JP2001176775A - 半導体ウェハの塗膜形成方法 - Google Patents

半導体ウェハの塗膜形成方法

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JP2001176775A
JP2001176775A JP35747299A JP35747299A JP2001176775A JP 2001176775 A JP2001176775 A JP 2001176775A JP 35747299 A JP35747299 A JP 35747299A JP 35747299 A JP35747299 A JP 35747299A JP 2001176775 A JP2001176775 A JP 2001176775A
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Sukeaki Murofushi
祐昭 室伏
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 段差が大きく或るいは大パターン部を有する
凹凸パターンが形成された半導体ウェハに対して、主面
全体に均一な厚みの塗布液層を形成する。 【解決手段】 半導体ウェハ1の主面1a上に、その略
中央部から第1塗布液10を滴下した後に、この半導体
ウェハ1を低速回転させて外周部の近傍付近まで第1塗
布液10を拡散塗布する第1の工程と、半導体ウェハ1
を高速に切り替えて回転させた状態で、その略中央部か
ら第2塗布液11を再滴下することによってその主面1
aの全体に塗布液層6を形成するとともに余剰の塗布液
10、11を外周部から振り切る第2の工程とを経て塗
布液層6を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置の
製造プロセスにおいて、半導体ウェハの主面に、フォト
グラフィーレジスト膜等の薄膜を形成する塗膜形成方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造装置の製造プロセスにおいて
は、半導体ウェハの主面に、例えばフォトグラフィーレ
ジスト膜や、拡散ソース或いは平坦化膜等に用いるSO
G膜、表面保護膜等の薄膜を形成する場合には、一般に
スピンコート法が採用されている。スピンコート法は、
半導体ウェハを回転した状態でその主面上に塗布液を滴
下することによって、遠心力により主面全体に塗布液を
均一に拡散させて塗膜を形成するとともに余剰の塗布液
を外周部から振り切るようにする。
【0003】図6乃至図8は、従来のスピンコート法に
よる塗膜形成工程の説明図であり、主面1aに凹凸パタ
ーン2が形成された半導体ウェハ1が回転テーブル3上
に図示しない真空チャッキング手段によってチャッキン
グされる。半導体ウェハ1には、図6に示すように、主
面1aの略中央部にノズル4から所定量の塗布液5が滴
下される。半導体ウェハ1は、この状態で回転テーブル
3が図示しない駆動源によって高速で回転駆動されるこ
とによって、図7に示すように滴下された塗布液5が遠
心力により主面1aの中央部から外周部に向かって次第
に拡散する。半導体ウェハ1においては、余剰の塗布液
5が外周部から次第に振り切られ、所定時間の経過後に
駆動源が停止されることでその回転が停止する。半導体
ウェハ1には、これによって塗布液5の溶媒が蒸発しそ
の塗膜成分が主面1a上に所定の膜厚を以って密着して
塗布液層6が形成される。なお、塗布液5は、半導体ウ
ェハ1が回転状態において滴下される場合もある
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のスピ
ンコート法においては、例えば高低差tが1.5μm程
度ある凹凸パターン2が主面1aに広範囲にわたって形
成された半導体ウェハ1を対象として適用された場合
に、塗布液5が凹凸パターン2の大パターン部2aで弾
かれてその拡散が妨げられて周辺パターンに塗布されな
いといった現象がしばしば発生していた。半導体ウェハ
1においては、このために図8に示すように主面1aの
全面に亘って塗布液5が拡散し得ないために、塗布液層
6が形成されない領域が生じたり、均一な厚みの塗布液
層6が形成されないといった現象がたびたび発生してい
た。また、半導体ウェハ1においては、凹凸パターン2
の大パターン部2aの影響等によって、図9に示すよう
に塗布液5が中央部では塗布されるものの外周部近傍に
おいて筋状部6aとなるいわゆるストリエーションが生
じることがあった。
【0005】上述したように、従来のスピンコート法に
おいては、主面部1aが平滑で塗布液5の流動性が保持
される半導体ウェハ1に対しては有効であるが、高段
差、大パターン部2aを有する凹凸パターン2が形成さ
れた半導体ウェハ1に対しては均一な厚みの塗布液層6
が形成されず歩留りが悪いといった問題があった。ま
た、従来のスピンコート法においては、例えば半導体ウ
ェハ1の回転速度を調節したり、塗布液5の流動度を調
整する等の対応も図られている。
【0006】出願人も、例えば特開平7−153677
号「半導体塗布膜形成方法」によって、半導体ウェハ1
を低速回転から高速回転に切り替えて塗布液層6を形成
する方法を提案した。また、出願人は、特開平8−45
923号「半導体塗布膜形成方法」によって、高速回転
から低速回転に切り替えて塗布液層6を形成する方法を
提案した。しかしながら、かかる先願の方法によって
も、特に大きな高段差や大パターン部2aを有する凹凸
パターン2が形成された半導体ウェハ1に対しては、十
分な膜厚精度を有するいずれも精度の高い塗布液層6を
形成し得るまでには至らず、歩留りが悪いといった問題
があった。
【0007】本発明は、上述した従来の問題点を解決し
て段差が大きく或るいは大パターン部を有する凹凸パタ
ーンが形成された半導体ウェハに対しても、主面全体に
均一な厚みの塗布液層を形成する半導体ウェハの塗膜形
成方法を提供することを目的としたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発
明にかかる半導体ウェハの塗膜形成方法は、半導体ウェ
ハの主面上に塗布液を滴下し、スピンコート法により塗
布液層を形成する。半導体ウェハの塗膜形成方法は、半
導体ウェハの主面上にその略中央部から第1回目の塗布
液を滴下した後にこの半導体ウェハを低速回転させて外
周部の近傍付近まで塗布液を拡散させる第1の工程と、
半導体ウェハを塗膜厚を規定する所定の高速回転数に切
り替えて回転させた状態でその略中央部から第2回目の
塗布液を滴下することによってその主面全体に塗布液層
を形成するとともに余剰の塗布液を外周部から振り切る
第2の工程とを経て塗布液層を形成する。以上のように
構成された本発明にかかる半導体ウェハの塗膜形成方法
によれば、第1の工程において半導体ウェハが低速回転
されることによって段差の大きな部位等に対して滴下さ
れた第1回目の塗布液が確実に充填されるとともにその
状態が保持され全体として塗布液が拡散しやすい主面状
態が生成される。半導体ウェハの塗膜形成方法によれ
ば、第2の工程において滴下された第2回目の塗布液が
高速回転される半導体ウェハの主面を遠心力によって円
滑に拡散して、全面に亘って均一でかつ所定の膜厚を有
する塗布液層を形成する。したがって、半導体ウェハの
塗膜形成方法によれば、段差が大きく或るいは大パター
ン部を有する凹凸パターンが形成された半導体ウェハに
対しても、ストリエーションの発生も無くかつ均一で所
定の膜厚を有する高精度の塗布液層を形成する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態として
示す塗膜形成方法も、半導体製造装置の塗布溶液塗布工
程に供給された半導体ウェハ1に対して、その主面1a
に塗布液5をスピンコート法によって塗布して塗布液層
6を形成する。半導体ウェハ1は、その主面1aに高段
差、大パターン部2aを有する凹凸パターン2が形成さ
れている。塗膜形成方法は、半導体ウェハ1を低速で回
転させた状態でその主面1aに第1回目の塗布液10を
滴下して塗布する第1の工程と、高速回転に切り替えた
状態でその主面1aに第2回目の塗布液11を滴下して
塗布する第2の工程とを経て、塗布液層6を形成するこ
とを特徴とする。
【0010】このため、塗布溶液塗布装置は、回転テー
ブル3が図示しない回転制御付きの駆動機構によって回
転駆動されるようにし、自動切替え機構により例えば5
0rpmの低速回転と半導体ウェハ1の主面1aに所定
の膜厚を形成する例えば3500rpmの高速回転とに
切り替えられる構成となっている。また、塗布溶液塗布
装置は、ノズル4を介して半導体ウェハ1に塗布液5を
供給する図示しない塗布液供給部に、塗布液5の滴下量
を調整する調整機構が付設されている。
【0011】半導体ウェハ1には、その主面1aに、例
えばフォトグラフィーレジスト膜や拡散ソース或いは平
坦化膜等に用いるSOG膜、表面保護膜等の薄膜を形成
するために塗布液5が滴下されて、全体が均一な厚みの
塗布液層6が形成される。塗布液5は、所定の塗膜成分
を適宜の揮発性溶媒、例えば乳酸エチルやエトキシエチ
レン等によって希釈することにより、適宜の流動性を以
って調製される。塗布液5は、後述する塗布工程を経る
ことによって溶媒が蒸発し、半導体ウェハ1の主面1a
上に塗膜成分による塗布液層6を形成する。
【0012】半導体ウェハ1は、脱脂処理やエアー吹き
による塵埃除去等の前処理が施されて回転テーブル3上
に載置され、芯出しされた状態で図示しない真空チャッ
キング手段によってチャッキングされる。半導体ウェハ
1には、回転テーブル3の停止状態或いは上述した低速
回転状態において、図1に示すようにその略中央部の上
方位置に配置したノズル4から所定量の第1回目の塗布
溶液10が主面1a上に滴下される。
【0013】第1回目の塗布溶液10は、低速で回転駆
動される半導体ウェハ1に生じる遠心力とその流動特性
とによって、図2に示すように主面1aの中央部から外
周部へと次第に拡散していく。第1回目の塗布溶液10
は、同図に示すように中央部が盛り上がった状態であ
り、半導体ウェハ1を介して大きな遠心力が作用される
ことがないので、振り切られることなく主面1aをゆっ
くりと拡散していく。第1回目の塗布溶液10は、主面
1aに形成された大凹凸パターン部2a内にも確実に充
填され、またこの充填状態が保持される。
【0014】半導体ウェハ1は、第1回目の塗布溶液1
0が主面1aの外周部近傍の位置まで拡散されると、自
動切替え機構が動作して回転テーブル3が高速回転に切
り替えられることによって高速で回転される。この回転
切替え動作は、滴下された第1回目の塗布溶液10が半
導体ウェハ1の主面1aのほぼ70%乃至80%程度拡
散された状態、具体的には滴下時から約3秒が経過した
時点で行われる。
【0015】半導体ウェハ1には、この高速回転状態
で、図3に示すようにノズル4から第2回目の塗布溶液
11がその主面1a上に滴下される。この第2回目の塗
布溶液11は、第1回目の塗布溶液10の滴下量に対し
て、塗布液供給部の供給量調整機構によって調整された
約1/2程度の量が滴下される。塗布溶液5は、半導体
ウェハ1に対して、第1回目の塗布溶液10と第2回目
の塗布溶液11とを合算した量が滴下されるが、全体量
として従来の約1.3倍程度の量である。
【0016】塗布溶液5は、上述したタイミングによっ
て第1回目の塗布溶液10の滴下後に第2回目の塗布溶
液11が滴下されるが、この場合第1回目の塗布溶液1
0の揮発性溶媒が蒸発する前の状態で第2回目の塗布溶
液11が混合されることになる。塗布溶液5は、半導体
ウェハ1の主面1a上をゆっくりと拡散することにより
不均一な状態となった第1回目の塗布溶液10が第2回
目の塗布溶液11と混合されることによって全体として
均一な状態となる。
【0017】半導体ウェハ1は、回転テーブル3の高速
回転によって所定の遠心力が生じて第1回目の塗布溶液
10と第2回目の塗布溶液11とが混合した塗布溶液5
をその中央部から外周部へと拡散させる。半導体ウェハ
1は、第1回目の塗布溶液10が大凹凸パターン部2a
内に充填された状態にあることから、主面1aが塗布溶
液5を拡散させやすい状態となっている。したがって、
塗布溶液5は、図4に示すように半導体ウェハ1の主面
1aの全体に亘って、例えば数千Å乃至数 m程度の膜
厚を以って均一に拡散する。半導体ウェハ1において
は、余剰の塗布液5が外周部から次第に振り切られ、所
定時間の経過後に回転テーブル3が停止されることでそ
の回転が停止する。半導体ウェハ1は、これによって塗
布液5の溶媒が蒸発し、図4及び図5に示すようにその
塗膜成分が主面1aの全体に亘って均一な膜厚を以って
密着して塗布液層6が形成される。
【0018】なお、本発明は、上述した実施の形態で説
明した塗膜形成方法に限定されるものでは無いことは勿
論である。半導体ウェハ1は、形成される塗布液層6の
特性によって、低速回転と高速回転の回転数が適宜選定
されて回転駆動され、また第1回目の塗布溶液10と第
2回目の塗布溶液11の滴下量が調整される。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる半導体ウェハの塗膜形成方法によれば、半導体ウェ
ハを低速回転するとともに第1回目の塗布液を滴下する
第1の工程と、半導体ウェハを高速回転するとともに第
2回目の塗布液を滴下する第2の工程とを経るスピンコ
ート法を採用したことから、第1の工程において段差の
大きな部位等に対しても第1回目の塗布液が確実に充填
されるとともにその状態が保持されて全体として塗布液
が拡散しやすい主面状態が生成され、第2の工程におい
て第1回目の塗布液と第2回目の塗布液とが混合してな
る塗布液が半導体ウェハの主面を遠心力によって円滑に
拡散して全面に亘って均一でかつ所定の膜厚を有する塗
布液層を形成する。したがって、半導体ウェハの塗膜形
成方法によれば、段差が大きく或るいは大パターン部を
有する凹凸パターンが形成された半導体ウェハに対して
も、ストリエーションの発生も無くかつ均一で所定の膜
厚を有する塗布液層が形成されることで、高精度の半導
体ウェハを歩留りよく製造することが可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる半導体ウェハの塗膜形成方法の
実施の形態として示す工程図であり、半導体ウェハの主
面上に第1回目の塗布液を滴下した状態を示す。
【図2】同工程図であり、半導体ウェハを低速回転させ
る状態を示す。
【図3】同工程図であり、半導体ウェハの主面上に第2
回目の塗布液を滴下した状態を示す。
【図4】同工程図であり、半導体ウェハを高速回転させ
る状態を示す。
【図5】同塗膜形成方法によって塗布液層が形成された
半導体ウェハの斜視図である。
【図6】従来の半導体ウェハの塗膜形成方法の実施の形
態として示す工程図であり、半導体ウェハの主面上に塗
布液を滴下した状態を示す。
【図7】同工程図であり、半導体ウェハを回転させた状
態を示す。
【図8】同工程図であり、半導体ウェハの回転を停止さ
せた状態を示す。
【図9】同塗膜形成方法によって塗布液層が形成された
半導体ウェハの斜視図である。
【符号の説明】
1 半導体ウェハ 1a 主面 2 凹凸パターン 3 回転テーブル 4 ノズル 5 塗布液 6 塗布液層 10 第1塗布液 11 第2塗布液

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主面に高段差かつ大パターン部を有する
    凹凸パターンが形成された半導体ウェハの主面上に塗布
    液を滴下し、スピンコート法により塗布液層を形成する
    半導体ウェハの塗膜形成方法において、 前記半導体ウェハの主面上に、その略中央部から第1回
    目の塗布液を滴下した後にこの半導体ウェハを低速回転
    させて外周部の近傍付近まで前記塗布液を拡散させる第
    1の工程と、 前記半導体ウェハを、塗膜厚を規定する所定の高速回転
    数に切り替えて回転させた状態で、その略中央部から第
    2回目の塗布液を滴下することによってその主面全体に
    塗布液層を形成するとともに余剰の塗布液を外周部から
    振り切る第2の工程とを経ることを特徴とする半導体ウ
    ェハの塗膜形成方法。
  2. 【請求項2】 前記第2の工程は、滴下される前記第2
    回目の塗布液の滴下量が、前記第1の工程で滴下される
    前記第1回目の塗布液の滴下量の約1/2であることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体ウェハの塗膜形成方
    法。
  3. 【請求項3】 前記第2の工程は、前記第2回目の塗布
    液の滴下が、前記第1の工程で滴下された前記第1回目
    の塗布液の溶媒が蒸発する前に行われることを特徴とす
    る請求項1又は請求項2に記載の半導体ウェハの塗膜形
    成方法。
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