JP2015000356A - 塗布膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを増加を抑制しつつ、従来の形成方法では形成困難であった、厚い膜厚の塗布膜を形成可能とする。【解決手段】第１の回転数（回転数Ｒ１）に応じて基板を回転することによって、上記基板上に滴下された塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程（Ｓ１６４）と、第２の回転数（回転数Ｒ２）および回転時間（ｔ３）に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程（Ｓ１６６）とを含み、回転時間（ｔ３）は、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、スピンコート法を用いた塗布膜の形成方法に関する。

半導体デバイス、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの製造工程において、基板上にパターニングされたフォトレジストなどの塗布膜を形成するために、フォトリソグラフィ技術が広く利用されている。一般的にフォトリソグラフィ技術は、(i)基板である半導体ウエハ（以下では単にウエハとも表現する）にフォトレジスト液（塗布液）を吐出する、(ii)ウエハ表面にフォトレジスト膜を形成する、(iii)フォトマスクを用いてフォトレジスト膜を露光する、(iv)現像処理を行う、という一連の工程によって所望のパターンの塗布膜を得るものである。

上述の工程において、フォトレジスト液の吐出およびフォトレジスト膜の形成は、スピンコート法によって行われる。スピンコート法において、ウエハは、回転自在なスピンチャックに吸着保持される。フォトレジスト液は、ウエハの中央部上方に設けられているノズルからウエハの中央部に供給される。ウエハ中央部に供給されたレジスト液は、スピンチャックが回転することによって生じる遠心力によって、ウエハの半径方向の外側へ伸張する。その結果、フォトレジストの塗布膜は、ウエハの表面全体に形成される。

スピンコート法を用いる例として、特許文献１には、ウエハの表面に比較的大きな凹凸がある場合であっても、ウエハ表面全体にわたって平坦な塗布膜を得るための半導体塗布膜形成方法が記載されている。この半導体塗布膜形成方法は、静止状態、または、低速回転状態のウエハの表面中央に塗布液を供給する供給工程と、数秒間だけ高速回転させる高速回転工程と、数秒〜数十秒間だけ低速回転させられる低速回転工程と、を含んでいる。ここで、低速回転とはウエハの回転数が数十〜数百ｒｐｍ（revolutions per minute:毎分回転数）のことを意味し、高速回転とはウエハの回転数が数千ｒｐｍのことを意味する。高速回転工程を実施することによって、塗布液は、高速回転に伴い生じる遠心力によってウエハの半径方向の外側に向かって流れ、ウエハの表面全体にわたって塗布される。また、低速回転工程を実施することによって、ウエハ表面上に塗布された塗布液は、低速回転に伴い生じる遠心力により均一に平均化されるとともに、余分な塗布液は振り切られる。特許文献１には、低速回転工程の時間は数秒〜数十秒間と記載されており、１０秒〜４０秒間が一般的と考えられる。

特許文献２には、スピンコート法を用いてレジスト膜を形成する際に使用するレジスト液の量を抑制（省レジスト化）するための技術が記載されている。具体的には、第１の回転速度で回転しているウエハの中央付近にレジスト液を供給する供給工程と、第１の回転速度より遅い第２の回転速度に徐々に減速する減速工程と、残余のレジストを振り切るために、第２の回転速度より速い第３の回転速度によってウエハを回転させる振り切り工程と、を含んでいる。上記減速工程において、第１の回転速度から第２の回転速度に減速する際の加速度を、第２の回転速度へ近づくほど小さくしていく。

特許文献３には、スピンコート法を用いて塗布膜を形成する際に、塗布膜の目標膜厚を得るための基板の回転数の補正作業を容易に行うための技術が記載されている。当該技術は、塗布ユニットにおける塗布処理時のウエハの回転数と、当該回転数にて塗布したレジスト膜の平均膜厚との相関関係を表すスピンカーブを用いて回転数の補正作業を行うものである。スピンカーブは、塗布膜を成膜する際のウエハの回転数と、それぞれの回転数によって成膜された塗布膜の膜厚との相関関係を近似した近似式である。

特開平８―４５９２３号公報（１９９６年２月１６日公開） 特開２００７−１１５９３６号公報（２００７年５月１０日公開） 特開２００２−１４１２７３号公報（２００２年５月１７日公開）

上記近似式（スピンカーブ）は、たとえば所定の回転数領域において、異なる回転数によって塗布膜を形成し、それぞれの塗布膜の膜厚を測定した結果を近似することによって得られる。塗布膜形成時のウエハの回転数Ｒと、回転数Ｒにおいて基板を回転させることによって形成される塗布膜の膜厚Ｔとの間には、ＲＴ^２＝Ｃ_１（ここでＣ_１は定数）の関係が成立することが知られている。すなわち、あらかじめ上記近似式を求めておくことによって、形成したい塗布膜の膜厚がＴａである場合、そのために適正なウエハの回転数Ｒａは、Ｒａ＝Ｃ_１／（Ｔａ）^２から求められる。また、ウエハの回転数をＲｂとして塗布膜を形成するとすれば、その塗布膜の膜厚Ｔｂは、Ｔｂ＝（Ｃ_１／Ｒｂ）^１／２と見積ることが可能である。

以上のように、上記近似式は、スピンコート法を用いて塗布膜を形成するために有用である。その一方で、実際に形成した塗布膜の膜厚と、上記近似式とは、全ての回転数領域においてよい一致を示すわけではない。具体的には、より厚い塗布膜を形成するためにウエハの回転数を低下させていくと、塗布膜の実際の膜厚は、上記近似式から逸脱し、上記近似式から予測される膜厚より薄くなる傾向を有する。

このように、形成した塗布膜の膜厚が所望の膜厚より薄くなる問題の解決方法として、所望の膜厚の塗布膜を形成するために、たとえば、粘度をより高めた塗布液を用いてもよい。しかし、この場合は、所望の粘度の塗布液を入手可能であるか否かが問題となる。また、所望の粘度の塗布液を入手可能な場合であっても、塗布膜を形成する工程において使用する塗布液の種類が増加することは避けられない。その結果、増加する塗布液の設置場所を確保する、増加する塗布液の品質を管理するなどの作業が増加し、結果的に製造コストの大幅な増加を招く虞がある。

また、別の解決方法として、塗布液の材料そのものを見直すことによって、ウエハの回転数として高い回転数を採用しつつ、所望の厚い膜厚を実現する方法も考えられる。しかし、この場合は、実際に製造工程の運用を始める前に、新しく用いる塗布液の諸性能をあらかじめ評価する必要が生じる。ここで塗布液の性能とは、形成可能な膜厚の範囲に加えて、感光および現像した際の解像性能、ポジ型かネガ型か、どのような現像液を使用するのか、など多岐にわたる。したがって、新しく用いる塗布液の選定、その性能の評価、および、使用可能か否かの最終判断を経て、実際に新しい塗布液を用いる製造工程の運用を開始するまでに、長い時間が必要となる場合が多い。このために、新しい塗布液を採用する方法は、たとえばサンプル製品を出荷するまでに時間を要し、その結果として、商機を逃す可能性がある。また、新しい塗布液を採用する方法は、上述のように塗布液の選定および性能の評価を実施するための技術者を必要とするため、製造コストの大幅な増加を招く虞がある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストの増加を抑制しつつ、従来の形成方法では形成困難であった、厚い膜厚の塗布膜を形成可能な塗布膜の形成方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る塗布膜の形成方法は、基板上に塗布液を滴下する滴下工程と、第１の回転数に応じて上記基板を回転することによって、上記基板上に滴下された上記塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程と、第２の回転数および回転時間に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程と、を含み、上記回転時間は、上記基板が上記第２の回転数で回転している際に、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されている。

本発明の一態様によれば、形成された塗布膜の膜厚は、膜厚決定工程における回転時間が十分に長く設定されているために収束している。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、従来の形成方法では上記近似式から逸脱するような膜厚の厚い塗布膜を形成可能な塗布膜の形成方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る塗布膜の形成方法における、回転数のタイムチャートを示す図である。 上記塗布膜の形成方法を含む一連の工程の流れを表すフローチャートを示す図である。 上記塗布膜の形成方法の流れを表すフローチャートを示す図である。 塗布膜の膜厚と、膜厚決定工程における回転数との相関関係を示す図である。 粘度が２０ｃＰ以上であるフォトレジストを用い、上記塗布膜の形成方法によって形成された塗布膜の膜厚を、膜厚決定工程における回転時間に対してプロットした図である。 粘度が２０ｃＰ未満であるフォトレジストを用い、上記塗布膜の形成方法によって形成された塗布膜の膜厚を、膜厚決定工程における回転時間に対してプロットした図である。

以下、本実施形態に係る塗布膜の形成方法について、図１〜３を参照しながら説明する。本実施形態に係る塗布膜の形成方法は、スピンコート法を用いて塗布膜を形成する方法であり、特に、従来の形成方法では形成が困難であった膜厚の厚い塗布膜を形成可能にするものである。

本実施形態では、基板として８インチのシリコンウエハ（以下では単にウエハとも表現する）を用い、塗布液としてエキシマレーザー用のフォトレジストを用いるものとして説明する。なお、当該フォトレジストの粘度は、２０ｃＰ以上であるものとして説明する。

なお、本実施形態に係る塗布膜の形成方法において用いる基板および塗布液は、これらに限定されるものではない。たとえば、ＧａＡｓなどシリコン以外の半導体ウエハであってもよいし、石英（ＳｉＯ_２）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などの絶縁体基板であってもよい。塗布膜を形成するための塗布液は、エキシマレーザー用のフォトレジスト以外に、ｇ線用、ｉ線用または電子線用のフォトレジスト、絶縁膜を形成可能なポリイミドおよびスピンオンガラス（ＳＯＧ）、ナノ粒子に代表される微細粒子を溶媒中に分散させた分散液などであってもよい。また、塗布液の粘度は、２０ｃＰ未満であってもよい。

図１は、本実施形態に係る塗布膜の形成方法における基板の回転数のタイムチャートを示す図である。図１に記載されている各ステップについては、図２および図３を参照しながら後述する。図２は、本実施形態に係る塗布膜の形成方法を含む一連の工程の流れを表すフローチャートを示す図である。図３は、本実施形態に係る塗布膜の形成方法の流れを表すフローチャートを示す図である。

（塗布膜形成の全体の流れ）
図１および図２を参照しながら、塗布膜を形成する工程の全体の流れについて説明する。

ステップＳ１０：ウエハを、塗布膜を形成するための設備に搬入する。

ステップＳ１２：ウエハの表面と、フォトレジストとの密着性を向上させるために、ウエハの表面処理をする。具体的には、ウエハの表面にＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を噴霧することによって、ウエハの表面を親水性から疎水性に改質する。

ステップＳ１４：ウエハの表面内における温度分布が均一になるように、ウエハを、所定の温度のクーリングプレートに、所定の時間固定する。たとえば、クーリングプレートの温度は２３℃であり、固定時間は４５秒である。

ステップＳ１６：スピンコーターを用い、本実施形態に係る塗布膜の形成方法によって、ウエハ表面にフォトレジスト膜（塗布膜）を形成する。この工程の詳細については、図１および図３を参照しながら後述する。

ステップＳ１８：洗浄工程Ｓ１８は、ウエハ裏面および側部に付着したフォトレジストを、リンス液によって洗浄する工程である。図１に示すように、洗浄工程Ｓ１８におけるウエハの回転数は１５００ｒｐｍである。また、洗浄時間ｔ_４は１０秒である。なお、ｒｐｍは毎分回転数を意味し、たとえば１５００ｒｐｍは、毎分１５００回転のことを意味する。

ステップＳ２０：振り切り工程Ｓ２０は、リンス液を振り切るために、ウエハを、洗浄工程Ｓ１８よりも高い回転数にて回転させる工程である。振り切り工程Ｓ２０におけるウエハの回転数は、たとえば４０００ｒｐｍである。また、振り切り工程Ｓ２０の時間ｔ_５は、たとえば１０秒である。

ステップＳ２２：乾燥工程Ｓ２２のために、ウエハは、スピンコーターを備えている装置（またはユニット）から、ソフトベーク用の装置（またはユニット）へ移動される。乾燥工程Ｓ２２は、使用しているフォトレジストに適した条件を用いて、ウエハ上に形成されているフォトレジスト膜を乾燥させる工程である。乾燥工程Ｓ２２におけるソフトベークの条件は、たとえば、乾燥温度は８０〜１４０℃であり、乾燥時間は３０〜１８０秒である。

上記一連の工程によって、ウエハ表面にフォトレジスト膜が形成される。

（塗布膜の形成方法の流れ）
図１および図３を参照しながら、本実施形態に係る塗布膜の形成方法（ステップＳ１６）の詳細について説明する。

ステップＳ１６２：滴下工程Ｓ１６２は、スピンコーターにウエハを固定した後、ウエハの中央部へフォトレジストを滴下する工程である。その後、図１に示すようにウエハの回転数を３００ｒｐｍまで上昇させる。ウエハの回転を開始してから、その回転数を３００ｒｐｍに保持している時間を回転時間ｔ_１とする。

ステップＳ１６４：膜厚均一化工程Ｓ１６４は、ウエハを短時間である回転時間ｔ_２の間、回転数Ｒ_１（第１の回転数）で回転させることによって、ウエハに滴下されたフォトレジストの膜厚を均一にする工程である。このステップは、ウエハ表面におけるフォトレジスト液の分布のばらつきおよび偏りを抑制し、フォトレジスト膜を形成するために余分なフォトレジストを排泄する（振り切る）ものである。本実施形態において、回転数Ｒ_１は３５００ｒｐｍであり、回転時間ｔ_２は２秒である。

ステップＳ１６６：膜厚決定工程Ｓ１６６は、所望の膜厚のフォトレジスト膜を形成するためにあらかじめ設定した回転数Ｒ_２（第２の回転数）および回転時間ｔ_３に応じてウエハを回転する工程である。回転時間ｔ_３は、膜厚決定工程Ｓ１６６におけるウエハの回転時間である。図１において、回転数Ｒ_２は５００ｒｐｍであり、回転時間ｔ_３は１２０秒である。

（各種パラメータについて）
回転時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３および回転数Ｒ_１およびＲ_２の各パラメータは、上述の値または上述の数値範囲に限定されるものではない。

膜厚均一化工程Ｓ１６４における回転数Ｒ_１は、基板表面における塗布液の分布のばらつきおよび偏りを抑制するために、回転数Ｒ_１は、６００ｒｐｍ以上であることが好ましい。一方、回転数Ｒ_１が高すぎると、基板上に滴下された塗布液を過剰に排泄する虞がある。すなわち、基板上の塗布液が不足することによって、所望の膜厚の塗布膜を形成できなくなることがある。したがって、回転数Ｒ_１は、４０００ｒｐｍ以下であることが好ましい。膜厚の厚い塗布膜を形成するためには、回転数Ｒ_１は、基板表面における塗布液の分布のばらつきおよび偏りを抑制可能な範囲内において、できるだけ低い回転数とすることが好ましい。

また、膜厚均一化工程Ｓ１６４における回転時間ｔ_２は、塗布液の粘度、塗布液が含む溶媒の揮発性などを考慮して適宜定めることができる。基板表面における塗布液の分布の十分な均一性を満足しつつ、塗布膜を形成する工程に要する時間を無用に長くしないために、回転時間ｔ_２は、０．５秒以上、５．０秒以下であることが好ましい。

膜厚決定工程Ｓ１６６における回転数Ｒ_２は、塗布液の粘度、塗布液が含む溶媒の揮発性などを考慮して適宜定めることができるが、膜厚の厚い塗布膜を形成するためには低いことが好ましく、１０００ｒｐｍ以下であることが好ましい。一方、回転数Ｒ_２が低すぎると、実際に形成される塗布膜の膜厚は、近似式Ａから算出される膜厚から逸脱してしまう。したがって、回転数Ｒ_２は、２５０ｒｐｍ以上であることが好ましい。ここで、近似式Ａは、塗布膜の膜厚Ｔと、回転数Ｒ_２との相関関係を表すものであり、Ｒ_２Ｔ^２＝Ｃ_１（ここでＣ_１は定数）と定義される。近似式Ａは、それまでに形成した塗布膜の膜厚と、形成した際の回転数Ｒ_２とをフィッティングして求められる既知のものである。

その上で、膜厚決定工程Ｓ１６６における回転時間ｔ_３は、回転数Ｒ_２によって基板を回転させる場合に、基板上に形成される塗布膜の膜厚がほぼ一定の値に収束するために十分な時間に設定されていればよい。言い換えれば、回転時間ｔ_３は、少なくとも塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されていればよい。塗布膜の膜厚を収束させるためには、回転時間ｔ_３はより長いことが好ましい。しかし、塗布膜を形成する際のスループットを向上させるためには、回転時間ｔ_３はより短いことが好ましい。使用する塗布液の粘度、塗布液が含む溶媒の揮発性などを考慮して、回転時間ｔ_３を適宜設定することが好ましい。

たとえば、粘度が２０ｃＰ以上の塗布液を用いる場合、回転時間ｔ_３は、１２０秒以上、３００秒以下であることが好ましい。また、粘度が２０ｃＰ未満の塗布液を用いる場合、回転時間ｔ_３は、４０秒以上、１００秒以下であることが好ましい。これらの構成によれば、膜厚決定工程Ｓ１６６において塗布膜の膜厚がほぼ一定の値に収束するため、所望の膜厚の塗布膜を形成可能である。さらに、塗布膜を形成する際のスループットを向上させることができる。

なお、回転時間ｔ_３は、塗布液が含む溶媒の揮発性に応じて適宜変更することが好ましい。上記溶媒の揮発性が高い場合と低い場合とを比較すると、上記溶媒の揮発性が低いほど、回転時間ｔ_３を長く設定することが好ましい。上記溶媒の揮発性が低いほど、塗布膜の膜厚が収束するのに要する時間がより長くなるためである。

（回転数Ｒ_２および回転時間ｔ_３の別の表現）
回転数Ｒ_２は、上述の表現のほかに、膜厚決定工程Ｓ１６６を終了した時に、塗布膜の膜厚が所望値となるために要する遠心力を発生する回転数とも表現できる。

回転時間ｔ_３は、上述の表現のほかに、塗布液が含む溶媒が蒸発することによって、基板上に滴下された塗布液の粘度が、あらかじめ定められている粘度に達する時間とも表現できる。

（膜厚決定工程の効果）
本実施形態に係る塗布膜の形成方法は、基板の全域において厚い膜厚の塗布膜を形成することを可能とする。ここで、厚い膜厚とは、従来の塗布膜の形成方法を用いた場合に、実際に形成した塗布膜の膜厚が、近似式Ａから算出される塗布膜の膜厚から逸脱する領域の膜厚を意味する。

より具体的には、膜厚決定工程Ｓ１６６における回転数および回転時間が、それぞれ、回転数Ｒ_２および回転時間ｔ_３に設定されていることによって、膜厚決定工程Ｓ１６６によって決定された塗布膜の膜厚は、その後に続く洗浄工程Ｓ１８および振り切り工程Ｓ２０によって大きく影響を受けることはない。その結果、上述した厚い膜厚を形成する場合でも、近似式Ａを用いて所望の膜厚を実現するための回転数Ｒ_２を算出可能となる。もしくは、回転数を回転数Ｒ_２に設定した場合に形成される塗布膜の膜厚を、近似式Ａを用いて算出可能となる。別の言い方をすると、近似式Ａの適用可能範囲を、より膜厚の厚い領域（より回転数Ｒ_２の低い領域）に拡大することができる。

その結果として、本実施形態に係る塗布膜の形成方法は、単一の塗布液を用いてより広範な範囲にわたる膜厚の塗布膜を形成可能とする。したがって、上述した厚い膜厚の塗布膜を形成する際に、より粘度の高い塗布液の使用を検討したり、塗布液の材料から新たに見直す必要がない。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、従来の形成方法では形成困難であった、厚い膜厚の塗布膜を形成可能とする。

本発明の一実施例について図４に基づいて説明すれば以下のとおりである。図４は、基板であるシリコンウエハの表面に形成されたフォトレジスト膜の膜厚Ｔと、膜厚決定工程Ｓ１６６における回転数Ｒ_２との相関関係を示す図である。本実施例において用いているフォトレジストの粘度は、１００ｃＰ、すなわち２０ｃＰ以上である。

図４には、膜厚決定工程Ｓ１６６における回転時間ｔ_３を、５０秒、１２０秒、１８０秒および２８０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔを示した。プロット１１、１２および１３は、回転時間ｔ_３が１２０秒、１８０秒および２８０秒の結果をそれぞれ表す。また、プロット１４は、回転時間ｔ_３が５０秒の結果を表す。プロット１１、１２および１３は、本実施例１によって得られた膜厚である。一方、プロット１４は、後述する比較例によって得られた膜厚である。

上述のとおり、プロット１１は、回転時間ｔ_３＝１２０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔを示す。プロット１１の各プロットにおける回転数Ｒ_２は、それぞれ、１１９０ｒｐｍ、７５０ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、３００ｒｐｍおよび２５０ｒｐｍである。

図４に示す曲線１０は、プロット１１のうち、回転数Ｒ_２が１１９０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍのプロットをフィッティングして求めた近似式Ａである。

回転数Ｒ_２が１１９０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍの範囲において、プロット１１および曲線１０は、よく一致している。すなわち、回転時間ｔ_３＝１２０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔおよび曲線１０から算出される膜厚がよい一致を示す回転数Ｒ_２は、５００ｒｐｍ以上の範囲であった。一方、回転数Ｒ_２が４００ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍの範囲において、プロット１１は、曲線１０から逸脱する。これらの範囲において、実際に形成されたフォトレジスト膜の膜厚は、近似式Ａから算出される膜厚より薄い。また、近似式Ａからの逸脱の度合いは、回転数Ｒ_２が低下するほど大きくなる。

図４に示すとおり、回転時間ｔ_３＝１２０秒として形成したフォトレジスト膜において、近似式Ａとよい一致を示した範囲において得られた最も厚い膜厚は、回転数Ｒ_２＝５００ｒｐｍとした場合の５４５２３Åであった。

プロット１２は、回転時間ｔ_３＝１８０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔを示す。プロット１２の各プロットにおける回転数Ｒ_２は、４００ｒｐｍ、３００ｒｐｍおよび１００ｒｐｍである。回転時間ｔ_３＝１８０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔは、それぞれ、回転数Ｒ_２＝４００ｒｐｍの場合にＴ＝６０８６８Å、回転数Ｒ_２＝３００ｒｐｍの場合にＴ＝６２７２５Å、回転数Ｒ_２＝１００ｒｐｍの場合にＴ＝４６７５１Åであった。回転数Ｒ_２＝４００ｒｐｍとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、曲線１０とよい一致を示した。すなわち、回転時間ｔ_３＝１８０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔと、曲線１０から算出される膜厚と、がよい一致を示す回転数Ｒ_２は、４００ｒｐｍ以上の範囲であるといえる。一方、回転数Ｒ_２＝３００ｒｐｍとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、回転数Ｒ_２＝４００ｒｐｍとして形成したフォトレジスト膜の膜厚を上回るものの、曲線１０からは逸脱した。

プロット１３は、回転時間ｔ_３＝２８０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔを示す。プロット１３の各プロットにおける回転数Ｒ_２は、２５０ｒｐｍおよび１００ｒｐｍである。回転時間ｔ_３＝２８０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔは、回転数Ｒ_２＝２５０ｒｐｍの場合にＴ＝７７２３２Åであり、回転数Ｒ_２＝１００ｒｐｍの場合にＴ＝６２７５３Åであった。回転数Ｒ_２＝２５０ｒｐｍとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、曲線１０とよい一致を示した。すなわち、回転時間ｔ_３＝２８０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔと、曲線１０から算出される膜厚と、がよい一致を示す回転数Ｒ_２は、２５０ｒｐｍ以上の範囲であるといえる。一方、回転数Ｒ_２＝１００ｒｐｍとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、曲線１０から逸脱した。

比較例

図４に示したプロット１４は、回転時間ｔ_３＝５０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚である。回転時間ｔ_３＝５０秒という作製条件は、従来の塗布膜の形成方法において用いられる作製条件のうち、比較的長いものである。プロット１４の各プロットにおける回転数Ｒ_２は、それぞれ、１６９０ｒｐｍ、１１９０ｒｐｍ、５００ｒｐｍおよび２５０ｒｐｍである。

図４から明らかなように、回転数Ｒ_２を１６９０ｒｐｍおよび１１９０ｒｐｍとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、それぞれ、３０２５０Åおよび３５４０８Åであり、曲線１０とよい一致を示した。すなわち、回転時間ｔ_３＝５０秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔおよび曲線１０から算出される膜厚がよい一致を示す回転数Ｒ_２は、１１９０ｒｐｍ以上の範囲であった。一方、回転数Ｒ_２を５００ｒｐｍおよび２５０ｒｐｍとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、それぞれ、４０７６５Åおよび３７３４０Åであり、曲線１０から著しく逸脱した。

〔プロット１１〜１４の比較〕
回転時間ｔ_３を５０秒から１２０秒、１８０秒、２８０秒と長くするに伴い、形成されるフォトレジスト膜の膜厚Ｔおよび曲線１０から算出される膜厚がよい一致を示す範囲は、回転数Ｒ_２の低回転側へ拡張された。言い換えれば、曲線１０を用いて所望の膜厚を有するフォトレジスト膜を形成しようとする際に、作製条件として回転時間ｔ_３＝５０秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、３５４０８Å以下であった。一方、作製条件として回転時間ｔ_３＝１２０秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、５４５２３Å以下に拡張可能であった。作製条件として回転時間ｔ_３＝１８０秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、６０８６８Å以下まで拡張可能であった。作製条件として回転時間ｔ_３＝２８０秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、７７２３２Å以下まで拡張可能であった。

本発明の他の実施例について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図５は、粘度が１００ｃＰ、すなわち、２０ｃＰ以上であるフォトレジストを用いて形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔと、回転時間ｔ_３との相関関係を示す図である。プロット２１は、膜厚決定工程Ｓ１６６において、回転数Ｒ_２＝５００ｒｐｍである場合の膜厚を示す。プロット２２は、膜厚決定工程Ｓ１６６において、回転数Ｒ_２＝２５０ｒｐｍである場合の膜厚を示す。

プロット２１に示すように、回転数Ｒ_２＝５００ｒｐｍである場合、回転時間ｔ_３が４０秒〜１２０秒の範囲では、回転時間ｔ_３と、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Ｔとは正の相関を示した。すなわち、回転数Ｒ_２＝５００ｒｐｍである場合、当該範囲では回転時間ｔ_３を長く設定するほど、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Ｔは厚くなった。一方、回転時間ｔ_３＝２４０秒とした場合の膜厚は、回転時間ｔ_３＝１２０秒とした場合の膜厚からほぼ変化しなかった。

プロット２２に示すように、回転数Ｒ_２＝２５０ｒｐｍである場合、回転時間ｔ_３が５０秒〜２８０秒の範囲では、回転時間ｔ_３と、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Ｔとは正の相関を示した。すなわち、回転数Ｒ_２＝２５０ｒｐｍである場合、当該範囲では回転時間ｔ_３を長く設定するほど、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Ｔは厚くなった。一方、回転時間ｔ_３＝３２０秒とした場合の膜厚は、回転時間ｔ_３＝２８０秒とした場合の膜厚からほぼ変化しなかった。

以上のように、粘度が１００ｃＰのフォトレジストを用い、回転数Ｒ_２＝５００ｒｐｍに設定した場合、フォトレジスト膜の膜厚が収束する回転時間ｔ_３は、１２０秒であった。また、回転数Ｒ_２＝２５０ｒｐｍに設定した場合、フォトレジスト膜の膜厚が収束する回転時間ｔ_３は、２８０秒であった。

本発明の他の実施例について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図６は、粘度が１３．５ｃＰ、すなわち、２０ｃＰ未満であるフォトレジストを用いて形成したフォトレジスト膜の膜厚Ｔと、回転時間ｔ_３との相関関係を示す図である。プロット３１は、膜厚決定工程Ｓ１６６において、回転数Ｒ_２＝５００ｒｐｍである場合の膜厚を示す。

図６に示すように、回転時間ｔ_３が１０秒〜５０秒の範囲では、回転時間ｔ_３と、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Ｔとは正の相関を示した。すなわち、当該範囲では、回転時間ｔ_３を長く設定するほど、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Ｔは厚くなった。一方、回転時間ｔ_３が８０秒、１２０秒および２４０秒における膜厚は、回転時間ｔ_３＝５０秒における膜厚からほぼ変化しなかった。

したがって、粘度が１３．５ｃＰのフォトレジストを用い、回転数Ｒ_２＝５００ｒｐｍに設定した場合、フォトレジスト膜の膜厚が収束する回転時間ｔ_３は、５０秒であった。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る塗布膜の形成方法は、基板上に塗布液を滴下する滴下工程（Ｓ１６２）と、第１の回転数（回転数Ｒ_１）に応じて上記基板を回転することによって、上記基板上に滴下された上記塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程（Ｓ１６４）と、第２の回転数（回転数Ｒ_２）および回転時間（回転時間ｔ_３）に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程（Ｓ１６６）と、を含み、上記回転時間（ｔ_３）は、上記基板が上記第２の回転数（回転数Ｒ_２）で回転している際に、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されている。

上記の構成によれば、単一の塗布液を用いてより広範な範囲にわたる膜厚の塗布膜を形成可能とする。したがって、上述した厚い膜厚の塗布膜を形成する際に、より粘度の高い塗布液の使用を検討したり、塗布液の材料から新たに見直す必要がない。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、従来の形成方法では形成困難であった、厚い膜厚の塗布膜を形成可能とする。

本発明の態様２に係る塗布膜の形成方法は、上記態様１において、上記第２の回転数（回転数Ｒ_２）は、毎分２５０回転以上、毎分１０００回転以下であることが好ましい。

膜厚の厚い塗布膜を形成するためには第２の回転数を低く設定することが有効であり、第２の回転数は、毎分１０００回転以下であることが好ましい。一方、第２の回転数が低すぎると、実際に形成される塗布膜の膜厚は、算出される膜厚から逸脱してしまう。すなわち、所望の膜厚の塗布膜を実現できなくなる。したがって、第２の回転数は、毎分４００回転以上であることが好ましい。
上記の構成によれば、
本発明の態様３に係る塗布膜の形成方法は、上記態様１または２において、上記塗布液の粘度が２０ｃＰ以上である場合に、上記回転時間（ｔ_３）は、１００秒以上、３００秒以下であることが好ましい。

本発明の態様４に係る塗布膜の形成方法は、上記態様１または２において、上記塗布液の粘度が２０ｃＰ未満である場合に、上記回転時間（ｔ_３）は、４０秒以上、１００秒以下であることが好ましい。

上記の構成によれば、塗布液の粘度が２０ｃＰ以上、および、２０ｃＰ未満のいずれの場合であっても、膜厚決定工程（Ｓ１６６）において塗布膜の膜厚がほぼ一定の値に収束する。したがって、塗布膜を形成する際のスループットを過剰に低下させることなく、所望の膜厚の塗布膜を形成可能である。

本発明の態様５に係る塗布膜の形成方法は、上記態様１から４のいずれか１態様において、上記第２の回転数は、形成する上記塗布膜の膜厚に応じて、既知である次の近似式（近似式Ａ）
（塗布膜の膜厚）×（第２の回転数）^２＝一定
から算出されることが好ましい。

上記の構成によれば、厚い膜厚を形成する場合においても、それまでの実績から既知である近似式を用いて、所望の膜厚を実現するための第２の回転数を算出可能となる。また、回転数を第２の回転数に設定した場合に、形成される塗布膜の膜厚を上記近似式を用いて算出可能となる。したがって、過去に形成した実績がない膜厚の塗布膜を、新たに形成する際に、人的および時間的なコストを抑制可能である。

本発明の態様６に係る塗布膜の形成方法は、上記態様１から５のいずれか１態様において、上記基板は、半導体ウエハであってもよい。

本発明の態様７に係る塗布膜の形成方法は、上記態様１から６のいずれか１態様において、上記塗布液は、フォトレジスト、ポリイミドおよびＳＯＧのいずれかであってもよい。

本発明の一態様に係る塗布膜の形成方法は、半導体ウエハ上に、厚い膜厚のフォトレジスト膜、ポリイミド膜およびＳＯＧ膜のいずれかを形成する際に好適に使用可能である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、スピンコート法を用いて塗布膜を形成する際に利用することができる。

Ｓ１６２ 滴下工程
Ｓ１６４ 膜厚均一化工程
Ｓ１６６ 膜厚決定工程
Ｓ１８ 洗浄工程
Ｓ２０ 振り切り工程
Ｓ２２ 乾燥工程

Claims (5)

1. 基板上に塗布液を滴下する滴下工程と、
   第１の回転数に応じて上記基板を回転することによって、上記基板上に滴下された上記塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程と、
   第２の回転数および回転時間に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程と、を含み、
   上記回転時間は、上記基板が上記第２の回転数で回転している際に、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されていることを特徴とする塗布膜の形成方法。
2. 上記第２の回転数は、毎分２５０回転以上、毎分１０００回転以下であることを特徴とする請求項１に記載の塗布膜の形成方法。
3. 上記塗布液の粘度が２０ｃＰ以上である場合に、上記回転時間は、１００秒以上、３００秒以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布膜の形成方法。
4. 上記塗布液の粘度が２０ｃＰ未満である場合に、上記回転時間は、４０秒以上、１００秒以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布膜の形成方法。
5. 上記第２の回転数は、形成する上記塗布膜の膜厚に応じて、既知である次の近似式
   （塗布膜の膜厚）×（第２の回転数）^２＝一定
   から算出されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の塗布膜の形成方法。

Images