JPH0248136B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は一般にボデーを薄い保護膜で被覆する
方法に関するものであり、さらに具体的に言え
ば、加工片表面に流動性材料の薄い均一なコーテ
イングを塗布する方法に関するものである。さら
に具体的に言うと、本発明によれば、加工片を逆
様にして被覆すべき表面を下向きにし、表面に流
そうとする材料のデポジツトに接触させる。接触
させた後、加工片を速く回転して、加工片の表面
全体に材料の層をもたらす。

Ｂ 開示の概要 フオトレジストを半導体ウエハに回転塗布する
のに好適な技術が開示される。ウエハは、フオト
レジストを塗布すべき表面が下向きになるように
逆様に保持され、その状態でウエハの下面をフオ
トレジストに接触させ、ウエハを回転させる。フ
オトレジストはウエハの下面に広がりフオトレジ
スト被覆を形成する。その後ウエハの回転速度を
高めると、薄く且つ均一な厚さのフオトレジスト
被覆が形成される。

Ｃ 従来技術 回転する基板に液体を配給して、有用なコーテ
イングを形成する技術はよく知られている。

米国特許第3695911号は、半導体材料のスピン
回転するスライスの表面にフオトレジストなどの
材料を塗布するための方法ならびに装置を教示し
ている。

米国特許第42677208号は、ビニル共重合体のプ
ールに浸し、プールから引き上げ、スピン回転さ
せて均一な保護コーテイングを作ることによる、
レンズのコーテイングを教示している。

米国特許第4378953号は、スピン回転する基板
にポリマーを配給して、基板上にポリマーの層を
作ることによる、薄膜の形成を教示している。

米国特許4451507号は、半導体材料を回転させ
ながら、ガラス・スラリーをらせん状ビードとし
てその上に配給することによつて、半導体材料の
表面にガラス・スラリーの均一な厚い膜を形成で
きることを教示している。

「IBM技術開示雑誌」第17巻第11号、1975年
４月（IBM Technical Disclosure Bulletin，
Vol.17，＃11，April1975）の3211―3212頁には、
現在半導体工業界で使用されている典型的なフオ
トレジスト配給装置が開示されている。

「IBM技術開示雑誌」第17巻第11号、1975年
４月の3211―3212頁に示されているように、液体
フオトレジストは、現在上側から半導体ウエハに
塗布されている。

この方法は、フオトレジストのパドルを被覆す
べきウエハ表面に滴下し、その後にウエハを速い
回転速度でスピン回転させるものである。スピン
回転の遠心力がフオトレジスト・パドルの表面張
力に打ち勝ち、ウエハ表面にフオトレジストの薄
い膜をもたらす。

Ｄ 発明が解決しようとする問題点 ウエハ上面でスピン・コーテイングする方法は
一般に広く使用されているが、いくつかの欠点が
ある。例えば、微細構造のレベルが増加すると、
表面張力、重力、基板材料の特性、粘性、スピン
回転速度、温度などの効果のために、コーテイン
グの実際の膜厚が増大する。その上、ちり粒子な
ど表面上の汚染物質がポケツト、トレンチなどに
捕捉されることがある。

また、ボイドやピンホールを避け、被覆を確実
にするため、被覆すべき表面に過剰量が塗布され
る。こうして塗布される量のうち、約99％がはね
飛ばされ、無駄になる。例えば、４インチのウエ
ハでは通常1.5〜2.0mlのフオトレジストを使う。
この量が表面に全部残れば、少なくとも0.007イ
ンチの均一な厚さを生じるはずである。実際には
スピン回転後の平均厚さは0.00005インチである。
すなわち、ウエハを所期の厚さに被覆するのに実
際に必要な量の少なくとも140倍のフオトレジス
トが、ウエハ上に塗布される。この過剰なフオト
レジストはすべて失われる。フオトレジストの１
パイント当りのコストは約600.00ドルなので、す
ぐ分かるようにこのコストの大部分が失われるこ
とになる。

さらに、ウエハの裏面にフオトレジストが付着
するという、裏面汚染の問題がある。このフオト
レジストがウエハ裏面に付着するのは、空気じよ
う乱、周囲のボール壁面からの裏面へのはね、ま
たはウエハ保持チヤツクに落ちる余分の液滴のた
めである。この裏面汚染は、フオトリソグラフイ
ー装置で深刻な焦点調整の問題を引き起こす恐れ
がある。

Ｅ 問題点を解決するための手段 ここに記載する発明は、上記の従来技術のすべ
ての問題を回避するもので、加工片を逆様の位置
に保持し、加工片の裏面を精密に計量した流動性
材料と接触させて、加工片がポリマーと接触した
後にそれを逆様の位置で回転させ、加工片を流動
性材料の薄い均一な層で被覆することを特徴とす
る。本発明はまた、被覆すべき加工片の表面が下
向きに被覆材料の液状デポジツトに面するよう
に、加工片を裏向きに保持するためのスピンド
ル、およびスピンドルを逆様の位置でスピン回転
させて、スピン回転する加工片の表面全体に被覆
材料を均一に広げるための手段からなる、基板を
被覆するための装置を対象としている。

本発明は逆様の位置で行われるため、加工片表
面の微細構造の如何にかかわらず、加工片表面に
被覆材料のより均一な層をもたらすばかりか、加
工片の表面に被覆材料が付着することがなくなる
ため、必要な被覆材料の量がずつと少なくてす
む。すなわち、重力と遠心力と表面張力がすべて
共同作用して、スライスの微細構造の如何にかか
わらず、フオトレジストの厚さをスライス全体で
より均一に保つ。その上、より少ないより制御さ
れた量をスライスに付着して指定厚さを実現でき
るため、被覆材料が大幅に節約される。

Ｆ 実施例 第１図には、選択された物質を加工片の片面に
塗布する、本発明の良好な実施例が概略図として
示してある。

この実施例では、半導体ウエハまたはスライス
などの加工片１１を逆様の位置に保持するため
の、真空チヤツクまたはスピンドル１０を含む装
置を示してある。このウエハ１１の片面１１ａ
は、例えばフオトレジストで被覆しようとする面
であり、外面１１ｂは真空チヤツク１０の平坦面
で支持されている。チヤツク１０のシヤフトは中
空であり、中空パイプ１３を介して適当な真空源
に接続され、ウエハ１１をチヤツク表面で支持で
きるようになつている。当然のことながら、適当
なものならどんな保持方法を使つてもよい。チヤ
ツク１０は、モータ１５に連結された伝動システ
ム１４を介して駆動される。伝動システム１４
は、チヤツク１０を上げ下げし、またベルト駆動
機構１６によつてチヤツク１０とそれに支持され
たウエハ１１をスピン回転できるようになつてい
る。

チヤツク１０とそれに支持されたウエハは、カ
ツプの形をしたノズル１７の真上に位置決めされ
ている。このノズルは中空ペデスタル１８を介し
てポンプ１９および被覆材料供給源２０に連結さ
れている。この例では、被覆材料はフオトレジス
トである。ポンプ１９は、１回の塗布に必要な正
確な量のフオトレジスト２１をカツプ１７に配給
する計量ポンプである。計量したフオトレジスト
２１をカツプ１７に配給し、図のようにウエハを
逆様にして使うことにより、半導体ウエハ１１の
表面１１ａに均一に被覆するのに必要なフオトレ
ジスト量が通常の量よりも少なくなるばかりか、
下記で考察するごときその他の利点も実現され
る。

典型的な操作サイクルでは、オペレーターは、
半導体ウエハ１１をチヤツク１０の表面に置き、
真空源の電源を入れてウエハをチヤツクに固着さ
せ、選定した正確な量のフオトレジスト材料をカ
ツプ１７に分配し、皿１７の端の上に伸びる凸状
に盛上がつたフオトレジスト２１を形成させる。
その後、第２図に示すように真空チヤツクをそれ
に保持されたウエハ１１と一緒に下げ、すなわち
側板ないし皿１２の中まで下げ、ウエハの表面１
１ａをカツプ１７中のフオトレジスト２１と接触
させる。ウエハ１１がフオトレジスト材料２１と
接触すると、フオトレジスト材料はウエハ１１の
表面１１ａを濡らす。この接触が行われるとベル
ト駆動装置１６を賦活して、チヤツク１０を選定
した遅い速度、例えば約500rpmで回転させる。
チヤツク１０が回転すると、フオトレジスト材料
２１は遠心力で表面１１ａの全体に広がる。フオ
トレジスト材料が表面１１ａの全体に広がると、
フオトレジストの内部凝集力のためフオトレジス
トはカツプ１７からウエハ１１の逆様の表面１１
ａの全体に移る。チヤツク１０を引き続き回転さ
せながら、ウエハ１１を元の位置に持ち上げ、そ
の位置でより速い速度、例えば約5000rpmでスピ
ン回転させる。こうすると、より均一なコーテイ
ングが得られる。ウエハ１１がスピン回転する
と、過剰のフオトレジスト材料は、ウエハの端か
らスピン回転するウエハの周りにある側板ないし
皿１２の壁面に飛び散る。側板の壁面を、側板１
２の縁全体の周りに伸びるくぼみの形にすると、
回転によつて落とされる過剰量が回収できる。側
板には排出口１２ｂがついていて、過剰のフオト
レジストがそこから排出できる。

これらの速度は様々な値にすることができるこ
とに注意すべきである。例えば、初期速度すなわ
ち流れ速度は０〜1000rpmにすることができ、よ
り速い速度は16000rpmまでにすることができる。

特定テストでは、高接触角（high contact）レ
ジストを使つてシリコン半導体ウエハを被覆し
た。テスト・データによれば、ウエハ表面１１ａ
に付着するフオトレジストの平均厚さは、材料を
付着させる際のウエハ速度と回転速度に応じて、
11000〜16000ű250Åであつた。さらに、付着
したフオトレジストの偏差、すなわちウエハに付
着されたフオトレジストのウエーブないしうねり
は200Å以下であつた。

カツプ１７の直径および被覆材料の特性によつ
て、配給すべき必要量および凸状に盛上がつたフ
オトレジストの形状と高さが決まる。特定テスト
では、直径0.625インチのノズルを使つて、高接
触角レジストで約0.5mlのレジストを含む高さ
0.12インチのビードが形成された。

前記のように、従来技術の装置では、1.5〜2.0
mlのフオトレジスト・デポジツトが必要であつ
た。本発明では、その1/3以下の量、すなわち0.5
ml以下の量を使つて、同じ結果を実現できた。例
えば、従来技術の装置を使つて100mmのウエハを
被覆する場合、ウエハをまず1000rpmで次に
5000rpmでスピン回転して、平均厚さ11033Å、
平均厚さ偏差211Åのものを得るのに2.0mlの高接
触角フオトレジストが必要であつた。

同じウエハを本装置で被覆したが、平均コーテ
イング厚さ10355Å、平均厚さ偏差71Åのものを
得るのに0.5mlの高接触角フオトレジストしか要
らなかつた。

このように、配給するのに必要なフオトレジス
トの量が著しく減少するため、コストが著しく節
約され、また平均厚さの偏差が減るため、フオト
レジストで形成でき現像できる線幅の制御が65％
向上し、したがつてフオトレジスト・コーテイン
グで画定できる装置密度が大幅に改良された。そ
の上、逆様スピン回転では、レジストがウエハ裏
面にくつつくという問題がなく、ウエハ裏面のフ
オトレジストによる汚染を取り除くために、別の
処理や特別の装置は不要であることが分かつた。

その上、この方法では既知のどの先行技術とも
同様の被覆が得られ、使用するフオトレジストの
量がずつと少ないのに、ボイドやピンホールはで
きないことが分かつた。第３図に示されるよう
に、ウエハ１０には比較的ほぼ均一なフオトレジ
スト層２１ａが付着され、ウエハの表面全体に均
一に配給される。その上、フオトレジスト２１は
以前にウエハ上に作られた微細構造の如何にかか
わらず、ウエハを均一に被覆することが分かつ
た。

このことは、第４図および第５図からより完全
に理解できる。

第４図は、一連の平行線３１，３２，３３と多
数の交差線３４の部分断面図である。交差線は、
一本しか図示していない。説明の便宜上、ウエハ
の中心線CLは、図のように線３２を垂直に横切
つているものと仮定する。

従来技術にもとづいてフオトレジスト・コーテ
イング３５をこのウエハに上から付着し、その中
心線の周りでスピン回転させる場合、重力のため
にフオトレジストは線３１，３２，３３の上の領
域36、37、38で薄くなり、平行線３６，３７，３
８の間に形成されるくぼみ３９，４０の所で厚く
なる。スピン回転によつて生じる遠心力も、ウエ
ハがその周りでスピン回転する中心線から最も離
れた各くぼみ３９，４０の壁面にフオトレジスト
の集積４１，４２ができる。このように、くぼみ
の壁面でフオトレジストが厚くなり、またくぼみ
自体の中でフオトレジストが厚くなるため、線幅
および必要露出時間の変動が生じる。

本発明では、重力のために過剰の材料がくぼみ
にたまるのが防止されるので、これらの効果は最
小限に抑えられる。

このことが第５図に示されている。第５図にお
いて、半導体ウエハ５０には、本発明にもとづい
てフオトレジスト・コーテイング５５で被覆され
た線５４と交差する一連の平行線５１，５２，５
３がついている。この場合、重力の作用によつ
て、くぼみ５９，６０に集積が起こらず、フオト
レジスト層５５は表面全体にわたつて比較的一定
の厚さとなる。また、重力がスピン回転によつて
生じる遠心力と一緒に作用するため、くぼみの外
側斜面へのフオトレジストの集積がなくなり、フ
オトレジストは厚くならない。

その上、チヤツク１０とウエハ１１が逆様にな
つており、フオトレジスト２１が下からウエハに
塗布されるため、過剰のフオトレジスト材料がシ
ヤフトの周りから漏れて、チヤツク１０を支持す
る軸受や伝動装置１４に入るという問題が防止さ
れ、したがつてフオトレジストを装置の上から付
着する従来技術の装置に伴う、深刻な清掃問題が
なくなる。

すなわち、本発明は、半導体の裏面１１ｂにレ
ジストがつくことをほぼなくする方法を教示し、
またウエハ１１の表面を被覆した後、ウエハ１１
の裏面１１ｂを清掃する必要はない。

その上、本発明では、レジストやその他の高価
なコーテイング材料の使用量と無駄が最小限に抑
えられる。

さらに、ウエハの微細構造の如何にかかわら
ず、被覆されるウエハの表面に、より共形的でよ
り均一なコーテイングが形成される。最後に、配
給する必要のある材料の量が減るため、ウエハ被
覆コストが大幅に減り、密度の改良が実現され
る。

また、当然のことながら、様々な修正が容易に
行える。例えば、スピンドル１０を固定して垂直
位置に保持し、そして、ペデスタル１８を伸縮式
にして、側板１２が持ち上がつてウエハ１１を囲
み、皿１７中のフオトレジスト２１がウエハ１１
の裏面１１ｂと接触するようにすることができ
る。

Ｇ 発明の効果 本発明によれば、加工片の表面形状に関係な
く、少ない量の被覆材料を用いて且つ加工片裏面
汚染の問題を生じることなく、均一な厚さの緋覆
層を回転塗布できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるフオトレジスト回転塗布
装置の概略図である。第２図は加工片がフオトレ
ジストと接触している状態を示す部分図である。
第３図は、加工片がフオトレジストで被覆された
状態を示す部分図である。第４図は、従来技術の
方法と装置を使つて被覆された半導体ウエハの断
面図である。第５図は、本発明の方法と装置を使
つて被覆された半導体ウエハの断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加工片の被覆材料塗布表面を下向きにして加
   工片を保持し、 上記塗布表面の中心領域を、上記加工片の径よ
   りも十分に小さな径を有する凸状に盛上がつた所
   定量の流動性ポリマー被覆材料と接触させ、 上記中心領域を上記凸状に盛上がつた被覆材料
   と接触させた状態で上記加工片を所定の速度で回
   転させて上記所定量の被覆材料のほぼ全部を上記
   中心領域から上記塗布表面全体に広げ、 上記加工片を上記所定の速度よりも高速度で回
   転させて上記被覆材料の厚さを所定の平均厚さま
   で薄くすることを特徴とする回転塗布方法。 ２ 加工片の被覆材料塗布表面を下向きにし且つ
   上記加工片の中心位置を回転軸と整列させて加工
   片を真空力で保持する回転可能なスピンドルと、 上記加工片の径よりも十分に小さな径の上部開
   口を有する被覆材料収容容器を有し、上記上部開
   口の上端から凸状に盛上がつた形で所定量の流動
   性ポリマー被覆材料を上記スピンドルの近くに与
   える被覆材料供給手段と、 上記塗布表面の中心領域を上記凸状に盛上がつ
   た被覆材料と接触させるように上記スピンドルを
   上記被覆材料収容容器と相対的に移動させる駆動
   手段と、 上記中心領域を上記凸状に盛上がつた被覆材料
   と接触させた状態で上記加工片を回転させ、上記
   被覆材料を上記中心領域から上記塗布表面全体に
   広げるように上記スピンドルを回転させるスピン
   ドル回転手段と、 を有する回転塗布装置。