KR20190034274A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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유지 다나카
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

온도 조절부(C1)는, 현상 노즐(21)에 공급되는 현상액의 온도를 조정한다. 온도 조절부(C2, C3)는, 린스 노즐(31) 및 백 린스 노즐(35)에 공급되는 린스액의 온도를 각각 조정한다. 온도 조절부(C4)는, 처리 노즐(41)에 공급되는 처리액의 온도를 조정한다. 온도 조절부(C2, C3, C4)는, 린스액 및 처리액의 온도를 일정한 범위 내로 조정한다. 레지스트막(F1)의 현상 처리 후에 기판(W)의 온도가 일정 범위 내로 조정되면서 레지스트 패턴(FP1)을 덮도록 기판의 일면에 레지스트막보다 높은 에칭 내성을 갖는 반전막(F2)이 형성된다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
본 발명은, 기판에 처리를 행하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 기판, 액정 표시 장치용 기판, 플라즈마 디스플레이용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판 등의 각종 기판에 여러 가지 처리를 행하기 위해서, 기판 처리 장치가 이용되고 있다.
포토리소그래피 공정에서는, 감광성 재료로 이루어지는 레지스트막에 노광 처리 및 현상 처리가 행해짐으로써, 레지스트 패턴이 형성된다. 최근, 패턴의 미세화에 의해, 레지스트 패턴의 쓰러짐(패턴 쓰러짐) 및 에칭에 의한 레지스트 패턴의 변형 등이 문제가 되고 있다. 그래서, 레지스트 패턴의 형성 후에 레지스트 패턴의 반전 패턴을 형성하고, 그 반전 패턴을 에칭 마스크로서 이용하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특허 제5773176호 공보
구체적으로는, 레지스트 패턴의 형성 후, 레지스트 패턴을 덮도록 반전막이 형성된다. 계속해서, 레지스트 패턴이 노출되도록 반전막의 에칭이 행해진다. 그 후, 레지스트 패턴이 에칭에 의해 제거됨으로써, 레지스트 패턴에 대응하는 홈부를 갖는 반전 패턴이 얻어진다. 그러나, 반전막의 막두께가 불균일하면, 반전막의 에칭 후에 레지스트 패턴의 일부가 노출되지 않는 경우가 있다. 그에 의해, 형성된 반전 패턴의 홈부가 레지스트 패턴과 대응하지 않고, 원하는 반전 패턴이 적절히 얻어지지 않는 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 기판 상에 원하는 반전 패턴을 적절히 형성하는 것을 가능하게 하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.
(1) 본 발명의 일 국면에 따른 기판 처리 장치는, 일면에 감광성 재료로 이루어지는 레지스트막이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서, 현상액을 이용하여 레지스트막의 현상 처리를 행함으로써 기판의 일면에 레지스트 패턴을 형성하는 현상 처리부와, 현상 처리부에 의한 현상 처리 후에 기판의 온도를 일정 범위 내로 조정하면서 레지스트 패턴을 덮도록 기판의 일면에 레지스트막보다 높은 에칭 내성을 갖는 반전막을 형성하는 반전막 형성부를 구비한다.
이 기판 처리 장치에 있어서는, 현상 처리에 의해 형성된 레지스트 패턴을 덮도록, 레지스트막보다 높은 에칭 내성을 갖는 반전막이 기판의 일면 상에 형성된다. 반전막의 형성 시에는 기판의 온도가 일정 범위 내로 조정되므로, 반전막의 막두께를 균일하게 할 수 있다. 이 경우, 반전막에 대하여 에칭을 행함으로써 레지스트 패턴을 적절히 노출시켜, 레지스트 패턴을 적절히 제거할 수 있다. 그에 의해, 레지스트 패턴에 대응하는 홈부를 갖는 반전 패턴을 적절히 형성할 수 있다. 따라서, 기판 상에 원하는 반전 패턴을 적절히 형성하는 것이 가능해진다.
(2) 반전막 형성부는, 린스액의 온도를 일정 범위 내로 조정하는 린스액 온도 조정부와, 린스액 온도 조정부에 의해 온도가 조정된 린스액을 기판에 공급하는 린스액 공급부와, 린스액 공급부에 의한 린스액의 공급 후에 기판의 일면에 반전막의 재료로 이루어지는 처리액을 공급하는 처리액 공급부를 포함해도 된다.
이 경우, 린스액에 의해 기판의 온도가 일정 범위 내로 조정된다. 그 상태에서 기판에 처리액이 공급됨으로써, 기판 상에서 처리액의 온도에 편차가 생기는 것이 방지된다. 그에 의해, 균일한 두께를 갖는 반전막을 형성할 수 있다. 따라서, 기판 상에 원하는 반전 패턴을 적절히 형성하는 것이 가능해진다.
(3) 린스액 공급부는, 기판의 일면에 린스액을 토출하는 제1 린스 노즐을 포함해도 된다.
이 경우, 제1 린스 노즐로부터 토출되는 린스액에 의해, 기판의 일면으로부터 현상 잔사를 씻어낼 수 있음과 더불어, 기판의 온도를 일정 범위 내로 조정할 수 있다.
(4) 기판 처리 장치는, 기판을 유지하여 회전하는 회전 유지부를 더 구비하고, 처리액 공급부는, 제1 린스 노즐에 의해 공급된 린스액이 기판의 일면에 잔류하고 또한 회전 유지부에 의해 기판이 회전되는 상태에서, 기판의 일면에 처리액을 공급해도 된다.
이 경우, 기판에 공급된 처리액이 기판의 일면 상에서 원심력에 의해 확산됨으로써, 기판의 일면에 잔류하는 린스액이 처리액으로 치환된다. 그 때문에, 린스액의 표면 장력에 기인하는 레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하면서 기판의 일면에 반전막을 형성할 수 있다. 또한, 기판의 일면이 린스액에 의해 습윤된 상태에서 처리액이 공급됨으로써, 기판의 일면 상에서 처리액이 용이하게 확산된다. 그에 의해, 처리액의 사용량을 억제할 수 있다.
(5) 린스액 공급부는, 기판의 일면과 반대측의 타면에 린스액을 토출하는 제2 린스 노즐을 포함해도 된다.
이 경우, 제2 린스 노즐로부터 토출되는 린스액에 의해, 기판의 타면에 현상 잔사가 부착되는 것을 방지할 수 있음과 더불어, 기판의 온도를 일정 범위 내로 조정할 수 있다.
(6) 반전막 형성부는, 처리액의 온도를 일정 범위 내로 조정하는 처리액 온도 조정부를 더 포함하고, 처리액 공급부는, 처리액 온도 조정부에 의해 온도가 조정된 처리액을 기판의 일면에 공급해도 된다.
이 경우, 린스액에 의해 기판의 온도가 일정 범위 내로 유지된 상태에서, 동일한 범위 내의 온도의 처리액이 기판에 공급된다. 그에 의해, 기판 상에 있어서의 처리액의 온도의 편차가 억제된다.
(7) 반전막 형성부는, 반전막의 재료로 이루어지는 처리액의 온도를 일정 범위 내로 조정하는 처리액 온도 조정부와, 현상 처리부에 의해 공급된 현상액이 기판의 일면 상에 잔류하는 상태에서, 처리액 온도 조정부에 의해 온도가 조정된 처리액을 기판의 일면에 공급하는 처리액 공급부를 포함해도 된다.
이 경우, 기판 상의 현상액이 처리액으로 치환됨으로써, 기판의 현상 처리가 정지됨과 더불어, 기판의 온도가 일정 범위 내로 조정된다. 그에 의해, 기판 상에서 처리액의 온도에 편차가 생기는 것이 방지된다. 그에 의해, 균일한 두께를 갖는 반전막을 형성할 수 있다. 따라서, 기판 상에 원하는 반전 패턴을 적절히 형성하는 것이 가능해진다.
(8) 본 발명의 다른 국면에 따른 기판 처리 방법은, 일면에 감광성 재료로 이루어지는 레지스트막이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서, 레지스트막의 현상 처리를 행함으로써 기판의 일면에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 현상 처리부에 의한 현상 처리 후에 기판의 온도를 일정 범위 내로 조정하면서 레지스트 패턴을 덮도록 기판의 일면에 레지스트막보다 높은 에칭 내성을 갖는 반전막을 형성하는 공정을 포함한다.
이 기판 처리 방법에 따르면, 균일한 두께를 갖는 반전막을 기판 상에 형성할 수 있다. 그에 의해, 레지스트 패턴에 대응하는 홈부를 갖는 반전 패턴을 적절히 형성할 수 있다. 따라서, 기판 상에 원하는 반전 패턴을 적절히 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 원하는 반전 패턴을 적절히 형성하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는 온도 조절(溫調)부의 구체적인 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 제어 계통의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서의 기판의 처리에 대해서 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 5는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서의 기판의 처리에 대해서 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 6은 도 1의 기판 처리 장치에 있어서의 기판의 처리에 대해서 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 7은 반전막이 형성된 후의 기판의 처리에 대해서 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 8은 반전막의 막두께가 불균일한 경우에 발생하는 현상에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 기판 처리 장치의 구성예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 10은 기판 처리 장치에 있어서의 기판의 다른 처리예에 대해서 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판이란, 반도체 기판, 액정 표시 장치용 기판, 플라즈마 디스플레이용 기판, 포토마스크용 유리 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 및 포토마스크용 기판 등을 말한다.
(1) 기판 처리 장치
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다. 도 1의 기판 처리 장치(100)에는, 감광성 재료로 이루어지는 레지스트막(F1)이 형성된 기판(W)이 반입된다. 레지스트막(F1)에는, 노광 처리 및 노광 후 열처리(PEB; Post Exposure Bake)가 행해져 있다. 그 때문에, 레지스트막(F1)에는, 노광 영역 및 미노광 영역으로 이루어지는 노광 패턴이 형성되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는, 스핀 척(1), 컵(5), 현상액 공급부(20), 린스액 공급부(30), 처리액 공급부(40), 엣지 린스 노즐(50) 및 제어부(150)를 포함한다.
스핀 척(1)은, 반입된 기판(W)을 수평 자세로 유지한다. 이 경우, 레지스트막(F1)이 형성된 기판(W)의 일면이 상방을 향하게 된다. 스핀 척(1)은, 모터(2)의 회전축(3)의 선단에 부착된다. 모터(2)는, 스핀 척(1)을 연직축의 둘레로 회전시킨다. 이에 의해, 스핀 척(1)에 의해 유지되는 기판(W)이 연직축의 둘레로 회전한다. 컵(5)은, 스핀 척(1)에 의해 유지되는 기판(W)을 둘러싸도록 설치되고, 회전되는 기판(W)으로부터 비산하는 액체 등을 받아낸다. 컵(5)의 바닥부에는, 액체 및 기체를 배출하기 위한 배액관(6) 및 배기관(7)이 접속된다.
현상액 공급부(20)는, 현상 노즐(21), 공급관(21a) 및 후술의 노즐 구동부(22)(도 3)를 포함한다. 현상 노즐(21)은, 공급관(21a)을 통해 현상액 공급원(G1)에 접속된다. 공급관(21a)에는, 온도 조절부(C1) 및 밸브(V1)가 설치된다. 온도 조절부(C1)는, 현상액 공급원(G1)으로부터 공급되는 현상액의 온도를 조정한다. 밸브(V1)는, 온도 조절부(C1)의 하류에 설치된다. 밸브(V1)가 열림으로써, 온도 조절부(C1)에 의해 온도가 조정된 현상액이 현상 노즐(21)로 인도되어, 현상 노즐(21)로부터 현상액이 토출된다.
포지티브 톤 현상 처리용의 현상액으로서는, 알칼리성 수용액을 이용할 수 있다. 알칼리성 수용액은, 예를 들면, TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide: 수산화테트라메틸암모늄) 또는 KOH(potassium hydroxide: 수산화칼륨)를 포함한다. 한편, 네거티브 톤 현상 처리용의 현상액으로서는, 아세트산부틸 등의 유기 용제를 이용할 수 있다.
린스액 공급부(30)는, 린스 노즐(31), 복수의 백 린스 노즐(35), 공급관(31a, 35a) 및 후술의 노즐 구동부(32)(도 3)를 포함한다. 린스 노즐(31)은, 공급관(31a)을 통해 린스액 공급원(G2)에 접속된다. 린스액은, 예를 들면, 순수 또는 계면활성제이다. 공급관(31a)에는, 온도 조절부(C2) 및 밸브(V2)가 설치된다. 온도 조절부(C2)는, 린스액 공급원(G2)으로부터 공급되는 린스액의 온도를 조정한다. 밸브(V2)는, 온도 조절부(C2)의 하류에 설치된다. 밸브(V2)가 열림으로써, 온도 조절부(C2)에 의해 온도가 조정된 린스액이 린스 노즐(31)로 인도되어, 린스 노즐(31)로부터 린스액이 토출된다.
복수의 백 린스 노즐(35)은, 스핀 척(1)에 의해 유지되는 기판(W)의 하방에 각각 위치하고, 공급관(35a)을 통해 린스액 공급원(G2)에 접속된다. 공급관(35a)에는, 온도 조절부(C3) 및 밸브(V3)가 설치된다. 온도 조절부(C3)는, 린스액 공급원(G2)으로부터 공급되는 린스액의 온도를 조정한다. 밸브(V3)는, 온도 조절부(C3)의 하류에 설치된다. 밸브(V3)가 열림으로써, 온도 조절부(C3)에 의해 온도가 조정된 린스액이 복수의 백 린스 노즐(35)로 인도되어, 복수의 백 린스 노즐(35)로부터 기판(W)의 하면을 향해 린스액이 토출된다. 또한, 백 린스 노즐(35)의 수는 임의로 설정 가능하며, 예를 들면 1개의 백 린스 노즐(35)만이 설치되어도 된다.
처리액 공급부(40)는, 처리 노즐(41), 공급관(41a) 및 후술의 노즐 구동부(42)(도 3)를 포함한다. 처리 노즐(41)은, 공급관(41a)을 통해 처리액 공급원(G3)에 접속된다. 처리액은, 레지스트막(F1)의 재료(감광성 재료)보다 높은 에칭 내성을 갖는 재료(이하, 반전 재료라고 부른다.)로 이루어지고, 예를 들면, 실리콘 또는 금속을 함유하는 수지로 이루어진다. 이 경우, 금속은, 예를 들면, 지르코늄, 하프늄, 티타늄, 주석 또는 텅스텐이고, 수지는, 예를 들면, 폴리실라잔 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴 수지 또는 아세탈 수지 등이다.
공급관(41a)에는, 온도 조절부(C4) 및 밸브(V4)가 설치된다. 온도 조절부(C4)는, 처리액 공급원(G3)으로부터 공급되는 처리액의 온도를 조정한다. 밸브(V4)는, 온도 조절부(C4)의 하류에 설치된다. 밸브(V4)가 열림으로써, 온도 조절부(C4)에 의해 온도가 조정된 처리액이 처리 노즐(41)로 인도되어, 처리 노즐(41)로부터 처리액이 토출된다.
본 예에서는, 온도 조절부(C1, C2, C3, C4)의 하류에 밸브(V1, V2, V3, V4)가 각각 설치되지만, 기판(W)에 공급되는 현상액, 린스액 및 처리액의 온도를 조정 가능하면, 온도 조절부(C1, C2, C3, C4)의 상류에 밸브(V1, V2, V3, V4)가 각각 설치되어도 된다.
엣지 린스 노즐(50)은, 스핀 척(1)에 의해 유지되는 기판(W)의 주연부를 향해 배치된다. 엣지 린스 노즐(50)은, 공급관(50a)을 통해 도시하지 않는 엣지 린스액 공급원에 접속된다. 공급관(50a)에는, 밸브(V5)가 개재 삽입된다. 밸브(V5)가 열림으로써, 엣지 린스 공급원으로부터 공급관(50a)을 통해 엣지 린스 노즐(50)에 엣지 린스액이 인도되어, 엣지 린스 노즐(50)로부터 기판(W)의 주연부를 향해 엣지 린스액이 토출된다. 엣지 린스액으로서는, 반전 재료를 용해 가능한 액체가 이용되며, 예를 들면, 순수 또는 이소프로필알코올 등의 유기 용제가 이용된다. 또한, 포지티브 톤 현상 처리용의 현상액으로서 이용되는 알칼리성 수용액이 엣지 린스액으로서 이용되어도 된다. 또한, 복수 종류의 엣지 린스액이 조합되어 이용되어도 된다.
제어부(150)는, CPU(중앙 연산 처리 장치), ROM(리드 온리 메모리) 및 RAM(랜덤 액세스 메모리) 등을 포함한다. ROM에는 제어 프로그램이 기억된다. CPU는 ROM에 기억된 제어 프로그램을 RAM을 이용하여 실행함으로써 기판 처리 장치(100)의 각부의 동작을 제어한다.
(2) 온도 조절부
도 1의 온도 조절부(C2, C3, C4)는, 린스액 및 처리액의 온도를 일정한 범위(이하, 목표 온도 범위라고 부른다.) 내로 조정한다. 예를 들면, 기판 처리 장치(100)의 분위기 온도를 포함하도록 목표 온도 범위가 설정된다. 구체적으로는, 분위기 온도가 예를 들면 23도인 경우, 목표 온도 범위가, 22도 이상 24도 이하로 설정된다.
도 2는, 온도 조절부(C1, C2, C3, C4)의 구체적인 예를 나타내는 모식도이다. 도 2의 온도 조절부(C1, C2, C3, C4)는 온도 조절관(P1, P2, P3, P4)을 각각 포함한다. 온도 조절관(P1, P2, P3, P4)은, 도 1의 공급관(21a, 31a, 35a, 41a)의 외주를 각각 둘러싸도록 설치된다. 온도 조절관(P1, P2, P3, P4)의 각각의 일단 및 타단은 온도 조절 장치(200)에 접속된다. 온도 조절 장치(200)는, 온도 조절관(P1, P2, P3, P4)을 통해서, 온도 조정한 온도 조절액(예를 들면 순수)을 순환시킨다. 이에 의해, 도 1의 공급관(21a, 31a, 35a, 41a) 내의 현상액, 린스액 및 처리액의 온도가 온도 조절액의 온도로 조정된다. 본 예에서는, 온도 조절관(P2, P3, P4)에 공급되는 온도 조절액의 온도가 목표 온도 범위 내로 조정된다.
(3) 기판 처리 장치의 제어 계통
도 3은 도 1의 기판 처리 장치(100)의 제어 계통의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 3에는, 제어부(150)의 기능적인 구성이 도시된다. 제어부(150)는, 노즐 제어부(151), 회전 제어부(152), 현상액 공급 제어부(153), 린스액 공급 제어부(154), 처리액 공급 제어부(155), 엣지 린스액 공급 제어부(156) 및 온도 조절 제어부(157)를 포함한다. 도 3의 제어부(150)의 각부의 기능은, CPU가 제어 프로그램을 실행함으로써 실현된다.
노즐 제어부(151)는 노즐 구동부(22, 32, 42)의 동작을 제어한다. 노즐 구동부(22, 32, 42)는, 도 1의 현상 노즐(21), 린스 노즐(31) 및 처리 노즐(41)을 각각 이동시킨다. 노즐 구동부(22, 32, 42)의 제어에 의해, 도 1의 현상 노즐(21), 린스 노즐(31) 및 처리 노즐(41)이, 기판(W)의 상방 위치와 기판(W)의 외방 위치의 사이에서 각각 이동된다.
회전 제어부(152)는, 모터(2)의 동작을 제어함으로써, 스핀 척(1)(도 1)에 의해 유지되는 기판(W)의 회전을 제어한다. 현상액 공급 제어부(153)는, 밸브(V1)의 개폐를 제어함으로써, 현상 노즐(21)(도 1)로부터의 현상액의 토출의 개시 및 정지를 제어한다. 린스액 공급 제어부(154)는, 밸브(V2)의 개폐를 제어함으로써, 린스 노즐(31)(도 1)로부터의 린스액의 토출의 개시 및 정지를 제어한다. 또한, 린스액 공급 제어부(154)는, 밸브(V3)의 개폐를 제어함으로써, 백 린스 노즐(35)(도 1)로부터의 린스액의 토출의 개시 및 정지를 제어한다.
처리액 공급 제어부(155)는, 밸브(V4)의 개폐를 제어함으로써, 처리 노즐(41)(도 1)로부터의 처리액의 토출의 개시 및 정지를 제어한다. 엣지 린스액 공급 제어부(156)는, 밸브(V5)의 개폐를 제어함으로써, 엣지 린스 노즐(50)(도 1)로부터의 엣지 린스액의 토출의 개시 및 정지를 제어한다. 온도 조절 제어부(157)는, 온도 조절 장치(200)를 제어함으로써, 온도 조절부(C1~C4)(도 1)에 의한 현상액, 린스액 및 처리액의 온도 조정을 제어한다.
(4) 기판의 처리
도 4, 도 5 및 도 6은, 도 1의 기판 처리 장치(100)에 있어서의 기판(W)의 처리에 대해서 설명하기 위한 모식적 단면도이다. 우선, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 스핀 척(1)에 의해 기판(W)이 수평 자세로 유지된다. 상기와 같이, 기판(W)의 일면(상면)에는 레지스트막(F1)이 형성되어 있고, 레지스트막(F1)에는 노광 패턴이 형성되어 있다.
계속해서, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 현상 노즐(21)이 기판(W)의 중심부의 상방으로 이동되고, 스핀 척(1)에 의해 기판(W)이 회전되면서 기판(W)의 일면에 현상 노즐(21)로부터 현상액(Q1)이 공급된다. 원심력에 의해 현상액(Q1)이 기판(W)의 일면 상에서 확산됨으로써, 레지스트막(F1)을 덮도록 기판(W)의 일면 상에 현상액(Q1)의 액층이 형성된다. 액층의 형성 후, 현상액(Q1)의 공급이 정지되고, 현상 노즐(21)이 기판(W)의 상방 위치로부터 외방 위치로 퇴피된다.
계속해서, 도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 일면 상에 현상액(Q1)의 액층이 유지되도록, 기판(W)이 정지(靜止) 또는 저속으로 회전된다. 이 상태에서, 레지스트막(F1)의 현상 처리가 진행된다. 구체적으로는, 레지스트막의 노광 영역 또는 미노광 영역이 서서히 용해된다. 이에 의해, 기판(W)의 일면 상에 복수의 볼록부(FPa)를 포함하는 레지스트 패턴(FP1)이 형성된다.
계속해서, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 린스 노즐(31)이 기판(W)의 중심부의 상방으로 이동되고, 기판(W)이 회전되면서 린스 노즐(31)로부터 기판(W)의 일면에 린스액(Q2)이 공급된다. 이에 의해, 현상액(Q1) 및 용해된 레지스트막(F1)의 성분 등을 포함하는 현상 잔사가 기판(W)의 일면으로부터 씻어내어진다. 또한, 백 린스 노즐(35)로부터 기판(W)의 타면(하면)에 린스액(Q2)이 공급된다. 이에 의해, 기판(W)의 일면으로부터 씻어내어지는 현상 잔사가, 기판(W)의 타면에 부착되는 것이 방지된다. 기판(W) 상의 현상액(Q1)이 린스액(Q2)으로 치환됨으로써, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 일면을 덮도록 린스액(Q2)의 액층이 형성된다. 현상액(Q1)으로부터 린스액(Q2)으로의 치환 후, 린스액(Q2)의 공급이 정지되고, 린스 노즐(31)이 기판(W)의 상방 위치로부터 외방 위치로 퇴피된다.
상기와 같이, 린스 노즐(31)로부터 토출되는 린스액(Q2)의 온도는, 온도 조절부(C2)(도 1)에 의해 목표 온도 범위 내로 조정되어 있다. 그 때문에, 린스 노즐(31)로부터 토출되는 린스액(Q2)에 의해 기판(W)의 일면이 덮임으로써, 기판(W)의 일면으로부터 기판(W)의 온도가 목표 온도 범위 내로 조정된다. 또한, 본 예에서는, 백 린스 노즐(35)로부터 기판(W)의 타면에 공급되는 린스액(Q2)의 온도도, 온도 조절부(C3)(도 1)에 의해 목표 온도 범위 내로 조정되어 있다. 그 때문에, 기판(W)의 타면으로부터도 기판(W)의 온도가 목표 온도 범위 내로 조정된다.
또한, 기판(W)의 온도를 목표 온도 범위 내에 안정시키기 위해서, 현상 잔사가 충분히 씻어내어진 후에도, 린스 노즐(31) 및 백 린스 노즐(35)로부터 기판(W)에 일정 시간 계속적으로 린스액(Q2)이 공급되어도 된다. 또한, 린스 노즐(31)이, 기판(W)의 중심부의 상방과 기판(W)의 주연부의 상방의 사이에서 이동하면서 기판(W)의 일면에 린스액(Q2)을 공급해도 된다. 혹은, 기판(W)의 광범위에 균일하게 린스액(Q2)을 공급하기 위해서, 린스 노즐(31) 대신에 슬릿형상의 토출구를 갖는 슬릿 노즐이 이용되어도 된다.
계속해서, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이, 처리 노즐(41)이 기판(W)의 중심부의 상방으로 이동되고, 기판(W)이 회전되면서 처리 노즐(41)로부터 기판(W)의 일면 상에 처리액(Q3)이 공급된다. 처리액(Q3)은 원심력에 의해 기판(W)의 일면 상에서 확산되고, 기판(W) 상의 린스액(Q2)이 처리액(Q3)으로 치환된다. 린스액(Q2)으로부터 처리액(Q3)으로의 치환 후, 처리액(Q3)의 공급이 정지되고, 처리 노즐(41)이 기판(W)의 상방 위치로부터 외방 위치로 퇴피된다. 또한, 처리액(Q3)이 기판(W)에 공급되기 전에, 린스액(Q2)의 액층의 두께가 작아지도록 기판(W)의 회전 속도가 조정되어도 된다(예를 들면, 300~2000rpm). 이 경우, 린스액(Q2)으로부터 처리액(Q3)으로의 치환 효율이 높아진다.
그 후, 기판(W) 상에서 처리액(Q3)이 건조됨으로써 고화한다. 그에 의해, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(FP1)을 덮도록 기판(W)의 일면 상에 반전 재료로 이루어지는 반전막(F2)이 형성된다.
상기와 같이, 처리 노즐(41)로부터 토출되는 처리액(Q3)의 온도는, 온도 조절부(C4)에 의해 목표 온도 범위 내로 조정되어 있다. 이 경우, 린스액(Q2)에 의해 기판(W)의 온도가 목표 온도 범위 내로 조정된 상태이므로, 처리 노즐(41)로부터 처리액(Q3)이 기판(W)에 공급되어도, 기판(W)의 온도는 거의 변동하지 않고 목표 온도 범위 내로 유지된다. 또한, 기판(W)에 공급된 처리액(Q3)의 온도도 목표 온도 범위 내로 유지된다.
계속해서, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 기판(W)이 회전되면서 엣지 린스 노즐(50)로부터 기판(W)의 일면의 주연부에 엣지 린스액이 공급된다. 이에 의해, 도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 기판(W) 상의 반전막(F2)의 주연부가 제거된다. 또한, 처리액(Q3)의 건조 중에, 엣지 린스 노즐(50)로부터 엣지 린스액이 공급되어도 된다.
기판(W)의 외주부에 반전막(F2)이 잔존해 있으면, 기판(W)의 외주부가 유지되었을 때에, 반전막(F2)의 잔존 부분이 기판(W)으로부터 박리되어 파티클이 되는 경우가 있다. 본 예에서는, 엣지 린스액에 의해 기판(W)의 외주부로부터 반전막(F2)이 제거된다. 그에 의해, 기판(W)의 반송 시에 반전막(F2)의 잔존 부분이 파티클이 되는 것이 방지된다. 또한, 기판(W)의 타면의 주연부 또는 외주부를 향해 엣지 린스액을 토출하는 엣지 린스 노즐이 개별적으로 설치되어도 된다.
이에 의해, 기판 처리 장치(100)에 있어서의 일련의 처리가 종료되고, 기판(W)이 기판 처리 장치(100)로부터 반출된다. 계속해서, 기판 처리 장치(100)로부터 반출된 후의 기판(W)의 처리에 대해서 설명한다. 도 7은, 이후의 처리에 대해서 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 7(a)에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(FP1)의 각 볼록부(FPa)의 상면이 노출되도록, 반전막(F2)의 에칭(에치백)이 행해진다. 계속해서, 도 7(b)에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(FP1)의 각 볼록부(FPa)가 에칭에 의해 제거된다. 이에 의해, 복수의 볼록부(FPb)를 갖는 반전 패턴(FP2)이 기판(W)의 일면 상에 형성된다. 이 경우, 반전 패턴(FP2)의 복수의 볼록부(FPb)간의 홈부의 위치가, 레지스트 패턴(FP1)의 복수의 볼록부(FPa)의 위치에 대응한다. 그 후, 반전 패턴(FP2)을 마스크로 하여 기판(W)의 에칭 처리가 행해진다.
반전 패턴(FP2)을 형성하는 것에 의한 효과에 대해서 설명한다. 반전 패턴(FP2)이 형성되지 않고 레지스트 패턴(FP1)이 마스크로서 이용되는 경우, 레지스트막(F1)의 현상 처리 후에 기판(W) 상의 린스액(Q2)이 스핀 드라이 등에 의해 기판(W)으로부터 제거된다. 그 경우, 린스액(Q2)의 표면 장력에 의해 레지스트 패턴(FP1)의 볼록부(FPa)의 쓰러짐(패턴 쓰러짐)이 발생하는 경우가 있다. 또한, 기판(W)의 에칭 처리 시에 레지스트 패턴(FP1)이 변형되는 경우가 있다. 특히, 레지스트 패턴(FP1)이 미세한 경우(각 볼록부(FPa)의 치수가 작은 경우)에는, 이러한 패턴 쓰러짐 및 에칭에 의한 패턴의 변형이 발생하기 쉽다.
그에 반해, 반전 패턴(FP2)이 형성되는 경우에는, 기판(W) 상의 린스액(Q2)이 스핀 드라이 등에 의해 제거되는 것이 아니라 처리액(Q3)으로 치환되므로, 린스액(Q2)의 표면 장력에 의한 패턴 쓰러짐이 발생하기 어렵다. 또한, 반전 패턴(FP2)은 레지스트 패턴(FP1)보다 높은 에칭 내성을 가지므로, 기판(W)의 에칭 처리 시에 반전 패턴(FP2)이 변형되기 어렵다. 그 때문에, 반전 패턴(FP2)이 미세한 경우에도, 패턴 쓰러짐 및 에칭에 의한 패턴의 변형이 방지된다.
그러나, 형성된 반전 패턴(FP2)의 일부가 레지스트 패턴(FP1)과 대응하고 있지 않은 경우가 있어, 원하는 반전 패턴(FP2)이 적절히 얻어지지 않는 경우가 있다. 본 발명자들은, 실험 및 고찰을 거듭한 결과, 기판(W)의 일면 상에 형성되는 반전막(F2)의 두께가 불균일한 것에 기인하여, 다음과 같은 현상이 발생하는 것을 찾아냈다.
도 8은, 반전막(F2)의 막두께가 불균일한 경우에 발생하는 현상에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 8(a)의 예에서는, 기판(W)의 주연부 상에 형성된 반전막(F2) 부분의 두께가, 기판(W)의 중심부 상에 형성된 반전막(F2) 부분의 두께보다 크다. 이 경우, 도 7(a)의 처리(반전막(F2)의 에칭)에 있어서, 도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 주연부 상에서 레지스트 패턴(FP1)의 일부의 볼록부(FPa)의 상면이 노출되지 않는다. 한편, 기판(W)의 중심부 상에서 레지스트 패턴(FP1)의 일부의 볼록부(FPa)가 제거되어 있다. 이와 같이, 레지스트 패턴(FP1)의 각 볼록부(FPa)의 상면을 적절히 노출시킬 수 없다. 그 때문에, 도 7(b)의 처리에 있어서, 반전 패턴(FP2)을 적절히 형성할 수 없다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 상기와 같이, 기판(W)에 공급되는 린스액(Q2) 및 처리액(Q3)의 온도가 목표 온도 범위 내로 조정된다. 이 경우, 린스액(Q2)에 의해 기판(W)의 전체의 온도가 목표 온도 범위 내로 유지된 상태에서, 동일한 목표 온도 범위 내의 온도로 조정된 처리액(Q3)이 기판(W)에 공급된다. 그에 의해, 기판(W) 및 처리액(Q3)의 온도가 거의 변동하지 않고, 기판(W)의 일면 상에서 처리액(Q3)이 확산된다. 그 때문에, 기판(W)의 일면 상에 있어서의 처리액(Q3)의 온도의 편차가 억제된다. 그 결과, 반전막(F2)의 막두께를 균일하게 할 수 있다.
(5) 효과
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)에 있어서는, 반전막(F2)의 형성 시에 기판(W)의 온도가 목표 온도 범위 내로 조정되므로, 반전막(F2)의 막두께를 균일하게 할 수 있다. 그에 의해, 그 후의 처리에서 레지스트 패턴(FP1)을 적절히 노출시켜, 레지스트 패턴(FP1)을 적절히 제거할 수 있다. 따라서, 레지스트 패턴(FP1)에 대응하는 홈부를 갖는 반전 패턴(FP2)을 적절히 형성할 수 있다. 그 결과, 기판(W) 상에 원하는 반전 패턴(FP2)을 적절히 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 레지스트막(F1)의 현상 처리 후, 온도 조절부(C2, C3)에 의해 온도가 목표 온도 범위 내로 조정된 린스액이 린스 노즐(31) 및 백 린스 노즐(35)로부터 기판(W)의 일면 및 타면에 공급된다. 이에 의해, 린스액에 의해 기판(W)으로부터 현상 잔사를 씻어내면서 기판(W)의 온도를 목표 온도 범위 내로 조정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 기판(W)의 일면에 린스액이 잔류하는 상태에서, 온도 조절부(C4)에 의해 온도가 목표 온도 범위 내로 조정된 처리액이 처리 노즐(41)로부터 기판(W)의 일면에 공급된다. 이 경우, 기판(W)의 일면이 린스액에 의해 습윤된 상태에서 처리액이 공급됨으로써, 기판(W)의 일면 상에서 처리액이 용이하게 확산된다. 그에 의해, 처리액의 사용량을 억제할 수 있다. 또한, 린스액에 의해 기판(W)의 온도가 목표 온도 범위 내로 유지된 상태에서, 동일한 범위 내의 온도의 처리액이 기판(W)에 공급되기 때문에, 기판(W) 상에 있어서의 처리액의 온도의 편차가 억제된다.
(6) 다른 실시 형태
(6-1) 기판 처리 장치의 다른 구성예
도 9는, 기판 처리 장치(100)의 다른 구성예를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 9의 기판 처리 장치(100)에 대해서, 도 1의 기판 처리 장치(100)와 상이한 점을 설명한다. 또한, 도 9에서는, 도 1의 현상액 공급부(20), 처리액 공급부(40), 엣지 린스 노즐(50) 및 제어부(150)의 도시가 생략되어 있다.
도 9의 기판 처리 장치(100)에 있어서는, 린스액 공급부(30)가, 린스 노즐(31) 대신에, 복수의 린스 노즐(31x)을 포함한다. 각 린스 노즐(31x)은, 공급관(31a)에 접속됨과 더불어, 스핀 척(1)에 의해 유지되는 기판(W)의 일면(상면)을 향하게 된다. 밸브(V2)가 열림으로써, 린스액 공급원(G2)으로부터 공급관(31a)을 통해서 각 린스 노즐(31x)에 린스액이 공급되고, 각 린스 노즐(31x)로부터 기판(W)의 일면에 린스액이 토출된다. 각 린스 노즐(31x)에 공급되는 린스액의 온도는, 온도 조절부(C2)에 의해 목표 온도 범위 내로 조정된다.
본 예에서는, 복수의 린스 노즐(31x)이 이용되므로, 목표 온도 범위로 온도가 조정된 린스액을 기판(W)의 일면에 균일하게 또한 효율적으로 공급할 수 있다. 그에 의해, 기판(W)의 온도의 편차를 효과적으로 억제할 수 있어, 반전막(F2)의 막두께를 균일하게 할 수 있다.
(6-2) 다른 처리예
도 10은, 기판 처리 장치(100)에 있어서의 기판(W)의 다른 처리예에 대해서 설명하기 위한 모식적 단면도이다. 도 10의 처리에 대해서, 도 4~도 6의 예와 상이한 점을 설명한다.
도 10(a)에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 일면에 현상액(Q1)의 액층이 유지된 상태에서 레지스트막(F1)의 현상 처리가 진행되어, 기판(W)의 일면에 레지스트 패턴(FP1)이 형성된다. 본 예에서는, 현상액으로서 유기 용제가 이용된다. 현상액(Q1)의 액층의 형성 방법은, 도 4(a) 및 도 4(b)의 예와 동일하다.
계속해서, 도 10(b)에 도시하는 바와 같이, 처리 노즐(41)이 기판(W)의 중심부의 상방으로 이동되고, 기판(W)이 회전되면서 처리 노즐(41)로부터 기판(W)의 일면 상에 처리액(Q3)이 공급된다. 처리액(Q3)의 온도는, 온도 조절부(C4)에 의해 목표 온도 범위 내로 조정되어 있다. 또한, 기판(W)의 일면에 처리액(Q3)이 공급되는 기간에, 백 린스 노즐(35)(도 1 또는 도 9)로부터 기판(W)의 타면에 린스액이 공급되어도 된다.
처리액(Q3)은 원심력에 의해 기판(W)의 일면 상에서 확산되어, 현상 처리가 정지됨과 더불어, 기판(W) 상의 현상액(Q1)이 처리액(Q3)으로 치환된다. 또한, 처리액(Q3)이 기판(W)에 공급되기 전에, 현상액(Q1)의 액층의 두께가 작아지도록 기판(W)의 회전 속도가 조정되어도 된다(예를 들면, 300~2000rpm). 이 경우, 현상액(Q1)으로부터 처리액(Q3)으로의 치환 효율이 높아진다.
기판(W) 상에서 처리액(Q3)이 건조되면, 도 10(c)에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(FP1)을 덮도록 기판(W)의 일면 상에 반전막(F2)이 형성된다. 그 후, 도 6(b) 및 도 6(c)의 예와 동일하게, 반전막(F2)의 주연부가 제거되고, 일련의 처리가 종료된다.
이와 같이, 도 10의 예에서는, 레지스트막(F1)의 현상 처리 후, 기판(W)의 일면에 현상액(Q1)이 잔류하는 상태에서, 목표 온도 범위 내로 온도가 조정된 처리액(Q3)이 기판(W)의 일면에 공급된다. 이 경우, 처리액(Q3)에 의해 기판(W)의 온도가 목표 온도 범위 내로 조정된다. 그에 의해, 기판(W)의 온도 및 기판(W) 상의 처리액(Q3)의 온도의 편차가 억제된다. 그 때문에, 기판(W) 상에 균일한 두께를 갖는 반전막(F2)을 형성할 수 있다. 따라서, 기판(W) 상에 원하는 반전 패턴(FP2)을 적절히 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 기판(W)의 일면이 현상액(Q1)에 의해 습윤된 상태에서 처리액(Q3)이 공급되므로, 기판(W)의 일면 상에서 처리액(Q3)이 용이하게 확산된다. 그에 의해, 처리액(Q3)의 사용량을 억제할 수 있다. 또한, 본 예에서는, 기판(W)의 일면에 린스액이 공급되지 않으므로, 린스액의 사용량이 억제되고, 또한 기판(W)의 처리 시간이 단축된다. 또한, 린스 노즐(31) 및 온도 조절부(C2)를 설치할 필요가 없으므로, 비용의 삭감 및 기판 처리 장치(100)의 소형화가 가능해진다.
(6-3) 그 외의 예
온도 조절부(C1)는, 현상액의 온도를 목표 온도 범위 내로 조정해도 된다. 이 경우, 현상액도 기판(W)의 온도 조정에 기여한다. 그 때문에, 기판(W)의 온도를 보다 정밀도 좋게 조정할 수 있어, 반전막(F2)의 두께의 한층 더 균일화가 가능해진다.
또한, 스핀 척(1)의 온도를 목표 온도 범위 내로 조정하는 온도 조절부가 설치되어도 된다. 이 경우, 기판(W)의 타면으로부터 기판(W)의 온도를 보다 균일하게 또한 효율적으로 조정할 수 있다. 구체적으로는, 스핀 척(1)에 의해 기판(W)의 타면의 중심부의 온도를 조정하고, 그 주위의 부분의 온도를 백 린스 노즐(35)로부터의 린스액에 의해 조정할 수 있다.
(7) 청구항의 각 구성 요소와 실시 형태의 각 요소의 대응
이하, 청구항의 각 구성 요소와 실시 형태의 각 요소의 대응의 예에 대해서 설명하는데, 본 발명은 하기의 예에 한정되지 않는다.
상기 실시 형태에서는, 기판 처리 장치(100)가 기판 처리 장치의 예이며, 현상액 공급부(20)가 현상 처리부의 예이며, 린스액 공급부(30) 및 처리액 공급부(40)가 반전막 형성부의 예이며, 온도 조절부(C2, C3)가 린스액 온도 조정부의 예이며, 린스액 공급부(30)가 린스액 공급부의 예이며, 처리액 공급부(40)가 처리액 공급부의 예이며, 린스 노즐(31)이 제1 린스 노즐의 예이며, 스핀 척(1)이 회전 유지부의 예이며, 백 린스 노즐(35)이 제2 린스 노즐의 예이며, 온도 조절부(C4)가 처리액 온도 조정부의 예이다.
청구항의 각 구성 요소로서, 청구항에 기재되어 있는 구성 또는 기능을 갖는 다른 다양한 요소를 이용할 수도 있다.
본 발명은, 다양한 기판의 처리에 이용 가능하다.

Claims (8)

  1. 일면에 감광성 재료로 이루어지는 레지스트막이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서,
    현상액을 이용하여 상기 레지스트막의 현상 처리를 행함으로써 기판의 상기 일면에 레지스트 패턴을 형성하는 현상 처리부와,
    상기 현상 처리부에 의한 현상 처리 후에 기판의 온도를 일정 범위 내로 조정하면서 상기 레지스트 패턴을 덮도록 기판의 상기 일면에 상기 레지스트막보다 높은 에칭 내성을 갖는 반전막을 형성하는 반전막 형성부를 구비하는, 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반전막 형성부는,
    린스액의 온도를 상기 일정 범위 내로 조정하는 린스액 온도 조정부와,
    상기 린스액 온도 조정부에 의해 온도가 조정된 린스액을 기판에 공급하는 린스액 공급부와,
    상기 린스액 공급부에 의한 린스액의 공급 후에 기판의 상기 일면에 상기 반전막의 재료로 이루어지는 처리액을 공급하는 처리액 공급부를 포함하는, 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 린스액 공급부는,
    기판의 상기 일면에 린스액을 토출하는 제1 린스 노즐을 포함하는, 기판 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    기판을 유지하여 회전하는 회전 유지부를 더 구비하고,
    상기 처리액 공급부는, 상기 제1 린스 노즐에 의해 공급된 린스액이 기판의 상기 일면에 잔류하고 또한 상기 회전 유지부에 의해 기판이 회전되는 상태에서, 기판의 상기 일면에 상기 처리액을 공급하는, 기판 처리 장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 린스액 공급부는,
    기판의 상기 일면과 반대측의 타면에 린스액을 토출하는 제2 린스 노즐을 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반전막 형성부는,
    상기 처리액의 온도를 상기 일정 범위 내로 조정하는 처리액 온도 조정부를 더 포함하고,
    상기 처리액 공급부는, 상기 처리액 온도 조정부에 의해 온도가 조정된 처리액을 기판의 상기 일면에 공급하는, 기판 처리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 반전막 형성부는,
    상기 반전막의 재료로 이루어지는 처리액의 온도를 상기 일정 범위 내로 조정하는 처리액 온도 조정부와,
    상기 현상 처리부에 의해 공급된 현상액이 기판의 상기 일면 상에 잔류하는 상태에서, 상기 처리액 온도 조정부에 의해 온도가 조정된 처리액을 기판의 상기 일면에 공급하는 처리액 공급부를 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 일면에 감광성 재료로 이루어지는 레지스트막이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    상기 레지스트막의 현상 처리를 행함으로써 기판의 상기 일면에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    현상 처리부에 의한 현상 처리 후에 기판의 온도를 일정 범위 내로 조정하면서 상기 레지스트 패턴을 덮도록 기판의 상기 일면에 상기 레지스트막보다 높은 에칭 내성을 갖는 반전막을 형성하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
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