JP5317504B2 - 現像装置および現像方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の現像処理を行う現像装置および現像方法に関する。

従来、基板上に形成されたレジスト膜の現像処理を行うために現像装置が用いられる。例えば現像装置は、基板を水平に保持して鉛直軸の周りで回転させるスピンチャックと、基板に現像液を供給するノズルとを備える。現像処理時には、スピンチャックにより基板が回転する状態で、ノズルが現像液を吐出しつつ基板の外側から基板の中心部上方に移動する（例えば特許文献１参照）。

この場合、基板上の全体に現像液が供給され、基板上のレジスト膜を覆うように現像液の液層が形成される。その状態で、基板上のレジスト膜の溶解反応が進行する。その後、基板上の現像液および溶解したレジストが除去され、現像処理が終了する。
特開２００５−２１００５９号公報

上記のようにして現像処理を行う場合、レジスト膜の撥水性が高いと、現像液がレジスト膜上で弾かれる。そのため、現像液の液層を良好に形成することが困難となる。それにより、レジスト膜の所望の部分を確実に溶解させることができず、現像不良が発生する。

なお、ノズルからの現像液の吐出流量を多くすることにより液層を形成することが可能になるが、コストが増大するとともに、現像ムラが生じやすくなる。

本発明の目的は、コストの増大を抑制しつつ現像不良の発生を防止することが可能な現像装置および現像方法を提供することである。

（１）第１の発明に係る現像装置は、基板を略水平に保持しつつその基板に垂直な軸の周りで回転させる回転保持手段と、基板が回転保持手段により回転する状態で、基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給した後に基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給する現像液供給手段とを備え、現像液供給手段は、基板が第１の回転速度で回転する状態で基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給し、基板が第１の回転速度より低い第２の回転速度で回転する状態で基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給するものである。

この現像装置においては、回転保持手段により基板が略水平に保持されつつ回転する。その状態で、現像液供給手段により基板の中心部から周縁部に連続的に現像液が供給される。これにより、基板上の全体に現像液が供給され、基板の表面が十分に湿潤した状態になる。

続いて、現像液供給手段により基板の周縁部から中心部に連続的に現像液が供給され、基板上に現像液の液層が形成される。この場合、基板の表面が現像液で十分に湿潤した状態であることにより、基板の表面の撥水性が高い場合でも、基板上で現像液が弾かれにくい。それにより、少ない量の現像液で確実に現像液の液層を形成することができる。したがって、コストの増大を抑制しつつ現像不良の発生を防止することができる。
この場合、基板の回転速度が比較的高い状態で基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給することにより、迅速に基板の表面を現像液で湿潤させることができる。また、基板の回転速度が比較的低い状態で基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給することにより、遠心力の作用が小さい状態で基板上に現像液の液層を確実に形成することができる。

また、基板を回転させた状態で現像液の液層を形成することにより、遠心力によって現像液の液層を薄く引き延ばすことができる。そのため、基板を固定した状態で現像液の液層を形成する場合に比べて、現像液の使用量をさらに抑制することができる。

また、現像液の供給位置が基板の中心部と周縁部との間で移動するので、基板上の特定の領域に継続的に現像液が供給される場合に比べて、レジスト膜の反応が偏って進行することが防止される。それにより、現像ムラの発生が抑制され、線幅均一性が向上する。

（２）現像液供給手段は、基板の外周端部より外側に現像液を供給しなくてもよい。この場合、基板の外周端部を横切るように現像液が供給されることがない。それにより、現像液の飛散を抑制することができる。したがって、現像装置内の各部に現像液が付着することを防止することができる。

（３）回転保持手段は、基板の回転速度を第２の回転速度から段階的に下降させてもよい。この場合、基板上に現像液の液層が薄く引き延ばされた状態を安定に維持しつつ基板の回転速度を下降させることができる。

（４）現像液供給手段は、基板が第１の回転速度より低い第３の回転速度で回転する状態で基板の中心部に継続的に現像液を供給し、基板の回転速度が第３の回転速度から第１の回転速度に上昇した後に基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給してもよい。

この場合、基板が第３の回転速度で回転する状態では、基板上に供給された現像液に大きな遠心力が働かない。そのため、現像液が基板の中心部付近の領域内で保持される。基板の回転速度が第３の回転速度から第１の回転速度に上昇する際に、基板の中心部に保持された現像液が遠心力によって基板上の全体に瞬間的に拡がる。

それにより、基板の中心部から周縁部に連続的に現像液が供給される前に、基板の表面を予め現像液で湿潤させることができる。それにより、効率よく確実に基板の表面の全体を現像液で湿潤させることができ、少ない量の現像液でより確実に現像液の液層を形成することが可能になる。

（５）第２の発明に係る現像方法は、基板を略水平に保持しつつその基板に垂直な軸の周りで回転させる工程と、回転する基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給した後に基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給する工程とを備え、現像液を供給する工程において、基板が第１の回転速度で回転する状態で基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給し、基板が第１の回転速度より低い第２の回転速度で回転する状態で基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給するものである。

この現像方法においては、基板が略水平に保持されつつ回転する状態で、基板の中心部から周縁部に連続的に現像液が供給される。これにより、基板上の全体に現像液が供給され、基板の表面が十分に湿潤した状態になる。

続いて、基板の周縁部から中心部に連続的に現像液が供給され、基板上に現像液の液層が形成される。この場合、基板の表面が十分に湿潤した状態であることにより、基板の表面の撥水性が高い場合でも、基板上で現像液が弾かれにくい。それにより、少ない量の現像液で確実に現像液の液層を形成することができる。したがって、コストの増大を抑制しつつ現像不良の発生を防止することが可能になる。
この場合、基板の回転速度が比較的高い状態で基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給することにより、迅速に基板の表面を現像液で湿潤させることができる。また、基板の回転速度が比較的低い状態で基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給することにより、遠心力の作用が小さい状態で基板上に現像液の液層を確実に形成することができる。

また、基板を回転させた状態で現像液の液層を形成することにより、遠心力によって現像液の液層を薄く引き延ばすことができる。そのため、基板を固定した状態で現像液の液層を形成する場合に比べて、現像液の使用量をさらに抑制することができる。

また、現像液の供給位置が基板の中心部と周縁部との間で移動するので、基板上の特定の領域に継続的に現像液が供給される場合に比べて、レジスト膜の反応が偏って進行することが防止される。それにより、現像ムラの発生が抑制され、線幅均一性が向上する。

本発明によれば、少ない量の現像液で確実に現像液の液層を形成することができる。それにより、コストの増大を抑制しつつ現像不良の発生を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る現像装置および現像方法について図面を用いて説明する。以下の説明において、基板とは、半導体基板、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板等をいう。

（１）現像装置の構成
図１は、現像装置の構成を示す平面図であり、図２は図１の現像装置のＱ−Ｑ線断面図である。

図１および図２に示すように、現像装置１００は、基板Ｗを水平姿勢で吸着保持するスピンチャック１０を備える。スピンチャック１０は、モータ１１（図２）の回転軸１２の先端部に固定され、鉛直方向の軸の周りで回転可能に構成されている。スピンチャック１０の周囲には、基板Ｗを取り囲むように円形の内側カップ１３が上下動自在に設けられている。また、内側カップ１３の周囲には、正方形の外側カップ１４が設けられている。

図１に示すように、外側カップ１４の側方には、待機ポッド１５が設けられている。また、外側カップ１４および待機ポッド１５に並行して延びるようにガイドレール１６が設けられている。ガイドレール１６に沿って移動可能にアーム駆動部１７が設けられている。アーム駆動部１７には、水平面内でガイドレール１６に垂直な方向に延びるノズルアーム１８が取り付けられている。ノズルアーム１８はアーム駆動部１７により駆動され、ガイドレール１６に沿った方向に移動するとともに、上下方向に昇降する。

スピンチャック１０に関してガイドレール１６と反対側の領域には、洗浄用リンス液として純水を吐出するリンス液吐出ノズル１９が矢印Ｒ１の方向に回動可能に設けられている。

図２に示すように、ノズルアーム１８の先端部には、複数（本例では５つ）の現像液吐出口２２を有する現像液ノズル２１が設けられている。基板Ｗの現像処理時には、ノズルアーム１８が駆動されることにより、現像液ノズル２１が待機ポッド１５から基板Ｗの上方に移動する。

現像液ノズル２１は、供給管３１を介して現像液供給源Ｇ１に接続されている。供給管３１には、バルブＶ１が介挿されている。バルブＶ１を開くことにより、現像液供給源Ｇ１から現像液ノズル２１に現像液が供給される。

リンス液吐出ノズル１９は、供給管３５を介してリンス液供給源Ｇ２に接続されている。供給管３５には、バルブＶ２が介挿されている。バルブＶ２を開くことにより、リンス液供給源Ｇ２からリンス液吐出ノズル１９にリンス液が供給される。

図３は、現像液ノズル２１の概略斜視図である。図３に示すように、現像液ノズル２１には、鉛直下方に向けられた５つの現像液吐出口２２が幅方向（図１のガイドレール１６に平行な方向）に沿って等間隔で設けられている。現像液ノズル２１に供給された現像液は現像液吐出口２２から吐出される。各現像液吐出口２２は、現像液ノズル２１の移動に伴いスピンチャック１０に保持された基板Ｗの中心部の上方を通過するように配置されている。

図４は、現像装置１００の制御系を示すブロック図である。図４に示すように、現像装置１００は制御部５０を備える。スピンチャック１０、モータ１１、アーム駆動部１７、リンス液吐出ノズル１９およびバルブＶ１，Ｖ２の動作は、制御部５０により制御される。

（２）現像装置の動作
次に、現像装置１００の動作について説明する。図５は、基板Ｗの現像処理時における基板Ｗの回転速度、現像液の流量およびリンス液の流量の変化を示すタイミング図である。本実施の形態では、現像処理の工程が、液層形成工程、現像工程および洗浄工程に分けられる。なお、以下に説明する現像処理は、基板Ｗ上に形成されたレジスト膜に露光処理が施された後に行われる。

図５に示すように、液層形成工程の時点ｔ１で、スピンチャック１０により基板Ｗの回転が開始される。続く時点ｔ２で、現像液ノズル２１からの現像液の吐出が開始される。時点ｔ１〜ｔ３の期間において、基板Ｗの回転速度が例えば１０００ｒｐｍに維持される。

時点ｔ３で基板Ｗの回転速度が例えば２００ｒｐｍに下降し、時点ｔ４で基板Ｗの回転速度が例えば５０ｒｐｍに下降する。そして、時点ｔ５で、基板Ｗの回転が停止される。また、時点ｔ６で、現像液ノズル２１からの現像液の吐出が停止される。なお、時点ｔ２〜ｔ６の期間において、現像液ノズル２１は、現像液を吐出しながら基板Ｗの中心部の上方と周縁部の上方との間を移動する。現像液の吐出流量は、例えば４００ｍｌ／ｍｉｎで維持される。

この液層形成工程においては、基板Ｗ上のレジスト膜を覆うように現像液の液層が形成される。液層形成工程の詳細については後述する。

現像工程の時点ｔ６〜ｔ７の期間には、現像液の吐出および基板Ｗの回転が停止した状態で維持される。この期間に、基板Ｗ上に保持された現像液によりレジスト膜のパターン部を除く部分の溶解反応が進行する。

洗浄工程の時点ｔ７〜ｔ８の期間に、スピンチャック１０により基板Ｗが例えば７００ｒｐｍで回転するとともに、リンス液吐出ノズル１９から基板Ｗにリンス液が吐出される。それにより、基板Ｗ上の現像液および溶解したレジストが洗い流される。続いて、時点ｔ８〜ｔ９の期間に、基板Ｗが高速の例えば２０００ｒｐｍで回転する。その回転に伴う遠心力により、基板Ｗに付着するリンス液が振り切られ、基板Ｗが乾燥される。これにより、基板Ｗの現像処理が終了する。

（３）液層形成工程
次に、図５および図６を参照しながら液層形成工程における現像装置１００の動作の詳細について説明する。図６は、液層形成工程における現像装置１００の動作について説明するための模式的平面図および側面図である。

図５の時点ｔ２において、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、現像液ノズル２１が基板Ｗの中心部の上方に位置する状態で現像液の吐出を開始する。そして、図５の時点ｔ２〜ｔ３の期間に、図６（ｃ）および図６（ｄ）に示すように、現像液ノズル２１が現像液を吐出しつつ基板Ｗの中心部の上方から周縁部の上方まで移動する。これにより、基板Ｗ上の全体に現像液が供給される。

図５の時点ｔ３〜ｔ４の期間には、基板Ｗの回転速度が下降するとともに、図６（ｅ）および図６（ｆ）に示すように、現像液ノズル２１が現像液を吐出しつつ基板Ｗの周縁部の上方から中心部の上方まで移動する。この場合、基板Ｗの外方に振り切られる現像液の量が減少し、供給された現像液が基板Ｗ上で保持される。それにより、基板Ｗ上に現像液の液層が形成される。

ここで、時点ｔ２〜ｔ４の期間において、現像液ノズル２１は、現像液吐出口２２が基板Ｗの上方の領域から外側にはみ出ないように移動する。この場合、基板Ｗの外周端部を横切るように現像液が供給されることがない。それにより、現像液の飛散を抑制することができる。したがって、現像装置１００内の各部に現像液が付着することを防止することができる。

なお、現像液ノズル２１は、例えば基板Ｗの直径が３００ｍｍである場合に、基板Ｗの中心部の上方から周縁部の上方までを例えば１〜３秒で移動し、基板Ｗの周縁部の上方から中心部の上方までを例えば１〜５秒で移動する。

現像液ノズル２１の移動速度は、一定であってもよく、移動方向または位置に応じて変化してもよい。例えば、基板Ｗの周縁部の上方付近における現像液ノズル２１の移動速度が、基板Ｗの中心部の上方付近における現像液ノズル２１の移動速度よりも低くてもよい。この場合、面積が大きい基板Ｗの周縁部の領域にも十分に現像液を供給することができる。

図７は、現像液の液層の形成過程を示す斜視図および側面図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、基板Ｗが回転する状態で現像液ノズル２１が現像液を吐出しつつ基板Ｗの周縁部の上方から基板Ｗの中心部の上方に向かって移動することにより、基板Ｗの周縁部から中心部に向かって渦巻き状に現像液が供給される。それにより、基板Ｗの周縁部から中心部に向けて現像液の液層が形成されていく。

本実施の形態では、液層を形成する前の時点ｔ２〜ｔ３の期間に、基板Ｗの表面の全体に現像液が供給される。それにより、基板Ｗの表面の全体が現像液で湿潤した状態になり、基板Ｗの表面の濡れ性が良くなる。そのため、基板Ｗの表面（レジスト膜の表面）の撥水性が高い場合でも、基板Ｗ上で現像液が弾かれにくくなる。それにより、少ない量の現像液で確実に液層を形成することが可能になる。したがって、コストの増大を抑制しつつ現像不良の発生を防止することが可能になる。

また、基板Ｗを回転させた状態で現像液の液層を形成することにより、遠心力によって現像液の液層を薄く引き延ばすことができる。そのため、基板Ｗを固定した状態で現像液の液層を形成する場合に比べて、現像液の使用量を抑制することができる。

また、現像液ノズル２１が移動しながら基板Ｗに現像液を供給することにより、基板Ｗ上の特定の領域においてレジスト膜の反応が偏って進行することが防止される。それにより、現像ムラの発生が抑制され、ＣＤ（線幅）均一性が向上する。

また、本実施の形態では、現像液の液層を形成した後、基板Ｗの回転速度を一時的に低速の５０ｒｐｍに保持し、その後、基板Ｗの回転を停止する。このように、基板Ｗの回転の停止前に基板Ｗの回転速度を極めて低い状態で一時的に保持することにより、基板Ｗ上に現像液の液層が薄く引き延ばされた状態を安定に維持しつつ基板Ｗの回転を停止することができる。それにより、基板Ｗへの現像液の供給を停止した状態で、レジスト膜の現像を確実に進行させることができる。したがって、現像液の使用量をより削減することができる。

なお、基板Ｗの回転速度および現像液の流量は、上記の例に限定されず、基板Ｗの大きさまたは撥水性等の種々の条件に応じて適宜変更してもよい。

例えば、時点ｔ１〜ｔ３の期間においては、基板Ｗの回転速度を５００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下の範囲で調整することが好ましい。時点ｔ１〜ｔ３の期間における基板Ｗの回転速度は、請求項における第１の回転速度に相当する。基板Ｗの回転速度が高すぎると、基板Ｗに供給された現像液の大部分が遠心力によって基板Ｗの外方に振り切られ、基板Ｗの表面を十分に現像液で湿潤させることができない。一方、基板Ｗの回転速度が低すぎると、現像液を基板Ｗ上で適度に拡げることができない。

また、時点ｔ３〜ｔ４の期間においては、基板Ｗの回転速度を１００ｒｐｍ以上５００ｒｐｍ以下の範囲で調整することが好ましい。時点ｔ３〜ｔ４の期間における基板Ｗの回転速度は、請求項における第２の回転速度に相当する。基板Ｗの回転速度が高すぎると、基板Ｗ上で現像液を保持することができない。一方、基板Ｗの回転速度が低すぎると、時間効率が悪化する。

また、時点ｔ４〜ｔ５の期間においては、基板Ｗの回転速度を１０ｒｐｍ以上１００ｒｐｍ以下の範囲で調整することが好ましい。基板Ｗの回転速度が高すぎると、基板Ｗ上に現像液の液層を安定に保持しつつ基板Ｗの回転を停止させることができない。一方、基板Ｗの回転速度が低すぎると、現像液の液層を薄く引き延ばした状態で維持することができず、表面張力によって現像液が基板Ｗ上の一部の領域に集まる可能性がある。

また、現像液の流量は、３００ｍｌ／ｍｉｎ以上６００ｍｌ／ｍｉｎの範囲で調整することが好ましい。また、現像液ノズル２１の移動方向または位置に応じて現像液の流量を変化させてもよい。

（４）液層形成工程における他の動作例
次に、液層形成工程における現像装置１００の他の動作例について説明する。図８は、本例の液層形成工程における基板Ｗの回転速度、現像液の流量およびリンス液の流量の変化を示すタイミング図である。

本例が図５に示した例と異なるのは以下の点である。図８に示すように、本例では、まず時点ｔ１１で基板Ｗが低速の２０ｒｐｍで回転を開始するとともに、現像液ノズル２１が基板Ｗの中心部の上方において現像液の吐出を開始する。その後、基板Ｗの回転速度が１０００ｒｐｍに上昇するとともに現像液ノズル２１が現像液を吐出しつつ移動を開始する。そして、上記の例と同様の動作が行われる。なお、時点ｔ１１〜ｔ１の期間における基板Ｗの回転速度は、請求項における第３の回転速度に相当する。

図９は、基板Ｗ上に供給された現像液の状態を示す平面図および側面図である。図８の時点ｔ１１〜ｔ１の期間には、基板Ｗの回転速度が低いので、基板Ｗに供給された現像液に遠心力が働かない。そのため、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、基板Ｗの中心部に供給された現像液が、基板Ｗの周縁部へと拡がらずに表面張力によってほぼ一定の領域内で保持される。

図８の時点ｔ１で基板Ｗの回転速度が上昇すると、図９（ｃ）および図９（ｄ）に示すように、基板Ｗの中心部上に保持された現像液が遠心力によって基板Ｗ上の全体に瞬間的に拡がる。

このように、時点ｔ１において予め基板Ｗの表面の全体に現像液を拡げることができるので、効率よく確実に基板Ｗの表面の全体を現像液で湿潤させることができる。したがって、少ない量の現像液でより確実に液層を形成することが可能になる。

なお、本例では、時点ｔ１１〜ｔ６の期間において現像液が継続して吐出されるが、時点ｔ１１から所定量の現像液が吐出された後、現像液の吐出が一旦停止されてもよい。

（５）さらに他の動作例
上記の例では、現像処理工程において基板Ｗの回転を停止しているが、これに限らず、現像処理工程において基板の回転を維持してもよい。その場合、基板Ｗの回転速度が例えば２００ｒｐｍ以下に調整される。また、その場合、回転する基板Ｗに継続的に現像液を供給してもよい。

（６）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態では、スピンチャック１０およびモータ１１が回転保持手段の例であり、現像液ノズル２１が現像液供給手段の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、種々の基板の処理に有効に利用することができる。

現像装置の構成を示す平面図である。 図１の現像装置のＱ−Ｑ線断面図である。 現像液ノズルの概略斜視図である。 現像装置の制御系を示すブロック図である。 基板の現像処理時における基板の回転速度、現像液の流量およびリンス液の流量の変化を示すタイミング図である。 液層形成工程における現像装置の動作について説明するための模式的平面図および側面図である。 現像液の液層の形成過程を示す斜視図および側面図である。 液層形成工程の他の例における基板の回転速度、現像液の流量およびリンス液の流量の変化を示すタイミング図である。 基板上に供給された現像液の状態を示す平面図および側面図である。

符号の説明

１０ スピンチャック
１１ モータ
１６ ガイドレール
１７ アーム駆動部
１８ ノズルアーム
１９ リンス液吐出ノズル
２１ 現像液ノズル
２２ 現像液吐出口
１００ 現像装置
Ｗ 基板

Claims (5)

1. 基板を略水平に保持しつつその基板に垂直な軸の周りで回転させる回転保持手段と、
   基板が前記回転保持手段により回転する状態で、基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給した後に基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給する現像液供給手段とを備え、
   前記現像液供給手段は、基板が第１の回転速度で回転する状態で基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給し、基板が前記第１の回転速度より低い第２の回転速度で回転する状態で基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給することを特徴とする現像装置。
2. 前記現像液供給手段は、基板の外周端部より外側に現像液を供給しないことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記回転保持手段は、基板の回転速度を前記第２の回転速度から段階的に下降させることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
4. 前記現像液供給手段は、基板が前記第１の回転速度より低い第３の回転速度で回転する状態で基板の中心部に継続的に現像液を供給し、基板の回転速度が前記第３の回転速度から前記第１の回転速度に上昇した後に基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 基板を略水平に保持しつつその基板に垂直な軸の周りで回転させる工程と、
   回転する基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給した後に基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給する工程とを備え、
   前記現像液を供給する工程において、
   基板が第１の回転速度で回転する状態で基板の中心部から周縁部に連続的に現像液を供給し、基板が前記第１の回転速度より低い第２の回転速度で回転する状態で基板の周縁部から中心部に連続的に現像液を供給することを特徴とする現像方法。

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