KR20230050384A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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마코토 무라마츠
겐이치 우에다
아르나우드 아라인 진 다운도퍼
도모야 오니츠카
게이스케 요시다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

요철 패턴의 패턴 도괴 억제에 유효한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 예시적 실시 형태에 관한 기판 처리 방법은, 표면에 요철 패턴이 형성되어 있는 기판의 오목부 내의 액체를, 고체 상태의 보강재로 치환하는 것(S04, S05)과, 보강재를 고체 상태로 유지하면서, 보강재에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키는 저분자화 처리를 기판에 대하여 실시하는 것(S06)을 포함한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 표면에 요철 패턴이 형성된 기판 상의 액체를 제거해서 기판을 건조시키는 기판 건조 방법(기판 처리 방법)이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2012-243869호 공보
본 개시는, 요철 패턴의 패턴 도괴 억제에 유효한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 측면에 관한 기판 처리 방법은, 표면에 요철 패턴이 형성되어 있는 기판의 오목부 내의 액체를, 고체 상태의 보강재로 치환하는 것과, 보강재를 고체 상태로 유지하면서, 보강재에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키는 저분자화 처리를 기판에 대하여 실시하는 것을 포함한다.
본 개시에 의하면, 요철 패턴의 패턴 도괴 억제에 유효한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1은 기판 처리 시스템의 개략 구성을 예시하는 모식도이다.
도 2는 도포 현상 장치의 내부 구성을 예시하는 모식도이다.
도 3은 현상 유닛의 구성을 예시하는 모식도이다.
도 4는 조사 유닛의 구성을 예시하는 모식도이다.
도 5는 플라스마 처리 장치의 구성을 예시하는 모식도이다.
도 6은 제어 장치의 기능 구성을 예시하는 블록도이다.
도 7은 제어 장치의 하드웨어 구성을 예시하는 블록도이다.
도 8은 현상 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9의 (a) 내지 도 9의 (d)는, 현상 처리 수순의 일례에서의 오목부 내의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 보강재에 포함되는 폴리머의 화학식의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11의 (a)는, 노광 처리의 일례에서의 노광의 모습을 설명하기 위한 모식도이다. 도 11의 (b)는, 변형예에 관한 현상 처리 수순의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는, 현상 처리 수순의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 13은 현상 처리 수순의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 변형예에 관한 현상 처리 수순의 다른 예를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 설명한다. 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 갖는 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
[기판 처리 시스템]
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 기판 처리 시스템(1)(기판 처리 장치)의 개략 구성을 설명한다. 기판 처리 시스템(1)은, 기판에 대하여, 감광성 피막의 형성, 당해 감광성 피막의 노광, 및 당해 감광성 피막의 현상을 실시하는 시스템이다. 처리 대상의 기판은, 예를 들어 반도체의 웨이퍼(W)이다. 감광성 피막은, 예를 들어 레지스트막이다. 기판 처리 시스템(1)은, 도포·현상 장치(2)와, 노광 장치(3)와, 플라스마 처리 장치(10)와, 제어 장치(100)를 구비한다. 노광 장치(3)는, 웨이퍼(W)(기판) 상에 형성된 레지스트막(감광성 피막)을 노광하는 장치이다. 구체적으로는, 노광 장치(3)는, 액침 노광 등의 방법에 의해 레지스트막의 노광 대상 부분에 노광용 에너지선을 조사한다. 도포·현상 장치(2)는, 노광 장치(3)에 의한 노광 처리 전에, 웨이퍼(W)(기판)의 표면에 레지스트(약액)를 도포해서 레지스트막을 형성하는 처리를 행한다. 또한, 도포·현상 장치(2)는, 노광 처리 후에 레지스트막의 현상 처리를 행한다. 플라스마 처리 장치(10)는, 레지스트막의 현상 처리 후에, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)(도 3 참조)에 플라스마를 사용한 에칭 처리를 실시한다. 예를 들어, 플라스마 처리 장치(10)는, 레지스트막의 현상 처리가 행해짐으로써 형성된 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 웨이퍼(W)의 에칭 처리를 행한다.
(도포·현상 장치)
도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 도포·현상 장치(2)(기판 처리 장치)는, 캐리어 블록(4)과, 처리 블록(5)과, 인터페이스 블록(6)을 구비한다.
캐리어 블록(4)은, 도포·현상 장치(2) 내에의 웨이퍼(W)의 도입 및 도포·현상 장치(2) 내로부터의 웨이퍼(W)의 도출을 행한다. 예를 들어 캐리어 블록(4)은, 웨이퍼(W)용의 복수의 캐리어(C)를 지지 가능하고, 전달 암을 포함하는 반송 장치(A1)를 내장하고 있다. 캐리어(C)는, 예를 들어 원형의 복수매의 웨이퍼(W)를 수용한다. 반송 장치(A1)는, 캐리어(C)로부터 웨이퍼(W)를 취출해서 처리 블록(5)에 전달하고, 처리 블록(5)으로부터 웨이퍼(W)를 수취해서 캐리어(C) 내로 되돌린다. 처리 블록(5)은, 복수의 처리 모듈(11, 12, 13, 14)을 갖는다.
처리 모듈(11)은, 도포 유닛(U1)과, 열처리 유닛(U2)과, 이들 유닛에 웨이퍼(W)를 반송하는 반송 장치(A3)를 내장하고 있다. 처리 모듈(11)은, 도포 유닛(U1) 및 열처리 유닛(U2)에 의해 웨이퍼(W)의 표면 상에 하층막을 형성한다. 도포 유닛(U1)은, 하층막 형성용 처리액을 웨이퍼(W) 상에 도포한다. 열처리 유닛(U2)은, 하층막의 형성에 수반하는 각종 열처리를 행한다.
처리 모듈(12)은, 도포 유닛(U1)과, 열처리 유닛(U2)과, 이들 유닛에 웨이퍼(W)를 반송하는 반송 장치(A3)를 내장하고 있다. 처리 모듈(12)은, 도포 유닛(U1) 및 열처리 유닛(U2)에 의해 하층막 상에 레지스트막을 형성한다. 도포 유닛(U1)은, 레지스트막 형성용 처리액으로서, 레지스트를 하층막 상에 도포한다. 열처리 유닛(U2)은, 레지스트막의 형성에 수반하는 각종 열처리를 행한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 레지스트막이 형성된다.
처리 모듈(13)은, 도포 유닛(U1)과, 열처리 유닛(U2)과, 이들 유닛에 웨이퍼(W)를 반송하는 반송 장치(A3)를 내장하고 있다. 처리 모듈(13)은, 도포 유닛(U1) 및 열처리 유닛(U2)에 의해 레지스트막 상에 상층막을 형성한다. 도포 유닛(U1)은, 상층막 형성용 처리액을 레지스트막 상에 도포한다. 열처리 유닛(U2)은, 상층막의 형성에 수반하는 각종 열처리를 행한다.
처리 모듈(14)은, 현상 유닛(U3)과, 열처리 유닛(U4)과, 조사 유닛(U5)과, 이들 유닛에 웨이퍼(W)를 반송하는 반송 장치(A3)를 내장하고 있다. 처리 모듈(14)은, 현상 유닛(U3), 열처리 유닛(U4) 및 조사 유닛(U5)에 의해, 노광 후의 레지스트막의 현상 처리를 포함하는 일련의 처리를 행한다. 현상 유닛(U3)은, 노광 완료된 웨이퍼(W)의 표면 상에 현상액을 도포함(공급함)으로써, 레지스트막을 부분적으로 제거한다(현상 처리를 행한다). 환언하면, 현상 유닛(U3)은, 웨이퍼(W)의 표면에 요철 패턴인 레지스트 패턴을 형성한다. 현상 유닛(U3)은, 현상액을 씻어 내기 위해서 웨이퍼(W)의 표면에 린스액을 공급한다. 또한, 현상 유닛(U3)은, 레지스트 패턴의 오목부 내의 린스액을 처리액으로 치환한 후에, 당해 오목부 내에 보강재를 형성한다(도 9의 (b) 참조). 열처리 유닛(U4)은, 현상 처리에 수반하는 각종 열처리를 행한다. 현상 처리에 수반하는 열처리의 구체예로서는, 현상 처리 전의 가열 처리(PEB: Post Exposure Bake), 현상 처리 후의 가열 처리(PB: Post Bake) 등을 들 수 있다. 조사 유닛(U5)은, 웨이퍼(W)의 표면에 에너지선을 조사하는 기능을 갖고 있으며, 린스액을 제거하기 위한 처리의 일부를 행한다.
처리 블록(5) 내에서의 캐리어 블록(4)측에는 선반 유닛(U10)이 마련되어 있다. 선반 유닛(U10)은, 상하 방향으로 배열되는 복수의 셀로 구획되어 있다. 선반 유닛(U10)의 근방에는 승강 암을 포함하는 반송 장치(A7)가 마련되어 있다. 반송 장치(A7)는, 선반 유닛(U10)의 셀끼리의 사이에서 웨이퍼(W)를 승강시킨다.
처리 블록(5) 내에서의 인터페이스 블록(6)측에는 선반 유닛(U11)이 마련되어 있다. 선반 유닛(U11)은, 상하 방향으로 배열되는 복수의 셀로 구획되어 있다.
인터페이스 블록(6)은, 노광 장치(3)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행한다. 예를 들어 인터페이스 블록(6)은, 전달 암을 포함하는 반송 장치(A8)를 내장하고 있으며, 노광 장치(3)에 접속된다. 반송 장치(A8)는, 선반 유닛(U11)에 배치된 웨이퍼(W)를 노광 장치(3)에 전달한다. 반송 장치(A8)는, 노광 장치(3)로부터 웨이퍼(W)를 수취해서 선반 유닛(U11)으로 되돌린다.
(현상 유닛)
계속해서, 도 3을 참조하여, 현상 유닛(U3)의 일례에 대해서 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 현상 유닛(U3)은, 회전 보유 지지부(20)와, 액 공급부(30a, 30b, 30c)(3개의 액 공급부)를 구비한다.
회전 보유 지지부(20)는, 회전 구동부(21)와, 샤프트(22)와, 보유 지지부(23)를 갖는다. 회전 구동부(21)는, 제어 장치(100)로부터의 동작 신호에 기초해서 동작하여, 샤프트(22)를 회전시킨다. 회전 구동부(21)는, 예를 들어 전동 모터 등의 동력원을 내장하고 있다. 보유 지지부(23)는, 샤프트(22)의 선단부에 마련되어 있다. 보유 지지부(23) 상에는 웨이퍼(W)가 배치된다. 보유 지지부(23)는, 예를 들어 흡착 등에 의해 웨이퍼(W)를 대략 수평하게 보유 지지한다. 이 경우, 회전 보유 지지부(20)는, 웨이퍼(W)의 자세가 대략 수평한 상태에서, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 대하여 수직인 중심축(회전축) 주위로 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 도 3의 예에서는, 회전 보유 지지부(20)는, 상방에서 보아 반시계 방향으로 웨이퍼(W)를 소정의 회전수로 회전시킨다.
액 공급부(30a)는, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 현상액(L1)을 공급한다. 현상액(L1)은, 레지스트막(R)에 현상 처리를 실시해서 레지스트 패턴을 형성하기 위한 약액이다. 예를 들어, 레지스트막(R)에 현상액(L1)이 공급됨으로써, 레지스트막(R) 중 노광용 에너지선이 조사된 부분(노광 처리에서 노광된 영역)이 반응해서 당해 부분이 제거된다. 즉, 네가티브형의 레지스트 패턴(레지스트 재료)이 사용되어도 된다. 노광된 영역을 제거하는 현상액(L1)으로서, 예를 들어 유기 용제를 들 수 있다. 또한, 레지스트막(R)에 현상액(L1)이 공급됨으로써, 레지스트막(R) 중 노광용 에너지선이 조사되지 않은 부분(노광 처리에서 노광되지 않은 영역)이 반응해서 당해 부분이 제거되어도 된다. 즉, 포지티브형의 레지스트 패턴(레지스트 재료)이 사용되어도 된다. 노광되지 않은 영역을 제거하는 현상액(L1)으로서, 예를 들어 알칼리 용액을 들 수 있다.
액 공급부(30b)는, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)(레지스트 패턴이 형성된 레지스트막(R))에 린스액(L2)을 공급한다. 린스액(L2)은, 현상액(L1)을 씻어 내는 것이 가능한 약액(액체)이면 된다. 예를 들어 린스액(L2)은, 물(순수)이어도 된다. 액 공급부(30a) 및 액 공급부(30b)는, 레지스트막(R)의 현상 처리를 행하는 현상 처리부를 구성한다.
액 공급부(30c)(치환 처리부)는, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 처리액(L3)을 공급한다. 처리액(L3)은, 레지스트 패턴의 오목부 내에 보강재를 형성하기 위한 약액이다. 처리액(L3)은, 액체 상태로 웨이퍼(W)에 공급할 수 있고, 소정의 처리(예를 들어 웨이퍼(W)의 회전)에 의해 건조시켜서 고화하는 약액이어도 된다. 예를 들어 처리액(L3)은, 폴리머를 용매에 녹인 약액이어도 된다. 폴리머는, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산, 폴리비닐알코올, 자외선 경화 수지(UV 경화 수지) 및 폴리메타크릴산메틸(polymethylmethacrylate: PMMA) 중 적어도 하나를 함유하고 있어도 된다. 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산, 또는 폴리비닐알코올이 사용되는 경우, 용매로서 물이 사용되어도 된다. 폴리메타크릴산메틸이 사용되는 경우, 용매로서 아세톤, 이소프로필알코올(IPA), 메틸알코올, 에틸알코올, 크실렌, 아세트산, 메틸이소부틸케톤(methyl isobutyl ketone: MIBK), 메틸이소부틸카르비놀(methyl isobutyl carbinol: MIBC), 아세트산부틸, 또는 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(Propylene glycol methyl ether acetate: PGMEA)가 사용되어도 된다.
액 공급부(30a, 30b, 30c) 각각은, 액원(31)과, 밸브(33)와, 노즐(34)과, 배관(35)을 구비한다. 액 공급부(30a, 30b, 30c)의 액원(31)은, 밸브(33) 및 배관(35)을 통해서 노즐(34)에 약액을 각각 공급한다. 액 공급부(30a, 30b, 30c)의 노즐(34)은, 토출구가 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 향하도록 웨이퍼(W)의 상방에 각각 배치되어 있다. 노즐(34)은, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 향해서 액원(31)으로부터 공급되는 약액을 토출한다. 배관(35)은, 액원(31)과 노즐(34)의 사이를 접속하고 있다. 밸브(33)는, 배관(35) 내의 유로를 개방 상태와 폐쇄 상태로 전환한다. 또한, 현상 유닛(U3)은, 노즐(34)을 수평 방향으로 왕복 이동시키는 구동 기구(도시하지 않음)를 구비하고 있어도 된다.
상세 구성의 도면은 생략하고 있지만, 열처리 유닛(U4)은, 웨이퍼(W)에 대한 열처리가 가능한 구성을 갖고 있다. 예를 들어, 열처리 유닛(U4)은, 열처리를 행하는 처리 공간을 형성하는 개폐 가능한 챔버와, 챔버 내에 수용되어, 웨이퍼(W)를 지지하면서 가열하는 열판을 구비한다. 상기 챔버는, 제어 장치(100)의 지시에 따라서 개폐한다. 상기 열판은, 예를 들어 히터를 내장하고 있어, 제어 장치(100)에 의해 열판의 온도가 제어된다.
(조사 유닛)
계속해서, 도 4를 참조하여, 조사 유닛(U5)의 일례에 대해서 설명한다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 조사 유닛(U5)은 조사부(42)(저분자화 처리부)를 구비한다.
조사부(42)는, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)(보강재)에 에너지선을 조사한다. 에너지선으로서는, 예를 들어 전자선 등의 입자선, 또는 전자파가 사용되어도 된다. 조사부(42)는, 그 조사에 의해 보강재에 함유하고 있는 분자간의 결합수를 감소시키는 것이 가능하면, 어떠한 에너지선을 조사해도 된다. 예를 들어, 조사부(42)는, 보강재에 포함되는 폴리머의 중합도를 감소시키는 것이 가능한 에너지선을 조사해도 된다. 에너지선의 구체예로서는, 파장이 100nm 내지 400nm인 자외선을 들 수 있다. 에너지선의 파장은, 170nm 내지 180nm이어도 된다. 또한, 에너지선의 파장은 상기 값에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 보강재의 종별 등에 따라서 사용하는 에너지선의 파장이 선택되어도 된다.
조사 유닛(U5)은, 수평하게 지지한 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 대하여, 조사부(42)에 의해 상방으로부터 자외선을 출사한다. 예를 들어, 조사부(42)는, 자외선을 출사하는 광원을 갖고 있다. 광원의 구체예로서는, 파장 172nm의 자외선을 출사하는 불화크립톤 엑시머 광원, 파장 193nm의 자외선을 출사하는 불화아르곤 엑시머 광원 및 파장 222nm의 자외선을 출사하는 크립톤 클로라이드 엑시머 광원 등을 들 수 있다. 조사부(42)는, 광원으로부터 출사된 에너지선을 웨이퍼(W)를 향해서 하방으로 출사하도록 구성되어 있다.
(플라스마 처리 장치)
계속해서, 도 5를 참조하여, 플라스마 처리 장치(10)의 일례에 대해서 설명한다. 플라스마 처리 장치(10)는, 레지스트 패턴을 마스크로 해서 웨이퍼(W)에 대하여 플라스마 처리를 실시한다. 환언하면, 플라스마 처리 장치(10)는, 플라스마를 사용한 에칭 처리를 웨이퍼(W)에 대하여 실시함으로써, 웨이퍼(W)의 일부를 에칭한다. 또한, 플라스마 처리 장치(10)는, 레지스트 패턴의 오목부에 형성된 보강재에 대하여 플라스마를 사용한 에칭 처리를 실시해도 된다. 또한, 본 명세서에서의 「플라스마 처리를 실시한다」 또는 「플라스마를 사용한 에칭 처리를 실시한다」란, 플라스마 상태로 된 가스에, 적어도 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 소정 시간 노출시키는 것을 말한다.
플라스마 처리 장치(10)는, 반송 기구(19)를 통해서 도포·현상 장치(2)에 접속되어 있다(도 2 참조). 반송 기구(19)는, 도포·현상 장치(2)와 플라스마 처리 장치(10)의 사이에서 웨이퍼(W)를 반송한다. 플라스마 처리 장치(10)는, 예를 들어 평행 평판형 장치이다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 플라스마 처리 장치(10)는, 처리부(60)와, 전원부(80)와, 배기부(90)를 구비한다. 처리부(60)는, 처리 용기(68)와, 정전 척(61)과, 서셉터(63)와, 지지대(64)와, 상부 전극(73)을 구비한다.
처리 용기(68)는, 도전성을 갖고 있으며, 대략 원통상으로 형성되어 있다. 처리 용기(68)에는, 접지선(69)이 전기적으로 접속되어 있고, 처리 용기(68)는 접지되어 있다. 정전 척(61) 및 서셉터(63)는, 처리 용기(68) 내에 마련되어, 처리 대상의 웨이퍼(W)를 지지한다. 정전 척(61)은, 대략 원판상의 부재이며, 예를 들어 한 쌍의 세라믹의 사이에 정전 척용 전극을 끼워서 형성되어 있다. 서셉터(63)는, 하부 전극으로서 기능하고, 정전 척(61)의 하면에 마련되어 있다. 서셉터(63)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속에 의해 대략 원판상으로 형성되어 있다. 처리 용기(68)의 저부에는 지지대(64)가 마련되고, 서셉터(63)는, 이 지지대(64)의 상면에 지지되어 있다. 정전 척(61)의 내부에는 전극(도시하지 않음)이 마련되어 있어, 당해 전극에 직류 전압을 인가함으로써 생기는 정전기력으로 웨이퍼(W)가 정전 척(61)에 흡착 보유 지지된다. 지지대(64)의 내부에는, 냉매가 흐르는 냉매 유로(도시하지 않음)가 마련되어 있으며, 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전 척(61)에 의해 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 온도가 제어된다.
전원부(80)는, 고주파 전원(81, 83)과, 정합기(82, 84)를 구비한다. 서셉터(63)에는, 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전원(81)이, 정합기(82)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(81)은, 예를 들어 27MHz 내지 100MHz의 주파수의 고주파 전력을 출력하도록 구성되어 있다. 또한, 고주파 전원(81)의 내부 임피던스와 부하 임피던스는, 정합기(82)에 의해 매칭된다.
웨이퍼(W)에 바이어스를 인가함으로써 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위해서, 서셉터(63)에는, 고주파 전원(83)이 정합기(84)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(83)은, 예를 들어 400kHz 내지 13.56MHz의 주파수의 고주파 전력을 출력하도록 구성되어 있다. 정합기(84)는, 정합기(82)와 마찬가지로, 고주파 전원(83)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 매칭시키는 것이다. 고주파 전원(81, 83) 및 정합기(82, 84)의 동작은, 제어 장치(100)에 의해 제어된다.
처리 용기(68)의 상부에는, 상부 전극(73)이 배치되어 있다. 상부 전극(73)은, 서셉터(63)와 대향하도록 마련되어 있다. 상부 전극(73)은, 처리 용기(68)의 상부에 지지되어 있고, 처리 용기(68)를 통해서 접지되어 있다. 상부 전극(73) 내부의 중앙부에는, 대략 원판상으로 형성된 가스 확산실(76)이 형성되어 있다. 상부 전극(73)의 하부에는, 처리 용기(68)의 내부에 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 토출 구멍(77)이, 상부 전극(73)의 하부를 관통하도록 형성되어 있다.
가스 확산실(76)에는, 가스 공급관(78)이 접속되어 있다. 가스 공급관(78)에는, 도 5에 도시하는 바와 같이 가스 공급원(79)이 접속되어 있고, 가스 공급원(79)은, 가스 공급관(78)을 통해서 가스 확산실(76)에 처리 가스를 공급한다. 가스 확산실(76)에 공급된 처리 가스는, 가스 토출 구멍(77)을 통해서 처리 용기(68) 내에 도입된다. 가스 공급원(79)으로부터 공급되는 처리 가스는, 불활성 가스를 포함하고 있어도 된다. 불활성 가스로서, 희가스(예를 들어 아르곤 가스) 또는 질소 가스가 사용되어도 된다.
처리 용기(68)의 하방에는, 배기부(90)가 배치되어 있다. 배기부(90)는, 배기구(91)와, 배기실(92)과, 배기관(93)과, 배기 장치(94)를 구비한다. 처리 용기(68)의 저면에는 배기구(91)가 마련되어 있다. 배기구(91)의 하방에는, 배기실(92)이 형성되어 있고, 당해 배기실(92)에는 배기관(93)을 통해서 배기 장치(94)가 접속되어 있다. 배기 장치(94)(예를 들어 배기 펌프)를 구동함으로써, 배기구(91)를 통해서 처리 용기(68) 내를 배기하여, 처리 용기(68) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있다.
(제어 장치)
계속해서, 제어 장치(100)의 구체적인 구성을 예시한다. 제어 장치(100)는, 기판 처리 시스템(1)을 부분적 또는 전체적으로 제어한다. 제어 장치(100)는, 표면(Wa)에 요철 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼(W)의 오목부(202) 내의 액체를, 고체 상태의 보강재(220a)로 치환하는 것과, 보강재(220a)를 고체 상태로 유지하면서, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키는 저분자화 처리를 웨이퍼(W)에 대하여 실시하는 것을 실행하도록 구성되어 있다. 또한, 본 명세서에서의 「고체 상태」란, 처리액(L3) 등의 약액에 포함되는 용매가 휘발한 후에 약액 내의 주성분이 유동하지 않게 되는 정도로 고화한 상태를 말한다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 제어 장치(100)는, 기능상의 구성(이하, 「기능 모듈」이라고 함)으로서, 열처리 제어부(101)와, 현상 제어부(102)와, 저분자화 제어부(103)와, 에칭 제어부(104)를 구비한다. 열처리 제어부(101)는, 열처리 유닛(U4)을 제어한다. 현상 제어부(102)는, 현상 유닛(U3) 내의 액 공급부(30a, 30b, 30c) 각각의 밸브(33) 및 회전 구동부(21)를 제어한다. 저분자화 제어부(103)는, 조사 유닛(U5) 내의 조사부(42)를 제어한다. 에칭 제어부(104)는, 플라스마 처리 장치(10) 내의 배기 장치(94) 및 고주파 전원(81, 83)을 제어한다. 열처리 제어부(101), 현상 제어부(102), 저분자화 제어부(103) 및 에칭 제어부(104)가 실행하는 처리는, 제어 장치(100)가 실행하는 처리에 상당한다. 각 기능 모듈이 실행하는 처리 내용의 상세에 대해서는 후술한다.
제어 장치(100)는, 1개 또는 복수의 제어용 컴퓨터에 의해 구성된다. 예를 들어 제어 장치(100)는, 도 7에 도시되는 회로(120)를 갖는다. 회로(120)는, 1개 또는 복수의 프로세서(121)와, 메모리(122)와, 스토리지(123)와, 입출력 포트(124)를 갖는다. 스토리지(123)는, 예를 들어 하드 디스크 등, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체를 갖는다. 기억 매체는, 후술하는 기판 처리 수순을 제어 장치(100)에 실행시키기 위한 프로그램을 기억하고 있다. 기억 매체는, 불휘발성 반도체 메모리, 자기 디스크 및 광 디스크 등의 취출 가능한 매체이어도 된다. 메모리(122)는, 스토리지(123)의 기억 매체로부터 로드한 프로그램 및 프로세서(121)에 의한 연산 결과를 일시적으로 기억한다. 프로세서(121)는, 메모리(122)와 협동해서 상기 프로그램을 실행함으로써, 상술한 각 기능 모듈을 구성한다. 입출력 포트(124)는, 프로세서(121)로부터의 지령에 따라서, 제어 대상의 부재와의 사이에서 전기 신호의 입출력을 행한다.
제어 장치(100)가 복수의 제어용 컴퓨터로 구성되는 경우, 열처리 제어부(101), 현상 제어부(102), 저분자화 제어부(103) 및 에칭 제어부(104)가 각각, 개별의 제어용 컴퓨터에 의해 실현되어 있어도 된다. 혹은, 이들 각 기능 모듈이 각각, 2개 이상의 제어용 컴퓨터의 조합에 의해 실현되어 있어도 된다. 이들의 경우, 복수의 제어용 컴퓨터는, 서로 통신 가능하게 접속된 상태에서, 후술하는 기판 처리 수순을 연계해서 실행해도 된다. 또한, 제어 장치(100)의 하드웨어 구성은, 반드시 프로그램에 의해 각 기능 모듈을 구성하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 제어 장치(100)의 각 기능 모듈은, 전용의 논리 회로 또는 이것을 집적한 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)에 의해 구성되어 있어도 된다.
[기판 처리 수순]
계속해서, 기판 처리 방법의 일례로서, 기판 처리 시스템(1)에서 실행되는 기판 처리 수순을 설명한다. 제어 장치(100)는, 예를 들어 이하의 수순으로 도포·현상 처리를 포함하는 기판 처리를 실행하도록 기판 처리 시스템(1)을 제어한다. 먼저 제어 장치(100)는, 캐리어(C) 내의 웨이퍼(W)를 선반 유닛(U10)에 반송하도록 반송 장치(A1)를 제어하고, 이 웨이퍼(W)를 처리 모듈(11)용 셀에 배치하도록 반송 장치(A7)를 제어한다.
이어서 제어 장치(100)는, 선반 유닛(U10)의 웨이퍼(W)를 처리 모듈(11) 내의 도포 유닛(U1) 및 열처리 유닛(U2)에 반송하도록 반송 장치(A3)를 제어한다. 또한, 제어 장치(100)는, 이 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 상에 하층막을 형성하도록 도포 유닛(U1) 및 열처리 유닛(U2)을 제어한다. 그 후 제어 장치(100)는, 하층막이 형성된 웨이퍼(W)를 선반 유닛(U10)으로 되돌리도록 반송 장치(A3)를 제어하고, 이 웨이퍼(W)를 처리 모듈(12)용 셀에 배치하도록 반송 장치(A7)를 제어한다.
이어서 제어 장치(100)는, 선반 유닛(U10)의 웨이퍼(W)를 처리 모듈(12) 내의 도포 유닛(U1) 및 열처리 유닛(U2)에 반송하도록 반송 장치(A3)를 제어한다. 또한, 제어 장치(100)는, 이 웨이퍼(W)의 하층막 상에 레지스트막(R)을 형성하도록 도포 유닛(U1) 및 열처리 유닛(U2)을 제어한다. 그 후 제어 장치(100)는, 웨이퍼(W)를 선반 유닛(U10)으로 되돌리도록 반송 장치(A3)를 제어하고, 이 웨이퍼(W)를 처리 모듈(13)용 셀에 배치하도록 반송 장치(A7)를 제어한다.
이어서 제어 장치(100)는, 선반 유닛(U10)의 웨이퍼(W)를 처리 모듈(13) 내의 각 유닛에 반송하도록 반송 장치(A3)를 제어한다. 또한, 제어 장치(100)는, 이 웨이퍼(W)의 레지스트막(R) 상에 상층막을 형성하도록 도포 유닛(U1) 및 열처리 유닛(U2)을 제어한다. 그 후 제어 장치(100)는, 웨이퍼(W)를 선반 유닛(U11)에 반송하도록 반송 장치(A3)를 제어한다.
이어서 제어 장치(100)는, 선반 유닛(U11)에 수용된 웨이퍼(W)를 노광 장치(3)에 송출하도록 반송 장치(A8)를 제어한다. 그리고, 노광 장치(3)에 있어서, 웨이퍼(W)에 형성된 레지스트막(R)에 노광 처리가 실시된다. 그 후 제어 장치(100)는, 노광 처리가 실시된 웨이퍼(W)를 노광 장치(3)로부터 받아들여서, 당해 웨이퍼(W)를 선반 유닛(U11)에서의 처리 모듈(14)용 셀에 배치하도록 반송 장치(A8)를 제어한다.
이어서 제어 장치(100)는, 선반 유닛(U11)의 웨이퍼(W)를 처리 모듈(14)의 열처리 유닛(U4)에 반송하도록 반송 장치(A3)를 제어한다. 그리고, 제어 장치(100)는, 현상 처리에 수반하는 열처리 및 현상 처리를 포함하는 일련의 처리 수순(이하, 「현상 처리 수순」이라고 함)을 실행하도록 제어를 행한다. 이 현상 처리 수순의 상세는 후술한다. 현상 처리 수순이 실행됨으로써, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 레지스트 패턴이 형성된다. 그 후, 제어 장치(100)는, 레지스트 패턴을 마스크로 해서 웨이퍼(W)에 대하여 플라스마를 사용한 에칭 처리를 실시하도록 플라스마 처리 장치(10)를 제어한다. 이상으로 도포·현상 처리를 포함하는 기판 처리가 완료된다.
(현상 처리 수순)
계속해서, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 현상 처리 수순의 일례에 대해서 설명한다. 도 8은, 현상 처리 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다. 먼저, 제어 장치(100)는, 스텝 S01을 실행한다. 스텝 S01에서는, 열처리 제어부(101)가, 노광 처리가 실시된 웨이퍼(W)에, 소정의 온도에서 소정 시간의 열처리를 실시하도록 열처리 유닛(U4)을 제어한다. 그리고, 제어 장치(100)는, 현상 전의 열처리가 실시된 웨이퍼(W)를 현상 유닛(U3)에 반송하도록 반송 장치(A3)를 제어한다.
이어서, 제어 장치(100)는, 스텝 S02를 실행한다. 스텝 S02에서는, 현상 제어부(102)가, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 형성되어 있는 레지스트막(R)에 현상액(L1)을 공급하도록 현상 유닛(U3)을 제어한다. 예를 들어, 현상 제어부(102)는, 소정 회전수로 웨이퍼(W)가 회전하도록 회전 구동부(21)를 제어하면서, 액 공급부(30a)의 밸브(33)를 개방 상태로 함으로써 노즐(34)로부터 현상액(L1)을 토출시킨다. 이에 의해, 레지스트막(R)의 현상 처리가 행해지고, 복수의 볼록부(201)와 복수의 오목부(202)를 갖는 레지스트 패턴(200)이 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 형성된다(도 9의 (a) 참조). 또한, 레지스트막(R) 중 제거되지 않은 부분(예를 들어 노광 처리 시에 감광되지 않은 부분)이 볼록부(201)가 되고, 레지스트막(R) 중 제거된 부분(서로 인접하는 볼록부(201)끼리의 사이의 공간)이 오목부(202)가 된다.
이어서, 제어 장치(100)는, 스텝 S03을 실행한다. 스텝 S03에서는, 현상 제어부(102)가, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 린스액(L2)을 공급하도록 현상 유닛(U3)을 제어한다. 예를 들어, 현상 제어부(102)는, 소정 회전수로 웨이퍼(W)가 회전하도록 회전 구동부(21)를 제어하면서, 액 공급부(30b)의 밸브(33)를 개방 상태로 함으로써 노즐(34)로부터 린스액(L2)을 토출시킨다. 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 현상 제어부(102)는, 토출된 린스액(L2)의 일부(린스액(210))가 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 상에 남을 정도로 웨이퍼(W)의 회전을 회전 구동부(21)에 계속시키거나, 웨이퍼(W)의 회전을 정지시킨다. 이때, 도 9의 (a)의 예와 같이, 각 오목부(202) 내가 린스액(210)으로 모두 채워져 있어도 된다. 즉, 린스액(210)의 높이(린스액(210)의 상면과 표면(Wa)의 사이의 최단 거리)가, 볼록부(201)의 높이 이상이어도 된다. 또한, 린스액(210)의 높이는 도 9의 (a)의 예에 한정되는 것이 아니라, 오목부(202) 내의 적어도 일부가 린스액(210)으로 채워져 있으면 된다.
이어서, 제어 장치(100)는, 스텝 S04를 실행한다. 스텝 S04에서는, 현상 제어부(102)가, 표면(Wa) 상에 린스액(210)이 남는 웨이퍼(W)에 처리액(L3)을 공급하도록 현상 유닛(U3)을 제어한다. 구체적으로는, 현상 제어부(102)는, 복수의 오목부(202) 내 각각에 린스액(210)이 남아있는 상태(예를 들어 대략 모든 오목부(202) 내에 린스액(210)이 남아있는 상태)에서, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 대한 처리액(L3)의 공급을 현상 유닛(U3)에 개시시킨다. 예를 들어, 현상 제어부(102)는, 소정 회전수로 웨이퍼(W)가 회전하도록 회전 구동부(21)를 제어하면서, 액 공급부(30c)의 밸브(33)를 개방 상태로 함으로써 노즐(34)로부터의 처리액(L3)의 토출을 현상 유닛(U3)에 개시시킨다. 그 후, 현상 제어부(102)는, 웨이퍼(W)의 회전 및 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 대한 처리액(L3)의 공급을 소정 시간만큼 현상 유닛(U3)에 계속시킨다. 이에 의해, 표면(Wa) 상의 린스액(210)이 웨이퍼(W) 밖으로 밀려나가, 린스액(210)이 처리액(L3)으로 치환된다. 예를 들어 치환 후에는, 오목부(202) 내가 액체(처리액(L3)의 일부)로 모두 채워져 있어도 된다. 또한, 오목부(202) 내의 적어도 일부가 처리액(L3)으로 채워져 있으면 된다.
이어서, 제어 장치(100)는, 스텝 S05를 실행한다. 스텝 S05에서는, 현상 제어부(102)가, 오목부(202) 내를 매립하고 있는 처리액(L3)을 건조시키도록 현상 유닛(U3)을 제어한다. 예를 들어, 현상 제어부(102)는, 액체 상태인 처리액(L3)이 고체 상태로 될 때까지, 회전 구동부(21)를 제어해서 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 이에 의해, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 오목부(202) 내에 고체 상태의 보강재(220a)가 형성된다. 예를 들어 처리액(L3)이 폴리머를 포함하고 있을 경우, 웨이퍼(W)를 회전 건조시킴으로써, 처리액(L3)에 포함되는 용매가 휘발하고, 용매 중에 분산되어 있던 다수의 폴리머가 서로 얽힌다. 이에 의해, 오목부(202) 내에 고체 상태의 보강재(220a)가 형성된다. 이상과 같이, 현상 유닛(U3)의 액 공급부(30c)와 회전 보유 지지부(20)는 치환 처리부를 구성한다.
스텝 S04, S05가 실행됨으로써, 오목부(202) 내의 린스액(210)이, 고체 상태인 보강재(220a)로 치환된다. 이때, 도 9의 (b)의 예와 같이, 오목부(202) 내의 거의 모든 공간을 매립하도록, 오목부(202) 내에 보강재(220a)가 형성되어도 된다. 일례로서, 보강재(220a)의 높이가 볼록부(201)의 높이와 대략 동등해지는 정도로, 오목부(202) 내에 보강재(220a)가 형성되어도 된다. 또한, 보강재(220a)의 높이는 도 9의 (b)의 예에 한정되는 것이 아니라, 오목부(202) 내의 적어도 일부가 보강재(220a)로 채워져 있으면 된다. 또한, 보강재(220a)는, 볼록부(201)의 높이(오목부(202)의 깊이)를 초과하는 높이로 형성되어 있어도 된다. 스텝 S05의 실행 후, 제어 장치(100)는, 오목부(202) 내에 보강재(220a)가 형성되어 있는 웨이퍼(W)를 조사 유닛(U5)에 반송하도록 반송 장치(A3)를 제어한다.
이어서, 제어 장치(100)는, 스텝 S06을 실행한다. 스텝 S06에서는, 저분자화 제어부(103)가, 보강재(220a)에 에너지선을 조사하도록 조사 유닛(U5)을 제어한다. 예를 들어, 저분자화 제어부(103)는, 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 전체에 에너지선을 조사하도록 조사부(42)를 제어한다. 에너지선의 종류는, 처리액(L3)의 종류(보강재(220a)에 포함되는 폴리머의 종류)에 따라 정해져도 된다. 보강재(220a)에 에너지선이 조사됨으로써, 보강재(220a)가 고체 상태로 유지된 채(보강재(220a)가 액체 상태로 되지 않고), 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수가 감소한다. 예를 들어 보강재(220a)가 폴리머를 포함하는 경우, 폴리머의 중합도가 감소한다. 일례로서는, 보강재(220a)에 포함되는 각 폴리머가, 당해 폴리머의 중합도(예를 들어, 수천 내지 수만)보다도 적은 중합도(예를 들어 수십 내지 수백)를 갖는 복수의 폴리머로 분해되어도 된다. 또한, 보강재(220a)에 포함되는 각 폴리머가, 구성 단위가 1개인 복수의 모노머, 구성 단위가 2개인 복수의 다이머, 또는 구성 단위가 3개인 복수의 트리머로 분해되어도 된다.
이와 같이, 저분자화 제어부(103)는, 보강재(220a)에 에너지선을 조사시킴으로써, 보강재(220a)를 고체 상태로 유지하면서, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수(예를 들어 폴리머의 중합도)를 감소시키는 저분자화 처리를 웨이퍼(W)에 실시한다. 이에 의해, 도 9의 (c)에 도시하는 바와 같이, 저분자화 처리가 실시된 보강재(220a)(이하, 「보강재(220b)」라고 함)가 오목부(202)에 형성된다. 저분자화 제어부(103)는, 저분자화 처리를 실시할 때는, 레지스트 패턴(200)(볼록부(201))보다도 보강재(220b)가 승화하기 쉬운 레벨(승화하기 쉬워지는 레벨)까지, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시켜도 된다.
여기서, 본 명세서에서의 「승화」란, 보강재(220b)가 고체 상태에서 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 천이하는 것을 말한다. 이 「승화」에는, 고체 상태에서 기체 상태로의 상태 변화(고상에서 기상으로의 변화)에 더하여, 보강재(220b)가 화학 변화를 수반해서 고체 상태에서 기체 상태로 천이하는 것도 포함한다. 예를 들어, 화학 변화를 수반해서 고체 상태에서 기체 상태로 천이하는 것에는, 보강재(220b)에 대하여 플라스마를 사용한 에칭 처리를 실시함으로써, 보강재(220b)가 에칭되는 것을 포함한다. 여기에서의 「승화 용이성」은, 보강재(220b)를 승화시키기 위한 환경 하에서의 승화 용이성(예를 들어 단위 시간당 승화하는 양)을 의미한다. 예를 들어, 레지스트 패턴(200)보다도 보강재(220b)가 승화하기 쉬운 상태란, 보강재(220b)를 에칭하기 위한 플라스마 처리의 조건 하에서, 레지스트 패턴(200)에 비하여 보강재(220b)가 더 에칭되는 상태이다.
도 10에는, 폴리메타크릴산메틸을 함유하는 폴리머가 처리액(L3)에 포함되는 경우의 폴리머 내의 결합수(중합도)의 변화의 모습이 예시되어 있다. 보강재(220a)에 포함되는 각 폴리머의 중합도가 「L+M+N+…」(L, M, N은 양의 정수)으로 나타내져 있다. 조사 유닛(U5)에서 보강재(220a)에 에너지선이 조사됨으로써, 모노머간을 결합하는 주쇄인 「C-CH2」 결합의 몇 개가 끊어진다. 그 결과, 보강재(220b)에서는, 모노머의 구성 단위가 「L」인 화합물(예를 들어 중합도가 「L」인 폴리머), 모노머의 구성 단위가 「M」인 화합물, 및 모노머의 구성 단위가 「N」인 화합물 등이 형성된다. 예를 들어, 에너지선의 조사에 의해 중합도가 감소한 복수의 폴리머가 형성되는 경우, 중합도가 감소함으로써, 물질이 안정된 상태로부터, 보다 승화되기 쉬운 성질로 변화한다.
스텝 S06의 실행 후, 제어 장치(100)는, 보강재(220b)가 형성된 웨이퍼(W)를 열처리 유닛(U4)에 반송하도록 반송 장치(A3)를 제어한다. 그리고, 제어 장치(100)는, 스텝 S07을 실행한다. 스텝 S07에서는, 열처리 제어부(101)가, 현상액(L1)의 공급에 의한 현상 처리가 실시된 웨이퍼(W)에, 소정의 온도에서 소정 시간의 열처리를 실시하도록 열처리 유닛(U4)을 제어한다. 그리고, 제어 장치(100)는, 현상 후의 열처리가 실시된 웨이퍼(W)를 선반 유닛(U10)으로 되돌리도록 반송 장치(A3)를 제어하고, 이 웨이퍼(W)를 캐리어(C) 내로 되돌리도록 반송 장치(A7) 및 반송 장치(A1)를 제어한다. 그 후, 제어 장치(100)는, 캐리어(C) 내의 웨이퍼(W)를 플라스마 처리 장치(10)에 반송하도록 반송 기구(19)를 제어한다.
이어서, 제어 장치(100)는, 스텝 S08을 실행한다. 스텝 S08에서는, 에칭 제어부(104)가, 보강재(220b)에 플라스마를 사용한 에칭 처리를 실시하도록 플라스마 처리 장치(10)를 제어한다. 스텝 S08에서는, 먼저, 레지스트 패턴(200)이 형성되어 있는 표면(Wa)이 상방을 향하도록, 플라스마 처리 장치(10)의 정전 척(61)에 웨이퍼(W)가 적재된다. 그리고, 에칭 제어부(104)는, 가스 공급원(79)으로부터 처리 용기(68) 내에 플라스마 생성용 처리 가스가 공급되도록, 플라스마 처리 장치(10)를 제어한다. 처리 가스는, 예를 들어 처리액(L3)에 포함되는 폴리머의 종류에 따라 정해져도 된다. 그 후, 에칭 제어부(104)는, 고주파 전원(81)과 고주파 전원(83)에 의해, 하부 전극인 서셉터(63)에 고주파 전력이 연속적으로 인가되도록, 전원부(80)를 제어한다. 이에 의해, 상부 전극(73)과 정전 척(61)의 사이에서 고주파 전계가 형성된다.
고주파 전계가 형성됨으로써, 처리 용기(68) 내에 처리 가스의 플라스마가 발생하여, 당해 플라스마에 의해 보강재(220b)에 대하여 에칭 처리가 실시된다. 이때, 보강재(220a)에 대하여 저분자화 처리가 실시되어 보강재(220b)가 형성되어 있으므로, 레지스트 패턴(200)보다도 보강재(220b)가 승화하기 쉬운 상태로 되어 있다. 이 때문에, 레지스트 패턴(200)(볼록부(201))은 에칭되지 않고, 보강재(220b)가 에칭된다. 이에 의해, 도 9의 (d)에 도시하는 바와 같이, 오목부(202) 내의 보강재(220b)가 승화해서 제거된다. 이와 같이, 플라스마 처리 장치(10)는, 저분자화 처리가 실시된 보강재(보강재(220b))를 승화시켜서 제거하는 제거부를 구성한다. 이상에 의해, 일련의 현상 처리 수순이 종료된다.
스텝 S04 내지 스텝 S08의 처리를 행함으로써, 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 상으로부터 린스액(210)이 제거된다. 이 현상 처리 수순에서는, 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 상에 토출된 린스액(210)이 보강재(220a)(보강재(220b))로 한번 치환되고, 보강재(220b)가 에칭에 의해 제거됨(승화됨)으로써, 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 상으로부터 린스액(210)이 제거된다. 오목부(202) 내의 상태를 보면, 액체(린스액(210))가 들어간 상태에서 고체(보강재(220a, 220b))가 들어간 상태로 천이한 후에, 고체가 들어간 상태에서 기체(대기 등)가 들어간 상태로 천이하고 있다.
[실시 형태의 효과]
이상 설명한 본 실시 형태에 관한 기판 처리 방법은, 표면(Wa)에 요철 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼(W)의 오목부(202) 내의 액체를, 고체 상태의 보강재(220a)로 치환하는 것과, 보강재(220a)를 고체 상태로 유지하면서, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키는 저분자화 처리를 웨이퍼(W)에 대하여 실시하는 것을 포함한다.
기판 처리 시스템(1)은, 표면(Wa)에 요철 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼(W)의 오목부(202) 내의 액체를, 고체 상태의 보강재(220a)로 치환하는 치환 처리부와, 보강재(220a)를 고체 상태로 유지하면서, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키는 저분자화 처리를 웨이퍼(W)에 대하여 실시하는 저분자화 처리부를 구비한다.
이 기판 처리 방법 및 기판 처리 시스템(1)에서는, 요철 패턴의 오목부(202) 내의 액체가 고체 상태의 보강재(220a)로 치환되고, 그 보강재(220a)에 저분자화 처리가 실시된다. 보강재(220a)를 저분자화함으로써, 요철 패턴을 남긴 채, 보강재(220a)(보강재(220b))를 제거할 수 있는 웨이퍼(W)가 형성된다. 보강재(220b)를 제거함으로써 오목부(202) 내로부터 물질이 제거되므로, 린스액(210) 등의 액체가 오목부(202)로부터 제거된다.
린스액(210) 등의 액체를 오목부 내로부터 제거(건조)할 때, 웨이퍼(W)를 소정의 회전수로 회전시켜서 원심력에 의해 액체를 원심 탈수하여 제거하는 것이 행해지고 있다. 이 경우, 오목부(202) 내는, 액체(린스액)가 들어간 상태에서 기체(대기)가 들어간 상태로 천이한다. 이 천이하는 과정에서, 복수의 오목부(202) 중 일부의 오목부에 액체가 남음으로써 표면 장력에 의해 패턴(볼록부(201))이 무너져버릴 우려가 있다. 본 실시 형태의 기판 처리 방법 및 기판 처리 시스템(1)에서는, 액체가 들어간 상태에서 기체가 들어간 상태로의 천이가 오목부(202) 내에서 행해지지 않으므로, 요철 패턴의 일부의 오목부에 액체가 남는 것에 기인하는 패턴 도괴가 발생하기 어렵다. 즉, 이 기판 처리 방법 및 기판 처리 시스템(1)은, 패턴 도괴의 억제에 유효하다.
이상의 실시 형태에서는, 저분자화 처리를 실시할 때는, 요철 패턴보다도 보강재(220b)가 승화하기 쉬운 레벨까지, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키고 있다. 이 경우, 요철 패턴을 남긴 채, 보강재(220b)를 보다 확실하게 제거할 수 있는 웨이퍼(W)가 형성된다.
이상의 실시 형태에 관한 기판 처리 방법은, 저분자화 처리가 실시된 보강재(보강재(220b))를 승화시켜서 제거하는 것을 더 포함한다. 보강재(220b)는, 저분자화 처리가 실시되어 있으므로, 요철 패턴보다도 승화되기 쉽다. 이 때문에, 요철 패턴을 남기고, 보강재(220b)를 승화시켜서 제거할 수 있다. 이 방법에서는, 오목부(202) 내의 액체를 제거할(건조시킬) 때, 오목부(202) 내의 물질이 액체, 고체 및 기체의 순으로 천이하므로, 오목부(202) 내에 액체가 들어간 상태에서 기체가 들어간 상태로 천이하는 것에 기인하는 패턴 도괴를 억제하는 것이 가능하게 된다.
이상의 실시 형태에서는, 보강재(220b)를 승화시켜서 제거하는 것은, 보강재(220b)에 대하여 플라스마를 사용한 에칭 처리를 실시하는 것을 포함한다. 이 경우, 보강재(220b)는 저분자화 처리가 실시되어 있으므로, 요철 패턴을 남긴 채, 플라스마를 사용한 에칭 처리에 의해 고체 상태의 보강재(220b)를 승화시킬 수 있다. 보강재(220b)에 대한 플라스마를 사용한 에칭 처리는, 플라스마 처리 장치(10)에 의해 행해진다. 이 때문에, 레지스트 패턴(200)을 마스크로 한 웨이퍼(W)에 대한 에칭 처리뿐만 아니라, 보강재(220b)에 대한 에칭 처리에도 플라스마 처리 장치(10)를 활용할 수 있으므로, 기판 처리 시스템(1)의 구성의 간소화가 도모된다.
이상의 실시 형태에서는, 보강재(220a)로 치환하는 것은, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 처리액(L3)을 공급함으로써, 오목부(202) 내의 액체를 당해 처리액(L3)으로 치환하는 것과, 처리액(L3)을 건조시켜서 오목부(202) 내에 보강재(220a)를 형성하는 것을 포함한다. 이 경우, 오목부(202) 내의 상태를 액체가 들어간 상태에서 고체가 들어간 상태로 천이시키는 것이 용이하다.
이상의 실시 형태에서는, 요철 패턴은, 복수의 오목부(202)를 포함한다. 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 처리액(L3)을 공급하는 것은, 복수의 오목부(202) 내 각각에 액체가 남아있는 상태에서, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 대한 처리액(L3)의 공급을 개시하는 것을 포함한다. 이 경우, 복수의 오목부(202)의 일부에 액체가 남을 가능성이 저감되어, 오목부(202) 내의 액체(예를 들어, 린스액(210))에서 처리액(L3)으로의 치환에 기인한 패턴 도괴가 억제된다.
이상의 실시 형태에서는, 보강재(220a)(처리액(L3))는, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산, 폴리비닐알코올, 자외선 경화 수지 및 폴리메타크릴산메틸 중 적어도 1개를 함유하는 폴리머를 포함한다. 이 경우, 보강재(220b)에 포함되는 폴리머의 중합도가, 보강재(220a)에 포함되는 폴리머의 중합도보다도 감소한다. 중합도가 감소함으로써 물질은 반응하기 쉬운 상태가 되므로, 요철 패턴이 반응하지 않는 조건에서, 보강재(220a)를 반응(승화)시켜서 제거하는 것이 가능하게 된다.
중합도가 작아 반응하기 쉬운 폴리머를 포함하는 처리액을 공급하는 것도 생각할 수 있지만, 이러한 처리액은 불안정한 상태이며, 공급 전 및 공급 후를 포함해서 당해 처리액의 취급이 곤란하다. 상기 실시 형태에서는, 중합도가 큰 폴리머(예를 들어 중합도가 수천 내지 수만)에서 중합도가 작은 폴리머(예를 들어 중합도가 수십 내지 수백)로 분해함으로써, 공급 시의 처리액의 취급이 용이하게 된다. 또한, 처리액을 건조시킬 때, 중합도가 큰 폴리머끼리 얽혀서 고체 상태의 보강재(220a)가 형성되므로, 오목부(202) 내의 물질을 액체에서 고체로 천이시키는 것이 용이하다. 또한, 처리액에 함유되는 물질의 종류에 따라서는, 볼록부(201)의 표면에 박막이 형성되어, 레지스트 패턴(200)의 거칠기를 저감할 수 있을 가능성도 있다.
이상, 일 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시는 반드시 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
(변형예 1)
저분자화 처리에 있어서, 에너지선에 더하여 열 에너지가 웨이퍼(W)에 부여되어도 된다. 제어 장치(100)는, 스텝 S06의 처리에 있어서, 에너지선의 조사에 더하여, 보강재(220a)에 열 에너지를 부여함으로써, 보강재(220a)에 저분자화 처리를 실시해도 된다. 예를 들어, 저분자화 제어부(103)는, 조사 유닛(U5)에서, 웨이퍼(W)를 후술하는 열판(43) 상에 적재시켜서 당해 웨이퍼(W)를 가열함으로써, 보강재(220a)에 열 에너지를 부여해도 된다. 이 경우, 조사 유닛(U5)은 가열부(41)(저분자화 처리부)를 더 구비하고 있어도 된다(도 4 참조).
가열부(41)는, 레지스트 패턴(200)의 오목부(202) 내에 형성된 보강재(220a)를 가열한다. 보강재(220a)의 가열에 수반하여, 레지스트 패턴(200)(볼록부(201))도 가열된다. 예를 들어 가열부(41)는, 열판(43)과, 승강 기구(44)를 갖는다. 열판(43)은 수평하게 배치된 웨이퍼(W)를 지지하고, 그 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 판상의 가열 요소이다. 예를 들어 열판(43)은, 열원으로서 복수의 히터를 내장하고 있다. 히터의 구체예로서는, 전열선식 히터 등을 들 수 있다.
승강 기구(44)는, 열판(43) 상에서 웨이퍼(W)를 승강시킨다. 예를 들어 승강 기구(44)는, 복수(예를 들어 3개)의 승강 핀(45)과 승강 구동부(46)를 갖는다. 복수의 승강 핀(45)은, 열판(43)을 관통하도록 상방으로 돌출되어 있다. 승강 구동부(46)는 복수의 승강 핀(45)을 승강시켜, 그 선단부를 열판(43)의 상부에 출몰시킨다. 이에 의해, 열판(43) 상에서 웨이퍼(W)를 승강시키는 것이 가능하게 되어 있다.
저분자화 제어부(103)는, 승강 구동부(46)에 의해 승강 핀(45)을 하강시킨 상태에서, 열판(43)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하도록 가열부(41)를 제어해도 된다. 또한, 저분자화 제어부(103)는, 승강 구동부(46)를 구동함으로써 웨이퍼(W)를 상승시킨 상태(조사부(42)에 접근시킨 상태)에서, 표면(Wa)에 에너지선을 조사하도록 조사부(42)를 제어해도 된다. 또한, 가열부(41) 및 조사부(42)는, 반드시 하나의 유닛으로서 구성되어 있지 않아도 되며, 서로 독립된 유닛으로서 구성되어 있어도 된다.
(변형예 2)
저분자화 처리에 있어서, 에너지선 대신에, 열 에너지가 웨이퍼(W)에 부여되어도 된다. 제어 장치(100)(저분자화 제어부(103))는, 웨이퍼(W)에 대하여 에너지선의 조사 대신에, 열 에너지의 부여를 행함으로써, 보강재(220a)에 대하여 저분자화 처리를 실시해도 된다. 이 경우, 조사 유닛(U5)에서 조사부(42)가 생략되어도 된다. 혹은, 제어 장치(100)는, 상기 조사 유닛(U5) 대신에 열처리 유닛(U4)에서 보강재(220a)에 열 에너지를 부여함으로써, 저분자화 처리를 행해도 된다. 또한, 제어 장치(100)는, 현상 후의 열처리와 저분자화 처리를 병행해서 행하도록 열처리 유닛(U4)을 제어해도 된다.
폴리메타크릴산메틸을 함유하는 폴리머를 포함하는 보강재(220a)에 열 에너지가 부여되면, 에너지선을 조사한 경우와 마찬가지로, 「C-CH2」 결합의 일부가 끊어짐으로써, 분자간의 결합수가 감소한다(도 10 참조). 이와 같이, 열 에너지의 부여에 의해 분자간의 결합수가 감소한 복수의 화합물이 형성됨으로써, 물질이 안정된 상태에서, 보다 승화되기 쉬운 성질로 변화한다.
이상의 변형예 1, 변형예 2 및 상기 실시 형태에서는, 요철 패턴은, 노광 처리가 행해진 레지스트막(R)에 현상 처리가 실시됨으로써 형성된 레지스트 패턴(200)이다. 저분자화 처리는, 레지스트 패턴(200) 및 보강재(220a)에 대하여 열 에너지 및 에너지선의 적어도 한쪽을 부여하는 것을 포함한다. 이 경우, 현상을 행하기 위한 현상액(L1)을 린스액(L2)으로 씻어 낼 때, 당해 린스액(L2)의 제거에 기인한 패턴 도괴가 억제된다.
(변형예 3)
보강재를 승화시키기 위해서, 플라스마를 사용한 에칭 처리 대신에 또는 그에 더하여, 감압된 공간에 웨이퍼(W)가 놓여도 된다. 제어 장치(100)는, 스텝 S08의 처리에서, 플라스마를 사용한 에칭 처리 대신에, 보강재(220b)가 형성되어 있는 웨이퍼(W)를 플라스마 처리 장치(10)의 처리 용기(68) 내에 둠으로써, 당해 보강재(220b)를 승화(증발)시켜도 된다. 즉, 제어 장치(100)는, 웨이퍼(W)를 감압된 공간에 둠으로써 보강재(220b)를 승화시키는 처리를 행해도 된다. 혹은, 제어 장치(100)는, 플라스마 처리 장치(10)의 감압된 공간(처리 용기(68) 내)에 웨이퍼(W)를 둠으로써 보강재(220b)의 일부를 승화시키는 것에 더하여, 플라스마를 사용한 에칭 처리에 의해, 보강재(220b)의 나머지 부분을 승화시켜도 된다. 이러한 경우에도, 레지스트 패턴(200)을 마스크로 한 웨이퍼(W)의 에칭 처리뿐만 아니라, 보강재(220b)에 대한 에칭 처리에도 플라스마 처리 장치(10)를 활용할 수 있으므로, 기판 처리 시스템(1)의 구성의 간소화가 도모된다.
기판 처리 시스템(1)은, 플라스마 처리 장치(10) 대신에, 감압된 공간(실질적으로 진공 상태인 공간)을 형성하는 것이 가능한 감압 유닛(제거부)을 구비하고 있어도 되고, 당해 감압 유닛에서 보강재(220b)의 제거가 행해져도 된다. 당해 감압 유닛이, 도포·현상 장치(2) 내에 마련되어도 된다. 이 경우, 도포·현상 장치(2)에서 상술한 현상 처리 수순이 모두 행해져도 된다. 감압 공간에서 보강재(220b)를 승화시킬 경우, 제어 장치(100)는, 저분자화 처리 후에 웨이퍼(W)를 감압 공간에 두었을 때, 레지스트 패턴(200)에 비해서 보강재(220b)가 더 승화하는 상태로 되도록, 스텝 S06의 저분자화 처리에서 분자간의 결합수(예를 들어 폴리머 중합도)를 감소시켜도 된다.
변형예 3에 관한 기판 처리 방법에서는, 보강재(220b)를 승화시켜서 제거하는 것은, 웨이퍼(W)를 감압된 공간에 둠으로써 보강재(220b)를 승화시키는 것을 포함한다. 보강재(220b)는 저분자화 처리가 실시되어 있으므로, 웨이퍼(W)를 감압된 공간에 둠으로써, 요철 패턴을 남긴 채, 고체 상태의 보강재(220b)를 액체 상태를 거치지 않고 증발시킬 수 있다.
(변형예 4)
저분자화 처리에서의 에너지선의 조사 또는 가열에 따라서 가교를 촉진하는 가교제를 포함하는 레지스트막(R)이 사용되어도 된다. 이 경우, 스텝 S06에서, 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 전체면에 에너지선이 조사되면, 또는 웨이퍼(W) 전체가 가열되면, 보강재(220a)에 저분자화 처리가 실시됨과 함께, 레지스트막(R)으로부터 형성되는 볼록부(201) 내에서 가교 반응이 촉진되어, 당해 볼록부(201)가 경화한다.
이 변형예 4에 관한 기판 처리 방법에서는, 레지스트 패턴(200)은, 저분자화 처리에서의 열 에너지 및 에너지선의 적어도 한쪽의 부여에 따라서 가교를 촉진하는 가교제를 포함한다. 이 경우, 저분자화 처리를 실시하기 위한 에너지선 또는 열 에너지의 부여에 따라 볼록부(201)가 경화한다. 이 때문에, 보강재(220b)와 레지스트 패턴(200)의 사이의 선택비(콘트라스트비)가 높아져서, 레지스트 패턴(200)을 남기면서, 오목부(202) 내의 보강재(220b)를 제거하는 것이 용이하다. 또한, 저분자화 처리를 위한 에너지의 부여를 볼록부(201)의 경화에도 유효 이용할 수 있다.
(변형예 5)
네가티브형 레지스트 패턴이 사용되는 경우에, 보강재 내의 분자간의 결합수의 감소에 더하여, 레지스트 패턴의 에칭 내성의 향상도 목적으로 해서 저분자화 처리가 행해져도 된다. 이 「에칭 내성」이란, 레지스트 패턴(200)(볼록부(201))의 마모 어려움 및 침식 어려움을 나타낸다. 저분자화 처리에 있어서 에칭 내성이 향상됨으로써, 그 저분자화 처리가 실행되지 않는 경우에 비하여, 저분자화 처리 후의 에칭 처리에 있어서, 볼록부(201)의 마모 및 침식의 진행이 억제된다(예를 들어, 에칭되는 양이 감소한다). 저분자화 처리 후의 상기 에칭 처리의 일례로서는, 보강재를 승화시키기 위한 에칭 처리, 및 레지스트 패턴(200)을 마스크로 한 웨이퍼(W)의 에칭 처리 등을 들 수 있다. 또한, 현상 처리 시에 있어서 유기 용제인 현상액이 레지스트 패턴(200)의 표층 부분에 침입하여 연화되어 있을 경우에도, 저분자화 처리에서 부여되는 에너지에 의해 그 표층에서 연화된 부분이 경화하는 것도 생각할 수 있다.
이하에서는, 도 11의 (a) 내지 도 13을 참조하여, 변형예 5에 관한 기판 처리 수순의 일례를 상세하게 설명한다. 변형예 5에 관한 기판 처리 수순에서도, 제어 장치(100)는, 상술한 현상 처리 수순(도 8 참조)을 포함하는 기판 처리와 마찬가지의 처리를 실행하도록 도포·현상 장치(2)를 제어한다.
도 11의 (a)에는, 노광 처리의 모습이 도시되어 있다. 이 노광 처리에서는, 노광용 광원(221)으로부터, 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 상에 형성된 레지스트막(R)에의 에너지선의 조사(노광)가 행해진다. 노광 처리에 있어서, 광원(221)과 웨이퍼(W)의 사이에는, 에너지선의 조사를 차단하기 위한 마스크(222)가 배치된다. 마스크(222)에는, 레지스트막(R) 중 제거할 예정인 부분에 대응한 개구(222a)가 마련된다. 이 경우, 레지스트막(R) 중 개구(222a)의 바로 아래의 영역(Ra)(표면(Wa)에 직교하는 방향에서 표면(Wa)을 보았을 때 개구(222a)와 겹치는 영역)에 에너지선이 조사된다. 또한, 광의 확산성 또는 마스크(222)의 치수 오차 등에 기인하여, 영역(Ra)의 주변의 영역(Rb)에서도 약간의 양의 에너지선이 조사된다. 이 경우, 영역(Rb)에는, 현상 처리에 있어서 당해 영역이 제거되지 않을 정도의 양의 에너지선이 조사된다.
노광 처리가 행해진 후에, 제어 장치(100)는, 상술한 스텝 S02와 마찬가지로, 노광 처리가 실시된 레지스트막(R)에 대하여 현상액(L1)을 공급하도록 현상 유닛(U3)을 제어한다. 레지스트막(R)에 현상액(L1)이 공급됨으로써, 노광 처리에 있어서 노광용 에너지선이 조사된 영역(Ra)(충분히 노광된 영역)이 제거된다. 이에 의해, 상술한 현상 처리 수순과 마찬가지로, 복수의 볼록부(201A)와 복수의 오목부(202A)를 갖는 레지스트 패턴(200A)이 표면(Wa)에 형성된다. 노광용 에너지선이 조사되어 있지만, 그 조사량이 충분하지 않은 영역(Rb)은, 현상액(L1)에 의해 제거되지 않고 남아서, 볼록부(201A)의 표면(표면을 포함하는 부분)을 형성한다. 예를 들어, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 영역(Rb)은, 볼록부(201A)에 있어서, 측면과 당해 측면에 접속되는 상면의 일부를 형성한다.
레지스트 패턴(200A)이 형성된 후에, 제어 장치(100)는, 상술한 스텝 S03, S04와 마찬가지로, 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 대한 린스액(L2)의 공급과 처리액(L3)의 공급을 순서대로 실행한다. 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 린스액(L2)의 공급에 의해, 오목부(202A) 내의 현상액(L1)이 린스액(L2)으로 치환되었을 때, 표면(Wa) 상의 린스액(L2)의 높이가, 볼록부(201A)의 높이 이상이어도 된다. 즉, 린스액(L2)의 상면과 표면(Wa)의 사이의 거리가, 볼록부(201A)의 상면과 웨이퍼(W)의 사이의 거리 이상이어도 된다. 또한, 처리액(L3)의 공급에 의해, 오목부(202A) 내의 린스액(L2)이 처리액(L3)으로 치환되고, 또한 처리액(L3)이 고체 상태로 되기 전에, 표면(Wa) 상의 처리액(L3)의 높이가, 볼록부(201A)의 높이 이상이어도 된다. 린스액(L2) 또는 처리액(L3)의 높이가, 볼록부(201A)의 높이 이상으로 됨으로써, 웨이퍼(W)의 표면(Wa) 전체에 있어서 각 오목부(202A)의 모든 공간에 액체가 채워져 있는 상태로 된다. 그 때문에, 인접하는 오목부(202A)간에서의 액체의 충전량의 변동(표면 장력의 차)에 기인한 패턴 도괴를 억제할 수 있다.
오목부(202A) 내가 처리액(L3)으로 치환된 후에, 제어 장치(100)는, 스텝 S05와 마찬가지로, 오목부(202A) 내에 보강재(220a)를 형성하도록 현상 유닛(U3)을 제어한다. 이때, 오목부(202A) 내에 형성되는 보강재(220a)의 높이가, 볼록부(201A)보다도 높아도 된다. 보강재(220a)의 상면의 높이 위치(보강재(220a)의 형성 전의 처리액(L3)의 상면의 높이 위치)는, 다음 처리에서 조사되는 에너지선이, 볼록부(201A)에 도달 가능한 정도로 설정되어 있어도 된다.
오목부(202A) 내에 보강재(220a)가 형성된 후에, 제어 장치(100)는, 스텝 S06과 마찬가지로, 레지스트 패턴(200)(볼록부(201A)) 및 보강재(220a)에 대하여 에너지선이 부여되도록 조사 유닛(U5)을 제어해도 된다. 이 에너지선의 부여에 의해, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시킴과 함께, 레지스트 패턴(200A)(볼록부(201A))의 표면을 포함하는 영역(Rb)의 에칭 내성을 향상시켜도 된다.
도 12의 (b)에 도시되는 조사부(42)는, 볼록부(201A)의 영역(Rb) 및 보강재(220a)의 양쪽에 에너지선이 조사 가능하게 되도록 구성되어 있다. 조사부(42)로부터 조사되는 에너지선의 종류는, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수를 저감시키는 것, 및 영역(Rb)의 에칭 내성을 향상시키는 것이 가능해지도록 미리 설정되어 있다. 예를 들어, 레지스트막(R)(볼록부(201A)) 내에서, 노광용 에너지선의 조사에 의한 화학 반응과는 다른 화학 반응이 일어나도록, 조사부(42)로부터 조사되는 에너지선의 종류가 설정된다. 보강재(220a)에의 에너지선의 부여에 의해, 저분자화 처리가 실시된 보강재(보강재(220b))가 형성되고, 영역(Rb)에의 에너지선의 부여에 의해, 영역(Rb)의 에칭 내성이 향상된다. 도 12의 (b)에 도시되는 조사부(42)는, 광원으로부터 조사되는 에너지선이, 볼록부(201A)의 측면(영역(Rb) 중 측면을 구성하는 부분)의 하부에도 도달하도록, 표면(Wa)에 직교하는 방향에 대하여 경사진 방향으로도 에너지선을 조사해도 된다.
또한, 제어 장치(100)는, 에너지선의 조사 대신에 또는 그에 더하여, 오목부(202A) 내에 형성된 보강재(220a) 및 레지스트 패턴(200A)(볼록부(201A))에 열 에너지를 부여하도록 조사 유닛(U5) 등을 제어해도 된다. 이 열 에너지의 부여에 의해, 보강재(220a) 내의 분자간의 결합수가 감소함과 함께, 영역(Rb)의 에칭 내성이 향상되어도 된다.
오목부(202A) 내에 보강재(220b)가 형성된 후에, 제어 장치(100)는, 스텝 S08과 마찬가지로, 보강재(220b)를 제거하도록 플라스마 처리 장치(10) 등을 제어한다. 이에 의해, 도 13에 도시되는 바와 같이, 오목부(202A) 내로부터 액체 및 고체가 제거된 상태의 레지스트 패턴(200A)이 표면(Wa) 상에 형성된다. 영역(Rb)의 에칭 내성은 향상되어 있으므로, 이 스텝 S08의 처리, 또는 현상 처리 수순 후에 행해지는 웨이퍼(W)의 에칭 처리에 있어서, 영역(Rb)의 마모 및 침식의 진행이 억제된다.
이상의 변형예 5에 관한 기판 처리 방법에서는, 현상 처리는, 레지스트막(R) 중 노광 처리에서 노광된 영역(Ra)을 제거함으로써 레지스트 패턴(200A)을 형성하는 것을 포함한다. 이 기판 처리 방법은, 저분자화 처리에 있어서, 보강재(220a)에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시킴과 함께 레지스트 패턴(200A)의 표면을 포함하는 영역(Rb)의 에칭 내성을 향상시킨다. 에칭 처리에 있어서, 볼록부 중 노광용 에너지선이 약간 조사된 부분이 마모 또는 침식되어버려, 레지스트 패턴을 사용한 에칭의 정밀도가 저하될 우려가 있다. 이에 반해, 상기 방법에서는, 영역(Rb)의 에칭 내성이 향상되어 있으므로, 볼록부(201A)의 약간 노광된 부분에 기인한 에칭의 정밀도 저하를 방지할 수 있다.
(변형예 6)
에너지선 또는 열 에너지의 부여에 의해 탈수 축합 반응이 일어나는 재료를 포함하는 레지스트 패턴이 사용되어도 된다. 이 탈수 축합 반응이 일어나는 재료를 포함하는 레지스트 패턴(이하, 「레지스트 패턴(200B)」이라고 함)은, 에칭 내성을 향상시키기 위해서 금속을 함유하고 있어도 된다. 레지스트 패턴(200B)은, 당해 패턴을 형성하기 위한 현상 처리의 결과가, 웨이퍼(W)의 주위의 온도에 비해서 수분에 영향을 받기 쉬운 성질을 갖고 있어도 된다. 레지스트 패턴(200B)은, 변형예 5에 관한 레지스트 패턴(200A)과 마찬가지로, 네가티브형이어도 된다.
도 14에는, 복수의 볼록부(201B)와 복수의 오목부(202B)를 포함하는 레지스트 패턴(200B)이 형성되고, 그 후에 오목부(202B)에 보강재(220a)가 형성된 상태의 표면(Wa)의 모습이 도시되어 있다. 오목부(202B) 내에 형성된 보강재(220a)의 높이는, 볼록부(201B)의 높이와 동일 정도이어도 되고, 볼록부(201B)의 상면이 노출되어 있어도 된다. 제어 장치(100)는, 레지스트 패턴(200B)(볼록부(201B)) 및 보강재(220a)에 대하여 에너지선이 조사되도록, 조사부(42)를 포함하는 조사 유닛(U5)을 제어해도 된다. 볼록부(201B)의 상면이 노출되어 있음으로써, 볼록부(201B)에의 에너지선의 조사가 용이하게 된다.
또한, 제어 장치(100)는, 에너지선 대신에 또는 그에 더하여, 레지스트 패턴(200B)(볼록부(201B)) 및 보강재(220a)에 대하여 열 에너지를 부여하도록 조사 유닛(U5) 등을 제어해도 된다. 레지스트 패턴(200B)(볼록부(201B))에 에너지선 또는 열 에너지가 부여됨으로써, 레지스트 패턴(200B)(볼록부(201B)) 내에서 탈수 축합에 의한 가교가 촉진되고, 그 결과 볼록부(201B)가 경화한다.
이상의 변형예 6에 관한 기판 처리 방법에서는, 레지스트 패턴(200B)은, 저분자화 처리에 있어서 열 에너지 및 에너지선의 적어도 한쪽이 부여됨으로써, 탈수 축합에 의한 가교가 촉진되는 재료를 포함한다. 이 경우, 저분자화 처리를 실시하기 위한 에너지선 또는 열 에너지의 부여에 따라 볼록부(201B)가 경화한다. 이 때문에, 보강재(220b)와 레지스트 패턴(200B)의 사이의 선택비(콘트라스트비)가 높아져서, 레지스트 패턴(200B)을 남기면서, 오목부(202B) 내의 보강재(220b)를 제거하는 것이 용이하다. 또한, 저분자화 처리를 위한 에너지의 부여를 볼록부(201B)의 경화에도 유효 이용할 수 있다.
(기타 변형예)
현상 유닛(U3)은, 오목부(202) 내의 린스액을 고체 상태의 보강재로 치환할 때, 오목부(202) 내의 린스액을 건조시키지 않고(오목부(202) 내를 비게 하지 않고), 린스액을 보강재로 치환하면 된다. 예를 들어, 현상 유닛(U3)은, 폴리머를 포함하는 분말상의 물질을 표면(Wa) 상의 린스액에 공급하여, 고형물을 침전시킨 후에 린스액을 제거해도 된다. 혹은, 현상 유닛(U3)은, 폴리머를 포함하는 분말상의 물질을 표면(Wa) 상의 린스액에 녹여서, 당해 물질이 녹아 있는 린스액을 건조시킴으로써 린스액을 고화시켜도 된다.
오목부(202) 내에 형성되는 보강재(220a, 220b)의 높이는, 레지스트 패턴(200)(볼록부(201))과 동일 정도이어도 되고, 볼록부(201)보다도 낮아도 된다. 보강재(220a, 220b)의 높이는, 볼록부(201)보다도 높아도 된다. 이 경우, 오목부(202) 내에 위치하는 보강재(220a)(보강재(220b))끼리는, 볼록부(201)보다도 상방에서 막 형상의 보강재에 의해 서로 접속되어 있어도 된다. 보강재(220a, 220b)가 오목부(202) 내의 적어도 일부를 매립하고 있으면 된다.
기판 처리 시스템(1)은, 오목부(202) 내의 액체를 고체 상태의 보강재로 치환하는 치환 처리부, 보강재에 저분자화 처리를 실시하는 저분자화 처리부, 및 이들을 제어 가능한 제어 장치를 구비하고 있으면 어떤 것이어도 된다. 기판 처리 시스템(1)에 있어서, 플라스마 처리 장치(10)는, 도포·현상 장치(2) 내에 마련되어 있어도 된다.
처리 대상의 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들어 유리 기판, 마스크 기판, FPD(Flat Panel Display) 등이어도 된다.
1: 기판 처리 시스템
2: 도포·현상 장치
U3: 현상 유닛
U5: 조사 유닛
10: 플라스마 처리 장치
200, 200A, 200B: 레지스트 패턴
201, 201A, 201B: 볼록부
202, 202A, 202B: 오목부
220a, 220b: 보강재
W: 웨이퍼
Wa: 표면

Claims (13)

  1. 표면에 요철 패턴이 형성되어 있는 기판의 오목부 내의 액체를, 고체 상태의 보강재로 치환하는 것과,
    상기 보강재를 고체 상태로 유지하면서, 상기 보강재에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키는 저분자화 처리를 상기 기판에 대하여 실시하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저분자화 처리를 실시할 때는, 상기 요철 패턴보다도 상기 보강재가 승화하기 쉬운 레벨까지, 상기 보강재에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저분자화 처리가 실시된 상기 보강재를 승화시켜서 제거하는 것을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 보강재를 승화시켜서 제거하는 것은, 상기 기판을 감압된 공간에 둠으로써 상기 보강재를 승화시키는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 보강재를 승화시켜서 제거하는 것은, 상기 보강재에 대하여 플라스마를 사용한 에칭 처리를 실시하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재로 치환하는 것은,
    상기 기판의 표면에 처리액을 공급함으로써, 상기 오목부 내의 액체를 당해 처리액으로 치환하는 것과,
    상기 처리액을 건조시켜서 상기 오목부 내에 상기 보강재를 형성하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 요철 패턴은, 복수의 상기 오목부를 포함하고,
    상기 기판의 표면에 상기 처리액을 공급하는 것은, 복수의 상기 오목부 내 각각에 액체가 남아있는 상태에서, 상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 공급을 개시하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요철 패턴은, 노광 처리가 행해진 레지스트막에 현상 처리가 실시됨으로써 형성된 레지스트 패턴이며,
    상기 저분자화 처리는, 상기 레지스트 패턴 및 상기 보강재에 대하여 열 에너지 및 에너지선의 적어도 한쪽을 부여하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 레지스트 패턴은, 상기 저분자화 처리에 있어서 열 에너지 및 에너지선의 적어도 한쪽이 부여됨으로써, 탈수 축합에 의한 가교가 촉진되는 재료를 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 현상 처리는, 상기 레지스트막 중 상기 노광 처리에서 노광된 영역을 제거함으로써 상기 레지스트 패턴을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 저분자화 처리에 있어서, 상기 보강재에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시킴과 함께 상기 레지스트 패턴의 표면을 포함하는 영역의 에칭 내성을 향상시키는, 기판 처리 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 레지스트 패턴은, 상기 저분자화 처리에서의 열 에너지 및 에너지선의 적어도 한쪽의 부여에 따라서 가교를 촉진하는 가교제를 포함하는, 기판 처리 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강재는, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산, 폴리비닐알코올, 자외선 경화 수지 및 폴리메타크릴산메틸 중 적어도 1개를 함유하는 폴리머를 포함하는, 기판 처리 방법.
  13. 표면에 요철 패턴이 형성되어 있는 기판의 오목부 내의 액체를, 고체 상태의 보강재로 치환하는 치환 처리부와,
    상기 보강재를 고체 상태로 유지하면서, 상기 보강재에 포함되는 분자간의 결합수를 감소시키는 저분자화 처리를 상기 기판에 대하여 실시하는 저분자화 처리부를 구비하는, 기판 처리 장치.
KR1020237008066A 2020-08-20 2021-08-10 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 KR20230050384A (ko)

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