JP2004153262A - Method of spin coating - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハあるいは液晶ディスプレイ用ガラス基板上にフォトレジストのようなコート液を塗布するのに好適なスピンコート法に関する。 The present invention relates to a spin coating method suitable for applying a coating liquid such as a photoresist on a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display.
半導体ICの製造工程では、半導体ウエハにフォトレジストを均一に塗布するために、一般的にはスピンコート法が用いられている。
このスピンコート法では、フォトレジスト液が滴下される半導体ウエハは、1000rpmないし2000rpmで回転される。半導体ウエハのような基板上に供給されるフォトレジスト液のようなコート液は、この基板の回転による遠心力によって基板表面に拡げられ、これにより基板の表面にコート液がほぼ均一に塗布される。
In a semiconductor IC manufacturing process, a spin coating method is generally used in order to uniformly apply a photoresist to a semiconductor wafer.
In this spin coating method, the semiconductor wafer on which the photoresist solution is dropped is rotated at 1000 rpm to 2000 rpm. A coating liquid such as a photoresist liquid supplied onto a substrate such as a semiconductor wafer is spread on the substrate surface by centrifugal force due to the rotation of the substrate, whereby the coating liquid is applied almost uniformly to the surface of the substrate. .
ところが、上記のような従来のスピンコート法では、揮発性の有機溶媒を含むコート液の基板表面上への供給量が充分でないと、コート液が基板上に拡がるとき、有機溶媒の蒸発によってコート液の粘度が高まり、塗りむらが生じる虞れがあった。
そのため、塗りむらが生じることなくコート液であるフォトレジスト液を基板表面である半導体ウエハ表面に塗布するために、基板表面に供給されるコート液の実にほぼ95%を越える量が回転される基板の外縁から遠心力によって飛び散る程に、極めて多量の過剰なコート液が基板上に供給されている。
そこで、省資源の観点から、この無駄なコート液の供給量を削減できる技術が望まれていた。
Therefore, in order to apply the photoresist liquid as the coating liquid to the surface of the semiconductor wafer as the substrate surface without causing uneven coating, the amount of the coating liquid supplied to the substrate surface is rotated by an amount exceeding substantially 95%. An extremely large amount of excess coating solution is supplied onto the substrate so that the coating solution is scattered by the centrifugal force from the outer edge of the substrate.
Therefore, from the viewpoint of resource saving, a technology capable of reducing the supply amount of the useless coating liquid has been desired.
解決しようとする問題点は、基板にコート液を過剰に供給しなければならないという点である。 The problem to be solved is that an excessive amount of the coating liquid must be supplied to the substrate.
本発明は、以上の点を解決するために、コート液が供給される基板を従来のスピンコート法では考えられなかった高速度で回転させ、従来のような多量の過剰コート液を基板外周から放散させることなく、少量のコート液で基板面を効果的に塗布するという基本構想に立脚して、次の構成を採用する。 The present invention solves the above problems by rotating the substrate to which the coating liquid is supplied at a high speed which could not be considered by the conventional spin coating method, and discharging a large amount of the excess coating liquid as in the conventional method from the outer periphery of the substrate. The following configuration is adopted based on the basic concept of effectively applying the substrate surface with a small amount of coating liquid without dissipating.
本発明に係る方法は、回転の停止している基板上にコート液を供給し、その後、前記基板を加速回転させて該基板上に前記コート液を拡げるスピンコート法であって、前記基板を、前記コート液の拡がり速度が最大となる回転速度まで加速回転させることを特徴とする。 A method according to the present invention is a spin coating method in which a coating liquid is supplied onto a substrate that has stopped rotating, and then the substrate is accelerated and rotated to spread the coating liquid on the substrate. The coating liquid is accelerated and rotated to a rotational speed at which the spreading speed of the coating liquid is maximized.
本発明に係る方法は、前記基板に4000rpm/s以上の回転加速度を加えると、前記コート液の拡がり速度の最大となる回転速度がほぼ20000rpmとなることを特徴とする。 The method according to the present invention is characterized in that, when a rotational acceleration of 4000 rpm / s or more is applied to the substrate, the rotational speed at which the spreading speed of the coating liquid is maximized becomes approximately 20,000 rpm.
本発明に係る方法は、前記基板上に供給されたコート液の揮発を抑制するために、該コート液を該コート液の溶媒で覆うことを特徴とする。 The method according to the present invention is characterized in that the coating liquid is covered with a solvent for the coating liquid in order to suppress volatilization of the coating liquid supplied onto the substrate.
本発明に係るスピンコート方では、基板上でコート液の拡がり速度が最大となる回転速度、例えば、20000rpmまで基板を加速加転させるので、この回転速度においてコート液が最速で基板に拡がる。従って、コート液の溶媒の揮発量が少ない内に該コート液を基板に塗布でき、よって、コート液を過剰に供給する必要がなくなる。 In the spin coating method according to the present invention, the substrate is accelerated and rotated to a rotation speed at which the spreading speed of the coating liquid on the substrate is maximized, for example, 20,000 rpm, so that the coating liquid spreads on the substrate at the highest speed at this rotation speed. Therefore, the coating liquid can be applied to the substrate while the amount of the solvent in the coating liquid is small, so that it is not necessary to supply the coating liquid in excess.
以下、本発明を図示の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
図1は、本発明に係る基板の回転数と実質的に影響を及ぼす程の強いむらを生じることのない必要最小限のコート液供給量との関係を示すグラフであるが、このグラフに沿っての説明に先立ち、図2に示されたスピンコート装置について説明する。 FIG. 1 is a graph showing the relationship between the number of rotations of the substrate according to the present invention and the minimum necessary supply amount of the coating liquid which does not cause strong unevenness that substantially influences. Prior to the description, the spin coater shown in FIG. 2 will be described.
図2は、本発明のスピンコート法を実施するのに好適な半導体ウエハ用スピンコート装置を概略的に示す模式図である。
スピンコート装置10は、例えば4000rpm以上の高速回転で駆動される回転軸11を有し、この回転軸11と一体的に回転される全体に円形のテーブル12が設けられたチャック13と、このチャック13のテーブル12上の所定箇所に半導体ウエハ14を配置し、またスピンコート処理後の半導体ウエハ14をチャック13のテーブル12から取り外すためウエハ取扱い装置15と、テーブル12上の半導体ウエハ14の表面にレジスト液を滴下するためのコート液供給手段たる従来よく知られたコート液供給ノズル16とを含む。
FIG. 2 is a schematic view schematically showing a semiconductor wafer spin coating apparatus suitable for performing the spin coating method of the present invention.
The
チャック13には、半導体ウエハ14をテーブル12上に保持するための例えば従来よく知られた真空吸着手段(図示せず)が設けられており、このチャック13の重心位置は、回転軸11の回転軸線11a上に設定されている。
The
図3は、半導体ウエハ14の平面図である。
半導体ウエハ14は、全体に円形の外形を呈するが、結晶方位を明示するための目印部17として、外縁の円弧部が、直線上の弦に沿って切り取られている。そのため、半導体ウエハ14の符号18で示す中心位置は、半導体ウエハ14の円形外形の2本の直径線が交わる交点に位置するが、半導体ウエハ14の重心位置19は、中心位置18に一致せず、この中心位置18よりも目印部17が設けられた側と反対側に偏っている。
FIG. 3 is a plan view of the
The
そのため、ウエハ取扱い装置15によって、半導体ウエハ14がその中心位置18を回転軸線11aに一致させてテーブル12上に配置されると、半導体ウエハ14を保持したチャック13の総合重心位置が回転軸線11aから外れることとなる。
このずれは、本発明におけるような4000rpm以上の高速回転に悪影響を及ぼす虞がある。
Therefore, when the
This shift may adversely affect high-speed rotation of 4000 rpm or more as in the present invention.
そこで、図2に示されているように、ウエハ取扱い装置15に関連して総合重心位置のずれを補正してこの総合重心位置を回転軸線11aに一致させるための調整手段20が設けられている。
この調整手段20は、図2に示す例では、テーブル12の一側に固定され、半導体ウエハ14の目印部17による欠損分の重量を補うためのカウンタウエイト21と、このカウンタウエイト21の位置を検出するための赤外線センサあるいは反射センサのような検出器22とを備える。
Therefore, as shown in FIG. 2, there is provided an adjusting means 20 for correcting the shift of the overall center of gravity in relation to the
In the example shown in FIG. 2, the adjusting means 20 is fixed to one side of the table 12, and adjusts the position of the
ウエハ取扱い装置15は、半導体ウエハ14のテーブル12上への配置に際し、検出器22からの情報に基づいてカウンタウエイト21の位置を検知し、図4に示されているように、半導体ウエハ14の中心位置18が回転軸線11aに一致しかつ目印部17がカウンタウエイト21の側に位置する姿勢で、半導体ウエハ14をチャック13に配置する。
The
カウンタウエイト21の補償作用により、半導体ウエハ14の重心位置19が回転軸線11aからずれていても、半導体ウエハ14およびチャック13の総合重心位置は回転軸線11a上に調整される。
従って、テーブル12が4000rpmを越える高速度で回転され、このテーブル12の回転と一体的に半導体ウエハ14が高速度で回転されても、半導体ウエハ14はぶれを生じることなく、安定した姿勢で回転される。
Due to the compensation effect of the
Therefore, even if the table 12 is rotated at a high speed exceeding 4000 rpm, and the
ダイナミックディスペンス方式では、テーブル12上でこれと一体的に回転する半導体ウエハ14の表面に、その回転を停止させることなく高速回転の状態で、コート液供給ノズル16からレジスト液が滴下される。
コート液供給ノズル16から半導体ウエハ14の表面に滴下されたレジスト液は、半導体ウエハ14の高速回転による強い遠心力により、瞬時に半導体ウエハ14の径方向外方に延び拡がる。
In the dynamic dispense method, a resist liquid is dropped from a coating
The resist liquid dropped from the coating
図5は、レジスト液滴下時の半導体ウエハ14の回転速度と、滴下されたレジスト液の拡がり直径との関係を求める実験結果を示すグラフである。
X軸は、レジスト液供給時の回転速度(rpm)を示し、Y軸はそのときのレジスト液の拡がり直径(mm)をそれぞれ示す。試料基板として、6インチ(約15cm)の半導体ウエハが用いられ、レジスト液として粘度が10cp、100cpおよび180cpの3種類のレジスト液が使用された。
FIG. 5 is a graph showing the results of an experiment for determining the relationship between the rotation speed of the semiconductor wafer 14 under the resist droplet and the spreading diameter of the dropped resist solution.
The X-axis shows the rotation speed (rpm) when the resist solution is supplied, and the Y-axis shows the spreading diameter (mm) of the resist solution at that time. A 6-inch (about 15 cm) semiconductor wafer was used as a sample substrate, and three types of resist solutions having viscosities of 10 cp, 100 cp, and 180 cp were used as resist solutions.
それぞれの粘度に応じて滴下されたレジスト液の供給量に僅かな差が見られ、最も粘度の低い10cpのレジスト液では、0.34g、100cpのレジスト液では、0.3g、最も粘度の高い180cpのレジスト液では0.35gのレジスト液が供給された。各粘度のレジスト液についての特性線がそれぞれ記号A,B,Cで示されている。
粘度を相互に異にする各特性線A,B,Cの比較から明らかなように、いずれもレジスト液の滴下時の回転の増大に応じて、レジスト液の拡がり直径が増大している。また、同一回転速度であれば、レジスト液の粘度の低下に応じて、拡がり直径が増大している。
There is a slight difference in the supply amount of the resist solution dropped according to the respective viscosities. The resist solution having the lowest viscosity of 10 cp is 0.34 g, the resist solution of 100 cp is 0.3 g, and the viscosity is highest. For the 180 cp resist solution, 0.35 g of the resist solution was supplied. Characteristic lines for resist solutions of respective viscosities are indicated by symbols A, B, and C, respectively.
As is clear from the comparison of the characteristic lines A, B, and C having different viscosities, the spreading diameter of the resist liquid increases in accordance with the increase in rotation during the dropping of the resist liquid. At the same rotational speed, the spreading diameter increases as the viscosity of the resist liquid decreases.
図1は、図5に示した10cpの粘度のレジスト液を用い、このレジスト液の滴下時における6インチの半導体ウエハ14の回転数と、この滴下によって半導体ウエハ14の全域を覆うに必要なレジスト液の最小供給量すなわち必要最小限の滴下量との関係を求めた実験結果を示すグラフである。
FIG. 1 shows a case where a resist solution having a viscosity of 10 cp shown in FIG. 5 is used, the number of rotations of the 6-
図1のグラフで読み取れるように、従来のような2000rpm未満の比較的低い回転速度では、2ccを越えるレジスト液の滴下が必要となる。しかも、供給された2ccのレジスト液のうち、約95%の1.9ccという多量のレジスト液が半導体ウエハ14の表面に付着することなく、過剰分として回転する半導体ウエハ14の外縁から外方へ飛び散ることから、無駄となる。
As can be seen from the graph of FIG. 1, at a relatively low rotation speed of less than 2000 rpm as in the conventional case, it is necessary to drop a resist solution exceeding 2 cc. Moreover, of the supplied 2 cc resist solution, a large amount of approximately 1.9 cc of the resist solution of about 95% does not adhere to the surface of the
これに対し、本発明の方法による例えば4000rpmの高速回転では、従来の半値である1ccのレジスト液の滴下によって、このレジスト液で半導体ウエハ14の表面を全面に亘って覆うことができる。
これにより、強いむらを生じることなくレジスト液を塗布することができ、しかも半導体ウエハ14の縁部から放散されるレジスト液の量も1ccに満たない僅かな量となる。
On the other hand, in the high-speed rotation of, for example, 4000 rpm according to the method of the present invention, the surface of the
As a result, the resist liquid can be applied without causing strong unevenness, and the amount of the resist liquid radiated from the edge of the
また、6000rpmの回転速度では、約0.5ccのレジスト供給量で足り、しかも半導体ウエハ14の縁部から放散される過剰分は、供給量の80%の僅かに0.4ccに過ぎない。
さらに、レジスト液滴下時の回転速度が7000rpmに達すると、約0.3ccのレジスト供給量で十分であり、しかも過剰分として放散されるレジスト量は、供給量の約66%にあたる0.2ccという微量である。
At a rotation speed of 6000 rpm, a resist supply amount of about 0.5 cc is sufficient, and the excess amount radiated from the edge of the
Further, when the rotation speed at the time of dropping the resist droplets reaches 7000 rpm, the supply amount of the resist of about 0.3 cc is sufficient, and the amount of the resist dissipated as an excess is 0.2 cc, which is about 66% of the supply amount. Trace amount.
この回転速度の高速化に関し、さらに図1の特性線の破線で示される7000rpmを越える高速領域では、回転速度の高速化の実現により、必要最小限のレジスト滴下量のさらなる削減と共に、放散される過剰分の一層の削減を図ることが可能になると推定できる。 Regarding the increase in the rotation speed, in the high-speed region exceeding 7000 rpm indicated by the broken line of the characteristic line in FIG. 1, the rotation speed is increased, and the required minimum amount of resist dripping is further reduced. It can be estimated that the excess can be further reduced.
先に示したところでは、本発明をダイナミックディスペンス方式に適用した例について説明したが、本発明をスタティックディスペンス方式に適用できる。
図6は、半導体ウエハの回転停止状態でレジスト液を滴下し、その後、半導体ウエハを急激に回転させるいわゆるスタティックディスペンス方式において、半導体ウエハの回転加速度と、そのときのレジスト液の拡がり直径との関係を求めた実験結果を示すグラフである。
Although the example in which the present invention is applied to the dynamic dispense method has been described above, the present invention can be applied to the static dispense method.
FIG. 6 shows the relationship between the rotational acceleration of the semiconductor wafer and the spreading diameter of the resist liquid at that time in a so-called static dispense method in which the resist liquid is dropped while the rotation of the semiconductor wafer is stopped, and then the semiconductor wafer is rapidly rotated. 6 is a graph showing an experimental result of obtaining.
図6の実験では、6インチの半導体ウエハ14を停止状態において、180cpの粘度を示す0.35gのレジスト液が半導体ウエハ14に供給された。図6のグラフのX軸およびY軸は、レジスト液供給後の半導体ウエハ14に与えられる回転加速度(rpm/s)およびレジスト液の拡がり直径(mm)とをそれぞれ示す。
In the experiment of FIG. 6, when the 6-
特性線D,E,F,GおよびHは、それぞれレジスト液の供給後における回転加速度が2000rpm/s、4000rpm/s、5000rpm/s、7000rpm/sおよび8000rpm/sの各例における特性を表す。
各特性線D〜Hで明らかなように、回転加速度が高いほど、レジスト液の拡がり直径も増大している。また、レジスト液の直径拡がり速度に最大値を与える回転速度がほぼ20000rpmに存在する。
従って、180cpのような高粘度を示すレジスト液では、最大レジスト液拡がり速度を示す回転速度で、この速度の継続時間を適宜選択することにより、ダイナミックディスペンス方式速度におけると同様に、無駄のないレジストの塗布が可能となる。
The characteristic lines D, E, F, G, and H represent the characteristics in each example where the rotational acceleration after the supply of the resist liquid is 2000 rpm / s, 4000 rpm / s, 5000 rpm / s, 7000 rpm / s, and 8000 rpm / s.
As is clear from the characteristic lines D to H, as the rotational acceleration increases, the spreading diameter of the resist liquid also increases. Also, the rotation speed that gives the maximum value to the diameter spreading speed of the resist solution exists at approximately 20,000 rpm.
Therefore, in the case of a resist solution having a high viscosity such as 180 cp, by selecting the duration of this speed as appropriate at the rotation speed indicating the maximum resist solution spreading speed, the resist can be cleaned up without waste as in the dynamic dispensing system speed. Can be applied.
本発明の高速回転によるスピンコート法では、ダイナミックディスペンス方式とスタティクディスペンス方式とを比較するに、後者の方式において、より明確で著しい省資源効果を確認することができた。 In the spin coating method by high-speed rotation of the present invention, a clearer and more remarkable resource saving effect was confirmed in the latter method, comparing the dynamic dispensing method and the static dispensing method.
スピンコート法によるレジスト液の拡がり速度は、レジスト液の粘度調整によって行うことができるが、この粘度が比較的高い場合、高速回転時にレジスト液の有機溶媒の気化が促進されることから、レジスト液が十分に拡がらないことがある。このような高粘度のレジスト液を使用するとき、有機溶媒の揮発を抑制するために、半導体ウエハ14上に供給された高粘度レジスト液を覆うように、このレジスト液の有機溶媒を供給し続けた状態で半導体ウエハ14を高速回転することができる。
The spreading speed of the resist solution by the spin coating method can be controlled by adjusting the viscosity of the resist solution. However, when the viscosity is relatively high, the vaporization of the organic solvent in the resist solution is accelerated during high-speed rotation. May not spread sufficiently. When such a high-viscosity resist solution is used, the organic solvent of the resist solution is continuously supplied so as to cover the high-viscosity resist solution supplied on the
図7に示すスピンコート装置10では、半導体ウエハ14上に供給された高粘度のレジスト液23を覆うように、このレジスト液23に使用されたと同じ有機溶媒24が溶媒供給ノズル25から連続的に供給されている。この溶媒24の供給は、半導体ウエハ14の高速回転によってレジスト液23が半導体ウエハ14の表面にほぼ行き渡るまで続けられる。この溶媒24は、その下方のレジスト液23の揮発作用を抑制する。
従って、粘度の高いレジスト液をも、半導体ウエハ14の高速回転によってほぼ均一に塗布することが可能となる。
In the
Therefore, it is possible to apply the resist liquid having a high viscosity almost uniformly by the high-speed rotation of the
半導体ウエハ14に高粘度のレジスト液23が供給されたとき、溶媒24を連続的に供給し続けることに代えて、このレジスト液23を一時的に溶媒24で覆うことによっても、レジスト液23の揮発を抑制する作用を期待することができる。
When the high-viscosity resist
また、図示しないが、半導体ウエハ14に供給されるレジスト液の揮発を抑制する手段として、半導体ウエハ14上に供給されたレジスト液を所定の加圧雰囲気下において半導体ウエハ14を高速回転することができる。この加圧雰囲気を実現するために、スピンコート装置10全体を加圧チャンバ内に配置することができる。
この加圧チャンバの形成のために、テーブル12の外周を覆って配置される図示しないが従来よく知られた外部カップ部材およびトップカップ部材を利用することができる。
また、前記加圧チャンバ内をレジスト液の有機溶媒の雰囲気下におくことによい、レジスト液の揮発を抑制することができ、これにより、一層むらなく良好にレジスト液を半導体ウエハ14に塗布することができる。
Although not shown, as means for suppressing volatilization of the resist liquid supplied to the
For forming the pressurized chamber, a well-known external cup member and a top cup member (not shown) arranged over the outer periphery of the table 12 can be used.
Further, it is preferable to keep the inside of the pressurized chamber under an atmosphere of an organic solvent of the resist solution, and it is possible to suppress volatilization of the resist solution, whereby the resist solution is more uniformly applied to the
図2および図4に示した例では、カウンタウエイト21および検出器22を備える調整手段20について説明したが、カウンタウエイト21および検出器22を設けることなく、ウエハ取扱い装置15自体が、図3に示した半導体ウエハ14の重心位置19をチャック13の回転軸線11aに一致させて半導体ウエハ14をテーブル12上に配置させることができる。
In the example shown in FIGS. 2 and 4, the adjusting means 20 including the
ウエハ取扱い装置15により、半導体ウエハ14の重心位置19を回転軸線11aに一致させて配置することにより、前記したカウンタウエイト21および検出器22を用いることなく、半導体ウエハ14の安定した極めて良好な高速回転を実現することができる。
By arranging the position of the center of
本発明に係るスピンコート法は、前記した半導体ウエハへのフォトレジスト液の塗布に限らず、例えば液晶ディスプレイ用ガラス基板へのフォトレジスト液の塗布等、種々の基板へのコート液の塗布に適用することができる。 The spin coating method according to the present invention is not limited to the application of the photoresist liquid to the semiconductor wafer described above, but is applied to the application of a coating liquid to various substrates, for example, the application of a photoresist liquid to a glass substrate for a liquid crystal display. can do.
10 スピンコート装置
11 回転軸
11a 回転軸線
12 テーブル
13 チャック
14 (基板)半導体ウエハ
15 ウエハ取扱い装置
16 コート液供給ノズル
17 目印部
18 中心位置
19 重心位置
20 調整手段
21 カウンタウエイト
22 検出器
23 (コート液)レジスト液
24 溶媒
25 溶媒供給ノズル
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基板を、前記コート液の拡がり速度が最大となる回転速度まで加速回転させることを特徴とするスピンコート法。 A spin coating method in which the coating liquid is supplied onto the substrate whose rotation has been stopped, and then the substrate is accelerated and rotated to spread the coating liquid on the substrate,
A spin coating method, wherein the substrate is accelerated and rotated to a rotation speed at which the spreading speed of the coating liquid is maximized.
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