KR20160028983A - 현상 방법, 현상 장치 및 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 노광 후의 기판에 대해 현상액에 의해 현상을 행하는 데 있어서, 기판의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도에 대해 면내 균일성의 향상에 기여할 수 있는 현상 방법 등을 제공하는 것이다.
회전 가능한 기판 보유 지지부(12)에 수평으로 보유 지지된 노광 후의 기판(W)에 대해, 상기 기판(W)의 표면과 대향하도록 설치된 접촉부(32)를 구비한 제1 현상액 노즐(3)을 사용하여 기판(W)의 표면의 일부에 액 저류부를 형성하고, 회전하고 있는 기판(W)의 상방에서 제1 현상액 노즐(3)을 이동시켜 기판의 표면 전체에 액 저류부(30)를 확산시켜 현상 처리를 행한다. 또한, 이 현상 처리를 행하기 전 또는 후에, 기판(W)의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하기 위해, 기판을 회전시킨 상태에서 제2 현상액 노즐(61)에 의해 기판의 표면에 현상액을 공급한다. 그리고, 제1, 제2 현상액 노즐(3, 61)로부터의 현상액의 공급은, 먼저 공급된 현상액이 기판(W)의 표면으로부터 제거된 후에 행해진다.

Description

현상 방법, 현상 장치 및 기억 매체{DEVELOPING METHOD, DEVELOPING APPARATUS AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 노광 후의 기판에 대해 현상액을 공급하여 현상을 행하는 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서의 포토리소그래피 공정에서는, 레지스트막이 형성되고, 소정의 패턴을 따라 노광된 기판에 대해, 현상액을 사용하여 레지스트 패턴을 현상하는 현상 처리가 행해진다. 현상 처리의 방식으로서는, 기판의 표면에 평행한 긴 현상액 노즐을 사용하여 기판을 1회전시킴으로써, 혹은 현상액 노즐을 기판의 일단부로부터 타단부에 스캔함으로써, 기판 상에 현상액의 액막 형성을 행하여 정지 현상을 행하는 방식이 알려져 있다. 또한 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 기판을 회전시키면서 현상액 노즐을 기판의 반경 방향으로 이동시키는 방식이 알려져 있다. 이 방식은, 기판 상에 공급된 현상액이 원심력에 의해 유동하여 교반되므로, 정지 현상 방식에 비해 패턴의 선 폭이나 홀 직경의 면내 균일성을 양호하게 할 수 있는 이점이 있다.
그런데 반도체 디바이스의 발전 등에 의해, 패턴의 선 폭이나 홀 직경에 대해, 한층 더 좁은 치수가 요구되고 있다. 이러한 요청에 비추어, 현상액을 원심력에 의해 확산시키는 방법에 대해 검토하면, 기판을 비교적 고속으로 회전시키면서 현상액을 기판 상에 국소적으로 공급하고 있으므로, 공급 위치로부터 현상액이 원심력에 의해 선회하면서 확산되어 간다.
이 결과, 현상액이 선회하는 동안에 레지스트와 반응하여 현상액의 농도가 변화된다. 이 현상은, 현상의 진행 정도의 면내 균일성의 가일층의 향상을 막는 요인의 하나로 되어 있다.
한편, 특허문헌 2에는, 기판의 표면 전체에 현상액의 액막 형성이 행해진 후, 기판과 대향하는 헤드 부재로부터 현상액을 향해 기체를 토출하여 현상액의 온도, 두께, 액면 상태를 변화시키거나, 혹은 순수를 미량으로 토출하여 현상을 국소적으로 늦추고, 이와 같이 하여 현상의 진행 정도를 컨트롤하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은, 정지 현상에 대해 후처리에 의해 현상의 진행 정도를 보정하는 것이라고 할 수 있지만, 장치가 대규모로 되는 과제가 있는 것 외에, 정지 현상 이외의 방법에는 적용하기 어렵다고 하는 문제도 있다.
일본 특허 제4893799호 공보:단락 0026, 도 8 일본 특허 출원 공개 평11-260718호 공보:단락 0043, 도 7
본 발명은 이러한 사정하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 노광 후의 기판에 대해 현상액에 의해 현상을 행하는 데 있어서, 기판의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도에 대해 면내 균일성의 향상에 기여할 수 있는 현상 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 현상 방법은, 노광 후의 기판을 회전 가능한 기판 보유 지지부에 수평으로 보유 지지하는 공정과,
상기 기판의 표면보다도 작게 형성됨과 함께 상기 기판의 표면과 대향하도록 설치된 접촉부를 구비한 노즐에 의해 구성된 제1 현상액 노즐을 사용하고, 상기 제1 현상액 노즐의 토출구로부터 현상액을 토출하여, 상기 기판 보유 지지부 상의 기판의 표면의 일부에 액 저류부를 형성하는 공정과, 계속해서 상기 접촉부가 상기 액 저류부에 접촉한 상태에서 당해 액 저류부에 현상액을 공급하면서, 회전하고 있는 기판의 중앙부 및 주연부의 일측으로부터 타측으로 상기 제1 현상액 노즐이 이동함으로써 당해 액 저류부를 기판의 표면 전체에 확산시키는 공정을 포함하는 현상액 전개 공정과,
상기 현상액 전개 공정에 의한 상기 기판의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하기 위해, 기판을 회전시킨 상태에서 제2 현상액 노즐에 의해 기판의 표면에 현상액을 공급하는 현상액 공급 공정과,
상기 현상액 전개 공정과 상기 현상액 공급 공정 사이에 행해지고, 상기 기판의 표면 상의 현상액을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 현상법은, 이하의 구성을 구비하고 있어도 된다.
(a) 상기 현상액 공급 공정은, 다른 영역에 비해 현상이 부족한 영역에 관한 현상을 진행시키도록 현상액의 공급을 행하는 현상 조정 공정인 것.
(b) (a)에 있어서, 상기 현상액 전개 공정은, 현상 조정 공정보다도 전에 실시되는 것.
(c) (a)에 있어서, 상기 액 저류부를 기판에 확산시키는 공정은, 회전하고 있는 기판의 중앙부로부터 주연부측으로 상기 제1 현상액 노즐이 이동하는 공정이며, 상기 현상 조정 공정은, 상기 제2 현상액 노즐로부터 현상액을 토출시키면서, 현상액의 공급 위치를 기판의 주연부 및 중앙부의 일측으로부터 타측으로 이동시키는 공정인 것.
(d) (a)에 있어서, 상기 현상 조정 공정은, 상기 제2 현상액 노즐로부터 기판의 직경 방향의 위치에 있어서 국소적으로 현상액을 토출하는 공정인 것. 이때 상기 국소적으로 현상액을 토출하는 공정은, 상기 제2 현상액 노즐을 정지시킨 상태에서 행해지는 것. 상기 현상 조정 공정은, 기판의 직경 방향에서 본 때에 상기 제2 현상액 노즐로부터 현상액이 토출되는 위치가 불연속이며 복수 설정되어 있는 것. 상기 국소적으로 현상액을 토출하는 공정은, 상기 제2 현상액 노즐을 정지시킨 상태에서 행해지고, 상기 제2 현상액 노즐로부터 현상액이 토출되는 복수의 위치 중 하나는 다른 하나와 비교하여, 현상액의 토출 유량, 기판의 단위 시간당 회전수 및 상기 제2 현상액 노즐로부터의 현상액의 공급 시간 중 적어도 하나가 다른 것.
(e) 상기 현상액 공급 공정은, 당해 현상액 전개 공정 전에, 기판의 표면에 액막을 형성하도록 현상액을 공급하여 상기 현상액 전개 공정의 준비를 행하는 현상 준비 공정인 것.
(f) (e)에 있어서, 상기 액 저류부를 기판에 확산시키는 공정은, 회전하고 있는 기판의 주연부로부터 중앙부측으로 상기 제1 현상액 노즐이 이동하는 공정인 것.
(g) 상기 제2 현상액 노즐은 상기 접촉부를 구비한 노즐에 의해 구성되어 있는 것. 이 때, 상기 제1 현상액 노즐 및 제2 현상액 노즐은, 공통의 노즐에 의해 구성되어 있는 것.
(h) 상기 기판 상의 현상액을 제거하는 공정은, 기판을 회전시킴으로써 현상액을 기판으로부터 떨쳐내는 공정인 것.
본 발명은 기판의 표면의 일부에 액 저류부를 형성하고, 기판의 표면과 대향하는 접촉부와 기판 사이의 액 저류부에 현상액을 공급하면서 회전하고 있는 기판 상에서 현상액의 토출구 및 접촉부를 구비한 노즐로 이루어지는 제1 현상액 노즐을 이동시킴으로써 당해 액 저류부를 기판의 표면 전체에 확산시키고 있다. 이로 인해, 기판의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 균일성이 양호해진다. 이 제1 현상액 노즐을 사용한 현상 처리에, 제2 현상액 노즐을 사용한 현상액의 공급을 조합하고, 또한 이들 처리를 행하는 데 있어서, 앞서 공급된 기판의 표면 상의 현상액을 제거함으로써, 현상의 진행 정도의 분포를 균일화할 수 있다. 이 결과, 현상의 진행 정도의 균일성이 보다 양호해지고, 패턴의 선 폭이나 홀 직경에 대해 양호한 면내 균일성이 얻어진다.
도 1은 발명의 실시 형태에 관한 현상 장치의 종단 측면도.
도 2는 상기 현상 장치의 평면도.
도 3은 상기 현상 장치에 설치되어 있는 주 현상액 노즐의 종단 측면도.
도 4는 상기 현상 장치의 제1 작용도.
도 5는 상기 현상 장치의 제2 작용도.
도 6은 상기 현상 장치의 제3 작용도.
도 7은 상기 현상 장치의 제4 작용도.
도 8은 상기 현상 장치의 제5 작용도.
도 9는 상기 주 현상액 노즐을 사용한 현상의 진행 정도의 분포를 나타내는 제1 설명도.
도 10은 현상의 진행 정도의 분포를 나타내는 제2 설명도.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 현상 처리에 관한 웨이퍼의 현상의 진행 정도의 분포를 나타내는 설명도.
도 12는 상기 제2 실시 형태에 관한 현상 장치의 제1 작용도.
도 13은 상기 제2 실시 형태에 관한 현상 장치의 제2 작용도.
도 14는 상기 제2 실시 형태에 관한 현상 장치의 제3 작용도.
도 15는 교반 기구를 구비한 주 현상액 노즐의 제1 구성예.
도 16은 교반 기구를 구비한 주 현상액 노즐의 제2 구성예.
도 17은 제3 실시 형태에 관한 현상 장치의 제1 작용도.
도 18은 상기 제3 실시 형태에 관한 현상 장치의 제2 작용도.
도 19는 상기 제3 실시 형태에 관한 현상 장치의 제3 작용도.
도 20은 상기 제3 실시 형태에 관한 현상 장치의 제4 작용도.
도 21은 상기 제3 실시 형태에 관한 현상 장치의 제5 작용도.
도 22는 상기 제3 실시 형태에 관한 현상 장치의 제6 작용도.
도 23은 상기 제3 실시 형태에 관한 현상 장치의 제7 작용도.
도 24는 상기 제3 실시 형태에 관한 현상 장치의 제8 작용도.
도 25는 참고예 1에 관한 현상 처리 후의 CH의 구멍 직경의 면내 분포.
도 26은 참고예 1에 관한 웨이퍼의 직경 방향의 구멍 직경 분포도.
도 27은 참고예 2에 관한 현상 처리 후의 CH의 구멍 직경의 면내 분포.
도 28은 참고예 2에 관한 웨이퍼의 직경 방향의 구멍 직경 분포도.
도 29는 참고예 3에 관한 현상 처리 후의 CH의 구멍 직경의 면내 분포.
도 30은 참고예 3에 관한 웨이퍼의 직경 방향의 구멍 직경 분포도.
도 31은 참고예 4에 관한 현상 처리 후의 CH의 구멍 직경의 면내 분포.
도 32는 실시예에 관한 조정 전후의 LS의 선 폭의 분포도.
도 33은 현상 준비와 주 현상액 노즐을 사용한 현상을 조합한 실시예에 관한 LS의 선 폭의 분포도.
(제1 실시 형태)
도 1∼도 3을 사용하여 제1 실시 형태에 관한 현상 장치(1)의 구성에 대해 설명한다. 현상 장치(1)는, 기판 보유 지지부인 스핀 척(12)과, 액 수용용의 컵(2)과, 주 현상액 노즐(제1 현상액 노즐)(3)과, 조정용 현상액 노즐(제2 현상액 노즐)(61)을 구비하고 있다.
스핀 척(12)은, 웨이퍼(W)의 이면 중앙부를 흡착하여, 웨이퍼(W)를 수평으로 보유 지지하는 것이며, 회전축(131)을 통해 회전 기구(13)에 의해 연직축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다.
컵(2)은, 스핀 척(12)에 보유 지지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 설치되어 있다. 이 컵(2)은 대략 원통 형상이며, 상부측이 내측으로 경사져 있다. 컵(2)은 승강 기구(21)에 의해, 스핀 척(12)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행할 때의 수수 위치(도 1 중, 실선으로 나타내는 위치)와, 현상 처리를 행할 때의 처리 위치(도 1 중, 파선으로 나타내는 위치) 사이를 승강 가능하게 구성되어 있다.
스핀 척(12)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 하방측에는 원형판(22)이 설치되어 있고, 이 원형판(22)의 외측에는 종단면 형상이 산형인 가이드 부재(23)가 링 형상으로 설치되어 있다. 상기 가이드 부재(23)는, 웨이퍼(W)로부터 흘러 떨어진 현상액이나 세정액을, 원형판(22)의 외측에 설치되는 액 수용부(24)로 가이드하도록 구성되어 있다. 액 수용부(24)는 환상의 오목부로서 구성되고, 배액관(25)을 통해 도시하지 않은 폐액부에 접속되어 있다. 스핀 척(12)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 하방측에는, 도시하지 않은 기판 반송 기구와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 수수 핀(14)이 설치되어 있다. 수수 핀(14)은, 승강 기구(15)에 의해 승강 가능하게 구성되고, 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위해 스핀 척(12)의 상방측까지 돌출된 위치와, 스핀 척(12)의 하방측에 퇴피한 위치 사이를 승강한다.
도 3의 종단 측면도에 도시하는 바와 같이 주 현상액 노즐(3)은, 현상액을 토출하여 웨이퍼(W)의 표면에 액 저류부(30)를 형성하기 위한 토출구(31)와, 웨이퍼(W)의 표면보다도 작게 형성됨과 함께 상기 토출구(31)가 개구되고, 상기 웨이퍼(W)의 표면과 대향하도록 설치된 접촉부(32)를 구비한 노즐에 의해 구성되어 있다. 주 현상액 노즐(3)은 예를 들어 원기둥 형상으로 구성되고, 그 저면이 상기 접촉부(32)로 되어 있다. 주 현상액 노즐(3)의 중앙부에는, 수직한 관통 구멍(33)이 형성되고, 이 관통 구멍(33)의 하단부는 이미 설명한 토출구(31)로 되어 있다. 이 토출구(31)는 예를 들어 주 현상액 노즐(3)의 중심축 상, 즉, 상기 접촉부(32)의 중심부에 개구되어 있다. 관통 구멍(33)의 상부측에는, 현상액 공급관(36)이 삽입되고, 당해 현상액 공급관(36)은 관통 구멍(33)을 통해 토출구(31)와 연통되어 있다.
현상액 공급관(36)은 상기 관통 구멍(33) 내에 삽입되는 직관(341)과, 이 직관(341)의 기단부측에 접속된 수지 튜브(342)를 구비한다. 한편, 직관(341)이 삽입되는 관통 구멍(33)의 하부측은 직경 축소되어 있고, 관통 구멍(33)의 상부측에 삽입된 직관(341)의 선단부가, 상기 직경 축소부의 상단부의 단차에 충돌하여, 주 현상액 노즐(3)에 대한 현상액 공급관(36)의 접속 위치의 위치 결정이 행해진다. 또한, 주 현상액 노즐(3)과 현상액 공급관(36)의 접속법은, 이 예에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 현상액 공급관(36)의 말단부에 설치된 플러그를 주 현상액 노즐(3)의 상면에 설치된 소켓에 삽입하는 구성이나, 현상액 공급관(36)의 말단부에 설치된 플랜지를 주 현상액 노즐(3)의 상면에 연결하는 구성을 채용해도 된다.
접촉부(32)는 스핀 척(12)에 적재된 웨이퍼(W)의 표면과 대향하도록 설치되어 있다. 웨이퍼(W)의 직경이 예를 들어 300㎜인 경우, 접촉부(32)의 직경 d1은 30㎜∼200㎜로 되고, 이 예에서는 100㎜로 설정된다. 주 현상액 노즐(3)의 재료로서는, 후술하는 바와 같이 표면 장력에 의해 현상액을 교반할 수 있도록 예를 들어 수지가 사용된다. 이 수지로서는, 예를 들어 PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 등이 사용된다.
도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 주 현상액 노즐(3)의 상면은 지지 부재(35)를 통해 아암(41)의 선단에 고정되고, 아암(41)의 기단부측은 이동 기구(42)에 접속되어 있다. 이 이동 기구(42)는, 수평으로 신장되는 가이드 레일(43)을 따라 이동하는 기능을 구비하고, 스핀 척(12)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 주 현상액 노즐(3)을 이동시킬 수 있다. 또한 상기 이동 기구(42)는, 아암(41)을 승강시키는 기능도 구비하고, 스핀 척(12)에 보유 지지된 웨이퍼(W)에 대해 현상액을 공급하는 처리 위치와, 이미 설명한 가이드 레일(43)을 따라 이동할 때의 높이 위치 사이에서 주 현상액 노즐(3)을 승강시킬 수 있다. 또한 컵(2)의 외측에는, 주 현상액 노즐(3)의 선단부와 끼워 맞춤 가능하게 구성되고, 배액구를 구비한 노즐 버스로 이루어지는 대기부(5)가 설치되어 있다.
주 현상액 노즐(3)에 접속된 현상액 공급관(36)은, 이미 설명한 아암(41) 및 지지 부재(35)에 고정되어 있다. 도 1, 도 3에 도시하는 바와 같이, 현상액 공급관(36)의 상류 단부에는, 예를 들어 네가티브형 레지스트의 현상액의 공급원(361)이 접속되어 있다. 현상액의 공급원(361)은, 펌프나 밸브 등을 구비하고, 후술하는 제어부(10)로부터의 제어 신호에 따라, 주 현상액 노즐(3)에 현상액을 공급한다.
이상에서 설명한 구성에 의해, 공급원(361)으로부터 공급된 현상액은, 현상액 공급관(36)으로부터 토출구(31)를 통해 웨이퍼(W)에 토출된다. 여기서 토출구(31)의 구성은, 관통 구멍(33)의 하단부를 웨이퍼(W)를 향해 개구시키는 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 관통 구멍(33)의 하방측에 접촉부(32)를 따라 넓어지는 편평한 현상액의 통류 공간을 형성하고, 이 통류 공간에 연통되는 다수의 토출구를, 통류 공간의 하방에 위치하는 접촉부(32)의 면내 전체에 걸쳐 형성하도록 해도 된다.
또한 현상 장치(1)는, 노즐 유닛(6)을 구비하고 있다. 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 노즐 유닛(6)은 조정용 현상액 노즐(61)과, 웨이퍼(W)의 표면에 DIW(DeIonized Water)나 MIBC(4-메틸-2-펜탄올) 등의 세정액을 공급하기 위한 세정액 노즐(62)과, 웨이퍼(W)의 표면에 가스를 분사하기 위한 가스 노즐(63)을, 공통의 아암(641)의 선단측에 각각 설치하여 구성되어 있다.
조정용 현상액 노즐(61)은, 주 현상액 노즐(3)에서 현상 처리된 후의 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하기 위해, 당해 웨이퍼(W)에 대해 다시, 현상액의 공급을 행한다. 본 예의 조정용 현상액 노즐(61)은, 수직 하방측을 향해 신장되는 단관에 의해 구성되고, 그 하단부에 예를 들어 0.5㎜∼3㎜의 개구(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 당해 개구를 토출구로 하여 현상액이 웨이퍼(W)에 공급된다. 또한 세정액 노즐(62), 가스 노즐(63)에 대해서도, 상기 조정용 현상액 노즐(61)과 마찬가지로 하단부가 개구된 단관에 의해 구성되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 조정용 현상액 노즐(61), 세정액 노즐(62), 가스 노즐(63)은, 각각 공급로(611, 621, 631)를 통해 현상액의 공급원(361), 세정액의 공급원(362), 및 웨이퍼(W)를 건조시키기 위한 가스, 예를 들어 질소 가스의 공급원(363)에 접속되어 있다. 이들 공급원(361∼363)은 각각 펌프나 밸브 등을 구비하고, 제어부(10)로부터의 제어 신호에 따라 상기 현상액, 세정액, 질소 가스를 조정용 현상액 노즐(61), 세정액 노즐(62), 가스 노즐(63)에 공급한다.
상기 아암(641)은, 이동 기구(651)에 승강 가능하게 지지되어 있고, 이동 기구(651)는, 수평으로 신장되는 가이드 레일(661)을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다. 이 결과, 조정용 현상액 노즐(61), 세정액 노즐(62), 가스 노즐(63)은, 각각 스핀 척(12) 상의 웨이퍼(W)에 대해 현상액 등을 공급하는 위치인 처리 위치와, 이들 노즐(61∼63)을 대기시키는 대기 위치 사이를 자유롭게 이동할 수 있다. 또한 이동 기구(42, 651)는, 주 현상액 노즐(3) 및 노즐 유닛(6)을 서로 간섭하지 않고 대기 위치와 처리 위치 사이에서 이동시킬 수 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 각 노즐(61∼63)의 대기 위치는, 아암(641)의 이동 방향을 따라 본 때, 컵(2)을 사이에 두고 주 현상액 노즐(3)측의 대기부(5)와 대향하는 위치에 배치되어 있다. 이 대기 위치에는, 각 노즐(61∼63)을 대기시키기 위한 노즐 버스(671)가 설치되어 있다.
이상에서 설명한 구성을 구비한 현상 장치(1)에는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 설치되어 있다. 제어부(10)는, 도시하지 않은 프로그램 저장부를 갖고, 이 프로그램 저장부에는, 후술하는 작용에서 설명하는 현상 처리를 실행시키도록 스텝이 짜여진 프로그램이 저장되어 있다. 제어부(10)는 이 프로그램에 기초하여 현상 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 출력하고, 각 이동 기구(42, 651)에 의한 주 현상액 노즐(3)이나 노즐 유닛(6)의 이동, 각 공급원(361∼363)으로부터, 주 현상액 노즐(3), 조정용 현상액 노즐(61), 세정액 노즐(62), 가스 노즐(63)에의 현상액이나 세정액, 질소 가스의 공급, 스핀 척(12)에 의한 웨이퍼(W)의 회전, 수수 핀(14)의 승강 등의 각 동작이 제어된다. 상기 프로그램 저장부는, 예를 들어 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그네트 옵티컬 디스크 또는 메모리 카드 등의 기억 매체로서 구성된다.
여기서 상술한 현상 장치(1)에 설치된 주 현상액 노즐(3)에 관한 각종 설계 변수를 예시해 두면, 스핀 척(12)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 상방을 이동하는 주 현상액 노즐(3)의 수평 방향의 이동 속도는, 예를 들어 10㎜/초∼100㎜/초, 보다 바람직하게는 10㎜/초∼50㎜/초이다. 또한 접촉부(32)의 직경은, 예를 들어 50㎜∼200㎜이다. 웨이퍼(W)의 회전 속도(단위 시간당 회전수)는, 웨이퍼(W)에 현상액을 토출하였을 때에 액이 튀는 것을 억제하기 위해 100rpm 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10rpm∼100rpm이다.
이상에서 설명한 구성을 구비하는 현상 장치(1)의 작용에 대해 도 4∼도 10을 참조하면서 설명한다.
우선, 표면에 레지스트막이 형성되고, 노광된 후의 웨이퍼(W)가, 도시하지 않은 기판 반송 기구에 의해 현상 장치(1) 내에 반입된다. 이 웨이퍼(W)가 스핀 척(12)에 보유 지지되면, 대기부(5)로부터 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방 위치로 주 현상액 노즐(3)이 이동한다. 그리고, 도 4에 모식적으로 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 상면으로부터 수 ㎜ 정도 상방측에 접촉부(32)가 배치되도록 주 현상액 노즐(3)을 강하시킨다. 계속해서, 웨이퍼(W)를 정지시킨 상태에서, 또는, 상면측에서 볼 때 예를 들어 시계 방향으로 10rpm 이하의 회전 속도로 웨이퍼(W)를 회전시킨 상태에서, 토출구(31)로부터 현상액을 공급한다. 이 결과, 주 현상액 노즐(3)의 접촉부(32)와 웨이퍼(W) 사이에, 당해 접촉부(32)에 접하도록 액 저류부(30)가 형성된다(도 3, 도 4). 이때의 현상액의 토출 유량은, 접촉부(32)의 면적에도 의존하지만, 예를 들어 60∼600ml/분이다.
이어서, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 30∼100rpm으로 조정하고, 현상액의 토출을 계속하면서, 주 현상액 노즐(3)을 웨이퍼(W)의 중앙부측으로부터 주연부측을 향해 이동시킴으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 액 저류부(30)를 확산시킨다(도 5). 그리고 웨이퍼(W)의 주연에 접촉부(32)의 단부가 도달할 때까지, 예를 들어 2∼15초에 걸쳐 주 현상액 노즐(3)을 이동시키고, 웨이퍼(W)의 전면을 덮는 액 저류부(30)를 형성한다.
도 4, 도 5를 사용하여 설명한 동작은, 현상액 전개 공정에 상당한다.
웨이퍼(W)의 전면에 액 저류부(30)를 형성하면, 주 현상액 노즐(3)로부터의 현상액의 공급, 및 웨이퍼(W)의 회전을 정지하고, 주 현상액 노즐(3)을 대기부(5)까지 퇴피시킨다. 그리고, 웨이퍼(W)를 정지시킨 상태에서 당해 웨이퍼(W) 상에 형성된 액 저류부(30)에 의한 정지 현상을 행한다(도 6). 이 정지 현상의 기간은, 액 저류부(30)를 형성하는 시간이나, 토탈의 현상 시간에 의해서도 변화하지만, 예를 들어 1∼20초간으로 설정된다.
여기서 후술하는 실험 결과에 나타내는 바와 같이, 발명자들은, 웨이퍼(W)의 표면과 대향하도록 설치된 접촉부(32)를 구비하는 주 현상액 노즐(3)을 사용하여 현상액의 도포를 행한 경우에는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 현상의 진행 정도가 변화하는 것을 발견하였다. 이 결과, 현상 후의 웨이퍼(W)의 표면에 있어서, 현상의 진행 정도는 웨이퍼(W)의 회전 중심 둘레에 거의 동일해지는 한편, 직경 방향으로는 진행 정도가 다른 분포가 형성된다.
현상의 정도에 분포가 발생하면, 레지스트막에 현상되는 패턴이 라인 앤 스페이스(이하, 「LS」라고도 기재함)인 경우에는, 현상이 보다 진행되고 있는 영역에서 라인의 선 폭이 좁아지는(스페이스의 폭이 넓어지는) 한편, 현상이 부족한 영역에서는 라인의 선 폭이 넓어진다(스페이스의 폭이 좁아짐). 또한, 현상되는 패턴이 콘택트 홀(이하, 「CH」라고도 기재함)인 경우에는, 현상이 보다 진행되고 있는 영역에서 CH의 구멍 직경이 커지는 한편, 현상이 부족한 영역에서는 CH의 구멍 직경이 작아진다.
이러한 현상의 진행 정도의 분포가 발생하는 이유로서는, 레지스트막과 현상액의 접촉 시간의 차이나, 레지스트막으로부터 현상액 중에 용해된 용해 성분의 농도 분포의 영향을 들 수 있다. 도 4, 도 5를 사용하여 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙부측으로부터 주연부측을 향해 주 현상액 노즐(3)을 이동시키는 경우에는[이하, 웨이퍼(W)의 중앙부측으로부터 주연부측으로 주 현상액 노즐(3)이나 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시키는 동작을 「스캔 아웃」이라고도 함], 현상액을 공급하고 나서 현상액을 제거할 때까지의 웨이퍼(W)와 현상액의 접촉 시간은, 중앙부측에서 길고, 주연부측에서 짧아진다. 그리고, 현상액과의 접촉 시간이 길어질수록, 현상의 진행 정도가 커진다.
한편, 액 저류부(30)를 형성하는 현상액 내에는, 현상의 진행에 수반하여 현상액 중에 레지스트막의 폴리머가 용해되어 용해 성분으로 되지만, 이 용해 성분은, 현상의 진행을 저해하는 요인으로 된다. 용해 성분의 농도에 착안하면, 레지스트막과 현상액의 접촉 시간이 길어질수록, 용해 성분의 농도는 높아지므로, 접촉 시간에만 착안하면 용해 성분의 농도는, 웨이퍼(W)의 중앙부측에서 높아지고, 주연부측에서 낮아진다. 그러나 회전하는 웨이퍼(W)의 표면에서는, 중앙부측으로부터 주연부측을 향하는 현상액의 흐름이 형성되므로, 현상액 중의 용해 성분의 농도는, 이 현상액의 흐름의 영향도 받게 된다.
현상의 진행 정도의 분포는, 이들 레지스트막과 현상액의 접촉 시간이나 액 저류부(30) 중의 용해 성분의 농도, 액 저류부(30)에 형성되는 흐름 등의 영향을 받아 형성된다.
본 예의 현상 장치(1)에 있어서는, 조정용 현상액 노즐(61)을 사용하여 웨이퍼(W)의 표면에 다시, 현상액을 공급하고, 웨이퍼(W) 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하는 조정을 행한다.
그런데, 이미 설명한 바와 같이 정지 현상 후의 액 저류부(30) 내에는, 현상의 진행을 저해하는 용해 성분이 포함되어 있으므로, 이 용해 성분을 포함한 액 저류부(30)에 대해 새로운 현상액을 공급해도, 현상의 진행 정도를 충분히 조정할 수 없을 우려가 있다.
따라서 도 7에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 100∼1000rpm의 회전 속도로 정지 현상 후의 웨이퍼(W)를 회전시키고, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 용해 성분을 포함하는 현상액을 떨쳐내어 배출한다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 표면은 정지 현상 시의 액 저류부(30)보다도 얇은 현상액의 액막(30a)이 형성된 상태나, 건조된 상태로 된다[도 7∼도 8, 도 12∼도 14에는 액막(30a)이 형성된 상태가 나타내어져 있음]. 현상액을 떨쳐내는 동작이 행해지는 시간은, 예를 들어 1초 이하이다. 또한, 이 떨쳐냄 동작의 실행 후, 웨이퍼(W)의 표면에 세정액을 공급하여 린스 세정을 행해도 된다.
현상액의 떨쳐냄 동작을 종료하면, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 100∼2000rpm의 범위로 조정하고, 노즐 버스(671)로부터 웨이퍼(W)측을 향해 조정용 현상액 노즐(61)[노즐 유닛(6)]을 이동시킨다. 그리고 웨이퍼(W)의 직경 방향, 중앙부측을 향해 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시키면서, 웨이퍼(W)의 주연으로부터 5㎜ 내측의 위치의 상방측에 조정용 현상액 노즐(61)이 도달하면, 조정용 현상액 노즐(61)로부터 웨이퍼(W)에의 현상액의 토출을 개시한다(도 8). 용해 성분을 포함하는 현상액을 떨쳐내고 나서 다시, 현상액의 공급을 행함으로써, 현상액이 재공급된 영역에서 현상이 진행되고, 이에 의해 현상의 부족을 보충하여 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하는 조정을 행할 수 있다.
조정용 현상액 노즐(61)은, 예를 들어 10∼600ml/분의 토출 유량으로 현상액을 토출하면서, 10∼100㎜/초의 이동 속도로, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 주연부측으로부터 중앙부측을 향해 예를 들어 5∼20초에 걸쳐 이동한다[이하, 웨이퍼(W)의 주연부측으로부터 중앙부측으로 주 현상액 노즐(3)이나 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시키는 동작을 「스캔 인」이라고도 함]. 이와 같이 하여 현상의 진행 정도의 조정이 필요한 영역의 상방에서 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시키면서 현상액의 토출을 행함으로써, 현상이 부족한 영역의 현상을 진행시키고, 웨이퍼(W)의 면내에서 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 할 수 있다.
도 8을 사용하여 설명한 상술한 동작은, 회전하는 웨이퍼(W)의 표면에 현상액을 공급하는 현상액 공급 공정이며, 그 중에서도 다른 영역에 비해 현상이 부족한 영역에 관한 현상을 진행시키도록 현상액의 공급을 행하는 현상 조정 공정에 상당한다.
여기서 조정용 현상액 노즐(61)을 사용하여 현상의 진행 정도의 조정을 행하는 영역은, 예를 들어 주 현상액 노즐(3)을 단독으로 사용하여 현상 처리를 행한 경우의 현상의 진행 정도의 분포를 예비 실험 등에 의해 미리 파악하여 결정한다. 도 9, 도 10의 그래프에는, 웨이퍼(W)의 직경 방향에 대한 현상의 진행 정도의 분포가 모식적으로 나타내어져 있다.
예를 들어 웨이퍼(W)에 형성되는 LS에 착안하고, LS의 선 폭이 도 9의 그래프에 나타내는 분포를 나타낸 것으로 한다. 이 경우에는, 도 9의 그래프의 하단에 병기하고 있는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 주연부측의 b점에 있어서의 LS의 선 폭 w가, 중앙부측의 a점에 있어서의 선 폭 ｗ'보다도 크고, 당해 주연부측의 현상이 부족하다고 이해할 수 있다.
한편, 웨이퍼(W)의 주연부측에 있어서의 현상이 부족한 경우에는, CH의 구멍 직경은 작아진다. 이로 인해, CH의 구멍 직경은, 웨이퍼(W)의 주연부측의 b점에 있어서의 CH의 구멍 직경 ｄ'가, 중앙부측의 a점에 있어서의 구멍 직경 d보다도 작아지는 도 10의 그래프에 나타내는 분포를 나타낸다.
따라서 조정용 현상액 노즐(61)을 사용한 현상 처리에 있어서는, 현상이 부족한 주연부측의 영역으로부터 현상액의 공급을 개시하는 스캔 인을 행하고, 주연부측에 있어서의 레지스트막과 현상액의 접촉 시간을 중앙부측보다도 길게 한다. 이에 의해, 현상이 부족한 영역에 있어서의 현상을 진행시켜, 웨이퍼(W)의 면내에서 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 할 수 있다.
이어서 상술한 예와는 반대로, LS의 선 폭이 도 10의 그래프에 나타내는 분포를 나타낸 것으로 한다. 이 경우에는, 도 10의 그래프의 하단에 병기하고 있는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙부측의 a점에 있어서의 LS의 선 폭 w가, 주연부측의 b점에 있어서의 선 폭 ｗ'보다도 크고, 당해 중앙부측의 현상이 부족하다고 해석할 수 있다.
이와 같이 웨이퍼(W)의 중앙부측에 있어서의 현상이 부족할 때, CH에 착안하면, 웨이퍼(W)의 중앙부측의 a점에 있어서의 CH의 구멍 직경 ｄ'가, 주연부측의 b점에 있어서의 구멍 직경 d보다도 작아지는 도 9의 그래프에 나타내는 분포를 나타낸다.
이 경우에는, 현상이 부족한 중앙부측의 영역으로부터 조정용 현상액 노즐(61)에 의한 현상액의 공급을 개시하는 스캔 아웃을 행하고, 중앙부측에 있어서의 레지스트막과 현상액의 접촉 시간을 주연부측보다도 길게 한다. 이에 의해, 현상이 부족한 영역에 있어서의 현상을 진행시켜, 웨이퍼(W)의 면내에서 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 할 수 있다.
조정용 현상액 노즐(61)에 의한 현상액의 공급은, 웨이퍼(W)의 전면에 대해 행하지 않아도 되고, 현상이 부족한 영역에만, 이미 설명한 스캔 인, 스캔 아웃을 행해도 된다. 이 밖에, 현상의 진행 정도를 조정하는 파라미터로서는, 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시키면서 현상액을 공급하는 동작의 반복 횟수, 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시키는 스피드, 조정용 현상액 노즐(61)로부터 토출하는 현상액의 토출 유량이나 웨이퍼(W)의 회전 속도를 들 수 있다. 각 파라미터에 대해, 현상액의 공급 동작의 반복 횟수가 많아질수록, 조정용 현상액 노즐(61)의 이동 스피드가 작을수록, 현상액의 토출 유량이 많을수록, 또한 웨이퍼(W)의 회전 속도가 작을수록, 단위 시간당 현상의 진행을 촉진할 수 있다. 나아가서는, 조정용 현상액 노즐(61)의 이동의 도중에 이동 속도를 변화시키거나, 이동을 일단, 정지함으로써, 현상액의 공급량을 변화시켜도 된다.
여기서 노광 후의 웨이퍼(W)에 대해, 조정용 현상액 노즐(61)을 마찬가지의 단관상의 노즐을 사용하여 현상을 행하는 종래의 현상 처리에 있어서는, 소량의 현상액을 웨이퍼(W)의 전면에 확산시키기 위해, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1000rpm 이상까지 올릴 필요가 있었다. 그러나 이 종래법에 있어서는, 웨이퍼(W)의 주위 방향으로 볼 때 현상의 진행 정도가 변동되어 버려, 현상의 진행 정도가 다른 영역이 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주연부를 향해 방사상으로 산재하는 분포가 형성되어 버리는 것을 알 수 있었다(후술하는 도 31 참조). 특히 이 현상은, 단위 시간당 현상의 진행 정도가 큰, 현상 처리의 초기 단계에 있어서 현저해진다.
한편, 조정용 현상액 노즐(61)을 사용하여 현상의 진행 정도를 조정하는 경우에는, 선행하여 행해진 주 현상액 노즐(3)로부터의 현상액의 공급에 의해, 대략적인 현상 처리는 완료되어 있다. 조정용 현상액 노즐(61)을 사용한 현상 처리는, 주 현상액 노즐(3)을 사용한 현상 처리의 보완으로서 행해지는 것이며, 조정에 있어서의 LS의 선 폭이나 CH의 구멍 직경의 변화 폭은, 현상 처리 전체에 있어서의 이들의 변화 폭에 비해 작다. 또한, 단위 시간당 현상의 진행 정도가 작은, 현상 처리의 후기 단계에 있어서는, 비교적 고속으로 웨이퍼(W)를 회전시켜 현상을 행해도, 전술한 방사상의 분포(도 31)는 형성되기 어려운 것도 알려져 있다. 이로 인해, 예를 들어 1000rpm 이상으로 웨이퍼(W)의 회전 속도를 상승시켜 조정을 행하였다고 해도, 종래법에서 발생한 방사상의 분포는, 문제로 되는 정도로는 나타나지 않는다.
현상 장치(1)에 의한 웨이퍼(W)의 처리의 설명으로 되돌아가면, 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시키면서 현상액의 공급을 행하고, 현상의 진행 정도의 조정을 종료하면, 조정용 현상액 노즐(61)로부터의 현상액의 공급을 정지한다. 이어서 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방으로 세정액 노즐(62)을 이동시켜 세정액을 공급함과 함께, 웨이퍼(W)를 1000∼2000rpm의 회전 속도로 회전시킨다. 이와 같이 하여 웨이퍼(W)의 표면 전체에 세정액을 확산시키고, 웨이퍼(W)의 표면의 현상액을 제거하는 세정 처리를 행한다.
소정 시간, 세정액 처리를 행하면, 세정액의 공급을 정지하고, 웨이퍼(W)의 회전을 계속한 채 당해 웨이퍼(W)의 중앙부 상방으로 가스 노즐(63)을 이동시켜 질소 가스의 공급을 개시한다. 웨이퍼(W)의 회전과 질소 가스의 공급에 의해 웨이퍼(W) 표면으로부터 세정액이 제거되고, 웨이퍼(W)는 건조된 상태로 된다. 또한, 세정액에 의한 세정 처리나 웨이퍼(W)를 건조시키기 위한 가스의 공급은, 필요에 따라 생략해도 된다. 그러한 후, 노즐 버스(671)를 향해 노즐 유닛(6)을 퇴피시키고, 반입 시와는 반대의 수순으로 외부의 기판 반송 기구에 웨이퍼(W)를 수수하고, 현상 장치(1)로부터 반출한다.
본 실시 형태에 관한 현상 장치(1)에 의하면 이하의 효과가 있다. 웨이퍼(W)의 표면의 일부에 액 저류부를 형성하고, 웨이퍼(W)의 표면과 대향하는 접촉부(32)와 웨이퍼(W) 사이의 액 저류부(30)에 현상액을 공급하면서 회전하고 있는 웨이퍼(W) 상에서 현상액의 토출구(31) 및 접촉부(32)를 이동시킴으로써 당해 액 저류부(30)를 웨이퍼(W)의 표면 전체에 확산시킨다. 이로 인해, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 균일성이 양호해진다. 주 현상액 노즐(3)을 사용하는 경우에는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 향해 현상의 진행 정도가 다른 분포가 형성되므로, 계속해서 조정용 현상액 노즐(61)을 사용함으로써 용이하게 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 할 수 있다. 결과적으로 현상의 진행 정도의 균일성이 보다 양호해지고, 패턴의 선 폭이나 홀 직경에 대해 양호한 면내 균일성이 얻어진다.
(제2 실시 형태)
다음으로 도 11∼도 14를 참조하면서 제2 실시 형태에 관한 현상 처리에 대해 설명을 행한다. 본 현상 처리에서 사용되는 현상 장치(1)는, 도 1∼도 3을 사용하여 설명한 제1 실시 형태에 관한 현상 장치(1)와 공통이므로, 재차의 설명을 생략한다. 또한 도 12∼도 14에 있어서, 도 1∼도 6에 도시한 것과 공통의 구성 요소에는, 이들 도면에서 사용한 것과 공통의 부호가 부여되어 있다.
주 현상액 노즐(3)을 사용한 현상 처리의 결과, 예를 들어 도 11에 그래프로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙 영역과, 주연부측의 P점의 근방 영역의 2개소에서 LS의 선 폭이 커지고, 현상이 부족한 영역이 국소적, 또한 불연속적으로 복수 개소 발생하는 경우에 대해 생각한다. 이러한 경우에는, 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 P점의 근방 영역에 걸쳐 현상액을 토출하면서 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시키는 것보다, 각 영역에 국소적으로 현상액을 공급한 쪽이 효과적인 조정을 행할 수 있다.
따라서 예를 들어 도 4∼도 7을 사용하여 설명한 주 현상액 노즐(3)에 의한 현상 처리, 정지 현상 및 용해 성분을 포함한 액 저류부(30)의 떨쳐냄 동작을 실행한 후, 도 12에 도시하는 바와 같이 현상이 부족한 웨이퍼(W)의 중앙부 상방 위치로 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시킨다. 그리고 조정용 현상액 노즐(61)을 정지시킨 상태에서, 웨이퍼(W)를 100∼2000rpm의 회전 속도로 회전시키고, 예를 들어 10∼600ml/분의 토출 유량으로 현상액을 토출하고 웨이퍼(W)의 중앙 영역의 현상의 진행 정도를 조정한다.
이어서, 웨이퍼(W)의 회전을 계속한 채 조정용 현상액 노즐(61)로부터의 현상액의 공급을 정지하고, 그 후, 도 11의 P점의 상방 위치를 향해 조정용 현상액 노즐(61)을 이동시킨다(도 13). P점의 상방 위치에 조정용 현상액 노즐(61)이 도달하면, 조정용 현상액 노즐(61)을 정지시킨 상태에서 현상액을 토출해서 P점의 근방 영역의 현상의 진행 정도를 조정한다(도 14).
여기서 도 11에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 중앙 영역과 P점의 근방 영역 사이에서 현상의 진행 정도가 다른 경우에는(도 11에 나타내는 예에서는, P점의 근방 영역의 쪽이 현상의 부족이 큼), 현상액의 토출 유량, 웨이퍼(W)의 회전 속도, 현상액의 공급 시간을 파라미터로 하여, 이들 파라미터 중 적어도 하나를 다르게 함으로써, 현상 처리의 진행 정도를 고르게 하는 조정을 행할 수 있다. 각 파라미터에 대해, 현상액의 토출 유량이 많을수록, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 작을수록, 또한 현상액의 공급 시간이 길수록, 일측의 영역에 비해, 타측의 영역에 있어서의 현상의 진행 정도를 촉진할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 중앙 영역과, 주연부측의 P점의 근방 영역의 각각에 있어서 조정용 현상액 노즐(61)을 국소적으로 이동시켜 각 영역을 스캔하는 동작을 행해도 된다. 이 경우에는, 이미 설명한 스캔의 반복 횟수나 조정용 현상액 노즐(61)의 이동 스피드가, 현상의 진행 정도를 조정하는 파라미터로서 가해진다.
이상, 제1, 제2 실시 형태에서 설명한 현상 처리에 사용되는 주 현상액 노즐(3)에 있어서, 당해 주 현상액 노즐(3)의 접촉부(32)는, 표면 장력을 이용하여, 웨이퍼(W)와 접촉부(32) 사이에 형성되는 액 저류부(30) 내의 현상액을 교반하는 기능을 갖고 있다(도 3의 설명 참조). 상기 접촉부(32)를 구비한 노즐을 「패드형 노즐」이라 하면, 패드형 노즐에는, 액 저류부(30) 내의 현상액의 교반을 더욱 촉진하는 교반 기구를 설치해도 된다.
이하, 현상액의 교반 기구의 구성예에 대해 설명한다. 또한, 도 15, 도 16에 도시하는 패드형 노즐(3a, 3b)에 있어서, 도 3에 도시한 것과 공통의 구성 요소에는, 도 3에서 사용한 것과 공통의 부호가 부여되어 있다. 또한, 도 3에 도시한 구성의 패드형 노즐에 대해서는, 「패드형 노즐(3)」이라고 기재하는 경우가 있다.
도 15에 도시하는 패드형 노즐(3a)은, 직관(341)을 통해 공급된 현상액이, 패드형 노즐(3a) 내를 분기하여 흐르도록, 패드형 노즐(3a)의 본체 내에 복수의 분기 유로(331)가 형성되어 있다. 이들 분기 유로(331)는, 각 토출구(31)로부터 토출된 현상액이 합류하는 방향을 향해 흐르도록, 출구측의 분기 유로(331)의 방향이나 토출구(31)의 위치가 조절되어 있다.
상술한 구성을 구비하는 패드형 노즐(3a)을 사용하여 현상액의 공급을 행하면, 웨이퍼(W)와 패드형 노즐(3a) 사이의 액 저류부(30) 내에, 토출구(31)로부터 토출된 현상액의 흐름이 형성된다. 이미 설명한 바와 같이 분기 유로(331)는, 당해 현상액의 흐름이 합류하도록 설정되어 있으므로, 합류 위치에서 이들의 흐름이 충돌함으로써, 액 저류부(30)의 교반이 촉진된다.
또한 여기서, 패드형 노즐(3a)에 현상액을 공급하는 직관(341)의 단면적보다도, 각 분기 유로(331)의 합계의 단면적이 작아지도록, 분기 유로(331)를 형성해도 된다. 토출구(31)로부터 토출되는 현상액의 유속을 상승시킴으로써, 현상액의 흐름이 갖는 에너지를 크게 하여, 충돌 시의 교반 효과를 향상시킬 수 있다.
도 16에 도시하는 패드형 노즐(3b)은, 웨이퍼(W)에 공급되는 현상액을 액적의 상태로 하는 이류체 노즐을 내장하고 있다. 이류체 노즐의 구체적인 구성예로서, 당해 패드형 노즐(3b) 내에는, 도 3에 도시한 주 현상액 노즐(3)과 마찬가지로, 직관(341)으로부터 공급된 현상액이 흐르는 액체 유로인 관통 구멍(33)이 형성되어 있다. 이 직관(341)의 주위에는, 현상액을 분산시켜 액적으로 하기 위한 기체가 흐르는 통 형상의 기체 유로(333)가 형성되어 있다. 기체 유로(333)의 상류측에는, 당해 기체 유로(333)에 청정 공기 등의 기체를 공급하는 기체 공급관(332)이 접속되어 있다.
기체 유로(333)의 하부측의 영역은, 하방측을 향함에 따라 중앙을 향해 좁아진 원추 형상으로 되어 있고, 기체 유로(333)의 하단부는, 관통 구멍(33)의 하단부와 합류하고 있다. 이 합류부에서 현상액과 기체가 격렬하게 혼합됨으로써 현상액의 액적이 형성되고, 이 액적을 포함하는 기액 혼합류가 토출구(31)로부터 토출된다. 토출구(31)로부터 토출된 기액 혼합류 중의 액적은, 상기 토출구(31)에 대향하도록 배치된 웨이퍼(W)의 표면에 충돌하여 합류하고, 벌크 형상의 액 저류부(30)가 형성된다. 당해 액 저류부(30) 내에는, 상기 기액 혼합류 중의 기체에 기인하는 다수의 기포가 포함되고, 이들 기포가 액 저류부(30) 내를 통과하여 외부로 방출될 때에 액 저류부(30)의 교반이 촉진된다.
또한 다른 교반 기구로서, 패드형 노즐(3)과 웨이퍼(W)의 상대적인 움직임을 이용하여 액 저류부(30)의 교반을 촉진해도 된다. 구체예로서, 패드형 노즐(3)에 피에조 소자로 이루어지는 진동자나 에어 구동형의 진동체를 설치하고, 패드형 노즐(3)을 진동시킴으로써 액 저류부(30)의 교반을 촉진하는 예를 들 수 있다.
또한, 패드형 노즐(3)과 웨이퍼(W)의 상대적인 움직임을 이용하는 다른 방법으로서, 스핀 척(12)에 의해 웨이퍼(W)를 정회전 방향과, 역회전 방향으로 교대로 회전시켜 액 저류부(30)의 교반을 촉진하는 방법을 채용할 수도 있다. 이 방법을 채용하는 데 있어서는, 교대 회전을 행하지 않고 패드형 노즐(주 현상액 노즐)(3)을 이동시킨 경우와 마찬가지로 웨이퍼(W)의 전면에 액 저류부(30)를 형성하면서, 당해 액 저류부(30)의 교반을 웨이퍼(W)의 면내에서 가능한 한 균일하게 행할 필요가 있다.
예를 들어 패드형 노즐(3)을 중앙부측으로부터 주연부측을 향해 이동시키는 스캔 아웃이 채용되어 있을 때, 상기 교대 회전을 행하지 않고 패드형 노즐(3)을 이동시켰을 때의 웨이퍼(W)의 회전량과, 교대 회전에 의한 교반의 촉진을 행한 때의 웨이퍼(W)의 정미의 회전량이 단위 시간당에서 동일해지도록, 정회전 방향, 역회전 방향의 웨이퍼(W)의 회전량 및 회전 속도를 설정한다. 보다 구체적인 예를 들면, 정회전 방향의 회전량과, 역회전 방향의 회전량의 비가 3:2로 설정되어 있는 경우에는, 교대 회전을 행하지 않는 경우의 5배의 회전 속도로 웨이퍼(W)를 회전시키도록 스핀 척(12)을 구동한다. 마찬가지로, 상기 회전량의 비가 2:1로 설정되어 있는 경우에는, 교대 회전을 행하지 않는 경우의 3배의 회전 속도로 웨이퍼(W)를 회전시키도록 스핀 척(12)을 구동한다.
또한 여기서, 도 1∼도 14를 사용하여 설명한 각 실시 형태에 있어서는, 현상의 진행 정도의 조정에 사용되는 조정용 현상액 노즐(61)로서 단관상의 노즐을 사용하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나 조정용 현상액 노즐(61)을 구성하는 노즐의 형상은 이 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 3, 도 15, 도 16 등에 도시한 패드형 노즐(3, 3a, 3b)을 사용하여 조정을 행해도 된다. 이 경우에 있어서도, 조정을 행하는 위치에서 토출구(31)로부터 현상액을 토출하여 액 저류부(30)를 형성하고, 액 저류부(30)에 접촉부를 접촉시킨 상태에서 현상 처리를 행한다. 그리고 이들 패드형 노즐(3, 3a, 3b)을 사용하여 조정용 현상액 노즐(61)을 구성하는 경우에는, 주 현상액 노즐(제1 현상액 노즐)(3), 및 조정용 현상액 노즐(61)(제2 현상액 노즐)을, 공통의 패드형 노즐(3, 3a, 3b)에 의해 구성해도 된다. 또한 다른 예로서, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 향해 슬릿 형상으로 신장되는 토출구를 구비한 노즐을 조정용 현상액 노즐(61)로 해도 된다.
각 현상액 노즐(3, 61)로부터 공급되는 현상액에 대해서도, 네가티브형 레지스트막의 현상액에 한하지 않고, 현상하는 레지스트막의 종류에 따라 포지티브형 레지스트막의 현상액의 공급을 행해도 되는 것은 물론이다.
또한, 주 현상액 노즐(3)을 사용하여 액 저류부(30)를 형성하고, 현상 처리를 행하는 동작은, 도 4, 도 5를 사용하여 설명한 예와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙부측으로부터 주연부측으로 주 현상액 노즐(3)을 이동시키는 스캔 아웃 방식을 채용하는 경우에 한정되는 것은 아니다. 웨이퍼(W)의 주연부측의 상방 위치에 주 현상액 노즐(3)을 위치시키고, 현상액의 토출을 개시한 후, 중앙부측을 향해 주 현상액 노즐(3)을 이동시키는 스캔 인 방식을 채용해도 된다.
또한, 주 현상액 노즐(3)을 사용한 현상 처리와, 조정용 현상액 노즐(61)을 사용한 조정용의 현상 처리의 실행순에 대해서도, 상술한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어 조정용 현상액 노즐(61)을 사용한 조정용의 현상 처리를 먼저 행해 두고, 그 후에 주 현상액 노즐(3)을 사용한 현상 처리를 행해도 된다. 단, 이 경우에는, 조정용의 현상 처리→주 현상액 노즐(3)을 사용한 현상 처리의 순으로 처리를 행한 결과, 현상의 진행 정도가 웨이퍼(W)의 면내에서 고르게 되도록, 예비 실험 등에 의해 스캔을 행하는 영역이나 각종 파라미터의 설정을 행한다.
이들에 더하여, 조정용 현상액 노즐(61)에 의한 조정에 있어서의 스캔 인, 스캔 아웃의 선택이나 스캔 인, 스캔 아웃의 개시 위치, 종료 위치, 또한 조정용 현상액 노즐(61)로부터 현상액을 공급할 때의 각종 파라미터는, 사전의 예비 실험의 결과에 기초하여 정한 설정을 고정하여 사용하지 않아도 된다. 예를 들어 본 예의 현상 장치(1)를 구비한 도포, 현상 장치 내나, 도포, 현상 장치의 외부에 계측 기기를 설치하고, 주 현상액 노즐(3), 조정용 현상액 노즐(61)을 사용한 현상 처리 후의 웨이퍼(W)에 대해 소정의 매수마다 LS의 선 폭이나 CH의 구멍 직경의 계측을 행하고, 이 계측 결과에 기초하여 각종 설정을 변경해도 된다.
이 경우에는, 각종 설정을 변경한 경우에 있어서의 현상의 진행 정도의 분포에의 영향을 미리 파악해 두고, 상술한 계측 기기에 의한 계측 결과에 기초하여, 목표의 분포가 얻어지도록, 나중에 처리되는 웨이퍼(W)에 대해 조정용 현상액 노즐(61)을 사용한 조정을 행할 때의 조건 설정에 반영시키는 방법을 채용할 수 있다. 나중에 처리되는 웨이퍼(W)에서 보면, 현상의 진행 정도의 분포가 보다 고르게 된 상태로 되도록 조건 설정이 미리 행해져 있는 피드 포워드 제어가 행해지고 있게 된다.
(제3 실시 형태)
다음으로, 웨이퍼(W)의 전면에 현상액을 단시간만 공급하는 현상 준비와, 그 후의 현상액 제거를 행함으로써, 주 현상액 노즐(3)에 의한 현상 처리를 행한 때의 웨이퍼(W) 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 차이(현상의 진행 정도의 편차)를 작게 하는 방법에 대해 설명한다.
이미 설명한 바와 같이, 레지스트막에 현상액이 공급되어 발생하는 용해 성분은, 현상액에 의한 현상의 진행을 저해하는 하나의 요소이다. 이로 인해, 현상의 진행 정도의 분포는, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 용해 성분의 농도 분포나, 용해 성분이 잔존하고 있는 시간, 용해 성분을 포함하는 현상액의 흐름 등의 영향을 받아 변화한다.
여기서, 용해 성분의 대부분은, 현상액이 레지스트막과 접촉한 직후에 발생하므로, 현상의 초기 단계에서 발생한 용해 성분을 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거하고, 현상 처리 시에 웨이퍼(W)의 표면에 존재하는 용해 성분을 저감시킬 수 있으면, 상술한 각 요인에 수반하는 현상의 진행 정도의 차이를 작게 할 수 있다.
또한, 아직 현상액이 공급되어 있지 않은 웨이퍼(W) 상에 주 현상액 노즐(3)을 배치하여 현상 처리를 개시하면, 주 현상액 노즐(3)의 하방 영역과, 그 외측의 영역 사이에서 현상액이나 용해 성분의 존재량이나 농도 등이 크게 변화한다. 그리고 이미 설명한 바와 같이, 용해 성분의 대부분은 현상의 초기 단계에서 발생하므로, 어느 영역에 주 현상액 노즐(3)이 이동해 와서 현상 처리가 개시되면, 그 시점에 있어서 주 현상액 노즐(3)의 하방측의 액 저류부(30) 중에 미리 포함되어 있었던 용해 성분의 농도나, 주 현상액 노즐(3)의 이동에 의해 새롭게 발생하는 용해 성분이 주 현상액 노즐(3)의 위치마다 다른 것 등에 기인하여, 현상 처리의 결과가 달라지는 경우가 있다. 이 결과, 후술하는 도 26, 도 28에 나타내는 바와 같이, 주 현상액 노즐(3)의 이동 방향(궤적)을 따라, 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 현상의 진행 정도가 다른 분포가 발생한다(임펙트 효과).
이에 반해 현상의 초기 단계에서 발생한 용해 성분을 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거해 두면, 각 영역에 주 현상액 노즐(3)이 이동해 온 전후에서의 현상 조건의 차이(용해 성분 농도 등의 차이)를 저감시킬 수 있다.
한편 이미 설명한 바와 같이, 주 현상액 노즐(3)을 사용하지 않는 종래법에 의한 현상액의 공급 시간이 길어지면, 현상의 진행 정도가 다른 영역이 방사상으로 산재하는 분포가 형성되어 버리는 것도 고려해야 한다(도 31). 또한, 용해 성분이 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하고 있으면, 당해 용해 성분에 저해되어 레지스트막의 현상이 충분히 진행되지 않는 현상 결함이 발생할 우려도 있다.
따라서 본 실시 형태에 있어서는, 100∼2000rpm의 범위 내의 회전 속도로 회전하는 웨이퍼(W)에 대해, 예를 들어 종래의 현상액 노즐[이하, 제3 실시 형태에 있어서 「현상액 노즐(61)」이라 함]로부터, 웨이퍼(W)의 주위 방향으로 액 끊김을 일으키지 않고 현상액을 공급할 수 있는 정도의 유량으로, 1∼5초의 범위 내의 단시간만 현상액을 공급하여, 용해 성분을 발생시키는 현상 준비를 행한다. 그리고, 현상액의 공급 정지 후, 웨이퍼(W)의 회전을 계속하여 현상액을 제거함으로써, 초기 단계에서 발생한 용해 성분을 배출하고, 현상 결함이 발생하기 어려운 상태에서 주 현상액 노즐(3)에 의한 현상 처리를 개시할 수 있다.
현상액 노즐(제2 현상액 노즐)(61)에 의한 현상액의 공급은, 현상액 공급 공정이며, 특히 주 현상액 노즐(제1 현상액 노즐)(3)에 의한 현상 처리(현상액 전개 공정)의 준비를 행하는 현상 준비 공정에 상당한다.
이하, 도 17∼도 24를 참조하면서, 현상 준비를 행한 후에, 주 현상액 노즐(3)을 사용하여 웨이퍼(W)의 현상 처리를 행하는 방법의 일례에 대해 설명한다. 도 17∼도 24에 있어서도 도 1∼도 6에 나타낸 것과 공통의 구성 요소에는, 이들 도면에서 사용한 것과 공통의 부호가 부여되어 있다.
우선, 스핀 척(12)에 웨이퍼(W)가 보유 지지되면, 당해 웨이퍼를 100∼2000rpm의 범위 내의 예를 들어 1500rpm의 회전 속도로 회전시킴과 함께, 웨이퍼(W)의 중앙부 상방측의 위치로 현상액 노즐(61)을 이동시킨다. 그러한 후, 웨이퍼(W)의 주위 방향으로 액 끊김을 일으키지 않고 액막(30a)을 형성할 수 있는 정도의 60ml/초의 유량으로, 1∼5초의 시간 범위 내의 1초간만 현상액 노즐(61)로부터 현상액을 공급하는 현상 준비를 행한다(도 17). 여기서 현상액의 공급 유량에 대해, 웨이퍼(W)의 주위 방향으로 볼 때 액막(30a)에 액 끊김이 발생하고 있지 않으면, 어느 시점에서 당해 액막(30a)이 웨이퍼(W)의 전면을 덮고 있는 것은 필수의 요건은 아니다. 예를 들어 원환 형상의 액막(30a)이 웨이퍼(W)의 표면을 확대되어 가는 정도의 현상액 공급 유량이어도 된다.
이 현상 준비에 있어서도, 현상액과 접촉한 레지스트막에서는 현상이 행해져 용해 성분이 발생한다. 그러나, 상술한 시간 범위 정도의 짧은 시간이라면, 현상의 진행은 초기 단계로 억제되므로, 종래 문제로 되어 있었던 현상의 진행 정도가 다른 영역의 방사상의 분포는 현저하게는 나타나지 않는다.
이어서, 미리 설정한 시간만큼 공급을 행하면, 현상액 노즐(61)로부터의 현상액의 공급을 정지함과 함께, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1500rpm으로부터 30rpm으로 감속한다(도 18). 현상액의 공급을 정지하면, 현상의 초기 단계에서 발생한 비교적 많은 용해 성분을 포함하는 현상액은, 감속 동작의 실행 중에 회전하는 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거된다. 또한, 당해 동작의 실행 중에, 현상액 노즐(61)을 웨이퍼(W)의 상방측으로부터 퇴피시키는 한편, 주 현상액 노즐(3)을 웨이퍼(W)의 주연부의 상방 위치까지 이동시킨다.
회전 속도가 30rpm에 도달한 때, 웨이퍼(W)의 표면은, 용해 성분을 포함하는 현상액의 대부분은 제거되어 있지만, 현상액으로 도포된 상태가 유지되어 있다. 이 상태에 있어서, 웨이퍼(W)의 주연부까지 이동시킨 주 현상액 노즐(3)을, 현상액의 공급을 행하는 높이 위치까지 강하시키고, 토출구(31)로부터 현상액을 공급하고, 웨이퍼(W)와의 사이에 현상액의 액 저류부(30)를 형성한다(도 19). 현상액의 공급 유량은, 예를 들어 60∼600ml/분의 범위 내의 값으로 조정된다.
그러한 후, 10∼100㎜/초의 범위 내의 22㎜/초의 이동 속도로, 주 현상액 노즐(3)을 웨이퍼(W)의 주연부측으로부터 중앙부측을 향해 이동시키면서, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 30rpm으로부터 60rpm으로 상승시키고, 웨이퍼(W) 상에서 현상액의 액 저류부(30)를 확산시켜 간다(도 20). 이와 같이, 본 예에서는 스캔 인의 방법으로 웨이퍼(W) 상에 액 저류부(30)를 확산시키고 있다. 미리 현상 준비를 행한 후의 현상 처리라도, 주 현상액 노즐(3)로부터 공급된 현상액에 의한 현상의 진행에 수반하여, 액 저류부(30) 중의 현상액에는 용해 성분이 포함된다.
이때, 스캔 아웃의 방법으로 액 저류부(30)를 확산시키면, 용해 성분을 포함하는 현상액이 주 현상액 노즐(3)의 위치보다도 앞서 행해지도록 액 저류부(30)로부터 흘러나와 버리는 경우가 있다. 이 결과, 패드형 노즐에 의해 구성된 주 현상액 노즐(3)을 사용하였다고 해도, 용해 성분에 저해되어 신선한 현상액에 의한 현상의 진행이 저해되어 버릴 우려도 있다. 이와 같이, 액 저류부(30)로부터의 현상액의 유출의 영향이 큰 경우에는, 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 스캔 인에 의해 액 저류부(30)를 확산시키는 방법을 채용함으로써, 액 저류부(30)에 작용하는 원심력을 이용하여 용해 성분을 포함하는 현상액의 앞서 행해짐의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 액 저류부(30)로부터의 현상액의 유출의 영향이 작은 경우에는, 도 4∼도 6을 사용하여 설명한 예와 마찬가지로, 스캔 아웃에 의해 액 저류부(30)를 확산시켜도 되는 것은 물론이다.
주 현상액 노즐(3)로부터 공급된 현상액에 의해, 웨이퍼(W)의 전면이 액 저류부(30)로 덮인 상태로 되면, 웨이퍼(W)의 회전을 정지하여 현상이 충분히 진행되는 정도의 시간, 예를 들어 20초간, 정지 현상을 행한다(도 21).
그러한 후, 웨이퍼(W)를 예를 들어 1000rpm의 회전 속도로 회전시켜, 액 저류부(30)를 떨쳐냄과 함께, 스핀 척(12)의 측방에 배치된 이면 세정 노즐(68)을 사용하여, 웨이퍼(W)의 하면측 주연 영역의 세정을 행한다(도 22).
또한, 웨이퍼(W)의 중앙부 상방측의 위치로 세정액 노즐(62)을 이동시키고, 웨이퍼(W) 상의 액 저류부(30)가 떨쳐내어진 타이밍에, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 2000rpm 정도까지 상승시킨다. 이어서, 세정액 노즐(62)로부터 세정액을 공급하여 웨이퍼(W)의 표면 전체에 세정액(301)을 확산시키고, 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 현상액을 제거하는 세정 처리를 행한다(도 23).
미리 설정된 시간만큼 세정 처리를 행하면, 세정액 노즐(62)로부터의 세정액의 공급을 정지하고, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 3000rpm까지 상승시켜 웨이퍼(W)의 떨쳐냄 건조를 행한다(도 24). 웨이퍼(W)의 표면으로부터 세정액이 제거되어, 건조된 상태로 되면, 웨이퍼(W)의 회전을 정지하고, 현상 처리를 종료한 웨이퍼(W)를 반출한다.
제3 실시 형태에 관한 현상 처리에 의하면, 현상 준비, 및 그 후의 현상액의 제거를 미리 행하여 둠으로써, 현상의 초기 단계에서 비교적 많이 발생하는 용해 성분이 제거된 상태에서 현상 처리를 행할 수 있다. 이 결과, 주 현상액 노즐(3)에 의해 확산되는 액 저류부(30) 중의 용해 성분의 농도가 적고, 또한 웨이퍼(W)의 면내에서 보다 균일한 상태에서 현상 처리를 진행시킬 수 있고, 현상의 진행 정도의 편차를 작게 하고, 당해 진행 정도의 분포를 고르게 할 수 있다.
여기서, 현상 준비용의 현상액의 공급을 행하는 노즐(제2 현상액 노즐)에 대해서도 단관상의 현상액 노즐(61)을 사용하는 경우에 한정되는 것이 아니라, 이미 설명한 각종 패드형 노즐(3, 3a, 3b)을 사용하여 현상 준비를 행해도 된다. 이 경우에는, 웨이퍼(W)의 중앙부 상방 위치에 패드형 노즐(3, 3a, 3b)을 배치하고, 이미 설명한 시간 범위 내의 기간만큼, 토출구(31)로부터 현상액을 공급한다. 이때, 패드형 노즐(3, 3a, 3b)과 웨이퍼(W) 사이에는, 액 저류부(30)는 형성되어도 되고, 형성되지 않아도 된다.
그리고 이들 패드형 노즐(3, 3a, 3b)을 사용하여 현상액 노즐(61)을 구성하는 경우에는, 주 현상액 노즐(제1 현상액 노즐)(3) 및 현상액 노즐(61)(제2 현상액 노즐)을, 공통의 패드형 노즐(3, 3a, 3b)에 의해 구성해도 되는 것은, 제1, 제2 실시 형태와 마찬가지이다.
또한 이들 패드형 노즐(3, 3a, 3b)을 진동시키거나, 웨이퍼(W)를 정회전 방향, 역회전 방향으로 교대로 회전시키거나 하는 각종 교반 촉진을 행해도 되는 것은 물론이다.
이상에서 설명한 제1∼제3 실시 형태에 관한 각 현상 처리에 있어서, 용해 성분을 포함하는 액 저류부(30)를 웨이퍼(W)로부터 제거하는 방법은, 도 7, 도 22에 도시한 웨이퍼(W)의 회전에 의한 떨쳐냄에 한정되지 않는다. 예를 들어 현상액을 흡인하는 튜브 호스를 사용하여 액 저류부(30)를 배출해도 되고, 스페튤러 등을 사용하여 웨이퍼(W)의 표면의 액 저류부(30)를 흘려보내도 된다.
[실시예]
(예비 실험)
도 1∼도 3에 기재된 주 현상액 노즐(3)을 사용하여 웨이퍼(W)의 현상 처리를 행하고, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 현상도의 진행 정도의 분포를 확인하였다. 또한, 종래의 단관상의 노즐을 사용하여 현상 처리를 행한 경우의 분포를 확인하는 실험도 행하였다.
A. 실험 조건
(참고예 1) 직경 40㎜의 주 현상액 노즐(3)을 사용하고, 직경 300㎜의 웨이퍼(W)의 중앙부에서 현상액의 토출을 개시하고, 주연부까지 주 현상액 노즐(3)을 이동시키는 스캔 아웃에 의해, 웨이퍼(W)의 전면에 액 저류부(30)를 형성하여 현상을 행하였다. 현상액의 토출 기간 중의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 30rpm, 현상액의 토출 유량은 60ml/분, 주 현상액 노즐(3)의 이동 속도는 20㎜/초이다.
(참고예 2) 참고예 1과 마찬가지의 조건에서, 웨이퍼(W)의 주연부측으로부터 중앙부측까지 주 현상액 노즐(3)을 이동시키는 스캔 인의 방법에 의해 액 저류부(30)를 형성하여 현상 처리를 행하였다.
(참고예 3) 참고예 1과 마찬가지의 조건에서 스캔 아웃의 방법에 의해 현상 처리를 행한 후의 웨이퍼(W)에 대해, 참고예 2와 마찬가지의 조건에서 스캔 인의 방법에 의해 2회째의 현상 처리를 행하였다.
(참고예 4) 단관상의 현상액 노즐을 사용하고, 직경 300㎜의 웨이퍼(W)의 중앙부에서 현상액의 토출을 개시하고, 주연부까지 현상액 노즐을 이동시켜 현상 처리를 행하였다. 현상액의 토출 기간 중의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 100rpm, 현상액의 토출 유량은 20ml/분, 현상액 노즐의 이동 속도는 20㎜/초이다.
B. 실험 결과
참고예 1의 실험 결과를 도 25, 도 26에, 참고예 2의 결과를 도 27, 도 28에, 참고예 3의 결과를 도 29, 도 30에 각각 나타낸다. 또한 참고예 4의 결과를 도 31에 나타낸다. 도 25, 도 27, 도 29, 도 31은, 웨이퍼(W) 상에 형성된 레지스트막에 대해, 웨이퍼(W)의 면내의 각 위치에서 동일한 구멍 직경의 CH 패턴을 노광한 후, 현상 처리를 행한 경우의 구멍 직경의 면내 분포를 나타내고 있다. 실제의 면내 분포도는, CH의 구멍 직경에 따라 다른 색채가 할당된 컬러 도면으로 되어 있지만, 도시의 제약상, 여기에서는 모노크롬 패턴으로 나타내어져 있다. 또한 도 26, 도 28, 도 30은, 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 본 CH의 구멍 직경 분포를 나타내고 있다. 이들 도면에 있어서, 횡축은 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리, 종축은 CH의 구멍 직경을 나타내고 있다.
도 26에 의하면, 스캔 아웃의 방법에 의해 현상 처리를 행한 참고예 1에 대해, 웨이퍼(W)의 중앙부측에서 현상 처리의 진행 정도가 크고, CH의 구멍 직경이 크게 되어 있다. 한편, 주연부측에서 현상 처리의 진행 정도가 작고, CH의 구멍 직경이 비교적 작은 구멍 직경 분포가 관찰된다. 또한 도 25에 의하면, CH의 구멍 직경 분포는 웨이퍼(W)의 중앙부 주위로 거의 회전 대칭으로 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이들 내용으로부터, 스캔 아웃의 방법에 의해 현상 처리를 행한 경우에는, 웨이퍼(W)의 표면에는 현상의 진행 정도가 컵을 상하 반대로 한 형상의 분포가 형성되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 28에 의하면, 스캔 인의 방법에 의해 현상 처리를 행한 참고예 2에 대해, 웨이퍼(W)의 주연부측에서 현상 처리의 진행 정도가 크고, CH의 구멍 직경이 크게 되어 있다. 또한, 중앙부측에서 현상 처리의 진행 정도가 작고, CH의 구멍 직경이 비교적 작은 구멍 직경 분포로 되어 있다. 또한 도 27에 의하면, CH의 구멍 직경 분포는 웨이퍼(W)의 중앙부 주위로 거의 회전 대칭으로 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이들 내용으로부터, 스캔 인의 방법에 의해 현상 처리를 행한 경우, 웨이퍼(W)의 표면에는 현상의 진행 정도의 컵 형상의 분포가 형성되는 것을 알 수 있다.
이어서 도 30을 보면, 스캔 인과 스캔 아웃을 조합하여 2회 현상 처리를 행한 참고예 3에 있어서는, 스캔 인, 스캔 아웃 단독으로 현상 처리를 행한 경우에 관찰된 현상의 진행 정도의 분포가 해소되어 CH의 구멍 직경 분포가 거의 균일해져 있다. 또한, 도 29의 CH의 구멍 직경의 면내 분포를 보아도, 특별한 대칭적인 패턴은 형성되어 있지 않다.
이들 내용으로부터, 주 현상액 노즐(3)을 사용한 현상 처리에 의해, 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 변화하는 현상의 진행 정도의 분포가 형성되었을 때, 이 분포를 상쇄하도록 현상액을 공급함으로써, 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하는 조정을 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해 종래의 단관상의 현상액 노즐을 사용한 현상 처리의 실험 결과에 의하면, 도 31에 나타내는 바와 같이, 현상의 진행 정도가 다른 영역이 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주연부를 향해 방사상으로 산재하는 분포가 형성되어 있다. 또한 웨이퍼(W)의 회전 속도를 1000rpm까지 상승시켜 마찬가지의 현상 처리를 행하면, 방사상으로 현상의 진행 정도가 다른 영역간에 있어서, 진행 정도의 상이가 보다 커지는 것도 확인하고 있다. 이와 같이 현상의 진행 정도가, 웨이퍼(W)의 주위 방향으로 볼 때 변동되어 있을 때, 당해 웨이퍼(W)를 회전시켜, 다시, 현상액의 공급을 행하였다고 해도, 이들 편차를 고르게 하는 것은 곤란하다.
이상의 결과로부터, 현상 처리를 행한 후의 웨이퍼(W)에 다시, 현상액을 공급하여 현상의 진행 정도를 고르게 하는 조정은, 웨이퍼(W)의 표면과 대향하도록 설치된 접촉부(32)를 구비하는 주 현상액 노즐(3)을 사용하여 현상을 행하는 경우에 특히 유효한 방법이라고 할 수 있다.
(실험 1)
도 4∼도 8을 사용하여 설명한 방법에 의해 LS의 현상 처리 및 그 후의 조정을 행하고, 각각의 처리 후에 있어서의 LS의 선 폭 분포를 계측하였다.
A. 실험 조건
(실시예 1) 직경 40㎜의 주 현상액 노즐(3)을 사용하고, 직경 300㎜의 웨이퍼(W)의 중앙부에서 현상액의 토출을 개시하고, 주연부까지 주 현상액 노즐(3)을 이동시키는 스캔 아웃에 의해, 웨이퍼(W)의 전면에 액 저류부(30)를 형성하여 현상 처리를 행하였다. 현상액의 토출 기간 중의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 30rpm, 현상액의 토출 유량은 60ml/분, 주 현상액 노즐(3)의 이동 속도는 20㎜/초이다.
이어서 조정용 현상액 노즐(61)을 사용하여 스캔 인의 방법에 의해, 웨이퍼(W)의 주연으로부터 5㎜ 내측의 위치로부터, 20㎜ 내측의 위치까지의 영역에 현상액을 공급하여, 현상의 진행 정도의 조정을 행하였다. 조정의 기간 중의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 100rpm, 현상액의 토출 유량은 20ml/분, 조정용 현상액 노즐(61)의 이동 속도는 20㎜/초이다.
B. 실험 결과
실시예 1의 실험 결과를 도 32에 나타낸다. 도 32의 횡축은 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 직경 방향의 거리[㎜], 종축은 LS의 선 폭[㎚]을 나타내고 있다. 또한, 그레이의 플롯은 조정용 현상액 노즐(61)에 의한 보정 전의 LS의 선 폭의 계측 결과를 나타내고, 검은 플롯은 조정용 현상액 노즐(61)에 의한 보정 후의 LS의 선 폭의 계측 결과를 나타내고 있다.
도 32에 나타낸 결과에 의하면, 주 현상액 노즐(3)에 의한 현상 후에는, 웨이퍼(W)의 주연측의 영역에 있어서 LS의 선 폭이 굵게 되어 있고, 현상의 진행 정도가 작아지는 분포가 확인되어 있다. 이 현상의 진행 정도가 작은 영역에, 조정용 현상액 노즐(61)로부터 현상액을 공급하여 현상의 진행 정도의 조정을 행함으로써, 직경 방향으로 고르게 된 LS의 선 폭 분포가 얻어졌다. 이 결과로부터, 주 현상액 노즐(3)을 사용한 현상 처리에 의해, 현상의 진행 정도가 직경 방향으로 다른 분포가 형성된 경우라도, 조정용 현상액 노즐(61)을 사용하여 이 분포를 상쇄하도록 현상액을 공급함으로써, 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하는 조정을 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(실험 2)
제3 실시 형태에 관한 방법에 기초하여 현상 준비 및 LS의 현상 처리를 행하고, LS의 선 폭 분포를 계측하였다.
A. 실험 조건
(실시예 2-1) 직경 40㎜의 주 현상액 노즐(3)을 사용하고, 직경 300㎜의 웨이퍼(W)에 대해 이동 속도 10㎜/초로 스캔 인의 방법으로 현상 처리를 행하였다. 그 밖의 실험 조건에 대해서는, 도 17∼도 24를 사용하여 설명한 예와 마찬가지이다.
(실시예 2-2) 주 현상액 노즐(3)의 이동 속도를 20㎜/초로 하여 스캔 인을 개시하고, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 75㎜의 위치에서 이동 속도가 10㎜/초로 되도록 점차 이동 속도를 저하시키고, 그 후, 당해 이동 속도를 유지한 점을 제외하고, 실시예 2-1과 마찬가지의 조건에서 현상 처리를 행하였다.
(실시예 2-3) 주 현상액 노즐(3)의 이동 속도를 5㎜/초로 하여 스캔 인을 개시하고, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 75㎜의 위치에서 이동 속도가 10㎜/초로 되도록 점차 이동 속도를 상승시키고, 그 후, 당해 이동 속도를 유지한 점을 제외하고, 실시예 2-1과 마찬가지의 조건에서 현상 처리를 행하였다.
B. 실험 결과
실시예 2-1∼2-3의 실험 결과를 도 33에 나타낸다. 도 33의 횡축은 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 직경 방향의 거리[㎜], 종축은 각 실시예에 있어서의 LS의 평균의 선 폭으로부터, 각 위치의 LS의 선 폭의 측정 결과를 차감한 차분값[㎚]을 나타내고 있다. 도 33에 있어서, 실시예 2-1의 실험 결과를 사각의 플롯으로 나타내고, 실시예 2-2의 실험 결과를 마름모꼴의 플롯으로 나타내고, 또한 실시예 2-3의 실험 결과를 삼각의 플롯으로 나타내고 있다.
도 33에 나타낸 실시예 2-1의 결과에 의하면, 현상 준비, 그 후의 현상액의 제거를 행하고 나서 주 현상액 노즐(3)을 사용한 현상 처리를 실시한 때, 평균값에 대한 LS의 선 폭의 변화 폭은, 약 0㎚∼＋1㎚ 정도의 범위 내로 억제되어 있다. 실시예 2-1의 결과는, 예를 들어 도 26, 도 28에 나타낸 참고예 1, 2의 결과와 비교하여, 현상의 진행 정도의 분포가 직경 방향으로 거의 일정해지도록 고르게 할 수 있게 되어 있다고 평가할 수 있다.
또한, 실시예 2-2, 2-3의 실험 결과에 나타내는 바와 같이, 주 현상액 노즐(3)의 이동 속도를 빠르게 함으로써, 현상의 진행이 느려져 라인의 선 폭이 굵어지고[실시예 2-2에 있어서의 웨이퍼(W)의 주연측 영역], 이동 속도를 느리게 함으로써, 현상의 진행이 빨라져 라인의 선 폭이 가늘어졌다[실시예 2-3에 있어서의 웨이퍼(W)의 주연측 영역].
상술한 실시예 2-2, 2-3의 실험 결과는, 미리 현상 준비가 행해져 있는 경우라도, 주 현상액 노즐(3)의 이동 속도[단위 시간당 웨이퍼(W)의 표면의 각 영역에 공급되는 현상액량이라고 해석할 수 있음]를 변화시킴으로써, 현상의 진행 속도를 조정하는 것이 가능한 것을 나타내고 있다. 이 지식을 이용하면, 실시예 2-1의 실험 결과에 대해서도, 가일층의 개선이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
W : 웨이퍼
1 : 현상 장치
12 : 스핀 척
3 : 주 현상액 노즐(패드형 노즐)
3a, 3b : 패드형 노즐
30 : 액 저류부
31 : 토출구
32 : 접촉부
61 : 조정용 현상액 노즐

Claims (17)

  1. 노광 후의 기판을 회전 가능한 기판 보유 지지부에 수평으로 보유 지지하는 공정과,
    상기 기판의 표면보다도 작게 형성됨과 함께 상기 기판의 표면과 대향하도록 설치된 접촉부를 구비한 노즐에 의해 구성된 제1 현상액 노즐을 사용하고, 상기 제1 현상액 노즐의 토출구로부터 현상액을 토출하여, 상기 기판 보유 지지부 상의 기판의 표면의 일부에 액 저류부를 형성하는 공정과, 계속해서 상기 접촉부가 상기 액 저류부에 접촉한 상태에서 당해 액 저류부에 현상액을 공급하면서, 회전하고 있는 기판의 중앙부 및 주연부의 일측으로부터 타측으로 상기 제1 현상액 노즐이 이동함으로써 당해 액 저류부를 기판의 표면 전체에 확산시키는 공정을 포함하는 현상액 전개 공정과,
    상기 현상액 전개 공정에 의한 상기 기판의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하기 위해, 기판을 회전시킨 상태에서 제2 현상액 노즐에 의해 기판의 표면에 현상액을 공급하는 현상액 공급 공정과,
    상기 현상액 전개 공정과 상기 현상액 공급 공정 사이에 행해지고, 상기 기판의 표면 상의 현상액을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 현상액 공급 공정은, 다른 영역에 비해 현상이 부족한 영역에 관한 현상을 진행시키도록 현상액의 공급을 행하는 현상 조정 공정인 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 현상액 전개 공정은, 현상 조정 공정보다도 전에 실시되는 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 액 저류부를 기판에 확산시키는 공정은, 회전하고 있는 기판의 중앙부로부터 주연부측으로 상기 제1 현상액 노즐이 이동하는 공정이며,
    상기 현상 조정 공정은, 상기 제2 현상액 노즐로부터 현상액을 토출시키면서, 현상액의 공급 위치를 기판의 주연부 및 중앙부의 일측으로부터 타측으로 이동시키는 공정인 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 현상 조정 공정은, 상기 제2 현상액 노즐로부터 기판의 직경 방향의 위치에 있어서 국소적으로 현상액을 토출하는 공정인 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 국소적으로 현상액을 토출하는 공정은, 상기 제2 현상액 노즐을 정지시킨 상태에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 현상 조정 공정은, 기판의 직경 방향에서 본 때에 상기 제2 현상액 노즐로부터 현상액이 토출되는 위치가 불연속이며 복수 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 국소적으로 현상액을 토출하는 공정은, 상기 제2 현상액 노즐을 정지시킨 상태에서 행해지고,
    상기 제2 현상액 노즐로부터 현상액이 토출되는 복수의 위치 중 하나는 다른 하나와 비교하여, 현상액의 토출 유량, 기판의 단위 시간당 회전수 및 상기 제2 현상액 노즐로부터의 현상액의 공급 시간 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 현상액 공급 공정은, 당해 현상액 전개 공정 전에, 기판의 표면에 액막을 형성하도록 현상액을 공급하여 상기 현상액 전개 공정의 준비를 행하는 현상 준비 공정인 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 액 저류부를 기판에 확산시키는 공정은, 회전하고 있는 기판의 주연부로부터 중앙부측으로 상기 제1 현상액 노즐이 이동하는 공정인 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 현상액 노즐은 상기 접촉부를 구비한 노즐에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 현상액 노즐 및 제2 현상액 노즐은, 공통의 노즐에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 상의 현상액을 제거하는 공정은, 기판을 회전시킴으로써 현상액을 기판으로부터 떨쳐내는 공정인 것을 특징으로 하는, 현상 방법.
  14. 노광 후의 기판을 수평으로 보유 지지하는 회전 가능한 기판 보유 지지부와,
    상기 기판의 표면보다도 작게 형성됨과 함께 상기 기판의 표면과 대향하도록 설치된 접촉부와, 현상액의 토출구를 구비한 노즐에 의해 구성되고, 상기 토출구로부터 현상액을 토출하여 기판 보유 지지부 상의 기판의 표면의 일부에 액 저류부를 형성하고, 계속해서 상기 접촉부가 상기 액 저류부에 접촉한 상태에서 당해 액 저류부에 현상액을 공급하면서, 회전하고 있는 기판의 중앙부 및 주연부의 일측으로부터 타측으로 이동하여 당해 액 저류부를 기판의 표면 전체에 확산시켜 기판의 현상 처리를 행하기 위한 제1 현상액 노즐과,
    상기 제1 현상액 노즐에 의한 현상 처리를 행하기 전, 또는 이 현상 처리를 행한 후에, 기판을 회전시킨 상태에서 기판의 표면에 현상액을 공급함으로써, 상기 제1 현상액 노즐을 사용한 현상 처리에 의한 상기 기판의 면내에 있어서의 현상의 진행 정도의 분포를 고르게 하기 위해 현상액의 공급을 행하는 제2 현상액 노즐을 구비하고,
    상기 제1 현상액 노즐을 사용한 현상 처리, 및 제2 현상액 노즐을 사용한 현상액의 공급은, 먼저 공급된 기판의 표면 상의 현상액이 제거된 후에 행해지는 것을 특징으로 하는, 현상 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 현상액 노즐은, 상기 접촉부를 구비한 노즐에 의해 구성되고, 상기 토출구로부터 현상액을 토출하여 기판 보유 지지부 상의 기판의 표면에 형성한 액 저류부에 상기 접촉부를 접촉시킨 상태에서 현상 처리를 행하는 것을 특징으로 하는, 현상 장치.
  16. 제15항에 있어서, 제1 현상액 노즐 및 제2 현상액 노즐은, 공통의 노즐에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 현상 장치.
  17. 노광 후의 레지스트막이 형성되어 있는 기판의 표면에 현상액을 공급하여 현상 처리를 행하는 현상 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체이며,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 현상 방법을 실행시키도록 스텝이 짜여져 있는 것을 특징으로 하는, 기억 매체.
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