KR100889891B1 - 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조방법 Download PDF

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게이 하야사끼
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Abstract

기판 처리 방법이며, 노광 처리가 실시되는 피처리 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계와의 사이에 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하는 액침 노광에 이용되는 상기 피처리 기판의 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에 레지스트막을 형성하는 데 앞서, 적어도 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역에 대해 선택적으로 소수화 처리를 실시한다.
투영 렌즈계, 액침형 노광 장치, 기판 처리부, 웨이퍼, 반사 방지막

Description

기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}
도1은 제1 실시 형태에 관한 액침형 노광 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면.
도2는 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 기판 처리부의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면.
도3은 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 기판 처리제 공급부의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면.
도4는 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 흐름도로 하여 도시하는 도면.
도5a는 제1 실시 형태에 관한 기판 처리가 실시된 기판을 이면으로부터 면하여 도시하는 평면도.
도5b는 제1 실시 형태에 관한 기판 처리가 실시된 기판을 도시하는 단면도.
도6은 제1 실시 형태에 대한 비교예에 관한 기판을 도시하는 단면도.
도7a는 제2 실시 형태에 관한 기판 처리가 실시된 기판을 이면으로부터 면하여 도시하는 평면도.
도7b는 제2 실시 형태에 관한 기판 처리가 실시된 기판을 도시하는 단면도.
도8은 제3 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 흐름도로 하여 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 액침형 노광 장치
2 : 레티클
3 : 레티클 스테이지
4 : 투영 렌즈계
5, 101 : 웨이퍼
6 : 웨이퍼 스테이지
7 : 지지판
8 : 펜스
9 : 액체 급배 장치
9a : 액체 공급 장치
9b : 액체 배출 장치
10 : 기판 처리 장치
10a : 기판 처리부
11 : 챔버
12 : 핀
14 : 차폐판
15 : 소수화 처리제 도입구
16 : 흡기구
17 : 배기구
21 : 약액 공급부
22 : 약액
23 : 버블링부
24 : 중첩 센서
31, 102 : 반사 방지막
32, 103 : 레지스트막
33, 104 : 보호막
41 : 이격 부재
101d : 베벨부
[문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평10-303114호 공보
본 출원은 2006년 1월 20일에 출원된 종래 일본 특허 출원 제2006-013061호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조에 의해 합체된다.
본 발명은 기판의 처리 방법 및 처리 장치에 관한 것으로, 특히 액침 노광 공정에 이용되는 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 액침 노광 방법이라 불리워지는 노광 방법이 주목받고 있다. 이 액침 노광 방법이라 함은, 노광 장치의 투영 광학계(투영 렌즈)와 노광 처리가 실시되는 피처리 기판(피노광 기판) 상에 형성되어 있는 레지스트막과의 사이를 고굴절률의 액체(액침액)로 채우면서 레지스트막에 패터닝하는 노광 방법이다. 투영 광학계와 레지스트막과의 사이를 액침액으로 채움으로써, 보다 깊은 초점 심도를 얻을 수 있다. 현재, 액침액으로서는 순수가 일반적으로 이용되고 있다. 액침 노광에 관한 기술은, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 평10-303114호 공보에 개시되어 있다. 단, 레지스트막 형상으로 순수가 존재하면, 레지스트막 내로부터 순수 내에 광산발생제(photoacid generator) 등이 용출할 우려가 있다. 레지스트막 내로부터 순수 내에 광산발생제가 용출 하면, 레지스트막을 적정하게 패터닝하는 것이 곤란해진다. 이러한 문제를 회피하기 위해, 레지스트막 상에 또한 보호막을 형성하는 기술이 제안되어 있다.
일반적인 피노광 기판(웨이퍼)은 그 주연부가 웨이퍼의 직경 방향 내측으로부터 외측을 향함에 따라 두께가 얇아지도록 경사가 부여된 형상으로 형성되어 있다. 웨이퍼의 주연부 중, 이러한 경사가 부여된 부분은 베벨부(bevel)라 칭해진다. 당연한 것이지만, 웨이퍼 상의 순수는 이 베벨부로부터 웨이퍼 밖으로 누설되기 쉽다. 웨이퍼 상으로부터 순수가 유출되면, 액침 노광을 적정하게 행하는 것이 곤란해진다. 따라서, 액침 노광시 베벨부로부터 순수가 누출되는 것을 방지하기 위해, 웨이퍼의 중앙부뿐만 아니라, 주연부의 외측면까지 보호막으로 덮는 것이 바람직하다.
그러나, 일반적인 액침형 노광 장치에 있어서는 웨이퍼와 웨이퍼가 적재되는 웨이퍼 스테이지와의 사이에 항상 약간의 간극이 존재한다. 이로 인해, 베벨부로부터의 액 누설을 완전히 억제하는 것은 매우 곤란하다. 또한, 베벨부로부터의 액 누설은 웨이퍼의 이면측으로 순수가 침투한다고 하는 문제를 일으킬 우려가 높다. 웨이퍼의 이면측으로 순수가 침투하여 습윤한 상태로 되어 있으면 노광 장치의 스테이지를 오염시켜 후속 웨이퍼의 품질 열화로도 이어진다. 나아가서는, 그러한 품질이 열화된 웨이퍼를 이용하여 제조되는 반도체 장치는 그 성능, 품질, 혹은 신뢰성 등이 저하될 우려가 높아진다.
본 발명의 태양에 따르면, 노광 처리가 실시되는 피처리 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계와의 사이에 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하는 액침 노광에 이용되는 상기 피처리 기판의 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에 레지스트막을 형성하는 데 앞서, 적어도 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역에 대해 선택적으로 소수화 처리를 실시하는 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 내부에는 노광 처리가 실시되는 피처리 기판 이 그 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에 레지스트막이 형성되는 데 앞서 수납되는 기판 수납실과, 상기 기판 수납실 내에 있어서 적어도 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역을 노출시켜 상기 피처리 기판을 지지하는 기판 지지구와, 상기 기판 수납실 내에 소수화 처리제를 공급하는 기판 처리제 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 노광 처리가 실시되는 피처리 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계와의 사이에 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법이며, 상기 피처리 기판의 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에 상기 노광 처리에 의해 소정의 레지스트 패턴이 형성되는 레지스트막을 형성하고, 이 레지스트막 상에 보호막을 형성하고, 이 보호막이 형성된 상기 피처리 기판에 대해 마스크를 통해 선택적으로 상기 노광 처리를 실시하는 동시에, 상기 제1 주면 상에 상기 레지스트막을 형성하는 데 앞서 적어도 상기 피처리 기판의 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역에 대해 선택적으로 소수화 처리를 실시하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 노광 처리가 실시되는 피처리 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계와의 사이에 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법이며, 상기 피처리 기판의 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에, 상기 노광 처리에 의해 소정의 레지스트 패턴이 형성되는 레지스트막을 형성하고, 이 레지스트막 상에 보호막을 형성하 고, 이 보호막이 형성된 상기 피처리 기판에 대해 마스크를 통해 선택적으로 상기 노광 처리를 실시하는 동시에, 상기 제1 주면 상에 상기 레지스트막을 형성하는 데 앞서, 적어도 상기 피처리 기판의 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역에 대해 기판 처리 장치를 이용하여 선택적으로 소수화 처리를 실시하고, 내부에는 노광 처리가 실시되는 피처리 기판이 그 상기 노광 처리가 설비되는 측의 제1 주면 상에 레지스트막이 형성되는 데 앞서 수납되는 기판 수납실과, 상기 기판 수납실 내에 있어서 적어도 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역을 노출시켜 상기 피처리 기판을 지지하는 기판 지지구와, 상기 기판 수납실 내에 소수화 처리제를 공급하는 기판 처리제 공급 장치를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 관한 각 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시 형태)
우선, 본 발명에 관한 제1 실시 형태에 대해 도1 내지 도5b를 참조하면서 설명한다. 도1은 제1 실시 형태에 관한 액침형 노광 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도2는 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 기판 처리부의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도3은 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 기판 처리제 공급부의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도4는 제1 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 흐름도로 하여 도시하는 도면이다. 도5a는 제1 실시 형태에 관한 기판 처리가 실시된 기판을 이면으로부터 면하여 도시하는 평면도이다. 도5b는 제1 실시 형태에 관한 기판 처리가 실시된 기판을 도시하는 단면도이다.
본 실시 형태에 있어서는 노광 처리가 실시되는 피처리 기판의 노광 처리가 실시되는 측의 주면 상에 레지스트막을 형성하는 데 앞서, 노광 처리가 실시되는 측의 주면과는 반대측의 주면에 소수화 처리를 실시한다. 이하, 구체적이고 또한 상세하게 설명한다.
우선, 도1을 참조하면서 본 실시 형태에 관한 액침형 노광 장치(1)에 대해 설명한다. 도1에 도시한 액침형 노광 장치(1)는, 이른바 스캔형(주사형)이라 칭해지는 액침형 노광 장치의 일종이다.
도1에 도시한 바와 같이, 액침형 노광 장치(1)는 레티클(2)을 지지하기 위한 레티클 지지구로서의 레티클 스테이지(3)를 구비하고 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 액침형 노광 장치(1)는 노광광(조명광)을 발생시키는 노광 광원(조명 광원) 및 조명 광원이 발생시킨 조명광을 레티클(2)로 유도하기 위한 조명 렌즈계(조명 광학계)를 구비하고 있다. 레티클 스테이지(3)는 조명 광원 및 조명 렌즈계의 광로의 하방에 배치되어 있다. 그와 동시에, 레티클 스테이지(3)는 액침형 노광 장치(1)의 광축에 직교하는 방향을 따라 평행 순방향 또는 평행 역방향으로 이동 가능하게 설정되어 있다. 레티클(2)은 레티클 스테이지(3)의 조명 광원 및 조명 렌즈계와 대향하는 측의 주면(표면, 상면) 상에 설치되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만 레티클(2)에는 피노광 기판(5)의 표면(5a)에 노광하여 형성하는 소정의 형상으로 이루어지는 패턴(마스크 패턴)이 적어도 1개 형성되어 있다.
또한, 액침형 노광 장치(1)는 레티클(2)을 통과(투과)한 노광광을 피노광 기 판(5)의 표면(5a)으로 유도하기 위한 투영 렌즈계(투영 광학계)(4)를 구비하고 있다. 투영 렌즈계(4)는 레티클 스테이지(3)의 광로의 하방에 배치되어 있다.
또한, 액침형 노광 장치(1)는 노광 처리가 실시되는 피처리 기판(웨이퍼, 반도체 기판)(5)을 지지하기 위한 피처리 기판 지지구(웨이퍼 지지구)로서의 피처리 기판 스테이지(웨이퍼 스테이지)(6)를 구비하고 있다. 웨이퍼 스테이지(6)는 투영 렌즈계(4)의 광로의 하방에 배치되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(6)는 레티클 스테이지(3)와 마찬가지로, 액침형 노광 장치(1)의 광축에 직교하는 방향을 따라 웨이퍼(5)와 함께 평행 순방향 또는 평행 역방향으로 이동 가능하게 설정되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼 스테이지(6) 및 웨이퍼 스테이지(6) 상에 적재된 웨이퍼(5)는 투영 렌즈계(4)에 대해 상대적으로 이동할 수 있다. 또한, 반대의 시점에서 보면, 투영 렌즈계(4)는 웨이퍼 스테이지(6) 및 웨이퍼 스테이지(6) 상에 적재된 웨이퍼(5)에 대해 상대적으로 이동할 수 있다. 웨이퍼(5)는 웨이퍼 스테이지(6)의 투영 렌즈계(4)와 대향하는 측의 주면(표면, 상면) 상에 적재되어 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지(6)의 표면 상에는 웨이퍼(5)가 웨이퍼 스테이지(6)와 함께 이동할 때에 웨이퍼(5)가 어긋나지 않도록 보유 지지하기 위한 피처리 기판 보유 지지구(웨이퍼 보유 지지구)로서의 지지판(지지 부재)(7)이 설치되어 있다. 지지판(7)은 웨이퍼(5)의 주연부(외연부)(5b)를 둘러싸고 설치되어 있다.
또한, 투영 렌즈계(4)의 선단부(4a)에는 투영 렌즈계(4)와 웨이퍼(5)와의 사이에 공급되는 노광 처리용 액체(액침액)를, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 있어서 원하는 영역 내에 보유하기 위한 액체 보유구(액침액 보유구)로서의 펜스(8)가 설치 되어 있다. 그와 동시에, 투영 렌즈계(4)의 측방에는 펜스(8) 내에 액체를 공급하는 액체 공급 장치(9a)와, 액체를 펜스(8) 내로부터 배출하는 액체 배출 장치(9b)로 이루어지는 액체 공급 배출 장치(액침액 공급 배출 장치)(9)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 도1 중 투영 렌즈계(4)의 우측에 배치되어 있는 액체 공급 장치(9a)로부터 펜스(8) 내로 액체를 공급하는 설정으로 한다. 그와 동시에, 투영 렌즈계(4)의 좌측에 배치되어 있는 액체 배출 장치(9b)에 의해 액체를 펜스(8) 내로부터 배출하는 설정으로 한다. 본 실시 형태에 있어서는, 액침액(제1 약액)으로서는 일반적인 액침 노광 공정과 마찬가지로 순수를 이용하는 것으로 한다. 따라서, 액체 급배 장치(9)는 단순히 물 공급·배출기라고도 칭해진다. 마찬가지로, 액체 공급 장치(9a) 및 액체 배출 장치(9b)는 각각 단순히 급수기(9a) 및 배수기(9b)라고도 칭해진다.
이러한 설정에 의해, 적어도 액침 노광을 행할 때에는 투영 렌즈계(4)의 선단부(4a)와 웨이퍼(5)의 표면(5a)과의 사이의 펜스(8)로 둘러싸인 공간은 순수로 이루어지는 액막(수막)으로 채워진다. 이 투영 렌즈계(4)와 웨이퍼(5)와의 사이의 수막으로 채워지는 영역은, 액침 영역이라고도 칭해진다. 이에 수반하여, 투영 렌즈계(4)의 선단부(4a)를 액침 헤드라고도 칭하는 것으로 한다. 또한, 도1에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해 액침액의 도시를 생략하였다.
또한, 도시는 생략하지만 투영 렌즈계(4)측에는 얼라인먼트 마크의 검출을 행하기 위한 얼라인먼트 마크의 검출 장치가 설치되어 있다. 이 얼라인먼트 마크 검출 장치도 투영 렌즈계(4)와 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지(6)가 투영 렌즈계(4) 에 대해 상대적으로 움직임으로써, 웨이퍼 스테이지(6) 및 웨이퍼(5)에 대해 상대적으로 이동할 수 있다. 얼라인먼트 마크의 검출은 노광 정밀도를 높이기 위해 웨이퍼(5)에 액침 노광 처리를 실시하는 데 앞서 행해진다.
도시는 생략하지만, 조명 광원으로부터 발해진 조명광은 조명 렌즈계를 경유하여 레티클(2)에 도달한다. 레티클(2)에 도달한 조명광은 레티클(2)에 형성되어 있는 마스크 패턴을 통과함으로써 소정의 패턴 형상으로 형성된다. 그리고, 소정의 패턴 형상으로 형성된 조명광(노광광)은 투영 렌즈계(4)에 입사한다. 투영 렌즈계(4)에 입사한 노광광은 투영 렌즈계(4)의 선단부(액침 헤드)(4a)로부터 사출된 후, 액침 영역을 통과하여 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 설정된 원하는 조사 영역(노광 영역)에 도달한다. 보다 상세하게는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 설치되어 있는 도시하지 않은 포토레지스트의 표면에 마스크 패턴의 상이 노광 및 투영되어 마스크 패턴의 잠상(latent image)이 형성된다. 즉, 웨이퍼(5)의 표면(5a)에 액침 노광 처리가 실시된다.
다음에, 도2 및 도3을 참조하면서 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치(10)에 대해 설명한다. 기판 처리 장치(10)는 기판 처리부(10a) 및 기판 처리제 공급부(10b)로 구성되어 있다.
우선, 도2를 참조하면서 기판 처리부(10a)에 대해 설명한다. 기판 처리부(10a)는, 구체적으로는 웨이퍼(5)에 소수화 처리를 실시하는 소수화 처리부이다.
도2에 도시한 바와 같이, 소수화 처리부(10a)는 웨이퍼(5)가 수납되는 기판 수납실로서의 챔버(11)를 구비하고 있다. 웨이퍼(5)는 그 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면인 표면(5a) 상에 후술하는 레지스트막(32)이 형성되는 데 앞서 챔버(11)에 수납된다. 챔버(11) 내에는 웨이퍼(5)의 표면(5a)과는 반대측의 제2 주면인 이면(5c) 중, 적어도 웨이퍼(5)의 주연부(5b)로부터 소정의 범위 내의 영역을 노출시켜 지지하는 기판 지지구로서 핀(12)이 복수개 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 3개의 핀(12)을 동심원 상에 설치하는 것으로 한다. 단, 도2에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해 3개의 핀(12) 중 2개만을 도시한다. 웨이퍼(5)는 그 이면(5c)을 하방을 향하게 하여 각 핀(12) 상에 적재된다.
또한, 챔버(11) 내에 있어서 각 핀(12) 상에 적재된 웨이퍼(5)의 이면(5c)과 대향하는 위치에는 웨이퍼(5)를 그 이면(5c)측으로부터 가열하기 위한 핫 플레이트(가열 장치)(13)가 설치되어 있다. 핫 플레이트(13)는 웨이퍼(5)를 그 이면(5c)의 온도가 대략 80 ℃ 이상 200 ℃ 이하가 되도록 가열할 수 있다.
또한, 도2 중 파선으로 나타낸 바와 같이 각 핀(12) 상에 적재된 웨이퍼(5)의 이면(5c)과 대향하는 측에는 웨이퍼(5)의 이면(5c)의 중앙부를 덮는 위치에 소수화 처리제 차폐 기구(14)를 설치하는 구성으로 해도 상관없다. 이 소수화 처리제 차폐 기구(14)를 이용하는 기술에 대해서는 후술하는 제2 실시 형태에 있어서 설명한다.
또한, 챔버(11)에는 후술하는 기판 처리제 공급부(10b)로부터 이송되어 오는 소수화 처리제를 챔버(11) 내에 도입하는 소수화 처리제 도입구(15)나, 공기 혹은 질소 등의 불활성 기체를 챔버(11) 내에 도입하는 흡기구(16)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(11)에는 챔버(11) 내에 도입된 소수화 처리제, 공기, 각종 불활성 기체 를 챔버(11) 밖으로 배출하는 배기구(17)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(11)의 상부에는 챔버(11) 내에 도입되는 분위기를 챔버(11) 내에 대략 균일하게 확산시키기 위한 확산판(18)이 설치되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만 배기구(17)의 2차측(외측, 하류측)에 펌프를 설치하고, 기판 수납실 내를 진공화하여 배기 효율을 높이는 설정으로 해도 좋다.
또한, 도2에 있어서는 소수화 처리제 도입구(15)가 챔버(11)의 상부에 설치되어 있는 동시에, 소수화 처리제 등의 분위기를 웨이퍼(5)의 표면(상면)(5a)측 및 측면측으로부터 도입하는 설정으로 되어 있다. 그러나, 소수화 처리제 도입구(15)의 위치는 도2에 도시한 위치에는 한정되지 않는다. 소수화 처리제 도입구(15)는, 챔버(11) 내로의 소수화 처리제의 충전 효율이 양호한 위치에 설치하면 좋다. 이러한 설정은, 흡기구(16) 및 배기구(17)에 대해서도 마찬가지이다. 흡기구(16)는 불활성 기체에 의한 챔버(11) 내의 소수화 처리제의 치환 효율이 양호한 위치에 설치하면 좋다. 또한, 배기구(17)는 챔버(11) 내로부터 챔버(11) 밖으로의 소수화 처리제의 배기 효율이 양호한 위치에 설치하면 좋다.
다음에, 도3을 참조하면서 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치(10)의 기판 처리제 공급부(10b)에 대해 설명한다.
기판 처리제 공급부(10b)는, 구체적으로는 전술한 소수화 처리부(10a)의 챔버(11) 내에 소수화 처리제를 공급하는 소수화 처리제 공급 장치이다. 소수화 처리제 공급 장치(10b)는 소수화 처리제의 약액(22)이 공급되는 약액 공급부(21) 및 소수화 처리제를 포함하는 분위기를 작성하는 소수화 분위기 작성부(23)로 이루어 진다. 도3에 도시한 바와 같이, 약액 공급부(21)에는 소수화 처리제의 약액(22)이 공급되어 축적된다. 이로 인해, 약액 공급부(21)는 약액 보틀(소수화 처리제 보틀)이라고도 칭해진다.
약액 보틀(21) 내의 소수화 처리제(22)는 약액 보틀(21) 내에 질소를 취입하는 질소 압송 등의 방법에 의해, 일단 소수화 분위기 작성부(23)로 이송된다. 소수화 처리제(22)가 이송된 소수화 분위기 작성부(23) 내에는 질소가 도입된다. 이 때, 질소는 소수화 처리제(22)의 내부에 취입된다. 또한, 소수화 분위기 작성부(23) 내에 도입되는 질소는 고순도 질소가 바람직하다. 이러한 설정에 의해, 소수화 분위기 작성부(23) 내에서 버블링시키면서 소수화 처리제(22)를 포함하는 분위기를 작성한다. 이로 인해, 소수화 분위기 작성부(23)는 버블링부 혹은 버블링 용기라고도 칭해진다.
버블링부(23)의 바닥부(하부)에는 버블링 용기(23) 내의 소수화 처리제(22)의 용량(중량)을 검지하는 중첩 센서(24)가 설치되어 있다. 버블링 용기(23) 내의 소수화 처리제(22)가 소정량 이하가 된 경우에는, 이것을 중첩 센서(24)가 검지하여 도시하지 않은 제어 장치에 알린다. 알림을 받은 제어 장치는, 도시하지 않은 펌프 등을 작동시켜, 소정량에 이를 때까지 약액 보틀(소수화 처리제 보틀)(21)로부터 버블링 용기(23) 내로 약액(22)을 자동적으로 공급하는 설정으로 되어 있다.
버블링부(23)에 있어서 작성된 소수화 분위기는, 전술한 소수화 처리부(10a)의 챔버(11)에 설치되어 있는 소수화 처리제 도입구(소수화 분위기 도입구)(15)를 향해 압송된다. 압송된 소수화 분위기는 소수화 분위기 도입구(15)를 경유하여 챔 버(11) 내에 도입된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 장치(10)는 구체적으로는 소수화 처리부(10a) 및 소수화 처리제 공급 장치(10b)로 이루어지고, 웨이퍼(5)에 소수화 처리를 실시하는 소수화 처리 장치이다.
다음에, 도4를 참조하면서 본 실시 형태에 관한 기판 처리 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 기판 처리 방법은, 구체적으로는 웨이퍼(5)의 소수화 처리 방법이다.
우선, 도4에 도시한 바와 같이 레지스트막(32) 등이 형성되어 있지 않은 직경 약 300 mm의 웨이퍼(5)를 전술한 챔버(11) 내에 수납한다. 이 때, 웨이퍼(5)는 도2에 도시한 바와 같이 표면(5a)을 상방을 향하게 하는 동시에 이면(5c)을 하방을 향하게 하여 각 핀(12) 상에 적재된다. 웨이퍼(5)는 그 주연부(5b)가 웨이퍼(5)의 직경 방향 내측으로부터 외측을 향함에 따라 두께가 얇아지도록 경사가 부여된 형상으로 형성되어 있다. 웨이퍼(5)의 주연부(5b) 중, 이러한 경사가 부여된 부분은 베벨부(5d)라 칭해진다. 본 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼(5)는 그 이면(5c) 및 베벨부(5d)를 노출하여 각 핀(12) 상에 적재된다.
다음에, 챔버(11) 내에 수납된 웨이퍼(5)에 대해 소수화 처리를 실시한다. 구체적으로는, 웨이퍼(5)의 이면(5c) 및 베벨부(5d)에 대해 선택적으로 소수화 처리를 실시한다. 우선, 챔버(11) 내에 웨이퍼(5)를 수납한 후, 챔버(11) 내의 분위기를 배기구(17)로부터 배기하여 챔버(11)의 내부를 부압으로 한다. 그와 동시에, 웨이퍼(5)의 이면(5c)의 온도가 대략 80 ℃ 이상 200 ℃ 이하가 되도록 핫 플레이 트(13)의 온도를 조정한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는 웨이퍼(5)의 이면(5c)과 핫 플레이트(13)의 표면(상면)과의 간격을 약 3 mm로 설정한다.
이러한 설정하에서, 전술한 소수화 처리 분위기를 소수화 처리제 도입구(15)를 통해 챔버(11) 내에 도입하여 소수화 처리를 개시한다. 소수화 처리제(22)로서는 헥사메틸디실라잔(HMDS) 등으로 대표되는 실란 커플링제를 이용하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, 소수화 처리제(22)로서 헥사메틸디실라잔(HMDS)을 이용한다. 따라서, 약액 보틀(21)로부터 버블링 용기(23) 내로 공급된 HMDS(22)에 대해 버블링을 행하고, HMDS(22)를 포함하는 분위기를 작성한다. 그리고, 이 HMDS(22)를 포함하는 분위기를, 소수화 처리제 도입구(15)를 통해 챔버(11) 내로 도입한다. 또한, 소수화 처리제로서는 HMDS(22) 이외에 플루오로 카본계의 처리제를 이용해도 상관없다.
이 후, 소수화 처리는 소정의 온도에서 소정 시간 행해진다. 구체적으로는, 소수화 처리제(HMDS)(22)에 접촉시킬 때의 웨이퍼(5)의 온도는 실온 내지 약 200 ℃까지의 온도로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 웨이퍼(5)의 온도는 소수화 처리제(22)의 반응 온도 및 웨이퍼(5) 상에 형성되는 각종 도포막의 내열성 등을 고려하여 결정되면 좋다. 또한, 소수화 처리에 걸리는 시간은 대략 10초 내지 300초까지의 범위가 바람직하다. 이와 같이, 본 실시 형태의 소수화 처리는 HMDS(22)를 포함하는 수증기를 웨이퍼(5)에 접촉시킴으로써 실시된다.
소수화 처리가 종료한 후, HMDS(22)를 포함하는 분위기를 배기구(17)를 통해 챔버(11)의 외부로 배기한다. 이어서, 고순도 N2를 흡기구(16)를 통해 챔버(11) 내에 도입한다. 챔버(11) 내의 소수화 처리 분위기의 치환이 충분히 행해진 것을 확인한 후, 도시하지 않은 챔버(11)의 셔터를 개방한다. 그리고, 소수화 처리가 종료한 웨이퍼(5)를 챔버(11) 내로부터 취출한다.
본 실시 형태에 있어서는, 소수화 처리 후의 웨이퍼(5)에 대한 순수의 접촉각이 약 45°이상이 되도록 소수화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 특히, 소수화 처리 후의 웨이퍼(5)의 이면(5c) 및 베벨부(5d)에 대한 순수의 접촉각이 약 60°이상이 되도록 소수화 처리를 행하는 것이 바람직하다.
다음에, 도5b에 도시한 바와 같이 소수화 처리가 실시된 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 반사 방지막(31)을 형성한다. 반사 방지막(31)은, 예를 들어 도시하지 않은 도포 장치를 이용하여 스핀 코트법에 의해 성막된다. 즉, 회전하고 있는 웨이퍼(5)의 표면(5a)의 중심부에 반사 방지막용 도포 재료를 적하하여 표면(5a) 전체로 확산한 후 가열 처리를 행한다. 이에 의해, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 반사 방지막(31)이 형성된다. 본 실시 형태에서는 막 두께가 약 80 nm인 반사 방지막(31)을 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 형성한다.
다음에, 도5b에 도시한 바와 같이 반사 방지막(31)의 표면 상에 레지스트막(32)을 형성한다. 본 실시 형태에 있어서는, 레지스트막(32)으로서 산 발생재를 포함하는 ArF 화학 증폭형 레지스트막을 채용한다. 이 레지스트막(32)은 반사 방지막(31)과 동일한 방법에 의해 성막된다. 즉, 스핀 코트법에 의해 반사 방지 막(31) 상에 화학 증폭형 레지스트막(32)의 도포 재료를 확산시킨다. 이어서, 이 화학 증폭형 레지스트(32)의 도포 재료가 형성된 웨이퍼(5)에 가열 처리를 행함으로써, 도포 재료 중에 포함되는 용제를 기화시켜 제거한다. 이에 의해, 반사 방지막(31)의 표면 상에 ArF 화학 증폭형 레지스트막(32)이 형성된다. 본 실시 형태에서는 막 두께가 약 230 nm인 ArF 화학 증폭형 레지스트막(32)을 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 형성한다.
다음에, 도5b에 도시한 바와 같이 ArF 화학 증폭형 레지스트막(32)의 표면 상에 현상액에 가용한 액침 노광용 보호막(33)을 형성한다. 이 보호막(33)도 반사 방지막(31) 및 ArF 화학 증폭형 레지스트막(32)과 마찬가지로 회전 도포 및 가열 처리에 의해 성막된다.
지금까지의 공정을 거친 웨이퍼(5)를, 도5a 및 도5b에 도시한다. 도5a는 반사 방지막(31), ArF 화학 증폭형 레지스트막(32) 및 보호막(33)이 형성된 웨이퍼(5)를 그 이면(5c)측으로부터 면하여 도시하는 평면도이다. 또한, 도5b는 반사 방지막(31), ArF 화학 증폭형 레지스트막(32) 및 보호막(33)이 형성된 웨이퍼(5)를 도시하는 단면도이다.
도5a 및 도5b에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(5)의 이면(5c)에는 전면적으로 소수화 처리가 실시되어 있고, 순수와의 접촉각이 약 60°가 되는 소수화 처리부(34)가 형성되어 있다. 그와 동시에, 도5b에 도시한 바와 같이 웨이퍼(5)의 주연부(에지부)(5b) 중, 베벨부(5d)의 측부 및 하면부에도 소수화 처리부(34)가 형성되어 있다. 그리고, 반사 방지막(31)은 소수화 처리부(34)에 겹쳐지지 않고, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 및 웨이퍼(5)의 베벨부(5d)의 상면부를 덮어 성막되어 있다. 마찬가지로, 레지스트막(32)도 소수화 처리부(34)에 포개지지 않고, 반사 방지막(31)을 덮어 성막되어 있다. 이들 각 막(31, 32)에 대해 보호막(33)은 소수화 처리부(34)의 일부를 덮어 성막되어 있다. 구체적으로는, 보호막(33)은 반사 방지막(31), 레지스트막(32) 및 웨이퍼(5)의 베벨부(5d)의 측면부에 형성된 소수화 처리부(34)를 덮어 성막되어 있다.
다음에, 반사 방지막(31), ArF 화학 증폭형 레지스트막(32) 및 보호막(33)이 형성된 웨이퍼(5)에 대해 액침 노광 처리를 실시한다. 우선, 각 도포막(31, 32, 33)이 형성된 웨이퍼(5)를 도포 장치로부터 전술한 액침형 노광 장치(1)까지 반송한다. 그리고, 웨이퍼(5)를 노광 장치(1)의 웨이퍼 스테이지(6) 상에 탑재하여 지지판(7)에 의해 보유 지지한다. 이어서, 웨이퍼(5)의 얼라인먼트 및 맞춤 노광을 행한다. 이 후, 액침 노광에 의해 레티클(2)에 형성되어 있는 도시하지 않은 반도체 소자 패턴(레티클 패턴)을 레지스트막(32)에 전사하여 잠상을 형성한다.
다음에, 반도체 소자 패턴의 잠상이 형성된 웨이퍼(5)를 스테이지(6) 상으로부터 제거하여, 노광 장치(1)로부터 도시하지 않은 포스트 익스포저 베이크(PEB)용 챔버 내로 반송한다. 그리고, 웨이퍼(5)에 대해 약 130 ℃에서 약 60초간의 가열 처리(PEB)를 실시한다. 이 가열 처리에 의해, 액침 노광 공정(액침 노광 단계)에 있어서 레지스트막 내에 발생한 산의 확산 반응 및 증폭 반응을 촉진시킨다.
다음에, PEB가 실시된 웨이퍼(5)에 현상 처리를 실시한다. 우선, PEB가 실시된 웨이퍼(5)를 PEB용 챔버 내로부터 취출하여, 액침 노광용 보호막(33)을 레지 스트막(32) 상으로부터 박리시켜 제거한다. 이어서, 보호막(33)이 제거된 웨이퍼(5)를 도시하지 않은 현상 처리 유닛으로 반송한다.
웨이퍼(5)를 보유 지지하는 현상 처리 유닛의 컵의 상방까지 웨이퍼(5)가 반송되어 오면, 우선 핀이 상승하여 웨이퍼(5)를 수취한다. 이 후, 웨이퍼(5)는 스핀 척 상에 적재되어 진공 흡착된다. 이어서, 노즐 대기 위치에 대기하고 있던 노즐이, 웨이퍼(5)의 상방을 이동하면서 웨이퍼(5)를 향해 현상액을 토출한다. 이에 의해, 웨이퍼(5) 상에 현상액이 쌓여져 현상이 행해진다. 여기서는, 웨이퍼(5)를 약 30초간 정지시켜 현상을 행한다. 현상이 종료한 후, 웨이퍼(5) 상에 순수를 공급하여 현상액을 씻어 없앤다. 이어서, 웨이퍼(5)를 회전시킴으로써 수분 제거 건조 처리를 행한다. 이에 의해, 레지스트막(32)에 도시하지 않은 반도체 소자 패턴(레지스트 패턴)이 형성된다.
이 후, 도시를 수반하는 상세하고 또한 구체적인 설명은 생략하지만, 레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼(5)를 소정의 가공 공정으로 흐르게 한다. 즉, 레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼(5)를 트랜지스터 제조 공정이나 배선 형성 공정 등의 다른 전공정(Front End Of the Line : FEOL)으로 흐르게 한다. 이어서, 전공정을 거친 웨이퍼(5)를, 또한 다이싱, 칩마운팅, 본딩 및 몰딩 등의 후공정(Back End Of the Line : BEOL)으로 흐르게 한다. BEOL을 거침으로써, 본 실시 형태에 관한 도시하지 않은 원하는 반도체 장치를 얻는다. 즉, 레지스트막(32)이 형성되는 데 앞서 소수화 처리 장치(10)에 의해 이면(5c) 및 베벨부(5d)에 소수화 처리가 실시된 웨이퍼(5)를 구비하는 반도체 장치를 얻는다.
또한, 도시를 수반하는 상세하고 또한 구체적인 설명은 생략하지만, 본 발명자들은 각 공정을 거친 웨이퍼(5)에 대해 배선을 형성하는 시험 제작 실험을 행하였다. 즉, 상기 각 공정을 거쳐서 제작된 웨이퍼(5)에 대해 레지스트막(32)을 마스크로 하여 배선 패턴을 형성하였다. 이 결과에 따르면, 패턴 쇼트 등의 결함은 발견되지 않았다. 또한, 종래의 소수화 처리를 실시하지 않는 웨이퍼를 이용한 경우에 비해 치수 정밀도가 높아 패턴 형상이 양호한 배선 패턴을 얻을 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 따르면 디바이스로서의 신뢰성, 품질 및 성능 등이 종래 기술에 관한 반도체 장치와 비교하여 높은 반도체 장치를 얻을 수 있다. 그와 동시에, 그러한 반도체 장치를 높은 수율로 효율적이고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
여기서, 도6을 참조하면서 본 실시 형태에 대한 비교예에 대해 설명한다. 도6은 본 실시 형태에 대한 비교예에 대한 웨이퍼(101)를 도시하는 단면도이다.
이 웨이퍼(101)는 전술한 본 실시 형태에 관한 웨이퍼(5)와 달리, 소수화 처리가 실시되어 있지 않다. 그리고, 웨이퍼(101)의 표면(101a) 및 베벨부(101d)의 상면부를 덮어 반사 방지막(102)이 성막되어 있다. 또한, 레지스트막(103f)은 반사 방지막(102)을 덮어 성막되어 있다. 그리고, 보호막(104)은 반사 방지막(102), 레지스트막(103) 및 웨이퍼(101)의 주연부(에지부)(101b) 중 베벨부(101d)의 측면부를 덮어 성막되어 있다.
본 발명자들은 이러한 구성으로 이루어지는 웨이퍼(101)에 대해, 본 실시 형태와 마찬가지로 액침형 노광 장치(1)를 이용하여 액침 노광 처리를 실시하였다. 그리고, 액침 노광 처리가 종료한 후 액침형 노광 장치(1)로부터 웨이퍼(101)를 취 출하여 관찰하였다. 그러면, 도6에 도시한 바와 같이 웨이퍼(101)의 이면(101c) 및 베벨부(101d)의 하면부에 액침액(순수)(105)의 물방울이 부착되어 습윤한 상태로 되어 있었다.
배경 기술에 있어서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(101)의 이면(101c)측으로 순수(10)가 침투하여 습윤한 상태로 되어 있으면, 웨이퍼(101)의 품질이 열화될 우려가 매우 높아진다. 나아가서는, 그러한 품질이 열화된 웨이퍼(101)를 이용하여 제조되는 반도체 장치는 그 성능, 품질, 혹은 신뢰성 등이 저하될 우려가 높아진다.
이에 대해, 본 실시 형태에 관한 웨이퍼(5)는 전술한 바와 같이 레지스트막(32)이 형성되는 데 앞서 소수화 처리 장치(10)에 의해 이면(5c) 및 베벨부(5d)에 소수화 처리가 실시되어 있다. 이로 인해, 도5b에 도시한 바와 같이 액침 노광이 종료한 후의 웨이퍼(5)에는 그 표면(5a) 상에는 물론, 이면(5c) 상 및 베벨부(5d) 상에도 물방울은 거의 부착되어 있지 않다. 따라서, 웨이퍼(5)는 액침 노광이 실시되어도 그 품질이 열화될 우려는 거의 없다. 나아가서는, 웨이퍼(5)를 이용하여 제조되는 본 실시 형태에 관한 반도체 장치는 그 성능, 품질, 혹은 신뢰성 등이 저하될 우려는 거의 없다. 또한, 도시는 생략하지만 전술한 소수화 처리에 따르면, 웨이퍼(5)의 표면(5a)에도 소수화 처리가 실시되어 있는 것은 물론이다.
여기서, 웨이퍼(5)에 레지스트막(32)을 형성하는 데 앞서 소수화 처리를 행하는 이유에 대해 설명한다.
액침 노광이 적용되는 것은, 일반적으로 KrF 엑시머 레이저 리소그래피 공정 혹은 ArF 엑시머 레이저 리소그래피 공정 등의, 이른바 Deep UV 리소그래피 공정 이후의 세대이다. 이 세대의 리소그래피 공정에는, 화학 증폭형 레지스트막이라 불리워지는 레지스트막이 이용된다. 예를 들어, 포지티브형의 상기 화학 증폭형 레지스트막의 노광 공정에 있어서의 반응 메카니즘은 다음에 서술하는 바와 같다. 우선, 레지스트막이 노광됨으로써 레지스트막 중에 포함되는 광산발생제가 산을 발생시킨다. 발생한 산은 레지스트막 중에 존재하는 반응 억제기라 불리워지는 관능기를 촉매로 하여, 이에 반응하여 분해된다. 이에 의해, 피노광부의 레지스트막이 현상액에 가용이 된다.
전술한 소수화 처리 공정에 있어서는, 헥사메틸디실라잔 등의 소수화 처리제가 이용된다. 그런데, 이 경우 부생성물로서 암모니아 등의 염기성 물질이 레지스트막 내에 발생하는 경우가 있다. 레지스트막 내에 염기성 물질로 이루어지는 부생성물이 발생하면, 이 부생성물이 화학 증폭형 레지스트의 촉매 반응을 억제한다. 나아가서는, 레지스트 패턴의 형상 이상을 야기한다.
따라서, 전술한 바와 같이 웨이퍼(5)의 소수화 처리는 웨이퍼(5)에 레지스트막(32)을 형성하는 데 앞서 행해야만 한다. 또한, 가열 처리를 부가하는 등, 소수화 처리에 의해 생성되는 부생성물을 레지스트막(32)이 형성되는 웨이퍼(5)의 표면(5a)으로부터 제거하는 것이 필요해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제1 실시 형태에 따르면 웨이퍼(5)에 레지스트막(32)을 형성하는 데 앞서, 적어도 웨이퍼(5)의 이면(5c) 및 베벨부(5d)에 대해 소수화 처리가 실시되어 있다. 이에 의해, 액침 노광에 의해 웨이퍼(5)의 표 면(5a)으로부터 이면(5c)으로 액침액이 침투해도 웨이퍼(5)의 이면(5c) 및 베벨부(5d)가 습윤한 상태가 되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(5)는 액침 노광이 실시되어도 그 품질이 열화될 우려는 거의 없다. 나아가서는, 웨이퍼(5)를 이용하여 제조되는 반도체 장치는 그 성능, 품질, 혹은 신뢰성 등이 저하될 우려는 거의 없다.
(제2 실시 형태)
다음에, 본 발명에 관한 제2 실시 형태에 대해 도7을 참조하면서 설명한다. 도7은 본 실시 형태에 관한 기판 처리가 실시된 기판을 이면으로부터 면하여 도시하는 평면도 및 단면도이다. 또한, 전술한 제1 실시 형태와 동일 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 그들의 상세한 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 있어서는, 전술한 제1 실시 형태와 달리 웨이퍼(5)의 이면(5c) 전체적으로는 소수화 처리를 실시하지 않는다. 본 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼(5)의 이면(5c) 중 주연부(5b)로부터 소정의 범위 내의 영역에 대해 선택적으로 소수화 처리를 실시한다. 이하, 구체적이고 또한 상세하게 설명한다.
우선, 본 실시 형태에서는 도2 중 파선으로 나타낸 바와 같이, 제1 실시 형태에서 이용한 소수화 처리 장치(10)의 챔버(11) 내의 웨이퍼(5)의 이면(5c)의 중앙부(5e)와 대향하는 위치에, 웨이퍼(5)의 이면(5c)의 중앙부(5e)를 덮어 소수화 처리제 차폐 기구(14)를 설치한다. 즉, 핫 플레이트(13)의 주변에 소수화 처리제 차폐 기구(14)를 설치한다. 소수화 처리제 차폐 기구(14)는, 구체적으로는 폭이 약 3 mm로 형성된 차폐판이다. 그와 동시에, 차폐판(14)의 웨이퍼(5)의 이면(5c) 과 대향하는 측의 주면 상에, 약 100 ㎛의 크기의 이격 부재(갭 스페이서)(41)를 복수개 설치한다. 챔버(11) 내에 수납된 웨이퍼(5)는 이들 차폐판(14)과 웨이퍼(5)의 이면(5c)과의 사이에 배치된 각 갭 스페이서(41) 상에 적재된다. 이에 의해, 웨이퍼(5)의 이면(5c)의 중앙부(5e)에 소수화 처리 분위기가 접촉하는 것을 억제한다. 이러한 설정하에서, 제1 실시 형태와 동일한 방법에 의해 웨이퍼(5)에 소수화 처리를 실시한다. 본 실시 형태에서는 웨이퍼(5)에 약 100 ℃로 약 10초간의 소수화 처리를 실시하였다. 그 밖의 공정은 제1 실시 형태와 동일하다.
지금까지의 공정을 거친 웨이퍼(5)를 도7a 및 도7b에 도시한다. 도7a는 반사 방지막(31), ArF 화학 증폭형 레지스트막(32) 및 보호막(33)이 형성된 웨이퍼(5)를 그 이면(5c)측으로부터 면하여 도시하는 평면도이다. 또한, 도7b는 반사 방지막(31), ArF 화학 증폭형 레지스트막(32) 및 보호막(33)이 형성된 웨이퍼(5)를 도시하는 단면도이다.
도7a 및 도7b에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(5)의 이면(5c)에는 제1 실시 형태와 달리 그 중앙부(5e)를 제외한 영역에 소수화 처리가 실시되어 소수화 처리부(34)가 형성되어 있다. 단, 도7b에 도시한 바와 같이 웨이퍼(5)의 주연부(에지부)(5b)에는 제1 실시 형태와 마찬가지로 그 베벨부(5d)의 측부 및 하면부에 소수화 처리부(34)가 형성되어 있다. 그리고, 도7b에 도시한 바와 같이 반사 방지막(31), 레지스트막(32) 및 보호막(33)은 제1 실시 형태와 동일한 구성으로 성막되어 있다.
제1 실시 형태에서 이용한 액침형 노광 장치(1)도 포함하여, 일반적인 액침 형 노광 장치에는 통상 그 웨이퍼 스테이지의 웨이퍼의 에지부에 인접하는 부분에 웨이퍼 스테이지 상으로부터 액침액을 제거하는 배수 장치(흡수 기구)가 설치되어 있다. 이로 인해, 적어도 액침 노광을 행하고 있는 동안에는 웨이퍼의 이면의 중앙부가 액침액에 접촉할 우려는 거의 없다. 따라서, 반드시 제1 실시 형태와 같이 웨이퍼(5)의 이면(5c)에 전면적으로 소수화 처리를 실시할 필요는 없다. 소수화 처리는 웨이퍼(5)의 이면(5c) 및 주연부(5b) 중, 흡수 기구에 의해 액침액의 흡수가 이루어지는 영역 및 그 외측에 실시되면 충분하다. 즉, 소수화 처리는 본 실시 형태와 같이 적어도 웨이퍼(5)의 이면(5c) 중 중앙부(5e)를 제외한 영역(5)의 이면(5c)의 주연부(5b) 및 웨이퍼(5)의 베벨부(5d)에 실시되면 충분하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제2 실시 형태에 따르면 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시 형태)
다음에, 본 발명에 관한 제3 실시 형태에 대해 도8을 참조하면서 설명한다. 도8은 본 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 흐름도로 하여 도시하는 도면이다. 또한, 전술한 제1 및 제2 각 실시 형태와 동일 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 그들의 상세한 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 있어서는, 전술한 제1 및 제2 각 실시 형태와 달리 웨이퍼(5)에 소수화 처리를 실시하는 데 앞서 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 반사 방지막(31)을 형성한다. 이하, 간결하게 설명한다.
도8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는 전술한 제1 및 제2 각 실 시 형태와 달리 웨이퍼(5)에 소수화 처리를 실시하는 데 앞서 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 유기 반사 방지막(31)을 형성한다. 그리고, 유기 반사 방지막(31)이 형성된 웨이퍼(5)에 소수화 처리를 실시한다. 또한, 유기 반사 방지막(31) 상에 레지스트막(32)을 형성하는 데 앞서 소수화 처리가 실시된 웨이퍼(5)에 가열 처리를 실시한다. 그 밖의 공정은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
제1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(5)에 소수화 처리를 실시하는 경우에는 소수화 처리에 의한 부생성물의 발생에 주의해야만 한다. 즉, 부생성물에 의한 유기 반사 방지막(31)의 오염에 배려할 필요가 있다. 부생성물에 의해 유기 반사 방지막(31)이 오염되면, 유기 반사 방지막(31) 상에 형성되는 레지스트막에 레지스트 패턴을 형성하였을 때에, 레지스트 패턴의 형상에 이상이 발생될 우려가 높아진다. 이러한 레지스트 패턴의 형상 이상을 억제하기 위해서는, 유기 반사 방지막(31) 상에 레지스트막(32)을 형성하는 데 앞서 유기 반사 방지막(31) 내로부터 오염 물질을 제거하면 좋다. 본 실시 형태에서는 도8에 도시한 바와 같이 유기 반사 방지막(31) 상에 레지스트막(32)을 형성하는 데 앞서 소수화 처리가 실시된 웨이퍼(5)에 가열 처리를 실시한다. 이에 의해, 유기 반사 방지막(31) 상에 레지스트막(32)을 형성하는 데 앞서 반사 방지막(31) 내로부터 레지스트 패턴의 형상 이상의 원인이 되는 오염 물질(불순물)을 미리 제거한다.
도시를 수반하는 상세하고 또한 구체적인 설명은 생략하지만, 본 발명자들이 행한 실험에 따르면 본 실시 형태에 의해 제작된 웨이퍼(5)에 대해 배선을 형성하는 시험 제작 실험을 행하였다. 즉, 도8에 도시한 각 공정을 거쳐서 제작된 웨이 퍼(5)에 대해, 레지스트막(32)을 마스크로 하여 배선 패턴을 형성하였다. 이 결과에 따르면, 패턴 쇼트 등의 결함은 발견되지 않았다. 또한, 종래의 소수화 처리를 실시하지 않은 웨이퍼를 이용한 경우에 비해 치수 정밀도가 높아 패턴 형상이 양호한 배선 패턴을 얻을 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제3 실시 형태에 따르면 전술한 제1 및 제2 각 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치는 전술한 제1 내지 제3 각 실시 형태에는 제약되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 그들의 구성, 혹은 제조 공정 등의 일부를 다양한 설정으로 변경하거나, 혹은 각종 설정을 적절하게 적당히 조합하여 이용하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 웨이퍼(5)에 대한 소수화 처리는 반드시 소수화 처리제(22)를 포함하는 기체 형상의 소수화 처리 분위기(소수화 처리 증기)에 한정되지는 않는다. 기체 형상의 소수화 처리 분위기 대신에, 소수화 처리제(22)를 포함하는 액체를 웨이퍼(5)의 소수화 처리를 필요로 하는 부분에 직접 공급해도 상관없다.
또한, 소수화 처리제(22)는 반드시 헥사메틸디실라잔(HMDS) 등으로 대표되는 실란 커플링제에는 한정되지 않는다. 소수화 처리제(22)로서, 예를 들어 유기 실리콘 화합물이나 탄화불소계 화합물을 이용해도 상관없다.
또한, 소수화 처리를 실시한 후의 웨이퍼(5)에 대한 가열 처리(PEB)는 반드시 약 130 ℃에서 행할 필요는 없다. 소수화 처리 후의 웨이퍼(5)에 대한 가열 처리는 약 100 ℃ 이상에서 행하면 충분하다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서의 차폐판(14)과 웨이퍼(5)의 이면(5c)과의 간격(근접 거리)은 반드시 약 100 ㎛에는 한정되지 않는다. 차폐판(14)과 웨이퍼(5)의 이면(5c)과의 간격은, 약 500 ㎛ 이하이면 좋다. 즉, 차폐판(14)과 웨이퍼(5)의 이면(5c)과의 간격은 웨이퍼(5)의 이면(5c)의 중앙부(5e)에 소수화 처리제를 접촉할 수 없는 크기로 설정되어 있으면 좋다. 차폐판(14)과 웨이퍼(5)의 이면(5c)과의 간격이 약 500 ㎛ 이하가 되는 범위이면 적절하게 적정한 간격으로 차폐판(14)에 웨이퍼(5)의 이면(5c)을 근접시키면 좋다. 혹은, 차폐판(14)에 웨이퍼(5)의 이면(5c)을 접촉시켜도 상관없다. 즉, 차폐판(14)과 웨이퍼(5)의 이면(5c)과의 간격을 0 ㎛로 해도 상관없다. 또한, 차폐판(14)과 웨이퍼(5)의 이면(5c)과의 간격의 조정은 반드시 전술한 바와 같이 미리 원하는 크기로 형성된 갭 스페이서(41)를 차폐판(14)의 상부에 설치하는 방법에는 한정되지 않는다. 차폐판(14)과 웨이퍼(5)의 이면(5c)과의 간격의 조정은, 예를 들어 각 핀(12)을 상하 방향(수직 방향)으로 이동 가능한 설정으로 하여, 이들을 상하시킴으로써 조정하는 설정으로 해도 상관없다.
또한, 소수화 처리를 실시하는 부위는 전술한 부위에는 한정되지 않는다. 소수화 처리는 적어도 웨이퍼(5)의 외주부 중 가장 외측을 덮는 막(도포막)보다도 외측의 베벨부(5d) 및 이면(5c)의 적어도 한쪽에 실시되면 충분하다. 구체적으로는, 반도체 소자가 형성되는 측의 주면인 웨이퍼(5)의 표면(5a)이 반사 방지막(31), 레지스트막(32) 및 액침 보호막(33) 등의 각종 도포막에 의해 대체로 덮여 있는 웨이퍼(5)의 레지스트막(32)에 대해 액침형 노광 장치(1)를 이용하여 배선 패 턴 등을 액침 노광할 때에, 도포막에 의해 덮여 있지 않은 웨이퍼(5)의 이면(5c)이 미리 소수화되어 있으면 좋다. 또한, 액침 노광 공정 등 소수화 처리 공정 이후의 공정에 있어서 웨이퍼(5)를 보유 지지할 때에는 웨이퍼(5)를 보유 지지하는 보유 지지 기구가 웨이퍼(5)의 소수화 처리가 실시된 영역에 접촉하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼(5) 상의 막 구조는 전술한 구조에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 우선 웨이퍼(5)를 가공하기 위한 무기막으로 이루어지는 하드 마스크도 마스크를 웨이퍼(5) 상에 형성한 후, 그 위에 유기 반사 방지막(31)을 형성해도 상관없다. 이 경우에는, 하드 마스크의 형성 후에 소수화 처리를 실시해도 좋다.
또한, 레지스트막(32)의 구조는 전술한 단층 구조에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 웨이퍼(5) 상에 하층 레지스트막 및 중간 레지스트막을 적절하게 형성한 후, 상층 레지스트막을 형성하는 다층 레지스트 프로세스에 의해 다층 구조의 레지스트막을 웨이퍼(5) 상에 형성해도 상관없다. 이 경우에는, 소수화 처리를 하층 레지스트막 형성 공정, 중간 레지스트막 형성 공정 및 상층 레지스트막 형성 공정 중 어떠한 공정 전에 행하는 것이 바람직하다. 또한, 필요하면 소수화 처리 전에 유기 반사 방지막(31)을 웨이퍼(5) 상에 형성한 제3 실시 형태와 마찬가지로 그들 각 공정 중 어떠한 공정 전에 부가 처리로서 가열 처리를 추가하는 것이 바람직하다.
또한, 반사 방지막(31)은 유기막 및 무기막 중 어떠한 막을 이용해도 상관없다. 그와 동시에, 반사 방지막(31)은 동종 혹은 이종의 반사 방지막을 복수층으로 적층한 다층 구조로 형성해도 상관없다.
또한, 반사 방지막(31)으로서 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등에 의해 성막되는 Si0N막 등의 무기 반사 방지막을 이용한 경우에는, 이 무기 반사 방지막이 웨이퍼(5)의 이면(5c)에 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 웨이퍼(5)의 이면(5c)이 무기 반사 방지막으로 덮인 상태에서 액침 노광이 행해지게 된다. 이러한 경우에는, 웨이퍼(5)의 소수화 처리는 무기 반사 방지막의 형성 후이며, 또한 레지스트막의 형성 전에 실시될 필요가 있다.
추가의 이점 및 수정은 이 기술 분야의 숙련된자들에 의해 용이하게 달성될 것이다. 따라서, 보다 넓은 측면에서 본 발명은 본 명세서에 도시되고 기재된 상세한 설명 및 대표적인 실시형태에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그와 동등한 것에 의해 정의된 바와 같은 일반적인 발명의 개념의 사상 또는 범위로부터 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 수정이 가능하다.
본 발명에 따르면, 소수화 처리를 실시한 웨이퍼를 이용함으로써 치수 정밀도가 높아 패턴 형상이 양호한 배선 패턴을 얻을 수 있다. 또한, 디바이스로서의 신뢰성, 품질 및 성능 등이 높은 반도체 장치를 얻을 수 있다. 그와 동시에, 그러한 반도체 장치를 높은 수율로 효율적이고 또한 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 처리 방법이며, 노광 처리가 실시되는 피처리 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계와의 사이에 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하는 액침 노광에 이용되는 상기 피처리 기판의 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에 레지스트막을 형성하는 데 앞서, 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역에 대해 선택적으로 소수화 처리를 실시하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소수화 처리를, 상기 제2 주면의 중앙부를 제외한 영역에 실시하는 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소수화 처리에 이용되는 소수화 처리제는 유기 실리콘 화합물인 기판 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소수화 처리에 이용되는 소수화 처리제는 플루오로카본계 화합물인 기판 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소수화 처리에 이용되는 소수화 처리제를 포함하는 액체를 상기 피처리 기판의 상기 제2 주면에 공급하거나, 혹은 상기 소수화 처리제를 포함하는 기체에 상기 피처리 기판의 상기 제2 주면을 노출시킴으로써 상기 소수화 처리를 행하는 기판 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피처리 기판에 80 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도로 가열 처리를 실시하면서 상기 소수화 처리를 행하는 기판 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 소수화 처리를 행한 후, 상기 피처리 기판에 100 ℃ 이상의 온도로 가열 처리를 실시하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  8. 기판 처리 장치이며,
    내부에는 노광 처리가 실시되는 피처리 기판이 그 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에 레지스트막이 형성되는 데 앞서 수납되는 기판 수납실과,
    상기 기판 수납실 내에 있어서 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역을 노출시켜 상기 피처리 기판을 지지하는 기판 지지구와,
    상기 기판 수납실 내에 소수화 처리제를 공급하는 기판 처리제 공급 장치를 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판 수납실 내에 상기 제2 주면의 중앙부를 덮는 소수화 처리제 차폐 기구를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 기판 수납실 내에 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 장치를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기판 지지구는 상기 피처리 기판과 상기 가열 장치와의 사이를 1 mm 이상 이격시켜 상기 피처리 기판을 지지하는 기판 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가열 장치는 상기 소수화 처리제 차폐 기구의 부근에 설치되어 있는 기판 처리 장치.
  13. 노광 처리가 실시되는 피처리 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계와의 사이에 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법이며,
    상기 피처리 기판의 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에, 상기 노광 처리에 의해 소정의 레지스트 패턴이 형성되는 레지스트막을 형성하는 단계와,
    이 레지스트막 상에 보호막을 형성하는 단계와,
    이 보호막이 형성된 상기 피처리 기판에 대해 마스크를 통해 선택적으로 상기 노광 처리를 실시하는 동시에, 상기 제1 주면 상에 상기 레지스트막을 형성하는 데 앞서, 상기 피처리 기판의 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역에 대해 선택적으로 소수화 처리를 실시하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 소수화 처리를, 상기 제2 주면의 중앙부를 제외한 영역에 실시하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 소수화 처리에 이용되는 소수화 처리제는 유기 실리콘 화합물인 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 소수화 처리에 이용되는 소수화 처리제는 플루오로카본계 화합물인 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 소수화 처리에 이용되는 소수화 처리제를 포함하는 액체를 상기 피처리 기판의 상기 제2 주면에 공급하거나, 혹은 상기 소수화 처리제를 포함하는 기체에 상기 피처리 기판의 상기 제2 주면을 노출시킴으로써 상기 소수화 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 피처리 기판에 80 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도로 가열 처리를 실시하면서 상기 소수화 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 소수화 처리를 행한 후, 상기 피처리 기판에 100 ℃ 이상의 온도로 가열 처리를 실시하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 노광 처리가 실시되는 피처리 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계와의 사이에 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법이며,
    상기 피처리 기판의 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에, 상기 노광 처리에 의해 소정의 레지스트 패턴이 형성되는 레지스트막을 형성하는 단계와,
    이 레지스트막 상에 보호막을 형성하는 단계와,
    이 보호막이 형성된 상기 피처리 기판에 대해 마스크를 통해 선택적으로 상기 노광 처리를 실시하는 동시에, 상기 제1 주면 상에 상기 레지스트막을 형성하는 데 앞서, 상기 피처리 기판의 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역에 대해 기판 처리 장치를 이용하여 선택적으로 소수화 처리를 실시하는 단계를 포함하고,
    상기 기판 처리 장치는,
    내부에는 노광 처리가 실시되는 피처리 기판이 그 상기 노광 처리가 실시되는 측의 제1 주면 상에 레지스트막이 형성되는 데 앞서 수납되는 기판 수납실과,
    상기 기판 수납실 내에 있어서 상기 제1 주면과는 반대측의 제2 주면 중 주연부로부터 소정의 범위 내의 영역을 노출시켜 상기 피처리 기판을 지지하는 기판 지지구와,
    상기 기판 수납실 내에 소수화 처리제를 공급하는 기판 처리제 공급 장치를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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