JP2008130600A

JP2008130600A - 塗布膜の形成方法および塗布膜形成装置

Info

Publication number: JP2008130600A
Application number: JP2006310416A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Sato; 康彦佐藤; Yohei Ozaki; 陽平尾崎; Kenji Hayashi; 健治林; Tadahito Fujisawa; 忠仁藤澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-05
Also published as: US20080131599A1

Abstract

【課題】被処理基板に対して、レジスト等の薬液を所望の膜質で全面に確実に塗布する。
【解決手段】塗布膜形成装置は、シリコン基板１を載置するためのスピンチャック２が回転可能に設けられ、第１の滴下ノズル９によりレジストを滴下してシリコン基板１を回転させて第１の塗布膜を形成する。シリコン基板１のノッチ部分などで発生する塗布不良領域に対して第２の滴下ノズル１０からレジストを滴下して第２の塗布膜を形成し、全面に確実にレジストの塗布膜を形成する。その後、吸引ノズル１１により第２の塗布膜の表面を吸引して乾燥させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程（ウェハー工程、露光用マスク製造工程）や、液晶デバイス製造工程における塗布膜作成工程に用いられる塗布膜の形成方法および塗布膜形成装置に関する。

例えば半導体装置の製造工程においては、被処理基板であるシリコン基板上に複数の膜物質を堆積し、所望のパターンにパターニングする工程を多く含んでいる。このパターニング工程は、一般にフォトレジストと呼ばれる感光性物質をシリコン基板上の被加工物の上に堆積し、このレジストを選択的に露光することによってなされる。フォトレジスト液は薬液供給装置のノズルより、高速で回転するシリコン基板表面上に滴下することによって必要な膜厚のレジスト膜として形成される。（例えば、特許文献１参照）
近年、シリコン基板が大口径化したため、従来のスピンコーティング法では塗布薬液が広がりづらくなってきており、シリコン基板のノッチ部分やベベル部分に塗布できない部分が残り、シリコン基板の塗布面全面に所望の膜を成膜することが困難になってきている。
特開２００４−１０３７８１号公報

本発明は、被処理基板に対して、レジストなどの薬液を所望の膜質で全面に確実に塗布することができる塗布膜の形成方法および塗布膜形成装置を提供することを目的とする。

本発明の塗布膜の形成方法は、溶媒に固形分が添加された第１の薬液を被処理基板に滴下し、当該被処理基板を回転させることで前記被処理基板に第１の塗布膜を形成する第１の塗布膜形成工程と、溶媒に固形分が添加され、前記被処理基板上で一定量広がるように調整された第２の薬液を静止した前記被処理基板上の前記第１の塗布膜の塗布不良領域に滴下して第２の塗布膜を形成する第２の塗布膜形成工程と、前記第２の塗布膜を乾燥させる乾燥処理工程と、前記第１および第２の塗布膜をベーク処理するベーク工程とを有することを特徴としている。

また、本発明の塗布膜形成装置は、被処理基板を載置する基板載置部と、前記基板載置部を前記被処理基板を載置した状態で回転可能な回転駆動部と、前記載置部に載置された被処理基板に第１の薬液を滴下する第１の滴下ノズルと、第２の薬液を滴下する第２の滴下ノズルと、前記第２の滴下ノズルを前記基板載置部に対して相対的に移動制御可能な移動手段と、前記基板載置部に載置した前記被処理基板の表面部の空気を吸引することで乾燥処理を行う吸引ノズルとを備えたところに特徴を有する。

本発明の塗布膜の形成方法によれば、第１の塗布膜形成工程で塗布不良領域が発生しても第２の塗布膜形成工程で被処理基板の全面に確実に塗布膜を形成することができる。

以下、本発明を被処理基板である半導体基板にレジストなどの薬液の塗布膜を形成する場合の一実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係わる塗布膜形成装置の構成を原理的に示す図で、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図を示している。被処理基板としてシリコンウエハであるシリコン基板１を載置するスピンチャック２は、シリコン基板１の大きさ（例えば直径３０ｃｍ）に対応した円形の載置部であり、下面中央に回転軸３が設けられモータ４の回転軸に連結され回転可能に構成されている。スピンチャック２の上方にこれを図１（ａ）中上下方向（図中Ｙ１、Ｙ２方向）に縦断するように第１のアーム５および第２のアーム６が掛け渡されている。第１および第２のアーム５、６の各端部はこれらと直交する方向（図中Ｘ１、Ｘ２方向）にガイドレール７、８が設けられており、第１および第２のアーム５、６は、それぞれが図中Ｘ１、Ｘ２方向に平行移動可能に設けられている。

スピンチャック２の上方中央に位置して第１の薬液を滴下可能な第１のノズル９が設けられている。第１のノズル９には、第１の薬液としてスピンコート用に調整された塗布液がスピンチャック２上に滴下されるように設定されている。第１のアーム５には第２の薬液を滴下可能な第２のノズル１０がＹ１方向に往復移動可能に設けられている。第２のノズル１０には、第２の薬液として滴下時に一定量広がるように調整された塗布液がスピンチャック２上に滴下されるように設定されている。

第２のアーム６には吸引口がスピンチャック２の上面に臨むように配置された吸引ノズル１１がＹ２方向に往復移動可能に設けられている。吸引ノズル１１には伸縮チューブ１２が接続され、その伸縮チューブ１２は真空ポンプ１３の吸引口側に接続されている。真空ポンプ１３が運転されると伸縮チューブ１２を介して吸引ノズル１１から空気を吸引する。これによって、シリコン基板１の表面近傍の空気が吸引ノズル１１に向かって移動するので、吸引ノズル１の直下とその周辺のシリコン基板１の表面を乾燥させることができる。

次に、フォトリソグラフィ処理工程の概略について説明する。フォトリソグラフィ処理では、通常、フォトレジストや反射防止膜などをシリコン基板１に塗布し、ベーク処理をした上で露光を行い、これを現像処理してレジストパターンを形成する。

また、液浸露光法を用いたフォトリソグラフィ処理では、シリコン基板１の表面にフォトレジスト膜を成膜した状態で、露光機のレンズとの間に水などの液体を満たして露光を行うので、フォトレジスト成分が水に溶出してレンズを汚染するのを防止する目的で、フォトレジスト上に保護膜を形成する必要がある。このため、液浸露光法においては、例えば、反射防止膜、フォトレジストを塗布した後に保護膜の塗布を行った上で液浸露光を行う。なお、各膜の塗布時には通常その後にベーク処理を行っている。

薬液の塗布処理では、先ず、第１の塗布膜形成工程として、シリコン基板１をスピンチャック２に載置し、モータ４を駆動させてスピンチャック２を高速回転させながらシリコン基板１の中央部に第１のノズル９から第１の薬液を滴下する。第１の薬液は溶媒に固形分が添加されたもので、所定量だけ滴下される。

第１の薬液の滴下量としては、０．０１ｃｃ〜３０ｃｃ、より好ましくは０．１ｃｃ〜１０ｃｃの範囲を好適に用いることができる。その理由は、下限（０．０１ｃｃ）は吐出量が少な過ぎず塗布膜をシリコン基板１の全面に広げることができる程度で、且つ、上限（３０ｃｃ）はシリコン基板１上に塗られない薬液量が適切で効率的な範囲に設定される。また、第１の薬液の滴下位置についてはシリコン基板１の中心部から半径１ｃｍ以内が望ましく、シリコン基板１に滴下して均一な膜厚で成膜できる範囲が適している。

また、第１のノズル９は、常時シリコン基板１の上に位置させている必要はなく、第１の薬液滴下時のみシリコン基板１上に移動する。スピンチャック２の回転数は、例えば１００〜２００００ｒｐｍで、より好ましくは５００〜７０００ｒｐｍが好適である。この場合、５００〜７０００ｒｐｍとすることで第１の薬液をシリコン基板１上に均一に広げることが可能で且つシリコン基板１の外周に乱流を生じさせない状態で均一な膜質を得ることができる。

次に、第２の塗布膜形成工程を実施する。第１の塗布膜形成工程においては、シリコン基板１の塗布面の全面に渡って第１の塗布膜を形成することができない場合がある。例えば、図２（ａ）に示すシリコン基板１のノッチ１ａ部分や、図３（ａ）に示すシリコン基板１の外周の側面に形成した面取りをしたベベル部１ｂなどである。このようなノッチ１ａやベベル部１ｂなどにおいては、第１の塗布膜形成工程でスピンコートした場合に、形状あるいは表面状態などに起因して確実に第１の塗布膜が形成されないことがある。このような場合に、塗布不良として再塗布を行うことは工数が増大することにつながる。これを補うように第２の塗布膜を形成するのが第２の塗布膜形成工程である。

この第２の塗布膜形成工程では、シリコン基板１に対して、該基板上で一定量広がるように調整され、溶媒に固形分が添加された第２の薬液を第２の滴下ノズル１０から滴下して前記被処理基板の一部分に液状膜を形成する。溶媒、固形分については第１塗布膜形成工程で説明したものと同一なものを通常は使用するが、異なる材料を用いてもよい。また、第２の滴下ノズル１０は第１の塗布膜形成工程で用いた第１の滴下ノズル９と同一でも、異なるノズルでもよい。ノズルの形状は限定されることがなく、円形状の開口部をもったノズル、スリット状の開口部をもったスリットノズルでもよい。

この場合、吐出量は０．００１ｃｃ〜３０ｃｃの範囲を好適に用いることができる。これは、塗布膜の広がりを所定の領域にできる吐出量で且つ過剰な薬液が供給されないようにすることができる範囲である。第２の滴下ノズル１０の配置については、直上にある必要はなく、斜め上に位置する構成としてもよい。また、塗布膜を形成すべき領域に対して第２の滴下ノズル１０を位置させる距離については、０．０１ｃｍ〜５．００ｃｍの範囲が採用でき、より好ましくは０．１ｃｍ〜１．０ｃｍの範囲に設定することが好ましい。

塗布膜の形成方法については、第２の薬液を第２の滴下ノズル１０から噴射させて一定量広げて第２の塗布膜を形成する方法や、溶媒に固形分が添加された第２の薬液を第２の滴下ノズル１０から滴下した後、第２の滴下ノズル１０に対してシリコン基板１を相対移動させながら第２の薬液を供給することで所定の領域に一定量広げることもできる。相対移動させて第２の塗布膜を作成する場合には、第２の滴下ノズル１０を移動させても、シリコン基板１を移動させても、あるいは両者を移動させても良い。

さらに、上記の各塗布膜形成工程においては、第１および第２の塗布膜を形成した後にベーク処理を行う。この場合、第１および第２の塗布膜形成工程のそれぞれにおいてベーク処理を行うこともできるし、両塗布膜を形成した後にまとめて行うこともできる。
次に、図２、図３を参照して実際にフォトレジストを塗布する場合の実施例について説明する。

（実施例１）
この実施例１は、直径が３００ｍｍのシリコンウエハであるシリコン基板１に、塗布膜としてフォトレジスト塗布膜Ｆ１を形成する場合にノッチ１ａ部分で塗布不良領域Ｓ１が発生する場合に対応するものである。
第１の塗布膜形成工程では、スピンチャック２に載置したシリコン基板１上に、第１の塗布膜である信越化学社製化学増幅型ポジレジストＳＩＡＬ−Ｘ１２５をシリコン基板１の中央部に直径２ｍｍの円形状の開口部を持つ第１の滴下ノズル９を介して１ｃｃ滴下する。滴下時のシリコン基板１の表面と第１の滴下ノズル９との間の間隔は１ｃｍである。続いて、スピンチャック２をモータ４により１０００ｒｐｍで回転させ、シリコン基板１を回転させることでレジストを遠心力で外周側に向けて広げ、第１の塗布膜Ｆ１を形成する。

図２（ａ）は第１の塗布膜Ｆ１の形成状態を示すもので、シリコン基板１の塗布面の略全面に渡り第１の塗布膜Ｆ１が形成されるが、ノッチ１ａの部分で回転方向Ｒに対して後方側の辺部で部分的にフォトレジストが確実に塗布できず塗布不良領域Ｓが発生することがある。この部分に確実にフォトレジストを塗布するために第２の塗布膜形成工程が実施される。

この第２の塗布膜形成工程では、直径２ｍｍの円形状の開口部をもつ第２の滴下ノズル１０から第２の薬液（塗布液）としてのレジスト薬液を０．１ｃｃ噴射させて、図２（ｂ）に示すように、静止したシリコン基板１の塗布不良領域Ｓに対して第２の塗布膜Ｆ１ｓを形成した。そして、この第２の塗布膜形成工程では、吸引ノズル１１を用いて第２の塗布膜Ｆ１ｓを乾燥させる。このとき、吸引ノズル１１は、アーム６がガイドレール７、８上を移動すると共に、アーム６上を移動制御されて第２の塗布膜Ｆ１ｓが形成された領域まで移動する。この後、シリコン基板１を１２５℃で６０秒間ベーク処理をしてシリコン基板１の面内において膜厚が均一なレジスト膜を得ることができる。

レジスト薬液を乾燥させないままベーク処理するとレジスト膜にピンホールが形成される虞がある。このため、静止したシリコン基板１に第２の薬液を塗布した後に、吸引ノズル１１で乾燥処理を行っている。なお、第１の薬液はシリコン基板１の回転により乾燥処理が行われる。

（実施例２）
この実施例２は、上述同様に、直径が３００ｍｍのシリコンウエハであるシリコン基板１に、塗布膜としてフォトレジスト塗布膜Ｆ１を形成し、ベーク処理した後にノッチ１ａ部分で塗布不良領域Ｓ１が発生する場合に対応するものである。
まず、第１の塗布膜形成工程で、上記した実施例１と同様に第１の塗布膜Ｆ１を形成する。そしてこの後、シリコン基板１を１２５℃で６０秒間ベーク処理をする。（第１のベーク工程）ベーク処理後、シリコン基板１のノッチ１ａ部にレジストが塗布されていない塗布不良領域Ｓ１が発生することがある。

したがって、第１の塗布膜Ｆ１のベーク処理後、実施例１同様に、静止したシリコン基板１のノッチ１ａ部に対して第２の塗布膜Ｆ１ｓを形成する第２の塗布膜形成工程を実施する。その後、吸引ノズル１１を用いて第２の塗布膜Ｆ１ｓを乾燥させてから第２の塗布膜Ｆ１ｓのベーク処理を行う。（第２のベーク工程）これにより、シリコン基板１の表面に面内で膜厚が均一な状態で塗布膜すなわちレジスト膜を形成する。

（実施例３）
この実施例３は、直径が３００ｍｍのシリコンウエハであるシリコン基板１に、塗布膜としてフォトレジスト塗布膜Ｆ２を形成する場合にベベル部１ｂ部分で塗布不良領域Ｓ２が発生する場合に対応するものである。

第１の塗布膜形成工程では、第１の薬液としてノボラック樹脂１０ｇに乳酸エチル９０ｇを溶解させて調整した下層レジストを用い、シリコン基板１の中央部に直径２ｍｍの円形状の開口部を持つ第１の滴下ノズル９を介して１ｃｃ滴下する。滴下時のシリコン基板１の表面と第１の滴下ノズル９との距離は１ｃｍである。続いて、シリコン基板１を１０００ｒｐｍで回転させて図３（ａ）に示すような第１の塗布膜Ｆ２を形成した。

図３（ａ）は第１の塗布膜Ｆ２の形成状態を示すもので、シリコン基板１の塗布面の略全面に渡り第１の塗布膜Ｆ１が形成されるが、周辺部のベベル部１ｂの部分で部分的に下層レジストが確実に塗布できず塗布不良領域Ｓ２が発生することがある。この部分に確実に下層レジストを塗布するために第２の塗布膜形成工程が実施される。

この第２の塗布膜形成工程では、直径２ｍｍの円形状の開口部をもつ第２の滴下ノズル１０を、シリコン基板１のベベル部１ｂの上部１ｍｍに移動配置させ、第２の薬液としてのレジスト薬液を噴射させながら、スピンチャック２を回転駆動させてシリコン基板１を１００ｒｐｍの回転速度で一回転または複数回転させる。シリコン基板１を１０００ｒｐｍ程度の高速回転させるとベベル部１ｂにおいて乱気流が発生するため第１の塗布膜Ｆ１が形成されにくい。このため、第１の塗布膜Ｆ１の形成時より回転数を下げて、低速回転で第２の塗布膜Ｆ２ｓを形成することにより、ベベル部１ｂに第２の塗布膜Ｆ２ｓを確実に形成できる。この後、シリコン基板１を１２００ｒｐｍで３０秒間回転して塗布膜Ｆ２、Ｆ２ｓを乾燥させる。続いて、シリコン基板１を１２５℃で６０秒間ベーク処理をすることで、シリコン基板１の面内で膜厚が均一なレジスト膜を塗布膜として形成することができる。

（変形例）
上記各実施例においては、いずれも第１の塗布膜形成工程後、必ず第２の塗布膜形成工程を実施するようにしているが、例えば、第１の塗布膜形成工程の後に、シリコン基板１の塗布膜Ｆ１、Ｆ２の形成状態を外観検査により確認して塗布不良領域Ｓ１あるいはＳ２が発生している場合にのみ第２の塗布膜形成工程を実施することもできる。

上記実施形態においては、フォトレジストを薬液として採用した場合で説明したが、このフォトレジストについては、その目的に応じて、ポジ型またはネガ型を選択して使用することができる。具体的には、ポジ型のレジストとしては、例えば、ナフトキノンジアジドとノボラック樹脂とからなるレジスト（ＩＸ−７７０，ＪＳＲ社製）、ｔ−ＢＯＣで保護したポリビニルフェノール樹脂とオニウム塩とからなる化学増幅型レジスト（ＡＰＥＸ−Ｅ，シップレー社製）などが挙げられる。また、ネガ型のレジストとしては、例えば、ポリビニルフェノールとメラミン樹脂および光酸発生剤からなる化学増幅型レジスト（ＸＰ−８９１３１、シップレー社製）、ポリビリルフェノールとビスアジド化合物とからなるレジスト（ＲＤ−２０００Ｄ，日立化成社製）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。レジスト膜中に発生する定在波によりレジストパターンの寸法制御性が劣化するのを防ぐために、感光性組成物中に紫外光を吸収するクマリン、クルクミン等の染料を添加してレジスト膜の透明度を低下させてもよい。

また、それらの溶媒としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルアセテート等のセロソルブ系溶剤、乳酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロパニール等のアルコール系溶剤、その他アニソ―ル、トルエン、キシレン、ナフサなどを挙げることができる。

滴下する薬液の種類としては、フォトレジスト以外に、反射防止膜剤や液浸露光で用いる保護膜、あるいは酸化膜剤などがあげられる。前述した液浸露光における保護膜としては、アルカリ現像液でレジストを現像処理する時に溶解除去可能なアルカリ可溶タイプを用いる場合と、アルカリ現像液でレジストを現像処理する前に溶媒で溶解除去をする必要がある溶媒可溶タイプがあり、いずれもレジストの塗布後に形成する。液浸露光における露光前後の工程中の保護膜洗浄工程は省略することもできる。上述の場合、アルカリ可溶タイプとしてＪＳＲ社製ＴＣＸ０４１、溶媒可溶タイプとして東京応化工業社製ＴＳＲＣ００２などを挙げることができる。

下層膜としては、反射防止膜、スピンオングラスなどの多層レジストの中間膜などが挙げられ、レジストの下層に形成するものであれば特に限定されるものではない。反射防止膜を形成する場合には、薬液としてロームアンドハウス社製ＡＲ５、ＡＲ２６などの塗布型反射防止膜を用いることができる。

このほかにも、塗布膜として塗布型の酸化膜（ＳＯＧ：spin on glass）を形成する場合には、酸化膜として層間絶縁膜（ＩＬＤ＝Inter Layer Dielectrics）として用いる薬液がある。例えば無機ＳＯＧとしては、ＨＳＧ膜（水素化シルセスキオキサン）、有機ＳＯＧ膜としてはＭＳＱ膜（メチルシルセスキオキサン膜）が用いられ、またＬｏｗ−ｋ（低誘電率層間絶縁膜）材料には、有機ＳＯＧとして日立化成工業製のＨＳＧや、ハネウェル社のＨＯＳＰなどがあり、有機ポリマー系ではダウ・ケミカル社製のＳｉｌＫ、ハネウェル社製のＦＬＡＲＥなどがある。

被処理基板としては、シリコン基板以外の半導体基板でも良いし、半導体基板以外にガラス基板やその他の塗布膜を形成する基板であれば何でも適用することができる。
また、直径３００ｍｍ以外の基板に対しても適用することができる。

本発明の塗布装置の構成を原理的に示す模式図シリコン基板のノッチ部の平面図シリコン基板のベベル部の断面図

符号の説明

図面中、１はシリコン基板（被処理基板）、２はスピンチャック（載置部）、４はモータ、９は第１の滴下ノズル、１０は第２の滴下ノズル、１１は吸引ノズルである。

Claims

溶媒に固形分が添加された第１の薬液を被処理基板に滴下し、当該被処理基板を回転させることで前記被処理基板に第１の塗布膜を形成する第１の塗布膜形成工程と、
溶媒に固形分が添加され、前記被処理基板上で一定量広がるように調整された第２の薬液を静止した前記被処理基板上の前記第１の塗布膜の塗布不良領域に滴下して第２の塗布膜を形成する第２の塗布膜形成工程と、
前記第２の塗布膜を乾燥させる乾燥処理工程と、
前記第１および第２の塗布膜をベーク処理するベーク工程と
からなる塗布膜の形成方法。
溶媒に固形分が添加された第１の薬液を被処理基板に滴下し、当該被処理基板を回転させることで前記被処理基板に第１の塗布膜を形成する第１の塗布膜形成工程と、
前記第１の塗布膜をベーク処理する第１のベーク工程と、
溶媒に固形分が添加され、前記被処理基板上で一定量広がるように調整された第２の薬液を静止した前記被処理基板上の前記第１の塗布膜の塗布不良領域に滴下して第２の塗布膜を形成する第２の塗布膜形成工程と、
前記第２の塗布膜を乾燥させる乾燥処理工程と、
前記第２の塗布膜をベーク処理する第２のベーク工程と
からなる塗布膜の形成方法。
溶媒に固形分が添加された第１の薬液を半導体基板に滴下し、当該半導体基板を回転させることで前記半導体基板に第１の塗布膜を形成する第１の塗布膜形成工程と、
溶媒に固形分が添加された第２の薬液を前記半導体基板のベベル領域に滴下して第２の塗布膜を形成する第２の塗布膜形成工程と、
からなる塗布膜の形成方法。
溶媒に固形分が添加された第１の薬液を半導体基板に滴下し、当該半導体基板を第１の回転速度で回転させることで前記半導体基板に第１の塗布膜を形成する第１の塗布膜形成工程と、
溶媒に固形分が添加された第２の薬液を前記半導体基板のベベル領域に滴下し、当該半導体基板を前記第１の速度より回転速度が低い第２の回転速度で回転させることで第２の塗布膜を形成する第２の塗布膜形成工程と、
からなる塗布膜の形成方法。
被処理基板を載置する基板載置部と、
前記基板載置部を前記被処理基板を載置した状態で回転可能な回転駆動部と、
前記載置部に載置された被処理基板に第１の薬液を滴下する第１の滴下ノズルと、
第２の薬液を滴下する第２の滴下ノズルと、
前記第２の滴下ノズルを前記基板載置部に対して相対的に移動制御可能な移動手段と、
前記基板載置部に載置した前記被処理基板の表面部の空気を吸引することで乾燥処理を行う吸引ノズルと
を備えたことを特徴とする塗布膜形成装置。