JP2015115561A

JP2015115561A - スピンコータ

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Publication number: JP2015115561A
Application number: JP2013258747A
Authority: JP
Inventors: 木村　光照; Mitsuteru Kimura; 光照木村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-14
Filing date: 2013-12-14
Publication date: 2015-06-22
Anticipated expiration: 2033-12-14
Also published as: JP6319705B2

Abstract

【課題】基板の凹凸などの段差やエッジでのフォトレジストの段切れを解消し、エッジ付近にできるフォトレジストの盛り上がりをも解消する簡単で安価なスピンコータを提供する。
【解決手段】フォトレジスト１５を基板１に塗布するスピンコータ１００において、赤外線ランプ１６、ヒータや温風などの乾燥手段１０を備え、スピンテーブル２に設置した基板１にフォトレジスト１５を滴下し、このスピンテーブル２を回転させて、その回転塗布中に基板１上のフォトレジスト１５の少なくともその表面を乾燥手段１０で乾燥させるようにして、乾燥固化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、フォトレジスト塗布用スピンコータに関し、基板の凹凸によるフォトレジスト薄膜の段切れを防止するようにした簡単で安価なスピンコータに関するものである。

従来、フォトレジスト塗布用スピンコータ１００では、スピンテーブル２上に設置した基板１にフォトレジスト１５を滴下し、このスピンテーブル２を回転させて、回転中心からの放射状（動径方向）に働く遠心力により、粘性のある液状のフォトレジスト１５を一様に広げて液体の薄膜を形成させておき、その後、フォトレジスト薄膜の溶媒を自然乾燥または乾燥機により蒸発させて、更に粘つかない程度にプリベークで乾燥固化させて薄膜を形成させる。そして、フォトリソグラフィ技術により所望のパターンを基板１に転写するものである（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

フォトレジスト１５を滴下し、このスピンテーブル２を回転させている間は、液状のフォトレジスト１５が遠心力により薄膜状に一様に広がり、基板１に凹凸などの段差２０があっても一様にその段差２０もカバーしている。しかしながら、スピンテーブル２の回転を止めると、液状の薄膜フォトレジスト１５は、その凝集力により集まりだして基板１の段差２０やエッジ３０で段切れを起こし、フォトレジスト１５の膜がない部分である段切れ部４０が発生し、フォトリソグラフィでの基板１のエッチング工程で、基板１の段差部分やエッジ部分がエッチングされてしまうと言う問題があった。このために、粘度の高いフォトレジストを用意して、スピンテーブル２の回転数と回転時間及び回転停止を含む工程数の調整したり、また、凝集力に抗するように高速回転でフォトレジスト１５を飛散させたり（例えば、特許文献３参照）、スプレイ法によるフォトレジスト塗布（例えば、特許文献４参照）を行ったりする必要があった。しかし、粘度の高いフォトレジスト１５を用いると微細なパターンが得られず、また、スプレイ法によるフォトレジスト塗布装置は、高価なものであった。

特開２００２−１１０５３５号公報特開２００９−１７０９０４号公報特開２００１−３１９８５１号公報特開２００６−７１６４号公報

本発明は、スピンコータ１００での上述のような従来の基板１に凹凸などの段差２０やエッジ３０でのフォトレジスト１５の段切れを解消し、エッジ付近にできるフォトレジスト１５の盛り上がりを解消することができる簡単なスピンコータ１００を安価に提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係わるスピンコータは、フォトレジストを基板１に塗布するスピンコータ１００において、スピンテーブル２に設置した基板１にフォトレジスト１５を滴下し、該スピンテーブル２を回転させて、その回転塗布中に基板１上のフォトレジスト１５の少なくともその表面を乾燥させるようにする乾燥手段１０を備えたことを特徴とするものである。

上述のように、スピンテーブル２を回転させている間は、液状のフォトレジスト１５が薄膜状に一様に広がっており、基板１に段差２０があっても一様にその段差２０もカバーしているので、このスピンテーブル２を回転している間に液状のフォトレジスト１５を乾燥させれば良いことが分かる。

ここでは、スピンコータ１００に乾燥手段１０を備えて、スピンテーブル２に設置した基板１にフォトレジスト１５を滴下し、スピンテーブル２を回転させている間に、フォトレジスト１５を前記乾燥手段１０で少なくともフォトレジスト１５の表面部分の溶媒を蒸発させて乾燥させ、凝集力が生じないようにさせるものである。

前記乾燥手段１０を動作させるのは、基板１にフォトレジスト１５を滴下し、スピンテーブル２を回転させて、ほぼ所望のフォトレジスト１５の膜厚が得られる時点が良い。また、乾燥温度もフォトレジスト１５が過度に熱硬化して、フォトレジスト１５の露光・現像ができなくなるような高温にならないように注意する必要がある。従って、その乾燥手段１０の設定温度や乾燥スタート時点（乾燥開始時間）、更に乾燥させている時間（乾燥時間）の調整が必要になる。もちろん、通常のスピンコーティング後の乾燥処理工程を省き、本提案のスピンテーブル２の回転中の乾燥処理を乾燥処理工程として採用することもできるし、従来の乾燥処理工程を前倒しにしたと考えることもできる。

本発明の請求項２に係わるスピンコータ１００は、乾燥手段１０として、赤外線ランプ１６を用いた場合である。ニクロム線などのジュール加熱ヒータ１７でも良いが、赤外線ランプ１６を用いた場合は、凹面反射鏡を用いるなどして点光源的な赤外線ランプでも大面積の有効面であるスピンテーブル２を全面的にカバーし、非接触で比較的遠方からでも一様に加熱しやすいという利点があり、更に、フォトレジスト１５を露光しないので、好適である。

スピンテーブル２に設置した基板１にスピンコーティングしているフォトレジスト１５の表面の少なくともその表面を一様にムラなく乾燥させて、凝集力に抗して膜厚が変化しないようにする必要があるので、スピンテーブル２の全面を加熱できるような乾燥手段１０が望ましい。

本発明の請求項３に係わるスピンコータ１００は、乾燥手段１０として、温風１８を用いるようにした場合である。

温風１８は、ヒータなどを用いて正常な空気や窒素ガスなどを温めて置き、これをスピンテーブル２の回転中でフォトレジスト１５の厚みが遠心力の作用により所定の厚みになるような所定の時間経過後にスピンテーブル２に設置した基板１に吹きかけるようにしても良いし、正常な空気や窒素ガスなどをその時点で加熱したヒータ中を通過させて温風１８にして基板１に吹きかけるようにしても良い。

本発明の請求項４に係わるスピンコータ１００は、乾燥手段１０として、ヒータ１７を用いた場合である。ここでは、ヒータ１７としてジュール加熱ヒータを想定している。

本発明の請求項５に係わるスピンコータ１００は、乾燥手段１０の乾燥開始時間、乾燥時間、温度のうちの少なくとも一つが調整できるようにした場合である。

スピンコータ１００にタイマーを備え、乾燥開始時間やその乾燥時間の設定ができるようにし、更にフォトレジスト１５の膜が熱硬化してしまい、露光・現像工程で現像ができなくなってしまうような高い温度にならないように温度設定もできるようにするものである。

本発明のスピンコータ１００は、フォトレジスト１５の薄膜を形成する基板１に凹凸などの段差２０があっても、その段差２０を段切れがない状態で、フォトレジスト１５の薄膜で段差２０を全面カバーすることができると共に、基板１のエッジ３０でのフォトレジスト１５の盛り上がりを無くすと言う利点がある。

本発明のスピンコータ１００は、スピンテーブル２を回転中のフォトレジスト１５の塗布中に乾燥を始めるので、従来の乾燥処理工程を前倒しにしたものと同等となる。従って、特別の設備も要しないので、簡単で安価なスピンコータ１００が提供できるという利点がある。

従来のスピンコータ１００の一実施例の構成断面概略図である。（実施例１）従来のスピンコータ１００を用いて、基板１に凸部２１による段差２０を有する半導体などの基板１にスピンコーティングされたフォトレジスト１５の薄膜の様子を示す一実施例の断面概略図である。（実施例１）本発明のスピンコータ１００で乾燥手段１０として、赤外線ランプ１６を用いた場合の一実施例の構成断面概略図である。（実施例１）本発明のスピンコータ１００を用いて、基板１に凸部２１による段差２０を有する半導体などの基板１にスピンコーティングされたフォトレジスト１５の薄膜の様子を示す一実施例の断面概略図である。（実施例１、実施例２、実施例３）本発明のスピンコータ１００で乾燥手段１０として、温風１８を用いた場合の一実施例の構成断面概略図である。（実施例２）本発明のスピンコータ１０で乾燥手段１０として、ヒータ１７を用いた場合の一実施例の構成断面概略図である。（実施例３）

以下、本発明のスピンコータ１００構成について、図面を参照して、実施例に基づき詳細に説明する。

図１は、従来のスピンコータ１００の一実施例の構成断面概略図であり、その蓋２００を外し、回転が停止しているスピンテーブル２上に、半導体などの基板１を置き、スピンテーブル２上に配置している溝３を介して、吸引ポンプによる負圧を利用して基板１をスピンテーブル２上に吸引吸着固定する。その後、液状のフォトレジスト１５を基板１上に滴下し、初めはゆっくりとスピンテーブル２をモータ５０により回転させる。液状のフォトレジスト１５は、回転するスピンテーブル２により、その遠心力で放射状に押し出されて広がり、薄膜状に薄くなって行く。一般には、スピンテーブル２を最初はゆっくり回転させて（例えば、５００ｒｐｍ）、液状のフォトレジスト１５を基板１の全体に広げ、適当な時間後（例えば、数秒後）、３０００ｒｐｍと言う高速で回転させて、基板１上のフォトレジスト１５を薄くさせると共に、基板１のエッジでの回転停止後のフォトレジスト膜の盛り上がり部が少なくて済むように、遠心力で基板１のエッジ（基板の端部）における液状のフォトレジスト１５の余分な量を飛散させるようにしている。

図２には、図１のスピンコータ１００のスピンテーブル２上にセットした凸部２１を有し、このために段差２０を持つ半導体などの基板１に、上述の方法でフォトレジスト１５の薄膜を形成した時の様子の断面概略図を示している。一般に、半導体などの基板１上の段差２０が、２から３マイクロメートル（μｍ）以内ならば、フォトレジスト１５の粘度によるが、フォトレジスト１５でこの段差２０をフォトレジスト１５の薄膜で全面カバーし、段差２０による段切れが生じないで済むことが多い。しかしながら、図２に示すように、基板１の段差２０が大きくなり、５μｍ以上になると、ほぼ確実に基板１の凹凸による段差２０による段切れ（段切れ部４０）が発生する。そして、基板１のエッジ３０が緩やかな角ではなく、ほぼ直角のような角になっている場合は、大きな段差２０と同等になり、そのエッジ３０の個所にも段切れ部４０が発生する。この段切れ部４０には、フォトレジスト１５の薄膜が存在していないで、基板１が露出している。そのために、その後のフォトリソグラフィによる基板１のエッチング工程で、基板１が露出している個所がエッチングされてしまうので、段差２０やエッジ３０などの基板１の段切れ部４０もエッチングされてしまうと言う問題が発生する。

基板１の段差２０やエッジ３０などでの段切れ部４０の発生について、観察結果も含め詳細に説明する。液状のフォトレジスト１５を基板１に滴下し、スピンテーブル２を回転させて遠心力が働いている間は、段差２０やエッジ３０では、スピンテーブル２の回転中心領域に多く存在する液状のフォトレジスト１５が基板１上を放射状に流れ薄くなって行き、段差２０やエッジ３０でも液状のフォトレジスト１５で全面的にカバーされていることが観察され確認されている。しかし、スピンテーブル２の回転を止めると、遠心力が働かなくなるので、液状のフォトレジスト１５自体の凝集力で、基板１に塗布されていたフォトレジスト１５が集まり出し、段差２０やエッジ３０では、鋭い角を有しているので、その段差２０やエッジ３０の底の方にある液状のフォトレジスト１５を引き上げて補給ができなくなる。このために、段差２０やエッジ３０では、フォトレジスト１５の補給が得られず、更に、基板１への液状のフォトレジスト１５の付着力が凝集力に負けて、凝集力が優先して段差２０やエッジ３０で途切れて段切れ部４０が発生してしまうことになる。基板１の平らな部分が大面積の場合は、平らな大面積領域の端部にあたるエッジ３０付近において、凝集力により凝集したフォトレジスト１５の盛り上がり部６０が観測される。この盛り上がり部６０では、フォトレジスト１５が極めて厚くなるので、その後の工程の露光時に、露光不足となる原因になり問題になっている。

本発明は、基板１に塗布したフォトレジスト１５の段差２０やエッジ３０での段切れ部４０の発生を抑え、フォトレジスト１５の盛り上がり部６０の発生も抑えることができるスピンコータ１００を提供することにある。上述のように、段切れ部４０の発生原因が基本的には、液状のフォトレジスト１５の凝集力によるのであり、スピンテーブル２の回転中の遠心力が働いているときには、段切れ部４０が起こっていないという事実から、スピンテーブル２の回転中に液状のフォトレジスト１５の薄膜を乾燥固化させれば良いことになる。したがって、本発明では、液状のフォトレジスト１５の薄膜を固化させるのに、スピンテーブル２の回転中にこの塗布中のフォトレジスト１５の薄膜を乾燥手段１０により、少なくともそのフォトレジスト１５の薄膜の表面だけでも乾燥固化させるものである。

本発明のスピンコータの本実施例１では、乾燥手段１０として、赤外線ランプ１６を用いた場合であり、その一実施例の構成断面概略図を図３に示す。また、本発明の図３に示したスピンコータ１００を用いて、凸部２１による段差２０を有する半導体などの基板１にスピンコーティングされたフォトレジスト１５の薄膜の断面の様子を図４の断面概略図に示す。図３に示すように、本発明のスピンコータ１００の基本構造は図１に示す従来のスピンコータ１００とほぼ同一であるが、異なる点は、乾燥手段１０を有し、乾燥手段１０を動作させるための作動開始時間設定や作動時間の設定などのためのタイマー７０を備え、更に、乾燥手段１０の温度調整をする温度調節器８０を備えたことである。本実施例では、乾燥手段１０としての赤外線ランプ１６をスピンコータ１００の上部にある蓋２００の天井部に設置してある場合である。そして、小さな加熱用の赤外線ランプ１６からの赤外線をスピンテーブル２上の基板１に一様に照射できるように、凹面の反射鏡１５０を赤外線ランプ１６の背後に備えている。

本発明のスピンコータ１００の赤外線ランプ１６を用いた図３の実施例の場合について、詳細に説明すると次のようである。上述のような従来のスピンコータ１００の取り扱いは、本発明の場合も乾燥手段１０の取り扱いを除いては同様である。先ず、乾燥手段１０である赤外線ランプ１６等を備えた蓋２００を開けて、スピンコータ１００のスピンテーブル２の回転停止の状態で、スピンテーブル２上の回転中心付近に半導体などの基板１の中心がほぼ一致するように基板１を置き、吸引ポンプでスピンテーブル２上に形成してある溝３を介して、基板１をスピンテーブル２上に吸引して固定する。その後、基板１に液状のフォトレジスト１５を滴下するが、このときほぼ一様に液状のフォトレジスト１５が基板１を覆うようにさせると良い。そして、赤外線ランプ１６等を備えた蓋２００を閉める。

その後、モータ５０の回転数、すなわち、モータ５０に直結しているスピンテーブル２の回転数を設定する。普通、液状のフォトレジスト１５の粘度にも依るが、初段を５００ｒｐｍで３秒間回転させ、フォトレジスト１５を基板１の全体に一様に広げ、その後、従来は、２段目として高速回転の、例えば、３０００ｒｐｍで４０秒間程度回転させて、余分のフォトレジスト１５を飛散させることが多い。そして、後段の２段目の高速回転の回転時間調整で、フォトレジスト１５の膜厚を例えば、０．３μｍ程度になるように調整するものである。

本発明の本実施例では、この後段（２段目）の高速回転の回転時間調整は従来と同様にするが、２段目の高速回転（３０００ｒｐｍ）の回転開始時刻から、所望の厚みに達した、例えば、２０秒経過した時に赤外線ランプ１６を点灯させるように、乾燥開始時間をタイマー７０で設定する。そして、更に、その赤外線光が凹面の反射鏡１５０を介して、一様に基板１上に照射されて、回転塗布中のフォトレジスト１５を加熱して、少なくともその表面が乾燥固化しだし、凝集しないようになる時間の設定、たとえば、１０秒間の赤外線光の照射時間になるように、乾燥時間を同一のタイマー７０で設定する。なお、ここでは、同一のタイマー７０であるが、乾燥開始時間と乾燥時間とを２段設定のできる２段調節機能を有するタイマー７０を用いる場合である。ただし、この加熱は、フォトレジスト１５が熱硬化してしまい、その後の現像工程で現像されないことがない程度の所定の低い温度になるように温度調節器８０を用いて赤外線ランプ１６の電力調整も設定ができるようにする。もちろん、タイマー７０や温度調節器８０をスピンコータ１００の本体側に取り付けているが、ここでは図示しないが、これらのタイマー７０や温度調節器８０と赤外線ランプ１６とは、配線や無線等により赤外線ランプ１６の点灯の制御ができるようにしている。

図４には、上述したが、凸部２１による段差２０を有する半導体などの基板１にスピンコーティングされたフォトレジスト１５の薄膜の断面の様子の断面概略図を示している。スピンテーブル２上に設置した基板１の上で、スピンテーブル２の回転中心から放射状に働く遠心力のために液状のフォトレジスト１５が薄膜状になっており、しかも凸部２１による段差２０や基板１のエッジ３０付近でも盛り上がらないで平坦な薄膜状になっている状態で、乾燥手段１０の赤外線ランプ１６による加熱により、フォトレジスト１５の溶媒が蒸発させられるので、乾燥固化し出す。基板１の上部からの赤外線加熱なので、薄膜状のフォトレジスト１５は表面付近から乾燥し出す。従って、少なくとも薄膜状のフォトレジスト１５のほぼ表面から固化が始まる。このように薄膜状になり乾燥固化が始まったフォトレジスト１５で一様な厚みで全面カバーされた基板１の断面概略図が図４である。基板１のスピンテーブル２からの取り出しなどは、従来のスピンコータ１００と変わらないので、ここでは、その説明を省略する。

図５は、本発明のスピンコータの他の一実施例を示し、その乾燥手段１０として温風１８を用いた場合の構成断面概略図である。実施例１の図３との違いは、乾燥手段１０として図３では、蓋２００に赤外線ランプ１６を備えた場合であったが、本実施例２の場合は、赤外線ランプ１６等の代わりに、温風１８を発生させる装置を蓋２００に取り付けた点である。温風１８を発生させる装置は、フィルタ３０２、ファン３０１、ヒータ１７と温風１８の流れを整える整流器３０３から構成されており、スピンコータ１００の周囲の空気をフィルタ３０２で除塵し、清浄空気にして、ファン３０１を介してヒータ１７部に送り、整流器３０３を通して、回転塗布中のスピンテーブル２上の基板１に一様に、ムラなく温風１８が当たるようにして、基板１上の液状のフォトレジスト１５薄膜の溶媒を蒸発させて乾燥させるようにしている。空気ではなく、ボンベからの清浄窒素ガスを導入するようにしても良い。乾燥手段１０の動作の乾燥開始時間、乾燥時間や温度の調整の仕方は、上述の実施例１の赤外線ランプ１６の乾燥手段１０の場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。もちろん、薄膜状になり乾燥固化が始まったフォトレジスト１５で一様な厚みで全面的にカバーされた基板１の断面概略図は、図４と同等である。

図６は、本発明のスピンコータ１００の他の一実施例を示し、その乾燥手段１０としてヒータ１７を用いた場合の構成断面概略図である。実施例１の図３や実施例２の図５との違いは、乾燥手段１０として図３では、蓋２００に赤外線ランプ１６を備えた場合、図５では、蓋２００に温風１９を発生させる装置を備えた場合であったが、本実施例３の場合は、これらの代わりに、乾燥手段１０としてジュール加熱のヒータ１７を蓋２００に取り付けた点である。蓋２００に断熱性の耐熱性の材料を用いており、ジュール加熱によるヒータ１７を、ほぼ平らな蓋２００のスピンコータ１００のスピンテーブル２上の基板１に向き合わせて設置している。ヒータ１７からの熱は放射熱伝達と対流熱伝達の双方により、基板１上の液状のフォトレジスト１５薄膜に達するようにして基板１上の液状のフォトレジスト１５薄膜の溶媒を蒸発させて乾燥するようにしている。乾燥手段１０の動作の乾燥開始時間、乾燥時間や温度の調整の仕方は、上述の実施例１の赤外線ランプ１６の乾燥手段１０の場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。もちろん、本実施例３でも、薄膜状になり固化が始まったフォトレジスト１５で一様な厚みでカバーされた基板１の断面概略図は、図４と同等である。

図６には、図示しなかったが、蓋２００の中であるスピンテーブル２と基板１が設置してあるチャンバ内に清浄空気や窒素ガス等を導入して、このチャンバ内で強制対流を起こさせて、速やかに基板１上の塗布途中のフォトレジスト１５薄膜を乾燥固化させるようにしても良い。また、ヒータ１７の上部に反射板を設けて、フォトレジスト１５薄膜の乾燥を助長させるようにしても良い。

本発明のスピンコータ１００は、本実施例に限定されることはなく、本発明の主旨、作用および効果が同一でありながら、当然、種々の変形がありうる。

半導体の基板１での凹凸による段差２０は、近年、三次元ＩＣの製造や、ＭＥＭＳ技術を用いたセンサやアクチュエータの製造では、むしろ積極的に利用されてきている。しかしながら、フォトリソグラフィでのフォトレジスト１５の薄膜形成で、これらの段差２０が数ミクロンメートルを超えると、一様な厚みのフォトレジスト１５の薄膜が形成できないばかりでなく、段差２０やエッジ３０での段切れ問題のために困っていた。そのために、粘度の高いフォトレジスト１５を用いてスピンコーティングしたり、回転速度とその回転時間の時間の調整やそれらの繰返し回数の調整、更には、高価な装置によるスプレー法でのフォトレジスト１５薄膜塗布をしていた。粘度の高いフォトレジスト１５では、不均一な厚みになり露光不足の個所の出現問題や、微細パターンの形成が困難であると言う問題があった。また、スプレー法では、新たな高価な装置の購入が必要になっていた。本発明のスピンコータにより、実施例のように、スピンコータ１００の蓋２００に、安価な乾燥手段１０を取り付けるだけで済み、従来のスピンコータ１００の多少の改良だけで済むので、簡単で安価なスピンコータで、基板１での凹凸による段差２０の問題が解消できるものである。従って、三次元ＩＣの製造や、凹凸の激しいＭＥＭＳ技術によるセンサやアクチュエータの製造に大きな貢献ができるものと期待される。

１基板
２スピンテーブル
３溝
１０乾燥手段
１５フォトレジスト
１６赤外線ランプ
１７ヒータ
１８温風
２０段差
２１凸部
３０エッジ
４０段切れ部
５０モータ
６０盛り上がり部
７０タイマー
８０温度調節器
１００スピンコータ
１５０反射鏡
２００蓋
３０１ファン
３０２フィルタ
３０３整流器
５００電源コード

Claims

フォトレジストを基板１に塗布するスピンコータ１００において、スピンテーブル２に設置した基板１にフォトレジスト１５を滴下し、該スピンテーブル２を回転させて、その回転塗布中に基板１上のフォトレジスト１５の少なくともその表面を乾燥させるようにする乾燥手段１０を備えたことを特徴とするスピンコータ。
乾燥手段１０として、赤外線ランプ１６を用いた請求項１記載のスピンコータ。
乾燥手段１０として、温風１８を用いるようにした請求項１記載のスピンコータ。
乾燥手段１０として、ヒータ１７を用いた請求項１記載のスピンコータ。
乾燥手段１０の乾燥開始時間、乾燥時間、温度のうちの少なくとも一つが調整できるようにした請求項１から４のいずれかに記載のスピンコータ。