JPH0734890B2 - スピン・コーティング方法 - Google Patents

スピン・コーティング方法

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JPH0734890B2
JPH0734890B2 JP4239297A JP23929792A JPH0734890B2 JP H0734890 B2 JPH0734890 B2 JP H0734890B2 JP 4239297 A JP4239297 A JP 4239297A JP 23929792 A JP23929792 A JP 23929792A JP H0734890 B2 JPH0734890 B2 JP H0734890B2
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    • H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/002—Processes for applying liquids or other fluent materials the substrate being rotated
    • B05D1/005—Spin coating
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/162—Coating on a rotating support, e.g. using a whirler or a spinner
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S134/902—Semiconductor wafer

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ワークピース上にフォ
トレジストをスピン・コーティングする方法に関し、特
に、使用されるフォトレジストの量を最適化する方法に
関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】フォトリソグラフィで
は、フォトレジスト（通常当業者間ではレジストと呼ば
れ、本明細書では双方を互換的に用いることとする）を
ワークピース上に付着させて、フォトリソグラフィ法に
よりパターン化する。使用される量のフォトレジストに
要する費用は、使用される材料の価格に依存し、現在の
フォトリソグラフィ法のコストの最も高価なあるいは最
も高価に近い部分である。残念なことに、従来のレジス
ト・スピン・コーティング装置は高価なレジスト材を無
駄使いしている。例えば、半導体ウェーハの製造の例に
おいて、数ｍｍ厚のフォトレジストの厚膜を半導体ウェ
ーハの大部分を被覆するために供給している。そして、
余分なフォトレジスト材は、半導体ウェーハ表面からス
ピン回転により除去され、ウェーハ表面には約数ミクロ
ンの最終的な厚さのフォトレジストが残る。現在、非常
に経済的なプロセスでさえも、直径１５．２４ｃｍ（６
インチ）の各ウェーハ毎に５ｍｌのフォトレジスト材を
必要とする。
【０００３】米国特許第４，８００，８３６号明細書の
レジスト・コーティング装置は、レジストを基板上に滴
下するチャンバに対して、蒸気を供給することもまた蒸
気を除去することもない。スプレーは採用されず、レジ
スト供給後の遅延はない。
【０００４】米国特許第４，４１６，２１３号明細書の
回転コーティング装置は、付着したレジストの環境を制
御するものではない。
【０００５】米国特許第４，２９０，３８４号明細書の
コーティング装置は、霧を用いることを示唆している
が、スプレーもスピン回転も用いていない。
【０００６】特開昭６０−０１２４８号公報は、半導体
基板に隣接してレジスト溶剤蒸気の雰囲気を形成し、半
導体基板にレジストを被覆するレジスト・コーティング
方法を開示している。溶剤は、多孔性のディスクの片側
から放出される。レジストは基板上に滴下される。スプ
レーは採用されず、レジスト材の節約は行われていな
い。
【０００７】特開平０２−１１３５１８号公報は、回転
チャック上のウェーハを取り囲む場所にレジスト霧を供
給する環状通路を備えたレジスト・コーティング装置を
開示している。
【０００８】特開平０２−１００３１４号公報は、フォ
トレジストの溶剤またはガスの薄膜を覆う内壁カップを
開示している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の基板上に可溶性
コーティング材をスピン・コーティングする方法は、溶
媒を含有した蒸気を前記基板上に供給するステップと、
次いで前記コーティング材を前記基板上にスプレーする
ステップと、前記スプレー・ステップから、前記コーテ
ィング材が拡がるのに要する所定の時間の遅延の後、前
記基板をスピン回転するステップとよりなる。
【００１０】
【実施例】半導体ウェーハ上に数μｍのコーティングを
与える技術が存在する。例えば、スプレー・ペインティ
ングと同じくらい低レベルな技術をその目的で用いるこ
ともできるが、厚みの均一性および絶対厚みの制御は、
半導体プロセスに要求されるものとは程遠い状態にあ
る。
【００１１】本発明のプロセスは、わずか数μｍ厚のフ
ォトレジストによってワークピースを被覆するようにワ
ークピースへレジストをスプレーすることに関する。そ
れとともに、制御された環境を準備することによって、
フォトレジスト材が急速に乾燥しないようにする。本発
明によって採用される第３の制御の特徴は、レジストの
厚みおよび均一性を制御するのに高速のスピン回転を使
用することである。プロセスの最終工程は、従来のレジ
スト処理に用いられる工程と同じであるので、少なくと
も標準と同程度になるように厚みおよび均一性の制御を
実施する。蒸気圧をより長く保持するこのプロセスをよ
り完全に使用してレジストを平坦化するので、その性能
は増大される。
【００１２】図１は本発明を実施するシステムの一実施
例を示す。適度に気密なスピン・チャンバ１０（すなわ
ち密閉され制御されたチャンバ）は、シャフト１１によ
って駆動される回転チャック１２を収納している。チャ
ック１２は、半導体ウェーハ１４の形態のワークピース
すなわち基板を支持する。気化ノズル１６は、フォトレ
ジストのスプレー・コーティング・ステップの前に、ス
ピン・チャンバ１０にフォトレジストのための液体溶剤
を供給する。次に、スプレー・ノズル１８からウェーハ
１４にレジストを供給する。スピン回転によって所望の
均一性および湿潤厚みが達成された後、適切な乾燥を促
進するために、通常の排気口（図示していないが、図２
および同図の説明を参照されたい）によって、スピン・
チャンバ１０から蒸気を除去する。あるいはウェーハ１
４を低蒸気環境に再配置してもよい。次いで、ウェーハ
１４を通常の方法でベークする。
【００１３】図２は、液体プール２９およびその上の蒸
気３０を有する蒸気チャンバ２６を示し、通路２３がス
ピン・チャンバ１０に通じ、チャンバ１０はロード・ロ
ック・ドア２１によって密閉できる。蒸気チャンバ２６
からの蒸気は、図１の気化ノズル１６に代わるソースと
して使用される。真空排気チャンバ２８は、ロード・ロ
ック・ドア２２によって制御され、スピン・チャンバ１
０へ通じる通路２４によって接続され、この通路２４
は、レジストの平坦化の最終ステップでスピン・チャン
バ１０から溶剤蒸気を除去する。
【００１４】図３はウェーハ１４上により一様にフォト
レジスト・スプレーを供給するために、スピン・チャン
バ１０の上面に亘って設けられた複数のノズル１８を示
す。図３に示したような固定マトリクスのノズル１８ま
たは図４に示したような走査アレイ型ノズル１８を採用
することができる。図４は図３のシステムの変形例であ
り、ここではノズルは直線状にまたは回転して走査す
る。これらノズルの１つの配置において、ノズル１８は
ｚ軸に平行なパス３１に沿って直線状に往復する。他の
配置では、ノズル１８はｘ，ｙ平面から見て円形パスの
周囲を回転し、斜めの方向に向いている。
【００１５】溶剤蒸気の濃度は、レジストが乾燥しない
ように高く保たれるべきであるが、溶剤がウェーハ１４
上で凝縮して非均一なコーティングを生じる程に飽和し
ていてはならない。溶剤スプレーの量および時間は、ウ
ェーハ１４上にスプレーされるレジスト中の溶剤の存続
時間および量の関数である。レジスト・スプレー時間ま
たはレジスト希釈度が高いほど、溶剤スプレー時間は短
くてよい。
【００１６】例 ２−エトキシ・エチル・アセテート ５部 ４−ブチロラクトン １部 の混合物０．８ｍｌを、固体含有量が３２％であるレジ
ストの塗布の前に、約３リットルの密閉チャンバに、
１．３８×１０絶対Ｐａ（２０ｐｓｉａ）の圧力で２秒
間、エアブラシでスプレーした。液体レジストを７．６
２ｃｍ（３インチ）のウェーハ上に約２秒間スプレーし
た。ウェット・レジストの厚さは、約１０μｍであっ
た。液体レジストをスプレーしてレジストの被覆を５倍
に増加させる場合は、溶剤の前スプレーは必要でない。
７．６２ｃｍ（３インチ）のウェーハをスプレーするの
に用いたレジストは、１ウェーハ当り約０．０５ｍｌで
あった。従来のコーティング・プロセスを用いると、１
ｍｌのレジストが必要で、これは先の値よりも約２０倍
多い。ノズル１８からの一様なレジスト・スプレーを容
易にするために、ウェーハ１４を６０ｒｐｍでスピン回
転させ、エアブラシ・システムを中心からわずかにずら
し、ノズル１８からウェーハ１４の周辺部に向けて、よ
り多くのレジスト材が供給されるようにした。満足な均
一性を生じるための拡がり(spread out)時間は約２０〜
３０秒であった。
【００１７】最適化された蒸気スプレー・コーティング
・ツールは、コーティング・プロセスで使用されるレジ
スト材の量をさらに減少させることができる。ウェーハ
１４上に溶剤が落ちるとこれが薄く一様に拡がるよう
に、蒸気供給の際、ウェーハ１４のスピン回転を高回転
数に保持するのが望ましい。製造システムにおいては、
より多くのレジスト材をウェーハ１４の外側に向かって
スプレーできるように、複数のノズル１８を用いること
ができる。
【００１８】拡がり時間 本発明の非常に重要なステップは、ノズル１８からのレ
ジストのスプレー後の厚さ制御用スピン回転を遅らすこ
とによって、レジストが一様に拡がるのを可能にするこ
とである。拡がり時間の長さは １）レジスト粘性 ２）スプレーされたレジスト小滴の衝撃力 ３）溶剤の蒸気圧 の関数として変化する。
【００１９】上記に示した例において拡がりの遅延がな
いならば、コーティングは半径方向に非均一であること
が分かった。
【００２０】トポグラフィ上の平坦化が要求されるとき
には、スピン回転によるレジストの除去を停止した後、
第２の拡がりステップを用いることができる。これによ
り、遠心力のためにウェーハのトポグラフィ・パターン
の縁に堆積したレジストは落下して、基板の表面に平坦
に拡がる。
【００２１】ベーク後のレジストの平均厚さは約１．０
５μｍ、標準偏差は０．３％であるが、制御ウェーハの
それは、スピン回転速度が３４８０ｒｐｍで、平均厚さ
が１．３μｍ、標準偏差が１．５％である。制御ウェー
ハのより大きな厚みは、ウェーハ上に溜りが形成される
とすぐにレジストが乾燥し始めたことを示している。
【００２２】要約すると、ウェーハ上にレジストをスプ
レーするのにノズルを用いる。好適には、厚さおよび均
一性を制御するためにレジストの付着後にスピン回転ス
テップが設けられる。レジスト溶剤蒸気圧はレジストが
ウェーハからスピン回転により除去される前は、高く維
持される。所望の一様な厚さおよび湿潤厚さが達成され
た後、溶剤蒸気をスピン回転中に除去することができ
る。この代りに、溶剤蒸気をスピン回転および第２の拡
がりの後に除去してもよい。溶剤蒸気は、急速な乾燥を
促すために除去される。膜は１μｍより厚く施され、１
μｍまでスピン回転で減少される。
【００２３】コーティング材のスプレー・ステップとス
ピン回転ステップの間に遅延時間を導入する。この遅延
時間中に超音波撹拌または振動攪拌をシステムに与え
て、遅延時間を短くする。このように、スピン回転前の
遅延時間中に、超音波撹拌または振動攪拌がシステムに
与えられる。
【００２４】好適には、基板は、蒸気の導入中は高回転
数で、スプレー中はかなり低い回転数で、スプレーおよ
び拡がり後は厚さ調整回転数でスピン回転される。
【００２５】本発明の好適な実施例では、溶剤蒸気の導
入の際、高速のスピン回転を与える。また、レジスト材
の基板へのスプレーの際、低速の又はゼロ回転数のスピ
ン回転を与える。
【００２６】最終スピン回転ステップの際、溶剤蒸気圧
は、所望の平坦化の程度に依存して維持または排気され
る。早い時期の排気の場合は、スループットは高いが平
坦化効果は低い。最終スピン回転ステップとレジスト乾
燥ステップの間の第２の拡がり遅延は、レジスト・コー
ティングのさらなる平坦化と対応するスループットの減
少を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】スピン・チャック上に支持されたウェーハにレ
ジストを与えるプロセス・チャンバを示す図である。
【図２】図１のプロセス・チャンバに蒸気チャンバを並
置した図であり、その蒸気チャンバは、図１の気化ノズ
ルの代わりに、液体のプールとその上の蒸気を含み、か
つ、介在ロード・ロック・ドアによってプロセス・チャ
ンバに通じる通路を有する。真空排気チャンバは、プロ
セス・チャンバへの他のロード・ロック・ドアによって
制御される他の通路を通してプロセス・チャンバに接続
されている。
【図３】プロセス・チャンバの上面に複数のノズルの組
を有する図１のシステムの変形例を示す図である。
【図４】直線的にまたは回転させて走査するノズルを有
する図３のシステムの変形例を示す図である。
【符号の説明】 １０ スピン・チャンバ １１ シャフト １２ スピン・チャック １４ ウェーハ １６ 気化ノズル １８ スプレー・ノズル ２６ 蒸気チャンバ ２９ 液体プール ３０ 蒸気 ３１ パス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ０５Ｃ 11/08 (56)参考文献 特開 昭60−117730（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−68475（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−119531（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−187680（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に可溶性コーティング材をスピン・
    コーティングする方法であって、溶媒を含有した蒸気を
    前記基板上に供給するステップと、次いで前記コーティ
    ング材を前記基板上にスプレーするステップと、前記ス
    プレー・ステップから、前記コーティング材が拡がるの
    に要する所定の時間の遅延の後、前記基板をスピン回転
    するステップと、よりなるスピン・コーティング方法。
  2. 【請求項２】前記コーティング材はレジストである請求
    項１に記載のスピン・コーティング方法。
  3. 【請求項３】前記基板は可溶性蒸気の導入中高速でスピ
    ン回転される、請求項１に記載のスピン・コーティング
    方法。
  4. 【請求項４】前記基板はコーティング材の導入中低速で
    スピン回転される、請求項３に記載のスピン・コーティ
    ング方法。
JP4239297A 1991-10-29 1992-09-08 スピン・コーティング方法 Expired - Fee Related JPH0734890B2 (ja)

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