KR20050101154A - 성막 방법, 패턴 형성 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

성막 방법, 패턴 형성 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기판에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을, 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하면서, 상기 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시키고, 상기 기판 상에 공급된 용액을 머물게 하여 액막을 형성하는 액막 형성 방법에 있어서, 상기 노즐의 토출구와 상기 기판과의 거리 h를, 2㎜ 이상, 또한 상기 용액의 표면 장력 γ(N/m)와 상기 토출구로부터 연속적으로 토출되는 용액의 토출 속도 q(m/sec)와, 상수 5×10-5(m·sec/N)에 대하여 제공되는 5×10-5q/γ(㎜) 미만의 범위 내로 설정한다.

Description

성막 방법, 패턴 형성 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법{FILM FORMING METHOD, PATTERN FORMING METHOD AND MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 상기 기판과 상기 노즐을 상대적으로 이동시키면서, 용액 토출 노즐로부터 기판에 용액을 적하하여, 상기 기판 상에 상기 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 성막 방법에 관한 것이다.
리소그래피 프로세스나 층간막 형성 등에 회전 도포법을 이용하는 경우, 기판에 적하한 용액의 대부분을 기판 밖으로 배출하고, 남은 수%로 성막하기 때문에, 사용하는 용액의 낭비가 많고, 배출된 용액이 많기 때문에 환경에도 악영향을 미쳤다. 또한, 방형의 기판이나 12인치 이상의 대구경의 원형 기판에서는, 기판의 외주부에서 난기류가 발생하여 그 부분에서 막 두께가 불균일해지는 문제가 발생하였다.
용액을 낭비하지 않고 기판 전면에 균일하게 도포하는 방법으로서 특개평2-220428호 공보에는 일렬로 배치한 다수의 노즐로부터 레지스트를 적하하고, 그 후방으로부터 가스 또는 용액을 성막면에 분무함으로써 균일한 막을 얻는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특개평6-151295호 공보에서는 막대에 다수의 분무구를 설치하고, 그곳으로부터 레지스트를 기판 상에 적하하여 균일한 막을 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 또한 특개평7-321001호 공보에 레지스트를 분무하기 위한 다수의 분출 구멍이 형성된 스프레이 헤드를 이용하여, 기판에 대하여 상대적으로 이동하여 도포하는 방법이 기재되어 있다. 이들 모두 도포 장치에서도 적하 혹은 분무 노즐을 가로 일렬로 복수 배치하고, 그것을 기판 표면을 따라 스캔시켜 균일한 막을 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 이들 복수의 노즐을 갖는 장치를 이용한 도포법 외에 한 개의 용액 토출 노즐을 이용하여, 기판 상을 주사시킴으로써 액막을 형성하는 방법이 있다. 이 방법에서는 노즐의 조작법에 따라서는 기판 1장당의 처리 시간이 길어지거나, 용액의 사용량이 방대해지는 문제가 발생하였다.
이것을 해결하는 장치 구성으로서, 특개평9-92134호 공보에서는 기판 상에서 용액 토출 노즐을 왕복 이동시키면서 용액을 기판 상에 적하하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는 기판 상에서 왕복 이동 각각의 종단에서 액 공급을 정지시키고, 시점에서 재공급함으로써 도포막을 형성하고 있다. 그러나, 종단, 시점에서의 공급, 정지에 수반되는 액 공급의 변동에 의해 기판 상으로 공급되는 용액량이 미묘하게 서로 달라, 액막 및 액막으로 형성되는 고형막의 막 두께 균일성이 나빠진다고 하는 문제가 발생하였다.
이에 대하여, 특개2000-77307호 공보, 특개2000-77326호 공보, 특개2000-79366호 공보, 특개2000-188251호 공보, 특개2001-148338호 공보, 특개2001-168021호 공보, 특개2001-170546호 공보, 특개2001-176781호 공보, 특개2001-176786호 공보, 특개2001-232250호 공보, 특개2001-232269호 공보에서는 용액 토출 노즐의 왕복 연동에서, 절첩 부분에서도 용액의 토출을 유지시킴으로써, 엣지 근방(왕복 이동의 절첩 근방)에서의 막 두께 분포의 열화가 없는 도포막을 공급하는 방법에 대하여 개시되어 있다. 그러나 이들호 공보에 기재되어 있는 도포 장치에서는 용액 토출 노즐과 기판과의 거리에 대해 어떠한 고려도 이루어져 있지 않고, 용액 토출 노즐로부터의 토출 속도와 용액의 표면 장력이나 용액 토출 노즐과 기판의 거리에 따라서는 용액이 기판에 도달하기 전의 액류가 확대되는 과정에서, 액체가 갖는 표면 장력에 의해 액적으로 되어, 기판에 도달한 액적이 튀어 미스트나 파티클의 원인이 된다고 하는 문제가 발생하였다.
또한, 상술한 액막의 형성 방법에서는, 피처리 기판 표면의 각 영역에서, 물성의 차이, 노즐의 토출압, 나아가서는 용액의 토출량의 변동, 또는 도포 시의 기류의 흔들림 등에 의해, 피처리 기판의 전면에서는, 액막의 막 두께는 균일하게 되지 않고, 변동이 발생하게 되는 경우가 있다. 이 상태에서 액막 내의 용제를 기화시키면, 기판 상에는, 액막의 막 두께 분포에 따른 고형분의 막(=고층막)이 평탄도가 낮은 상태로 형성되게 된다.
또한, 액막이 평탄도가 높은 상태로 형성되었다고 해도, 그 후, 용제를 기화시키기 위한 건조 처리를 행하면, 피처리 기판의 중앙부의 방향으로 응집이 발생하는 등, 액막의 가로 방향의 이동에 수반되어, 고형분의 이동이 발생하고, 이동 방향을 따라 막 두께의 차가 발생하게 된다.
이러한 방법으로 형성한 포토레지스트막에, 노광 및 현상 처리를 실시하여 패턴을 형성한 경우, 패턴에 치수 오차가 발생하고, 이것을 마스크로 이용하여 하층의 피가공막(예: 절연막, 배선층의 재료가 되는 도전막)에 에칭 가공을 실시하는 과정에서는, 치수의 오차가 더욱 발생하여, 반도체 장치의 제조에서 수율이 저하되게 된다.
종래, 액막 표면의 막 두께의 변동에 대해서는, 특개2001-237179호에 개시되어 있는 바와 같이 액막을 형성한 후, 이것을 용제의 분위기에 노출시켜 용액의 유동성을 촉진하여, 표면 장력에 의해 액막의 표면이 평탄화되도록, 소위, 레벨링 처리를 행하는 방법이 있다.
그러나, 종래의 레벨링 처리에서는, 액막의 표면에, 불필요하게 용제가 공급되어 막 두께 분포가 흐트러지거나, 부적정한 조건에 의해 액막의 막 두께 분포에 경사(예를 들면 주연부 등)가 발생하기도 하였다.
그런데, 반도체 장치의 제조 공정에서는, 유산 에틸(용제)에 수지, 용해 억지재(용해 억지기), 산 발생재(산 발생기) 등을 포함하는 레지스트재를 용해시킨 레지스트 용액을 기판 표면에 도포하여 액막을 형성한 후, 액막 내의 용제를 휘발시켜 레지스트막을 형성한다. 기판 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 노광, 노광 후 베이크 처리, 냉각, 현상을 행하여, 레지스트 패턴을 형성한다.
그런데, 상술한 방법으로 형성된 레지스트 패턴 중에는, 레지스트 패턴의 상부가 라운딩되는 문제가 있었다. 레지스트막의 상면은, 현상액에 접촉하는 시간이 길기 때문에, 상부가 라운딩된다. 따라서, 표면층에 용해 억지재를 많이 포함하는 층을 형성하여, 상부의 라운딩을 억제하는 것이 생각되고 있다.
그러나, 표면층에 용해 억지재를 많이 포함하는 층을 종래의 도포법으로 형성하는 경우, 기판 상에 제1 레지스트막을 도포, 베이크에 의해 형성한 후, 제1 레지스트막의 형성에 이용한 레지스트 용액보다 용해 억지재를 많이 포함하게 한 레지스트 용액을 이용하여 제2 레지스트막을 도포, 베이크에 의해 형성해야만 한다. 이 방법에서는, 2층의 막을 별개로 형성해야만 하므로, 제조 시간이 길어진다고 하는 문제점이 있었다.
그런데, 종래 피처리 기판 상에 도포막을 형성하는 방법으로서는, 일정량의 용액을 토출하는 토출 노즐을 피처리 기판 상에서 상대적으로 이동시켜, 기판 전면에 용액을 적하하여 성막을 형성하고, 그 후 적절한 건조법에 의해 용제를 휘발시켜 성막하는 도포법이 있다. 이 방법의 경우, 사용하는 용액은, 고형분량이 낮고, 0.001 Pa·s∼0.010Pa·s(1cp∼10cp) 정도의 점성이 낮은 용액을 사용한다. 단차를 갖는 기판에 대하여, 이 도포법으로 액막을 형성한 경우, 형성된 액막이 중력에 의한 유동을 일으켜, 요철부에서 평탄화되기 때문에, 최종적으로 작성되는 도포막의 두께는, 오목부에서는 성막이 두꺼워지고, 볼록부에서는 얇아져 차가 발생하였다. 그 결과, 기판 표면을 따라 막 두께가 균일한 막을 형성할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
(1) 본 발명의 일례에 따른 액막 형성 방법은, 상기 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시키면서, 노즐에 설치된 토출구로부터 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 상기 기판 상에 공급된 용액을 머물게 하여, 상기 기판 상에 액막을 형성하는 성막 방법으로서, 상기 노즐의 토출구와 상기 기판과의 거리 h가 2㎜ 이상, 또한 Aq/γ(㎜) 미만으로 설정되어 있다.
여기서,
q(m/sec)는 상기 토출구로부터 연속적으로 토출되는 용액의 토출 속도,
γ(N/m)는 상기 용액의 표면 장력,
A(N·sec/m)는 5×10-5.
(2) 본 발명의 일례에 따른 액막 형성 방법으로서, 성막 방법은,
기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액의 표면 장력 γ(N/m)를 등록하는 공정과,
노즐의 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출되는 용액의 토출 속도 q(m/sec)와, 상기 용액의 표면 장력 γ(N/m)와, 상수 5×10-5(N·sec/m)로부터, 2㎜ 이상 5×10-5q/γ(㎜) 미만이 되는 상기 노즐의 토출구와 상기 기판과의 거리 h를 산출하는 공정과,
상기 노즐의 토출구와 상기 기판과의 거리가 산출된 거리 h의 상태에서, 상기 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시키면서, 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을, 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 상기 기판 상에 공급된 용액을 머물게 하여, 상기 기판 상에 액막을 형성하는 공정을 포함한다.
(3) 본 발명의 일례에 따른 액막 형성 방법은, 노즐이 기판의 일단으로부터 상기 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 기판 내 또는 기판 밖에서의 행 방향의 이동을 반복하여 상기 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시킴과 함께, 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 상기 기판 상에 토출된 용액을 머물게 하여 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
제1 열 상을 이동하는 상기 노즐로부터 상기 기판 상에 용액을 토출할 때, 용액의 적하 위치에 대한 용액의 토출량의 원하는 값으로부터의 편차량을 구하며,
제1 열에 인접하는 제2 열 상을 이동하는 상기 노즐로부터 상기 기판 상에 용액을 토출할 때, 제2 열 상의 임의의 위치에서의 토출량은, 제1 열 상의 인접하는 토출 위치에서 구해진 편차량을 보충하도록 제어된다.
(4) 본 발명의 일례에 따른 성막 형성 방법은, 회전하는 기판 상에서, 상기 기판의 직경 방향으로 상기 노즐을 이동시키면서, 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 상기 기판 상에 공급된 용액을 머물게 하여 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
상기 노즐로부터 상기 기판 상에 용액을 공급할 때, 용액의 적하 위치에 대한 용액의 공급량의 원하는 값으로부터의 편차량을 구하고,
노즐로부터 상기 기판의 제1 위치에 공급할 때, 제1 적하 위치에 대하여 상기 기판의 직경 방향에 인접하며, 사전에 용액이 적하되어 있는 제2 위치에서의 편차량을 보충하도록 제1 위치에 토출되는 용액의 공급량이 제어된다.
(5) 본 발명의 일례에 따른 액막 형성 방법은, 노즐이 상기 기판의 일단으로부터 상기 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 기판 내 또는 기판 밖에서의 행 방향의 이동을 조합하여 상기 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 연속적으로 토출하면서, 상기 기판 상에 토출된 용액을 머물게 하여, 상기 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
상기 노즐이 열 방향으로 이동할 때, 상기 노즐로부터 상기 기판 상에 토출된 용액의 공급 시점과 공급 종점이, 각각 기판 가장자리로부터 일정 폭 d를 둔 액막 엣지 형성 위치에 도달하도록, 상기 노즐로부터 상기 기판에 토출된 용액이 차단된다.
(6) 본 발명의 일례에 따른 액막 형성 방법은, 노즐이 원형 기판의 일단으로부터 상기 원형 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 원형 기판의 엣지 근방에서의 행 방향의 이동을 조합하여 노즐과 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 원형 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 토출된 용액을 상기 기판 상에 머물게 하여, 개시 위치로부터 종료 위치에 걸쳐 상기 기판 상의 대략 전면에 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
상기 개시 위치 근방에서의 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도가, 상기 기판의 중앙 위치에서의 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도보다 작게 설정되며,
상기 종료 위치 근방에서의 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도가, 상기 기판의 중앙 위치에서의 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도보다 크게 설정되어 있다.
(7) 본 발명의 일례에 따른 액막 형성 방법은, 노즐이 원형 기판의 일단으로부터 상기 원형 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 원형 기판의 엣지 근방에서의 행 방향의 이동을 조합하여 노즐과 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 상기 원형 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 연속적으로 토출하고, 토출된 용액을 상기 기판 상에 머물게 하여, 개시 위치로부터 종료 위치에 걸쳐 상기 기판 상의 대략 전면에 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
상기 개시 위치 근방에서의 상기 노즐의 행 방향의 이동 거리가, 상기 원형 기판의 중앙 위치에서의 상기 노즐의 행 방향의 이동 거리보다 크고,
상기 종료 위치 근방에서의 상기 노즐의 행 방향의 이동 거리는, 상기 기판의 중앙 위치에서의 상기 노즐의 행 방향의 이동 거리보다 작다.
(8) 본 발명의 일례에 따른 액막 형성 방법은, 노즐이 원형 기판의 일단으로부터 상기 원형 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 원형 기판의 엣지 근방에서의 행 방향의 이동을 조합하여 노즐과 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 상기 원형 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 연속적으로 토출하고, 토출된 용액을 상기 기판 상에 머물게 하여, 개시 위치로부터 종료 위치에 걸쳐 상기 기판 상의 대략 전면에 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
상기 노즐의 행 방향의 이동을 사이에 둔, 상기 노즐의 열 방향의 이동에 의한 상기 기판에의 용액 공급을 일시 중단하고 나서, 상기 노즐의 열 방향의 이동에 의한 상기 기판에의 용액 공급이 재개되기까지의 시간 간격을 일정하게 한다.
(9) 본 발명의 일례에 따른 성막 방법은,
기판 상에 제1 용제 및 고형분을 포함하는 용액으로 구성된 액막을 형성하는 공정과,
상기 기판을 용기 내에 수납하는 공정과,
상기 용기 내에 제2 용제를 포함하는 분위기가 형성된 상태에서, 상기 액막의 표면을 평탄화시키는 평탄화 처리를 개시하는 공정과,
상기 평탄화 처리 중에, 상기 액막의 표면의 평탄도를 측정하는 공정과,
상기 평탄화 처리 중에, 측정된 평탄도에 기초하여, 상기 용기 내의 분위기, 및 상기 기판의 온도 중 적어도 한쪽을 제어하어, 상기 액막의 표면의 평탄도를 향상시키는 공정과,
상기 평탄화 처리를 종료하는 공정과,
상기 기판 상에, 상기 고형분으로 이루어지는 고형막을 형성하는 공정을 포함한다.
(10) 본 발명의 일례에 따른 성막 방법은,
기판 상에 제1 용제 및 고형분을 포함하는 용액으로 구성된 액막을 형성하는 공정과,
상기 기판을 용기 내에 수납하는 공정과,
상기 용기 내에 제2 용제를 포함하는 분위기가 형성된 상태에서, 상기 액막의 표면을 평탄화시키는 평탄화 처리를 개시하는 공정과,
상기 평탄화 처리 중에, 상기 액막의 표면의 평탄도를 측정하는 공정과,
상기 평탄화 처리 중에, 측정된 평탄도에 기초하여, 상기 용기 내의 분위기, 및 상기 기판의 온도 중 적어도 한쪽을 제어하어, 상기 액막의 표면의 평탄도를 향상시키는 공정과,
상기 평탄화 처리를 종료하는 공정과,
상기 기판 상에, 상기 고형분으로 이루어지는 고형막을 형성하는 공정을 포함한다.
(11) 본 발명의 일례에 따른 성막 방법은,
기판 상에 고형분과 용제를 포함하는 액막을 형성하는 공정과,
상기 액막 내의 용제를 제거하는 건조 처리를 개시하는 공정과,
상기 건조 처리 중에, 상기 액막 표면의 평탄도를 측정하는 공정과,
상기 건조 처리 중에, 측정된 평탄도에 따라, 상기 기판이 존재하는 환경의 분위기, 상기 기판의 온도, 및 상기 기판의 회전수 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 평탄도를 향상시키는 공정과,
상기 건조 처리를 종료시켜, 상기 기판 상에 상기 고형분으로 이루어지는 고형막을 형성하는 공정을 포함한다.
(12) 본 발명의 일례에 따른 성막 장치는,
표면에 제1 용제를 포함하는 액막이 형성된 기판을 지지하는 지지부,
내부의 공간에 상기 지지부가 설치된 용기,
배출구를 구비하며, 상기 배출구로부터 상기 용기 내에 제2 용제를 포함하는 가스를 공급하는 가스 공급부,
상기 용기 내의 분위기를 배기하는 배기부,
상기 지지부 상에 지지된 기판 상의 액막에 광을 조사하고, 상기 액막으로부터의 반사광을 수광하여, 반사광 강도를 얻는 광학계,
이 광학계에서 얻어진 반사광 강도를 해석하여 상기 액막 표면의 평탄도를 측정하고, 측정된 평탄도가 향상되도록 상기 배기부 및 가스 공급부를 제어하는 해석부를 포함한다.
(13) 본 발명의 일례에 따른 성막 방법은, 기판 상에, 용제에 제1 물질을 용해시킨 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 공정과,
상기 액막의 상기 기판측이 고화되어, 기판과 반대측에 용제가 남는 상태까지, 상기 액막으로부터 용제를 제거하는 공정과,
상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 제2 물질을 공급하는 공정과,
상기 액막 내에 잔존하는 용제를 제거하고, 고형막을 형성하는 공정을 포함한다.
(14) 본 발명의 일례에 따른 성막 방법은,
단차 높이가 d인 요철을 갖고, 전체 면적에 대한 볼록부의 면적 비율이 a(1>a>0), 전체 면적에 대한 오목부의 면적 비율이 1-a인 기판을 준비하는 공정과,
용제에 고형분을 용해시킨 용액을 토출시키면서, 상기 토출 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시켜, 상기 기판 상에 액막을 형성하는 공정과,
상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 고형분으로 이루어지는 고형막을 형성하는 공정을 포함하며,
상기 액막은, 상기 액막의 두께 h가 h>(11-a)d가 관계를 만족시키도록 형성된다.
본 발명의 실시예를 이하에 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액막 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 도 2의 (a)∼도 2의 (d)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 성막 공정을 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 도시되어 있지 않은 기판 이동 기구 상에 수평으로 기판(11)이 장착된다. 기판(11) 상방에 용액 토출 노즐(12)이 배치되어 있다. 용액 토출 노즐(12)은, 도시되지 않은 노즐 이동 기구에 의해, 기판(11)의 이동 방향과 직교하는 방향으로 왕복 이동한다. 용액 토출 노즐(12)에는, 용액 공급 펌프(13)로부터 공급된 용액(14)을 기판(11)에 대하여 적하하는 적하구가 설치되어 있다.
기판(11) 상에 액막을 형성하는 경우, 용액 토출 노즐(12)의 토출구로부터 기판(11) 상에 용액(14)을 토출시키면서, 용액 토출 노즐(12)을 열 방향으로 왕복 이동시켜, 기판(11) 상에 선형으로 용액을 적하한다. 그리고, 용액 토출 노즐(12)이 기판(11) 상 밖 또는 기판 내의 막이 형성되기를 원하는 영역 밖에 위치할 때에, 기판(11)을 용액 토출 노즐(12)의 열 방향과 직교하는 행 방향으로 이동시킨다. 또한, 도 1에서의 부호 15는 용액의 적하 위치의 궤적이다.
기판(11) 상에 선 형상으로 공급된 용액은, 용액 자신이 갖고 있는 유동성에 의해 확대되어, 인접하는 선 형상의 용액이 서로 접속하여 하나의 액막(16)이 된다.
액막 형성 개시 위치로부터 액막 형성 종료 위치에 걸쳐, 상기 노즐이 한 방향의 행 방향으로 이동함으로써, 용액의 공급이 거의 기판(11) 전체에 대하여 행해져, 기판(11)의 대략 전면에 액막(16)을 형성한다(도 2의 (a)).
그리고, 도 1의 유닛 혹은 도시되지 않은 수단을 이용하여, 용제를 포함하는 분위기 중으로의 방치 등에 의한 레벨링 처리가 행해져, 액막(16)의 표면이 평탄화된다(도 2의 (b)). 즉, 용액을 적하할 때에 토출량이 변동되거나 하여, 액막(16)의 표면에 요철이 존재한다. 따라서, 필요에 따라, 우선, 액막(16)의 표면을 평탄화하는 레벨링 처리가 행해진다.
기판(11)은 도시되지 않은 건조 수단으로 반송된다. 건조 수단에서는 감압 혹은 가열 기구에 의해 액막(16) 내의 용제의 제거 처리가 행해진다(도 2의 (c)). 기판(11) 상에 소정의 막 두께의 고형막(17)이 형성된다(도 2의 (d)).
본 실시예에서는, 용액 토출 노즐(12)의 토출구와 기판(11)과의 거리를 최적화하고, 그 상태에서 용액 토출 노즐로부터 용액을 기판 상에 공급함으로써, 결함이 적은 양호한 막 두께 분포를 제공하는 수순에 관하여 설명한다.
용액 토츨 노즐로부터 토출되는 약액이 어느 정도 낙하한 곳에서, 액의 표면 장력에 의해 액이 똑똑 떨어져서 응집되어 약액이 되고 다시 낙하하기를 계속한다. 도 3은 용액 토출 노즐의 토출구와 기판과의 거리, 및 용액 토출 노즐로부터 토출된 약액이 액적이 되는 생성 위치를 구하는 데 이용되는 관찰계를 도시하는 개념 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 용액 토출 노즐(12)의 토출구로부터 토출된 용액(14)을 사이에 두고 레이저 광원(21)과 관찰용 비디오 카메라(22)가 배치되어 있다. 즉 레이저 광원(21)으로부터 조사된 레이저 광선의 광축을 따라, 용액(14), 관찰용 비디오 카메라(22)가 배치되어 있다. 레이저 광은 토출되는 약액의 측면에 조사되고, 토출되는 약액이 액적 상태가 아닌 경우에는 레이저 광이 토출 투과하도록 조정되어 있다. 토출구로부터 토출된 용액(14)이 액적 상태가 되면 용액(14)에 조사된 레이저광이 산란되기 때문에 용이하게 판단 가능하고, 산란이 확인된 영역을 액적 형성 영역으로 간주하였다.
이 관찰 광학계를 이용하여, 용제에 유산 에틸을 이용한 고형분 2%의 레지스트 용액에 대하여, 토출 속도와 액적 상태로 되는 토출구로부터의 거리 HP와의 관계를 구하는 실험을 행하였다. 또한, 레지스트 용액의 표면 장력은 용제와 거의 동일한 30×10-3N/m이었다.
도 4에 토출 속도와, 용액이 액적 상태로 되는 토출구로부터의 거리 HP와의 관계를 도시한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 실험에 이용한 레지스트 용액의 경우, 토출 속도와 거리 HP에는 비례 관계가 있는 것을 알 수 있었다. 도 4에는 순수에 대하여 마찬가지의 측정을 행한 결과도 병행하여 나타내고 있다. 물인 경우에도, 토출 속도와 거리 HP 사이에는, 비례 관계가 얻어진다. 이들 용액 이외에, 표면 장력이 다른 용제로서 메탄올(표면 장력=22.6×10-3N/m), 헥산(표면 장력=18.4×10-3N/m) 등 다양한 용액에 대하여 실험하였지만, 모두 비례 관계가 얻어졌다. 이들 비례 관계를 정리하면, 용액 토출 노즐로부터의 토출 속도 q(m/scc)와 거리 HP(㎜)의 관계는, 용액의 표면 장력 γ(N/m)을 이용하여 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
또한, 상수 5×10-5의 디멘젼은 N·sec/m이다.
수학식 1로부터 표면 장력 γ(N/m)의 용액이 토출 속도 q(m/sec)로 기판 상에 공급되는 경우, 용액 토출 노즐의 토출구와 기판과의 거리 h는
로 하면 되는 것을 알 수 있다.
본 실시예에서는, 평균 두께 15㎛의 액막을 얻기 위해 용액 토출 노즐의 기판 상에서의 등속 이동 속도를 1m/sec, 기판 상의 액선의 피치를 0.4㎜로 하고, 고형분 2%의 레지스트 용액(표면 장력=30×10-3N/m)을 직경 40㎛의 토출구로부터 토출 속도 4.77㎧로 토출하였다. 이 경우의 거리 h의 상한 hmax를 수학식 2로부터
로 결정하였다.
용액 토출 노즐의 토출구와 기판의 거리의 하한은, 토출구로부터 토출된 용액의 확대가 거의 안정된 영역 D를 얻을 수 있는 거리로서 결정하였다. 도 5에 안정된 영역 D의 정의 영역을 도시한다. 용액 토출 노즐(12)의 토출구(21)로부터 토출된 용액(41)은, 토출 직후에 급속하게 확대된 후, 천천히 확대되면서 기판(11) 상에 도달한다. 이 확대 정도는, 도 6에 도시한 토출구(21)의 직경, 형상(테이퍼각), 및 길이, 및 용액의 점도에 따라 서로 다르다. 상술한 도포법에서는, 수 10-3Pa·s 정도의 희박 용액이 이용된다. 또한, 용액 토출 노즐(12)의 토출구(21)의 형상이, (토출구의 길이)/(토출구의 직경)≥2이고, 토출구의 테이퍼각이 70°∼110°인 것이 이용되었다. 또한, 토출구(21)의 직경은 20∼100㎛ 정도의 것이 이용되었다.
또한, h=5×10-5q/γ에서의 토출된 용액의 확대 폭 DW에 대하여 0.8DW 이상의 확대 폭을 얻을 수 있는 영역으로서 안정 영역 D를 정의하고, 용액의 점도를 1∼8×10-3Pa·s의 범위에서, 용액 토출 노즐의 토출구 형상이 (토출구의 길이)/(토출구의 직경)를 2∼5의 범위에서, 토출구의 테이퍼각을 70°∼110°의 범위에서, 토출구의 직경을 20∼100㎛의 범위에서 변화시킨 노즐을 복수 시작하고, 도 3에 도시하는 관측계를 이용하여, 토출 속도를 변화시켜 영역 D에 도달하는 토출구로부터의 거리를 측정하였다. 액 확대는 토출 속도, 및, 토출구의 테이퍼각에 특히 좌우되었지만, 토출구로부터의 거리를 1∼2㎜ 사이로 설정하면, 어떤 조건에서도 안정 영역 D에 도달하는 것을 알 수 있었다. 조건에 따라서는 h=1㎜에서 안정 영역 D에 도달하였지만, 이 상태로의 토출한 경우에는 기판에 도달한 용액이 반동하여 노즐의 기판에 대향하는 면을 오염시키는 것이 확인되었다. 거리 h를 변화시켜 오염의 정도를 확인한 결과, 거리 h가 2㎜ 이상이면 해소할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이들 검토로부터 용액 토출 노즐과 기판의 거리의 하한을 2㎜로 하면 된다. 또한, 2㎜ 이하로 용액을 기판 상에 공급한 경우에는, 기판 상에서의 유동에 의한 용액의 확대가 충분히 얻어지지 않거나, 혹은 노즐의 오염이 발생한다. 따라서, 액막 두께의 균일성이 ±10% 이상이 되어, 실용에 부적절한 액막 밖에 얻을 수 없었다.
이상의 검토로부터 용액 토출 노즐의 토출구와 기판의 거리 h는,
의 범위로 정하면 되는 것이 명백해졌다.
도 1의 장치를 이용하여 거리 h를 0.5㎜ 내지 10㎜의 범위로 조정하여 8인치 웨이퍼에 대하여 레지스트 용액을 도포하여 액막을 형성하고, 또한 용액 내의 용제를 건조 제거하여 고형막을 형성하였다. 여기서의 용제의 제거는, 액막을 형성한 기판을, 액막에 포함되는 용제와 동일한 유산 에틸의 분위기에 노출시켜 액막의 레벨링을 행한 후에 행하였다. 액막의 레벨링이 행해진 기판을 감압 챔버로 이동시켜, 감압 챔버 내를 감압하여 유산 에틸의 포화 증기압 근방의 압력으로 유지한 상태에서 용제의 제거를 행하였다. 또한 상압으로 복귀시킨 후에 감압 챔버로부터 기판을 반출하고, 핫 플레이트 상에서 기판을 140℃로 가열하여 막 내에 미량 존재하는 용제를 다시 제거하였다. 또한, 감압 하에서의 건조 후에 핫 플레이트를 이용하는 것은 아니라, 베이커에 의해 직접 가열해도 된다. 또한, 기판을 회전시켜, 그에 의해 발생하는 기류를 이용하여 건조를 행해도 된다.
용액 토출 노즐의 토출구로부터의 토출 속도를 4.77m/sec, 그 2배인 9.54m/sec로 설정하여, 액막의 형성을 행하였다. 또한, 토출 속도는 4.77m/sec인 경우에는 용액 노즐의 이동 속도를 1m/sec로 하고, 토출 속도가 9.54m/sec인 경우에는 용액 토출 노즐의 이동 속도를 2m/sec로 함으로써, 양자에서 동일한 액막 두께가 얻어지도록 하였다. 또한, 토출 속도 4.77m/s일 때의 상한 거리 HP는 7.95㎜이고, 토출 속도 9.54m/s인 경우의 상한 거리 HP는 15.9㎜이었다.
형성된 고형막에 대하여, 용액 토출 노즐의 토출구-기판간 거리 h에 대한 웨이퍼면 내의 막 두께 분포(범위%)의 관계를 도 7에 도시한다. 또한, 토출구-기판 간 거리 h에 대한 웨이퍼 1장당의 파티클수의 관계를 도 8에 도시한다.
도 7로부터, 레지스트 용액인 경우에는 막 두께 균일성은 토출구-기판간 거리 h를 3㎜ 이상으로 함으로써 안정된 값을 얻을 수 있었다. 또한, 층간막 등을 형성하는 경우, 저유전체 재료를 포함하는 용액의 도포인 경우, 막 두께 균일성의 범위가 5% 정도이어도 되므로 2㎜ 이상이면 좋다.
도 8의 파티클의 결과는, 각각의 토출 속도에 대하여 수학식 4를 만족시키는 범위에서 양호한 결과가 얻어지고, 그 이외의 영역에서는 결함 수가 증대된다고 하는 결과를 얻었다. h≤2㎜인 경우에 결함이 많은 것은 노즐과 기판의 거리가 가깝기 때문에, 기판 상에서 튄 용액이 노즐에 부착되고, 부착된 용액이 기판 상에 떨어짐으로써 생긴 것이나, 노즐에 닿았을 때에 미스트로 되어 흩어진 것이 기판 상에 부착된 것이다. 상한 거리 HP 이상에서 파티클이 증대된 것은, 먼저 설명한 바와 같이 토출한 용액의 일부가 미소한 액적으로 되어 기판 상에 도달하였기 때문에, 미스트 형상으로 되어 파티클의 원인이 되었다고 생각된다. 이와 같이, 용액 토출 노즐의 토출구와 기판과의 거리 h는 수학식 4의 조건을 만족시키는 범위로 정해지는 것이 바람직하다.
상술한 용액 토출 노즐의 토출구와 기판간의 거리 h는 도포 장치에서 자동적으로 설정하는 것이 가능하다. 그 경우, 도포 장치에 도포하는 용액의 표면 장력 γ(N/m)를 등록할 수 있도록 해 둔다. 장치측에서는 등록되어 있는 표면 장력 γ, 그 때의 토출 속도 q(m/sec)에 따라 수학식 4에 의해 적절한 거리 h를 산출하면 된다. 기판에 대하여 용액을 공급하기 전에, 먼저 얻어진 적절한 거리 h가 되도록 용액 토출 노즐의 토출구와 기판 간의 거리를 조정한다. 거리의 조정은 기판을 상하 방향으로 이동시켜도 되고, 용액 토출 노즐 구동계를 이동시켜도 되며, 또한, 둘 다 이동시켜도 된다.
토출 속도 q(m/sec)는 오퍼레이터가 직접 입력해도 되지만, 도포 장치 내에서 자동 계산하는 것이 바람직하다. 도 9는, 용액 토출 노즐과 기판과의 상대적인 이동이 용액 토출 노즐이 기판의 일단으로부터 기판 상을 거쳐 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 기판 밖에서의 행 방향의 이동의 조합으로 구성되는 경우에, 용액의 토출 속도 q를 산출하는 방법의 설명에 이용하는 도면이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 용액(82)의 토출 속도 q(m/sec)를, 액막(83)의 원하는 평균 액막 두께를 df, 상기 노즐의 행 방향의 이동 피치를 p(=단위 액막의 폭), 용액 토출 노즐의 토출 구멍(81)의 반경을 r, 상기 용액 토출 노즐이 상기 기판의 일단으로부터 상기 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동 속도를 v(m/s)로 하면, 도포 영역의 액량과, 토출된 액량이 동일하다고 하는 관계로부터
라는 관계가 성립한다. 이것을 용액(82)의 토출 속도 q에 대하여 정리함으로써
이라는 관계가 얻어진다. 또한, 평균 액막 두께는 고형막의 원하는 평균 막 두께, 용액 내의 고형분 농도, 고형막의 비중, 액막의 비중을 이용하여 일반적인 화학 교과서에 기재되어 있는 수단에 의해 용이하게 구할 수 있다.
용액 토출 노즐과 기판의 상대적인 이동이, 용액 토출 노즐이 기판의 중심으로부터 외주, 혹은 외주로부터 중심으로 나선형으로 이동하는 경우에도, 원하는 평균액막 두께 df, 상기 노즐의 최외주에서의 상기 기판 1회전당의 직경 방향 이동 피치 p, 용액 토출 노즐의 토출 구멍 반경 r, 최외주에서의 상기 용액 토출 노즐의 상기 기판에 대한 상대적인 선속도 v로 하면,
이라는 관계가 성립한다. 이것을 q에 대하여 정리함으로써
이라는 관계를 얻을 수 있다.
또한, 거리 h는 수학식 4에서 얻어지는 범위이면 어떤 영역이어도 되지만, 장치에서 간편하게 구한다면 상한과 하한의 중간값으로 정해도 된다. 또한, 용액 토출 노즐과 기판 사이에 차폐판 등 용액 차단 기능이 개재되고, 또한 그 개재 위치가 용액 토출 노즐의 토출구로부터 2㎜ 이상 떨어져 있는 경우에는, 개재 위치를 하한으로 하여 h를 설정하는 것이 필요하다.
또한, 노즐의 열 방향의 이동과 행 방향의 이동의 조합으로, 기판 상에 용액을 공급하는 경우, 원형의 기판에 한정되지 않고, 구형의 기판에 본 실시예에 설명한 방법을 적용할 수 있다.
(제2 실시예)
본 실시예는 도 1에 도시한 도포 장치를 이용한 도포 방법에서, 직선 형상으로 노즐을 이동시키면서 기판 상에 토출 공급하여 형성된 액선에 대한 공급량 보정에 관하여 설명한다.
액막은 제1 실시예와 동일한 조건으로 작성하고, 또한 용제를 건조 제거하여 고형막을 형성하였다. 액막 내의 용제의 건조는, 제1 실시예와 마찬가지로 행하였다.
종래의 용액 토출 노즐의 이동 속도 및 토출 속도의 제어는 시간축을 따라 PID 등의 제어로 행하였다. 이 제어는 용액 토출 노즐의 이동 속도 및 토출 속도가 설정된 값으로 되도록 피드백하는데, 적하하는 용액으로 1개의 직선을 그릴 때, 용액 토출 노즐의 진행 방향 전방에 대하여 피드백하였다. 그러나 이러한 제어 방법만으로는 정말로 균일한 막을 얻을 수 없다. 바람직하게는 인접하는 선 사이에서 보정을 행하는 제어를 행하는 것이 바람직하다.
예를 들면 종래의 경우, 토출 속도 및 이동 속도의 편차에 대하여, PID 제어를 행한 경우, 도 10에 도시한 바와 같이, 용액의 적하 위치에 대한 기판 상에 형성되는 액막의 막 두께는 변화된다. 또한, 도 10에서의 액막 두께는, 기판 상에 적하된 용액의 확대를 고려하여, 적하 위치에 대한 공급량으로부터 검산하여 얻어진 것이다.
인접하는 영역에서, 적하 위치에 대한 용액의 공급량을 비교하면, 거의 동일한 궤적으로 공급량이 변화되고 있다. 그 결과, 도 12의 파선으로 도시한 바와 같이, 최종적으로 형성된 고형막에는, 용액 토출 노즐의 이동 방향을 따라 막 두께 분포가 발생한다고 하는 문제가 있었다.
이에 대하여 본 실시예에서는, 열 방향으로 적하하는 용액으로 1개의 선을 그렸을 때, 공급량의 편차량을 기억하여, 적하 위치에 대한 공급량의 편차를 구해 놓는다. 이 때의 적하 위치에 대한 액막 두께(공급량에 상당)를 도 11에서 실선으로 도시한다. 또한, 도 11에서의 액막 두께는, 기판 상에 적하된 용액의 확대를 고려하여, 적하 위치에 대한 공급량으로부터 환산하여 얻어진 것이다. 또한, 공급량의 편차량은, 예를 들면 용액 토출 노즐로부터의 토출 속도의 편차, 용액 토출 노즐의 이동 속도의 편차 등에 따라 발생한다.
그리고, 공급량의 편차량이 구해진 궤적(제1 열)에 인접하는 영역(제2 열)의 임의의 위치에서의 적하량을, 인접하는 적하 위치에서 구해진 공급량의 편차량을 보충하도록 제어한다. 용액의 공급량의 제어는, 토출 속도, 및 용액 토출 노즐의 이동 속도 중 적어도 한쪽을 제어함으로써 행한다. 인접하는 적하 영역에서, 액막 두께의 변동을 도 11에서 파선으로 나타낸다.
그 결과, 인접하는 선에서는 액막 두께의 변동의 방향이 서로 반대로 되기 때문에 상쇄되어 균일한 액막 두께를 얻을 수 있다. 그 결과, 액막 내의 용제를 제거한 후에 얻어지는 고형막의 막 두께는 도 12에서 실선으로 나타낸 바와 같이, 적하 위치에 의존하지 않고 평탄하게 된다.
또한, 토출 속도의 편차량의 계측은, 예를 들면 토출 압력의 변화를 모니터함으로써 행하는 것이 가능하다. 또한, 용액 토출 노즐의 이동 속도의 편차량은, 레이저 간섭계로 노즐의 위치 정보를 얻어, 시간에 대한 미분값으로서 구하는 것이 가능하다.
또한, 기판을 회전시키면서, 상기 기판의 직경 방향으로 상기 용액 토출 노즐을 이동시켜, 기판 상에 나선 형상으로 용액을 적하하여 액막을 형성하는 경우에도 물론 적용할 수 있다. 그 경우에는 용액 토출 노즐로부터 용액의 토출 속도의 편차, 용액 토출 노즐의 이동 속도의 편차, 기판의 회전 속도의 편차를 계측하여 공급량의 편차를 구한다. 그리고, 용액 토출 노즐로부터 상기 기판의 제1 위치에 공급할 때, 사전에 용액이 적하되어, 제1 적하 위치에 대하여 상기 기판의 직경 방향에 인접하는 제2 위치에서의 편차량을 보충하도록 제1 위치에 공급되는 용액의 공급량을 제어한다. 용액 공급량의 제어는, 용액 토출 노즐로부터 용액의 토출 속도, 용액 토출 노즐의 이동 속도, 및 기판의 회전 속도 중 적어도 하나를 제어함으로써 행한다.
또한, 건조를 베이커만을 이용하여 행해도 된다. 또한, 기판을 회전시키고, 그에 의해 발생하는 기류를 이용하여 건조를 행해도 된다.
또한, 노즐의 열 방향의 이동과 행 방향의 이동의 조합으로, 기판 상에 용액을 공급하는 경우, 원형의 기판에 한정되지 않고, 구형의 기판에 본 실시예에 설명한 방법을 적용할 수 있다.
(제3 실시예)
도 13의 (a), 도 13의 (b)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액막 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 도 13의 (a)는 장치의 측면도, 도 13의 (b)는 장치의 평면도이다.
도 13의 (a), 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(120)은 기판 구동계(121) 상에 수평으로 배치된다. 기판(120) 상방에는 용액 토출 노즐(122)와, 노즐(122)을 왕복 이동시키는 노즐 구동계(123)가 설치되어 있다. 용액 토출 노즐(122)은, 용액을 토출하면서 노즐 구동계(123)에 의해 기판(120) 및 기판(120)과 용액 토출 노즐(122) 사이의 공간에 배치된 차폐판(124a, 124b)의 상측을 지면 좌우(이 방향을 행 방향으로 함)로 왕복 이동시키도록 제어되어 있다.
기판(120) 상을 용액 토출 노즐(122)이 한 방향으로 이동할 때마다, 기판(120)은 기판 구동계(121)에 의해 지면 전방 또는 후방에 사전에 정해진 열 방향으로 소정 피치만큼 이동하도록 제어되어 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 이러한 동작을 반복함으로써, 기판(120) 상에 적하된 용액의 적하 위치의 궤적은, 부호 131로 나타내는 선으로 된다. 적하 위치의 궤적(131)은 선 형상이지만, 선 형상으로 공급된 용액은 그것이 갖는 유동성에 의해 기판 위 도달 위치를 기준으로 확대되어, 인접하는 액선과 접속하고, 그 결과 하나의 액막이 되도록 사전에 용액의 점도, 열 방향의 이동 피치가 정해져 있다.
기판(120)과 용액 토출 노즐(122) 사이의 공간에 배치된 차단판(124a, 124b)은, 차단 기구 구동계(126) 및 아암(125a, 125b)에 의해 기판(120)의 외연부를 따라 이동하여, 용액 토출 노즐(122)의 토출구로부터 토출된 용액(127)을 차단하여, 기판(120) 상에 도달시키지 않도록 하고 있다.
원형 기판의 도포에 대응한 종래 방식에서는 차단판(124)의 행 방향 위치, 즉 도포 개시측 차단 위치 Ls와 도포 종료측 차단 위치 Le는, 종래 방법에서는 기판 원점을 0으로 하고, 기판의 반경 r과 엣지 컷트 폭(기판 엣지와 액막 엣지 형성 위치와의 거리) d와 용액 토출 노즐로부터의 용액의 액선과의 거리 X를 이용하여
로서 정하였다.
도 15의 (a), 도 15의 (b)에, 이 때의 실제로 차단된 용액의 기판 위 도달 위치를 모식적으로 도시한다. 용액 토출 노즐(122)은 화살표의 방향으로 각각 v(m/sec)로 진행하고 있다. 한쪽 노즐(122)로부터의 용액(127)의 토출 속도가 q(m/sec)인 것으로 한다. 또한, 차폐판으로부터 기판까지의 거리(기판을 기준으로 한 용액이 차단된 높이)를 z(m)로 한다. 통상, 이러한 도포 장치에서 희박 용액의 도포를 행하는 경우, 토출 속도 q=5∼15m/sec 정도이고, 거리 z=0.001∼0.005m 정도이다. 용액 토출 노즐(122)의 토출구와 기판(120)의 거리 z가 토출 속도와 비교하여 매우 작기 때문에, 이 적하 거리에서의 속도 변화는 거의 0으로 생각할 수 있다. 이 조건 하에서의 기판에의 용액 도달 위치와 차단 위치와의 오차 ΔL1 및 ΔL2는,
으로 나타낼 수 있다. 용액 토출 노즐의 이동 속도 v=1m/sec, 토출 속도 q=5m/s, z=0.003m인 경우에는
로 된다. 따라서, 발생하는 인접하여 그려진 용액의 엣지의 차가, 구형 기판인 경우에는 1.2㎜ 정도로 된다. 원형 기판에 대하여 도포를 행하는 경우, 도 16에 도시한 바와 같이, 더욱 엣지가 흐트러진 도포막 프로파일로 되었다.
이에 대하여, 본 실시예에서는 액선 진행 방향을 +로 하였을 때에 수학식 9로 정해지는 위치로부터 각각 -vz/q만큼 시프트시킨 위치에 공급 개시측의 차단 위치와 공급 종료측의 차단 위치가 오도록 미세 조정하였다. 이에 의해, 도 17에 도시한 바와 같은 기판 윤곽을 따른 액막 형성을 가능하게 한다.
기판 상에 공급된 용액은, 유동성에 의해 확대되어 액막으로 된 단계에서, 액막의 엣지를 기판을 따른 엣지 프로파일로 하는 것이 가능해진다.
액막의 엣지를 기판을 따른 엣지 프로파일로 제작한 막은 기판 상의 액막에 대하여 기판 중심으로 회전시켜, 액막의 레벨링을 행할 수도 있다. 또한, 건조 공정에서 기판을 회전시켜 건조시킴으로써, 기판 상의 액막으로부터 양호한 밸런스로 용제를 기판 외주부에서 휘발할 수 있어, 휘발에 의해 발생하는 막 두께 분포를 매우 작게 하는 것이 가능해진다.
이상의 효과는, 엣지 부분을 기판을 따라 형성함에 의한 효과로, 기판을 회전시킴으로써 액막에 걸리는 원심력을 도 18의 (a)에 도시한 바와 같이 액막 엣지에 균등하게 분산시킬 수 있기 때문에 얻어진 것이다. 종래와 같은 지그재그 엣지의 경우, 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이 액막이 돌출된 부분에 원심력이 집중되기 때문에, 이 부분으로부터 기판 밖으로 액이 유동하게 된다고 하는 문제가 발생하였다.
또한, 액막으로부터의 용제의 제거는, 액막을 형성한 기판을 액막에 포함되는 용제와 동일한 유산 에틸의 분위기에 노출시켜 액막의 레벨링을 행한 후, 이 기판을 감압 챔버로 이동시키고, 감압하여, 유산 에틸의 포화 증기압 근방의 압력으로 유지한 상태에서 용제의 제거를 행하며, 또한 상압으로 복귀시킨 후에 감압 챔버로부터 기판을 반출하고, 핫 플레이트 상에서 기판을 140℃로 가열하여 막 내에 미량 존재하는 용제를 더욱 제거하여 행해도 되고, 감압 하에 노출시키지 않고 직접 가열하여 제거해도 된다.
본 실시예는 원형 기판에 대한 보정이지만, 노광용 마스크나 액정 기판과 같은 구형 기판에 대한 도포에서도 마찬가지의 보정을 행함으로써 기판 엣지를 따른 엣지를 갖는 액막의 형성이 가능해진다. 구형 기판에 대해서도, 용액 토출 노즐의 진행 방향을 +로 하였을 때에 차단판에 의한 차단 위치를 구형 기판의 엣지에 일정 간격만큼 두고 형성된 액막 엣지 형성 위치로부터 각각 -vz/q만큼 시프트시킨 위치에 공급 개시측의 차단 위치와 공급 종료측의 차단 위치를 정합하면 된다.
또한, 도 13의 (a), 도 13의 (b)에 도시한 차단판 이외에도, 용액을 기판에 도달하지 않게 하는 차단 기구로서 이하와 같은 것이 있다.
(ⅰ) 가스를 분무하여 액의 궤도를 변경하고, 대향하는 위치에 설치된 회수부에서 용액을 회수하는 것.
(ⅱ) 적하된 용액을 흡인함으로써 궤도를 변화시키고, 액 회수부로 액을 회수시키는 것.
도 13의 (a), 도 13의 (b)에 도시한 가스 차단 기구와는 다른 기구를 갖는 액막 형성 장치의 일례를 도 19의 (a), 도 19의 (b)에 도시한다. 도 19의 (a), 도 19의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 장치는, 적하된 용액에 대하여 가스를 조사하는 가스 조사부(184a, 184b), 및 흡인에 의해 용액을 회수하는 용액 흡인부(185a, 185b)를 구비하고, 상술한 (i)와 (ⅱ)의 차단 기구를 더불어 갖는 방식이 채용되고 있다. 또한, 차단판(124a, 124b)은, 가스 조사부(184a, 184b), 용액 흡인부(185a, 185b)에 의해 차단할 수 없는 용액이 기판 상에 적하되는 것을 방지하기 위해 설치되어 있다.
구동법은 상술한 도 13의 (a), 도 13의 (b)에 도시한 장치와 동일한 제어를 하고 있지만, 거리 z의 취급은, 가스를 분무하여 차단하는 가스 조사부(184a, 184b)로부터 기판(120)까지의 거리가 된다.
또한, 노즐의 열 방향의 이동과 행 방향의 이동의 조합으로, 기판 상에 용액을 공급하는 경우, 원형의 기판에 한정되지 않고, 구형의 기판에 본 실시예에 설명한 방법을 적용할 수 있다.
(제4 실시예)
도 20의 (a), 도 20의 (b), 도 21의 (a), 도 21의 (b)는 본 발명의 제4 실시예에 따른 과제의 설명도로, 도 1에 도시한 바와 같이 용액 토출 노즐이 원형 기판의 윤곽을 따라 절첩되면서 도포막을 형성하는 경우에 발생하는 과제의 설명도이다.
용액 토출 노즐로부터의 기판 상에 선 형상으로 적하된 용액을 액선으로 한다. 그리고, 인접하는 액선끼리가 달라붙어 액막이 형성되었을 때, 1개의 액선에 의해 형성된 부분을 단위 액막으로 한다.
도 20의 (a), 도 20의 (b)는, 도 1의 도포 장치를 이용하여 액막을 작성할 때의 도포 개시·종료부에서, 제2 열의 도포 시에서의 제1 열에서 도포한 액선의 확대 상태와, 최종적으로 얻어지는 액막에서의 단위 액막의 경계를 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 21의 (a), 도 21의 (b)는 기판 중심 근방에서, 제2 열의 도포 시에서의 제1 열에서 도포된 액선의 확대 상태와, 최종적으로 얻어지는 액막에서의 단위 액막의 경계를 모식적으로 도시한 것이다.
도포 개시 및 종료부에서는 열 방향의 노즐 이동 거리가 짧고, 제1 열의 도포가 종료되어 기판 상으로의 용액 공급이 일시 중단되고 나서, 제2 열의 도포가 개시되어 기판 상으로의 용액 공급이 재개되기까지의 시간(열 방향 도포 시간 간격)이, 기판 직경과 대략 동일한 기판 중심부를 도포하는 경우와 비교하여 짧다. 이 시간차가 제2 열의 용액선의 도포 시에서의 제1 열의 용액선의 확대에 차를 제공한다.
도 20의 (a)에 도시한 바와 같이, 도포 개시 및 종료 근방에서는, 제2 열의 도포 시에서의 제1 열의 액선(192)의 확대가 불충분하다. 그 때문에, 도 20의 (b)에 도시한 바와 같이, 단위 액막(193, 194)의 경계 B1은 제1 열의 적하 위치 P11과 제2 열의 적하 위치 P12의 중심선 C1보다 제2 열의 적하 위치 P12측에 가깝게 결정된다. 도 20의 (b)에서, 중심선 C1과 위치 P12의 간격을 SL1로 하고 있다.
그러나, 중심 근방에서는, 도 21의 (a)에 도시한 바와 같이, 열 방향 도포 시간 간격이 크기 때문에, 제2 열의 도포 시에 제1 열의 액선(202)은 상당히 확대된다. 따라서, 도 21의 (b)에 도시한 바와 같이, 단위 액막(203, 204)의 경계 B2는 도포 개시 및 종료 근방의 경우와 비교하여, 보다 제2 열의 적하 위치 P12측으로 결정된다. 도 20의 (b)에서, 중심선 C2와 위치 P22의 간격을 SL2(SL2>SL1)로 하고 있다.
이러한 단위 액막의 경계선 위치의 차이는 막 두께 균일성이 나빠지는 원인이 된다. 도포 개시부 및 종료부에서는 단위 액막의 경계가 중심의 그것보다 개시점측으로 시프트되기 때문에, 최종적으로 얻어지는 고형분값량이 개시점측으로 외관상 이동하게 되기 때문에, 도포 개시측에서는 고형막이 두꺼워지고, 종료측에서는 얇아진다고 하는 문제가 발생하였다. 도 22에서, ▲로 플롯한 것은, 종래의 도포로 관찰되는 기판 중앙의 막 두께에 대한 상대 막 두께이다.
도 22의 ▲로 플롯한 상대 막 두께에 기초하여, 대응하는 열에 상대 막 두께의 역수에 비례한 용액 공급량을 제공함으로써, 행 방향의 막 두께 균일성의 향상을 도모할 수 있다. 용액 공급량의 조정은, 용액 토출 노즐로부터의 토출 속도를, 종래의 토출 속도에 대하여 종래의 도포법으로 얻어진 상대 막 두께의 역수를 계수로 하여 곱한 값으로 설정함으로써 행한다. 도 22의 ●로 본 실시예의 방법으로 얻어진 상대 막 두께의 결과를 나타낸다. 기판의 행 방향 전체에서 균일한 막 두께를 얻을 수 있었다.
본 실시예에서는, 도포 개시 근방에서의 기판으로의 용액 공급량을 중심부보다 작게 하고, 또한, 도포 종료 근방에서의 기판으로의 용액 공급량을 중심부보다 많게 하는 것을 특징으로 하는 것이다. 따라서, 본 실시예의 효과를 다음 제어에 의해 달성할 수도 있다.
(1) 용액 토출 노즐로부터의 토출 속도를 상대 막 두께의 역수에 비례하여 변화시킨다. 또한, 용액 토출 노즐의 열 방향 이동 속도, 행 방향 이동 피치 등 다른 조건은 종래와 동일한 값으로 한다.
도 22에 도시한 바와 같이, 액막 형성 개시측에서는 고형막이 두껍게 되고, 액막 형성 종료측에서는 얇아진다. 따라서, 상기 노즐이 열 방향으로 이동할 때의 토출 속도가, 액막 형성 개시 위치 근방에서는, 상기 기판의 중앙 위치의 토출 속도보다 작게 설정되고, 상기 액막 형성 종료 위치 근방에서는 상기 기판의 중앙 위치의 토출 속도보다 커진다.
(2) 용액 토출 노즐의 행 방향 이동 피치를 행 방향 상대 막 두께에 비례하여 변화시킨다. 또한, 용액 토출 노즐의 열 방향 이동 속도, 토출 속도 등 다른 조건은 종래와 동일한 값으로 한다.
도 22에 도시한 바와 같이, 액막 형성 개시측에서는 고형막이 두꺼워지고, 액막 형성 종료측에서는 얇아진다. 따라서, 노즐이 행 방향으로 이동할 때의 행 방향 이동 거리가, 액막 형성 개시 위치 근방에서는 상기 기판의 중앙 위치의 행 방향 이동 거리보다 크고, 액막 형성 종료 위치 근방에서는 상기 기판의 중앙 위치의 행 방향 이동 거리보다 작아진다.
(3) 기판으로의 용액이 공급되어 있지 않은 상태에서의, 용액 토출 노즐의 이동을 제어함으로써 시간 조정을 행한다. 바람직하게는, 용액 토출 노즐이 행 방향을 이동할 때의 가감속도를 조정한다. 또는 노즐의 열 방향 이동 시의 가감속도를 조정한다. 또는, 행 방향 및 열 방향 이동 시에서의 가감속도를 제어해도 된다. 시간 간격을 짧게 하기 위해서는 가감속도를 빠르게 하면 된다. 시간 간격을 길게 하기 위해서는 가감속도를 느리게 하면 된다. 또한, 이 가감속도의 조정이란, 노즐의 이동을 일시적으로 정지시키는 것도 포함한다.
본 실시예에서는 종래의 방법으로 도포한 막의 막 두께 분포를 기준으로 하여 도포 조건을 설정하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 노즐로부터 용액을 토출하여, 1개의 도포선을 기판 상에 공급하고, 그 선의 행 방향으로의 확대 양상을 CCD 카메라나, 비디오 등으로 관찰하여, 액선의 확대되는 속도를 구한다. 다른 한편으로, 도포 장치에서 묘화할 때에 발생하는 열 방향 도포 시간 간격을, 측정 혹은 사양으로부터 탁상 계산으로 구한다. 앞의 확대량과 열 방향 도포 시간 간격을 구한다. 이 경우에는 방법 (3)에 의해 용이하게 조건을 결정한다. 또한, (1)의 방법으로 조정하는 경우에는 각 열을 도포할 때의 토출 속도를 구하면 된다. (2)의 방법으로 조정하는 경우에는 행 방향의 이동 피치를 정하면 된다.
또한, 본 발명은, 상기 각 실시예에 한정되는 것이 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상술한 각 실시예에 도시한 액막 형성 방법은, 리소그래피 공정에서 이용되는 반사 방지제, 레지스트제의 도포을 비롯하여, 저유전체재, 강유전체재의 도포 등 반도체 프로세스는 물론, 도금 등 장식 프로세스로서 모든 성막 공정에 적용할 수 있다.
(제5 실시예)
본 실시예에서는, 기판에는, 직경(φ)=200㎜인 반도체 기판을 이용하고, 용액에는, 일 구체예로서, 화학 증폭용 포토레지스트 용액을 이용하였다. 여기서는, 화학 증폭용 포토레지스트 용액의 고형분량은 3.0%로 한다. 이 고형분량이란, 포토레지스트의 용액에 포함되는 고형분의 양의 비율을 나타내고, 고형분은, 건조 처리, 및 베이크 처리 후에 고형막으로서 남는 것이다. 또한, 반도체 기판 상에는, 사전에, 피가공막(예: 절연막)이 공지의 방법으로 형성되어 있는 것으로 한다.
우선, 스캔 도포 처리부에 기판을 도입하고, 스테이지 상에 장착, 및 고정한다. 그 후, 용액 공급용 노즐로부터 용액 A를 토출시키면서, 노즐 구동부에 의해, 이것을 Y축 방향을 따라 속도 1m/초로 왕복 운동시킨다. 또한, 이 때 동시에, 스테이지 구동부에 의해, 스테이지를 X축 방향을 따라 0.6㎜의 피치 간격으로 이동시킨다. 여기서는, 용액 A는, 기판(11)의 표면(=면) 전체에 도포하여, 10㎛ 정도의 막 두께로 액막(16)을 형성한다. 이 때, 기판(11) 상의 액막(16)에는, 평탄도가 10㎛±10% 정도로 요철이 형성되었다. 또한, 모세관 현상을 이용한 메니스커스 도포를 이용한 경우에도, 기판 상의 액막에는 동일한 정도의 요철이 관찰된다.
다음으로, 레벨링 처리를 실시하여, 기판(11) 상의 액막(16)을 평탄화한다. 통상, 기판(11) 상에 액막(16)을 형성한 후, 용액을 적하할 때에 토출량이 변동되거나 하여, 액막(16)의 표면은, 상술한 바와 같이 완전하게 평탄하지 않고, 요철이 존재한다. 따라서, 필요에 따라, 우선, 액막(16)의 표면을 평탄화하도록 레벨링 처리를 행하고, 그 후, 건조 처리를 실시하여, 액막(16)을 구성하는 포토레지스트 용액의 용제를 기화시켜, 고형분으로 이루어지는 고층막(=포토레지스트 도포막)을 형성한다.
본 실시예에서는, 일례로, 도 23에 도시한 레벨링/건조 처리 장치(200)를 이용하여, 액상 막(16)에 레벨링 처리, 및 건조 처리를 실시하여, 기판(11)의 표면(=면) 전체에서, 막 두께가 균일하고, 표면이 평탄화된 상태의(고형분으로 이루어짐) 고층막(=포토레지스트 도포막)이 형성되도록, 일련의 처리를 행한다.
레벨링/건조 처리 장치(200)는, 레벨링 처리, 및 건조 처리에 필요한 기능을 일체화하여, 이들 처리를 동일한 챔버 내에서 행할 수 있도록 구성된다. 이하에, 도 23을 이용하여, 레벨링/건조 처리 장치(200)의 구성, 및 기능에 대하여 설명한다.
레벨링/건조 처리 장치(200)는, 기판(11)(예: 반도체 기판, 직경(φ)=200㎚)을 수납하는 챔버(201), 가스 제어부(202), 및 챔버(201) 내의 분위기를 배기하는 배기부(203)를 구비하고 있다. 가스 제어부(202)는, 희석용의 불활성 가스(예: N2 가스)와 용제 가스를 소정의 비율로 믹싱하여, 챔버(201) 내에, 원하는 농도의 용제를 포함하는 가스를 공급한다.
여기서, 챔버(201) 내에는, 기판(11)을 재치, 및 고정하는 스테이지(205)가 설치되어 있다. 스테이지(205)의 하측의 위치에, 기판(11)의 온도 분포를 조정하는 온도 제어 플레이트(206)가 설치되어 있다.
온도 제어 플레이트(206)는, 기판(11)의 복수 영역을, 각각 독립적으로 온도를 제어할 수 있다. 도 24에 본 실시예의 온도 제어 플레이트의 구성을 본 실시예의 경우, 도 24에 도시한 바와 같이, 온도 제어 플레이트(206)는, 중앙 플레이트(206a)와, 주연부 플레이트(206b)를 구비한다. 중앙 플레이트(206a)와 주연부 플레이트(206b)에 의해, 기판(11)의 주연부와 중앙부의 영역이 각각 독립적으로 온도 제어된다.
또한, 가스 제어부(202)는, 가스 공급용 밸브 V1 내지 V3이 구비되어 있다. 희석용의 불활성 가스(예: N2 가스)의 유량이, 밸브 V1의 개방도의 조정에 의해 제어된다. 또한, 용제 가스의 유량이, 밸브 V2의 개방도의 조정에 의해 제어된다. 밸브 V1과 밸브 V2의 개방도를 조정함으로써, 2개의 가스가 소정의 농도로 믹싱된다. 밸브 V3의 개방도를 조정하여 챔버(201) 내로의 혼합 가스의 공급량이 제어된다.
또한, 배기부(203)는 진공 펌프 및 밸브 V4를 구비한다. 챔버(201)와 진공 펌프를 접속하는 배관에 밸브 V4가 삽입되어 있다. 밸브 V4의 개방도를 조정하는 것에 의해, 챔버(201) 내의 분위기의 기류량 및 압력이 조정된다. 또한, 레벨링/건조 처리 장치(200)는, 각 처리 공정 중에서, 액막(16)의 막 두께를 측정하도록, 막 두께 측정용 광학계(207)를 구비한다. 막 두께 측정용 광학계(207)는, 주로, 광 조사부(208) 및 수광부(209)를 구비한다. 광 조사부(208)는, 가시 영역의 파장의 광을 발하는 광원으로 구성된다. 수광부(209)는 CCD 카메라로 구성된다. 또한, 기판(11) 상의 복수의 위치에서, 액막(16)의 막 두께를 측정하도록, 광원(208)과 수광부(209)가 복수조 구비되어 있다.
또한, 레벨링/건조 처리 장치(200)는, 해석부(210)를 구비한다. 해석부(210)는, 가스 제어부(202), 온도 제어 플레이트(206) 및 막 두께 측정용 광학계(207)에 접속되어 있다.
광원(208)은 액막(16)에 가시광을 조사한다. 수광부(209)는 반사광을 수광하여, 광 강도를 측정한다. 해석부(210)는, 반사광의 강도로부터 액막(16)의 막 두께를 계산한다. 또한, 해석부(210)는, 계산된 액막(16)의 막 두께에 따라, 챔버(201) 내에 공급되는 가스 내의 용제의 농도, 챔버(201) 내의 압력, 기판(11) 의 온도, 및 챔버(201) 내의 배기 등의 제어를 행한다.
이상과 같이 구성된 레벨링/건조 처리 장치(200)를 이용하여, 우선, 기판(11)의 표면 전체에서, 액막(16)의 막 두께가 균일하고, 그 표면이 평탄화되도록, 레벨링 처리를 행한다.
레벨링 처리 시의 기판의 온도, 처리 장치 내의 기류의 유량, 배기, 가스 내의 용제의 농도, 압력의 각 조건을 변경하여, 테스트용의 기판을 이용하여, 레벨링 처리를 행한다. 레벨링 처리 중에, 기판의 중심 영역, 주연부 영역의 막 두께차를 관측한다. 각 영역에서 측정된 막 두께의 차가 적은 조건을 레벨링 처리의 초기 조건으로 설정한다. 막 두께차의 관측은, 각 영역에 광을 조사하여 반사광의 간섭 줄무늬수를 세는 것에 의해 행해진다. 간섭 줄무늬 수가 적으면, 막 두께차가 적다.
이하에, 도 25, 및 도 26의 (a)∼도 26의 (c)를 이용하여, 레벨링 처리의 수순에 대하여 구체적으로 설명한다.
우선, 기판(11)이 레벨링/건조 처리 장치(200)의 챔버(201) 내에 반입되어, 스테이지(202) 상에 장착 및 고정된다. 이 때, 스테이지(205)에 구비된 중앙 플레이트(206a)의 온도 Tc, 및 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr은, 실온 정도(예: 23℃)로 설정되어 있다.
이후, 액막(16)의 표면을 평탄화하도록 레벨링 처리를 개시한다. 가스 제어부(202)의 가스 공급용 밸브 V1 내지 V3의 개방도를 조정하여, 용제 가스와 희석용 가스(예: N2)가 소정 농도로 혼합된 혼합 가스를 생성한다. 혼합 가스가 챔버(201) 내에 공급되어, 용제를 포함하는 분위기가 챔버(201) 내에 형성된다. 본 실시예의 경우, 레벨링 처리의 개시 시의 혼합 가스 내의 용제의 농도는 100%이다.
이 용제 가스에는, 액막(16)을 구성하는 용제와 동일한, 혹은 유사한 용제를 이용한다. 액막(16)이 용제를 포함하는 분위기에 노출됨으로써, 액막(16) 내부의 유동성이 촉진되어, 표면 장력을 이용하여 평탄화시키는 것이 가능해진다.
본 실시예에서는, 레벨링 처리를 행하는 과정에서, 액막(16)의 막 두께를 측정하고, 측정 결과에 따라 처리에 관계되는 파라미터 중 필요한 것을 선택하여, 그 값을 제어한다. 이 때, 선택된 파라미터의 값을 제어한다. 이 제어에 의해, 레벨링 처리를 행하는 동안, 기판(11)의 전면에서, 액막(16)의 막 두께차가 제어된다. 여기서는, 일례로, 파라미터로서, 챔버(201) 내의 용제의 농도, 및 기판(11)의 온도 분포를 선택하고, 이들 값을 제어한다.
이 경우, 본 실시예에서는, 레벨링 처리 중에, 막 두께 측정용 광학계(207), 및 해석부(210)를 이용하여, 기판(11)의 중앙부 상으로부터 주연부 상에 걸쳐, 복수의 위치에서 액막(16)의 막 두께를 측정한다. 이 때, 액막(16)의 막 두께의 측정은, 도 25에 도시한 기판(11) 상의 복수의 점 P1, P2, P3에서 행하는 것으로 한다.
도 25는 기판(11) 및 액막(16)의 단면도를 도시한다. 여기서, 점 P1은 기판(11)의 중앙부 Rc 상의 임의의 위치, 점 P3은 기판(11)의 주연부 Rr 상의 임의의 위치, P2는 기판(11)에서, P1-P3 사이의 임의의 위치이다.
또한, 본 실시예에서, 주연부 Rr이란, 기판에서, 그 엣지(=최단부)로부터 기판 직경의 약 5%에 상당하는 폭 내의 영역을 나타낸다. 따라서, 기판 직경(φ)이 200㎜이면, 그 엣지(=최단부)로부터 10㎜의 폭 내의 영역을 나타낸다.
레벨링 처리를 행하는 과정에서는, 레벨링/건조 처리 장치(200)에서, 막 두께 측정용 광학계(207)를 이용하여, 각 점 P1, P2, P3의 액막(16)의 막 두께를 측정하면서, 각 점간에서의 막 두께의 증감을 억제하도록, 해석부(210)로부터, 가스 제어부(202), 및 온도 제어 플레이트(206)에 지시를 보내어, 챔버(201) 내의 용제의 농도, 및 기판(11)의 온도 분포를 제어한다.
이후, 도 26의 (a)∼도 26의 (c)를 참조하여, 레벨링 처리에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 26의 (a)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리를 개시한 직후, 기판(11) 상의 각 점 P1, P2, P3의 액막(16)의 막 두께는 크게 변동된 상태에 있다. 그 후, 사전에 설정된 막 두께(예: 10㎛)를 기준으로 하여, 기판(11) 상의 각 점 P1, P2, P3에서, 액막(16)의 막 두께가 일정한 범위 내가 되도록, 챔버(201) 내의 용제의 농도 및 기판(11)의 온도 분포를 제어한다.
구체적으로는, 도 26의 (b)에 도시한 바와 같이, 챔버(201) 내에 공급되는 혼합 가스 내의 용제의 농도는, 레벨링 처리의 개시 직후에 100%이다. 그 후, 혼합 가스 내의 용제의 농도는 60%까지 서서히 저하시킨다. 여기서는, 액막(16)의 표면의 평탄화를 행하여, 기판(11) 상의 각 점 P1, P2, P3에서, 액막(16)의 막 두께차가 대략 일정한 범위가 되도록, 챔버(201) 내의 용제의 농도를 서서히 저하시키고 있다.
또한, 이와 같이 분위기 내의 용제의 농도를 제어하면서, 동시에, 온도 제어 플레이트(206)의 온도를 기판(11)의 중앙부와 주연부의 위치에서, 각각, 독립적으로 제어한다. 구체적으로는, 온도 제어 플레이트(206)는, 기판(11)을 스테이지(202)에 재치했을 때에, 전체적으로 대략 일정한 온도로 설정되며, 그 후, 레벨링 처리를 행하는 과정에서, 점 P1에 대응하는 중앙부, 점 P3에 대응하는 주연부의 위치에서, 각각 독립적으로 온도를 제어한다.
여기서는, 우선, 일례로, 중앙 플레이트(206a)의 온도 Tc 및 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr은, 기판(11)이 스테이지(205)에 탑재되기 전에, 23℃ 정도의 온도로 설정된다. 그 후, 도 26의 (c)에 도시한 바와 같이, 중앙 플레이트(206a)의 온도 Tc는, 23℃로 유지된다. 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr은 15℃ 정도로까지 저하된다. 레벨링 처리 중, 중앙 플레이트(206a)의 온도 Tc는, 15℃로 유지되도록 제어된다. 레벨링 처리 중에, 기판(11)의 주연부 Rr에서는, 중앙부 Rc보다 온도가 낮게 설정된다. 이 온도 분포에 의해, 주연부 Rr로부터 중앙부 Rc 방향으로의 고형분의 유동이 억제되어, 막 두께 분포가 일정한 범위 내로 된다.
그 후, 상술한 각 점 P1, P2, P3의 액막(16)의 막 두께가, 사전에 설정된 막 두께를 기준으로 하여, 일정한 범위 내로 된 시점에서, 레벨링 처리가 종료된다. 레벨링 처리의 종료는, 가스 공급계의 밸브 V1 내지 V3이 모두 닫혀, 챔버(201) 내로의 가스 공급이 정지되는 것이다.
또한, 본 실시예의 레벨링 처리는, 일례로, 상술한 각 점 P1, P2, P3의 액막(16)의 막 두께가 10㎛을 기준으로 하여, ±0.5% 정도의 범위 내로 된 시점에서 종료한다.
다음으로, 챔버(201) 내에서, 스테이지(205) 상에 기판(11)을 재치한 상태에서, 액막(16)의 용제를 기화시키기 위해 건조 처리를 행한다. 이 건조 처리에서는, 액막(16) 내의 용제를 기화시켜, 기판(11) 상에 액막(16) 내의 고형분을 남기도록 하여 기판 상에 고층막을 형성한다. 본 실시예에서는, 일례로서, 감압 처리에 의해 포토레지스트 용액을 기화시켜, 고층막으로서, 400㎚ 정도의 막 두께의 포토레지스트막을 형성한다. 여기서는, 챔버(201) 내로의 혼합 가스의 공급을 정지시킨 후, 우선, 진공 펌프(204)를 이용하여, 소정의 속도로 챔버(201) 내의 분위기를 배기한다.
건조 처리 시의 기판의 온도, 기류, 챔버 내에 공급되는 가스 내의 용제의 농도, 및 압력의 각 조건은, 사전에 테스트용 기판을 이용하여 각 조건을 변경하면서, 기판의 중심, 도포 개시 위치, 도포 종료의 위치를 적어도 포함하는 복수 점에서, 반사광 계측에 의한 막 두께 측정을 행하여, 액막의 막 두께가 감소하는 과정에서도, 이들 결과 중에서 반사광의 간섭 줄무늬가 적을 때의 조건으로 정하면 된다.
본 실시예에서는, 건조 처리를 행하는 과정에서, 액막(16)의 막 두께를 측정, 및 모니터하고, 또한, 처리에 관계되는 파라미터 중 필요한 것을 선택하여, 그 값을 제어한다. 이 때, 선택된 파라미터의 값을 제어함으로써, 건조 처리를 행하는 동안, 기판(11)의 전면에서, 액막(16)의 막 두께차가 소정의 범위 내로 되도록 제어하면서 용제를 기화시켜, 최종적으로 두께 400㎚의 고층막을 형성한다. 여기서는, 일례로, 파라미터로서, 기판(11)의 온도 분포를 선택하여, 그 값을 제어한다.
이 경우, 본 실시예에서는, 건조 처리 중에, 막 두께 측정용 광학계(207), 및 해석부(210)를 이용하여, 레벨링 처리와 마찬가지로 각 점 P1, 내지 P3의 액막의 막 두께를 측정한다. 이 때, 해석부(210)는, 이들 점 P1, 내지 P3 상의 막 두께의 차가, 소정 범위 내로 되도록, 각 파라미터를 제어한다. 본 실시예에서는, 일례로, 점 P1, 내지 P3의 막 두께가 평균 막 두께값 ±0.5%의 범위로 되도록, 파라미터의 값을 제어한다.
여기서, 도 27의 (a)∼도 27의 (c)를 참조하여, 구체적으로, 건조 처리에 대하여 설명한다. 또한, 도 27의 (a)∼도 27의 (c)에는, 상술한 레벨링 처리, 및 건조 처리의 상태를 연속적으로 나타내는 것으로 한다.
본 실시예에서는, 도 27의 (a)에 도시한 바와 같이, 막 두께의 차가 일정한 범위로 되도록 제어하여, 소정 막 두께(예: 400㎚)에 도달할 때까지 건조 처리를 행하여, 액막(11) 내의 용제를 기화시킨다.
또한, 본 실시예에서는, 건조 처리는, 챔버(201) 내를 감압한 상태에서 행해진다. 액막(16) 내의 용제를 기화시키기 위해, 배기부(203)에 구비된 진공 펌프를 이용하여, -60Torr/sec에서 챔버(201) 내의 분위기를 외부로 배기한다. 구체적으로는, 도 27의 (b)에 도시한 바와 같이, 챔버(201) 내의 압력은, 레벨링 처리 중에는, 760Torr 정도로 유지된다. 건조 처리 시에는, -60Torr/sec에서 챔버 내의 분위기가 배기되어, 용제의 증기압에 상당하는 2Torr 정도로까지 저하시키며, 그 압력으로 유지된다.
이 때, 건조 처리를 행하는 과정에서, 기판(11)의 온도가 제어된다. 여기서는, 도 27의 (c)에 도시한 바와 같이, 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr은, 15℃로부터 서서히 13℃ 정도까지 온도가 내려진다. 그 후, 주연부 플레이트(206b)의 온도는 13℃로 유지된다. 한편, 중앙 플레이트의 온도 Tc는, 레벨링 처리 시간과 동일한 23℃(=실온) 정도로 유지된다. 건조 처리 중에, 기판(11)의 주연부의 온도가, 중앙부의 온도보다 낮게 설정되어 있다. 기판(11)의 온도 분포를 이와 같이 제어하면, 중앙부 상에 비해, 주연부 상에서의 용제의 기화 속도가 저하되어, 주연부로부터 중앙부 방향으로의 고형분의 이동을 억제하는 것이 가능해진다.
본 실시예에서, 건조 처리는, 액막(16)의 용제가 충분히 기화되어, 기판(11) 상의 각 점 P1, P2, P3에서, 액막(16)의 막 두께가 소정의 막 두께(예: 400㎚)에 도달하여, 변화되지 않게 된 시점에서 종료된다.
다음으로, 기판(11)을 레벨링/건조 처리 장치(200)로부터 반출하여, 베이크 처리부(도시 생략)에 도입한다. 여기서는, 140℃에서 50초 정도, 가열 처리를 행함으로써, 막의 안정화를 도모한다.
이상과 같이 하여, 기판(11) 상에, 고층막으로서, 400㎚ 정도의 포토레지스트의 도포막(=액막(16) 중에 포함되어 있는 고형분의 막)이 형성된다. 여기서, 도 28의 (a)∼도 28의 (c) 및 도 29의 (a) 및 도 29의 (b)를 참조하여, 본 실시예의 효과에 대하여, 종래 방법 등과 비교하여 설명한다.
본 실시예에서는, 도 28의 (a)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리 중, 및 건조 처리 중에, 수시로, 액막의 막 두께가 일정한 범위 내로 되도록 제어한다.
종래 방법에서는, 챔버(201) 내의 용제의 농도, 및 기판(11)의 온도 분포 등을 제어하지 않고, 레벨링 처리를 행한다. 구체적으로는, 레벨링 처리를 행하는 과정에서, 챔버(201) 내에 공급되는 가스 내의 용제의 농도가 100%로 되어, 일정한 값으로 유지된다. 또한, 이 때, 온도 제어 플레이트(206)의 온도는 전체적으로 23℃로 하며, 일정한 값으로 유지한다. 그 후, 감압된 챔버(201) 내에서, 용제를 기화시키기 위해 건조 처리가 행해진다. 이 때, 종래 방법에서는, 액막의 막 두께의 측정은 행해지지 않는다. 또한, 온도 제어 플레이트의 온도는 23℃로 일정하게 유지된다.
종래 방법의 경우, 레벨링 처리 중에, 각 점 P1, P2, P3의 액막(16)의 막 두께를 측정하면, 도 28의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(11) 상의 점 P3에서는 막 두께가 감소되고, 반대로, 점 P1에서는 막 두께가 증가되는 것을 알 수 있다.
또한, 레벨링 처리의 종료 시에는, 점 P1에서의 액막(16)의 막 두께는 18㎛, 점 P3에서의 액막(16)의 막 두께는 2㎛이었다. 기판(11)의 중앙부 상과 주연부 상에서, 액막(16)의 막 두께차가 커져 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 종래의 방법에서는, 액막을 형성하는 과정에서 발생한 표면의 요철은, 레벨링 처리에 의해 소실되지만, 그 막 두께는, 전체적으로, 중심부에서 두껍고, 주연부에서는 얇아지는 경향을 나타낸다.
또한, 그 후, 감압된 상태에서 건조 처리를 행한다. 종래의 건조 처리에서는, 상술한 바와 같이, 액막의 용제를 기화시킬 때에, 막 두께를 일정한 범위 내가 되도록 제어하는 것은 아니다. 따라서, 건조 처리를 행하면, 용제를 기화시키는 과정에서, 주연부의 막 두께 감소가 더욱 촉진되어, 고층막이 형성된다.
다음으로, 그 밖의 방법에 대하여 설명한다. 이 방법의 경우, 레벨링 처리 시에는, 본 실시예와 마찬가지로, 각 점 P1, P2, P3에서, 액막의 막 두께의 측정, 및 모니터하면서, 챔버(201) 내에 공급되는 가스 내의 용제의 농도, 및 온도 제어 플레이트를 이용하여, 기판의 온도 분포를 제어한다. 그 후, 건조 처리 시에는, 막 두께의 측정이 행해지지 않는다. 또한, 온도 제어 플레이트의 온도는 23℃로 일정하게 유지된 상태에서, 용제가 기화되어 건조 처리가 행해진다.
이 방법의 경우, 도 28의 (c)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리의 종료 직후에는, 액막의 막 두께가 전면에서 평탄화되어 있지만, 건조 처리 시에는, 점 P3의 막 두께의 감소가 점 P1에 비해 현저하게 발생하며, 최종적으로 형성된 막 두께 분포는 중앙부에서는 평탄화되어 있지만, 주연부에서는 막 두께의 감소가 발생하였다.
도 29의 (a)는, 도 28의 (a)∼도 28의 (c)에 도시한 온도 프로파일로 형성된 고형막의 막 두께의 분포를 도시한다. 또한, 도 29의 (b)는 고형막의 막 두께 균일성을 도시한다. 도 29의 (a), 도 29의 (b)에서, A는 도 28의 (a)에 도시한 온도 프로파일로 형성된 고형막, B는 도 28의 (b)에 도시한 온도 프로파일로 형성된 고형막, C는 도 28의 (c)에 도시한 온도 프로파일로 형성된 고형막이다.
또한, 도 29의 (a)는, 기판 상에 형성된 고층막의 단면도로, 막 두께의 변화를 나타내는 것이다.
이로부터, B에서는, 사전에, 레벨링 처리 시에, 액막의 막 두께가 크게 변동되어, 건조 처리 후, 주연부(=좌표: ±100) 상과 중앙부(=좌표: 0) 상의 위치에서는, 막 두께차가 크게 발생하는 것을 알 수 있다. 또한, C에서는, 레벨링 처리 시에는, 각 점에서 막 두께차가 일정한 범위 내로 되지만, 건조 처리 시에는 막 두께차가 발생하여, 주연부 상과 중앙부 상에서 막 두께차가 발생한다.
도 29의 (b)에 도시한 바와 같이, 막 두께 균일성은, b에서는 20%, 또한, c에서는, 10%이었다. 한편, A에서는, 기판 상의 전면에서, 막 두께가 대략 400㎚로 균일하고, 평탄화된 상태의 고층막이 형성되어 있다. 또한, A의 막 두께 균일성은 1.0%이고, B 및 C에 비해 대폭 향상되어 있다.
이로부터, 본 실시예와 마찬가지로, 필요에 따라, 각 처리 시에 액막의 막 두께를 측정, 및 모니터하여, 그 막 두께가 일정한 범위 내로 되도록 제어하면, 표면이 평탄하고, 또한 막 두께가 균일한 고층막을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상, 본 실시예에서는, 레벨링 처리, 및 건조 처리의 각 처리 공정 중에, 액막(16)의 막 두께의 변화를 모니터하고, 각 처리에서, 각 파라미터를 그 적정 값으로 조정하면서 처리를 행할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 고층막(예: 포토레지스트막)에서, 고정밀도의(즉, 평탄한) 막 두께 분포를 얻는 것이 가능해진다.
예를 들면, 모니터를 행한 결과, 레벨링 처리에서는, 챔버 내에 공급되는 가스 내의 용제의 농도를 처리 공정 중에 서서히 저하시킴으로써, 불필요하게 액막(16)의 표면에 용제가 부가되어, 막 두께 분포가 흐트러지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 건조 처리에서는, 기판(11)의 주연부와 중앙부에서의 온도차를 제어함으로써, 건조, 즉 용제의 기화가 진행됨에 따라 발생하는 기판 중앙부와 주연부에서의 액막의 물성의 차이에 기인하는 고형분 이동을 방지하였다.
본 실시예에서는, 발명의 취지를 일탈하지 않는 한, 변경이 가능하다.
레벨링 처리에서는, 이하와 같이 변경할 수 있다. 본 실시예에서는, 레벨링 처리 중의 챔버(201) 내의 용제의 농도는, 처리 용기인 챔버(201) 내에서, 일정하게 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 액막(16)의 면내에서 농도 분포를 갖게 해도 된다. 이 경우에는, 도 30에 도시한 바와 같이, 용제를 포함하는 가스를 챔버(201) 내에 공급하는 공급구(211)가 액막(16) 상의 면내에서 이동할 수 있도록 구성하면 된다. 또한, 기판(11) 자체를 이동시킬 수 있도록 구성하면 된다.
이 경우, 액막(16)의 막 두께에 따라, 액막 표면 상에 공급되는 가스 내의 용제의 농도를 각처에서 조정하여, 평탄화를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 각 점의 막 두께가 원하는 값을 만족시키도록 제어하는 방법이면, 반드시 용제의 농도, 기판(11)의 온도 분포 등, 모든 파라미터를 제어할 필요는 없으며, 어느 하나라도 된다.
또한, 본 실시예에서는, 레벨링 처리, 및 건조 처리에서, 용제의 농도, 온도 제어 플레이트의 온도 분포는, 상술한 것에 한정되는 것이 아니며, 사용하는 도포 용액의 재료, 기판, 도포 방법 등의 종류에 따라, 변경하는 것이 가능하다.
또한, 레벨링 처리에 이용하는 용제에는, 액막(16)에 사용된 재료의 용제에 한정되지 않고, 액막(16)에 작용시켰을 때에, 액막(16)의 유동성을 촉진하는 재료로 하면 된다. 또한, 액막(16)의 표면 장력을 약화시키도록 작용하는 계면 활성제 등을 포함한 용제라도 된다.
또한, 본 실시예에서는, 액막(16)의 표면에 대한 용제 부가에 의해 표면의 유동성을 촉진시켜 레벨링을 행하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 레벨링 처리는, 챔버(201) 내에 일정 농도의 용제를 포함하는 가스를 공급하고, 온도 제어 플레이트(206)를 이용하여, 기판(11)의 온도를 제어함으로써, 평탄화하는 것이 가능하다.
여기서, 이러한 레벨링 처리에 대하여, 도 31의 (a)∼도 31의 (c)를 참조하여, 구체적으로 설명한다.
우선, 기판(11)이 레벨링/건조 처리 장치(200)의 챔버(201) 내에 반입되어, 스테이지(202) 상에 재치, 및 고정된다. 이 때, 스테이지(205)에 구비된 중앙 플레이트(206a)의 온도 Tc는 30℃로 설정되어 있다. 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr은 23℃로 설정되어 있다.
이후, 액막(16)의 표면을 평탄화하도록 레벨링 처리를 개시한다. 이 때, 도 31의 (b)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리 중, 챔버(201) 내에 공급되는 가스 내의 용제의 농도는 일정하게 유지된다. 예를 들면, 용제의 농도는 50%로 유지된다.
레벨링 처리를 개시한 직후, 도 31의 (c)에 도시한 바와 같이, 기판(11) 상의 각 점 P1, P2, P3에서는 액막(16)의 막 두께가 크게 변동된 상태에 있다.
또한, 도 31의 (c)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리 개시 후, 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr이 30℃ 정도까지 내려진다. 그 결과, 기판의 중앙부의 온도와 기판의 주연부의 온도의 차가 커진다.
이러한 레벨링 처리의 경우, 기판(11)의 중앙부의 온도를 올려, 액막(16)의 점성을 저하시켜, 보다 유동성을 촉진시키고 있다. 이에 의해, 액막(16)의 표면에 용제를 공급하는 경우와 마찬가지로 평탄화를 행할 수 있다.
또한, 이 때, 기판(11)의 주연부의 온도가 20℃ 정도까지 내려진다. 레벨링 처리 중, 기판(11)의 주연부의 온도가, 중앙부의 온도보다 낮아지도록 설정되어 있다. 따라서, 기판(11)의 주연부로부터 중앙부 방향으로의 고형분의 이동을 억제하는 것이 가능해진다.
본 실시예에서는, 건조 처리에서, 챔버(201) 내를 배기하여, 감압시킨 상태에서, 액막의 용제를 기화시키고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이하와 같이 변경할 수 있다.
예를 들면, 용제의 기화를 촉진하도록, 액막(16)의 표면에 불활성 가스(예: N2, Ar) 등에 의한 기류를 형성하여, 건조 처리를 행할 수 있다. 이 경우, 도 32에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리/건조 처리 장치(200)에서, 가스 제어부(202) 등을 이용한다. 기판(11) 상방으로부터 챔버(201) 내에 N2 등의 불활성 가스를 주입하여, 액막(16)의 표면에 기류를 공급하여 용제를 기화시켜, 건조 처리를 행할 수 있다. 여기서는, 상술한 바와 같이, 레벨링 처리/건조 처리 장치(200)에서, 기판(11)을 재치하는 스테이지(205)에는, 온도 제어 플레이트(206)가 설치되어 있다. 또한, 특별히 문제가 없으면, 기류의 형성에 공기를 이용해도 된다.
또한, 가스의 공급은, 기판(11)의 상방으로부터의 주입에 한정되는 것은 아니다. 레벨링 처리/건조 처리 장치(200)에서, 챔버(201) 내에, 기판(11)의 하방으로부터 가스를 주입하고, 기판(11)의 상방으로부터 배기되도록 해도 된다. 또한, 기류는, 기판(11)의 표면에 대하여, 한 방향(가로 방향)으로 흘러도 된다. 예를 들면, 기판(11)의 일단으로부터 공급하고, 타단으로 배기해도 된다.
여기서, 이러한 건조 처리에 대하여, 도 33의 (a)∼도 33의 (c)를 참조하여, 구체적으로 설명한다. 도 33의 (a)∼도 33의 (c)에는, 상술한 레벨링 처리 및 건조 처리의 상태를 연속적으로 도시하는 것으로 한다.
도 33의 (a)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리를 행하여, 각 점의 막 두께의 차가 일정한 범위가 되도록 제어한다. 그 후, 건조 처리를 행하여, 액막(11)이 소정의 막 두께(예: 400㎚)에 도달할 때까지 용제를 기화시킨다.
레벨링 처리의 종료 후에는, 건조 처리를 행한다. 건조 처리는, 챔버(201) 내에 불활성 가스(예: N2, Ar)를 주입하여, 기류를 액막(16)의 표면에 형성하여 액막 내의 용제를 기화시킴으로써 행해진다. 건조 처리 시, N2 가스가 챔버(201)에 공급되어, 액막(16)의 표면에 기류가 형성된다. 도 33의 (b)에 도시한 바와 같이, 건조 처리 시, N2 가스의 유량을 5L/min 정도로까지 증가시킨다.
또한, 이 때, 건조 처리를 행하는 과정에서, 기판(11)의 온도 제어가 행해진다. 여기서는, 도 33의 (c)에 도시한 바와 같이, 중앙 플레이트(206a)의 온도 Tc는 레벨링 처리 시에 23℃ 정도로 유지된다. 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr은, 레벨링 처리 시의 15℃로부터 서서히 13℃ 정도까지 온도가 내려간다. 그 후, 건조 처리를 행하는 과정에서는, 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr은 13℃ 정도로 유지된다.
이와 같이, 레벨링 처리 중에, 기판(11)의 주연부에서는, 중앙부보다 온도가 낮게 설정되어 있고, 주연부로부터 중앙부 방향으로의 고형분의 이동을 저하시키는 것이 가능하다.
본 실시예에서, 액막(16)의 용제가 충분히 기화되어, 기판(11) 상의 각 점 P1, P2, P3에서, 액막(16)의 막 두께가 소정의 막 두께에 도달하여, 변화되지 않게 된 시점에서, 건조 처리가 종료된다.
본 실시예에서는, 이러한 경우에, 건조 처리 중에, 기류의 유량을 필요에 따라 변화시켜, 기판(11)의 주연부 상에서, 액막(16)의 막 두께의 저하를 억제할 수 있다. 예를 들면, 기판(11)의 주연부의 온도를 저하시켜, 중앙부와 온도차를 형성할 뿐만 아니라, 기판(11) 상의 각 점 P1, P2, P3의 막 두께에 따라, 기류를 건조 초기로부터 종료 시에 걸쳐 증대시켜도 된다. 이러한 방법의 경우에는, 기판의 주연부 상에서 발생하는 액막의 고형분의 중앙부로의 이동을 주연부쪽으로 되돌리면서 건조를 행해도 된다.
여기서, 이러한 건조 처리에 대하여, 도 34의 (a)∼도 34의 (c)를 참조하여 설명한다. 도 34의 (a)∼도 34의 (c)에는, 상술한 레벨링 처리, 및 건조 처리의 상태를 연속적으로 나타내는 것으로 한다.
도 34의 (a)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리를 행하여, 막 두께의 차가 일정한 범위가 되도록 제어한다. 레벨링 처리 후, 액막(16)이 소정의 막 두께(예: 400㎚)에 도달할 때까지 건조 처리를 행한다.
건조 처리는, 챔버(201) 내로 불활성 가스(예: N2, Ar)를 주입하여, 기류를 액막(16)의 표면에 공급하여 용제를 기화시킴으로써 행해진다. 구체적으로는, N2 가스를 챔버(201) 내로 주입하여, 액막(16)의 표면에 기류가 형성된다. 이 때, 도 34의 (b)에 도시한 바와 같이, 건조 처리의 개시 시부터, 그 유량을 5L/min까지 증가시키고, 그 후, 대략 그 유량으로 유지하며, 종료 직전에 2500L/min 정도로까지 지수 함수적으로 증가시킨다.
이 때, 건조 처리를 행하는 과정에서, 기판(11)의 온도 제어를 행한다. 여기서는, 도 34의 (c)에 도시한 바와 같이, 주연부 플레이트(206b)의 온도 Tr은, 기판(11)의 주연부에서, 레벨링 처리 시의 온도(=20℃)로부터 서서히 17℃ 정도까지 온도가 내려간다. 그 후, 건조 처리를 행하는 과정에서, 온도 Tr은 그 온도로 유지된다. 한편, 중앙 플레이트의 온도 Tc는, 레벨링 처리 시의 온도(=30℃)로부터 23℃(=실온) 정도까지 내려간다. 그 후, 온도 Tc는 대략 그 온도로 유지된다.
본 실시예에서, 건조 처리는, 액막(16)의 용제가 충분히 기화되어, 기판(11) 상의 각 점 P1, P2, P3에서, 액막(16)의 막 두께가 소정의 막 두께(예: 400㎚)에 도달하여, 변화되지않게 된 시점에서 종료한다.
또한, 액막(16)에 기류를 공급하여 건조 처리를 행하는 경우에는, 레벨링 처리/건조 처리 장치(200)의 일부를 변경하여, 도 35에 도시한 바와 같이, 기판(11)의 외주의 위치에, 기류 제어벽(212)을 설치하면 된다. 이 위치에 기류 제어벽(212)을 설치함으로써, 기판(11)의 주연부 상에서 기류를 억제하여, 급격한 건조(즉, 용제의 기화)를 억제할 수 있다. 따라서, 기판(11)의 주연부에서, 액막(16)의 막 두께의 제어성이 높아진다.
본 실시예에서는, 건조 처리 시에, 기판의 회전을 조합함으로써 액막의 막 두께차를 일정한 범위 내가 되도록 제어하여, 용제를 기화시킬 수도 있다.
이 경우에는, 레벨링 처리/건조 처리 장치(200)의 일부를 변경하여, 도 36에 도시한 바와 같이, 회전계 스테이지(213)를 설치한다. 기판(11)은 회전계 스테이지 (213) 상에 재치, 및 고정된 상태에서, 레벨링 처리 및 건조 처리가 행해진다. 또한, 회전계 스테이지(213)는 해석부(210)와 접속되어 있다. 해석부(210)는, 막 두께 측정용 광학계(207)의 측정 결과에 기초하여, 회전계 스테이지(213)에 회전수의 지시가 보내어져, 기판(11)의 회전수가 제어된다.
예를 들면, 레벨링 처리 후, 챔버(201) 내의 가스가 배기되어, 감압된 상태에서 건조 처리가 행해진다. 건조 처리 중에, 소정 타이밍에서 기판(11)의 회전이 시작된다. 기판(11)의 회전수가 증가되면서, 각 점 상에서, 액막(16)의 막 두께가 제어된다.
이러한 건조 처리에 대하여, 도 37의 (a)∼도 37의 (c)를 참조하여 설명한다. 도 37의 (a)∼도 37의 (c)에는, 상술한 레벨링 처리, 및 건조 처리의 상태를 연속적으로 도시하는 것으로 한다.
도 37의 (a)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리 후, 각 점 상의 막 두께의 차가 일정한 범위가 되도록 제어하면서, 소정의 막 두께(예: 400㎚)에 도달할 때까지 액막(11)의 용제를 기화시켜, 건조 처리를 행한다.
이 때, 건조 처리는, 챔버(201) 내가 감압된 상태에서 행한다. 액막(16) 내의 용제를 기화시키기 위해, 배기부(203)에 구비된 진공 펌프(204)를 이용하여, -60Torr/sec로 챔버(201) 내의 분위기를 외부로 배기한다. 구체적으로는, 도 37의 (b)에 도시한 바와 같이, 챔버(201) 내의 압력은, 레벨링 처리 중에는, 760Torr 정도로 유지된다. 그 후, 챔버(201) 내의 분위기가 -60Torr/sec로 배기되어, 챔버(201) 내의 압력이 용제의 증기압인 2Torr 정도로 된다. 그리고, 건조 처리 중에, 챔버(201) 내의 압력은 2Torr로 유지된다.
또한, 도 37의 (c)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리는, 기판(11)이 정지된 상태(=회전수 0rpm)에서 행해진다. 건조 처리 공정 도중으로부터, 기판(11)이 회전시켜진다. 건조 처리 도중으로부터 종료 시에 걸쳐, 회전수가 300rpm 정도에 도달할 때까지, 지수 함수적으로 급격히 증가시킨다.
이 경우에는, 액막(16)의 막 두께에 따라 기판의 회전수를 증대시켜, 원심력에 의해 액막(16)의 주연부로부터 중앙부로의 유동이 억제되어, 중앙부 상으로의 고형분의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 이러한 방법은, 상술한 바와 같이, 기류를 공급하여 건조 처리를 행하는 경우에 적용할 수도 있다.
이러한 건조 처리에 대하여, 도 38의 (a)∼도 38의 (c)를 참조하여 설명한다. 도 38의 (a)∼도 38의 (c)에는, 상술한 레벨링 처리, 및 건조 처리의 상태를 연속적으로 도시한다.
도 38의 (a)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리 후, 각 점 상에서, 막 두께차가 일정한 범위가 되도록 제어하면서, 소정의 막 두께(예: 400㎚)에 도달할 때까지 액막(11)의 용제를 기화시켜, 건조 처리를 행한다.
이 때, 레벨링 처리의 종료 후, 챔버(201) 내로 불활성 가스(예: N2, Ar)를 주입하여, 액막(16)의 표면에 기류가 형성되어, 액막(16) 내의 용제를 기화시킨다. 구체적으로는, 도 38의 (b)에 도시한 바와 같이, N2 가스가 챔버(201) 내에 5L/min 정도의 유량으로 일정량 보내어져, 액막(16)의 표면에 기류가 형성된다.
또한, 도 38의 (c)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리 시에는, 기판(11)이 정지된 상태(=회전수 0rpm)에서 행해진다. 그 후, 건조 처리 중에 기판(11)을 회전시키기 시작한다. 기판의 회전수는, 300rpm 정도에 도달할 때까지, 지수 함수적으로 급격하게 증가시켜진다. 이 경우에는, 액막(16)의 막 두께에 따라 회전수를 증대시킨다. 원심력에 의해, 액막(16)이 주연부 상으로 되돌아와, 중앙부 상으로의 고형분의 이동을 억제할 수 있다.
또한, 각 점의 막 두께를 모니터하면서 제어한 결과, 일례로, 기류의 유량, 및 회전수를 지수 함수적으로 증가시켰지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 기판의 회전수의 제어, 및 회전을 개시하는 타이밍은 막 두께의 상태에 따라, 변경할 수 있다. 예를 들면, 액막이 소정의 막 두께에 도달한 단계에서, 기판의 회전수를 직선 형상(=1차 함수형)으로 증가시켜, 막 두께를 제어해도 된다.
이러한 건조 처리에 대하여, 도 39의 (b)를 참조하여 설명한다. 도 39의 (b)에는, 상술한 레벨링 처리, 및 건조 처리의 상태를 연속적으로 도시하는 것으로 한다.
도 39의 (b)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리 후, 기판(11) 상의 각 점(P1(중앙부), P2, P3(주연부))에서, 막 두께차가 일정한 범위가 되도록 제어하면서, 소정의 막 두께(예: 400㎚)에 도달할 때까지 액막(11)의 용제를 기화시켜, 건조 처리를 행한다.
이 때, 레벨링 처리 종료 후, 챔버(201) 내로 불활성 가스(예: N2, Ar)를 주입하여, 기류를 액막(16)의 표면에 공급하여, 용제를 기화시킨다. 구체적으로는, 도 39의 (b)에 도시한 바와 같이, N2를 챔버(201) 내에 5L/min 정도로 일정량 주입하여, 액막(16)의 표면에 기류가 형성된다.
또한, 도 39의 (c)에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리 시에는, 기판(11)이 정지된 상태(=회전수 0rpm)에서 행해진다. 건조 처리 시에는, 액막(11)의 막 두께가 소정값에 도달한 시점에서, 기판(11)을 회전시키기 시작한다. 본 실시예의 경우, 액막(16)의 막 두께가 6.0㎛로 된 시점에서 기판(11)을 회전시키기 시작한다. 기판(11)의 회전수는, 300rpm 정도에 도달할 때까지, 직선 형상(=1차 함수형)으로 증가시킨다. 기판(11)의 회전수는, 액막(16)의 막 두께에 따라 증가시킨다. 원심력에 의해, 액막(16)의 주연부로부터 중앙부으로의 유동이 억제되어, 중앙부 상으로의 고형분의 이동을 억제할 수 있다.
본 실시예에서는, 일례로, 건조 처리는, 대략 고층막의 막 두께(예: 400㎚)에 도달하여, 액막(16)의 막 두께가 변화되지 않게 될 때까지 행한다. 구체적으로는, 액막(16) 내의 고형분의 농도가 80% 이상으로 될 때까지 행해진다. 건조 처리 후, 베이크 처리를 행하여 잔류 용제를 기화시키므로, 막의 안정화가 도모된다. 그러나, 상술한 프로세스에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 액막의 막 두께가 아직 변화되고 있는 단계에서 건조 처리를 종료한 후, 베이크 처리를 행하는 것도 가능하다. 이 경우, 건조 처리는 액막(16)이 소정 막 두께(예: 1.0㎛)에 도달한 시점에서 종료한다. 그 후, 베이크 처리를 행하여 막의 안정화를 도모하여, 막 두께 400㎚의 고층막을 형성한다.
또한, 여기서는, 액막(16)에 기류를 공급하는 경우 등을 포함하며, 도 36에 도시한 레벨링/건조 처리 장치(200)에, 도 35에 상술한 바와 같이 기류 제어벽을 설치할 수도 있다.
이상, 본 실시예에서는, 수시로, 각 점 상의 막 두께를 모니터하면서, 레벨링 처리, 및 건조 처리를 행하여, 이들 처리의 종료 시까지, 각 처리 파라미터(=챔버 내의 용제의 농도 및 압력, 기판의 온도 분포, 건조 처리에 필요한 기류, 기판의 회전수 등)를 제어하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 하기에 도시한 바와 같이, 레벨링 처리, 및 건조 처리의 초기 단계에서, 각 처리 파라미터값을 시간에 대하여, 피팅함으로써 제어 함수를 도출하고, 그 이후, 각 처리의 종료 시까지, 이 도출된 제어 함수에 기초하여 제어를 행해도 된다.
f(P, t)=0
f(T, t)=0
f(V, t)=0
f(R, t)=0
P: 챔버 내의 압력
T: 기판의 온도
V: 기류의 유량
R: 기판의 회전수
t: 시간
또한, 상술한 바와 같이 한번 제어 함수를 도출한 후에는, 그 제어 함수를 해석부(210)에 기억시키고, 2장째 이후의 기판 처리에서는, 액막(11)의 막 두께를 모니터하지 않고, 해석부(210)의 제어 함수를 참조하면서 각 처리를 행할 수 있다.
예를 들면, 기판(11)의 회전수의 제어에 의해 건조 처리를 행하는 경우, 건조 처리의 개시 시각 tA∼시각 tB까지, 각 점의 액막(16)의 막 두께를 측정, 및 모니터하여, 기판(11)의 회전수를 초기 단계까지 제어한다. 도 40의 (a)에는, 액막(16)의 막 두께가 d=-0.16t+10(d: 막 두께, t: 시간)으로 변화되는 경향이 도시되어 있다. 또한, 도 40의 (b)에, 도 40의 (a)에 도시한 막 두께 변화에 따른 기판의 회전수가 도시되어 있다. 이 때, 시각 tA∼tB까지의 시간 변화에 대한 기판의 회전수의 변화를 피팅에 의해 함수로서 도출하면, 기판의 회전수: R=2.5e0.7t로 된다. 따라서, 시각 tB∼건조 처리의 종료 시각 tC까지는 함수: R=2.5e0.7t에 따라, 기판(11)의 회전수가 제어된다.
2장째 이후에는, 건조 처리의 개시 시부터 종료 시까지, 제어 함수: R=2.5e0.7t에 따라, 기판(11)의 회전수가 제어되면 된다.
또한, 기판의 가로 방향으로 용액의 이동에 수반하여, 고형분이 이동하지 않는 경우에는, 건조 시의 기판의 온도, 건조 처리의 기류, 챔버 내의 분위기 농도, 및 압력의 각 조건은, 사전에 테스트용 기판을 이용하여 각 조건을 변경하면서, 기판 중심, 도포 개시 위치, 도포 종료 위치를 적어도 포함하는 복수 점에서 반사광 계측에 의한 막 두께 측정을 행하고, 이들 결과 중에서 액막의 막 두께가, 한 방향, 또는 기판 중심으로부터 외주로 반사광의 간섭 줄무늬가 발생할 때의 조건으로 정하면 된다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 액막을 형성한 후, 레벨링 처리, 건조 처리를 연속하여 행하고, 이들 처리 공정의 각각에서, 필요에 따라, 액막의 막 두께차를 제어하면서, 고형분으로 이루어지는 막을 기판 상에 형성한다. 따라서, 기판 상에 액막을 형성한 후, 액막의 각 점의 막 두께가 소정 범위 내로 되어 있으면, 레벨링 처리를 행하지 않고, 건조 처리를 행할 수도 있다. 또한, 레벨링 처리 후, 액막의 재료에 따라서는, 건조 처리 중에 고형분이 거의 이동하지 않는 경우도 있으며, 그 경우에는, 상술한 바와 같이, 특히, 막 두께를 제어하지 않고서, 종래 방법으로 액막의 용제를 기화시켜, 건조 처리를 행할 수도 있다. 이 경우에는, 기판의 중앙부와 주연부에서, 온도의 대소 관계를 반대로 하여, 건조 처리를 행해도 된다. 즉, 건조 처리를 행하는 과정에서, 기판의 중앙부에서는, 주연부보다, 온도를 낮게 하여, 액막의 용제를 기화시킬 수도 있다.
그 밖에, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 한, 레벨링/건조 처리 장치의 구성은 적절하게 변경 가능하며, 실제로 도포하는 기판, 용액을 이용하여 본 실시예에 기재한 바와 같은 실험을 행하여 각 조건을 결정하면 된다.
(제6 실시예)
도 41의 (a), 도 41의 (b)는 본 발명의 제6 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도이다.
우선, 도 41의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(301) 상에 레지스트 용액으로 이루어지는 액막(302)을 형성한다. 레지스트 용액은, 수지, 용해 억지재, 산 발생재가 일정한 비율로 조합된 화학 증폭형의 레지스트재(제1 물질)를 유산 에틸(용제)에 용해시킨 것이다. 레지스트 용액은, 액막 내의 용제가 완전하게 휘발된 상태에서, 레지스트재로 이루어지는 레지스트막(고형막)의 막 두께가, 최종적으로 300㎚가 되도록 조정되어 있다. 또한, 기판(301)은 반도체 기판을 포함하여, 반도체 장치의 제조 공정의 도중에 있는 것이다.
액막(302)의 형성에 이용하는 액막 형성 장치의 개략을 도 42에 도시한다.
다음으로, 도 42에 도시한 장치에 대하여 설명한다. 도 42에 도시한 바와 같이, 기판(301)이 설치되는 기판 유지부(330)는, 기판(301) 중심에서 회전하는 구동계(331)에 접속되어 있다. 또한, 기판(301)의 상방에는, 용액을 토출하면서, 노즐 구동계(333)에 의해 직경 방향으로 이동 가능한 용액 토출 노즐(332)이 설치되어 있다. 용액 토출 노즐(332)에는, 용액 공급관(334)을 통해 용액 토출 노즐(332)에 용액을 공급하는 용액 공급 펌프(335)가 접속되어 있다. 용액 토출 노즐(332)로부터의 토출 속도의 제어는, 용액 공급 펌프(335)로부터의 용액 공급 압력을 제어하여 행한다.
용액 토출 노즐(332)은, 노즐 구동계(333)에 의해 기판(301)의 거의 중앙으로부터 이동을 개시하여, 용액을 기판(301) 상에 연속적으로 공급하면서 기판(301)의 대략 엣지 부분까지 이동한다. 용액 공급은, 용액 토출 노즐이 기판(301)의 엣지에 도달한 단계에서 종료된다. 용액 토출 노즐의 이동 개시점 및 이동 종료점에는, 용액 차단 기능(336a, 336b)이 설치되어 있다. 이동 개시점의 용액 차단 기능(336a)은, 기판 유지부(330)의 회전수, 노즐 구동계(333)의 이동 속도, 용액 토출 노즐(332)로부터의 토출 속도가 도포 개시 시에 필요한 소정의 값으로 될 때까지, 용액 토출 노즐(332)로부터 토출된 용액을 차단하여, 용액이 기판(301)에 도달하는 것을 방지한다. 또한, 이동 종료점의 용액 차단 기능(336b)은, 기판(301)의 엣지부에 용액이 공급되지 않도록, 기판(301) 엣지부 상공에 대기하며, 용액 토출 노즐(332)이 기판(301)의 엣지에 왔을 때에, 노즐(332)로부터 토출된 용액을 차단하여 용액이 기판(301)에 도달하는 것을 방지한다.
용액이 기판(301) 상에 공급되는 동안, 기판 유지부(330)의 회전수, 노즐 구동계(333)의 이동 속도, 용액 토출 노즐(332)로부터의 토출 속도는 각각, 회전 구동 제어부(338), 노즐 구동 제어부(337), 용액 공급 펌프(335)에 의해 관리된다. 또한, 이들 3개의 펌프(335) 및 제어부(337, 338)를 통괄하는 컨트롤러(339)가 그 상류에 배치되어 있다.
컨트롤러(339)는, 용액 토출 노즐(332)의 기판(301) 상의 위치 정보에 기초하여, 기판(301)의 회전수, 용액 토출 노즐(332)의 구동 속도, 용액 토출 노즐(332)로부터의 토출 속도를 결정하여, 회전 구동 제어부(338), 노즐 구동 제어부(337), 용액 공급 펌프(335)의 각각에 명령한다. 이 명령에 기초하여 각각이 동작함으로써 기판(301) 상에는 나선 형상으로 용액이 공급된다. 기판(301) 상에 공급된 용액은 확대되어, 인접하는 액막과 결합하여 기판(301) 상에서 하나의 액막(302)이 된다.
상술한 2개 장치에서 사용하는 레지스트 용액은, 고형분량이 낮고, 0.001Pa·s∼0.010Pa·s(1cp∼10cp) 정도의 점성이 낮은 용액을 사용한다.
상술한 장치에 의한 용액 토출 노즐(322, 332)로부터의 기판(301)에 대한 용액의 적하에 대하여, 도 43을 이용하여 설명한다. 도 43은, 도 42에 도시한 액막 형성 장치에 의한 용액의 적하 상태의 설명에 이용하는 단면도이다. 도 43에 도시한 바와 같이, 용액 토출 노즐(322, 332)은, 인접하는 위치에 나선 형상으로 용액(342a, 342b, 342c)을 적하한다. 나선 형상으로 적하된 용액(342a, 342b, 342c)은, 시간에 따라 용액의 유동성에 의해 확대되어 하나의 액막이 된다. 그리고, 도 41의 (a)에 도시한 바와 같이, 액이 갖는 표면 장력에 의해 접속된 액막의 표면은 거의 평탄한 모양으로 된다.
계속해서, 액막(302) 내의 용제를 제거한다. 용제의 제거는, 주면에 액막이 형성되어 있는 기판을 감압 하에 노출시키거나, 오븐이나 핫 플레이트를 이용하여 가열하거나 함으로써, 액막 내의 용제가 휘발하여, 용제의 제거를 행할 수 있다.
용제의 제거가 어느 정도 진행되면, 도 41의 (b)에 도시한 바와 같이, 액막(302)의 하부 방향으로부터 레지스트재로 이루어지는 하층의 제1 레지스트층(311)이 형성되어 간다. 그리고, 용제가 휘발되고 있는 액막(302a)의 표면층에서는, 점도가 높은 상태로 되어 있다.
용제의 제거를 행할 때, 형성되어 있는 제1 레지스트층(311)의 막 두께의 측정을 행한다. 제1 레지스트층(311)의 막 두께는, 예를 들면 단일 파장의 광원으로부터의 광을 평행광으로 하여 액막(302)에 조사하고, 그 반사광 강도를 모니터함으로써, 액막 내의 간섭 파형을 잡아, 이것을 액막이 갖는 광학 상수(굴절율과 감쇠 계수)를 이용하여 해석함으로써 구할 수 있다.
형성되어 있는 제1 레지스트층(311)의 막 두께가 290㎚로 된 상태에서 용제의 제거를 일단 정지한다.
다음으로, 도 41의 (c)에 도시한 바와 같이, 용제의 제거가 일단 정지되고, 고화의 과정에 있는 액막(302) 표면에, 상기 레지스트재 내에 포함되어 있는 용해 억지재를 유산 에틸에 용해시킨 제2 용액(제2 물질 용액)(303)을 분무하여, 액막(302a)의 표면에 용해 억지재를 공급한다. 제2 용액(303)의 분무는, 예를 들면 안개상의 용액으로 채워진 용기 내에, 표면에 액막(302a)이 잔존하고 있는 기판(301)을 장착함으로써 행한다.
또한, 제2 용액(303)의 분무는, 기판(301)을 회전시키면서, 기판(301)의 대략 회전 중심 상방으로부터 용액을 안개상으로 공급함으로써도 행할 수 있다. 기판(301)을 회전시키면, 대략 회전 중심으로부터 기판 외측을 향하는 기류가 발생한다. 대략 회전 중심 상방으로부터 안개상의 용액을 공급하면, 안개상의 용액은 기류를 타고, 기판(301) 전면에 용액이 대략 균일하게 분무된다.
그 후, 용제(유산 에틸)의 제거를 이어서 행함으로써, 액막 내의 용제를 완전하게 제거하여, 도 41의 (d)에 도시한 바와 같이, 고형의 레지스트막(고형막)(310)을 형성한다. 레지스트막(310)은, 제1 레지스트층(311)과, 제1 레지스트층(311) 상의 제2 레지스트층(312)으로 구성되어 있다. 제2 레지스트층(312)의 막 두께는 10㎚이다. XPS 등의 재료 분석 결과, 제2 레지스트층(312)은, 제1 레지스트층(311)에 비해 용해 억지재가 많이 분포되어 있는 것이 확인되었다.
이상 설명한 방법에 따르면, 건조 도중에 액막(302a) 표면에 용해 억지재를 첨가하고, 또한 용제를 제거함으로써, 표면층만 다른 조성을 갖는 레지스트막(310)을 용이하게 형성하는 것이 가능해진다. 다른 조성의 레지스트막을 별개로 형성할 필요가 없기 때문에, 종래의 방법에 비해, 막 두께 방향으로 조성이 다른 레지스트막의 제조 시간이 짧아진다.
계속해서, 도 41의 (e)에 도시한 바와 같이, 노광 및 노광 후 베이크 처리(PEB)를 행한 후, 현상을 행하여, 레지스트 패턴(313)을 형성한다.
도 41의 (e)에 도시한 바와 같이, 제1 레지스트층(311)의 상부가 라운딩되어 있지만, 제2 레지스트층(312)의 상면의 형상이 구형 형상으로 유지되어 있다.
화학 증폭형 레지스트막의 노광, 노광 후 베이크 처리, 현상에 대하여 간단히 설명한다. 화학 증폭형 레지스트막 내의 산 발생재에 광이 조사되면, 산 발생재가 분해되어 산 분자가 생성된다. 그리고 레지스트막을 가열하면, 산 분자가 용해 억지재를 분해시켜, 용해 억지재를 현상액에 용해 가능한 분자 구조로 변화시킨다.
종래 방법으로 형성한 레지스트막으로부터 제작한 레지스트 패턴의 형상을 도 44에 도시한다. 도 44에 도시한 레지스트 패턴(351)은, 도 41의 (e)에 도시한 레지스트 패턴(313)의 노광, 현상 조건과 동일한 조건으로 행하고 있다.
제2 레지스트층(312)의 상면의 형상이 구형 형상으로 유지되는 이유를 이하에 설명한다. 레지스트막의 상면은, 현상액에 접촉되는 시간이 길다. 그 때문에, 용해 억지재가 균일하게 분포하는 레지스트막인 경우, 상부가 라운딩된다. 그러나, 본 실시예와 같이, 표면에 용해 억지재를 많이 포함하게 함으로써, 상부에서의 현상 속도를 저하시킬 수 있어, 표면 형상을 구형 형상으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 방법을 이용함으로써, 레지스트 패턴의 프로파일을 용이하게 개선하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 도시한 방법에서는, 휘발을 전혀 행하지 않은 상태에서 제2 용액을 액막 상에 공급하면, 제2 용액 내의 용해 억지재가 액막 중으로 확산된다. 따라서, 어느 정도 용제가 제거되어 하부에 레지스트막이 형성되어 있는 상태에서, 제2 용액을 액막 상에 공급해야 한다.
또한, 본 실시예에서는, 표면으로부터 10㎚의 범위에서 용해 억지재를 많이 포함하는 제2 레지스트층(312)을 형성하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 노광 조건, 노광 후 베이크 조건, 현상 조건 등이 다르기 때문에, 원하는 레지스트 패턴이 얻어지도록, 실험을 거듭 행하여, 용해 억지재를 많이 포함하는 막 두께 폭, 용해 억지재의 양의 최적화를 행하면 된다. 또한, 본 실시예에서 말하는 레지스트막이란, 감광성 폴리이미드를 포함하는 감광성 수지막으로서 정의하고 있다.
용해 억지재를 많이 포함하는 층의 막 두께는 제2 용액을 공급하는 타이밍에 따라 결정된다. 즉, 형성되어 있는 고형막 상에 형성되어 있는 액막의 양에 따라 결정된다. 따라서, 본 실시예에 설명한 방법에서는, 용제의 휘발 상태를 파악하는 것이 중요하다.
상술한 2개 장치에서 사용하는 레지스트 용액은, 액막 내의 용제량이 많은 것을 사용하고 있다. 따라서, 용제의 제거에 시간이 많이 걸려, 용제의 휘발 상태를 파악하는 것이 용이하다. 따라서, 본 실시예에 설명한 방법에서는, 상술한 바와 같은 액막 형성 장치를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 스핀 코팅법에 의해 형성된 액막에 대해서도, 본 실시예에서 도시한 방법을 적용할 수 있다. 또한, 특개평2-220428호 공보, 특개평6-151295호 공보, 특개평7-321001호 공보, 특개2001-310155호 공보, 특개평11-243043호 공보 등과 같이 용액을 적하, 분무하여 형성하는 것이나, 메니스커스 현상을 이용하여 형성하는 방법 등, 다양한 방법으로 작성된 액막에 대하여 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 용해 억지재로서 레지스트재 중에 포함되는 용해 억지재와 같은 것을 그대로 이용하였지만 그에 한정되는 것은 아니다. 원하는 레지스트 패턴 프로파일이 얻어진다면, 입수 가능한 어떠한 재료를 이용해도 된다. 이 경우도, 실험을 거듭 행하여, 재료의 선정과, 첨가하는 막 두께 폭, 첨가량의 최적화를 행하면 된다. ,
또한, 본 실시예에서는 용제의 제거를 일단 정지시키고, 다음에, 고화의 과정에 있는 액막 표면에, 상기 레지스트 내에 포함되어 있는 용해 억지재를 유산 에틸에 용해시킨 용액을 분무하고, 그 후, 용제(유산 에틸)의 제거를 이어서 행하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 용제의 제거를 행하면서, 용해 억지재를 유산 에틸에 용해시킨 용액의 분무량을 시간이 지남에 따라 증가시켜 레지스트막의 형성을 행하고, 막 표면에 가까울 수록 용해 억지재의 농도를 높게 하는 것도 가능하다.
레지스트막에, 이러한 처리를 행한 경우에는, 도 45에 도시한 바와 같이 구형의 양호한 레지스트 패턴(361)을 얻을 수 있다. 도 45에서, 제2 레지스트층(312')은, 제1 레지스트층(311)보다 용해 억지재 농도가 높고, 또한 표면에 가까울 수록 용해 억지재 농도가 높은 프로파일을 갖는 레지스트막이다. 도 45는, 표면에 가까울 수록 용해 억지재 농도가 높은 프로파일을 갖는 레지스트막을 이용하여 작성한 레지스트 패턴의 형상을 도시하는 단면도이다.
또한, 본 실시예에서는 현상 중의 패턴 열화를 의식하여 레지스트막 표면에 용해 억지재가 보다 많이 포함되는 층을 형성하였지만 이에 한정되는 것은 아니다.
화학 증폭형 레지스트에서 문제가 된 베이크 또는 노광 시의 산의 증산이 현저하게 나타나는 막에 대해서는, 베이크 및 노광 시에 소실되는 산의 양을 고려하여, 제2 물질로서 산 발생재를 선택하고, 본 실시예와 마찬가지의 방법으로 레지스트막 표면에 산 발생재가 보다 많이 포함되는 레지스트막을 형성해도 된다. 여기서 이용하는 산 발생재에 대해서도, 입수 가능한 재료에 대하여 첨가하는 막 두께 폭, 첨가량에 대하여 실험을 거듭 행하여, 재료의 선정과, 첨가하는 막 두께 폭, 첨가량의 최적화를 행하면 된다.
산의 증산은 막 표면에서 특히 현저하게 발생한다. 따라서, 산 발생재를 용제에 용해시킨 용액의 분무량을 시간이 지남에 따라 증가시키는 것이 바람직하다.
물론, 베이크 또는 노광 시의 산의 증산에 대한 대책과, 현상 시의 패턴 열화에 대한 대책의 양립을 도모하기 위해, 제2 물질로서 용해 억지재와 산 발생재를 선택하고, 본 실시예와 마찬가지의 방법으로, 레지스트막 표면에 용해 억지재 및 산 발생재가 보다 많이 포함되는 레지스트막을 형성해도 된다. 여기서 이용하는 산 발생재에 대해서도, 입수 가능한 재료에 대하여 첨가하는 막 두께 폭, 첨가량에 대하여 실험을 거듭 행하여, 재료의 선정과, 첨가하는 막 두께 폭, 첨가량의 최적화를 행하면 된다. 이 경우에도 산 발생재와 용해 억지재를 용제에 용해시킨 용액의 분무량을 시간이 지남에 따라 증가시키는 것이 바람직하다.
본 기술의 적용 대상이 되는 레지스트에는 KrF, ArF, F2 레이저(에너지선) 등 Deep-UV 및 진공 자외광에 대하여 감광성을 갖는 화학 증폭형 레지스트, 고가속 및 저가속 전자선(에너지선)에 감광성을 갖는 화학 증폭형 레지스트, 이온 빔(에너지선)에 대하여 감광성을 갖는 화학 증폭형 레지스트 등이 있다.
또한, 제2 물질을 용제에 용해시키지 않고, 제2 물질을 산포하여, 상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 제2 물질을 공급해도 된다.
또한, 막 두께 방향의 조성을 변화시키는 목표를, 제1 물질과 제2 물질이 동일한 조성인 것을 이용하여 달성할 수 있는 경우, 제1 물질과 제2 물질이 동일한 조성인 것을 이용하여도 된다.
(제7 실시예)
반도체 장치에 이용되는 층간 절연막으로서, 유전율이 SiO2막보다 낮은 SiOC 조성막을 이용하는 것이 제안되어 있다. SiOC 조성막은, 치밀하지 않기 때문에 표면에 형성되는 배선 등의 재료가 확산되기 쉽다. 따라서, SiOC 조성막의 표면에 치밀한 막, 예를 들면 SiO2막을 형성하여, 재료의 확산을 방지하는 것이 행해지고 있다.
종래, SiOC 조성막과 SiO2막을 별개로 형성해야만 하므로, 공정 수가 증가되었다. 본 실시예에서는, SiOC 조성막과 SiO2막을 연속적으로 형성하여, 공정 수의 감소를 도모할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 46의 (a)∼도 46의 (c)는 본 발명의 제7 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도이다.
우선, 도 46의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(401) 상에, SiO2 : SiOCH3=1 : r1의 비율로 혼합한 제1 물질을 용제에 용해시킨 용액(고형분 10%)으로 이루어지는 액막(402)을 형성한다. 액막(402)의 형성은, 제1 실시예에서 설명한 형성 방법과 마찬가지의 방법을 이용하여 행한다. 또한, 기판(401)은, 반도체 기판을 포함하며, 반도체 장치의 제조 공정 도중에 있는 것이다.
계속해서, 액막(402)이 형성된 기판(401)을 감압 챔버 중에 저장한다. 액막(402)에 포함되는 용제의 증기압과 거의 동일한 압력의 감압 하에 액막을 노출시켜, 액막 내의 용제의 제거를 천천히 행한다. 470㎚의 단색광을 액막 표면에 수직으로 조사하고, 그 반사광 강도 변화를 모니터하여, 용제의 제거 과정을 검출한다.
액막(402)의 형성 시, 그 두께는 대략 10㎛이었다(고형분 10%). 도 46의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(401) 표면으로부터 액막(402a) 상면의 높이가 1.5㎛로 된 단계에서, SiO2 : SiOCH3=1 : r2(r1>r2)의 비율로 혼합한 제2 물질을 용제에 용해시킨 제2 용액(제2 물질 용액)(403)의 감압 챔버 내로의 도입을 개시한다. 부호 411은 SiOC 조성막이다.
제2 용액(403)의 공급은, 감압 챔버 내의 압력을 유지한 상태에서 행한다. 제2 용액(403)은 감압 챔버 내에서 미스트로 되어 액막(402a) 표면에 쏟아지는 것이 확인되었다. 제2 용액(403)의 공급 개시 시 동안에 대하여, 비율 r2를 서서히 0으로 작게 하여, SiOCH3의 공급량을 변화시킨다. 그리고, 비율 r2가 0으로 된 단계에서, 감압 챔버 내의 압력을 내림과 함께, SiO2만을 포함하는 제2 용액(403)을 감압 챔버 내에 도입한다. 30초 경과한 후, 제2 용액(403)의 도입을 정지한다.
도입 정지 후 1분간 감압 상태를 유지하고, 용제의 제거를 행하여, 도 46의 (c)에 도시한 바와 같이, SiOC 조성막(고형막)(410)을 형성한다. SiOC 조성막(410)이 형성된 후, 감압 챔버를 열어 기판(401)을 추출한다. 최종적으로 형성된 SiOC 조성막(410)의 두께는 1.2㎛이었다.
얻어진 SiOC 조성막(410) 내의 Si에 대한 산소 및 탄소의 막 두께 방향의 분포를 분석에 의해 구한 결과를 도 47에 도시한다. 도 47에 도시한 바와 같이, 저면으로부터 0.8㎛까지의 상층막(411)에서는, O/Si=1.8, C/Si=0.2의 조성이 균일한 층이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 0.8㎛로부터 1.1㎛ 사이의 중간층막(412)에서는, O의 비율이 서서히 커지고, C의 비율이 서서히 감소하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 중간층막(412) 상의 0.1㎛의 막 두께의 상층막(413)에서는, C의 존재는 나타나지 않고, SiO2 조성의 막이 형성되어 있는 것이 확인되었다.
상술한 바와 같이, 감압 용제 제거 과정에서, SiO2를 용해시킨 용액을, 고화의 도중에 있는 액막에 공급함으로써, 저유전율의 층간 절연층(0∼1.1㎛)(411, 412)과 상층막(1.1∼1.2㎛)(413)을 간편하게 얻을 수 있다.
여기서, 최종적으로 형성하고자 하는 막은 SiO2막이기 때문에, SiO2만을 용해시킨 용액을 액막에 공급하면 된다. 그러나, 상술한 바와 같이, SiOCH3의 공급량을 서서히 작게 하여, 최종적으로 SiO2만을 액막에 공급하고 있다. SiOCH3의 공급량을 서서히 작게 하고 있는 이유를 이하에 설명한다. SiO2는 친수성이며, SiOCH3은 친수성과 소수성의 중간의 성질을 갖는다. 액막은, 용제 중에 SiO2와 SiOCH3이 용해되어 있다. 이 상태의 액막 상에 SiO2만을 용해시킨 용액을 미스트상으로 공급하면, 액막과 용액의 성질이 서로 달라, SiO2를 용해하고 있는 용액이 응집한다. 따라서, SiO2를 포함하는 용액의 응집을 억제하기 위해, SiOCH3의 공급량을 서서히 작게 하여, 서서히 용액의 성질을 변화시킨다.
또한, 액막에 제2 용액을 액막 상에 공급해도, 제2 용액에 포함되는 재료가 응집하지 않는 경우에는, 서서히 혼합비를 변화시킬 필요는 없다.
또한, 막 두께 방향으로 조성비가 상이한 막의 형성은 상기 물질 이외의 것을 이용해도 제작 가능하다. 조성비를 알고 있는 물질이면, 어떠한 재료로 구성된 막의 형성에도 적용할 수 있다.
또한, 제2 용액의 공급 타이밍은, 원하는 유전율이 얻어지도록 조정하면 된다. 실제의 공급 타이밍이나, 액막 및 제2 용액에 포함되는 재료의 결정은, 액막에 포함되는 재료의 조성비, 액막 내의 고형분의 농도, 감압 조건, 제2 용액에 포함되는 재료의 조성비, 제2 용액 내의 고형분 농도, 챔버에의 공급 속도, 공급 시간 등을 파라미터로 하여 복수의 성막을 행한다. 그리고, 형성된 막에 대하여, 원소 분석에 의한 막 두께 방향의 조성 해석이나 유전율 측정 등을 행하여, 원하는 막 조건이 되도록 각 파라미터를 결정하면 된다.
또한, 상기 방법은 SiOC 조성막 형성에 한정되는 것이 아니며, 전극 형성, 배선 형성에 대해서도 응용할 수 있다. 그 경우는 제1 물질에 전극 재료, 배선 재료를 각각 이용하면 되고, 제2 물질에 제1 물질이 확산되지 않는 목적의 확산 억제 재료를 이용하면 된다. 재료의 결정이나, 제2 물질의 공급 타이밍 등은 상술한 층간막 형성과 마찬가지로, 제1 물질의 조성비와 용제에 용해했을 때의 농도와 용제, 감압 조건, 제2 물질의 조성비와 용제에 용해시켰을 때의 농도와 용제, 챔버로의 공급 속도, 공급 시간 등을 파라미터로 하여 성막을 행한다. 그리고, 형성된 막에 대하여, 원소 분석에 의한 막 두께 방향의 조성 해석이나 유전율 측정, 저항값 측정 등을 행하여, 원하는 막 조건이 되도록 각 파라미터를 결정하면 된다.
(제8 실시예)
본 발명은 도포형 실리카 유리막을 이용하여, 그 표면에 광 산 발생재의 분포를 갖는 막의 형성법에 관한 것이다.
특허 제2842909호 공보의 과제로 되어 있는 바와 같이, 종래의 실리카 유리막을 이용하면, 노광 시에 화학 증폭형 레지스트에서 발생한 산이 실리카 유리막으로 확산되어, 개구 불량 등의 문제가 발생하였다.
특허 제2842909호 공보에서는, 실리카 유리막의 표면에 산성 물질을 도입함으로써, 개구 불량을 방지할 수 있는 것이 기재되어 있다.
본 실시예에서는, 상술한 방법을 이용한, 표면에 산성 물질을 포함하는 실리카 유리막(이산화 규소 화합물)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 48의 (a)∼도 48의 (e)는 본 발명의 제8 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도이다.
우선, 도 48의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(501) 상에 SiO2 : SiOCH3=1: a1의 비율로 혼합한 제1 물질을 용제에 용해시킨 제1 용액으로 이루어지는 액막(502)을 형성한다. 액막의 형성 방법은, 제1 실시예에서 설명한 방법과 마찬가지의 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 액막(502) 내의 고형분은 3%이고, 액막 형성 시의 두께는 대략 10㎛이다. 또한, 기판(501)은 반도체 기판을 포함하며, 반도체 장치의 제조 공정 도중에 있는 것이다.
계속해서, 액막(502)이 형성된 기판(501)을 감압 챔버 내에 넣고, 액막(502)에 포함되는 용제의 증기압과 거의 같은 압력의 감압 하에 노출시켜, 액막(502) 내의 용제의 제거를 천천히 행한다. 470㎚의 단색광을 액막(502) 표면에 수직으로 조사하여, 그 반사광 강도 변화로부터, 용제의 제거 과정을 모니터한다.
도 48의 (b)에 도시한 바와 같이, 액막(502a) 표면의 높이가 0.4㎛로 된 단계에서, 감압 챔버 내의 압력을 유지한 상태 그대로, 술폰산염 등의 광 산 발생재를 용제에 용해시킨 제2 용액(503)의 감압 챔버 내로의 도입을 개시한다. 제2 용액(503)은 감압 챔버 내에서 미스트로 되어 액막(502a) 표면에 쏟아지는 것이 확인되었다. 30초가 지난 단계에서 감압 챔버를 열고 기판을 추출하였다. 또한, 부호 511은 용제가 제거되어, SiO2와 SiOCH3으로 이루어지는 하층막이다.
도 48의 (c)에 도시한 바와 같이, 용제가 제거되어 형성된 실리카 유리막(510)의 두께는 0.3㎛이었다. 물리 화학 분석 결과, 막 표면으로부터 20㎚의 범위의 상층막(512)에는 산 발생재가 포함되어 있는 것이 확인되었다.
계속해서, 도 48의 (d)에 도시한 바와 같이, 실리카 유리막(510) 상에, 화학 증폭형 레지스트막(520)을 형성한다. 화학 증폭형 레지스트막(520)에 대하여, 노광 전 베이크, 냉각을 순차적으로 행한 후, 화학 증폭형 레지스트막(520)에 대하여 소정 패턴의 노광을 행한다. 노광 후, 노광 후 베이크, 냉각을 행한다.
계속해서, 도 48의 (e)에 도시한 바와 같이, 화학 증폭형 레지스트막(520)의 현상을 행하여, 레지스트 패턴(521)을 형성한다.
본 실시예에 따라 제작한 실리카 유리막(510)은, 표면의 상층막(512)에 광 산 발생재가 분포되어 있기 때문에, 상술한 문제를 해결할 수 있으며, 이 위에 화학 증폭형 레지스트를 도포·노광 현상하여 제작한 디바이스 패턴 형성에서도 개구 불량이 없는, 치수 균일성이 우수한 레지스트 프로세스를 행할 수 있다.
특허2842909호와 비교하여 본 발명이 우수한 점은, 화학 증폭형 레지스트막마다 용이하게 기초의 실리카 유리의 산 발생량을 조정할 수 있는 것이다. 이에 의해 종래 화학 증폭형 레지스트막에 의해서는, 동일한 광 산 발생재가 도입된 실리카 유리를 이용한 경우에 산 부족에 의해 약간의 개구 불량이 발생하거나, 패턴 하부가 산 과잉 때문에 가늘게 되어 쓰러지는 문제를 해소할 수 있다.
또한, 본 실시예에서의 광 산 발생재가 포함되는 영역의 두께와 양에 대해서는, 실제로 제작한 막 위에 화학 증폭형 레지스트를 도포하고, 노광·현상을 행하여 형성된 패턴의 형상이나 치수 계측, 결함 검사 등을 행하여 최적화하면 된다.
(제9 실시예)
본 실시예에 따른 고형막 형성 방법을 도 49의 (a)∼도 49의 (c)의 공정 단면도를 이용하여 설명한다. 도 49의 (a)∼도 49의 (c)는, 본 발명의 제9 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도이다.
우선, 도 49의 (a)에 도시한 바와 같이, 1㎛의 단차를 갖고, 볼록부와 오목부의 면적비가 1 : 1인 기판(601) 상에, 레지스트 용액으로 이루어지는 액막(602)을 형성한다. 액막(602)의 형성 시, 액막(602)의 두께 h가 10.5㎛보다 커지도록 액막을 형성한다. 본 실시예에서는, 액막(602)의 평균 높이가 15㎛로 되도록 형성하였다.
액막(602)은, 제6 실시예에서 설명한 도 42에 도시한 바와 같은 액막 형성 장치를 이용하여 형성한다. 구체적인 조건은, 스테이지 상에 고정된 기판 상에서, 용액 토출 노즐(φ40㎛)을 노즐 구동부에 의해 y 방향으로 속도 1m/s로 왕복 운동시킨다. 용액 토출 노즐이 기판 상의 밖에 위치할 때에, 스테이지 구동부에 의해 x 방향으로 스테이지를 0.3㎜ 피치로 순차적으로 이동시키고, 레지스트 용액(고형분량 3.0%)을 선형으로 적하하여, 액막(602)을 형성한다.
또한, 액막(602)의 두께의 조정은, 용액 내의 고형분량, 상기 기판과 상기 토출 노즐과의 상대 이동 피치, 상대 이동 속도, 용액의 토출량 중 어느 하나를 제어함으로써 행한다.
계속해서, 도 49의 (b)에 도시한 바와 같이, 용제의 분위기로 채워진 처리 용기 내에, 표면에 액막(602)이 형성되어 있는 기판(601)을 60초간 밀봉하여, 액막(602) 표면을 레벨링(평탄화)한다.
계속해서, 도 49의 (c)에 도시한 바와 같이, 액막(602) 내의 용제를 제거하고, 액막(602)에 포함되는 고형분으로 이루어지는 레지스트막(603)을 형성한다. 액막(602) 내의 용제의 제거의 일례를 이하에 설명한다. 기판을 도 50에 도시한 바와 같은 적외선 조사부를 구비한 감압 건조 처리부에 저장하고, -13332.2Pa/sec(100Torr/sec)의 감압 속도로 처리 용기 내의 배기를 행한다. 처리 용기(411) 내의 압력이 액막 내의 용제의 증기압인 266.644Pa(2Torr)에 도달한 시점에서, 적외선 조사부(612)로부터 적외선을 기판(601) 상의 액막(602)에 조사한다. 또한, 적외선 파장은, 사용하는 도포액의 용제가 흡수하는 파장을 포함하는 2.5∼3.0㎛로 하였다. 적외선은 처리 용기(611) 밖으로부터 석영창(613)을 통해 기판 전면에 조사된다. 감압 효과와 적외선에 의한 가열에 의해, 액막(602) 내의 용제가 급속하게 기화되어, 기판(401) 상에 용액 내에 포함되어 있는 고형분으로 구성된 레지스트막(603)이 2초에 형성된다.
이상의 공정에서 형성한 1.0㎛의 단차를 갖는 기판 상의 도포막의 막 두께 분포를 도 51의 (a)에 도시한다. 도 51의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(601)의 오목부에 형성된 레지스트막(603)의 두께는 0.465㎛, 볼록부에 형성된 레지스트막(603)의 두께는 0.435㎛이었다. 평균 막 두께 0.450㎛에 대하여, 오목부와 볼록부 상에 형성된 도포막의 두께의 차는 약 7%로 기판 표면을 따라 균일성이 양호한 도포막이 형성되었다.
상기 성막 방법과는 다른 액막의 막 두께가 상이한 2개 시료를 형성하여, 본 실시예에서 설명한 방법으로 형성된 레지스트막과의 비교를 행하였다. 단, 2개의 시료에 형성되는 레지스트막의 오목부의 막 두께와 볼록부의 막 두께의 평균값이, 상술한 방법으로 형성된 레지스트막과 동일한 0.450㎛로 되도록, 용액 내의 고형분량을 변화시켰다.
시료 B: 액막의 평균 높이가 7㎛가 되도록, 고형분량이 6.4%인 레지스트 용액을 이용하여 형성.
시료 C: 액막의 평균 높이가 5㎛가 되도록, 고형분량이 9%인 레지스트 용액으로 액막을 이용하여 형성.
각각의 시료 B, C에서의 도포막의 막 두께 분포를 각각 도 51의 (b), 도 51의 (c)에 도시한다. 시료 B의 경우, 레지스트막(603')의 오목부의 막 두께는 0.48㎛, 레지스트막(603')의 볼록부의 막 두께는 0.416㎛이었다. 평균 막 두께 0.45㎛에 대한 막 두께차는 약 14%로 열화되어 있다. 시료 C의 경우, 레지스트막(603")의 오목부의 막 두께는 0.495㎛, 레지스트막(603")의 볼록부의 막 두께는 0.405㎛이었다. 평균 막 두께 0.45㎛에 대한 막 두께차는 약 20%로 크게 열화되어 있다.
이상의 결과를 도 52의 그래프에 도시한다. 도 52에 도시한 바와 같이, 이상에 의해 요철 기판 상에 도포막을 요철을 따라 균일(10% 이내의 막 두께차)하게 형성할 수 있었던 것은 본 방법을 이용한 시료뿐이다. 또한, 도 52에서, 본 실시예에서 설명한 방법으로 형성된 것을 시료 A로서 표시하고 있다.
다음으로 본 발명의 효과에 대하여 설명한다.
상술한 도포법으로, 오목부와 볼록부의 비율이 1 : 1인 단차를 갖는 기판 상에 액막을 형성한 후, 성막의 유동성에 의해 액막이 볼록부로부터 오목부로 유동하여 평탄화된다. 따라서, 레벨링 공정 후에는 요철부에서 액막 표면에는 단차가 없는 상태로 된다(도 49의 (b)). 따라서, 이 상태에서의 액막으로부터 용제를 급속하게 기화시킨 경우, 오목부, 볼록부에 형성되는 고형분의 단위 면적에서의 고층막 두께는 각각 이하의 수학식 12, 13으로 표시된다.
h: 평균 액막 두께
d: 단차 높이
p: 고형분량(비율)
cL: 액막의 밀도
cS: 고형막 내의 고형분의 밀도
오목부와 볼록부의 막 두께의 차가 10%로 되는 조건은, 수학식 14로 표시된다.
따라서, 요철부의 막 두께차를 10% 이내로 하기 위해서는, 수학식 14를 풀어 얻어지는 수학식 15의 조건을 충족시킬 필요가 있다.
수학식 15에 도시한 바와 같이, 평균 액막 두께를 단차 높이의 10.5배보다 크게 할 필요가 있다.
상술한 방법에서는, 그 관계를 만족시키고 있기 때문에 막 두께차를 소정의 범위 내로 할 수 있으며, 단차에 따라 막 두께가 대략 균일한 막을 얻을 수 있다. 또한, 수학식 15에 기술되어 있는 파라미터는, 선반의 높이와 액 두께만이고, 액막 내의 고형분량이나 밀도에는 의존하지 않는다.
전체 면적에 대한 볼록부의 면적 비율이 a(1>a>0), 전체 면적에 대한 오목부의 면적 비율이 1-a인 요철의 경우에 대하여 설명한다. 레벨링한 상태에서의, 오목부에서의 막 두께 hl과 볼록부에서의 막 두께 hu는 각각 이하와 같다.
hl=h+ad
hu=h+(a-1)d
따라서, 레벨링 상태에서의 액막으로부터 용제를 급속하게 기화한 경우, 오목부, 볼록부에 형성되는 고형분의 단위 면적에서의 고층막 두께는 각각 이하의 수학식 16, 17로 표시된다.
오목부와 볼록부의 막 두께의 차가 10%로 되는 조건은, 수학식 18로 표시된다.
따라서, 요철부의 막 두께의 차를 10% 이내로 하기 위해서는, 수학식 18을 풀어 얻어지는 수학식 8의 조건을 만족시킬 필요가 있다.
수학식 19에 도시한 바와 같이, 볼록부의 비율이 a인 요철 기판의 경우, 단차 높이 d의 (11-a)배보다 크게 할 필요가 있다.
한편, 고형분량 1.8%의 레지스트를 이용하여, 용제 건조 후 고형분의 막 두께가 0.450㎛가 되도록, 액막의 오목부와 볼록부의 평균 두께를 25㎛로 한 경우, 수학식 15의 관계를 만족시키기 때문에, 오목부의 막 두께는 0.459㎛, 볼록부는 0.441㎛로 되며, 막 두께차는 4%로 본 발명에 비해 고정밀도로 성막된다.
그러나, 도 53에 도시한 바와 같이, 기판(601) 전면에서 막 두께 분포를 본 경우, 도포 개시부와 종료부에서의 기판 주연부 영역에서, 레지스트막(623)의 막 두께가 대폭 변동되어, 막 두께 균일성은 대폭 열화되는 것이 확인되었다. 이러한 막 두께 변동은, 상술한 평균 액막 두께 15㎛로 형성한 경우에는 나타나지 않았다.
막 두께 변동이 발생하는 이유는, 본 발명자들이 특개2001-168021호 공보에 개시한 바와 같이, 액 두께가 기판으로 지지할 수 있는 이상의 두께로 되면, 중력에 의한 유동을 일으키기 때문이다. 도 54에 엣지부에서의 유동성의 액 두께 의존성을 도시한다. 20㎛을 초과하면 급격하게 유동성이 증가하는 것을 알 수 있다. 도 55에 기판 전면에서의 볼록부의 막 두께 균일성의 액 두께 의존성을 도시한다. 도면에는 액 두께 22㎛로 작성한 경우의 것도 더불어 도시하였다. 도 54, 도 55로부터, 막 두께 균일성과 유동성에는 상관이 있으며, 20㎛를 경계로 하여 급격하게 막 두께 균일성이 열화되는 것을 알 수 있었다. 이상으로부터, 본 발명에서도 요철 기판 전면에 걸쳐 균일한 도포막을 얻기 위해서는, 수학식 19를 만족시킴과 동시에, 액막 두께를 20㎛보다 얇게 하는 것이 바람직하다.
이상, 본 실시예에 도시한 성막 방법은, 다양한 조건 변경이 가능하다. 액막 형성 방법은, 상기한 바와 같은 도포법이나 나선 도포법에 한정되는 것은 아니다. 또한, 특개평2-220428호 공보, 특개평6-151295호 공보, 특개평7-321001호 공보, 특개2001-310155호 공보, 특개평11-243043호 공보 등과 같이 용액을 적하, 분무하여 형성하는 것이나, 메니스커스 현상을 이용하여 형성하는 방법 등, 다양한 방법으로 형성된 액막에 대하여 적용할 수 있다.
또한, 건조법으로서는 본 발명에 한정되는 것이 아니며, 예를 들면, 직접 열판으로 가열 건조하는 베이크법, 기류 건조 등을 이용해도 된다. 그 밖에, 본 발명의 주지에 반하지 않는 한 조건의 변경은 가능하다.
또한, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에는 다양한 단계의 발명이 포함되어 있으며, 개시되는 복수의 구성 요건에서의 적당한 조합에 의해 다양한 발명이 추출될 수 있다. 예를 들면, 실시예에 도시되는 모든 구성 요건으로부터 몇 개의 구성 요건이 삭제되어도, 발명이 해결하고자 하는 과제란에서 진술한 과제를 해결할 수 있고, 발명의 효과란에 진술되어 있는 효과가 얻어지는 경우에는, 이 구성 요건이 삭제된 구성이 발명으로서 추출될 수 있다.
당 분야의 업자라면 부가적인 장점 및 변경들을 용이하게 생성할 수 있다. 따라서, 광의의 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 예시되고 기술된 상세한 설명 및 대표 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 첨부된 청구 범위들 및 그 등가물들에 의해 정의된 바와 같은 일반적인 발명적 개념의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 기판 표면을 따라 막 두께가 균일한 막을 형성할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 액막 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 2의 (a)∼도 2의 (d)는 제1 실시예에 따른 성막 공정을 도시하는 단면도.
도 3은 용액 토출 노즐의 토출구와 기판과의 거리를 구하는 데 이용된 관찰계를 도시하는 개념을 나타내는 도면.
도 4는 용액의 토출 속도와 액적 상태로 되는 토출구로부터의 거리 Hp와의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 토출구로부터 토출된 용액의 확대가 안정되는 영역 D의 정의를 설명하는 도면.
도 6은 용액 토출 노즐의 토출구를 단면을 확대하여 도시하는 도면.
도 7은 용액 토출 노즐의 토출구-기판간 거리 h에 대한 웨이퍼면 내의 막 두께 분포(범위%)의 관계를 도시하는 도면.
도 8은 토출구-기판간 거리 h에 대한 웨이퍼 1장당의 파티클수의 관계를 도시하는 도면.
도 9는 용액의 토출 속도 q를 산출하는 방법의 설명에 이용하는 도면.
도 10은 종래의 PID 제어로 액막을 형성한 경우의, 적하 위치에 대한 액막 두께(공급량)를 도시하는 도면.
도 11은 제2 실시예에 따른 제어 방법으로 액막을 형성한 경우의, 적하 위치에 대한 액막 두께(공급량)를 도시하는 도면.
도 12는 종래 및 본 실시예에 따른 제어 방법으로 형성된 액막 내의 용제를 제거하여 얻어진 고형막의 적하 위치에 대한 막을 도시하는 도면.
도 13의 (a), 도 13의 (b)는 제3 실시예에 따른 액막 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 14는 용액 토출 노즐의 궤적에 대한 셔터 위치를 도시하는 도면.
도 15의 (a), 도15의 (b)는 셔터에서 발생하는 도포 영역의 오차를 도시하는 도면.
도 16은 종래의 셔터 위치에 의해 형성된 액막의 엣지 프로파일을 도시하는 도면.
도 17은 본 실시예에 따른 셔터 위치에 의해 형성된 액막의 엣지 프로파일을 도시하는 도면.
도 18의 (a), 도 18의 (b)는 기판 회전 시에 액막 엣지에 가해지는 힘의 설명에 이용하는 도면.
도 19의 (a), 도 19의 (b)는 제3 실시예에 따른 액막 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 20의 (a), 도 20의 (b)는 제4 실시예에 따른, 도 1의 도포 장치를 이용하여 액막을 작성할 때의 도포 개시·종료부에서, 제2 열의 도포 시에서의 제1 열에서 도포된 액선의 확대 상태와, 최종적으로 얻어지는 액막에서의 단위 액막의 경계를 모식적으로 도시하는 도면.
도 21의 (a), 도 21의 (b)는 제4 실시예에 따른, 도 1의 도포 장치를 이용하여 액막을 작성할 때의 기판 중심 근방에서, 제2 열의 도포 시에서의 제1 열에서 도포된 액선의 확대 상태와, 최종적으로 얻어지는 액막에서의 단위 도포막의 경계를 모식적으로 도시하는 도면.
도 22는 종래와 제4 실시예에서 형성한 행 방향의 상대 막 두께를 도시하는 도면.
도 23은 제5 실시예에 관한 것으로, 기판 상의 액막을 처리하는 장치를 도시하는 개략도.
도 24는 제5 실시예에 따른 온도 제어 플레이트의 개략적인 구성을 도시하는 평면도.
도 25는 제5 실시예에서, 기판 상의 액막의 처리 방법에 관계되는 도면.
도 26의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 26의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리에서의, 챔버 내에 공급되는 가스 내의 용제 농도의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 26의 (c)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리에서의, 중앙 플레이트 및 주연부 플레이트의 온도 변화를 도시하는 도면.
도 27의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 27의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 챔버 내의 압력의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 27의 (c)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 중앙 플레이트 및 주연부 플레이트의 온도 변화를 도시하는 도면.
도 28의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 28의 (b)는 종래의 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 28의 (c)는 종래의 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면.
도 29의 (a), 도 29의 (b)는 제5 실시예의 효과를 도시하는 도면.
도 30은 제5 실시예의 변경예에 관한 것으로, 기판 상의 액막을 처리하는 장치를 도시하는 개략도.
도 31의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 31의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리에서의, 챔버 내에 공급되는 가스 내의 용제의 농도의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 31의 (c)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리에서의, 중앙 플레이트 및 주연부 플레이트의 온도 변화를 도시하는 도면.
도 32는 제5 실시예의 변형예에 관한 것으로, 기판 상의 액막을 처리하는 장치를 도시하는 개략도.
도 33의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 33의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 챔버 내에 공급되는 N2 가스의 유량의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 33의 (c)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에의, 중앙 플레이트 및 주연부 플레이트의 온도 변화를 도시하는 도면.
도 34의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 34의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 챔버 내에 공급되는 N2 가스의 유량의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 34의 (c)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 중앙 플레이트 및 주연부 플레이트의 온도 변화를 도시하는 도면.
도 35는 제5 실시예의 변형예에 관한 것으로, 기판 상의 액막을 처리하는 장치를 도시하는 개략도.
도 36은 제5 실시예의 변형예에 관한 것으로, 기판 상의 액막을 처리하는 장치를 나타내는 개략 도면이다.
도 37의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 37의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 챔버 내의 압력의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 37의 (c)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판의 회전수의 변화를 도시하는 도면.
도 38의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 38의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 챔버 내에 공급되는 N2 가스의 유량의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 38의 (c)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판의 회전수의 변화를 도시하는 도면.
도 39의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 39의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 챔버 내에 공급되는 N2 가스의 유량의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 39의 (c)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판의 회전수의 변화를 도시하는 도면.
도 40의 (a)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판 상의 액막의 각 위치의 막 두께의 시간 변화를 도시하는 도면, 도 40의 (b)는 제5 실시예에 따른 레벨링 처리 및 건조 처리에서의, 기판의 회전수의 변화를 도시하는 도면.
도 41의 (a)∼도 41의 (e)는 제6 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도.
도 42는 제6 실시예에 따른 액막 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 43은 도 42에 도시하는 액막 형성 장치를 이용한 액막의 형성 과정을 도시하는 도면.
도 44는 종래의 방법으로 형성한 레지스트막으로부터 제작한 레지스트 패턴의 형상을 도시하는 도면.
도 45는 표면에 가까울수록 용해 억지재 농도가 높은 프로파일을 갖는 레지스트막을 이용하여 작성한 레지스트 패턴의 형상을 도시하는 단면도.
도 46의 (a)∼도 46의 (c)는 제7 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도.
도 47은 층간 절연막 내의 Si에 대한 산소 및 탄소의 막 두께 방향의 분포를 도시하는 도면.
도 48의 (a)∼도 48의 (e)는 제8 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도.
도 49의 (a)∼도 49의 (c)는 제9 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 도시하는 공정 단면도.
도 50은 제9 실시예에 따른 감압 건조 처리부의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 51의 (a)∼도 51의 (c)는 단차를 갖는 기판 상에 형성된 레지스트막의 막 두께 분포를 도시하는 단면도.
도 52는 평균 막 두께에 대한 막 두께차의 비율을 나타내는 그래프를 도시하는 도면.
도 53은 제9 실시예에 따른 기판 상에 형성된 레지스트막의 막 두께 분포를 도시하는 단면도.
도 54는 엣지부에서의 유동성의 액 두께 의존성을 도시하는 특성도.
도 55는 기판 전면에서의 볼록부의 막 두께 균일성의 액 두께 의존성을 도시하는 특성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 기판
12 : 용액 토출 노즐
13 : 용액 공급 펌프
14 : 용액
16 : 액막
17 : 고형막
21 : 레이저 광원
22 : 관찰용 비디오 카메라

Claims (50)

  1. 노즐과 기판을 상대적으로 이동시키면서, 노즐에 설치된 토출구로부터 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 상기 기판 상에 공급된 용액을 머물게 하여, 상기 기판 상에 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
    상기 노즐의 토출구와 상기 기판과의 거리 h가 2㎜ 이상, 또한 Aq/γ(㎜) 미만으로 설정되어 있으며,
    q(m/sec)는 상기 토출구로부터 연속적으로 토출되는 용액의 토출 속도,
    γ(N/m)는 상기 용액의 표면 장력,
    A(N·sec/m)는 5×10-5 인 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐과 상기 기판의 상대적인 이동은, 상기 노즐이 상기 기판의 일단으로부터 상기 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 기판 내 또는 기판 밖에서의 행 방향의 이동의 조합인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐과 상기 기판의 상대적인 이동은, 상기 노즐이 상기 기판의 대략 중심부로부터 외주부를 향하거나, 또는 외주부로부터 대략 중심을 향하는 나선 형상의 이동인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액막의 표면을 상기 용액의 유동성에 의해 평탄화하고,
    상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 용질로 이루어지는 고형막을 형성하는 것을 더 포함하는 성막 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 회전시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 감압 하에 노출시키거나, 또는 상기 액막을 가열하는 성막 방법.
  7. 성막 방법에 있어서,
    기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액의 표면 장력 γ(N/m)을 등록하고,
    노즐의 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출되는 용액의 토출 속도 q(m/sec)와, 상기 용액의 표면 장력 γ(N/m)와, 상수 5×10-5(N·sec/m)로부터, 2㎜ 이상 5×10-5q/γ(㎜) 미만으로 되는 상기 노즐의 토출구와 상기 기판과의 거리 h를 산출하며,
    상기 노즐의 토출구와 상기 기판과의 거리가 산출된 거리 h의 상태에서, 상기 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시키면서, 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을, 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 상기 기판 상에 공급된 용액을 머물게 하여, 상기 기판 상에 액막을 형성하는 성막 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노즐과 상기 기판과의 상대적인 이동은, 상기 노즐이 상기 기판의 일단으로부터 상기 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 기판 내 또는 기판 밖에서의 행 방향의 이동으로 구성되며,
    원하는 평균 액막 두께가 df, 상기 노즐의 행 방향의 이동 피치 p, 상기 노즐의 토출구의 반경 r, 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도 v로부터, 상기 노즐의 토출구로부터 연속적으로 토출되는 용액의 토출 속도 q가,
    q=(df×p×v)/(πr2)
    으로서 정해지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 노즐과 상기 기판과의 상대적인 이동은, 상기 노즐이 상기 기판의 대략 중심로부터 외주부를 향하거나, 또는 외주부로부터 대략 중심으로 향하는 나선 형상의 이동이며,
    원하는 평균 액막 두께 df, 상기 노즐의 최외주에서의 상기 기판 1회전당의 직경 방향 이동 피치 p, 상기 노즐의 토출 구멍의 반경 r, 최외주에서의 상기 노즐의 상기 기판에 대한 상대적인 선속도 v로부터, 상기 노즐의 토출구로부터 연속적으로 토출되는 용액의 토출 속도 q가,
    q=(df×p×v)/(πr2)
    으로서 정해지는 성막 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 노즐의 토출구와 상기 기판과의 거리 h가 대략 (2+5×10-5q/γ)/2[㎜]가 되도록 정해지는 성막 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 액막의 표면을 상기 용액의 유동성에 의해 평탄화하고,
    상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 용질로 이루어지는 고형막을 형성하는 것을 더 포함하는 성막 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 회전시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 감압 하에 노출시키거나, 또는 상기 액막을 가열하는 성막 방법.
  14. 노즐이 기판의 일단으로부터 상기 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 기판 내 또는 기판 밖에서의 행 방향의 이동을 반복하여 상기 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시킴과 함께, 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 상기 기판 상에 토출된 용액을 머물게 하여 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
    제1 열 상을 이동하는 상기 노즐로부터 상기 기판 상에 용액을 토출할 때, 용액의 적하 위치에 대한 용액의 토출량의 원하는 값으로부터의 편차량을 구하고,
    제1 열에 인접하는 제2 열 상을 이동하는 상기 노즐로부터 상기 기판 상에 용액을 토출할 때, 제2 열 상의 임의의 위치에서의 토출량은, 제1 열 상의 인접하는 토출 위치에서 구해진 편차량을 보충하도록 제어되는 성막 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제2 열 상을 이동하는 상기 노즐로부터 상기 기판에 공급되는 용액의 토출량의 제어는, 상기 노즐의 이동 속도, 및 상기 노즐로부터의 용액의 토출 속도 중 적어도 한쪽을 제어하여 행해지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 액막의 표면을 상기 용액의 유동성에 의해 평탄화하고,
    상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 용질로 이루어지는 고형막을 형성하는 것을 더 포함하는 성막 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 회전시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 감압 하에 노출시키거나, 또는 상기 액막을 가열하는 성막 방법.
  19. 회전하는 기판 상에서, 상기 기판의 직경 방향으로 노즐을 이동시키면서, 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 상기 기판 상에 공급된 용액을 머물게 하여 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
    상기 노즐로부터 상기 기판 상에 용액을 공급할 때, 용액의 적하 위치에 대한 용액의 공급량의 원하는 값으로부터의 편차량을 구하고,
    노즐로부터 상기 기판의 제1 위치에 공급할 때, 제1 적하 위치에 대하여 상기 기판의 직경 방향에 인접하며, 사전에 용액이 적하되어 있는 제2 위치에서의 편차량을 보충하도록 제1 위치에 토출되는 용액의 공급량이 제어되는 성막 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    제1 위치에 공급되는 용액의 공급량의 제어는, 상기 노즐의 이동 속도, 상기 노즐로부터의 용액의 속도, 및 상기 기판의 회전수 중 적어도 하나를 제어하여 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 액막의 표면을 상기 용액의 유동성에 의해 평탄화하고,
    상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 용질로 이루어지는 고형막을 형성하는 것을 더 포함하는 성막 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 회전시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 감압 하에 노출시키거나, 또는 상기 액막을 가열하는 성막 방법.
  24. 노즐이 기판의 일단으로부터 상기 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 기판 내 또는 기판 밖에서의 행 방향의 이동을 조합하여 상기 노즐과 상기 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 연속적으로 토출하면서, 상기 기판 상에 토출된 용액을 머물게 하여, 상기 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
    상기 노즐이 열 방향으로 이동할 때, 상기 노즐로부터 상기 기판 상에 토출된 용액의 공급 시점과 공급 종점이, 각각 기판의 가장자리로부터 일정 폭 d를 둔 액막 엣지 형성 위치에 도달하도록, 상기 노즐로부터 상기 기판에 토출된 용액이 차단되는 성막 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 기판의 엣지를 따라, 상기 일정 폭 d만큼 두고 설정된 액막 엣지 형성 위치 상의 용액 공급의 시점 위치와 종점 위치에 대하여, 상기 노즐의 진행 방향 후방에 사전에 정해진 시프트량 s만큼 시프트시킨 위치에서 기판 상에 토출된 용액이 차단되는 성막 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 노즐의 이동 방향을 플러스 방향으로 했을 때, 상기 시프트량 s는 -vz/q
    (v는 노즐의 이동 속도, q는 노즐의 토출구로부터의 토출 속도, z는 기판을 기준으로 한 용액이 차단된 높이)
    인 성막 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 액막의 표면을 상기 용액의 유동성에 의해 평탄화하는 공정과,
    상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 용질로 이루어지는 고형막을 형성하는 것을 더 포함하는 성막 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 회전시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 감압 하에 노출시키거나, 또는 상기 액막을 가열하는 성막 방법.
  30. 노즐이 원형 기판의 일단으로부터 상기 원형 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 원형 기판의 엣지 근방에서의 행 방향의 이동을 조합하여 노즐과 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 원형 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 연속적으로 토출하고, 토출된 용액을 상기 기판 상에 머물게 하여, 개시 위치로부터 종료 위치에 걸쳐 상기 기판 상의 대략 전면에 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
    상기 개시 위치 근방에서의 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도가, 상기 기판의 중앙 위치에서의 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도보다 작게 설정되며,
    상기 종료 위치 근방에서의 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도가, 상기 기판의 중앙 위치에서의 상기 노즐의 열 방향의 이동 속도보다 크게 설정되어 있는 성막 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 액막의 표면을 상기 용액의 유동성에 의해 평탄화하고,
    상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 용질로 이루어지는 고형막을 형성하는 것을 더 포함하는 성막 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는 상기 기판을 회전시키면서 행하는 것을 특징으로 성막 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 감압 하에 노출시키거나, 또는 상기 액막을 가열하는 성막 방법.
  34. 노즐이 원형 기판의 일단으로부터 상기 원형 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 원형 기판의 엣지 근방에서의 행 방향의 이동을 조합하여 노즐과 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 상기 원형 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 연속적으로 토출하고, 토출된 용액을 상기 기판 상에 머물게 하여, 개시 위치로부터 종료 위치에 걸쳐 상기 기판 상의 대략 전면에 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
    상기 개시 위치 근방에서의 상기 노즐의 행 방향의 이동 거리가, 상기 원형 기판의 중앙 위치에서의 상기 노즐의 행 방향의 이동 거리보다 크고,
    상기 종료 위치 근방에서의 상기 노즐의 행 방향의 이동 거리는, 상기 기판의 중앙 위치에서의 상기 노즐의 행 방향의 이동 거리보다 작은 성막 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 액막의 표면을 상기 용액의 유동성에 의해 평탄화하고,
    상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 용질로 이루어지는 고형막을 형성하는 것을 더 포함하는 성막 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 회전시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 감압 하에 노출시키거나, 또는 상기 액막을 가열하는 성막 방법.
  38. 노즐이 원형 기판의 일단으로부터 상기 원형 기판 상을 거쳐 상기 기판의 타단을 관통하는 열 방향의 직선적인 이동과, 상기 원형 기판의 엣지 근방에서의 행 방향의 이동을 조합하여 노즐과 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 노즐에 설치된 토출구로부터 상기 기판에 대하여 상기 원형 기판 상에서 일정량 확대되도록 조정된 용액을 연속적으로 토출하고, 토출된 용액을 상기 기판 상에 머물게 하여, 개시 위치로부터 종료 위치에 걸쳐 상기 기판 상의 대략 전면에 액막을 형성하는 성막 방법으로서,
    상기 노즐의 행 방향의 이동을 사이에 둔, 상기 노즐의 열 방향의 이동에 의한 상기 기판으로의 용액 공급이 일시 중단되고 나서, 상기 노즐의 열 방향의 이동에 의한 상기 기판으로의 용액 공급이 재개되기까지의 시간 간격을 일정하게 하는 성막 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 기판으로 용액이 공급되어 있지 않은 상태에서, 상기 노즐의 열 방향 및 행 방향 중 적어도 한쪽의 이동의 가감속도를 제어하여, 상기 시간 간격을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 액막의 표면을 상기 용액의 유동성에 의해 평탄화하고,
    상기 액막 내의 용제를 제거하여, 상기 용질로 이루어지는 고형막을 형성하는 것을 더 포함하는 성막 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 회전시키면서 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 액막 내의 용제의 제거는, 상기 기판을 감압 하에 노출시키거나, 또는 상기 액막을 가열하는 성막 방법.
  43. 제40항에 있어서,
    상기 용기 내의 분위기, 또는 상기 기판의 온도가 변경된 복수의 조건으로 테스트 기판 상에 형성된 액막의 평탄화 처리를 행하는 공정과,
    상기 각 테스트 기판의 중심부 및 주연부에서의 상기 액막의 막 두께를 각각 측정하는 공정과,
    상기 중심부의 막 두께와 주연부의 막 두께와의 차가 적은 조건을 상기 평탄화 처리의 조건으로 설정하는 공정
    을 더 포함하는 성막 방법.
  44. 레지스트막의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서,
    기판 상에, 용제에 에너지선에 대하여 감광성을 갖는 재료를 포함하는 레지스트재를 포함하는 제1 물질을 용해시킨 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 공정과,
    상기 액막의 상기 기판측이 고화되어, 기판과 반대측에 용제가 남는 상태까지, 상기 액막으로부터 용제를 제거하는 공정과,
    상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 상기 레지스트막이 현상액에 용해되는 것을 억제하는 용해 억지재를 공급하는 공정과,
    상기 액막 내에 잔존하는 용제를 제거하여, 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트막 상에 선택적으로 에너지선을 조사하여, 상기 레지스트막 내에 선택적으로 잠상을 형성하는 공정과,
    상기 잠상이 형성된 레지스트막을 현상하여, 레지스트 패턴을 형성하는 공정
    을 포함하는 패턴 형성 방법.
  45. 레지스트막의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서,
    기판 상에, 용제에 에너지선에 반응하여 산 분자를 생성하는 산 발생재를 포함하는 레지스트재를 포함하는 제1 물질을 용해시킨 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 공정과,
    상기 액막의 상기 기판측이 고화되어, 기판과 반대측에 용제가 남는 상태까지, 상기 액막로부터 용제를 제거하는 공정과,
    상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 산 발생재를 공급하는 공정과,
    상기 액막 내에 잔존하는 용제를 제거하여, 화학 증폭형의 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트막 상에 선택적으로 에너지선을 조사하여, 상기 레지스트막 내에 선택적으로 잠상을 형성하는 공정과,
    상기 잠상이 형성된 레지스트막을 현상하여, 레지스트 패턴을 형성하는 공정
    을 포함하는 레지스트 패턴 형성 방법.
  46. 레지스트막의 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서,
    기판 상에, 용제에 산화 규소 화합물을 포함하는 제1 물질을 용해시킨 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 공정과,
    상기 액막의 상기 기판측이 고화되어, 기판과 반대측에 용제가 남는 상태까지, 상기 액막으로부터 용제를 제거하는 공정과,
    상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 에너지선에 반응하여 산 분자를 생성하는 산 발생재를 공급하는 공정과,
    상기 액막 내에 잔존하는 용제를 제거하여, 고형막을 형성하는 공정과,
    상기 고형막 상에 화학 증폭형 레지스트재로 이루어지는 화학 증폭형 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 화학 증폭형 레지스트막 상에 선택적으로 에너지선을 조사하여, 상기 레지스트막 내에 선택적으로 잠상을 형성하는 공정과,
    상기 선택적인 잠상이 형성된 레지스트막을 현상하여, 레지스트 패턴을 형성하는 공정
    을 포함하는 패턴 형성 방법.
  47. 반도체 기판 상에, 용제에 제1 물질을 용해시킨 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 공정과,
    상기 액막의 상기 기판측이 고화되어, 기판과 반대측에 용제가 남는 상태까지, 상기 액막으로부터 용제를 제거하는 공정과,
    상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 제2 물질을 공급하는 공정과,
    상기 액막 내에 잔존하는 용제를 제거하여, 고형막을 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  48. 반도체 기판 상에 레지스트막의 패턴을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 반도체 기판 상에, 용제에 에너지선에 대하여 감광성을 갖는 재료를 포함하는 레지스트재를 포함하는 제1 물질을 용해시킨 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 공정과,
    상기 액막의 상기 반도체 기판측이 고화되어, 반도체 기판과 반대측에 용제가 남는 상태까지, 상기 액막으로부터 용제를 제거하는 공정과,
    상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 상기 레지스트막이 현상액에 용해되는 것을 억제하는 용해 억지재를 공급하는 공정과,
    상기 액막 내에 잔존하는 용제를 제거하여, 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트막 상에 선택적으로 에너지선을 조사하여, 상기 레지스트막 내에 선택적으로 잠상을 형성하는 공정과,
    상기 잠상이 형성된 레지스트막을 현상하여, 레지스트 패턴을 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  49. 반도체 기판 상에 레지스트막의 패턴을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,
    반도체 기판 상에, 용제에 에너지선에 반응하여 산 분자를 생성하는 산 발생재를 포함하는 레지스트재를 포함하는 제1 물질을 용해시킨 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 공정과,
    상기 액막의 상기 반도체 기판측이 고화되어, 반도체 기판과 반대측에 용제가 남는 상태까지, 상기 액막으로부터 용제를 제거하는 공정과,
    상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 산 발생재를 공급하는 공정과,
    상기 액막 내에 잔존하는 용제를 제거하여, 화학 증폭형의 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트막 상에 선택적으로 에너지선을 조사하여, 상기 레지스트막 내에 선택적으로 잠상을 형성하는 공정과,
    상기 잠상이 형성된 레지스트막을 현상하여, 레지스트 패턴을 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  50. 반도체 기판 상에 레지스트막의 패턴을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,
    반도체 기판 상에, 용제에 산화 규소 화합물을 포함하는 제1 물질을 용해시킨 용액으로 이루어지는 액막을 형성하는 공정과,
    상기 액막의 상기 반도체 기판측이 고화되어, 반도체 기판과 반대측에 용제가 남는 상태까지, 상기 액막으로부터 용제를 제거하는 공정과,
    상기 액막의 표면층에 용제가 잔존하는 상태에서, 상기 액막에 에너지선에 반응하여 산 분자를 생성하는 산 발생재를 공급하는 공정과,
    상기 액막 내에 잔존하는 용제를 제거하여, 고형막을 형성하는 공정과,
    상기 고형막 상에 화학 증폭형 레지스트재로 이루어지는 화학 증폭형 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 화학 증폭형 레지스트막 상에 선택적으로 에너지선을 조사하여, 상기 레지스트막 내에 선택적으로 잠상을 형성하는 공정과,
    상기 선택적인 잠상이 형성된 레지스트막을 현상하여, 레지스트 패턴을 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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