KR20130076751A - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 Download PDF

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판에 형성된 패턴 마스크의 표면을 평활화시키는 기판 처리 장치에 있어서, 처리 용기로부터의 용제의 외부로의 누설을 방지하는 동시에 스루풋의 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다.
처리 공간에 있어서 처리 용기의 외부와의 사이에서 기판을 반송하기 위한 반송 영역과, 상기 반송 영역에 인접하는 인접 영역을 각각의 분위기가 차단되도록 구획하는 상태와, 상기 각각의 분위기가 개방되는 상태를 서로 전환하는 구획 기구와, 각 영역이 개방된 상태의 처리 공간에 용제 분위기를 공급하여, 상기 처리용 적재부에 적재된 기판의 패턴 마스크를 팽윤시키는 용제 분위기 공급부와, 각 영역이 구획된 상태에서 상기 반송 영역에 개폐하는 기판 반송구와, 상기 구획 상태에서 상기 반송 영역의 용제 분위기를 배기하여 제거하는 배기구를 구비하도록 기판 처리 장치를 구성한다. 그것에 의하여, 배기하는 용적을 저감시켜, 기판의 반출입을 빠르게 행한다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 패턴 마스크의 거칠기를 개선하는 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기억 매체에 관한 것이다.
노광 처리 시에 웨이퍼의 레지스트막에 조사되는 광의 파동적 성질에 의해, 현상 후에 형성되는 레지스트 패턴에는 LWR(Line Width Roughness)이라고 불리는 거칠기가 발생하여, 측정 치수의 편차가 발생한다. 이렇게 패턴이 거칠어져 있는 레지스트막을 마스크로 하여 바탕막을 에칭하면, 에칭 형상이 이 거칠기에 영향받아, 결과적으로 에칭에 의해 형성되는 회로 패턴의 형상도 거칠어져 버려, 원하는 품질의 반도체 디바이스를 제조하지 못하게 될 우려가 있다.
따라서, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 웨이퍼를 저장하는 처리 용기와, 이 처리 용기에 형성된 토출구와, 상기 토출구로부터 기화된 용제를 포함하는 증기(용제 증기)를 웨이퍼에 공급하는 공급 기구를 구비한 기판 처리 장치를 사용하여 레지스트 패턴의 거칠기를 개선하는 스무싱 처리를 행하는 것이 검토되고 있다. 그런데, 이러한 기판 처리 장치에 의해 웨이퍼의 처리를 행한 후, 처리 용기로부터 웨이퍼를 반출하여 다음 웨이퍼를 반입하기 위해서는, 처리 용기의 외부에 용제가 누출되어 다른 웨이퍼의 처리에 영향을 주는 것을 방지하기 위해, 처리 용기 내를 배기하는 것이 필요하다.
이 배기에 필요로 하는 시간을 단축하기 위하여 처리 용기를 소형화하는 것을 생각할 수 있지만, 그렇게 되면 용제 증기의 토출구와 웨이퍼의 거리가 가까워짐으로써 상기 용제 증기가 웨이퍼 표면에 균일하게 확산되지 않아, 용제 증기의 유속의 편차가 커짐으로써 웨이퍼의 면 내의 처리의 균일성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 처리 용기의 소형화에는 한계가 있다. 이러한 사정으로부터, 상기한 처리 용기 내에 있어서의 웨이퍼의 교체를 빠르게 행하여, 스루풋을 향상시키는 기술이 요구되고 있다. 또한, 특허문헌 1에는 이러한 문제를 해결하는 방법에 대해서는 기재되어 있지 않다.
일본 특허 제4328667호(도 4 등)
본 발명은 이러한 사정 하에서 이루어진 것이며, 그 목적은 기판에 형성된 패턴 마스크의 표면을 평활화시키는 기판 처리 장치에 있어서, 스루풋을 향상시키는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 노광, 현상 처리되어 패턴 마스크가 형성된 기판에 대하여, 상기 패턴 마스크의 거칠기를 개선하기 위하여 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서,
상기 기판이 수용되고, 밀폐된 처리 공간을 형성하는 처리 용기와,
상기 처리 공간에 있어서 처리 용기의 외부와의 사이에서 기판을 반송하기 위한 반송 영역과, 상기 반송 영역에 인접하는 인접 영역을 각각의 분위기가 차단되도록 구획하는 구획 상태와, 상기 각각의 분위기가 개방되는 개방 상태를 서로 전환하는 구획 기구와,
상기 처리 용기의 외부로부터 반송 영역으로 반송된 기판이 전달되는 처리용 적재부와,
상기 개방 상태의 처리 공간에 용제 분위기를 공급하여, 상기 처리용 적재부에 적재된 기판의 패턴 마스크를 팽윤시키기 위한 용제 분위기 공급부와,
팽윤한 상기 패턴 마스크를 건조시키기 위한 건조 기구와,
상기 건조 기구에 의해 건조된 기판을 상기 용제 분위기를 공급한 후에 구획 상태로 된 상기 반송 영역으로부터 외부로 취출하는 동시에, 처리를 행하는 기판을 외부로부터 상기 반송 영역으로 반송하기 위하여 상기 처리 용기에 형성된, 개폐 가능한 기판 반송구와,
상기 구획 상태의 반송 영역의 용제 분위기를 배기하여 제거하기 위해서, 당해 반송 영역에 개구하는 배기구를 구비하고,
상기 기판 반송구가 개방될 때에 당해 기판 반송구는, 상기 구획 상태로 된 인접 영역으로부터 구획되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구체적인 형태는, 예를 들어 하기와 같다.
(a) 상기 구획 기구는, 처리 용기의 외부와 상기 처리 공간 사이에서 이동 가능하도록 구성되고,
상기 처리 용기에는, 상기 구획 기구가 이동하기 위하여 개폐 가능한 이동용 개구부가 형성되어 있다.
(b) 상기 이동용 개구부에는 처리 공간의 분위기와 처리 공간의 분위기를 차단하기 위한 가스류 형성부가 설치된다.
(c) 상기 건조 기구는, 상기 처리용 적재부에 적재된 기판을 가열하는 가열 수단에 의해 구성되고,
상기 구획 기구는, 상기 가열 수단에 의해 가열된 기판을 냉각하기 위하여 적재하는 냉각용 적재부를 구비하고,
상기 처리용 적재부는, 상기 냉각용 적재부에 기판을 이동 탑재하는 이동 탑재 기구를 구비한다.
(d) 상기 구획 기구는, 상기 냉각용 적재부와, 상기 반송 영역을 형성하기 위하여 당해 냉각용 적재부의 표면을 덮는 커버를 구비하고,
상기 배기구는 이 구획 기구에 형성되고, 커버와 냉각용 적재부에 둘러싸이는 반송 영역을 배기한다.
(e) 상기 구획 기구는, 상기 반송 영역에 가스를 공급하여 용제 분위기를 상기 배기구에 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급부를 구비한다.
본 발명의 기판 처리 장치에 의하면, 용제 분위기가 형성되는 처리 공간이 기판의 반출입 시에 구획 기구에 의해 구획되고, 이 구획된 처리 공간의 기판의 반송 영역을 배기하는 배기구와, 당해 반송 영역에 대하여 개폐하는 반송구가 형성된다. 따라서 용제 분위기의 배기를 행하는 공간의 용적을 억제할 수 있으므로, 빠르게 배기를 완료하여, 처리 공간으로의 기판의 전달을 행할 수 있다. 그 결과로서, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 기판 처리 장치의 종단 측면도.
도 2는 상기 기판 처리 장치의 횡단 평면도.
도 3은 상기 기판 처리 장치에 설치되는 배기 영역 형성부의 사시도.
도 4는 상기 기판 처리 장치의 횡단 평면도.
도 5는 상기 기판 처리 장치에 의한 처리를 나타내는 공정도.
도 6은 상기 기판 처리 장치에 의한 처리를 나타내는 공정도.
도 7은 상기 기판 처리 장치에 의한 처리를 나타내는 공정도.
도 8은 상기 기판 처리 장치에 의한 처리를 나타내는 공정도.
도 9는 상기 기판 처리 장치에 의한 처리를 나타내는 공정도.
도 10은 상기 기판 처리 장치에 의한 처리를 나타내는 공정도.
도 11은 상기 기판 처리 장치에 의한 처리를 나타내는 공정도.
도 12는 상기 기판 처리 장치에 의한 처리를 나타내는 공정도.
도 13은 상기 기판 처리 장치의 동작을 나타내는 타임챠트.
도 14는 레지스트 마스크의 상태를 도시하는 모식도.
도 15는 기판 처리 장치의 다른 구성을 나타내는 종단 측면도.
(제1 실시 형태)
본 발명의 실시 형태에 관한 기판 처리 장치(1)에 대해서, 종단 측면도, 횡단 평면도인 도 1, 도 2를 참조하면서 설명한다. 이 기판 처리 장치(1)는 처리 용기(11)와, 처리 용기(11)에의 진입 및 처리 용기(11)로부터의 퇴출이 가능한 배기 영역 형성부(51)를 구비하고 있다.
처리 용기(11)는 편평한 각형으로 형성되고, 그 내부는 웨이퍼(W)의 처리 공간(12)으로서 구성되어 있다. 처리 용기(11)의 한 측면에는 웨이퍼(W)의 반송구(13)가 개구되어 있고, 이 반송구(13)는 셔터(14)에 의해 개폐 가능하도록 구성되어 있다. 반송구(13)는, 처리 공간(12)의 용제가 처리 공간(12)의 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해, 그 외측의 개구 높이가 내측의 개구 높이보다도 작아지도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 반송구(13)는 상하로 대향하여 형성된 수평면(15, 15)과, 각 수평면(15)으로부터 처리 용기(11)의 외측을 향함에 따라 그 상하의 폭이 좁아지도록 각각 형성된 경사면(16, 16)에 의해 구성되어 있다.
각 수평면(15)에는 반송구(13)의 길이 방향을 따라 개구된 슬릿 형상의 배기구(17)가 형성되어 있고, 각 경사면(16)에는 상기 배기구(17)와 나란히 형성된 슬릿 형상의 가스 토출구(18)가 형성되어 있다. 각 가스 토출구(18)로부터는 처리 공간(12)의 내부측에 경사 방향으로 N2 가스가 토출되어, 처리 공간(12)의 분위기가 반송구(13)로부터 누출되는 것을 방지할 수 있다.
처리 용기(11)에 있어서, 상기 반송구(13)가 형성된 측면과 대향하는 측면에는 배기 영역 형성부(51)의 진퇴구(21)가 개구되어 있고, 이동용 개구부를 이루는 이 진퇴구(21)는 셔터(22)에 의해 개폐 가능하도록 구성되어 있다. 이 진퇴구(21)도 상기 반송구(13)와 마찬가지로, 처리 공간(12)의 용제 분위기가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해, 그 외측의 개구 높이가 내측의 개구 높이보다도 작아지도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 진퇴구(21)는 반송구(13)와 마찬가지로 상하로 대향하여 형성된 수평면(23, 23)과, 각 수평면(23)으로부터 처리 용기(11)의 외측을 향하여 그 상하의 폭이 좁아지도록 각각 형성된 경사면(24, 24)에 의해 구성되어 있다.
각 수평면(23)에는 진퇴구(21)의 길이 방향을 따라 슬릿 형상의 배기구(25)가 형성되어 있고, 각 경사면(24)에는 상기 배기구(25)와 나란히 형성된 슬릿 형상의 가스 토출구(26)가 형성되어 있다. 각 가스 토출구(26)로부터는 처리 공간(12)의 내부측에 경사 방향으로 N2 가스가 토출되어, 처리 공간(12)의 분위기가 진퇴구(21)로부터 누출되는 것을 방지할 수 있다.
배기구(17), 배기구(25)는 각각 밸브 V1, V2를 통하여 진공 펌프 등에 의해 구성되는 배기 수단(27)에 접속되어 있다. 가스 토출구(18, 26)는 가스 공급계(31)를 통하여 N2 가스 공급원(32)에 접속되어 있다.
처리 공간(12)의 중앙부 하방에는 처리용 적재부를 이루는 스테이지(41)가 설치되고, 이 스테이지(41)는 처리를 행하는 웨이퍼(W)를 수평하게 적재한다. 이 스테이지(41) 내에는 건조 기구인 가열 수단을 구성하는 히터(42)가 매설되어, 스테이지(41)에 적재된 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열할 수 있다. 스테이지(41)에는, 당해 스테이지(41)를 두께 방향으로 천공한 3개의 구멍(43)과, 각 구멍(43)에 삽입 관통된 승강 핀(44)이 설치되고, 승강 핀(44)의 하단부는 처리 용기(11)의 저부를 꿰뚫고 나가 승강 기구(45)에 접속되어 있다. 도면 중 참조 부호 46은 승강 기구(45)를 덮어, 상기 처리 용기(11)의 저부로부터 용제가 확산되는 것을 방지하기 위한 커버이다.
처리 공간(12)의 상측에는 스테이지(41)에 대향하도록 수평한 천장 형성 부재(47)가 설치되어 있다. 천장 형성 부재(47)에는 히터(48)가 매설되어 있고, 이 히터(48) 및 상기 히터(48)의 복사열에 의해 처리 용기(11)에서 기화된 용제가 결로하여 처리 용기(11)의 벽면에 부착되는 것이 방지된다. 또한, 천장 형성 부재(47)에 있어서는, 웨이퍼(W)의 중앙부와 대향하도록 가스 토출구(49)가 개구되어 있다. 가스 토출구(49)는, 가스 공급계(31)를 통하여 용제 공급원(33) 및 상기 N2 가스 공급원(32)에 접속되어 있다.
용제 공급원(33)은 저류한 용제를 하류측에 공급한다. 이 용제로서는 예를 들어, 아세톤, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 시클로헥사논, 프로필렌글리콜모노메틸에테르(PGME), γ부틸락톤, 피리딘, 퀴실렌, N메틸2피롤리디논(NMP), 락트산에틸, 2-헵타논, 아세트산부틸, 메틸이소부틸케톤, 디에틸에테르, 아니솔, 디메틸술폭시드(DMSO), m-크레졸 등이며, 레지스트막의 용해 작용을 갖는다.
가스 공급계(31)는, 상기 가스 토출구(49)와 용제 공급원(33)을 접속하는 배관(34)을 구비하고 있다. 배관(34)에는 용제 공급원(33)을 향하여 기화부(35), 유량 제어부(36A), 밸브 V3이 이 순서대로 개재 설치되어, 용제 공급원(33)으로부터 기화부(35)로 용제의 공급량이 제어된다. 또한, 가스 공급계(31)는, 상기 N2 가스 공급원(32)에 접속되는 배관(37)과, 당해 배관(37)에 개재 설치되는 가열부(38)를 구비하고 있다. 가열부(38)는, 하류측을 향하는 N2 가스를 소정의 온도로 가열하여, 처리 용기(11) 내의 온도가 N2 가스의 공급에 의해 내려가는 것을 방지한다. 그것에 의하여 처리 용기(11)의 벽면에 용제가 결로되는 것이 방지된다.
가열부(38)의 하류에서 배관(37)은 분기하고, 이 분기된 배관을 참조 부호 37A 내지 37D로서 도 1에 도시하고 있다. 배관(37A)은 상기 기화부(35)에, 배관(37B)은 이미 설명한 가스 토출구(18)에, 배관(37C)은 이미 설명한 가스 토출구(26)에, 배관(37D)은 배기 영역 형성부(51)에 각각 접속되어 있다. 배관(37A)은 기화부(35)에 캐리어 가스로서의 N2를 공급하는 역할을 갖고, 기화부(35)에 의해 기화된 용제(용제 증기)는 이 캐리어 가스에 의해 가스 토출구(49)에 공급된다. 배관(37D)으로부터 공급되는 N2에 대해서는 배기 영역 형성부(51)와 함께 설명한다. 배관(37A 내지 37D)에는, 각 부로의 N2의 공급량을 제어할 수 있도록 상류측에 밸브 V4 내지 V7, 하류측에 유량 제어부(38A 내지 38D)가 각각 개재 설치된다.
구획 기구인 배기 영역 형성부(51)에 대해서, 그 분해 사시도를 도시한 도 3도 참조하면서 설명한다. 배기 영역 형성부(51)는 웨이퍼(W)의 처리 중은 처리 용기(11)의 후방측의 대기 영역(50)에 배치된다. 배기 영역 형성부(51)는, 대기 영역(50)으로부터 처리 용기(11)를 향하여 잡아 늘려지도록 형성된 편평한 각형의 상자 형상부(52)를 구비하고 있다. 이 상자 형상부(52)의 전방측[처리 용기(11)측]은 개방되어 있고, 상자 형상부(52)의 내부에 형성되는 배기 영역(53)에 이 전방측으로부터 웨이퍼(W)를 반입할 수 있도록 구성되어 있다. 후술하는 바와 같이 이 배기 영역(53)은, 처리 용기(11)에 대한 웨이퍼(W) 반입 시 및 처리 용기(11)로부터의 웨이퍼(W)의 반출 시에 웨이퍼(W)의 반송 영역으로서 구성된다.
상자 형상부(52)의 저판을 이루는 냉각판(54)은 도시하지 않은 냉각수의 유로를 구비하고 있고, 상기 스테이지(41)에서 가열된 웨이퍼(W)를 적재한다. 상기 웨이퍼(W)는, 이 냉각판(54)에 적재됨으로써, 상기 냉각수와의 열교환에 의해 냉각된다. 냉각판(54)에는 그 선단으로부터 후방을 향하여 슬릿(55)이 형성되어 있고, 배기 영역(53)과 스테이지(41) 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하기 위해, 이 슬릿(55)을 승강 핀(44)이 통과할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 상자 형상부(52)를 구성하는 천장판(56)의 선단부에는 좌우 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 가스 토출구(57)가 형성되어 있다. 이 가스 토출구(57)에는 상기한 배관(37D)이 접속되어 있다. 가스 토출구(57)는 배기 영역(53)을 후방측을 향하여 경사 방향으로 퍼지 가스로서 N2 가스를 토출한다.
상자 형상부(52)의 후방측에는, 상자 형상부(52)의 전방측의 개구부와 대향하도록 좌우 방향으로 연장된 슬릿 형상의 배기구(58)가 개구되어 있다. 이 배기구(58)는, 밸브 V9를 통하여 배기 수단(27)에 접속되어, 배기 영역(53)을 국소적으로 배기할 수 있다. 상자 형상부(52)의 후방측으로부터는 하방을 향하여 연장되는 지지부(59)가 설치되고, 이 지지부(59)의 하방측은 전후 방향으로 연장되는 가이드 레일(61)에 걸려 있다. 도시하지 않은 구동 기구에 의해 이 가이드 레일(61)을 따라 배기 영역 형성부(51)는 대기 영역(50)으로부터 전진하고, 도 4에 도시한 바와 같이 처리 공간(12) 내로 상자 형상부(52)가 진입하도록 전진한다. 이때 상자 형상부(52)의 선단은 처리 용기(11)의 반송구(13)의 개구 테두리에 접촉하여, 배기 영역(53)이 상자 형상부(52)의 외부로부터 구획된다. 이 상태에 있어서 배기 영역(53)은, 처리 용기(11)의 외부의 반송 기구와의 사이에서 웨이퍼(W)의 반출입을 행하기 위한 웨이퍼(W)의 반송 영역을 구성한다. 또한, 처리 공간(12)에 있어서, 이렇게 구획된 배기 영역(53)의 외측 영역을 편의상, 인접 영역(10)이라고 기재한다.
기판 처리 장치(1)는 제어부(60)에 의해 제어된다. 이 제어부(60)는, 예를 들어 컴퓨터로 이루어지고, 프로그램, 메모리, CPU를 구비하고 있다. 상기 프로그램에는 제어부(60)로부터 기판 처리 장치의 각 부에 제어 신호를 보내어, 소정의 표면 처리를 진행시키도록 명령(각 스텝)이 내장되어 있다. 이 프로그램은, 컴퓨터 기억 매체, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, MQ(광자기 디스크), 메모리 카드 등의 기억부에 저장되어 제어부(60)에 인스톨된다. 여기서 상기 프로그램에는, 가스 공급계(31)에 있어서의 각 밸브의 개폐, 유량 제어부에 의한 용제 및 N2 가스의 유량 제어, 각 히터(42, 48)에 의한 온도 제어, 배기 영역 형성부(51)의 이동 및 승강 핀(43)의 승강 동작 등을 제어하기 위한 프로그램도 포함되어 있고, 제어부(60)의 메모리에 미리 기억된 프로세스 레시피에 따라, 상기 각 부가 제어되게 되어 있다.
계속하여 기판 처리 장치(1)의 동작에 대하여 도 5 내지 도 12를 참조하면서 설명한다. 우선, 진퇴구(21)에 있어서 가스 토출구(26)로부터 N2 가스가 토출되는 동시에 배기구(25)로부터 배기가 행해진다. 그것에 의하여, 가스 토출구(26)로부터 배기구(25)를 향하는 가스류(가스 커튼)가 형성되는 동시에 처리 공간(12)의 분위기가 배기된다. 계속하여 상기 진퇴구(21)가 개방되고, 상기 가스류에 의해 진퇴구(21)로부터의 처리 공간(12)의 분위기가 외부로 누출되는 것이 방지된 상태에서, 배기 영역 형성부(51)가 대기 영역(50)으로부터 상기 처리 공간(12)을 향하여 전진한다. 배기 영역 형성부(51)의 상자 형상부(52)의 선단이 처리 용기(11)의 내벽에 접촉하여, 상자 형상부(52) 내의 배기 영역(53)이 그 외측의 인접 영역(10)으로부터 구획되면, 배기 영역 형성부(51)의 이동이 정지한다. 또한, 천장 형성 부재(47)와 스테이지(41)가 소정의 온도로 각각 상승한다.
그 후, 웨이퍼(W)의 처리가 행해진다. 도 13은 웨이퍼(W)의 처리를 행할 때의 기판 처리 장치(1)의 각 부의 동작 상태를 나타낸 타임챠트이며, 이 타임챠트에 기재한 바와 같이 상기 웨이퍼(W)의 처리는, 개략적으로는 웨이퍼(W)의 처리 공간(12)으로의 반입과, 용제 증기에 의한 스무싱 처리와, 웨이퍼(W)의 냉각 및 웨이퍼(W) 주위의 분위기 치환과, 처리 공간(12)으로부터의 웨이퍼(W)의 반출을 행하는 각 구간으로 이루어진다.
우선, 상자 형상부(52)에 있어서 가스 토출구(57)로부터 N2 가스가 토출되는 동시에 배기구(58)로부터 배기가 행해져, 배기 영역(53)에 가스류가 형성되어 당해 배기 영역(53)의 용제 농도가 저하된다. 이 가스류의 형성 개시에 병행하여, 반송구(13)에 있어서의 가스 토출구(18)로부터의 N2 가스의 토출 및 배기구(17)로부터의 배기가 개시되어, 반송구(13)에도 가스류(가스 커튼)가 형성된다(도 13 중 t1). 계속하여 반송구(13)가 개방되고(도 13 중 t2), 가스 토출구(18)로부터 배기구(17)를 향하는 N2 가스류에 의해, 처리 공간(12)의 분위기의 외부로의 누설이 방지된 상태에서, 도 6에 도시한 바와 같이 반송 기구(20)가 웨이퍼(W)의 주연을 보유 지지한 상태에서 상기 반송구(13)로부터 처리 공간(12)으로 진입한다. 승강 핀(44)이 상승하여 웨이퍼(W)의 이면을 지지한 후, 반송 기구(20)가 처리 공간(12)으로부터 퇴피한다.
그리고 반송구(13)가 폐쇄되어, 상기 가스 토출구(18, 57)로부터의 가스 공급과, 배기구(17, 58)로부터의 배기가 정지하고, 도 7에 도시한 바와 같이 배기 영역 형성부(51)가 대기 영역(50)으로 후퇴한다(도 13 중 t3). 계속하여 진퇴구(21)가 폐쇄되어, 가스 토출구(26)로부터의 N2 가스의 토출 및 배기구(25)로부터의 배기가 정지한다. 또한, 이 가스의 토출 및 배기의 정지에 병행하여, 승강 핀(44)이 하강하여, 웨이퍼(W)가 스테이지(41)에 적재되고(도 13 중 t4), 상기 웨이퍼(W)는 용제, 예를 들어 PGMEA의 노점 온도보다도 높아, 당해 PGMEA에 의해 팽윤되지 않는 온도로 되도록 가열된다.
그러한 후, 도 8에 도시한 바와 같이 배기구(17, 25)로부터 처리 공간(12)이 배기되는 동시에 용제 증기가 캐리어 가스(N2 가스)와 함께 가스 토출구(49)로부터 처리 공간(12)에 공급되어(도 13 중 t5), 처리 공간(12)의 용제 농도가 상승한다. 여기서, 공급되는 용제 증기 중의 PGMEA의 농도는, 용제 증기의 노점보다도 높은 온도, 예를 들어 노점보다 10℃ 이상 높은 온도에 있어서, PGMEA가 웨이퍼(W) 상의 레지스트 패턴 표면을 팽윤하기 위하여 충분한 농도로 설정된다. 단, 이 처리 공간(12)에 용제가 공급될 때에는 웨이퍼(W)에의 용제의 결로 및 그것에 의한 팽윤이 일어나지 않는 온도로 웨이퍼(W)의 온도 및 용제 증기의 온도가 제어된다. 처리 공간(12)의 용제의 농도가 소정의 농도로 되면, 상기 용제 증기 및 캐리어 가스의 공급과, 배기구(17, 25)로부터의 배기가 정지한다. 그리고, 승강 핀(44)이 상승하여(도 13 중 t6), 웨이퍼(W)는 스테이지(41)로부터 이격됨으로써 점차 그 온도가 저하된다.
웨이퍼(W) 표면의 레지스트로 이루어지는 패턴 마스크(71)가 변화하는 모습을 도시한 도 14도 참조하면서 설명한다. 도면 중 참조 부호 72는 용제의 분자이다. 상기와 같이 웨이퍼(W)의 온도가 비교적 높을 때에는, 상기 용제 분자(72)는 도 14의 1단째에 도시한 바와 같이 패턴 마스크(71)에 충돌해도 분위기 중에 증발되어 버려, 패턴 마스크(71)에는 흡착되지 않는다. 그 후, 웨이퍼(W)의 온도가 저하를 계속하면, 도 14의 2단째에 도시한 바와 같이, 용제 분자(72)가 패턴 마스크(71)에 흡착 나아가서는 흡수된다. 즉, 용제가 패턴 마스크(71) 표면에 결로된다. 그것에 의하여 패턴 마스크(71)의 지극히 얇은 표층부(73)가 팽윤되고, 팽윤부(73)에서는 레지스트막을 구성하는 분자가 연화, 용해되어 유동하여, 당해 표층부(73)의 형상이 고르게 되어 간다.
웨이퍼(W)의 온도가 더 저하됨에 따라, 용제 분자(72)의 흡착량이 많아져, 표층부(73)의 팽윤이 진행되지만, 패턴 마스크(71)의 심부에 용제가 침투하는 것을 방지하기 위하여 승강 핀(44)이 하강하여(도 13 중 t7), 웨이퍼(W)가 스테이지(41)에 적재되고 용제에 의한 결로가 이루어지지 않는 온도로 되도록 가열되어, 표층부(73)에 흡수된 용제는 증발하여 표층부(73)가 건조된다(도 14 중 3단째). 그리고, 도 9에 도시한 바와 같이 다시 승강 핀(44)에 의해 웨이퍼(W)가 스테이지(41)로부터 상승하여 강온한다. 그것에 의하여 표층부(73)가 다시 팽윤되고, 레지스트막을 구성하는 분자가 유동하여, 표층부(73)가 더욱 평활화된다. 그 후, 승강 핀(44)이 하강하여 웨이퍼(W)가 가열되어 상기와 같이 표층부(73)로부터 용제가 제거된 후, 승강 핀(44)에 의한 스테이지(41)로부터의 웨이퍼(W)의 상승, 스테이지(41)에의 적재 동작이 재차 반복되어, 도 14 중 4단째에 도시한 바와 같이 표층부(73)의 평활화가 더욱 진행된 후, 도 14 중 5단째에 도시한 바와 같이 표층부(73)가 건조된다. 패턴 마스크(71)는 용제의 노점보다 높은 온도에서도 상기 용제를 흡수하므로, 패턴 마스크(71)가 과도하게 팽윤되는 것을 방지하기 위해, 상기한 팽윤 및 건조 처리는 노점보다도 높은 온도 범위에서 행해지고, 상기 건조 처리는 팽윤되는 온도보다도 예를 들어 1℃ 내지 10℃ 정도 높은 온도에서 행해진다.
그 후, 가스 토출구(26)로부터 N2 가스가 토출되는 동시에 배기구(25)로부터 배기가 행해져, 진퇴구(21)에 있어서 가스 토출구(26)로부터 배기구(25)를 향하는 가스류가 형성되는 동시에 상기 배기구(25)로부터 처리 공간(12)의 용제 분위기가 제거된다(도 13 중 t8). 진퇴구(21)가 개방되어, 상기 가스류에 의해 당해 진퇴구(21)로부터의 처리 공간(12)의 분위기가 외부로 누출되는 것이 방지된 상태에서, 배기 영역 형성부(51)가 대기 영역(50)으로부터 전진하여, 상자 형상부(52)가 처리 공간(12) 내에 진입하는 동시에 승강 핀(44)이 상승한다(도 13 중 t9). 도 10에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)가 전진을 계속하는 상기 상자 형상부(52)의 배기 영역(53)에 수용되고, 상자 형상부(52)의 선단이 처리 용기(11)의 내벽에 접하여, 배기 영역(53)이 주위의 인접 영역(10)으로부터 구획되면 승강 핀(44)이 하강하여, 웨이퍼(W)가 상자 형상부(52)의 냉각판(54)에 적재되어 냉각된다.
그 후, 도 11에 도시한 바와 같이 상자 형상부(52)의 가스 토출구(57)로부터의 N2 가스의 토출과 배기구(58)로부터의 배기가 개시되어, 배기 영역(53)에 가스류가 형성되는 동시에 반송구(13)의 가스 토출구(18)로부터의 N2 가스의 토출과, 배기구(17)로부터의 배기가 행해져, 반송구(13)에 가스류가 형성된다(도 13 중 t10). 이때, 배기 영역(53) 및 반송구(13)는, 그 외측의 인접 영역(10)의 분위기 유입이 차단되도록 상자 형상부(52)에 의해 구획되어 있다. 따라서, 그 용제 농도가 빠르게 저하한다.
그리고, 배기 영역(53) 및 반송구(13)의 용제 농도가 소정의 농도 이하로 되면, 반송구(13)가 개방되는 동시에, 승강 핀(44)이 상승하여 웨이퍼(W)를 상자 형상부(52)의 냉각판(54)으로부터 밀어올려(도 13 중 t11), 반송 기구(20)가 웨이퍼(W)의 이면에 인입되도록 배기 영역(53)으로 진입하고, 승강 핀(44)이 하강하여 반송 기구(20)에 웨이퍼(W)가 전달되면(도 13 중 t12), 도 12에 도시한 바와 같이 반송 기구(20)가 배기 영역(53)으로부터 퇴피하고, 웨이퍼(W)가 처리 공간(12)으로부터 반출된다. 이 반출 시에는 상기와 같이 반송구(13) 및 배기 영역(53)에 가스류가 계속하여 형성되어 있고, 각 가스류는 반송구(13)로부터 보아 안측을 향하여 형성되어 있으므로, 보다 확실하게 처리 용기(11)의 외부에의 용제 분위기의 누설이 억제된다.
웨이퍼(W)의 반출 후에 반송구(13)가 폐쇄되고, 가스 토출구(57, 18)로부터의 N2 가스의 토출과, 배기구(58, 17)로부터의 배기가 정지하여, 반송구(13) 및 배기 영역(53)의 가스류의 형성이 정지한다(도 13 중 t13). 그 후, 후속의 웨이퍼(W)가 앞의 웨이퍼(W)와 마찬가지로 처리 용기(11)로 반송되어, 상기와 같이 용제 농도가 저하된 배기 영역(53)을 통하여 스테이지(41)에 전달되어 처리된 후, 앞의 웨이퍼(W)와 마찬가지로 배기 영역(53)을 통하여 처리 용기(11)로부터 반출된다.
이 기판 처리 장치(1)에 의하면, 처리를 행하는 웨이퍼(W)를 처리 공간(12)으로 반송할 때 및 처리 공간(12)으로부터 처리 완료된 웨이퍼(W)를 반출할 때, 배기 영역 형성부(51)를 처리 용기(11) 내에 진입시켜, 주위로부터 구획하도록 구성된 배기 영역(53)에 대하여 국소적으로 가스 토출구(57)에 의한 퍼지 가스의 공급과 배기구(58)에 의한 배기를 행한다. 이렇게 처리 공간(12)에 있어서 배기하는 영역이 한정되므로, 빠르게 당해 영역의 용제 농도를 저하시킬 수 있기 때문에, 처리 공간(12)으로의 웨이퍼(W)의 반입 및 처리 공간(12)으로부터의 웨이퍼(W)의 반출을 빠르게 행할 수 있다. 그 결과로서, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 배기 영역(53)을 용제 분위기로부터 질소 분위기로 치환하는 사이에 상자 형상부(52)에 의해 웨이퍼(W)를 냉각하기 때문에, 기판 처리 장치(1)로부터 반출 후에 웨이퍼(W)를 냉각할 필요가 없어, 보다 스루풋을 높게 할 수 있다. 그런데 상기한 기판 처리 장치(1)에서는, 앞의 웨이퍼(W)의 냉각 및 반출 동작을 행할 때에, 배기구(25)에 의해 배기 영역(53)의 외측 공간인 인접 영역(10)도 배기되기 때문에, 후속의 웨이퍼(W)를 배기 영역(53)으로부터 스테이지(41)로 이동 탑재할 때의 처리 공간(12)에 잔류하는 용제 농도가 억제된다. 그 결과로서, 용제가 당해 웨이퍼(W)에 결로되는 것이 억제된다. 보다 확실하게 이 결로를 방지하기 위해서, 웨이퍼(W)를 용제의 노점보다도 높은 온도, 나아가 팽윤되지 않는 온도로 가열한 상태에서 처리 용기(11)로 반송해도 좋다. 용제의 처리 공간(12)의 외부로의 누설을 방지하기 위해서, 배기 영역(53)은 인접 영역(10)보다도 용제의 농도가 낮아지도록 배기된다.
상기한 배기 영역 형성부(51)의 상자 형상부(52)에 있어서 천장판(56)과 냉각판(54)을 접속하는 측벽이 설치되지 않고, 천장판(56) 및 냉각판(54)이 처리 공간(12) 내에 진입했을 때에 이들 천장판(56) 및 냉각판(54)의 측부가 처리 용기(11)의 내벽에 근접 내지는 접촉함으로써 배기 영역(53)이 인접 영역(10)으로부터 구획되도록 해도 좋다. 단, 인접 영역(10)으로부터 배기 영역(53)으로의 용제의 유입을 확실하게 방지하기 위해, 상기한 실시 형태와 같이 상기 측벽을 갖는 상자 형상부(52)에 의해 배기 영역(53)을 형성하는 것이 바람직하다.
패턴을 평활화하는 처리에 대해서는 상기한 예에 한정되지 않고, 예를 들어 가스 토출구(49)로부터의 용제 증기의 공급 및 배기구(17, 25)로부터의 배기를 행함으로써 처리 공간(12)에 용제의 증기류를 형성하고, 웨이퍼(W)를 이 증기류에 노출시켜 처리를 행해도 좋다. 웨이퍼(W)의 각 부에서 유속 분포가 상이한 것에 의한 처리의 편차를 억제하기 위해서, 상기와 같이 웨이퍼(W)의 처리 시에는 용제 증기의 공급 및 배기를 정지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기한 예에 있어서 패턴 마스크(71)를 팽윤시킨 후, 건조시킬 때, 예를 들어 가스 토출구(49)로부터 건조한 가스를 공급해도 좋다. 단, 웨이퍼(W)의 각 부에서 유속 분포의 편차에 의한 처리의 편차를 억제하기 위해서, 상기와 같이 히터에 의해 가열함으로써 건조를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 처리 용기(11) 내에 LED(발광 다이오드)를 설치하고, 이 LED로부터 웨이퍼(W)에 광 에너지를 조사하여 가열에 의한 건조 처리를 행해도 좋다. 또한, 이미 설명한 기판 처리 장치(1)의 각처로부터 토출되는 가스로서는, N2 가스 대신 공기 등의 다른 가스를 사용하는 것이 가능하다.
상기한 예에서는 진퇴구(21)가 개방되었을 때에 처리 용기(11)의 외부에 용제 분위기가 누설되는 것을 방지하기 위하여 배기구(25) 및 가스 토출구(26)를 형성하고 있지만, 이렇게 구성하는 대신 대기 영역(50)을 둘러싸도록 하우징을 설치하여, 진퇴구(21)가 개방되었을 때에는 이 하우징 내를 배기하여 용제 분위기의 누설을 방지해도 좋다.
또한, 구획 부재를 처리 용기(11)의 외부로부터 내부로 이동시켜 처리 공간(12)을 구획하는 것에는 한정되지 않는다. 도 15에 도시하는 기판 처리 장치는, 처리 용기(11) 내에 구동부(81)와 당해 구동부(81)에 의해 수평하게 이동 가능한 셔터(82)를 구비하고 있다. 셔터(82)에 의해 처리 공간(12)은 상측 영역(83)과 하측 영역(84)으로 구획된다. 셔터(82)가 개방된 상태에서, 상기와 같이 처리가 행해진 후, 셔터(82)가 폐쇄되어 상측 영역(83), 하측 영역(84)이 구획되고, 처리 용기(11)의 저부에 형성된 배기구(85, 85)에 의해 하측 영역(84)이 배기되어, 당해 하측 영역(84)의 용제 농도가 저하된 후, 승강 핀(44)을 통하여 웨이퍼(W)는 반송 기구(20)에 전달되어, 예를 들어 외부의 장치에 의해 냉각된다. 도면 중에 2개 도시한 배기구(85) 중 1개를 퍼지 가스 공급구로 하여, 상기 하측 영역(84)의 배기 시에 N2 가스 등의 공급을 행해도 좋다. 이 예에서는, 처리한 웨이퍼(W)의 냉각은, 예를 들어 당해 기판 처리 장치의 외부에서 행하고, 처리 완료된 웨이퍼(W)는 배기 영역 형성부(51)를 통하지 않고 스테이지(41)로부터 반송 기구(20)에 전달된다.
W: 웨이퍼
1: 용제 공급 장치
10: 처리 공간
11: 처리 용기
13: 반송구
21: 진퇴구
51: 배기 영역 형성부
52: 상자 형상부
53: 배기 영역
54: 냉각판
60: 제어부

Claims (12)

  1. 노광, 현상 처리되어 패턴 마스크가 형성된 기판에 대하여, 상기 패턴 마스크의 거칠기를 개선하기 위하여 처리를 행하는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 기판이 수용되고, 밀폐된 처리 공간을 형성하는 처리 용기와,
    상기 처리 공간에 있어서 처리 용기의 외부와의 사이에서 기판을 반송하기 위한 반송 영역과, 상기 반송 영역에 인접하는 인접 영역을 각각의 분위기가 차단되도록 구획하는 구획 상태와, 상기 각각의 분위기가 개방되는 개방 상태를 서로 전환하는 구획 기구와,
    상기 처리 용기의 외부로부터 반송 영역으로 반송된 기판이 전달되는 처리용 적재부와,
    상기 개방 상태의 처리 공간에 용제 분위기를 공급하여, 상기 처리용 적재부에 적재된 기판의 패턴 마스크를 팽윤시키기 위한 용제 분위기 공급부와,
    팽윤한 상기 패턴 마스크를 건조시키기 위한 건조 기구와,
    상기 건조 기구에 의해 건조된 기판을 상기 용제 분위기를 공급한 후에 구획 상태로 된 상기 반송 영역으로부터 외부로 취출하는 동시에, 처리를 행하는 기판을 외부로부터 상기 반송 영역으로 반송하기 위하여 상기 처리 용기에 형성된, 개폐 가능한 기판 반송구와,
    상기 구획 상태의 반송 영역의 용제 분위기를 배기하여 제거하기 위해서, 당해 반송 영역에 개구하는 배기구를 구비하고,
    상기 기판 반송구가 개방될 때에 당해 기판 반송구는, 상기 구획 상태로 된 인접 영역으로부터 구획되는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구획 기구는, 처리 용기의 외부와 상기 처리 공간 사이에서 이동 가능하도록 구성되고,
    상기 처리 용기에는, 상기 구획 기구가 이동하기 위하여 개폐 가능한 이동용 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이동용 개구부에는 처리 공간의 분위기와 처리 공간의 분위기를 차단하기 위한 가스류 형성부가 설치되는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 건조 기구는, 상기 처리용 적재부에 적재된 기판을 가열하는 가열 수단에 의해 구성되고,
    상기 구획 기구는, 상기 가열 수단에 의해 가열된 기판을 냉각하기 위하여 적재하는 냉각용 적재부를 구비하고,
    상기 처리용 적재부는, 상기 냉각용 적재부에 기판을 이동 탑재하는 이동 탑재 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구획 기구는, 상기 냉각용 적재부와, 상기 반송 영역을 형성하기 위하여 당해 냉각용 적재부의 표면을 덮는 커버를 구비하고,
    상기 배기구는 이 구획 기구에 형성되고, 커버와 냉각용 적재부에 둘러싸이는 반송 영역을 배기하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구획 기구는, 상기 반송 영역에 가스를 공급하여 용제 분위기를 상기 배기구에 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  7. 노광, 현상 처리되어 패턴 마스크가 형성된 기판에 대하여, 상기 패턴 마스크의 거칠기를 개선하기 위하여 처리를 행하는 기판 처리 방법에 있어서,
    밀폐된 처리 공간을 형성하는 처리 용기에 기판을 수용하는 공정과,
    구획 기구에 의해 상기 처리 공간에 있어서 처리 용기의 외부와의 사이에서 기판을 반송하기 위한 반송 영역과, 상기 반송 영역에 인접하는 인접 영역을 서로의 분위기가 차단되도록 구획하는 구획 상태를 형성하는 공정과,
    상기 구획 기구에 의해 상기 반송 영역의 분위기와, 상기 인접 영역의 분위기를 서로 개방하는 공정과,
    상기 처리 용기의 외부로부터 반송 영역으로 반송된 기판을 처리용 적재부에 전달하는 공정과,
    상기 처리용 적재부에 적재된 기판의 패턴 마스크를 팽윤시키기 위하여 용제 분위기 공급부에 의해 상기 개방 상태의 처리 공간에 용제 분위기를 공급하는 공정과,
    건조 기구에 의해 팽윤된 상기 패턴 마스크를 건조시키는 공정과,
    상기 용제 분위기를 공급한 후에 상기 건조 기구에 의해 건조된 기판을 반송 영역으로부터 외부로 취출하는 동시에 처리를 행하는 기판을 외부로부터 상기 반송 영역으로 반송하기 위해서, 상기 구획 상태를 형성하는 공정과,
    상기 구획 상태의 반송 영역에 개구하는 배기구로부터 용제 분위기를 배기하여 제거하는 공정과,
    상기 처리 용기에 형성된 기판 반송구를, 상기 구획 상태의 인접 영역으로부터 구획되도록 개방하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구획 기구를, 처리 용기의 외부의 대기 영역과 상기 처리 공간 사이에서 이동시키는 공정과,
    처리 용기에 있어서, 상기 구획 기구를 이동시키기 위한 이동용 개구부를 개폐하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이동용 개구부에 있어서, 처리 공간의 분위기와 처리 공간의 분위기를 차단하기 위하여 가스류 형성부에 의해 가스류를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 패턴 마스크를 건조시키는 공정은, 상기 처리용 적재부에 적재된 기판을 가열 수단에 의해 가열하는 공정을 포함하고,
    상기 구획 기구에 설치되는 냉각용 적재부에, 이동 탑재 기구에 의해 상기 가열된 기판을 이동 탑재하는 공정과,
    냉각용 적재부에서 상기 기판을 냉각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 구획 기구에 설치되는 퍼지 가스 공급부에 의해, 상기 반송 영역에 가스를 공급하여 당해 반송 영역의 용제 분위기를 상기 배기구에 퍼지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
  12. 노광, 현상 처리되어 패턴 마스크가 형성된 기판에 대하여, 상기 패턴 마스크의 거칠기를 개선하기 위하여 처리를 행하는 기판 처리 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램이 기억된 기억 매체이며,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 방법을 실시하기 위한 것인 것을 특징으로 하는, 기억 매체.
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