CN100442437C - 衬底处理方法 - Google Patents

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Abstract

在晶片表面形成抗蚀剂膜；为了对抗蚀剂膜照射曝光光线，在与抗蚀剂膜对置的光学部件和晶片的表面之间以使曝光光线透过并且具有清洗晶片表面以及光学部件表面功能的液体形成液层；使从光学部件照射的曝光光线通过液层以预定的图形照射在抗蚀剂膜上，由此，对抗蚀剂膜进行曝光；对曝光结束后的晶片进行显影，在晶片上形成预定的图形。

Description

衬底处理方法
技术领域
本发明涉及对设置在半导体晶片等衬底上的抗蚀剂膜进行曝光、显影的衬底处理方法以及计算机可读取的存储媒体。
背景技术
作为半导体器件的制造步骤之一的光刻步骤中，在半导体晶片的表面上涂敷抗蚀剂液，以预定的图形对所形成的抗蚀剂膜进行曝光，对该曝光后的抗蚀剂膜进行显影，由此，在半导体晶片上形成电路图形。
最近，半导体器件的电路图形的细线化、细微化、高集成化急速发展，与此相伴，需要提高曝光的分辨性能。因此，正在开展超短紫外光光刻技术(EUVL：Extreme Ultra Violet Lithography)或者氟二聚物(F2)的曝光技术的开发，但是，另一方面，例如，正在进行改良氟化氩(ArF)或氟化氪(KrF)的曝光技术、提高分辨性能的研究，例如，在专利文献1中，讨论了在衬底的表面形成使光透过的液层的状态下进行曝光的方法(以下称为“液浸曝光”)。即，液浸曝光是以纯水等液体充满透镜与半导体晶片之间、使光透过其中的技术，例如，利用193nm的ArF的波长在纯水中成为134nm的特征。
在这样的液浸曝光中，若在与液体接触的抗蚀剂膜的表面或者透镜的表面上付着颗粒等，存在分辨性能大副降低、抗蚀剂膜表面的颗粒导致产生显影缺陷的可能。此外，曝光处理后若在抗蚀剂膜上付着有颗粒的状态下进行曝光后烘干(post exposure bake)或者显影处理，存在该颗粒导致产生显影缺陷的可能。
专利文献1：国际公开公报WO99/49504
发明内容
本发明的目的在于提供一种进行分辨性能高、显影缺陷少的液浸曝光用的衬底处理方法。
本发明的另一目的在于提供一种存储执行这样的衬底处理方法的控制程序的计算机可读取的存储媒体。
按照本发明，可提供一种衬底处理方法，其中，具有如下步骤：在衬底表面形成抗蚀剂膜；为了对所述抗蚀剂膜照射曝光光线，在与所述抗蚀剂膜对置的光学部件和所述衬底的表面之间形成使曝光光线透过的液层；使从所述光学部件照射的曝光光线通过所述液层照射在所述抗蚀剂膜上，由此，对所述抗蚀剂膜进行曝光；对所述曝光结束后的衬底进行显影。形成所速液层的液体具有清洗所述衬底的表面以及所述光学部件的表面的功能。
在所述本发明的衬底处理方法中，作为形成液层的液体，优选使用在纯水中溶解表面活性剂的液体。优选在形成所述抗蚀剂膜之后、形成所述液层之前，用清洗液清洗衬底表面。此外，优选曝光后、显影前用清洗液对曝光结束后的衬底的表面进行清洗，然后，对衬底进行热处理。与此相反，可以在曝光之后、显影之前，对曝光结束后的衬底进行热处理，然后，用清洗液对衬底的表面进行清洗。通过设置这样的清洗步骤，能够减少颗粒的数目、防止产生显影缺陷，所以，能够得到良好形状的电路图形。在这样的处理中所使用的清洗液优选是在纯水中溶解表面活性剂的液体。
根据本发明的另一观点，提供一种计算机可读取的存储媒体，存储由计算机执行控制程序的软件，其中，由计算机控制衬底处理装置，以使所述控制程序在执行时执行如下的衬底处理方法，该衬底处理方法具有如下步骤：在衬底的表面上形成抗蚀剂膜；为了对所述抗蚀剂膜照射曝光光线，在与所述抗蚀剂膜对置的光学部件和所述衬底的表面之间形成使曝光光线透过的液层；使从所述光学部件照射的曝光光线通过所述液层照射在所述抗蚀剂膜上，由此，对所述抗蚀剂膜进行曝光；对所述曝光结束后的衬底进行显影。形成所述液层的液体具有清洗所述衬底的表面以及所述光学部件的表面的功能。
按照本发明，能够在液浸曝光中得到较高的分辨性能，此外，能够抑制显影缺陷的产生。在液浸曝光处理的前后设置衬底的清洗步骤，由此，显影缺陷进一步减少，能够形成良好的电路图形。
附图说明
图1是表示处理***的概要结构的平面图。
图2是表示处理***的概要结构的正面图。
图3是表示处理***的概要结构的背面图。
图4是表示液浸曝光装置的曝光部的概要结构的剖面图。
图5是表示第一晶片处理的流程图。
图6是表示第二晶片处理的流程图。
图7是表示第三晶片处理的流程图。
图8是表示第四晶片处理的流程图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示连续进行抗蚀剂涂敷、曝光、显影处理的处理***的概要平面图。图2是其正面图，图3是其背面图。该处理***100具有进行抗蚀剂涂敷以及显影处理的抗蚀剂涂敷、显影处理装置1和液浸曝光装置13。
抗蚀剂涂敷、显影处理装置1具有：作为传送站的盒站(cassettestation)10；具有多个处理单元的处理站11；接口部12，与处理站11邻接设置，用于在与液浸曝光装置13之间收付晶片W。
盒站10将以大致水平姿势在垂直方向(Z方向)以预定间隔排列收存多枚(例如，25枚)作为被处理物的晶片W的晶片盒CR从其他***移入抗蚀剂涂敷、显影处理***1且从抗蚀剂涂敷、显影处理***1移出到外部，并且，在晶片盒CR与处理站11之间进行晶片W的传送。
盒站10具有载置晶片盒CR用的盒载置台20。如图1所示，在该盒载置台20上沿着图中X方向形成多个(图中为四个)确定位置的突起20a，在该突起20a的位置上晶片盒CR能够使各个晶片出入口朝向处理站11侧载置为一列。
盒站10具有晶片传送机构21，该晶片传送机构21配置在盒载置台20与处理站11之间。晶片传送机构21具有能够在盒排列方向(X方向)以及其中的晶片W的排列方向(Z方向)上移动的晶片传送用臂21a，能够由该晶片传送用臂21a选择性地对任意一个晶片盒CR进行访问。此外，晶片传送用臂21a构成为能够在图1中所示的θ方向旋转，也能够对属于后述的处理站11的第三处理部G3的对准单元(ALIM)以及延长单元(EXT)进行访问。
处理站11具有执行对晶片W进行涂敷、显影时的一系列步骤用的多个处理单元，它们在预定位置配置为多层。在各处理单元中对晶片W按每一枚进行处理。如图1所示，该处理站11的结构为：在中心部具有晶片传送路径22a，其中设置主晶片传送机构22，所有处理单元配置在晶片传送路径22a周围。这些处理单元分为多个处理部，在各处理部中，多个处理单元沿着垂直方向(Z方向)配置为多层。
如图3所示，主晶片传送机构22在筒状支持体49的内侧在上下方向(Z方向)上可自由升降地安装有晶片传送装置46。筒状支持体49可通过来图示的电动机的旋转驱动力进行旋转，随着筒状支持体49的旋转，晶片传送装置46也一体地进行旋转。晶片传送装置46具有在传送基台47的前后方向上自由移动的多个保持构件48，由这些保持构件48实现各处理单元之间的晶片W的收付。
此外，如图1所示，在处理站11的晶片传送路径22a的周围配置五个处理部G1、G2、G3、G4、G5。这其中，第一以及第二处理部G1、G2并列配置在抗蚀剂涂敷、显影处理***1的正面侧(图1中的靠近读者侧)，第三处理部G3与盒站10邻接地配置，第四处理部G4与接口部12邻接地配置。此外，第五处理部G5配置在背面侧。
在第一处理部G1中，作为在旋涂杯(CP)内将晶片W放置在旋转盘(spin chuck，图中未示)上进行预定处理的两台旋转型处理单元的抗蚀剂涂敷单元(COT)以及显影单元(DEV)从下依次重叠为两层。并且，第二处理部G2与第一处理部G1为相同的结构。
如图3所示，在第三处理G3中，将晶片W放在载置台SP上进行预定处理的炉型处理单元重叠为多层。即，用于提高抗蚀剂固定性的进行所谓的疏水化处理的粘着单元(AD)、进行对位的对准单元(ALIM)、进行晶片W的送入送出的延长单元(EXT)、进行冷却处理的冷却单元(COL)、曝光处理前或者曝光处理后并且在显影处理后对晶片W进行加热处理的四个加热板单元(HP)从下依次重叠为八层。并且，可以代替对准单元(ALIM)设置冷却单元(COL)，并使冷却单元(COL)具有对准功能。
在第四处理部G4中，炉型处理单元也重叠为多层。即，冷却单元(COL)、作为具有冷却板的晶片送入送出部的延长冷却单元(EXTCOL)、延长单元(EXT)、冷却单元(COL)、以及四个加热板单元(HP)从下依次重叠为八层。
在第五处理部G5中，设置清洗处理单元(CLE)，其一边使晶片W旋转一边对晶片W的表面提供清洗液，对晶片W的表面进行清洗。清洗处理单元(CLE)的结构虽然未图示，但是，具有保持并使晶片W旋转的旋转盘、包围保持在该旋转盘上的晶片W的罩、对晶片W的表面供给清洗液的清洗液供给喷嘴。作为清洗液优选使用例如具有能够除去付着在晶片W表面上的颗粒等异物等的清洗功能、不溶解抗蚀剂膜的液体，例如，在纯水中溶解表面活性剂的液体。
并且，从主晶片传送机构22观察，第五处理部G5能够沿着导轨25朝向侧向移动。由此，通过使第五处理部G5沿着导轨25滑动确保空间部，所以，能够容易从背后对主晶片传送机构22进行维护工作。
如图1、图2所示，对于接口部12来说，具有如下结构：在其正面部可移动性的拾取盒CR和定置型的缓冲盒BR配置为两层，在其背面部配置周边曝光装置23，在其中央部配置晶片传送机构24。晶片传送机构24具有晶片传送用臂24a，该晶片传送用臂24a在X方向、Z方向移动，能够访问两个盒CR、BR以及周边曝光装置23。并且，晶片传送用臂24a能够在水平面内(θ方向)旋转，也能够访问属于处理站11的第四处理部G4的延长单元(EXT)、或者邻接的液浸曝光装置13的未图示的晶片收付台。
然后，对液浸曝光用的液浸曝光装置13进行说明。
图4是表示液浸曝光装置13的曝光部的概要结构的剖面图。在曝光部40中，以与通过未图示的保持机构保持水平姿势的晶片W的表面隔开固定的间隙对置的方式配置透镜43。在该透镜43的外侧设置：液供给口41，喷出液体，该液体具有使曝光用的光透过的特性；液回收口42，用于吸引回收所喷出的液体。
在晶片W的表面形成抗蚀剂膜44，一边从液供给口41喷出液体一边从液回收口42回收液体，以在晶片W的表面(即，抗蚀剂膜44的表面)与透镜43的下表面之间形成液层45。这样，在晶片W的表面与透镜43的下表面之间形成液层45的状态下，从未图示的光源经预定的光路将用于曝光的光导向透镜43，该光在透镜43上聚焦，透过液层45照射到晶片W的表面上。由此，将电路图形转印到形成在晶片W的表面上的抗蚀剂膜44上。在预定的转印区域(拍摄区域)的图形转印结束之后，使晶片W与曝光部40相对地水平移动，在其他转印区域同样进行图形转印。
一般地，在曝光处理时，若在抗蚀剂膜44上存在颗粒等的异物，其正下方部分不被曝光，在显影处理得到的电路图形中产生缺陷。此外，若在透镜43的下表面付着颗粒等异物，用于曝光的光中产生强度不均，由此，不能够得到良好的电路图形。并且，若抗蚀剂膜上的颗粒等从抗蚀剂膜上脱离之后再次付着在抗蚀剂膜44或者透镜43上，则产生如前所述的问题。
在液浸曝光中，因为是形成线宽度细、集成度高的电路图形的技术，所以，设定用以防止产生这样缺陷的处理条件是必不可少的。因此，作为供给给晶片W的表面与透镜43的下表面之间的液体，使用具有清洗抗蚀剂膜44的表面以及透镜43的表面的功能的液体，例如，能够除去付着在抗蚀剂膜44的表面以及透镜43的表面上的颗粒等异物的液体。若使用具有这样的清洗功能的液体，也能够防止从抗蚀剂膜44等脱离的颗粒等异物再次付着在抗蚀剂膜等上。此外，即使在供给给晶片W的表面与透镜43的下表面之间的液体中混入颗粒等异物，也能够防止这样的异物付着在抗蚀剂膜44等上。由此，能够提高曝光的分辨性能。
具体地说，作为用于液浸曝光的液体，优选在纯水中溶解表面活性剂的液体。作为表面活性剂，优选使用发泡性小的活性剂。这是因为，若液中产生气泡，由于该气泡，曝光用的光被散射，分辨性能下降，此外，由于气泡付着在晶片W的表面或者透镜下表面，也能够引起分辨性能降低。此外，将表面活性剂溶解在纯水中而使折射率变大，或者，光的透过性降低，因此，将表面活性剂的浓度限定在不能引起分辨性能降低的范围。作为表面活性剂，优选两性离子表面活性剂、非离子系表面活性剂。作为两性离子表面活性剂，例如胺氧化物系的两性离子表面活性剂，作为非离子系表面活性剂，例如乙炔醇系表面活性剂、烯化乙二醇系活性剂。
然后，对处理***100的制造***进行说明。
如图1所示，处理***100的各结构部为连接到工艺控制器50上被控制的结构。步骤管理者为了管理处理***100，在工艺控制器50上连接由执行指令的输入操作等的键盘或者使处理***100的工作情况可视化进行显示的显示器等构成的用户接口51。
此外，在工艺控制器50上连接存储部52，其存储以工艺控制器50的控制实现在处理***100中执行的各种处理用的控制程序、或者按照处理条件在等离子体刻蚀装置的各结构部中执行处理用的程序即制法。制法可以存储在硬盘或者半导体存储器中，也能够以收存在CDROM、DVD等的可移动性的存储媒体中的状态下设置在存储部52的预定位置上。并且，也可以从其他装置例如通过专用线适当传送制法。
并且，按照需要，以来自用户接口51的指示等从存储部52调出任意的制法，在工艺控制器50中执行，由此，在工艺控制器50的控制下，进行处理***100中的所希望的处理。
然后，对如上所述处理***的晶片W的处理进行说明。
图5是表示第一晶片处理概要的流程图。
在第一晶片处理中，最初将晶片W传送到抗蚀剂涂敷单元(COT)，在此处涂敷抗蚀剂液，形成抗蚀剂膜(STEP1)。在将晶片W传送到抗蚀剂涂敷单元(COT)之前，首先，在抗蚀剂涂敷、显影处理***1的盒站10中，晶片传送机构21的晶片传送用臂21a访问盒载置台20上的收存未处理的晶片W的晶片盒CR，取出一枚晶片W，将该晶片W传送到第三处理部G3的延长单元(EXT)。然后，晶片W通过主晶片传送机构22的晶片传送装置46从延长单元(EXT)传送到第三处理部G3的对准单元(ALIM)，在此处进行对准。接着，将晶片W传送到粘着处理单元(AD)，在此处进行提高抗蚀剂固定性用的疏水化处理(HMDS处理)。因为该HMDS处理伴随加热，所以，HMDS处理后的晶片W由晶片传送装置46传送到冷却单元(COL)，在此处被冷却。根据所使用的抗蚀剂的种类，存在不进行该HMDS处理而直接将晶片W传送到抗蚀剂涂敷单元(COT)的情况。例如，使用聚酰亚胺系抗蚀剂的情况。
经过这样的过程，晶片W由晶片传送装置46被传送到抗蚀剂涂敷单元(COT)，如上所述形成抗蚀剂膜。涂敷处理结束后，晶片W在第三或者第四处理部G3、G4的任意一个加热板单元(HP)内进行预烘干处理(STEP2)，然后在任意的冷却单元(COL)中进行冷却。
冷却后的晶片W被传送到第三处理部G3的对准单元(ALlM)，在此处被对准后，通过第四处理部G4的延伸单元(EXT)被传送到接口部12。
晶片W在周边曝光装置23中进行周边曝光，由此，除去多余的抗蚀剂膜。然后，晶片W被传送到与接口部12邻接设置的液浸曝光装置13。在液浸曝光装置13中，如先前所说明的，在透镜43与晶片W的表面之间形成有具有清洗功能的液体层的状态下，对抗蚀剂膜实施曝光处理(STEP3)。
曝光处理结束后的晶片W由晶片传送机构24返回到抗蚀剂涂敷、显影处理***1的接口部12，被传送到属于第四处理部G4的延长单元(EXT)。并且，晶片W由晶片传送装置46传送到任意一个加热板单元(HP)，在此处进行曝光后烘干处理(STEP4)，然后，被传送到任意一个冷却单元(COL)，在此处进行冷却处理。
然后，将晶片W传送到显影单元(DEV)，在此处进行曝光图形的显影(STEP5)。显影结束后，将晶片W传送到任意一个加热板单元(HP)，在此处进行二次加热(post bake)处理，然后，被传送到冷却单元(COL)，在此处进行冷却处理。在这样一系列的处理结束后，晶片W通过第三处理部G3的延长单元(EXT)返回到盒站10，收存在任意一个晶片盒CR中。
该第一晶片处理不使用设置在第五处理部G5的清洗处理单元(CLE)，那么接着对加入清洗处理单元(CLE)的清洗处理的第二～第四晶片处理进行说明。
图6是表示第二晶片处理概要的流程图。对于第二晶片处理来说，在先前说明的第一晶片处理的形成抗蚀剂膜的步骤后、液浸曝光步骤前，加入晶片W表面的清洗处理步骤。即，第二晶片处理方法是如下的处理方法：在晶片W的表面涂敷抗蚀剂液，形成抗蚀剂膜(STEP1)，对抗蚀剂膜进行预烘干处理(STEP2)，然后，将晶片W传送到清洗处理单元(CLE)，在此处进行抗蚀剂膜上的颗粒等的除去处理(STEP2’)，然后进行液浸曝光(STEP3)。在液浸曝光处理前，通过除去抗蚀剂膜上的颗粒等，能够提高液浸曝光的分辨性能。
图7是表示第三晶片处理的概要的流程图。对于第三晶片处理来说，在先前说明的第一晶片处理方法的液浸曝光步骤(STEP3)后、曝光后烘干步骤(STEP4)前，加入使用清洗处理单元(CLE)的晶片W的清洗处理步骤(STEP3’)。若在抗蚀剂膜上存在颗粒等异物的状态下进行热处理，存在从抗蚀剂膜上很难除去该异物的情况。因此，通过在热处理(曝光后烘干处理)之前实施清洗处理，能够得到抑制缺陷的产生的电路图形。
图8是表示第四晶片处理的概要的流程图。对于第四晶片处理来说，在先前说明的第一晶片处理方法的曝光后烘干步骤(STEP4)后、显影步骤(STEP5)前，加入晶片W的清洗处理步骤(STEP4’)。在显影处理前通过对晶片W进行清洗处理，能够抑制显影处理时对抗蚀剂图形的颗粒付着等缺陷的产生。
更优选组合第二～第四晶片处理方法。即，形成抗蚀剂膜之后、显影处理之前，通过设置由STEP2’、STEP3’、STEP4’中选择的两次或者三次清洗处理步骤，能够进一步抑制缺欠的产生，能够得到高精度的电路图形。
并且，以上所说明的实施方式到底只是为了谋求使本发明的技术内容更清楚，并不能解释为本发明只限定于这样具体例，在本发明的精神与权利要求书中记述的范围内，能够进行各种变更来实施。
例如，可作成如下结构：在曝光后烘干处理步骤后、显影处理步骤前加入晶片W的清洗处理步骤的情况下，不在第五处理部G5上设置清洗处理单元(CLE)，在显影单元(DEV)上附加对晶片W供给清洗液的功能，连续进行清洗处理和显影处理。由此，能够缩短晶片W的传送时间，提高生产能力。
此外，可以在抗蚀剂涂敷单元(COT)上附加对晶片W供给清洗液的功能，此外，也能够在第三处理部G3或者第四处理部G4上配置晶片W的清洗处理单元。
清洗处理单元并不限定于一边使晶片W旋转一边供给清洗液的方式，例如，可以使用如下结构：使溶解有表面活性剂的纯水存积在槽中，将晶片W浸泡在其中，进行超声波清洗的结构；或者，配置与晶片W的表面隔开固定的间隙对置的板构件，该间隙维持由清洗液充满的状态，一边对该间隙供给清洗液一边进行吸引等结构。
本发明适合用于作为半导体器件的制造步骤之一的液浸曝光的光刻中。

Claims (7)

1.一种衬底处理方法，其中
具有如下步骤：在衬底表面形成抗蚀剂膜；为了对所述抗蚀剂膜照射曝光光线，在与所述抗蚀剂膜对置的光学部件和所述衬底的表面之间形成使曝光光线透过的液层；通过使从所述光学部件照射的曝光光线通过所述液层照射在所述抗蚀剂膜上，对所述抗蚀剂膜进行曝光；对所述曝光结束后的衬底进行显影，
形成所述液层的液体具有清洗所述衬底的表面以及所述光学部件的表面的功能，所述液体是在纯水中溶解表面活性剂的液体，所述表面活性剂是从由胺氧化物系的两性离子表面活性剂、乙炔醇系非离子系表面活性剂、以及烯化乙二醇系非离子系表面活性剂构成的组中选择。
2.如权利要求1记载的衬底处理方法，其中，
在形成所述抗蚀剂膜之后、形成所述液层之前，还具有用预定的清洗液清洗衬底表面的步骤。
3.如权利要求2记载的衬底处理方法，其中，
所述清洗液是在纯水中溶解表面活性剂的液体。
4.如权利要求1记载的衬底处理方法，其中，
在曝光之后、显影之前，还具有用预定的清洗液对曝光结束后的衬底的表面进行清洗、然后对所述衬底进行热处理的步骤。
5.如权利要求4记载的衬底处理方法，其中，
所述清洗液是在纯水中溶解表面活性剂的液体。
6.如权利要求1记载的衬底处理方法，其中，
在所述曝光之后、所述显影之前，还具有对所述曝光结束后的衬底进行热处理、然后用预定的清洗液对所述衬底的表面进行清洗的步骤。
7.如权利要求6记载的衬底处理方法，其中，
所述清洗液是在纯水中溶解表面活性剂的液体。
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