KR101423783B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR101423783B1
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유이치로 이나토미
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 자외선 조사 처리를 행하지 않고서, 레지스트 패턴의 표면에 용제 증기를 효율적으로 부착시켜, 처리 정밀도의 향상을 도모하고, 처리 시간의 단축을 도모하며, 또한 용제 성분의 장치 내외로의 확산을 억제하는 것을 과제로 한다.
노광 처리되어 현상 처리된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 레지스트 패턴(R)의 표면에 물 분자(m)를 부착시킨다. 물 분자(m)가 부착된 레지스트 패턴(R)의 표면에 대하여, 수용성을 갖는 레지스트의 용제 증기(예컨대 NMP)를 공급하여, 물 분자(m)에 결합하는 용제 증기에 의해 레지스트 패턴(R)의 표면을 팽윤시키는 스무딩 처리(smoothing process)를 행한다. 스무딩 처리된 웨이퍼(W) 상의 레지스트 패턴(R)에 부착되어 있는 물 분자(m) 및 용제(s)을 건조에 의해 제거한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM}
본 발명은, 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 기판의 레지스트막의 표면 거칠음을 개선하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스의 제조 프로세스에서의 포토리소그래피 공정에서는, 예컨대 반도체 웨이퍼(이하에 웨이퍼라고 칭함)의 하지막(下地膜) 상에 레지스트액을 도포하여, 레지스트막을 형성하는 레지스트 도포 처리, 웨이퍼 표면에 소정의 회로 패턴이 노광되는 노광 처리, 노광 후의 웨이퍼를 현상액에 의해 현상하는 현상 처리, 및 웨이퍼의 하지막 등을 에칭하는 에칭 처리 등이 행해지고 있다.
그런데, 전술한 현상 처리가 실시된 후의 레지스트 패턴의 표면에는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 노광 처리 시에 웨이퍼의 표면에 조사되는 빛의 파동적 성질{예컨대, KrF의 파장은 248 ㎚, ArF의 파장은 193 ㎚}에 의해 레지스트 패턴(R)의 측벽면의 수평 및 연직 방향으로 복수의 줄무늬가 생겨, 레지스트 패턴(R)의 표면에 요철{LWR(Line Width Roughness), LER(Line Edge Roughness)}이 생긴다. 또한, 도 13에 도시하는 바와 같이, 홀(H)을 갖는 레지스트 패턴(R)에서도, 노광 처 리 시에 웨이퍼의 표면에 조사되는 빛의 파동적 성질에 의해 홀(H)의 내주면에, 마찬가지로 요철의 줄무늬가 생긴다. 이와 같이, 레지스트 패턴(R)의 표면에 요철이 생겨 표면이 거칠어지면, 그 레지스트 패턴(R)을 마스크로 해서 하지막을 에칭 처리했을 때에, 하지막에는 레지스트 패턴(R)의 줄무늬에 대응한 줄무늬 등의 요철이 생겨, 정밀한 회로 패턴이 형성되지 않으므로, 원하는 품질의 반도체 디바이스가 제조되지 않게 된다.
이에 따라, 출원인은, 전술한 요철{LWR(Line Width Roughness), LER(Line Edge Roughness)}을 개선하는 방법으로서, 레지스트의 용제 분위기를 사용하여, 레지스트 패턴의 최외측 표면을 용해시켜 평활화하는 수법(스무딩 처리)을 이미 제안하고 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 이때, ArF 레지스트에 있어서는 유기 용제에 대한 용해성이 낮은 성질로 인해, 스무딩 처리 전에, 자외선을 조사함으로써, 레지스트막에 있어서의 용해 저해성 보호기(예컨대, 락톤기 등)를 분해하고 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-19969호 공보(특허 청구의 범위, 도 4, 도 5, 도 16)
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 레지스트 패턴의 표면에 자외선을 조사하는 자외선 조사 처리와, 레지스트 패턴의 표면을 용제 증기의 분위기에 두는 스무딩 처리를, 각각 독립된 장치로 행하고 있기 때문에, 자외선 조사 처리부터 스무딩 처리까지의 시간이 일정하지 않고, 처리 정밀도가 일정하지 않을 우려가 있었다. 또한, 자외선 조사 처리 장치와 스무딩 처리 장치를 별개로 설치하면, 자외선 조사 처리부터 스무딩 처리까지에 시간을 필요로 한다. 또한, 이러한 종류의 스무딩 처리에서는, 용제 증기 분위기에서 처리하기 때문에, 레지스트 패턴(R)에 수용된 용제 성분이 기판을 통해 장치 내외로 확산될 우려가 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 자외선 조사 처리를 행하지 않고서, 레지스트 패턴의 표면에 용제 증기를 효율적으로 부착시켜, 처리 정밀도의 향상을 도모하고, 처리 시간의 단축을 도모하며, 또한, 용제 성분의 장치 내외로의 확산을 억제하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 기판 처리 방법은, 노광 처리되어 현상 처리된 기판의 표면에 형성된 유기 용제에 대하여 용해성이 낮은 성질의 레지스트 패턴의 표면 거칠음을 평활화하는 기판 처리 방법으로서, 냉각된 상태의 상기 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 부착시키는 전(前)처리 공정과, 상기 물 분자가 부착된 레지스트 패턴의 표면에 대하여, 수용성을 갖는 레지스트의 용제 증기를 공급하여, 상기 물 분자에 결합하는 용제 증기에 의해 레지스트 패턴의 표면을 팽윤시키는 스무딩 처리 공정과, 그 스무딩 처리된 기판 상의 레지스트 패턴에 부착되는 물 분자 및 용제를 건조에 의해 제거하는 후처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다(청구항 1).
본 발명에 있어서의 수용성을 갖는 용제 증기로서는, 예컨대, N메틸2피롤리돈(NMP), 아세톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)의 각 용제 증기를 이용할 수 있다. 보다 바람직한 사용법으로, ArF(파장이 193 ㎚인 광원)용 레지스트막에 대해서는 NMP가 적합하다.
삭제
또한, 본 발명의 기판 처리 방법은, 노광 처리되어 현상 처리된 기판의 표면에 형성된 유기 용제에 대하여 용해성이 낮은 성질의 레지스트 패턴의 표면 거칠음을 평활화하는 기판 처리 방법으로서, 상기 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 부착시키는 전처리 공정과, 상기 물 분자가 부착된 레지스트 패턴의 표면에 대하여, 수용성을 갖는 레지스트의 용제 증기를 공급하여, 상기 물 분자에 결합하는 용제 증기에 의해 레지스트 패턴의 표면을 팽윤시키는 스무딩 처리 공정과, 그 스무딩 처리된 기판 상의 레지스트 패턴에 부착되는 물 분자 및 용제를 건조에 의해 제거하는 후처리 공정과, 상기 후처리 공정에서의 건조 전에, 레지스트 패턴의 표면에, 그 레지스트 패턴의 표면에 부착되는 물 분자와 용제와의 결합을 유발(誘發)하기 위한 물 분자를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다(청구항 2)
또한, 본 발명의 기판 처리 방법에 있어서, 상기 후처리 공정은, 기판을 연직축 주위로 회전시켜 행해도 좋고(청구항 3), 또는 기판을 가열시켜 행해도 좋다(청구항 4).
또한, 본 발명의 기판 처리 장치는, 노광 처리되어 현상 처리된 기판의 표면에 형성된 유기 용제에 대하여 용해성이 낮은 성질의 레지스트 패턴의 표면 거칠음을 평활화하는 기판 처리 장치로서, 기판의 표면을 상면으로 하여 기판을 유지하고, 기판을 냉각시키는 냉각 수단을 구비하는 기판 유지대와, 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 공급하는 물 공급 노즐과, 물 분자가 부착된 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에, 수용성을 갖는 레지스트의 용제 증기를 공급하는 용제 증기 공급 노즐과, 상기 레지스트 패턴의 표면에 부착된 물 분자 및 용제를 제거하는 건조 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다(청구항 5).
삭제
또한, 본 발명의 기판 처리 장치에 있어서, 상기 건조 수단은, 상기 기판 유지대를 연직축 주위로 회전시키는 회전 구동 기구에 의해 형성되거나(청구항 6), 또는, 기판을 올려 놓는 열판을 갖는 가열 장치에 의해 형성된다(청구항 7).
청구항 1, 5에 기재된 발명에 따르면, 기판 상의 유기 용제에 대하여 용해성이 낮은 성질의 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 부착시킨 후, 물 분자가 부착된 레지스트 패턴의 표면에 대하여, 수용성을 갖는 레지스트의 용제 증기를 공급함으로써, 용제 증기는 물 분자에 결합하여 레지스트 패턴의 최외측 표면에 골고루 부착되고, 레지스트 패턴의 표면을 팽윤시켜, 레지스트 패턴의 표면 요철을 고르게 하여 스무딩할 수 있다. 또한, 스무딩 처리된 기판 상의 레지스트 패턴에 부착되는 물 분자 및 용제를 건조에 의해 제거함으로써, 기판에 부착되는 용제 성분을 제거할 수 있다.
또한, 청구항 1, 5에 기재된 발명에 따르면, 기판을 냉각한 상태에서, 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 부착함으로써, 물 분자를 결로시킨 상태로 레지스트 패턴의 표면에 부착시킬 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 후처리 공정에서의 건조 전에, 레지스트 패턴의 표면에, 상기 레지스트 패턴의 표면에 부착되는 물 분자와 용제와의 결합을 유발하기 위한 물 분자를 공급함으로써, 레지스트 패턴에 부착되는 용제 성분이 새롭게 부가된 물 분자에 결합되어 물 분자와 함께 레지스트 패턴으로부터 제거될 수 있다.
청구항 3, 6에 기재된 발명에 따르면, 기판을 연직축 주위로 회전시킴으로써, 레지스트 패턴에 부착된 물 분자 및 용제를 원심력에 의해 제거할 수 있다.
청구항 4, 7에 기재된 발명에 따르면, 기판을 가열시킴으로써, 레지스트 패턴에 부착된 물 분자 및 용제를 증발시켜 제거할 수 있다. 또한, 기판을 가열시킴으로써, 스무딩 처리로 팽윤된 레지스트가 경화되어, 내약품성이 향상된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치는, 상기한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 청구항 1, 5에 기재된 발명에 따르면, 용제 증기를 유기 용제에 대하여 용해성이 낮은 성질의 레지스트 패턴의 최외측 표면에 골고루 부착시키고, 레지스트 패턴의 표면을 팽윤시켜, 레지스트 패턴의 표면 요철을 고르게 하여 스무딩할 수 있기 때문에, 처리 정밀도의 향상을 도모할 수 있고, 또한, 자외선 조사 처리를 행하는 경우에 비하여 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다. 또한, 후처리에 의해 기판에 부착되는 용제 성분을 제거할 수 있기 때문에, 장치 내외로 용제 성분이 확산되는 것을 억제할 수 있다.
(2) 청구항 1, 5에 기재된 발명에 따르면, 전처리에 의해 물 분자를 결로시킨 상태로 레지스트 패턴의 표면에 부착시킬 수 있기 때문에, 상기 (1)에 더하여, 레지스트 패턴의 표면에 용제 증기가 부착되는 것을 확실하게 할 수 있어, 처리 정밀도의 향상을 더욱 도모할 수 있다.
(3) 청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 후처리 공정에서, 레지스트 패턴에 부착되는 용제 성분이 새롭게 부가된 물 분자에 결합되어 물 분자와 함께 레지스트 패턴으로부터 제거될 수 있기 때문에, 상기 (1)에 더하여, 레지스트 패턴에 부착되는 용제 성분을 더욱 확실하게 제거할 수 있어, 용제 성분이 장치 내외로 확산되는 것을 확실하게 억제할 수 있다.
(4) 청구항 3, 6에 기재된 발명에 따르면, 기판을 연직축 주위로 회전시킴으로써, 레지스트 패턴에 부착된 물 분자 및 용제를 원심력에 의해 제거할 수 있기 때문에, 상기 (1)∼(3)에 더하여, 스무딩 처리와 후처리(건조 처리)를 동일한 장치 내에서 연속해서 행할 수 있어, 처리 시간을 더욱 단축할 수 있다.
(5) 청구항 4, 7에 기재된 발명에 따르면, 상기 (1)∼(3)에 더하여, 기판을 가열시킴으로써, 레지스트 패턴에 부착된 물 분자 및 용제를 증발시켜 제거할 수 있고, 또한, 기판을 가열시킴으로써, 스무딩 처리로 팽윤된 레지스트를 경화시켜, 내약품성을 향상시킬 수 있다.
이하에, 본 발명의 최선의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 여기서는, 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 반도체 웨이퍼의 레지스트 도포·현상 처리 시스템에 적용한 경우에 대해서 설명한다.
도 1은 상기 레지스트 도포·현상 처리 시스템의 일 실시형태의 개략적인 평 면도, 도 2는 도 1의 정면도, 도 3은 도 1의 배면도이다.
상기 레지스트 도포·현상 처리 시스템은, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)[이하에 웨이퍼(W)라고 칭함]를 웨이퍼 카세트(1)로 복수 장, 예컨대 25장 단위로 외부로부터 시스템으로 반입하거나 시스템으로부터 반출하거나, 웨이퍼 카세트(1)에 대하여 웨이퍼(W)를 반출·반입하기 위한 카세트 스테이션(10)[반송부]과, 도포 현상 공정 중에 1장씩 웨이퍼(W)에 소정의 처리를 실시하는 매엽식(枚葉式)의 각종 처리 유닛을 소정 위치에 다단 배치하여 이루어지는 처리 장치를 구비하는 처리 스테이션(20)과, 이 처리 스테이션(20)과 인접하여 설치되는 노광 장치(40)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하기 위한 인터페이스부(30)로 주요부가 구성되어 있다.
상기 카세트 스테이션(10)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 카세트 적재대(2) 상의 돌기(3)의 위치에 복수 개, 예컨대 4개까지의 덮개를 갖는 웨이퍼 카세트(1)가 각각의 웨이퍼 출입구를 처리 스테이션(20)측을 향하게 하여 수평의 X 방향을 따라서 일렬로 놓여 있고, 각 웨이퍼 카세트(1)에 대치하여 덮개 개폐 장치(5)가 배치되며, 또한, 카세트 배열 방향(X 방향)과 웨이퍼 카세트(1) 내에 수직 방향을 따라서 수용된 웨이퍼(W)의 웨이퍼 배열 방향(Z 방향)으로 이동 가능한 웨이퍼 반송용 핀셋(4)이 웨이퍼(W)를 각 웨이퍼 카세트(1)로 선택적으로 반송하도록 구성되어 있다. 또한, 웨이퍼 반송용 핀셋(4)은, θ 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있으며, 후술하는 처리 스테이션(20)측의 제3 세트(G3)의 다단 유닛부에 속하는 얼라이먼트 유닛(ALIM) 및 익스텐션 유닛(EXT)으로도 웨이퍼를 반송할 수 있도록 되어 있다.
상기 처리 스테이션(20)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 중심부에는, 이동 기구(22)에 의해 수직 이동하는 수직 반송형의 주웨이퍼 반송 기구(21)가 설치되고, 이 주(主)웨이퍼 반송 기구(21) 주위에 모든 처리 유닛이 1세트 또는 복수 세트에 걸쳐서 다단으로 배치되어 있다. 본 예에서는, 5세트(G1, G2, G3, G4 및 G5)의 다단 배치 구성이며, 제1 및 제2 세트(G1, G2)의 다단 유닛은 시스템 정면측에 병렬로 배치되고, 제3 세트(G3)의 다단 유닛은 카세트 스테이션(10)에 인접하여 배치되며, 제4 세트(G4)의 다단 유닛은 인터페이스부(30)에 인접하여 배치되고, 제5 세트(G5)의 다단 유닛은 배부(背部)측에 배치되어 있다.
이 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 세트(G1)에서는, 컵[용기](23) 내에서 웨이퍼(W)를 스핀척(도시하지 않음)에 올려 놓고 소정의 처리를 행하는 레지스트 도포 유닛(COT)과, 컵[용기](23) 내에서 웨이퍼(W)와 현상액 공급 수단(도시하지 않음)을 대치시켜 레지스트 패턴을 현상하는 현상 유닛(DEV)이 수직 방향으로 아래로부터 순서대로 2단으로 배치되어 있다. 제2 세트(G2)에는, 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서의 스무딩 처리 장치(50)[이하에 스무딩 장치(50)라고 칭함]를 통합한 현상 유닛(DEV)과, 현상 유닛(DEV)이 수직 방향으로 아래로부터 순서대로 2단으로 배치되어 있다. 또한, 레지스트 도포 유닛(COT)과 스무딩 장치(50)를 하단측에 배치한 이유는, 레지스트액의 배액이나, 레지스트의 용제의 배기가 기구적으로도 메인터넌스상으로도 번거롭기 때문이다. 그러나, 필요에 따라서 레지스트 도포 유닛(COT), 스무딩 장치(50)를 상단에 배치하는 것도 가능하다.
제3 세트(G3)에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 적재 대(24)에 올려 놓고 소정의 처리를 행하는 오븐형의 처리 유닛, 예컨대 웨이퍼(W)를 냉각하는 쿨링 유닛(COL), 웨이퍼(W)에 소수화 처리를 행하는 어드히젼(adhesion) 유닛(AD), 웨이퍼(W)의 위치 맞춤을 행하는 얼라이먼트 유닛(ALIM), 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하는 익스텐션 유닛(EXT), 웨이퍼(W)를 베이크(bake)하는 열처리 장치를 사용한 4개의 핫 플레이트 유닛(HP)이 수직 방향의 아래로부터 순서대로 예컨대 8단으로 배치되어 있다.
또한, 제4 세트(G4)에서는, 오븐형 처리 유닛, 예컨대 쿨링 유닛(COL), 익스텐션·쿨링 유닛(EXTCOL), 익스텐션 유닛(EXT), 쿨링 유닛(COL), 급랭 기능을 갖는 열처리 장치를 사용한 2개의 칠링 핫(chilling hot) 플레이트 유닛(CHP) 및 열처리 장치를 사용한 2개의 핫 플레이트 유닛(HP)이 수직 방향으로 아래로부터 순서대로 예컨대 8단으로 배치되어 있다.
상기한 바와 같이 처리 온도가 낮은 쿨링 유닛(COL), 익스텐션·쿨링 유닛(EXTCOL)을 하단에 배치하고, 처리 온도가 높은 핫 플레이트 유닛(HP), 칠링 핫 플레이트 유닛(CHP) 및 어드히젼 유닛(AD)을 상단에 배치함으로써, 유닛 간의 열적인 상호 간섭을 적게 할 수 있다. 물론, 랜덤한 다단 배치로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 처리 스테이션(20)에 있어서, 제1 및 제2 세트(G1, G2)의 다단 유닛(스피너형 처리 유닛)에 인접하는 제3 및 제4 세트(G3, G4)의 다단 유닛(오븐형 처리 유닛)의 측벽 내에는, 각각 덕트(25, 26)가 수직 방향으로 종단하여 설치되어 있다. 이들 덕트(25, 26)에는, 다운플로우의 청정 공기 또는 특별히 온도 조정된 공기가 흐르도록 되어 있다. 이 덕트 구조에 의해, 제3 및 제4 세트(G3, G4)의 오븐형 처리 유닛에서 발생한 열은 차단되어, 제1 및 제2 세트(G1, G2)의 스피너형 처리 유닛에는 미치지 않도록 되어 있다.
또한, 이 처리 시스템에서는, 주웨이퍼 반송 기구(21)의 배부측에도 도 1에 점선으로 나타내는 바와 같이 제5 세트(G5)의 다단 유닛을 배치할 수 있도록 되어 있다. 이 제5 세트(G5)의 다단 유닛은, 안내 레일(27)을 따라서 주웨이퍼 반송 기구(21)에서 보아 측방으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 제5 세트(G5)의 다단 유닛을 설치한 경우라도, 유닛을 슬라이드시킴으로써 공간부가 확보되기 때문에, 주웨이퍼 반송 기구(21)에 대하여 배후로부터 메인터넌스 작업을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 처리 스테이션(20)의 하부측에는, 예컨대 레지스트액, 현상액, 레지스트의 용제 등을 저류하는 탱크류나, 그 배관 계통을 수납하는 케미컬 유닛(29)이 설치되어 있다.
상기 인터페이스부(30)는, 깊이 방향으로는 처리 스테이션(20)과 동일한 치수를 갖지만, 폭 방향으로는 작은 사이즈로 만들어져 있다. 이 인터페이스부(30)의 정면부에는 휴대형의 픽업 카세트(31)와 정치형(定置型)의 버퍼 카세트(32)가 2단으로 배치되고, 배면부에는, 웨이퍼(W)의 주변부의 노광 및 식별 마크 영역의 노광을 행하는 노광 수단인 주변 노광 장치(33)가 배치되며, 중앙부에는, 반송 수단인 웨이퍼 반송 아암(34)이 배치되어 있다. 이 반송 아암(34)은, X, Z 방향으로 이동하여 웨이퍼(W)를 양 카세트(31, 32) 및 주변 노광 장치(33)로 반송하도록 구성되어 있다. 또한, 반송 아암(34)은, θ 방향으로 회전 가능하게 구성되고, 처리 스테이션(20)측의 제4 세트(G4)의 다단 유닛에 속하는 익스텐션 유닛(EXT) 및 인접하는 노광 장치측의 웨이퍼 전달대(도시하지 않음)로도 웨이퍼를 반송할 수 있도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 처리 시스템은 클린룸 내에 설치되며, 또한 시스템 내에서도, 천장부에 예컨대 헤파(HEPA) 필터(6)를 배치한 효율적인 수직 층류 방식에 의해 각 부분의 청정도를 높이고 있다.
다음으로, 스무딩 장치(50)에 대해서, 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 현상 유닛(DEV)에 통합된, 본 발명에 따른 기판 처리 장치인 스무딩 장치(50)를 도시하는 개략적인 종단면도, 도 5는 스무딩 장치(50)의 개략적인 횡단면도이다.
스무딩 장치(50)는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 케이스(56) 내의 중앙부에, 웨이퍼(W)를 유지하는 척(51)[기판 유지대]이 설치되어 있다. 척(51)의 상면의 유지면(51a)은, 수평으로 웨이퍼(W)의 직경과 동일한 정도의 원형 형상으로 형성되어 있다. 척(51)의 유지면(51a)에는, 도시하지 않은 복수의 흡인구가 형성되어 있고, 이 흡인구로부터 흡인함으로써 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다. 이 척(51)은, 회전축(51b)을 통해 회전 구동 기구인 모터(52)에 연결되어 있고, 이 모터는 척(51)을 연직축 주위로 회전시킬 수 있게 구성되어 있다. 이 모터(52)의 구동에 의해 척(51)에 유지된 웨이퍼(W)를 고속 회전시킴으로써, 스무딩 처리 시에 웨이퍼(W)에 부착된 용제 및 물 분자를 스핀 건조에 의해 제거할 수 있도록 되어 있다. 또한, 척(51)에는 실린더 등의 승강 구동부(58)가 설치되어 있고, 척(51)의 유지 면(51a)을 상하 이동시켜, 주웨이퍼 반송 아암(21)과의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달할 수 있도록 되어 있다.
또한, 척(51)의 유지면(51a) 내에는, 냉각 수단과 가열 수단을 겸용하는 온도 조정 수단인 펠티에 소자(54)가 내장되어 있다. 이 펠티에 소자(54)는, 전원(54a)으로부터의 전력 공급에 의해 작동되고, 온도 제어부(55)에 의해 제어된다. 즉, 펠티에 소자(54)는, PN 접합부에 전류를 흘리면, N→P 접합 부분에서는 흡열 현상이, P→N 접합 부분에서는 방열 현상이 발생하는 원리를 이용하여, 유지면(51a) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 온도를 소정 온도, 예컨대 냉각 시의 5℃ 또는 현상 처리 시의 23℃로 전환 가능하게 제어된다.
또한, 케이스(56)의 일측부(56a)에는 웨이퍼(W)의 반입출구(56b)가 형성되어 있고, 이 반입출구(56b)에는 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 반입출구(56b)를 개폐하는 셔터(57)가 배치되어 있다. 또한, 케이스(56)의 하측 측부에는 배기구(56c)가 형성되어 있다. 이 배기구(56c)는, 배기관(56d)을 통해 배기 수단, 예컨대 배기 펌프(90)에 접속되어 있다.
척(51) 주위에는, 예컨대 배기용 컵(59)이 마련되어 있다. 컵(59)은, 예컨대 척(51)의 유지면(51a)의 하측에 위치하고 있다. 컵(59)은, 예컨대 원통형의 외컵(59a)과 내컵(59b)으로 이루어지는 이중 구조로 형성되며, 외컵(59a)과 내컵(59b) 사이에 배기 통로(59c)가 형성되어 있다. 외컵(59a)과 내컵(59b) 사이의 상단부 간극에는, 환형의 흡입구(59d)가 개구되고, 이 흡입구(59d)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 유지면(51a)의 둘레 가장자리부를 따르도록 배치되어 있다. 외 컵(59a)과 내컵(59b) 사이의 하단부의 간극에는, 배기 장치(도시하지 않음)에 통하는 배기관(59e)이 접속되어 있고, 척(51) 위의 분위기를 흡입구(59d)로부터 적절하게 배기할 수 있도록 되어 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 컵(59)의 X 방향 부방향(負方向)(도 5의 상측 방향)측의 측방에는, Y 방향(도 5의 좌우 방향)을 따르는 레일(72)이 설치되어 있다. 레일(72)은, 예컨대 컵(59)의 일단부측의 외측으로부터 타단부측의 외측까지 설치되어 있다. 레일(72) 상에는, 2개의 아암(73A, 73B)이 설치되고, 이들 아암(73A, 73B)은 구동부(74A, 74B)에 의해 레일(72) 상을 이동할 수 있게 형성되어 있다. 아암(73A, 73B)에는, 웨이퍼(W)에 용제 증기를 토출하는 노즐로서의 용제 증기 공급 노즐(71)[이하에 용제 공급 노즐(71)이라 칭함]과, 웨이퍼(W)에 현상액을 공급하는 현상액 공급 노즐(81)이 유지되어 있다.
따라서, 용제 공급 노즐(71)과 현상액 공급 노즐(81)은, 레일(72)을 따라서 컵(59)의 일단부측의 외측으로부터 척(51) 위를 통과하여 컵(59)의 타단부측의 외측까지 이동할 수 있다. 또한, 용제 공급 노즐(71)과 현상액 공급 노즐(81)의 이동은, 예컨대 구동부(74A, 74B)의 동작을 제어하는 구동 제어부(75)에 의해 제어되고, 이 구동 제어부(75)에 의해, 용제 공급 노즐(71)과 현상액 공급 노즐(81)을 Y 방향으로 소정의 속도로 이동시킬 수 있다. 또한, 구동부(74A, 74B)는, 예컨대 아암(73A, 73B)을 상하 이동시키는 실린더 등을 구비하고 있고, 용제 공급 노즐(71)과 현상액 공급 노즐(81)의 높이를 각각 조정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 레일(72), 아암(73A, 73B), 구동부(74A, 74B) 및 구동 제어부(75)에 의해 이동 기구가 구성되어 있다.
또한, 케이스(56) 내에는, 웨이퍼(W) 상에 형성된 레지스트 패턴에 대하여 물 분자, 예컨대 순수(純水)를 미스트(mist) 형상으로 하여 공급하는 물 공급 노즐(61)[이하에 미스트 노즐(61)이라 칭함]이 배치되어 있다. 이 미스트 노즐(61)은, 일단부가 회전 구동부(62)에 지지되는 아암(63)의 선단부에 장착되어 있고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 선회하여 웨이퍼(W)의 중심까지 이동 가능하게 형성되어 있다. 이 미스트 노즐(61)에 의해 스무딩 처리의 전공정에서, 웨이퍼(W) 상에 형성된 레지스트 패턴에 대하여 물 분자, 즉 미스트 형상의 순수를 공급하여, 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 부착시킬 수 있다.
또한, 케이스(56) 내에는, 웨이퍼(W)에 대하여 세정액, 예컨대 순수를 공급하는 세정 노즐(64)이 배치되어 있다. 이 세정 노즐(64)은, 일단부가 회전 구동부(65)에 지지되는 아암(66)의 선단부에 장착되어 있고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 미스트 노즐(61)과 마찬가지로 선회하여 웨이퍼(W)의 중심까지 이동 가능하게 형성되어 있다. 이 세정 노즐(64)에 의해, 현상 처리 후의 웨이퍼(W)에 대하여 세정액인 순수가 공급된다.
상기한 바와 같이 구성되는 미스트 노즐(61)과 세정 노즐(64)은, 전환 밸브(67)를 사이에 설치한 순수 공급관(68)을 통해 순수 공급원(60)에 접속되어 있다. 또한, 순수 공급관(68)에 있어서의 전환 밸브(67)의 이차측과 미스트 노즐(61)의 접속측에는 오리피스(69)가 설치되어 있다.
상기 용제 공급 노즐(71)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 직경 보다도 긴 직사각형의 헤드(71a)를 가지며, 이 헤드(71a)의 하면 중앙부에는, 길이 방향의 일단으로부터 타단에 걸쳐서 슬릿형의 토출 구멍(71b)이 형성되며, 토출 구멍(71b) 주위에는, 4분할된 슬릿형의 용제 증기 배기 구멍(71c, 71d, 71e, 71f)이 형성되어 있다. 또한, 헤드(71a)의 하면의 적어도 길이 방향을 따르는 대향하는 2변에는, 용제 증기가 외부로 유출되는 것을 저지하는 저지벽(71g)이 형성되어 있다. 또한, 헤드(71a)에는, 도 6b 및 도 6c에 도시하는 바와 같이, 연통로(連通路; 71h)를 통해 토출 구멍(71b)에 연통하는 용제 증기 저장 공간부(71i)가 형성되고, 이 공간부(71i)의 상부에 연통하는 공급 구멍(71j)에, 용제 증기 공급원(70)에 접속하는 용제 증기 공급관(76)이 접속되어 있다. 또한, 배기 구멍(71c, 71d, 71e, 71f)은, 배기관(91)을 통해 배기 수단, 예컨대 배기 펌프(90)에 접속되어 있다.
용제 증기 공급원(70)은, 예컨대 용제 증기 공급관(76)과 접속하여 액체 용제가 저류된 용제 증기 생성용 저류 탱크(77)와, 불활성의 질소(N2) 가스 공급원(78)에 접속하여 저류 탱크(77) 내에 용제 증기를 압송하기 위한 N2 가스를 공급하는 N2 가스 공급관(76A)을 구비하고 있다. 이 N2 가스 공급관(76A)에는, 기체 유량 조정 밸브(78a)가 사이에 설치되어 있다. 이와 같이 구성되는 N2 가스 공급관(76A)으로부터 저류 탱크(77)의 액체 용제 내에 N2 가스를 공급함으로써, 저류 탱크(77) 내에서 기화하고 있는 용제 증기가 용제 증기 공급관(76) 내로 압송되고, 용제 증기가 용제 증기 공급관(76)을 통하여 용제 공급 노즐(71)에 공급된다. 용제로서는, 수용성을 갖는 예컨대 N메틸2피롤리돈(NMP), 아세톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)를 이용할 수 있다.
또한, 용제 증기 공급관(76)에는, 용제 증기의 유량을 검출하는 유량 센서(79a)와, 유량을 조절하는 유량 조정 밸브(79b)가 설치되어 있다. 유량 센서(79a)에서 검출된 검출 결과는, 유량 제어부(79c)에 출력되고, 유량 제어부(79c)는, 검출 결과에 기초하여 유량 조정 밸브(79b)의 개폐도를 조정하여 용제 공급 노즐(71)로부터 토출되는 용제 증기의 유량을 소정의 유량으로 설정할 수 있다. 이 경우, 유량 제어부(79c)는 제어 수단인 컨트롤러(100)에 전기적으로 접속되어 있으며, 컨트롤러(100)로부터의 제어 신호에 기초하여 용제 증기의 유량이 조절된다.
또한, 현상액 공급 노즐(81)은, 펌프(82)를 사이에 설치한 현상액 공급관(83)을 통해 현상액 공급원(80)에 접속되어 있고, 펌프(82)의 구동에 의해 현상액 공급원(80)으로부터 현상액 공급 노즐(81)에 현상액이 공급되도록 되어 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 스무딩 장치(50)에 있어서, 상기 모터(52), 온도 제어부(55), 승강 구동부(58), 회전 구동부(62, 65), 전환 밸브(67), 구동 제어부(75), 기체 유량 조정 밸브(78a), 유량 제어부(79c), 펌프(82) 및 배기 펌프(90)는, 컨트롤러(100)에 전기적으로 접속되어 있고, 컨트롤러(100)로부터의 제어 신호에 기초하여 제어되도록 되어 있다(도 4 참조). 컨트롤러(100)는, 미리 기억된 프로그램에 기초하여, 웨이퍼(W)에 대하여 현상액 공급 노즐(81)로부터 현상액을 공급하는 것에 의한 현상 처리→세정 노즐(64)로부터 세정액(순수)을 공급하는 것에 의한 세정 처리→현상 처리 후의 웨이퍼 표면의 레지스트 패턴에 대하여 미스트 노즐(61)로부터 물 분자(미스트 형상의 순수)를 공급하는 스무딩 전처리→물 분자가 부착된 레지스트 패턴에 대하여 용제 공급 노즐(71)로부터 용제 증기를 공급하는 스무딩 처리→모터(52)의 회전 구동에 의해 웨이퍼(W)를 고속 회전시켜 레지스트 패턴에 부착되어 있는 용제 및 물 분자를 스핀 건조하는 스무딩 후처리가 행해진다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 스무딩 전처리, 스무딩 처리 및 스무딩 후처리에 대해서 상세히 설명한다. 우선, 현상 처리 후의 웨이퍼(W)의 레지스트 패턴(R)의 표면에 대하여 미스트 노즐(61)로부터 물 분자(미스트 형상의 순수)를 공급하여, 레지스트 패턴(R)의 표면에 물 분자(m)를 부착시킨다[전처리 공정: 도 7a 참조]. 이때, 모터(52)를 구동하여 웨이퍼(W)를 수평 방향으로 회전시킴으로써, 레지스트 패턴(R)의 표면에 물 분자(m)를 골고루 부착시킬 수 있다. 또한, 펠티에 소자(54)를 흡열측으로 전환하여 척(51)의 유지면(51a)을 냉각함으로써 웨이퍼(W)를 냉각하는 것에 의해, 레지스트 패턴(R)의 표면에 부착된 물 분자(m)가 결로하여 레지스트 패턴(R)에 밀접하게 부착할 수 있다.
다음으로, 용제 공급 노즐(71)이 컵(59)의 외측으로부터 웨이퍼(W)의 일단부로부터 상측까지 이동한다. 그리고, 예컨대 컵(59)으로부터의 배기가 일단 정지되고, 용제 공급 노즐(71)로부터 일정 유량의 용제 증기가 토출되기 시작한다. 이때 웨이퍼 표면의 일단부측의 소정 영역에 용제 증기가 공급되고, 용제 공급 노즐(71)로부터 용제 증기가 토출되기 시작하면, 용제 공급 노즐(71)이 일정 속도로 웨이퍼(W)의 타단부측을 향하여 이동하고, 이에 따라 웨이퍼 표면 상에 있어서의 용제 증기 공급 영역도 타단부측으로 이동한다. 그리고, 용제 공급 노즐(71)이 웨이퍼(W)의 타단부측의 단부의 상측까지 이동하면, 이번에는, 웨이퍼(W)의 타단부측으 로부터 일단부측으로 복귀 이동한다. 이렇게 하여, 용제 공급 노즐(71)이 웨이퍼(W) 상을 왕복 이동하여, 웨이퍼(W) 상의 레지스트 패턴(R)의 표면에 용제 증기 예컨대 NMP가 공급된다[스무딩 처리 공정: 도 7b 참조].
이렇게 하여, 레지스트 패턴(R)의 표면에 용제 증기(NMP)가 공급되면, 도 7c에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(R)의 표면에 부착된 물 분자(m)가 용제 증기(NMP)의 용제 성분(s)을 받아들여 결합하고, 이 용제 성분(s)에 의해 레지스트 패턴(R)의 최외측 표면만이 용해되어, 레지스트 패턴(R)의 측벽부(R1) 및 구석부(R2)가 팽윤된다[도 7d 참조]. 또한, 이때의 용제 공급 노즐(71)의 이동 속도, 토출량, 용제 농도 및 온도 등의 설정에는, 레지스트 패턴(R)의 표면만이 용해되도록 미리 실험 등으로 산출된 값이 이용된다.
또한, 스무딩 처리 공정에서, 배기 펌프(90)를 작동하여 용제 공급 노즐(71)의 배기 구멍(71c∼71f)으로부터 잔류하는 용제 증기를 배기함으로써, 용제 증기가 용제 공급 노즐(71)의 외부로 확산되는 것을 억제할 수 있다.
스무딩 처리를 행한 후, 모터(52)의 회전 구동에 의해 웨이퍼(W)를 고속 회전시켜 레지스트 패턴(R)에 부착되는 용제(s) 및 물 분자(m)를 스핀 건조한다[스무딩 후처리 공정: 도 7의 (e) 참조]. 이 후처리 공정에 의해, 레지스트 패턴(R)의 표면 요철이 평활화된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명에 따른 스무딩 장치(50)를 현상 유닛(DEV)에 통합한 경우에 대해서 설명하였으나, 스무딩 장치(50)를 단독의 유닛으로서 설치해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 모터(52)의 회전 구동에 의해 웨이퍼(W)를 고속 회전시킴으로써 레지스트 패턴(R)에 부착되는 용제(s) 및 물 분자(m)를 스핀 건조하는 경우에 대해서 설명하였으나, 스핀 건조를 대신하여 건조 수단을 가열 장치에 의해 구성해도 좋다. 예컨대, 도 8에 도시하는 바와 같이, 가열 장치를 구성하는 열 처리 유닛(53)은, 케이스(53a) 내에 웨이퍼(W)를 올려 놓고 가열하는 열판(53b)을 구비하고 있다. 열판(53b) 내에는, 급전에 의해 발열하는 히터(53c)가 내장되어 있다. 히터(53c)의 전원(53d)은, 히터 제어부(53e)에 의해 제어되고, 히터 제어부(53e)는, 상기 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 컨트롤러(100)로부터의 제어 신호에 기초하여 히터(53c)의 발열량을 조절해서 열판(53b)의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 케이스(53a)의 측부에는 웨이퍼 반입출구(53f)가 형성되고, 이 웨이퍼 반입출구(53f)에는, 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 개폐 가능한 셔터(53g)가 설치되어 있다.
또한, 열판(53b)의 중앙부에는, 상하 방향으로 관통된 관통 구멍(53h)이 형성되어 있다. 관통 구멍(53h)에는, 하측으로부터 승강핀(53i)이 삽입되어 있다. 승강핀(53i)은, 승강 기구(53j)에 의해 승강하여, 열판(53b)의 표면으로 돌출 가능하게 되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W)를 승강핀(53i)에 의해 들어올려, 예컨대 주웨이퍼 반송 아암(21)과 열판(53b) 사이에서 웨이퍼(W)를 전달할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 열 처리 장치(53)에 따르면, 스무딩 처리 공정에 의해 레지스트 패턴(R)의 표면이 팽윤된 상태의 웨이퍼(W)를 열판(53b) 상에 올려 놓은 상태에서, 히터(53c)로부터의 열에 의해 레지스트 패턴(R)에 부착되는 용 제(s) 및 물 분자(m)를 건조, 즉 증발시켜 제거할 수 있고, 팽윤된 레지스트를 경화시켜, 내약품성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 설명에서는, 스무딩 처리를 행한 후, 레지스트 패턴(R)에 부착되는 용제(s) 및 물 분자(m)를 건조에 의해 제거하는 경우에 대해서 설명하였으나, 도 9d에 도시하는 바와 같이, 스무딩 처리를 행한 후의 레지스트 패턴(R)의 팽윤된 표면에, 재차 물 분자(m)를 부착시켜, 레지스트 패턴(R)에 부착되는 물 분자와 용제와의 결합을 유발시키고, 건조에 의해 제거하도록 해도 좋다. 이 경우, 상기 전처리 공정과 마찬가지로, 웨이퍼(W)의 레지스트 패턴(R)의 팽윤된 표면에 대하여 미스트 노즐(61)로부터 물 분자(미스트 형상의 순수)를 공급하여, 레지스트 패턴(R)의 표면에 물 분자(m)를 부착시킬 수 있으며, 용제(s) 및 물 분자(m)를 더욱 확실하게 제거할 수 있다. 또한, 도 9a, 도 9b 및 도 9c는, 전술한 스무딩 전처리 공정[도 7a 참조], 스무딩 처리 공정[도 7b 참조] 및 스무딩 처리 후의 상태[도 7d 참조]와 동일하기 때문에, 동일 부분에 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
또한, 상기 설명에서는, 레지스트 패턴(R)이 라인형으로 형성되는 경우에 대해서 설명하였으나, 홀을 갖는 레지스트 패턴에 있어서도 동일한 방법으로 스무딩 전처리 공정, 스무딩 처리 공정 및 스무딩 후처리 공정을 행할 수 있다. 즉, 홀(H)을 갖는 레지스트 패턴(R)을 스무딩 처리하는 경우에는, 우선, 목적으로 하는 홀 직경보다 약간 큰 직경의 홀(H)을 갖는 레지스트 패턴(R)의 표면에 대하여 미스트 노즐(61)로부터 물 분자(미스트 형상의 순수)를 공급하여, 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)의 내표면(H1)에 물 분자(m)를 부착시킨다[전처리 공정: 도 10a 참조]. 이때, 모터(52)를 구동하여 웨이퍼(W)를 수평 방향으로 회전시킴으로써, 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)의 내표면(H1)에 물 분자(m)를 골고루 부착시킬 수 있다. 또한, 펠티에 소자(54)를 흡열측으로 전환하여 척(51)의 유지면(51a)을 냉각함으로써 웨이퍼(W)를 냉각하는 것에 의해, 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)의 내표면(H1)에 부착된 물 분자(m)가 결로하여 레지스트 패턴(R)에 밀접하게 부착된다.
다음으로, 웨이퍼(W) 위를 왕복 이동하는 용제 공급 노즐(71)로부터 웨이퍼(W) 상의 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)의 내표면(H1)에 용제 증기(NMP)를 공급하여, 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)의 내표면(H1)에 부착된 물 분자(m)에 용제 성분(s)을 결합시키고, 용제에 의해 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)의 내표면(H1)을 팽윤시킨다[스무딩 처리 공정: 도 10b 및 도 10c 참조].
다음으로, 건조 처리, 예컨대 열 처리 유닛(53)에 의한 가열 처리에 의해 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)의 내표면(H1)에 부착되는 용제 및 물 분자(m)를 건조에 의해 제거한다[후처리 공정: 도 10d 참조].
상기한 바와 같이 하여 스무딩 처리가 실시된 웨이퍼(W)는, 이하에 나타내는 수축(shrink)[직경 축소] 처리를 실시함으로써, 홀(H)의 직경이 목적으로 하는 직경으로 형성된다. 수축(직경 축소) 처리는, 우선, 도 11a에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H) 내에 수축제(RELACS){Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink}를 코팅한다[도 11a 참조]. 다음으로, 수축제(RELACS)가 코팅된 웨이퍼(W)를 예컨대 120∼150℃에서 가열하여, 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)의 내표면(H1)과 수축제(RELACS)층 사이에 가교층(C)을 형 성한다[도 11b 참조]. 이 가교층(C)의 두께는 온도에 의해 조정할 수 있으며, 온도를 올림으로써 가교층(C)을 두껍게 할 수 있고, 예컨대 수축량을 20 ㎚로 할 수 있다. 다음으로, 레지스트 패턴(R)의 표면 및 홀(H)에 대하여 세정액인 순수(DIW)를 공급하여, 목적으로 하는 직경의 홀(H)을 갖는 레지스트 패턴(R)을 형성한다[도 11c 및 도 11d 참조].
상기한 바와 같이, 수축 처리에 본 발명에 따른 스무딩 처리 방법을 적용함으로써, 미세한 홀을 갖는 레지스트 패턴의 수축량의 변동을 저감할 수 있다.
다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 스무딩 장치(50)를 구비한 레지스트 도포·현상 처리 시스템의 동작 형태에 대해서 설명한다.
우선, 카세트 스테이션(10)에 있어서, 덮개 개폐 장치(5)가 작동하여 선행 로트의 웨이퍼 카세트(1)의 덮개를 개방한다. 다음으로, 웨이퍼 반송용 핀셋(4)이 카세트 적재대(2) 상의 미처리 웨이퍼(W)를 수용하고 있는 카세트(1)에 액세스하여, 그 카세트(1)로부터 1장의 웨이퍼(W)를 꺼낸다. 웨이퍼 반송용 핀셋(4)은, 카세트(1)로부터 웨이퍼(W)를 꺼내면, 처리 스테이션(20)측의 제3 세트(G3)의 다단 유닛 내에 배치되어 있는 얼라이먼트 유닛(ALIM)까지 이동하여, 유닛(ALIM) 내의 웨이퍼 적재대(24) 상에 웨이퍼(W)를 싣는다. 웨이퍼(W)에 대하여, 웨이퍼 적재대(24) 상에서 오리엔테이션 플랫(orientation flat) 맞춤 및 센터링을 행한다. 그 후, 주웨이퍼 반송 기구(21)가 얼라이먼트 유닛(ALIM)에 반대측으로부터 액세스하여, 웨이퍼 적재대(24)로부터 웨이퍼(W)를 수취한다.
처리 스테이션(20)에 있어서, 주웨이퍼 반송 기구(21)는 웨이퍼(W)를 최초에 제3 세트(G3)의 다단 유닛에 속하는 어드히젼 유닛(AD)으로 반입한다. 이 어드히젼 유닛(AD) 내에서 웨이퍼(W)는 소수화 처리된다. 소수화 처리가 종료되면, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 웨이퍼(W)를 어드히젼 유닛(AD)으로부터 반출하고, 다음으로 제3 세트(G3) 또는 제4 세트(G4)의 다단 유닛에 속하는 쿨링 유닛(COL)으로 반입한다. 이 쿨링 유닛(COL) 내에서 웨이퍼(W)는 레지스트 도포 처리 전의 설정 온도 예컨대 23℃까지 냉각된다. 냉각 처리가 종료되면, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 웨이퍼(W)를 쿨링 유닛(COL)으로부터 반출하고, 다음으로 제1 세트(G1) 또는 제2 세트(G2)의 다단 유닛에 속하는 레지스트 도포 유닛(COT)으로 반입한다. 이 레지스트 도포 유닛(COT) 내에서 스핀 코트법에 의해 웨이퍼(W)를 처리하여 웨이퍼 표면에 똑같은 막 두께로 레지스트를 도포한다.
레지스트 도포 처리가 종료되면, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 웨이퍼(W)를 레지스트 도포 유닛(COT)으로부터 반출하고, 다음으로 핫 플레이트 유닛(HP) 내로 반입한다. 핫 플레이트 유닛(HP) 내에서 웨이퍼(W)는 적재대 상에 놓여지고, 소정 온도, 예컨대 100℃에서 소정 시간 프리베이크 처리된다. 이에 따라, 웨이퍼(W) 상의 도포막으로부터 잔존 용제를 증발 제거할 수 있다. 프리 베이크가 종료되면, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 웨이퍼(W)를 핫 플레이트 유닛(HP)으로부터 반출하고, 다음으로 제4 세트(G4)의 다단 유닛에 속하는 익스텐션·쿨링 유닛(EXTCOL)으로 반송한다. 이 유닛(EXTCOL) 내에서 웨이퍼(W)는 다음 공정, 즉 주변 노광 장치(33)에 있어서의 주변 노광 처리에 적합한 온도, 예컨대 24℃까지 냉각된다. 이 냉각 후, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 웨이퍼(W)를 바로 위의 익스텐션 유닛(EXT)으로 반송하 고, 이 유닛(EXT) 내의 적재대(도시하지 않음) 위에 웨이퍼(W)를 올려 놓는다. 이 익스텐션 유닛(EXT)의 적재대 상에 웨이퍼(W)가 놓여지면, 인터페이스부(30)의 반송 아암(34)이 반대측으로부터 액세스하여, 웨이퍼(W)를 수취한다. 그리고, 반송 아암(34)은 웨이퍼(W)를 인터페이스부(30) 내의 주변 노광 장치(33)로 반입한다. 주변 노광 장치(33)에 있어서, 웨이퍼(W) 표면의 주변부의 잉여 레지스트막(부)에 빛이 조사되어 주변 노광이 실시된다.
주변 노광이 종료된 후, 반송 아암(34)이 주변 노광 장치(33)의 케이스 내로부터 웨이퍼(W)를 반출하여, 인접하는 노광 장치(40)측의 웨이퍼 수취대(도시하지 않음)로 이송한다.
노광 장치(40)에서 전면 노광이 종료되어, 웨이퍼(W)가 노광 장치(40)측의 웨이퍼 수취대로 되돌아오면, 인터페이스부(30)의 반송 아암(34)은 그 웨이퍼 수취대에 액세스하여 웨이퍼(W)를 수취하고, 수취한 웨이퍼(W)를 처리 스테이션(20)측의 제4 세트(G4)의 다단 유닛에 속하는 익스텐션 유닛(EXT)으로 반입하여, 웨이퍼 수취대 상에 올려 놓는다.
웨이퍼 수취대 상에 적재된 웨이퍼(W)는, 주웨이퍼 반송 기구(21)에 의해, 칠링 핫 플레이트 유닛(CHP)으로 반송(반입)되고, 프린지의 발생을 방지하기 위해서, 또는 화학 증폭형 레지스트(CAR)에 있어서의 산촉매 반응을 유발시키기 위해서, 예컨대 120℃에서 소정 시간 포스트 익스포저 베이크 처리가 실시된다. 포스트 익스포저 베이크 처리가 종료되면, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 웨이퍼(W)를 칠링 핫 플레이트(CHP)로부터 반송하고, 다음으로 제3 세트(G3) 또는 제4 세트(G4)의 다 단 유닛에 속하는 쿨링 유닛(COL)으로 반입한다. 이 쿨링 유닛(COL) 내에서 웨이퍼(W)는 현상 처리 전의 설정 온도, 예컨대 23℃까지 냉각된다.
그 후, 웨이퍼(W)는, 제1 세트(G1) 또는 제2 세트(G2)의 다단 유닛에 속하는 현상 유닛(DEV) 중 어느 하나, 예컨대 스무딩 장치(50)를 구비한 현상 유닛(DEV)으로 반입된다. 이 현상 유닛(DEV) 내에서는, 웨이퍼(W) 표면의 레지스트에 현상액이 골고루 공급되어 현상 처리가 실시된다. 이 현상 처리에 의해, 웨이퍼(W) 표면에 형성된 레지스트막이 소정의 회로 패턴으로 현상되고, 웨이퍼(W)의 주변부의 잉여 레지스트막이 제거되며, 또한, 웨이퍼(W) 표면에 형성된(실시된) 얼라이먼트 마크의 영역에 부착된 레지스트막이 제거된다. 이렇게 하여, 현상이 종료되면, 웨이퍼(W) 표면에 세정액이 뿌려져 현상액이 씻겨진다.
다음으로, 현상 처리된 웨이퍼(W)는, 전술한 순서로 스무딩 처리가 실시된다. 즉, 웨이퍼 표면의 레지스트 패턴에 대하여 미스트 노즐(61)로부터 물 분자(미스트 형상의 순수)를 공급하는 스무딩 전처리→물 분자가 부착된 레지스트 패턴에 대하여 용제 공급 노즐(71)로부터 용제 증기를 공급하는 스무딩 처리→모터(52)의 회전 구동에 의해 웨이퍼(W)를 고속 회전시켜 레지스트 패턴에 부착되는 용제 및 물 분자를 스핀 건조하는 스무딩 후처리가 행해진다. 이에 따라, 레지스트 패턴의 표면 요철을 고르게 하여 평활화(스무딩)한다.
스무딩 처리가 종료되면, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 웨이퍼(W)를 현상 유닛(DEV)의 스무딩 장치(50)로부터 반출하고, 다음으로 제3 세트(G3) 또는 제4 세트(G4)의 다단 유닛에 속하는 핫 플레이트 유닛(HP)으로 반입한다. 이 유닛(HP) 내 에서 웨이퍼(W)는 예컨대 100℃에서 소정 시간 포스트 베이크 처리된다. 이에 따라, 현상에 의해 팽윤된 레지스트가 경화되어, 내약품성이 향상된다.
포스트 베이크가 종료되면, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 웨이퍼(W)를 핫 플레이트 유닛(HP)으로부터 반출하고, 다음으로 어느 하나의 쿨링 유닛(COL)으로 반입한다. 여기서 웨이퍼(W)가 상온으로 되돌아간 후, 주웨이퍼 반송 기구(21)는, 다음으로 웨이퍼(W)를 제3 세트(G3)에 속하는 익스텐션 유닛(EXT)으로 이송한다. 이 익스텐션 유닛(EXT)의 적재대(도시하지 않음) 상에 웨이퍼(W)가 놓여지면, 카세트 스테이션(10)측의 웨이퍼 반송용 핀셋(4)이 반대측으로부터 액세스하여, 웨이퍼(W)를 수취한다. 그리고, 웨이퍼 반송용 핀셋(4)은, 수취한 웨이퍼(W)를 카세트 적재대 상의 처리가 끝난 웨이퍼 수용용의 웨이퍼 카세트(1)의 소정의 웨이퍼 수용홈에 넣고, 웨이퍼 카세트(1) 내에 모든 처리가 끝난 웨이퍼(W)가 수납된 후, 덮개 개폐 장치(5)가 작동해서 덮개를 폐쇄하여 처리가 완료된다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 적용한 레지스트 도포·현상 처리 시스템의 일례를 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 2는 상기 레지스트 도포·현상 처리 시스템의 개략적인 정면도이다.
도 3은 상기 레지스트 도포·현상 처리 시스템의 개략적인 배면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 제1 실시형태를 도시하는 개략적인 종단면도이다.
도 5는 상기 기판 처리 장치의 개략적인 횡단면도이다.
도 6a는 본 발명에서의 용제 증기 토출 노즐을 도시하는 사시도, 도 6b는 도 6a의 I-I선을 따르는 단면도, 도 6c는 도 6a의 II-II선을 따르는 단면도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 스무딩 처리 공정의 전처리 시의 레지스트 패턴의 상태를 도시하는 개략적인 단면도, 도 7b는 스무딩 처리 시의 레지스트 패턴의 상태를 도시하는 개략적인 단면도, 도 7c는 도 7b의 주요부 확대 단면도, 도 7d는 스무딩 처리 직후의 레지스트 패턴의 상태를 도시하는 개략적인 단면도, 도 7e는 후처리 시의 레지스트 패턴의 상태를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에서의 열 처리 장치를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 다른 스무딩 처리 공정에서의 레지스트 패턴의 상태를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 스무딩 처리를 홀의 레지스트 패턴에 적용한 경우의 처리 공정에서의 레지스트 패턴의 상태를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 11은 홀의 레지스트 패턴의 수축(shrink) 처리 공정에서의 레지스트 패턴의 상태를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 12는 레지스트 패턴의 요철을 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 13은 홀을 갖는 레지스트 패턴의 요철을 도시하는 개략적인 단면 사시도이다.

Claims (9)

  1. 노광 처리되어 현상 처리된 기판의 표면에 형성된 유기 용제에 대하여 용해성이 낮은 성질의 레지스트 패턴의 표면 거칠음을 평활화하는 기판 처리 방법으로서,
    냉각된 상태의 상기 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 부착시키는 전(前)처리 공정과,
    상기 물 분자가 부착된 레지스트 패턴의 표면에 대하여, 수용성을 갖는 레지스트의 용제 증기를 공급하여, 상기 물 분자에 결합하는 용제 증기에 의해 레지스트 패턴의 표면을 팽윤시키는 스무딩 처리 공정과,
    그 스무딩 처리된 기판 상의 레지스트 패턴에 부착되는 물 분자 및 용제를 건조에 의해 제거하는 후처리 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 노광 처리되어 현상 처리된 기판의 표면에 형성된 유기 용제에 대하여 용해성이 낮은 성질의 레지스트 패턴의 표면 거칠음을 평활화하는 기판 처리 방법으로서,
    냉각된 상태의 상기 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 부착시키는 전처리 공정과,
    상기 물 분자가 부착된 레지스트 패턴의 표면에 대하여, 수용성을 갖는 레지스트의 용제 증기를 공급하여, 상기 물 분자에 결합하는 용제 증기에 의해 레지스트 패턴의 표면을 팽윤시키는 스무딩 처리 공정과,
    그 스무딩 처리된 기판 상의 레지스트 패턴에 부착되는 물 분자 및 용제를 건조에 의해 제거하는 후처리 공정과,
    상기 후처리 공정에서의 건조 전에, 레지스트 패턴의 표면에, 그 레지스트 패턴의 표면에 부착되는 물 분자와 용제와의 결합을 유발하기 위한 물 분자를 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 후처리 공정을, 기판을 연직축 주위로 회전시켜 행하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 후처리 공정을, 기판을 가열시킴으로써 행하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 노광 처리되어 현상 처리된 기판의 표면에 형성된 유기 용제에 대하여 용해성이 낮은 성질의 레지스트 패턴의 표면 거칠음을 평활화하는 기판 처리 장치로서,
    기판의 표면을 상면으로 하여 기판을 유지하고, 기판을 냉각시키는 냉각 수단을 구비하는 기판 유지대와,
    상기 냉각 수단에 의해 냉각된 상태의 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에 물 분자를 공급하는 물 공급 노즐과,
    물 분자가 부착된 기판 상의 레지스트 패턴의 표면에, 수용성을 갖는 레지스트의 용제 증기를 공급하는 용제 증기 공급 노즐과,
    상기 레지스트 패턴의 표면에 부착된 물 분자 및 용제를 제거하는 건조 수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 건조 수단은, 상기 기판 유지대를 연직축 주위로 회전시키는 회전 구동 기구에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 건조 수단은, 기판을 올려 놓는 열판을 갖는 가열 장치에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
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