KR102358941B1 - 액 처리 방법, 기억 매체 및 액 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판을 회전시키면서 기판의 표면 전체에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 데 있어서, 기판의 회전수를 높게 하여도 처리액의 액 튐을 억제할 수 있고, 이에 의해 기판의 주연부에 대하여 양호한 액 처리를 행할 수 있는 액 처리 방법 등을 제공한다.
기판(W)을 회전 가능한 기판 유지부(11)에 수평으로 유지하며, 처리액에 의해 액 처리를 행하는 데 있어서, 적어도 기판(W)의 주연부보다 중심측의 부위에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행한 후, 기판(W)을 회전시키면서, 처리액 노즐(32)의 토출구(321)를 회전 방향의 하류측을 향하여, 기판(W)의 표면에 대하여 비스듬하게 또한 기판(W)의 접선 방향을 따라 처리액을 기판(W)의 주연부에 토출한다. 상기 처리액의 토출을 행하면서, 상기 처리액의 착액(着液) 위치로부터 기판(W)의 중심부를 향하여 인접하는 위치를 향하여 가스 노즐(31)로부터 가스를 수직으로 토출한다.

Description

액 처리 방법, 기억 매체 및 액 처리 장치{LIQUID PROCESSING METHOD, STORAGE MEDIUM, AND LIQUID PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 회전하고 있는 기판의 표면에 처리액을 공급하여 액 처리를 행하는 기술분야에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는, 기판을 회전시키면서 기판에 처리액을 공급하여 액 처리를 행하는 프로세스가 있으며, 액 처리의 종류로서는, 노광 후의 기판을 현상하는 현상 처리, 기판의 표면을 세정하는 세정 처리 등을 들 수 있다. 이러한 액 처리를 행하는 데 있어서, 패턴의 미세화나 약액의 다양화 등의 요인에 의해, 액 처리의 종별에 따라서는 기판의 표면 전체에 걸쳐 양호한 액 처리를 행하는 것이 곤란한 경우가 생긴다. 특히 기판의 주연부에서는, 선속도가 크기 때문에 처리액이 외측으로 비산하여, 컵에 충돌하여 기판에 재부착되는 소위 액 튐이 생기기 쉬워, 기판의 주연부에 있어서의 디바이스의 수율의 저하가 걱정되고 있다.
기판의 액 처리의 곤란성은 패턴의 미세화 등의 요인에 의한 것 외에, 순수에 비해서 표면 장력이 작은 처리액, 예컨대 유기 용매를 이용하는 액 처리에 있어서 특히 크다. 특허문헌 1에는, 기판 상에 형성된 2종류의 폴리머의 공중합체의 막을 가열하여 양 폴리머를 상분리시키고, 이어서 자외광에 의해 한쪽의 폴리머를 유기 용매에 대하여 가용성으로 하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 유기 용매를 기판에 공급하여 현상 처리를 행하여 패턴을 형성하지만, 현상액 중에 용해한 폴리머의 용해 생성물(반응 생성물)을 기판의 표면으로부터 제거할 때에, 유기 용매에 의해 기판을 세정하는 것이 바람직한 경우가 있다.
기판의 세정 방법으로서는, 노즐로부터 기판에 세정액을 토출하면서 기판의 중심부로부터 주연부를 향하여 상기 노즐을 이동시키는 방법이 일반적으로 채용되고 있지만, 유기 용매 예컨대 IPA(이소프로필알코올)를 이용하면, 표면 장력이 작기 때문에, 기판의 주연부의 세정이 어렵다. 즉, 기판의 외연을 향하여 넓어지고자 하는 세정액의 소용돌이형의 액류(액막)의 내주연과 기판 사이의 계면에, 말하자면 꼬리의 부분(테일)이라고도 말할 수 있으며, 보다 얇은 액막이 형성되지만, 액의 표면 장력이 작으면 계면을 컨트롤할 수 없게 된다. 이 때문에 액막이 얇아지는 기판의 주연부측의 영역에서는, 테일 중에 포함되는 현상 시의 용해 생성물이 특히 기판의 주연부에 많이 남아 현상 결함이 되어, 디바이스의 수율을 저하시켜 버린다.
또한 세정액 노즐과 가스 노즐을 병용하여, 가스의 토출에 의해 액류에 대하여 외측을 향하는 압출력을 작용시키는 방법이 알려져 있지만, IPA 등과 같이 휘발성이 높은 약액을 이용한 경우에는, 가스의 분무에 의해 테일의 휘발을 유발하며, 이 때문에 의도하지 않은 부위에 용해 생성물이 잔존하여 버린다. 한편, 기판의 회전 속도를 높게 하면, 테일이 짧아져 이러한 문제점을 회피할 수 있지만, 이미 서술한 바와 같이 기판의 주연부에 있어서 액 튐이 생겨, 파티클의 재부착의 문제가 발생한다.
특허문헌 2에는, 기판에 대하여 현상액을 공급한 후, 가스 노즐과 세정액 노즐을 기판의 중심부측으로부터 주연부측으로 이동시켜 기판의 표면을 세정하는 기술이 기재되어 있다. 또한 특허문헌 3에는, 가스 노즐과 순수 노즐을 서로 대향하도록 경사시킨 상태로 양 노즐을 기판의 중심부측으로부터 주연부측으로 이동시키는 기술이 기재되어 있다. 그러나 이들 문헌에는, 본 발명의 구성에 대해서는 개시되어 있지 않다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2013-232621호 공보: 단락 0014∼0018, 도 1 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2013-140881호 공보: 단락 0061∼0073, 도 6, 7 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2001-53051호 공보: 단락 0036∼0039, 도 2
본 발명은 이러한 사정 하에 이루어진 것으로, 그 목적은, 기판을 회전시키면서 기판의 표면 전체에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 데 있어서, 기판의 회전 속도를 높게 하여도 처리액의 액 튐을 억제할 수 있고, 이에 의해 기판의 주연부에 대하여 양호한 액 처리를 행할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 액 처리 방법은, 기판을 회전 가능한 기판 유지부에 수평으로 유지하며, 기판의 표면 전체에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 방법에 있어서,
적어도 기판의 주연부보다 중심측의 부위에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 공정과,
이 공정 후, 상기 기판을 회전시키면서, 처리액 노즐의 토출구를 상기 토출구에서 보아 기판의 회전 방향의 하류측을 향하여, 기판의 표면에 대하여 비스듬하게 또한 기판의 접선 방향을 따라 처리액을 기판의 주연부에 토출하는 공정과,
상기 처리액을 기판의 주연부에 토출하는 공정을 행하면서, 상기 기판 상에 있어서의 처리액의 착액(着液) 위치로부터 기판의 중심부를 향하여 인접하는 위치를 향하여 가스 노즐로부터 가스를 수직으로 토출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액 처리 방법은, 이하의 구성을 구비하고 있어도 좋다.
(a) 상기 처리액을 토출하는 공정 및 가스를 토출하는 공정은, 상기 처리액 노즐 및 가스 노즐을 기판의 중심부측으로부터 외주를 향하여 이동시키면서 행해지는 공정인 것.
(b) 상기 처리액을 토출하는 공정 및 가스를 토출하는 공정은, 기판의 표면을 세정액에 의해 세정하는 공정인 것. 이때 상기 세정하는 공정은, 기판의 표면 전체에 현상액을 공급한 후에, 현상되는 막과 현상액의 반응 생성물을 기판의 표면으로부터 제거하기 위한 공정인 것.
(c) 상기 적어도 기판의 주연부보다 중심측의 부위에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 공정은, 기판의 표면 전체에 현상액을 공급하는 공정이며, 상기 처리액을 토출하는 공정 및 가스를 토출하는 공정은, 상기 기판의 주연부에 대하여 국소적으로 현상액을 공급하는 공정인 것.
(d) 상기 처리액 노즐 및 가스 노즐은, 이동 기구에 의해 이동 가능한 공통의 노즐 유지부에 마련되어 있는 것.
(e) 처리액 노즐로부터 토출되는 처리액의 토출 방향과 기판의 표면이 이루는 각도는, 15도 내지 30도인 것. 또한 상기 처리액을 토출하는 공정 및 가스를 토출하는 공정이 행해질 때의 처리액의 착액 위치의 둘레 속도는, 12 m/초∼36 m/초인 것. 또한, 상기 처리액의 토출 유량은, 10 ㎖/분∼50 ㎖/분인 것.
(f) 상기 처리액은, 유기 용매인 것.
본 발명은 처리액 노즐과 가스 노즐을 이용하여, 기판을 회전시키면서 기판의 표면 전체에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 데 있어서, 처리액 노즐에 있어서의 처리액의 토출 방향과, 처리액의 착액 위치와 가스 노즐로부터의 가스 도달 위치에 주목하여 이들의 위치 관계를 조절하였다. 이 때문에 기판의 회전 속도를 높게 하여도 처리액의 액 튐을 억제할 수 있어, 기판의 주연부에 대하여 양호한 액 처리를 행할 수 있다.
도 1은 DSA를 이용하여 패턴을 형성하는 방법의 일례를 나타내는 공정도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 현상 장치의 종단 측면도이다.
도 3은 상기 현상 장치의 평면도이다.
도 4는 상기 현상 장치에 마련되어 있는 노즐 헤드의 확대 사시도이다.
도 5는 상기 노즐 헤드의 측면도이다.
도 6은 상기 노즐 헤드에 마련되어 있는 노즐의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 7은 상기 노즐 헤드를 이용한 웨이퍼의 처리의 공정도이다.
도 8은 상기 노즐 헤드를 이용한 린스 처리의 모식도이다.
도 9는 종래의 노즐을 이용한 린스 처리의 모식도이다.
도 10은 제2 실시형태에 따른 현상 장치의 종단 측면도이다.
도 11은 상기 현상 장치의 평면도이다.
도 12는 상기 현상 장치를 이용한 웨이퍼의 처리의 공정도이다.
도 13은 웨이퍼의 회전 속도와 현상 결함의 관계를 나타내는 현상 결함 분포도이다.
도 14는 예비 실험의 결과를 나타내는 제1 설명도이다.
도 15는 예비 실험의 결과를 나타내는 제2 설명도이다.
도 16은 예비 실험의 결과를 나타내는 제3 설명도이다.
도 17은 실시예 및 비교예의 결과를 나타내는 현상 결함 분포도이다.
도 18은 현상액 공급량과 CH의 구멍 직경 분포의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 19는 재차의 현상 시간과 CH의 구멍 직경 분포의 관계를 나타내는 설명도이다.
(제1 실시형태)
처음에, 본 발명의 액 처리 장치인 현상 장치(1)를 이용하여 기판인 반도체웨이퍼(W)(이하, 「웨이퍼(W)」라고 함)에 대하여 실행되는 처리의 일례에 대해서 설명한다.
본 현상 장치(1)는, 블록 공중합체(BCP: Block CoPolymers)의 자기 조직화(DSA: Directed Self Assembly)를 이용하여 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴을 현상하는 처리에 적용된다.
도 1은 레지스트막(92)에 형성된 개구(90)의 내측에서, 친수성 폴리머 블록과 소수성 폴리머 블록을 포함하는 BCP를 상분리시켜, 중심부측의 상을 유기 용매로 제거함으로써, 더욱 직경이 작은 개구(90a)를 형성하는 예를 나타내고 있다.
도 1의 (a)는 도시하지 않는 웨이퍼(W)의 상면측에, BCP를 상분리시켰을 때에 형성되는 친수성 폴리머부(931), 소수성 폴리머부(932)의 쌍방에 대하여 친화성이 중간적인 중성막(91)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 또한 중성막(91)의 상층측에는, 레지스트막(92)이 형성되어 있다. 이 레지스트막(92)에는, 웨이퍼(W)에 마련하는 컨택트 홀의 위치에 맞추어, 종래의 노광 현상에 의해 원기둥형의 개구(90)가 패터닝되어 있다. 웨이퍼(W)에 대해서는, 이 개구(90)를 이용하여 컨택트 홀이 형성된다.
이 웨이퍼(W)에 대하여, 대기 분위기 하에서 UV 처리를 행하면, 레지스트막(92)의 표면 및 중성막(91)의 표면에 친수 영역(911)이 형성된다[도 1의 (b), 편의 상, 도 1의 (b)∼(e)에는, 중성막(91)의 표면에 형성된 친수 영역(911)만을 나타내고 있음]. 친수 영역(911)의 형성 후, 레지스트막(92) 상에 BCP를 도포하여 BCP막(93)을 형성하고[도 1의 (c)], 이어서 상기 BCP막(93)이 형성된 웨이퍼(W)를 가열하여 열 처리를 행한다. 이 열 처리에 의해, 개구(90) 내에서 BCP막(93)의 친수성 폴리머 블록과 소수성 폴리머 블록이 상분리하여, 친수성 폴리머부(931)와 소수성 폴리머부(932)가 형성된다. 이들 폴리머부(931, 932) 중, 친수성 폴리머부(931)는, 개구(90) 내의 중심부에 원기둥형으로 형성되고, 소수성 폴리머부(932)는, 이전의 UV 처리로 형성한 친수 영역(911)과, 친수성 폴리머부(931) 사이에 원통형으로 형성된다.
친수성 폴리머부(931) 및 소수성 폴리머부(932)가 형성된 웨이퍼(W)에 대하여 더욱 질소 가스 분위기 하에서 UV 처리를 행하면[도 1의 (d)], 예컨대 소수성 폴리머부(932)에서 가교 반응이 진행되어, 용제에 용해하기 어려워지는 한편, 친수성 폴리머부(931)측에서는 폴리머의 주쇄를 절단하는 반응이 진행되어 용제에 용해하기 쉬워진다. 그 후, 웨이퍼(W)의 표면에 IPA(IsoPropyl Alcohol) 등의 유기 용매를 공급하여 친수성 폴리머부(931)를 용해 제거함으로써, 개구(90)의 내측이 소수성 폴리머부(932)에 의해 덮여지고, 그 내측에 직경이 작은 개구(90a)를 노출시키는 현상 처리가 행해진다[도 1의 (e)].
이 결과, 도 1의 (a)의 오른쪽 옆에 나타낸 평균 직경 68 ㎚의 개구(90)로부터, 도 1의 (e)의 오른쪽 옆에 나타낸 평균 직경 17 ㎚의 개구(90a)가 형성된다. 개구(90a)가 형성된 레지스트막(92), 소수성 폴리머부(932)를 마스크 패턴으로서 에칭 처리를 행함으로써, 마스크 패턴에 대응한 컨택트 홀을 웨이퍼(W) 상에 형성할 수 있다.
또한, DSA를 이용하여 형성되는 패턴의 종류는, 컨택트 홀을 형성하기 위한 원통형의 개구에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 친수성 폴리머부(931)와 소수성 폴리머부(932)가 상분리하여 형성되는 라멜라 구조를 이용하여 라인 패턴 등을 형성하여도 좋다.
본 예의 현상 장치(1)는, IPA를 이용한 전술한 현상 처리를 실행한다. 이하, 도 2∼도 6에 기초하여, 상기 현상 장치(1)의 구성을 설명한다.
본 현상 장치(1)에 있어서는, 가열 처리에 의해 BCP막(93)을 친수성 폴리머부(931) 및 소수성 폴리머부(932)에 상분리시키고, 질소 분위기 하에서 UV 처리가 행해진 후의 웨이퍼(W)가 반송되며, IPA에 의한 현상 처리가 행해진다.
도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 현상 장치(1)는 기판 유지부인 스핀 척(11)을 구비하고 있고, 스핀 척(11)은, 웨이퍼(W)의 이면 중앙부에 흡착하여, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 또한 스핀 척(11)은, 회전축(12)을 통해 하방에 마련된 회전 구동부(회전 기구)(13)에 접속되어 있다.
현상 장치(1)에는, 스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 컵체(2)가 마련되어 있다. 이 컵체(2)는, 외측컵(21)과 내측컵(22)으로 이루어지며, 컵체(2)의 상방측은 개구하고 있다. 외측컵(21)은 상부측이 사각 형상이며, 하부측이 원통형이다. 외측컵(21)의 하부측에는 단차부(23)가 마련되어 있고, 이 단차부(23)에는, 외측컵(21)을 승강시키기 위한 승강부(24)가 접속되어 있다. 내측컵(22)은 원통형이며, 그 상부측이 내측으로 경사하고 있다. 내측컵(22)은, 상기 외측컵(21)의 상승 시에, 그 하단면이 단차부(23)와 접촉함으로써 상방으로 밀어 올려진다. 이 결과, 웨이퍼(W)로부터 현상액을 제거할 때에는, 도 2 중에 파선으로 나타내는 바와 같이 컵체(2)[외측컵(21), 내측컵(22)]를 상승시켜, 웨이퍼(W)로부터 비산하는 액을 받아낼 수 있다.
스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 하방측에는 원형판(25)이 마련되어 있고, 원형판(25)의 외측에는 종단면 형상이 산형인 링형의 가이드 부재(26)가 마련되어 있다. 상기 가이드 부재(26)는, 웨이퍼(W)로부터 넘쳐 떨어진 현상액이나 린스액(세정액)을, 원형판(25)의 외측에 마련된 환형의 오목부인 액 수용부(27)로 가이드한다. 액 수용부(27)의 바닥면에는 액 수용부(27) 내의 기체 및 액체를 배출하는 배액관(28)이 접속되고, 배액관(28)의 하류측에 마련된 기액 분리기(도시하지 않음)를 통해 기액 분리가 행해진다. 기액 분리 후의 배액은 도시하지 않는 배액 탱크에 회수된다.
스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 하방측에는, 승강 기구(15)에 접속된 핀(14)이 배치되어 있다. 핀(14)은, 스핀 척(11)에 의한 웨이퍼(W)의 유지면보다 상방측의 위치와, 하방측의 위치 사이를 승강하여, 도시하지 않는 기판 반송 기구와 스핀 척(11) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 실행한다.
현상 장치(1)는, 현상액인 IPA를 웨이퍼(W)에 공급하여 친수성 폴리머부(931)를 제거하는 현상 처리를 행하기 위한 처리액 노즐인 IPA 노즐(32)을 구비하고 있다. 상기 현상 장치(1)에 있어서는, 현상 처리 시에 IPA 중에 용해한 친수성 폴리머부(931)의 용해 생성물을 웨이퍼(W)의 표면으로부터 씻어 버리는 린스 처리(세정 처리)가 행해진다. 이 린스 처리에 있어서는, 종래 린스 처리에 이용되고 있던 순수보다 표면 장력이 작은 IPA를 린스액으로서 이용한다. IPA 노즐(32)은, 상기 린스 처리에 있어서도 웨이퍼(W)에의 IPA의 공급을 행한다. 린스액으로서 IPA나, 후술하는 초산부틸을 이용함으로써, 현상 결함을 저감하여, 린스 처리에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 단, 순수를 이용한 린스 처리를 행하는 것을 부정하는 것이 아니며, 순수인 DIW(DeIonized Water)나, DIW에 계면 활성제를 첨가한 린스액을 이용하여도 좋다.
전술한 린스 처리에 있어서, 본 예의 현상 장치(1)는, 린스 처리 후의 웨이퍼(W)의 표면에 용해 생성물이 잔존하거나, IPA 중에 용해하고 있는 수분이 웨이퍼(W) 상에 남겨져 워터 마크가 형성되거나 하는 것을 억제하기 위해, 웨이퍼(W)의 표면에 불활성 가스, 예컨대 질소 가스를 분무하면서 린스 세정을 행한다. 이 때문에 현상 장치(1)는, 린스 처리 시에 웨이퍼(W)에 질소 가스를 공급하는 질소 가스 노즐(31)을 구비하고 있다.
한편으로, 표면 장력이 작은 IPA를 린스액에 이용하면, 배경기술에서 설명한 바와 같이, 린스액의 액막의 테일에 포함되는 용해 생성물 등이 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 것에 기인하는 현상 결함의 발생의 문제가 생긴다. 그래서, 이 테일을 짧게 하기 위해, 웨이퍼(W)를 고속으로 회전시키는 것이 요청된다. 한편으로, 웨이퍼(W)를 고속으로 회전시킨 경우에는, IPA 노즐(32)로부터 공급된 IPA가 웨이퍼(W)에 착액하였을 때에, 액 튐을 발생하여, 린스 처리가 행해진 영역에 IPA가 재부착되어, 이 영역을 오염시키는 요인도 된다.
그래서, 본 예의 현상 장치(1)에 마련되어 있는 IPA 노즐(32) 및 질소 가스 노즐(31)은, 액 튐의 발생을 억제하면서 고속으로 웨이퍼(W)를 회전시키면서 린스 처리를 행함으로써, 현상 결함을 적게 하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다. 이하, IPA 노즐(32), 질소 가스 노즐(31)의 구성에 대해서 설명한다.
도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 예에 있어서 IPA 노즐(32) 및 질소 가스 노즐(31)은 노즐 유지부인 공통의 노즐 헤드(3)에 마련되어 있다.
IPA 노즐(32)은, 노즐 헤드(3)의 하면으로부터 하방측을 향하여 신장하도록 마련되고, 도 5에 나타내는 바와 같이 스핀 척(11)에 수평으로 유지된 웨이퍼(W)에 대하여, 현상액 및 린스액(처리액)인 IPA를 경사 하방으로 토출하도록 토출구(321)가 마련되어 있다. 토출구(321)로부터 토출된 IPA와, 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1)는 15°∼30°의 범위, 보다 바람직하게는 20°로 설정되어 있다.
도 6은 웨이퍼(W)의 상면측에서 본, 토출구(321)로부터의 IPA의 토출 방향을 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이 IPA 노즐(32)의 토출구(321)는, 웨이퍼(W)의 회전 방향의 하류측을 향하여, 웨이퍼(W)의 접선 방향(동도면 중에 굵은 파선으로 나타내고 있음)을 따라 IPA를 토출한다. 여기서 「웨이퍼(W)의 접선 방향을 따라」란, 상기 접선 방향과 IPA의 토출 방향이 이루는 각도(θ2)가 0±10°의 범위 내인 경우를 포함하며, 상기 θ2는 보다 적합하게는 0°로 설정된다.
또한 토출구(321)의 개구 직경은 0.25 ㎜∼0.35 ㎜의 범위 내의 0.3 ㎜로 설정되고, 토출구(321)로부터 IPA를 토출하는 높이 위치는, 웨이퍼(W)의 표면으로부터의 높이 거리가 3 ㎜∼7 ㎜의 범위 내의 5 ㎜로 되어 있다.
한편, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 질소 가스 노즐(31)은, IPA 노즐(32)보다 노즐 헤드(3)의 선단측의 위치에서, 상기 노즐 헤드(3)의 하면으로부터 하방측을 향하여 신장하도록 마련되어 있다. 상기 질소 가스 노즐(31)에는, 수직 방향 하방측을 향하여 질소 가스를 토출하도록 토출구(311)가 형성되어 있다(도 5). 여기서 「수직 방향 하방측을 향하여」란, 토출구(311)로부터 토출된 질소 가스의 유선과, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 직교하는 수선이 이루는 각(θ3)이 0±5°의 범위 내인 경우를 포함하고, 상기 θ3은 보다 적합하게는 0°로 설정된다.
도 6의 평면도에 나타내는 바와 같이, IPA 노즐(32)의 토출구(321)로부터 경사 하방으로 토출된 IPA가 웨이퍼(W)의 표면에 도달하는 위치를 착액 위치(R)로 한다. 이때 질소 가스 노즐(31)은, 상기 착액 위치(R)에 대하여, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 중심부측에 인접하는 위치에, 토출구(311)로부터 토출된 질소 가스의 웨이퍼(W)의 표면에의 도달 위치(S)가 늘어서도록 배치되어 있다. IPA의 착액 위치(R)와, 질소 가스의 도달 위치(S) 사이의 거리는, 예컨대 10 ㎜∼16 ㎜의 범위 내의 13 ㎜로 설정되어 있다.
또한 토출구(311)의 개구 직경은 1.5 ㎜∼2.5 ㎜의 범위 내의 2.0 ㎜로 설정되고, 토출구(311)로부터 질소 가스를 토출하는 높이 위치는, 웨이퍼(W)의 표면으로부터의 높이 거리가 10 ㎜∼20 ㎜의 범위 내의 16 ㎜로 되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이 IPA 노즐(32)은, 펌프나 밸브 등을 구비한 IPA 공급원(300A)에 접속되어 있다. 또한 질소 가스 노즐(31)은, 질소 가스 공급원(300B)에 접속되어 있다.
또한 도 3에 나타내는 바와 같이, 노즐 헤드(3)는, 아암(41)의 선단부에 마련되어 있는 한편, 이 아암(41)의 기단측에는 노즐 구동부(42)가 접속되어 있다. 노즐 구동부(42)는, 아암(41)을 승강시키는 기능과, 수평으로 신장하는 가이드 레일(43)을 따라 이동하는 기능을 구비한다. 노즐 구동부(42)는, 스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 노즐 헤드(3)를 이동시키는 이동 기구로서 구성되어 있다. 또한 컵체(2)의 외측에는, 노즐 헤드(3)와 감합 가능하게 구성되며, 배액구를 구비한 노즐 버스로 이루어지는 대기 영역(44)이 마련되어 있다.
이상에 설명한 구성을 구비한 현상 장치(1)에는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 마련된다. 제어부(10)는, 도시하지 않는 프로그램 저장부를 가지고 있다. 이 프로그램 저장부에는, 후술하는 작용에서 설명하는 현상 처리를 실행시키도록 단계가 짜여진 프로그램이 저장된다. 제어부(10)는 이 프로그램에 기초하여 현상 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 출력하고, 노즐 구동부(42)에 의한 노즐 헤드(3)의 이동, IPA 공급원(300A)으로부터 IPA 노즐(32)에의 IPA의 공급, 질소 가스 공급원(300B)으로부터 질소 가스 노즐(31)에의 질소 가스의 공급, 스핀 척(11)에 의한 웨이퍼(W)의 회전, 핀(14)의 승강 등의 각 동작이 제어된다. 상기 프로그램 저장부는, 예컨대 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크 또는 메모리 카드 등의 기억 매체로서 구성된다.
여기서 현상 후의 웨이퍼(W)에 린스액인 IPA를 공급하는 린스 처리에 있어서, 제어부(10)는, IPA 노즐(32)로부터 IPA가 공급되는 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치에 따라, 회전 구동부(13)가 웨이퍼(W)를 회전시키는 회전 속도를 변화시켜, IPA의 착액 위치(R)에 있어서의 접선 방향의 선속도(둘레 속도)를 계산 상 일정하게 하는 제어를 행한다. 본 예에서는, 웨이퍼(W)의 중심부측으로부터 주연부측으로 4 ㎜/초의 속도로 노즐 헤드(3)를 이동시키면서, IPA 노즐(32)로부터 웨이퍼(W)에 IPA를 토출하는 경우에, 상기 선속도가 일정(예컨대 12 m/초∼36 m/초의 범위 내의 30.4 m/초)하게 유지되도록, 중심부측으로부터 주연부측에 걸쳐, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 2500 rpm(중심부측)으로부터 1800 rpm(주연부측)까지 회전 속도를 변화시킨다.
이상에 설명한 현상 장치(1)의 작용에 대해서 도 7을 참조하면서 설명한다. 처음에, BCP막(93) 형성 후, 가열 처리를 끝내고, 질소 분위기 하에서의 UV 처리가 행해진 후의 웨이퍼(W)가, 외부의 기판 반송 기구에 의해 현상 장치(1) 내에 반입되어, 스핀 척(11) 상에 배치된다. 이어서, IPA 노즐(32)로부터의 IPA의 착액 위치(R)가, 웨이퍼(W)의 중심부와 일치하도록, 대기 영역(44)으로부터 웨이퍼(W)측으로 노즐 헤드(3)를 이동시킨다.
그리고, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 2000 rpm∼3000 rpm의 범위 내의 2500 rpm으로 조절하고, IPA 노즐(32)로부터 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 10 ㎖/분∼50 ㎖/분의 범위 내의 18 ㎖/분의 공급 유량으로 IPA를 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면을 IPA의 액막(L)으로 덮는다[도 7의 (a)]. 이 결과, 도 1의 (e)를 이용하여 설명한 바와 같이, 친수성 폴리머부(931)가 IPA에 의해 용해 제거되어, 웨이퍼(W)의 현상 처리가 행해진다.
소정 시간만큼 현상 처리를 행하였다면, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 린스 처리개시 시의 2500 rpm으로 조절하며, IPA 노즐(32)로부터의 IPA의 토출 유량을 16 ㎖/분∼24 ㎖/분의 범위 내의 20 ㎖/분으로 조절한다. 이어서 노즐 헤드(3)를 주연부측[노즐 헤드(3)의 기단부측에서 보아 왼손측]을 향하여 이동시킨다. 그리고, 노즐 헤드(3)의 이동 방향에서 보아, IPA 노즐(32)의 후방에 배치되어 있는 질소 가스 노즐(31)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방 위치에 달하면, 질소 가스 노즐(31)로부터 3 L/분∼7 L/분(0℃, 1기압의 표준 상태 기준, 이하 동일함)의 범위 내의 5 L/분의 유량으로 웨이퍼(W)에의 질소 가스의 공급을 개시한다.
또한, 현상액으로서 수산화 나트륨이나 아민 등을 포함하는 알칼리 현상액을 이용하는 경우나, 린스액으로서 DIW나, 계면 활성제를 첨가한 DIW를 이용하는 경우에는, 노즐(32)로부터의 이들 처리액의 토출 유량은 예컨대 10 ㎖/분∼50 ㎖/분의 범위에서 조정된다.
질소 가스 노즐(31)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 질소 가스를 공급하면, 질소 가스의 도달 위치(S)의 주위에 IPA가 건조한 건조 영역(D)이 형성된다[도 7의 (b)]. 이 건조 영역(D)이 형성되었다면, IPA 노즐(32)로부터의 IPA의 공급, 질소 가스 노즐(31)로부터의 질소 가스의 공급을 계속하면서, 2 ㎜/s∼10 ㎜/s의 범위 내의 4 ㎜/초의 이동 속도로 기판의 주연부측을 향하여 노즐 헤드(3)를 이동시킨다. 이때 회전 구동부(13)는, IPA가 착액 위치(R)에 있어서의 웨이퍼(W)의 접선 방향의 선속도가 30.4 m/초가 되도록, 상기 착액 위치(R)를 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 이동시킴에 따라, 2500 rpm으로부터 2000 rpm으로 웨이퍼(W)의 회전 속도를 점차 내려간다. 또한, 예컨대 현상액으로서 이미 서술한 알칼리 현상액을 이용하는 경우나, 린스액으로서 DIW나, 계면 활성제를 첨가한 DIW를 이용하는 경우에는, 상기 노즐 헤드(3)의 이동 속도를 2 ㎜/s∼30 ㎜/s의 범위 내에서 조정하여도 좋다.
이 결과, IPA 노즐(32)로부터 공급된 IPA에 의해, 현상 시에 발생한 용해 생성물이 제거되는 린스 처리와, 질소 가스 노즐(31)로부터 공급된 질소 가스에 의해, 웨이퍼(W)의 액막(L)을 흘러가게 하는 처리가 병행하여 실행된다. 그리고, 노즐 헤드(3)가 통과한 후의 웨이퍼(W)의 표면에는, 이들 처리가 실행된 후의 건조 영역(D)이 웨이퍼(W)의 중심부측으로부터 주연부측을 향하여 넓어져 간다.
여기서 배경기술에서 설명한 바와 같이, 예컨대 표면 장력이 작은 IPA를 이용하여 린스 세정을 행하면, 도 9에 나타내는 바와 같이 액막(L)의 내주부측에, 보다 얇은 액막인 테일(T)이 형성된다. 이 테일(T) 내에 현상 시의 용해 생성물(P)이 남겨지면, 용해 생성물(P)을 흘려 제거하는 힘이 작아져, 용해 생성물(P)이 웨이퍼(W)에 잔존하여, 현상 결함이 발생하는 원인이 된다.
또한, 질소 가스 노즐(31)로부터의 질소 가스의 공급은, 용해 생성물(P)을 포함하는 액막(L)을 흘러가게 하기 위해 행해진다. 그러나 휘발성이 높은 IPA의 테일(T)에 대하여 질소 가스를 분무하여 버리면, 테일(T)이 휘발하여, 의도하지 않은 부위에 용해 생성물(P)이 잔존하여 버릴 우려도 있다.
또한, 이 테일(T)을 짧게 하기 위해서는, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 높게 할 필요가 있지만, 회전 속도를 높게 할수록, IPA 착액 시의 액 튐의 문제가 커진다.
그래서 본 예의 현상 장치(1)에 있어서는, 웨이퍼(W)의 회전 방향의 하류측을 향하여 경사 하방, 또한 웨이퍼(W)의 접선 방향을 따라 IPA를 토출함으로써, 고속으로 회전하는 웨이퍼(W)에 공급된 IPA의 액 튐의 발생을 억제하고 있다(후술하는 실험 결과 참조).
이 결과, 도 8에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 고속 회전에 의해 테일(T)이 짧아진 상태에서, 질소 가스 노즐(31)로부터 공급된 질소 가스를 공급하면, 용해 생성물(P)과 함께 IPA의 액막(L)이 웨이퍼(W)의 주연부측으로 흘러가게 되어, 현상 결함이 적은 린스 처리 결과를 얻을 수 있다.
웨이퍼(W)의 처리의 설명으로 되돌아가면, 노즐 헤드(3)가 웨이퍼(W)의 주연부측에 도달하여 린스 처리가 완료하고, 더욱 노즐 헤드(3)를 웨이퍼(W)의 측방측으로 이동시켜 웨이퍼(W)의 전체면이 건조 영역(D)이 되면, IPA 노즐(32)로부터의 IPA의 토출, 질소 가스 노즐(31)로부터의 질소 가스의 토출을 정지하여, 노즐 헤드(3)를 대기 영역(44)까지 이동시킨다. 그리고, 웨이퍼(W)를 더욱 1000 rpm∼2500 rpm 범위 내의 회전 속도로 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착하고 있는 IPA나 수분을 제거하여, 건조한 웨이퍼(W)를 얻는다[도 7의 (d)].
이렇게 하여 현상 처리 및 린스 처리를 끝낸 웨이퍼(W)는, 외부의 기판 반송 기구에 의해 현상 장치(1)로부터 취출되고, 예컨대 후단의 에칭 장치를 향하여 반출된다.
본 실시형태에 따른 현상 장치(1)에 의하면 이하의 효과가 있다. IPA 노즐(32)과 질소 가스 노즐(31)을 이용하여, 웨이퍼(W)를 회전시키면서 웨이퍼(W)의 표면 전체에 대하여 린스액인 IPA에 의한 린스 처리를 행하는 데 있어서, IPA 노즐(32)에 있어서의 IPA의 토출 방향과, 린스액의 착액 위치(R)와, 질소 가스 노즐(31)로부터의 질소 가스의 도달 위치(P)에 주목하여, 이들 위치 관계를 조절하였다. 이 때문에 웨이퍼(W)의 회전 속도를 높게 하여도 IPA의 액 튐을 억제할 수 있어, 웨이퍼(W)에 대하여 양호한 린스 처리를 행할 수 있다.
여기서 웨이퍼(W)의 현상 처리를 행한 후의 웨이퍼(W)를 린스 처리할 때의 린스액은, IPA를 이용하는 경우에 한정되는 것이 아니며, 다른 유기 용매, 예컨대 초산부틸이나 MIBC(Methyl Isobutyl Carbinol)을 이용하여도 좋다. 또한 이미 서술한 바와 같이 DIW나 계면 활성제를 첨가한 DIW 등을 이용하여 린스 처리를 행하는 경우에는, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 예컨대 3000 rpm 정도까지 더욱 높게 하여도 좋다.
(제2 실시형태)
다음에, 제2 실시형태에 따른 현상 장치(1a)에 대해서 도 10, 도 11을 참조하면서 설명한다. 본 현상 장치(1a)는, 레지스트막을 도포 후, 노광 처리가 행해진 웨이퍼(W)에 대하여, 현상액을 공급하여 현상 처리를 행하는 장치로서 구성되어 있다. 여기서 현상 장치(1a)는, 도 2∼도 6을 이용하여 설명한 제1 실시형태에 따른 현상 장치(1)와 공통의 구성을 구비하고 있기 때문에 공통 부분의 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 도 2∼도 6에 나타낸 것과 공통의 구성 요소에는, 이들 도면에 붙인 것과 동일한 부호를 붙이고 있다.
현상 장치(1a)는, 회전하는 웨이퍼(W)의 중심부에 현상액(예컨대 초산부틸)을 공급하기 위한 스트레이트 노즐(33)을 구비한다. 스트레이트 노즐(33)은, 아암(47)의 선단부로부터 수직 하방측으로 신장하도록 마련되어 있는 한편, 상기 아암(47)의 기단측에는 노즐 구동부(48)가 접속되어 있다. 노즐 구동부(48)는, 아암(47)을 승강시키는 기능과, 수평으로 신장하는 가이드 레일(49)을 따라 이동하는 기능을 구비한다. 이 노즐 구동부(48)에 의해, 스트레이트 노즐(33)은, 스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 상방 위치와, 컵체(2)의 외측에 마련된 노즐 버스로 이루어지는 대기 영역(40) 사이를 이동할 수 있다. 도 10에 나타내는 바와 같이 스트레이트 노즐(33)은, 펌프나 밸브 등을 구비한 현상액 공급원(300C)에 접속되어 있다.
또한, 현상 처리 후의 웨이퍼(W)에 대해서는, 린스액으로서 예컨대 초산부틸을 이용한 린스 처리가 행해지지만, 도 10, 도 11에 있어서는, 린스액의 공급에 따른 구성의 기재를 생략하고 있다.
회전하는 웨이퍼(W)의 중심부에 현상액을 공급하여 현상을 웨이퍼(W)의 전체면으로 넓힌 후, 린스 처리를 행하는 현상 처리에 있어서는, 후술하는 실험 결과에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 주연부에 현상 처리가 충분히 진행되어 있지 않은 영역이 발생하는 경우가 있었다.
그래서 본 예의 현상 장치(1a)는, 전술한 스트레이트 노즐(33)에 더하여, 도 4∼도 6을 이용하여 설명한 것과 공통의 구성을 포함하는 보조 현상액 노즐(32a)을 이용하여, 재차, 주연부의 현상 처리를 행함으로써, 웨이퍼(W)의 면내에서 균일한 현상 처리를 실현한다.
보조 현상액 노즐(32a)은, 현상액 공급원(300C)에 접속되어, 노광 후의 레지스트막의 현상을 행하는 현상액을 웨이퍼(W)에 대하여 공급하는 점이, 현상액이나 린스액인 IPA의 공급을 행하는 IPA 노즐(32)을 구비한 제1 실시형태와 상이하다.
한편으로, 보조 현상액 노즐(32a)로부터 토출되는 현상액과, 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1)나, 회전하는 웨이퍼(W)의 접선 방향과, 웨이퍼(W)의 회전 방향의 하류측을 향하여 토출되는 현상액이 이루는 각도(θ2) 등, 각종 파라미터는, 제1 실시형태에 나타낸 IPA 노즐(32)과 공통의 것을 이용하여도 좋다. 또한, 노즐 헤드(3)에 대한 질소 가스 노즐(31)의 배치나 보조 현상액 노즐(32a)과 질소 가스 노즐(31)의 위치 관계 등에 대해서도, 제1 실시형태에 나타낸 예와 공통의 설정을 이용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 질소 가스 노즐(31)은 이용하지 않는다.
현상 장치(1a)를 이용하여 행해지는 현상 처리에 대해서 도 12를 참조하면서 설명한다. 처음에 노광 처리 후의 레지스트막이 형성된 웨이퍼(W)가 현상 장치(1) 내에 반입되어, 스핀 척(11) 상에 배치된다. 이어서, 2000 rpm∼3000 rpm의 범위 내의 회전 속도로 웨이퍼(W)를 회전시켜, 스트레이트 노즐(33)로부터 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 10 ㎖/분∼50 ㎖/분의 범위 내의 18 ㎖/분의 공급 유량으로 현상액을 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면을 현상액의 액막(L)으로 덮는다[도 12의 (a)].
이어서, 스트레이트 노즐(33)로부터의 현상액의 공급을 정지하고, 스트레이트 노즐(33)을 대기 영역(40)으로 후퇴시키며, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 30 rpm∼100 rpm의 범위 내의 값으로 조절하여 웨이퍼(W)의 표면에 현상액의 액막(L)이 형성된 상태를 유지한다. 이 결과, 현상액의 액막(L)으로 덮힌 영역에 있어서 노광 후의 레지스트액의 일부가 용해 제거되고, 현상 처리가 행해진다[도 12의 (b)]. 이렇게 하여 소정 시간, 현상 처리를 행하였다면 웨이퍼(W)의 회전 속도를 100 rpm∼1000 rpm으로 올려, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 용해 성분을 포함하는 현상액을 털어내어 배출한다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 표면은, 더욱 얇은 현상액의 액막(L)이 형성된 상태나, 건조한 상태가 된다.
이 후, 웨이퍼(W)의 주연부의 상방 위치로 노즐 헤드(3)를 이동시켜, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1000 rpm∼2500 rpm의 범위 내의 2000 rpm으로 조절한 후, 보조 현상액 노즐(32a)로부터, 토출 유량 16 ㎖/분∼24 ㎖/분의 범위 내의 20 ㎖/분으로 현상액을 공급한다[도 12의 (c)]. 그리고, 재차의 현상 처리가 행해지는 웨이퍼(W)의 주연부에 있어서의, 웨이퍼(W)의 중앙부 쪽의 위치로부터, 웨이퍼(W)의 외주측을 향하여 노즐 헤드(3)를 이동시킨다. 또한, 재차의 현상 처리의 대상이 되는 웨이퍼(W)의 주연부의 범위가 충분히 좁은 경우에는, 노즐 헤드(3)를 이동시키지 않고 정지시킨 상태로, 현상액의 공급을 행하여도 좋다.
레지스트막의 현상액인 초산부틸 등에 대해서도, 순수와 비해서 표면 장력이 작기 때문에, 웨이퍼(W)의 주연부의 현상 처리 시에 도 9를 이용하여 설명한 테일(T)이 형성된다. 상기 테일(T)의 형성에 의해, 다수의 용해 생성물(P)이 웨이퍼(W)의 표면에 남으면, 후단(後段)의 린스 세정에 의해서도 충분히 용해 생성물(P)을 제거할 수 없을 우려가 있다.
그래서 본 예의 보조 현상액 노즐(32a)을 이용하여 액 튐의 발생을 억제하면서, 웨이퍼(W)의 주연부에 재차, 현상액을 공급함으로써, 현상이 불충분한 영역에서 현상 처리를 진행시켜, 현상 처리 결과의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
노즐 헤드(3)가, 웨이퍼(W)의 주연부 영역의 중앙부 쪽의 위치로부터 외주측으로 이동하여, 상기 영역의 재차의 현상 처리를 끝내었다면, 보조 현상액 노즐(32a)로부터의 현상액의 토출을 정지하고, 노즐 헤드(3)를 대기 영역(44)까지 이동시킨다. 그리고, 도시하지 않은 린스액의 공급 노즐을 웨이퍼(W)의 중심부 상방 위치로 이동시켜, 회전하는 웨이퍼(W)에 인액을 공급하여 린스 처리를 행한다. 이어서 웨이퍼(W)에의 린스액의 공급을 정지하고, 웨이퍼(W)의 회전을 계속하여 웨이퍼(W)의 표면의 린스액을 털어내어, 웨이퍼(W)를 건조시켜 현상 장치(1a)에 있어서의 처리를 끝낸다[도 12의 (d)].
또한 현상액으로서는, 전술한 초산부틸 외에, IPA 등의 유기 용제를 이용하여도 좋다. 이 경우의 보조 현상액 노즐(32a)로부터의 처리액의 토출 유량은, 초산부틸의 경우와 마찬가지로 16 ㎖/분∼24 ㎖/분의 범위로 조절된다.
또한 보조 현상액 노즐(32a)로부터 공급하는 현상액으로서 이미 서술한 알칼리 현상액을 이용하여도 좋고, 보조 현상액 노즐(32a)을 이용하여 웨이퍼(W)의 주연부의 린스 처리를 행하며, 린스액으로서 DIW나, 계면 활성제를 첨가한 DIW를 이용하여도 좋다. 이들 처리액을 이용하는 경우에는, 노즐(32a)로부터의 토출 유량은 예컨대 10 ㎖/분∼50 ㎖/분의 범위에서 조절된다.
여기서 전술한 실시형태에서는 질소 가스 노즐(31)로부터의 질소 가스의 공급을 행하지 않는 예를 설명하였지만, 처리액의 토출에 맞추어 질소 가스 노즐(31)로부터의 질소 가스 공급을 행하도 좋다.
전술한 실시의 형태에 있어서는, 스트레이트 노즐(33)에 의한 웨이퍼(W)의 전체면에의 현상액의 공급과, 보조 현상액 노즐(32a)에 의한 웨이퍼(W)의 주연부에의 현상액의 재차의 공급 사이에, 먼저 공급된 현상액을 털어내는 동작을 행하였지만, 이 동작은 필수적이지 않다. 스트레이트 노즐(33)로부터 웨이퍼(W)의 전체면에 현상액을 공급한 후, 소정 시간 경과 후에, 웨이퍼(W)의 주연부의 현상액의 액막(L)에 보조 현상액 노즐(32a)로부터 현상액을 추가 공급하여도 좋다.
또한, 제1, 제2 실시형태에 따른 각 현상 장치(1, 1a)에 있어서는, 처리액 노즐[IPA 노즐(32), 보조 현상액 노즐(32a)]과, 가스 노즐[질소 가스 노즐(31)]이 공통의 노즐 헤드(3)에 마련되어 있는 예를 나타내었다. 그러나 처리액 노즐(32, 32a)과, 가스 노즐(31)을 따로따로의 노즐 헤드에 마련하고, 상이한 이동 기구[노즐 구동부(42)]를 이용하여 이동시켜도 좋은 것은 물론이다.
실시예
(실험 1) BCP막(93) 형성 후의 가열 처리를 끝내고, 질소 분위기 하에서의 UV 처리가 행해진 후의 웨이퍼(W)에 대하여, 수직 방향 하방측을 향하여 IPA를 토출하는 IPA 스트레이트 노즐을 이용하며, 상기 IPA 스트레이트 노즐을 웨이퍼(W) 의 중심부측으로부터 주연부측으로 이동시켜 현상 처리 및 린스 처리를 행하였다. 이때, IPA 스트레이트 노즐의 이동을 종료하는 시점에 있어서의 웨이퍼(W)의 회전 속도를 여러가지 변화시켜, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 현상 결함에 부여하는 영향을 조사하였다.
A. 실험 조건
(참고예 1-1) IPA 스트레이트 노즐로부터 웨이퍼(W)에 현상액으로부터 웨이퍼(W)에 18 ㎖/분으로 IPA를 공급하여, 6 ㎜/초의 이동 속도로 노즐 헤드(3)를 이동시켜, 도 7의 (a)∼(d)를 이용하여 설명한 요령으로 현상 처리를 행하였다. 또한, 질소 가스 노즐(31)로부터의 질소 가스의 공급은 행하지 않았다. 노즐 헤드(3)의 이동 개시 시에 있어서의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 2500 rpm, 이동 종료 시의 회전 속도는 1000 rpm이다.
(참고예 1-2) 노즐 헤드(3)의 이동 개시 시에 있어서의 웨이퍼(W)의 회전 속도를 2500 rpm, 이동 종료 시의 회전 속도를 1300 rpm으로 한 것 외에는, 참고예 1-1과 동일한 조건으로 현상 처리를 행하였다.
(참고예 1-3) 노즐 헤드(3)의 이동 개시 시에 있어서의 웨이퍼(W)의 회전 속도를 2500 rpm, 이동 종료 시의 회전 속도를 1600 rpm으로 한 것 이외에는, 참고예 1-1과 동일한 조건으로 현상 처리를 행하였다.
B. 실험 결과
참고예 1-1∼1-3의 실험 결과를 도 13의 (a)∼(c)에 나타낸다. 각 도면은, 현상 처리 후의 웨이퍼(W) 면내에서 검출된 현상 결함의 분포를 나타내고 있다. 이들 도면 중, 웨이퍼(W)의 면내에 플롯된 도트가 현상 결함을 나타내고 있다.
도 13의 (a)∼(c)에 나타낸 결과에 따르면, 현상 처리 시의 회전 속도를 높게 할수록, 현상 처리 후의 웨이퍼(W)에 발생하는 현상 결함의 수가 적은 것을 알 수 있다. 이것은, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 높게 하면, 도 9를 이용하여 설명한 테일(T)이 짧아져, 현상 처리 시에 발생한 용해 생성물(P)의 웨이퍼(W)의 표면에의 잔존이 억제되기 때문이라고 생각된다.
(실험 2) IPA 노즐(32)로부터 IPA를 공급하는 파라미터를 여러가지 변화시켜, 웨이퍼(W)에 공급된 IPA의 액 튐의 발생을 조사하였다.
A. 실험 조건
웨이퍼(W)의 회전 속도는 1000 rpm, IPA 노즐(32)로부터의 IPA의 공급 위치는, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 직경 방향으로 141 ㎜의 위치에 고정하였다.
(파라미터 2-1) IPA 노즐(32)로부터 토출되는 IPA와 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1): 20°, 30°, 45°
(파라미터 2-2) 토출구(321)의 개구 직경: 0.3 ㎜, 0.8 ㎜
(파라미터 2-3) IPA의 공급 유량(유속): 토출구(321)의 개구 직경이 0.3 ㎜인 경우, 10 ㎖/분(2.5 m/초), 15 ㎖/분(3.5 m/초), 20 ㎖/분(4.7 m/초), 30 ㎖/분(7.1 m/초), 40 ㎖/분(9.4 m/초)
토출구(321)의 개구 직경이 0.8 ㎜인 경우, 20 ㎖/분(0.7 m/초), 30 ㎖/분(1.0 m/초), 50 ㎖/분(1.7 m/초), 75 ㎖/분(2.5 m/초), 107 ㎖/분(3.5 m/초)
B. 실험 결과
도 14, 도 15에 각 파라미터의 조합에 대응하는 액 튐 평가의 결과를 나타낸다. 각 도면 중, 육안으로 액 튐이 확인되지 않은 파라미터의 조합에는 「○」를 붙이고, 액 튐이 확인된 파라미터의 조합에는 「×」를 붙이고 있다.
이들 표에 따르면, 토출구(321)의 개구 직경이 0.3 ㎜이며, IPA 노즐(32)로부터 토출된 IPA와 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1)가 20°일 때, 가장 폭 넓은 유량 범위에서 액 튐의 발생이 없으며, 양호한 결과가 얻어졌다.
(실험 3) 실험 2에서 액 튐이 발생하기 어려운 파라미터의 조합 조건으로, 웨이퍼(W)의 회전 속도, 및 IPA의 공급 유량(유속)을 여러가지 변화시켜 웨이퍼(W)에 공급된 IPA의 액 튐의 발생을 조사하였다.
A. 실험 조건
토출구(321)의 개구 직경은 0.3 ㎜, IPA 노즐(32)로부터 토출된 IPA와 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1)는 20°, IPA의 공급 위치는, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 직경 방향으로 145 ㎜의 위치에 고정하였다.
(파라미터 3-1) 웨이퍼(W)의 회전 속도: 600 rpm∼3000 rpm까지의 200 rpm 피치, 13조건
(파라미터 3-2) IPA의 공급 유량[웨이퍼(W)의 접선 방향의 선속도]: 16 ㎖/분(3.9 m/초)∼24 ㎖/분(5.5 m/초)까지의 2.0 ㎖/분 피치 5조건
B. 실험 결과
도 16에 각 파라미터의 조합에 대응하는 액 튐 평가의 결과를 표에 정리하여 나타낸다. 표 중 「○, ×」의 평가 방법은, 도 14, 도 15의 경우와 동일하다.
상기 도면에 따르면, IPA의 공급 유량이 18.0 ㎖/분∼22.0 ㎖/분의 범위일 때, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 2600 rpm까지 높게 하여도, 액 튐은 관찰되지 않았다. 또한, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 800 rpm∼2400 rpm(선속도 12.1 m/초∼36.4 m/초)의 조건 하에서는, IPA의 공급 유량이 16.0 ㎖/분∼22 ㎖/분의 폭 넓은 범위에서 액 튐은 관찰되지 않았다. 또한 회전 속도가 800 rpm∼2000 rpm(선속도 12.1 m/초∼30.4 m/초)의 범위는, IPA의 공급 유량의 모든 조건 하에서 액 튐은 관찰되지 않았다.
이들 결과로부터, 토출구(321)의 개구 직경이 0.3 ㎜, IPA 노즐(32)로부터 토출된 IPA와 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1)가 20°인 파라미터를 채용함으로써, 폭 넓은 범위에서 액 튐의 발생을 억제되는 것을 알 수 있었다.
(실험 4) 도 4∼도 6을 이용하여 설명한 IPA 노즐(32), 질소 가스 노즐(31)을 이용하여 현상 처리, 린스 처리를 행한 경우와, IPA 스트레이트 노즐을 이용하여 현상 처리, 린스 처리를 행한 경우에 있어서, 현상 결함의 발생 상태를 비교하였다.
A. 실험 조건
(실시예 4-1) 토출구(321)의 개구 직경이 0.3 ㎜, IPA 노즐(32)로부터 토출된 IPA와 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1)가 20°인 IPA 노즐(32)을 이용하여 현상 처리, 린스 처리를 행하였다. IPA 노즐(32)로부터의 현상액의 공급 유량은 20 ㎖/분, 웨이퍼(W)의 중심부에 IPA의 공급을 개시하였을 때의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 2500 rpm, IPA 노즐(32)이 웨이퍼(W)의 주연부에 도달하였을 때의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 2000 rpm으로 하였다. 노즐 헤드(3)의 이동 속도는 4 ㎜/초로 하고, 질소 가스 노즐(31)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방 위치에 도달한 시점에서 5 L/분의 질소 가스 공급을 개시하였다.
(비교예 4-1) 토출구(321)의 개구 직경이 2 ㎜, IPA 노즐(32)로부터 토출된 IPA와 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1)가 90°인 IPA 스트레이트 노즐을 이용하여 현상 처리, 린스 처리를 행하였다. IPA 노즐(32)로부터의 현상액의 공급 유량은 50 ㎖/분, 액 튐 발생을 억제하기 위해, 웨이퍼(W)의 중심부에 IPA의 공급을 개시하였을 때의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 1200 rpm, IPA 노즐(32)이 웨이퍼(W)의 주연부에 도달하였을 때의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 600 rpm으로 하였다. 노즐 헤드(3)의 이동 속도는 2 ㎜/초로 하고, 질소 가스 노즐(31)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방 위치에 도달한 시점에서 5 L/분의 질소 가스 공급을 개시하였다.
B. 실험 결과
실시예 4-1, 비교예 4-1의 실험 결과를 도 17의 (a), (b)에 나타낸다. 각 도면 중, 웨이퍼(W)의 면내에 플롯된 도트가 현상 결함을 나타내고 있는 점은, 도 13의 경우와 동일하다.
도 17의 (a)에 나타내는 실시예 4-1의 결과에 따르면, 후술의 비교예 4-1과 비교하여 현상 결함의 총수가 적다. 또한 후술하는 비교예 4-1의 실험 결과에서 관찰되는, 웨이퍼(W)의 주연부에 현상 결함이 집중적으로 발생하는 경향이 해소되어 있다.
이어서, 비교예 4-1의 결과를 나타내는 도 17의 (b)에 따르면, 특히 웨이퍼(W)의 주연부에서 현상 결함이 집중적으로 발생하고 있는 영역이 관찰된다. 또한, 현상 결함의 발생이 분산되어 있는 영역이라도, 단위 면적 중의 현상 결함의 평균적인 수는 실시예 4-1에 비해서 많다.
또한, 실시예 4-1과 비교예 4-1을 비교하면, 현상 처리를 개시하고 나서 린스 처리를 끝내기까지의 시간은 비교예 4-1에서 117초인 바, 실시예 4-1에서는 76초까지 약 35％ 저감되었다. 또한, 1장의 웨이퍼(W)당의 IPA의 소비량에 대해서도, 비교예 4-1에서는 210 ㎖인 바, 실시예 4-1에서는 26 ㎖로 약 88％ 저감된다고 하는 각별한 효과가 있었다.
이들로부터, 웨이퍼(W)의 회전 방향의 하류측을 향하여, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 비스듬하게 또한 웨이퍼(W)의 접선 방향을 따라 린스액을 웨이퍼(W)에 토출하는 IPA 노즐(32)과, 린스액의 착액 위치로부터 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 인접하는 위치를 향하여 질소 가스를 수직으로 토출하는 질소 가스 노즐(31)을 구비하는 현상 장치(1)는, 현상 결함이 적은 양호한 현상 처리, 린스 처리를 실행 가능한 것을 알 수 있다.
여기서 웨이퍼(W)의 표면에 대한 IPA 노즐(32)로부터의 IPA의 각도(θ1)는, 엄밀하게 20°로 조절하는 경우에 한정되지 않고, ±4°정도의 범위에서 변화하였다고 해도, 웨이퍼(W)에의 IPA 착액 시에 있어서의 액 튐의 발생을 충분히 억제하는 것을 알 수 있다.
(실험 5) 제2 실시형태에 따른 현상 처리에 대해, 스트레이트 노즐(33)로부터 웨이퍼(W)에 공급하는 현상액의 양을 변화시켜 컨택트 홀(CH)의 현상 처리를 행하여, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치에 대한, 평균의 CH 직경으로부터의 편차의 분포를 조사하였다.
A. 실험 조건
(참고예 5-1) 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1500 rpm으로 하여, 웨이퍼(W)의 중심부에 합계 20 ㎖의 현상액을 공급하여 현상 처리를 행하였다.
(참고예 5-2) 현상액의 합계의 공급량을 14 ㎖로 한 점 이외에는 참고예 5-1과 동일한 조건으로 현상 처리를 행하였다.
(참고예 5-3) 현상액의 합계의 공급량을 7 ㎖로 한 점 이외에는 참고예 5-1과 동일한 조건으로 현상 처리를 행하였다.
B. 실험 결과
참고예 5-1∼5-3의 실험 결과를 도 18에 나타낸다. 도 18의 횡축은 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 직경 방향의 거리[㎜], 종축은 구멍 직경이 50 ㎚ 미만인 CH의 평균 구멍 직경으로부터의 편차[㎚]를 나타내고 있다. 실선은, 참고예 5-1에 따른 편차의 분포의 경향선을 나타내고 있다. 또한 파선, 및 일점 쇄선은, 참고예 5-2, 5-3에 따른 편차의 분포의 경향선을 각각 나타내고 있다.
도 18에 나타낸 결과에 따르면, 현상액의 공급량이 적은 경우(참고예 5-3)에 비해서, 현상액의 공급량을 늘림으로써, 웨이퍼(W) 면내의 현상의 진행 정도를 평균적으로 향상시킬 수 있다. 한편으로, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 135 ㎜∼140 ㎜ 정도의 위치보다 주연부측의 영역은, 현상액의 공급량을 증가시켜도, 현상 처리를 충분히 진행시키는 것이 어려운 영역인 것을 알 수 있다.
(실험 6) 스트레이트 노즐(33)로부터 웨이퍼(W)에 현상액을 공급하여 현상 처리를 행하고, CH가 형성된 웨이퍼(W)에 대하여, 도 4∼도 6에 나타낸 IPA 노즐(32)과 동일하게 구성된 보조 현상액 노즐(32a)을 이용하여 웨이퍼(W)의 주연부에 재차의 현상액을 공급하여 현상 처리를 행하였다.
A. 실험 조건
(참고예 6-1) 토출구(321)의 개구 직경이 0.3 ㎜, IPA 노즐(32)로부터 토출된 현상액과 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도(θ1)가 20°인 IPA 노즐(32)을 이용하여 현상 처리를 행하였다. 보조 현상액 노즐(32a)로부터의 현상액의 공급 유량은 20 ㎖/분, 웨이퍼(W)의 회전 속도는 1000 rpm으로서, 10초간 현상액을 공급하였다. 또한, 질소 가스 노즐(31)로부터의 질소 가스의 공급은 행하지 않았다.
(참고예 6-2) 현상액의 공급 시간을 30초로 한 점 이외는, 참고예 6-1과 동일한 조건으로 재차의 현상 처리를 하였다.
(참고예 6-3) 현상액의 공급 시간을 60초로 한 점 이외는, 참고예 6-1과 동일한 조건으로 재차의 현상 처리를 하였다.
(비교예 6-1) 1회째의 현상 처리 후, 웨이퍼(W)의 주연부에 대한 재차의 현상 처리는 행하지 않았다.
B. 실험 결과
참고예 6-1∼6-3, 및 비교예 6-1의 결과를 도 19에 나타낸다. 도 19의 횡축은 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 직경 방향의 거리[㎜], 종축은 CH의 구멍 직경[㎚]을 나타내고 있다. 도 19 중, 참고예 6-1∼6-3은, 각각 흰 삼각, 흰 마름모꼴, 엑스표로 플롯하며, 비교예 6-1은 흰 사각으로 플롯하고 있다.
도 19에 나타낸 결과에 따르면, 웨이퍼(W)의 주연부에 대하여, 보조 현상액 노즐(32a)을 이용하여 재차의 현상 처리를 행함으로써, 이러한 처리를 행하지 않는 비교예 6-1과 비교해서, 참고예 6-1∼6-3 중 어느 것에 있어서도 CH의 구멍 직경을 크게 할 수 있었다. 또한, 현상액의 공급 시간을 10초(참고예 6-1)에서 30초(참고예 6-2)로 늘림으로써, CH의 구멍 직경은 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 평균적으로 커졌지만, 더욱 현상액의 공급 시간을 60초까지 증가시켜도(참고예 6-3), CH의 구멍 직경은 거의 변화하지 않았다.
이들로부터, 보조 현상액 노즐(32a)을 이용하여 웨이퍼(W)의 주연부에 재차의 현상 처리를 행함으로써, 상기 주연부측의 현상의 진행 정도를 조정하여, 웨이퍼(W)의 면내에서 균일한 현상 처리를 실행하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있다. 또한, 재차의 현상 처리에 있어서의 현상액의 공급량을 증가시켜도, 그 효과는 점차로 포화하는 경우가 있는 것도 알 수 있었다.
W 웨이퍼
1, 1a 현상 장치
10 제어부
3 노즐 헤드
31 질소 가스 노즐
311 토출구
32 IPA 노즐
32a 보조 현상액 노즐
33 스트레이트 노즐

Claims (14)

  1. 기판을 회전 가능한 기판 유지부에 수평으로 유지하며, 기판의 표면 전체에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 방법에 있어서,
    적어도 기판의 주연부보다 중심측의 부위에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 공정과,
    이 공정 후, 상기 기판을 회전시키면서, 처리액 노즐의 토출구를 이 토출구에서 보아 기판의 회전 방향의 하류측을 향하여, 기판의 표면에 대하여 비스듬하게 또한 기판의 접선 방향을 따라 처리액을 기판의 주연부에 토출하는 공정과,
    상기 처리액을 기판의 주연부에 토출하는 공정을 행하면서, 상기 기판 상에 있어서의 처리액의 착액(着液) 위치로부터 기판의 중심부를 향하여 인접하는 위치를 향해 가스 노즐로부터 가스를 수직으로 토출하는 공정을 포함하고,
    처리액 노즐로부터 토출되는 처리액의 토출 방향과 기판의 표면이 이루는 각도는, 15도 내지 30도인 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리액을 토출하는 공정 및 가스를 토출하는 공정은, 상기 처리액 노즐 및 가스 노즐을 기판의 중심부측으로부터 외주를 향하여 이동시키면서 행해지는 공정인 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리액을 토출하는 공정 및 가스를 토출하는 공정은, 기판의 표면을 세정액에 의해 세정하는 공정인 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 세정하는 공정은, 기판의 표면 전체에 현상액을 공급한 후에, 현상되는 막과 현상액의 반응 생성물을 기판의 표면으로부터 제거하기 위한 공정인 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 기판의 주연부보다 중심측의 부위에 대하여 처리액에 의해 액 처리를 행하는 공정은, 기판의 표면 전체에 현상액을 공급하는 공정이고,
    상기 처리액을 토출하는 공정 및 가스를 토출하는 공정은, 상기 기판의 주연부에 대하여 국소적으로 현상액을 공급하는 공정인 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리액 노즐 및 가스 노즐은, 이동 기구에 의해 이동 가능한 공통의 노즐 유지부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리액을 토출하는 공정 및 가스를 토출하는 공정이 행해질 때의 처리액의 착액 위치의 둘레 속도는, 12 m/초∼36 m/초인 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리액의 토출 유량은, 10 ㎖/분∼50 ㎖/분인 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리액은, 유기 용매인 것을 특징으로 하는 액 처리 방법.
  11. 기판을 수평으로 유지하며, 기판 유지부를 회전시키면서, 처리액 노즐과 가스 노즐을 이용하여 기판의 표면 전체를 액 처리하는 장치에 이용되는 컴퓨터 프로그램을 기억한 기억 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제1항 또는 제2항에 기재된 액 처리 방법을 실행하도록 단계군이 짜여져 있는 것을 특징으로 하는 기억 매체.
  12. 기판을 수평으로 유지하며, 회전 기구에 의해 회전하는 기판 유지부와,
    기판의 표면에 대하여 비스듬하게 처리액을 토출하도록 토출구가 형성된 처리액 노즐과,
    가스를 수직으로 토출하는 가스 노즐과,
    상기 처리액 노즐과 가스 노즐을 공통으로 유지하는 노즐 유지부와,
    상기 노즐 유지부를 이동시키는 이동 기구와,
    기판을 회전시키면서, 상기 토출구에서 보아 기판의 회전 방향의 하류측을 향하여 기판의 접선 방향을 따라 처리액을 기판의 주연부에 토출하고, 기판 상에 있어서의 처리액의 착액 위치로부터 기판의 중심부를 향하여 인접하는 위치를 향해 가스 노즐로부터 가스를 토출하도록 노즐 유지부를 설정하는 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고,
    처리액 노즐로부터 토출되는 처리액의 토출 방향과 기판의 표면이 이루는 각도는, 15도 내지 30도인 것을 특징으로 하는 액 처리 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 처리액은, 유기 용매인 것을 특징으로 하는 액 처리 장치.
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