JP2004064071A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウェハ上にフォトレジストを滴下し、このウェハを回転させることにより所定の膜厚にフォトレジストを成膜する塗布装置であって、フォトレジストをウェハ上に回転塗布する際に、ウェハをフォトレジストの成膜回転数RLより高い回転数RHで回転させながらフォトレジストを滴下してウェハの全面に広げた後、ウェハの回転数を減速して乱流発生回転数RRより低い所定の膜厚になる成膜回転数RLでフォトレジストの成膜を行うようにウェハ回転数を制御する塗布方法となっている。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の製造工程などで使用されるフォトリソグラフィ技術に関し、特に半導体ウェハなどの基板にフォトレジストを少量で塗布する場合に好適なフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、発明者が検討した技術として、通常、フォトレジストをウェハに塗布する場合、基板を回転させることにより成膜を行うスピン塗布方法と呼ばれる方法が実用化されている。このスピン塗布方法は、たとえば非特許文献1などに記載されている。
【0003】
このスピン塗布方法では、ウェハを5000rpm程度まで回転可能なスピンナにウェハを真空吸着保持させて、このウェハを静止またはウェハ上に形成される所定のフォトレジスト膜厚になる成膜回転数以下で回転させながら、フォトレジストを滴下し、その後、前記成膜回転数まで回転数を上昇させて回転させ続けてフォトレジストを引き延ばし、その回転数で飽和される所定の膜厚を得ている。
【0004】
【非特許文献1】
シリコン プロセシング フォー ザ ブイエルエスアイ エラ(Silicon Processing for the VLSI Era)、1986、P430〜P432
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のようなスピン塗布方法においては、たとえば8インチ対応の直径がφ200ウェハなどの大口径ウェハでは、この成膜回転を4000rpm程度以上などの高回転で行うとウェハの外周部に空気の乱流が発生し、塗布の膜厚精度が悪化するという不具合が生じている。
【0006】
このため、フォトレジストの粘度を低くして、4000rpm程度以下などの低回転で塗布成膜を行う場合、レジスト滴下回転数も低回転化させるために滴下レジストのウェハ全体への広がり時間が増加し、成膜に必要なレジスト量が増加するという問題が考えられる。
【0007】
そこで、本発明の目的は、高回転でフォトレジストを滴下してフォトレジストの使用量を低減するとともに、基板上へのフォトレジストの成膜において高精度の面内膜厚精度を得ることができるフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置を提供することにある。
【0008】
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。
【0009】
【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。
【0010】
すなわち、本発明のフォトレジスト塗布方法は、基板上にフォトレジストを滴下し、この基板を回転させることによりフォトレジストによる塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布方法に適用されるものであり、前記フォトレジストを基板上に回転塗布する際に、基板をフォトレジストの成膜回転数より高い回転数で回転させながらフォトレジストを滴下して基板の全面に広げた後、基板の回転数を減速して所定の膜厚になる成膜回転数でフォトレジストの成膜を行うものである。
【0011】
この場合に、前記フォトレジストを滴下する際、基板を成膜回転数以上の回転数に加速中にフォトレジストを滴下し、このフォトレジストの滴下終了直後に成膜回転数に減速したり、予め基板を成膜回転数以上の回転数に回転させた後、この成膜回転数以上の回転数から減速中にフォトレジストを滴下し、そのまま成膜回転数に減速したり、または成膜回転数以上で回転している基板にフォトレジストを滴下し、そのまま成膜回転数以上で回転しながら所定の膜厚になった時点で基板の回転を停止して所定の膜厚を得るようにしたものである。
【0012】
さらに、前記基板上にフォトレジストを滴下した後、このフォトレジストの塗布膜の形成を塗布確認手段によって確認した直後に回転数を減速して所定の膜厚になる回転数で成膜を行うようにしたものである。
【0013】
また、本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記基板を半導体ウェハとし、この半導体ウェハ上にフォトレジストによる塗布膜を成膜した後、露光、現像などのフォトリソグラフィ工程を行い、さらに以降の半導体集積回路の製造工程を経て半導体集積回路装置を形成するものである。
【0014】
さらに、本発明のフォトレジスト塗布装置は、フォトレジストを基板の回転数に対応させて所定のタイミングで滴下する滴下制御手段と、基板をフォトレジストの滴下に対応させて所定の回転数で回転させる回転制御手段とを有するものである。
【0015】
この場合に、前記基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段を設け、滴下制御手段によってフォトレジストを滴下した後、塗布確認手段がフォトレジストの塗布膜を確認した直後に回転制御手段によって回転数を減速して所定の膜厚になる回転数で成膜を行うようにしたものである。
【0016】
(作用)
前記したフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置によれば、フォトレジストを滴下し、基板の全面に広げるまでを成膜回転数、すなわちその回転数で所定の膜厚に飽和される回転数以上の高回転で行い、滴下終了後すぐに成膜回転数まで落として成膜を行うことにより、レジストの滴下および基板全面へ広げる時は、基板を高速で回転させているために少量のフォトレジストで基板全面にフォトレジストによる塗布膜を形成することができる。
【0017】
また、基板全面にフォトレジストが広がる場合に、所定の膜厚に達する前に成膜回転数まで減速するため、高速回転でフォトレジストを滴下しながら成膜回転数で所定の厚膜を得ることができる。
【0018】
さらに、成膜回転数による塗布膜の成膜時は、基板の回転が低速のために空気の乱流による影響を受けず、これによって基板上へのフォトレジストの成膜において面内膜厚の悪化を防止することができる。
【0019】
特に、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数、すなわち成膜回転数より高い回転数で基板を回転させている時間を短くすることで、より一層、膜厚精度を向上させることができる。
【0020】
この場合に、基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段が設けられることにより、塗布確認手段によって基板上にフォトレジストが広がったことを確認した後に成膜回転数まで減速できるので、フォトレジストの滴下時間、滴下量などの変動に対しても安定させて成膜を行うことができる。
【0021】
これにより、基板、特に半導体ウェハ上にフォトレジストによる塗布膜を成膜する場合などにおいて、フォトレジストの使用量を低減するとともに、成膜時におけるフォトレジストの高精度な面内膜厚精度を得ることができる。
【0022】
【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。
【0023】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図、図2は本実施の形態のフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【0024】
まず、図1により本実施の形態のフォトレジスト塗布装置の処理部の構成を説明する。
【0025】
本実施の形態のフォトレジスト塗布装置は、たとえば半導体ウェハ上にフォトレジストを滴下し、この半導体ウェハを回転させることによりフォトレジストによる塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布装置の塗布処理部1は、ウェハ2(基板)を所定の回転数で回転可能に保持するためのスピンチャック3と、ウェハ2の上方に配置され、このウェハ2上にフォトレジスト4を滴下するための吐出ノズル5などから構成されている。
【0026】
このスピンチャック3にはスピンモータ6が連結され、さらにこのスピンモータ6は回転制御部7(回転制御手段)に接続されており、この回転制御部7によってウェハ2へのフォトレジスト4の滴下に対応させてスピンモータ6、さらにこのスピンモータ6に連結されたスピンチャック3に真空吸着保持されるウェハ2が所定の回転数で回転されるように制御されている。
【0027】
また、吐出ノズル5は滴下制御部8(滴下制御手段)に接続され、この滴下制御部8によってウェハ2の回転数に対応させてフォトレジスト4が所定のタイミングで滴下されるように制御されている。
【0028】
次に、本実施の形態の作用について、図2に示すウェハ回転数の経時シーケンスに基づいて、実際にウェハ2上にフォトレジスト4による塗布膜を成膜する場合の塗布方法を説明する。
【0029】
この図2は、経過時間[sec]に対するスピンナ回転数[rpm]を表しており、経過時間およびスピンナ回転数の目盛りはこれに限定されるものではなく、一例としてφ200ウェハの場合を例にして示している。なお、スピンナとはスピンチャック3、スピンモータ6などを含めた総称である。
【0030】
また、ここに示す各回転数において、レジスト滴下回転数は少ない量でフォトレジスト4が広がり易い回転数、乱流発生回転数は空気の乱流が発生する回転数、成膜回転数は所定の膜厚に飽和される回転数がそれぞれ設定されている。
【0031】
まず、スピンチャック3に吸着保持されたウェハ2を、スピンモータ6によりレジスト滴下回転数RH、たとえば7000rpm程度で回転させる。このレジスト滴下回転数RHまでには、たとえば1.0sec程度の時間が必要である。この回転したウェハ2にレジスト滴下時間Ta、たとえば0.5sec程度の間だけフォトレジスト4を滴下する。
【0032】
このフォトレジスト4の滴下終了後、ウェハ2の全面にフォトレジスト4が広がるまでの時間Tb、たとえば0.5sec程度の間、ウェハ2をレジスト滴下回転数RHの回転数のまま維持する。その後、乱流発生回転数RR、たとえば4000rpm程度以下の成膜回転数RL、たとえば3000rpm程度まで減速し、その回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜する。この減速による成膜回転数RLまでには、たとえば0.4sec程度の時間が必要である。
【0033】
なお、この経時シーケンスのなかで、ウェハ2の全面にフォトレジスト4が広がるまでの時間Tbが終了した後、乱流発生回転数RR以下までの減速する時間をTcとすると、この減速するまでの時間Tcは極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば0.3sec程度となっている。
【0034】
従って、本実施の形態のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、フォトレジスト4を滴下する時、さらにウェハ2の全面にフォトレジスト4を広げる時はウェハ2を高速で回転させているため、少量のフォトレジスト4でウェハ2の全面に塗布膜を形成することができる。
【0035】
また、ウェハ2の全面にフォトレジスト4が広がるが、所定の膜厚に達する前に成膜回転数RLまで減速するため、高速回転でフォトレジスト4を滴下しながら所定の厚膜を得ることができる。
【0036】
さらに、成膜時はウェハ2の回転が低速のため、乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止される。
【0037】
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【0038】
本実施の形態のフォトレジスト塗布装置は、前記実施の形態1と同様にウェハ2(基板)上にフォトレジスト4を滴下し、このウェハ2を回転させることによりフォトレジスト4による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における実施の形態1との相違点は、乱流発生回転数RR以上の回転数RHに加速中にフォトレジスト4を滴下する点である。
【0039】
すなわち、図3に示すように、ウェハ2を回転数RHの7000rpm程度まで増速する途中、たとえば3000rpm程度の回転数でフォトレジスト4を滴下し始め、レジスト滴下時間Ta、たとえば回転数RHに達する0.5sec程度の間だけフォトレジスト4を滴下する。
【0040】
このフォトレジスト4の滴下終了直後に、成膜回転数RLの3000rpm程度まで減速し、その回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。この減速による成膜回転数RLまでには、たとえば0.4sec程度の時間が必要である。
【0041】
なお、この経時シーケンスのなかで、フォトレジスト4が滴下し始めてウェハ2が乱流発生回転数RR以上の回転数で回転されている時間をTrとすると、この時間Trを極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば0.75sec程度となっている。
【0042】
従って、本実施の形態のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施の形態1と同様に、少量のフォトレジスト4でウェハ2の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト4を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数RR以上でウェハ2を回転させている時間Trを短くすることで、より一層膜厚精度を向上させることができる。
【0043】
(実施の形態3)
図4は本発明の実施の形態3であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【0044】
本実施の形態のフォトレジスト塗布装置は、前記実施の形態1および2と同様にウェハ2(基板)上にフォトレジスト4を滴下し、このウェハ2を回転させることによりフォトレジスト4による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施の形態1および2との相違点は、乱流発生回転数RR以上の回転数RHから減速中にフォトレジスト4を滴下する点である。
【0045】
すなわち、図4に示すように、ウェハ2を回転数RHの7000rpm程度で回転させた後、この回転数RHからの減速開始からフォトレジスト4を滴下し始め、レジスト滴下時間Ta、たとえば成膜回転数RLの3000rpm程度に達する0.5sec程度の間だけフォトレジスト4を滴下する。この成膜回転数RLで膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。
【0046】
なお、この経時シーケンスのなかで、フォトレジスト4が滴下し始めてウェハ2が乱流発生回転数RR以上の回転数で回転されている時間をTrとすると、この時間Trを極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば0.4sec程度となっている。
【0047】
従って、本実施の形態のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施の形態1および2と同様に、少量のフォトレジスト4でウェハ2の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト4を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、滴下中に常時高速の回転数RHになっていないため、フォトレジスト4の滴下量は前記実施の形態1よりやや増加するものの、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数RR以上にウェハ2を回転させている時間Trを前記実施の形態2に比べてさらに短くすることができるので、より一層膜厚精度を向上させることができる。
【0048】
(実施の形態4)
図5は本発明の実施の形態4であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【0049】
本実施の形態のフォトレジスト塗布装置は、前記実施の形態1〜3と同様にウェハ2(基板)上にフォトレジスト4を滴下し、このウェハ2を回転させることによりフォトレジスト4による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施の形態1〜3との相違点は、成膜回転数RL以上の回転数RHでウェハ2を回転させながらフォトレジスト4を滴下し、所定の膜厚になる時間Txで回転を停止させる点である。
【0050】
すなわち、図5に示すように、ウェハ2を回転数RHの7000rpm程度で回転させている途中で、この回転数RHに達した時間からレジスト滴下時間Ta、たとえば0.5sec程度の間だけフォトレジスト4を滴下する。その後、この回転数RHの状態で、所定の膜厚になる時間Tx、たとえば1.5sec程度の時間経過した後にウェハ2の回転を停止させて成膜するようにしたものである。
【0051】
従って、本実施の形態のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施の形態1〜3のように成膜時はウェハ2の回転が低速でないために乱流の影響による面内膜厚の悪化防止が期待できないものの、使用するレジスト量を低減して少量のフォトレジスト4でウェハ2の全面に塗布膜が形成でき、かつ高速回転でフォトレジスト4を滴下しながら所定の厚膜を得ることができる。
【0052】
(実施の形態5)
図6は本発明の実施の形態5であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【0053】
本実施の形態のフォトレジスト塗布装置は、前記実施の形態1〜4と同様にウェハ2(基板)上にフォトレジスト4を滴下し、このウェハ2を回転させることによりフォトレジスト4による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施の形態1〜4との相違点は、ウェハ2の外周部近傍に塗布膜の形成を確認するセンサ9(塗布確認手段)を設ける点である。
【0054】
すなわち、本実施の形態のフォトレジスト塗布装置の塗布処理部1aは、図6に示すように、ウェハ2の外周部の上方にセンサ9が設置され、このセンサ9でウェハ2上にフォトレジスト4が広がったことを検知し、この検知信号でウェハ2の回転を成膜回転数RLまで減速し、この回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。
【0055】
従って、本実施の形態のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施の形態1〜4と同様に、少量のフォトレジスト4でウェハ2の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト4を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、フォトレジスト4の滴下時間Ta、滴下量などの変動によっても安定して前記のような効果を得ることができ、また常に乱流発生回転数RRより高回転である時間Trを最短時間にすることができる。
【0056】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態1〜5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。
【0057】
たとえば、前記実施の形態のフォトレジスト塗布装置については、一例として8インチ対応のφ200ウェハに適用した場合について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、φ200以下の6インチ対応のφ150ウェハなど、またこれからの大口径化に伴うφ200以上のウェハなどについても広く適用可能である。
【0058】
また、この場合の各回転数についても、レジスト滴下回転数RHを7000rpm、乱流発生回転数RRを4000rpm、成膜回転数RLを3000rpmに設定する場合に限られず、ウェハ径に対応して種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【0059】
【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。
(1).基板をフォトレジストの成膜回転数より高い回転数で回転させながらフォトレジストを滴下して基板の全面に広げた後、基板の回転数を減速して所定の膜厚になる成膜回転数でフォトレジストの成膜を行うことにより、フォトレジストの滴下および基板全面へ広げる時は基板を高速で回転させることができるので、少量のフォトレジストで基板全面にフォトレジストによる塗布膜の形成が可能となる。
(2).基板全面にフォトレジストが広がる場合に、所定の膜厚に達する前に成膜回転数まで減速することができるので、高速回転でフォトレジストを滴下しながら成膜回転数で所定の厚膜を得ることが可能となる。
(3).成膜回転数による塗布膜の成膜時は基板の回転を低速にすることができるので、空気の乱流による影響を受けずに、基板上へのフォトレジストの成膜において面内膜厚の悪化防止が可能となる。
(4).塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす成膜回転数より高い回転数で基板を回転させている時間を短くすることができるので、より一層、膜厚精度の向上が可能となる。
(5).基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段を設けることにより、この塗布確認手段によって基板上にフォトレジストが広がったことを確認した後に成膜回転数まで減速することができるので、フォトレジストの滴下時間、滴下量などの変動に対しても安定した成膜が可能となる。
(6).半導体ウェハ、さらにマスク用基板、液晶表示装置基板などへのフォトレジスト塗布において、高回転でフォトレジストを滴下してフォトレジスト使用量を低減するとともに、高精度な面内膜厚精度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【図2】実施の形態1のフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図3】本発明の実施の形態2であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図4】本発明の実施の形態3であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図5】本発明の実施の形態4であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図6】本発明の実施の形態5であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【符号の説明】
1,1a 塗布処理部
2 ウェハ(基板)
3 スピンチャック
4 フォトレジスト
5 吐出ノズル
6 スピンモータ
7 回転制御部(回転制御手段)
8 滴下制御部(滴下制御手段)
9 センサ(塗布確認手段)
Claims (3)
- 基板を回転させることによりフォトレジストを塗布し、所定の膜厚に成膜する半導体集積回路装置の製造方法であって、前記フォトレジストを前記基板上に回転塗布する際に、前記基板を前記フォトレジストの成膜回転数以上の回転数で回転させ、前記成膜回転数以上で回転している前記基板に前記フォトレジストを滴下して前記基板の前記フォトレジストが滴下された側の表面の全面に前記フォトレジストを広げた後、そのまま前記成膜回転数以上で回転しながら所定の膜厚になった時点で前記基板の回転を停止して所定の膜厚を得ることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記フォトレジストの前記基板の表面での広がりは、前記基板の外周部近傍に設けられたセンサにより検知し、この検知信号を用いて前記基板の回転を停止することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 請求項1または2記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記基板は半導体ウェハであり、この半導体ウェハ上に前記フォトレジストによる塗布膜を成膜した後、露光、現像を行うことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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- 2003-06-27 JP JP2003184235A patent/JP2004064071A/ja active Pending
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