KR20010014582A

KR20010014582A - 현상방법 및 현상장치

Info

Publication number: KR20010014582A
Application number: KR1020000012720A
Authority: KR
Inventors: 도시마다카유키; 오모리쓰타에; 기무라요시오
Original assignee: 히가시 데쓰로; 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-02-26
Also published as: US6398429B1; KR100575310B1; US6713239B2; US20020122670A1

Abstract

레지스트막 위에 감광기(感光基)를 갖는 용액을 도포하고, 그 위에 현상액을 도포하여, 감광기를 갖는 용액의 전면(全面)을 일괄(一括)적으로 노광(露光)한다. 레지스트막의 현상은, 감광기를 갖는 용액의 도포막이 현상액에 용해되면서 부터 일괄적으로 진행하여, 기판면내(面內)에 있어서의 현상개시의 시간차가 발생하지 않음으로써 균일하게 현상할 수 있기 때문에, 기판면내의 선폭균일성(線幅均一性, CD値均一性)을 향상시킬 수 있다.

Description

현상방법 및 현상장치{DEVELOPING METHOD AND DEVELOPING APPARATUS}

본 발명은, 예를 들어 반도체 웨이퍼 및 LCD 기판등의 기판 상에 형성된 레지스트막을 소정의 패턴으로 노광한 후, 노광패턴을 현상하는 현상방법 및 현상장치에 관한 것이다.

예를 들어 반도체 디바이스 제조 프로세스에 있어서의 포토리소그래피(photo -lithography) 공정을 위한 도포현상·처리시스템에서는, 반도체 웨이퍼의 표면에 레지스트막을 형성하는 레지스트 도포처리와, 레지스트 도포후의 반도체 웨이퍼에 대한 노광(露光, exposure) 처리를 행한 후에 당해 웨이퍼를 현상하는 현상처리가 행하여지고 있다.

이 현상처리에 있어서는, 소정의 패턴이 노광되어 포스트 익스포져 베이크 (post exposure bake) 처리 및 냉각처리된 웨이퍼가 현상처리유니트로 반입되어, 스핀척(spin chuck)에 장착된다. 현상액 공급노즐로부터 현상액이 공급되어, 반도체 웨이퍼 전면(全面)에 예를 들어 1㎜의 두께로 도포(액덩어리가 형성)되어, 현상액 퍼들(puddle)이 형성된다. 이 현상액 퍼들이 형성된 상태로 소정의 시간동안 정지되어, 자연대류(自然對流)에 의해 현상처리가 진행된다. 그 후, 반도체 웨이퍼가 스핀척에 의해 회전됨에 의해 현상액이 떨쳐 떨어뜨려진 후, 세정액 공급노즐로부터 린스액이 토출되어 웨이퍼 상에 잔존하고 있는 현상액이 씻겨진다. 그 후, 스핀척이 고속으로 회전되어, 반도체 웨이퍼 상에 잔존하는 현상액 및 린스액이 떨어뜨려짐으로써 웨이퍼가 건조된다. 이에 의해, 일련의 현상처리가 종료된다.

이 현상처리에 있어서 현상액 퍼들을 형성할 때에는, 현상액을 반도체 웨이퍼 전면(全面)에 도포하기 위해, 여러 가지 형상의 노즐을 사용하여, 노즐로부터 현상액을 토출시키면서 웨이퍼를 회전시키거나 노즐을 스캔(scan)시키고 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 현상방법에서는, 반도체 웨이퍼 상에 현상액 퍼들을 형성할 때에, 현상액의 액덩어리가 형성되는 시간, 현상액 공급시의 임팩트(impact), 현상액의 치환속도등이, 반도체 웨이퍼 상에서 항상 흐트러지기 때문에 선폭균일성을 얻기가 곤란하다. 또, 액덩어리 형성시에 기포(氣泡)가 흘러 들어옴으로써, 결함이 발생하기 쉽다.

근년에 들어, 디바이스가 64M 비트로부터 256M 비트로 고집적화됨과 더불어, 회로패턴 미세화의 요구가 점점 더 높아져, 최소 선폭이 0.2㎛ 이하의 초(超) 서브마이크론(sub-micron) 영역으로 도달하려 하고 있고, 이 요구에 대응하기 위하여 미세가공(微細加工)이 가능한 레지스트로서 화학증폭형(化學增幅型) 레지스트가 사용되고 있으나, 이 화학증폭형 레지스트는 현상액에 대한 젖음성이 나쁘기 때문에, 특히 상술한 바와 같은 결함이 발생되기 쉽다. 또, 화학증폭형 레지스트를 사용하여 미세가공하려고 할 때에는, 상술한 바와 같은 흐트러짐에 의한 선폭 불균일이 현저하게 나타나게 된다.

본 발명의 목적은, 선폭을 균일히 할 수 있고, 현상액 도포시에 결함이 발생하기 어려운 현상방법 및 현상장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에서는, 기판 상에 형성된 레지스트막을 소정 패턴으로 노광한 후에 노광패턴을 현상하는 현상방법에 있어서, (a) 상기 기판 상에 있어서의 레지스트막 상의 전면에 감광기를 갖는 용액을 도포하는 공정과, (b) 상기 도포된 용액 상의 전면에 현상액을 도포하는 공정과, (c) 상기 레지스트막 상에 도포된 상기 감광기를 갖는 용액의 전면을 노광하는 공정을 구비한다.

본 발명의 제 2 관점에서는, 기판 상에 형성된 레지스트막을 소정 패턴으로 노광한 후에 노광패턴을 현상하는 현상방법에 있어서, (a) 상기 기판 상에 있어서의 레지스트막 상의 전면에 감광기를 갖는 용액을 도포하는 공정과, (b) 상기 도포된 용액 상의 현상액을 도포하는 공정과, (c) 상기 레지스트막 상에 도포된 상기 감광기를 갖는 용액의 전면을 상기 현상액을 매개로 하여 노광하고, 상기 현상액과 용해된 상기 용액에 의해 상기 레지스트막을 현상하는 공정을 구비한다.

본 발명의 제 3 관점에서는, 기판 상에 형성된 레지스트막을 소정 패턴으로 노광한 후 노광패턴을 현상하는 현상장치에 있어서, 기판 상에 있어서의 레지스트막 상의 전면에 감광기를 갖는 용액을 도포하는 제 1의 도포기구와, 상기 도포된 용액 상의 전면에 현상액을 도포하는 제 2의 도포기구와, 상기 감광기를 갖는 용액의 전면을 노광하는 노광기구를 구비한다.

상기 감광기를 갖는 용액과 상기 레지스트막의 사이에 중간층을 형성시키는 것이 바람직하다. 감광기를 갖는 용액이 유기계(有機系)인 경우에는, 감광기를 갖는 용액이 레지스트막에 직접 접촉되면 레지스트가 용해되어 버리기 때문에, 중간층에 의해 그것을 방지한다. 이 경우에, 중간층으로서는 수용성(水溶性)의 수지(樹脂), 예를 들어 폴리비닐 알콜(PVA, poly vinyl alcohol)을 사용하는 것이 바람직하다. 감광액을 갖는 용액으로서는 수용성을 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우에 중간층이 꼭 필요하지는 않다.

먼저, 레지스트막의 현상을 확실하게 일괄적으로 진행시키는 관점에 있어서는, 일괄노광(一括露光)을 현상액 도포공정의 후에 실시하는 것이 바람직하다. 그러나, 일괄노광공정을 행하여도 감광기를 갖는 용액의 도포막이 먼저 현상액에 용해되기 때문에, 레지스트막 현상개시에 있어서의 시간차가 발생되기 어렵다. 따라서, 일괄노광공정의 후에 현상액 도포공정을 행하여도 좋다.

상기 감광기를 갖는 용액으로서는 G선(線) 레지스트 용액을 사용하는 것이 가능하다. G선 레지스트는, 현상액에 용해됨으로써 현상속도를 높이는 작용을 가지고 있고, 따라서 레지스트막의 현상속도를 약 반정도로 줄일 수 있다.

본 발명에 의하면, 레지스트막 상에 감광액을 갖는 용액을 도포하고, 그 위에 현상액을 도포한 후, 감광액을 갖는 용액의 전면을 예를 들어 일괄노광하고 있기 때문에, 레지스트막의 현상은 감광기를 갖는 용액의 도포막이 현상액에 용해되면서 부터 일괄적으로 진행된다. 따라서, 기판면내에 있어서의 현상개시의 시간차가 발생하지 않음으로써 균일하게 현상할 수 있기 때문에, 기판면내의 선폭균일성 (線幅均一性, CD値均一性)을 향상시킬 수 있다. 또, 이와 같이 현상액을 도포한 후에 현상이 일괄적으로 진행되기 때문에, 현상액 액덩어리 형성시간의 제약이 없고, 또 현상액 임팩트의 경감등을 고려할 필요가 없기 때문에, 현상액 공급노즐을 간단한 구조로 할 수 있다. 또, 현상액이 레지스트막에 직접적으로 충격을 가하지 않기 때문에, 결함을 적게하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시에 사용되는 레지스트 도포·현상처리시스템을 나타내는 개략 평면도이다.

도 2는 도 1의 레지스트 도포·현상처리시스템을 나타내는 측면도이다.

도 3은 도 1의 레지스트 도포·현상처리시스템을 나타내는 배면도이다.

도 4은 도 1의 레지스트 도포·현상처리시스템의 처리부 사이를 연결하는 익스텐션 유니트를 나타내는 단면도이다.

도 5는 도 1의 장치에 사용되는 레지스트 도포유니트를 나타내는 단면도이다.

도 6은 도 1의 장치에 사용되는 현상유니트를 나타내는 단면도이다.

도 7은 본 발명의 하나의 실시형태와 관련된 현상방법의 공정을 나타내는 단면도이다.

도 8은 본 발명의 타 실시형태와 관련된 현상방법의 공정을 나타내는 단면도이다.

도 9는 본 발명의 또다른 실시형태와 관련된 현상방법의 공정을 나타내는 단면도이다.

도 10은 노광램프의 일례(一例)를 나타내는 도이다.

도 11은 감광층(感光層) 도포유니트의 변형된 예를 나타내는 사시도이다.

도 12는 노광램프의 위치와 각 위치에 있어서의 광량(光量)을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 카세트 스테이션

20 : 처리 스테이션

20a,20b : 처리 셋트

21a,21b : 주(主) 기판반송기구

22a,22b : 반송로

G₁,G₂,G₃,G₄,G₅,G₆,G₇,G₈,G₉,G₁₀: 처리부

COT1,COT2 : 레지스트 도포유니트

COT3 : 중간층 도포유니트(제 3의 도포기구)

COT4 : 감광층 도포유니트(제 1의 도포기구)

DEV1∼DEV4 : 현상유니트(제 2의 도포기구)

EXP : 노광유니트(노광기구)

도 1은 본 발명의 실시에 사용되는 레지스트 도포·현상처리시스템을 나타내는 개략평면도, 도 2는 도 1의 정면도, 도 3은 도 1의 배면도이다.

이 처리시스템은, 반송스테이션으로서의 역할을 하는 카세트스테이션(10)과, 복수의 처리유니트를 구비한 처리스테이션(20)과, 처리스테이션(20)에 인접되어 설치되는 노광장치(40)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 주고받기 위한 인터페이스(Inter face)부(30)를 구비하고 있다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 관하여 구체적으로 설명한다.

상기 카세트 스테이션(10)은, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)(이하, 웨이퍼로 표기함)를 복수매, 예를 들어 25매 단위로 웨이퍼 카세트(1)에 탑재시킨 상태로 타 시스템으로부터 이 시스템에 반입 또는 이 시스템으로부터 타 시스템으로 반출하거나, 웨이퍼 카세트(1)와 처리스테이션(20)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행하기 위한 것이다.

이 카세트 스테이션(10)에는, 도 1에 나타낸 바와 같이 카세트 재치대(載置臺)(2) 상에 도면 중의 X방향을 따라 복수(도면에서는 4개)의 돌기(3)가 형성되어 있고, 이 돌기(3)의 위치에 웨이퍼 카세트(1)가 각각 웨이퍼 출입구를 처리스테이션(20)측을 향하여 일렬로 재치될 수 있도록 되어 있다. 웨이퍼 카세트(1)에 있어서는 웨이퍼(W)가 수직방향(Z방향)으로 배열되어 있다. 또, 카세트 스테이션(10)은, 웨이퍼 카세트 재치대(2)와 처리스테이션(20)과의 사이에 위치하는 웨이퍼 반송기구(4)를 구비하고 있다. 이 웨이퍼 반송기구(4)는, 카세트 배열방향(X방향) 및 그 안에 수용된 웨이퍼(W)에 있어서의 웨이퍼 배열방향(Z방향)으로 이동가능한 웨이퍼 반송용 아암(4a)을 구비하고 있으며, 이 아암(4a)에 의해 어느 카세트(1)에 대하여도 선택적으로 진입이 가능하도록 되어 있다. 또, 웨이퍼 반송용의 아암(4a)은 θ방향으로 회전이 가능하도록 구성되어 있고, 후술하는 처리스테이션(20)측의 처리부(G₃)에 속하는 얼라인먼트 유니트(alignment unit)(ALIM) 및 익스텐션유니트 (EXT)에도 진입이 가능하도록 되어 있다.

상기 처리스테이션(20)은, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 도포·현상을 행할 때에 일련의 공정을 실시하기 위한 복수의 처리유니트를 구비하여, 이들 복수의 처리유니트가 소정위치에 다단(多段)으로 배치되어 있고, 이들에 의해 반도체 웨이퍼 (W)가 한 장씩 처리된다. 이 처리스테이션(20)은, 도 1에 나타낸 바와 같이 2개의 처리블럭(20a,20b)을 가지고 있다. 이들 처리블럭(20a,20b)은, 각각 중심부에 반송로(22a,22b)를 가지며, 이 속을 연직방향(鉛直方向)을 따라 이동가능한 주 웨이퍼반송기구(21a,21b)가 설치되고, 웨이퍼 반송로(22a,22b)의 주변에 모든 처리유니트가 배치되어 있다. 이들 복수의 처리유니트는 복수의 처리부로 나뉘어져 있고, 각 처리부는 복수의 처리유니트가 연직방향을 따라 다단으로 배치되어 있다. 이 실시형태에 있어서, 처리블럭(20a)에서는 5개의 처리부(G₁,G₂,G₃,G₄,G₅)가 웨이퍼 반송로 (22b)의 주변에 배치되어 있고, 또 처리블럭(20b)에서도 5개의 처리부(G₆,G₇,G₈,G₉, G₁₀)가 웨이퍼 반송로(22b) 주위에 배치되어 있어, 웨이퍼 반송로(22a,22b)가 거의 폐쇄된 공간으로 되어 있다.

이들 중, 처리부(G₁,G₂,G₆,G₇)는 시스템 정면측(도 1에 있어서의 앞쪽)에 병렬로 배치되고, 처리부(G₃)는 카세트 스테이션(10)에 인접되어 배치되며, 처리부 (G₉)는 인터페이스부(30)에 인접되어 배치되고, 처리부(G₄,G₈)는 처리스테이션(20)의 중앙부에 인접하도록 배치되며, 처리부(G₅,G₁₀)는 배면측에 배치되어 있다.

이 경우, 도 2에 나타낸 바와같이, 처리블럭(20a)의 처리부(G₁)에는, 컵(23) 내에서 웨이퍼(W)를 스핀척(도시 않됨)에 재치하여 소정의 처리를 행하는 2대의 스피너형(spinner型) 처리유니트가 상하 2단으로 배치되어 있고, 이 실시형태에 있어서는, 웨이퍼(W)에 레지스트를 도포하는 레지스트 도포유니트(COT1) 및 레지스트의 패턴을 현상하는 현상유니트(DEV1)가 밑에서부터 차례로 2단으로 중첩되어 있다. 처리부(G₂)도 마찬가지로, 2대의 스피너형 처리유니트로서의 레지스트 도포유니트 (COT2) 및 현상유니트(DEV2)가 밑에서부터 차례로 2단으로 중첩되어 있다. 또, 후술하는 바와 같이, 처리부(G₆)는, 웨이퍼의 레지스트막 상에 소정의 용액, 예를 들어 수용성 수지의 용액을 도포하여 중간층을 형성하는 중간층 도포유니트(COT3) 및 현상유니트(DEV3)가 밑에서부터 차례로 2단으로 중첩되고, 처리부(G₇)는, 중간층 위에 감광기를 갖는 용액을 도포하여 감광층을 형성하는 감광층 도포유니트(COT4) 및 현상유니트(COT4)가 밑에서부터 차례로 2단으로 중첩되어 있다.

이와 같이 레지스트 도포유니트(COT1) 등을 하단측에 배치하는 이유는, 레지스트액의 폐액(廢液)이 기계의 구조적으로도 메인터넌스(maintenance)적으로도 현상액의 폐액보다 본질적으로 복잡하여, 이와 같이 도포유니트(COT1)등을 하단에 배치하는 것이 그 복잡성을 완화시켜주기 때문이다. 그러나 필요에 따라서 레지스트 도포유니트(COT1)등을 상단에 배치하는 것도 가능하다.

처리블럭(20a)의 처리부(G₃)에 있어서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 (W)를 재치대(24)에 올려서 소정의 처리를 행하는 오븐형(oven型)의 처리유니트가 다단으로 중첩되어 있다. 즉, 냉각처리를 행하는 쿨링유니트(COL), 레지스트의 정착성을 높이기 위하여 이른바 소수화처리(疎水化處理)를 행하는 어드히젼 유니트 (adhesion unit)(AD), 위치맞춤을 행하는 얼라인먼트유니트(alignment unit)(ALIM) , 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하는 익스텐션유니트(extension unit)(EXT), 노광처리전 및 노광처리후 또 현상처리후에 웨이퍼(W)에 대하여 가열처리를 행하는 4개의 핫플레이트유니트(hot plate unit)(HP)가 밑에서부터 차례로 8단으로 중첩되어 있다.

처리부(G₄)에도, 오븐형의 처리유니트가 다단으로 중첩되어 있다. 즉, 쿨링유니트(COL), 쿨링플레이트를 구비한 웨이퍼 반입반출부라고 할 수 있는 익스텐션·쿨링유니트(EXTCOL), 익스텐션유니트(EXT), 쿨링유니트(COL) 및 4개의 핫플레이트유니트(HP)가 밑에서부터 차례로 8단으로 중첩되어 있다.

이와 같이, 처리온도가 낮은 쿨링유니트(COL), 익스텐션·쿨링유니트(EXTCOL )를 하단에 배치하고, 처리온도가 높은 핫플레이트유니트(HP)를 상단에 배치함으로써, 유니트 간의 열(熱)에 의한 상호간섭(相互干涉)을 적게할 수 있다. 물론, 무작위로 다단 배치하여도 좋다.

처리블럭(20b)의 처리부(G₈), 처리부(G₄)와 같은 구성을 갖추고 있으며, 밑에서부터 순서대로 쿨링유니트(COL), 익스텐션·쿨링유니트(EXTCOL), 익스텐션유니트 (EXT), 쿨링유니트(COL) 및 4개의 핫플레이트 유니트(HP)가 배치되어 있다.

처리부(G₉)는, 어드히젼유니트(AD)를 대신하여 익스포져유니트(exposure uni t)(EXP)가 배치된 외에는 처리부(G₃)와 동일한 구성을 가지고 있으며, 밑에서부터 차례로 쿨링유니트(COL), 익스포져유니트(EXP), 얼라인먼트유니트(ALIM), 익스텐션유니트(EXT), 4개의 핫플레이트유니트(HP)가 배치되어 있다. 노광유니트(EXP)는 본 발명에 있어서 특징을 가지는 처리를 행하는 것으로서, 후술하는 바와 같이, 레지스트막 위에 형성되는 감광층의 전면을, 예를 들어 일괄적으로 노광하기 위한 것이다.

상술한 바와 같이, 처리블럭(20a)의 처리부(G₄)와 처리블럭(20b)의 처리부 (G₈)는 인접되어 있어, 처리부(G₄)의 익스텐션유니트(EXT) 및 처리부(G₈)의 익스텐션유니트(EXT)를 매개로 하여, 처리블럭(20a)과 처리블럭(20b) 간에 반도체 웨이퍼 (W)를 반송할 수 있도록 되어 있다. 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이 처리부(G₄)의 익스텐션유니트(EXT)와 처리부(G₈)의 익스텐션유니트(EXT)가 연통로(連通路)(73)를 매개로 하여 연통되어 있다. 또, 이들 익스텐션유니트(EXT)에는, 각각 처리블럭 (20a,20b)에 있어서의 주 웨이퍼 반송기구(21a,21b)와의 사이에서 웨이퍼의 주고받기를 행하기 위한 개구부(74,75)가 설치되어 있다. 또, 이들 익스텐션유니트(EXT) 내에는, 웨이퍼(W)를 지지하는 지지핀(76)이 복수개, 예를 들어 3개가 설치된 보유·유지판(77) 및 이 보유·유지판(78)을 연통로(77)를 매개로 하여 익스텐션유니트 (EXT) 사이에서 이송하는 이송기구(78)가 설치되어 있다. 그리고, 예를 들어 보유·유지판(77)은 익스텐션유니트(EXT) 내에 이송된 상태에서 처리블럭(20a)의 주 웨이퍼 반송기구(21a)로부터 웨이퍼(W)를 건네받으면, 이동기구(78)에 의하여 익스텐션유니트(EXT) 내로 이송되어, 처리블럭(20b)의 주 반송기구(21b)로 건네준다.

주 웨이퍼 반송기구(21)의 배면쪽에 위치하는 처리부(G₅,G₁₀)도 기본적으로는 처리부(G₃,G₄, G₈,G₉)와 마찬가지로, 오븐형의 처리유니트가 다단으로 적층된 구조를 갖고 있다. 이 처리부(G₅,G₁₀)는 안내레일(25)을 따라, 주 웨이퍼 반송기구(21)로부터 보아 측방(側方)으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 따라서 처리부(G₅,G₁₀)를 슬라이드(slide)함으로써 공간부가 확보되기 때문에, 주 웨이퍼 반송기구(21a,21b)에 대하여 배후로부터 메인터넌스 작업을 용이하게 행할 수 있다. 그러나, 처리부(G₅, G₁₀)는 필요에 따라 설치하면 되고, 필수적인 것은 아니다.

상기 인터페이스부(30)에 있어서, X방향의 길이는 처리스테이션(20)과 같은 길이를 가지고 있다. 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 인터페이스부(30)의 정면부에는, 운반이 가능한 픽엎 카세트(31)와 정치형(定置型)의 버퍼(buffer) 카세트(32)가 2단으로 배설되며, 배면부에는 주변노광장치(33)가 배설되고, 중앙부에는 웨이퍼 반송아암(34)이 배설되어 있다. 이 웨이퍼 반송아암(34)은, X 및 Z방향으로 이동하여 양 카세트(31,32) 및 주변노광장치(33)에 웨이퍼를 반송할 수 있도록 되어 있다. 또, 이 웨이퍼 반송아암(34)은, θ방향으로 회전이 가능하고, 처리스테이션(20)에 있어서의 처리블럭(20b)의 처리부(G₉)에 속하는 반송유니트(53b) 및 인접하는 노광장치측의 웨이퍼 주고받음대 (도시 않됨)에도 웨이퍼(W)를 반송할 수 있도록 되어 있다.

레지스트 도포유니트(COT1 및 COT2), 중간층 도포유니트(COT3) 및 감광층 도포유니트(COT4)는, 어느쪽도, 도 5에 나타낸 바와 같이, 컵(23)과, 컵(23) 내에서 웨이퍼(W)를 수평으로 흡착시켜 보유 및 유지하는 스핀척(42)과, 스핀척(42)을 회전시키는 모터(43)와, 레지스트액 등의 도포액을 공급하는 노즐(44)을 구비하고 있다. 그리고 레지스트액을 도포하는 경우에는, 노즐(44)로부터 웨이퍼(W)의 중앙에 도포액을 공급하면서, 모터(43)에 의해, 스핀척(42)에 흡착되어 보유·유지된 웨이퍼(W)를 회전시켜 웨이퍼(W)의 전면에 레지스트액을 퍼지도록 하여, 레지스트막을 형성한다. 중간층 및 감광층을 형성하는 경우에도 마찬가지의 순서로 도포한다. 또, 폭이 넓은 노즐을 사용하여 노즐을 스캔(scan)시킴에 의해 도포하도록 하여도 좋다.

현상유니트(DEV1∼DEV4)는, 어느쪽도, 도 6에 나타낸 바와 같이, 컵(23)과, 컵(23) 내에서 웨이퍼(W)를 수평으로 흡착시켜 보유 및 유지하는 스핀척(45)과, 스핀척(45)을 회전시키는 모터(46)와, 현상액을 공급하는 노즐(47)을 구비하고 있다. 이 노즐(47)은 웨이퍼(W)와 거의 동일한 폭을 가지고 있으며, 그 저부(低部)에는 폭 전체에 걸쳐 다수의 현상액 토출부(48)가 설치되어 있다. 그리고, 노즐(47)의 토출부(48)로부터 현상액을 토출하면서, 모터(46)에 의해, 스핀척(45) 및 흡착되어 보유·유지된 웨이퍼(W)를 일회전(一回轉)시킴으로써, 웨이퍼 상에 현상액 퍼들이 형성된다. 이 상태에서 정지되어, 자연대류(自然對流)에 의해 현상처리가 진행된다. 소정 시간의 경과후에, 웨이퍼(W)가 회전되어 현상액이 떨쳐 떨어지고, 린스 노즐(도시 않됨)로부터 린스액이 토출되어 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 현상액이 씻겨지고, 그 후 웨이퍼(W)가 고속으로 회전되어, 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 현상액 및 린스액이 날려져 버림으로써 웨이퍼(W)가 건조된다. 또, 현상액 퍼들을 형성할 때에, 노즐(47)을 스캔시켜도 좋다. 또, 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이 현상액을 도포한 후에 현상이 일괄되어 진행하기 때문에, 도포시간 및 현상액 임팩트등을 고려할 필요가 없어, 현상액 노즐은 스트레이트 노즐등의 간단한 구조이어도 좋다.

다음, 이와 같이 구성되는 시스템에 의해 본 발명의 방법을 실시하는 순서에 관하여 설명한다.

먼저, 카세트 스테이션(10)에 있어서, 웨이퍼 반송기구(4)의 웨이퍼 반송용 아암(4a)이 카세트 재치대(2) 상의 미처리 웨이퍼(W)를 수용하고 있는 카세트(1)에 진입하여, 그 카세트(1)로부터 한 장의 웨이퍼(W)를 꺼낸다. 웨이퍼(W)는 익스텐션유니트(EXT)로 반송되어, 그곳으로부터 웨이퍼 반송기구(21a)의 아암에 의해 처리블럭(20a)으로 반입된다. 그리고 먼저 처리부(G₃)에 속하는 얼라인먼트유니트(ALIM)에 의해 얼라인먼트를 행한 후, 그 밑의 어드히젼유니트(AD)에서 웨이퍼(W)에 대하여 소수화 처리를 실시한다.

어드히젼 처리가 종료된 웨이퍼(W)는, 처리블럭(20a)중의 어느 한 곳의 쿨링플레이트(COL) 내에서 냉각처리된 후, 처리부(G₁)의 도포유니트(COT1) 또는 처리부 (G₂)의 도포유니트(COT2)에서, 상술한 순서에 의해 레지스트가 도포된다. 그 후, 처리부(G₃,G₄)의 어느 한 곳의 핫플레이트(HP) 내에서 프리베이크가 실시되고, 어느 한 곳의 쿨링유니트(COL)에서 냉각된다.

그 후에 웨이퍼(W)는, 처리부(G₄및 G₈)의 익스텐션유니트(EXT) 또는 익스텐션 쿨링유니트(EXTCOL)를 매개로 하여 처리블럭(20b)으로 반송되고, 처리부(G₉)의 얼라인먼트유니트(ALIM)에서 얼라인먼트된 후, 그 곳의 주 반송기구(21b)의 아암에 의해 인터페이스부(30)로 반송된다.

인터페이스부(30)에서는 주변노광장치(33)에 의한 주변노광이 실시되고, 그 후에 반도체 웨이퍼(W)는 인접하는 노광장치(40)로 반송되어, 소정의 패턴을 따라 웨이퍼(W)의 레지스트막에 노광처리가 실시된다.

노광처리가 종료되면, 웨이퍼(W)는 인터페이스부(30)의 웨이퍼 반송아암(34)에 의해 처리부(G₉)에 속하는 익스텐션유니트(EXT)로 반송되어, 그곳으로부터 주 반송기구(21b)의 아암에 의해 처리블럭(20b)으로 반입된다. 그리고, 웨이퍼는 처리부 (G₉,G₈)의 어느 한 곳의 핫플레이트(HP)로 반송되어 포스트 익스포져 베이크(post exposure bake) 처리가 실시되고, 또 어느 한 곳의 쿨링플레이트 (COL)에서 냉각된다.

이와 같이 하여 포스트 익스포져 베이크 처리가 실시된 웨이퍼(W)에 대하여는, 도 7에 나타낸 바와 같은 현상처리가 실시된다.

도 7(A)에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(W) 상에 노광 및 포스트 익스포져 베이크 처리가 종료된 레지스트막(51)이 형성되어 있는 상태에서, 먼저 처리부(G₆)의 중간층 도포유니트(COT3)에 의해 상술된 순서로 소정의 용액을 도포하여, 도 7(B)에 나타낸 바와 같이 중간층(52)을 형성한다. 중간층(52)으로서는 수용성 수지, 예를 들어 폴리비닐알콜(PVA)을 사용하여 30㎚ 정도의 두께로 형성한다. 덧붙여 설명하면, 이 중간층(52)은, 그 위에 형성되는 감광층이 유기계(有機系)일 경우에 그 용액이 레지스트막(51)에 직접적으로 접촉하면 레지스트가 용해되어 버리기 때문에, 그것을 방지하기 위해 설치하는 것이다. 따라서, 감광층이 레지스트막(51)에 직접적으로 접촉하여도 레지스트막(51)이 용해되지 않는다면 중간층(52)을 형성하지 않아도 좋다.

이와 같이 중간층(52)을 형성한 후, 어느 한 곳의 핫플레이트(HP)에 의해 베이크 처리를 행하고, 다음에는 처리부(G₇)의 감광층 형성유니트(COT4)에 의해 상술된 순서로 감광기를 갖는 용액을 도포하여, 도 7(C)에 나타낸 바와 같이 감광층 (53)을 형성한다. 감광층(53)을 구성하는, 감광기를 갖는 용액으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만 수용성의 용액이 바람직하고, 특히 G선 레지스트 및 디아조니움염(diazonium鹽) 등이 바람직하다. G선 레지스트를 사용함으로써 그 후의 현상속도를 현저히 높이는 것이 가능하여, 현상시간을 약 반정도로 줄일 수 있다. 이와 같이 수용성의 용액을 사용할 경우에는, 기본적으로 레지스트막을 용해시키지 않기 때문에 중간층(52)이 항상 필요한 것은 아니다.

이와 같이 하여 감광층(53)을 형성한 후, 어느 한 곳의 핫플레이트(HP)에 의해 베이크 처리를 행하고, 다음에는 현상유니트(DEV1∼DEV4)의 어느 한 곳에서 상술된 순서로 현상액을 도포하여, 도 7(D)에 나타낸 바와 같이 현상액 퍼들(54)을 형성한다.

그 후 웨이퍼는, 처리부(G₉)의 노광유니트(EXP)로 반송되어, 도 7(E)에 나타낸 바와 같이 광조사(光照射)된다. 이에 의해, 현상액을 매개로 하여 감광층(53)의 전면이 일괄적으로 노광된다.

이와 같이 전면적으로 노광된 감광층(53)은 현상액에 의해 용해가 가능하여, 도 7(F)에 나타낸 바와 같이 감광층(53)이 현상액 퍼들(54)에 용해되고, 또 도 7(G)에 나타낸 바와 같이 중간층(52)도 용해된다. 따라서, 현상액이 레지스트막 (51)에 직접적으로 접촉된 상태로 되어, 레지스트막(51)의 현상이 진행된다. 그리고, 도 7(H)에 나타낸 바와 같이 소정의 레지스트 패턴(55)이 형성된다.

이와 같이, 레지스트막(51)상에, 중간층(52)을 매개로 하여 감광기를 갖는 용액을 도포하여 감광층(53)을 형성하고, 그 위에 현상액을 도포하여 현상액 퍼들 (54)을 형성하고, 그 후에 UV광(光)에 의해 감광층(53)의 전면을 일괄적으로 노광하기 때문에, 레지스트막(51)의 현상은 감광층(53)이 현상액에 용해되면서 일괄적으로 진행된다. 따라서, 웨이퍼(W) 면내에서 현상개시의 시간차가 발생하지 않고 균일하게 현상하는 것이 가능하여, 웨이퍼 면내균일성(面內均一性, CD値均一性)을 향상시킬 수 있다. 또, 이와 같이 현상액을 도포한 후에 현상이 일괄적으로 진행하기 때문에, 현상액 액덩어리 형성에 있어서의 시간적인 제약이 없고, 또 현상액의 임팩트 경감등을 고려할 필요가 없기 때문에, 현상액 노즐은 상술한 노즐(45)보다도 간단한 구조로 할 수 있다. 더우기, 현상액이 레지스트막 (51)에 직접적으로 충격을 가하지 않기 때문에, 결함을 적게 하는 것도 가능하다. 특히, G선 레지스트는 친수성(親水性)을 띠고 있기 때문에, 소수성(疏水性)의 타 레지스트에 비교하여 기포를 품고 있는 일이 적고, 이에 의해 결함불량을 보다 적게 할 수 있다.

이와 같이 하여 현상처리가 종료된 후, 어느 한 곳의 핫플레이트유니트(HP)에 의해 포스트베이크가 실시되고, 다음에는 어느 한 곳의 쿨링유니트에 의해 냉각된다. 그 후, 웨이퍼(W)는, 처리블럭(20a)의 주 반송기구(21a)의 아암에 의해 익스텐션유니트(EXT)의 재치대 위에 재치된다. 그리고, 재치대 상의 웨이퍼(W)는, 카세트스테이션(10)의 아암(4a)에 의해 수취되어, 카세트 재치대(2) 상의 처리종료 웨이퍼 수용용(收容用) 카세트(1)의 소정 웨이퍼 수용홈에 삽입된다. 이에 의해 일련의 처리가 완료된다.

덧붙여 설명하면, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지로 변형이 가능하다.

예를 들어, 현상처리의 순서는 상기 도 7에 나타낸 것에 한정되지 않고, 도 8에 나타낸 순서로 행하여도 좋다. 즉, 도 8(A∼C)에 나타낸 바와 같이 도 7(A∼C)와 같은 처리를 실시한 후, 도 8(D)에 나타낸 바와 같이 감광층(53)을 노광한 후에, 도 8(E)에 나타낸 바와 같이 현상액 퍼들(54)을 형성시켜도 좋다. 이 경우에도, 먼저 감광층(53)이 현상액에 용해되기 때문에, 레지스트막 현상개시시의 시간차가 발생되기 어려워, 기대하는 효과를 거둘 수 있다. 또, G선의 광량을 적게 할 수 있어, 값비싼 G선용의 노광램프를 보다 소형이고 값싸게 할 수 있다. 또 G선의 노광을 현상유니트외에서 사용할 수 있기 때문에, 기존의 현상유니트를 개조하는 일 없이 그대로 사용하는 것이 가능하다.

상기 실시형태에서는 중간층(52)을 형성하였지만, 또 9에 나타낸 바와 같이 중간층을 형성하는 일 없이 처리를 행하도록 하여도 좋다. 도 9에 나타낸 처리는 도 7에 나타낸 처리로부터 중간층을 형성하는 공정을 생략한 것이다. 이와 같이 중간층을 없앰에 의해, 감광층(53)이 현상액 퍼들(54)에 의해 용해될 때에 감광층 (53)의 용해물과 현상액이 섞이게 됨으로써, 현상액으로서의 기능이 향상되어 현상처리시간을 단축시키는 것이 가능하다. 또, 이와 같이 중간층을 없앰으로써, 감광층(53)을 도포하는 조건, 예를 들어 회전건조시간을 통상적인 30초로부터 15초로 줄이듯이 조건을 바꿈으로써, 레지스트막(51)의 표층(表層)에 현상액에 용해되기 어려운 변질층(變質層)(mixing layer)이 형성된다. 이 변질층에 의해 현상용해성(現像溶解性)이 저하되기 때문에 레지스트 패턴(55)의 상부각부(上部角部)가 굴곡되지 않고 모난 상태로 되어, 보다 정밀한 레지스트 패턴이 형성된다.

감광층(53)을 노광하기 위한 노광유니트(EXP)에 있어서의 노광램프로서는, 도 10에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(W)의 전면을 조사(照査)하는 타잎의 램프(81)를 사용함으로써, 웨이퍼(W)의 전면을 일괄적으로 노광하는 것이 가능하다.

또, 상기 실시형태에서는 감광층(53)을 노광하기 위하여 노광유니트(EXP)를 설치하였지만, 본 발명에서는 감광층(53)의 전면이 노광되기만 하면 되기 때문에, 반드시 이와 같은 노광 전용의 유니트를 설치할 필요가 없다. 예를 들어, 도 11에 나타낸 바와 같이, 감광기를 갖는 용액을 도포할 때의 도포유니트에 폭이 넓은 스캔 타잎의 노즐(44')을 사용하여, 이 노즐(44')에 폭이 넓은 스캔 타잎의 노광램프 (60)를 설치하여 노즐을 스캔시킴으로써, 전면을 일괄적으로 노광하는 것이 가능하다. 이와 같이 폭이 넓은 스캔 타잎의 노광램프(60)는 노광유니트(EXT)에 배치시켜도 좋다. 또, 폭이 넓은 타잎의 노광램프(60')를 사용하고 또 그 밑에서 웨이퍼(W)를 회전시키도록 구성할 경우에, 도 12에 나타낸 바와 같이 그 중앙으로 가면 갈수록 광량이 저하되는 타잎의 램프를 사용함으로써, 보다 효율적인 노광이 가능하고 또 램프의 소형화가 가능하여 공간적인 이점이 있다. 그리고, 이와 같이 폭이 넓은 타잎의 노광램프(60)를 사용함으로써, 보다 가늘고 균일한 레지스트 패턴의 형성이 가능하다.

본 발명자등의 실험에 의하면, 도 10에 나타낸 바와 같이 기판 전면을 일괄적으로 노광하기 위하여는, 기판과의 거리를 띄우는 것이 필요하고 조도(照度)는 거리의 제곱에 반비례하기 때문에 조도가 강한 램프가 필요하고, 또 조도의 균일성도 유지하기 힘들었다. 그러나 폭이 넓은 스캔 타잎의 노광램프를 사용함으로써, 기판으로 진입시키는 것도 가능하여 조도가 약한 램프라도 사용할 수 있게 되어, 소비전력을 저감시킬 수 있었다. 또, 균일성도 유지하기 쉬어, 현상후에도 선폭균일성이 3σ=8㎚ 이하로 되었다.

또, 기판도 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD기판, 유리기판, CD기판, 포토 마스크(photo mask), 프린트기판 등의 여러 종류에도 적용이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 레지스트막 상에 감광기를 갖는 용액을 도포하고 그 위에 현상액을 도포하여, 감광기를 갖는 용액의 전면을 일괄적으로 노광하기 때문에, 레지스트막의 현상은 감광기를 갖는 용액의 도포막이 현상액에 용해되면서부터 일괄적으로 진행하여, 기판면내에 있어서 현상개시시간의 시간차가 발생하지 않음으로써 균일하게 현상할 수 있기 때문에, 기판면내의 선폭균일성(CD値均一性)을 향상시킬 수 있다. 또, 이와 같이 현상액을 도포한 후에 현상이 일괄적으로 진행하기 때문에, 현상액 액덩어리 형성의 시간적 제약이 없고 또 현상액 임팩트의 경감등을 고려할 필요가 없어, 현상액 공급노즐을 간단한 구조로 하는 것이 가능하다. 또, 현상액이 레지스트막에 직접적으로 충격을 가하지 않기 때문에, 결함을 적게할 수 있다.

Claims

기판 상에 형성된 레지스트막을 소정 패턴으로 노광한 후, 노광패턴을 현상하는 현상방법에 있어서,

(a) 상기 기판 상의 레지스트막 상의 전면에 감광기를 갖는 용액을 도포하는 공정과,

(b) 상기 도포된 용액 상의 전면에 현상액을 도포하는 공정과,

(c) 상기 레지스트막 상에 도포된 상기 감광기를 갖는 용액의 전면을 노광하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공정 (c)에서는, 상기 용액의 전면을 일괄 노광하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공정 (c)에서는, 노광을 위한 광원을 스캔시켜 상기 용액의 전면을 노광하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제 1 항에 있어서,

상기 감광기를 갖는 용액과 상기 레지스트막 사이에 중간층을 형성하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제 4 항에 있어서,

상기 중간층은, 수용성 수지를 도포함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공정 (b)의 후에 상기 공정 (c)를 행하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공정 (c)의 후에 상기 공정 (b)를 행하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
제 1 항에 있어서,

상기 감광기를 갖는 용액은, G선 레지스트 용액인 것을 특징으로 하는 현상방법.
제 1 항에 있어서,

상기 감광기를 갖는 용액은, 디아조니움염을 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 현상방법.
기판 상에 형성된 레지스트막을 소정 패턴으로 노광한 후, 노광패턴을 현상하는 현상방법에 있어서,

(a) 상기 기판 상의 레지스트막 상의 전면에 감광기를 갖는 용액을 도포하는 공정과,

(b) 상기 도포된 용액 상의 전면에 현상액을 도포하는 공정과,

(c) 상기 레지스트막 상에 도포된 상기 감광기를 갖는 용액의 전면을, 상기 현상액을 매개로 하여 노광하고, 상기 현상액과 용해된 상기 용액에 의해 상기 레지스트막을 현상하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
기판 상에 형성된 레지스트막을 소정 패턴으로 노광한 후, 노광패턴을 현상하는 현상장치에 있어서,

기판 상의 레지스트막 상의 전면에 감광기를 갖는 용액을 도포하는 제 1의 도포기구와,

상기 도포된 용액 상의 전면에 현상액을 도포하는 제 2의 도포기구와,

상기 감광기를 갖는 용액의 전면을 노광하는 노광기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 11 항에 있어서,

상기 감광기를 갖는 용액과 상기 레지스트막 사이에 소정의 액을 도포하여 중간층을 형성하는 제 3의 도포기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 11 항에 있어서,

상기 노광기구와, 상기 레지스트막을 소정의 패턴으로 노광하기 위한 광원과는 다른 파장의 빛을 조사하는 노광램프를 갖는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 13 항에 있어서,

상기 감광기를 갖는 용액은 G선 레지스트이고,

상기 노광기구는 G선을 조사하는 노광램프를 갖는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 11 항에 있어서,

상기 노광기구는, 상기 감광기를 갖는 용액의 전면을 일괄 노광하기 위한 노광램프를 갖는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 11 항에 있어서,

상기 노광기구는, 상기 감광기를 갖는 용액을 노광하기 위한 폭이 넓은 스캔 타잎의 노광램프와,

상기 노광램프를 상기 기판 상에서 스캔하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 16 항에 있어서,

상기 노광램프가 그 중앙부분으로 갈수록 광량이 저하되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1의 도포기구 내에 상기 노광기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 18 항에 있어서,

상기 기판 상의 레지스트막 상의 전면에 감광기를 갖는 용액을 도포하기 위한 폭이 넓은 스캔 타잎의 도포노즐을 구비하고,

상기 노광기구가 상기 감광기를 갖는 용액을 노광하기 위한 폭이 넓은 스캔 타잎의 노광램프를 구비하며,

상기 도포노즐과 상기 노광램프가 일체적으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 현상장치.