JP3567195B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体集積回路の製造工程などで使用されるフォトリソグラフィ技術に関し、特に半導体ウェハなどの基板にフォトレジストを少量で塗布する場合に好適なフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、発明者が検討した技術として、通常、フォトレジストをウェハに塗布する場合、基板を回転させることにより成膜を行うスピン塗布方法と呼ばれる方法が実用化されている。このスピン塗布方法は、たとえばＳｉｌｉｃｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ＶＬＳＩ Ｅｒａ （１９８６） Ｐ４３０〜Ｐ４３２などに記載されている。
【０００３】
このスピン塗布方法では、ウェハを５０００ｒｐｍ程度まで回転可能なスピンナにウェハを真空吸着保持させて、このウェハを静止またはウェハ上に形成される所定のフォトレジスト膜厚になる成膜回転数以下で回転させながら、フォトレジストを滴下し、その後、前記成膜回転数まで回転数を上昇させて回転させ続けてフォトレジストを引き延ばし、その回転数で飽和される所定の膜厚を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のようなスピン塗布方法においては、たとえば８インチ対応の直径がφ２００ウェハなどの大口径ウェハでは、この成膜回転を４０００ｒｐｍ程度以上などの高回転で行うとウェハの外周部に空気の乱流が発生し、塗布の膜厚精度が悪化するという不具合が生じている。
【０００５】
このため、フォトレジストの粘度を低くして、４０００ｒｐｍ程度以下などの低回転で塗布成膜を行う場合、レジスト滴下回転数も低回転化させるために滴下レジストのウェハ全体への広がり時間が増加し、成膜に必要なレジスト量が増加するという問題が考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高回転でフォトレジストを滴下してフォトレジストの使用量を低減するとともに、基板上へのフォトレジストの成膜において高精度の面内膜厚精度を得ることができるフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００９】
すなわち、本発明のフォトレジスト塗布方法は、基板上にフォトレジストを滴下し、この基板を回転させることによりフォトレジストによる塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布方法に適用されるものであり、前記フォトレジストを基板上に回転塗布する際に、基板をフォトレジストの成膜回転数より高い回転数で回転させながらフォトレジストを滴下して基板の全面に広げた後、基板の回転数を減速して所定の膜厚になる成膜回転数でフォトレジストの成膜を行うものである。
【００１０】
この場合に、前記フォトレジストを滴下する際、基板を成膜回転数以上の回転数に加速中にフォトレジストを滴下し、このフォトレジストの滴下終了直後に成膜回転数に減速したり、予め基板を成膜回転数以上の回転数に回転させた後、この成膜回転数以上の回転数から減速中にフォトレジストを滴下し、そのまま成膜回転数に減速したり、または成膜回転数以上で回転している基板にフォトレジストを滴下し、そのまま成膜回転数以上で回転しながら所定の膜厚になった時点で基板の回転を停止して所定の膜厚を得るようにしたものである。
【００１１】
さらに、前記基板上にフォトレジストを滴下した後、このフォトレジストの塗布膜の形成を塗布確認手段によって確認した直後に回転数を減速して所定の膜厚になる回転数で成膜を行うようにしたものである。
【００１２】
また、本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記基板を半導体ウェハとし、この半導体ウェハ上にフォトレジストによる塗布膜を成膜した後、露光、現像などのフォトリソグラフィ工程を行い、さらに以降の半導体集積回路の製造工程を経て半導体集積回路装置を形成するものである。
【００１３】
さらに、本発明のフォトレジスト塗布装置は、フォトレジストを基板の回転数に対応させて所定のタイミングで滴下する滴下制御手段と、基板をフォトレジストの滴下に対応させて所定の回転数で回転させる回転制御手段とを有するものである。
【００１４】
この場合に、前記基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段を設け、滴下制御手段によってフォトレジストを滴下した後、塗布確認手段がフォトレジストの塗布膜を確認した直後に回転制御手段によって回転数を減速して所定の膜厚になる回転数で成膜を行うようにしたものである。
【００１５】
【作用】
前記したフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置によれば、フォトレジストを滴下し、基板の全面に広げるまでを成膜回転数、すなわちその回転数で所定の膜厚に飽和される回転数以上の高回転で行い、滴下終了後すぐに成膜回転数まで落として成膜を行うことにより、レジストの滴下および基板全面へ広げる時は、基板を高速で回転させているために少量のフォトレジストで基板全面にフォトレジストによる塗布膜を形成することができる。
【００１６】
また、基板全面にフォトレジストが広がる場合に、所定の膜厚に達する前に成膜回転数まで減速するため、高速回転でフォトレジストを滴下しながら成膜回転数で所定の厚膜を得ることができる。
【００１７】
さらに、成膜回転数による塗布膜の成膜時は、基板の回転が低速のために空気の乱流による影響を受けず、これによって基板上へのフォトレジストの成膜において面内膜厚の悪化を防止することができる。
【００１８】
特に、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数、すなわち成膜回転数より高い回転数で基板を回転させている時間を短くすることで、より一層、膜厚精度を向上させることができる。
【００１９】
この場合に、基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段が設けられることにより、塗布確認手段によって基板上にフォトレジストが広がったことを確認した後に成膜回転数まで減速できるので、フォトレジストの滴下時間、滴下量などの変動に対しても安定させて成膜を行うことができる。
【００２０】
これにより、基板、特に半導体ウェハ上にフォトレジストによる塗布膜を成膜する場合などにおいて、フォトレジストの使用量を低減するとともに、成膜時におけるフォトレジストの高精度な面内膜厚精度を得ることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図、図２は本実施例のフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【００２３】
まず、図１により本実施例のフォトレジスト塗布装置の処理部の構成を説明する。
【００２４】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、たとえば半導体ウェハ上にフォトレジストを滴下し、この半導体ウェハを回転させることによりフォトレジストによる塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布装置の塗布処理部１は、ウェハ２（基板）を所定の回転数で回転可能に保持するためのスピンチャック３と、ウェハ２の上方に配置され、このウェハ２上にフォトレジスト４を滴下するための吐出ノズル５などから構成されている。
【００２５】
このスピンチャック３にはスピンモータ６が連結され、さらにこのスピンモータ６は回転制御部７（回転制御手段）に接続されており、この回転制御部７によってウェハ２へのフォトレジスト４の滴下に対応させてスピンモータ６、さらにこのスピンモータ６に連結されたスピンチャック３に真空吸着保持されるウェハ２が所定の回転数で回転されるように制御されている。
【００２６】
また、吐出ノズル５は滴下制御部８（滴下制御手段）に接続され、この滴下制御部８によってウェハ２の回転数に対応させてフォトレジスト４が所定のタイミングで滴下されるように制御されている。
【００２７】
次に、本実施例の作用について、図２に示すウェハ回転数の経時シーケンスに基づいて、実際にウェハ２上にフォトレジスト４による塗布膜を成膜する場合の塗布方法を説明する。
【００２８】
この図２は、経過時間［ｓｅｃ］に対するスピンナ回転数［ｒｐｍ］を表しており、経過時間およびスピンナ回転数の目盛りはこれに限定されるものではなく、一例としてφ２００ウェハの場合を例にして示している。なお、スピンナとはスピンチャック３、スピンモータ６などを含めた総称である。
【００２９】
また、ここに示す各回転数において、レジスト滴下回転数は少ない量でフォトレジスト４が広がり易い回転数、乱流発生回転数は空気の乱流が発生する回転数、成膜回転数は所定の膜厚に飽和される回転数がそれぞれ設定されている。
【００３０】
まず、スピンチャック３に吸着保持されたウェハ２を、スピンモータ６によりレジスト滴下回転数ＲＨ、たとえば７０００ｒｐｍ程度で回転させる。このレジスト滴下回転数ＲＨまでには、たとえば１．０ｓｅｃ程度の時間が必要である。この回転したウェハ２にレジスト滴下時間Ｔａ、たとえば０．５ｓｅｃ程度の間だけフォトレジスト４を滴下する。
【００３１】
このフォトレジスト４の滴下終了後、ウェハ２の全面にフォトレジスト４が広がるまでの時間Ｔｂ、たとえば０．５ｓｅｃ程度の間、ウェハ２をレジスト滴下回転数ＲＨの回転数のまま維持する。その後、乱流発生回転数ＲＲ、たとえば４０００ｒｐｍ程度以下の成膜回転数ＲＬ、たとえば３０００ｒｐｍ程度まで減速し、その回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜する。この減速による成膜回転数ＲＬまでには、たとえば０．４ｓｅｃ程度の時間が必要である。
【００３２】
なお、この経時シーケンスのなかで、ウェハ２の全面にフォトレジスト４が広がるまでの時間Ｔｂが終了した後、乱流発生回転数ＲＲ以下までの減速する時間をＴｃとすると、この減速するまでの時間Ｔｃは極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば０．３ｓｅｃ程度となっている。
【００３３】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、フォトレジスト４を滴下する時、さらにウェハ２の全面にフォトレジスト４を広げる時はウェハ２を高速で回転させているため、少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜を形成することができる。
【００３４】
また、ウェハ２の全面にフォトレジスト４が広がるが、所定の膜厚に達する前に成膜回転数ＲＬまで減速するため、高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜を得ることができる。
【００３５】
さらに、成膜時はウェハ２の回転が低速のため、乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止される。
【００３６】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【００３７】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、前記実施例１と同様にウェハ２（基板）上にフォトレジスト４を滴下し、このウェハ２を回転させることによりフォトレジスト４による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における実施例１との相違点は、乱流発生回転数ＲＲ以上の回転数ＲＨに加速中にフォトレジスト４を滴下する点である。
【００３８】
すなわち、図３に示すように、ウェハ２を回転数ＲＨの７０００ｒｐｍ程度まで増速する途中、たとえば３０００ｒｐｍ程度の回転数でフォトレジスト４を滴下し始め、レジスト滴下時間Ｔａ、たとえば回転数ＲＨに達する０．５ｓｅｃ程度の間だけフォトレジスト４を滴下する。
【００３９】
このフォトレジスト４の滴下終了直後に、成膜回転数ＲＬの３０００ｒｐｍ程度まで減速し、その回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。この減速による成膜回転数ＲＬまでには、たとえば０．４ｓｅｃ程度の時間が必要である。
【００４０】
なお、この経時シーケンスのなかで、フォトレジスト４が滴下し始めてウェハ２が乱流発生回転数ＲＲ以上の回転数で回転されている時間をＴｒとすると、この時間Ｔｒを極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば０．７５ｓｅｃ程度となっている。
【００４１】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施例１と同様に、少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数ＲＲ以上でウェハ２を回転させている時間Ｔｒを短くすることで、より一層膜厚精度を向上させることができる。
【００４２】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【００４３】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、前記実施例１および２と同様にウェハ２（基板）上にフォトレジスト４を滴下し、このウェハ２を回転させることによりフォトレジスト４による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施例１および２との相違点は、乱流発生回転数ＲＲ以上の回転数ＲＨから減速中にフォトレジスト４を滴下する点である。
【００４４】
すなわち、図４に示すように、ウェハ２を回転数ＲＨの７０００ｒｐｍ程度で回転させた後、この回転数ＲＨからの減速開始からフォトレジスト４を滴下し始め、レジスト滴下時間Ｔａ、たとえば成膜回転数ＲＬの３０００ｒｐｍ程度に達する０．５ｓｅｃ程度の間だけフォトレジスト４を滴下する。この成膜回転数ＲＬで膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。
【００４５】
なお、この経時シーケンスのなかで、フォトレジスト４が滴下し始めてウェハ２が乱流発生回転数ＲＲ以上の回転数で回転されている時間をＴｒとすると、この時間Ｔｒを極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば０．４ｓｅｃ程度となっている。
【００４６】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施例１および２と同様に、少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、滴下中に常時高速の回転数ＲＨになっていないため、フォトレジスト４の滴下量は前記実施例１よりやや増加するものの、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数ＲＲ以上にウェハ２を回転させている時間Ｔｒを前記実施例２に比べてさらに短くすることができるので、より一層膜厚精度を向上させることができる。
【００４７】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【００４８】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、前記実施例１〜３と同様にウェハ２（基板）上にフォトレジスト４を滴下し、このウェハ２を回転させることによりフォトレジスト４による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施例１〜３との相違点は、成膜回転数ＲＬ以上の回転数ＲＨでウェハ２を回転させながらフォトレジスト４を滴下し、所定の膜厚になる時間Ｔｘで回転を停止させる点である。
【００４９】
すなわち、図５に示すように、ウェハ２を回転数ＲＨの７０００ｒｐｍ程度で回転させている途中で、この回転数ＲＨに達した時間からレジスト滴下時間Ｔａ、たとえば０．５ｓｅｃ程度の間だけフォトレジスト４を滴下する。その後、この回転数ＲＨの状態で、所定の膜厚になる時間Ｔｘ、たとえば１．５ｓｅｃ程度の時間経過した後にウェハ２の回転を停止させて成膜するようにしたものである。
【００５０】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施例１〜３のように成膜時はウェハ２の回転が低速でないために乱流の影響による面内膜厚の悪化防止が期待できないものの、使用するレジスト量を低減して少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜が形成でき、かつ高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜を得ることができる。
【００５１】
（実施例５）
図６は本発明の実施例５であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【００５２】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、前記実施例１〜４と同様にウェハ２（基板）上にフォトレジスト４を滴下し、このウェハ２を回転させることによりフォトレジスト４による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施例１〜４との相違点は、ウェハ２の外周部近傍に塗布膜の形成を確認するセンサ９（塗布確認手段）を設ける点である。
【００５３】
すなわち、本実施例のフォトレジスト塗布装置の塗布処理部１ａは、図６に示すように、ウェハ２の外周部の上方にセンサ９が設置され、このセンサ９でウェハ２上にフォトレジスト４が広がったことを検知し、この検知信号でウェハ２の回転を成膜回転数ＲＬまで減速し、この回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。
【００５４】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施例１〜４と同様に、少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、フォトレジスト４の滴下時間Ｔａ、滴下量などの変動によっても安定して前記のような効果を得ることができ、また常に乱流発生回転数ＲＲより高回転である時間Ｔｒを最短時間にすることができる。
【００５５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例１〜５に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５６】
たとえば、前記実施例のフォトレジスト塗布装置については、一例として８インチ対応のφ２００ウェハに適用した場合について説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、φ２００以下の６インチ対応のφ１５０ウェハなど、またこれからの大口径化に伴うφ２００以上のウェハなどについても広く適用可能である。
【００５７】
また、この場合の各回転数についても、レジスト滴下回転数ＲＨを７０００ｒｐｍ、乱流発生回転数ＲＲを４０００ｒｐｍ、成膜回転数ＲＬを３０００ｒｐｍに設定する場合に限られず、ウェハ径に対応して種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００６０】
（１）．基板をフォトレジストの成膜回転数より高い回転数で回転させながらフォトレジストを滴下して基板の全面に広げた後、基板の回転数を減速して所定の膜厚になる成膜回転数でフォトレジストの成膜を行うことにより、フォトレジストの滴下および基板全面へ広げる時は基板を高速で回転させることができるので、少量のフォトレジストで基板全面にフォトレジストによる塗布膜の形成が可能となる。
【００６１】
（２）．基板全面にフォトレジストが広がる場合に、所定の膜厚に達する前に成膜回転数まで減速することができるので、高速回転でフォトレジストを滴下しながら成膜回転数で所定の厚膜を得ることが可能となる。
【００６２】
（３）．成膜回転数による塗布膜の成膜時は基板の回転を低速にすることができるので、空気の乱流による影響を受けずに、基板上へのフォトレジストの成膜において面内膜厚の悪化防止が可能となる。
【００６３】
（４）．塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす成膜回転数より高い回転数で基板を回転させている時間を短くすることができるので、より一層、膜厚精度の向上が可能となる。
【００６４】
（５）．基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段を設けることにより、この塗布確認手段によって基板上にフォトレジストが広がったことを確認した後に成膜回転数まで減速することができるので、フォトレジストの滴下時間、滴下量などの変動に対しても安定した成膜が可能となる。
【００６５】
（６）．半導体ウェハ、さらにマスク用基板、液晶表示装置基板などへのフォトレジスト塗布において、高回転でフォトレジストを滴下してフォトレジスト使用量を低減するとともに、高精度な面内膜厚精度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【図２】実施例１のフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図３】本発明の実施例２であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図４】本発明の実施例３であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図５】本発明の実施例４であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図６】本発明の実施例５であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【符号の説明】
１，１ａ 塗布処理部
２ ウェハ（基板）
３ スピンチャック
４ フォトレジスト
５ 吐出ノズル
６ スピンモータ
７ 回転制御部（回転制御手段）
８ 滴下制御部（滴下制御手段）
９ センサ（塗布確認手段）
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体集積回路の製造工程などで使用されるフォトリソグラフィ技術に関し、特に半導体ウェハなどの基板にフォトレジストを少量で塗布する場合に好適なフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、発明者が検討した技術として、通常、フォトレジストをウェハに塗布する場合、基板を回転させることにより成膜を行うスピン塗布方法と呼ばれる方法が実用化されている。このスピン塗布方法は、たとえばＳｉｌｉｃｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ＶＬＳＩ Ｅｒａ （１９８６） Ｐ４３０〜Ｐ４３２などに記載されている。
【０００３】
このスピン塗布方法では、ウェハを５０００ｒｐｍ程度まで回転可能なスピンナにウェハを真空吸着保持させて、このウェハを静止またはウェハ上に形成される所定のフォトレジスト膜厚になる成膜回転数以下で回転させながら、フォトレジストを滴下し、その後、前記成膜回転数まで回転数を上昇させて回転させ続けてフォトレジストを引き延ばし、その回転数で飽和される所定の膜厚を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のようなスピン塗布方法においては、たとえば８インチ対応の直径がφ２００ウェハなどの大口径ウェハでは、この成膜回転を４０００ｒｐｍ程度以上などの高回転で行うとウェハの外周部に空気の乱流が発生し、塗布の膜厚精度が悪化するという不具合が生じている。
【０００５】
このため、フォトレジストの粘度を低くして、４０００ｒｐｍ程度以下などの低回転で塗布成膜を行う場合、レジスト滴下回転数も低回転化させるために滴下レジストのウェハ全体への広がり時間が増加し、成膜に必要なレジスト量が増加するという問題が考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高回転でフォトレジストを滴下してフォトレジストの使用量を低減するとともに、基板上へのフォトレジストの成膜において高精度の面内膜厚精度を得ることができるフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００９】
すなわち、本発明のフォトレジスト塗布方法は、基板上にフォトレジストを滴下し、この基板を回転させることによりフォトレジストによる塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布方法に適用されるものであり、前記フォトレジストを基板上に回転塗布する際に、基板をフォトレジストの成膜回転数より高い回転数で回転させながらフォトレジストを滴下して基板の全面に広げた後、基板の回転数を減速して所定の膜厚になる成膜回転数でフォトレジストの成膜を行うものである。
【００１０】
この場合に、前記フォトレジストを滴下する際、基板を成膜回転数以上の回転数に加速中にフォトレジストを滴下し、このフォトレジストの滴下終了直後に成膜回転数に減速したり、予め基板を成膜回転数以上の回転数に回転させた後、この成膜回転数以上の回転数から減速中にフォトレジストを滴下し、そのまま成膜回転数に減速したり、または成膜回転数以上で回転している基板にフォトレジストを滴下し、そのまま成膜回転数以上で回転しながら所定の膜厚になった時点で基板の回転を停止して所定の膜厚を得るようにしたものである。
【００１１】
さらに、前記基板上にフォトレジストを滴下した後、このフォトレジストの塗布膜の形成を塗布確認手段によって確認した直後に回転数を減速して所定の膜厚になる回転数で成膜を行うようにしたものである。
【００１２】
また、本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記基板を半導体ウェハとし、この半導体ウェハ上にフォトレジストによる塗布膜を成膜した後、露光、現像などのフォトリソグラフィ工程を行い、さらに以降の半導体集積回路の製造工程を経て半導体集積回路装置を形成するものである。
【００１３】
さらに、本発明のフォトレジスト塗布装置は、フォトレジストを基板の回転数に対応させて所定のタイミングで滴下する滴下制御手段と、基板をフォトレジストの滴下に対応させて所定の回転数で回転させる回転制御手段とを有するものである。
【００１４】
この場合に、前記基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段を設け、滴下制御手段によってフォトレジストを滴下した後、塗布確認手段がフォトレジストの塗布膜を確認した直後に回転制御手段によって回転数を減速して所定の膜厚になる回転数で成膜を行うようにしたものである。
【００１５】
【作用】
前記したフォトレジスト塗布方法、およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法、ならびにフォトレジスト塗布装置によれば、フォトレジストを滴下し、基板の全面に広げるまでを成膜回転数、すなわちその回転数で所定の膜厚に飽和される回転数以上の高回転で行い、滴下終了後すぐに成膜回転数まで落として成膜を行うことにより、レジストの滴下および基板全面へ広げる時は、基板を高速で回転させているために少量のフォトレジストで基板全面にフォトレジストによる塗布膜を形成することができる。
【００１６】
また、基板全面にフォトレジストが広がる場合に、所定の膜厚に達する前に成膜回転数まで減速するため、高速回転でフォトレジストを滴下しながら成膜回転数で所定の厚膜を得ることができる。
【００１７】
さらに、成膜回転数による塗布膜の成膜時は、基板の回転が低速のために空気の乱流による影響を受けず、これによって基板上へのフォトレジストの成膜において面内膜厚の悪化を防止することができる。
【００１８】
特に、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数、すなわち成膜回転数より高い回転数で基板を回転させている時間を短くすることで、より一層、膜厚精度を向上させることができる。
【００１９】
この場合に、基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段が設けられることにより、塗布確認手段によって基板上にフォトレジストが広がったことを確認した後に成膜回転数まで減速できるので、フォトレジストの滴下時間、滴下量などの変動に対しても安定させて成膜を行うことができる。
【００２０】
これにより、基板、特に半導体ウェハ上にフォトレジストによる塗布膜を成膜する場合などにおいて、フォトレジストの使用量を低減するとともに、成膜時におけるフォトレジストの高精度な面内膜厚精度を得ることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図、図２は本実施例のフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【００２３】
まず、図１により本実施例のフォトレジスト塗布装置の処理部の構成を説明する。
【００２４】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、たとえば半導体ウェハ上にフォトレジストを滴下し、この半導体ウェハを回転させることによりフォトレジストによる塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布装置の塗布処理部１は、ウェハ２（基板）を所定の回転数で回転可能に保持するためのスピンチャック３と、ウェハ２の上方に配置され、このウェハ２上にフォトレジスト４を滴下するための吐出ノズル５などから構成されている。
【００２５】
このスピンチャック３にはスピンモータ６が連結され、さらにこのスピンモータ６は回転制御部７（回転制御手段）に接続されており、この回転制御部７によってウェハ２へのフォトレジスト４の滴下に対応させてスピンモータ６、さらにこのスピンモータ６に連結されたスピンチャック３に真空吸着保持されるウェハ２が所定の回転数で回転されるように制御されている。
【００２６】
また、吐出ノズル５は滴下制御部８（滴下制御手段）に接続され、この滴下制御部８によってウェハ２の回転数に対応させてフォトレジスト４が所定のタイミングで滴下されるように制御されている。
【００２７】
次に、本実施例の作用について、図２に示すウェハ回転数の経時シーケンスに基づいて、実際にウェハ２上にフォトレジスト４による塗布膜を成膜する場合の塗布方法を説明する。
【００２８】
この図２は、経過時間［ｓｅｃ］に対するスピンナ回転数［ｒｐｍ］を表しており、経過時間およびスピンナ回転数の目盛りはこれに限定されるものではなく、一例としてφ２００ウェハの場合を例にして示している。なお、スピンナとはスピンチャック３、スピンモータ６などを含めた総称である。
【００２９】
また、ここに示す各回転数において、レジスト滴下回転数は少ない量でフォトレジスト４が広がり易い回転数、乱流発生回転数は空気の乱流が発生する回転数、成膜回転数は所定の膜厚に飽和される回転数がそれぞれ設定されている。
【００３０】
まず、スピンチャック３に吸着保持されたウェハ２を、スピンモータ６によりレジスト滴下回転数ＲＨ、たとえば７０００ｒｐｍ程度で回転させる。このレジスト滴下回転数ＲＨまでには、たとえば１．０ｓｅｃ程度の時間が必要である。この回転したウェハ２にレジスト滴下時間Ｔａ、たとえば０．５ｓｅｃ程度の間だけフォトレジスト４を滴下する。
【００３１】
このフォトレジスト４の滴下終了後、ウェハ２の全面にフォトレジスト４が広がるまでの時間Ｔｂ、たとえば０．５ｓｅｃ程度の間、ウェハ２をレジスト滴下回転数ＲＨの回転数のまま維持する。その後、乱流発生回転数ＲＲ、たとえば４０００ｒｐｍ程度以下の成膜回転数ＲＬ、たとえば３０００ｒｐｍ程度まで減速し、その回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜する。この減速による成膜回転数ＲＬまでには、たとえば０．４ｓｅｃ程度の時間が必要である。
【００３２】
なお、この経時シーケンスのなかで、ウェハ２の全面にフォトレジスト４が広がるまでの時間Ｔｂが終了した後、乱流発生回転数ＲＲ以下までの減速する時間をＴｃとすると、この減速するまでの時間Ｔｃは極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば０．３ｓｅｃ程度となっている。
【００３３】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、フォトレジスト４を滴下する時、さらにウェハ２の全面にフォトレジスト４を広げる時はウェハ２を高速で回転させているため、少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜を形成することができる。
【００３４】
また、ウェハ２の全面にフォトレジスト４が広がるが、所定の膜厚に達する前に成膜回転数ＲＬまで減速するため、高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜を得ることができる。
【００３５】
さらに、成膜時はウェハ２の回転が低速のため、乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止される。
【００３６】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【００３７】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、前記実施例１と同様にウェハ２（基板）上にフォトレジスト４を滴下し、このウェハ２を回転させることによりフォトレジスト４による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における実施例１との相違点は、乱流発生回転数ＲＲ以上の回転数ＲＨに加速中にフォトレジスト４を滴下する点である。
【００３８】
すなわち、図３に示すように、ウェハ２を回転数ＲＨの７０００ｒｐｍ程度まで増速する途中、たとえば３０００ｒｐｍ程度の回転数でフォトレジスト４を滴下し始め、レジスト滴下時間Ｔａ、たとえば回転数ＲＨに達する０．５ｓｅｃ程度の間だけフォトレジスト４を滴下する。
【００３９】
このフォトレジスト４の滴下終了直後に、成膜回転数ＲＬの３０００ｒｐｍ程度まで減速し、その回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。この減速による成膜回転数ＲＬまでには、たとえば０．４ｓｅｃ程度の時間が必要である。
【００４０】
なお、この経時シーケンスのなかで、フォトレジスト４が滴下し始めてウェハ２が乱流発生回転数ＲＲ以上の回転数で回転されている時間をＴｒとすると、この時間Ｔｒを極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば０．７５ｓｅｃ程度となっている。
【００４１】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施例１と同様に、少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数ＲＲ以上でウェハ２を回転させている時間Ｔｒを短くすることで、より一層膜厚精度を向上させることができる。
【００４２】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【００４３】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、前記実施例１および２と同様にウェハ２（基板）上にフォトレジスト４を滴下し、このウェハ２を回転させることによりフォトレジスト４による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施例１および２との相違点は、乱流発生回転数ＲＲ以上の回転数ＲＨから減速中にフォトレジスト４を滴下する点である。
【００４４】
すなわち、図４に示すように、ウェハ２を回転数ＲＨの７０００ｒｐｍ程度で回転させた後、この回転数ＲＨからの減速開始からフォトレジスト４を滴下し始め、レジスト滴下時間Ｔａ、たとえば成膜回転数ＲＬの３０００ｒｐｍ程度に達する０．５ｓｅｃ程度の間だけフォトレジスト４を滴下する。この成膜回転数ＲＬで膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。
【００４５】
なお、この経時シーケンスのなかで、フォトレジスト４が滴下し始めてウェハ２が乱流発生回転数ＲＲ以上の回転数で回転されている時間をＴｒとすると、この時間Ｔｒを極力短くすることが膜厚精度を得る上で有効であり、ここではたとえば０．４ｓｅｃ程度となっている。
【００４６】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施例１および２と同様に、少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、滴下中に常時高速の回転数ＲＨになっていないため、フォトレジスト４の滴下量は前記実施例１よりやや増加するものの、塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす乱流発生回転数ＲＲ以上にウェハ２を回転させている時間Ｔｒを前記実施例２に比べてさらに短くすることができるので、より一層膜厚精度を向上させることができる。
【００４７】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【００４８】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、前記実施例１〜３と同様にウェハ２（基板）上にフォトレジスト４を滴下し、このウェハ２を回転させることによりフォトレジスト４による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施例１〜３との相違点は、成膜回転数ＲＬ以上の回転数ＲＨでウェハ２を回転させながらフォトレジスト４を滴下し、所定の膜厚になる時間Ｔｘで回転を停止させる点である。
【００４９】
すなわち、図５に示すように、ウェハ２を回転数ＲＨの７０００ｒｐｍ程度で回転させている途中で、この回転数ＲＨに達した時間からレジスト滴下時間Ｔａ、たとえば０．５ｓｅｃ程度の間だけフォトレジスト４を滴下する。その後、この回転数ＲＨの状態で、所定の膜厚になる時間Ｔｘ、たとえば１．５ｓｅｃ程度の時間経過した後にウェハ２の回転を停止させて成膜するようにしたものである。
【００５０】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施例１〜３のように成膜時はウェハ２の回転が低速でないために乱流の影響による面内膜厚の悪化防止が期待できないものの、使用するレジスト量を低減して少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜が形成でき、かつ高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜を得ることができる。
【００５１】
（実施例５）
図６は本発明の実施例５であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【００５２】
本実施例のフォトレジスト塗布装置は、前記実施例１〜４と同様にウェハ２（基板）上にフォトレジスト４を滴下し、このウェハ２を回転させることによりフォトレジスト４による塗布膜を所定の膜厚に成膜する塗布装置とされ、この塗布方法における前記実施例１〜４との相違点は、ウェハ２の外周部近傍に塗布膜の形成を確認するセンサ９（塗布確認手段）を設ける点である。
【００５３】
すなわち、本実施例のフォトレジスト塗布装置の塗布処理部１ａは、図６に示すように、ウェハ２の外周部の上方にセンサ９が設置され、このセンサ９でウェハ２上にフォトレジスト４が広がったことを検知し、この検知信号でウェハ２の回転を成膜回転数ＲＬまで減速し、この回転数で膜厚が変化しなくなるまで回転させて成膜するようにしたものである。
【００５４】
従って、本実施例のフォトレジスト塗布装置における塗布方法によれば、前記実施例１〜４と同様に、少量のフォトレジスト４でウェハ２の全面に塗布膜が形成でき、高速回転でフォトレジスト４を滴下しながら所定の厚膜が得られ、かつ乱流の影響を受けずに面内膜厚の悪化が防止できるという効果を得られるとともに、フォトレジスト４の滴下時間Ｔａ、滴下量などの変動によっても安定して前記のような効果を得ることができ、また常に乱流発生回転数ＲＲより高回転である時間Ｔｒを最短時間にすることができる。
【００５５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例１〜５に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５６】
たとえば、前記実施例のフォトレジスト塗布装置については、一例として８インチ対応のφ２００ウェハに適用した場合について説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、φ２００以下の６インチ対応のφ１５０ウェハなど、またこれからの大口径化に伴うφ２００以上のウェハなどについても広く適用可能である。
【００５７】
また、この場合の各回転数についても、レジスト滴下回転数ＲＨを７０００ｒｐｍ、乱流発生回転数ＲＲを４０００ｒｐｍ、成膜回転数ＲＬを３０００ｒｐｍに設定する場合に限られず、ウェハ径に対応して種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００６０】
（１）．基板をフォトレジストの成膜回転数より高い回転数で回転させながらフォトレジストを滴下して基板の全面に広げた後、基板の回転数を減速して所定の膜厚になる成膜回転数でフォトレジストの成膜を行うことにより、フォトレジストの滴下および基板全面へ広げる時は基板を高速で回転させることができるので、少量のフォトレジストで基板全面にフォトレジストによる塗布膜の形成が可能となる。
【００６１】
（２）．基板全面にフォトレジストが広がる場合に、所定の膜厚に達する前に成膜回転数まで減速することができるので、高速回転でフォトレジストを滴下しながら成膜回転数で所定の厚膜を得ることが可能となる。
【００６２】
（３）．成膜回転数による塗布膜の成膜時は基板の回転を低速にすることができるので、空気の乱流による影響を受けずに、基板上へのフォトレジストの成膜において面内膜厚の悪化防止が可能となる。
【００６３】
（４）．塗布膜厚精度に悪影響を及ぼす成膜回転数より高い回転数で基板を回転させている時間を短くすることができるので、より一層、膜厚精度の向上が可能となる。
【００６４】
（５）．基板の外周部近傍にフォトレジストの塗布確認手段を設けることにより、この塗布確認手段によって基板上にフォトレジストが広がったことを確認した後に成膜回転数まで減速することができるので、フォトレジストの滴下時間、滴下量などの変動に対しても安定した成膜が可能となる。
【００６５】
（６）．半導体ウェハ、さらにマスク用基板、液晶表示装置基板などへのフォトレジスト塗布において、高回転でフォトレジストを滴下してフォトレジスト使用量を低減するとともに、高精度な面内膜厚精度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【図２】実施例１のフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図３】本発明の実施例２であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図４】本発明の実施例３であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図５】本発明の実施例４であるフォトレジスト塗布装置の処理部において、ウェハ回転数の経時シーケンスを示すタイミング図である。
【図６】本発明の実施例５であるフォトレジスト塗布装置の処理部におけるウェハ周辺を示す正面図である。
【符号の説明】
１，１ａ 塗布処理部
２ ウェハ（基板）
３ スピンチャック
４ フォトレジスト
５ 吐出ノズル
６ スピンモータ
７ 回転制御部（回転制御手段）
８ 滴下制御部（滴下制御手段）
９ センサ（塗布確認手段）
Claims (10)
- 基板を回転させることによりフォトレジストを塗布し、所定の膜厚に成膜する半導体集積回路装置の製造方法であって、前記フォトレジストを前記基板上に回転塗布する際に、前記基板を前記フォトレジストの成膜回転数より高い回転数で回転させながら前記フォトレジストを滴下して前記基板の前記フォトレジストが滴下された側の表面の全面に前記フォトレジストを広げた後、前記基板の回転数を減速して所定の膜厚になる前記成膜回転数で前記フォトレジストの成膜を行うことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記成膜回転数以上の回転数は、所定の回転数であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記成膜回転数以上の回転数は、加速中の回転数であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記成膜回転数以上の回転数は、減速中の回転数であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 請求項１、２または３記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記フォトレジストの前記基板の表面での広がりは、前記基板の外周部近傍に設けられたセンサにより検知し、この検知信号を用いて前記基板の回転数を減速することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 請求項１、２、３、４または５記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記基板は半導体ウェハであり、この半導体ウェハ上に前記フォトレジストによる塗布膜を成膜した後、露光、現像を行うことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- フォトレジストの滴下量を低減するために、半導体基板をフォトレジストの成膜回転数よりも高い第１の回転数で回転させる工程と、前記第１の回転数で回転中の前記半導体基板にフォトレジストを滴下し、前記フォトレジストを前記半導体基板の表面全面に広げる工程と、前記第１の回転数よりも低い前記成膜回転数まで前記半導体基板の回転数を減速し、前記半導体基板表面に所定の膜厚のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を露光、現像する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 半導体基板を乱流発生回転数よりも高い第１の回転数で回転させる工程と、前記第１の回転数で回転中の前記半導体基板の中心部にフォトレジストを滴下し、前記フォトレジストを前記半導体基板の表面全面に広げる工程と、高精度な面内膜厚精度を得るために前記第１の回転数よりも低い回転数にまで前記半導体基板の回転数を減速し、前記半導体基板表面に所定の膜厚のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を露光、現像する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 半導体基板を第１の回転数で回転させる工程と、前記第１の回転数で回転中の前記半導体基板の回転の中心部にフォトレジストを滴下し、前記フォトレジストを前記半導体基板の表面全面に広げる工程と、前記第１の回転数よりも低い回転数にまで前記半導体基板の回転数を減速し、前記半導体基板表面に所定の膜厚のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を露光、現像する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
- 半導体基板を第１の回転数で回転させる工程と、前記第１の回転数で回転中の前記半導体基板にフォトレジストを滴下し、前記フォトレジストを前記半導体基板の表面に広げる工程と、前記フォトレジストが前記半導体基板の表面に広がったことを確認する工程と、その後、前記第１の回転数よりも低い回転数にまで前記半導体基板の回転数を減速し、前記半導体基板表面に所定の膜厚のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を露光、現像する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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