KR20110047117A - 기판의 처리 방법 및 컴퓨터 판독가능한 기억 매체 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 더블 패터닝에서의 2회째의 레지스트액의 공급량을 소량으로 억제하면서, 기판 상에 미리 정해진 레지스트 패턴을 형성하는 것을 과제로 한다.
피처리막(F)이 형성된 웨이퍼(W) 상에 레지스트액을 도포하여 제1 레지스트막(R1)을 형성한다[도 7의 (b)]. 그 후, 제1 레지스트막(R1)을 선택적으로 노광하고, 현상하여 제1 레지스트 패턴(P1)을 형성한다[도 7의 (c)]. 그 후, 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)에 에테르류의 표면 개질제를 도포하여, 그 표면(P1a)을 개질한다[도 7의 (d)]. 그 후, 제1 레지스트 패턴(P1)이 형성된 웨이퍼(W) 상에 레지스트액을 도포하여 제2 레지스트막(R2)을 형성한다[도 7의 (e)]. 그 후, 제2 레지스트막(R2)을 선택적으로 노광하고, 현상하여, 제1 레지스트 패턴(P1)과 동일한 층에 제2 레지스트 패턴(P2)을 형성한다[도 7의 (f)].

Description

기판의 처리 방법 및 컴퓨터 판독가능한 기억 매체{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 기판 위에 레지스트 패턴을 형성하는 기판의 처리 방법 및 컴퓨터 판독가능한 기억 매체에 관한 것이다.
예컨대 반도체 디바이스의 제조 프로세스에서의 포토리소그래피 공정에서는, 예컨대 웨이퍼 표면의 피처리막 위에 레지스트액을 도포하여 레지스트막을 형성하는 레지스트 도포 처리, 웨이퍼 위의 레지스트막에 미리 정해진 패턴의 광을 조사하여 레지스트막을 노광하는 노광 처리, 노광된 레지스트막을 현상하는 현상 처리 등이 순차적으로 행해져, 웨이퍼 위에 미리 정해진 레지스트 패턴이 형성된다. 그리고, 이 레지스트 패턴의 형성 처리 후에, 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 피처리막이 에칭되어, 그 피처리막에 미리 정해진 패턴이 형성된다.
전술한 레지스트 패턴을 형성할 때에는, 반도체 디바이스를 더욱 더 고집적화하기 위해서, 레지스트 패턴의 미세화가 요구되고 있다. 이것을 받아 종래부터 노광 광원의 단파장화가 진행되고 있다. 그러나, 노광 광원의 단파장화에는 기술적, 비용적인 한계가 있어, 광의 단파장화를 진행시키는 방법만으로는, 예컨대 수나노미터 정도의 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 것이 곤란한 상황에 있다.
그래서, 2회의 포토리소그래피 공정을 행하고, 2개의 레지스트 패턴을 합성하여, 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 방법(이하, 「더블 패터닝」이라고 함)이 고려되고 있다. 이 더블 패터닝의 방법으로서, 1회째의 제1 레지스트막의 형성, 노광, 현상에 의해, 제1 레지스트막에 제1 레지스트 패턴을 형성하고, 그 후 2회째의 제2 레지스트막의 형성, 노광, 현상에 의해, 제2 레지스트막에 제2 레지스트 패턴을 형성하는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 1). 그리고, 이들 제1 레지스트 패턴과 제2 레지스트 패턴의 합성에 의해, 미세한 레지스트 패턴이 실현되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2009-3160호 공보
전술한 더블 패터닝에 있어서, 제2 레지스트막을 형성할 때에는, 예컨대 제1 레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼 위에 레지스트액을 공급하고, 웨이퍼의 회전의 원심력에 의해 레지스트액을 확산시켜, 웨이퍼 전체면에 제2 레지스트막을 형성한다. 그러나, 이 경우, 제1 레지스트 패턴에 대한 레지스트액의 접촉각이 커서, 레지스트액이 확산되기 어렵기 때문에, 다량의 레지스트액을 필요로 한다.
그래서, 발명자들은, 레지스트액의 공급량을 억제하기 위해서, 예컨대 프리웨트(pre-wet)를 행하는 것을 시도하였다. 이 프리웨트는, 제2 레지스트막 형성용 레지스트액을 공급하기 전에, 웨이퍼 위, 즉 제1 레지스트 패턴 위에 레지스트액의 용제, 예컨대 시클로헥사논을 공급하여 레지스트액을 확산시키기 쉽게 하는 방법이다. 그러나, 더블 패터닝에 있어서 프리웨트를 행한 경우, 레지스트액의 용제에 의해 제1 레지스트 패턴이 용해되어 버려, 그 제1 레지스트 패턴이 미리 정해진 치수로 형성되지 않는 경우가 있었다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 더블 패터닝에서의 2회째의 레지스트액의 공급량을 소량으로 억제하면서, 기판 위에 미리 정해진 레지스트 패턴을 형성하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 기판 위에 레지스트 패턴을 형성하는 기판의 처리 방법으로서, 기판 위에 레지스트액을 도포하여 제1 레지스트막을 형성한 후, 그 제1 레지스트막을 선택적으로 노광하고, 현상하여 제1 레지스트 패턴을 형성하는 제1 패터닝 공정과, 그 후, 상기 제1 레지스트 패턴의 표면에 에테르류의 표면 개질제를 도포하여, 그 표면을 개질하는 표면 개질 공정과, 그 후, 상기 제1 레지스트 패턴이 형성된 기판 위에 레지스트액을 도포하여 제2 레지스트막을 형성한 후, 그 제2 레지스트막을 선택적으로 노광하고, 현상하여, 상기 제1 레지스트 패턴과 동일한 층에 제2 레지스트 패턴을 형성하는 제2 패터닝 공정을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 기판에는, 기판 표면에 미리 정해진 피처리막, 예컨대 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭되는 피처리막이 형성되어 있는 기판도 포함된다.
발명자들이 조사한 결과, 기판 상에 제1 레지스트 패턴을 형성한 후, 제1 레지스트 패턴 위에 에테르류의 표면 개질제를 도포하면, 제1 레지스트 패턴의 표면이 개질되어, 제1 레지스트 패턴에 대한 레지스트액의 접촉각이 작아지는 것을 알 수 있었다. 그러면, 그 후 제2 레지스트막을 형성할 때에, 제1 레지스트 패턴 위의 레지스트액의 유동성이 향상된다. 즉, 본 발명에 따르면 레지스트액의 공급량이 소량이어도, 그 레지스트액은 기판 위를 원활하게 확산하여, 제2 레지스트막을 미리 정해진 막 두께로 적절하게 형성할 수 있다. 그리고, 또한 그 후, 제1 레지스트 패턴과 동일한 층에 제2 레지스트 패턴을 형성하고 있기 때문에, 이들 제1 레지스트 패턴과 제2 레지스트 패턴을 합성함으로써, 기판 위에 미세한 레지스트 패턴을 미리 정해진 치수로 형성할 수 있다.
상기 표면 개질 공정에서, 상기 표면 개질제에 의해, 상기 제1 레지스트 패턴의 표층을 제거하고, 또한 새롭게 노출된 상기 제1 레지스트 패턴의 표면을 개질해도 된다. 또한, 이 표면 개질 공정에서, 표면 개질제는, 예컨대 제1 레지스트 패턴의 선폭이나 높이 등의 치수에 영향을 미치지 않는 범위에서 제1 레지스트 패턴의 표층을 얇게 제거한다. 즉, 표면 개질제에 의해 제1 레지스트 패턴의 표층이 제거되어도, 그 제1 레지스트 패턴은 미리 정해진 치수로 형성된다.
상기 제2 패터닝 공정에서, 상기 제2 레지스트막은, 기판을 정지시킨 상태에서 그 기판의 중심부에 레지스트액을 공급한 후, 기판을 회전시켜 상기 레지스트액을 기판 전체면으로 확산시켜 형성되도록 해도 된다.
상기 표면 개질제는, 메틸이소부틸카르비놀이어도 된다. 또한, 상기 표면 개질제는, 프로필렌글리콜부틸에테르여도 된다.
다른 관점에 따른 본 발명에 의하면, 상기 기판의 처리 방법을 기판 처리 장치에 의해 실행시키기 위해서, 그 기판 처리 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터 상에서 동작하는 프로그램이 제공된다.
또한 다른 관점에 따른 본 발명에 의하면, 상기 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능한 기억 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 더블 패터닝에서의 2회째의 레지스트액의 공급량을 소량으로 억제하면서, 기판 위에 미세한 레지스트 패턴을 미리 정해진 치수로 형성할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판의 처리 방법을 실행하는 도포 현상 처리 시스템의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 도포 현상 처리 시스템의 정면도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 도포 현상 처리 시스템의 배면도이다.
도 4는 레지스트 도포 장치의 구성의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 5는 레지스트 도포 장치의 구성의 개략을 도시하는 횡단면도이다.
도 6은 웨이퍼 처리의 각 공정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 웨이퍼 처리의 각 공정에서의 웨이퍼 위의 막의 상태를 도시하는 설명도로서, 도 7의 (a)는 웨이퍼 위에 미리 피처리막이 형성된 모습을 도시하고, 도 7의 (b)는 웨이퍼 위에 제1 레지스트막이 형성된 모습을 도시하며, 도 7의 (c)는 웨이퍼 위에 제1 레지스트 패턴이 형성된 모습을 도시하고, 도 7의 (d)는 제1 레지스트 패턴의 표면이 표면 개질제에 의해 개질된 모습을 도시하며, 도 7의 (e)는 웨이퍼 위에 제2 레지스트막이 형성된 모습을 도시하고, 도 7의 (f)는 웨이퍼 위에 제2 레지스트 패턴이 형성된 모습을 도시하고 있다.
도 8은 다른 실시형태에서의 웨이퍼 위의 막의 상태를 도시하는 설명도로서, 도 8의 (a)는 제1 레지스트 패턴의 표층이 표면 개질제에 의해 제거된 모습을 도시하고, 도 8의 (b)는 제1 레지스트 패턴의 표면이 표면 개질제에 의해 개질된 모습을 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 기판의 처리 방법을 실행하는 기판 처리 장치로서의 도포 현상 처리 시스템(1)의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다. 도 2는 도포 현상 처리 시스템(1)의 정면도이고, 도 3은 도포 현상 처리 시스템(1)의 배면도이다.
도포 현상 처리 시스템(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이 예컨대 25장의 웨이퍼(W)를 카세트 단위로 외부로부터 도포 현상 처리 시스템(1)에 대하여 반입 및 반출하거나, 카세트(C)에 대하여 웨이퍼(W)를 반입 및 반출하는 카세트 스테이션(2)과, 포토리소그래피 공정 중에서 매엽식(枚葉式)으로 미리 정해진 처리를 실시하는 복수의 각종 처리 장치를 다단으로 배치하고 있는 처리 스테이션(3)과, 이 처리 스테이션(3)에 인접하여 설치되는 노광 장치(4)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하는 인터페이스 스테이션(5)을 일체로 접속한 구성을 갖고 있다.
카세트 스테이션(2)에는, 카세트 배치대(6)가 설치되고, 그 카세트 배치대(6)는, 복수의 카세트(C)를 X방향(도 1 중의 상하 방향)으로 일렬로 배치 가능하게 되어 있다. 카세트 스테이션(2)에는, 반송로(7) 위를 X방향을 향하여 이동 가능한 웨이퍼 반송체(8)가 설치된다. 웨이퍼 반송체(8)는 카세트(C)에 수용된 웨이퍼(W)의 웨이퍼 배열 방향(Z방향; 연직 방향)으로도 이동 가능하고, X방향으로 배열된 각 카세트(C) 내의 웨이퍼(W)에 대하여 선택적으로 액세스할 수 있다.
웨이퍼 반송체(8)는, Z축 둘레의 θ방향으로 회전 가능하고, 후술하는 처리 스테이션(3)측의 제3 처리 장치군(G3)에 속하는 온도 조절 장치(60)나 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 트랜지션 장치(61)에 대해서도 액세스할 수 있다.
카세트 스테이션(2)에 인접하는 처리 스테이션(3)은, 복수의 처리 장치가 다단으로 배치된, 예컨대 5개의 처리 장치군(G1∼G5)을 구비한다. 처리 스테이션(3)의 X방향의 마이너스 방향(도 1 중의 하측 방향)측에는, 카세트 스테이션(2)측으로부터 제1 처리 장치군(G1), 제2 처리 장치군(G2)이 순서대로 배치된다. 처리 스테이션(3)의 X방향의 플러스 방향(도 1 중의 상측 방향)측에는, 카세트 스테이션(2)측으로부터 제3 처리 장치군(G3), 제4 처리 장치군(G4) 및 제5 처리 장치군(G5)이 순서대로 배치된다. 제3 처리 장치군(G3)과 제4 처리 장치군(G4) 사이에는, 제1 반송 장치(A1)가 설치되고, 제1 반송 장치(A1)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 반송하는 제1 반송 아암(10)이 설치된다. 제1 반송 아암(10)은, 제1 처리 장치군(G1), 제3 처리 장치군(G3) 및 제4 처리 장치군(G4) 내의 각 처리 장치에 선택적으로 액세스하여 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다. 제4 처리 장치군(G4)과 제5 처리 장치군(G5) 사이에는, 제2 반송 장치(A2)가 설치되고, 제2 반송 장치(A2)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 반송하는 제2 반송 아암(11)이 설치된다. 제2 반송 아암(11)은, 제2 처리 장치군(G2), 제4 처리 장치군(G4) 및 제5 처리 장치군(G5) 내의 각 처리 장치에 선택적으로 액세스하여 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이 제1 처리 장치군(G1)에는, 웨이퍼(W)에 미리 정해진 액체를 공급하여 처리를 행하는 액 처리 장치, 예컨대 웨이퍼(W)에 레지스트액을 도포하는 레지스트 도포 장치(20, 21, 22), 노광 처리 시의 광의 반사를 방지하는 반사 방지막을 형성하는 보텀(bottom) 코팅 장치(23, 24)가 아래로부터 순서대로 5단으로 중첩되어 있다. 제2 처리 장치군(G2)에는, 액 처리 장치, 예컨대 웨이퍼(W)에 현상액을 공급하여 현상 처리하는 현상 처리 장치(30∼34)가 아래로부터 순서대로 5단으로 중첩되어 있다. 또한, 제1 처리 장치군(G1) 및 제2 처리 장치군(G2)의 최하단에는, 각 처리 장치군(G1, G2) 내의 액 처리 장치에 각종 처리액을 공급하기 위한 케미컬실(40, 41)이 각각 마련된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 제3 처리 장치군(G3)에는, 온도 조절 장치(60), 트랜지션 장치(61), 정밀도가 높은 온도 관리하에서 웨이퍼(W)를 온도 조절하는 고정밀도 온도 조절 장치(62, 63) 및 웨이퍼(W)를 고온에서 가열 처리하는 고온도 열처리 장치(64∼67)가 아래로부터 순서대로 8단으로 중첩되어 있다.
제4 처리 장치군(G4)에는, 레지스트 도포 처리 후의 웨이퍼(W)를 가열 처리하는 프리베이킹 장치(70∼73) 및 현상 처리 후의 웨이퍼(W)를 가열 처리하는 포스트베이킹 장치(74∼77)가 아래로부터 순서대로 8단으로 중첩되어 있다.
제5 처리 장치군(G5)에는, 웨이퍼(W)를 열처리하는 복수의 열처리 장치, 예컨대 고정밀도 온도 조절 장치(80∼82), 포스트 익스포저 베이킹 장치(83∼87)가 아래로부터 순서대로 8단으로 중첩되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이 제1 반송 장치(A1)의 X방향의 플러스 방향측에는, 복수의 처리 장치가 배치되고, 도 3에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)를 소수화(疎水化) 처리하기 위한 소수화 처리 장치(90, 91), 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 장치(92, 93)가 아래로부터 순서대로 4단으로 중첩되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이 제2 반송 장치(A2)의 X방향의 플러스 방향측에는, 예컨대 웨이퍼(W)의 에지부만을 선택적으로 노광하는 주변 노광 장치(94)가 배치된다.
인터페이스 스테이션(5)에는, 도 1에 도시하는 바와 같이 X방향을 향하여 연신하는 반송로(100) 위를 이동하는 웨이퍼 반송체(101)와, 버퍼 카세트(102)가 설치된다. 웨이퍼 반송체(101)는, Z방향으로 이동 가능하고 θ방향으로도 회전 가능하며, 인터페이스 스테이션(5)에 인접한 노광 장치(4)와, 버퍼 카세트(102) 및 제5 처리 장치군(G5)에 대해서 액세스하여 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
다음으로, 전술한 레지스트 도포 장치(20, 21, 22)의 구성에 대해서 설명한다. 레지스트 도포 장치(20)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 측면에 웨이퍼(W)의 반입출구(도시하지 않음)가 형성된 처리 용기(110)를 갖는다.
처리 용기(110) 내의 중앙부에는, 웨이퍼(W)를 유지하여 회전시키는 스핀척(120)이 설치된다. 스핀척(120)은, 수평한 상면을 가지며, 그 상면에는, 예컨대 웨이퍼(W)를 흡인하는 흡인구(도시하지 않음)가 형성된다. 이 흡인구로부터의 흡인에 의해, 웨이퍼(W)를 스핀척(120) 위에 흡착 유지할 수 있다.
스핀척(120)은, 예컨대 모터 등을 구비한 척 구동 기구(121)를 가지며, 그 척 구동 기구(121)에 의해 미리 정해진 속도로 회전할 수 있다. 또한, 척 구동 기구(121)에는, 실린더 등의 승강 구동원이 설치되고, 스핀척(120)은 상하 이동 가능하게 되어 있다.
스핀척(120) 주위에는, 웨이퍼(W)로부터 비산 또는 낙하하는 액체를 받아내어, 회수하는 컵(122)이 설치된다. 컵(122)의 하면에는, 회수한 액체를 배출하는 배출관(123)과, 컵(122) 내부의 분위기를 배기하는 배기관(124)이 접속된다.
도 5에 도시하는 바와 같이 컵(122)의 X방향의 마이너스 방향(도 5의 하측 방향)측에는, Y방향(도 5의 좌우 방향)을 따라 연신하는 레일(130)이 형성된다. 레일(130)은, 예컨대 컵(122)의 Y방향의 마이너스 방향(도 5의 좌측 방향)측의 외방으로부터 Y방향의 플러스 방향(도 5의 우측 방향)측의 외방까지 형성된다. 레일(130)에는, 예컨대 2개의 아암(131, 132)이 부착된다.
제1 아암(131)에는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)에 레지스트액을 공급하는 레지스트액 노즐(133)이 지지되어 있다. 제1 아암(131)은, 도 5에 도시하는 노즐 구동부(134)에 의해, 레일(130) 위를 이동할 수 있다. 이에 따라, 레지스트액 노즐(133)은, 컵(122)의 Y방향의 플러스 방향측의 외방에 설치된 대기부(135)로부터 컵(122) 내의 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동할 수 있고, 또한 그 웨이퍼(W)의 표면 위를 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제1 아암(131)은, 노즐 구동부(134)에 의해 승강 가능하며, 레지스트액 노즐(133)의 높이를 조정할 수 있다.
레지스트액 노즐(133)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 레지스트액 공급원(136)에 연통(連通)되는 공급관(137)이 접속된다. 레지스트액 공급원(136) 내에는, 레지스트액이 저류된다. 공급관(137)에는, 레지스트액의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(138)이 설치된다.
제2 아암(132)에는, 에테르류의 표면 개질제를 공급하는 표면 개질제 노즐(140)이 지지되어 있다. 제2 아암(132)은, 도 5에 도시하는 노즐 구동부(141)에 의해 레일(130) 위를 이동 가능하며, 표면 개질제 노즐(140)을, 컵(122)의 Y방향의 마이너스 방향측의 외방에 설치된 대기부(142)로부터 컵(122) 내의 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동시킬 수 있다. 또한, 노즐 구동부(141)에 의해, 제2 아암(132)은 승강 가능하며, 표면 개질제 노즐(140)의 높이를 조절할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 표면 개질제로서 예컨대 메틸이소부틸카르비놀(Methyl IsoButyl Carbinol; 이하, 「MIBC」라고 함)이 이용된다.
표면 개질제 노즐(140)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 표면 개질제 공급원(143)에 연통되는 공급관(144)이 접속된다. 표면 개질제 공급원(143) 내에는, 전술한 에테르류의 표면 개질제가 저류된다. 공급관(144)에는, 표면 개질제의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(145)이 설치된다. 또한, 이상의 구성에서는, 레지스트액을 공급하는 레지스트액 노즐(133)과 용제를 공급하는 표면 개질제 노즐(140)이 각각의 아암에 지지되어 있었으나, 동일한 아암에 지지되고, 그 아암의 이동 제어에 의해, 레지스트액 노즐(133)과 표면 개질제 노즐(140)의 이동과 공급 타이밍을 제어해도 된다.
또한, 레지스트 도포 장치(21, 22)의 구성은, 전술한 레지스트 도포 장치(20)의 구성과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
이상의 도포 현상 처리 시스템(1)에는, 도 1에 도시하는 바와 같이 제어부(200)가 설치된다. 제어부(200)는, 예컨대 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)을 갖는다. 프로그램 저장부에는, 레지스트 도포 장치(20, 21, 22)에서의 웨이퍼(W)의 레지스트 도포 처리를 실행하는 프로그램이 저장된다. 또한 이에 더하여, 프로그램 저장부에는, 카세트 스테이션(2), 처리 스테이션(3), 노광 장치(4), 인터페이스 스테이션(5) 사이의 웨이퍼(W)의 반송이나, 처리 스테이션(3)에서의 구동계의 동작 등을 제어하여, 도포 현상 처리 시스템(1)에서의 웨이퍼 처리를 실행하는 프로그램이 저장된다. 또한, 이 프로그램은, 예컨대 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 광자기 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체(H)에 기록되어 있었던 것이며, 그 기억 매체(H)로부터 제어부(200)에 설치된 것이어도 된다.
본 실시형태에 따른 도포 현상 처리 시스템(1)은 이상과 같이 구성된다. 다음으로, 그 도포 현상 처리 시스템(1)으로 행해지는 웨이퍼 처리에 대해서 설명한다. 도 6은 이 웨이퍼 처리의 주된 처리 공정을 도시한 흐름도이다. 도 7은 이 웨이퍼 처리의 각 공정에서의 웨이퍼(W) 위의 막의 상태를 도시하는 설명도이다.
또한, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이 카세트(C) 내의 웨이퍼(W)의 표면에는, 미리 피처리막(F)이 형성된다. 피처리막(F)은, 후술하는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭되는 피처리막이다.
도포 현상 처리 시스템(1)에서는, 먼저, 웨이퍼(W) 위에 제1 레지스트 패턴을 형성하는, 1회째의 패터닝 처리가 개시된다. 먼저, 카세트 배치대(6) 위의 카세트(C) 내의 웨이퍼(W)가, 웨이퍼 반송체(8)에 의해 한 장씩 꺼내져, 제3 처리 장치군(G3)의 온도 조절 장치(60)에 반송된다. 온도 조절 장치(60)에 반송된 웨이퍼(W)는, 미리 정해진 온도로 온도 조절된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 제1 반송 장치(A1)에 의해 보텀 코팅 장치(23)에 반송되고, 웨이퍼(W)의 피처리막(F) 위에 반사 방지막(도시하지 않음)이 형성된다. 반사 방지막이 형성된 웨이퍼(W)는, 제1 반송 장치(A1)에 의해 가열 장치(92), 고정밀도 온도 조절 장치(62), 소수화 처리 장치(90)에 순차적으로 반송되고, 각 장치에서 미리 정해진 처리가 실시된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 제1 반송 장치(A1)에 의해 레지스트 도포 장치(20)에 반송된다.
레지스트 도포 장치(20)에 반입된 웨이퍼(W)는, 먼저, 스핀척(120)에 흡착 유지된다. 계속해서 제1 아암(131)에 의해 대기부(135)의 레지스트액 노즐(133)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동한다. 그 후, 웨이퍼(W)를 미리 정해진 회전수로 회전시키면서, 레지스트액 노즐(133)로부터 미리 정해진 양의 레지스트액이 공급된다. 공급된 레지스트액은, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W)의 피처리막(F) 위에 확산된다. 이렇게 해서, 이른바 다이내믹 도포법에 의해, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W) 위에 제1 레지스트막(R1)이 형성된다.
제1 레지스트막(R1)이 형성된 웨이퍼(W)는, 제1 반송 장치(A1)에 의해 프리베이킹 장치(70)에 반송되어, 프리베이킹 처리가 실시된다. 계속해서 제2 반송 장치(A2)에 의해 주변 노광 장치(94), 고정밀도 온도 조절 장치(82)에 순차적으로 반송되고, 각 장치에서 미리 정해진 처리가 실시된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 인터페이스 스테이션(5)의 웨이퍼 반송체(101)에 의해 노광 장치(4)에 반송되고, 웨이퍼(W) 위의 제1 레지스트막(R1)에 미리 정해진 패턴이 선택적으로 노광된다.
노광 처리가 종료된 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 반송체(101)에 의해 포스트 익스포저 베이킹 장치(83)에 반송되고, 노광 후 베이킹 처리가 실시된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 제2 반송 장치(A2)에 의해 고정밀도 온도 조절 장치(81)에 반송되어 온도 조절된다.
그 후 웨이퍼(W)는, 제2 반송 장치(A2)에 의해 현상 처리 장치(30)에 반송된다. 현상 처리 장치(30)에서는, 웨이퍼(W) 위의 제1 레지스트막(R1)이 현상되고, 제1 레지스트막(R1)의 노광 부분이 용해되어, 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W) 위에 제1 레지스트 패턴(P1)이 형성된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 제2 반송 장치(A2)에 의해 포스트베이킹 장치(74)에 반송되어, 포스트베이킹 처리가 실시된 후, 제1 반송 장치(A1)에 의해 고정밀도 온도 조절 장치(63)에 반송되어 온도 조절된다. 이렇게 해서, 1회째의 패터닝 처리(제1 패터닝 공정)가 종료된다(도 6의 공정 S1).
다음으로 웨이퍼(W)는, 제1 반송 장치(A1)에 의해 레지스트 도포 장치(21)에 반송된다. 또한, 웨이퍼(W)는, 1회째의 패터닝 처리 종료 후, 웨이퍼 반송체(8)에 의해 일단 카세트(C)로 복귀된 후, 미리 정해진 타이밍에서 레지스트 도포 장치(21)에 반송되어도 된다.
레지스트 도포 장치(21)에 반입된 웨이퍼(W)는, 먼저, 스핀척(120)에 흡착 유지된다. 계속해서 제2 아암(132)에 의해 대기부(142)의 표면 개질제 노즐(140)이 웨이퍼(W)의 중심부의 상방까지 이동한다. 다음으로, 웨이퍼(W)가 정지하고 있는 상태에서, 표면 개질제 노즐(140)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 미리 정해진 양의 표면 개질제가 공급된다. 그 후, 척 구동 기구(121)를 제어하여 스핀척(120)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키고, 그 회전수를 예컨대 3000 rpm까지 상승시킨다. 이 3000 rpm의 회전수로 웨이퍼(W)를 예컨대 2초간 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)의 중심부에 공급된 표면 개질제는 웨이퍼(W) 전체면으로 확산된다. 이때, 도 7의 (d)에 도시하는 바와 같이 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)은, 표면 개질제에 의해 개질된다(도 6의 공정 S2). 그리고, 발명자들이 조사한 결과, 이와 같이 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)이 개질됨으로써, 그 표면(P1a)에 대한 레지스트액의 접촉각이 작아지는 것을 알 수 있었다. 예컨대 제1 레지스트 패턴의 표면을 개질하지 않는 경우, 레지스트액의 접촉각은 29.6도였으나, 본 실시형태의 MIBC를 이용하여 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)을 개질하면, 레지스트액의 접촉각은 15.9도까지 작게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
그 후 또한 웨이퍼(W)를 예컨대 15초간 회전시킴으로써, 제1 레지스트 패턴(P1) 위의 표면 개질제가 건조된다. 이와 같이 웨이퍼(W) 위의 표면 개질제를 건조시키고 있는 동안에, 표면 개질제 노즐(140)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방으로부터 이동하고, 제1 아암(131)에 의해 대기부(135)의 레지스트액 노즐(133)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동한다.
그 후 웨이퍼(W)의 회전을 정지시키고, 레지스트액 노즐(133)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 미리 정해진 양의 레지스트액을 공급한다. 계속해서 웨이퍼(W)를 미리 정해진 회전수로 회전시켜, 웨이퍼(W) 위의 레지스트액을 확산시킨다. 이때, 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)은 표면 개질제에 의해 개질되어, 표면(P1a)에 대한 레지스트액의 접촉각이 작아져 있기 때문에, 웨이퍼(W) 위에 공급된 레지스트액은 표면(P1a) 상을 원활하게 확산한다. 이렇게 해서, 이른바 스태틱 도포법에 의해, 도 7의 (e)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W) 위에 제2 레지스트막(R2)이 형성된다. 또한, 제2 레지스트막(R2)은, 예컨대 제1 레지스트 패턴(P1)을 덮도록 형성된다.
제2 레지스트막(R2)이 형성된 웨이퍼(W)는, 제1 반송 장치(A1)에 의해 프리베이킹 장치(71)에 반송되어, 프리베이킹 처리가 실시된다. 계속해서 제2 반송 장치(A2)에 의해 주변 노광 장치(94), 고정밀도 온도 조절 장치(80)에 순차적으로 반송되고, 각 장치에서 미리 정해진 처리가 실시된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 인터페이스 스테이션(5)의 웨이퍼 반송체(101)에 의해 노광 장치(4)에 반송되고, 웨이퍼(W) 위의 제2 레지스트막(R2)에 미리 정해진 패턴이 선택적으로 노광된다. 이 2회째의 노광은, 1회째의 노광과 미노광 부분이 어긋나져서 행해진다.
노광 처리가 종료된 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 반송체(101)에 의해 포스트 익스포저 베이킹 장치(84)에 반송되어, 노광 후 베이킹 처리가 실시된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 제2 반송 장치(A2)에 의해 고정밀도 온도 조절 장치(82)에 반송되어 온도 조절된다.
그 후 웨이퍼(W)는, 제2 반송 장치(A2)에 의해 현상 처리 장치(31)에 반송된다. 현상 처리 장치(31)에서는, 웨이퍼(W) 위의 제2 레지스트막(R2)이 현상되고, 제2 레지스트막(R2)의 노광 부분이 용해되어, 도 7의 (f)에 도시하는 바와 같이 제1 레지스트 패턴(P1)과 동일한 층에 제2 레지스트 패턴(P2)이 형성된다. 즉, 제1 레지스트 패턴(P1)과 제2 레지스트 패턴(P2)이, 피처리막(F) 위에서 위치를 어긋나게 해서 형성되어, 원하는 레지스트 패턴(P)이 형성된다. 그 후 웨이퍼(W)는, 제2 반송 장치(A2)에 의해 포스트베이킹 장치(75)에 반송되어, 포스트베이킹 처리가 실시된 후, 제1 반송 장치(A1)에 의해 고정밀도 온도 조절 장치(62)에 반송되어 온도 조절된다. 이렇게 해서, 2회째의 패터닝 처리(제2 패터닝 공정)가 종료된다(도 6의 공정 S3).
그 후 웨이퍼(W)는, 제1 반송 장치(A1)에 의해 트랜지션 장치(61)에 반송되고, 웨이퍼 반송체(8)에 의해 카세트(C)로 복귀되어 일련의 포토리소그래피 공정이 종료된다. 또한, 일련의 포토리소그래피 공정의 종료 후, 웨이퍼(W)는, 예컨대 도포 현상 처리 시스템(1)으로부터 에칭 장치(도시하지 않음)에 반송되고, 레지스트 패턴(P)을 마스크로 하여 피처리막(F)이 에칭된다.
이상의 실시형태에 따르면, 공정 S1에서 웨이퍼(W) 위에 제1 레지스트 패턴(P1)을 형성한 후, 공정 S2에서 제1 레지스트 패턴(P1) 위에 에테르류의 표면 개질제를 도포하고 있기 때문에, 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)이 개질되어, 그 표면(P1a)에 대한 레지스트액의 접촉각을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 후속하는 공정 S3에서 제2 레지스트막(R2)을 형성할 때에, 제1 레지스트 패턴(P1) 위의 레지스트액의 유동성이 향상된다. 즉, 본 실시형태에 따르면 레지스트액의 공급량이 소량이어도, 그 레지스트액은 웨이퍼(W) 위를 원활하게 확산하여, 제2 레지스트막(R2)을 미리 정해진 막 두께로 적절하게 형성할 수 있다. 그리고, 또한 그 후, 제1 레지스트 패턴(P1)과 동일한 층에 제2 레지스트 패턴(P2)을 형성하고 있기 때문에, 이들 제1 레지스트 패턴(P1)과 제2 레지스트 패턴(P2)을 합성함으로써, 웨이퍼(W)의 피처리막(F) 위에 미세한 레지스트 패턴(P)을 미리 정해진 치수로 형성할 수 있다.
또한, 발명자들이 조사한 결과, 예컨대 본 실시형태의 MIBC를 이용하여 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)을 개질한 경우에는, 제1 레지스트 패턴의 표면을 개질하지 않는 경우에 비하여, 제2 레지스트막(R2)을 적절하게 형성하기 위해서 필요한 레지스트액의 공급량을 약 20% 삭감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상의 실시형태에서는, 공정 S3에서, 웨이퍼(W)를 정지시킨 상태에서 웨이퍼(W)의 중심부에 레지스트액을 공급하고, 그 후 웨이퍼(W)를 회전시켜 레지스트액을 웨이퍼(W) 전체면으로 확산시키는 스태틱 도포법에 의해 제2 레지스트막(R2)을 형성하였으나, 다이내믹 도포법에 의해 형성해도 된다. 즉, 웨이퍼(W)를 회전시키면서 레지스트액을 공급하고, 그 레지스트액을 웨이퍼(W) 위에 확산시켜 제2 레지스트막(R2)을 형성해도 된다. 어떠한 경우라도, 공정 S2에서 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)이 개질되기 때문에, 제1 레지스트 패턴의 표면을 개질하지 않는 경우에 비하여, 제2 레지스트막(R2)을 형성하기 위한 레지스트액을 웨이퍼(W) 위에 원활하게 확산시킬 수 있다. 따라서, 레지스트액의 공급량을 삭감할 수 있다. 또한, 스태틱 도포법과 다이내믹 도포법을 비교한 경우에는, 스태틱 도포법 쪽이 더 레지스트액의 공급량을 삭감시킬 수 있다.
또한, 공정 S1에서는, 웨이퍼(W)를 회전시키면서 레지스트액을 공급하여, 그 레지스트액을 웨이퍼(W) 위에 확산시키는 다이내믹 도포법에 의해 제1 레지스트막(R1)을 형성하였으나, 스태틱 도포법에 의해 제1 레지스트막(R1)을 형성해도 된다. 즉, 웨이퍼(W)를 회전시키기 전에 레지스트액을 도포하고, 그 후 웨이퍼(W)를 회전시켜서 레지스트액을 웨이퍼(W) 위에 확산시켜, 제1 레지스트막(R1)을 형성해도 된다.
이상의 실시형태에서는, 표면 개질제로서 MIBC를 이용하고 있었으나, 에테르류의 표면 개질제이면 이것에 한정되지 않는다. 예컨대 표면 개질제로서, 프로필렌글리콜부틸에테르(Propylene Glycol Butyl ether; 이하, 「PGB」라고 함)를 이용해도 된다.
표면 개질제로서 PGB를 이용한 경우, 공정 S2에서 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)을 개질할 때에는, 먼저, 웨이퍼(W)가 정지하고 있는 상태에서, 표면 개질제 노즐(140)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 미리 정해진 양의 표면 개질제가 공급된다. 그 후, 웨이퍼(W)를 예컨대 3000 rpm의 회전수로 2초간 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)의 중심부에 공급된 표면 개질제는 웨이퍼(W) 전체면으로 확산된다. 그러면, 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이 표면 개질제에 의해 제1 레지스트 패턴(P1)의 표층(P1b)이 얇게 제거된다. 이때 제거되는 표층(P1b)의 두께는, 매우 미소, 예컨대 4.4 ㎚이며, 제1 레지스트 패턴(P1)의 치수에 영향은 없다. 즉, 표면 개질제에 의해 표층(P1b)이 제거되어도, 제1 레지스트 패턴(P1)은, 미리 정해진 선폭, 미리 정해진 높이로 형성된다. 그리고, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이 새롭게 노출된 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)이, 표면 개질제에 의해 개질된다. 그 후, 또한 웨이퍼(W)를 예컨대 40초간 회전시킴으로써, 제1 레지스트 패턴(P1) 위의 표면 개질제가 건조된다. 또한, 그 외의 공정 S1과 공정 S3은, 상기 실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
발명자들이 조사한 결과, 본 실시형태와 같이 표면 개질제로서 PGB를 이용한 경우의 레지스트액의 접촉각은, 예컨대 제1 레지스트 패턴의 표면을 개질하지 않는 경우의 레지스트액의 접촉각보다도 작게 할 수 있고, 또한 상기 실시형태의 MIBC를 이용한 경우의 레지스트액의 접촉각보다도 작게 할 수 있는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 상기 실시형태에서 서술한 바와 같이 예컨대 제1 레지스트 패턴의 표면을 개질하지 않는 경우의 레지스트액의 접촉각은 29.6도이고, 표면 개질제로서 MIBC를 이용한 경우의 레지스트액의 접촉각은 15.9도였다. 이에 비하여, 본 실시형태의 PGB를 이용하여 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)을 개질하면, 레지스트액의 접촉각은 3.0도까지 작아졌다.
또한, 이와 같이 표면 개질제로서 MIBC를 이용한 경우에 비하여 PGB를 이용한 경우 쪽이 레지스트액의 접촉각을 작게 할 수 있는 것은, 공정 S2에서 표면 개질제가 제1 레지스트 패턴(P1)의 표층(P1b)을 제거하기 때문이라고 생각된다. 즉, 공정 S1에서는, 제1 레지스트막(R1)을 형성한 후, 노광 처리, 현상 처리를 행하여 제1 레지스트 패턴(P1)을 형성하는데, 이 현상 처리 시에 제1 레지스트 패턴(P1)의 표층(P1b)이 변질되어, 제1 레지스트 패턴(P1)은 표면 개질제에 의해 개질되기 어려워진다고 생각된다. 이 점에서, MIBC는 표층(P1b)을 거의 제거하지 않으나, 본 실시형태의 PGB는 이 표층(P1b)을 제거하기 때문에, 새롭게 노출된 표면(P1a)을 개질하기 쉬워, 레지스트액의 접촉각이 작아진다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따르면, 공정 S2에서 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)이 개질되어, 그 표면(P1a)에 대한 레지스트액의 접촉각을 더 작게 할 수 있다. 이 때문에, 후속하는 공정 S3에서 레지스트액의 공급량이 소량이어도, 그 레지스트액은 웨이퍼(W) 위를 원활하게 확산하여, 제2 레지스트막(R2)을 적절하게 형성할 수 있다. 발명자들이 조사한 결과, 예컨대 본 실시형태의 PGB를 이용하여 제1 레지스트 패턴(P1)의 표면(P1a)을 개질한 경우에는, 제1 레지스트 패턴의 표면을 개질하지 않는 경우에 비하여, 제2 레지스트막(R2)을 적절하게 형성하기 위해서 필요한 레지스트액의 공급량을 약 60% 삭감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도(想到)할 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 본 발명은 이 예에 한정되지 않고 여러 가지 형태를 채용할 수 있는 것이다. 예컨대 상기 실시형태에서, 레지스트 패턴을 형성하는 패터닝의 횟수는 2회였으나, 3회 이상의 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 본 발명은, 기판이 웨이퍼 이외의 FPD(플랫 패널 디스플레이), 포토마스크용 마스크 레티클 등의 다른 기판인 경우에도 적용할 수 있다.
<산업상의 이용가능성>
본 발명은, 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 기판에 레지스트 패턴을 형성할 때에 유용하다.
1: 도포 현상 처리 시스템 20, 21, 22: 레지스트 도포 장치
120: 스핀척 133: 레지스트액 노즐
140: 표면 개질제 노즐 200: 제어부
F: 피처리막 R1: 제1 레지스트막
R2: 제2 레지스트막 P: 레지스트 패턴
P1: 제1 레지스트 패턴 P1a: 표면
P1b: 표층 P2: 제2 레지스트 패턴
W: 웨이퍼

Claims (6)

  1. 기판 상에 레지스트 패턴을 형성하는 기판의 처리 방법으로서,
    기판 상에 레지스트액을 도포하여 제1 레지스트막을 형성한 후, 그 제1 레지스트막을 선택적으로 노광하고 현상하여 제1 레지스트 패턴을 형성하는 제1 패터닝 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴의 표면에 에테르류의 표면 개질제를 도포하여, 그 표면을 개질하는 표면 개질 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴이 형성된 기판 상에 레지스트액을 도포하여 제2 레지스트막을 형성한 후, 그 제2 레지스트막을 선택적으로 노광하고 현상하여 상기 제1 레지스트 패턴과 동일한 층에 제2 레지스트 패턴을 형성하는 제2 패터닝 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표면 개질 공정에서, 상기 표면 개질제에 의해, 상기 제1 레지스트 패턴의 표층을 제거하고, 또한 새롭게 노출된 상기 제1 레지스트 패턴의 표면을 개질하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 패터닝 공정에서, 상기 제2 레지스트막은, 기판을 정지시킨 상태에서 그 기판의 중심부에 레지스트액을 공급한 후, 기판을 회전시켜서 상기 레지스트액을 기판 전체면으로 확산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면 개질제는, 메틸이소부틸카르비놀인 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면 개질제는, 프로필렌글리콜부틸에테르인 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 기판의 처리 방법을 기판 처리 장치에 의해 실행시키기 위해서, 그 기판 처리 장치를 제어하는 제어부의 컴퓨터 상에서 동작하는 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능한 기억 매체.
KR1020100082019A 2009-10-29 2010-08-24 기판의 처리 방법 및 컴퓨터 판독가능한 기억 매체 KR20110047117A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160025515A (ko) * 2013-06-26 2016-03-08 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 방법, 컴퓨터 기억 매체 및 기판 처리 시스템

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KR20160025515A (ko) * 2013-06-26 2016-03-08 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 방법, 컴퓨터 기억 매체 및 기판 처리 시스템

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