JPH0963946A - 基板回転式現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面に高コントラスト対応の疏水性を有
するフォトレジスト膜が形成された場合であっても、そ
の現像反応のバラツキを軽減することができる基板回転
式現像装置を提供する。 【解決手段】 吸引式スピンチャック１の上面の保持面
１ａに基板Ｗの裏面を吸着保持し、吸引式スピンチャッ
ク１を鉛直軸周りに回転させてこの基板Ｗを所定の回転
中心周りで回転させながら、この基板Ｗの表面に供給さ
れた現像液を液盛りして、基板Ｗの表面に形成されたフ
ォトレジスト膜に対する現像処理を施す基板回転式現像
装置において、吸引式スピンチャック１の上面の保持面
１ａを凹状に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや液
晶表示器用のガラス基板、光ディスク用の基板などの基
板に対するフォトリソグラフィ工程の一つである現像処
理を施すための現像装置に係り、特には、吸引式スピン
チャック上面の保持面に基板の裏面を吸着保持し、前記
吸引式スピンチャックを鉛直軸周りに回転させて前記基
板を所定の回転中心周りで回転させながら、前記基板の
表面に供給された現像液を液盛りして現像処理を施す基
板回転式現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の基板回転式現像装置は、図４
（ａ）の正面図に示すように、基板Ｗの裏面を吸着保持
し、回転軸２を介して電動モータ３によって鉛直軸周り
に回転される吸引式スピンチャック１００や、吸引式ス
ピンチャック１００に保持された基板Ｗの表面に現像液
を供給するノズル４などを備えて構成されている。従来
装置では、同図に示すように、吸引式スピンチャック１
００の上面の基板Ｗを保持する面（保持面）１ａが高精
度の水平度を有するとともに、その保持面１ａと回転軸
２とは高精度の直角度を有するように構成されており、
基板Ｗを水平姿勢に保持して回転中心ＣＰ周りに回転さ
せるように構成されている。

【０００３】そして、基板Ｗを水平姿勢で回転中心ＣＰ
周りに回転させながら、現像液をノズル４から基板Ｗの
表面に供給することで、その現像液を遠心力で基板Ｗの
表面に拡散していき、図４（ｂ）に示すように、基板Ｗ
の表面に現像液ＤＱを液盛りする（いわゆる液盛り工
程）。この液盛りが終了する時点で基板Ｗの回転が停止
されていて、基板Ｗの回転が停止されている状態で所定
時間待機され現像が完了するのを待つ（いわゆる現像工
程）。前記所定時間が経過すると（現像が完了する
と）、基板Ｗが再び回転され、液盛りされた現像液を基
板Ｗの表面から振り切り、次に、純水を基板Ｗの表面に
供給して基板Ｗの表面を洗浄してこの基板Ｗの現像処理
を完了する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。上記現像処理を受ける基板Ｗは、周知のように、
基板Ｗの表面にフォトレジストの薄膜が形成され、露光
機にて所定の露光パターンが焼き付けられたものである
が、近年、上記露光パターンは高密度化の一途を辿って
いる。これに伴い、フォトレジストも高コントラスト化
が要求され、各フォトレジストメーカーからは高コント
ラスト対応の種々のフォトレジストが提供されるように
なってきた。

【０００５】ところが、このような高コントラスト対応
のフォトレジストは、一般的に以下のような性質を持つ
ことが知られている。すなわち、フォトレジスト膜表面
に現像液が供給された当初は疏水性を示し、現像液が接
液されてからある程度の時間が経過すると、疏水性が低
減する。従って、このようなフォトレジスト膜が形成さ
れた基板Ｗに対する現像処理の上記液盛り工程では、液
盛り工程の最終段階では、図４（ｂ）のように基板Ｗの
表面（フォトレジスト膜の表面）に現像液が均一に液盛
りされるのであるが、フォトレジストが疏水性の状態か
ら、疏水性が低減するまでの液盛り工程の初期段階で
は、基板Ｗの表面（フォトレジスト膜表面）に供給され
た現像液は以下のような挙動を示す。

【０００６】すなわち、疏水性のフォトレジストは、図
５（ａ）に示すように、現像液ＤＱとフォトレジスト膜
ＦＲとの接触角θが大きく、非常に液はじきが起き易
い。このような液はじきにより、液盛り工程の初期段階
では、供給された現像液がフォトレジスト膜表面に均一
に拡散され難くなる。つまり、現像液がフォトレジスト
膜表面に供給されてからある程度の時間が経過するまで
の間は、フォトレジスト膜表面全面において、現像液と
フォトレジスト膜との接液が均一に行なわれ難い。フォ
トレジスト膜は現像液が接液すると、浸食すなわち現像
が行なわれる。従って、液盛り工程の初期段階における
フォトレジスト膜と現像液との接液状態のバラツキに起
因して、現像処理（液盛り工程、現像工程）全体では、
フォトレジスト膜表面全面において、現像液との接液時
間にバラツキが生じる。この現像液との接液時間のバラ
ツキは、現像の進行時間のバラツキを意味しており、従
って、現像反応はフォトレジスト膜全面で均一に行なわ
れないことになり、現像処理後の線幅が不均一になると
いう問題を生じている。

【０００７】また、上記液はじきにより、図５（ｂ）に
示すように、現像液ＤＱの一部が分離し、これが球滴Ｄ
Ｂとなってフォトレジスト膜ＦＲ表面を転がるという現
象も発生しており、現像処理後において、この球滴ＤＢ
が転がった軌跡に沿って現像反応が他の部分と不均一に
なるという不都合も生じている。

【０００８】さらに、上記液はじきが大きいと、図６
（ａ）に示すように、液盛りされた現像液ＤＱ内に気泡
Ｂが残留し、この気泡Ｂ部分ではフォトレジスト膜ＦＲ
と現像液ＤＱとが接液していないので、現像が行なわれ
ないという不都合も発生する。上記気泡Ｂは、例えば、
図６（ｂ）に示すように、拡散中の現像液ＤＱの先端部
分が図の想像線に示すようにフォトレジスト膜ＦＲには
じかれ、図６（ｃ）（図６（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図）
に示すように、後から供給されてくる現像液ＤＱが、液
はじきで生じた空隙部分に覆い被さるように拡散し、そ
の際に空気を巻き込んで気泡Ｂを生じせしめる。この気
泡Ｂに浮力があると、現像液ＤＱ表面から逃げるのであ
るが、浮力が小さい気泡Ｂは、図６（ａ）のように液盛
りされた現像液ＤＱ内に残留する。また、現像液の拡散
の不均一性によって、図６（ｄ）に示すように、図の左
右方向から互いに近接するように現像液ＤＱが拡散され
ることも生じ、これら左右方向からの現像液ＤＱが接触
すると、接触角θが大きいことから、図６（ｅ）に示す
ようにフォトレジスト膜ＦＲ表面側に空気が残留し、そ
れが気泡Ｂとなることもある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、基板表面に高コントラスト対応の疏水
性を有するフォトレジスト膜が形成された場合であって
も、その現像反応のバラツキを軽減することができる基
板回転式現像装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、本発明は、吸引式スピンチャック上面の保持面に基
板の裏面を吸着保持し、前記吸引式スピンチャックを鉛
直軸周りに回転させて前記基板を所定の回転中心周りで
回転させながら、前記基板の表面に供給された現像液を
液盛りして現像処理を施す基板回転式現像装置におい
て、前記吸引式スピンチャック上面の保持面を凹状に形
成したことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。凹状に形成
された保持面に裏面が吸着保持された基板は、凹状の状
態で保持される。この状態で基板を所定の回転中心周り
で回転させながら、基板の表面に現像液を供給し、現像
液を液盛りすると、基板回転によって現像液に作用する
遠心力は、（Ａ）現像液を基板表面（基板表面に形成さ
れているフォトレジスト膜表面）方向に密着させる方向
の力と、（Ｂ）現像液を基板の外周端縁外側に飛び出さ
せる方向の力とに分解でき、上記（Ａ）の力により、現
像液のフォトレジスト膜表面への密着性が助長され、フ
ォトレジスト膜表面での現像液の液はじきが起こり難く
なる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る基
板回転式現像装置の全体構成を示す縦断面図であり、図
２（ａ）は、本発明の要部である吸引式スピンチャック
部分の縦断面図、図２（ｂ）は、吸引式スピンチャック
の保持面の構成を示す平面図である。

【００１３】なお、本実施例では、半導体ウエハ（基
板）の現像装置を例に採り説明するが、液晶表示器用の
ガラス基板や光ディスク用の基板などの現像装置にも本
発明は同様に適用することができる。

【００１４】図中、符号２は鉛直方向に立設された状態
で、フレーム５や連結部材６に回転可能に支持された回
転軸である。この回転軸２の鉛直軸周りの回転は電動モ
ータ３の回転が伝動されてなされる。また、回転軸２の
上端部には、本発明の要部である吸引式スピンチャック
１が、回転軸２と一体的に回転されるように連結されて
いる。

【００１５】この吸引式スピンチャック１の上面の基板
Ｗを保持するための面（保持面）１ａは凹状に窪ませて
形成されている。この保持面１ａには、図２に示すよう
に、放射状に多数個の吸着孔１ｂが設けられている。こ
れら吸着孔１ｂは、吸引式スピンチャック１内の流路１
ｃや、回転軸２内の中空部２ａ、連結部材６、管７など
を介して図示しない吸引源に連通接続されており、図に
示すように、基板Ｗの裏面中央部を吸着保持し、基板Ｗ
を凹状にして保持するようにしている。なお、吸引式ス
ピンチャック１（回転軸２）の回転中も基板Ｗの吸着保
持状態を維持するために、回転軸２の中空部２ａと管７
との連通状態が常に維持されるように回転軸２の中空部
２ａと管７とは、連結部材６内の環状の中空部６ａを介
して連結されている。

【００１６】吸引式スピンチャック１の周囲には、現像
液の飛散を防止するための飛散防止カップ１０が設けら
れている。この飛散防止カップ１０は、昇降可能な上側
カップ１０ａと、その下方の下側カップ１０ｂとで構成
されている。上側カップ１０ａを昇降させることによ
り、吸引式スピンチャック１の周囲に飛散防止カップ１
０（上側カップ１０ａ）が外囲している状態と、外囲し
てない状態とに切り換えられるようになっている。図示
しない搬送機構が、吸引式スピンチャック１の保持面１
ａに現像処理前の基板Ｗを載置したり、現像処理後の基
板Ｗを保持面１ａから取り出す際には、吸引式スピンチ
ャック１の周囲に飛散防止カップ１０が外囲してない状
態にされており、一方、後述する一連の現像処理は、吸
引式スピンチャック１の周囲に飛散防止カップ１０が外
囲している状態で行なわれる。

【００１７】図１中の符号４は、吸引式スピンチャック
１の保持面１ａに吸着保持された基板Ｗの上方の供給位
置と、その外側の待機位置との間で移動自在に構成され
た現像液供給用のノズルである。供給位置において、ノ
ズル４から基板Ｗの表面に供給（吐出）された現像液
が、基板Ｗの表面に液盛りされ現像処理が施される。

【００１８】次に、上記構成の実施例装置による現像処
理時の動作・作用を図３の動作・作用説明図を参照して
説明する。吸引式スピンチャック１の周囲に飛散防止カ
ップ１０が外囲してない状態に切り換え、図示しない搬
送機構により搬入され、基板Ｗの中心と、吸引式スピン
チャック１（回転軸２）の回転中心ＣＰとが位置合わせ
されて吸引式スピンチャック１の保持面１ａに基板Ｗが
載置されると、吸引式スピンチャック１による基板Ｗの
吸着保持を開始する。これにより、図３（ａ）に示すよ
うに、基板Ｗは吸引式スピンチャック１の保持面１ａに
凹状に吸着保持される。

【００１９】次に、回転軸２（吸引式スピンチャック
１）を所定の回転数（５００〜８００ｒｐｍ程度）で回
転させることにより、基板Ｗは回転中心ＣＰ周りに回転
させる。

【００２０】そして、この基板Ｗの回転状態で、供給位
置に位置されたノズル４から基板Ｗ表面に現像液を所定
量供給する。図３（ｂ）に示すように、供給された現像
液ＤＱには遠心力Ｆが作用するが、この遠心力Ｆは、現
像液ＤＱを基板Ｗの表面に形成されたフォトレジスト膜
表面に密着させる方向の力Ｆａと、現像液ＤＱを基板Ｗ
の外周端縁外側に飛び出させる方向の力Ｆｂとに分解す
ることができる。図３（ｃ）に示すように、従来装置の
ような吸引式スピンチャック１の保持面１ａが高精度な
平面度を有している場合、上記遠心力Ｆは水平方向に作
用する結果、本実施例のような〔現像液ＤＱをフォトレ
ジスト膜表面に密着させる方向の力Ｆａ〕が発生しな
い。これに対して、本実施例は〔現像液ＤＱをフォトレ
ジスト膜表面に密着させる方向の力Ｆａ〕により、現像
液ＤＱのフォトレジスト膜表面への密着性が助長され
る。従って、例えば、基板Ｗの表面に形成されたフォト
レジスト膜が、高コントラスト対応の疏水性を有するフ
ォトレジストの薄膜であっても、現像液ＤＱのフォトレ
ジスト膜表面への密着性が助長される結果、液はじきが
起き難く、現像液ＤＱのフォトレジスト膜表面全面への
拡散が、従来装置よりも均一に行なわれながら液盛りが
なされる。このように液盛りがなされる結果、この液盛
り中における現像はフォトレジスト膜全面で略均一に進
行される。また、液はじき低減により、現像液が球滴と
なってフォトレジスト膜表面を転がるような現象が起き
難くなり、さらに、気泡の発生も抑制される。

【００２１】なお、上記液盛りの工程では、基板Ｗの回
転は徐々に減速させていき、液盛りが完了する状態で基
板Ｗの回転が停止される状態にされる。液盛りが完了し
た状態を図３（ｄ）に示す。この状態で所定時間（現像
が完了するのに要する時間：例えば、１分程度）経過す
るのを待つ（いわゆる現像工程）。図３（ｄ）に示すよ
うに、基板Ｗの中央部付近と端縁部付近とでは液盛りさ
れた現像液ＤＱの厚みが相違するが、基板Ｗの表面全面
において、フォトレジスト膜と現像液ＤＱとが接液して
いるので、この現像工程でも現像はフォトレジスト膜全
面で均一に進行する。従って、現像処理全体を通して、
現像はフォトレジスト膜全面で略均一に進行されること
になり、現像反応のバラツキによる線幅の不均一さとい
う不都合が軽減される。

【００２２】上記所定時間が経過すると、基板Ｗを再び
回転させ、現像液を基板Ｗの表面から振り切り、図示し
ない純水供給ノズルから純水を基板Ｗの表面に供給して
洗浄を行ない、この基板Ｗの現像処理を終了する。そし
て、吸引式スピンチャック１による基板Ｗの吸着保持が
解除され、吸引式スピンチャック１の周囲に飛散防止カ
ップ１０が外囲してない状態に切り換え、図示しない搬
送機構により現像処理後の基板Ｗが搬出され、後工程へ
の搬送されていく。

【００２３】

【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、吸引式スピンチャックの保持面を凹状に形成
し、これに基板裏面を吸着保持し、基板を所定の回転中
心周りで回転させながら現像液を液盛りするように構成
したので、高コントラスト対応のフォトレジスト膜が基
板表面に形成された場合の液盛り初期段階においても、
そのフォトレジスト膜での現像液の液はじきが軽減さ
れ、従って、これに起因して起こっていた現像液の拡散
の不均一さや、球滴となって転がる現象、気泡の発生な
どが抑制され、フォトレジスト膜全面での現像反応のバ
ラツキを軽減することができる。従って、現像後の線幅
の不均一さを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る基板回転式現像装置の
全体構成を示す縦断面図である。

【図２】本発明の要部である吸引式スピンチャック部分
の縦断面図と保持面の構成を示す平面図である。

【図３】実施例装置による現像処理時の動作と作用とを
説明するための図である。

【図４】従来装置の概略構成と液盛り状態を示す正面図
である。

【図５】従来装置の問題点を説明するための図である。

【図６】従来装置の他の問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ … 吸引式スピンチャック １ａ … 吸引式スピンチャックの保持面 ２ … 回転軸 ３ … 吸引式スピンチャック回転用の電動モータ ４ … 現像液供給用のノズル Ｗ … 基板 ＣＰ … 回転中心

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸引式スピンチャック上面の保持面に基
   板の裏面を吸着保持し、前記吸引式スピンチャックを鉛
   直軸周りに回転させて前記基板を所定の回転中心周りで
   回転させながら、前記基板の表面に供給された現像液を
   液盛りして現像処理を施す基板回転式現像装置におい
   て、 前記吸引式スピンチャック上面の保持面を凹状に形成し
   たことを特徴とする基板回転式現像装置。