KR101447759B1 - 도포 처리 방법 및 도포 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도포액의 도포 시에 발생하는 기포를 억제하여 도포액막의 균일화 및 수율의 향상을 도모할 수 있도록 한 도포 처리 방법 및 도포 처리 장치를 제공한다. 또한, 도포액의 유효 이용 및 도포액막의 균일화를 도모할 수 있도록 한 도포 처리 방법 및 도포 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 도포 처리 방법은, 반도체 웨이퍼(W)를 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 웨이퍼의 중심부에 순수(DIW)를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하며, 그 후에 웨이퍼를 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 웨이퍼의 중심부에 수용성의 도포액(TARC)을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합한다. 그 후, 웨이퍼를 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성한다.

또한, 본 발명의 다른 도포 처리 방법은, 반도체 웨이퍼(W)를 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 웨이퍼의 중심부에 순수(DIW)를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하며, 그 후에 웨이퍼를 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 웨이퍼의 중심부에 수용성의 도포액(TARC)을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합한다. 그 후, 웨이퍼를 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성한다. 도포액과 순수를 혼합하는 공정과 도포액막을 형성하는 공정의 시간 비율을 1:3∼3:1의 범위 내로 제어하여 도포액(TARC)의 토출량을 설정한다.

Description

도포 처리 방법 및 도포 처리 장치{APPLICATION PROCESSING METHOD AND APPLICATION PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 예컨대 반도체 웨이퍼나 액정 유리 기판(FPD 기판) 등의 도포 처리 방법 및 도포 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 디바이스의 제조에서는, 예컨대 반도체 웨이퍼나 FPD 기판 등(이하에 웨이퍼 등이라 함)에 레지스트액을 도포하고, 마스크 패턴을 노광 처리하여 회로 패턴을 형성시키기 위해, 포토리소그래피 기술이 이용되고 있다. 이 포토리소그래피 기술에서는, 스핀 코팅법에 의해 웨이퍼 등에 레지스트액을 도포하고, 이에 의해 형성된 레지스트막을 소정의 회로 패턴에 따라 노광하며, 이 노광 패턴을 현상 처리함으로써 레지스트막에 회로 패턴이 형성되고 있다.

이러한 포토리소그래피 공정에서는, 최근의 디바이스 패턴의 미세화, 박막화에 따라 노광의 해상도를 높이라는 요청이 커지고 있다. 노광의 해상도를 높이는 방법의 하나로서, 기존의 광원, 예컨대 불화 아르곤(ArF)이나 불화 크립톤(KrF)에 의한 노광 기술을 개량하여 해상도를 높이기 위해, 웨이퍼의 표면에 빛을 투과하는 침액층을 형성한 상태로 노광하는 액침 노광 방법이 알려져 있다. 이 액침 노광 은, 예컨대 순수 등의 물 속에 빛을 투과시키는 기술로, 수중에서는 파장이 짧아지기 때문에 193 ㎚의 ArF의 파장이 수중에서는 실질적으로 134 ㎚가 된다라고 하는 특징을 이용하는 것이다.

즉, 이 액침 노광 기술은, 렌즈와 웨이퍼의 표면 사이에 침액층(액막)을 형성한 상태에서, 광원으로부터 발생된 빛이 렌즈를 통과하고, 액막을 투과하여 웨이퍼에 조사되며, 이에 의해 소정의 레지스트 패턴(회로 패턴)을 레지스트에 전사하는 기술이다. 그리고, 웨이퍼와의 사이에 액막을 형성한 상태에서 노광 수단과 웨이퍼를 상대적으로 수평 방향으로 슬라이드 이동시켜 다음 전사 영역(쇼트 영역)에 대응하는 위치에 해당 노광 수단을 배치하고, 빛을 조사하는 동작을 반복함으로써 웨이퍼 표면에 회로 패턴을 순차적으로 전사해 간다.

이 액침 노광에서는, 렌즈와 웨이퍼의 표면 사이에 액막(침액층)을 형성하기 위해, 레지스트층의 표면부로부터 레지스트의 함유 성분 중 일부가 조금이지만 용출(溶出)되고, 용출 성분이 렌즈 표면에 부착되어, 전사하는 회로 패턴의 선폭 정밀도가 저하된다고 하는 문제가 있었다. 또한, 렌즈의 표면에 부착되지 않아도 수막 내에 용출 성분이 포함되어 있으면 빛의 굴절률에 영향을 끼쳐 해상도의 저하 및 면 내에서 선폭 정밀도의 불균일이 발생한다고 하는 문제도 있었다.

또한, 디바이스 패턴의 미세화가 진행됨에 따라, 레지스트층 내에서의 간섭 효과에 의한 해상도의 저하 및 면내에서의 선폭 정밀도의 불균일이 발생한다고 하는 문제도 있었다.

상기 문제를 해결하는 방법으로서, 레지스트층이 형성된 웨이퍼 등의 표면에 수용성을 갖는 도포액, 예컨대 TARC(Top Anti-Reflective Coating) 약액을 공급(도포)하여 반사 방지막(보호막)을 입힘으로써, 액침 노광 시에 레지스트의 용출을 억제할 수 있거나, 또는 레지스트층 내에서의 간섭을 방지할 수 있는 기술이 이용되고 있다. 또한, TARC 약액은, 분자 내의 친수기와 소수기의 밸런스에 따라 계면의 자유 에너지(계면 장력)를 저하시키는 작용을 갖는 계면 활성제를 함유하고 있다.

또한, 일반적으로 웨이퍼 등의 표면에 도포액을 공급하여 도포막을 형성하는 도포 처리 방법에서는, 회전 중의 웨이퍼의 중심부에 노즐로부터 도포액을 공급하고, 원심력에 의해 웨이퍼 상에서 도포액을 확산시킴으로써 웨이퍼 상에 도포액을 도포하는, 소위 스핀 도포법이 많이 이용되고 있다. 또한, 이 스핀 도포법에서, 도포액을 소량으로 균일하게 도포하는 방법으로서, 예컨대 웨이퍼 상에 도포액의 용제를 공급하여 프리 웨팅(pre-wetting)한 후, 계속해서 웨이퍼의 회전을 제1 회전수까지 가속하여, 이렇게 회전 중인 웨이퍼에 도포액을 공급하고, 계속해서 웨이퍼의 회전수를 제2 회전수까지 일단 감속하여, 웨이퍼 상의 도포액의 막 두께를 조정하며, 그 후 웨이퍼의 회전을 제3 회전수까지 재차 가속하여, 웨이퍼 상의 도포액을 털어내어 건조시키는 방법이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).

상기 스핀 도포법을 이용하여, 예컨대 수용성의 도포액(TARC 약액)을 웨이퍼에 도포하는 경우, 프리 웨팅 시에, 도포액의 용제로서 예컨대 순수가 웨이퍼 상에 공급된다.

[특허문헌 1] 일본 특허 제3330324호 공보(특허청구범위)

그러나, TARC 약액은 가압에 의한 용존 가스나 계면 활성제를 함유함으로써 매우 발포하기 쉬운 성질을 가지고 있기 때문에, 웨이퍼 상으로의 도포 시에 미세한 기포가 발생하기 쉽다. 따라서, TARC 약액을 스핀 도포할 때에, 이 기포에 기인해 도포막(TARC막)의 도포 불량(도포 얼룩)이 발생하여 디바이스의 수율을 저하시킨다고 하는 문제가 있었다.

또한, 웨이퍼 상에 순수를 도포액의 용제로서 공급하여 프리 웨팅하고 나서, 계속해서 웨이퍼의 회전을 제1 회전수까지 가속한 후, 웨이퍼의 회전수를 제2 회전수까지 감속하면, 순수는 표면 장력값이 매우 크기 때문에, 소수성을 갖는 웨이퍼 상에서는 퍼뜨려진 직후에 일순 물방울이 되며, 프리 웨팅의 효과가 작아진다. 따라서, TARC 약액을 스핀 도포할 때에, 이 물방울에 기인하여 도포막(TARC막)의 도포 불량(도포 얼룩)이 발생한다고 하는 문제도 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 도포액의 도포 시에 발생하는 기포를 억제하여 도포액막의 균일화 및 수율의 향상을 도모할 수 있도록 한 도포 처리 방법 및 도포 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 도포액의 손실을 줄여 도포액의 유효 이용을 도모하며, 도포액막의 균일화를 도모할 수 있도록 한 도포 처리 방법 및 도포 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 도포 처리 방법은, 피처리 기판에 수용성을 갖는 도포액을 공급하여 도포액막을 형성하는 도포 처리 방법으로서, 피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하는 제1 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합하는 제2 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성하는 제3 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다(청구항 1).

또한, 본 발명의 다른 도포 처리 방법은, 피처리 기판에 수용성을 갖는 도포액을 공급하여 도포액막을 형성하는 도포 처리 방법으로서, 피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하는 제1 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합하는 제2 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성하는 제3 공정을 포함하고, 상기 제2 공정과 제3 공정의 시간 비율을 제어함으로써 도포액의 공급량을 설정하는 것을 특징으로 한다(청구항 3).

본 발명에서, 상기 도포액은 적어도 수용성을 갖는 액이면 임의의 도포액을 이용할 수 있고, 계면 활성제를 포함하는 액을 이용할 수 있다(청구항 6).

또한, 본 발명의 도포 처리 장치는, 청구항 1에 기재된 도포액 처리 방법을 구현화하는 것으로, 피처리 기판에 수용성을 갖는 도포액을 공급하여 도포액막을 형성하는 도포 처리 장치로서, 피처리 기판을 이 피처리 기판의 표면을 상면으로 하여 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단을 수직축 둘레로 회전시키는 회전 기구와, 피처리 기판에 도포액을 공급하는 도포액 노즐과, 피처리 기판에 순수를 공급하는 순수 노즐과, 상기 도포액 노즐을 피처리 기판의 중심부로 이동시키는 제1 노즐 이동 기구와, 상기 순수 노즐을 피처리 기판의 중심부로 이동시키는 제2 노즐 이동 기구와, 상기 도포액 노즐과 도포액 공급원을 접속하는 도포액 공급 관로에 설치되는 제1 개폐 밸브와, 상기 순수 노즐과 순수 공급원을 접속하는 순수 공급 관로에 설치되는 제2 개폐 밸브와, 상기 회전 기구의 회전 구동, 제1 및 제2 노즐 이동 기구의 구동 및 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단을 구비하며,

상기 제어 수단에 의해, 피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하는 제1 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합하는 제2 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성하는 제3 공정을 행하도록 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다(청구항 7).

또한, 본 발명의 다른 도포 처리 장치는, 청구항 3에 기재된 도포액 처리 방법을 구현화하는 것으로, 피처리 기판에 수용성을 갖는 도포액을 공급하여 도포액 막을 형성하는 도포 처리 장치로서, 피처리 기판을 이 피처리 기판의 표면을 상면으로 하여 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단을 수직축 둘레로 회전시키는 회전 기구와, 피처리 기판에 도포액을 공급하는 도포액 노즐과, 피처리 기판에 순수를 공급하는 순수 노즐과, 상기 도포액 노즐을 피처리 기판의 중심부로 이동시키는 제1 노즐 이동 기구와, 상기 순수 노즐을 피처리 기판의 중심부로 이동시키는 제2 노즐 이동 기구와, 상기 도포액 노즐과 도포액 공급원을 접속하는 도포액 공급 관로에 설치되는 제1 개폐 밸브와, 상기 순수 노즐과 순수 공급원을 접속하는 순수 공급 관로에 설치되는 제2 개폐 밸브와, 상기 회전 기구의 회전 구동, 제1 및 제2 노즐 이동 기구의 구동 및 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단을 구비하고,

상기 제어 수단에 의해, 피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하는 제1 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합하는 제2 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성하는 제3 공정을 행하며, 상기 제2 공정과 제3 공정의 시간 비율을 제어함으로써 도포액의 공급량을 설정하도록 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다(청구항 9).

청구항 7 또는 9에 기재된 도포 처리 장치에서, 상기 도포액은 적어도 수용성을 갖는 액이면 임의의 도포액을 이용할 수 있고, 계면 활성제를 포함하는 액을 이용할 수 있다(청구항 12).

청구항 3 또는 9에 기재된 발명에 있어서, 상기 제2 공정과 제3 공정의 시간 비율의 제어는 회전수의 가속도를 제어함으로써 행할 수 있으며, 제2 공정에 대하여 제3 공정을 1:3∼3:1의 범위 내로 하는 편이 바람직하고(청구항 4, 10), 더 바람직하게는 제2 공정에 대한 제3 공정의 시간 비율을 1:1∼3:1로 하는 편이 좋다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1 회전수는, 피처리 기판 상에 공급(토출)되는 순수가 피처리 기판 상에 액저류부(순수 퍼들)를 형성할 수 있으며, 그 후에 피처리 기판 상에 공급(토출)되는 수용성의 도포액의 토출에 의한 충격을 저감할 수 있는 회전수이다. 예컨대 제1 회전수를 10 rpm∼50 rpm으로 하는 편이 바람직하다(청구항 2, 5, 8, 11). 제1 회전수가 10 rpm보다 저속이면, 액저류부(순수 퍼들)가 원하는 크기로 확장되지 않고, 또한 제1 회전수가 50 rpm보다 고속이면, 액저류부(순수 퍼들)가 원하는 크기의 원형 상태를 유지할 수 없고 지나치게 퍼뜨려지게 되기 때문이다.

또한, 본 발명에서, 상기 제2 회전수는, 피처리 기판 상에 공급(토출)되는 도포액을 확산하여 도포액막을 형성할 수 있는 회전수이다. 예컨대, 청구항 1 또는 7에 기재된 발명에서는, 제2 회전수를 1500 rpm∼2500 rpm으로 할 수 있다. 제2 회전수가 1500 rpm보다 저속이면, 도포액의 피처리 기판 상에서의 피복성이 악화하고, 또한 제2 회전수가 2500 rpm보다 고속이면, 도포액의 미스트가 발생할 우려가 있기 때문이다. 또한, 예컨대, 청구항 3 또는 9에 기재된 발명에서는, 제2 회전수를 2000 rpm∼4000 rpm으로 하는 편이 바람직하다(청구항 5, 11). 제2 회전수 가 2000 rpm보다 저속이면, 피처리 기판 상에 도포액의 미도포 영역이 발생하고, 또한 제2 회전수가 4000 rpm보다 고속이면, 도포액의 미스트가 발생하며, 발생한 미스트가 도포액막 상에 재부착하여 피복성이 악화될 우려가 있기 때문이다.

청구항 1, 2, 7, 8에 기재된 발명에 따르면, 피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성한 후, 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하여, 이 도포액과 상기 순수를 혼합함으로써, 도포액의 공급 시에 순수가 피처리 기판과 도포액의 중간층이 되며 도포액의 공급 시(토출 시)의 충격을 경감할 수 있다. 그리고, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시킴으로써, 피처리 기판 상에 도포액막을 형성할 수 있다.

또한, 청구항 3, 4, 5, 9, 10, 11에 기재된 발명에 따르면, 피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성한 후, 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하여, 이 도포액과 상기 순수를 혼합함으로써, 도포액의 공급 시에 순수가 피처리 기판과 도포액의 중간층이 되며 도포액의 공급 시(토출 시)의 충격을 경감할 수 있다. 그리고, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시키며, 또한 도포액과 순수를 혼합하는 공정(제2 공정)과 도포액막을 형성하는 공정(제3 공정)의 시간 비율을 제어, 예컨대 제2 공정에 대하여 제3 공정을 1:3∼3:1의 범위 내로 제어하여 도포액의 토출량 을 설정함으로써, 도포액의 공급량을 저감할 수 있고, 피처리 기판 상에 균일한 도포액막을 형성할 수 있다.

또한, 청구항 6, 12에 기재된 발명에 따르면, 도포액의 공급 시의 충격을 경감하며, 도포액 중의 계면 활성제의 농도를 저하시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 청구항 1, 2, 7, 8에 기재된 발명에 따르면, 도포액의 공급 시에 순수가 피처리 기판과 도포액의 중간층이 되며 도포액의 공급 시(토출 시)의 충격을 경감할 수 있기 때문에, 도포액의 도포 시에 발생하는 기포를 억제하여, 도포 불량(도포 얼룩)을 저감할 수 있고, 도포액막의 균일성 및 수율의 향상을 도모할 수 있다.

(2) 청구항 3, 4, 5, 9, 10, 11에 기재된 발명에 따르면, 도포액의 유효 이용을 도모할 수 있으며, 도포 불량(도포 얼룩)을 저감할 수 있고, 도포액막의 균일성의 향상을 도모할 수 있다.

(3) 청구항 6, 12에 기재된 발명에 따르면, 도포액의 공급 시의 충격을 경감하며, 도포액 중의 계면 활성제의 농도를 저하시킬 수 있기 때문에, 계면 활성제를 함유하는 도포액막의 균일성 및 수율의 향상을 더 도모할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명에 따른 도포 처리 장치를 적용하는 도포·현상 처리 장치에 노광 장치를 접속한 처리 시스템의 전체를 나타내는 개략적인 평면도이며, 도 2는 상기 처리 시스템의 개략적인 정면도이고, 도 3은 상기 처리 시스템의 개략적인 배면도이다.

상기 처리 시스템은, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)[이하에 웨이퍼(W)라 함]를 복수매, 예컨대 25장 밀폐 수납하는 캐리어(10)를 반입 및 반출하기 위한 캐리어 스테이션(1)과, 이 캐리어 스테이션(1)으로부터 취출된 웨이퍼(W)에 레지스트 도포, 현상 처리 등을 시행하는 처리부(2)와, 웨이퍼(W)의 표면에 빛을 투과시키는 침액층을 형성한 상태로 웨이퍼(W)의 표면을 액침 노광하는 노광 장치(4)와, 처리부(2)와 노광 장치(4) 사이에 접속되어, 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 인터페이스부(3)를 구비하고 있다.

캐리어 스테이션(1)은, 캐리어(10)를 복수개 나란히 배치 가능한 배치부(11)와, 이 배치부(11)로부터 보아 전방의 벽면에 설치되는 개폐부(12)와, 개폐부(12)를 통해 캐리어(10)로부터 웨이퍼(W)를 취출하기 위한 전달 수단(A1)이 설치되어 있다.

또한, 캐리어 스테이션(1)의 안쪽에는 케이스(20)에 의해 주위가 둘러싸인 처리부(2)가 접속되어 있고, 이 처리부(2)에는 전방으로부터 순서대로 가열·냉각계의 유닛을 다단화한 처리 유닛(U1, U2, U3) 및 액처리 유닛(U4, U5)의 각 유닛 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 주반송(主搬送) 수단(A2, A3)이 교대로 배열되어 설치되어 있다. 또한, 주반송 수단(A2, A3)은, 캐리어 스테이션(1)으로부터 보아 전후 방향으로 배치되는 처리 유닛(U1, U2, U3)측의 일면부와, 후술하는 예컨 대 우측의 액처리 유닛(U4, U5)측의 일면부와, 좌측의 일면을 이루는 배면부로 구성되는 구획벽(21)에 의해 둘러싸이는 공간 내에 설치되어 있다. 또한, 캐리어 스테이션(1)과 처리부(2) 사이, 처리부(2)와 인터페이스부(3) 사이에는, 각 유닛에서 이용되는 처리액의 온도 조절 장치나 온습도 조절용의 덕트 등을 구비한 온습도 조절 유닛(22)이 배치되어 있다.

처리 유닛(U1, U2, U3)은, 액처리 유닛(U4, U5)에 의해 행해지는 처리의 전(前)처리 및 후처리를 행하기 위한 각종 유닛을 복수단, 예컨대 10단으로 적층하여 구성되어 있다. 주반송 수단(A2)의 배면측에는, 예컨대 웨이퍼(W)를 소수화 처리하기 위한 애드히젼 유닛(AD), 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 유닛(HP)이, 도 3에 나타내는 바와 같이, 하방으로부터 순서대로 2단씩 중첩되어 있다. 애드히젼 유닛(AD)은 웨이퍼(W)를 온도 조절하는 기구를 더 갖는 구성으로 하여도 좋다. 주반송 수단(A3)의 배면측에는, 웨이퍼(W)의 엣지부만을 선택적으로 노광하는 주변 노광 장치(WEE)(23)가 설치되어 있다. 또한, 주반송 수단(A3)의 배면측은, 주반송 수단(A2)의 배면측과 마찬가지로 열처리 유닛이 배치 구성되는 경우도 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 처리 유닛(U1)에서는, 웨이퍼(W)를 배치대에 놓아 소정의 처리를 행하는 오븐형의 처리 유닛, 예컨대 웨이퍼(W)에 소정의 가열 처리를 시행하는 제1 열처리 유닛인 고온도 열처리 유닛(BAKE), 양호한 정밀도의 온도 관리 하에서 웨이퍼(W)에 냉각 처리를 시행하는 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL), 전달 수단(A1)으로부터 주반송 수단(A2)으로의 웨이퍼(W)의 전달부가 되는 전달 유닛(TRS), 온도 조절 유닛(TCP)이 위에서부터 순서대로 예컨대 10단으로 중첩되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 처리 유닛(U1)에 있어서, 밑에서부터 3단째는 스페어 공간으로서 마련되어 있다. 처리 유닛(U2)에서도, 예컨대 제4 열처리 유닛으로서의 포스트 베이킹 유닛(POST), 레지스트 도포 후의 웨이퍼(W)에 가열 처리를 시행하는 제2 열처리 유닛인 프리 베이킹 유닛(PAB), 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL)이 위에서부터 순서대로, 예컨대 10단으로 중첩되어 있다. 또한, 처리 유닛(U3)에서도, 예컨대 노광 후의 웨이퍼(W)에 가열 처리를 시행하는 제3 열처리 유닛으로서의 포스트 익스포저 베이킹 유닛(PEB), 고정밀도 온도 조절 유닛(CPL)이, 예컨대 위에서부터 순서대로 10단으로 중첩되어 있다.

또한, 액처리 유닛(U4, U5)은, 예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이, 레지스트나 현상액 등의 약액 수납부(CHM)의 위에, 반사 방지막을 도포하는 보텀 반사 방지막 도포 유닛(BCT)(25)과, 본 발명에 따른 도포 처리 장치를 구비하는 톱 반사 방지막(보호막) 도포 유닛(TCT)(26)과, 레지스트를 도포하는 레지스트 도포 유닛(COT)(27)과, 웨이퍼(W)에 현상액을 공급하여 현상 처리하는 현상 유닛(DEV)(28) 등을 복수단 예컨대 5단으로 적층하여 구성되어 있다.

인터페이스부(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 처리부(2)와 노광 장치(4) 사이에 전후로 설치되는 제1 반송실(3A) 및 제2 반송실(3B)로 구성되어 있고, 각 반송실에는 승강 가능하며 또한 수직축 둘레로 회전 가능한 아암을 갖는 제1 웨이퍼 반송부(30A) 및 제2 웨이퍼 반송부(30B)가 설치되어 있다.

또한, 제1 및 제2 웨이퍼 반송부(30A, 30B)에 의한 웨이퍼(W)의 반송 타이밍 및 시간은, 제어 수단인 제어 컴퓨터의 중앙 연산 처리 장치(CPU)를 주체로 하여 구성되는 컨트롤러(60)에 의해 제어되고 있다.

또한, 제1 반송실(3A)에는, 제1 웨이퍼 반송부(30A)를 사이에 두고 캐리어 스테이션(1)측에서 본 우측에는, 복수, 예컨대 25장의 웨이퍼(W)를 일시적으로 수용하는 버퍼 카세트(31)가, 예컨대 상하로 적층되어 설치되어 있다. 또한, 버퍼 카세트(31)를 캐리어 스테이션(1)측에서 본 좌측에 배치하여도 좋다.

다음에, 상기 도포·현상 장치를 이용하여 웨이퍼(W)를 처리하는 순서에 대해서 설명한다. 여기서는, 웨이퍼(W)의 표면에 보텀 반사 방지막(BARC)을 형성하고, 그 상층에 레지스트층을 도포하며, 레지스트층의 표면에 톱 반사 방지막을 적층한 경우에 대해서 설명한다. 우선, 웨이퍼(W)를 수납한 캐리어(10)로부터 전달 수단(A1)에 의해 웨이퍼(W)가 취출되고, 웨이퍼(W)는 처리 유닛(U1)의 한 단(段)을 이루는 전달 유닛(TRS)을 통해 주반송 수단(A2)에 전달되며, 도포 처리의 전(前)처리로서, 예컨대 보텀 반사 방지막 도포 유닛(BCT)(25)에 의해 그 표면에 보텀 반사 방지막(BARC)이 형성된다. 보텀 반사 방지막(BARC)이 형성된 웨이퍼(W)는, 주반송 수단(A2)에 의해 처리 유닛(U1)의 가열 처리부에 반송되어 프리 베이킹(BAKE)된다.

그 후, 주반송 수단(A2)에 의해 웨이퍼(W)는 레지스트 도포 유닛(COT)(27) 내에 반입되고, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 박막형으로 레지스트가 도포된다. 레지스트가 도포된 웨이퍼(W)는, 주반송 수단(A2)에 의해 처리 유닛(U2)의 가열 처리부에 반송되어 프리 베이킹(PAB)된다.

그 후, 주반송 수단(A2)에 의해 웨이퍼(W)는 톱 반사 방지막 도포 유닛(TCT)(26)으로 레지스트층의 표면에 톱 반사 방지막이 형성된다. 톱 반사 방지 막이 형성된 웨이퍼(W)는, 주반송 수단(A2)에 의해 처리 유닛(U2)의 가열 처리부에 반송되어 프리 베이킹(PAB)된다.

그 후, 웨이퍼(W)는 주반송 수단(A3)에 의해 프리 베이킹 유닛(PAB)으로부터 반출되고, 주반송 수단(A3), 제1, 제2 웨이퍼 반송부(30A, 30B)를 지나 노광 장치(4)에 반송되며, 웨이퍼(W)의 표면과 노광 렌즈(도시하지 않음)의 간극에 침액층을 형성한 상태로 노공하는 액침 노광이 행해진다.

그 후, 노광을 끝낸 웨이퍼(W)는, 제2 웨이퍼 반송부(30B), 제1 웨이퍼 반송부(30A)를 거쳐, 처리부(2)의 처리 유닛(U3)의 포스트 익스포저 베이킹 유닛(PEB) 내에 반입된다. 여기서, 웨이퍼(W)는 소정의 온도로 가열됨으로써, 레지스트에 포함되는 산발생제로부터 발생된 산(酸)을 그 내부 영역에 확산시키는 포스트 익스포저 베이킹(PEB) 처리가 행해진다. 그리고, 이 산의 촉매 작용에 의해 레지스트 성분이 화학적으로 반응함으로써, 이 반응 영역은 예컨대 포지티브형의 레지스트의 경우에는 현상액에 대하여 가용해성이 된다.

PEB 처리가 된 웨이퍼(W)는, 주반송 수단(A3)에 의해 현상 유닛(DEV)(28) 내에 반입되고, 현상 유닛(DEV)(28) 내에 설치된 현상액 노즐에 의해 그 표면에 현상액이 공급되어 현상 처리가 행해진다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 표면의 레지스트막 중 현상액에 대하여 가용해성인 부위가 용해됨으로써 소정의 레지스트 패턴이 형성된다. 또한, 웨이퍼(W)에는 예컨대 순수 등의 린스액이 공급되어 린스 처리가 이루어지고, 그 후에 린스액을 털어내는 스핀 건조가 행해진다. 그 후, 웨이퍼(W)는 주반송 수단(A3)에 의해 현상 유닛(DEV)(28)으로부터 반출되고, 처리 유닛(U2)의 포스트 베이킹 유닛(POST) 내에 반입되어 가열 처리가 이루어지며, 주반송 수단(A2), 전달 수단(A1)을 경유하여 배치부(11) 상의 원래의 캐리어(10)로 복귀되어 일련의 도포·현상 처리가 종료된다.

다음에, 본 발명에 따른 도포 처리 장치에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 도포 처리 장치의 일례를 나타내는 개략적인 종단면도이며, 도 5는 도포 처리 장치의 개략적인 횡단면도이다. 또한, 본 실시형태에서, 도포액으로서는, 노광 처리 시의 빛의 반사를 방지하는 반사 방지막을 형성하기 위해, 레지스트막이 형성된 웨이퍼(W) 상에 도포되는 계면 활성제를 함유하는 반사 방지막 액체 재료(TARC 약액)가 이용된다. 이 도포액으로서의 반사 방지막 액체 재료는, 예컨대 수용성 수지와, 카르복실산 또는 술폰산 등의 저분자 유기 화합물을 포함하고 있다.

도포 처리 장치(40)는, 도 4에 나타내는 바와 같이 처리 용기(41)를 구비하며, 그 처리 용기(41) 내의 중앙부에는 웨이퍼(W)를 유지하여 회전시키는 유지 수단으로서의 스핀 척(42)이 설치되어 있다. 스핀 척(42)은 수평한 상면을 갖고, 이 상면에는, 예컨대 웨이퍼(W)를 흡인하는 흡인구(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 이 흡인구로부터의 흡인에 의해, 웨이퍼(W)를 스핀 척(42) 상에 흡착 유지할 수 있다.

스핀 척(42)은, 예컨대 모터 등의 회전 기구를 구비한 척 구동 기구(43)를 포함하고 있다. 척 구동 기구(43)는 제어 수단인 중앙 연산 처리 장치(CPU)를 구 비한 컨트롤러(60)에 전기적으로 접속되어 있고, 컨트롤러(60)로부터의 제어 신호에 기초하여, 소정의 속도로 회전할 수 있게 되어 있다. 또한, 척 구동 기구(43)에는, 실린더 등의 승강 구동원이 설치되어 있고, 스핀 척(42)은 상하 이동 가능하게 되어 있다.

스핀 척(42)의 주위에는, 웨이퍼(W)로부터 비산 또는 낙하하는 액체를 받아내고, 회수하는 컵(44)이 설치되어 있다. 컵(44)의 하면에는, 회수한 액체를 배출하는 드레인 관로(45)와 컵(44) 내의 분위기를 배기하는 배기 관로(46)가 접속되어 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 컵(44)의 X방향 마이너스 방향(도 5의 하측 방향)측에는, Y방향(도 5의 좌우 방향)을 따라 연장되는 가이드 레일(47)이 형성되어 있다. 가이드 레일(47)은, 예컨대 컵(44)의 Y방향 마이너스 방향(도 5의 좌측 방향)측의 바깥쪽으로부터 Y방향 플러스 방향(도 5의 우측 방향)측의 바깥쪽까지 형성되어 있다. 가이드 레일(47)에는, 제1 및 제2 노즐 이동 기구인 제1 및 제2 노즐 구동부(48a, 48b)가 이동 가능하게 장착되어 있다. 제1 및 제2 노즐 구동부(48a, 48b)는, 컨트롤러(60)에 전기적으로 접속되어 있고, 컨트롤러(60)로부터의 제어 신호에 기초하여 가이드 레일(47)을 따라 이동 가능하게 형성되어 있다.

제1 노즐 구동부(48a)에는, X방향을 향하여 제1 아암(49a)이 부착되어 있고, 이 제1 아암(49a)에는, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이 도포액을 공급하는 도포액 노즐(50)이 지지되어 있다. 이 경우, 도포액 노즐(50)은 소량의 도포액을 토출 가능한 노즐 직경, 예컨대 직경 0.8 ㎜로 형성되어 있다. 제1 아암(49a)은 제1 노즐 구동부(48a)에 의해, 가이드 레일(47) 상을 이동 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 도포액 노즐(50)은, 컵(44)의 Y방향 플러스 방향측의 바깥쪽에 마련된 대기부(51)로부터 컵(44) 내의 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동할 수 있으며, 또한 웨이퍼(W)의 표면 위를 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제1 아암(49a)은, 제1 노즐 구동부(48a)에 의해 승강 가능하며, 도포액 노즐(50)의 높이를 조정할 수 있다.

도포액 노즐(50)에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 도포액 공급원(52)에 접속하는 도포액 공급 관로(53)가 접속되어 있다. 도포액 공급원(52)은, 도포액을 저장하는 병(bottle)으로 형성되어 있고, 기체 공급원, 예컨대 N2 가스 공급원(54)으로부터 공급되는 기체(N2 가스)의 가압에 의해 도포액이 도포액 노즐(50)측으로 공급(압송)되도록 되어 있다. 도포액 공급 관로(53)에는, 도포액 공급원(52)측으로부터 순서대로 필터(55), 펌프(56) 및 유량 조절 기능을 갖는 제1 개폐 밸브(V1)가 설치되어 있다. 또한, 도포액 공급원(52)과 N2 가스 공급원(54)을 접속하는 N2 가스 공급 관로(54a)에는 개폐 밸브(V3)가 설치되어 있다.

제2 노즐 구동부(48b)에는, X방향을 향하여 제2 아암(49b)이 부착되어 있고, 이 제2 아암(49b)에는, 도포액의 용제, 예컨대 순수를 공급하는 순수 노즐(57)이 지지되어 있다. 제2 아암(49b)은, 도 5에 나타내는 제2 노즐 구동부(48b)에 의해 가이드 레일(47) 상을 이동 가능하며, 순수 노즐(57)을, 컵(44)의 Y방향 마이너스 방향측의 바깥쪽에 마련된 대기부(58)로부터 컵(44) 내의 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동시킬 수 있다. 또한, 제2 노즐 구동부(48b)에 의해, 제2 아암(49b)은 승 강 가능하며, 순수 노즐(57)의 높이를 조절할 수 있다.

순수 노즐(57)에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 순수 공급원(59)에 접속하는 순수 공급 관로(59a)가 접속되어 있다. 순수 공급원(58) 내에는 순수가 저장되어 있다. 순수 공급 관로(59a)에는, 유량 조절 기능을 갖는 제2 개폐 밸브(V2)가 설치되어 있다.

상기 제1 및 제2 개폐 밸브(V1, V2) 및 N2 가스 공급 관로(54a)의 개폐 밸브(V3)는, 각각 컨트롤러(60)에 전기적으로 접속되어 있고, 컨트롤러(60)로부터의 제어 신호에 기초하여 개폐 동작하도록 되어 있다.

또한, 이상의 구성에서는, 도포액을 공급하는 도포액 노즐(50)과 순수를 공급하는 순수 노즐(57)이 각각의 아암에 지지되어 있지만, 동일한 아암에 지지되며, 이 아암의 이동의 제어에 의해, 도포액 노즐(50)과 순수 노즐(57)의 이동과 공급 타이밍을 제어하여도 좋다.

전술한 스핀 척(42)의 회전 동작과 상하 동작, 제1 노즐 구동부(48a)에 의한 도포액 노즐(50)의 이동 동작, 제1 개폐 밸브(V1)에 의한 도포액 노즐(50)의 도포액의 공급 동작, 제2 노즐 구동부(48b)에 의한 순수 노즐(57)의 이동 동작, 제2 개폐 밸브(V2)에 의한 순수 노즐(57)의 순수의 공급 동작 등의 구동계의 동작은, 컨트롤러(60)에 의해 제어되고 있다. 컨트롤러(60)는, 예컨대 CPU나 메모리 등을 구비한 컴퓨터에 의해 구성되고, 예컨대 메모리에 기억된 프로그램을 실행함으로써, 도포 처리 장치(40)에서의 레지스트 도포 처리를 실현할 수 있다. 또한, 도포 처리 장치(40)에서의 레지스트 도포 처리를 실현하기 위한 각종 프로그램은, 예컨대 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 광자기 디스크(MD), 메모리 카드 등의 기억 매체(H)에 기억되어 있는 것으로서, 이 기억 매체(H)로부터 제어부(60)에 인스톨된 것이 이용되고 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 도포 처리 장치(40)에 의해 행해지는 도포 처리 프로세스에 대해서 설명한다. 도 6은 도포 처리 장치(40)에서의 도포 처리 프로세스의 주요 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 7은 도포 처리 프로세스의 각 공정에 있어서 웨이퍼(W)의 회전수와, 도포액 및 순수의 공급 타이밍을 나타내는 그래프이며, 도 8은 도포 처리 프로세스의 각 공정에 있어서 웨이퍼 상의 액막의 상태를 모식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다. 또한, 도 7에 있어서 프로세스의 시간의 길이는, 기술의 이해 용이를 우선하고 있기 때문에, 반드시 실제 시간의 길이에 대응하지는 않다.

도포 처리 장치(40)에 반입된 웨이퍼(W)는, 우선 스핀 척(42)에 흡착 유지된다. 계속해서 제2 아암(49b)에 의해 대기부(58)의 순수 노즐(57)이 웨이퍼(W)의 중심부의 상방까지 이동한다. 다음에, 도 4에 나타내는 바와 같이 척 구동 기구(43)를 제어하여 스핀 척(42)에 의해 웨이퍼(W)를 제1 회전수인, 예컨대 10 rpm∼50 rpm, 본 실시형태에서는 10 rpm으로 회전시킨다. 이러한 웨이퍼(W)의 회전과 동시에, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이 순수 노즐(57)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 순수(DIW)가 공급된다(도 6 및 도 7의 공정 S1). 이와 같이 웨이퍼(W)를 제1 회전수로 저속 회전시킨 경우, 웨이퍼(W)에 공급된 순수(DIW)는 웨이퍼(W) 상에서 거의 확산되지 않고, 예컨대 약 0.5 ㎜∼4.0 ㎜의 순수의 액저류부[순수 퍼들(PD)] 를 형성한다. 또한, 이 공정 S1은 예컨대 4초간 행해진다.

순수(DIW)의 공급이 종료되면, 순수 노즐(57)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방으로부터 외측으로 이동하고, 제1 아암(49a)에 의해 대기부(51)의 도포액 노즐(50)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동한다.

그 후, 제1 회전수, 예컨대 10 rpm으로 한 상태에서, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이 도포액 노즐(50)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 도포액(TARC 약액)(TARC)을 공급(토출)한다(도 6 및 도 7의 공정 S2). 이와 같이 웨이퍼(W)를 저속 회전의 제1 회전수로 한 상태에서, 순수(DIW), 즉 순수 퍼들(PD) 상에 도포액(TARC)을 공급(토출)함으로써, 순수 퍼들(PD)에 의해 도포액(TARC)의 토출 임팩트를 저감할 수 있으며, 도포액(TARC) 중에 함유되어 있는 계면 활성제의 농도를 저하할 수 있다. 따라서, 도포액(TARC)의 공급(토출) 시의 기포 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 공정 S2는 예컨대 0.5초간 행해진다.

상기와 같이 하여, 순수 퍼들(PD)의 위에 도포액(TARC)을 공급(토출)하여 도포액(TARC)의 하층에 순수(DIW)가 남아 있는 혼합층이 형성되면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 회전을 제2 회전수인, 예컨대 1500 rpm∼2500 rpm, 본 실시형태에서는 2000 rpm까지 가속시킨다. 이러는 사이에, 도 8의 (c)에 나타내는 바와 같이 도포액 노즐(50)로부터 도포액(TARC)은 계속 공급되고 있다. 이와 같이 웨이퍼(W)를 제2 회전수로 고속 회전시킨 경우, 혼합층(P_T)은 웨이퍼(W) 상에서 확산되며, 도포액(TARC)은 혼합층(P_T)에 이끌려서 웨이퍼(W) 상에서 확산되어 도포액 막을 형성한다(도 6 및 도 7의 공정 S3). 그리고 혼합층(P_T)은, 순수(DIW)에 비해 레지스트막에 대한 접촉각이 작으며 젖음성이 좋기 때문에, 도포액(TARC)은 웨이퍼(W) 상의 전체면에 원활하게 또한 균일하게 확산될 수 있다. 또한, 이때, 기포가 발생하였다고 해도 극미량이며 또한 순수(DIW)에 의해 저지되어 웨이퍼(W) 상으로의 부착 확률은 낮고 얼룩이 되지 않는다. 또한, 이 공정 S3은 예컨대 1.5초간 행해진다.

도포액(TARC)이 웨이퍼(W) 상의 전체면에 확산되어 도포액막이 형성되면, 도 7에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 회전을 제3 회전수인, 예컨대 1500 rpm까지 감속시킨다. 그리고, 이와 같이 웨이퍼(W)가 제3 회전수로 회전하는 동안, 웨이퍼(W) 상의 도포액(TARC)에 중심을 향하는 힘이 작용하고, 웨이퍼(W) 상의 도포액막이 건조(조정)된다(도 6 및 도 7의 공정 S4). 또한, 이 공정 S4는 예컨대 15초간 행해진다.

웨이퍼(W) 상의 도포액(TARC)의 막 두께가 조정되면, 도 7에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 회전을 제4 회전수인, 예컨대 1000 rpm까지 감속시킨다. 그리고, 이와 같이 웨이퍼(W)가 제4 회전수로 회전하는 동안에 웨이퍼(W)의 이면 가장자리부에, 린스 노즐(도시하지 않음)로부터 린스액, 예컨대 순수가 공급(토출)되어 웨이퍼 이면이 세정된다(도 6 및 도 7의 공정 S5). 또한, 이 공정 S5는 예컨대 5초간 행해진다. 그 후, 웨이퍼(W)의 회전을 제5 회전수인, 예컨대 3000 rpm까지 가속시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 전체면에 확산된 도포액(TARC)은 건조되고, 도포막이 형성된다(도 6 및 도 7의 공정 S6). 또한, 이 공정 S6은 예컨대 10초간 행해진다.

이상의 실시형태에 따르면, 웨이퍼(W)를 저속의 제1 회전수로 회전시키며, 웨이퍼(W)의 위에 순수 패들(PD)을 형성하고, 이 제1 회전수로 회전하는 상태에서, 도포액(TARC)을 공급(토출)함으로써, 순수 패들(PD)에 의해 도포액(TARC)의 토출 임팩트를 저감할 수 있으며, 웨이퍼(W)를 저속의 제1 회전수로 회전하면서 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합시킴으로써, 도포액(TARC) 중에 함유되어 있는 계면 활성제의 농도를 부분적으로 저하시킬 수 있다. 따라서, 도포액(TARC)의 공급(토출) 시의 기포 발생을 억제할 수 있으며, 도포 불량(도포 얼룩)을 저감할 수 있고, 도포액막의 균일성 및 수율의 향상을 도모할 수 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 도포 처리 장치(40)에 의해 행해지는 다른 도포 처리 프로세스에 대해서 설명한다. 도 9는 도포 처리 장치(40)에서의 도포 처리 프로세스의 주요 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 10은 도포 처리 프로세스의 각 공정에 있어서 웨이퍼(W)의 회전수와, 도포액 및 순수의 공급 타이밍을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 10에 있어서 프로세스의 시간의 길이는, 기술의 이해 용이를 우선하고 있기 때문에, 반드시 실제 시간의 길이에 대응하지는 않다.

도포 처리 장치(40)에 반입된 웨이퍼(W)는, 우선 스핀 척(42)에 흡착 유지된다. 계속해서 제2 아암(49b)에 의해 대기부(58)의 순수 노즐(57)이 웨이퍼(W)의 중심부의 상방까지 이동한다. 다음에, 도 4에 나타내는 바와 같이 척 구동 기구(43)를 제어하여 스핀 척(42)에 의해 웨이퍼(W)를 제1 회전수인, 예컨대 10 rpm ∼50 rpm, 본 실시형태에서는 10 rpm으로 회전시킨다. 이러한 웨이퍼(W)의 회전과 동시에, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이 순수 노즐(57)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 순수(DIW)가 공급된다(도 9 및 도 10의 공정 S11). 이와 같이 웨이퍼(W)를 제1 회전수로 저속 회전시킨 경우, 웨이퍼(W)에 공급된 순수(DIW)는 웨이퍼(W) 상에서 거의 확산되지 않고, 예컨대 약 0.5 ㎜∼4.0 ㎜의 순수의 액저류부[순수 퍼들(PD)]를 형성한다. 또한, 이 공정 S11은 예컨대 4초간 행해진다.

순수(DIW)의 공급이 종료되면, 순수 노즐(57)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방으로부터 외측으로 이동하고, 제1 아암(49a)에 의해 대기부(51)의 도포액 노즐(50)이 웨이퍼(W)의 중심부 상방까지 이동한다.

그 후, 제1 회전수, 예컨대 10 rpm으로 한 상태에서, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이 도포액 노즐(50)로부터 웨이퍼(W)의 중심부에 도포액(TARC 약액)(TARC)을 공급(토출)한다(도 9 및 도 10의 공정 S12). 이와 같이 웨이퍼(W)를 저속 회전의 제1 회전수로 한 상태에서, 순수(DIW), 즉 순수 퍼들(PD) 상에 도포액(TARC)을 공급(토출)함으로써, 순수 퍼들(PD)에 의해 도포액(TARC)의 토출 임팩트를 저감할 수 있으며, 도포액(TARC) 중에 함유되어 있는 계면 활성제의 농도를 저하할 수 있다. 따라서, 도포액(TARC)의 공급(토출) 시의 기포 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 공정 S12는 예컨대 0.5초∼1.5초간, 본 실시형태에서는 0.5초간 행해진다.

상기와 같이 하여, 순수 퍼들(PD)의 위에 도포액(TARC)을 공급(토출)하여 도포액(TARC)의 하층에 순수(DIW)가 남아 있는 혼합층이 형성되면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 회전을 제2 회전수인, 예컨대 2000 rpm∼4000 rpm, 본 실 시형태에서는 2000 rpm까지 가속시킨다. 이러는 사이에, 도 8의 (c)에 나타내는 바와 같이 도포액 노즐(50)로부터 도포액(TARC)은 계속 공급되고 있다. 이와 같이 웨이퍼(W)를 제2 회전수로 고속 회전시킨 경우, 혼합층(P_T)은 웨이퍼(W) 상에서 확산되며, 도포액(TARC)은 혼합층(P_T)에 이끌려서 웨이퍼(W) 상에서 확산되어 도포액막을 형성한다(도 9 및 도 10의 공정 S13). 그리고 혼합층(P_T)은, 순수(DIW)에 비해 레지스트막에 대한 접촉각이 작으며 젖음성이 좋기 때문에, 도포액(TARC)은 웨이퍼(W) 상의 전체면에 원활하게 또한 균일하게 확산될 수 있다. 또한, 이때, 기포가 발생하였다고 해도 극미량이며 또한 순수(DIW)에 의해 저지되어 웨이퍼(W) 상으로의 부착 확률은 낮고 얼룩이 되지 않는다. 또한, 이 공정 S13은 예컨대 0.5초∼1.5초간, 본 실시형태에서는 1.5초간 행해진다.

도포액(TARC)이 웨이퍼(W) 상의 전체면에 확산되어 도포액막이 형성되면, 도 10에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 회전을 제3 회전수인, 예컨대 100 rpm까지 감속시킨다. 그리고, 이와 같이 웨이퍼(W)가 제3 회전수로 회전하는 동안, 웨이퍼(W) 상의 도포액(TARC)에 중심을 향하는 힘이 작용하고, 웨이퍼(W) 상의 도포액막이 건조(조정)된다(도 9 및 도 10의 공정 S14). 또한, 이 공정 S14는 예컨대 1초간 행해진다.

웨이퍼(W) 상의 도포액(TARC)의 막 두께가 조정되면, 도 10에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 회전을 제4 회전수인, 예컨대 1000 rpm∼2000 rpm, 본 실시형태에서는 1500 rpm까지 가속시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 전체면에 확산된 도포 액(TARC)은 건조되고, 도포막이 형성된다(도 9 및 도 10의 공정 S15). 또한, 이 공정 S15는 예컨대 10초간 행해진다.

또한, 상기 실시형태에서는, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12)을 0.5초로 하고, 도포액막을 형성하는 공정(S13)을 1.5초로 한 경우에 대해서 설명(도 10의 Ｉ 참조)하였지만, 도 10 중의 Ⅱ에 나타내는 바와 같이 상기 공정 S12를 1.0초로 하며, 상기 공정 S13을 1.0초로 하여도 좋고, 혹은 도 10 중의 Ⅲ에 나타내는 바와 같이 상기 공정 S12를 1.5초로 하며, 상기 공정 S13을 0.5초로 하여도 좋다. 이와 같이, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12)과 도포액막을 형성하는 공정(S13)의 시간 비율을, 즉 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12)에 대하여 도포액막을 형성하는 공정(S13)을 1:3∼3:1의 범위 내(즉, S12:S13=1:3∼3:1의 범위 내)로 제어함으로써, 도포액(TARC)의 토출량을, 도포액막 두께를 균일하게 형성할 수 있는 범위 내로 설정할 수 있다.

상기 실시형태에 따르면, 웨이퍼(W)를 저속의 제1 회전수로 회전시키며, 웨이퍼(W)의 위에 순수 퍼들(PD)을 형성하고, 이 제1 회전수로 회전하는 상태에서, 도포액(TARC)을 공급(토출)함으로써, 순수 퍼들(PD)에 의해 도포액(TARC)의 토출 임팩트를 저감할 수 있으며, 웨이퍼(W)를 저속의 제1 회전수로 회전하면서 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합시킴으로써, 도포액(TARC) 중에 함유되어 있는 계면 활성제의 농도를 부분적으로 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 도포액(TARC)의 공급(토출) 시의 기포 발생을 억제할 수 있으며, 도포 불량(도포 얼룩)을 저감할 수 있기 때문에, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12)에서, 도포액막을 균일 하게 퍼뜨릴 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 따르면, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12)에 의해 도포액막을 균일하게 퍼뜨린 상태에서, 도포액(TARC)을 공급(토출)하면서 웨이퍼(W)를 제2 회전수로 고속 회전시켜, 웨이퍼(W) 상의 혼합층(PT)을 확산시키고, 도포액(TARC)이 혼합층(PT)에 이끌려서 웨이퍼(W) 상에서 확산되어 도포액막을 형성한다. 이에 따라, 소량의 도포액(TARC)에 의해 도포막의 균일화를 도모할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되는 것이 아니며, 여러가지 양태를 채용할 수 있는 것이다. 예컨대 전술한 실시형태에서는, 수용성의 도포액으로서 반사 방지막을 형성하는 도포액을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 RELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) 기술에서의 레지스트 패턴 치수 축소제(RELACS제)에도 적용할 수 있다. 또한, 전술한 실시형태에서는, 웨이퍼에 도포 처리를 행하는 예였지만, 본 발명은 기판이 웨이퍼 이외의 FPD 기판, 포토마스크용의 마스크레티클 등의 다른 기판인 도포 처리에도 적용할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치가 액침 노광인 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 도포 처리 장치(방법)는 액침 노광 이외의 노광 기술을 채용하는 도포·현상 처리 장치에도 적용할 수 있다.

[실시예]

다음에, 도 9 및 도 10의 도포 처리에 있어서 웨이퍼(W)의 회전 제어(가속 제어)와 도포액(TARC)의 사용량의 평가 실험에 대해서 설명한다.

우선, 도포액(TARC)의 피복성이 좋지 않은 시료로서 애드히젼(ADH) 처리를 시행한 웨이퍼를 준비한다. 다음에, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12) 시의 웨이퍼의 회전수가 10 rpm, 도포액막을 형성하는 공정(S13) 시의 웨이퍼의 회전수가 2000 rpm인 경우에 대해서, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12)과 도포액막을 형성하는 공정(S13)의 시간 비율을, 도포막 두께의 형성(피복성)을 확보할 수 있는 최소한의 도포액(TARC)의 토출량을 기초로 하여 표 1, 표 2 및 표 3에 나타내는 바와 같이, 0.5(초):1.5(초), 1.0(초):1.0(초), 1.5(초):0.5(초), 바꾸어 말하면 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12)에 대하여 도포액막을 형성하는 공정(S13)을 1:3, 1:1, 3:1로 한다.

상기 공정(S12)과 상기 공정(S13)의 시간 비율을 각각 0.5(초):1.5(초)(실시예 1), 1.0(초):1.0(초)(실시예 2), 1.5(초):0.5(초)(실시예 3_}로 하였을 때의 도포막의 피복 성능과 도포액(TARC)의 토출량을 조사한 바, 표 4에 나타내는 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

상기 평가 결과, 실시예 1에서는 도포액(TARC)의 토출량 1.8 ㎖에서 도포막 두께의 형성(피복성)을 확보할 수 있으며, 실시예 2에서는 도포액(TARC)의 토출량 0.6 ㎖에서 도포막 두께의 형성(피복성)을 확보할 수 있고, 또한 실시예 3에서는 도포액(TARC)의 토출량 0.4 ㎖에서 도포막 두께의 형성(피복성)을 확보할 수 있었다. 이에 따라, 실시예 1에서는, 현행의 저속 회전으로 웨이퍼 상에 도포액(TARC)을 공급(토출)하며, 고속 회전으로 퍼뜨리는 방식의 경우의 토출량 5.0 ㎖∼6.0 ㎖에 비하여 대폭으로 토출량을 적게 할 수 있었다. 또한, 실시예 1에서는, 토출량이 1.7 ㎖ 이하에서는 도포액막의 균일성(피복성)이 불량이었지만, 실시예 2에서는 토출량 0.6 ㎖까지 도포액막의 균일성(피복성)이 양호하며, 실시예 3에서는 토출량 0.4 ㎖까지 도포액막의 균일성(피복성)이 양호하고, 실시예 1에 비하여 보다 대폭으로 토출량을 적게 할 수 있었다.

상기 평가 실험에서는, 도포액막을 형성하는 공정(S13) 시의 웨이퍼의 회전수가 2000 rpm인 경우에 대해서 설명하였지만, 웨이퍼의 회전수가 2000 rpm, 2500 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm인 경우에 대해서, 웨이퍼 표면에 도포액(토출량 0.5 ㎖)을 공급(토출)하여 막 두께 분포를 조사한 바, 도 11에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼의 회전수가 2000 rpm, 2500 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm에서는 막 두께에 거의 변화가 없는 결과를 얻을 수 있었다. 이에 따라, 도포액막을 형성하는 공정(S13) 시의 웨이퍼의 회전수는, 2000 rpm∼4000 rpm의 범위 내이면 좋은 것을 알 수 있었다.

또한, 웨이퍼의 회전수가 1500 rpm인 경우는, 2000 rpm∼4000 rpm인 경우와 막 두께는 거의 변화가 없지만, 미도포 영역이 발생하며, 2000 rpm∼4000 rpm인 경우와 비교하여 0.1 ㎖ 정도 피복 한계가 저하한다. 또한, 웨이퍼의 회전수가 4000 rpm보다 고속이 되면, 도포액의 미스트가 발생하며, 미스트가 도포액막 상에 재부착하여 피복성에 악영향을 끼친다.

또한, 상기 평가 실험에서는, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12) 시의 웨이퍼의 회전수가 10 rpm인 경우에 대해서 설명하였지만, 웨이퍼의 회전수가 10 rpm∼50 rpm의 범위 내이면, 액저류부(순수 퍼들)가 원하는 크기로 퍼뜨려지기 때문에, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12) 시의 웨이퍼의 회전수가 10 rpm∼50 rpm의 범위 내이면, 상기 평가 실험과 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다고 추측할 수 있다.

또한, 웨이퍼의 회전수가 10 rpm보다 저속이면, 액저류부(순수 퍼들)를 형성하는 외주부의 둑의 일부가 붕괴되고, 붕괴된 부분으로부터 순수가 수염(가지)형으로 연장되어 원하는 크기의 원형 상태를 유지할 수 없다. 따라서, 순수(DIW)와 도포액(TARC)을 혼합하는 공정(S12) 시의 웨이퍼의 회전수는 10 rpm∼50 rpm의 범위 내가 적합하다.

도 1은 본 발명에 따른 도포 처리 장치를 적용하는 도포·현상 처리 장치에 노광 장치를 접속한 처리 시스템의 전체를 나타내는 개략적인 평면도이다.

도 2는 상기 처리 시스템의 개략적인 정면도이다.

도 3은 상기 처리 시스템의 개략적인 배면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 도포 처리 장치의 일례를 나타내는 개략적인 종단면도이다.

도 5는 상기 도포 처리 장치의 개략적인 횡단면도이다.

도 6은 도포 처리 장치에서의 도포 처리 프로세스의 주요 공정을 나타내는 흐름도이다.

도 7은 도포 처리 프로세스의 각 공정에 있어서 웨이퍼의 회전수와, 도포액 및 순수의 공급 타이밍을 나타내는 그래프이다.

도 8은 도포 처리 프로세스의 각 공정에 있어서 웨이퍼 상의 액막의 상태를 모식적으로 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 9는 도포 처리 장치에서의 도포 처리 프로세스의 주요 공정을 나타내는 흐름도이다.

도 10은 도포 처리 프로세스의 각 공정에 있어서 웨이퍼의 회전수와, 도포액 및 순수의 공급 타이밍을 나타내는 그래프이다.

도 11은 도포막 형성 공정에 있어서 웨이퍼의 회전수에 따른 웨이퍼 상의 막 두께의 상태를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

W: 반도체 웨이퍼(피처리 기판)

40: 도포 처리 장치

42: 스핀 척(유지 수단)

43: 척 구동 기구(회전 기구)

48a: 제1 노즐 구동부

48b: 제2 노즐 구동부

50: 도포액 노즐

57: 순수 노즐

60: 컨트롤러(제어 수단)

V1, V2, V3: 개폐 밸브

DIW: 순수

TARC: 도포액

Claims (12)

1. 피처리 기판에 수용성을 갖는 도포액을 공급하여 도포액막을 형성하는 도포 처리 방법으로서,

   피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하는 제1 공정과,

   그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합하는 제2 공정과,

   그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성하는 제3 공정

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 도포 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 회전수는 10 rpm∼50 rpm인 것을 특징으로 하는 도포 처리 방법.
3. 피처리 기판에 수용성을 갖는 도포액을 공급하여 도포액막을 형성하는 도포 처리 방법으로서,

   피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하는 제1 공정과,

   그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심 부에 수용성의 도포액을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합하는 제2 공정과,

   그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성하는 제3 공정

   을 포함하고, 상기 제2 공정과 제3 공정의 시간 비율을 제어함으로써 도포액의 공급량을 설정하는 것을 특징으로 하는 도포 처리 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2 공정과 제3 공정의 시간 비율은, 제2 공정에 대하여 제3 공정이 1:3∼3:1의 범위 내인 것을 특징으로 하는 도포 처리 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1 회전수는 10 rpm∼50 rpm이며, 상기 제2 회전수는 2000 rpm∼4000 rpm인 것을 특징으로 하는 도포 처리 방법.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 도포액은 계면 활성제를 포함하는 액인 것을 특징으로 하는 도포 처리 방법.
7. 피처리 기판에 수용성을 갖는 도포액을 공급하여 도포액막을 형성하는 도포 처리 장치로서,

   피처리 기판을 이 피처리 기판의 표면을 상면으로 하여 유지하는 유지 수단과,

   상기 유지 수단을 수직축 둘레로 회전시키는 회전 기구와,

   피처리 기판에 도포액을 공급하는 도포액 노즐과,

   피처리 기판에 순수를 공급하는 순수 노즐과,

   상기 도포액 노즐을 피처리 기판의 중심부로 이동시키는 제1 노즐 이동 기구와,

   상기 순수 노즐을 피처리 기판의 중심부로 이동시키는 제2 노즐 이동 기구와,

   상기 도포액 노즐과 도포액 공급원을 접속하는 도포액 공급 관로에 설치되는 제1 개폐 밸브와,

   상기 순수 노즐과 순수 공급원을 접속하는 순수 공급 관로에 설치되는 제2 개폐 밸브와,

   상기 회전 기구의 회전 구동, 제1 및 제2 노즐 이동 기구의 구동 및 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단

   을 구비하며, 상기 제어 수단에 의해, 피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하는 제1 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합하는 제2 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성하는 제3 공정을 행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도포 처리 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 회전수는 10 rpm∼50 rpm인 것을 특징으로 하는 도포 처리 장치.
9. 피처리 기판에 수용성을 갖는 도포액을 공급하여 도포액막을 형성하는 도포 처리 장치로서,

   피처리 기판을 이 피처리 기판의 표면을 상면으로 하여 유지하는 유지 수단과,

   상기 유지 수단을 수직축 둘레로 회전시키는 회전 기구와,

   피처리 기판에 도포액을 공급하는 도포액 노즐과,

   피처리 기판에 순수를 공급하는 순수 노즐과,

   상기 도포액 노즐을 피처리 기판의 중심부로 이동시키는 제1 노즐 이동 기구와,

   상기 순수 노즐을 피처리 기판의 중심부로 이동시키는 제2 노즐 이동 기구와,

   상기 도포액 노즐과 도포액 공급원을 접속하는 도포액 공급 관로에 설치되는 제1 개폐 밸브와,

   상기 순수 노즐과 순수 공급원을 접속하는 순수 공급 관로에 설치되는 제2 개폐 밸브와,

   상기 회전 기구의 회전 구동, 제1 및 제2 노즐 이동 기구의 구동 및 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단

   을 구비하고, 상기 제어 수단에 의해, 피처리 기판을 저속의 제1 회전수로 회전시키고, 피처리 기판의 중심부에 순수를 공급하여 순수의 액저류부를 형성하는 제1 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수로 한 상태에서, 피처리 기판의 중심부에 수용성의 도포액을 공급하고, 이 도포액과 상기 순수를 혼합하는 제2 공정과, 그 후에 피처리 기판을 상기 제1 회전수보다 고속의 제2 회전수로 회전시켜 도포액막을 형성하는 제3 공정을 행하며, 상기 제2 공정과 제3 공정의 시간 비율을 제어함으로써 도포액의 공급량을 설정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도포 처리 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 공정과 제3 공정의 시간 비율은, 제2 공정에 대하여 제3 공정이 1:3∼3:1의 범위 내인 것을 특징으로 하는 도포 처리 장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 제1 회전수는 10 rpm∼50 rpm이며, 상기 제2 회전수는 2000 rpm∼4000 rpm인 것을 특징으로 하는 도포 처리 장치.
12. 제7항 또는 제9항에 있어서, 상기 도포액은 계면 활성제를 포함하는 액인 것을 특징으로 하는 도포 처리 장치.

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