KR20150058209A - 기판 처리 방법, 컴퓨터 기억 매체 및 기판 처리 시스템 - Google Patents

기판 처리 방법, 컴퓨터 기억 매체 및 기판 처리 시스템 Download PDF

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다다토시 도미타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 친수성 폴리머와 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 중성층을 기판 상에 형성하고, 중성층 상에 형성된 레지스트막을 노광 처리하며, 이어서 노광 처리 후의 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴에 극성을 갖는 유기 용제를 공급하여 레지스트 패턴을 표면 처리하며, 블록 공중합체를 중성층 상에 도포하여, 중성층 상의 블록 공중합체를 친수성 폴리머와 소수성 폴리머로 상분리시킨다.

Description

기판 처리 방법, 컴퓨터 기억 매체 및 기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, COMPUTER STORAGE MEDIUM, AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 친수성을 갖는 친수성 폴리머와 소수성을 갖는 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용한 기판 처리 방법, 컴퓨터 기억 매체 및 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
본원은 2012년 9월 28일에 일본에 출원된 특허 출원 제2012-215674호, 및 2013년 3월 8일에 일본에 출원된 특허 출원 제2013-46512호에 기초하여, 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
예컨대 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함) 상에 레지스트액을 도포하여 레지스트막을 형성하는 레지스트 도포 처리, 이 레지스트막에 소정의 패턴을 노광시키는 노광 처리, 노광된 레지스트막을 현상하는 현상 처리 등을 순차 행하는 포토리소그래피 처리가 행해져, 웨이퍼 상에 소정의 레지스트 패턴이 형성된다. 그리고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 웨이퍼 상의 피처리막의 에칭 처리가 행해지고, 그 후 레지스트막의 제거 처리 등이 행해져, 피처리막에 소정의 패턴이 형성된다.
그런데, 최근, 반도체 디바이스의 추가적인 고집적화를 도모하기 위해, 전술한 피처리막의 패턴의 미세화가 요구되고 있다. 이 때문에, 레지스트 패턴의 미세 화가 진행되고 있으며, 예컨대 포토리소그래피 처리에 있어서의 노광 처리의 광을 단파장화하는 것이 진행되고 있다. 그러나, 노광 광원의 단파장화에는 기술적, 비용적인 한계가 있으며, 광의 단파장화를 진행시키는 방법만으로는, 예컨대 수 나노미터 오더의 미세한 레지스트 패턴을 형성하기가 곤란한 상황이다.
그래서, 친수성과 소수성의 2종류의 블록쇄(폴리머)로 구성된 블록 공중합체를 이용한 웨이퍼 처리 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1). 이러한 방법에서는, 먼저, 웨이퍼 상에 2종류의 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 중성층을 형성하고, 이 중성층 상에 예컨대 레지스트에 의해 가이드 패턴을 형성한다. 그 후, 중성층 상에 블록 공중합체를 도포하고, 블록 공중합체를 친수성과 소수성의 2종류의 폴리머로 상분리시켜 라멜라 구조(lamella structure)를 형성한다. 그 후, 어느 한쪽의 폴리머를, 예컨대 에칭 등에 의해 선택적으로 제거함으로써, 웨이퍼 상에 다른쪽의 폴리머에 의해 미세한 패턴이 형성된다. 그리고, 이 폴리머의 패턴을 마스크로 하여 피처리막의 에칭 처리가 행해져, 피처리막에 소정의 패턴이 형성된다.
일본 특허 공개 제2008-36491호 공보
그러나 본 발명자들에 의하면, 전술한 바와 같이 레지스트를 가이드 패턴으로 하여 중성층 상에 블록 공중합체를 도포하고, 블록 공중합체를 상분리시킨 경우, 원하는 패턴으로 라멜라 구조로 분리할 수 없는 경우가 있는 것이 확인되었다. 통상은, 현상 후의 레지스트 패턴은 소수성이기 때문에, 소수성의 폴리머가 레지스트 패턴의 길이 방향을 따라 배열되고, 이에 의해 레지스트 패턴의 길이 방향을 따라 라멜라 구조가 형성된다. 그러나, 레지스트 패턴의 길이 방향을 따라 친수성 폴리머 및 소수성 폴리머가 배열되지 않고, 레지스트 패턴에 대하여 무질서하게 라멜라 구조가 형성되어 버리는 경우가 있다.
이 점에 대해서 본 발명자들이 예의 조사한 바, 레지스트 패턴의 측벽에, 레지스트의 물성이 변화하여 반드시 소수성으로 되지 않은 부분이 존재하고 있는 것이 확인되었다. 이것은, 도 19에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W) 상의 레지스트막(R)을 노광 처리할 때에, 노광되는 노광 영역(600)과 마스크(601)에 의해 광이 차단되어 노광되지 않는 미노광 영역(602)의 중간 영역(이하, 이러한 중간 영역을 「중간 노광 영역」이라고 하는 경우가 있음)(603)에서 물성이 변화한 레지스트가 생성되는 것에 의한 것으로 추찰된다. 또한, 도 19에 있어서의 도면 부호 604는 친수성 폴리머와 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 중성층이다.
그리고, 레지스트막을 현상할 때에, 이 중간 노광 영역(603)의 레지스트막은 현상되지 않고 레지스트 패턴의 표면 전체에 남거나, 레지스트 패턴의 표면에 중간 노광 영역(603)과 미노광 영역(602)이 혼재하게 된다. 그 결과, 친수성 폴리머와 소수성 폴리머가 레지스트 패턴에 대하여 무질서하게 배열되어 버린다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 친수성 폴리머와 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용한 기판 처리에 있어서, 기판 상에 소정의 패턴을 적절하게 형성하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 친수성 폴리머와 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용하여, 기판을 처리하는 방법으로서, 상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 중성층을 기판 상에 형성하는 중성층 형성 공정과, 중성층 상에 형성된 레지스트막을 노광 처리하고, 이어서 노광 처리 후의 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 패턴 형성 공정과, 상기 레지스트 패턴에 극성을 갖는 유기 용제를 공급하여 상기 레지스트 패턴을 표면 처리하는 레지스트 패턴 처리 공정과, 상기 블록 공중합체를 상기 중성층 상에 도포하는 블록 공중합체 도포 공정과, 상기 중성층 상의 상기 블록 공중합체를 상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머로 상분리시키는 폴리머 분리 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 레지스트 패턴 처리 공정에서 극성을 갖는 유기 용제를 공급하여 레지스트 패턴을 표면 처리하기 때문에, 레지스트 패턴의 표면에 잔존하는, 레지스트가 변질하여 반드시 소수성으로 되지 않은(소수도가 약한) 부분을 제거하여, 충분한 소수도를 갖는 미노광 영역을 노출시킬 수 있다. 따라서, 소수성을 갖는 레지스트 패턴에 대하여 소수성 폴리머가 끌어당겨지기 쉬워져, 블록 공중합체를 상분리시켰을 때에 각 폴리머가 무질서하게 배열되는 것을 방지하여, 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같이 기판 상에 소정의 미세한 패턴을 적절하게 형성할 수 있기 때문에, 상기 친수성 폴리머 또는 소수성 폴리머의 패턴을 마스크로 한 피처리막의 에칭 처리를 적절하게 행할 수 있어, 피처리막에 소정의 패턴을 형성할 수 있다.
다른 관점에 따른 본 발명은, 상기 기판 처리 방법을 기판 처리 시스템에 의해 실행시키기 위해, 상기 기판 처리 시스템을 제어하는 제어부의 컴퓨터 상에서 동작하는 프로그램을 저장한, 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체이다.
또 다른 관점에 따른 본 발명은, 친수성 폴리머와 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용하여, 기판을 처리하는 시스템으로서, 상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 중성층을 기판 상에 형성하는 중성층 형성 장치와, 중성층 상에 형성된 노광 처리 후의 레지스트막을 현상 처리하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상 장치와, 상기 현상 후의 레지스트 패턴에 극성을 갖는 유기 용제를 공급하여 상기 레지스트 패턴을 표면 처리하는 레지스트 패턴 처리 장치와, 상기 블록 공중합체를 상기 중성층 상에 도포하는 블록 공중합체 도포 장치와, 상기 중성층 상의 상기 블록 공중합체를 상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머로 상분리시키는 폴리머 분리 장치를 갖는다.
본 발명에 따르면, 친수성 폴리머와 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용한 기판 처리에 있어서, 기판 상에 소정의 패턴을 적절하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 2는 도포 현상 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 평면도이다.
도 3은 도포 현상 처리 장치의 내부 구성의 개략을 나타내는 측면도이다.
도 4는 도포 현상 처리 장치의 내부 구성의 개략을 나타내는 측면도이다.
도 5는 에칭 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 평면도이다.
도 6은 현상 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 7은 열 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 횡단면도이다.
도 8은 웨이퍼 처리의 주요 공정을 설명한 흐름도이다.
도 9는 웨이퍼 상에 반사 방지막과 중성층이 형성된 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
도 10은 웨이퍼 상에 레지스트 패턴이 형성된 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
도 11은 레지스트 패턴 상의 변질부를 제거한 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
도 12는 웨이퍼 상에 블록 공중합체를 도포한 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
도 13은 블록 공중합체를 친수성 폴리머와 소수성 폴리머로 상분리한 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
도 14는 블록 공중합체를 친수성 폴리머와 소수성 폴리머로 상분리한 양태를 나타내는 평면의 설명도이다.
도 15는 친수성 폴리머를 제거한 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
도 16은 웨이퍼 상에 레지스트 패턴이 형성된 양태를 나타내는 평면의 설명도이다.
도 17은 웨이퍼 상에 레지스트 패턴이 형성된 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
도 18은 블록 공중합체를 친수성 폴리머와 소수성 폴리머로 상분리한 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
도 19는 종래의 웨이퍼 처리에 있어서 노광 처리에 의해 레지스트에 중간 노광 영역이 생성된 양태를 나타내는 종단면의 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(1)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
기판 처리 시스템(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이 기판으로서의 웨이퍼에 포토리소그래피 처리를 행하는 도포 현상 처리 장치(2)와, 웨이퍼에 에칭 처리를 행하는 에칭 처리 장치(3)를 갖는다. 또한, 기판 처리 시스템(1)에서 처리되는 웨이퍼 상에는, 미리 피처리막(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
도포 현상 처리 장치(2)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 예컨대 외부와의 사이에서 복수매의 웨이퍼(W)를 수용한 카세트(C)가 반입반출되는 카세트 스테이션(10)과, 포토리소그래피 처리 중에 매엽식으로 소정의 처리를 실시하는 복수의 각종 처리 장치를 구비한 처리 스테이션(11)과, 처리 스테이션(11)에 인접한 노광 장치(12)의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하는 인터페이스 스테이션(13)을 일체로 접속한 구성을 갖는다.
카세트 스테이션(10)에는, 카세트 배치대(20)가 설치되어 있다. 카세트 배치대(20)에는, 복수, 예컨대 4개의 카세트 배치판(21)이 설치되어 있다. 카세트 배치판(21)은 수평 방향의 X 방향(도 2 중의 상하 방향)으로 1열로 배열되어 설치된다. 이들 카세트 배치판(21)에는, 도포 현상 처리 장치(2)의 외부에 대하여 카세트(C)를 반입반출할 때에, 카세트(C)를 배치할 수 있다.
카세트 스테이션(10)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이 X 방향으로 연장되는 반송로(22) 상에서 이동 가능한 웨이퍼 반송 장치(23)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(23)는 상하 방향 및 연직축 둘레(θ 방향)로도 이동 가능하며, 각 카세트 배치판(21) 상의 카세트(C)와, 후술하는 처리 스테이션(11)의 제3 블록(G3)의 전달 장치 사이에서 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
처리 스테이션(11)에는, 각종 장치를 구비한 복수, 예컨대 4개의 블록(G1, G2, G3, G4)이 설치되어 있다. 예컨대 처리 스테이션(11)의 정면측(도 2의 X 방향 부방향측)에는, 제1 블록(G1)이 설치되고, 처리 스테이션(11)의 배면측(도 2의 X 방향 정방향측)에는, 제2 블록(G2)이 설치되어 있다. 또한, 처리 스테이션(11)의 카세트 스테이션(10)측(도 1의 Y 방향 부방향측)에는, 제3 블록(G3)이 설치되고, 처리 스테이션(11)의 인터페이스 스테이션(13)측(도 2의 Y 방향 정방향측)에는, 제4 블록(G4)이 설치되어 있다.
예컨대 제1 블록(G1)에는, 도 3에 나타내는 바와 같이 복수의 액 처리 장치, 예컨대 웨이퍼(W)를 현상 처리하는 현상 장치(30), 현상 후의 레지스트 패턴에 극성을 갖는 유기 용제를 공급하여 레지스트 패턴을 표면 처리하는 레지스트 패턴 처리 장치로서의 유기 용제 공급 장치(31), 웨이퍼(W) 상에 반사 방지막을 형성하는 반사 방지막 형성 장치(32), 웨이퍼(W) 상에 중성제를 도포하여 중성층을 형성하는 중성층 형성 장치(33), 웨이퍼(W) 상에 레지스트액을 도포하여 레지스트막을 형성하는 레지스트 도포 장치(34), 웨이퍼(W) 상에 블록 공중합체를 도포하는 블록 공중합체 도포 장치(35)가 밑에서부터 순서대로 중첩되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 레지스트는, 예컨대 포지티브형 레지스트인 ArF 레지스트가 이용된다.
예컨대 현상 장치(30), 유기 용제 공급 장치(31), 반사 방지막 형성 장치(32), 중성층 형성 장치(33), 레지스트 도포 장치(34), 블록 공중합체 도포 장치(35)는, 각각 수평 방향으로 3개씩 나란히 배치되어 있다. 또한, 이들 현상 장치(30), 유기 용제 공급 장치(31), 반사 방지막 형성 장치(32), 중성층 형성 장치(33), 레지스트 도포 장치(34), 블록 공중합체 도포 장치(35)의 수나 배치는, 임의로 선택할 수 있다.
이들 현상 장치(30), 유기 용제 공급 장치(31), 반사 방지막 형성 장치(32), 중성층 형성 장치(33), 레지스트 도포 장치(34), 블록 공중합체 도포 장치(35)에서는, 예컨대 웨이퍼(W) 상에 소정의 도포액을 도포하는 스핀 코팅이 행해진다. 스핀 코팅에서는, 예컨대 도포 노즐로부터 웨이퍼(W) 상에 도포액을 토출하며, 웨이퍼(W)를 회전시켜, 도포액을 웨이퍼(W)의 표면에 확산시킨다. 이들 액 처리 장치의 구성에 대해서는 후술한다.
또한, 블록 공중합체 도포 장치(35)에서 웨이퍼(W) 상에 도포되는 블록 공중합체는, 소수성을 갖는(극성을 갖지 않는) 소수성(무극성) 폴리머와 친수성(극성)을 갖는 친수성(유극성) 폴리머를 갖는다. 본 실시형태에서는, 친수성 폴리머로서 예컨대 폴리메타크릴산메틸(PMMA)이 이용되고, 소수성 폴리머로서는 예컨대 폴리스티렌(PS)이 이용된다. 또한, 블록 공중합체에 있어서의 친수성 폴리머의 분자량의 비율은 40％∼60％이고, 블록 공중합체에 있어서의 소수성 폴리머의 분자량의 비율은 60％∼40％이다. 그리고, 블록 공중합체는 이들 친수성 폴리머와 소수성 폴리머가 직선적으로 화합한 고분자이다.
또한, 중성층 형성 장치(33)에서 웨이퍼(W) 상에 형성되는 중성층은 친수성 폴리머와 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는다. 본 실시형태에서는, 중성층으로서 예컨대 폴리메타크릴산메틸과 폴리스티렌의 랜덤 공중합체나 교호 공중합체가 이용된다. 이하에 있어서, 「중성」이라고 하는 경우는, 이와 같이 친수성 폴리머와 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 것을 의미한다.
예컨대 제2 블록(G2)에는, 도 4에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 열 처리를 행하는 열 처리 장치(40), 웨이퍼(W) 상의 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여 상기 레지스트 패턴의 표면을 개질 처리하는 레지스트 개질 처리 장치로서의 자외선 조사 장치(41), 웨이퍼(W)를 소수화 처리하는 어드히젼(adhesion) 장치(42), 웨이퍼(W)의 외주부를 노광하는 주변 노광 장치(43), 블록 공중합체 도포 장치(35)에서 웨이퍼(W) 상에 도포된 블록 공중합체를 친수성 폴리머와 소수성 폴리머로 상분리시키는 폴리머 분리 장치(44)가 상하 방향과 수평 방향으로 나란히 설치되어 있다. 열 처리 장치(40)는 웨이퍼(W)를 배치하여 가열하는 열판과, 웨이퍼(W)를 배치하여 냉각하는 냉각판을 가지며, 가열 처리와 냉각 처리의 양방을 행할 수 있다. 또한, 폴리머 분리 장치(44)도 웨이퍼(W)에 대하여 열 처리를 실시하는 장치이며, 그 구성은 열 처리 장치(40)와 동일하다. 자외선 조사 장치(41)는 웨이퍼(W)를 배치하는 배치대와, 배치대 상의 웨이퍼(W)에 대하여, 예컨대 파장이 172 ㎚ 또는 222 ㎚인 자외선을 조사하는 자외선 조사부를 갖는다. 또한, 열 처리 장치(40), 자외선 조사 장치(41), 어드히젼 장치(42), 주변 노광 장치(43), 폴리머 분리 장치(44)의 수나 배치는, 임의로 선택할 수 있다.
예컨대 제3 블록(G3)에는, 복수의 전달 장치(50, 51, 52, 53, 54, 55, 56)가 밑에서부터 순서대로 설치되어 있다. 또한, 제4 블록(G4)에는, 복수의 전달 장치(60, 61, 62)가 밑에서부터 순서대로 설치되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이 제1 블록(G1)∼제4 블록(G4)에 둘러싸인 영역에는, 웨이퍼 반송 영역(D)이 형성되어 있다. 웨이퍼 반송 영역(D)에는, 예컨대 웨이퍼 반송 장치(70)가 배치되어 있다.
웨이퍼 반송 장치(70)는, 예컨대 Y 방향, X 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 아암을 갖는다. 웨이퍼 반송 장치(70)는 웨이퍼 반송 영역(D) 내에서 이동하여, 주위의 제1 블록(G1), 제2 블록(G2), 제3 블록(G3) 및 제4 블록(G4) 내의 소정의 장치에 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
웨이퍼 반송 장치(70)는, 예컨대 도 4에 나타내는 바와 같이 상하에 복수대 배치되고, 예컨대 각 블록(G1∼G4)의 같은 정도의 높이의 소정의 장치에 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
또한, 웨이퍼 반송 영역(D)에는, 제3 블록(G3)과 제4 블록(G4) 사이에서 직선적으로 웨이퍼(W)를 반송하는 셔틀 반송 장치(80)가 설치되어 있다.
셔틀 반송 장치(80)는, 예컨대 Y 방향으로 직선적으로 이동 가능하게 되어 있다. 셔틀 반송 장치(80)는, 웨이퍼(W)를 지지한 상태로 Y 방향으로 이동하여, 제3 블록(G3)의 전달 장치(52)와 제4 블록(G4)의 전달 장치(62) 사이에서 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이 제3 블록(G3)의 X 방향 정방향측의 옆에는, 웨이퍼 반송 장치(100)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(100)는, 예컨대 X 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 아암을 갖는다. 웨이퍼 반송 장치(100)는 웨이퍼(W)를 지지한 상태로 상하로 이동하여, 제3 블록(G3) 내의 각 전달 장치에 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
인터페이스 스테이션(13)에는, 웨이퍼 반송 장치(110)와 전달 장치(111)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(110)는, 예컨대 Y 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 아암을 갖는다. 웨이퍼 반송 장치(110)는, 예컨대 반송 아암에 웨이퍼(W)를 지지하여, 제4 블록(G4) 내의 각 전달 장치, 전달 장치(111) 및 노광 장치(12)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
에칭 처리 장치(3)는, 도 5에 나타내는 바와 같이 에칭 처리 장치(3)에 대한 웨이퍼(W)를 반입반출하는 카세트 스테이션(200), 웨이퍼(W)를 반송하는 공통 반송부(201), 웨이퍼(W) 상에서 상분리된 블록 공중합체에 에칭 처리를 행하여, 친수성 폴리머 또는 소수성 폴리머 중 어느 하나를 선택적으로 제거하는 폴리머 제거 장치로서의 에칭 장치(202, 203), 웨이퍼(W) 상의 피처리막을 소정의 패턴으로 에칭하는 에칭 장치(204, 205)를 갖는다.
카세트 스테이션(200)은 웨이퍼(W)를 반송하는 웨이퍼 반송 기구(210)가 내부에 설치된 반송실(211)을 갖는다. 웨이퍼 반송 기구(210)는 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 2개의 반송 아암(210a, 210b)을 가지며, 이들 반송 아암(210a, 210b) 중 어느 하나에 의해 웨이퍼(W)를 유지하면서 반송하는 구성으로 되어 있다. 반송실(211)의 측방에는, 웨이퍼(W)를 복수매 배열하여 수용 가능한 카세트(C)가 배치되는 카세트 배치대(212)가 구비되어 있다. 도시된 예에서는, 카세트 배치대(212)에는, 카세트(C)를 복수, 예컨대 3개 배치할 수 있게 되어 있다.
반송실(211)과 공통 반송부(201)는 진공 가능한 2개의 로드 록 장치(213a, 213b)를 통해 서로 연결되어 있다.
공통 반송부(201)는, 예컨대 상방에서 볼 때에 대략 다각 형상(도시된 예에서는 육각 형상)을 이루도록 형성된 밀폐 가능한 구조의 반송실 챔버(214)를 갖는다. 반송실 챔버(214) 내에는, 웨이퍼(W)를 반송하는 웨이퍼 반송 기구(215)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송 기구(215)는 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 유지하는 2개의 반송 아암(215a, 215b)을 가지며, 이들 반송 아암(215a, 215b) 중 어느 하나에 의해 웨이퍼(W)를 유지하면서 반송하는 구성으로 되어 있다.
반송실 챔버(214)의 외측에는, 에칭 장치(202, 203, 204, 205), 로드 록 장치(213b, 213a)가 반송실 챔버(214)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 에칭 장치(202, 203, 204, 205), 로드 록 장치(213b, 213a)는, 예컨대 상방에서 볼 때에 시계 회전 방향에 있어서 이 순서로 배열되도록, 또한, 반송실 챔버(214)의 6개의 측면부에 대하여 각각 대향하도록 하여 배치되어 있다.
또한, 에칭 장치(202∼205)로서는, 예컨대 RIE(Reactive Ion Eching)장치가 이용된다. 즉, 에칭 장치(202∼205)에서는, 예컨대 산소(O2) 등의 반응성 기체(에칭 가스)나 이온, 라디칼에 의해, 소수성 폴리머나 피처리막을 에칭하는 드라이 에칭이 행해진다.
다음에, 전술한 현상 장치(30)의 구성에 대해서 설명한다. 현상 장치(30)는, 도 6에 나타내는 바와 같이 측면에 웨이퍼(W)의 반입반출구(도시하지 않음)가 형성된 처리 용기(130)를 갖는다.
처리 용기(130) 내에는, 웨이퍼(W)를 유지하여 회전시키는 스핀 척(140)이 설치되어 있다. 스핀 척(140)의 상면에는, 예컨대 웨이퍼(W)를 흡인하는 흡인구(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 이 흡인구로부터의 흡인에 의해, 웨이퍼(W)가 스핀 척(140) 상에 흡착 유지된다.
스핀 척(140)은, 예컨대 모터 등의 척 구동부(141)에 의해 소정의 속도로 회전할 수 있다. 또한, 척 구동부(141)에는, 실린더 등의 승강 구동원(도시하지 않음)이 설치되어 있어, 스핀 척(140)은 승강 가능하게 되어 있다.
스핀 척(140)의 주위에는, 웨이퍼(W)로부터 비산 또는 낙하하는 액체를 받아, 회수하는 컵(142)이 설치되어 있다. 컵(142)은 상면에 스핀 척(140)이 승강할 수 있도록 웨이퍼(W)보다 큰 개구부가 형성되어 있다. 컵(142)의 하면에는, 회수한 액체를 배출하는 배출관(143)과, 컵(142) 내의 분위기를 배기하는 배기관(144)이 접속되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이 컵(142)의 X 방향 부방향(도 7의 하측 방향)측에는, Y 방향(도 7의 좌우 방향)을 따라 연장되는 레일(150)이 형성되어 있다. 레일(150)은, 예컨대 컵(142)의 Y 방향 부방향(도 7의 좌측 방향)측의 외방으로부터 Y 방향 정방향(도 7의 우측 방향)측의 외방까지 형성되어 있다. 레일(150)에는, 예컨대 2개의 아암(151, 152)이 부착되어 있다.
제1 아암(151)에는, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이 현상액을 공급하는 공급 노즐(153)이 지지되어 있다. 제1 아암(151)은, 도 7에 나타내는 노즐 구동부(154)에 의해, 레일(150) 상에서 이동 가능하다. 이에 의해, 공급 노즐(153)은 컵(122)의 Y 방향 정방향측의 외방에 설치된 대기부(155)로부터 컵(142) 내의 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동할 수 있고, 더욱 상기 웨이퍼(W)의 표면 상에서 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제1 아암(151)은 노즐 구동부(154)에 의해 승강 가능하며, 공급 노즐(153)의 높이를 조정할 수 있다.
공급 노즐(153)에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 현상액 공급원(156)에 연통되는 현상액 공급관(157)이 접속되어 있다. 또한, 현상액으로서는, 예컨대 알칼리성의 TMAH 현상액이 이용된다.
제2 아암(152)에는, 세정액, 예컨대 순수를 공급하는 세정액 노즐(160)이 지지되어 있다. 제2 아암(152)은, 도 7에 나타내는 노즐 구동부(161)에 의해 레일(150) 상에서 이동 가능하며, 세정액 노즐(160)을, 컵(142)의 Y 방향 부방향측의 외방에 설치된 대기부(162)로부터 컵(142) 내의 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동시킬 수 있다. 또한, 노즐 구동부(161)에 의해, 제2 아암(152)은 승강 가능하며, 세정액 노즐(160)의 높이를 조절할 수 있다.
세정액 노즐(160)에는, 도 6에 나타내는 바와 같이 세정액 공급원(163)에 연통되는 세정액 공급관(164)이 접속되어 있다. 세정액 공급원(163) 내에는, 세정액이 저류되어 있다. 세정액 공급관(164)에는, 세정액의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(165)이 설치되어 있다. 또한, 이상의 구성에서는, 현상액을 공급하는 공급 노즐(153)과 세정액을 공급하는 세정액 노즐(160)이 개개의 아암에 지지되어 있지만, 동일한 아암에 지지되어, 그 아암의 이동의 제어에 의해, 공급 노즐(153)과 세정액 노즐(160)의 이동과 공급 타이밍을 제어하여도 좋다.
다른 액 처리 장치인 유기 용제 공급 장치(31), 반사 방지막 형성 장치(32), 중성층 형성 장치(33), 레지스트 도포 장치(34), 블록 공중합체 도포 장치(35)의 구성은, 노즐로부터 공급되는 액이 상이한 점 이외에는, 전술한 현상 장치(30)의 구성과 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 유기 용제 공급 장치(31)에서는, 공급 노즐(153)로부터 공급되는 처리액으로서, TMAH 현상액에 이소프로필알코올(IPA)을 20 wt％ 혼합한 것이 이용된다.
이상의 기판 처리 시스템(1)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이 제어부(300)가 설치되어 있다. 제어부(300)는, 예컨대 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖는다. 프로그램 저장부에는, 기판 처리 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 프로그램 저장부에는, 전술한 각종 처리 장치나 반송 장치 등의 구동계의 동작을 제어하여, 기판 처리 시스템(1)에 있어서의 후술하는 박리 처리를 실현시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 예컨대 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어부(300)에 인스톨된 것이어도 좋다.
다음에, 이상과 같이 구성된 기판 처리 시스템(1)을 이용하여 행해지는 웨이퍼 처리에 대해서 설명한다. 도 8은 이러한 웨이퍼 처리의 주요 공정의 예를 나타내는 흐름도이다.
먼저, 복수의 웨이퍼(W)를 수납한 카세트(C)가 도포 현상 처리 장치(2)의 카세트 스테이션(10)에 반입되어, 소정의 카세트 배치판(21)에 배치된다. 그 후, 웨이퍼 반송 장치(23)에 의해 카세트(C) 내의 각 웨이퍼(W)가 순차 취출되어, 처리 스테이션(11)의 전달 장치(53)에 반송된다.
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 열 처리 장치(40)에 반송되어, 온도 조절된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 반사 방지막 형성 장치(32)에 반송되어, 도 9에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W) 상에 반사 방지막(400)이 형성된다(도 8의 공정 S1). 그 후 웨이퍼(W)는 열 처리 장치(40)에 반송되고, 가열되어, 온도 조절된다.
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 중성층 형성 장치(33)에 반송된다. 중성층 형성 장치(33)에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 반사 방지막(400) 상에 중성제가 도포되어, 중성층(401)이 형성된다(도 8의 공정 S2). 그 후 웨이퍼(W)는 열 처리 장치(40)에 반송되고, 가열되어, 온도 조절되고, 그 후 전달 장치(53)에 복귀된다.
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(100)에 의해 전달 장치(54)에 반송된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 어드히젼 장치(42)에 반송되어, 어드히젼 처리된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 레지스트 도포 장치(34)에 반송되고, 웨이퍼(W)의 중성층(401) 상에 레지스트액이 도포되어, 레지스트막이 형성된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 열 처리 장치(40)에 반송되어, 프리 베이크 처리된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 전달 장치(55)에 반송된다.
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 주변 노광 장치(43)에 반송되어, 주변 노광 처리된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 전달 장치(56)에 반송된다.
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(100)에 의해 전달 장치(52)에 반송되고, 셔틀 반송 장치(80)에 의해 전달 장치(62)에 반송된다.
그 후 웨이퍼(W)는 인터페이스 스테이션(13)의 웨이퍼 반송 장치(110)에 의해 노광 장치(12)에 반송되어, 노광 처리된다.
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(110)에 의해 노광 장치(12)로부터 전달 장치(60)에 반송된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 열 처리 장치(40)에 반송되어, 노광 후 베이크 처리된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 현상 장치(30)에 반송되어, 현상된다. 현상 종료 후, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 열 처리 장치(40)에 반송되어, 포스트 베이크 처리된다. 이렇게 해서, 도 10에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 중성층(401) 상에 소정의 레지스트 패턴(402)이 형성된다(도 8의 공정 S3).
또한, 현상 처리를 끝낸 단계의 레지스트 패턴(402)의 표면의 측벽에는, 레지스트막의 물성이 변화한 부분인 변질부(RM)가 존재한다. 구체적으로는, 노광 처리에 의해 감광된 영역(노광 영역)과 마스크에 의해 광이 차단되어 노광되지 않은 영역(미노광 영역)의 중간 영역인 중간 노광 영역에 있어서, 이하와 같은 상태의 레지스트막이 생성되는 것에 의한 것이다. 즉, 첫째로, 충분히 노광은 충족되어 있어 본래는 현상액에 충분히 용해되지만, 노광되어 있지 않은 영역과의 계면이기 때문에 용해되지 않고 남아 버린 상태, 둘째로, 노광은 되어 있지만 노광량이 충분하지 않아, 현상액에 대하여 충분히 용해되지 않고 남아 버린 상태, 셋째로, 노광이 거의 되지 않아 현상액에 대하여 용해되지 않고 남아 버린 상태이며, 이들 상태의 레지스트막이 혼재한 것이 변질부(RM)이다. 그리고, 이 변질부(RM)에서는, 레지스트막의 상태에 따라 그 소수도가 상이하다.
또한, 본 실시형태에서는, 레지스트 패턴(402)은 평면에서 볼 때에 직선형의 라인부(402a)와 직선형의 스페이스부(402b)를 가지며, 소위 라인 앤드 스페이스의 레지스트 패턴이다. 또한, 스페이스부(402b)의 폭은, 후술하는 바와 같이 스페이스부(402b)에 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)가 레지스트 패턴(402)의 길이 방향을 따라 교대로 홀수층에 배치되도록 설정된다.
레지스트 패턴(402)이 형성된 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 자외선 조사 장치(41)에 반송된다. 자외선 조사 장치(41)에서는, 레지스트 패턴(402)에 자외선이 조사된다. 이때, 172 ㎚의 파장을 갖는 자외선이 예컨대 5초간 조사된다. 그렇게 하면, 중간 노광 영역에 있어서 생성된 변질부(RM)에서의 노광량이 충분하지 않았던 부분이나 노광이 거의 되지 않았던 부분도 포함해 개질 처리되어, 네거티브화된다(도 8의 공정 S4).
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 유기 용제 공급 장치(31)에 반송된다. 유기 용제 공급 장치(31)에서는, 웨이퍼(W) 상에 TMAH 현상액에 이소프로필알코올을 20 wt％ 혼합한 처리액이 공급되어, 레지스트 패턴(402)의 표면 처리가 행해진다. 이에 의해, 도 11에 나타내는 바와 같이 레지스트 패턴(402)의 표면에 잔존하고 있던 변질부(RM)가 제거된다(도 8의 공정 S5). 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 전달 장치(50)에 반송된다.
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(100)에 의해 전달 장치(55)에 반송된다. 그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 블록 공중합체 도포 장치(35)에 반송된다. 블록 공중합체 도포 장치(35)에서는, 도 12에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 중성층(401) 상에 블록 공중합체(404)가 도포된다(도 8의 공정 S6).
다음에 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 폴리머 분리 장치(44)에 반송된다. 폴리머 분리 장치(44)에서는, 웨이퍼(W)에 소정의 온도의 열 처리가 행해진다. 그렇게 하면, 도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W) 상의 블록 공중합체(404)가 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)로 상분리된다(도 8의 공정 S7).
여기서, 전술한 바와 같이 블록 공중합체(404)에 있어서, 친수성 폴리머(405)의 분자량의 비율은 40％∼60％이며, 소수성 폴리머(406)의 분자량의 비율은 60％∼40％이다. 그렇게 하면, 공정 S6에 있어서, 도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같이 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)는 라멜라 구조로 상분리된다. 또한, 전술한 공정 S3에 있어서 레지스트 패턴(402)의 스페이스부(402b)의 폭이 소정의 폭으로 형성되어 있기 때문에, 중성층(401) 상에는, 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)가 교대로 홀수층 배치된다. 이때, 레지스트 패턴(402)의 표면으로부터 변질부(RM)가 제거되어 미노광부인 레지스트 패턴(402)이 노출되기 때문에, 레지스트 패턴(402) 표면의 측벽에서 소수도가 변동되는 일이 없다. 그 때문에, 레지스트 패턴(402)은 측벽의 전체면에 걸쳐 충분히 높은 소수성을 갖는다. 그 때문에, 레지스트 패턴(402)에 대하여 소수성 폴리머(406)가 끌어당겨지기 쉬워져, 이 레지스트 패턴(402)에 인접하여 소수성 폴리머(406)가 배치된다. 그리고, 그 옆에 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)가 교대로 배치되어, 중성층(401)의 그 외의 영역 상에도, 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)가 교대로 배치된다.
그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 장치(70)에 의해 전달 장치(50)에 반송되고, 그 후 카세트 스테이션(10)의 웨이퍼 반송 장치(23)에 의해 소정의 카세트 배치판(21)의 카세트(C)에 반송된다.
도포 현상 처리 장치(2)에 있어서 웨이퍼(W)에 소정의 처리가 행해지면, 웨이퍼(W)를 수납한 카세트(C)는 도포 현상 처리 장치(2)로부터 반출되고, 다음에 에칭 처리 장치(3)에 반입된다.
에칭 처리 장치(3)에서는, 먼저, 웨이퍼 반송 기구(210)에 의해, 카세트 배치대(212) 상의 카세트(C)로부터 1장의 웨이퍼(W)가 취출되어, 로드 록 장치(213a) 내에 반입된다. 로드 록 장치(213a) 내에 웨이퍼(W)가 반입되면, 로드 록 장치(213a) 내부가 밀폐되어, 감압된다. 그 후, 로드 록 장치(213a) 내부와 소정의 진공도로 배기된 반송실 챔버(214) 내부가 연통된다. 그리고, 웨이퍼 반송 기구(215)에 의해, 웨이퍼(W)가 로드 록 장치(213a)로부터 반출되어, 반송실 챔버(214) 내에 반입된다.
반송실 챔버(214) 내에 반입된 웨이퍼(W)는, 다음에 웨이퍼 반송 기구(215)에 의해 에칭 장치(202)에 반송된다. 에칭 장치(202)에서는, 웨이퍼(W)에 에칭 처리를 행하여, 도 15에 나타내는 바와 같이 친수성 폴리머(405)와 레지스트 패턴(402)을 선택적으로 제거하여, 소수성 폴리머(406)의 소정의 패턴이 형성된다(도 8의 공정 S8).
그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 기구(215)에 의해 에칭 장치(204)에 반송된다. 에칭 장치(204)에서는, 웨이퍼(W) 상의 소수성 폴리머(406)를 마스크로 하여, 웨이퍼(W) 상의 피처리막이 에칭된다. 그 후, 소수성 폴리머(406) 및 반사 방지막이 제거되어, 피처리막에 소정의 패턴이 형성된다(도 8의 공정 S9).
그 후 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송 기구(215)에 의해 재차 반송실 챔버(214) 내로 복귀된다. 그리고, 로드 록 장치(213b)를 통해 웨이퍼 반송 기구(210)에 전달되어, 카세트(C)에 수납된다. 그 후, 웨이퍼(W)를 수납한 카세트(C)가 에칭 처리 장치(3)로부터 반출되어 일련의 웨이퍼 처리가 종료된다.
이상의 실시형태에 따르면, 공정 S5에 있어서 극성을 갖는 유기 용제로서 이소프로필알코올을 공급하여 레지스트 패턴(402)의 표면의 변질부(RM)를 제거하고, 레지스트 패턴(402)의 측벽 전체에 걸쳐 미노광 영역, 즉 소수성을 갖는 현상 후의 레지스트 패턴(402) 표면을 노출시키기 때문에, 공정 S7에서 블록 공중합체(404)를 상분리시킬 때에, 폴리머(405, 406)가 무질서하게 배열되는 것을 방지하여, 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 그 결과, 공정 S9에 있어서 이 패턴을 마스크로 한 피처리막의 에칭 처리를 적절하게 행할 수 있어, 피처리막에 소정의 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 변질부(RM)의 개질에 172 ㎚의 자외선을 조사하였지만, 발명자들이 확인한 바, 자외선 조사는 반드시 필요하지 않으며, TMAH 현상액에 이소프로필알코올을 20 wt％ 혼합한 처리액을 공급함으로써 변질부(RM)를 제거할 수 있는 것을 알았다. 전술한, 노광이 거의 되지 않은 영역의 레지스트는 TMAH 현상액에 불용이지만 이소프로필알코올에 가용이며, 또한, 노광은 되지만 노광량이 충분하지 않은 영역의 레지스트는 TMAH 현상액에도 이소프로필알코올에도 약간 용해되는 것이라고 추찰된다. 그리고, TMAH 현상액과 이소프로필알코올의 혼합액을 공급함으로써, 변질부(RM) 중, 각각의 액에 대하여 가용인 부분이 용해되기 때문이라고 생각된다. 그러나, 자외선을 조사하여 변질부(RM)를 개질함으로써, 보다 확실하게 또한 단시간에 변질부(RM)를 제거할 수 있기 때문에, 자외선 조사를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 변질부(RM)의 개질에 이용하는 자외선의 파장은 172 ㎚가 아니어도 좋고, 예컨대 222 ㎚의 파장이어도 좋다. 또한, 222 ㎚의 파장의 자외선에 의해 변질부(RM)를 개질한 경우, TMAH 현상액을 웨이퍼(W)에 공급함으로써 변질부(RM)를 제거할 수 있는 것이 확인되었다. 이는, 222 ㎚의 파장의 자외선을 레지스트 패턴(402)에 조사함으로써, 변질부(RM)가 확실하게 포지티브로부터 네거티브로 개질되어, 네거티브화된 변질부(RM)가 TMAH 현상액에 의해 씻겨지기 때문이라고 생각된다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 레지스트 패턴(402)의 현상 처리 후의 웨이퍼(W)에 유기 용제를 공급하여 변질부(RM)를 제거하였지만, 레지스트 패턴(402)의 현상 처리 시에, TMAH 현상액에 이소프로필알코올을 20 wt％ 혼합한 처리액을 공급함으로써 레지스트 패턴(402)을 현상하여도 좋다. 발명자들에 의하면, 현상 후에 자외선을 조사한 레지스트 패턴(402)에, TMAH 현상액에 이소프로필알코올을 20 wt％ 혼합한 처리액을 공급한 경우와, 노광 처리 후에 현상 전의 웨이퍼(W)에 이 처리액을 공급한 경우에서는, 변질부(RM)의 제거에 관해서 차이가 확인되지 않았다.
이상의 실시형태에서는, 레지스트 패턴(402)의 현상 처리 후의 웨이퍼(W)에 대하여, TMAH 현상액에 이소프로필알코올을 20 wt％ 혼합한 상태로 공급하였지만, 먼저 이소프로필알코올을 현상 처리 후의 레지스트 패턴(402)에 공급하고, 그 후 TMAH 현상액을 더 공급하여도 좋다. 이러한 경우에도, TMAH 현상액에 이소프로필알코올을 20 wt％ 혼합한 처리액을 공급한 경우와 마찬가지로, 변질부(RM)를 제거할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 전술한 바와 같이, 변질부(RM)에 있어서는 TMAH 현상액에 가용인 부분과 이소프로필알코올에 가용인 부분이 혼재해 있기 때문에, 그 양방의 부분을 병행하여 용해시키는 관점에서, TMAH 현상액과 이소프로필알코올은 혼합하여 공급하는 것이 보다 바람직하다.
이상의 실시형태에서는, 친수성 폴리머(405)를 선택적으로 제거하기 위하여 에칭 처리 장치(3)에서 소위 드라이 에칭 처리를 행하였지만, 친수성 폴리머(405)의 제거는 웨트 에칭 처리에 의해 이루어져도 좋다.
구체적으로는, 공정 S7에 있어서 블록 공중합체(404)를 상분리한 웨이퍼(W)를, 공정 S8에 있어서 에칭 처리 장치(3) 대신에 자외선 조사 장치(41)에 반송한다. 그리고, 웨이퍼(W)에 자외선을 조사함으로써, 친수성 폴리머(405)인 폴리메타크릴산메틸의 결합쇄를 절단하며, 소수성 폴리머(406)인 폴리스티렌을 가교 반응시킨다. 그 후, 웨이퍼(W)를 재차 유기 용제 공급 장치(31)에 반송하여, 이 유기 용제 공급 장치(31)에서 웨이퍼(W)에 예컨대 극성 유기 용제인 이소프로필알코올(IPA)을 공급한다. 이에 의해, 자외선 조사로 결합쇄가 절단된 친수성 폴리머(405)가 용해 제거된다.
친수성 폴리머(405)를 소위 드라이 에칭 처리에 의해 제거하는 경우, 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)의 선택비는 예컨대 3∼7:1 정도이기 때문에, 소수성 폴리머(406)의 막 손실을 피할 수 없다. 한편, 친수성 폴리머(405)를, 유기 용제를 이용한 소위 웨트 에칭에 의해 제거하는 경우는, 소수성 폴리머(406)는 극성을 갖지 않기 때문에 거의 유기 용제에 용해되지 않아, 막 손실을 피할 수 있다. 그 결과, 그 후의 공정에 있어서 소수성 폴리머(406)의 패턴을 마스크로 하여 피처리막의 에칭 처리를 행할 때에, 마스크로서의 충분한 막 두께를 확보할 수 있다.
또한, 친수성 폴리머(405)를 웨트 에칭에 의해 제거함으로써, 전술한 도포 현상 처리 장치(2)로부터 에칭 처리 장치(3)에의 웨이퍼(W)의 반송을 생략할 수 있다. 따라서, 기판 처리 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼 처리의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
이상의 실시형태에서는, 공정 S9에 있어서 웨이퍼(W) 상의 피처리막을 에칭하였지만, 본 발명의 웨이퍼 처리 방법은 웨이퍼(W) 자체를 에칭할 때에도 적용될 수 있다.
이상의 실시형태에서는, 웨이퍼(W) 상의 블록 공중합체(404)를 라멜라 구조의 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)로 상분리하는 경우의 일례에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 웨이퍼 처리 방법은, 블록 공중합체(404)를 실린더 구조의 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)로 상분리하는 경우에도 적용될 수 있다.
친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)를 실린더 구조로 상분리하는 경우의 블록 공중합체(404)는, 친수성 폴리머(405)의 분자량의 비율이 20％∼40％이며, 소수성 폴리머(406)의 분자량의 비율이 80％∼60％이다. 이러한 경우, 공정 S3에서는, 도 16, 도 17에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W) 상에, 평면에서 볼 때에 원형상의 스페이스부(402c)를 갖는 레지스트 패턴(402)이 형성된다. 그리고, 이 레지스트 패턴(402)의 표면의 측벽에도 변질부(RM)가 존재한다. 따라서, 공정 S4∼공정 S5에서 변질부(RM)의 개질, 제거를 행한다.
다음에, 공정 S6에 있어서, 변질부(RM)가 제거된 레지스트 패턴(402)의 스페이스부(402c)에 블록 공중합체(404)가 도포된다. 그 후, 공정 S7에 있어서 블록 공중합체(404)를 상분리한다. 이때, 변질부(RM)가 이미 제거되었기 때문에, 친수성 폴리머(405)와 소수성 폴리머(406)가 레지스트 패턴(402)에 대하여 무질서하게 배열되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 소수성 폴리머(406)는 소수성을 갖는 레지스트 패턴(402)에 끌어당겨지기 쉽기 때문에, 도 18에 나타내는 바와 같이, 스페이스부(402c) 내에 있어서 레지스트 패턴(402)의 측벽측에 소수성 폴리머(406)가 원통 형상으로 배열되고, 스페이스부(402c)의 중심에 원주 형상의 친수성 폴리머(405)가 배열된다.
또한, 그 외의 공정 S1∼S2, S8∼S9의 공정은 상기 실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허청구범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다. 본 발명은 이 예에 한정되지 않고 여러가지 양태를 채용할 수 있는 것이다. 본 발명은 기판이 웨이퍼 이외의 FPD(플랫 패널 디스플레이), 포토 마스크용의 마스크 레티클 등의 다른 기판인 경우에도 적용될 수 있다.
본 발명은 예컨대 친수성을 갖는 친수성 폴리머와 소수성을 갖는 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용하여, 기판을 처리할 때에 유용하다.
1: 기판 처리 시스템 2: 도포 현상 처리 장치
3: 에칭 처리 장치 30: 현상 장치
31: 유기 용제 공급 장치 32: 반사 방지막 형성 장치
33: 중성층 형성 장치 34: 레지스트 도포 장치
35: 블록 공중합체 도포 장치 40: 열 처리 장치
41: 자외선 조사 장치 42: 어드히젼 장치
43: 주변 노광 장치 44: 폴리머 분리 장치
202∼205: 에칭 장치 300: 제어부
400: 반사 방지막 401: 중성층
402: 레지스트 패턴 402a: 라인부
402b, 402c: 스페이스부 404: 블록 공중합체
405: 친수성 폴리머 406: 소수성 폴리머
W: 웨이퍼

Claims (22)

  1. 친수성 폴리머와 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용하여, 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 중성층을 기판 상에 형성하는 중성층 형성 공정과,
    중성층 상에 형성된 레지스트막을 노광 처리하고, 이어서 노광 처리 후의 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 패턴 형성 공정과,
    상기 레지스트 패턴에 극성을 갖는 유기 용제를 공급하여 상기 레지스트 패턴을 표면 처리하는 레지스트 패턴 처리 공정과,
    상기 블록 공중합체를 상기 중성층 상에 도포하는 블록 공중합체 도포 공정과,
    상기 중성층 상의 상기 블록 공중합체를 상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머로 상분리시키는 폴리머 분리 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레지스트 패턴은 ArF 레지스트에 의해 형성되는 것인 기판 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 레지스트 패턴 형성 공정에서, 현상액에 더하여 상기 극성을 갖는 유기 용제를 노광 후의 레지스트막에 공급하여 현상함으로써, 상기 레지스트 패턴 형성 공정과 상기 레지스트 패턴 처리 공정을 병행하여 행하는 것인 기판 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 레지스트 패턴 형성 공정 이후에 그리고 레지스트 패턴 처리 공정 이전에, 상기 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여, 상기 레지스트 패턴의 표면을 개질 처리하는 레지스트 개질 처리 공정을 더 포함하는 기판 처리 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 레지스트 패턴 처리 공정은, 상기 레지스트막의 노광 영역과 미노광 영역의 중간 영역에 존재하는 레지스트막을 제거하여, 상기 미노광 영역의 레지스트막의 표면을 노출시키는 것인 기판 처리 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 레지스트 패턴 처리 공정은, 상기 레지스트막의 노광 영역과 미노광 영역의 중간 영역에 존재하는 레지스트막을 제거하여, 상기 미노광 영역의 레지스트막의 표면을 노출시키는 것인 기판 처리 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상분리된 블록 공중합체로부터, 상기 친수성 폴리머 또는 상기 소수성 폴리머 중 어느 하나를 선택적으로 제거하는 폴리머 제거 공정을 포함하는 기판 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리머 제거 공정에서는, 플라즈마 에칭 처리, 또는 유기 용제의 공급에 의해 상기 친수성 폴리머 또는 상기 소수성 폴리머 중 어느 하나를 선택적으로 제거하는 것인 기판 처리 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 레지스트 패턴은 평면에서 볼 때에 직선형의 라인부와 직선형의 스페이스부를 갖는 패턴이고,
    상기 블록 공중합체에 있어서의 상기 친수성 폴리머의 분자량의 비율은 40％∼60％인 것인 기판 처리 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 레지스트 패턴은 평면에서 볼 때에 원형상의 스페이스부를 갖는 패턴이고,
    상기 블록 공중합체에 있어서의 상기 친수성 폴리머의 분자량의 비율은 20％∼40％인 것인 기판 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 친수성 폴리머는 폴리메타크릴산메틸이고,
    상기 소수성 폴리머는 폴리스티렌인 것인 기판 처리 방법.
  12. 친수성 폴리머와 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용하여 기판을 처리하는 방법을, 기판 처리 시스템에 의해 실행시키도록, 이 기판 처리 시스템을 제어하는 제어부의 컴퓨터 상에서 동작하는 프로그램을 저장한 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 방법은,
    상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 중성층을 기판 상에 형성하는 중성층 형성 공정과,
    중성층 상에 형성된 레지스트막을 노광 처리하고, 이어서 노광 처리 후의 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 패턴 형성 공정과,
    상기 레지스트 패턴에 극성을 갖는 유기 용제를 공급하여 상기 레지스트 패턴을 표면 처리하는 레지스트 패턴 처리 공정과,
    상기 블록 공중합체를 상기 중성층 상에 도포하는 블록 공중합체 도포 공정과,
    상기 중성층 상의 상기 블록 공중합체를 상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머로 상분리시키는 폴리머 분리 공정
    을 포함하는 것인 컴퓨터 기억 매체.
  13. 친수성 폴리머와 소수성 폴리머를 포함하는 블록 공중합체를 이용하여, 기판을 처리하는 시스템에 있어서,
    상기 친수성 폴리머와 상기 소수성 폴리머에 대하여 중간의 친화성을 갖는 중성층을 기판 상에 형성하는 중성층 형성 장치와,
    중성층 상에 형성된 노광 처리 후의 레지스트막을 현상 처리하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상 장치와,
    상기 현상 처리 후의 레지스트 패턴에 극성을 갖는 유기 용제를 공급하여 상기 레지스트 패턴을 표면 처리하는 레지스트 패턴 처리 장치와,
    중성층 상에 형성된 노광 처리 후 상기 블록 공중합체를 상기 중성층 상에 도포하는 블록 공중합체 도포 장치와,
    상기 중성층 상의 상기 블록 공중합체를 상기 친수성의 폴리머와 상기 소수성 폴리머로 상분리시키는 폴리머 분리 장치
    를 갖는 기판 처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 레지스트 패턴은 ArF 레지스트에 의해 형성되는 것인 기판 처리 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 현상 장치에서는, 현상액에 더하여 상기 극성을 갖는 유기 용제를 노광 후의 레지스트막에 공급하여 현상 처리하는 것인 기판 처리 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 레지스트 패턴 형성 후에, 그리고 상기 레지스트 패턴에 상기 유기 용제를 공급하기 전에, 상기 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여, 상기 레지스트 패턴의 표면을 개질 처리하는 레지스트 개질 처리 장치를 더 갖는 기판 처리 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 레지스트 패턴 처리 장치에서는, 상기 레지스트막의 노광 영역과 미노광 영역의 중간 영역에 존재하는 레지스트막을 제거하여, 상기 미노광 영역의 레지스트막의 표면을 노출시키는 것인 기판 처리 시스템.
  18. 제14항에 있어서, 상분리된 블록 공중합체로부터, 상기 친수성 폴리머 또는 상기 소수성 폴리머 중 어느 하나를 선택적으로 제거하는 폴리머 제거 장치를 갖는 기판 처리 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 폴리머 제거 장치는, 플라즈마 에칭 처리 장치, 또는 유기 용제를 공급하여 상기 친수성 폴리머 또는 상기 소수성 폴리머 중 어느 하나를 선택적으로 제거하는 용제 공급 장치인 것인 기판 처리 시스템.
  20. 제14항에 있어서, 상기 레지스트 패턴은 평면에서 볼 때에 직선형의 라인부와 직선형의 스페이스부를 갖는 패턴이고,
    상기 블록 공중합체에 있어서의 상기 친수성 폴리머의 분자량의 비율은 40％∼60％인 것인 기판 처리 시스템.
  21. 제14항에 있어서, 상기 레지스트 패턴은 평면에서 볼 때에 원형상의 스페이스부를 갖는 패턴이고,
    상기 블록 공중합체에 있어서의 상기 친수성 폴리머의 분자량의 비율은 20％∼40％인 것인 기판 처리 시스템.
  22. 제14항에 있어서, 상기 친수성 폴리머는 폴리메타크릴산메틸이고,
    상기 소수성 폴리머는 폴리스티렌인 것인 기판 처리 시스템.
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