KR20220088311A - 현상 방법 및 기판 처리 시스템 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

금속 함유 도포막의 현상 처리 시에 발생하는 기판 표면의 잔사물의 양을 저감시킨다.
기판의 현상 처리를 행하는 현상 방법이며, 금속 함유 도포막이 소정의 패턴으로 노광된 상기 기판에 유기 용제를 포함하는 현상액을 공급하는 공정과, 상기 현상액이 공급된 상기 기판에 유기 용제를 포함하는 세정액을 공급하는 공정을 구비하고, 상기 세정액은, 상기 현상액보다 상기 금속 함유 도포막의 용해성이 작다.

Description

현상 방법 및 기판 처리 시스템{DEVELOPMENT METHODS AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEMS}
본 개시는, 현상 방법 및 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 기판의 표면에 금속을 함유하는 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성하고, 당해 레지스트막을 노광하는 공정과, 상기 기판의 표면에 현상액을 공급하여 상기 레지스트막을 현상하는 현상 공정과, 상기 현상 공정 전에 있어서, 상기 레지스트막이 형성되어 있지 않은 기판의 주연부이며, 적어도 주위 단부면 및 이면측 주연부에 상기 현상액에 접하는 것을 방지하는 제1 보호막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도포, 현상 방법을 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제2019-047131호 공보
본 개시에 관한 기술은, 금속 함유 도포막의 현상 처리 시에 발생하는 기판 표면의 잔사물의 양을 저감시킨다.
본 개시의 일 양태는, 기판의 현상 처리를 행하는 현상 방법이며, 금속 함유 도포막이 소정의 패턴으로 노광된 상기 기판에 유기 용제를 포함하는 현상액을 공급하는 공정과, 상기 현상액이 공급된 상기 기판에 유기 용제를 포함하는 세정액을 공급하는 공정을 구비하고, 상기 세정액은, 상기 현상액보다 상기 금속 함유 도포막의 용해성이 작다.
본 개시에 따르면, 금속 함유 도포막의 현상 처리 시에 발생하는 기판 표면의 잔사물의 양을 저감시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 기판 처리 시스템의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 시스템의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 정면도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 시스템의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 배면도이다.
도 4는 실시 형태에 관한 현상액 공급 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다.
도 5는 실시 형태에 관한 세정액 공급 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다.
도 6은 실시 형태에 관한 열처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다.
도 7은 실시 형태에 관한 자외선 조사 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다.
도 8은 실시 형태에 관한 현상 방법에 있어서의 기판 상의 금속 함유 도포막의 상태를 도시하는 설명도이다.
도 9는 노광부와 미노광부의 금속 함유 도포막의 상태를 도시하는 설명도이다.
반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서는, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 기재함)에의 레지스트 도포에 의한 레지스트막의 형성과, 레지스트막의 노광과, 노광 후의 레지스트막 현상에 의한 레지스트 패턴의 형성으로 이루어지는 포토리소그래피 공정이 행해진다. 근년에는, 그 포토리소그래피 공정에 있어서, 보다미세한 레지스트 패턴을 형성하기 위해 금속을 함유하는 레지스트액을 사용하는 것이 검토되고 있다.
그러나 소정의 패턴으로 노광된 금속 함유 레지스트막의 현상 처리에 있어서는, 현상액으로 충분히 용해되지 않은 레지스트 용해물이 웨이퍼 상에 잔사물로서 잔존하기 쉽고, 이러한 잔사물이, 그 후의 에칭 공정에 있어서의 패턴 결함의 원인이 되고 있었다. 특히, 금속 함유 레지스트막은, 미노광부에 있어서도 노광부와의 경계에서 금속 원자와 산소 원자의 중합 반응이 조금씩 진행되기 쉽고, 이 중합 반응부가 현상액에 대해 난용이기 때문에, 웨이퍼 상에 잔사물이 잔존하기 쉽다. 종래의 현상 방법에서는, 그러한 잔사물을 제거하는 것이 곤란했기 때문에, 금속 함유 레지스트액을 사용한 반도체의 양산화가 곤란했다.
그래서 본 개시에 관한 기술은, 금속 함유 도포막의 현상 처리 시에 발생하는 기판 표면의 잔사물의 양을 저감시킨다.
이하, 본 실시 형태에 관한 현상 방법 및 그 현상 방법을 실시하기 위한 기판 처리 시스템에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 번호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 기판 처리 시스템의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 평면도이다. 또한 도 2 및 도 3은, 기판 처리 시스템(1)의 내부 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 정면도와 배면도이다.
기판 처리 시스템(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기판으로서의 복수매의 웨이퍼(W)를 수용한 카세트(C)가 반입출되는 카세트 스테이션(10)과, 웨이퍼(W)에 소정의 처리를 실시하는 복수의 각종 처리 장치를 구비한 처리 스테이션(11)을 갖는다. 그리고 기판 처리 시스템(1)은, 카세트 스테이션(10)과, 처리 스테이션(11)과, 처리 스테이션(11)에 인접하는 노광 장치(12) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 인터페이스 스테이션(13)을 일체로 접속한 구성을 갖고 있다.
카세트 스테이션(10)에는, 카세트 적재대(20)가 마련되어 있다. 카세트 적재대(20)에는, 기판 처리 시스템(1)의 외부에 대해 카세트(C)를 반입출할 때에 카세트(C)를 적재하는 카세트 적재판(21)이 복수 마련되어 있다.
카세트 스테이션(10)에는, 도 1의 X 방향으로 연장되는 반송로(22) 상을 이동 가능한 웨이퍼 반송 장치(23)가 마련되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(23)는, 상하 방향 및 연직축 주위(θ 방향)로도 이동 가능하며, 각 카세트 적재판(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 예를 들어 4개의 블록(G1, G2, G3, G4)이 마련되어 있다. 예를 들어 처리 스테이션(11)의 정면측(도 1의 X 방향 부방향측)에는 제1 블록(G1)이 마련되고, 처리 스테이션(11)의 배면측(도 1의 X 방향 정방향측)에는 제2 블록(G2)이 마련되어 있다. 또한, 처리 스테이션(11)의 카세트 스테이션(10)측(도 1의 Y 방향 부방향측)에는 제3 블록(G3)이 마련되고, 처리 스테이션(11)의 인터페이스 스테이션(13)측(도 1의 Y 방향 정방향측)에는 제4 블록(G4)이 마련되어 있다.
제1 블록(G1)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이 복수의 액 처리 장치, 예를 들어 현상액 공급 장치(30), 레지스트 도포 장치(31), 세정액 공급 장치(32)가 마련되어 있다. 현상액 공급 장치(30)는, 웨이퍼(W)의 현상 처리를 행한다. 레지스트 도포 장치(31)는, 웨이퍼(W)에 금속 함유 처리액으로서 금속(예를 들어 Sn)을 함유하는 레지스트액을 공급하여 금속 함유 도포막으로서 금속 함유 레지스트막을 형성한다. 세정액 공급 장치(32)는, 웨이퍼(W)에 유기 용제를 포함하는 세정액을 공급하여 웨이퍼(W)를 세정한다. 이들 현상액 공급 장치(30), 레지스트 도포 장치(31), 세정액 공급 장치(32)의 수나 배치는 임의로 선택할 수 있다.
이들 현상액 공급 장치(30), 레지스트 도포 장치(31), 세정액 공급 장치(32)에서는, 예를 들어 웨이퍼(W) 상에 소정의 처리액, 도포액을 사용한 스핀 코팅이 행해진다. 스핀 코팅에서는, 예를 들어 노즐로부터 웨이퍼(W) 상에 처리액이나 도포액을 토출함과 함께 웨이퍼(W)를 회전시켜, 처리액이나 도포액을 웨이퍼(W)의 표면에 확산시킨다.
제2 블록(G2)에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 열처리 장치(40), 주변 노광 장치(41), 자외선 조사 장치(42)가 상하 방향과 수평 방향으로 나란히 마련되어 있다. 열처리 장치(40)는, 웨이퍼(W)의 가열이나 냉각과 같은 열처리를 행한다. 주변 노광 장치(41)는 웨이퍼(W)의 외주부를 노광한다. 자외선 조사 장치(42)는 웨이퍼(W)에 자외선을 조사한다. 이들 열처리 장치(40), 주변 노광 장치(41), 자외선 조사 장치(42)의 수나 배치는, 임의로 선택할 수 있다.
예를 들어 제3 블록(G3)에는, 복수의 전달 장치(50, 51, 52, 53, 54, 55, 56)가 아래부터 차례로 마련되어 있다. 또한, 제4 블록(G4)에는, 복수의 전달 장치(60, 61, 62)가 아래부터 차례로 마련되어 있다.
도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이 제1 블록(G1) 내지 제4 블록(G4)에 둘러싸인 영역에는, 웨이퍼 반송 영역(D)이 형성되어 있다. 웨이퍼 반송 영역(D)에는, 웨이퍼 반송 장치(70)가 배치되어 있다.
웨이퍼 반송 장치(70)는 각각, 예를 들어 Y 방향, X 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 암(70a)을 갖고 있다. 웨이퍼 반송 장치(70)는, 상하로 복수대 배치되어 있고, 각 웨이퍼 반송 장치(70)는 웨이퍼 반송 영역(D) 내를 이동하여, 예를 들어 각 블록(G1 내지 G4)의 동일 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 마련되어 있다.
셔틀 반송 장치(80)는, 예를 들어 도 3의 Y 방향으로 직선적으로 이동 가능하게 되어 있다. 셔틀 반송 장치(80)는, 웨이퍼(W)를 지지한 상태에서 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 도시하는 바와 같이 제3 블록(G3)의 X 방향 정방향측의 옆에는, 웨이퍼 반송 장치(90)가 마련되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(90)는, 예를 들어 X 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 암(90a)을 갖고 있다. 웨이퍼 반송 장치(90)는, 웨이퍼(W)를 지지한 상태에서 상하로 이동하여, 제3 블록(G3) 내의 각 전달 장치에 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
인터페이스 스테이션(13)에는, 웨이퍼 반송 장치(100)와 전달 장치(101)가 마련되어 있다. 웨이퍼 반송 장치(100)는, 예를 들어 Y 방향, θ 방향 및 상하 방향으로 이동 가능한 반송 암(100a)을 갖고 있다. 웨이퍼 반송 장치(100)는, 예를 들어 반송 암(100a)에 웨이퍼(W)를 지지하여, 제4 블록(G4) 내의 각 전달 장치, 전달 장치(101) 및 노광 장치(12) 사이에서 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.
이상의 기판 처리 시스템(1)에는 제어부(200)가 마련되어 있다. 제어부(200)는 예를 들어 CPU나 메모리 등을 구비한 컴퓨터에 의해 구성되며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 기판 처리 시스템(1)에 있어서의 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체(H)에 기록되어 있었던 것이며, 당해 기억 매체(H)로부터 제어부(200)에 인스톨된 것이어도 된다. 프로그램의 일부 또는 전부는 전용 하드웨어(회로 기판)로 실현해도 된다. 기억 매체(H)는 일시적 기억 매체인지 비일시적 기억 매체인지는 관계없다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 현상 방법을 실시하기 위한 각종 장치에 대해, 개별 구체적으로 설명한다.
<현상액 공급 장치>
도 4는 본 실시 형태에 관한 현상액 공급 장치(30)의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다. 현상액 공급 장치(30)는 처리 용기(110)를 갖고, 처리 용기(110)의 측면에는 웨이퍼(W)의 반입출구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 처리 용기(110) 내에는, 기판 보유 지지부로서의 스핀 척(111)을 갖고 있다. 스핀 척(111)은 기판으로서의 웨이퍼(W)를 수평으로 보유 지지한다. 스핀 척(111)은 승강 가능한 회전부(112)와 접속되고, 회전부(112)는 모터 등에 의해 구성되는 회전 구동부(113)와 접속되어 있다. 따라서 회전 구동부(113)의 구동에 의해 보유 지지한 웨이퍼(W)는 회전 가능하다.
처리 용기(110)의 천장부에는, 필터 장치(114)가 마련되고, 청정화된 공기의 다운 플로우가 급기부(115)를 통해 처리 용기(110) 내에 형성된다.
스핀 척(111)의 외측에는 컵(116)이 배치되어 있어, 비산하는 현상액, 세정액, 그리고 이들의 미스트가 주위로 비산하는 것이 방지된다. 컵(116)의 저부에는 배액관(117)과 배기관(118)이 마련되어 있다. 배기관(118)은 배기 펌프 등의 배기 장치(119)로 통해 있다.
처리 용기(110) 내에는 웨이퍼(W)의 표면을 향해 현상액을 토출하는, 현상액 공급부로서의 현상액 노즐(120)이 배치되어 있다. 현상액 노즐(120)은, 예를 들어 암 등의 노즐 지지부(121)에 마련되어 있고, 노즐 지지부(121)는 구동 기구(도시하지 않음)에 의해, 도면 중의 파선으로 나타낸 왕복 화살표 A와 같이 승강 가능하고, 또한 파선으로 나타낸 왕복 화살표 B와 같이 수평 이동 가능하다. 현상액 노즐(120)에는, 공급관(122)을 통해 현상액 공급원(123)으로부터 현상액이 공급된다.
또한, 처리 용기(110) 내에는, 웨이퍼(W)의 표면을 향해 세정액을 토출하는, 세정액 공급부로서의 세정액 노즐(130)이 배치되어 있다. 세정액 노즐(130)은, 예를 들어 암 등의 노즐 지지부(131)에 마련되어 있고, 노즐 지지부(131)는 구동 기구(도시하지 않음)에 의해, 도면 중의 파선으로 나타낸 왕복 화살표 C와 같이 승강 가능하고, 또한 파선으로 나타낸 왕복 화살표 D와 같이 수평 이동 가능하다. 세정액 노즐(130)에는, 공급관(132)을 통해 세정액 공급원(133)으로부터 세정액이 공급된다.
본 실시 형태에 있어서의 현상액 공급 장치(30)에 의하면, 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 웨이퍼(W)의 중심에 현상액 또는 세정액을 공급함으로써 웨이퍼(W) 전체에 현상액 또는 세정액을 확산시킬 수 있다. 단, 현상액 또는 세정액의 공급 방법은, 웨이퍼(W)의 표면에 현상액 또는 세정액을 공급하는 것이 가능한 방법이면 특별히 한정되지 않는다는 점에서, 현상액 공급 장치(30)의 구성은 본 실시 형태에서 설명된 구성에 한정되지 않는다. 장치 구성은 예를 들어 패들 현상이나 스프레이 현상 등, 채용하는 현상 방법에 따라 적절하게 변경된다.
<세정액 공급 장치>
도 5는 본 실시 형태에 관한 세정액 공급 장치(32)의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다. 세정액 공급 장치(32)는 하우징(140)을 갖고, 하우징(140)의 측면에는 웨이퍼(W)의 반입출구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 하우징(140) 내에는, 기판 보유 지지부로서의 스핀 척(141)을 갖고 있다. 스핀 척(141)은 기판으로서의 웨이퍼(W)를 수평하게 보유 지지한다. 스핀 척(141)은 승강 가능한 회전부(142)와 접속되고, 회전부(142)는 모터 등에 의해 구성되는 회전 구동부(143)와 접속되어 있다. 따라서 회전 구동부(143)의 구동에 의해 보유 지지한 웨이퍼(W)는 회전 가능하다.
하우징(140)의 천장부에는 필터 장치(144)가 마련되고, 청정화된 공기의 다운 플로우가 급기부(145)를 통해 하우징(140) 내에 형성된다.
스핀 척(141)의 외측에는 컵(146)이 배치되어 있어, 비산하는 세정액, 그리고 이들의 미스트가 주위로 비산하는 것이 방지된다. 컵(146)의 저부에는, 배액관(147)과 배기관(148)이 마련되어 있다. 배기관(148)은 배기 펌프 등의 배기 장치(149)로 통해 있다.
하우징(140) 내에는, 웨이퍼(W)의 표면을 향해 세정액(후술하는 패턴 세정액)을 토출하는, 세정액 공급부로서의 세정액 노즐(150)이 배치되어 있다. 세정액 노즐(150)은, 예를 들어 암 등의 노즐 지지부(151)에 마련되어 있고, 노즐 지지부(151)는 구동 기구(도시하지 않음)에 의해, 도면 중의 파선으로 나타낸 왕복 화살표 E와 같이 승강 가능하고, 또한 파선으로 나타낸 왕복 화살표 F와 같이 수평 이동 가능하다. 세정액 노즐(150)에는, 공급관(152)을 통해 세정액 공급원(153)으로부터 세정액이 공급된다.
본 실시 형태에 있어서의 세정액 공급 장치(32)에 의하면, 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 웨이퍼(W)의 중심에 세정액을 공급함으로써 웨이퍼(W) 전체에 세정액을 확산시킬 수 있다. 단, 세정액의 공급 방법은, 웨이퍼(W)의 표면에 세정액을 공급하는 것이 가능한 방법이면 특별히 한정되지 않는다는 점에서, 세정액 공급 장치(32)의 구성은 본 실시 형태에서 설명된 구성에 한정되지 않는다.
<열처리 장치>
도 6은 본 실시 형태에 관한 열처리 장치(40)의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다. 열처리 장치(40)는 처리 용기(160)를 갖고, 처리 용기(160)의 측면에는 웨이퍼(W)의 반입출구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 처리 용기(160) 내에는, 웨이퍼(W)를 적재하는 기판 보유 지지부로서의 적재대(161)가 마련되어 있다. 적재대(161) 내에는 웨이퍼(W)의 가열부로서의 히터(162)가 마련되어 있다. 적재대(161)에는 관통 구멍(163)이 복수 개소에 형성되어 있다. 이들 관통 구멍(163) 내를 승강하는 승강 핀(164a)이 승강 핀 지지부(164)에 마련되어 있다. 승강 핀 지지부(164)는 승강 기구(165)에 의해 상하로 승강한다.
또한, 열처리 장치(40)는 본 실시 형태에서 설명된 구성에 한정되지 않고, 웨이퍼(W)를 가열하는 것이 가능한 구성을 갖고 있으면 된다.
<자외선 조사 장치>
도 7은 본 실시 형태에 관한 자외선 조사 장치(42)의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다. 자외선 조사 장치(42)는 하우징(170)을 갖고, 하우징(170)의 측면에는 웨이퍼(W)의 반입출구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 하우징(170) 내에는 웨이퍼(W)를 적재하는 기판 보유 지지부로서의 적재대(171)가 마련되어 있다. 적재대(171)에는 관통 구멍(172)이 복수 개소에 형성되어 있다. 이들 관통 구멍(172) 내를 승강하는 승강 핀(173a)이 승강 핀 지지부(173)에 마련되어 있다. 승강 핀 지지부(173)는 승강 기구(174)에 의해 상하로 승강한다.
적재대(171)의 상방에는, 적재대(171)에 적재된 웨이퍼(W)의 표면에 자외선을 조사하는, 자외선 조사부로서의 UV 램프(175)가 배치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서의 UV 램프(175)는, 파장이 190 내지 400㎚인 자외선을 방사상으로 조사한다. 또한, 자외선 조사 장치(42)는 본 실시 형태에서 설명된 구성에 한정되지 않고, 웨이퍼(W)에 대해 파장이 190 내지 400㎚인 자외선을 조사하는 것이 가능한 구성을 갖고 있으면 된다. 예를 들어 자외선 조사 장치(42)로서는 파장이 248㎚인 KrF 노광 장치가 사용된다.
본 실시 형태에 관한 기판 처리 시스템(1)은 이상과 같이 구성되어 있다. 다음으로, 이 기판 처리 시스템(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 현상 방법에 대해 설명한다.
웨이퍼(W)의 현상 처리를 행하는 데 있어서, 먼저 레지스트 도포 장치(31)에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면에 금속 함유 레지스트막(R)이 형성된다(도 8의 (a)).
그 후, 웨이퍼(W)가 주변 노광 장치(41)에 있어서의 주변 노광 처리, 노광 장치(12)에 있어서의 노광 처리, 열처리 장치(40)에 있어서의 PEB 처리를 거쳐, 웨이퍼(W)의 표면에는, 노광되어 있지 않은 레지스트막 R1과, 노광된 레지스트막 R2가 존재하는 상태가 된다(도 8의 (b)). 이때, 노광부인 레지스트막 R2는 전체적으로는 중합 반응이 진행된 상태에 있고, 미노광부인 레지스트막 R1은 전체적으로는 중합 반응이 진행되어 있지 않은 상태에 있다.
또한, 레지스트막(R)의 노광 처리 시에는, 노광기의 특성상, 도 9와 같이 노광 강도가 주기적으로 변화되는 상태에서 노광이 행해진다. 상세하게 설명하면, 미노광부인 레지스트막 R1의 수평 방향에 있어서의 중앙부에서는, 중합 반응이 진행되지 않을 정도로 노광 강도가 작은 한편, 노광부인 레지스트막 R2와의 경계 근방에 있어서는 노광 강도가 중앙부보다 크다. 이 때문에, 노광부인 레지스트막 R2와의 경계 근방에 있어서의 미노광부인 레지스트막 R1에서는, 미노광부이기는 하지만 중합 반응이 진행된 영역 A1이 존재한다.
또한, 노광부인 레지스트막 R2의 수평 방향에 있어서의 중앙부에서는, 중합 반응이 충분히 진행될 정도로 노광 강도가 큰 한편, 미노광부인 레지스트막 R1과의 경계 근방에 있어서는 노광 강도가 중앙부보다 작다. 이 때문에, 미노광부인 레지스트막 R1과의 경계 근방에 있어서의 노광부인 레지스트막 R2에서는, 당해 노광부인 레지스트막 R2의 중앙부보다 중합 반응이 진행되어 있지 않은 영역 A2가 존재한다.
계속해서, 소정의 패턴으로 노광된 웨이퍼(W)는 현상액 공급 장치(30)로 반송되고, 웨이퍼(W)의 표면에 현상액이 공급된다. 여기서 공급되는 현상액에는 유기 용제가 포함되어 있다.
이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 미노광부인 레지스트막 R1이 용해된다(도 8의 (c)). 유기 용제를 포함하는 현상액은, 노광부인 레지스트막 R2가 용해되지 않는 처리액이면, 처리액의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 현상액은 2종류 이상의 유기 용제 혼합액이어도 된다. 예를 들어 2-헵타논이나, PGMEA(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트)와 아세트산의 혼합액 등이 현상액으로서 채용될 수 있다.
현상액에 용해된 레지스트의 대부분은, 현상액의 배액과 함께 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거되지만, 웨이퍼(W)의 표면에는 현상액에 대해 완전하게는 용해되어 있지 않은 레지스트 용해물이 잔사물로서 잔존하는 경우가 있다. 특히, 도 8의 (b)에 도시하는 미노광부인 레지스트막 R1에는 중합 반응이 진행된 영역 A1이 존재하고 있고, 이 영역 A1에서는, 미노광부인 레지스트막 R1에 있어서의 다른 영역과 비교하여 유기 용제에 대해 용해되기 어려운 상태에 있다. 이 때문에, 당해 영역 A1에 있어서는 레지스트막 R1이 완전히 용해되지 않아 웨이퍼(W)의 표면에 레지스트 용해물이 잔존하기 쉽다.
다음으로, 레지스트 용해물이 잔존하는 웨이퍼(W)에 세정액이 공급된다. 여기서 공급되는 세정액에는 현상액과 마찬가지로 유기 용제가 포함되어 있다. 이 때문에, 레지스트 용해물과 세정액이 접촉함으로써 레지스트 용해물이 용해되기 시작한다. 그리고 세정액에 대해 완전히 용해된 레지스트 용해물은, 세정액의 폐액과 함께 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거된다(도 8의 (d)). 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 잔사물로서 잔존하는 레지스트 용해물의 양이 감소한다.
상기와 같은 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하는 공정에 있어서는, 패턴의 용해를 회피하기 위해, 세정액으로서, 현상액보다 금속 함유 레지스트막(R)의 용해성이 작은 처리액이 사용된다. 여기서, 현상액 또는 세정액이 갖는 「금속 함유 레지스트막(R)의 용해성」이란, 현상액 또는 세정액에 대한 금속 함유 레지스트막(R)의 용해의 용이함을 나타내는 지표이다. 예를 들어 2종류의 처리액을 레지스트막(R)에 대해 각각 동량 공급하였을 때, 2종류의 처리액 중, 단위 시간당 레지스트막(R)의 용해량(체적의 감소량)이 작은 처리액이, 상대적으로 금속 함유 레지스트막(R)의 용해성이 작은 처리액이다.
일반적으로, 현상액은 노광부인 레지스트막 R2가 용해되지 않을 정도의 용해성을 갖지만, 이러한 현상액보다 용해성이 큰 세정액을 사용하면, 노광부인 레지스트막 R2가 용해되어 패턴 형상의 붕괴가 우려된다. 또한, 노광부인 레지스트막 R2에 존재하는 영역 A2에서는, 노광부인 레지스트막 R2에 있어서의 다른 영역과 비교하여 중합 반응이 진행되어 있지 않으므로, 영역 A2는 유기 용제에 대해 용해되기 쉬운 상태에 있다. 이 때문에, 레지스트막(R)의 용해성이 세정액과 현상액에서 동일하면, 영역 A2가 약간 용해되어, 패턴 형상의 붕괴를 초래할 것이 우려된다. 따라서, 세정액으로서, 현상액보다 레지스트막(R)의 용해성이 작은 처리액을 사용함으로써, 패턴을 붕괴시키지 않고 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 레지스트 용해물을 용해시킬 수 있다.
유기 용제를 포함하는 세정액은, 현상액보다 레지스트막(R)의 용해성이 작은 처리액이면, 처리액의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 세정액은 2종류 이상의 유기 용제의 혼합액이어도 된다. 예를 들어, 현상액이 2-헵타논인 경우는, MIBC(메틸이소부틸카르비놀)나 PGMEA(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트) 등의 처리액이 세정액으로서 채용될 수 있다. 또한 예를 들어, 현상액이 PGMEA와 아세트산의 혼합액인 경우는, 2-헵타논이나, MIBC, PGMEA, PGME(프로필렌글리콜모노메틸에테르), PGMEA와 PGME의 혼합액, nBA(n-부틸아세테이트), IPA(이소프로필알코올) 등의 처리액이 세정액으로서 채용될 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 현상액 공급 장치(30)에 세정액 노즐(130)이 마련되어 있으므로 현상액의 공급에 이어지는 세정액의 공급이 현상액 공급 장치(30)에서 실시되지만, 예를 들어 웨이퍼(W)를 세정액 공급 장치(32)로 반송하여 세정액의 공급이 실시되어도 된다.
본 실시 형태에 관한 현상 방법에 의하면, 이상의 웨이퍼(W)에 현상액을 공급하는 공정과, 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하는 공정을 행함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 잔사물로서 잔존하는 레지스트 용해물의 양을 저감시켜 웨이퍼(W) 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
금속 함유 레지스트액이나 현상액, 세정액 등의 종류나 처리 조건에 따라서는, 도 8의 (d)에 도시하는 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하는 공정이 완료된 단계에서 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 레지스트 용해물이, 요구되는 품질을 충족시킬 정도로 제거되는 경우도 있다. 그 경우에는, 도 8의 (d)에 도시하는 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하는 공정에서, 레지스트 패턴을 형성하는 일련의 현상 공정은 완료된다.
한편, 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하는 공정 후에, 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 잔사물의 양을 더 저감시키기 위해서는, 필요에 따라서 이하의 공정이 실시된다.
먼저, 세정액으로 세정된 웨이퍼(W)가 자외선 조사 장치(42)로 반송되고, 웨이퍼(W)의 표면에, 파장이 190 내지 400㎚인 자외선이 조사된다. 본 공정에서는, 예를 들어 파장이 248㎚인 KrF 노광이 실시된다. 자외선의 조사 시에는 마스크는 사용되지 않고, 웨이퍼(W) 전체에 균일하게 자외선이 조사된다. 이에 의해, 노광부인 레지스트막 R2 전체의 노광 반응이 더 진행되고, 레지스트막 R2 중에서 상대적으로 노광 반응이 진행되어 있지 않은 영역 A2에 있어서도 다른 영역과 마찬가지로 노광 반응이 진행된다(도 8의 (e)). 또한, 자외선의 파장이 190㎚ 미만인 경우는, 자외선의 조사에 의해 레지스트막 R2의 C-O 결합이 절단되는 반응이 발생하지만, 레지스트막 R2의 노광 반응은 발생하지 않는다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 자외선의 조사가 자외선 조사 장치(42)에서 실시되고 있지만, 예를 들어 노광 장치(12)에서 실시되어도 된다.
다음으로, 자외선이 조사된 웨이퍼(W)가 열처리 장치(40)로 반송되어 가열된다. 이에 의해, 막 전체가 충분히 노광된 레지스트막 R2의 중합 반응이 더 촉진되어, 레지스트막 R2가 경화됨으로써 강고한 레지스트막 R3으로 변질된다(도 8의 (f)). 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 자외선 조사 후의 웨이퍼(W)의 가열이 열처리 장치(40)에서 실시되고 있지만, 예를 들어 자외선 조사 장치(42)가 웨이퍼(W)의 가열 기구를 갖고 있는 경우는, 자외선 조사 장치에서 웨이퍼(W)가 가열되어도 된다. 또한, 동일한 모듈에서 자외선의 조사와 웨이퍼(W)의 가열이 가능한 경우는, 웨이퍼(W)의 가열은 자외선의 조사 중에 실시되어도 되고, 자외선의 조사 후에 실시되어도 된다.
다음으로, 가열된 웨이퍼(W)가 세정액 공급 장치(32)로 반송되어 웨이퍼(W)의 표면에 세정액이 공급된다. 또한, 여기서 공급되는 「세정액」은, 도 8의 (d)에 도시하는 공정에서 공급되는 세정액과 편의상 구별하기 위해, 이후의 설명에서는 「패턴 세정액」이라고 기재한다. 패턴 세정액에는 유기 용제가 포함되어 있어, 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 레지스트 용해물과 패턴 세정액이 접촉함으로써 레지스트 용해물이 용해된다(도 8의 (g)).
그리고 자외선 조사와 가열 처리를 거쳐 경화된 레지스트막 R3은 유기 용제에 대해 용해되기 어렵다는 점에서, 패턴 세정액으로서, 자외선의 조사 전에 사용된 세정액보다 레지스트막(R)의 용해성이 큰 처리액을 사용하는 것도 가능하다. 이 때문에, 도 8의 (d)에 도시하는 웨이퍼(W)의 세정 공정에서는 완전히 제거되지 않은 레지스트 용해물을 용해시킬 수 있다. 패턴 세정액에 용해된 레지스트 용해물은, 패턴 세정액의 배액과 함께 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 잔사물로서 잔존하는 레지스트 용해물의 양을 더 저감시킬 수 있다.
유기 용제를 포함하는 패턴 세정액은, 경화된 레지스트막 R3이 용해되지 않는 처리액이면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 패턴 세정액은 2종류 이상의 유기 용제의 혼합액이어도 된다. 예를 들어 TMAH(수산화테트라메틸암모늄)를 포함하는 처리액 등의 알칼리성의 처리액이 패턴 세정액으로서 채용될 수 있다. 일례로서, 질량 퍼센트 농도가 2.38％인 TMAH 수용액이 패턴 세정액으로서 채용될 수 있다. 또한, 예를 들어 아세트산, 포름산, 시트르산 등의 유기산을 포함하는 처리액이 패턴 세정액으로서 채용될 수 있다. 또한, 경화된 레지스트막 R3은, 자외선 조사 전의 레지스트막 R2보다 유기 용제에 대해 용해되기 어려우므로, 패턴 세정액으로서, 현상액보다 레지스트막(R)의 용해성이 큰 처리액을 선택하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 패턴 세정액의 공급이 세정액 공급 장치(32)에서 실시되고 있지만, 현상액 공급 장치(30)가 패턴 세정액의 공급 기능을 갖고 있는 경우는, 웨이퍼(W)에의 패턴 세정액의 공급이 현상액 공급 장치(30)에서 실시되어도 된다.
패턴 세정액에 의한 세정이 종료된 웨이퍼(W)에 대해서는, 순수에 의한 세정과 건조가 실시되어 일련의 현상 공정이 완료된다.
이상과 같이, 현상액 공급 후의 웨이퍼(W)에 대해, 파장이 190 내지 400㎚인 자외선을 조사하고, 이어서 웨이퍼(W)를 가열하고, 그 후에 웨이퍼(W)에 패턴 세정액을 공급함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 잔사물로서 잔존하는 레지스트 용해물의 양을 더 저감시킬 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
또한, 본 개시에 관한 기판의 현상 방법은, 반도체 웨이퍼 이외의 처리 대상 기판, 예를 들어 FPD(플랫 패널 디스플레이) 기판의 현상 방법에도 적용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판의 현상 처리를 행하는 현상 방법이며,
    금속 함유 도포막이 소정의 패턴으로 노광된 상기 기판에 유기 용제를 포함하는 현상액을 공급하는 공정과,
    상기 현상액이 공급된 상기 기판에 유기 용제를 포함하는 세정액을 공급하는 공정을 구비하고,
    상기 세정액은, 상기 현상액보다 상기 금속 함유 도포막의 용해성이 작은, 현상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 현상액과 상기 세정액 중 적어도 어느 한쪽은, 2종류 이상의 유기 용제의 혼합액인, 현상 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 현상액은, 2-헵타논인, 현상 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 세정액은, 메틸이소부틸카르비놀 또는 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트인, 현상 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 현상액은, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트와 아세트산의 혼합액인, 현상 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 세정액은, 2-헵타논, 메틸이소부틸카르비놀, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트와 프로필렌글리콜모노메틸에테르의 혼합액, n-부틸아세테이트, 이소프로필알코올의 군에서 선택되는 어느 처리액인, 현상 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정액이 공급된 상기 기판에 파장이 190 내지 400㎚인 자외선을 조사하는 공정과,
    상기 자외선의 조사 중 또는 조사 후에 상기 기판을 가열하는 공정과,
    가열된 상기 기판에 유기 용제를 포함하는 패턴 세정액을 공급하는 공정을 더 구비한, 현상 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패턴 세정액은, 알칼리성의 처리액 또는 유기산을 포함하는 처리액인, 현상 방법.
  9. 기판의 현상 처리를 행하는 기판 처리 시스템이며,
    상기 기판에 유기 용제를 포함하는 현상액을 공급하는 현상액 공급부와,
    상기 기판에 유기 용제를 포함하는 세정액을 공급하는 세정액 공급부와,
    상기 현상액 공급부 및 상기 세정액 공급부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 금속 함유 도포막이 소정의 패턴으로 노광된 상기 기판에 상기 현상액을 공급하는 공정과, 상기 현상액이 공급된 상기 기판에 상기 세정액을 공급하는 공정을 행하도록 구성되고,
    상기 세정액은, 상기 현상액보다 상기 금속 함유 도포막의 용해성이 작은, 기판 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 현상액과 상기 세정액 중 적어도 어느 한쪽은, 2종류 이상의 유기 용제의 혼합액인, 기판 처리 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 현상액은, 2-헵타논인, 기판 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 세정액은, 메틸이소부틸카르비놀 또는 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트인, 기판 처리 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 현상액은, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트와 아세트산의 혼합액인, 기판 처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 세정액은, 2-헵타논, 메틸이소부틸카르비놀, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트와 프로필렌글리콜모노메틸에테르의 혼합액, n-부틸아세테이트, 이소프로필알코올의 군에서 선택되는 어느 처리액인, 기판 처리 시스템.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 파장이 190 내지 400㎚인 자외선을 조사하는 자외선 조사부와,
    상기 기판을 가열하는 가열부와,
    가열된 상기 기판에 패턴 세정액을 공급하는 패턴 세정액 공급부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 세정액이 공급된 상기 기판에 파장이 190 내지 400㎚인 자외선을 조사하는 공정과, 상기 자외선의 조사 중 또는 조사 후에 상기 기판을 가열하는 공정과, 가열된 상기 기판에 유기 용제를 포함하는 패턴 세정액을 공급하는 공정을 행하도록 구성되어 있는, 기판 처리 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 패턴 세정액은, 알칼리성의 처리액 또는 유기산을 포함하는 처리액인, 기판 처리 시스템.
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