KR20170113147A - 현상 방법, 현상 장치 및 기억 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레지스트막이 형성되고, 노광된 후의 반도체 장치 제조용 기판의 면내에 있어서 레지스트 패턴의 치수의 균일성이 높아지도록 현상 처리를 행하는 것을 과제로 한다.
상기 기판의 표면에 현상액을 공급하여 현상하는 현상 공정과, 이어서, 상기 기판으로부터 상기 현상액의 일부를 뿌리쳐 제거하기 위해, 상기 기판이 중심축 둘레의 제1 회전 방향으로 회전하도록, 그 기판의 회전수를 상승시키는 제1 회전 공정과, 이어서, 상기 기판에 잔류하는 상기 현상액을 그 기판으로부터 뿌리쳐 제거하기 위해, 상기 기판을 상기 제1 회전 방향과는 반대의 제2 회전 방향으로 회전시키는 제2 회전 공정을 실시한다. 그에 의해, 기판의 면내의 각 부에 있어서의 현상 시간이 불균일해지는 것을 막을 수 있기 때문에, 기판의 각 부에 균일성 높은 치수로 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

Description

현상 방법, 현상 장치 및 기억 매체{DEVELOPING METHOD, DEVELOPING APPARATUS AND STORAGE MEDIUM}

본 발명은 반도체 장치 제조용 기판을 현상하는 기술에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서의 포토리소그래피에서는, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)의 표면에 레지스트막이 형성된 후, 그 레지스트막의 노광이 행해진다. 이 노광은, 회로 패턴을 따라 개구한 마스크가 웨이퍼의 표면에 대하여 상대적으로 이동하며 그 마스크를 통해 단속적으로 웨이퍼에 광이 조사되어 행해진다. 노광 후는, 웨이퍼에 현상액이 공급되어, 레지스트 패턴이 형성된다. 특허문헌 1에는, 이 현상액을 공급하는 방법에 대해서 기재되어 있다. 그런데, 레지스트 패턴의 치수인 CD(Critical Dimension)의 미세화가 진행되는 데 있어서, 웨이퍼의 면내의 각 부에 있어서의 CD의 균일성을 향상시키는 것이 요구되고 있다. 그것을 위해서는, 웨이퍼의 면내에 있어서의 상기 광 조사(샷)가 각각 행해진 영역(샷 영역) 사이에 있어서의 CD의 균일성뿐만 아니라, 샷 영역 내에 있어서의 패턴의 CD의 균일성도 향상시키는 것이 요청되고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2011-91274호 공보

상기 샷 영역 내의 각 부에 있어서의 CD의 균일성을 저하시키는 요인으로서, 현상액을 뿌리쳐 웨이퍼로부터 제거할 때에 있어서의 샷 영역 내의 각 부마다의 현상액에 접하는 시간의 분균일이 있다고 본 발명자는 생각하고 있다. 상기 특허문헌 1에는, 현상액을 공급하여 웨이퍼의 표면에 액체 웅덩이를 형성하는 데 있어서, 웨이퍼의 회전 방향을 일방과 타방 사이에서 전환하는 것에 대해서 기재되어 있지만, 상기 현상액을 뿌리칠 때의 상기 문제에는 착안되어 있지 않아, 그 문제를 해결할 수 있는 것이 아니다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 과제는, 레지스트막이 형성되고, 노광된 후의 반도체 장치 제조용 기판의 면내에 있어서 레지스트 패턴의 치수의 균일성이 높아지도록 현상 처리를 행하는 것이다.

본 발명의 현상 방법은, 레지스트막이 형성되고, 노광된 후의 반도체 장치 제조용 기판의 표면에 현상액을 공급하여 현상하는 현상 공정과,

이어서, 상기 기판으로부터 상기 현상액의 일부를 뿌리쳐 제거하기 위해, 상기 기판이 중심축 둘레의 제1 회전 방향으로 회전하도록, 그 기판의 회전수를 상승시키는 제1 회전 공정과,

이어서, 상기 기판에 잔류하는 상기 현상액을 그 기판으로부터 뿌리쳐 제거하기 위해, 상기 기판을 상기 제1 회전 방향과는 반대의 제2 회전 방향으로 회전시키는 제2 회전 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 현상 장치는, 레지스트막이 형성되고, 노광된 후의 반도체 장치 제조용 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지부와,

상기 기판 유지부를 회전시켜, 상기 기판을 중심축 둘레로 회전시키는 회전 기구와,

상기 기판의 표면에 현상액을 공급하는 현상액 공급부와,

상기 기판에 현상액을 공급하여 현상하는 단계와, 이어서, 상기 기판으로부터 상기 현상액의 일부를 뿌리쳐 제거하기 위해, 상기 기판이 제1 회전 방향으로 회전하도록 회전수를 상승시키는 단계와, 계속해서 상기 기판에 잔류하는 상기 현상액을 그 기판으로부터 뿌리쳐 제거하기 위해 상기 기판을 상기 제1 회전 방향과는 반대의 제2 회전 방향으로 회전시키는 단계를 실행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 현상이 행해진 반도체 장치 제조용 기판을 그 기판의 중심축 둘레에 있어서의 제1 회전 방향으로 회전시킴으로써 현상액을 뿌리친 후, 그 기판을 제1 회전 방향과는 반대의 제2 회전 방향으로 회전시켜, 잔류하는 현상액을 뿌리치고 있다. 그에 의해, 그 뿌리침 시에 웨이퍼의 면내의 각 부가 현상액에 접하여 현상되는 시간이 분균일해지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 기판의 면내에서 레지스트 패턴의 치수의 균일성을 높게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 현상 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 현상 장치의 평면도이다.
도 3은 상기 현상 장치에 마련되는 현상액 노즐의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 4는 상기 현상액 노즐의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 5는 상기 현상 장치에 의해 처리되는 웨이퍼의 평면도이다.
도 6은 도 5의 A-A' 화살표 방향에서 본 종단 측면도이다.
도 7은 상기 웨이퍼의 개략 평면도이다.
도 8은 본 발명과는 상이한 방법으로 처리를 행하는 경우에 있어서의 현상액의 유동을 나타내는 모식도이다.
도 9는 상기 현상 장치에 의한 처리 공정을 나타내는 설명도이다.
도 10은 상기 현상 장치에 의한 처리 공정을 나타내는 설명도이다.
도 11은 상기 현상 장치에 의한 처리 공정을 나타내는 설명도이다.
도 12는 상기 현상 장치에 의한 처리 공정을 나타내는 설명도이다.
도 13은 상기 현상 장치에 의한 처리 공정을 나타내는 설명도이다.
도 14는 상기 현상 장치에 의한 처리 공정을 나타내는 설명도이다.
도 15는 상기 현상 장치에 의한 처리 시의 웨이퍼의 회전수의 추이를 나타내는 타이밍 차트도이다.
도 16은 본 발명의 방법으로 처리를 행하는 경우에 있어서의 현상액의 유동을 나타내는 모식도이다.
도 17은 평가시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.

본 발명의 일실시형태인 현상 장치(1)에 대해서, 도 1의 종단 측면도 및 도 2의 횡단 평면도를 참조하여 설명한다. 이 현상 장치(1)는, 표면에 네거티브형의 레지스트에 의한 레지스트막이 형성되고, 그 레지스트막이 노광된 반도체 장치 제조용 기판인 웨이퍼(W)에 대하여 현상 처리를 행한다. 도면 중 11은 기판 유지부인 스핀 척이며, 웨이퍼(W)의 이면 중앙부를 흡착하여, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 도면 중 12는 스핀 척(11)을 회전시켜, 그 스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)를 그 웨이퍼(W)의 중심축 둘레로 회전시키기 위한 회전 기구이다. 이 회전 기구(12)는, 회전 방향을 전환하는 것이 가능하며, 웨이퍼(W)의 표면측에서 보아, 웨이퍼(W)의 시계 방향의 회전을 정회전, 웨이퍼(W)의 반시계 방향의 회전을 역회전으로서 기재하는 경우가 있다.

도면 중 13은 기립한 원통형으로 형성된 액 받이용 컵이며, 그 상부측은 내측으로 경사하고 있다. 도면 중 14는 승강 기구이며, 컵(13)을 스핀 척(11)에 대하여 웨이퍼(W)의 전달이 행해질 때의 전달 위치(도 1 중 실선으로 나타내는 위치)와, 현상 처리가 행해질 때의 처리 위치(도 1 중 점선으로 나타내는 위치) 사이에서 승강시킨다. 또한, 스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 하방측에는 원형판(15)이 마련되어 있고, 이 원형판(15)의 외측에는 종단면 형상이 산형인 가이드 부재(16)가 링형으로 마련되어 있다. 가이드 부재(16)는, 웨이퍼(W)로부터 넘쳐흘러 떨어진 현상액을, 원형판(15)의 외측에 마련되는 액 받이부(17)에 가이드하도록 구성되어 있다. 또한, 도면 중 18은 가이드 부재(16)에 마련된 이면 세정 노즐(18)이며, 회전하는 웨이퍼(W)의 이면의 둘레 가장자리부에 세정액을 토출하여 세정한다.

상기 액 받이부(17)는 스핀 척(11)을 둘러싸도록 환형으로 형성된 오목부로서 구성되며, 배액관(19)를 통해 도시하지 않는 폐액부에 접속되어 있다. 도면 중 21은 스핀 척(11)과 도시하지 않는 기판 반송 기구 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 승강 핀이며, 도면 중 22는 승강 핀(21)을 승강시키는 승강 기구이다.

도면 중 31은 웨이퍼(W)에 현상액을 공급하는 현상액 노즐이며, 수직의 원주형으로 구성되어 있다. 이 현상액 노즐(31)의 하면(32)은 수평면을 이루며, 그 중심에는 현상액의 공급구(33)가 연직 하방에 개구하고 있다. 이 공급구(33)는, 현상액 공급관(34)을 통해 예컨대 초산부틸 등의 유기 용제에 의해 구성되는 현상액이 저류된 공급원(35)에 접속되어 있다. 도면 중 36은 현상액 공급관(34)에 개재되는 현상액의 공급 기구이며, 밸브나 매스플로우 컨트롤러에 의해 구성되어 있고, 공급원(35)으로부터 현상액 노즐(31)에 공급되는 현상액의 유량을 조정한다. 도면 중 37은 현상액 노즐(31)을 지지하는 아암(38)을 통해 현상액 노즐(31)을 수평 이동 또한 승강시키는 이동 기구이며, 도면 중 39는 이동 기구(37)가 수평 이동하기 위한 가이드이다.

현상액 공급부를 구성하는 상기 현상액 노즐(31)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 회전 기구(12)에 의해 회전하는 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 하면(32)이 근접 및 대향하며 공급구(33)로부터 현상액(30)이 토출된 상태로, 웨이퍼(W)의 둘레 단부 상으로부터 중심부 상을 향하여, 웨이퍼(W)의 반경을 따라 이동한다. 그에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면에 현상액(30)의 액막(D)이 형성된다. 상기한 바와 같이 이동하는 하면(32)과 회전하는 웨이퍼(W) 표면 사이에서는, 공급된 현상액(30)이 그 하면(32), 그 웨이퍼(W) 표면의 각각의 표면 장력에 의해 교반되어 농도가 균일화됨으로써, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 패턴의 CD의 균일화가 도모되고 있다.

도 1, 도 2로 되돌아가서, 현상 장치(1)의 각 부의 구성의 설명을 계속한다. 도면 중 41은 연직 하방으로 현상액을 토출하는 현상액 노즐이다. 이 현상액 노즐(41)은, 도 3, 도 4에서 설명한 바와 같이 현상액 노즐(31)에 의해 현상액의 액막(D)을 형성하기 전에, 웨이퍼(W)의 표면에 현상액을 공급한다. 그 현상액은, 현상액 노즐(31)로부터 공급된 현상액의 젖음성을 높게 할 목적으로 공급하는 것이다. 현상액 노즐(41)은, 현상액 공급관(42)을 통해 상기한 현상액의 공급원(35)에 접속되어 있고, 현상액 공급관(42)은 공급 기구(36)와 동일하게 구성된 공급 기구(43)가 개재되어, 현상액 노즐(41)에 공급되는 현상액의 유량을 조정한다. 도면 중 44는 현상액 노즐(41)을 지지하는 아암(45)을 통해 현상액 노즐(41)을 수평 이동 또한 승강시키는 이동 기구이고, 도면 중 46은 이동 기구(44)가 수평 이동하기 위한 가이드이다. 도면 중 47은 현상액 노즐(31)의 대기부이고, 도면 중 48은 현상액 노즐(41)의 대기부이다. 이들 대기부(47, 48)는 각각, 평면에서 보아 컵(13)의 외측에 마련되며, 웨이퍼(W)에 처리를 행하지 않을 때에 현상액 노즐(31, 41)을 대기시킨다.

현상 장치(1)에는, 컴퓨터인 제어부(10)가 마련된다. 제어부(10)는, 도시하지 않는 프로그램 저장부를 가지고 있다. 이 프로그램 저장부에는, 후술하는 현상 처리가 행해지도록 명령(단계군)이 짜여진 프로그램이 저장된다. 이 프로그램에 의해 제어부(10)는 현상 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 출력하여, 이동 기구(37, 44)에 의한 현상액 노즐(31, 41)의 이동, 회전 기구(12)에 의한 웨이퍼(W)의 회전수 및 회전 방향, 공급 기구(36, 43)에 의한 웨이퍼(W)에의 현상액의 공급, 승강 기구(22)에 의한 승강 핀(21)의 승강 등의 각 동작이 제어되어, 후술과 같이 웨이퍼(W)에 현상 처리를 행할 수 있다. 또한, 이 현상 처리에는, 현상 후의 현상액의 뿌리침도 포함된다. 이 프로그램은, 예컨대 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크 또는 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장된 상태로 프로그램 저장부에 저장된다.

이 현상 장치(1)에서는, 도 3, 도 4에서 설명한 바와 같이 현상액(30)의 액막(D)을 형성한 후, 웨이퍼(W)를 역회전시켜 그 현상액(30)을 뿌리치고, 계속해서 웨이퍼(W)를 정회전시켜 웨이퍼(W)에 잔류하는 현상액(30)을 뿌리친다. 이와 같이 회전 방향을 전환하는 이유를 설명하기 위해, 먼저, 현상 장치(1)에 대해서 처리되는 웨이퍼(W)에 대해서, 도 5의 평면도를 이용하여 자세하게 설명한다. 도면 중 N은 웨이퍼(W)의 방위를 나타내는 절결(노치)이다. 웨이퍼(W)의 표면에 있어서 절결(N)의 형성 방향을 종방향으로 하면, 반도체 디바이스의 형성 영역(51) 내를 종방향 및 횡방향을 따른 매트릭스형의 각 위치에 광 조사(샷)가 행해지고 있다. 즉, 다수의 샷 영역(52)이 종횡을 따라 배치되어 있다. 각 샷 영역(52)으로부터 반도체 디바이스가 제조된다.

현상 처리에 의해, 각 샷 영역(52) 내에는 레지스트 패턴이 형성되며, 샷 영역(52) 사이의 레지스트는 용해하여, 각 샷 영역(52)을 둘러싸도록 홈(50)이 형성된다. 따라서, 현상 처리된 웨이퍼(W)의 표면에는 웨이퍼(W)의 일단부로부터 타단부로 신장하는 홈(50)이 종횡으로 직선형으로 형성되어 있게 된다. 도 6은 그와 같이 홈(50)이 형성되었을 때의 도 5의 A-A′ 화살표 방향에서 본 단면을 나타내고 있다. 또한, 도 6 중 61은 각 샷 영역(52)이 형성된 레지스트막이다. 이와 같이 형성된 홈(50)에 의해, 현상액(30)을 뿌리칠 때의 유동에 대해서, 도 7에 나타내는 웨이퍼(W)의 직경을 따른 십자 영역(53)에 포함되는 샷 영역(52)에서는 십자 영역(53) 밖의 샷 영역과는 상이한 양태가 되며, 예컨대 정회전만을 행함으로써만 현상액의 뿌리침을 행하는 것으로 한 경우, CD의 균일성이 낮아져 버린다.

구체적으로, 그와 같이 정회전만을 행하여 현상액을 제거할 때에 있어서의 십자 영역(53) 내에 포함되는 샷 영역(52)의 종방향의 2개의 열(54)의 표면에 있어서의 현상액(30)의 유동에 대해서, 모식적으로 나타낸 도 8을 참조하여 설명한다. 도 7에 나타내는 바와 같이 각 열(54)은 웨이퍼(W)의 반경 상에 위치하며, 서로 횡방향에 인접하고 있다. 설명의 편의상, 도 8에서는 열(54)과 열(54) 사이의 종방향으로 형성되는 홈(50)을 크게 나타내고, 횡방향으로 형성되는 홈(50)에 대해서는 생략하고 있다. 또한, 하나의 열(54)에 대해서 그 열(54)을 따라 2등분한 가상의 분할 영역을 55, 56으로서 나타내고 있고, 분할 영역(55)이 정회전 시의 회전 방향 상류측의 영역, 분할 영역(56)이 정회전 시의 회전 방향 하류측의 영역이다. 또한, 도 8에서는 2점 쇄선의 화살표에 의해 웨이퍼(W)의 회전 방향을 나타내고, 실선의 화살표에 의해 현상액(30)의 유동 방향을 나타내고 있다.

웨이퍼(W)의 정회전이 개시되면, 각 열(54)을 덮고 있던 현상액(30)이, 원심력의 작용으로 웨이퍼(W)의 면내를 회전 방향의 하류측을 향하여 이동하고(도 8 좌측), 회전 방향 상류측의 열(54)로부터 회전 방향 하류측의 열(54)을 향하여 흐르는 현상액(30)은, 열(54)과 열(54) 사이의 홈(50)에 유입된다. 상기한 바와 같이 샷 영역(52)이 매트릭스형으로 배치되어 있기 때문에, 이 홈(50)은 웨이퍼(W)의 둘레 단부를 향하여 일직선형으로 형성되어 있다. 즉 홈(50)에 유입된 현상액(30)으로부터 웨이퍼(W)의 둘레단을 향하여 보면, 웨이퍼(W)의 외측을 향하는 배출로가 형성되어 있게 된다. 그 때문에 상기 홈(50)에 유입된 현상액(30)은, 홈(50)을 따라 흘러 웨이퍼(W)의 둘레단으로부터 배출되기 쉬워, 이 홈(50)을 타고 넘어 회전 방향 하류측의 샷 영역(52)으로 흐르기 어렵다.

그와 같이 현상액(30)이 흐름으로써, 각 열(54)에 있어서의 회전 방향 하류측의 분할 영역(56)에서는 뿌리쳐지지 않고 잔류하고 있는 현상액(30)에 의해 현상이 진행되는 한편으로, 각 열(54)의 회전 방향 상류측의 분할 영역(55)에서는 상기한 바와 같이 홈(50)에 의해 회전 방향 상류측으로부터의 현상액(30)의 유입이 억제되고 있기 때문에, 건조가 진행되어 현상이 정지한다(도 8 중앙). 더욱 웨이퍼(W)의 회전이 계속되어, 점차로 회전 방향 하류측의 분할 영역(56)으로부터도 현상액(30)이 제거되어, 현상이 종료한다(도 8 우측). 도시는 생략하지만, 십자 영역(53)의 횡방향의 샷 영역(52)의 열에 대해서도, 이 도 8에 나타낸 종방향의 샷 영역(52)의 열(54)과 마찬가지로, 현상액(30)이 제거된다고 생각된다. 즉, 십자 영역(53)에서는 웨이퍼(W)의 면내의 다른 영역에 비해서, 회전 방향 하류측의 샷 영역(52)을 향하여 현상액(30)이 흐르기 어려워, 그 현상액(30)은 홈(50)으로부터 배출되기 쉽다.

이와 같이 십자 영역(53)의 샷 영역(52)에 있어서는, 현상액(30)이 제거되어 현상 처리가 종료하는 타이밍이 샷 영역(52) 내에서 불균일하기 때문에, 현상액(30)에 접하여 현상 처리가 행해지는 시간(현상 시간)이, 그 샷 영역(52) 내의 각 부에서 불균일해진다. 그 결과로서, 상기한 바와 같이 샷 영역(52) 내에서의 CD의 균일성이 낮아진다고 생각된다.

현상 장치(1)는 이러한 현상 시간의 불균일을 억제하기 위해, 이미 서술한 바와 같이 회전 방향을 전환하여 현상액(30)을 뿌리친다. 이하, 이 현상 장치(1)에서 행해지는 처리에 대해서, 웨이퍼(W)에 있어서의 현상액의 모습을 나타내는 도 9∼도 14 및 웨이퍼(W)의 회전수의 추이를 나타내는 타이밍 차트인 도 15를 참조하여 설명한다. 또한, 도 9, 도 10에서는 현상액 노즐(41)로부터 토출되는 현상액은, 현상액 노즐(31)로부터 공급되는 현상액(30)과 구별하기 위해 40으로서 나타내고 있고, 도 9∼도 14에서는 실선의 화살표로 웨이퍼(W)의 회전 방향을 나타내고 있다. 또한, 도 15의 차트의 종축은 웨이퍼(W)의 회전수를 나타내고 있고, 웨이퍼(W)가 정회전하고 있을 때의 회전수를 플러스의 수치, 역회전하고 있을 때의 회전수를 마이너스의 수치로 나타내고 있다.

먼저, 도시하지 않는 반송 기구에 의해 웨이퍼(W)가 스핀 척(11)에 배치되어 그 웨이퍼(W)의 이면 중앙부가 유지된다. 그 후, 대기부(48)로부터 웨이퍼(W)의 중심부 상으로 이동한 현상액 노즐(41)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 비교적 소량의 현상액(40)이 공급되며 웨이퍼(W)가 정회전한다(도 9). 이 현상액(40)은 웨이퍼(W)의 회전의 원심력에 의해, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부로 신전되어 웨이퍼(W)의 표면 전체에 도포되어, 현상액(30)에 대한 젖음성을 향상시키는 프리웨트가 행해진다.

그러한 후, 현상액 노즐(41)이 대기부(48)로 되돌아가서, 대기부(47)로부터 웨이퍼(W)의 둘레단부 상에 하면(32)이 웨이퍼(W)의 표면에 근접하도록 현상액 노즐(31)이 이동한다. 그 후, 웨이퍼(W)가 예컨대 60 rpm으로 정회전한 상태로, 현상액 노즐(31)로부터 현상액(30)이 토출되며, 현상액 노즐(31)이 웨이퍼(W)의 중심부 상을 향하여 이동한다(도 10). 즉, 도 3, 도 4에서 설명한 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면에 현상액(30)에 의한 액막(D)이 형성된다.

현상액 노즐(31)이 웨이퍼(W)의 중심부에 도달하여, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 액막(D)이 형성되면 현상액(30)의 공급이 정지되고, 현상액 노즐(31)이 대기부(47)로 되돌아간다. 한편 웨이퍼(W)의 정회전이 정지하여 정지 상태가 되고, 웨이퍼(W)의 표면의 레지스트막이 용해하여, 각 샷 영역(52)에 레지스트 패턴이 해상된다(도 11: 현상 공정). 또한, 샷 영역(52)의 주위에는, 이미 서술한 샷 영역(52) 사이를 구획하는 홈(50)이 형성되게 된다.

그 후, 웨이퍼(W)가 역회전(제1 회전 방향에서의 회전)을 개시하고[차트 중 시각(t1)], 회전수가 예컨대 300 rpm이 되도록 상승하며 회전의 원심력에 의해, 액막(D)을 형성하는 현상액(30)의 일부가 제거된다(도 12: 제1 회전 공정). 시각(t1)으로부터 예컨대 1초 경과하면 0 rpm이 되도록 웨이퍼(W)의 회전수가 저하한다[시각(t2)]. 즉, 웨이퍼(W)의 회전이 정지하여, 정지 상태가 된다(도 13). 시각(t2)으로부터 예컨대 1.2초 경과하면, 웨이퍼(W)가 정회전(제2 회전 방향에서의 회전)을 개시하고[시각(t3)], 회전수가 예컨대 2000 rpm이 되도록 상승한다. 회전의 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 잔류하고 있는 현상액(30)이 뿌리쳐진다(도 14: 제2 회전 공정).

이 현상액(30)의 뿌리침에 병행하여 이면 세정 노즐(18)로부터 세정액이 공급되어 이면의 둘레 가장자리부가 세정된다. 이 이면의 세정이 끝나고, 웨이퍼(W)의 표면에서는 현상액(30)의 제거가 진행되어 그 표면 전체가 건조하며, 시각(t3)으로부터 예컨대 15초 경과하면, 웨이퍼(W)의 회전수가 저하하여[시각(t4)], 회전이 정지한다. 그 후, 웨이퍼(W)는 도시하지 않는 반송 기구에 의해 현상 장치(1)로부터 반출된다.

도 16은 상기 시각(t1)∼시각(t4)에서 설명한 바와 같이 현상액(30)의 뿌리침이 행해졌을 때의 샷 영역(52)의 열(54)에 있어서의 현상액(30)의 모습을 도 8과 같이 나타내고 있고, 이 도 16을 참조하면서 상기 시각(t1∼t4)에 있어서의 현상액(30)의 유동을, 보다 자세하게 설명한다. 상기 시각(t1∼t2)에서 역회전이 행해짐으로써, 열(54) 전체를 덮고 있던 현상액(30)이, 이 역회전에 의한 원심력으로 회전 방향의 하류측을 향하여 이동한다(도 16 좌측). 도 8에서 설명한 바와 같이, 회전 방향 상류측의 열(54)로부터 회전 방향 하류측의 열(54)을 향하여 흐르는 현상액은, 열(54)과 열(54) 사이의 홈(50)에 유입하여, 홈(50)을 따라 흘러 웨이퍼(W)의 둘레단으로부터 배출되기 쉽기 때문에, 열(54)에 있어서의 회전 방향의 상류측의 분할 영역은 건조하기 쉽고, 회전 방향 하류측의 분할 영역은 건조하기 어렵다. 여기서는 웨이퍼(W)가 역회전하고 있기 때문에, 분할 영역(56)에서 현상액(30)이 제거되어 건조가 진행되어 현상이 정지하고, 분할 영역(55)에서는 현상액(30)이 남아, 현상이 진행된다(도 16 중앙 좌측).

그 후, 상기 시각(t3∼t4)에서 정회전이 행해짐으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 잔류하는 현상액(30)은, 도 8에서 설명한 바와 같이 유동한다. 즉, 각 열(54)에 있어서의 회전 방향 하류측의 분할 영역(56)에서는 여전히 뿌리쳐지지 않고 잔류하고 있는 현상액(30)에 의해 현상이 진행되는 한편으로, 각 열(54)의 상류측의 분할 영역(55)에서는 현상액(30)이 공급되기 어렵기 때문에, 건조가 진행되어 현상 처리가 정지한다(도 16 중앙 우측). 그리고, 웨이퍼(W)의 정회전이 계속되어, 점차로 분할 영역(56)으로부터도 현상액(30)이 제거되어, 현상이 종료한다(도 16 우측).

이와 같이 웨이퍼(W)의 역회전 중에 있어서는, 분할 영역(56)에서의 현상이 억제되는 한편으로, 분할 영역(55)에서의 현상이 진행되고, 웨이퍼(W)의 정회전 중에 있어서는, 분할 영역(55)에서의 현상이 억제되는 한편으로, 분할 영역(56)에서의 현상이 진행된다. 따라서, 분할 영역(55, 56) 사이에서 현상 시간의 치우침을 억제할 수 있다. 또한, 도시 및 상세한 설명은 생략하지만, 십자 영역(53)의 횡방향의 샷 영역(52)의 열에 대해서도, 이 도 16에 나타낸 종방향의 샷 영역(52)의 열(54)과 마찬가지로 현상액(30)이 제거되어, 현상 시간의 치우침이 억제되게 된다.

이 현상 장치(1)에 따르면, 웨이퍼(W)의 표면에 현상액(30)의 액막(D)을 형성하여 레지스트 패턴의 형성을 한 후, 웨이퍼(W)를 역회전시켜 현상액(30)을 뿌리치고, 더욱 웨이퍼(W)를 정회전시켜 현상액(30)을 뿌리치고 있다. 그와 같이 뿌리침을 행함으로써, 샷 영역(52) 내에 있어서의 레지스트막의 각 부의 현상 시간을 같게 하여, 레지스트 패턴의 CD, 즉 패턴의 치수에 대한 균일성의 저하를 억제할 수 있다. 이와 같이 샷 영역(52) 내에 있어서의 CD의 균일성이 높아지는 것은, 웨이퍼(W)의 면내 전체의 각 부에서의 CD의 균일성이 높아지는 것이다.

또한, 상기 타이밍 차트의 시각(t1∼t4)에 대해서 보충해 두면, 시각(t1)은 역회전을 개시하도록 제어 신호가 출력되는 시각, 시각(t2)은 역회전을 정지하도록 제어 신호가 출력되는 시각, 시각(t3)은 정회전을 개시하도록 제어 신호가 출력되는 시각, 시각(t4)은 정회전을 정지하도록 제어 신호가 출력되는 시각이다. 따라서, 시각(t1∼t2)을 역회전을 행하는 시간, 시각(t3∼t4)을 정회전을 행하는 시간으로서 기재하는 경우가 있다.

이 역회전을 행하는 시간[시각(t1∼t2) 사이]이 지나치게 길면, 샷 영역(52) 내의 보다 넓은 범위에서 건조가 지나치게 진행되어 버린다. 구체적으로는 예컨대, 상기 열(54)에 있어서 도 16 중앙 좌측에 나타낸 분할 영역(56)보다 넓은 영역에서, 건조가 보다 진행되게 되어 버린다. 그 결과로서, 처리 종료 시에 샷 영역(52) 내의 각 부에서 현상 시간을 같게 할 수 없게 되어 버린다.

또한, 역회전을 행하는 시간이 지나치게 짧으면, 역회전에 의해 샷 영역(52) 내의 일부에서 현상액(30)을 충분히 제거할 수 없게 되어 버린다. 구체적으로는 예컨대, 역회전 중에 상기 열(54)에 있어서 분할 영역(56)으로부터 충분히 현상액이 제거되지 않게 되어 버린다. 그 결과로서, 처리 종료 시에 샷 영역(52) 내에서 현상 시간을 같게 할 수 없게 되어 버린다. 따라서, 이들 이유 및 후술하는 평가시험에서 역회전을 행하는 시간이 1초일 때에 양호한 결과가 얻어졌기 때문에, 역회전을 행하는 시간은 1초∼2초가 바람직하다.

또한, 역회전의 회전수가 지나치게 높으면, 역회전을 행하는 시간이 지나치게 긴 경우와 마찬가지로, 샷 영역(52) 내의 보다 넓은 범위에서 건조가 지나치게 진행되어 버린다. 또한, 회전수가 지나치게 낮으면, 역회전을 행하는 시간이 지나치게 짧은 경우와 마찬가지로, 샷 영역(52) 내의 일부로부터 현상액(30)을 충분히 배출할 수 없게 되어 버린다. 이들 이유 및 후술하는 평가시험의 결과로부터, 역회전의 회전수는 150 rpm∼1500 rpm인 것이 바람직하고, 200 rpm∼600 rpm인 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기한 바와 같이 역회전은 샷 영역(52)의 전체로부터 현상액(30)이 제거되는 일이 없는 회전수로 행한다. 그러나, 정회전은 샷 영역(52)의 전체로부터 현상액(30)이 전부 제거되도록 행한다. 따라서, 상기한 바와 같이 시각(t3∼t4)의 정회전의 회전수(제2 회전수)는, 시각(t1∼t2)의 역회전의 회전수(제1 회전수)보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 제어 신호의 출력 시점으로부터, 웨이퍼(W)의 회전수가 추이하여 그 제어 신호로 지정되는 회전수에 달할 때까지 타임 러그가 있지만, 여기서 말하는 정회전의 회전수 및 역회전의 회전수는 추이 중인 회전수가 아니라, 이 제어 신호로 지정되는 회전수를 의미한다. 또한, 동일한 이유로, 역회전을 행하는 시간은, 정회전을 행하는 시간보다 짧은 것이 바람직하다.

또한, 시각(t2∼t3)에 있어서 웨이퍼(W)를 정지시키는 시간은, 상기 예에 한정되지 않고, 적절하게 설정할 수 있다. 예컨대 회전 방향을 전환하는 일순만 웨이퍼(W)가 정지하도록 하여도 좋다. 그런데, 역회전에 의한 뿌리침을 행하고 나서 정회전에 의한 뿌리침을 행하는 것으로서 설명해 왔지만, 정회전에 의한 뿌리침을 행하고 나서 역회전에 의한 뿌리침을 행하도록 하여도 좋다. 또한 현상액을 뿌리치는 데 있어서, 웨이퍼(W)의 회전 방향의 전환은 1회만 행하는 것에 한정되지 않고, 복수회 행할 수 있다. 예컨대 웨이퍼(W)를 역회전, 정회전, 역회전의 순서로 회전시켜 현상액을 뿌리쳐도 좋다. 또한, 상기 현상 장치(1)에서는 네거티브형 레지스트에 대한 현상액을 공급하지만, 포지티브형 레지스트에 대한 현상액을 공급하도록 구성하여도 좋다.

또한, 액막(D)에 대해서는 이미 서술한 바와 같이 형성하는 것에 한정되지 않고, 예컨대 수평 방향으로 이동하며, 이동 방향과 직교하도록 수평 방향으로 개구한 슬릿형의 토출구를 구비하는 현상액 노즐을 현상 장치(1)에 마련한다. 그리고, 이 현상액 노즐을 웨이퍼(W)의 일단 상으로부터 타단 상으로 이동시키면서 현상액을 토출하여, 액막(D)을 형성하여도 좋다.

또한, 현상액(30)을 공급한 후, 패턴을 해상시키기 위해 상기 처리예에서는 웨이퍼(W)의 회전을 정지시키고 있지만, 웨이퍼(W) 표면에 현상액이 유지되어, 해상이 방해되지 않으면, 예컨대 수 rpm 정도의 낮은 회전수로 웨이퍼(W)는 회전하고 있어도 좋다. 그와 같이 낮은 회전수로 회전한 상태로부터, 웨이퍼(W)의 회전수가 상승하여, 이미 서술한 바와 같이 현상액(30)의 뿌리침이 행해지도록 처리를 행할 수 있다.

본 발명이 적용되는 반도체 장치 제조용 기판으로서는, 웨이퍼 이외에 액정 디스플레이 제조용 기판(LCD 기판)이 포함되는 것으로 한다. 또한, 이 LCD 기판은, 액정 디스플레이를 제조하는 과정에서 TFT(박막 트랜지스터) 등의 반도체 장치가 형성되기 때문에, 이와 같이 반도체 장치 제조용 기판이라고 칭할 수 있다. 그리고, 이 LCD 기판에 대해서도, 웨이퍼와 마찬가지로 현상에 의해 종횡에 홈(50)이 형성되기 때문에, 본 발명을 적용함으로써, 현상액의 뿌리침 시의 기판의 면내의 각 부에서 있어의 현상 시간의 변동을 억제할 수 있다.

이미 서술한 각 실시예는, 서로 조합할 수 있다. 예컨대 정회전을 행하고, 계속해서 역회전을 행함으로써 현상액(30)의 뿌리침을 행한다고 하는 경우에 있어서, 정회전을 행할 때에는 시각(t1∼t2)의 회전수로서 설명한 회전수로, 역회전을 행하는 시간으로서 설명한 시간만큼 정회전을 행하도록 하여, 처리를 행할 수 있다.

[평가시험]

이어서, 본 발명에 관련하여 행해진 평가시험에 대해서 설명한다. 이하의 각 평가시험은, 표면에 네거티브형의 레지스트막이 형성되고, 하나의 샷 영역(52) 내에 60 ㎚의 개구경을 갖는 홀이 형성되도록 그 레지스트막이 노광된 웨이퍼(W)를, 이미 서술한 현상 장치(1)로 처리함으로써 행하였다. 상기 노광은, 하나의 샷 영역(52) 내에 있어서 상기 홀이 웨이퍼(W)의 종횡을 따라 3×3의 행렬형으로 형성되도록 행하였다.

(평가시험 1)

평가시험 1로서, 본 발명에 따른 도 9∼도 16에 나타낸 순서로 현상 처리를 행하였다. 즉, 현상액을 뿌리치는 데 있어서 역회전을 행한 후, 정회전을 행하였다. 역회전의 회전수는 300 rpm, 역회전을 행하는 시간은 1초로 각각 설정하였다. 그리고, 이 현상 처리 후에 각 홀의 직경을 측정하여 얻은 측정값으로부터 미리 정해진 보정값을 감산하여 측정값을 수정하였다. 보정값은 노광에서 사용한 마스크에 기인하는 오차를 보정하기 위한 것이며, 그 보정값에 의해 수정된 각 측정값은 현상 처리에 의한 CD의 변동을 반영하는 것이다. 이 이후, 이와 같이 수정된 측정값을 측정값으로서 기재한다.

샷 영역(52)마다 홀의 직경의 측정값의 평균값을 산출하였다. 그리고, 샷 영역(52)의 각 홀의 직경의 측정값으로부터 그 샷 영역(52)의 측정값의 평균값을 감산하였다. 이 감산값을 보정 CD로 한다. 즉, 하나의 샷 영역(52)에 대해서 9개의 보정 CD를 산출하였다. 그리고, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 모든 샷 영역(52)에 대해서, 샷 영역(52)마다 보정 CD의 3 시그마를 산출하고, 이 3 시그마의 평균값(전체 CDU로 함)을 산출하였다. 또한, 도 7에서 설명한 십자 영역(53)에 포함되는 샷 영역(52)에 대해서, 샷 영역(52)마다 보정 CD의 3 시그마를 산출하고, 이 3 시그마의 평균값(십자 영역 CDU로 함)을 산출하였다. 또한, 전체 CDU 및 십자 영역 CDU의 각 수치의 단위는 ㎚이다.

또한, 비교 시험 1로서, 역회전을 행하지 않고 정회전만으로 현상액의 뿌리침을 행한다, 즉, 도 8에서 설명한 바와 같이 처리를 행한 것을 제외하고, 평가시험 1과 동일하게 웨이퍼(W)에 처리를 행하여, 전체 CDU 및 십자 영역 CDU를 산출하였다.

상기 전체 CDU 및 십자 영역 CDU는 작은 값일수록, 이 전체 CDU 또는 십자 영역 CDU의 산출에 이용한 홀에 대해서, CD의 균일성이 높은 것을 의미한다. 평가시험 1에 있어서, 전체 CDU는 0.54이며, 십자 영역 CDU는 0.49였다. 비교 시험 1에 있어서 전체 CDU는 0.59이며, 십자 영역 CDU는 0.65였다. 따라서, 이 평가시험 1의 결과로부터, 웨이퍼(W)의 회전 방향을 전환하여 현상액을 뿌리침으로써, 웨이퍼(W)의 면내 전체에서 홀의 CD의 균일성이 개선되고, 특히 십자 영역(53)에 있어서는 홀의 CD의 균일성이 크게 개선되는 것이 확인되었다. 즉, 이 평가시험 1에 의해 본 발명의 효과가 확인되었다.

(평가시험 2)

평가시험 2로서, 평가시험 1과 대략 동일하게 웨이퍼(W)에 처리를 행하여, 전체 CDU 및 십자 영역 CDU를 산출하였다. 단, 이 평가시험 2에서는 역회전을 행하는 시간은, 평가시험 1의 역회전을 행하는 시간보다 짧게, 0.5초로 하였다.

평가시험 2의 결과로서는, 전체 CDU가 0.62, 십자 영역 CDU가 0.58이었다. 따라서 전체 CDU 및 십자 영역 CDU 모두, 평가시험 2의 결과의 수치는, 평가시험 1의 결과의 수치보다 높았다. 따라서, 평가시험 1, 2의 결과로부터는, 역회전을 행하는 시간을 1초 이상으로 하면 바람직한 것을 알 수 있다.

(평가시험 3)

평가시험 3으로서, 평가시험 1과 대략 동일하게 복수매의 웨이퍼(W)에 처리를 행하고, 각 웨이퍼(W)에 대해서 전체 CDU 및 십자 영역 CDU를 산출하였다. 다만, 웨이퍼(W)마다 역회전의 회전수를 100 rpm∼1500 rpm의 범위에서 변경하여 처리를 행하고 있다. 각 웨이퍼(W)의 역회전을 행하는 시간은, 모두 1초로 설정하였다.

도 17은 이 평가시험 3의 결과를 나타내는 그래프이며, 그래프의 횡축은 웨이퍼(W)의 회전수(단위: rpm)를 나타내고, 그래프의 종축은 전체 CDU 및 십자 영역 CDU의 값을 나타내고 있다. 각 웨이퍼(W)로부터 얻어진 전체 CDU에 대해서는 그래프 중에 3각형의 표시를 플롯하고, 십자 영역 CDU에 대해서는 그래프 중에 × 표시를 플롯하고 있다. 또한, 취득된 전체 CDU, 십자 영역 CDU에 대해서, 각각 커브 피팅을 행하여 얻어진 회귀 곡선을 그래프 중에 나타내고 있다. 전체 CDU의 회귀 곡선은 실선이며, 십자 영역 CDU의 회귀 곡선은 일점 쇄선으로 각각 표시하고 있다.

이 그래프에 나타내는 바와 같이, 측정이 행해진 범위에 있어서는 회전수가 300 rpm일 때에, 전체 CDU 및 십자 영역 CDU가 가장 낮았다. 또한, 각 회귀 곡선으로 나타내는 바와 같이, 전체 CDU 및 십자 영역 CDU는, 300 rpm을 향하여 회전수가 상승함에 따라 점차로 저하하고, 300 rpm을 넘으면 회전수가 상승함에 따라 점차로 상승하고 있다. 회귀 곡선으로부터, 회전수가 150 rpm∼1500 rpm일 때, 전체 CDU, 십자 영역 CDU가, 상기 비교 시험 1에서 얻어진 전체 CDU의 값인 0.65, 십자 영역 CDU의 값인 0.59보다 낮기 때문에 바람직하다. 또한, 회전수가 200 rpm∼600 rpm일 때, 이들 전체 CDU 및 십자 영역 CDU가 특히 낮은 값을 나타내기 때문에, 보다 바람직하다.

W: 웨이퍼 1: 현상 장치
10: 제어부 11: 스핀 척
12: 회전 기구 31: 현상액 노즐
30: 현상액 50: 홈
52: 샷 영역

Claims (7)

1. 레지스트막이 형성되고, 노광된 후의 반도체 장치 제조용 기판의 표면에 현상액을 공급하여 현상하는 현상 공정과,
   이어서, 상기 기판으로부터 상기 현상액의 일부를 뿌리쳐 제거하기 위해, 상기 기판이 중심축 둘레의 제1 회전 방향으로 회전하도록, 상기 기판의 회전수를 상승시키는 제1 회전 공정과,
   이어서, 상기 기판에 잔류하는 상기 현상액을 상기 기판으로부터 뿌리쳐 제거하기 위해, 상기 기판을 상기 제1 회전 방향과는 반대의 제2 회전 방향으로 회전시키는 제2 회전 공정
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 현상 공정은, 상기 현상액이 공급된 상기 기판을 정지시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 회전 공정에서의 상기 기판의 회전수는, 상기 제1 회전 공정에서의 기판의 회전수보다 높은 것을 특징으로 하는 현상 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 회전 공정에서의 상기 기판의 회전수는 150 rpm∼1500 rpm인 것을 특징으로 하는 현상 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 회전 공정은, 기판을 1초∼2초 회전시키는 것을 특징으로 하는 현상 방법.
6. 레지스트막이 형성되고, 노광된 후의 반도체 장치 제조용 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지부와,
   상기 기판 유지부를 회전시켜, 상기 기판을 중심축 둘레로 회전시키는 회전 기구와,
   상기 기판의 표면에 현상액을 공급하는 현상액 공급부와,
   상기 기판에 현상액을 공급하여 현상하는 단계와, 이어서, 상기 기판으로부터 상기 현상액의 일부를 뿌리쳐 제거하기 위해, 상기 기판이 제1 회전 방향으로 회전하도록 회전수를 상승시키는 단계와, 계속해서 상기 기판에 잔류하는 상기 현상액을 상기 기판으로부터 뿌리쳐 제거하기 위해 상기 기판을 상기 제1 회전 방향과는 반대의 제2 회전 방향으로 회전시키는 단계를 실행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 현상 장치.
7. 레지스트막이 형성되고, 노광된 후의 반도체 장치 제조용 기판을 현상하는 현상 장치에 이용되는 컴퓨터 프로그램이 기록되는 기억 매체로서,
   상기 컴퓨터 프로그램은, 제1항 또는 제2항에 기재된 현상 방법을 실시하기 위한 단계군이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 기억 매체.

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