流下は停止され、基板１は駆動装置２２によ
って高速回転される。この回転により、基板１は遠心力
により乾燥される。

【００３４】乾燥が完了すると、基板１は移送装置によ
ってスピンヘッド２１から移送されてカートリッジ（図
示せず）に収納される。

【００３５】以降、前記作業が繰り返されることにより
、基板枚葉毎に現像処理が行われる。そして、各枚葉処
理において、均一な温度制御およびスピン現像処理が行
われるため、各基板相互間の現像状態は互いに均一にな
る。

【００３６】次に、本実施例の感光性ポリイミド膜の現
像方法における作用を説明する。一般に、レジストの現
像作用は現像温度が高い程、促進される場合が多いこと
が知られている。そこで、感光性ポリイミド膜の現像方
法においても、現像温度を高くすることにより、現像作
用を促進させて現像時間を短縮することが考えられる。

【００３７】しかし、基板に形成された感光性ポリイミ
ド膜の現像処理は、全体に均一かつ精密に行う必要があ
るため、加熱温度の設定に制限がある。すなわち、現像
温度を高く設定する程、現像時間を短縮することができ
るが、温度が高い場合は現像作用が極めて促進されるた
め、現像液および感光性ポリイミド膜の温度分布や、感
光性ポリイミド膜の膜厚分布によって、現像状態のばら
つきが極めて顕著になる。

【００３８】例えば、現像温度が低い領域では現像作用
が遅くなることにより、感光性ポリイミド膜の除去要部
が残存する（現像残り）傾向になるのに対し、現像温度
が高い領域では現像作用が速くなることにより、感光性
ポリイミド膜の除去要部が短時間に溶解して、その周辺
部に対する溶解（オーバエッチング）が進行する傾向に
なる。

【００３９】従って、現像温度を高温にして、現像時間
を短めに設定した場合には、設定温度より低温の領域で
は現像残りになる傾向があり、現像温度を高温にして、
現像時間を長めに設定した場合には、設定温度より高温
の領域ではオーバエッチングになる傾向がある。

【００４０】また、感光性ポリイミド膜の膜厚が厚い領
域では、膜厚が薄い領域に比べて、膜下層まで溶解する
のに時間がかかる為に、現像残りになる傾向がある一方
、膜下層まで光が届かない為に、膜下層が溶解し易いの
でオーバエッチングになる傾向がある。

【００４１】故に、現像温度を高温に設定した場合には
、その温度に対応する現像時間で被現像物と現像液との
接触を確実に遮断する必要があり、現像時間に対する余
裕度、所謂、現像マージンが極めて少なくなる。

【００４２】即ち、基板に形成された感光性ポリイミド
膜の現像方法において、現像温度を高くすることにより
、現像時間を短縮するには、現像状態のばらつきを吸収
できるように創意工夫する必要がある。本発明は、この
ような要求に答えるものであり、次のようなプロセスに
より、基板に形成された感光性ポリイミド膜の現像が短
時間に、基板全体にわたって均一に行われるものである
。

【００４３】前述したように、基板１上に形成された感
光性ポリイミド膜２の表面に現像液１１が流下され、全
面に拡がると、図２に示されているように、現像液１１
が感光性ポリイミド膜２の未露光部２ａおよび露光部表
面２ｂに浸透し、未露光部２ａおよび露光部表面２ｂが
溶解する。この溶解物は現像液中に徐々に拡散するが現
像終了時点では、図３に示されているように感光性ポリ
イミド膜２の表面に残存している。そして、この溶解物
は現像液中あるいはリンス液中での揺動程度では容易に
除去出来ないが、現像液、およびリンス液を感光性ポリ
イミド膜２の表面に強制的に流すことにより除去できる
。

【００４４】また、この現像液の浸透、および膜の溶解
作用は現像液及び感光性ポリイミド膜の温度が高い程、
促進されるが、溶解物は容易に除去出来ないことが本発
明者によって究明された。そこで、本実施例では、基板
１をホットプレート３によって加熱するとともに、現像
液１１を温度調節器１６によって温度制御することによ
り、現像液１１の浸透速度および膜の溶解速度を速めて
現像時間の短縮化を実現している。

【００４５】本実施例では現像温度を３７℃に設定し、
膜の溶解が基板１上に形成された感光性ポリイミド膜２
の全面にわたって終了する時間を現像液流下後、約１ｍ
ｉｎに設定し、現像終了後、基板１をスピン現像装置２
０に移送するようにしている。

【００４６】スピン現像装置２０において、基板１が回
転し、その中心に現像液２５が流下されると、図４に示
されているように感光性ポリイミド膜２の未露光部２ａ
および露光部表面２ｂの現像液２５により溶解された溶
解物は現像液２５の流れにより強制的に除去される。

【００４７】次に、スピン現像装置２０において、基板
１を回転させ基板１上の現像液２５を振り切った後、基
板１を回転させながら、その中心にリンス液２６を流下
すると感光性ポリイミド膜２上に残存していた現像液２
５および異物はリンス液２６の流れにより強制的に除去
される。さらに、基板１を高速回転させ基板１上に残存
していたリンス液２６を振り切って乾燥させる。

【００４８】そして、感光性ポリイミド膜２の未露光部
２ａおよび露光部表面２ｂが溶解される時間は溶解物が
現像液１１中に拡散して消滅する時間よりもかなり短い
ことから、浸漬により溶解物を除去する方法に比べて、
現像液およびリンス液を流して強制的に除去した場合に
は、現像時間を短縮化することが出来る。

【００４９】前記実施例によれば次の効果が得られる。

【００５０】（１）被現像膜としての感光性ポリイミド
膜を現像液で溶解させた後、感光性ポリイミド膜に現像
液を流すことにより、浸漬では容易にとれない溶解物を
完全に除去することが出来るため、現像時間を短縮する
ことが出来、且つ、全体にわたって均一な現像を行うこ
とが出来る。

【００５１】（２）現像中の温度を高く設定することに
より、感光性ポリイミド膜の現像液による溶解時間を短
縮化できるため、現像時間をさらに短縮化することが出
来る。

【００５２】（３）被現像膜としての感光性ポリイミド
膜を現像液で溶解させた後、感光性ポリイミド膜に現像
液を流し、溶解物を強制的に除去することにより、現像
温度を比較的高温に設定した場合でも、現像時間をさら
に短縮することが出来、且つ、全体にわたって均一な現
像を行うことが出来るため、現像品質の向上が図れる。

【００５３】（４）基板および現像液を温度制御可能に
することにより、現像液による溶解作用が基板全体にわ
たって均一になるため、現像状態を全体にわたって、さ
らに均一化できる。

【００５４】（５）各基板の枚葉処理の現像温度および
現像時間を一定に設定することにより、各枚葉相互間の
現像状態を均一化させることが出来るため、各枚葉間の
品質のばらつきをなくすことが出来る。

【００５５】（６）枚葉処理のため複数枚の一括処理に
比べて自動化する場合、小型化が可能であり、省スペー
ス化が図れる。

【００５６】以上、本発明の一実施例を具体的に説明し
たが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲で変更可能であることはいう
までもない。

【００５７】例えば、前記実施例においてはホットプレ
ート上で基板が加熱され３７℃に到達するのに約２ｍｉ
ｎかかっているが、この前段階にもう一台のホットプレ
ートを設けて、設定温度をさらに高めにすることにより
、約２ｍｉｎの加熱時間を省略でき、一工程の処理時間
を約３ｍｉｎから現像時間のみの約１ｍｉｎへと大幅に
短縮できる。

【００５８】さらに、ホットプレート上での現像時間が
、例えば、約４ｍｉｎと長い場合は、この後段階にもう
一台のホットプレートを設けることにより一工程の処理
時間を約４ｍｉｎから約２ｍｉｎへと大幅に短縮できる
。

【００５９】そして、液だれ防止用の可動式受け皿を設
けることにより熱膨張による液だれによる現像不良を防
止できる。

【００６０】さらに、スピン現像部の供給液を温調する
ことにより現像溶解物等の除去作用を強化することが出
来る。

【００６１】そして、スピン現像部でスピン乾燥時に窒
素ガス吹き付けを行うことにより液残りによる現像不良
を防止できる。

【００６２】また、基板および現像液の制御温度、およ
びこれに対する現像時間等は、被現像膜の種類、膜厚、
現像液の種類、供給量等に対応して、実験や、それによ
るコンピュータ・シミュレーションによる解析のような
手法により、適宜最適値を求めることが望ましい。

【００６３】ホットプレート、現像液流下装置、スピン
現像装置は前記実施例の構成のものに限られない。

【００６４】以上の説明では主に本発明をその背景とな
った利用分野である基板上に形成された感光性ポリイミ
ド膜を現像する技術に適用した場合について説明したが
、これに限定されるものではなく、ガラスマスクに形成
されたレジストを現像する場合等、現像処理全般に適用
できる。

【００６５】

【発明の効果】本発明の代表的なものによって得られる
効果を簡単に説明すれば、次の通りである。

【００６６】被現像膜を比較的高温で溶解させた後、被
現像膜に現像液さらにリンス液を流すことにより被現像
膜の溶解物を流れにより強制的かつ完全に除去できるた
め、現像時間を短縮化できるとともに、全体にわたって
均一な現像状態を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である感光性ポリイミド膜の
現像装置の縦断面図である。

【図２】図１の作用を説明するための各部分拡大縦断面
図である。

【図３】図１の作用を説明するための各部分拡大縦断面
図である。

【図４】図１の作用を説明するための各部分拡大縦断面
図である。

【符号の説明】

１…基板（被現像物）、 ２…感光性ポリイミド膜（被現像膜）、２ａ…未露光部
、 ２ｂ…露光部、 ３…ホットプレート、 ４…本体、 ５…ヒータ、 ６…熱センサ、 ７…温度コントローラ、 ８…均熱板、 ９…スペーサ、 １１…現像液、 １２…ノズル、 １３…供給管、 １４…現像液タンク、 １５…液流下調節器、 １６…温度調節器、 １７…コントローラ、 ２０…スピン現像装置、 ２１…スピンヘッド、 ２２…駆動装置、 ２３…現像液ノズル、 ２４…リンス液ノズル、 ２５…現像液、 ２６…リンス液。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被現像膜を現像の開始前までに温度制御し
   て現像初期から現像温度が一定になるようにすることを
   特徴とする現像方法。
2. 【請求項２】被現像膜の膜除去要部を現像液で溶解させ
   た後、被現像膜に現像液を流すことにより、溶解物を除
   去し、さらに被現像膜にリンス液を流すことにより、現
   像液および溶解物を完全に除去することを特徴とする請
   求項１記載の現像方法。
3. 【請求項３】被現像膜が形成されている被現像物および
   現像液を温度制御し、被現像膜の膜除去要部を現像液で
   溶解させることを特徴とする請求項２記載の現像方法。
4. 【請求項４】被現像物および現像液が２３℃を越える一
   定温度に制御されることを特徴とする請求項３記載の現
   像方法。
5. 【請求項５】現像液を被現像膜上に流下し、現像液を被
   現像膜上に液盛りした状態で被現像膜の膜除去要部を現
   像液で溶解させることを特徴とする請求項４記載の現像
   方法。
6. 【請求項６】現像液の流下が予め設定した所定時間経過
   後、実施されることを特徴とする請求項５記載の現像方
   法。
7. 【請求項７】被現像物を水平に保持して加熱するホット
   プレートと、ホットプレートを温度制御するコントロー
   ラと、被現像物の被現像膜上に現像液を流下する供給装
   置と現像液を温度制御するコントローラを備えている静
   止現像部と、被現像物を水平に保持して回転させるスピ
   ンヘッドと被現像物の被現像膜上に現像液およびリンス
   液を流下する供給装置を備えているスピン現像部とを備
   えていることを特徴とする現像装置。
8. 【請求項８】被現像物を加熱するホットプレートと、ホ
   ットプレートを温度制御するコントローラを備えている
   加熱部を静止現像部の前段階に備えていることを特徴と
   する請求項７記載の現像装置。
9. 【請求項９】被現像物を加熱するホットプレートと、ホ
   ットプレートを温度制御するコントローラを備えている
   加熱部を静止現像部の後段階に備えていることを特徴と
   する請求項７または請求項８記載の現像装置。
10. 【請求項１０】静止現像部の現像液供給装置のノズルの
    下に現像液の液だれ防止用の可動式受け皿を備えている
    ことを特徴とする請求項７記載の現像装置。
11. 【請求項１１】スピン現像部の現像液およびリンス液の
    供給装置に温度制御するコントローラを備えていること
    を特徴とする請求項７記載の現像装置。
12. 【請求項１２】スピン現像部に窒素ガス吹き付け装置を
    備えていることを特徴とする請求項７記載の現像装置。