JPH03211719A - レジスト塗布方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレジスト塗布方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決すべき課題］一般に半導体
製造工程では、ウェハ上にＣＶＤやスパッター等により
形成されたＳｉＣ２やポリシリコン等の薄膜上にレジス
トを塗布し、マスクを通して露光してレジストに光反応
を生じさせ現像して露光（または未露光）部分の反応し
たレジストを除去するりソゲラフイエ程、リソグラフイ
エ程後マスクのパターンに従って残っているレジスト以
外の部分をエツチングして薄膜に回路パターンを転写し
た後レジスト除去するエツチング工程を経て、薄膜にパ
ターンを形成することを反復しなからウェハ上にパター
ンを形成した薄膜を多数積層して半導体チップを形成し
ている。

ここで、ウェハに形成された薄膜上にレジスト塗布を行
うレジスト塗布装置には、ウェハを吸着等で支持したチ
ャックを回転機構により毎分数１ｏＯＯ回転させ、ウェ
ハ上に滴下されたレジストをウェハ全面に均一に塗布す
るスピンコータが使用されている。スピンコータで塗布
されるレジスト膜厚はウェハの回転速度、回転加速度、
レジスト温度、環境温湿度等に影響され、これらをコン
トロールしながら均一性を保持されている。また、光電
的に膜厚を測定する手段として特開昭５９−１１２８７
３号、特開昭６３−１９８３２９号に開示されている。

さらにまた、レジスト膜を露光する露光工程ではアライ
メントされたウェハの例えば２０ｍｍ四方の露光エリヤ
に回路パターンが形成されたマスクを通して等倍または
縮少投影してステップアンドリピート方式で遂次焼付け
を行うステッパーが使用されている。ステッパーの投影
レンズ光学系は多数のレンズの組合せであるため、露光
には単色光が使用され、これらの単色光をレジストに照
射すると、屈折率の差の大きいレジストと薄膜の境界面
で主に反射されるが、一部は多層薄膜中まで進みウェハ
基板で反射される。この入射光と反射光が互いに干渉し
あい、レジスト膜中に定在波が生じることとなる。レジ
ストの膜厚と多層薄膜の膜厚により同じ材質で同じ単色
光であっても反射率は変わるものである。この結果、前
記定在波の位相は変位するものである。これら下地の反
射率、屈折率、膜厚及びレジスト膜厚は形成されるパタ
ーン幅を規定するため高精度に均一なパターン幅を得る
ためにはレジスト膜厚と多層薄膜の膜厚の微少な差によ
り定在波の位相がシフトする事によって非常に大きく影
響を及ぼすものである。レジスト塗布装置で形成される
レジスト膜は、約±０゜３％の誤差があり、さらに薄膜
成膜装置で形成される薄膜にいたってはロット間のバラ
ツキが大きく（誤差±３％位）、シかも何層にも積層さ
れるため、ロフトによって膜厚は非常に異なり、パター
ン幅を高精度に均一に形成するのは非常に困難であった
。

本発明は上記の欠点を解消するためになされたものであ
って、ロット間バラツキのある多層薄膜であっても高精
度に均一なパターン幅を有するように露光可能なレジス
ト膜を形成できるレジスト塗布方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため本発明のレジスト塗布方法は
、半導体ウェハ表面にレジストを塗布し、この塗布膜厚
を測定して所望する膜厚のレジストを塗布するに際し、
前記半導体ウェハの半導体チップの形成をされてない周
縁部に不感波長光を照射して膜厚を測定する。

［作用］ 本発明は単色光をウェハ上に積層された薄膜上に塗布さ
れたレジストに照射する場合、レジストと多層薄膜の境
界で１００％反射されずに一部は多層薄膜中を進みウェ
ハ基板で反射される。そのため、種々の定在波が生じ、
同じ材質であってもレジストの膜厚、多層薄膜の膜厚に
より前記定在波の位相が異なるため露光されるレジスト
の線幅（パターン幅）が異なってしまう。この線幅を一
定にして高精度に均一なパターンを形成するため、ウェ
ハ上に形成されたロット間の膜厚の誤差の大きい多層薄
膜の均一な線幅を形成する反射率、概算膜厚から演算装
置により最適なレジストの膜厚を算出し、最適膜厚にレ
ジストを塗布するようウェハを支持したチャックの回転
数を制御して、自動的に多層薄膜の膜厚のロット間に生
じる大きな誤差を相殺するものである。

この時、多層薄膜の膜厚を測定するのは、半導体チップ
が形成されていないウェハの周縁部に検知部位を設定し
、周辺露光装置によりウェハ周辺のレジストを露光現像
を行い除去する際に、同時にこの部位を露光現像して通
常ならば露光されないため薄膜とレジスト膜が交互に積
層されるところを、塗布されたレジスト除去してウェハ
上に形成される半導体チップと同様の多層薄膜厚を有す
る部位を形成する。この部位に投受光装置により光を照
射し、多層膜中の反射率、屈折率の測定を行い、概算膜
厚を求めるものである。凹凸のある半導体チップでは膜
厚を測定するのは困難であっても半導体チップのパター
ンが形成されていない平坦な周縁部で半導体チップの膜
厚と等しい反射率、屈折率を測定することができ、露光
パターンの線幅が高精度に均一な半導体回路素子を製造
することができる。

［実施例コ 本発明のレジスト塗布方法を適用した一実施例を図面を
参照して説明する。

第１図に図示のレジスト塗布装置は、真空吸着等によっ
てウェハ１を載置固定し、回転機構であるモータ２の回
転軸に固定される上面円板状チャック３の円板中心部上
方にノズル４が設けられる。

ノズル４は図示しないスキャナに接続されダミーディス
ペンスを実行する場合チャック３の上方から移動可能に
なっている。ノズル４はレジスト供給系５に接続される
。レジスト供給系５はレジストを収納するレジスト容器
、レジストを所望の一定量供給するベローズポンプ、フ
ィルタ、ベローズポンプと連動して開閉するバルブ、レ
ジストの液だれを防止するサックバックバルブ等を設け
ている。また、レジスト塗布時にレジストの飛散防止の
ためチャック３を包囲してカップ６が設けられ、カップ
６はウェハ１の搬入８時に下降してウェハ１の搬入出を
容易にするようになっている。

さらに、ウェハ１上に積層された多層薄膜７の反射率、
屈折率、膜厚を測定するための投受光装置８が設けられ
る。投受光装置８はキセノン水銀ランプ等の露光に使用
される光源からの光を、光ファイバー８の先端から所定
部位１ｏに例えば５００−８００ｎｍ等の直径２ＩＩ１
ｍ程度のビームｂ１として照射し、このビームｂ１の反
射光ｂ２を光ファイバー９の先端から入射し、受光素子
により電気信号に変換して薄膜７の膜厚を光干渉法を用
いて測定するものである。また、ステッパーで露光に用
いられる■ラインやＧラインを用いて薄膜中の定在波の
位相を予見するものである。また、この投受光装置８を
用いて薄膜上に塗布されたレジストの膜厚を測定する場
合は、光源からの光でレジストが感光しないように光源
の光の波長を例えば５６０ｍｎ以上とするフィルタを設
ければよい。

この投受光装置８の近傍には投光素子と受光素子とを有
するウェハの位置を検品する位置検出装置１１が備えら
れ、ウェハの周辺部に設けられた所定部位１０を検品し
、投受光装置８に入力するようになっている。

投受光装置８により検知された検出値は検出値に基き最
適なレジスト膜厚を演算する演算装置１２に入力され、
さらにここで最適レジスト膜厚を形成するためのモータ
２の回転数が求められ、演算装置１２からの信号により
モータ２の回転を制御する制御装置１３が設けられる。

このような構成のレジスト塗布装置により処理される製
造途中のウェハ１は第２図に示すように、円形に形成さ
れその周縁の一部を切除してオリエンテーションフラッ
ト１４が設けられ、その中心部にはパターン形成された
膜厚か積層された半導体チップ１５が多数形成される。

これらの半導体チップ１５は矩形であるため、ウェハ１
の周縁部１６には余剰領域１７が形成されるため、この
部分に検知部位１０が設けられる。検知部位１０は、ウ
ェハ１の汚染源となる周辺部１６に塗布されたレジスト
を除去するために、周辺露光装！！１８により周縁部１
６を露光する際、例えば周辺を通常２ｎｏ＋＋幅で露光
し、ある一定角を例えば４ｍ＋ｎ露光を行うようにプロ
グラム設定して同時に露光して現像することによりウェ
ハ１上に形成された半導体チップ１５と同様にレジスト
除去され、半導体チップ１５と同じ膜厚に形成されてな
る。しかもこの検知部位１ｏは、パターン形成されない
ため、平坦であってパターン形成されて表面が凹凸状に
なっている半導体チップ１５では乱反射されてしまうた
め、測定不可能な反射光も測定可能となっている。

以上のような構成のレジスト塗布方法を用いてウェハ上
の薄膜上にレジストを塗布する方法を説明する。

まず、搬送機構によりチャック３上に載置固定されたウ
ェハ１上に形成された薄膜の反射率、屈折率、膜厚を測
定するため、モータ２をゆっくり回転させ位置検出装置
１１によりオリエンテーションフラット１４から検知部
位１０を検出し、検知部位１０が光ファイバー９の下位
に来た時にモータ２を停止させ、投受光装置８を作動さ
せる。

投受光装置８は、光ファイバー９から露光装置で使用す
る単色光例えば波長４３６ｎｍのｇ線を検知部位１０に
照射させる。ｇ線のビームｂ１が検知部位１０で反射し
反射光ｂ２が光ファイバー９から受光素子を備えた投受
光装置８に入射され、ここでウェハ１上に形成された薄
膜７の反射率、屈折率が検知される。この検出値が演算
装置１２に入力されると最適レジスト膜厚が演算される
。

ここで、ステッパ等の露光装置で単色光がレジスト膜に
照射された場合、単色光の持つ節と腹部分のエネルギー
量の相違から、レジスト膜の焼付速度が節の部分は遅く
、腹の部分は速く進行するためレジスト膜の露光により
形成される線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏ
ｎ）は第３図に示すようにレジスト膜厚に依存する。線
幅はレジスト膜厚の変化量Δｄに対して変化量Δａが少
い極値部分に設定すれば、レジスト膜厚が多少変化して
も一定の線幅を保つことができる。このように決定され
た線幅を得るために薄膜７の屈折率、反射率を検知して
最適レジスト膜厚が演算され、演算装Ｎ１２により最適
レジスト膜厚を得るため予め求められているモータ２の
回転数を設定し、制御装置１３に入力すると制御装置１
３によりモータ２を駆動させ、レジスト供給系５から適
量のレジストを供給し、ノズル４からウェハ１上に滴下
させ所望の膜厚のレジストを塗布する。この時、レジス
ト膜厚に影響を及ぼすレジスト温度、環境温度、湿度等
の制御を行ってもよいことは言うまでもないことである
。

レジスト塗布後、形成されたレジスト膜厚を位置検出装
置１１により検知部位１ｏを検出後、検知部位１０に投
受光装置８からレジストが感光しない波長（不感光波長
）になるようフィルタを設けて光を照射させ、レジスト
膜厚を測定しチエツクを行う。

このようにロット毎にウェハ１上に形成された薄膜７の
屈折率、反射率を測定して塗布するレジスト膜厚を設定
することにより線幅が一定なパターンを自動的に形成す
ることができる。

［発明の効果］ 以上の説明からも明らかなように本発明のレジスト塗布
方法によれば、ウェハの周縁部にウェハ上に形成された
半導体チップと同様のレジスト除去されて薄膜を積層さ
れた検知部位を設けたため、パターン形成された半導体
チップでは乱反射により測定が困難であったウェハ上の
薄膜の反射率、屈折率、膜厚が簡単に測定でき、この反
射率、屈折率、膜厚に伴い塗布されるレジスト膜厚を自
動的に微妙に変えることができるため、ロットによって
異る薄膜の膜厚に対応してレジスト膜の塗布を行い、そ
のため薄膜の膜厚に大きなバラツキがあっても高精度に
均一なパターンを自動的に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレジスト塗布方法を適用した一実施例
の構成図、第２図は第１＠に示す一実施例に適用される
ウェハの正面図、第３図は第１図に示す一実施例を説明
する図である。 １■−・１ウエハ ２・・・・・・・モータ（回転機構） ３・・・・・・・チャック ５・・・・・・・レジスト供給系 ７・・・・・・・薄膜 ８・・・・・・・投受光装置 ９・・・・・・・光ファイバー １０・・・・・検知部位 １２・・・・・演算装置 １３・・・・・制御装置 １５・・・・・半導体チップ １６・・・・・周縁部 １８・・・・・周辺露光装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体ウェハ表面にレジストを塗布し、この塗布膜厚を
   測定して所望する膜厚のレジストを塗布するに際し、前
   記半導体ウェハの半導体チップの形成されてない周縁部
   に不感波長光を照射して膜厚を測定することを特徴とす
   るレジスト塗布方法。