JP3320648B2 - レジスト膜の形成方法及びレジスト膜の形成装置 - Google Patents

レジスト膜の形成方法及びレジスト膜の形成装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板にレジスト膜を
形成する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来技術】半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）や
液晶ディスプレイ用のガラス基板などの基板の表面にマ
スクパターンを形成するためには、基板の表面にレジス
ト膜を形成し、このレジスト膜を所定のパターンで露光
した後、現像処理を行うようにしている。ここで基板の
表面にレジスト膜を形成する従来の代表的な方法として
は、スピンコーティング法が知られている。このスピン
コーティング法では、図９に示すようにスピンチャック
１の上に基板例えばウエハＷを吸着して水平に保持した
後、このウエハＷの表面中心部にレジスト液ノズル１１
からレジスト液１２を滴下し、スピンチャック１により
ウエハＷを回転させてその遠心力によりレジスト液を延
伸して液膜１３を形成し、その後乾燥させてレジスト膜
を形成するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のスピンコーティ
ング法によればレジスト膜の膜厚は回転数と粘度とによ
り決定されるが、今後ウエハＷが大口径化し、パターン
の線幅が微細になってレジスト膜の膜厚をより小さくす
ることが要請されると、この方法では対拠することが困
難である。このことについて詳述すると、半導体ウエハ
の製造の歴史的推移についておよその数値を挙げてみる
と、６インチウエハではパターンの線幅が０．５〜０．
８μｍ、レジスト膜の膜厚が１．０μｍであり、８イン
チウエハではパターンの線幅が０．３〜０．２μｍ、レ
ジスト膜の膜厚が０．８〜１．０μｍである。そして６
インチウエハから８インチウエハに推移するにあたり、
レジスト膜の膜厚をより小さくするためにレジスト液の
粘度も例えば１０ＣＰから５ＣＰと小さくし、またレジ
スト液塗布時のウエハＷの回転数も例えば２０００ｒｐ
ｍから３０００ｒｐｍと高くしている。
【０００４】ところでウエハが更に大口径化して１２イ
ンチサイズになり、かつパターンの微細化が進んでレジ
スト膜の膜厚をおよそ０．５μｍまでの薄さにしなけれ
ばならなくなると、レジスト液の粘度をより小さくし、
レジスト液塗布時のウエハＷの回転数も更に高速にしな
ければならない。しかしながらレジスト液の粘度を小さ
くするといっても、その成分からせいぜい３ＣＰぐらい
までが限界である。この粘度でレジスト膜の膜厚を０．
５μｍにしようとすると、前記ウエハＷの回転数は４０
００ｒｐｍ程度必要になるが、このように高速回転させ
るとレジスト膜の膜厚にムラが生じるという問題が起こ
る。
【０００５】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は膜厚の小さいレジスト膜を形成
することができる技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、露光工程の前
に基板の表面にレジスト膜を形成する方法に関するもで
あり、具体的には、酸成分の存在下で加熱するとその酸
成分が拡散して酸触媒反応が起こり、酸触媒反応が起こ
った部位がアルカリ溶液に可溶性となる化学増幅型レジ
スト膜を基板の表面に形成する第１工程と、この第１工
程の後、前記レジスト膜の表面に酸成分を供給する第２
工程と、 その後、前記基板を加熱し、酸成分による酸触
媒反応をレジスト膜に起こさせて当該レジスト膜の表層
部をアルカリ溶液に可溶性とする第３工程と、次いで前
記基板の表面にアルカリ溶液を供給して、レジスト膜の
表層部を溶解して除去する第４工程と、を含む方法であ
る。
【０００７】上記の発明においては、第２工程から第４
工程までの一連の工程を複数回繰り返すようにすれば、
一層の薄膜化を図ることができる。また第３工程におい
て、基板を加熱するときに加熱温度及び／または加熱時
間を調整し、前記レジスト膜をの表層部の厚さを制御す
るようにしてもよい。
【０００８】
【０００９】本発明のレジスト膜形成装置は、露光工程
の前にレジスト膜を形成する装置において、酸成分の存
在下で加熱するとその酸成分が拡散して酸触媒反応が起
こり、酸触媒反応が起こった部位がアルカリ溶液に可溶
性となる化学増幅型レジスト膜を形成するためのレジス
ト液を基板の表面に塗布するレジスト液塗布部と、 レジ
スト液が供給されてレジスト膜が形成された基板の表面
に酸成分を供給する酸成分供給部と、酸成分が供給され
た基板を加熱し、酸成分による酸触媒反応をレジスト膜
に起こさせて当該レジスト膜の表層部をアルカリ溶液に
可溶性とするための加熱部と、この加熱部で加熱された
後の前記基板の表面にアルカリ溶液を供給して、レジス
ト膜の表層部を溶解して除去するアルカリ溶液塗布部
と、を備えたことを特徴 とする特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に本発明方法の実施の形態に
ついて説明するが、初めに工程全体の概要を図１の概略
図を用いて説明し、次に各工程を実施する装置や処理条
件などについて述べることにする。
【００１１】この実施の形態では、図１（ａ）に示すよ
うに先ず基板２例えばウエハの表面に化学増幅型のレジ
ストを用いたレジスト膜３を例えば後述のスピンコーテ
ィング法によって例えば１μｍの厚さに形成する。化学
増幅型のレジストとは、露光することにより感光剤から
酸成分が生成し、レジストを加熱することによりこの酸
成分がレジスト中を拡散して触媒として作用し、即ち酸
触媒反応が起こり、この結果レジスト材料の主成分であ
るベース樹脂を分解したり分子構造を変えて現像液（ア
ルカリ溶液）に対して可溶化あるいは不溶化するもので
ある。ただし本発明で用いるレジストは、このうちアル
カリ溶液に対して可溶化するものが対象となる。
【００１２】この種の化学増幅型のレジストの具体例と
しては、ポリビニルフェノールなどのポリマー中の水酸
基をアルキル基などでブロックしたものが挙げられ、こ
の場合露光により生成した酸成分によりこのブロックが
外され、アルカリ可溶性となる。またノボラック樹脂に
溶解阻止作用を示す物資を混合し、露光により生成した
酸成分の触媒作用で溶解阻止成分を分解変性させて溶解
性を復元させるものなどもある。
【００１３】一般のレジストは、例えば通常はアルカリ
成分に溶けないが光が当るとその部位のみがアルカリ可
溶性になる。これに対し化学増幅型のレジストは、光が
当ると一部に酸成分が生成し、加熱することによっては
じめてアルカリ可溶性になるものであり、レジスト形状
の垂直性が良好であることから近年使用されつつある。
【００１４】そしてこの化学増幅型のレジストによりレ
ジストを形成した後、図１（ｂ）に示すように酸溶液４
例えば１〜５ｗｔ％のＴＡＲＣ（トップ アンチ リフ
レクタブル コ−ト；表層で使用する反射防止膜）をレ
ジスト膜３の表面に塗布する。この工程は、例えばレジ
スト膜３を塗布したと同様にスピンコーティング法によ
り行うことができ、膜厚については、酸成分をレジスト
膜３に供給できればよいので特に限定されるものではな
い。なお本発明ではレジスト膜３の表面に酸成分を供給
すればよく、その方法としては酸溶液の蒸気を吹き付け
るようにしてもよい。
【００１５】次いで基板２を加熱し、これによってレジ
スト膜３の表面の酸成分をレジスト膜３の表層部内に拡
散し、表層部内で酸触媒反応を起こさせる。即ち化学増
幅型のレジスト膜に光を当てた場合には、膜厚方向全体
に亘って酸触媒反応のいわば核が形成されるが、この場
合にはレジスト膜３の表面に核が存在するので、加熱に
よりこの核が拡散して酸触媒反応が起こる領域は表層部
のみとなる。
【００１６】この結果図１（ｃ）に示すようにレジスト
膜３の表層部３１がアルカリ成分例えばアルカリ溶液に
可溶性になる。基板２の加熱は、例えば後述のホットプ
レートで行われ、例えば加熱温度５０〜１１０℃で６０
〜１８０秒間行われる。
【００１７】その後例えば基板２の表面を純水で洗浄し
かつ乾燥し、続いてアルカリ溶液をレジスト膜３の表面
に塗布するが、この工程は例えばレジスト膜３を塗布し
たと同様に、図１（ｄ）に示す如くノズル５１から基板
２の中心部にアルカリ溶液５を滴下し、基板２をスピン
させてレジスト膜３の表面にアルカリ溶液５を均一に塗
布するか、後述するように基板２に液盛りした後これを
引き伸ばすといった方法により行われる。
【００１８】この結果既にアルカリ可溶性となったレジ
スト膜３の表層部３１が当該アルカリ溶液５に溶解して
除去され、図２に示すようにレジスト膜３は、塗布時の
元の膜厚に比べて（鎖線は元のレジスト膜３の表面を示
す）小さくなっている。アルカリ溶液としては、例えば
露光後のレジストを現像する現像液を用いることができ
る。
【００１９】本発明者の実験によればレジスト膜３の膜
厚の削減量は１０００〜１５００オングストロームであ
り、１μｍのレジスト膜３を０．５μｍの膜厚にしよう
とするならば、１μｍのレジスト膜３を基板２上に形成
した後、上述の酸溶液をレジスト膜３に塗布する工程、
基板２を加熱する工程及びアルカリ溶液をレジスト膜３
に供給する工程からなる一連の工程を複数回繰り返せば
よい。そして最後の繰り返し工程において、アルカリ可
溶性となる表層部３１の厚さを制御するためには、加熱
温度及び／または加熱時間を調整すればよい。
【００２０】上述の方法は例えば図３に示すレジスト膜
形成装置により実施することができる。図３は、主要な
処理部のみを示してあり、この装置ではウエハＷの搬送
アーム２０の搬送路２０ａの例えば左側に沿ってレジス
ト液塗布部２１、酸溶液塗布部２２及びアルカリ溶液塗
布部２３が配列され、前記搬送路２０ｂの例えば右側に
沿って加熱部２４〜２６が配列されている。基板２であ
るウエハＷは図示しない搬入ポートから搬送アーム２０
を介してレジスト液塗布部２１内に受け渡され、図１
（ａ）に示すレジスト膜３がウエハ上に形成される。図
４はこのレジスト液塗布部２１の概略構成を示し、６
１、６２は夫々内カップ及び外カップである。内カップ
６１の底面中央部には筒状部６３が接続されており、こ
の筒状部６３内には回転軸６４が貫通されている。この
回転軸６４は駆動部６５により鉛直軸のまわりに回転す
るようにかつ昇降できるようになっており、上部にウエ
ハＷを保持する真空吸着部６６が設けられている。更に
前記内カップ６１の底面外縁部には通液孔６７が形成さ
れ、外カップの側面及び底面には夫々排気口６８及び排
液孔６９が形成されている。
【００２１】またカップ６１、６２の上方には、駆動部
７１により旋回及び昇降自在なアーム７２が設けられ、
このアーム７２の先端部にはレジスト液吐出ノズル７３
が設けられている。図中鎖線で示す７４は外カップ６２
の蓋であり、ウエハＷを真空吸着部６６と前記搬送アー
ム２０との間で受け渡すときには鎖線の位置にある。こ
のような構成のレジスト液塗布部２１では、真空吸着部
６６が外カップ６２の上方位置でウエハＷを受け取った
後、下降し、前記ノズル７３からレジスト液がウエハＷ
の中心部に滴下され、蓋７４により外カップ６２が閉じ
られる。そしてウエハＷが水平方向に回転し、その遠心
力でレジスト液が延伸してレジスト液の塗布膜が形成さ
れる。その後ウエハＷは加熱部２４に送られて加熱処理
され、図示しない冷却部で冷却される。
【００２２】次いでウエハＷは酸溶液塗布部２２にて表
面に酸溶液が塗布されるが、この塗布は例えば既述のレ
ジスト液塗布部と同様の構成の装置を用いてスピンコー
ティング法により行われる。更にウエハＷは加熱部２５
で加熱され、続いてアルカリ溶液供給部２３によりアル
カリ溶液が塗布される。加熱部２５は、例えば図５に示
すようにヒータを内蔵したホットプレート７５により構
成され、ウエハＷはこの上に置かれて所定の温度に加熱
される。
【００２３】アルカリ溶液供給部としては、既述のレジ
スト液塗布部と同様のものを用いてウエハ上にアルカリ
溶液を塗布する構成のものを用いてもよいし、あるいは
アルカリ溶液槽を用いて、この中にウエハ全体を浸漬す
るものであってもよい。
【００２４】更にアルカリ溶液の塗布工程は、図６に示
すように細孔が多数配列されたいわばスリットノズル５
１をウエハＷの半径に沿って表面から１ｍｍ程度の高さ
に位置させ、このノズル５１からアルカリ溶液を吐出し
てパドルなどと呼ばれる液盛り５２を形成し、ノズル５
１をアルカリ溶液を吐出させながら回転させてウエハＷ
表面全体にアルカリ溶液を塗布するようにしてもよい。
なおレジスト液の塗布、酸溶液の塗布及びアルカリ溶液
の塗布は共通の例えば図４に示す装置を用い、液の吐出
ノズルを切り換えて行うようにしてもよい。
【００２５】以上の実施の形態によれば、基板２上に例
えば０．５μｍの膜厚のレジスト膜を形成することがで
き、レジスト膜の薄層化を実現することができ、ウエハ
の大口径化、パターンの微細化が進む中で有効な手法で
ある。なお基板２としてはウエハに限らず液晶ディスプ
レイ用のガラス基板であってもよい。
【００２６】次に本発明の他の実施の形態について図７
を参照しながら述べると、この例では、基板２の表面に
レジスト膜３を形成した後（図７（ａ））、レジスト膜
３が難溶性である溶剤８をレジスト膜３の表面に供給例
えば塗布する（図７（ｂ））。この溶剤としては例えば
イソプロピルアルコールを８５ｖｏｌ％、ＭＭＰ（３メ
トキシメチルプロピオネ−ト）を１５ｖｏｌ％含有する
溶剤を用いることができる。この溶剤を例えば既述のス
ピンコーティング法により塗布し、例えば１０秒放置し
ておくことによりレジスト膜３の表層部が２０００オン
グストローム溶解する（図７（ｃ））。その後は基板２
を例えば純水で洗浄する。この場合レジスト膜３の膜厚
は、溶剤との接触時間を調整することにより制御され
る。
【００２７】このようにして本発明は、基板２上にレジ
スト膜３を形成した後、このレジスト膜３の表層部を除
去するものであるが、その手法としては上述の例に限ら
ず、レジスト膜３の表層部を除去する方法としては、Ｃ
ＭＰなどと呼ばれている研磨方法を用いてもよい。図８
はこの方法を実施する研磨装置であり、レジスト膜が形
成されたウエハＷは表面を下にして保持部９１に吸着保
持されると共に、水平方向に回転するスピン台９２上の
研磨体である研磨板９３の表面に圧接されている。この
研磨板９３の表面部は例えばポリウレタンにより形成さ
れている。そしてウエハＷは自転しながら、回転してい
る研磨板９３の表面を公転し、このときウエハＷ表面の
移動路の前方にノズル９４から例えばコロイダルシリカ
などと呼ばれている、シリカを主成分とした弱アルカリ
性のスラリー（研磨液）が供給され、ウエハＷ表面つま
りレジスト膜の表層部が研磨されて膜厚が小さくなる。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば基板上に膜
厚の小さいレジスト膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す工程図である。
【図２】本発明の実施の形態により得られたレジスト膜
を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態を実施するための装置全体
の概略構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に用いられるレジスト液塗
布部の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に用いられる加熱部の概略
構成を示す側面図である。
【図６】アルカリ溶液をウエハ表面に塗布する方法の他
の例を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す工程図である。
【図８】本発明の更に他の実施の形態に用いられる研磨
装置を示す断面図である。
【図９】従来のレジスト膜の形成方法を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
２ 基板 ３ レジスト膜 ３１ 表層部 ４ 酸溶液 ５ アルカリ溶液 ５１ スリットノズル ５２ 液盛り Ｗ 半導体ウエハ ６１ 内カップ ６２ 外カップ ７２ アーム ７３ レジスト液吐出ノズル ７５ ホットプレート ８ 溶剤 ９３ 研磨板 ９４ スラリー吐出ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−217241（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−120719（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−321493（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267838（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−120825（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−234875（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸成分の存在下で加熱するとその酸成分
    が拡散して酸触媒反応が起こり、酸触媒反応が起こった
    部位がアルカリ溶液に可溶性となる化学増幅型レジスト
    膜を基板の表面に形成する第１工程と、 この第１工程の後、前記レジスト膜の表面に酸成分を供
    給する第２工程と、 その後、前記基板を加熱し、酸成分による酸触媒反応を
    レジスト膜に起こさせて当該レジスト膜の表層部をアル
    カリ溶液に可溶性とする第３工程と、 次いで前記基板の表面にアルカリ溶液を供給して、レジ
    スト膜の表層部を溶解して除去する第４工程と、を含
    み、 前記第１工程から第４工程までは、露光工程の前に行わ
    れることを特徴とするレジスト膜の形成方法。
  2. 【請求項２】 第２工程から第４工程までの一連の工程
    を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１記載のレジ
    スト膜の形成方法。
  3. 【請求項３】 第３工程において、基板を加熱するとき
    に加熱温度及び／または加熱時間を調整し、前記レジス
    ト膜をの表層部の厚さを制御することを特徴とする請求
    項１または２記載のレジスト膜の形成方法。
  4. 【請求項４】 露光工程の前にレジスト膜を形成する装
    置において、 酸成分の存在下で加熱するとその酸成分が拡散して酸触
    媒反応が起こり、酸触媒反応が起こった部位がアルカリ
    溶液に可溶性となる化学増幅型レジスト膜を形成するた
    めのレジスト液を基板の表面に塗布するレジスト液塗布
    部と、 レジスト液が供給されてレジスト膜が形成された基板の
    表面に酸成分を供給する酸成分供給部と、 酸成分が供給された基板を加熱し、酸成分による酸触媒
    反応をレジスト膜に起こさせて当該レジスト膜の表層部
    をアルカリ溶液に可溶性とするための加熱部と、 この加熱部で加熱された後の前記基板の表面にアルカリ
    溶液を供給して、レジスト膜の表層部を溶解して除去す
    るアルカリ溶液塗布部と、を備えたことを特徴とするレ
    ジスト膜の形成装置。
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