JPH0613302A

JPH0613302A - レジスト塗布装置及びレジストの塗布方法

Info

Publication number: JPH0613302A
Application number: JP4141686A
Authority: JP
Inventors: Hideyasu Nagai; 秀康永井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-06-02
Filing date: 1992-06-02
Publication date: 1994-01-21

Abstract

(57)【要約】【構成】基板１０を固定する手段と基板面の中央から
周辺に向かい基板面に対する水平方向に遠心力を与える
第１の回転手段１９と、基板面に対する垂直方向に遠心
力を与える第２の回転手段２０を具備しているレジスト
塗布装置。【効果】レジスト塗布面にたとえ段差部があっても、
段差部上のレジストの厚さと、段差下のレジストの厚さ
とが等厚になるようにレジストを塗布することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフォトリソグラフィーに
おけるレジスト塗布装置及びレジストの塗布方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レジスト塗布はフォトリソグラフィーの
工程の一部であり、現在の半導体デバイスに代表される
ウエハーの製造工程において必須の技術である。代表的
なレジスト塗布装置にはレジストをウエハーに滴下し、
その後ウエハーを回転させて、その遠心力を利用してレ
ジストを基板上に均一に塗布するスピンコーターがあ
る。

【０００３】図５はスピンコーターの要部を示す概略斜
視図である。図中４３はローターを示しており、ロータ
ー４３の上面には回転台４１が固定されており、この回
転台４１の中央部には円盤状の基板４０が載置されるよ
うになっている。さらに、回転台４１の上方にはレジス
ト４２を滴下するためのノズル４４が配設されている。

【０００４】次に、このスピンコーターを用いてレジス
トを塗布する方法について述べる。まず、回転台４１上
に基板４０を載置し、その後ノズル４４からレジスト４
２を基板４０の中央部に滴下し、回転台４１を回転させ
ることにより基板４０を回転させる。基板４０が回転す
ると遠心力でレジスト４２が基板４０の中央部から周辺
部へと拡がり、その回転を一定時間保持することにより
基板面全体にレジスト４２を均一に塗布することができ
る。

【０００５】半導体デバイス作製時のウエハーの製造工
程では、成膜とフォトリソグラフィーとエッチングが数
多く繰り返されており、その製造工程の途中では段差部
が形成され、その段差部にレジストを塗布する必要もで
てくる。図６は段差部３１を有する基板３０にスピンコ
ーターを使用して矢印Ｍ方向に遠心力をかけてレジスト
を塗布した場合を示す断面図である。基板３０の上面に
は段差部３１とレジスト層３２ｂが形成されており、さ
らに段差部３１の上面にはレジスト層３２ａが形成され
ている。

【０００６】なお、段差部３１の上面に形成されている
レジスト層３２ａの厚さＬ_a1と、基板３０の上面に直接
形成されているレジスト層３２ｂの厚さＬ_b1とを比較す
るとＬ_a1に比べＬ_b1の方が厚くなっている。

【０００７】一方、図７（ａ）〜（ｃ）はフォトリソグ
ラフィー工程の一部である露光・現像工程を示す断面図
であり、図７（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ露光条件が異な
る場合を示している。図７（ａ）は最適露光量で行なっ
た場合、図７（ｂ）は最適露光量より多い露光量で行な
った場合、図７（ｃ）は最適露光量より少ない露光量で
行なった場合をそれぞれ示している。図中３０は基板を
示しており、基板３０の上面には現像前の段階ではレジ
スト層３２ｂ、３２ｃ（実線と破線を含む部分）が形成
されており、レジスト層３２ｂ、３２ｃの上方にはマス
ク３５が固定され、マスク３５上のパターンが露光によ
りレジスト層３２ｂ、３２ｃに転写される。その後現像
が施され、所望のパターンに対応するレジスト層３２ｂ
（実線部分）のみが選択的に残される。最適露光量で露
光が行なわれると図７（ａ）に示したように所望のパタ
ーンが形成され、最適露光量より多い露光量で露光が行
なわれると図７（ｂ）に示したようにマスクにより保護
されているレジスト層３２ｂの部分にまで回り込んで露
光され、所望のパターンより小さいパターンが残され
る。最適露光量より少ない露光量が行なわれると、基板
３０に達するまで露光が完全に行なわれず、図７（ｃ）
に示したように所望のパターンより大きなパターンが残
されることとなる。

【０００８】従って、レジストの露光の際には最適露光
量を照射する必要があり、厚いレジストでは厚みに応じ
て多い露光量を、薄いレジストでは厚みに応じて少ない
露光量を照射する。また適正露光量はある程度の幅を持
っているので、この幅の範囲内の露光量で露光を行えば
適正なパターンが得られる。

【０００９】現在のところ、段差部が形成された基板上
にレジストを塗布した後の露光量条件は主に３種類に分
類することができる。このことを図８、図９、図１０に
基づいて説明する。図８、図９、図１０は共に図６に示
した状態の基板３０に露光及び現像を施した場合を示す
断面図であり、また図８、図９、図１０においてはそれ
ぞれ露光条件が異なっている。

【００１０】図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）は
段差部３１上のレジストに露光及び現像を施す工程を示
しており、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）は基
板３０上のレジストに露光及び現像を施す工程を示して
いる。

【００１１】図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）に
おける基板３０の上面には段差部３１が形成されてお
り、この段差部３１上にはレジスト層３２ａ、３２ａ₁
（実線と破線を含む部分）が形成されており、レジスト
層３２ａ、３２ａ₁ の上方にはマスク３５が固定され、
マスク３５上のパターンが露光によりレジスト層３２
ａ、３２ａ₁ に転写される。その後現像が施され、所望
のパターンに対応するレジスト層３２ａ（実線部分）の
みが選択的に残される。

【００１２】図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）に
おける基板３０の上面にはレジスト層３２ｂ、３２ｂ₁
（実線と破線を含む部分）が形成されており、レジスト
層３２ｂ、３２ｂ₁ の上方にはマスク３５が固定され、
マスク３５上のパターンが露光によりレジスト層３２
ｂ、３２ｂ₁ に転写される。その後現像が施され、所望
のパターンに対応するレジスト層３２ｂ（実線部分）の
みが選択的に残される。

【００１３】図８における露光条件は段差部３１上のレ
ジスト層３２ａの膜厚に最適の露光量に設定されてい
る。従って最適な形状のレジスト層３２ａのパターンが
得られる。他方、図６に示したように、基板３０上のレ
ジスト３２ｂの厚さは段差部３１上のレジスト層３２ａ
の厚さに比べて厚いため、レジスト３２ｂに対しては露
光不足となり、最適な形状のレジスト層３２ｂのパター
ンが得られない。

【００１４】図９における露光条件は基板３０上のレジ
スト層３２ｂの膜厚に最適の露光量に設定されている。
従って最適な形状のレジスト層３２ｂのパターンが得ら
れる。他方、図６に示したように、段差部３１上のレジ
スト層３２ａの厚さは基板３０上のレジスト層３２ｂの
厚みに比べ薄いため、露光量が過剰となり、マスクで保
護されているレジスト３２ａ₁ 部分にまで回り込み露光
がなされ、最適な形状のレジスト層３２ａのパターンが
得られない。

【００１５】図１０における露光条件は、段差部３１上
のレジスト層３２ａに対する最適露光量と、基板３０上
のレジスト層３２ｂに対する最適露光量との中間の値に
設定されている。この場合、段差部３１上のレジスト層
３２ａの形状と基板３０上のレジスト層３２ｂの形状と
が略同じになり、レジスト層３２ａ、３２ｂにおけるパ
ターンの劣化も略同じになる。

【００１６】従って、従来は段差部３１上のレジスト層
３２ａのパターンと基板３０上のレジスト層３２ｂのパ
ターンにおいて、段差部３１上のレジスト層３２ａのパ
ターンがより重要な場合は、図８に示した露光及び現像
を行ない、また基板３０上のレジスト層３２ｂのパター
ンがより重要な場合は図９に示した露光及び現像を行な
い、さらに段差部３１上のレジスト層３２ａのパターン
と、基板３０上のレジスト層３２ｂのパターンとが同程
度に重要な場合は図１０に示した露光及び現像を行なう
といった手段が取られていた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図５示したような従来
のレジスト塗布装置を用いて段差部３１が形成された基
板３０にレジストを塗布した場合、レジストは表面張力
によって表面積を小さくしながら基板３０上の中央から
周辺に向かって流れるため、どうしても段差部３１上に
塗布されるレジスト層３２ａの厚みと段差部３１下の基
板３０上に塗布されるレジスト３２ｂの厚みとが異なっ
てしまう。

【００１８】このため上記した図８、図９、図１０の何
れの露光条件で露光及び現像を施しても段差部３１上の
レジスト層３２ａのパターンと基板３０上のレジスト層
３２ｂのパターンとが同時に最適にならないという問題
があった。

【００１９】すなわち、多少レジストの厚みが異なって
いてもレジストのパターンを適正な形状にすることは可
能であるが、厚みが大きく異なるレジストが塗布されて
いる場合には両者に最適な露光条件を設定することはで
きないという問題があった。

【００２０】この問題は、レジスト層３２ａとレジスト
層３２ｂとの厚みの差が大きくなるほどより大きくな
る。本発明はこのような課題に鑑み発明されたものであ
って、段差部の上部及び段差部の下部にレジストを等し
い厚みで塗布することができるレジスト塗布装置および
露光・現像工程において最適形状のレジストのパターン
を得ることができるレジストの塗布方法を提供すること
を目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るレジスト塗布装置は、基板を固定する手
段と、前記基板面の中央から周辺に向かい前記基板面に
対する水平方向に遠心力を与える第１の回転手段と、前
記基板面に対する垂直方向に遠心力を与える第２の回転
手段とを具備していることを特徴としている。

【００２２】また本発明に係るレジストの塗布方法は、
レジストを基板に滴下し、その後前記基板面の中央から
周辺に向かい前記基板面に対する水平方向に遠心力を与
える工程及び前記基板面に対する垂直方向に遠心力を与
える工程を含んでいることを特徴としている。

【００２３】

【作用】基板面の中央から周辺に向かい前記基板面に対
する水平方向にのみ遠心力を与える場合、レジストは基
板中央から周辺に向かって流れ、最後に基板全面に拡が
る。従って、前記遠心力を与えて段差部を有する基板上
にレジストを塗布する場合、レジストは表面張力のため
に表面積を小さくしたほうが安定なので、図６に示した
ようにレジスト層３２ａ、３２ｂ表面の凹凸は基板３０
面の段差部３１からなる凹凸より小さくなる。レジスト
層３２ａ、３２ｂはその表面凹凸が段差部３１からなる
凹凸より小さい状態を保ちながら拡がり、段差部３１上
のレジスト層３２ａは薄くなり段差部３１下のレジスト
層３２ｂは厚くなる。

【００２４】一方、図４はレジスト塗布後、基板面に対
する垂直方向に遠心力を与えた場合を示す断面図であ
る。基板３０の上面には段差部３１とレジスト層３２ｂ
が形成されており、段差部３１の上面にはレジスト層３
２ａが形成されている。

【００２５】なお、段差部３１の上面に形成されている
レジスト層３２ａの厚さＬ_a2と段差部３１下の基板３０
の上面に形成されているレジスト層３２ｂの厚さＬ_b2と
を比較すると、Ｌ_a2に比べＬ_b2の方が薄くなっている。
これは遠心力が図中矢印Ｓ方向に与えられることにより
レジスト層３２ａ、３２ｂには段差部３１の下から上へ
向かう力が働く。このとき、表面張力よりも遠心力のほ
うが大きいと、段差部３１上のレジスト層３２ａの厚み
は厚くなり、基板３０上のレジスト層３２ｂの厚みは薄
くなる。

【００２６】このように、基板面の中央から周辺に向か
い前記基板面に対して水平方向の遠心力は、段差部を有
する基板上に塗布されたレジストを段差部の上から下へ
流す作用があると考えることができ、他方、基板面に対
して垂直方向の遠心力はレジストを段差部の下から上へ
流す作用がある。

【００２７】これら２つの遠心力を同時に、または独立
に基板に作用させ、かつ、遠心力の大きさまたは遠心力
を与える時間を変えると、段差部の上部のレジストの厚
み及び段差部の下部の基板上のレジストの厚みを厚くし
たり薄くしたり調節することができる。

【００２８】さらに２つの遠心力の大きさ及び遠心力を
与える時間を最適化することによって、段差部の上下に
おけるレジストの膜厚を等厚にすることが可能となる。
このようなレジストの膜厚の制御は前記回転手段の回転
数と回転時間で行なうことができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明に係るレジスト塗布装置及びレ
ジストの塗布方法の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は実施例に係るレジスト塗布装置を示す概略斜視図
である。図中１１は円板形状の回転台を示しており、回
転台１１の半径は２．５インチである。回転台１１の表
面には小さな孔（図示せず）が形成され、基板１０を真
空吸着することができるようになっている。また、回転
台１１は基板１０を機械的に固定するための固定部１８
を有している。さらに、回転台１１の中心部下方にはロ
ーター１３が配設され、このローター１３にはローター
１３を回転させる駆動源となる円柱状のステーター１５
が接続され、ステーター１５の側面にはローター１６が
接続され、ローター１６の他端部にはローター１６を回
転させる駆動源となるステーター１７が接続されてい
る。さらに、回転台１１の上方にはレジスト１２滴下の
ためのノズル１４が配設されている。

【００３０】第１の回転手段１９はローター１３とステ
ーター１５とから構成されるモーターからなり、このモ
ーターにより回転台１１が矢印方向に回転させられるこ
とにより基板１０の中央から周辺に向かい基板１０に対
する水平方向に遠心力を与えるようになっている。

【００３１】第２の回転手段２０はローター１６とステ
ーター１７とから構成されるモーターからなり、このモ
ーターにより基板１０に対する垂直方向に遠心力を与る
ようになっている。

【００３２】次に、上記レジスト塗布装置を用いたレジ
ストの塗布方法について説明する。

【００３３】基板１０としては直径３インチのＳｉウェ
ハーを使用し、この基板１０には段差部を形成しておい
た。該段差部は基板１０上にレジストを付けて露光と現
象を行い、レジストの有無により作製した。

【００３４】図２は前記段差部２１を有する基板１０を
示しており、レジストからなる段差部２１は１辺５０μ
ｍの正方形で厚さを１０μｍとし、段差部２１の間隔は
５０μｍとし、基板１０全面を覆うように約４０万個の
段差部２１を作製した。まず、この基板１０を回転台
１１表面の小さな孔により真空吸着させると共に基板１
０の端部を固定部１８により機械的に固定することによ
り回転台１１上に固定させる。次にノズル１４からレジ
スト１２を基板中央に滴下させ、次に基板回転を３工程
に分けて行った。またこの際、レジストは従来のスピン
コーターを使用した場合、２０００ｒｐｍの回転数を３
０秒間保持することによってレジストの厚みが５．４μ
ｍになる粘度のものを使用した。第１段階として第１の
回転手段１９のみを駆動させ、３００ｒｐｍで５秒間基
板１０を水平方向に回転させ、基板１０全面にレジスト
を拡げた。第２段階としてレジストをさらに薄く広げる
目的で、第１の回転手段１９のみを駆動させ、３００ｒ
ｐｍを超える回転数で３０秒間保持した。第３段階とし
て段差部２１の上のレジストの厚みと基板１０上のレジ
ストの厚みを等しくする目的で、第１の回転手段１９と
第２の回転手段２０を同時に３０秒間駆動させた。この
時の第１の回転手段１９の回転数は第２段階におけるの
第１の回転手段１９の回転数と同じ回転数にした。

【００３５】段差部２１上のレジストの厚みと基板１０
上のレジストの厚みをＳＥＭで測定し、下記の表１は第
１の回転手段１９の回転数、第２の回転手段２０の回転
数及び段差部２１上のレジストの厚みと基板１０上のレ
ジストの厚みとの差を示しており、前記厚みの差は基板
１０上のレジストの厚みから段差部２１上のレジストの
厚みを引いた値であり、単位はμｍである。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１から明らかなように第１の回転手段１
９の回転数が大きくなると厚みの差が増加するが、これ
に対して第２の回転手段２０の回転数が大きくなると厚
みの差が減少し、やがてマイナスになる傾向があった。
第１の回転手段の回転数が２０００ｒｐｍを超えると第
２の回転手段の回転数を１０００ｒｐｍまで上げても厚
みの差がゼロにならなかった。しかし第１の回転手段１
９の回転数が１０００ｒｐｍと１５００ｒｐｍの場合に
は、第２の回転手段２０の回転数を上げると厚みの差が
プラスからマイナスへと変化しており、その間に厚みの
差がゼロとなる条件が存在することを確認することがで
きた。そこで、図３に示したように段差部２１の上部に
形成されているレジスト層１２ａの厚さＬ_a3と基板１０
上に形成されているレジスト層１２ｂの厚さＬ_b3とが同
じになる条件を探すために回転数を細かく変化させ、厚
さの差がゼロになる第１の回転手段１９の回転数と、第
２の回転手段２０の回転数と、そのときのレジストの厚
みとを下記の表２に示した。

【００３８】

【表２】

【００３９】表２から明らかなように、段差部２１上の
レジスト１２ａの厚みと段差部２１下の基板１０上のレ
ジスト１２ｂの厚みの差がゼロになる条件は何種類も存
在するが、それぞれレジスト厚が異なっており、レジス
ト厚は第１の回転手段１９の回転数に依存しているとい
える。従って、レジスト塗布工程の第２段階と第３段階
における第１の回転手段１９の回転数を変化させるとと
もに第３段階における第２の回転手段２０の回転数を変
化させることにより、段差部２１上下におけるレジスト
厚みの差をゼロに保ちながら膜厚を調整することができ
ることも確認できた。

【００４０】上記実施例によれば、段差部２１があって
も段差部２１上のレジスト層１２ａの厚みと基板１０上
のレジスト層１２ｂの厚さが等厚となるようにレジスト
を塗布することができるため、露光及び現像の際レジス
ト層１２ａ、１２ｂのパターンを最適な形状にすること
ができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るレジス
ト塗布装置においては基板を固定する手段と、前記基板
面の中央から周辺に向かい前記基板面に対する水平方向
に遠心力を与える第１の回転手段と、前記基板面に対す
る垂直方向に遠心力を与える第２の回転手段を具備して
いるので、たとえレジストの塗布面に段差部があっても
段差部上のレジストの厚さと段差部下のレジストの厚さ
が等厚となるようにレジストをに塗布することができ
る。

【００４２】また、本発明に係るレジストの塗布方法
は、レジストを基板に滴下し、その後前記基板面の中央
から周辺に向かい前記基板面に対する水平方向に遠心力
を与える工程及び前記基板面に対する垂直方向に遠心力
を与える工程を含んでいるので、たとえレジスト塗布面
に段差部があっても段差部上のレジストの厚みと段差部
下のレジストの厚みが等厚となるようにレジストを容易
に塗布することができる。このため、露光及び現像の際
レジストのパターンを最適な形状にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレジスト塗布装置の実施例を示す
概略斜視図である。

【図２】実施例に使用された段差部が形成された基板を
示す部分拡大部分を含む平面図である。

【図３】実施例に係るレジスト塗布装置を用いて段差部
が形成された基板にレジストを塗布した場合を示す断面
図である。

【図４】レジスト塗布後基板面に対する垂直方向に遠心
力を与えた場合を示す断面図である。

【図５】従来のレジスト塗布装置の要部を示す概略斜視
図である。

【図６】従来のレジスト塗布装置を用いて、段差部が形
成された基板にレジストを塗布した場合を示す断面図で
ある。

【図７】（ａ）〜（ｃ）はともにフォトリソグラフィー
工程の一つである露光及び現像の工程を示す断面図であ
り、（ａ）〜（ｃ）でそれぞれ露光条件が異なってい
る。

【図８】（ａ）は段差部上のレジストの露光及び現像を
示す断面図であり、（ｂ）は基板上のレジストの露光及
び現像を示す断面図である。

【図９】（ａ）は段差部上のレジストの露光及び現像を
示す断面図であり、（ｂ）は基板上のレジストの露光及
び現像を示す断面図である。

【図１０】（ａ）は段差部上のレジストの露光及び現像
を示す断面図であり、（ｂ）は基板上のレジストの露光
及び現像を示す断面図である。

【符号の説明】

１０基板１９第１の回転手段２０第２の回転手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を固定する手段と、前記基板面の中
央から周辺に向かい前記基板面に対する水平方向に遠心
力を与える第１の回転手段と、前記基板面に対する垂直
方向に遠心力を与える第２の回転手段とを具備している
ことを特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項２】レジストを基板に滴下し、その後前記基
板面の中央から周辺に向かい前記基板面に対する水平方
向に遠心力を与える工程及び前記基板面に対する垂直方
向に遠心力を与える工程を含んでいることを特徴とする
レジストの塗布方法。