JPH09298149A - 塗膜の形成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被塗布物に塗布される被塗布液の膜厚が気圧
の変化による影響を受けることなく、膜厚を高い精度で
形成し得るようにする。 【解決手段】 ウエハＷはスピンチャック３により保持
されて、モータ１により回転されるようになっている。
ウエハＷにレジスト液を滴下するノズル５がウエハＷに
対向しており、このノズル５から滴下されたレジスト液
Ｌは、ウエハＷを所定の拡散回転数で回転させることに
よりウエハＷの表面全体に拡散されて塗膜が形成され
る。塗布雰囲気の大気圧は気圧計７によって検出され、
その検出値に基づいて拡散回転数が制御される。これに
より、大気圧が変化しても、ウエハＷの表面には均一な
厚みの塗膜面が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】被塗布物の表面に液体を塗布
して塗膜を形成する技術に関し、たとえば、半導体ウエ
ハ、磁気ディスクおよびレーザーディスクなどを被塗布
物として、これの表面に塗布膜を形成する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ（以下、ウエハと言う）の
表面にホトレジストの薄膜を形成するためのスピン塗布
装置としては、たとえば、特開昭６３−７６４３１号公
報に示すようなものがある。このスピン塗布装置は、モ
ータにより駆動軸を介して回転されウエハを保持するス
ピンチャックと、これを覆う塗布カップとを有し、ウエ
ハの表面にノズルからレジスト液を滴下するようにして
いる。滴下時にはウエハを停止させるか、２００〜５０
０ｒｐｍ程度の低速で回転させ、滴下終了後にモータに
よりウエハを３０００〜５０００ｒｐｍ程度の範囲のう
ち一定の拡散回転数で回転させることによって、レジス
ト液をウエハの表面に拡散させてレジスト膜を形成する
ようにしている。また、ウエハの周辺部のホトレジスト
膜をホトレジスト溶剤により除去する技術としては、特
開平２−１１５０６６号公報に示されるようなものがあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路装置
は、年々微細化が進み、それに伴って加工寸法精度の要
求も高くなってきている。加工寸法精度を低下させる要
因の一つに、パターニングに使用されるホトレジストの
膜厚変化があげられる。膜厚変化が生じた場合には、そ
の変化が大きいときには、バルク効果による寸法シフト
が発生し、その変化が小さいときには、定在波効果によ
る寸法バランス変化が発生し、これらは半導体集積回路
装置の電気的特性の劣化となることもあり、製品の歩留
りを低下させることになる。

【０００４】膜厚変化が生じる要因としては、温度変化
による影響が考えられる。このホトレジストの膜厚変化
を温度面から防止する技術としては、たとえば、レジス
ト液の温度を制御したり、塗布部を温調カバーによって
覆い塗布部の温度を変化しないように制御するなどによ
り、温度を一定に保って膜厚を制御する技術が考慮され
ている。

【０００５】しかしながら、レジスト液の温度を制御し
て膜厚を一定にするようにしても、膜厚にバラツキが発
生し、レジスト液の膜厚を所望の値に設定することがで
きないことがあった。

【０００６】そこで、本発明者は膜厚変化を生じさせる
要因として、大気圧の変化による影響があると推測し、
種々の実験を行った。以下は、本発明者によって検討さ
れた技術であり、その概要は次のとおりである。

【０００７】すなわち、レジスト液の中には溶剤が含ま
れており、その溶剤の蒸気圧が大気圧によって変化する
ことから、レジスト膜の厚みが変化すると考えて、塗布
カップ内に溶剤を注入することにより、溶剤雰囲気濃度
を一定に保つようにすることを検討した。しかしなが
ら、塗布カップ内に溶剤を注入して、溶剤雰囲気濃度を
一定に保つようにしても、膜厚の変化を一定にすること
はできないということが判明した。

【０００８】本発明の目的は、半導体ウエハなどの被塗
布物に塗布されるレジスト液などの被塗布液の膜厚が気
圧の変化による影響を受けることなく、膜厚を高い精度
で形成し得るようにすることにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１１】すなわち、本発明にあっては、被塗布物の
表面に被塗布液を滴下した後に被塗布物を拡散回転数で
回転させて、被塗布液を前記被塗布物の表面で拡散させ
るようにし、その拡散回転数を大気圧の変化に応じて相
違させることにより、大気圧が変化しても、被塗布液に
よって形成される塗膜の厚みを一定に設定することがで
きる。

【００１２】被塗布物の表面に塗膜を形成するには、ま
ず、被塗布液が滴下される。この際には、被塗布物を停
止させた状態としても良く、低速で回転させるようにし
ても良い。滴下が終了したならば、被塗布液を被塗布物
の表面で拡散させるために、被塗布物は一定の拡散回転
数で回転される。

【００１３】この回転数と被塗布液の膜厚は一定の関係
があり、さらに、同一の回転数であっても、大気圧と膜
厚とは一定の関係があることが知見されており、大気圧
の値に基づいて拡散回転数を補正することにより、大気
圧の影響を受けることなく、高い精度で所定の膜厚の塗
膜を形成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施の形態である塗膜の
形成装置を示す図であり、スピンコータとも指称され
る。モータ１の回転軸２には、スピナーとも言われるス
ピンチャック３が取り付けられており、このスピンチャ
ック３に被塗布物であるウエハＷが吸着保持されるよう
になっている。これにより、モータ１の駆動によりウエ
ハＷは回転駆動されることになる。この装置は、スピン
チャック３を覆う塗布カップつまり塗布部カバー４を有
し、この塗布部カバー４の上端部に形成された開口部か
らノズル５がウエハＷに向けて対向し、このノズル５か
らレジスト液Ｌが塗布されるようになっている。

【００１６】塗布部カバー４の外側には温調カップ６が
配置されており、この内側の塗布雰囲気内の温度を一定
に保つようにしている。この温調カップ６内は外部から
完全に遮断されてはおらず、外部の空気が流入して大気
圧とほぼ同様の圧力となっている。この圧力つまり大気
圧を検出するために、温調カップ６には気圧計７が設け
られている。この気圧計７によって検出された大気圧の
値は、制御部８に送られるようになっており、大気圧に
基づいてモータ１の回転数が設定される。

【００１７】図２は、一枚のウエハＷに対してレジスト
液Ｌを塗布する場合におけるウエハＷの回転数の変化を
示すタイムチャートであり、レジスト液Ｌの塗布工程
は、ウエハＷの回転が停止している状態あるいは低速回
転している状態のもとで、ノズル５からレジスト液Ｌを
滴下する滴下工程Ａと、ウエハＷを所定の拡散回転数で
回転させてレジスト液ＬをウエハＷの表面に拡散させる
拡散工程Ｂとを有している。

【００１８】図３はある時期の３５時間における大気圧
の変化を示すグラフであり、この時間内では、大気圧が
９７７ｍｂから９６２ｍｂに低下した後に、９８０ｍｂ
にまで上昇していることを示し、レジスト塗布を完全に
密閉された容器内で行わないので、この圧力がほぼその
ままレジスト塗布雰囲気に作用することになる。

【００１９】図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なった種
類のレジスト液Ｌをそれぞれ同一の拡散回転数でウエハ
Ｗを回転させて大気圧とレジスト膜厚との関係を測定し
たときのデータを示すグラフである。

【００２０】また、図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ前記
レジスト液とは種類が相違し、かつ相互に種類が相違し
たレジスト液について、前記した場合と同一の回転数の
もとでウエハＷを回転させて、大気圧とレジスト膜厚と
の関係を測定したときのデータを示すグラフである。図
４および図５に示されるこれらの実験データから、ウエ
ハＷの拡散回転数が同一のもとでは、大気圧が高いほど
レジスト膜厚が薄くなり、逆に大気圧が低いとレジスト
膜厚が薄くなることが判明し、その変化量はレジスト液
の種類によって相違している。この実験データから大気
圧とレジスト膜厚との関係を示す特性式を求めることが
できる。

【００２１】図６は同一の大気圧のもとで、ウエハＷの
拡散回転数を変化させた場合における回転数とレジスト
膜厚との関係を示すグラフである。図６に示される実験
データから、大気圧が同一のもとでは、拡散回転数の大
きい方がレジスト膜厚が薄くなることが判明し、この実
験データからレジスト膜厚とウエハの拡散回転数との関
係を示す特性式を求めることができる。拡散回転数とレ
ジスト膜厚の変化量も、そのレジスト液の種類によって
相違している。

【００２２】このような実験データから、レジスト液を
塗布する時の大気圧に基づいてウエハＷの拡散回転数を
変化させれば、ウエハＷに塗布されるレジスト液Ｌの膜
厚を所望の膜厚に設定することができるということが判
明した。

【００２３】したがって、ウエハＷに塗布されるレジス
ト液が複数種類存在する場合には、それぞれのレジスト
液について、大気圧に応じたウエハＷの回転数とレジス
ト膜厚との関係を実験により求め、そのデータを図１に
示す制御部８のメモリ内にデータテーブル１０として格
納しておけば、操作ボードなどからなる入力部１１を作
業者が操作してレジスト液の種類および設定されるレジ
スト膜厚の値を入力することによって、ウエハＷの拡散
回転数は、気圧計７により検出された大気圧に基づいて
所望の回転数に制御される。

【００２４】また、実験データをメモリ内にデータテー
ブルとして格納することなく、前述した特性式をメモリ
内に格納し、その特性式を読み出して、ウエハＷの塗膜
形成回転数を、大気圧に基づいて制御するようにしても
良い。

【００２５】次に、図に示す塗膜形成装置によってウエ
ハＷに塗膜を形成する手順について、図２に示すタイム
チャートと、図７に示すフローチャートを参照しつつ説
明する。

【００２６】まず、スピンチャック３にウエハＷがセッ
トされ、ノズル５がウエハＷに対向するように配置され
て塗膜形成作業を開始し得る状態のもとで、開始指令が
ステップＳ１で出されると、ステップＳ２でノズル５か
らレジスト液がウエハＷの回転中心部に滴下される。次
いで、ステップＳ３ではスピンチャック３が低速回転さ
れ、レジスト液が軽く広げられる。低速回転は１〜２秒
程度行われ、ステップＳ８で滴下工程Ａの終了が判断さ
れたならば、拡散工程に移る。次いで、スピンチャック
３を１〜２秒程度低速回転させ、レジスト液を軽く広げ
る。このようにして、滴下工程Ａが終了する。なお、こ
の滴下工程Ａにおいては、最初から低速回転させた状態
のもとで、レジスト液を滴下するようにしても良い。

【００２７】その後、ステップＳ９で滴下工程Ａよりも
高速の拡散回転数でスピンチャック３が回転され、拡散
工程Ｂに移る。この拡散回転は、１０数秒〜２０数秒の
間行われ、レジスト液をウエハＷの全体に拡散させる。
このような滴下工程Ａと拡散工程Ｂとを有する塗布作業
を示すと、図２のとおりである。なお、拡散工程Ｂが終
了した後に、ウエハＷの外周部のレジスト液の縁切り処
理を行うようにしても良い。

【００２８】ステップＳ４では気圧計７が温調カップ６
内のレジスト塗布空間の大気圧を検出し、この検出信号
は制御部８内に送られる。制御部８では検出された大気
圧の値に基づいて、メモリ内に格納されたデータを読み
出して、その大気圧の状態に最適な拡散回転数をステッ
プＳ７で演算する。このようにして、一度のレジスト液
塗布毎に最適な塗膜形成回転数が求められ、その回転数
によってモータ１の回転が制御される。これにより、拡
散工程ＢにおけるウエハＷの回転数が所望の回転に設定
され、大気圧の変化を受けずに、所望の膜厚でレジスト
液の塗膜を形成することができる。

【００２９】気圧計７は図示する場合には、温調カップ
６の内側に配置されているが、温調カップ６内の圧力は
ほぼ大気圧に対応しており、気圧計７を温調カップ６の
外側に配置するようにしても良い。また、多数の塗膜形
成装置が同時に使用される場合には、集中的に一か所で
大気圧を測定し、その信号をそれぞれの塗膜形成装置に
送信するようにしても良い。塗膜形成装置から離れた場
所における大気圧を測定する場合に、その場所と塗膜形
成装置の温調カップ内の圧力とが相違する場合には、そ
の測定値に補正値を加えるようにしても良い。

【００３０】このように、大気圧の変化に応じてスピン
チャック３つまりウエハＷの拡散回転数を補正し、この
補正された一定の回転数で回転させるようにしたことか
ら、塗膜の厚さを高い精度で一定値に保つことができ
る。この補正は、一枚のウエハＷを処理する毎に行って
も良く、所定の枚数の処理が終了する毎に行うようにし
ても良い。

【００３１】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３２】たとえば、図示する場合には、レジスト液
を被塗布液としてこれをウエハＷに塗布する場合につい
て説明したが、たとえば、ＳＯＧ（Spin-on-Glass)など
のように無機質の被塗布液を塗布するためのスピンコー
タに対しても同様に適用することができる。

【００３３】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその利用分野である半導体ウエハのホト
レジスト膜の形成に適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、たとえば、磁気ディス
クやレーザーディスクなどを被塗布物としてこれの表面
に塗布膜を形成する場合にも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３５】(1).被塗布物に塗布される被塗布液の膜厚
が大気圧の変化による影響を受けることがないので、膜
厚を高い精度で所望の厚みに形成することができる。

【００３６】(2).被塗布物の表面全体に渡り均一の厚み
で膜厚を形成することができるので、半導体集積回路装
置の微細な回路パターンを高い寸法精度で加工すること
ができる。

【００３７】(3).半導体集積回路装置などの製品の歩留
りを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である塗膜形成装置の概
略構造を示す断面図である。

【図２】塗膜形成工程を示すタイムチャートである。

【図３】大気圧の変化を示すグラフである。

【図４】（ａ），（ｂ）は、それぞれ種類が相違したレ
ジスト液について、それぞれをウエハに塗布した場合に
おける大気圧とレジスト膜厚との関係を示すグラフであ
る。

【図５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ種類が相違したレジ
スト液についてそれぞれをウエハに塗布した場合におけ
る大気圧とレジスト膜厚との関係を示すグラフである。

【図６】拡散工程におけるウエハの回転数とレジスト膜
厚の関係を示すグラフである。

【図７】塗膜形成装置の作動手順を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１ モータ ２ 回転軸 ３ スピンチャック ４ 塗布部カバー ５ ノズル ６ 温調カップ ７ 気圧計 ８ 制御部 １０ データテーブル １１ 入力部 Ｌ レジスト液 Ｗ ウエハ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被塗布物の表面に滴下された被塗布液を
   前記被塗布物を回転させることにより拡散させて前記被
   塗布物の表面に塗膜を形成する塗膜の形成方法であっ
   て、 前記被塗布物の表面に前記被塗布液を滴下する滴下工程
   と、 前記被塗布物を所定の拡散回転数で回転させて前記被塗
   布液を前記被塗布物の表面で拡散させる拡散工程とを有
   し、 大気圧を測定して大気圧に応じて前記拡散回転数を相違
   させるようにしたことを特徴とする塗膜の形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の塗膜の形成方法であっ
   て、気圧が高いときには気圧が低いときよりも前記被塗
   布物の回転数を低くするように回転数を相違させるよう
   にしたことを特徴とする塗膜の形成方法。
3. 【請求項３】 被塗布物の表面に滴下された被塗布液を
   前記被塗布物を回転させることにより拡散させて前記被
   塗布物の表面に塗膜を形成する塗膜の形成装置であっ
   て、 前記被塗布物を保持するチャックが設けられ、前記被塗
   布物を回転する回転手段と、 前記被塗布物の表面に前記被塗布液を供給するノズル
   と、 大気圧を測定する気圧計と、 前記被塗布物の表面に滴下された前記被塗布液を前記被
   塗布物の表面に拡散させる拡散回転数を、前記気圧計に
   より検出された気圧の値に基づいて相違させる制御手段
   とを有することを特徴とする塗膜の形成装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の塗膜の形成装置であっ
   て、前記制御手段は、前記大気圧と前記拡散回転数との
   関係を複数の種類の被塗布液についてデータテーブルと
   して、あるいは特性式として記憶するメモリを有し、入
   力手段により指定された被塗布液の種類に応じて前記デ
   ータテーブル内のデータを読み出すか、あるいは前記特
   性式を演算して前記回転手段に制御信号を送り、前記被
   塗布物を所定の前記拡散回転数で回転するようにしたこ
   とを特徴とする塗膜の形成装置。