KR100493132B1 - 레지스트막의형성방법및레지스트막의형성장치 - Google Patents

레지스트막의형성방법및레지스트막의형성장치 Download PDF

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Abstract

레지스트막의 형성방법은, (a) 기판상에 레지스트막을 형성하는 공정과, (b) 상기 공정(a)에서 형성된 레지스트막의 표층부를 제거하여, 레지스트막의 막두께를 상기 공정(a)의 그것보다도 얇게 하는 공정을 구비한다.

Description

레지스트막의 형성방법 및 레지스트막의 형성장치
본 발명은, 기판의 표면 또는 기판에 형성된 층(반도체층, 절연체층, 전극층 등) 상에 포토레지스트막을 형성하는 레지스트막의 형성방법 및 형성장치에 관한 것이다.
포토리소그라피 공정에 있어서는, 반도체웨이퍼나 액정표시장치용 유리기판(LCD기판) 등의 기판에 포토레지스트막을 형성하고, 이것을 패턴노광하여 현상처리한다. 기판상에 포토레지스트막을 형성하는 경우는, 미국특허 5,002,008호 공보 및 미국특허 5,688,322호 공보에 개시되어 있는 스핀코팅법을 이용한다.
최근에, 반도체웨이퍼나 LCD 기판이 대형화하는 한편, 패턴회로의 선폭이 점점 더 미세화해지고 있기 때문에, 포토레지스트막의 막두께를 더욱 얇게 할 필요가 생기고 있다. 반도체 디바이스의 제조에 있어서의 웨이퍼 크기와 패턴선폭의 추이는 다음과 같다. 6인치 지름의 웨이퍼는 패턴선폭이 0.5∼0.8㎛이고, 이에 대응하는 레지스트막 두께는 약 1.0μm이다. 8인치 지름의 웨이퍼는 패턴선폭이 0.3∼0.2μm이며, 이에 대응하는 레지스트막 두께는 약 0.8∼1.0μm이다. 또 12인치 지름의 웨이퍼는 패턴선폭이 0.18∼0.22μm이고, 이에 대응하는 레지스트막 두께는 약 0.3∼0.5μm으로 하는 것이 예정되어 있다.
그런데, 스핀코팅법에 의해 형성되는 레지스트막의 막두께는, 기판의 회전속도와 레지스트액의 점도(농도, 온도)에 크게 의존하고 있다. 따라서 레지스트막의 막두께를 더욱 얇게 하기 위해서는, 레지스트액의 저점도화와 기판 회전속도의 증대화를 도모할 필요가 있다. 예컨대 웨이퍼 지름이 6인치에서 8인치로 이행함에 따라, 레지스트액의 점도를 10CP에서 5CP로 작게 함과 동시에, 웨이퍼 회전속도를 예컨대 2000rpm에서 3000rpm으로 높이고 있다.
또한, 12인치 지름의 웨이퍼에서는, 레지스트막의 막두께를 약 0.5μm 이하로 얇게 하는 것이 예정되어 있기 때문에, 레지스트액의 점도를 더욱 작게 하고, 또한 웨이퍼 회전속도도 더욱 고속화해야 한다. 그러나 레지스트액의 저점도화에는 한계가 있고, 그 하한치는 약 3CP정도이다. 이러한 점도의 레지스트액을 사용하여 레지스트막의 막두께를 0.5μm 정도로 하려고 하면, 웨이퍼 회전속도를 약 4000rpm으로 할 필요가 있지만, 이러한 고속회전으로 스핀코팅한 레지스트막은 막두께의 불균형이 커진다. 또한 대형기판을 고속회전시키기 위해 스핀척의 구동기구에 과대한 부하가 걸리므로, 이것을 빈번히 관리해야만 하며, 불균형이 없는 안정된 처리가 곤란해진다.
본 발명의 목적은, 막두께가 작은 레지스트막을 형성할 수 있는 레지스트막의 형성방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관한 레지스트막의 형성방법의 제 1 실시형태는, (a) 기판상에 레지스트막을 형성하는 공정과, (b) 상기 공정(a)에서 형성한 레지스트막의 표층부를 제거하여, 레지스트막의 막두께를 상기 공정(a)의 그것보다도 얇게 하는 공정을 구비하며, 공정(b)에서는, 산성분을 레지스트막의 표면에 작용시켜 레지스트막의 표층부를 알칼리가용으로 하고, 그리고 알칼리용액을 레지스트막의 표면에 작용시켜 상기 알칼리가용인 레지스트막의 표층부를 용해제거하며, (a)와 (b) 공정은 상기 막에 빛을 포토리소그래피적으로 노출하는 공정이전에 실행되며, 상기 공정(b)을 복수회 반복하는 것을 특징으로 한다.
이 경우에 산성분으로서는 술폰산기를 갖는 화합물을 포함하는 수용액을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공정(a)에서는 제 1 용제를 포함하는 레지스트용액을 기판상에 도포하고, 레지스트막을 가열하며, 이에 따라 레지스트막으로부터 상기 제 1 용제를 휘발시키고, 상기 공정(b)에서는 상기 레지스트에 대하여 상기 제 1 용제보다 낮은 용해특성을 갖는 제 2 용제를 레지스트막의 표면에 공급하여, 이 제 2 용제에 의해 레지스트막의 표층부를 용해제거할 수 있다. 이 경우에 저용해성의 용제에는, 예컨대 85 vo1%의 이소프로필알콜과, 15 vo1%의 MMP(3메톡시메틸프로피오네이트)와의 혼합물을 이용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 공정(b)에서는 화학연마제의 공급하에서 연마부재를 레지스트막의 표면에 접촉시키고, 기판에 대하여 연마부재를 상대이동시켜, 레지스트막의 표층부를 기계적이고 또한 화학적으로 연마제거할 수 있다. 이 경우에 연마부재는 폴리우레탄제인 것이 바람직하다. 또한 연마액제로서 예를들면 콜로이달실리카(실리카를 주성분으로 한 약 알칼리성의 슬러리)를 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공정(a)에서는 기판을 회전시키면서 레지스트용액을 기판상에 공급할 수 있다. 또한 상기 공정(b)에서는 기판을 회전시키면서 산성분을 포함하는 액을 기판상에 공급할 수 있다. 또한 상기 공정(b)에서는 기판을 회전시키면서 저용해성의 용제를 기판상에 공급할 수가 있다. 스핀코팅법의 채용에 의해 기판표면의 전체에 걸쳐 레지스트용액, 산성분용액, 용제, 화학연마제가 각각 일정하게 확산되어, 처리의 균일성이 확보된다.
상기 공정(a)에서는 가열하에서 산성기가 산촉매반응을 발생시키고, 이 산촉매반응이 생긴 부위가 알칼리가용으로 되는 화학증폭형 레지스트를 기판상에 도포할 수 있다. 화학증폭형 레지스트로서는 예를들어 아세탈보호기를 갖는 폴리히드록시스틸렌(PHS)(도 7 참조), t-BOC보호기를 갖는 PHS, 혹은 폴리머 중의 수산기를 알킬기로 블록화한 폴리비닐페놀을 이용할 수 있다.
본 발명에 관한 레지스트막의 형성방법의 제 2 실시형태는, 산성분의 존재하에서 가열하면 그 산성분이 확산하여 산촉매반응을 발생시키고, 산촉매반응이 생긴 부위가 알칼리가용으로 되는 화학증폭형 레지스트막을 기판의 표면에 형성하는 제 1 공정과, 이 제 1 공정 후에 상기 레지스트막의 표면에 산성분을 공급하는 제 2 공정과, 상기 기판을 가열하여, 산성분에 의한 산촉매반응을 레지스트막에 일으켜 해당 레지스트막의 표층부를 알칼리가용으로 하는 제 3 공정과, 상기 기판의 표면에 알칼리용액을 공급하여, 레지스트막의 표층부를 용해하여 제거하는 제 4 공정을 구비하며, 상기 제 2 공정에서 제 4 공정까지를 복수회 반복함으로써, 목표의 막두께까지 레지스트막을 얇게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 레지스트막의 형성장치의 실시형태는, 노광공정의 전에 레지스트막을 형성하는 장치에 있어서, 산성분의 존재하에 가열하면 그 산성분이 확산하여 산촉매반응이 일어나고, 산촉매반응이 일어난 부위가 알칼리용액에 가용성으로되는 화학증폭형 레지스트막을 형성하기 위한 레지스트액을 기판의 표면에 도포하는 레지스트액 도포부와, 레지스트액이 공급되어 레지스트막이 형성된 기판의 표면에 산성분을 공급하는 산성분 공급부와, 산성분이 공급된 기판을 가열하여, 산성분에 의한 산촉매반응을 레지스트막에 일으켜서 해당 레지스트막의 표층부를 알칼리 용액에 가용성으로 하기 위한 가열부와, 이 가열부에서 가열된 후의 상기 기판의 표면에 알칼리용액을 공급하고, 레지스트막의 표층부를 용해하여 제거하는 알칼리 용액도포부를 구비한 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 여러가지 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 레지스트 처리시스템의 프로세스부(20)에는 복수의 처리부가 설치되어 있다. 프로세스부(20)의 중앙에는 반송로(20a)가 설치되고, 이 반송로(20a)를 따라 주반송아암(28)이 주행 가능하도록 설치되어 있다. 주반송아암(28)은 홀더(28a)와, 이 홀더(28a)를 전진 또는 후퇴시키는 진퇴구동기구와, 홀더(28a)를 반송로(20a)에 대하여 이동시키는 Y축구동기구와, 홀더(28a)를 승강시키는 Z축구동기구와, 홀더(28a)를 Z축 주위로 선회시키는 θ 회전구동기구를 구비하고 있다. 주반송아암(28)은 반도체웨이퍼(W)를 1매씩 각 처리부(21∼26)로 반송시키기 위한 것이다.
도시하지 않은 로드/언로드부가 프로세스부(20)에 인접하여 설치되고, 이 로드/언로드부에 복수의 웨이퍼카세트가 도시하지 않은 반송로봇에 의해 반입되도록 되어 있다. 로드/언로드부는 도시하지 않은 서브반송아암을 구비하고 있으며, 이 서브반송아암은 카세트로부터 반도체웨이퍼(W)를 꺼내고, 또한 주반송아암(28)으로 웨이퍼(W)를 받아 넘기도록 되어 있다.
상기 반송로(20a)의 한쪽 옆에는 레지스트액 도포부(21), 산용액 도포부(22), 알칼리용액 도포부(23)가 나열되고, 반송로(20a)의 다른쪽 옆에는 3개의 베이크부(24,25,26)가 나열되어 있다. 그리고 이들 외에 프로세스부(20)에는 어드히젼처리부(도시하지 않음), 냉각부(도시하지 않음), 세정부(도시하지 않음) 등이 설치되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 레지스트액 도포부(21)는 스핀척(66)과, 내외부컵(61,62)과, 노즐(73)을 구비하고 있다. 스핀척(66)은 내부컵(61) 안에 설치되고, 회전구동기구(도시하지 않음), 진공흡착기구(도시하지 않음) 및 승강실린더기구(65)를 구비하고 있다. 진공흡착기구의 배기통로는 회전축(64) 안에 형성되고, 스핀척(66)의 상면으로 개구되어 있다.
내부컵(61)의 하부에 통형상부(63)가 부착되고, 이 통형상부(63)의 바깥둘레에 회전구동기구(도시하지 않음)의 벨트가 감아져 있다. 내부컵(61)에는 덮개(74)가 씌워지도록 되어 있다. 덮개(74)는 승강기구(도시하지 않음)에 의해 승강이 가능하도록 지지되어, 덮개(74)를 씌우면 내부컵(61)의 상부개구가 닫혀지도록 되어 있다.
외부컵(62)은 내부컵(61)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다. 외부컵(62)의 바깥둘레부에는 배기장치(도시하지 않음)로 연이어wu 통하는 배기구(68)가 형성되어 있고, 내부컵(61)의 구멍(67)으로 배출되는 처리액의 미스트가 배기구(68)를 통해 배기되도록 되어 있다. 또한 외부컵(62)의 바닥부에는 드레인통로(69)가 설치되어, 내부컵(61)의 구멍(67)으로 배출되는 처리액이 드레인통로(69)를 통해 배출되도록 되어 있다.
노즐(73)은 구동부(71)에 의해 구동되는 수평아암(72)의 선단부에 부착되고, 홈위치[컵(61,62)의 바깥쪽]과 사용위치[스핀척(66)의 회전중심의 위쪽]의 사이를 이동할 수 있게 되어 있다. 구동부(71)는 수직축 주위로 수평아암(72)을 요동선회시키는 선회기구와, 수평아암(72)을 승강시키는 승강기구를 구비하고 있다. 노즐(73)은 온도기구(도시하지 않음)를 구비하며, 레지스트 공급원(도시하지 않음)에 연이어져 통하고 있다. 레지스트공급원은 레지스트농도를 조정할 수 있는 기구와, 레지스트온도를 조정할 수 있는 기구와, 레지스트액의 공급량을 조정할 수 있는 기구를 구비하고 있다.
또한, 산용액 도포부(22) 및 알칼리용액 도포부(23)는 모두 레지스트액 도포부(21)와 실질적으로 같은 구성이다. 단지 알칼리용액 도포부(23)에 있어서는, 노즐(73) 대신에 도 4에 나타낸 리니어노즐(51)을 사용하도록 하여도 좋다. 리니어노즐(51)의 액토출부는 거의 웨이퍼(W)의 지름에 상당하는 길이이고, 이 액토출부에는 다수의 미세구멍이 나열되어 있다. 이 리니어노즐(51)의 액토출부를 웨이퍼(W)의 표면에서 약 1mm까지 근접시킨 상태에서, 웨이퍼(W)를 향하여 알칼리용액을 토출시켜 웨이퍼(W)를 저속회전시킨다. 이에 따라 웨이퍼(W)의 표면에 알칼리용액의 액저장부(52)가 형성된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 베이크부(24)(25,26)의 챔버(80) 내에는 열판(핫플레이트)(81)이 설치되어 있다. 열판(81)의 윗면에는 둘레가장자리지지부재(83) 및 안내부재(84)가 설치되고, 이들 부재(83,84)에 의해 웨이퍼(W)는 열판(81)에 접촉하는 일 없이 근접한 상태에서 위치결정되어 지지된다. 3개의 핀(87)을 승강시키는 리프트기구(88)가 열판(81)의 아래쪽에 설치되어 있다. 각 핀(87)은 열판(81)의 관통구멍(81a)에 끼워져 통하게 되고, 리프트기구(88)에 의해 상승시키면 각 핀(87)은 열판(81)의 윗면으로부터 돌출하여 웨이퍼(W)를 위쪽으로 들어올리도록 되어 있다. 또 챔버(80)의 상부에는 청정에어도입구(도시하지 않음)가 설치되고, 챔버(80)의 하부에는 배기구(82)가 설치된다. 이들에 의해 챔버(80)의 상부에서 하부로 향하는 청정에어의 하강류가 챔버(80) 내에 형성되도록 되어 있다.
다음에, 도 5∼도 7을 참조하면서 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다. 서브반송아암(도시하지 않음)은 카세트(도시하지 않음)로부터 웨이퍼(W)를 꺼내어, 이것을 주반송아암(28)으로 받아 넘긴다. 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 프로세스부(20)로 반송하고, 또한 어드히젼처리부(도시하지 않음)의 챔버 내로 웨이퍼(W)를 반입한다(공정 S1). 어드히젼처리부에서는 챔버 내로 헥사메틸디실라잔(HMDS)의 증기를 도입하고, 가열하에서 HMDS를 웨이퍼(W)의 표면에 작용시켜, 이에 따라 웨이퍼(W)의 표면을 소수화한다(공정 S2). 그리고 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 냉각처리부(도시하지 않음)로 반송하고, 이것을 실온정도까지 냉각한다(공정 S3).
다음에, 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 레지스트액 도포부(21)로 반송한다. 셔터(도시하지 않음)를 열어, 홀더(28a)와 함께 웨이퍼(W)를 레지스트액 도포부(21)로 반입하면, 스핀척(66)이 상승하고 웨이퍼(W)는 홀더(28a)로부터 스핀척(66) 상으로 옮겨실린다. 홀더(28a)를 퇴출시키고, 셔터를 닫아, 스핀척(66)에 의해 웨이퍼(W)를 흡착유지한다. 그리고 스핀척(66)은 웨이퍼(W)를 흡착유지한 상태에서 내부컵(61)의 속까지 하강한다.
다음에, 노즐(73)을 홈위치에서 사용위치까지 이동시키고, 웨이퍼(W)의 회전중심의 부위를 향하여 노즐(73)로부터 소정량의 레지스트액을 공급한다. 노즐(73)을 퇴피시키고, 덮개(74)를 컵(61,62)에 씌워, 컵(61,62)의 내부를 닫힌 상태로 한다. 이어서 컵(61,62)의 내부를 배기하면서 웨이퍼(W)를 소정의 회전속도로 회전시켜, 레지스트액을 웨이퍼(W) 상에서 확산시킨다. 이에 따라 도 6a에 나타낸 바와 같이, 똑같은 막두께의 레지스트막(3)이 웨이퍼(W)의 표면에 형성된다(공정 S4). 레지스트막(3)의 평균 막두께는 1μm(목표치)이다.
레지스트막(3)은 화학증폭형 레지스트를 성분으로 포함하는 것이다. 화학증폭형 레지스트에는, 예를들어 아세탈보호기를 갖는 폴리히드록시스틸렌(PHS)(도 7 참조), t-BOC보호기를 갖는 PHS, 혹은 폴리머 중의 수산기를 알킬기로 블록화한 폴리비닐 페놀을 이용한다. 또 노보락수지에 용해저지성분을 혼합하여, 노광에 의해 생성된 산성분(H+)의 촉매작용으로 용해저지성분을 분해변성시켜 용해성을 복원시키도록 한 노보락계 레지스트를 이용하여도 좋다.
덮개(74)를 열고 스핀척(66)을 상승시킨다. 셔터를 열어 주반송아암의 홀더(28a)를 레지스트액 도포부(21)의 속으로 삽입하고, 스핀척(66)을 하강시켜, 웨이퍼(W)를 스핀척(66)에서 홀더(28a) 상으로 옮겨싣는다. 웨이퍼(W)와 함께 홀더(28a)를 레지스트액 도포부(21)로부터 퇴출시키다. 이어서 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 제 1 베이크부(24)로 반송하여, 열판(81) 상에 웨이퍼(W)를 얹어 놓는다. 제 1 베이크부(24)에서는 웨이퍼(W)를 소정 온도영역에서 가열하고, 레지스트막(3)으로부터 용제를 휘발시켜, 레지스트막(3)을 안정화시킨다(공정 S5). 그리고 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 냉각부(도시하지 않음)로 반송하여, 웨이퍼(W)를 실온정도까지 냉각한다(공정 S6).
다음에, 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 산용액 도포부(22)로 반송한다. 산용액 도포부(22)에서는 도 6b에 나타낸 바와 같이 산용액(4)을 레지스트막(3) 상으로 공급한다(공정 S7). 이 공정 S7에서는 웨이퍼(W)를 저속회전시키면서 산용액(4)을 공급하고, 웨이퍼(W)의 전면에 산용액(4)을 일정하게 널리 퍼지도록 한다. 산용액(4)은 1∼5중량%의 에탄술폰산(산성분)을 함유하는 수용액이다. 이 산용액(4)은 톱·안티·리플렉터블·코트(TARC)에 이용되는 것으로서 실질적으로 같은 성분이다. 다시 말해서 TARC는 노광광(露光光)의 표면반사를 방지하기 위해서 사용하고 있다.
이 공정 S7은, 스핀코팅법에 의해 행할 수 있고, 산용액(4)의 막두께 에 있어서는 특히 한정되는 것이 아니다. 또한 공정 S7에서는 산용액(4)의 미스트나 증기를 레지스트막(3)으로 내뿜도록 하여도 좋다.
이어서, 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 제 2 베이크부(25)로 반송한다. 제 2 베이크부(25)에서는 웨이퍼(W)를 예를들면 50∼110℃의 온도영역에서 60∼180초간 가열한다(공정 S8). 이 결과 도 6c에 나타낸 바와 같이 레지스트막(3)의 표층부(31)가 알칼리용액에 대하여 가용(알칼리가용성)으로 된다.
다음에, 도 7을 참조하면서 레지스트 표층부(31)가 알칼리불용성으로부터 알칼리가용성으로 되는 화학반응에 대하여 설명한다.
레지스트막(3)은 주성분이 폴리히드록시스틸렌(PHS)으로 이루어지고, 이 PHS는 아세탈보호기를 갖기 때문에 알칼리불용성이다. 가열에 의해 산용액(4) 중의 H+가 PHS에서 아세탈기를 떼어낸다. PHS는 알칼리가용성이다. 한편 떼어낸 아세탈기는 공명구조식으로 나타내어지는 탄소양이온(1)으로 된다. 이 탄소양이온(1)은 불안정한 중간생성물이고, 분해하여 새롭게 H+를 발생시킨다. 이 새롭게 발생된 H+는 다음 분해에 사용되어, 연쇄반응적으로 잇달아 H+를 발생시킨다. 이 H+의 연쇄발생반응은 최초의 H+ 존재량과 가열조건에 의존하고 있기 때문에, 레지스트막(3)을 원하는 두께만 알칼리가용성으로 할 수 있다. 본 실시형태의 공정 S8에서는 레지스트막(3)을 예를들어 0.5μm의 깊이까지 알칼리가용성으로 한다.
이어서, 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 냉각부(도시하지 않음)로 반송하여, 웨이퍼(W)를 실온정도까지 냉각한다(공정 S9). 그리고 린스처리부(도시하지 않음)에서 웨이퍼(W)를 린스하고(공정 S10), 건조처리부(도시하지 않음)에서 웨이퍼(W)를 건조시킨다(공정 S11).
다음에, 주반송아암(28)은 웨이퍼(W)를 알칼리용액 도포부(23)로 반송한다. 알칼리용액 도포부(23)에서는 도 6d에 나타낸 바와 같이 알칼리용액(5)을 레지스트막(3) 상으로 공급한다(공정 S12). 이 공정 S12에서는 웨이퍼(W)를 저속회전시키면서 알칼리용액(5)을 공급하고, 웨이퍼(W)의 전면에 액(5)이 일정하게 널리 퍼지도록 한다. 알칼리용액(5)에서는 예컨대 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상액을 이용할 수 있다. 이 결과 알칼리가용인 레지스트 표층부(31)가 알칼리용액(5)에 녹기 시작하고, 도 6e에서와 같이 레지스트막(3)은 처음보다 막두께가 작아진다. 그리고 린스처리부(도시하지 않음)에서 웨이퍼(W)를 린스하고(공정 S13), 건조처리부(도시하지 않음)에서 웨이퍼(W)를 건조시킨다(공정 S14). 또한 주반송아암(28)에 의해 프로세스부(20)로부터 웨이퍼(W)를 반출한다(공정 S15).
본 발명자 등의 실험에 의하면 1회당 레지스트 삭감량(에칭레이트)은 약 1000∼1500 옹스트롬이었다. 따라서 초기두께 1μm인 레지스트막(3)을 목표두께 0.5μm로 하는 경우는, 상기 공정 S7에서 공정 S14까지를 여러번 반복하면 된다. 또 알칼리가용성으로 되는 표층부(31)의 두께를 제어하기 위해서는, 마지막의 반복 공정 S8에 있어서 가열온도 및/또는 가열시간을 조정하면 된다.
또한, 알칼리용액공급부로서 알칼리용액탱크를 준비하고, 이 속에 웨이퍼 전체를 침지하도록 하여도 좋다. 또한 이 공정 S12는 도 4에 나타낸 리니어형 노즐(51)을 웨이퍼로 근접하여 대면(상호간격 1mm)시키고, 알칼리용액을 공급하면서 웨이퍼(W)를 회전시켜, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 알칼리용액을 도포하도록 하여도 좋다. 그리고 도 2에 나타낸 장치에 복수의 노즐을 설치하고, 액(3,4,5)마다 노즐을 전환하도록 하여도 좋다.
상기 실시형태에 의하면, 웨이퍼(W) 상에 0.5μm 막두께의 레지스트막(3)을 형성할 수 있다. 또 본 발명은 반도체웨이퍼에만 한정되지 않고 LCD 기판에도 적용가능하다.
다음에, 도 8 및 도 9a∼도 9c를 참조하면서 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 또 제 2 실시형태가 상기 제 1 실시형태와 중복하는 부분의 설명은 생략한다.
반입공정 S21에서 냉각공정 S26까지는, 상기의 공정 S1에서 공정 S6까지와 실질적으로 동일하다. 도 9a에 나타낸 바와 같이 평균 막두께 1μm(목표치)인 레지스트막(3)이 웨이퍼(W)의 표면에 형성되면, 도 9b에서와 같이 레지스트막(3)에 저용해성의 용제(8)를 도포한다(공정 S27). 이 저용해성의 용제(8)는 예를들어 85 vo1%의 이소프로필알콜과, 15 vo1%의 MMP(3메톡시메틸프로피오네이트)를 함유하고 있다. 이 용제(8)를 예컨대 스핀코팅법에 의해 레지스트막(3)에 도포하고, 예컨대 10초간만 방치해 놓는다. 이에 따라 레지스트막(3)의 표층부(31)가 2000 옹스트롬 녹기 시작하여, 도 9c에 나타낸 바와 같이 레지스트막(3)이 얇아진다. 본 실시형태에서는 레지스트막(3)의 막두께 제어는 용제(8)와 레지스트의 접촉시간을 조정함으로써 이루어진다. 그리고 린스공정 S28에서 반출공정 S30까지는 상기 공정 S13에서 공정 S15까지와 실질적으로 동일하다.
다음에, 도 10 및 도 11을 참조하면서 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 또 제 3 실시형태가 상기 제 1 실시형태와 중복하는 부분의 설명은 생략한다.
반입공정 S41에서 냉각공정 S46까지는, 상기의 공정 S1에서 공정 S6까지와 실질적으로 동일하다. 평균 막두께 1μm(목표치)인 레지스트막(3)이 웨이퍼(W)의 표면에 형성되면, 도 11에 나타낸 CMP 연마장치(90)를 이용하여 레지스트막(3)의 표층부(31)를 기계적으로 또한 화학적으로 제거한다(공정 S47). 레지스트막(3)이 형성된 웨이퍼(W)는 표면을 아래로 향해 유지부(91)에 흡착유지됨과 동시에, 회전하는 스핀대(92) 상의 연마판(93)에 눌려 부착되어 있다. 이 연마판(93)의 표면부는 예컨대 폴리우레탄으로 만들어져 있다. 웨이퍼(W)는 자전함과 동시에, 회전하고 있는 연마판(93)의 편심부분[연마판(93)의 회전중심을 포함하지 않은 부분]에 접촉되어 있다. 이 때 웨이퍼(W)의 선행하는 위치에 노즐(94)을 배치하고, 노즐(94)로부터 연마액제로서 예를들면 콜로이달실리카(실리카를 주성분으로 한 약 알칼리성의 슬러리)를 공급한다. 이에 따라 레지스트막(3)의 표층부(31)가 제거되어 레지스트막(3)이 얇아진다. 또한 린스공정 S48에서 반출공정 S50까지는 상기 공정 S13에서 공정 S15까지와 실질적으로 같다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면 기판상에 막두께가 작은 레지스트막을 형성할 수 있다.
도 1은 레지스트 처리시스템의 전체 개요를 나타낸 평면도,
도 2는 레지스트 도포부의 개요를 나타낸 내부 투시단면도,
도 3은 베이크부의 개요를 나타낸 도면,
도 4는 다른 레지스트 도포부의 개요를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 레지스트막의 형성방법을 나타낸 플로우챠트,
도 6a∼도 6e의 각각은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 레지스트막의 형성방법을 설명하기 위한 단면 모식도,
도 7은 레지스트를 알칼리 가용화하는 화학반응식을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 레지스트막의 형성방법을 나타낸 플로우챠트,
도 9a∼도 9c의 각각은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 레지스트막의 형성방법을 설명하기 위한 단면 모식도,
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 레지스트막의 형성방법을 나타낸 플로우챠트,
도 11은 기계적 화학연마장치(CMP장치)의 개요를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
3 : 레지스트막 4 : 산용액
5 : 알칼리용액 8 : 용제
20 : 프로세스부 20a : 반송로
21 : 레지스트액 도포부 22 : 산용액 도포부
23 : 알칼리용액 도포부 24,25,26 : 베이크부
28 : 주반송아암 28a : 홀더
31 : 표층부 51 : 리니어노즐
52 : 액저장부 61 : 내부컵
62 : 외부컵 63 : 통형상부
64 : 회전축 65 : 실린더기구
66 : 스핀척 67 : 구멍
68 : 배기구 69 : 드레인통로
71 : 구동부 72 : 수평아암
73 : 노즐 74 : 덮개
80 : 챔버 81 : 열판
81a : 관통공 82 : 배기구
83 : 지지부재 84 : 안내부재
88 : 리프트기구 90 : CMP연마장치
91 : 유지부 92 : 스핀대
93 : 연마판 94 : 노즐

Claims (15)

  1. 포토리소그래픽 노광 이전에 레지스트막의 두께를 조절하는 레지스트막의 형성방법으로서,
    (a) 기판상에 레지스트막을 형성하는 공정과,
    (b) (i) 산용액을 레지스트막의 표면에 작용시켜 레지스트막의 표층부를 알칼리가용으로 하는 것과,
    (ii) 알칼리용액을 레지스트막의 표면에 작용시켜 레지스트막의 표층부를 용해하여, 레지스트막의 막두께를 얇게 하는 것에 의해 상기 공정(a)에서 형성된 레지스트막의 표층부를 제거하는 공정을 포함하여 구성되며,
    상기 (a)와 (b) 공정은 상기 막에 빛을 포토리소그래피적으로 노출하는 공정이전에 실행되며,
    상기 공정(b)을 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공정(b)에서는, 레지스트막의 표면으로의 화학연마제의 공급하에서 연마부재를 레지스트막의 표면에 접촉시키고, 기판에 대하여 연마부재를 상대이동시켜, 레지스트막의 표층부를 제거하는 기계적이고 화학적인 연마처리가 레지스트막에 작용되는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 공정(b)에서는, 기판을 회전시키면서 화학연마제를 기판상으로 공급하는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 공정(a)에서는, 기판을 회전시키면서 레지스트 용액을 기판상으로 공급하는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공정(b)에서는, 기판을 회전시키면서 산성분을 기판상으로 공급하는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 가열 하에서 산성기가 산촉매반응을 발생시키고, 이 산촉매반응이 생긴 부위가 알칼리가용으로 되는 화학증폭형 레지스트를 기판상에 도포하는 것을 특징으로 하는 레지스트막 형성방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 공정(a)에서는, 상기 레지스트막을 형성하는 공정은 기판을 회전시키면서 화학증폭된 레지스트 용액을 기판상에 작용하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제거공정 이전에, 상기 레지스트막은 1㎛의 평균두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제거공정 이후에, 상기 레지스트막은 0.5㎛의 평균두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제거공정은 약 1,000 내지 1,500Å의 1회공정 삭감율로 에칭하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  11. 포토리소그래픽 노광 이전에 레지스트막의 두께를 조절하는 레지스트막의 형성방법으로서,
    산용액의 존재하에서 가열하면 그 산용액이 확산하여 상기 레지스트막의 표층부에 산촉매반응을 일으키고, 산촉매반응이 발생한 부위가 알칼리가용으로 되는 화학증폭형 레지스트막을 기판의 표면에 형성하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 후에, 상기 레지스트막의 표면에 산용액을 공급하는 제 2 공정과,
    상기 기판을 가열하여, 산용액에 의한 산촉매반응을 레지스트막 내에 일으켜 상기 레지스트막의 표층부를 알칼리가용으로 하는 제 3 공정과,
    상기 기판의 표면에 알칼리용액을 공급하여, 레지스트막의 표층부를 용해하여 제거하는 제 4 공정을 구비하며,
    상기 제 1 내지 제 4 공정은 포토리소그래피적으로 빛을 노출하는 노광 공정이전에 실행되며,
    상기 제 2 공정 내지 제 4 공정까지를 복수 회 반복하는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 기판을 회전시키면서 화학증폭형 레지스트 용액을 기판상에 공급하는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 공정 이전에, 상기 레지스트막은 1㎛의 평균두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 표층부는 2000Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성방법.
  15. 노광공정의 전에 레지스트막을 형성하는 장치에 있어서,
    산성분의 존재하에 가열하면 그 산성분이 확산하여 산촉매반응이 일어나고, 산촉매반응이 일어난 부위가 알칼리용액에 가용성으로되는 화학증폭형 레지스트막을 형성하기 위한 레지스트액을 기판의 표면에 도포하는 레지스트액 도포부와,
    레지스트액이 공급되어 레지스트막이 형성된 기판의 표면에 산성분을 공급하는 산성분 공급부와,
    산성분이 공급된 기판을 가열하여, 산성분에 의한 산촉매반응을 레지스트막에 일으켜서 해당 레지스트막의 표층부를 알칼리 용액에 가용성으로 하기 위한 가열부와,
    이 가열부에서 가열된 후의 상기 기판의 표면에 알칼리용액을 공급하고, 레지스트막의 표층부를 용해하여 제거하는 알칼리 용액도포부를 구비한 것을 특징으로 하는 레지스트막의 형성장치.
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