JP2001347211A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低インパクトで処理液を供給することができ
る薬液供給ノズルを有する基板処理方法及びこの方法を
実施する基板処理装置を提供する。 【解決手段】 処理基板３を水平に回転保持する基板保
持部４と、保持された処理基板に薬液槽から薬液を供給
するためのスリット状薬液吐出部２と、薬液吐出部を移
動させる駆動部１とを備えた処理装置を用いて、処理の
間中回転している処理基板表面に薬液を薄膜状に移動し
ながら供給し続ける。水平に保持・回転された処理基板
上にスリット状の吐出口から薬液を薄膜状にして供給し
続けるので、膜面への衝撃を抑えながら効率良く液置換
を行うことができ、加工精度を向上させることができ
る。又欠陥の低減にも効果がある。更に処理基板対角あ
るいは直径より長いスリット又はＲ型の溝を設けたスリ
ットノズルにより処理基板幅より大きく薬液を供給でき
るので面内の均一性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板もしく
はガラス基板などの被処理基板上の表面処理を行う処理
方法及び処理装置に関し、とくに被処理基板上に薬液を
供給する吐出口（ノズル）の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや液晶ディスプレイにお
いては基板上に種々の加工を施し、最終的に微細パター
ンを形成して所望の機能を付加していく。このような基
板の加工を行う際には、ガスを用いたドライプロセスだ
けでなく、薬液を用いたウエットプロセスが広く用いら
れている。たとえば、微細パターンを加工する際に用い
る感光性樹脂パターンを形成する際の現像工程ではウエ
ットプロセスが用いられている。感光性樹脂パターンを
形成する場合において、シリコン又は石英基板上に形成
された被加工膜上に、まず始めに、感光性樹脂を塗布
し、露光マスクを用いて所望領域の感光性樹脂を感光さ
せる。次いで現像液、例えば、有機溶剤又はアルカリ性
の水溶液を用いてポジ型では感光部を、又はネガ型では
未感光部を除去して感光性樹脂パターンを形成する工程
が現像工程である。また、露光用のクロムマスクの加工
の場合にもそのクロム膜上にウエットプロセスが用いら
れる。この場合には石英基板上にクロム膜を形成後、感
光性樹脂パターンを形成し、硝酸第２セリウムアンモニ
ウム溶液等を用いて感光性樹脂パターンより露出したク
ロム膜を等方的にウエットエッチングする。

【０００３】また、加工に先立って、基板上に付着した
不要な有機物を除去する場合やエッチング加工終了後残
留した感光性樹脂パターンを除去する場合にも硫酸と過
酸化水素水の混合薬液が用いられている。空気中の酸素
とシリコン基板が反応してできる自然酸化膜も均一な加
工を妨げるため薬液としてＮＨ₄ Ｆや希釈したＨＦを用
いて除去される。さらに、シリコンウエハ上に金を成膜
する際にはＡｕめっき液が用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ウェットプロセスとし
ては、薬液中に基板を浸すディップ法や基板表面に薬液
を供給して処理を行うスプレー又はパドル法がある。デ
ィップ法では基板を十分に浸すため多量の薬液が必要と
され、裏面からあるいは裏面への汚染があるため、スプ
レー又はパドル法へと移行しつつある。従来のスプレー
又はパドル法では基板上方より薬液を供給しており、こ
の方法では基板中心と周辺とで薬液の吐出分布により、
又は基板の回転により基板周辺では遠心力により薬液が
流れる傾向が強く逆に中心では薬液が集まる傾向がある
など、基板上の薬液の盛られ量に違いが生じ、薬液の供
給バランスが悪く、加工精度の悪化を招いていた。さら
にウエットプロセスの１つである現像処理工程におい
て、これらスプレー又はパドル法を用いると、前者にお
いては感光性樹脂膜への薬液の供給圧力が大きく、膜剥
がれや未露光部分が膜を削られて露光部分へ再付着して
欠陥を誘発することがあり、また後者においては露光部
分における古い薬液と新しい薬液との液置換が進み難
く、パターン密度により現像速度に差が生じる結果とな
り、寸法精度の悪化を招いていた。

【０００５】特開平７−３６１９５号公報では、基板の
一方から薬液供給部を水平に移動させながら基板面に薬
液を供給する方法が提案されている。この方法は膜面へ
の薬液供給圧力を低下させることは可能である。この方
法の発展型も多数見られ、これらの方法では処理基板と
ほぼ同等の幅を有する吐出口が設けられており、薬液供
給部の移動方向に対して斜め後方に薬液を吐出するよう
になっている。しかし、この方法では反応済みの古い薬
液と新しく供給される新鮮な薬液との液置換という点で
はまだ不足しており、加工精度のばらつきが有ることは
否めない。また特開平９−１３８５０８号公報では、基
板回転方向側に吐出口を設けて基板回転方向に薬液供給
部も移動させることで膜面への更なる供給液の圧力低下
を試みている。しかし、この方法では吐出口からの薬液
供給量バランスを制御することは困難であり、基板の回
転により基板表面の薬液量が集まり易い中心部と遠心力
ににより外周に流れ易い周辺部とで異なることになる。
このように、従来のウェットプロセスでは薬液を基板全
体に均一に供給することが困難であり、しかも加工精度
及び均一性の悪化を招いており、また欠陥発生の引き金
ともなっていた。本発明は、このような事情によりなさ
れたものであり、低インパクトで処理液を供給すること
ができる薬液供給ノズルを有する基板処理方法及びこの
方法を実施する基板処理装置を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために、処理基板を水平に回転保持する基
板保持部と、保持された処理基板に薬液槽から薬液を供
給するためのスリット状薬液吐出部と、薬液吐出部を移
動させる駆動部とを備えた処理装置を用いて、処理の間
中回転している処理基板表面に薬液を薄膜状に移動しな
がら供給し続けることを特徴としている。また、スリッ
ト状に薬液を吐出する手段として、処理基板の対角ある
いは直径より長いスリットノズル又はノズル内部にＲ型
の溝を持つノズルを使用するものである。本発明によれ
ば、水平に保持・回転された処理基板上にスリット状の
吐出口から薬液を薄膜状にして供給し続けるので、膜面
への衝撃を抑えながら効率良く液置換を行うことがで
き、加工精度を向上させることができる。また、欠陥の
低減にも効果がある。さらに、処理基板対角あるいは直
径より長いスリット又はＲ型の溝を設けたスリットノズ
ルにより処理基板幅より大きく薬液を供給することがで
きるので面内の均一性も向上させることができる。

【０００７】すなわち、本発明の基板処理方法は、被処
理基板を水平に保持し、且つこの被処理基板を回転させ
ながらその表面にスリット状吐出口から薬液を薄膜状に
供給し続けることを特徴としている。前記薬液の供給
は、この薬液により前記被処理基板表面を処理している
間中続けられるようにしても良い。前記被処理基板の処
理は、前記被処理基板表面に形成されたフォトレジスト
の現像処理であるようにしても良い。本発明の基板処理
装置は、被処理基板を水平に保持し、且つ回転させる手
段と、薬液を薄膜状に供給する薬液供給用のスリット状
吐出口と、前記薬液供給用のスリット状吐出口を固定又
は移動させる手段とを具備し、上記に記載された基板処
理方法のいずれかを実施することを特徴としている。前
記薬液供給用のスリット状吐出口の長手方向は、前記被
処理基板の対角あるいは直径より長いスリット形状であ
るようにしても良い。前記薬液供給用のスリット状吐出
口は、流量調整可能なバルブを上流側に個々に持ってい
る多数の薬液供給チューブに接続されるようにしても良
い。前記薬液供給用のスリット状吐出口内に圧力による
衝撃吸収用液溜りが設けられているようにしても良い。
前記薬液供給用のスリット状吐出口は、その内部に曲率
半径を有する溝を有するようにしても良い。前記薬液供
給用のスリット状吐出口のスリット部に近付くに従って
前記溝の隙間が狭くなっているようにしても良い。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図１及び図４を参照して第１
の実施例を説明する。図１は、現像液などの薬液を供給
する基板処理装置の概略断面図、図４は、図１の基板処
理装置を上面から見た概略平面図である。図１に示すよ
うに、基板処理装置は、ノズルの保持及び移動ガイドと
して用いられる保持部１と、保持部１に支持されたスリ
ット状ノズル２と、スリット状ノズル２から薬液の供給
を受ける処理基板３を支持する基板保持チャック４と、
基板保持チャック４を支持し、処理基板３を回転させる
回転機構５及びスリット状ノズル２を保持する保持部１
を自在に回転させる回転機構７とを具備している。ここ
で用いられる処理基板３は、半導体装置の製造に使われ
るシリコンなどの半導体ウェーハや液晶などの基板、ウ
ェーハや液晶基板上の成膜をパターニングするフォトレ
ジスト又は電子ビーム（ＥＢ）レジストの現像に用いら
れるマスク基板などを対象としている。図４に示す処理
基板３にはマスク基板を描いている。処理基板３は、現
像液などの薬液を供給するスリット状ノズル２に近接し
て配置されている。スリット状ノズル２は、移動を伴う
回転機構７に保持部１を介して接続されている。スリッ
ト状ノズル２は、保持部１に支持されている。スリット
状ノズル２には薬液槽からの薬液供給ライン（図示しな
い）が接続されている。

【０００９】図４に示すように、スリット状ノズル２″
は、薬液を吐出しないときに配置される位置におかれて
いる。この状態ではこのノズルは、基板設置部から離れ
た位置に退避されている。処理開始と同時に、スリット
状ノズル２は、退避位置からはなれて回転している処理
基板３の基板端である位置に移動して薄膜状に薬液の吐
出を開始する。スリット状ノズル２は、吐出開始位置か
ら所望の角度、例えば４０゜の角度で往復を続ける。ス
リット状ノズル２″は、往復移動中のノズルの所定の位
置に配置されている。この時、処理基板３表面とスリッ
ト状ノズル２の吐出口との距離は、３〜１５ｍｍが望ま
しい。このように薬液を薄膜状に供給し、且つ吐出口と
処理基板３の表面との距離を近付けることにより吐出に
伴う液撥ねや気泡の噛み込みを防いでいる。また、処理
基板の回転により反応済みの古い薬液が中心部に集ま
り、続く反応の妨げとなって面内均一性を悪化させてい
たが、ノズルの動作角度を基板端から中心までとするこ
とで薬液の供給量を増加させることができ、処理均一性
が向上する。例えば、この方法をフォトレジスト露光後
の現像処理工程に適用した場合において、フォトレジス
トの面内膜減り量のばらつきが、この実施例の方法を適
用すると、レンジで適用前±６ｎｍであったものが±３
ｎｍ以内へと向上している。

【００１０】次に、図２及び図５を参照して第２の実施
例を説明する。図２は、基板処理装置の流量が調整可能
なスリット状ノズルの斜視図及び斜視図のＡ−Ａ′線に
沿う部分の断面図、図５は、処理基板であるウェーハ上
に移動しているスリット状ノズルの平面図である。従
来、基板処理装置において、薬液は、前述のように、回
転する処理基板上に供給される。従来の基板処理装置に
おいて、処理基板の回転により反応済みの古い薬液が中
心部に集まり、続く反応の妨げとなって面内均一性を悪
化させていたが、回転による処理基板面内での不均一性
は、図２に示すスリット状ノズルを用いることでも回避
可能である。このスリット状ノズルを備えた基板処理装
置は、ノズルの保持及び移動ガイドとして用いられる保
持部と、この保持部に支持されたスリット状ノズルと、
スリット状ノズルから薬液の供給を受ける処理基板を支
持する基板保持チャックと、基板保持チャックを支持し
処理基板を回転させる回転機構及びスリット状ノズルを
保持する保持部を自在に回転させる回転機構とを具備し
ている。ここで用いられる処理基板は、半導体装置の製
造に使われるシリコンなどの半導体ウェーハや液晶など
の基板、ウェーハや液晶基板上の成膜をパターニングす
るフォトレジスト又はＥＢレジストの現像に用いられる
マスク基板などを対象としている。

【００１１】図２に示す現像液などの薬液を供給するス
リット状ノズル２は、ウェーハ１７などの処理基板に近
接して配置されている。スリット状ノズル２は、移動を
伴う回転機構に保持部を介して接続されている。そし
て、スリット状ノズル２には薬液槽からの薬液供給ライ
ン１５が接続されている。このスリット状ノズル２は、
ノズルへの複数の薬液供給ライン１５が流量計から分割
されており、例えば、図示されているように１２本のラ
インがスリット状ノズル２の吐出口（スリット）１４に
繋がっている。断面図に示すように、スリット状ノズル
２の吐出口１４は、接続部１６を介して薬液供給ライン
１５に接続されている。このような構成により、薬液吐
出量を部分的に制御することが可能である。すなわち、
薬液槽から処理槽の外側まで１本の供給ラインを設置
し、６分割にした後、それぞれの供給ラインに各バルブ
６１〜６６及び各流量計１９１〜１９６に接続し、この
供給ラインをノズル２の直前で各々２分割して合計１２
本の薬液供給ライン１５をスリット状ノズル２に接続す
る。この時、流量計以降のライン長を揃えることにより
スリット状ノズル２に供給される薬液の流量及び圧力を
等しくすることが可能である。このような手法を用いる
ことにより、ノズル長が長くなった場合にも均一に薬液
をノズルに供給することができ、結果としてノズルを通
して吐出される薬液量を均一にすることができる。

【００１２】また、図５に示すように、２分割したライ
ンを外側から順に組み合わせていくことにより、次のよ
うな場合に効果的に流量制限機能を使うことができる。
この場合、ライン吐出口１５１〜１５８は、それぞれ対
応するライン吐出口１５１′〜１５８′と１つの薬液供
給ライン１５を共有するように配置されている。処理基
板の回転により薬液供給の面内分布が異なる場合、例え
ば、現像処理工程において基板回転数が大きい場合にお
いて周辺部で薬液が処理基板の外へ流れてしまうために
薬液供給不足となる場合などに、相対的にノズル外周部
への供給ラインの流量を増加させ中心部を少なくなるよ
うに供給量を制御して処理面に薬液を供給することによ
り（例えば、ライン吐出口１５６、１５６′の薬液供給
量を最小にし、ウェーハ１７の周辺にあるライン吐出口
（１５２など）ほど供給量を大きくする）処理後の加工
均一性を向上させることが可能となる。なお、処理中に
薬液供給の不要なライン吐出口の薬液供給を止めること
ができる。上記手法をレティクル製造の現像プロセスに
適用したところ加工後のレジスト寸法面内均一性を２０
％向上することができた。さらに膜面への薬液供給の衝
撃が緩和されたことにより欠陥数を約２／３まで減少さ
せることができた。

【００１３】次に、図３を参照して第３の実施例を説明
する。この実施例では、スリット状ノズルの形状に特徴
を有している。図３は、基板処理装置のスリット状ノズ
ル斜視図及びノズル内部を説明する断面図である。従
来、基板処理装置において、薬液は、前述のように、回
転する処理基板上に供給される。このスリット状ノズル
を備えた基板処理装置は、ノズルの保持及び移動ガイド
として用いられる保持部と、この保持部に支持されたス
リット状ノズルと、スリット状ノズルから薬液の供給を
受ける処理基板を支持する基板保持チャックと、基板保
持チャックを支持し処理基板を回転させる回転機構及び
スリット状ノズルを保持する保持部を自在に回転させる
回転機構とを具備している。ここで用いられる処理基板
は、半導体装置の製造に使われるシリコンなどの半導体
ウェーハや液晶などの基板、ウェーハや液晶基板上の成
膜をパターニングするフォトレジスト又はＥＢレジスト
の現像に用いられるマスク基板などを対象としている。
図３に示す現像液などの薬液を供給するスリット状ノズ
ルは、ウェーハなどの処理基板に近接して配置されてい
る。スリット状ノズルは、移動を伴う回転機構に保持部
を介して接続されている。そして、スリット状ノズルに
は薬液槽からの薬液供給ラインが接続されてい。

【００１４】図３（ａ）に示すように、スリット状ノズ
ルは、先端部分に吐出口（スリット）を有し、吐出口よ
り上の周辺部分にはノズル内溝の隙間を調整するネジ８
が取り付けられており、この隙間調整用ネジによって薬
液の供給状態を適宜調整することができる。図３（ｂ）
に示すように、スリット状ノズルとこれに接続される薬
液供給ラインとの接続部１０から吐出口１２までの間の
内壁にはＲが付いた扇形を向かい合わせ形の溝（ノズル
内Ｒ溝）１１が形成配置されている。薬液は、薬液供給
ラインとの接続部１０より供給され、溝１１の内部を薬
液の通り道とする。さらに薬液供給ライン接続部１０か
らスリット状吐出口１２側へと前記溝１１を除々に浅く
加工しておくことにより、吐出口（スリット）から吐出
される液は、スリット内のＲに従ってスリットの幅から
扇形に広がるような形状に吐出膜が形成される。この方
法によれば従来用いられているチップタイプのスプレー
と比較して、処理基板表面への薬液の衝撃が抑えられる
ことになり、液撥ねや未露光部レジストの飛び散り等の
ない低欠陥処理が可能となった。

【００１５】また、図３（ｃ）に示すように、スリット
状ノズルとこれに接続される薬液供給ラインとの接続部
１８から吐出口１３までの間の内壁はテーパー状の溝１
９が形成配置されている。薬液は、薬液供給ラインとの
接続部１８より供給され、溝１９の内部を薬液の通り道
とする。さらに薬液供給ライン接続部１８からスリット
状吐出口１３側へと前記溝１９を除々に浅く加工してお
くことにより、吐出口（スリット）から吐出される液
は、スリット内壁の形状にしたがって、均一な吐出膜が
形成される。この方法によれば従来用いられているチッ
プタイプのスプレーと比較して、処理基板表面への薬液
の衝撃が抑えられることになり、液撥ねや未露光部レジ
ストの飛び散り等のない低欠陥処理が可能となった。本
発明は、以上の実施例に示した露光後の現像処理工程の
みならず、半導体基板や液晶基板などのウェットプロセ
スによるエッチング工程、有機・無機物の除去を目的と
する洗浄工程、エッチング加工後に残った感光性樹脂の
除去工程などの処理にも適用することが可能である。

【００１６】

【発明の効果】以上のように、本発明は、回転させなが
ら水平に保持した処理基板表面にスリット状の吐出口か
ら薬液を薄膜状にして処理の間中供給し続けるので、処
理基板表面の膜面への衝撃が少なく、且つ薬液の置換も
効率的に行うことができる。さらに、処理基板の幅いっ
ぱいに薬液を均一に供給することにより、処理基板の面
内の均一性の向上及び低欠陥化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像液などの薬液を供給する基板処理
装置の概略断面図。

【図２】本発明の流量調整可能な複数のパイプを有する
スリット状ノズルを備えた基板処理装置の概略斜視図及
びこの斜視図のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図。

【図３】本発明の基板処理装置のスリット状ノズルの斜
視図及び概略断面図。

【図４】図１の基板処理装置を上面から見た概略平面
図。

【図５】本発明の処理基板（ウェーハ）上を移動するス
リット状ノズルの平面図。

【符号の説明】

１・・・ノズル保持及び移動ガイド、２、２′、２″・
・・スリット状ノズル、 ３・・・処理基板、４・・
・基板保持チャック、 ５・・・基板保持を有する回
転機構、７・・・回転機構、 ８・・・ノズル内溝の
隙間調整用ネジ、９、１２、１３、１４・・・吐出口
（スリット部）、１０、１６、１８・・・スリット状ノ
ズルと薬液供給ラインとの接続部、１１・・・ノズル内
Ｒのついた溝、 １５・・・薬液供給ライン、１７・
・・ウェーハ、 １９・・・テーパー状の溝、６１〜
６６・・・バルブ、１５１〜１５６、１５１′〜１５
６′・・・ライン吐出口、１９１〜１９６・・・流量
計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０５Ｄ 7/00 Ｂ０５Ｄ 7/00 Ｈ ５Ｆ０４６ Ｂ０８Ｂ 3/02 Ｂ０８Ｂ 3/02 Ｂ Ｇ０３Ｆ 7/30 ５０２ Ｇ０３Ｆ 7/30 ５０２ 7/38 ５０１ 7/38 ５０１ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６９Ｃ (72)発明者 乙幡 幸雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 AA30 CA01 GA30 GA31 3B201 AA03 AB01 AB34 AB42 BB22 BB32 BB92 CB01 4D075 AC64 AC93 AC94 BB20Z BB65Z CA47 DA08 DB14 DC22 EA05 4F041 AA06 AB01 BA05 BA34 BA56 4F042 AA07 BA08 BA12 EB18 EB25 5F046 LA03 LA04

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板を水平に保持し、且つこの被
   処理基板を回転させながらその表面にスリット状吐出口
   から薬液を薄膜状に供給し続けることを特徴とする基板
   処理方法。
2. 【請求項２】 前記薬液の供給は、この薬液により前記
   被処理基板表面を処理している間中続けられることを特
   徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. 【請求項３】 前記被処理基板の処理は、前記被処理基
   板表面に形成されたフォトレジストの現像処理であるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板処理
   方法。
4. 【請求項４】 被処理基板を水平に保持し、且つ回転さ
   せる手段と、 薬液を薄膜状に供給する薬液供給用のスリット状吐出口
   と、 前記薬液供給用のスリット状吐出口を固定又は移動させ
   る手段とを具備し、 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の基板処理方法
   を実施することを特徴とする基板処理装置。
5. 【請求項５】 前記薬液供給用のスリット状吐出口の長
   手方向は、前記被処理基板の対角あるいは直径より長い
   スリット形状であることを特徴とする請求項４に記載の
   基板処理装置。
6. 【請求項６】 前記薬液供給用のスリット状吐出口は、
   流量調整可能なバルブを上流側に個々に持っている多数
   の薬液供給チューブに接続されることを特徴とする請求
   項４に記載の基板処理装置。
7. 【請求項７】 前記薬液供給用のスリット状吐出口内に
   圧力による衝撃吸収用液溜りが設けられていることを特
   徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
8. 【請求項８】 前記薬液供給用のスリット状吐出口は、
   その内部に曲率半径を有する溝を有していることを特徴
   とする請求項４に記載の基板処理装置。
9. 【請求項９】 前記薬液供給用のスリット状吐出口のス
   リット部に近付くに従って前記溝の隙間が狭くなってい
   ることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。