JP4075527B2

JP4075527B2 - レジスト塗布方法およびレジスト塗布装置

Info

Publication number: JP4075527B2
Application number: JP2002248811A
Authority: JP
Inventors: 公徳吉田; 啓介篠田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2004087934A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程における、フォトリソグラフィー工程において、特にウェハ表面に形成されたパターン溝深さの深いウェハ表面にレジストを塗布するレジスト塗布方法およびレジスト塗布装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロエレクトロメカニカルシステム（Micro Electro Mechanical System)(MEMS)が脚光を浴びており、微細化や複雑化に対応したシリコン基板エッチング加工におけるレジスト露光方法（フォトリソグラフィー）の技術開発が急務となっている。
【０００３】
特に、パターン形状の微細化、高集積化に伴いパターン溝を深くして、その壁面や底面にレジストを塗布して追加エッチングを行い新たなパターンや配線を形成することが提案されている。しかし、深さが約３０μｍ以上の深溝パターンはレジストで溝を埋めてしまうと、フォトリソグラフィーの光が遮られて深い部分は露光できないなどの問題があり、レジストを薄くかつ均一に塗布する必要がある。そしてこのような塗布方法が数多く提案されている。
【０００４】
従来、フォトリソグラフィー工程においてウェハ表面にレジスト膜を形成する方法として、ウェハを回転させながらウェハ中心部表面にレジストを滴下して、遠心力で均一な膜を形成するスピンコート法と、ウェハを低速回転させながら霧状のレジストをウェハの外周部側から中心部に向かって噴霧してほぼ全面に均一な薄膜を形成するスプレーコート法が広く用いられている。
【０００５】
前記スピンコート法においては、レジストを回転の遠心力で延展し、均一な膜状に形成させるため、レジストの粘性が重要である。この粘性は温度に対する依存性が高いことから、所定の粘性を保つためにウェハ面に滴下したレジストを所定の温度に制御する方式が提案されている。
【０００６】
（１）特開平１１−２７６９７２号公報には、レジストを所定温度に保つために、吐出前にレジストを一部溜めて温調したり、ウェハ回転機構全体を覆っているコーターカップを温調する、及びウェハ回転機構のモーターフランジを温調する技術を開示されている。しかしながらこの方法では、温調する部分が多いため、設備の大型化や複雑化が避けられない、コストを低減できないなどの問題点があり、またウェハ表面の温度を実測できない等の問題点もある。
【０００７】
（２）特開平１０−２６１５７９合公報には、加熱した高圧ガスをウェハ裏面に吹き付けウェハ本体の温度調整を行うことが開示されている。しかしながら揮発成分を多く含んだレジストが温風によって乾燥させられるためレジストを一定の粘度に保つことが非常に難しいと思われ、また、温風でウェハ及び回転機構を所定の温度に保持することは困難であると判断できる。
【０００８】
従って、スピンコート法では、ウェハ面上に形成されたパターン溝が約３０μｍ以下の比較的浅い場合には、溝を埋めて平坦なレジスト塗布面を形成することは上記のような方式によっても対応可能である。しかしながら、レジストの温調を行ってもスピンコート法では、溝深さの深いパターンへの対応は不可能であった。
【０００９】
そこで、近年急速に普及しつつあるのがスプレーコート法である。スプレーコート法はレジストを微細な霧状にしてウェハ面に噴霧する方法であり、レジストの膜厚調整が比較的容易にできるものである。したがって微細で複雑な形状のパターンに対しても有効である。しかし、パターン溝の壁面や底面に新たなパターンや配線を施す場合、これらの面にもレジストを均一に塗布する必要がある。しかし、従来、スプレーコート法では、ウェハを加熱する手段やレジストを所定温度に保温する手段がなく、レジストに含まれる揮発性溶剤の気化速度に固着時間が依存するため、固着時間の制御が難しいなどの問題点があった。つまり、深溝パターンなどにおいて、その底面角部にはレジストが多く溜まり易く、反対に溝のトップエッジ部ではレジストが固着する前に流れてしまい付着されないなどの問題点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図３Ａに、スピンコート法でレジストを塗布したＳｉ基板のパターン部拡大断面図を示す。スピンコート法では、既に説明したように塗布方法の性質上からＳｉ基板上に形成されたパターン部が埋まってレジストが平坦状になるため、溝の深さが３０μｍ以上の部分は露光機の光が浸透しないという問題点があった。
【００１１】
一方図３Ｂは、スプレーコート法でレジストを塗布したＳｉ基板のパターン部拡大断面図を示す。スピンコート法についても、既に説明したようにレジストの固着時間の制御が難しく、特に溝パターンの底面角部は壁面に付着したレジストが流れ落ちてくるためレジストが多く溜まり易く、反対に溝のトップエッジ部においてはレジストが固着する前に流れてしまい付着されないという問題点が生じていた。
【００１２】
そこで、本発明は、図３Ｃに示すＳｉウェハのパターン部拡大断面図におけるように、スプレーコート法を用いＳｉウェハの表面に形成された深さ３０μｍ以上の深溝パターンの底面部、壁面部およびトップエッジ部を含む全体に均一にレジストを塗布できるレジスト塗布装置およびレジスト塗布方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明のレジスト塗布装置は、請求項１に記載されるように、ウェハ基板を固定して回転させるウェハ回転手段と、前記ウェハ基板上にレジストを霧状に噴霧する噴霧手段と、前記ウェハ回転手段と前記ウェハ基板との接触部位を通じて前記ウェハ基板を加熱するウェハ加熱手段とを備え、前記ウェハ加熱手段は、ドーナツ形状の電磁誘導コイルを有することを特徴とする。これにより、前記電磁誘導コイルに電力を供給することにより、前記ウェハが加熱される。ウェハの表面温度を所定の温度に加熱することができる。ウェハを加熱することにより、スプレーコート法でウェハ表面に塗布されたレジストに含まれる揮発性溶剤の気化速度を制御できる。したがって、ウェハ上に設けられた溝パターンなどへのレジストの流れ込み防止や塗り斑などを防止でき、均一なレジスト厚さを実現できる。
【００１４】
さらに請求項２に記載されるように、本発明のレジスト塗布装置は、前記ウェハ基板の表面温度を測定する温度計測手段と、前記温度計測手段からの信号を受信し前記ウェハ加熱手段を制御して前記ウェハの温度調整をする温度制御手段とをさらに備えることが好ましい。これにより、ウェハの表面温度をより容易に所定の温度に制御することができ、ウェハの温度制御をすることにより、スプレーコート法でウェハ表面に塗布されたレジストに含まれる揮発性溶剤の気化速度をより容易に制御できる。したがって、Ｓｉウェハ上に設けられた溝パターンなどへのレジストの流れ込み防止や塗り斑などを防止でき、さらに均一なレジスト厚さを実現できる。
【００１５】
また、請求項３に記載されているように、前記ウェハ加熱手段は、前記ウェハ回転手段の表面に前記ウェハ基板を固定させる磁性材料からなるチャックをさらに有し、前記電磁誘導コイルは、前記チャックの下方に位置する部分に設置されていることが好ましい。これにより、前記電磁誘導コイルに電力を供給することにより、電磁誘導コイル表面に発生した磁力線が前記チャック内部を通過してうず電流を発生し、磁性材料からなるチャックの内部抵抗により発熱して、前記ウェハが加熱される。したがって、ウェハを固定したチャックを直接加熱できるため、加熱効率と応答性が良く、且つ電磁誘導コイルへの電力の供給量を制御すれば簡単にウェハの温度制御が可能である。また、電磁誘導コイルを回転するチャックと接触なく設置できるため簡単な構造の加熱手段を構成できる。さらに、電磁誘導加熱方式は直火でないため、発火や爆発の危険性を多く含んだレジストを安全に使用することができる。
【００１６】
なお、前記温度計測手段は、加熱された前記ウェハ表面を赤外線放射温度計で計測し、温度上方を前記温度制御手段にフィードバックして処理を行い前記電磁誘導コイルへの電力供給量を制御している。これにより、回転するチャックに固定されたウェハの表面温度を、直接的に精度良く計測できるため、精度の高い温度制御が可能である。さらに、ウェハ表面の温度計測および温度制御を簡単な構成で実施できる。
【００１７】
請求項４に記載されるように、本発明のレジスト塗布装置は、前記ウェハ回転手段に固定される前記ウェハ基板を囲繞し、前記レジスト噴霧手段によるレジストの飛散防止と余剰レジストを受け止めて排出する遮蔽手段をさらに備えていることが好ましい。これにより、余剰のレジストが発生した場合に、ウェハの遠心力により外周方向に飛散した余剰レジストは、ウェハ外周を囲繞する遮蔽手段の内壁に衝突して遮蔽手段の底部側へと移動して装置外に排出されるため、余剰のレジストにより周辺装置を汚す虞れがなくなる。
【００１８】
さらに、このような遮蔽手段を設けた場合には、請求項５に記載されるように、前記遮蔽手段は、コーターカップであり、前記電磁誘導コイルは、前記コーターカップの中央部に位置する部分に埋設されていることが、装置構成を小型化、簡便化する上で望ましい。
【００１９】
上記課題を達成するために、本発明のレジスト塗布方法は、前記請求項１〜５のいずれか１つに記載のレジスト塗布装置を用いて前記ウェハ基板を所定の温度に加熱して表面温度を制御しつつレジストを噴霧し、前記ウェハ表面の温度変化で噴霧されたレジストに含まれる揮発性成分を気化させる速度を制御して塗布することを特徴とする。この方法により、ウェハ表面を所定温度に保持することが出来るため、ウェハ表面への塗布状態が温度に依存されるレジストの粘性等をほぼ一定にしてレジストの厚みを均一に制御することができる。さらに、ウェハが、請求項７に記載されるように、表面に段差を有するパターンが形成されたＳｉウェハ基板である、特に、請求項８に記載されるように、前記ウェハに形成されたパターンが溝の深さが３０μｍ以上の深溝パターンであるというように、ウェハ表面に形成された複雑なパターンへのレジスト塗布を行う場合は、溝のトップエッジや壁面に対してはウェハの表面温度を所定温度よりも高めに設定し、レジストを速く乾燥させれば流れ落ちを防止できるために、溝のトップエッジ部や壁面部に均一なレジスト膜を形成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るレジスト塗布装置の一実施形態を示す、部分断面を含む全体構成図である。また図２は本発明に係るＳｉウェハの加熱原理を説明する模式図である。
【００２２】
先ず図１を用いて、本発明に係るレジスト塗布装置の全体構成を説明する。Ｓｉウェハは、中心部から外周部に向かって放射状に形成された真空引き用の溝２を有する磁性材料（本実施形態では、一般構造用圧延鋼ＳＳ４００を加工後、表面を４フッ化エチレン樹脂でコーティングしたものを用いているが、これに何ら限定されるものではない。）からなるチャック３に真空吸着で設置されている。チャック３の下面中心部には絶縁、断熱を目的とした絶縁・断熱フランジ４が固定されている。本実施形態では、断熱効果の高い機械加工可能なセラミックスを使用したが、絶縁、断熱可能なものであれば材料としては特に限定されるものではない。絶縁・断熱フランジ４は回転時に芯振れがないようにスピンモータ５の回転軸６の先端に固定されている。スピンモータ５と回転軸６及び絶縁・断熱フランジ４の中心部に、Ｓｉウェハ１をチャック３に真空吸引するための真空吸引口７が設けられている。Ｓｉウェハ１及びチャック３を囲繞するようにコーターカップ８が設置されている。コーターカップ８の内側でかつチャック３の下面には回転するチャック３に接触しないようにドーナッツ形状の電磁誘導コイル９が埋設されている。コーターカップ８の底面には排出口１７が設けられている。電磁誘導コイル９からは、電力を供給する電源ケーブルが引き出され、電磁誘導コイル制御装置１０に接続されている。さらに、Ｓｉウェハ１の配置位置より上方に設置されＳｉウェハ１の表面温度を測定する赤外線放射温度計１１の信号ケーブルも、電磁誘導コイル制御装置１０に接続されている。Ｓｉウェハ１の配置位置の上方には、Ｓｉウェハの面内半径方向に移動可能とされた吐出ノズル１２が設置され、霧状のレジスト１３をＳｉウェハに噴霧できるようにされている。
【００２３】
次に図２に基づき、電磁誘導コイル９による加熱方式を説明する。電磁誘導コイル９に電力を通電すると電磁誘導コイル９の上下面の空間に中心部から円周部に向かって磁力線１４が発生する。電磁誘導コイル９の上側にはスピンチャック３が設置されており、材質が磁性体のためにチャック３がヨークとなり内部を磁力線１４が通過する。このためチャック３の内部で面内の円周方向にうず電流１５が発生する。すると、チャック３は材質に電気抵抗があるため、うず電流１５が熱に変化しチャック３は発熱する。
【００２４】
次に、上記した本発明の一実施態様に係るレジスト塗布装置を用いて、レジストを塗布する方法について説明する。
【００２５】
先ず、スピンチャック３のほぼ中央部上面にＳｉウェハ１を載置し、真空吸着によりチャック３に固定する。次に、スピンモータ５のスイッチを投入し、Ｓｉウェハ１を回転方向１６の方向に回転する。なお、本実施形態では回転数を１００ｒｐｍとしたが、膜厚精度により可変できる。次に、電磁誘導コイル制御装置１０の電源を投入し、温度調節器の設定温度をＳｉウェハ１の所定加熱温度に設定する。なお本実施態様においては設定温度を６０℃〜８０℃に設定したが、この温度域に限定されるものではない。次に、赤外線放射温度計１１の電源を投入し、Ｓｉウェハ表面の温度を測定する。このとき、赤外線放射温度計１１は予めＳｉウェハ１の表面にレンズの焦点が合うようにセッティングされており、赤外線放射率もＳｉウェハ表面に会わせて補正している。つぎに、赤外線放射温度計１１の温度信号を電磁誘導コイル制御装置１０にフィードバックし、設定温度とＳｉウェハ表面温度を比較しながら電磁誘導コイル９に電力を供給する。電磁誘導コイル９に電力を供給すると上記加熱方式で説明したような原理でチャック３が発熱し、チャック３に密着して固定されているＳｉウェハ１が加熱される。次に、Ｓｉウェハ１の表面温度が設定温度に到達して、温度が安定した時点で、吐出ノズル１２は、レジスト１３を噴霧しながら、Ｓｉウェハ１の外周部から中心部に向かってＳｉウェハ１の約半径分移動する。この時、レジスト塗布量は、数百マイクロリットル／秒である。レジスト１３がＳｉウェハ１の表面に塗布された後、余剰のレジストが発生した場合はＳｉウェハ１の遠心力により外周方向に飛散する。飛散した余剰レジストはコーターカップ８の内壁に衝突して底面に溜まり排出口１７から装置外に排出される。一方、所定温度に加熱されたＳｉウェハ１に塗布されたレジスト１３は、加熱され、レジスト中の揮発性溶剤が気化することでウェハ１に固着する。つまり、レジスト１３の加熱温度を制御すれば揮発性溶剤の気化速度を制御できるため、レジスト１３の固着速度を制御できることになる。よって、設定温度を精度よく（本実施形態においては分解能０．５℃）調整すれば図３Ｃに示すように、トップエッジ部、壁面部、底面部にほぼ均一にレジストを付着できる。
【００２６】
なお、上記実施形態においては、用いられるウェハはＳｉウェハであったが、本発明においてウェハはＳｉウェハに特に限定されるものではなく、その他の各種ウェハへも適用可能である。また、本発明は、表面に段差を有するパターンが形成されたウェハ、特に、前記ウェハに形成されたパターンが溝の深さが３０μｍ以上の深溝パターンである場合において、好適に使用できるものであるが、もちろん、このようなパターンが形成されていないウェハへのレジスト塗布においても適用可能である。
【００２７】
さらに、上記実施形態においては、ウェハ加熱手段が、磁性材料からなるチャック３とその下部に配置された電磁誘導コイル９から構成されるものであったが、本発明におけるウェハ加熱手段は、前記回転手段とウェハ基板との接触部位を通じてウェハ基板を加熱することができるものであれば、これに何ら限定されるものではなく、例えば、マイクロ波、高周波、遠赤外線ないし赤外線等を利用して、接触部位（チャック３）を直接的にまたは間接的に加熱できるものであれば、いずれも使用可能である。なお、回転体へ電気的接合が必要となる場合には、例えば、公知のロータリースイッチ等を用いれば良い。
【００２８】
また、上記実施形態においては、ウェハは、チャック３の真空吸着により回転手段へと固定されているが、回転手段におけるウェハ固定具（チャック）としては、真空吸着によるものに限定されるものではなく、他の形式のものであっても良い。
【００２９】
さらに、本発明に係るレジスト塗布装置におけるその他の部分の構成としても、上記実施形態におけるものに何ら限定されるものではなく、本発明の課題を達成し得る範囲内で置換、付加、改良等行えることは、当業者であれば容易に理解できるものと思われる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のレジスト塗布装置によれば、Ｓｉウェハの表面温度を所定温度に制御することができるため、スプレーコート法でＳｉウェハ上面に塗布されたレジストに含まれる揮発性溶剤の気化温度を制御できる。従って、Ｓｉウェハ上に設けられた溝パターンなどへのレジストの流れ込み防止や塗り斑などを防止でき、均一なレジスト厚さを実現できる。さらに、加熱手段を磁性材料からなるチャックと、前記チャックの下方に位置する部分に設置した電磁誘導コイルとで構成すれば、Ｓｉウェハを真空吸着したスピンチャックを直接加熱できるため、加熱効率と応答性がよく、かつ電磁誘導コイルへの電力の供給量を制御すれば簡単にＳｉウェハの温度制御が可能である。また回転するスピンチャックと接触なく設置できるため簡単な構造の加熱手段を構成できる。さらに、電磁誘導加熱方式は発火点がないため、発火や爆発の危険性がある揮発性溶剤を多く含んだレジストを安全に使用することができる。
【００３１】
このように本発明のレジスト塗布装置によれば、回転するチャックに真空吸着されたＳｉウェハの表面温度を直接的に精度良く計測できるため精度の高い温度制御が可能である。さらにＳｉウェハ表面の温度計測および温度制御を簡単な構成で実施できる。
【００３２】
また、本発明のレジスト塗布方法によれば、Ｓｉウェハ表面を所定の温度に保持することができるため、Ｓｉウェハ表面への塗布状態が温度に依存されるレジストの粘性等をほぼ一定にしてレジストの厚みを均一に制御することができる。さらに、Ｓｉウェハ表面に形成された複雑なパターンへのレジスト塗布を行う場合は、溝のトップエッジや壁面に対してはＳｉウェハの表面温度を所定温度より高めに設定しレジストを早く乾燥させれば流れ落ちを防止できるため、溝のトップエッジ部や壁面部に均一なレジスト膜を形成できる方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレジスト塗布装置の一実施形態を示す、部分断面を含む全体構成図である。
【図２】本発明に係るＳｉウェハの加熱原理を説明する模式図である。
【図３】Ｓｉウェハのパターン部分の拡大断面図であり、図３Ａは、従来のスピンコート法によるレジスト塗布例を、図３Ｂは従来のスプレーコート法によるレジスト塗布例を、また図３Ｃは本発明の実施形態に係るレジスト塗布例状態をそれぞれ示すものである。
【符号の説明】
１Ｓｉウェハ
２真空吸引溝
３チャック
４絶縁・断熱フランジ
５スピンモータ
６回転軸
７真空吸引口
８コーターカップ
９電磁誘導コイル
１０電磁誘導コイル制御装置
１１赤外線放射温度計
１２吐出ノズル
１３レジスト
１４磁力線
１５うず電流
１６ウェハ回転方向
１７排出口

Claims

ウェハ基板を固定して回転させるウェハ回転手段と、前記ウェハ基板上にレジストを霧状に噴霧する噴霧手段と、前記ウェハ回転手段と前記ウェハ基板との接触部位を通じて前記ウェハ基板を加熱するウェハ加熱手段とを備え、
前記ウェハ加熱手段は、ドーナツ形状の電磁誘導コイルを有することを特徴とするレジスト塗布装置。
前記ウェハの表面温度を測定する温度計測手段と、前記温度計測手段からの信号を受信し前記ウェハ加熱手段を制御して前記ウェハ基板の温度調整をする温度制御手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のレジスト塗布装置。
前記ウェハ加熱手段は、前記ウェハ回転手段の表面に前記ウェハ基板を固定させる磁性材料からなるチャックをさらに有し、
前記電磁誘導コイルは、前記チャックの下方に位置する部分に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレジスト塗布装置。
前記ウェハ回転手段に固定される前記ウェハ基板を囲繞し、前記レジスト噴霧手段によるレジストの飛散防止と余剰レジストを受け止めて排出する遮蔽手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレジスト塗布装置。
前記遮蔽手段は、コーターカップであり、
前記電磁誘導コイルは、前記コーターカップの中央部に位置する部分に埋設されていることを特徴とする請求項４に記載のレジスト塗布装置。
前記請求項１〜５のいずれか１つに記載のレジスト塗布装置を用いて前記ウェハ基板を所定の温度に加熱して表面温度を制御しつつレジストを噴霧し、前記ウェハ基板表面の温度変化で噴霧されたレジストに含まれる揮発性成分を気化させる速度を制御して塗布することを特徴とするレジスト塗布方法。
前記ウェハ基板が、表面に段差を有するパターンが形成されたＳｉウェハ基板である請求項６に記載のレジスト塗布方法。
前記ウェハ基板に形成されたパターンが溝の深さが３０μｍ以上の深溝パターンである請求項７に記載のレジスト塗布方法。