JP2004022764A

JP2004022764A - Substrate processing apparatus and substrate processing method

Info

Publication number: JP2004022764A
Application number: JP2002174937A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kobayashi; 小林　祐二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】フォトレジストの現像処理などにおいて、基板面内でのパターン寸法の均一性と現像ローディング効果による影響の低減を両立させ、マスク上でのＯＰＣ処理を容易にする。
【解決手段】本発明の基板の処理装置は、基板を水平に保持し回転させる基板回転機構と、前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個の処理液吐出口を有する処理液供給ノズルと、前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズルとを備え、前記現像液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルが、前記基板と平行な水平面上で所定の角度をなすように接続されて一体型ノズルが形成され、かつこの一体型ノズルを前記基板の上方に近接して配置する機構を有する。
【選択図】　　　図１An object of the present invention is to make OPC processing on a mask easy while achieving both uniformity of pattern dimensions in a substrate surface and reduction of the influence of a development loading effect in the development processing of a photoresist.
A substrate processing apparatus according to the present invention includes a substrate rotating mechanism for horizontally holding and rotating a substrate, and a plurality of processing liquid discharge ports arranged on a line segment having a length substantially equal to a radius of the substrate. A rinsing liquid supply nozzle having a plurality of rinsing liquid discharge ports disposed on a line segment having substantially the same length as the radius of the substrate, wherein the developing liquid supply nozzle and the rinsing A liquid supply nozzle is connected to form a predetermined angle on a horizontal plane parallel to the substrate to form an integrated nozzle, and has a mechanism for disposing the integrated nozzle close to above the substrate.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の処理装置および基板の処理方法に係わり、特に半導体ウェハ等の被処理基板の表面に現像液のような処理液を塗布する基板の処理装置および処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスやＬＣＤの製造プロセスにおいては、フォトリソグラフィ技術を利用することで、半導体ウェハやガラス基板等の被処理基板の表面に、微細なパターンを精度良くかつ高密度に形成することが行われている。
【０００３】
例えば、半導体デバイスの製造においては、半導体ウェハの表面にフォトレジスト液を塗布した後、これを所定のパターンに露光し、さらに現像処理およびエッチング処理を順に行うことにより、所定の回路パターンを形成する。
【０００４】
近年、フォトリソグラフィ技術によって形成すべき半導体回路が微細化し、線幅が露光波長よりも短い（小さい）パターンを形成する傾向がある。それに伴い、被処理基板の面内での現像処理の均一性が厳しく要求されている。
【０００５】
すなわち、半導体回路パターンの微細化に伴う光学的な近接効果の増大により、所望の寸法にパターンを形成することが困難になっており、この問題に対して、光学シミュレーション等を用いてパターン補正を行ういわゆるＯＰＣ処理が、マスクの設計段階で行われている。
【０００６】
しかし、光学シミュレーションにより求められる結果と、実際に半導体ウェハ（以下、単にウェハと示す。）上にパターンを露光・現像して得られる結果とが異なることがある。
【０００７】
図４は、図３に示す設計値０．２μｍの抜きパターンＰにおいて、隣接する残しパターンの幅Ｘを変化させたときの抜き幅Ｙの寸法値を示すグラフである。実際にウェハ上にパターンを形成した場合と、光学シミュレーションによる計算結果とを併せて表記している。
【０００８】
図４に示すような実験結果と光学シミュレーションによる結果との乖離は、使用されるフォトレジストの特性やパターンの密部と粗部とでの現像速度の違い、いわゆるローディング効果の影響により生じると考えられる。そして、このような現像のローディング効果の及ぶ領域が、光学的近接効果の及ぶ領域よりも際立って広いため、ＯＰＣ処理により現像ローディング効果による補正を行うことは、極めて困難であった。したがって、精度の高いＯＰＣ処理を行うためには、現像ローディング効果の影響の少ないレジスト材料の使用、あるいは現像ローディング効果の生じにくい現像方法の開発が望ましい。
【０００９】
一般に現像ローディング効果は、露光量に対するフォトレジストの溶解コントラストが小さいほど発生しやすいため、現像ローディング効果の小さいレジスト材料の選択は、パターンレイアウトによってはプロセス裕度の著しい低下を引き起こすことが考えられる。したがって、前記した問題を解決するには、ローディング効果による影響の出現しにくい現像方法を採ることが望ましい。
【００１０】
現像液の塗布方式には、大別してスプレー現像方式とパドル現像方式とがある。スプレー現像方式では、図５に示すように、ウェハ２１の中心部の上方に静止状態で配置された現像液供給ノズル２２から、回転チャック２３上に保持されて高速で回転するウェハ２１の中央付近に、現像液２４を扇状に一定時間吐出・散布し、ウェハ２１で露光処理されたフォトレジストパターンの現像を行う。
【００１１】
また、図６に示すように、ウェハ２１の半径程度の散布領域を有する現像液供給ノズル２２を使用し、このノズルをウェハ２１の直径方向に移動させながら、回転するウェハ１上に現像液２４を一定時間散布し、現像を行うこともできる。
【００１２】
このようなスプレー現像方式では、回転するウェハ２１上に常に新鮮な現像液２４が供給されるため、現像のローディング効果による影響は極めて小さくなる。その反面、ウェハ２１中心部に現像液２４が過剰に供給されるため、ウェハ２１の中心部と周辺部とで現像処理能力が異なる。そして、ウェハ２１面内での均一な現像処理が困難となり、ウェハの中心部と周辺部とでパターン寸法のばらつきが大きくなるという問題があった。
【００１３】
パドル現像方式では、図７に示すように、現像液供給ノズル２２からウェハ２１の中央付近に現像液２４を滴下し、ウェハ２１を低速で回転させることにより遠心力で拡散させ、１〜２ｍｍの厚さの現像液膜２５をウェハ２１上に形成する。そして、ウェハ２１を静止状態で一定時間保持して現像を行う。その後、リンス液（例えば、純水）を滴下し、ウェハ２１上の反応済みの現像液を洗浄し除去する。また、図８に示すように、複数本の吐出用細管２６をウェハ２１の直径方向に１列に配置することにより、現像液供給ノズル２２を構成し、このような現像液供給ノズル２２を用いてウェハ２１上に現像液２４を滴下することもできる。なお、図中符号２７は、細管２６の集束体を支持し固定する支持体を示す。
【００１４】
このようなパドル現像方式では、ウェハ２１上に均一に現像液が塗布・供給されるため、ウェハ２１面内でのパターン寸法のばらつきは小さいが、現像処理過程でレジストとの反応生成物を含む現像液がウェハ２１上に滞留することになるため、現像ローディング効果による影響が大きくなるという問題があった。その対策として、現像液膜の形成を複数回行うことにより、ウェハ２１上の反応済みの現像液を置換する方法が考えられるが、この方法では、スプレー現像方式と同様に、現像液がウェハ２１中央部に過剰に供給され、ウェハ２１面内でのパターン寸法のばらつきが大きくなってしまうという問題があった。
【００１５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、基板面内でのパターン寸法の均一性と現像ローディング効果による影響の低減を両立させ、マスク上でのＯＰＣ処理を容易にする基板の処理装置および基板の処理方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板の処理装置は、基板を水平に保持し回転させる基板回転機構と、前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個の処理液吐出口を有する処理液供給ノズルと、前記基板の半径とほぼ同じ長さの線分上に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズルとを備え、前記現像液供給ノズルと前記リンス液供給ノズルが、前記基板と平行な水平面上で所定の角度をなすように接続されて一体型ノズルが形成され、かつこの一体型ノズルを前記基板の上方に近接して配置する機構を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の基板の処理装置において、基板上に露光処理されたフォトレジスト層を有し、かつ処理液を現像液とすることができる。また、処理液供給ノズルとリンス液供給ノズルとのなす角度を可変に構成することができる。さらに、一体型ノズルを基板の中心と外縁を結ぶ方向に沿って往復運動させる機構を有することができる。
【００１８】
本発明の基板の処理方法は、水平保持された基板を回転させながら、ほぼ一直線上に配置された複数個の処理液吐出口を有する処理液供給ノズルとほぼ一直線上に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズルとが、同一水平面上で所定の角度をなすように接続された一体型ノズルを、前記処理液供給ノズルおよび前記リンス液供給ノズルがそれぞれ前記基板の半径上に位置するように配置し、前記処理液吐出口および前記リンス液吐出口からそれぞれ処理液およびリンス液を前記基板上に吐出し供給することを特徴とする。
【００１９】
本発明の基板の処理方法において、処理液およびリンス液の吐出・供給時に、基板の上面からの処理液吐出口およびリンス液吐出口の高さを、吐出された処理液とリンス液とが前記基板に接触する前に混合することがない高さとすることができる。また、一体型ノズルを、基板の外縁部と中心部とを結ぶ方向に沿って往復運動させながら、処理液およびリンス液を前記基板上に吐出・供給し、該基板の中心部に前記処理液と前記リンス液とを交互に供給することができる。このとき、一体型ノズルの往復運動の周期を、基板の回転の周期と同一とすることができる。
【００２０】
本発明においては、処理過程を通して常に基板全面に均一に高い処理能力を有する新しい処理液が供給されるので、基板全面で処理むらがなく、効率の高い処理が行われる。したがって、基板面内のパターン寸法の均一性と現像ローディング効果の低減を両立させることができ、例えばマスク上でのＯＰＣ処理を容易にすることが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、露光処理されたフォトレジスト層を有する半導体ウェハ（以下、ウェハと示す。）の表面に、現像液（例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイドの２．４８ｗｔ％水溶液）を供給する現像装置に本発明を適用した第１の実施形態を概略的に示す図である。また、図１（ｂ）は、この現像装置において、後述する一体型ノズルの配置部を上方から見た上面図である。
【００２３】
この現像処理装置は、基板保持機構として、上面にウェハ１を吸着・保持し、ウェハ１を回転駆動するとともに昇降駆動する回転チャック２を有する。回転チャック２の周囲には、ウェハ１の回転中に飛散する余分な液などを受ける液受けカップ３が設けられている。
【００２４】
また、回転チャック２の上方には一体型ノズル４が配置されている。一体型ノズル４は、ウェハ１の半径と同程度の長さを有する線状の現像液供給ノズル５と、同様にウェハの半径と同程度の長さを有する線状のリンス液供給ノズル６とが、１直線をなすように端部で連結された構造を有し、現像処理の際に、回転チャック２に保持されたウェハ１の直径に沿って配置される。
【００２５】
現像液供給ノズル５およびリンス液供給ノズル６は、それぞれ複数個の現像液吐出細管（例えば内径０．４ｍｍ）５ａおよびリンス液吐出細管（例えば内径０．４ｍｍ）６ａが長さ方向に沿って２ｍｍの間隔で一列に配置され、支持体により支持・固定された構造を有している。また、現像液供給ノズル５およびリンス液供給ノズル６は、それぞれ制御バルブ（図示を省略。）を介して現像液供給ライン７およびリンス液供給ライン８に接続されており、各液の供給ノズルは独立して液を吐出・供給することができるように構成されている。
【００２６】
さらに、一体型ノズル４の両端部は、それぞれノズル待機部（図示を省略。）と液受けカップ３内のウェハ１上の所定位置との間を移動するノズル移動アーム９に、取り付けられている。また、このノズル移動アーム９は、Ｚ軸駆動機構（図示を省略。）およびＹ軸駆動機構（図示を省略。）を備えている。Ｚ軸駆動機構は、ノズル移動アーム９をＺ軸方向（垂直方向）に駆動し、回転チャック２上に水平に保持されているウェハ１に対して、現像液供給ノズル５の現像液吐出口である現像液吐出細管５ａの下端部、およびリンス液供給ノズル６のリンス液吐出口であるリンス液吐出細管６ａの下端部を、それぞれ近接させ対向させる。
【００２７】
また、Ｙ軸駆動機構は、ノズル移動アーム９を一体型ノズル４の長手方向であるＹ軸方向に駆動し、一体型ノズル４をその長手方向に沿って往復運動させる。そして、現像液供給ノズル５の現像液吐出口から吐出される現像液１０と、リンス液供給ノズル６のリンス液吐出口から吐出されるリンス液１１とが、ウェハ１中心部に任意の時間周期で交互に供給されるようにする。
【００２８】
なお、現像処理を行う際のウェハ１表面から一体型ノズル４の各吐出口までの高さ（Ｚ軸方向の距離）は、現像液供給ノズル５とリンス液供給ノズル６の連結部付近で、各々の液がウェハ１に達する前に混合することが無いような高さに設定することが望ましい。
【００２９】
この現像処理装置においては、以下に示すようにして現像処理がなされる。まず、露光処理が施されたフォトレジスト層を有するウェハ１が、回転チャック２の受け台上に載置され、真空減圧機構等により吸着固定される。次いで、ノズル移動アーム９により、一体型ノズル４がウェハ１の中心を通る直径上に移動され、さらにウェハ１表面から現像液供給ノズル５およびリンス液供給ノズル６の各吐出口までの距離が３ｍｍになるように、Ｚ軸駆動機構により一体型ノズル４がウェハ１に近接される。このとき、ウェハ１中心部の上に現像液供給ノズル５が位置するように、一体型ノズル４のＹ軸方向の位置を事前に調整しておくことが望ましい。
【００３０】
次に、ウェハ１を矢印に示す時計回りの方向に０．５秒間程度高速で回転させながら、現像液供給ノズル５の現像液吐出口から現像液を０．５秒間程度吐出し、ウェハ１上に現像液１０を滴下・供給する。このとき、一体型ノズル４は固定されたままであり、かつリンス液供給ノズル６からのリンス液１１の吐出は行わない。ウェハ１の回転数を１０００ｒｐｍ以上にすることで、ウェハ１上に現像液１０を均一に供給することができる。
【００３１】
次に、ウェハ１を低速で回転させながら、現像液１０とリンス液（例えば純水）１１を各々の吐出口から同時に吐出するとともに、Ｙ軸駆動機構を作動させることにより、一体型ノズル４をＹ軸方向に往復運動させる。このとき、ウェハ１中心部の上に、現像液供給ノズル５の現像液吐出口とリンス液供給ノズル６のリンス液吐出口が交互に位置するように、Ｙ軸方向の往復運動の振幅を設定し、所望の時間両方の液を吐出させ現像処理を行う。
【００３２】
こうして、ウェハ１上の任意の部位において、新しい現像液１０の滴下による現像とリンス液１１による反応生成物の除去が交互に繰り返し行われるので、現像ローディング効果の影響を低減することができる。したがって、ウェハ１の全面で現像むらが生じることがなく、現像能力が非常に高い。
【００３３】
また、一体型ノズル４がＹ軸方向に往復運動され、ウェハ１中心部に現像液１０とリンス液１１とが交互に滴下・供給されるので、ウェハ１中心付近に現像液１０が過剰に供給されることがなく、ウェハ１面内でのパターン寸法のばらつきも低減することができる。さらに、一体型ノズル４のＹ軸方向の往復運動の振幅を、ウェハ１の回転の周期に合わせて設定することで、ウェハ１中心部と外縁部で現像時間をそろえることができ、さらにウェハ１面内の寸法ばらつきを低減することができる。例えば、現像処理中のウェハ１の回転数を３０ｒｐｍ（回転周期は２秒）とした場合、一体型ノズル４の往復運動の周期も２秒とすればよい。
【００３４】
このように第１の実施形態の現像処理装置によれば、現像処理工程でウェハ１上に現像液１０が滴下された直後にリンス液１１が供給される。このリンス液１１は、使用済みの汚れた現像液１０を直ちに除去し、ウェハ１上には常に新しい現像液が供給されることになる。したがって、ウェハ１の全面において、均一でむらがなく、非常に高い能力の現像が行われる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施形態の現像処理装置を示す上面図である。
【００３６】
この現像処理装置は、一定の間隔で一列に配置された複数個の現像液吐出口を有する現像液供給ノズル５と、同様に一定の間隔で一列に配置された複数個のリンス液吐出口を有するリンス液供給ノズル６とが、１８０度以外の適当な角度をなすように連結された一体型ノズル４を有している。図２に示す実施形態では、現像液供給ノズル５に対してリンス液供給ノズル６が、ウェハ１の回転方向（矢印で示す。）と反対の反時計回りに９０度の角度をなすように連結されている。なお、その他の部分は第１の実施形態の現像処理装置と同様に構成されているので、説明を省略する。
【００３７】
第２の実施形態の現像処理装置によれば、ウェハ１上の任意の部位において、現像液が滴下・供給されてからリンス液が滴下されるまでの現像の時間と、リンス液が滴下・供給されてから再び現像液が滴下されるまでのリンスの時間との比を、３：１とすることができる。そして、第１の実施形態と同様に、ウェハ１面内におけるパターン寸法のばらつきを低減することができるうえに、ウェハ１全面で現像ローディング効果の影響を低減することができる。
【００３８】
上述したように、本発明では、一体型ノズル４において、現像液供給ノズル５とリンス液供給ノズル６とのなす角度を、レジストの現像特性や使用するマスクによって変え、現像時間とリンス時間との比を調整することができる。このとき、現像液供給ノズル５とリンス液供給ノズル６との連結部においては、角度を自由に変えかつ任意の角度で固定することができるように構成することが望ましい。
【００３９】
例えば、現像液供給ノズル５に対してリンス液供給ノズル６が、ウェハ１の回転方向（矢印で示す。）と同じ時計回りに９０度の角度をなすように連結された一体型ノズルを使用する場合には、現像時間とリンス時間との比を１：３とする現像処理を行うことができる。
【００４０】
なお、上記した実施形態は、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。例えば、第１および第２の実施形態では、半導体ウェハに現像液を塗布・供給する現像処理装置を例にとって説明したが、被処理基板は半導体ウェハに限定されない。また、上記実施形態では、処理液として現像液を例に挙げているが、レジスト材の剥離液などであっても良く、変形可能である。
【００４１】
【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、処理過程を通して常に基板全面に均一に高い処理能力を有する新しい処理液が供給されるので、基板全面で処理むらがなく、効率の高い処理が行われる。したがって、基板面内のパターン寸法の均一性と現像ローディング効果の低減を両立させることができ、例えばマスク上でのＯＰＣ処理を容易にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である現像処理装置を示し、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は一体型ノズルの配置部の上面図。
【図２】本発明の第２の実施形態において、一体型ノズルの配置部を示す上面図。
【図３】光学シミュレーションに用いた半導体ウェハのパターンの配置を示す図。
【図４】図３のパターンでおける抜き幅Ｙと残しパターンの幅Ｘとの関係を、実験結果とシミュレーション結果とで比較して示すグラフ。
【図５】従来から現像処理方法として用いられているスプレー現像方式の一例を示す図。
【図６】従来から用いられているスプレー現像方式の別の例を示す図。
【図７】従来から用いられているパドル現像方式の一例を示す図。
【図８】従来から用いられているパドル現像方式の別の例を示す図。
【符号の説明】
１………ウェハ、２………回転チャック、３………液受けカップ、４………一体型ノズル、５………現像液供給ノズル、６………リンス液供給ノズル、５ａ………現像液吐出細管、６ａ………リンス液吐出細管、７………現像液供給ライン、８………リンス液供給ライン、９………ノズル移動アーム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method, and more particularly to a substrate processing apparatus and a processing method for applying a processing liquid such as a developing solution to a surface of a substrate to be processed such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of semiconductor devices and LCDs, photolithography technology is used to form fine patterns with high precision and high density on the surface of a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or a glass substrate. I have.
[0003]
For example, in the manufacture of a semiconductor device, a photoresist liquid is applied to the surface of a semiconductor wafer, and then the photoresist liquid is exposed to a predetermined pattern, and a development process and an etching process are sequentially performed to form a predetermined circuit pattern. .
[0004]
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor circuits to be formed by photolithography have become finer, and there is a tendency to form patterns with a line width shorter (smaller) than the exposure wavelength. Accordingly, uniformity of the development processing within the surface of the substrate to be processed is strictly required.
[0005]
That is, it is difficult to form a pattern with a desired size due to an increase in an optical proximity effect accompanying miniaturization of a semiconductor circuit pattern. The so-called OPC process to be performed is performed at the stage of designing a mask.
[0006]
However, the result obtained by the optical simulation may be different from the result obtained by actually exposing and developing a pattern on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer).
[0007]
FIG. 4 is a graph showing a dimension value of the punch width Y when the width X of the adjacent remaining pattern is changed in the punch pattern P having the design value of 0.2 μm shown in FIG. A case where a pattern is actually formed on a wafer and a calculation result by an optical simulation are shown together.
[0008]
The difference between the experimental results shown in FIG. 4 and the results obtained by the optical simulation is considered to be caused by the characteristics of the photoresist used, the difference in the developing speed between the dense part and the rough part of the pattern, and the so-called loading effect. Can be Since the area affected by the loading effect of the development is significantly larger than the area affected by the optical proximity effect, it is extremely difficult to perform the correction based on the development loading effect by the OPC process. Therefore, in order to perform the OPC process with high accuracy, it is desirable to use a resist material that is less affected by the development loading effect or to develop a development method that hardly causes the development loading effect.
[0009]
Generally, the development loading effect is more likely to occur as the dissolution contrast of the photoresist with respect to the exposure dose is smaller. Therefore, it is considered that selection of a resist material having a small development loading effect causes a significant reduction in process margin depending on the pattern layout. Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, it is desirable to adopt a developing method in which the influence of the loading effect is less likely to appear.
[0010]
The coating method of the developer is roughly classified into a spray developing method and a paddle developing method. In the spray developing method, as shown in FIG. 5, a developing solution supply nozzle 22 which is arranged above the central portion of the wafer 21 in a stationary state is used to rotate around the center of the wafer 21 which is held on a rotating chuck 23 and rotates at a high speed. Next, the developing solution 24 is discharged and sprayed in a fan shape for a certain period of time to develop the photoresist pattern exposed on the wafer 21.
[0011]
Further, as shown in FIG. 6, a developer supply nozzle 22 having a spray area of about the radius of the wafer 21 is used, and while the nozzle is moved in the diameter direction of the wafer 21, the developer 24 is sprayed on the rotating wafer 1. Can be sprayed for a certain period of time to carry out development.
[0012]
In such a spray developing method, since the fresh developing solution 24 is always supplied onto the rotating wafer 21, the influence of the developing loading effect is extremely small. On the other hand, since the developing solution 24 is excessively supplied to the central portion of the wafer 21, the developing capacity differs between the central portion and the peripheral portion of the wafer 21. In addition, it is difficult to perform uniform development processing on the surface of the wafer 21, and there is a problem that variation in pattern size between the central portion and the peripheral portion of the wafer increases.
[0013]
In the paddle developing method, as shown in FIG. 7, a developing solution 24 is dropped from a developing solution supply nozzle 22 near the center of the wafer 21, and is diffused by centrifugal force by rotating the wafer 21 at a low speed to obtain a diameter of 1 to 2 mm. A developer film 25 having a thickness is formed on the wafer 21. Then, development is performed while the wafer 21 is kept stationary for a certain period of time. Thereafter, a rinse solution (for example, pure water) is dropped, and the reacted developer on the wafer 21 is washed and removed. Further, as shown in FIG. 8, a plurality of discharge thin tubes 26 are arranged in a line in the diameter direction of the wafer 21 to form a developer supply nozzle 22, and such a developer supply nozzle 22 is used. The developer 24 can also be dropped on the wafer 21 by pressing. Reference numeral 27 in the figure denotes a support that supports and fixes the converging body of the thin tube 26.
[0014]
In such a paddle developing method, since the developing solution is uniformly applied and supplied onto the wafer 21, the variation in the pattern size within the surface of the wafer 21 is small, but it includes a reaction product with the resist in the developing process. Since the developing solution stays on the wafer 21, there is a problem that the influence of the developing loading effect is increased. As a countermeasure, a method of replacing the reacted developer on the wafer 21 by forming the developer film a plurality of times can be considered. In this method, as in the spray development method, the developer is removed from the wafer 21. There is a problem that the excessive supply is made to the central portion, and the variation in the pattern size in the plane of the wafer 21 becomes large.
[0015]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and achieves both uniformity of pattern dimensions in a substrate surface and reduction of the influence of a development loading effect, and facilitates OPC processing on a mask. An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A substrate processing apparatus according to the present invention includes a substrate rotation mechanism for horizontally holding and rotating a substrate, and a processing liquid having a plurality of processing liquid discharge ports disposed on a line segment having a length substantially equal to the radius of the substrate. A supply nozzle, and a rinse liquid supply nozzle having a plurality of rinse liquid discharge ports disposed on a line segment having substantially the same length as the radius of the substrate, wherein the developer supply nozzle and the rinse liquid supply nozzle are provided. An integrated nozzle is formed at a predetermined angle on a horizontal plane parallel to the substrate to form an integrated nozzle, and a mechanism for disposing the integrated nozzle close to above the substrate is provided. .
[0017]
In the substrate processing apparatus of the present invention, the substrate has a photoresist layer that has been subjected to exposure processing, and the processing liquid can be a developer. Further, the angle between the processing liquid supply nozzle and the rinsing liquid supply nozzle can be configured to be variable. Further, a mechanism for reciprocating the integrated nozzle along a direction connecting the center and the outer edge of the substrate can be provided.
[0018]
The substrate processing method of the present invention is a method of rotating a horizontally held substrate, and a plurality of processing liquid supply nozzles having a plurality of processing liquid discharge ports arranged substantially in a straight line and a plurality of processing liquid supply nozzles arranged in a substantially straight line. A rinsing liquid supply nozzle having a rinsing liquid discharge port, an integrated nozzle connected to form a predetermined angle on the same horizontal plane, and the processing liquid supply nozzle and the rinsing liquid supply nozzle are respectively positioned on a radius of the substrate. The processing liquid and the rinsing liquid are respectively discharged onto the substrate from the processing liquid discharge port and the rinsing liquid discharge port and supplied.
[0019]
In the substrate processing method of the present invention, at the time of discharging / supplying the processing liquid and the rinsing liquid, the height of the processing liquid discharge port and the rinsing liquid discharge port from the upper surface of the substrate is set such that the discharged processing liquid and the rinsing liquid are The height may not be mixed before contacting the substrate. Further, the processing liquid and the rinsing liquid are discharged and supplied onto the substrate while reciprocating the integrated nozzle in a direction connecting the outer edge portion and the central portion of the substrate, and the processing liquid is supplied to the central portion of the substrate. And the rinsing liquid can be supplied alternately. At this time, the cycle of the reciprocating motion of the integrated nozzle can be the same as the cycle of the rotation of the substrate.
[0020]
In the present invention, a new processing liquid having a high processing ability is constantly supplied over the entire surface of the substrate throughout the processing process, so that the processing is performed efficiently without unevenness over the entire surface of the substrate. Therefore, it is possible to achieve both the uniformity of the pattern size in the substrate surface and the reduction of the development loading effect, and for example, it is possible to easily perform the OPC process on the mask.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1A shows a state in which a developing solution (for example, a 2.48 wt% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide) is supplied to the surface of a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer) having an exposed photoresist layer. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a first embodiment in which the present invention is applied to a developing device. FIG. 1B is a top view of the developing device in which an arrangement portion of an integrated nozzle described later is viewed from above.
[0023]
This development processing apparatus has, as a substrate holding mechanism, a rotary chuck 2 that sucks and holds the wafer 1 on the upper surface, drives the wafer 1 to rotate, and drives the wafer 1 to move up and down. Around the rotary chuck 2, there is provided a liquid receiving cup 3 for receiving extra liquid or the like scattered during rotation of the wafer 1.
[0024]
An integrated nozzle 4 is disposed above the rotary chuck 2. The integrated nozzle 4 includes a linear developer supply nozzle 5 having a length approximately equal to the radius of the wafer 1 and a linear rinse liquid supply nozzle 6 also having a length approximately equal to the radius of the wafer. Have a structure connected at one end so as to form a straight line, and are arranged along the diameter of the wafer 1 held by the rotary chuck 2 during the development processing.
[0025]
Each of the developing solution supply nozzle 5 and the rinsing liquid supply nozzle 6 has a plurality of developing solution discharging thin tubes (for example, an inner diameter of 0.4 mm) 5a and a rinsing liquid discharging thin tube (for example, an inner diameter of 0.4 mm) 6a along the length direction. Are arranged in a line at intervals of and are supported and fixed by a support. The developer supply nozzle 5 and the rinse liquid supply nozzle 6 are connected to a developer supply line 7 and a rinse liquid supply line 8 via control valves (not shown), respectively. It is configured to be able to discharge and supply liquid independently.
[0026]
Further, both ends of the integrated nozzle 4 are attached to a nozzle moving arm 9 that moves between a nozzle standby section (not shown) and a predetermined position on the wafer 1 in the liquid receiving cup 3. . Further, the nozzle moving arm 9 includes a Z-axis driving mechanism (not shown) and a Y-axis driving mechanism (not shown). The Z-axis driving mechanism drives the nozzle moving arm 9 in the Z-axis direction (vertical direction), and the developing solution discharge nozzle of the developing solution supply nozzle 5 moves the wafer 1 held horizontally on the rotary chuck 2. The lower end of a certain developer discharge narrow tube 5a and the lower end of a rinse liquid discharge tube 6a, which is a rinse liquid discharge port of the rinse liquid supply nozzle 6, are brought close to and opposed to each other.
[0027]
The Y-axis drive mechanism drives the nozzle moving arm 9 in the Y-axis direction, which is the longitudinal direction of the integrated nozzle 4, and reciprocates the integrated nozzle 4 along the longitudinal direction. Then, the developing solution 10 discharged from the developing solution discharge port of the developing solution supply nozzle 5 and the rinsing liquid 11 discharged from the rinsing solution discharging port of the rinsing solution So that they are supplied alternately.
[0028]
Note that the height (distance in the Z-axis direction) from the surface of the wafer 1 to each of the discharge ports of the integrated nozzle 4 when performing the developing process is near the connecting portion between the developing solution supply nozzle 5 and the rinsing solution supply nozzle 6. It is desirable to set the height so that the liquids do not mix before reaching the wafer 1.
[0029]
In this developing device, the developing process is performed as described below. First, a wafer 1 having a photoresist layer to which an exposure process has been performed is placed on a receiving table of a rotary chuck 2 and fixed by suction by a vacuum decompression mechanism or the like. Then, the integrated nozzle 4 is moved by the nozzle moving arm 9 to a diameter passing through the center of the wafer 1, and the distance from the surface of the wafer 1 to each discharge port of the developer supply nozzle 5 and the rinse liquid supply nozzle 6 is 3 mm. The integrated nozzle 4 is brought close to the wafer 1 by the Z-axis driving mechanism so that At this time, it is desirable that the position of the integrated nozzle 4 in the Y-axis direction be adjusted in advance so that the developer supply nozzle 5 is positioned above the center of the wafer 1.
[0030]
Next, while rotating the wafer 1 in the clockwise direction indicated by the arrow at a high speed for about 0.5 seconds, the developing solution is discharged from the developing solution discharge port of the developing solution supply nozzle 5 for about 0.5 seconds. The developer 10 is dropped and supplied. At this time, the integrated nozzle 4 remains fixed, and the rinsing liquid 11 is not discharged from the rinsing liquid supply nozzle 6. By setting the rotation speed of the wafer 1 to 1000 rpm or more, the developer 10 can be uniformly supplied onto the wafer 1.
[0031]
Next, while the wafer 1 is rotated at a low speed, the developer 10 and the rinsing liquid (for example, pure water) 11 are simultaneously discharged from the respective discharge ports, and the Y-axis driving mechanism is operated, so that the integrated nozzle 4 is moved. Reciprocate in the Y-axis direction. At this time, the amplitude of the reciprocating motion in the Y-axis direction is set so that the developer discharge port of the developer supply nozzle 5 and the rinse liquid discharge port of the rinse liquid supply nozzle 6 are located alternately above the center of the wafer 1. Then, a developing process is performed by discharging both liquids for a desired time.
[0032]
In this manner, the development by dropping the new developer 10 and the removal of the reaction product by the rinsing liquid 11 are alternately repeated at an arbitrary position on the wafer 1, so that the effect of the development loading effect can be reduced. Therefore, development unevenness does not occur on the entire surface of the wafer 1, and the development ability is very high.
[0033]
Further, since the integrated nozzle 4 is reciprocated in the Y-axis direction, and the developer 10 and the rinsing liquid 11 are alternately dropped and supplied to the center of the wafer 1, the developer 10 is excessively supplied to the vicinity of the center of the wafer 1. The variation in pattern dimensions within the wafer 1 can also be reduced. Further, by setting the amplitude of the reciprocating motion of the integrated nozzle 4 in the Y-axis direction in accordance with the rotation cycle of the wafer 1, the development time can be made uniform at the center portion and the outer edge portion of the wafer 1, and further, In-plane dimensional variation can be reduced. For example, when the rotation speed of the wafer 1 during the development process is set to 30 rpm (the rotation cycle is 2 seconds), the cycle of the reciprocating motion of the integrated nozzle 4 may be set to 2 seconds.
[0034]
As described above, according to the developing apparatus of the first embodiment, the rinsing liquid 11 is supplied immediately after the developing liquid 10 is dropped onto the wafer 1 in the developing processing step. The rinse liquid 11 immediately removes the used dirty developer 10, and a new developer is always supplied onto the wafer 1. Therefore, development with a very high ability is performed uniformly and without unevenness on the entire surface of the wafer 1.
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0035]
FIG. 2 is a top view illustrating a developing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0036]
The developing apparatus includes a developing solution supply nozzle 5 having a plurality of developing solution discharge ports arranged in a line at a constant interval, and a plurality of rinsing liquid ejection ports similarly arranged in a line at a constant interval. The rinsing liquid supply nozzle 6 has an integrated nozzle 4 connected at an appropriate angle other than 180 degrees. In the embodiment shown in FIG. 2, the rinsing liquid supply nozzle 6 is connected to the developer supply nozzle 5 so as to form a 90 ° counterclockwise direction opposite to the rotation direction of the wafer 1 (indicated by an arrow). Have been. Note that the other parts are configured in the same manner as the developing processing apparatus of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0037]
According to the development processing apparatus of the second embodiment, the development time from the dropping / supply of the developer to the dropping of the rinsing liquid at an arbitrary position on the wafer 1 and the dropping / supply of the rinsing liquid The ratio to the rinsing time from when the developer is dropped until the developer is dropped again can be set to 3: 1. Then, similarly to the first embodiment, it is possible to reduce the variation of the pattern dimension in the surface of the wafer 1 and also to reduce the influence of the development loading effect on the entire surface of the wafer 1.
[0038]
As described above, in the present invention, the angle between the developing solution supply nozzle 5 and the rinsing solution supply nozzle 6 in the integrated nozzle 4 is changed depending on the development characteristics of the resist and the mask to be used. The ratio can be adjusted. At this time, it is desirable that the connecting portion between the developer supply nozzle 5 and the rinsing liquid supply nozzle 6 be configured such that the angle can be freely changed and fixed at an arbitrary angle.
[0039]
For example, an integrated nozzle is used in which the rinse liquid supply nozzle 6 is connected to the developer supply nozzle 5 so as to form a 90-degree clockwise angle in the same direction as the rotation direction of the wafer 1 (indicated by an arrow). In this case, a developing process in which the ratio of the developing time to the rinsing time is 1: 3 can be performed.
[0040]
The embodiment described above can be variously modified without changing the gist of the invention. For example, in the first and second embodiments, a description has been given of an example of a development processing apparatus that applies and supplies a developer to a semiconductor wafer, but the substrate to be processed is not limited to the semiconductor wafer. Further, in the above embodiment, a developing solution is taken as an example of the processing liquid, but a stripping solution of a resist material or the like may be used and may be deformed.
[0041]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, a new processing liquid having a high processing capacity is constantly supplied over the entire surface of the substrate throughout the processing process, so that there is no processing unevenness over the entire surface of the substrate and high efficiency processing is achieved. Is performed. Therefore, it is possible to achieve both the uniformity of the pattern size in the substrate surface and the reduction of the development loading effect, and for example, it is possible to easily perform the OPC process on the mask.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a developing apparatus according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a schematic side view, and FIG. 1B is a top view of an arrangement portion of an integrated nozzle.
FIG. 2 is a top view showing an arrangement portion of an integrated nozzle in a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of patterns on a semiconductor wafer used for an optical simulation.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a punch width Y and a width X of a remaining pattern in the pattern of FIG. 3 by comparing an experimental result and a simulation result.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a spray developing method conventionally used as a developing method.
FIG. 6 is a view showing another example of a conventionally used spray developing method.
FIG. 7 is a view showing an example of a conventionally used paddle developing system.
FIG. 8 is a view showing another example of a conventionally used paddle developing system.
[Explanation of symbols]
1 ... wafer, 2 ... rotary chuck, 3 ... liquid receiving cup, 4 ... integral nozzle, 5 ... developer supply nozzle, 6 ... rinse liquid supply nozzle, 5a ... ... developer discharge capillary, 6a ... rinse liquid discharge capillary, 7 ... developer supply line, 8 ... rinse liquid supply line, 9 ... nozzle moving arm

Claims

A substrate rotation mechanism for holding and rotating the substrate horizontally,
A processing liquid supply nozzle having a plurality of processing liquid discharge ports arranged on a line segment having substantially the same length as the radius of the substrate,
A rinsing liquid supply nozzle having a plurality of rinsing liquid discharge ports arranged on a line segment having substantially the same length as the radius of the substrate,
The developer supply nozzle and the rinse liquid supply nozzle are connected to form a predetermined angle on a horizontal plane parallel to the substrate to form an integrated nozzle, and the integrated nozzle is positioned above the substrate. A substrate processing apparatus, comprising: a substrate disposing mechanism.

2. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein an exposed photoresist layer is formed on the substrate, and the processing solution is a developing solution.

3. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein an angle between the processing liquid supply nozzle and the rinsing liquid supply nozzle is configured to be variable.

4. The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising a mechanism for reciprocating the integrated nozzle in a direction connecting a center of the substrate and an outer edge.

While rotating the horizontally held substrate, a processing liquid supply nozzle having a plurality of processing liquid discharge ports arranged substantially in a straight line and a rinsing liquid supply having a plurality of rinsing liquid discharge ports arranged in a substantially straight line Nozzle and an integrated nozzle connected to form a predetermined angle on the same horizontal plane, the processing liquid supply nozzle and the rinsing liquid supply nozzle are arranged such that each is located on the radius of the substrate, A substrate processing method, wherein a processing liquid and a rinsing liquid are discharged and supplied from the processing liquid discharge port and the rinsing liquid discharge port onto the substrate, respectively.

When discharging and supplying the processing liquid and the rinsing liquid, the height of the processing liquid discharge port and the rinsing liquid discharge port from the upper surface of the substrate is such that the discharged processing liquid and the rinsing liquid come into contact with the substrate. 6. The method for processing a substrate according to claim 5, wherein the height of the substrate is such that mixing is not performed before performing the process.

The processing liquid and the rinsing liquid are discharged and supplied onto the substrate while reciprocating the integrated nozzle in a direction connecting the outer edge portion and the center portion of the substrate, and the processing liquid is supplied to the center portion of the substrate. 7. The method for processing a substrate according to claim 5, wherein the liquid and the rinsing liquid are supplied alternately.

The substrate processing method according to claim 5, wherein a cycle of the reciprocating motion of the integrated nozzle is the same as a cycle of rotation of the substrate.