JP2002246293A - フォトレジストのコーティング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高粘度フォトレジストの厚膜を基板表面に均
一に、かつ気泡が巻き込まれることなく、１回のスピン
コート操作で成膜する。 【解決手段】 基板表面に粘度１．４Ｐａ・ｓ以上、
１．６Ｐａ・ｓ以下のフォトレジストを容器に収容し、
スピンコータのターンテーブルにセットした基板の表面
に上記フォトレジストを注ぎ口から自重で、かつ基板表
面での跳ね返りが生じないように注ぐ。ついで、スピン
モータによりターンテーブルを所定の回転速度で回転さ
せることにより、フォトレジストを基板表面の外周部に
向けて広げ、例えば厚み１０μｍ以上の厚膜に成膜す
る。この場合、基板の回転速度を時間の経過とともに、
低・中・高の順に３段階に変える。例えば、前段の低速
回転工程では５００ｒｐｍで約１０秒間、中段の中速回
転工程では１０００ｒｐｍで約１０秒間、後段の高速回
転工程では１５００ｒｐｍで所定時間、それぞれ基板を
回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトレジストの
コーティング方法（回転塗布方法）に関し、より詳しく
は、高粘度フォトレジストの厚膜を、１回のスピンコー
ト操作により基板表面に均一に、かつ気泡が巻き込まれ
ることなく成膜することができるコーティング方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、センサやアクチュエータなどの電
子部品、またそれらを組み合わせて構成される電子機器
システムを半導体プロセス技術や超精密加工技術などに
よってマイクロ化するマイクロマシン技術研究開発が盛
んであり、センサなどの小型化、高機能化の進展が期待
できる。これらセンサの製作方法には光リソグラフィー
（光露光によるパターン転写）技術が用いられる。

【０００３】光リソグラフィーは、予めウェハー表面に
スピンコートされたフォトレジスト膜にマスクパターン
を形成する技術である。このようにパターニングされた
ウェハーでは、エッチングしたい部分はフォトレジスト
が完全に除去され、エッチングしたくない部分はレジス
トで覆われた状態となっている。この状態のウェハーに
ついて、ドライエッチング（ＲＩＥやイオンビーム）な
どにより全面エッチングを行う。ただし、フォトレジス
トと露出している材料とのエッチングレート差を考慮し
たエッチング時間の設定を行うことが必要で、長時間の
エッチング（深溝エッチング）を行う場合、狙いのエッ
チング深さに達する前にフォトレジストが十分エッチン
グされずに残っているように、フォトレジストの厚さを
設定しなければならない。

【０００４】通常、深溝エッチングを行う場合、フォト
レジストは比較的エッチングレートが高いため、削りた
い材料に比べてエッチングレートが大きく異なる材料
（金属膜）をマスクとする手法も考えられている。

【０００５】しかしこの場合、エッチング後のマスク除
去が困難であり、エッチング後のマスク除去工程を考慮
すると、アセトンのみで溶解可能なフォトレジストがマ
スクとして使用可能な条件を見出すことが急務であっ
た。フォトレジストを厚膜で成膜する場合、スピンコー
ト時のスピン速度（ウェハーの回転速度）を遅らせ、更
に高粘度のフォトレジストを使用する必要がある。

【０００６】また、従来のスピンコート技術において、
高粘度フォトレジストを使用する場合、高粘度が原因し
て、フォトレジストを基板表面に滴下供給するとき、お
よびこれに引き続いて基板表面のフォトレジストを基板
回転による遠心力で広げるときに、フォトレジストが外
気を巻き込んでしまうため、気泡を抱き込んでいない状
態のフォトレジスト膜を成膜することは容易ではなく、
とくに、高粘度フォトレジストによる厚膜の成膜では、
フォトレジスト膜中の残留気泡をなくすことは困難であ
った。

【０００７】このようなことから、気泡を含まない厚膜
のフォトレジスト膜を成膜するためには、例えば、比較
的低粘度のフォトレジストのスピンコート操作を複数回
繰り返し、フォトレジスト膜を積層するという極めて面
倒な操作を行わなければならなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みてなされたもので、その目的は、高粘度フォトレジ
ストの厚膜を、スピンコートにより基板表面に均一に、
かつ気泡が巻き込まれることなく、しかも１回の操作で
成膜することができる（１層で厚膜スピンコート成膜が
可能な）フォトレジストのコーティング方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るフォトレジ
ストのコーティング方法は、基板表面にフォトレジスト
を供給し、基板を回転させて遠心力によりフォトレジス
トを基板表面の外周部に向けて広げるスピンコートによ
るフォトレジストの成膜方法において、前記基板の回転
操作では、初期の低速回転工程と後のメインの高速回転
工程との間に、これら低速回転とメインの高速回転の中
間の速度による中速回転工程を設けることを特徴とす
る。

【００１０】本発明では、上記中速回転工程を設けたこ
とにより、基板表面のフォトレジストをその外周部に向
けて広げる際に、外気の巻き込みが著しく少なくなる結
果、気泡が殆どないか、または皆無のフォトレジスト膜
が再現性良く成膜される。すなわち、従来技術における
基板回転では、低速回転からいきなり高速回転に移行す
るため、この高速回転工程でフォトレジストが基板表面
を広がるときに、フォトレジスト周辺の外気を巻き込ん
でしまうのに対し、本発明では、上記中速回転工程を設
け、基板回転速度を２段階に分けて高めるようにしたた
め、この中速回転工程および高速回転工程のいずれにお
いても、フォトレジストが外気を巻き込むことが殆ど、
または全くなくなる。

【００１１】本発明のコーティング方法は、常温での粘
度が１．４Ｐａ・ｓ以上、１．６Ｐａ・ｓ以下のフォト
レジストをコーティングする場合に特に有効であり、膜
厚１０μｍ以上のフォトレジスト膜を、１回のコーティ
ング操作で成膜することができる。粘度が１．４Ｐａ・
ｓ未満では、これが難しくなる。また、粘度が１．６Ｐ
ａ・ｓを超えると、膜厚１０μｍ以上のフォトレジスト
膜を均一膜厚に制御するのが難しくなり、例えば１枚の
ウェハーにおいて中心部と外周部とで許容範囲を超える
膜厚差が生じる。

【００１２】また、本発明のコーティング方法では、前
記低速回転工程の基板回転速度をＶｉ（ｒｐｍ）、前記
高速回転工程の基板回転速度をＶｈ（ｒｐｍ）とすると
き、前記中速回転工程における基板の回転速度Ｖｍ（ｒ
ｐｍ）を、１．６Ｖｉ≦Ｖｍ≦０．８Ｖｈとすることに
より、気泡が殆どないか、または皆無のフォトレジスト
膜を成膜することができる。Ｖｍが上記範囲から外れる
と、本発明の目的達成が難しくなる。

【００１３】また、本発明のコーティング方法では、前
記低速回転工程、前記中速回転工程をそれぞれ５秒以
上、１５秒以下の時間範囲内で継続することが望まし
い。これにより、本発明の効果がより顕著になる。低速
回転工程の継続時間が５秒未満では、その効果が得られ
ない。中速回転工程の継続時間が５秒未満の場合におい
ても同様に、スピンコーティングに中速回転工程を組み
込む効果が得られなくなる。また低速回転工程、中速回
転工程を１５秒を超えて継続しても、その効果の増大は
ごくわずかであり、コーティング時間の無駄になる。

【００１４】さらに、本発明のスピンコーティング方法
では、基板表面へのフォトレジストの供給は該フォトレ
ジストを収容した容器の注ぎ口から行われ、該注ぎ口
は、フォトレジストの自重落下が可能な注ぎ口口径とす
ることが望ましい。これによりフォトレジストを、これ
が外気を殆どまたは全く巻き込むことなく円滑に基板表
面に供給することができる。

【００１５】本発明のコーティング方法は、シリコン基
板、シリコン酸化膜が形成されたシリコン基板、ガラス
基板、金属基板またはプラスチック基板に有効に適用す
ることができる。

【００１６】本発明によるコーティング方法は、例えば
以下の手順で行うことができる。すなわち、基板表面に
粘度１．４Ｐａ・ｓ以上、１．６Ｐａ・ｓ以下のフォト
レジストを、自重落下が可能な注ぎ口口径、例えば注ぎ
口口径が２５ｍｍ以上の容器に収容し、スピンコータの
ターンテーブルにセットした基板の表面に上記フォトレ
ジストを注ぎ口から自重で、かつ基板表面での跳ね返り
が生じないように注ぐ。ついで、スピンモータによりタ
ーンテーブルを所定の回転速度で回転させることによ
り、フォトレジストを基板表面の外周部に向けて広げ、
例えば厚み１０μｍ以上、好ましくは厚み１５μｍ以上
の厚膜に成膜する。この場合、基板の回転速度を時間の
経過とともに、低・中・高の順に３段階に変える。例え
ば、前段の低速回転工程では５００ｒｐｍで約１０秒
間、中段の中速回転工程では１０００ｒｐｍで約１０秒
間、後段の高速回転工程では１５００ｒｐｍで所定時
間、それぞれ基板を回転させる。

【００１７】

【実施例】つぎに、本発明の実施例および比較例につい
て説明する。市販フォトレジストとしてはフォトレジス
ト「ＳＩＰＲ−９２７０」（信越化学製）を入手し、更
にスピンコート時のスピン速度（回転テーブルの回転速
度）を可能な限り下げて、シリコンウェハー表面に厚膜
フォトレジストを成膜することができる方法についての
検討を行った。

【００１８】比較例１ 基板として口径４インチ、厚み０．３ｍｍのシリコン
（Ｓｉ）ウェハーを用いた。このウェハーを予めアセト
ンで超音波洗浄し（ジェット水流を用いた純水洗浄など
でも良い。）、表面すなわちレジストコート面にゴミや
染みがないことを確認した。ついで、以下の手順でフォ
トレジストをウェハー表面に供給した。

【００１９】ターンテーブルの回転操作（スピン操作）
では、従来のプログラムと同一条件である５００ｒｐｍ
で５秒間スピンさせた後、１５００ｒｐｍの回転を６０
秒間保持する条件に設定してスピンコートを行った（低
速回転工程＋高速回転工程）。しかし、この条件ではウ
ェハー表面のフォトレジスト膜内に、直径１０μｍ〜５
００μｍの気泡が１０ｍｍ^２あたり１〜４個と多数存在
していた。なお、高速回転工程を１５００ｒｐｍ未満に
した場合には、ウェハー内でフォトレジスト膜の厚みに
ムラが生じた。

【００２０】比較例２ 図２に示すように、低速回転工程ではターンテーブルの
回転速度を１００ｒｍｐから１０００ｒｐｍまで、１０
０ｒｐｍ間隔で振るとともに、これら低速回転工程の時
間を１０秒間の一定値とした。また、高速回転工程では
１５００ｒｐｍ×６０秒の一定値とした。それ以外は、
上記比較例１と同一条件にしてスピンコートを行った。

【００２１】その結果は図２に示すとおりで、フォトレ
ジスト膜内の気泡数は低速回転工程の回転速度により異
なり、５００ｒｐｍとしたときには、ウェハー表面のフ
ォトレジスト膜全体で約３０個と比較的少ない数の気泡
が確認されたのに対し、低速回転工程の回転速度が１０
０ｒｐｍのときの気泡は約１００個、１０００ｒｐｍの
ときの気泡は約７５個と多数確認された。

【００２２】比較例３ そこで、高速回転工程の継続時間を延長して、フォトレ
ジスト膜内の残留気泡を引き出すことを試みたが、改善
効果は得られなかった。また、従来使用してきた、薄膜
のレジスト膜を数層重ねてレジスト膜を厚く形成する手
法も試みたが、レジスト界面へのゴミの挟み込みや、レ
ジスト膜表面に形成された酸化層や変質層の影響によ
り、露光後のレジスト形状にうねりが生じた。

【００２３】上記重層成膜方法ではまた、（１）露光時
に光がレジスト界面に形成された変質層に遮られるた
め、レジスト底面まで届き難くなる、（２）フォトレジ
ストの成膜とベーク（乾燥処理）を数回繰り返さなけれ
ばならない、（３）一旦乾燥したレジスト上に再度レジ
ストを成膜する場合に密着性が低下する、などの弊害が
生じた。そこで工程数が少なく、上記重ね塗り成膜に比
べて生じる問題が少ないと予想される、厚膜を１層で形
成する成膜方法を実現させる必要があった。

【００２４】実施例１ 本発明によるフォトレジスト成膜の実施例を説明する。
この実施例１では、基板として口径４インチ、厚み０．
３ｍｍのシリコンウェハーを用いた。このウェハーを予
めアセトンで超音波洗浄し、表面すなわちレジストコー
ト面にゴミや染みがないことを確認した。なお、基板材
料がシリコンなど、金属以外の材料の場合には、レジス
トの付着力を向上させるために、ヘキサメチルシラザン
（例えば、東京応化工業製の「ＯＡＰ」）を膜厚５０ｎ
ｍ〜数百ｎｍで成膜することが好ましい。なお、このＯ
ＡＰ膜のベークは不要である。

【００２５】上記予備洗浄の後、以下の手順でＳＩＰＲ
−９２７０（信越化学製のポジ型フォトレジスト：粘度
１．４〜１．６Ｐａ・ｓ）の成膜を行った。スピンコー
タのターンテーブルにウェハーをセットし、注入口の口
径が３０ｍｍの容器の上記注入口をウェハー表面の直近
に位置決めし、上記注入口からレジストをウェハー中央
部に直接注いだ。使用したレジスト量は１０ｍｌ（ミリ
リットル）〜５０ｍｌであった。

【００２６】なお、注入口をウェハー表面から離しすぎ
た場合には、注がれるレジスト液の太さにより、ウェハ
ー表面での液の跳ね上がり量（レジスト液がウェハーに
接触したときに飛び散る滴の量）が異なるようになる。
この場合、レジスト液を細く絞って注ぎ込むと跳ね返り
量が多くなって、塗布されたレジスト内に空気が進入し
やすくなり、気泡の発生量が多くなるうえ、気泡が大き
くなる。また、このような気泡巻き込みの問題を防止す
るには、容器の注入口をウェハー表面の直近に位置決め
することのほかに、レジスト容器をできるだけ揺らさず
に保管・移動することが必要である。

【００２７】上記レジスト滴下につづいて、ターンテー
ブルを回転させて成膜した。この場合、初めに５００ｒ
ｐｍ×５秒間の条件で回転させ、ついで１０００ｒｐｍ
×１０秒間で、最後に１５００ｒｐｍ×６０秒間の条件
でそれぞれ回転させた。その後、成膜したウェハー表面
のフォトレジスト膜を１１０℃×３００秒の条件でベー
クした。

【００２８】その結果、ベーク後のウェハー表面のフォ
トレジスト膜の厚みは均一で、しかもウェハー表面のフ
ォトレジスト膜の全面について観察したところ、気泡は
確認されなかった。

【００２９】実施例２ 図１に示すように、中速回転工程ではターンテーブルの
回転速度を５００ｒｍｐから１５００ｒｐｍまで、１０
０ｒｐｍ間隔で振るとともに、これら中速回転工程の時
間を１０秒間の一定値とする以外は、上記実施例１と同
一条件にしてスピンコートを行った。

【００３０】その結果は図１に示すとおりで、ベーク後
のフォトレジスト膜の全面について観察したところ、中
速回転工程でのターンテーブルの回転速度が５００ｒｍ
ｐの時が最も気泡が少なく、また上記ベーク後のウェハ
ー表面のフォトレジスト膜の厚みはいずれも１５μｍ以
上で、しかも均一で何ら問題のないものであった。

【００３１】上記のとおり、レジストの注ぎ込み手法の
適正化を行うとともに、スピンコータの回転操作では、
従来条件（前段の低速回転工程＋後段の高速回転工程）
に、中段の中速回転工程を組み込むことによって、１回
のスピンコート操作で、膜厚が約１０μｍ〜１５０μｍ
という厚膜を、レジスト膜内に気泡が殆ど、または全く
発生することなく成膜することが可能となった。

【００３２】高粘度のレジストを容器からウェハーに注
ぎ込む場合、レジストが容器内に留まろうとする傾向が
強くなるが、本発明ではレジスト容器の注ぎ口の口径を
自重落下が可能な大きさ、例えば２５ｍｍ以上とするこ
とで、ウェハー表面へのレジストの注ぎ込み速度が加圧
落下させた場合に比べて低下する。これにより、レジス
トがウェハー表面に接触するときの衝撃が和らげられ、
レジストの滴が飛び散ることがなくなり、レジスト内部
の気泡発生・残留をなくすことができる。さらに、コー
ティング時の低速回転とメインの高速回転との中間に、
中速回転工程を設けることで、ウェハー中央部に盛られ
たレジストが緩やかに遠心力によって広げられる（引き
伸ばされる）ため、低速回転の後にいきなりメインの高
速回転に移行する従来技術に比べて、空気巻込みによる
泡の発生が少なくなる。このため、本発明によれば、成
膜されたレジスト中の残留泡を皆無または殆ど皆無にす
ることが可能となった。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係るフォトレジストのコーティング方法では、基板表面
に供給されたフォトレジストを遠心力で基板外周面に向
かって広げる基板の回転操作において、初期の低速回転
工程と後のメインの高速回転工程との間に、これら低速
回転とメインの高速回転の中間の速度による中速回転工
程を設けることにより、基板回転工程での空気巻込みに
起因するフォトレジスト膜中の泡発生が、初期の低速回
転工程とメインの高速回転工程とからなる従来のコーテ
ィング方法に比べて大幅に減少する。このため本発明に
よれば、１回のスピンコート操作で、高粘度フォトレジ
ストの厚膜を基板表面に均一に、かつ気泡が殆どない
か、または皆無の状態で再現性良く成膜することができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例２の結果を示すグラフであ
る。

【図２】比較例２の結果を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲熊 輝往 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H025 AA18 AB16 AB17 BJ06 EA05 4D075 AC64 AC94 AC96 CA48 DA06 DB01 DB13 DB14 DB31 DC16 DC22 DC24 EA07 EA45 4F041 AA06 AB01 BA56 CA02 CA22 4F042 AA07 BA05 BA25 EB05 EB13 EB17 EB29 5F046 JA01 JA13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板表面にフォトレジストを供給し、基
   板を回転させて遠心力によりフォトレジストを基板表面
   の外周部に向けて広げるフォトレジストのコーティング
   方法において、前記基板の回転操作では、初期の低速回
   転工程と後のメインの高速回転工程との間に、これら低
   速回転とメインの高速回転の中間の速度による中速回転
   工程を設けることを特徴とするフォトレジストのコーテ
   ィング方法。
2. 【請求項２】 前記フォトレジストは、常温における粘
   度が１．４Ｐａ・ｓ以上、１．６Ｐａ・ｓ以下であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストのコー
   ティング方法。
3. 【請求項３】 前記低速回転工程の基板回転速度をＶｉ
   （ｒｐｍ）、前記高速回転工程の基板回転速度をＶｈ
   （ｒｐｍ）とするとき、前記中速回転工程における基板
   の回転速度Ｖｍ（ｒｐｍ）を、１．６Ｖｉ≦Ｖｍ≦０．
   ８Ｖｈとすることを特徴とする請求項１または２に記載
   のフォトレジストのコーティング方法。
4. 【請求項４】 前記低速回転工程、前記中速回転工程を
   それぞれ５秒以上、１５秒以下の時間範囲内で継続する
   ことを特徴とする請求項３に記載のフォトレジストのコ
   ーティング方法。
5. 【請求項５】 基板表面へのフォトレジストの供給は該
   フォトレジストを収容した容器の注ぎ口から行われ、該
   注ぎ口は、フォトレジストの自重落下が可能な注ぎ口口
   径とすることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジ
   ストのコーティング方法。