专利名称：衬底处理装置及采用此装置的衬底处理方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造、光刻掩模制造、液晶显示器件制造工程等的衬底处理装置及衬底处理方法，特别是涉及涂敷光刻胶并对预定图形曝光的衬底进行显影的显影装置及采用此装置的显影方法。
过去在这种显影工序中，采用的是将被处理衬底浸泡于显影液中进行处理的浸泡法，将显影液喷洒到被处理表面上进行处理的喷洗法，及一边使被处理衬底旋转一边向被处理表面提供显影液进行处理的叶片法。
但是，由于这种浸泡法和喷洗法存在需要大量显影液及废液处理需要费用的问题，逐渐向叶片法过渡，在叶片法中，由于在这种叶片法中与被处理衬底中心相比较显影液的吐出压力和供给单位面积的药液量有差别，存在显影斑的问题。
于是，开发出了在日本专利特开平7-36195号公报(以下称其为现有技术)中所公开的那种将显影液以扫描方式供给被处理表面，使被处理表面由满量的显影液进行显影的扫描法。
然而，近年来，在半导体领域中，随着半导体器件进入微细化及高密度化，对光刻工序的微细化的要求不断提高。现在，器件的设计规程要求达到0.13μm的微细化，必需的控制图形精度要达到10nm的极严格的精度。
但是，在上述的现有的扫描显影中，存在着由于图形的疏密差使形成的图形尺寸不同的问题。即在现有的扫描显影中，虽然显影液是以扫描方式供给衬底的被处理表面，但在显影中，疏的图形部分和密的图形部分处显影液和光刻胶的反应生成物的量不同，显影液会出现浓度差。因此，存在由于图形的疏密差会使图形尺寸不同而得不到高精度图形的问题。
在上述衬底处理装置中，上述药液喷出/吸引单元的开口的配置顺序为，从被处理衬底和上述药液喷出/吸引单元的相对水平移动方向一侧起，按上述药液吸引开口、上述药液喷出开口、上述药液吸引开口的顺序配置。
另外，为达到上述目的，本发明的第二发明所涉及的衬底处理装置，特征在于包括保持被处理衬底为大致水平的衬底保持机构，包含具有用来向上述被处理衬底喷出药液的药液喷出开口和用来吸引药液的药液吸引开口的、两个以上交互配置的药液喷出/吸引单元的药液喷出/吸引机构，以及使上述药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底相对水平移动的移动机构。
在上述衬底处理装置中，上述药液喷出/吸引单元的开口的配置顺序最好是，从被处理衬底和上述药液喷出/吸引单元的相对水平移动方向一侧起，按第一药液喷出开口、药液吸引开口、第二药液喷出开口、药液吸引开口、第三药液喷出开口的顺序配置。
上述第一及第二发明的衬底处理装置的构成最好还包括用来测定上述药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底的被处理表面之间的距离的间隙测定机构；以及用来保持由上述间隙测定机构测得的距离为规定值的间隙调整机构。
上述衬底处理装置中的上述衬底保持机构最好是真空吸盘。
此外，为达到上述目的，本发明的第三发明所涉及的衬底处理方法，特征在于是一种在从药液喷出/吸引单元的药液喷出开口向着保持被处理表面为大致水平的被处理衬底连续喷出药液的同时，由与上述药液喷出开口邻接配置于上述药液喷出/吸引单元中的上述药液吸引开口连续吸引上述被处理表面上的药液，在上述的药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底相对水平移动的同时，对上述被处理衬底进行药液处理的衬底处理方法，在上述药液喷出/吸引单元和上述被处理表面之间，以及在上述药液喷出开口和上述药液吸引开口范围内的间隙中不断有新鲜药液供给。
在上述衬底处理方法中，上述药液吸引开口最好是设置于上述药液喷出开口的两侧，而从上述药液喷出开口喷出的药液最好是通过上述药液喷出开口两侧的上述药液吸引开口被吸引。
还有，为达到上述目的，本发明的第四发明所涉及的衬底处理方法，特征在于是一种在把被处理表面保持为大致水平的被处理衬底上配置具有向被处理衬底喷出药液的药液喷出开口和用来吸引上述被处理衬底上的药液的药液吸引开口的、两个以上交互配置的药液喷出/吸引单元，在从上述药液喷出开口向上述被处理衬底连续喷出药液的同时，由上述药液吸引开口连续吸引上述处理表面上的药液，在使上述药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底相对水平移动的同时，对上述被处理表面进行药液处理的衬底处理方法，在上述药液喷出/吸引单元和上述被处理表面之间，以及在上述药液喷出开口和上述药液吸引开口范围内的间隙中不断有新鲜药液供给。
在上述发明的衬底处理方法中，上述药液喷出/吸引单元的开口的配置顺序最好是，从上述被处理衬底和上述药液喷出/吸引单元的相对水平移动方向一侧起，按第一药液喷出开口、药液吸引开口、第二药液喷出开口、药液吸引开口、第三药液喷出开口的顺序配置。
在上述第三及第四发明的衬底处理方法中最好是在被处理衬底上的被处理表面改性以后进行上述药液处理。
根据上述的本发明，由于从药液喷出开口连续喷出的药液被邻接的药液吸引开口连续吸引，在药液喷出/吸引单元和被处理表面之间，以及在上述药液喷出开口和上述药液吸引开口范围内的间隙中不断有新鲜药液供给，完成药液处理后的药液立即直接被吸引而去除，被处理表面上的药液浓度差可以消除，可能实现高精度的药液处理。
图2为示出本发明实施形态的显影装置的衬底托架的斜视图。
图3为示出本发明实施形态的显影装置的扫描喷嘴图，(a)是从上方观察的俯视图，(b)是从下方观察的仰视图，(c)是沿(a)的A-A′线的剖视图。
图4为沿图3(c)的B-B′线的剖视图。
图5为概略示出在本发明的实施形态中利用被处理衬底上的扫描喷嘴喷出和吸引药液的状态的概略图。
图6为示出本发明实施形态的显影装置的显影过程的示图。
图7为示出第4实施形态的显影装置的扫描喷嘴的概略结构的一种形态的示例图。
图8为示出从下方观察第4实施形态的显影装置的扫描喷嘴的平面图。
图9为示出利用图7示出的扫描喷嘴的显影工序的平面图。
实施发明的具体方式下面参照附图对本发明的实施形态予以说明。
下面通过实施形态说明本发明的显影装置及应用此显影装置的显影方法的例子。(实施形态1)首先，利用
图1至图4对本发明的显影装置及应用此显影装置的显影方法予以说明。
图1为概略示出显影装置的概略图，(a)是从移动方向观察的正面图，(b)是从移动方向观察的侧视图，图2为示出显影装置的衬底托具的斜视图。
如图1所示，本实施形态的显影装置100包括被处理衬底11，例如保持半导体晶片为大致水平的衬底保持机构10，配置于上述衬底保持机构10的上方的药液喷出/吸引机构20，向上述药液喷出/吸引机构20供给药液及从上述药液喷出/吸引机构20吸引药液的药液供给/吸引系统30，在上述药液喷出/吸引机构20上设置的间隙测定机构40，在上述药液喷出/吸引机构20的两端设置的间隙调整机构50，以及使上述药液喷出/吸引机构20和上述衬底保持机构10在大致水平方向上相对移动的移动机构60。
上述衬底保持机构10具有比如35cm见方的平面矩形的衬底托架12，在上述衬底托架12上面，如图2所示，有一个容纳半导体晶片11的凹部13。上述凹部13具有与上述半导体晶片11大致相同尺寸的平面构造，以及与上述半导体晶片11的厚度大致相同的深度。
作为上述衬底托架12最好是选择其表面和被处理衬底的表面的润湿性大致相同的材质。具体而言，就是在上述被处理衬底上的显影液的接触角和上述衬底托架上的显影液的接触角大致相同。
上述药液喷出/吸引机构20具有药液喷出/吸引单元(下面称其为扫描喷嘴)21。
上述扫描喷嘴的详细构成如图3及图4所示。图3(a)是扫描喷嘴的俯视图，(b)是仰视图，(c)是沿(a)的A-A′线的剖视图，图4为沿图3(c)的B-B′线的剖视图。
如图3及图4所示，上述扫描喷嘴21具有与上述衬底托架12的移动方向垂直方向上的长边以及与移动方向平行方向上的短边的横断面为长方形的直柱状构造，与上述衬底托架12相对的下表面是平坦表面，长边的长度至少大于上述衬底托架12的宽度。
在本实施形态中，上述扫描喷嘴21的长边的长度大约为35cm，短边的长度大约为5cm。
在上述扫描喷嘴21的下面形成有用来向上述半导体晶片11供给药液的狭缝状的第一药液喷出开口22、及用来吸引在上述半导体晶片11上的满量的药液的狭缝状的药液吸引开口23。
在本实施形态中，第一药液喷出开口22及药液吸引开口23具有与上述衬底托架12的移动方向垂直方向上的长边、以及与移动方向平行方向上的短边的长方形的开口。
在本实施形态中，三个药液喷出开口22a、22b、22c和两个药液吸引开口23a、23b是沿着和上述衬底托架12的移动方向平行的方向按规定的间隔配置。其中的中央开口22a是供给第一药液的第一药液喷出开口，比如喷出显影液的显影液喷出开口(下面称其为显影液喷出开口)，其两邻侧的开口23a、23b是药液吸引开口，而在更外侧位于移动方向前方的开口22b是供给第二药液的第二药液喷出开口，比如预湿液喷出开口(下面称其为预湿液喷出开口)，位于上述移动方向后方的开口22c是供给第三药液的第三药液喷出开口，比如冲洗液喷出开口(下面称其为冲洗液喷出开口)。
上述显影液喷出开口22a喷出的显影液由于两肋的上述药液吸引开口23a的吸引力从上述显影液喷出开口22a自然下落。
另外，此处，上述显影液喷出开口22a的长度为310mm，宽度为1mm，上述吸引开口23a，23b的长度为310mm，宽度为3mm，而上述预湿液喷出开口22b及冲洗液喷出开口22c的长度都为310mm，宽度为3mm。
于是，上述显影液喷出开口22a和上述药液吸引开口23a、23b的间隔t1约为5mm，上述预湿液喷出开口22b和上述药液吸引开口23a的间隔t2及上述冲洗液喷出开口22c和上述药液吸引开口23b的间隔t3都约为5mm。
在上述扫描喷嘴21的内部，在其下方形成有各开口22a、22b、22c、23a及23b的狭缝喷嘴24a、24b、24c及25a、25b、上述24b、24c及25a、25c在上部通过各药液供给配管32及药液吸引配管33分别与图中未示出的药液供给系统及药液吸引系统相连接，与上述显影液喷出开口22a连接的上述狭缝喷嘴24a通过用来使显影液在狭缝喷嘴24a的纵向方向上均匀扩散的储液罐26与图中未示出的药液供给系统相连接。
在上述扫描喷嘴20的侧面设置有用来测定上述扫描喷嘴20的下表面和上述衬底托架12上载置的半导体晶片11的上表面之间的间隔的使用激光的间隙测定机构40。
上述移动机构60具有扫描台61，上述间隙调整机构50设置于上述扫描喷嘴21的两端，安装成为与上述扫描喷嘴21形成一体而可以在上述扫描台61上在水平方向上移动。
于是，上述间隙调整机构50具有压电元件，根据上述间隙调整机构50的测定结果，可调整上述扫描喷嘴21的下表面和上述衬底托架12上载置的半导体晶片11的上表面之间的间隔为规定值。
下面参照图5及图6对采用本实施形态的显影装置的显影方法予以说明。
图5为概略示出利用被处理衬底上的扫描喷嘴喷出和吸引药液的状态的概略图，图6的(a)、(b)、(c)为示出显影处理各步骤的侧视图，(a′)、(b′)、(c′)、(d′)为俯视图。
首先，如图5所示，将上述扫描喷嘴21配置成为接近被处理衬底11的被处理表面，在从中央的上述显影液喷出开口22a喷出显影液，从上述预湿液喷出开口22b喷出预湿液，从上述冲洗液喷出开口22c喷出冲洗液的同时，上述被处理表面上的满量的药液由上述药液吸引开口23a、23b吸引。上述显影液通过上述显影液喷出开口22a的下表面和上述被处理表面之间的间隙流动，在该区域中不断有新鲜的上述显影液供给，溶解了光刻胶的上述显影液直接被吸引而除去，上述区域一直处于新鲜的上述显影液满量的状态。
另外，上述的预湿液，在向上述被处理表面上喷出时，一部分由上述预湿液一侧的药液吸引开口23a与上述显影液一起吸引，而大部分由上述预湿液喷出开口22b的前方侧(移动方向侧)的上述扫描喷嘴21的下表面和上述被处理表面之间的间隙喷出进行预湿处理，即对被处理表面进行改性处理，这种改性处理后的上述预湿液由于上述扫描喷嘴21的移动，直接由上述药液吸引开口23吸引而去除，同时为显影液替换。另一方面，从上述冲洗液喷出开口22c喷出的上述冲洗液一部分由上述药液吸引开口23与上述显影液一起吸引，而另外的大部分由上述预湿液喷出开口22c的后方侧(移动方向的对侧)的上述扫描喷嘴21的下表面和上述被处理表面之间的间隙喷出。随着上述扫描喷嘴21的移动，上述显影处理过的区域的上述显影液顺次地在由上述药液吸引开口23b吸引除去的同时，为从上述冲洗液喷出开口22c喷出的上述冲洗液所置换并由上述药液吸引开口23b吸引，剩余的上述冲洗液在上述扫描喷嘴21移动后残留于上述被处理表面上，最后可旋转被处理衬底11而除去。
其次，被处理衬底的显影处理如下，首先，如图6(a)所示的状态是在上述扫描喷嘴21位于上述被处理衬底11左侧的上述衬底托架12上时，如上所述，上述显影液喷出开口22a，上述预湿液喷出开口22b及上述冲洗液喷出开口22c分别向上述衬底托架12喷出上述显影液，上述预湿液及上述冲洗液，同时由上述药液吸引开口23a，23b吸引喷出到上述衬底托架12上的药液。
上述衬底托架12上的各药液的流动在完成的阶段中，使上述扫描喷嘴21按着箭头方向(纸面上从左侧向右侧)开始移动，在通过上述被处理衬底11(图6(b)，(b′))后，至少到达上述被处理衬底11的右侧的上述衬底托架12处。
上述扫描喷嘴21的上述冲洗液喷出开口22c在被处理衬底11上通过，在进入上述衬底托架12的阶段各药液停止喷出。
根据上述实施形态，不断地有新鲜的显影液直接供给半导体晶片11的表面，此外，由于显影使用的显影液是马上吸引除去，在半导体晶片11上不会产生显影液的浓度差。因此，几乎不会发生由于图形的疏密而造成的加工尺寸的变动。
下面对采用上述显影装置进行显影的实施例予以描述。(实施例1)首先，形成直径30cm的圆形Si晶片，再形成对193nm的光可以感光的化学放大型光刻胶膜。之后，在上述Si晶片的表面上通过曝光掩模以193nm进行选择曝光，使上述光刻胶膜中产生酸。再在140℃下将上述Si晶片加热60秒，使酸扩散形成潜影。
然后将上述Si晶片11放入上述衬底托架12的上述凹部13内。
这样，如图6(a)所示，在上述衬底托架12的一端部A上，以大约50 μm的间隔将上述扫描喷嘴21配置于上述衬底托架12之上，从上述显影液喷出开口22a，上述预湿液喷出开口22b及上述冲洗液喷出开口22c分别向上述衬底托架12喷出上述显影液，上述预湿液及上述冲洗液，同时由上述药液吸引开口23a、23b吸引喷出到上述衬底托架12上的药液，调整各药液的流动。
之后，上述衬底托架12上的各药液的流动在完成的阶段中，使上述扫描喷嘴21按着箭头方向(纸面上从左侧向右侧)开始移动，相对上述Si晶片11，从上述衬底托架12的一端A向他端B移动，使上述扫描喷嘴21以规定的速度移动进行显影。移动速度为11mm/分。上述显影液喷出开口22a和上述药液吸引开口23a的间隔为5mm，因为在上述显影液喷出开口22a的两侧有上述间隔，并且上述显影液喷出开口22a的宽度为1mm，所以在上述扫描喷嘴21和上述Si晶片11的表面之间存在的区域(上述药液吸引开口23a，23b之间)在与移动方向平行的方向上大约为11mm。即在观察Si晶片11上的某一点时，显影液通过该处的时间为1分钟，可以说显影时间是1分钟。
在以上述扫描喷嘴21开始显影时在上述Si晶片11的中央位置处的图形的显影的情况如下。在上述扫描喷嘴21开始移动13分钟后上述预湿液喷出开口22b通过图形上方。由此，在上述光刻胶表面上充满上述预湿液。
接着，前面的药液吸引开口23a大约在其10秒后通过上述图形的上方。此时，在上述光刻胶表面处由显影液置换上述预湿液。由此开始上述光刻胶的显影。
其后，大约30秒钟之后，上述显影液喷出开口22a通过上述图形上方，再经过大约30秒钟之后，第二个上述药液吸引开口23b通过上述图形上方。此时，在上述光刻胶表面处由冲洗液置换显影液。从前面的上述药液吸引开口23a通过一直到第二个上述药液吸引开口23b通过期间进行显影。
于是，上述扫描喷嘴21通过之后，成为冲洗液充满上述Si晶片11的表面的状态。最后，旋转上述Si晶片11，除去上述冲洗液，干燥后就形成所要求的光刻胶图形。
根据上述实施例，几乎不会发生作为现有问题的由于图形的疏密造成的加工尺寸的变动。比如，在2mm见方的矩形的衬底托架12的中央处线宽100nm、长度20μm的线条5根并列的线条空间图形的线条空间图形的中央的线条图形的尺寸，与仅仅配置线宽100nm、长度20μm的线条5根并列的线条空间图形的场合相同的场所的尺寸现在会生成20nm程度的差异，而在本实施例中尺寸差小于2nm。
另外，在实际的器件制作中使用的图形中，特别是图形的疏密差变化大的图形中，可以将面内所有图形的尺寸控制在期望值的±3％，可大幅度提高最后获得的器件的特性。(实施形态2)在直径30cm的圆形Si晶片上形成反射防止膜，再形成对193nm的光可以感光的化学放大型光刻胶膜。在上述Si晶片的表面上通过曝光用掩模以193nm进行选择曝光，使上述光刻胶膜中产生酸。再在140℃下将上述Si晶片加热60秒，使酸扩散形成潜影。
然后将上述Si晶片11放入上述衬底托架12的上述凹部13内。
这样，如图6(a)所示，在上述衬底托架12的一端部A上，从上述显影液喷出开口22a，上述预湿液喷出开口22b及上述冲洗液喷出开口22c分别向上述衬底托架12喷出上述显影液，上述预湿液及上述冲洗液，同时由上述药液吸引开口23a、23b吸引喷出到上述衬底托架12上的药液，调整各药液的流动。
之后，上述衬底托架12上的各药液的流动在完成的阶段中，使上述扫描喷嘴21按着箭头方向(纸面上从左侧向右侧)开始移动，相对上述Si晶片11，从上述衬底托架12的一端A向他端B移动，将图1所示的上述扫描喷嘴21的变形以一定速度移动而进行显影。
在本实施例中，分别将上述扫描喷嘴21的上述预湿液(纯水)扫描面(上述预湿液喷出开口22b和上述显影液喷出开口22a之间的区域)设定为5mm，将显影液扫描面(上述显影液喷出开口22a和上述冲洗液喷出开口22c之间的区域)设定为50mm，将冲洗液扫描面(上述冲洗液喷出开口22c和到上述扫描喷嘴21端部的距离)设定为10mm。
另外，在上述扫描喷嘴21固定的场合各种液体的流速为500mm/sec。这些扫描面相对上述Si晶片表面以大约200μm的间隙对向设置。
另外，在这些扫描面之间，相对被处理衬底表面以大约100μm的间隔对向设置拒水性的屏障。上述扫描喷嘴21的移动速度设为10mm/sec。
在以这种上述扫描喷嘴21开始显影时，从上述衬底托架12的一端A向着另一端B的20mm的位置处的图形的显影情况如下。在上述扫描喷嘴21开始移动2秒钟后，纯水扫描面通过图形上方。在此后0.5秒内，纯水喷洒表面，光刻胶变成为亲水性。
之后，伴随通过拒水性屏障上述光刻胶表面上残存的水通过去除吸着层而排出。接着显影液扫描面以5秒钟通过此图形上方。显影时间大约为5秒钟，由于显影液的流速很快，可以得到非常迅速的显影速度，从而形成图形。
另外，冲洗液扫描面通过上述图形表面，置换显影进行充分清洗。
在本实施例中，在被处理衬底的任意部分，预湿—显影—冲洗可在相同的条件下进行，可以显著提高被处理衬底的面内加工(尺寸)的均匀性。此时的加工精度以尺寸计对所有的图形都可达到期望值的±3％，可大幅度提高最后获得的器件的特性。(实施形态3)
下面对在光刻掩模衬底的制造中采用上述实施形态的显影装置的例子予以说明。
在以正性化学放大型光刻胶以500nm的厚度涂敷的Cr掩模坯料上，利用具有50keV的加速电压的电子描绘装置(东芝机械制，EBM3000)描绘0.15μm规格的线条空间系统的1G DRAM的图形。描绘之后在110℃烘烤15分钟。
之后，在上述显影装置上装载衬底，将上述扫描喷嘴从一端A向着其对向的另一端B以一定速度移动进行显影。移动速度为11mm/分。上述显影液喷出开口22a和上述药液吸引开口23a的间隔为5mm，因为在上述显影液喷出开口22a的两侧有上述间隔，并且上述显影液喷出开口22a的宽度为1mm，所以在上述扫描喷嘴和上述衬底表面之间存在显影液的场所在与移动方向平行的方向上大约为11mm。即在观察上述衬底表面上的某一点时，显影液通过该处的时间为1分钟，可以说显影时间是1分钟。
之后，将上述衬底从上述显影装置中取出，将光刻胶图形作为光刻掩模利用反应性离子刻蚀对Cr膜进行刻蚀。刻蚀所使用的装置为阿儿巴科成膜公司制造的MEPS-6502装置。刻蚀气体使用的是氯气和氧气的混合气体。之后，利用灰化装置将光刻胶剥离，用洗净机清洗。
于是，利用尺寸测定装置(Leica制的LWM)测定形成的Cr图形的尺寸。该结果与图形尺寸的平均值和目标尺寸的差为5nm，Cr图形尺寸的面内均匀性为10nm(3σ)。
下面，作为确认本发明的有效性的实验，利用尼康公司制的KrF扫描光刻机制造的掩模，将晶片曝光，对曝光裕度进行评价。评价是通过改变散焦量和曝光量来藉助SEM测定在晶片上形成的光刻胶图形的尺寸进行的。其结果为在晶片上形成的光刻胶图形的尺寸的变动量小于10％的散焦裕度为0.45μm，其时的曝光量裕度为12％。
在上述实施例中，也可以根据冲洗液扫描面的冲洗功能将其分割为多个。比如，在冲洗时顺次使用臭氧水，溶氢水(日语为“水素水”)的场合，也可以使冲洗液扫描面以臭氧水扫描面+拒水性屏障+溶氢水扫描面形式形成，相应于各自的处理时间采用设定扫描面区域和流量的喷嘴。
各自的流量也可以不与本实施例所示的那样都相同，而是个个都独立设定。也可根据拒水性屏障的药液分离性能适时变更。另外，流速、喷嘴移动速度也可根据必需的RPT(净工艺时间)适时变更。
另外，在扫描面之间不限于拒水性屏障，在可以得到邻接液体不混合，或即使混合也可获得各个液体的所要求的特性的场合，壁材也可以任意改变。(实施形态4)图7为示出本发明的第4实施形态的显影装置的衬底处理单元的概略结构的一种形态的示例图。在图7中，与图3～图5相同的部位赋予相同的标号，其说明省略。
在本实施形态中，位于开口22b和开口22c之间的显影液喷出开口22a配置于开口22b和开口22c的中点以外的位置。在本实施形态的场合，显影液喷出开口22a配置于相对上述中点的移动方向的前侧。还有，冲洗液是同时从开口22b和开口22c喷出。
如图7所示，衬底托架12的构成包括表面载置有晶片71，和晶片几乎同样直径的晶片保持器75，围在晶片保持器75及晶片71的周围可上下动的辅助板78。在晶片71的表面形成感光薄膜72。辅助板78的表面做成与感光薄膜72的表面相同，在药液吸引开口23吸引药液时，晶片面内有相等的吸引力作用。
图8为示出各个开口的扩大图。显影液喷出开口22a与药液吸引开口23a的距离为3mm，显影液喷出开口22a与药液吸引开口23b的距离为17mm。所以，从显影液喷出开口22a喷出的显影液形成向着配置于其两侧的药液吸引开口23a、23b的流动，在该区域内进行显影处理。
扫描喷嘴21内部的狭缝喷嘴及储液罐内的药液是可用加热器调温的结构。扫描喷嘴21的下表面和感光薄膜72之间的距离设定为大约100μm。在扫描喷嘴21上设置有预湿液喷出开口22b，22c，显影液73形成流动的区域的周围可以由冲洗液74覆盖。
利用图中未示出的喷嘴控制系统可以对显影液喷出流量、显影液喷出时间、吸引流量、吸引时间、冲洗液喷出量、喷出时间、扫描喷嘴移动速度，扫描喷嘴内的加热器的温度等进行控制。
下面示出向晶片供给显影液的具体方法。对在欲加工的底膜上形成0.4μm厚的光刻胶等的感光薄膜72的晶片71利用KrF准分子激光器步进光刻机通过Cr掩模曝光，在感光薄膜72上形成潜影。该晶片71由晶片保持器75保持为水平状态，可对晶片全表面供液的扫描喷嘴21在端部上方的初始位置动作。显影液73使用AD-10(多摩化学制造规定浓度0.27N)。可以通过分别调整药液吸引开口23a及药液吸引开口23b吸引的药液的量使在显影液喷出开口22a-药液吸引开口23a之间流动的显影液的流速和在显影液喷出开口22a-药液吸引开口23b之间流动的显影液73的流速相等。显影液73对已经曝光的感光薄膜72的溶解速度为0.5μm/sec。感光薄膜的厚度为0.4μm厚时大约8秒感光薄膜可溶解而露出底下的衬底。
下面利用图9对图7所示的利用扫描喷嘴的显影方法予以介绍。图9为示出利用图7示出的扫描喷嘴的显影工序的平面图。
首先，晶片71由晶片保持器75保持，辅助板78与感光薄膜72的表面同高。在使扫描喷嘴21移动到晶片71主面上的初始位置之后，从预湿液喷出开口22b喷出冲洗液，使辅助板78及感光薄膜72的表面变成充满冲洗液的状态。在使扫描喷嘴21与晶片主面上端部保持100μm并以速度0.5mm/sec进行扫描的同时，从显影液喷出开口22a开始喷出显影液，并且由药液吸引开口23开始吸引。从显影处理开始到处理结束为止预湿液喷出开口22b、22c一直处于不断地喷出冲洗液的状态。因为从药液吸引开口23a到药液吸引开口23b的长度为20mm，实际的显影时间在晶片所有的点位上都是40秒。
在显影反应的同时感光薄膜溶解而形成凹部。在此凹部中会有显影反应生成的溶解生成物及浓度变低的显影液残留。溶解生成物及浓度变低的显影液会阻碍显影反应的进行，生成由于图形疏密引起的尺寸差。下面将溶解生成物及浓度变低的显影液一并记为显影阻碍物。
在本实施形态中，显影液是以6m/sec的非常高的速度从显影液喷出开口22a喷向底层衬底。于是，凹部内残留的溶解生成物及浓度低的显影液将由于从显影液喷出开口22a喷出的新鲜的显影液的力量而得到搅拌。通过搅拌将显影阻碍物从凹部脱出。出来的显影阻碍物随着显影液流由药液吸引开口23a，23b吸引而从衬底上最后去除。
因为显影阻碍物的发生量随着显影反应的进行会很多，所以为了降低由于图形疏密造成的尺寸差。在显影的初期阶段，必须有效地去除显影阻碍物，或是必须进行搅拌(均匀化)。另外，此处所说的初期阶段指的是从显影反应开始到感光薄膜溶解露出底层衬底表面前的时间。
一般讲，由于抗蚀剂的溶解特性等的不同，使得将由于图形疏密而引起的尺寸差最小化的定时不同。实验表明，在显影的初期阶段，如进行由于显影液的喷出引起的搅拌，则可以减小主要由于图形疏密造成的尺寸差。从这一实验事实可以设定如下的显影条件光刻胶膜厚度0.4μm，光刻胶膜溶解速度0.05μm/sec，药液吸引开口23a和显影液喷出开口22a的距离3mm，扫描喷嘴的扫描速度0.5mm/sec。
由于显影液的喷出造成的搅拌，在衬底上的一切点位，当药液吸引开口23a通过之后，经过6秒(＝3[mm]/0.5[mm/sec])之后显影液喷出开口22a通过。因此，在显影开始大约6秒之后进行显影阻碍物的搅拌和去除，搅拌的时间比曝光部分的光刻胶溶解而露出底层搅拌的时间(大约为8秒)早。对于使用的光刻胶，最好是以这样的定时进行搅拌。
在喷嘴在晶片表面上横切之后，进行充分的冲洗，之后使衬底干燥而结束光刻胶图形的形成。
所形成的光刻胶图形以CD-SEM进行尺寸测定，0.13mm的孤立线、线空间、孤立空间的各个尺寸差在面内平均为4nm，与原来的值(大约为15nm)相比得到大幅度的降低。
在本实施形态的场合，显影液喷出开口22a和药液吸引开口23a的距离，显影液喷出开口22a和药液吸引开口23b的距离分别为3mm和17mm，也不一定限定于上述数值。由于被处理薄膜的厚度及溶解速度，显影液的喷出压力及喷嘴和被处理衬底之间的间隙等显影条件的不同最佳值也不同，最好是综合各个条件而采用最佳的长度。
另外，由于从显影开始(药液吸引开口通过)到搅拌的定时因溶解特性的不同而不同，必须选择适宜的时间。有时由于扫描速度、显影液喷出量、左右的显影液吸引量改变而需要选择。
另外，在本实施形态中示出的是关于晶片显影的适用例，但并非限定于晶片的显影。比如，也可能应用于晶片的湿法刻蚀及半导体制造用的光刻掩模的制作工序的衬底上的感光薄膜的显影、湿法刻蚀、清洗、以及滤色片制作工序，以及DVD等的光盘的加工工序中的显影等。
另外，本发明不限定于上述实施形态，在不脱离其主旨的范围内，可以实施种种变形。
比如，在上述实施形态中，药液喷出开口及药液吸引开口是配置一个，上述药液喷出开口及药液吸引开口也可以是两个以上，交互配置。
另外。在上述实施形态中，在扫描喷嘴中预湿液喷出开口及冲洗液喷出开口是一体设置的，但上述预湿液及冲洗液也可由与上述扫描喷嘴分开的喷射喷嘴等供给半导体晶片。
另外，在衬底托架上设有凹部容纳被处理衬底，但也可以使上述衬底托架的上表面形成一个平坦表面，在改平坦表面载置上述被处理衬底，再有，还可以在该被处理衬底的周围配置与上述被处理衬底厚度相等的辅助板。在此场合，作为上述辅助板，最好是将其加工成为具有和被处理衬底的处理面大致相同的表面状态。
另外，被处理衬底也可利用真空吸盘保持。
另外，本发明，不仅可在大气中进行处理，在液体中也可进行处理，也可以在被处理衬底浸泡于所希望的液体中的状态下实施处理。
另外，本发明，不限定于上述实施形态的显影装置及显影方法，也适用于平板显示器制造工艺及光刻掩模制造工艺等的光刻胶膜剥离、表面自然氧化膜去除、清洗等一切湿法工艺。
发明的效果由上述可知，根据本发明，由于从药液喷出开口连续喷出的药液被邻接的药液吸引开口连续吸引，在药液喷出/吸引单元和被处理表面之间，以及在上述药液喷出开口和上述药液吸引开口区域内的间隙中不断有新鲜药液供给，完成药液处理后的药液立即直接被吸引而去除，被处理表面上的药液浓度差可以消除，可能实现高精度的药液处理。
权利要求
1.一种衬底处理装置，其特征在于包括保持被处理衬底为大致水平的衬底保持机构，包含具有用来向上述被处理衬底喷出药液的药液喷出开口和用来吸引药液的药液吸引开口的药液喷出/吸引单元的药液喷出/吸引机构，以及使上述药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底相对水平移动的移动机构。
2.如权利要求1中的衬底处理装置，其特征在于上述药液喷出/吸引单元的开口的配置顺序为，从被处理衬底和上述药液喷出/吸引单元的相对水平移动方向一侧起，按上述药液吸引开口、上述药液喷出开口、上述药液吸引开口的顺序配置。
3.如权利要求2中的衬底处理装置，其特征在于上述药液喷出开口配置于上述两个药液吸引开口的中点位置以外的位置。
4.如权利要求3中的衬底处理装置，其特征在于上述药液喷出开口配置于相对上述两个药液吸引开口的中点位置的上述药液喷出/吸引单元的移动方向的前侧。
5.一种衬底处理装置，其特征在于包括保持被处理衬底为大致水平的衬底保持机构，包含具有用来向上述被处理衬底喷出药液的药液喷出开口和用来吸引药液的药液吸引开口的、两个以上交互配置的药液喷出/吸引单元的药液喷出/吸引机构，以及使上述药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底相对水平移动的移动机构。
6.如权利要求5中的衬底处理装置，其特征在于上述药液喷出/吸引单元的开口的配置顺序是，从被处理衬底和上述药液喷出/吸引单元的相对水平移动方向一侧起，按第一药液喷出开口、药液吸引开口、第二药液喷出开口、药液吸引开口、第三药液喷出开口的顺序配置。
7.如权利要求6中的衬底处理装置，其特征在于上述第二药液喷出开口配置于上述两个药液吸引开口的中点以外的位置。
8.如权利要求7中的衬底处理装置，其特征在于上述第二药液喷出开口配置于相对上述两个药液吸引开口的中点位置的上述药液喷出/吸引单元的移动方向的前侧。
9.如权利要求1中的衬底处理装置，其特征在于还包括用来测定上述药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底的被处理表面之间的距离的间隙测定机构；以及用来保持由上述间隙测定机构测得的距离为规定值的间隙调整机构。
10.如权利要求1至8中的任何一项中的衬底处理装置，其特征在于上述衬底保持机构是真空吸盘。
11.一种衬底处理方法，其特征在于是一种在从药液喷出/吸引单元的药液喷出开口向着保持被处理表面为大致水平的被处理衬底连续喷出药液的同时，由与上述药液喷出开口邻接并配置于上述药液喷出/吸引单元中的上述药液吸引开口连续吸引上述被处理表面上的药液，在上述的药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底相对水平移动的同时，对上述被处理衬底进行药液处理的衬底处理方法，在上述药液喷出/吸引单元和上述被处理表面之间，以及在上述药液喷出开口和上述药液吸引开口范围内的间隙中不断有新鲜药液供给。
12.如权利要求11中的衬底处理方法，其特征在于上述药液吸引开口设置于上述药液喷出开口的两侧，而从上述药液喷出开口喷出的药液通过上述药液喷出开口两侧的上述药液吸引开口被吸引。
13.如权利要求12中的衬底处理方法，其特征在于从配置于上述药液喷出/吸引单元的移动方向前侧的药液吸引开口通过后到上述药液喷出开口通过为止的时间A，和该药液喷出开口通过后到配置于上述药液喷出/吸引单元的移动方向后侧的药液吸引开口通过为止的时间B不同。
14.如权利要求13中的衬底处理方法，其特征在于时间A设定为短于时间B。
15.如权利要求13中的衬底处理方法，其特征在于上述药液是显影液或刻蚀溶液。
16.如权利要求13中的衬底处理方法，其特征在于时间A比被处理薄膜溶解而底层衬底表面露出的时间短。
17.如权利要求12中的衬底处理方法，其特征在于在被处理衬底上的被处理表面改性以后进行上述药液处理。
18.一种衬底处理方法，其特征在于是一种在把被处理表面保持为大致水平的被处理衬底上配置具有用来向被处理衬底喷出药液的药液喷出开口、和用来吸引上述被处理衬底上的药液的药液吸引开口的、两个以上交互配置的药液喷出/吸引单元，在从上述药液喷出开口向上述被处理衬底连续喷出药液的同时，由上述药液吸引开口连续吸引上述处理表面上的药液，在使上述药液喷出/吸引单元和上述被处理衬底相对水平移动的同时、对上述被处理表面进行药液处理的衬底处理方法，在上述药液喷出/吸引单元和上述被处理表面之间，以及在上述药液喷出开口和上述药液吸引开口范围内的间隙中不断有新鲜药液供给。
19.如权利要求18中的衬底处理方法，其特征在于上述药液喷出/吸引单元的开口的配置顺序是，从上述被处理衬底和上述药液喷出/吸引单元的相对水平移动方向一侧起，按第一药液喷出开口、药液吸引开口、第二药液喷出开口、药液吸引开口、第三药液喷出开口的顺序配置。
20.如权利要求19中的衬底处理方法，其特征在于从配置于上述药液喷出/吸引单元的移动方向前侧的药液吸引开口通过后到上述第二药液喷出开口通过为止的时间A，和该第二药液喷出开口通过后到配置于上述药液喷出/吸引单元的移动方向后侧的药液吸引开口通过为止的时间B不同。
21.如权利要求20中的衬底处理方法，其特征在于时间A设定为短于时间B。
22.如权利要求20中的衬底处理方法，其特征在于上述药液是显影液或刻蚀溶液。
23.如权利要求20中的衬底处理方法，其特征在于时间A比被处理薄膜溶解而底层衬底表面露出的时间短。
全文摘要
提供一种衬底处理装置及衬底处理方法,可以消除被处理表面上的药液浓度差,可以实现高精度的药液处理。在药液喷出/吸引单元(扫描喷嘴)21中设置有用来向被处理衬底喷出药液的药液喷出开口22和用来吸引被处理衬底上的药液的药液吸引开口23,由于从上述药液喷出开口22连续喷出的药液被上述药液吸引开口23连续吸引,在上述扫描喷嘴21和被处理表面之间,以及在上述药液喷出开口22和上述药液吸引开口23之间的区域中不断有新鲜药液供给被处理表面。
文档编号H01L21/027GK1366333SQ0113387
公开日2002年8月28日 申请日期2001年12月21日 优先权日2000年12月21日
发明者樱井秀昭, 伊藤正光, 伊藤信一 申请人:株式会社东芝