JP4040697B2 - 高効率フォトレジストコーティング - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、半導体基板をフォトレジストポリマーでコーティングするための改良された方法と装置に関する。特に、本発明は、より一様なフォトレジスト層を提供し、且つ高価なフォトレジスト溶液の使用においては現在の方法よりも遙かに効率的な半導体基板をコーティングするための方法と装置に関する。
発明の背景
集積回路を製作することには、マスク上の幾何学的形状を半導体ウェハの表面に転写することが含まれる。その後、半導体ウェハの幾何学的形状、或いは幾何学的形状の間の領域に対応する部分がエッチングで除去される。マスクから半導体ウェハへ形状を転写することには、通常リソグラフ処理が含まれる。この中には、プリポリマー溶液の溶液を半導体ウェハに塗布することが含まれるが、このプリポリマーは、例えば紫外線光、電子ビーム、Ｘ線に曝されたときに反応する照射感受性ポリマーを形成するように選ばれる。プリポリマー溶液内の溶媒は蒸発により除去され、次に、残ったポリマーフィルムがベークされる。このフィルムは所望の幾何学的パターンを持ったフォトマスクを通して照射、例えば、紫外線光に曝される。次に、ウェハを現像溶液内に浸漬して、感光性材料内の影像が現像される。照射感受性材料の性質によって異なるが、露光された領域又は露光されなかった領域が現像処理によって除去される。その後、ウェハはエッチング環境に入れられ、そこで照射感受性材料により保護されていない領域がエッチングにより取り除かれる。エッチング処理に対する抵抗性の故に、この照射感受性材料はフォトレジストとしても知られており、今後フォトレジストという用語を照射感受性ポリマー及びそのプリポリマーを表すのに用いることとする。
フォトレジストフィルムに要求される厚さは、所望の溶液、欠陥保全、段差保証範囲によって異なる。フィルムは厚いほど、接着性が良く、反応性イオン腐食に対する保護性能が高く、欠陥保全性が改良される。しかし、フィルムを厚くするのは露光及び現像に長時間を要するので、良い解決策とはいえない。現在の半導体製造で使われているフォトレジストフィルムの厚さは通常０.５乃至４μｍである。
フォトレジスト層の厚さの均一性は、集積回路の製作においては重要な規準である。照射がマスクを通してコーティング上に集束される際に、コーティングの厚さにばらつきがあれば、表面に亘って０.２５μｍ以下のライン幅に近づくライン幅寸法を持つ進化した回路のための、半導体ウェハ上に幾何学的パターンを確実に満足できるように再生するのに必要なシャープさを得るために必要とされる、ウェハの全表面に亘る正確な焦点合わせが妨げられることになる。フォトレジストフィルム厚さの均一性は、マスクパターンをフォトレジストに良好に転写し続けるために必要である。この均一性はウェハの表面を横切って一定の露光レベルを維持するために重要である。非均一性は、光学ステッパがフォトレジストフィルムの下のアライメントマークを感知しようとする際に、位置オーバレイエラーを引き起こす。非均一性は又、酸化物上に蒸着されたフォトレジストの反射特性を変化させる。
マイクロエレクトロニックデバイスの微細な臨界寸法を実現するには、通常、フォトレジストコーティングの厚さが、１０Å（３σ）以内の均一なものである必要がある。この臨界寸法が更に下がるにつれ、平坦で良好な一様性が要求されることになる。
フォトレジストのプリポリマー溶液のコストは高いので、コーティング処理の効率を改善して基板にコートするのに必要なポリマー溶液の量を最小化する方法を考案することが望まれる。
ウェハをコーティングするのに使用され又は提案されている方法には、浸漬コーティング、メニスカスコーティング、スプレイコーティング、パッチコーティング、バブルコーティング、化学蒸着、スピンコーティングがある。これらの方法の内、２、３の方法だけが半導体製造に要求される厚さと均一性とを備えたフォトレジストフィルムを作ることができる。これらの方法の内スピンコーティングだけが、チップ製造の要求に合った生産速度を有する。しかし、スピンコーティングの１つの大きな欠点は、ウェハ表面に塗布されるフォトレジストの９０％かそれ以上を浪費しかねないということである。
約１００万ガロンのフォトレジストが数億ドルの費用を掛け毎年消費される。半導体デバイスの臨界寸法が小さくなるにつれ、新しく濃いＵＶフォトレジストが使用されるようになるであろう。これら新しいフォトレジストは、現在使用されているｉラインフォトレジストより５倍以上高くなる恐れがある。従って、均一で欠陥のないコーティングをスピンコーティングに匹敵する速度で生産する一方で、フォトレジストをそれほど浪費しない新しいコーティングの方法が必要とされている。
本発明の目的及び概要
本発明の目的は、ウェハの全表面に亘ってより良いコーティングの均一性を実現する、改良されたウェハコーティングのプロセス及び装置を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、フォトレジストを浪費せずより効率的に使用してコーティングの均一性を実現する、改良されたウェハコーティングのプロセス及び装置を提供することである。
第１の態様において本発明は、フォトレジストのコーティングを上面と、中心と、外縁とを有する円形の半導体ウェハに塗布する方法において、フォトレジストのリボンを押し出す段階から成り、前記リボンは外側及び内側により境界の定められた幅を有し、前記リボンはウェハの全上面を覆う螺旋状に押し出されることを特徴とする方法を提供する。
第２の態様において本発明は、フォトレジストのコーティングを上面と、中心と、直径と、外縁とを有する円形の半導体ウェハに塗布する方法において、ウェハの上面が水平に整列し且つ上を向くようにウェハをチャック上に取り付ける段階と、押出ヘッドをウェハの外縁に隣接しウェハ上面の上に配置する段階であって、前記押出ヘッドはフォトレジストを押出スロットの外に押し出すように構成されており、前記押出スロットは第１端及び第２端により境界を定められた長さを有し、前記押出ヘッドは前記押出スロットがウェハに対し半径方向に整列するように配置され、前記押出スロットの前記第１端はウェハの外縁に隣接して配置され、前記押出スロットの前記第２端はウェハの外縁の外側に配置される、そのような段階と、ウェハをその中心の周りに回転する段階と、フォトレジストのリボンを前記押出スロットから押し出す段階であって、前記リボンは外側及び内側により境界を定められた幅を有し、前記リボンの幅は実質的に前記スロットの長さに等しい、そのような段階と、フォトレジストを前記押出スロットから押し出し、前記押出スロットをウェハに対し半径方向に整列するように維持しながら、前記押出ヘッドをウェハの外縁から半径方向内側へウェハの中心に向けフォトレジストがウェハの全上面を覆うまで動かす段階とから成る方法を提供する。
第３の態様において本発明は、フォトレジストのコーティングを上面と、中心と、直径と、外縁とを有する円形の半導体ウェハに塗布する方法において、ウェハをチャック上に取り付ける段階と、押出ヘッドをウェハの中心でウェハ上面の上に配置する段階であって、前記押出ヘッドはフォトレジストを押出スロットの外に押し出すように構成されており、前記押出スロットは第１端及び第２端により境界を定められた長さを有し、前記押出ヘッドは前記押出スロットがウェハに対し半径方向に整列するように配置され、前記押出スロットの前記第２端はウェハの中心に配置され、前記押出スロットの前記第１端はウェハの中心とウェハの外縁との間に配置される、そのような段階と、ウェハをその中心の周りに回転する段階と、フォトレジストのリボンを前記押出スロットから押し出す段階であって、前記リボンは実質的に前記スロットの長さに等しい幅を有する、そのような段階と、フォトレジストを前記押出スロットから押し出し、前記押出スロットをウェハに対し半径方向に整列するように維持しながら、前記押出ヘッドを半径方向外側へウェハの外縁に向け前記押出スロットの前記第２端がウェハの外縁に達するまで動かす段階とから成る方法を提供する。
第４の態様において本発明は、フォトレジストのコーティングを上面と、中心と、直径と、外縁とを有する円形の半導体ウェハに塗布する装置において、ウェハの上面が水平に整列し且つ上を向くようにウェハを取り付けるための手段と、ウェハの外縁に隣接しウェハ上面の上に配置される押出ヘッドであって、前記押出ヘッドはフォトレジストを押出スロットの外に押し出すように構成され、前記押出スロットは第１端及び第２端により境界を定められた長さを有し、前記押出ヘッドは前記押出スロットがウェハに対し半径方向に整列するように配置され、前記押出スロットの前記第１端はウェハの外縁に隣接して配置され、前記押出スロットの前記第２端はウェハの外縁の外側に配置される、そのような押出ヘッドと、ウェハをその中心の周りに回転するための手段と、実質的に前記スロットの長さに等しい幅を有するフォトレジストのリボンを前記押出スロットから押し出すための手段と、フォトレジストを前記押出スロットから押し出し、前記押出スロットをウェハに対し半径方向に整列するように維持しながら、前記押出ヘッドを半径方向内側へウェハの中心に向けフォトレジストがウェハの全上面を覆うまで動かすための手段とから成る装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は、スピンコーティング処理においてフォトレジストをウェハ表面に分配するために使われる静的分配法を示す。
図２は、スピンコーティング処理においてフォトレジストをウェハ表面に分配するために使われる順半径方向動的分配法を示す。
図３は、スピンコーティング処理においてフォトレジストをウェハ表面に分配するために使われる逆半径方向動的分配法を示す。
図４は、本発明による押出ヘッドの側面全体図である。
図５は、本発明による押出ヘッドの前面板の正面図である。
図６は、本発明による押出ヘッドの後面板の正面図である。
図７は、本発明による押出ヘッドのシムの正面図である。
図８は、後面板に対するシムの正面図である。
図９は、本発明による組み立てられた押出ヘッドの断面図である。
図１０は、本発明による組み立てられた押出ヘッドの斜視図である。
図１１は、押出ヘッドのリップ部の断面図であり、その下を基板が動いているところを示す。
図１２、１３、１４はそれぞれ、本発明による押出スピンコーティングアッセンブリーの正面図、平面図、後面図である。
図１５は、本発明による押出スピンコーティングアッセンブリーにおける制御システムの実施例のブロック線図である。
図１６、１７、１８、１９は、本発明による押出スピンコーティング処理の幾つかの段階の間の押出スピンコーティングアッセンブリーの構成を示す。
図２０は、本発明による押出スピンコーティング動作のあるパラメータを示す線図である。
図２１は、本発明による押出スピンコーティング螺旋パターンを示す。
発明の詳細な説明
図１、２、３は、スピンコーティング処理においてフォトレジストをウェハ表面に分配するのに現在使用されている３つの基本的な方法を示す。図１に示す方法は「静的分配」と呼ばれる。静的分配では、フォトレジストは静止しているウェハ１０の中心に直接分配され、フォトレジスト１２の円形のプールができる。代わりに、ウェハ１０の全表面がフォトレジストで溢れるようにしてもよい。多くの場合、静的分配の後ウェハ１０をゆっくりと回転し、フォトレジスト１２がウェハ１０の表面に亘って拡がり始めるようにする。
図２及び３に示す方法は「動的分配」と呼ばれるが、これはフォトレジスト１４、１６が分配される間、ウェハ１０がゆっくりと回転するからである。図２に示す順半径方向分配の間、分配ノズル２０は最初ウェハ１０の中心に位置し、フォトレジスト１４が分配されるに従って半径方向外向きに動く。図３に示す逆半径方向分配では、分配ノズルはウェハの外縁から始め半径方向内向きに動く。図２及び３では共に、分配ノズル２０は、ゆっくりと回転するウェハ１０上にフォトレジストを配置した後の行程の最後の位置に描かれている。順半径方向及び逆半径方向分配何れにおいても、フォトレジストの螺旋パターン１４、１６が形成される。螺旋１４、１６の幾何学的形状、即ち螺旋の回転の数及び螺旋に沿った単位長当たりのフォトレジストの体積はウェハ１０の回転角、ウェハ１０に対するノズル２０の半径方向速度、分配の間のフォトレジストの体積流量によって決まる。動的分配では使用されるフォトレジストの量は少ないが、静的分配ではより均一なフィルムが形成される。
フォトレジストがウェハ上に配置された後、遠心力を生じるように回転加速され、それによりフォトレジストがウェハの端部に向かって広げられる。ウェハは最終的高速回転まで加速される前に、数秒間中間速度で回転される。フォトレジストの塊がウェハの端部まで達するときには、フォトレジストの大部分は多数の小滴となって投げ飛ばされたようになっている。加速度は最終的フィルム厚さには影響を及ぼさないが、加速度が高いほど均一なフィルムを作れる傾向にあることが分かっている。
ウェハは、一旦最終的高速まで回転が上げられると、フォトレジストが所望の厚さになるまで回し続けられる。フォトレジストは外向きに流れ続け同心波状にウェハから流出する。同時にフォトレジスト内の溶媒は、ウェハ表面上の高速対流により速やかに蒸発する。フォトレジスト内の溶媒成分が減少するにつれて次第にフォトレジストの粘性が増し、フォトレジストの外向きの流れが弱まりついには停止する。その後フォトレジストが薄くなるのは、殆ど全てが溶媒の蒸発によるものである。溶媒の大部分が蒸発する通常約３０分後、回転が止められ、ウェハは高温でソフトベーキングに掛けられ、残りの溶媒をフォトレジストから蒸発させる。
図１、２、３に示す何れの分配方法においても、フォトレジストはウェハ上に厚みのある液たまり或いはリボン状に分配されるので、何らかの手段、例えば低速回転で、フォトレジストがウェハ全面を覆い、薄い層になるまで広げなければならない。本発明の方法では、フォトレジストは薄い均一な層としてウェハの全表面に亘って塗布される。これにより低速回転の段階が省略でき、所望の最終厚さと均一性とを達成するのに必要な、フォトレジストをウェハ上へ配置する量が少なくなる。
本発明の方法は、薄いフォトレジストのリボンをウェハの全表面に亘って分配するために、押出スロットコーティングを採用する。押出スロットコーティングは、プリメータードコーティング法のクラスのメンバーである。押出スロットコーティングを使えば、コーティング厚さはフォトレジストの分配速度で制御することができ、効率は１００％近くにできて、厚さの均一性も非常によくなる。
押出スロットコーティングでは、フォトレジストは狭いスロットを通してウェハ上に押し出される。図４−１１は、本発明で用いる押出ヘッド３０の実施例を示す。押出ヘッド３０は押出し型と呼ぶこともできる。図４は、ステンレス鋼の前面板３２とステンレス鋼の後面板３３との間にステンレス鋼のＵ形状のシム３１が挟まれた構造になっている押出ヘッド３０の側面アッセンブリ図である。図５、６、７はそれぞれ、前面板３２、後面板３３、シム３１の正面図である。図８は後面板３３に対するシム３１の正面図である。図４において、前面板３２と後面板３３は接地されており、両者の内側端部はシム３１に面し、シム３１との良好なシール性を確保し、押出しのための平滑な表面を形成するために研磨されている。フォトレジストは、後面板３３の頂面のポート３４を経由して押出ヘッド３０に入る。ポート３４はフォトレジストを、チューブ３５を通してフローチャネル３６（図４、６）に向かわせる。フローチャネル３６の幅はシム３１のＵ形状開口３７（図７、８）と同じ幅である。
図９は図４に示す押出ヘッド３０の断面図である。シム３１のＵ形状で作られる空間は、前面板３２と後面板３３の間に狭いギャップ３８を残し、そこを通してフォトレジストを流すことができる。押出ヘッド３０の基部では、ギャップ３８が２つの狭い「リップ部」４１、４２の間を下向きに続いていて、前面板３２と後面板３３の内面に伸びている。
図１０は図４に示す押出ヘッド３０の斜視図である。ギャップ３８はシム３１のＵ形状３７（図７、８）の開口部を横切って伸び、押出ヘッド３０に押出スロット３９を形成する。
図１１は押出ヘッド３０のリップ部４１、４２の断面図であり、基板５０が押出しリップ部４１、４２の下を動いているところを示す。フォトレジストはリップ部４１、４２の基部で、スロット３９から基板５０の上面５１上に押し出される。前面板３２と後面板３３との間のギャップ３８の幅はｄで示されており、シム３１の厚さに等しい（図４、９）。リップ部４１、４２と基板５０との間のコーティングギャップはスロット３９から出てくるコーティング液のビード４６で満たされる。基板５０が、コーティングギャップを一定に保ちながら、スロット３９に対し直角方向に動かされると、液はビード４６から引き出され薄いフィルムとなって基板５０上に残る。押し出されるフィルムの幅ｗ（図１９、２０）は押出スロット３９の長さ、即ちシム３１のＵ形状開口３７（図７、８）にほぼ等しい。押し出されるフィルムの平均厚さｈは

と表され、ここにｖはコーティング速度、Ｑは液分配速度である。コーティングビード４６のリーディングエッジ及びトレーリングエッジにおけるメニスカス４４、４５は押出ヘッドリップ部４１、４２のコーナーに固定的に形成される。押出ヘッドリップ部４１、４２のコーナーは、メニスカス４４、４５が固定的に形成され続けるようにするため、約５０μｍ以下の曲率半径を有していなければならない。コーティングビード４６内の毛管、粘性、入口圧力は、コーティングビード４６内の安定性を維持するため、外部圧力と平衡していなければならない。薄いフィルムをコーティングする場合、又は高速でコーティングする場合には、コーティングビード４６を安定させるため、コーティングビード４６のリーディングエッジに僅かに負圧を掛けてもよい。押出ヘッドリップ部４１、４２は普通等長で（Ｇ₁＝Ｇ₂）、押出ヘッド３０は基板５０に対し直角である。しかし、非常に薄いコーティングに関しては、場合によっては、リップの片方を他方より伸ばす（Ｇ₁≠Ｇ₂）か、又は押出ヘッド３０を直角から基板５０の方向に僅かに倒し、それによってコーティングスロット３９を基板５０に対して傾かせるようにするのがよいこともある。
押出スピンコーティングアッセンブリー１００を図１２、１３、１４を参照しながら説明するが、図はそれぞれ、本発明による押出スピンコーティングアッセンブリー１００の正面図、平面図、後面図である。図１２、１３、１４に示す押出スピンコーティングアッセンブリー１００の構成要素にはコーティングモジュール１１０と位置決めシステム１３０が含まれる。図１２、１３、１４には示しておらず、図１５を参照しながら制御システム２１０を説明するが、この中には位置決めコントローラー２２０とスピナーコントローラー２８０とが含まれる。
コーティングモジュール１１０にはスピナーアッセンブリー１１１が含まれており、その中には更に垂直軸１１２に接続されたスピナーサーボモーター（図示せず、図１５の参照番号１１３）が含まれている。垂直軸１１２はテフロン製の真空チャック１１４を支持している。スピナーアッセンブリー１１１はチャックエレべータサーボモーター（図示せず、図１５の参照番号１１５）を使って垂直方向に動かすことができる。チャックエレベータサーボモーターにはエレベータモーターブレーキ（図示せず、図１５の参照番号１３５）が装着されている。スピナーアッセンブリー１１１がその最も低い位置にあるときには、チャック１１４はキャッチカップ１１６（断面を図示している）に囲まれている。キャッチカップ１１６は円形のカップで、開口上面１１７を有している。カップの壁１１８の上部分１２０は内向きに傾斜していて、使用済みのフォトレジストをキャッチカップ１１６内に保持し易いようになっている。キャッチカップ１１６には３つの目的がある。キャッチカップ１１６は使用済みのフォトレジストを捕捉し、廃液ドレイン１２２から排出する。キャッチカップには排気口１１８が設けられており、これを通して蒸発した溶媒を取り除く。キャッチカップ１１６は回転するウェハ上の気流を方向付けして乱流の発生を防ぐ。排気口１１８と廃液ドレイン１２２は共にキャッチカップ１１６の底１２４に出る。使用済みのフォトレジスト及び排出された蒸気を取り除くための手段は、当業者にはよく知られているので図示しない。
スピナーアッセンブリー１１１はセンタリング装置を有しており、これにはウェハをチャック１１４上にセンタリングさせるための８個のテフロンピン１３８と、処理前後に固定されていないウェハを支持するための３つの垂直ピン（図示せず）とが含まれる。センタリングピン１３８はセンタリングソレノイド（図示せず、図１５の参照番号１１９）により制御される。コーティングモジュール１１０上のセンサーはチャック１１４の垂直方向定位置（図示せず、図１５の参照番号１２１）と、真空状態（オン／オフ）（図示せず、図１５の参照番号１２３）と、センタリングピン位置（図示せず、図１５の参照番号１２５）を表示する。コーティングモジュール１１０のこれらの特徴は、当業者にはよく知られているので図示しない。
本発明での使用に適したコーティングモジュール１１０は、シリコンバレイグループ社から商業ベースで入手可能な９０ＳＥコーターモジュールである。９０ＳＥコーターモジュールは、これもシリコンバレイグループ社から商業ベースで入手可能な９０ＳＥウェハ処理シリーズの中の１構成要素である。
位置決めシステム１３０は、コーティングモジュール１１０上に組み付けられているアルミニウム製のベースプレート１３２により支持されている。ベースプレート１３２には、コーティングモジュール１１０の上方に位置する中央切り欠き１３４が設けられている。ベースプレート上に組み付けられている第１及び第２垂直支持板１３４、１３６は横断支持材１３７を支持しており、その上には２軸位置決めシステム１５０が搭載されている。位置決めシステム１５０はｘ軸位置決めテーブル１５２とｚ軸位置決めテーブル１６２とを含んでいる。ｘ軸位置決めテーブル１５２はｘ軸テーブルモーター１５４とｘ軸テーブルベース１５６とを含んでいる。同様に、ｚ軸位置決めテーブル１６２はｚ軸テーブルモーター１６４とｚ軸テーブルベース１６６とを含んでいる。ｚ軸位置決めテーブル１６２はｚ軸ブレーキ（図示せず、図１５の参照番号１３３）も含んでいる。ｚ軸位置決めテーブル１６２はｘ軸位置決めテーブル１５２の台車１５８上に搭載されている。ｘ軸位置決めテーブル１５２は、水平面内を、チャック１１４に載せられているウェハ５０の表面５１に平行に動き、ｚ軸位置決めテーブル１６２は、チャック１１４に載せられているウェハ５０の表面５１の面に直角な垂直方向に動く。本発明のｘ軸及びｚ軸位置決めテーブル１５２、１６２に使用するのに適した位置決めシステムは、５ピッチのボールスクリューにより駆動されるパーカーデーダルモーションテーブルである。
押出ヘッド３０はアルミニウム製の押出ヘッドサポート１７２の底部に取り付けられており、押出ヘッドサポート１７２はｚ軸位置決めテーブル１６２上に組み付けられている。ｚ軸位置決めテーブル１６２は、押出ヘッド３０を、ベースプレート１３２の上方の位置から、ベースプレート１３２の中央切り欠き１３４を通して下向きに、チャック１１４の上のウェハ５０の近くまで動かすのに十分な運動範囲を有している。
光学センサー１７４は押出ヘッドサポート１７２上に取り付けられている。光学センサー１７４は押出ヘッド３０と、チャック１１４上に組み付けられているウェハ５０との間のギャップを計測するために使用される。本発明の実施例に使用するのに適したセンサーは、フィルテックＲＣ１４０Ｌ反射率補正光学変位センサーである。光学センサー１７４はウェハ５０の表面に光を当て、反射光を計測し、計測した光の強さに比例する電圧を生成する。フィルテックセンサーのスポットサイズは６ｍｍで、直流から１００Ｈｚまでの帯域幅を有している。フィルテックセンサーの電圧−距離曲線は通常非線形であるが、センサーとウェハとの間の距離が、例えば５.５１乃至６.１７ｍｍ（０.２１７乃至０.２４３インチ）の間にある場合は、線形領域を有する。光学センサー１７４は押出ヘッドサポート１７２上に配置されるので、計測は全て光学センサー１７４の線形範囲内に入る。
フォトレジストの流れを制御するための手段には、フォトレジストポンプ（図示せず）とフォトレジスト遮蔽弁１２９とが含まれる。このような構成は当業者にはよく知られているので、図１２、１３、１４にはこれを完全には示さない。しかし、押出スピンコーティングアッセンブリー１００の制御システム２１０に関する以下の説明においては、フォトレジストポンプ（図示せず、図１５の参照番号１２７）とフォトレジスト遮蔽弁１２９に言及する。
図１５は、本発明による押出スピンコーティングアッセンブリー１００を制御するのに適した制御システム２１０の実施例を表すブロック線図である。制御システム２１０は、コンピューター２１２と、位置決めコントローラー２２０と、スピナーコントローラー２８０とを含んでいる。コンピューター２１２は、位置決めコントローラー２２０と、スピナーコントローラー２８０と、フォトレジスト分配ポンプ１２７とに、セリアルインタフェース２１３、２１４、２１５を通してプログラムをダウンロードする。位置決めコントローラー２２０は、フォトレジスト分配ポンプ１２７にフォトレジストの流れを開始及び停止し、フォトレジスト遮蔽弁１２９を制御するためのコマンドを送る。位置決めコントローラー２２０は又、ｘ軸モーター１５４を通してｘ軸位置決めテーブル１５２の位置を制御し、ｚ軸モーター１６４を通してｚ軸位置決めテーブル１６２の位置を制御し、チャックエレベータサーボモータ１１５を制御する。位置決めコントローラー２２０は、光学センサー１７４の出力を受け取り、押出ヘッド３０とウェハ５０との間の距離を計算し、結果を使ってｚ軸モーター１６４を通してｚ軸位置決めテーブル１６２を制御する。
制御システム２１０に使用するのに適しているコンピューターはＩＢＭ互換ＰＣである。位置決めコントローラー２２０として使うのに適しているのはパーカーコンピュモーターＡＴ６４５０サーボコントロラーであり、オプションでＡＮＩアナログ入力ＰＣカードとＡＵＸボードとを含んでいる。スピナーコントローラー２８０として使うのに適しているのはパシフィックサイエンティフィックＳＣ７５５である。コンピューター２１２と、位置決めコントローラー２２０と、スピナーコントローラー２８０とは図１５のブロック線図では別々に示されているが、パーカーコンピュモーターＡＴ６４５０とパシフィックサイエンティフィックＳＣ７５５の両コントローラーを含む実施例では、コンピュモーターＡＴ６４５０はＰＣのマザーボードにプラグ接続されている。本発明は又、位置決めコントローラー２２０とスピナーコントローラー２８０の両方の機能が単一の連結されたコントローラーによって提供される実施例も配慮している。
位置決めコントローラー２２０は、位置決めコントローラープロセッサーと複数の入出力装置を有する。入出力装置には、１４ビットアナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、独立型デジタル入出力装置、サーボモーター出力装置が含まれる（プロセッサーと入出力装置は当業者に既知なので、個別には図示せず）。光センサーの出力端子１７４は、Ａ／Ｄコンバータの入力端子２２４に接続される。位置決めコントローラー２２０の独立デジタル入力端子は光学的に孤立したインタフェースであり、このような端子には、チャック位置ホームセンサー１２１に接続されるチャック位置ホーム指示器入力端子２４２、バキュームチャック１１４上のバキュームオンオフセンサー１２３に接続されるバキュームオンオフ状態指示器入力端子２４４、センタリングピン位置センサー１２５に接続されるセンタリングピンインアウト位置指示器入力端子２４６、オペレータ手動位置スイッチ１２６に接続される一つ以上の手動位置コマンド入力端子２４８が含まれる。
位置決めコントローラー２２０の出力端子には、Ｘ軸サーボモーター１５４に接続されるＸ軸サーボモーター出力端子２２６、Ｚ軸サーボモーター１６４に接続されるＺ軸サーボモーター出力端子２２８、エレベータサーボモーター１１５に接続されるエレベータサーボモーター出力端子２３０が含まれる。
位置決めコントローラー２２０の独立デジタル出力端子には、フォトレジストバルブ１２９に接続されるフォトレジストバルブ出力端子２５４、センタリングピン１３８を制御するセンタリングソレノイド１１９に接続されるセンタリングソレノイド出力端子２５６、バキュームソレノイド１３１に接続されるバキュームソレノイド出力端子２５８、Ｚ軸方向位置決めテーブル１６２のＺ軸方向ブレーキ１３３に接続されるＺ軸モーターブレーキ出力端子２６０、エレベータモーターブレーキ１３５に接続されるエレベータモーターブレーキ出力端子２６２、フォトレジスト分配ポンプ１２７に接続されるトリガ出力端子２６４、スピナーコントローラー２８０に接続されるロジカル出力端子２６６が含まれる。
スピナーコントローラー２８０は、位置決めコントローラー２２０から受信された信号に応じて、コーティング及びスピンのサイクルを実行する。スピナーコントローラー２８０は、スピナーコントローラープロセッサー、サーボモーター出力装置、エンコーダを有する（プロセッサーとエンコーダは当業者には既知なので、個別には図示せず）。スピナーコントローラー２８０の出力端子には、スピナーモーター１１３に接続されるスピナーモーター出力端子２８６が含まれている。スピナーコントローラー２８０の出力には、位置決めコントローラーに接続される模擬エンコーダ信号２８８も含まれる。模擬エンコーダ信号２８８により、スピナーモーター１１３の速度の電子的ギアリングが可能になり、この電子的ギアリングで、位置決めコントローラー２２０が決める押出ヘッド３０のＸ軸方向の位置を制御する。
信頼性のあるコーティングを得るためには、チャック１１４に組み付けたウェハ５０に対し、押出ヘッド３０と位置決めテーブル１５２、１６２を整列させる必要がある。この整列を図１２、１３、１４で述べる。まず最初の整列では、チャック１１４に組み付けたウェハ５０の中心の真上を押出スロット３９が通過するように押出スロット３９の経路を調整する。この整列は、ウェハ５０の中心部分をカバーするために必要である。ベースプレート１３２上で垂直支持板１３４、１３６を前後にスライドさせ、押出ヘッド３０をウェハ５０の中心の真上に位置させる。垂直支持板１３４、１３６の動きは、ベースプレート１３２で拘束される。垂直支持板１３４、１３６を所定の場所に固定する前に、各垂直支持板１３４、１３６の後部にある調整ボルトで、垂直支持板１３４、１３６の位置を微調整できるようになっている。
二番目の整列では、ウェハ５１に対するＸ軸の角度を調整する。この調整をすると、テーブル１５２のＸ軸方向位置が変っても、ウェハ５０と押出ヘッド３０の間のギャップは一定に維持される。ウェハ面５１に対するＸ軸の角度は、横断支持材１３７の端部にある第一ピボット１７９周りにクロスサポート１３８を回転させるば変えられる。微調整／荒調整ボルト１８４、１８６が設けられ、微調整ボルト１８４を１回転させると、Ｘ軸とウェハ表面の角度調整が１．６４ｘ１０^-5ラジアンだけ調整される。ウェハ面５１に対するＸ軸の角度は、光学センサー１７４でウェハ面５１を走査することで決定可能である。走査中にＺ軸を固定し、光学センサー１７４の測定出力値とＸ位置を記録する。本データのペアを線形回帰分析をすると、ウェハ面５１とＸ軸と間の角度が得られる。
三番目の整列では、押出ヘッド３０の底部の端、即ち押出スロット３９をＸ軸及びウェハ面５１に対して平行になるまで調節する。この調節は、押出ヘッド３０の幅全域に亘り一定の隙を維持するのに重要である。押出ヘッド３０の底端部とＸ軸の間の角度は、ウェハ押し出し機の平行度調整ボルト１７６を使うことで調整できる。ウェハ押し出し機の平行度調整ボルト１７６は、Ｚ軸位置テーブル１６２のベースにあるウェハ押し出し機の平行度調整ピボット１７８周りに、押出ヘッドサポート１７２を旋回させることになる。Ｘ軸と押出ヘッド３０の間の角度は、線形可変差動変換（ＬＶＤＴ）センサーを使うことで測定できる。ＬＶＤＴセンサーは、計測端を垂直上方に向けた状態で、ウェハ表面５１に固定される。次に、押出ヘッド３０のリップ４１、４２によりＬＶＤＴセンサーが基準位置へ移動するまで、押出ヘッド３０を下降させる。Ｘ軸及びＺ軸位置テーブル１５２、１６２の位置を記録した後、押出ヘッドのリップ４１、４２に沿った他の幾つかの位置で本手順を反復する。これらのデータの線形回帰分析し、Ｘ軸に対する押出ヘッド３０の傾きを決定する。
光学センサー１７４は２段階のプロセスにより更正できる。まず、押出ヘッド３０とウェハ面５１の間の数カ所で狭い隙間に精密なシムを入れて、光学センサー１７４の出力電圧を測定し、電圧オフセット（即ち、零隙バイアス）を決定する。間隙距離とセンサー電圧のデータを線形回帰分析し、電圧オフセット（即ち、隙が零の時のセンサー電圧）を計算する。次に、押出スロット３９を選定した増分（例えばエンコーダ１０カウントが１２．７μｍ）だけ、光学センサー１７４の線形の範囲内で持ち上げてやり、センサーの電圧と押出スロット３９の高さの関係を決定する。データのペアを線形回帰分析すると、センサー出力と押出スロット３９のＺ軸方向位置の関係を表す線の勾配が得られる。押出ヘッド３０とウェハ面５１の間の角度から誤差を生じさせないようにするために、光学センサー１７４の更正に先立ち、押出ヘッド３０をＸ軸及びウェハ表面に対して整列させる必要がある。
押出スピンコーティングを、図１６−１９に示す。上記の整列及び更正の手順は、使用装置の経験を基にして必要と決められた一連の作動に先だち又は定期的に行われる。図１６では、バキュームチャック１１４がベースプレート１３２中のくり抜き部分１３４を通じて持ち上げられ、ウェハ５０がチャック１１４上に置かれた状態を示す。センタリングピン１３８を使い、ウェハ５０をチャック１１４の中心に合わせる（図１３）。チャックバキューム（図示せず）をオンにして、ウェハ５０を固定する。チャック１１４を下げると、ウェハ５０がコーティング位置の中に入り込み、押出ヘッド３０がウェハ５０の端部の位置に下がり、図１７のように、ウェハ５０と押出ヘッドリップ４１、４２の間が所望ギャップとなる。次にチャック１１４を、所望コーティング速度である初期の回転速度で回転させる。フォトレジスト遮蔽バルブ１２９を開き、フォトレジストポンプ１２７を始動し、フォトレジストの分配を開始する。押出ヘッド３０をウェハ５０の半径方向に動かす。押出ヘッド３０が、ウェハ５０の中心方向に動くに連れ、チャック１１４の回転速度が増すので、ウェハ５０に対する押出ヘッド３０のコーティング速度を一定に保つために、回転速度の増加に比例した割合で押し出し速度を速める。押出ヘッド３０のリーディングエッジが図１８のようにウェハ５０の中心に到達したら、ウェハ３０の回転速度を一定に保ち、押出ヘッド３０のトレーリングエッジがウェハ５０の中心に達するのを待つ。ウェハ５０全体がフォトレジストで覆われたら、フォトレジストポンプ１２７のスイッチを入れ、フォトレジストの分配を止め、フォトレジスト遮蔽バルブ１２９を閉じる。通常は、ウェハ５０全体をフォトレジストで覆うため、押出ヘッド３０のトレーリングエッジがウェハ５０の中心に達するまで、押出ヘッド３０の移動とフォトレジストの押出を継続する必要がある。フォトレジストポンプ１２７とフォトレジスト遮蔽バルブ１２９のスイッチを入れて、フォトレジストの分配が止まった時でも、既に残量として押出ヘッド３０内に（押出ヘッド３０への配管も含む）存在するフォトレジストは、流れ続けて、ウェハ５０上に堆積することができる。この場合、ウェハ５０全体が覆われる少し以前に、フォトレジストポンプ１２７とフォトレジスト遮蔽バルブ１２９のスイッチを入れ、この残りのフォトレジストでウェハ５０全体を覆うようにさせてもよい。
次にチャック１１４がウェハ５０をキャッチカップ１１６の中に下がったら、押出ヘッド３０を、図１９に示すように、コーティングエリアから引き上げる。次にウェハ５０を高速で回転させ、過剰のフォトレジストを除去し所望の一様なコーティングを得る。チャック１１４の回転を止め、ベースプレートの中央くり抜き部分を通じて引き上げる。バキュームを解除しウェハ５０をチャック１１４から取り除く。
図２０は、本発明による押出スピンコーティング運動のパラメータを示す図である。図２０では、半径Ｒのウェハ５０が中心周りに角速度Ωで回転している。押出ヘッド３０は、押出スロット３９をウェハ５０の半径方向に整列させられ、ウェハ５０の上に存在している。押出ヘッド３９は幅がｗで、ウェハ５０に対してｕの速度で半径方向に動いている。ウェハ５０の中心と押出ヘッド３０のトレーリングエッジとの間の距離はｒである。
図２０の回転軸からの距離ｒにおける、ウェハ５０の面上の任意の点の接線速度は以下の通りである。
ｖ＝Ωｒ
押出ヘッド３０のトレーリングエッジを回転軸からの距離ｒの所に位置させる場合、ウェハ５０を１回転させる毎に、押出スロット３９の長さ分だけ押出ヘッド３０を内側に移動させると、螺旋押し出しパターンを作ることができる。この場合、ウェハ５０の直径に沿った方向の押出ヘッド３０の速度は、以下の通りである。

Ωについて解き、代入した結果は

半径方向内向きの運動はｕ＝−ｄｒ／ｄｔであるから、押出ヘッドの位置に関する微分方程式は以下の通りである。

時刻ｔ＝０でｒ＝ｒ₀とする初期条件の下で、本方程式を積分すると、結果は、

ウェハの回転速度は時間関数として以下のように表現でき下式を得る。

ヘッド速度は時間関数で表すと、

図２１は、本発明の一態様による押出スピンコーティング螺旋パターン２０２を示す。螺旋パターン２０２は、押出ヘッド３０をウェハ５０の外縁５２から出発させウェハ５０の中心方向の内側に移動させた結果である。第一の影付き部分２０４は、ウェハ５０の外縁部分で無駄になるフォトレジストを表しており、二番目の影付き部分２０６はウェハ５０の中心部分に二重の厚みに押し出されたフォトレジストを表している。ウェハ５０の外縁５２の周りに不必要な重なり又は二重の厚みを作らずに、押し出し螺旋パターン２０２で外縁全体を覆うには、押出ヘッド３０をウェハ５０の外縁５２を外して本プロセスを始めなければならない。これは、第一の影付き部分２０４を無駄なフォトレジストにする結果となる。同様に、押出ヘッド３０のリーディングエッジがウェハ５０の中心に達した後も、ウェハ５０全体が覆われるまで、フォトレジストを押し出し続けなければならない。通常、ウェハ５０の中心部分全てを覆うためには、押出ヘッド３０のリーディングエッジがウェハ５０の中心に達した後も、本プロセスを継続する必要がある。ウェハ５０の中心の第二の影付き部分２０６の重なりは、押出ヘッド３０が有限幅である以上、避けることができない。しかし、無駄な又は過剰なフォトレジストは比較的少ないから、押出スピンコーティングプロセスは効率の点で、先行技術によるスピンコーティングプロセスを遥かに上回る。
図２１は、ウェハを回転させ、押出ヘッドを半径方向内側へウェハ中心に向かって移動させつつ、押出ヘッドをウェハの外縁からスタートさせる押出スピンコーティング螺旋パターンを示す。本方法の方法と装置では替わりに、押出ヘッドをウェハの中心からスタートさせ、押出ヘッドを半径方向外側へウェハ外縁に向かって移動させてもよい。
当業者は、本発明が上述実施例に限定されるものではないことを容易に理解できよう。異なる構成及び実施例は、本発明の範囲を逸脱することなく実現でき、請求の範囲に含まれることを意味する。

Claims (12)

1. 上面と、中心と、外縁を有する円形状の半導体ウェハにフォトレジストのコーティングを塗布する方法において、
   ある幅を有し且つ前記ウェハの全上面を螺旋状パターンで覆い、かつ、幅ｗを有するフォトレジストリボンを押し出す段階を有し、
   前記フォトレジストが、押出スロットの押出ヘッドから一定の押出速度で押し出され、
   前記ウェハをある回転速度Ωで回転させ、
   押出ヘッドをある半径方向速度ｕで移動させ、
   前記押出スロットは、トレーリングエッジを有し、
   前記ウェハの回転中心と前記押出ヘッドのトレーリングエッジとの間の距離がｒで表され、
   回転している前記ウェハに対し半径方向に移動する押出ヘッドが、一定の接線速度ｖで移動し、
   下記式（１）で表される関係が近似的に成立し、かつ、時間ｔ＝０においてｒ＝ｒ ₀ である条件下において、前記回転速度Ω、および、前記半径方向速度ｕは、それぞれ時間ｔの関数である下記式（２）及び式（３）によって近似的に表される、
   

   

   ことを特徴とする方法。
2. 前記フォトレジストリボンが、前記ウェハの外縁から始まり前記ウェハの中心で終わる螺旋状パターンに押し出されることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。
3. 前記フォトレジストリボンが、前記ウェハの中心から始まり前記ウェハの外縁で終わる螺旋状パターンに押し出されることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。
4. 前記フォトレジストのリボンの幅が、前記半導体ウェハの約１／１０から約１／３であることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。
5. 上面と、中心と、直径と、外縁を有する円形状の半導体ウェハにフォトレジストのコーティングを塗布する方法において、
   （ａ）前記ウェハをその上面を水平上方に向けて整列させてチャックに組み付ける段階と、
   （ｂ）押出ヘッドを、前記ウェハの外縁に隣接させ且つ前記ウェハの上面の上方に位置決めする段階であって、前記押出ヘッドは押出スロットからフォトレジストを押し出すように構成されており、前記押出スロットは第一端と第二端で境界の定められた長さを有し、前記押出ヘッドは前記押出スロットが前記ウェハに対して半径方向に整列するように位置決めされ、前記スロットの前記第一端は前記ウェハの外縁に隣接するように置かれ、前記スロットの前記第二端は前記ウェハの外縁の外側に置かれる、そのような位置決めする段階と、
   （ｃ）前記ウェハを中心周りに回転する段階であって、前記ウェハをある回転速度Ωで回転させ、押出ヘッドをある半径方向速度ｕで移動させ、回転しているウェハに対し平径方向に移動する押出ヘッドが、一定の接線速度ｖで移動する、そのような段階と、
   （ｄ）押出スロットの長さと実質的に等しい幅を有するフォトレジストリボンを前記押出スロットから押し出す段階であって、前記フォトレジストが、押出スロットから一定の押出速度で押し出される、そのような押し出す段階と、
   （ｅ）前記押出スロットから幅ｗを有するフォトレジストを押し出しつつ、前記押出スロットが前記ウェハに対し半径方向に整列されるように維持しながら、前記ウェハの全上面をフォトレジストが覆うまで、前記押出ヘッドをウェハの外縁から半径方向内側へウェハの中心に向かって動かす段階と、
   を有しており、
   前記ウェハの回転中心と前記押出ヘッドの第一端との間の距離がｒで表され、
   下記式（１）で表される関係が近似的に成立し、かつ、時間ｔ＝０においてｒ＝ｒ ₀ である条件下において、前記回転速度Ω、および、前記半径方向速度ｕは、それぞれ時間ｔの関数である下記式（２）及び式（３）によって近似的に表される、
   

   

   ことを特徴とする方法。
6. 前記押出スロットの長さが、前記半導体ウェハの約１／１０から約１／３であることを特徴とする、上記請求項５に記載の方法。
7. 前記段階（ｅ）が、前記ウェハの上面の上方にある距離をおいて前記押出スロットを一様に維持する段階を含むことを特徴とする、上記請求項５に記載の方法。
8. 前記段階（ｅ）が、前記押出スロットと前記ウェハの上面の間の距離を決定する段階と、前記距離を維持するため、前記押出スロットの位置を調整する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項７に記載の方法。
9. 前記段階（ｅ）が、光学センサーを使って、前記押出スロットと前記ウェハの上面の間の距離を決定する段階を含むことを特徴とする、上記請求項８に記載の方法。
10. 前記フォトレジストリボンが、前記ウェハの全上面を覆う螺旋パターンでウェハ上に塗布されることを特徴とする、上記請求項５に記載の方法。
11. （ｆ）押出ヘッドを除く段階と、
    （ｇ）ウェハを高速度で回転させる段階を
    含むことを特徴とする、上記請求項５に記載の方法。
12. 上面と、中心と、直径と、外縁を有する円形状の半導体ウェハにフォトレジストのコーティングを塗布する方法において、
    （ａ）前記ウェハをチャック上に組み付ける段階と、
    （ｂ）前記ウェハの中心でしかもウェハの上面の上方に押出ヘッドを位置決めする段階であって、前記押出ヘッドは押出スロットからフォトレジストを押し出すように構成され、前記押出スロットは第一端と第二端とで境界の定められた長さを有し、前記押出ヘッドは前記押出スロットが前記ウェハに対して半径方向に整列するように位置決めされ、前記スロットの前記第一端は前記ウェハの中心に置かれ、前記スロットの前記第二端は前記ウェハの中心と前記ウェハの外縁の間に置かれる、そのような位置決め段階と、
    （ｃ）前記ウェハを中心周りに回転させる段階であって、前記ウェハをある回転速度Ωで回転させ、押出ヘッドをある半径方向速度ｕで移動させ、回転しているウェハに対し半径方向に移動する押出ヘッドが、一定の接線速度ｖで移動する、そのような段階と、
    （ｄ）前記スロットの長さと実質的に等しい幅ｗを有するフォトレジストリボンを前記スロットから押し出す段階であって、前記フォトレジストが、押出スロットから一定の押出速度で押し出される、そのような押し出す段階と、
    （ｅ）前記押出スロットからフォトレジストを押し出しつつ、前記押出スロットが前記ウェハに対して半径方向に整列されるように維持しながら、前記ウェハの全上面をフォトレジストが覆うまで、前記押出ヘッドをウェハの外縁に向かって半径方向外側へ移動させる段階と、
    を有しており、
    前記ウェハの回転中心と前記押出ヘッドの第一端との間の距離がｒで表され、
    下記式（１）で表される関係が近似的に成立し、かつ、時間ｔ＝０においてｒ＝ｒ ₀ である条件下において、前記回転速度Ω、および、前記半径方向速度ｕは、それぞれ時間ｔの関数である下記式（４）及び式（５）によって近似的に表される、
    

    

    ことを特徴とする方法。

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