JP2009177133A - 半導体ウェハコーティング装置及び半導体ウェハコーティング方法 - Google Patents

半導体ウェハコーティング装置及び半導体ウェハコーティング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体ウェハに対して安価にコーティングを行なうコーティング装置及び方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェハ206を支持しかつ回転させる回転可能にされたプラットフォーム212と、半導体ウェハの中央部上に予備加湿溶剤、フォトレジストまたはARCを供給し、かつ半導体ウェハの周辺部上に予備加湿溶剤を追加して供給する第1、第2、第3のノズル204、208、210と、プラットフォーム212の回転を制御すると共に、半導体ウェハの中央部上に予備加湿溶剤を供給し、半導体ウェハが回転している期間に予備加湿溶剤が供給されている半導体ウェハの中央部上にフォトレジストまたはARCを供給し、半導体ウェハが回転し続けている期間に半導体ウェハの周辺部上に予備加湿溶剤を追加して供給するように第1、第2、第3のノズルを制御するコントローラ220を具備する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、半導体ウェハ上に種々の膜をコーティングする半導体ウェハコーティング装置及び半導体ウェハコーティング方法に関する。
半導体装置の製造方法は、半導体ウェハを作成し、ウェハ上で種々の処理技術を行うことを含んでいる。そのような技術の一つとして、ウェハ上で具体化される回路デザインに依存する投影イメージをウェハ上に露光するリソグラフィが含まれている。イメージを投影する前に、ウェハ上に、フォトレジスト及び反射防止膜(anti-reflecting coating、以下、ARCと称する)がコーティングされる。投影イメージがウェハ上に正確に露光されることを確実にするためには、フォトレジスト及びARCを平坦にかつウェハを完全に覆うようにコーティングすることが重要である。
フォトレジスト及びARCによりウェハ表面を効果的に覆うために、ウェハの表面を予備加湿溶剤(pre-wet solvent)で覆う必要がある。この予備加湿溶剤は、フォトレジスト及びARCのコーティングに先立ってウェハ上にコーティングされる。予備加湿溶剤は、平坦でかつフォトレジスト及びARCが広がり易い濡れた表面を提供し、フォトレジスト及びARCの表面張力を破壊することに役立つ。
しかしながら、これらの溶液を供給するシステムの使用により種々の問題が生じている。フォトレジストまたはARCが供給されている間、半導体ウェハは比較的早い速度で回転している。このような高速回転により、既にウェハの外側部分にまで到達した予備加湿溶剤が、フォトレジストまたはARCがウェハの外側部分に到達する前に乾いてしまう。乾燥した表面は、フォトレジスト及びARCのコーティングを阻害し、製造欠陥の発生に結びつく。このような製造欠陥を減少させるために、フォトレジストまたはARCの追加供給が行われる。しかし、これらの溶液は非常に高価であり、特にフォトレジストは1ガロン(3.785リットル)当たり10000USドル(100万円以上)もする。
従って、フォトレジスト及びARCによりウェハが完全に覆われるまで、予備加湿溶剤により半導体ウェハの表面が濡れた状態を保つ改良されたコーティング装置及びコーティング方法が望まれている。これにより、リソグラフィ工程において必要とされる高価なフォトレジストの使用量を削減することができる。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、半導体ウェハに対して安価にコーティングを行なうことができる半導体ウェハコーティング装置及び半導体ウェハコーティング方法を提供することである。
本発明の半導体ウェハコーティング装置は、半導体ウェハを支持しかつ回転させる回転可能にされたプラットフォームと、前記半導体ウェハの中央部上に第1及び第2の薬液を供給し、かつ前記半導体ウェハの周辺部上に前記第1の薬液を追加して供給する薬液供給部と、前記プラットフォームの回転を制御すると共に、前記半導体ウェハの中央部上に前記第1の薬液を供給し、前記半導体ウェハが回転している期間に前記第1の薬液が供給されている前記半導体ウェハの中央部上に前記第2の薬液を供給し、さらに、前記半導体ウェハが回転し続けている期間に前記半導体ウェハの周辺部上に前記第1の薬液を追加して供給するように前記薬液供給部を制御するコントローラとを具備したことを特徴する。
本発明の半導体ウェハコーティング方法は、回転可能にされたプラットフォーム上に半導体ウェハを載置し、前記半導体ウェハ上に第1のノズルから第1の薬液を供給し、前記第1の薬液が供給されている期間に第1の速度で前記半導体ウェハを回転させ、前記第1の速度よりも速い第2の速度で前記半導体ウェハが回転し、前記半導体ウェハが前記第1の薬液で濡れている期間に、第2のノズルから前記第1の薬液とは異なる第2の薬液を前記半導体ウェハ上に供給し、前記半導体ウェハが前記第1の速度よりも速い速度で回転を続けている期間に、第3のノズルから前記第1の薬液を追加して前記半導体ウェハ上に供給することを特徴する。
本発明の半導体ウェハコーティング方法は、半導体ウェハ上に第1のノズルから予備加湿溶剤を供給し、前記半導体ウェハを約500〜1000(rpm)の範囲の第1のレートで回転させ、前記第1のノズルから供給された前記予備加湿溶剤を前記半導体ウェハ上で分散させ、約3000〜5000(rpm)の範囲の第2のレートで回転している前記半導体ウェハ上に第2のノズルからフォトレジストを供給し、前記第2のレートで回転している前記半導体ウェハ上に、前記半導体ウェハの外側部分に向けるようにした第3のノズルから予備加湿溶剤を供給し、前記半導体ウェハが前記第2のレートで回転し続けている期間に、前記半導体ウェハの外側部分に前記フォトレジストが広がる前に、前記第3のノズルからの前記予備加湿溶剤の供給を停止することを特徴する。
本発明によれば、半導体ウェハに対して安価にコーティングを行なうことができる半導体ウェハコーティング装置及び半導体ウェハコーティング方法を提供することができる。
まず、本発明の実施形態の説明の前に、本発明の概要を説明する。
本発明の一実施形態の半導体ウェハコーティング装置は3個のノズルを有する。第1のノズルはウェハ上に予備加湿溶剤を供給する。第2のノズルは、高速回転している状態のウェハ上にフォトレジストまたはARCを供給する。フォトレジストまたはARCは、回転しているウェハにより生成される遠心力によりウェハの外側部分に広げられる。第3のノズルは、ウェハの外側部分に向かって追加の予備加湿溶剤を供給する。第3のノズルは、第2のノズルがフォトレジストまたはARCを供給する時のように、遅れて供給を開始してもよい。この追加の予備加湿溶剤の供給は、ウェハを濡れた状態に維持し、フォトレジストまたはARCがウェハを完全にコーティングすることに役立つ。従って、より少ない量のフォトレジストまたはARCにより、ウェハを完全にコーティングすることができる。
本発明の他の実施形態の半導体ウェハコーティング装置は、先に説明した第3のノズルを有するマルチノズルアームを有する。
本発明のさらに他の実施形態の半導体ウェハコーティング方法は、フォトレジストがウェハ上で広がっている期間に、ウェハの外側の部分に追加の予備加湿溶剤を供給する。
次に、本発明の実施形態の説明の前に参考例について説明する。図1は参考例に係る半導体ウェハコーティング装置を示している。このコーティング装置100は、半導体ウェハ104上に予備加湿溶剤を供給する第1のノズル102を備えている。さらに、このコーティング装置100は、半導体ウェハ104上にフォトレジストまたはARCを供給する第2のノズル106を備えている。フォトレジストまたはARCは、予備加湿溶剤上に供給される。半導体ウェハ104は、回転しているプラットフォーム108上に載置され、これにより半導体ウェハ104も回転する。このような回転動作は、半導体ウェハ104の表面に渡ってフォトレジストまたはARCが広がることを助ける。
この装置100の一つの欠点は、フォトレジストまたはARCが、しばしば、半導体ウェハ104の表面に渡って十分に広がらないことである。半導体ウェハ104は高速で回転しているので、フォトレジストまたはARCが半導体ウェハの外側の部分まで広がる前に、半導体ウェハの外側の部分に近いところの予備加湿溶剤が乾燥してしまう。これにより、半導体ウェハ上でコーティングが不均一となり、コーティング欠陥が生じる。このようなコーティング欠陥を改善するためには、十分なフォトレジストまたはARCを供給して、先の問題が解消される手助けをすればよい。これは、フォトレジストまたはARCが典型的に高価であるという故に特に問題となる。
図2は本発明の一実施形態に係る半導体ウェハコーティング装置200を示している。このコーティング装置200は、3つのノズルが取り付けられた可動アーム202を有する。第1のノズル204は、半導体ウェハ206上に予備加湿溶剤(pre-wet solvent)を供給する。半導体ウェハ206はどのようなサイズのものであってもよく、例えば、300mm以上の直径を有するものであってもよい。本実施形態では、ウェハサイズが大きい程、より効果的である。第2のノズル208は、半導体ウェハ206上にフォトレジストまたはARCを供給する。第3のノズル210は、半導体ウェハ206上に追加の予備加湿溶剤を供給する。半導体ウェハ206は、ウェハのサイズに適応した任意のサイズを有するプラットフォーム212上に載置される。例えば、プラットフォーム212は300mm以上である。プラットフォームは、規定された時間、回転するようにコントローラ220により制御され、これにより半導体ウェハ206も回転する。この回転により、供給された予備加湿溶剤、フォトレジストまたはARCが半導体ウェハ206に渡って広げられる。
コーティング装置200の第1のノズル204は、半導体ウェハ206の中央部上に予備加湿溶剤を供給する。第1のノズル204は、予備加湿溶剤を排出する排出口214を有する。予備加湿溶剤は、ウェハの表面上に湿潤状態を生成する。この湿潤状態は、フォトレジストまたはARCを平坦にかつウェハの全面に渡って均一に広がるようにさせる。
コーティング装置200の第2のノズル208は、半導体ウェハ206上にフォトレジストまたはARCを供給する。第2のノズル208は、フォトレジストまたはARCを供給する排出口216を有する。第2のノズル208から供給される溶液は、予備加湿溶剤の上、つまり半導体ウェハ206の中央部上に供給される。再度説明するが、ウェハ206の回転により生成される遠心力により、溶液が半導体ウェハ206の表面に渡って広げられる。
第3のノズル210は、半導体ウェハ206上に追加の予備加湿溶剤を供給する。この予備加湿溶剤は、第1のノズル204から供給される予備加湿溶剤と同一のものであってもよい。第3のノズル210は、追加の予備加湿溶剤を排出する排出口218を有する。この排出口218は、半導体ウェハ206の外側の部分における環状領域に広がる意図された噴射パターン内に予備加湿溶剤を供給するように構成されたシャワータイプの排出口である。この噴射パターンは、ウェハの直径の例えば1/6以下の環状領域となるように広がっている。例えば、半導体ウェハ206が直径300mmのウェハの場合、半導体ウェハ206の放射方向で測定して、50mm以下の幅の環状領域に予備加湿溶剤が供給さるように噴射パターンが広がっている。このシャワータイプのノズルは、半導体ウェハ206の外側の部分に予備加湿溶剤を向かわせるように角度が設定されている。第3のノズル210は、ウェハ206がまだ回転し続けている期間で、第1のノズル204が供給を開始した後に、予備加湿溶剤の供給を開始するようにしてもよい。例えば、第2のノズル208が供給を開始した時と同一時刻に、第3のノズル210が供給を開始するようにしてもよい。
可動アーム202は、溶液供給のために3つのノズルが希望する位置に配置されるように、プラットフォーム212と関連付けられて移動する。さらに、ノズル204、208、210は、溶液供給のためにさらなる位置に配置されるように、可動アーム202と関連付けられて移動する。可動アーム202及びノズル204、208、210の位置は、コントローラ220によって制御される。加えて、コントローラ220は、プラットフォーム212の回転を制御する。さらに、可動アーム202に関連付けて、プラットフォーム212を移動させてもよい。
図3は、図2に示す半導体ウェハコーティング装置を用いて、レジストまたはARCの使用量を減らし、半導体ウェハ上に完全なコーティングを行なう、本発明の一実施形態に係る半導体ウェハコーティング方法のフローチャートである。図3は、本発明の一実施形態及び変形例の一例を示しているにすぎない。また、図4A乃至図4Fは、図3に示した方法の種々のステップの一例を示している。
以下、半導体ウェハコーティング方法について説明する。コーティング工程を開始するために、ステップ302において、図4Aに示すように、半導体ウェハ206の中央部上に第1のノズル204から予備加湿溶剤400が供給される。次に、ステップ304において、予備加湿溶剤400が供給された後に、半導体ウェハ206が載置されているプラットフォーム212が回転を開始し、これにより半導体ウェハ206も回転を開始する。なお、予備加湿溶剤400が供給される時に、予めプラットフォーム212及び半導体ウェハ206はゆっくりした速度で回転させておいてもよい。初期の回転は、例えば500〜1000(rpm)の低速である。半導体ウェハ206は回転しているので、図4Bに示すように、予備加湿溶剤400は半導体ウェハ206の表面に渡って広げられ、薄い流体膜402が形成される。予備加湿溶剤400からなる薄い流体膜402は、この後の工程で供給されるコーティング材を容易にかつより完全に広げることができ、これらのコーティング材が少量しか消費されない結果をもたらす。
半導体ウェハ206の表面に渡って予備加湿溶剤400が広げられた後、図4Cに示すように、ステップ306において、回転している半導体ウェハ206の中央部上に第2のノズル208からフォトレジストまたはARCを供給する。フォトレジストまたはARCが供給されるとき(あるいはその後、直ちに)、半導体ウェハ206は例えば3000〜10000(rpm)の高速で回転する。半導体ウェハ206の回転により、フォトレジストまたはARCは、半導体ウェハ206の表面において、予備加湿溶剤400からなる薄い流体膜402上に平坦に広げられる。ステップ308において、フォトレジストまたはARCが供給されるとき、第3のノズル210から追加の予備加湿溶剤400が供給される。第3のノズル210は、シャワータイプのノズルであり、追加の予備加湿溶剤400が半導体ウェハ206の外側の部分に向かうように構成されている。このとき、半導体ウェハ206は高速で回転を続けているので、追加の予備加湿溶剤400は、ステップ302において形成された薄い流体膜402、特にウェハ206の周辺部に近い部分が残こるように働く。追加の予備加湿溶剤400は、半導体ウェハ206の外側の部分における湿潤状態を維持し、これによりフォトレジストまたはARCのコーティング410は、半導体ウェハ206の全体表面に渡ってより完全かつ均一に広がる。このことは、半導体ウェハ206を完全にコーティングするのに少ないフォトレジストまたはARCで済むので、望ましい。フォトレジストまたはARCは非常に高価なので、これらの使用量を削減することは主要なビジネス上の効果となり得る。
ステップ310において、第3のノズル210は追加の予備加湿溶剤400の供給を停止する。図4Dに示すように、追加の予備加湿溶剤400は供給されないが、フォトレジストまたはARCは、第2のノズル208から供給される。図4Eに示すように、第2のノズル208は、ウェハ206が十分なフォトレジストまたはARCで覆われるまで供給を続ける。
ステップ312において、第2のノズル208は、フォトレジストまたはARCの供給を停止する。フォトレジストまたはARCコーティング410、予備加湿溶剤400はもはや供給されていなが、半導体ウェハ206は、乾燥するまでステップ314において高速で回転を継続する。図4Fに示すように、ステップ316において、フォトレジストまたはARCのコーティング410は半導体ウェハ206の全体表面に渡って均一にかつ完全に広げられ、コーティング欠陥が非常に少ない半導体ウェハ206が製造される。
このように、3つのノズルを有する改良された本実施形態の半導体ウェハコーティング装置及び方法を説明した。このような装置及び方法を使用することにより、半導体ウェハをより均一にコーティングすることができ、しかもフォトレジストまたはARCの使用量を最小にすることができ、コーティング欠陥が非常に少ない半導体ウェハを、コストを削減して製造することができる。
この発明は以下のような態様を取り得る。
第1の態様の半導体ウェハコーティング装置は、半導体ウェハを支持しかつ回転させる回転可能にされたプラットフォームと、前記半導体ウェハの中央部上に第1及び第2の薬液を供給し、かつ前記半導体ウェハの周辺部上に前記第1の薬液を追加して供給する薬液供給部と、前記プラットフォームの回転を制御すると共に、前記半導体ウェハの中央部上に前記第1の薬液を供給し、前記半導体ウェハが回転している期間に前記第1の薬液が供給されている前記半導体ウェハの中央部上に前記第2の薬液を供給し、さらに、前記半導体ウェハが回転し続けている期間に前記半導体ウェハの周辺部上に前記第1の薬液を追加して供給するように前記薬液供給部を制御するコントローラとを具備する。
また、第1の態様において、第1の薬液が予備加湿溶剤である。
さらに、第1の態様において、第2の薬液がフォトレジストである。
さらに、第1の態様において、第2の薬液が反射防止液である。
さらに、第1の態様において、プラットフォームは少なくとも300mmの直径を有する。
さらに、第1の態様において、半導体ウェハは少なくとも300mmの直径を有する。
第2の態様の半導体ウェハコーティング方法は、回転可能にされたプラットフォーム上に半導体ウェハを載置し、前記半導体ウェハ上に第1のノズルから第1の薬液を供給し、前記第1の薬液が供給されている期間に第1の速度で前記半導体ウェハを回転させ、前記第1の速度よりも速い第2の速度で前記半導体ウェハが回転し、前記半導体ウェハが前記第1の薬液で濡れている期間に、第2のノズルから前記第1の薬液とは異なる第2の薬液を前記半導体ウェハ上に供給し、前記半導体ウェハが前記第1の速度よりも速い速度で回転を続けている期間に、第3のノズルから前記第1の薬液を追加して前記半導体ウェハ上に供給する。
また、第2の態様において、第1の薬液が予備加湿溶剤である。
さらに、第2の態様において、第2の薬液がフォトレジストである。
さらに、第2の態様において、第2の薬液が反射防止液である。
さらに、第2の態様において、第1の速度は約500〜1000(rpm)の範囲である。
さらに、第2の態様において、第2の速度は約3000〜5000(rpm)の範囲である。
さらに、第2の態様において、半導体ウェハは少なくとも300mmの直径を有する。
さらに、第2の態様において、第3のノズルはシャワータイプのノズルであること。
さらに、第2の態様において、第1の薬液を追加して供給する際に、半導体ウェハの外側部分に第1の薬液を向かわせる。
さらに、第2の態様において、半導体ウェハの外側部分は、半導体ウェハの放射方向で50mm以下の環状領域である。
さらに、第2の態様において、半導体ウェハの外側部分は、半導体ウェハの直径の1/6に相当する部分である。
第3の態様の半導体ウェハコーティング方法は、半導体ウェハ上に第1のノズルから予備加湿溶剤を供給し、前記半導体ウェハを約500〜1000(rpm)の範囲の第1のレートで回転させ、前記第1のノズルから供給された前記予備加湿溶剤を前記半導体ウェハ上で分散させ、約3000〜5000(rpm)の範囲の第2のレートで回転している前記半導体ウェハ上に第2のノズルからフォトレジストを供給し、前記第2のレートで回転している前記半導体ウェハ上に、前記半導体ウェハの外側部分に向けるようにした第3のノズルから予備加湿溶剤を供給し、前記半導体ウェハが前記第2のレートで回転し続けている期間に、前記半導体ウェハの外側部分に前記フォトレジストが広がる前に、前記第3のノズルからの前記予備加湿溶剤の供給を停止する。
また、第2の態様において、半導体ウェハは少なくとも300mmの直径を有する。
さらに、第3の態様において、半導体ウェハの外側部分は、半導体ウェハの放射方向で50mm以下の環状領域である。
参考例に係るコーティング装置の側面図。 本発明の一実施形態に係るコーティング装置の側面図。 本発明の一実施形態に係るコーティング方法のフローチャート。 本発明の一実施形態に係るコーティング装置及び方法の1つの工程を示す側面図。 本発明の一実施形態に係るコーティング装置及び方法の他の工程を示す側面図。 本発明の一実施形態に係るコーティング装置及び方法の他の工程を示す側面図。 本発明の一実施形態に係るコーティング装置及び方法の他の工程を示す側面図。 本発明の一実施形態に係るコーティング装置及び方法の他の工程を示す側面図。 本発明の一実施形態に係るコーティング装置及び方法の他の工程を示す側面図。
符号の説明
200…半導体ウェハコーティング装置、202…可動アーム、204…第1のノズル、206…半導体ウェハ、208…第2のノズル、210…第3のノズル、212…プラットフォーム、214、216、218…排出口、220…コントローラ。

Claims (5)

  1. 半導体ウェハを支持しかつ回転させる回転可能にされたプラットフォームと、
    前記半導体ウェハの中央部上に第1及び第2の薬液を供給し、かつ前記半導体ウェハの周辺部上に前記第1の薬液を追加して供給する薬液供給部と、
    前記プラットフォームの回転を制御すると共に、前記半導体ウェハの中央部上に前記第1の薬液を供給し、前記半導体ウェハが回転している期間に前記第1の薬液が供給されている前記半導体ウェハの中央部上に前記第2の薬液を供給し、さらに、前記半導体ウェハが回転し続けている期間に前記半導体ウェハの周辺部上に前記第1の薬液を追加して供給するように前記薬液供給部を制御するコントローラ
    とを具備したことを特徴する半導体ウェハコーティング装置。
  2. 前記第1の薬液が予備加湿溶剤(pre-wet solvent)であり、前記第2の薬液がフォトレジスト(photo-resist coating)または反射防止液(anti-reflective coating)であることを特徴する請求項1記載の半導体ウェハコーティング装置。
  3. 回転可能にされたプラットフォーム上に半導体ウェハを載置し、
    前記半導体ウェハ上に第1のノズルから第1の薬液を供給し、
    前記第1の薬液が供給されている期間に第1の速度で前記半導体ウェハを回転させ、
    前記第1の速度よりも速い第2の速度で前記半導体ウェハが回転し、前記半導体ウェハが前記第1の薬液で濡れている期間に、第2のノズルから前記第1の薬液とは異なる第2の薬液を前記半導体ウェハ上に供給し、
    前記半導体ウェハが前記第1の速度よりも速い速度で回転を続けている期間に、第3のノズルから前記第1の薬液を追加して前記半導体ウェハ上に供給する
    ことを特徴する半導体ウェハコーティング方法。
  4. 前記第1の薬液を追加して供給する際に、前記半導体ウェハの外側部分に前記第1の薬液を向かわせることを特徴する請求項3記載の半導体ウェハコーティング方法。
  5. 半導体ウェハ上に第1のノズルから予備加湿溶剤を供給し、
    前記半導体ウェハを約500〜1000(rpm)の範囲の第1のレートで回転させ、前記第1のノズルから供給された前記予備加湿溶剤を前記半導体ウェハ上で分散させ、
    約3000〜5000(rpm)の範囲の第2のレートで回転している前記半導体ウェハ上に第2のノズルからフォトレジストを供給し、
    前記第2のレートで回転している前記半導体ウェハ上に、前記半導体ウェハの外側部分に向けるようにした第3のノズルから予備加湿溶剤を供給し、
    前記半導体ウェハが前記第2のレートで回転し続けている期間に、前記半導体ウェハの外側部分に前記フォトレジストが広がる前に、前記第3のノズルからの前記予備加湿溶剤の供給を停止する
    ことを特徴する半導体ウェハコーティング方法。
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