JP4102682B2

JP4102682B2 - 塗布方法

Info

Publication number: JP4102682B2
Application number: JP2003058032A
Authority: JP
Inventors: 義樹岩田
Original assignee: Canon Marketing Japan Inc
Current assignee: Canon Marketing Japan Inc
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP2004273488A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗布方法に関し、より詳しくは、基板回転による遠心力を利用してレジストなどの塗布液を基板表面に広げ、塗布膜を形成する塗布方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレジスト塗布方法では、図６に示すように、図示しないスピンチャックにウエハ（基板）２２を吸着させ、ウエハ２２上に設けられたノズル２１により、ウエハ２２のほぼ中心部にレジスト液（塗布液）２３を必要量滴下し、ウエハ２２の回転の遠心力によりウエハ２２の周辺部に広げることにより、ウエハ２２表面全体に所望膜厚のレジスト膜（塗布膜）を形成している。その方法として、図８に示すように、ウエハを回転させる前にウエハ上にレジスト液を供給するスタティック塗布法と称される方法と、図９に示すように、ウエハの回転中にウエハ上にレジスト液を供給するダイナミック塗布法と称される方法とが知られている。
【０００３】
スタティック塗布法では、ウエハの停止時にレジスト液の供給開始と停止を行い、ダイナミック塗布法では、ウエハの等速回転時にレジスト液の供給開始と停止を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したレジスト塗布方法では、膜厚の薄いレジスト膜を形成する場合には、ウエハの高速回転によりウエハ上に塗布されたレジスト液をウエハ表面に広げて、均一な膜厚のレジスト膜を形成することができる。この場合、均一な膜厚のレジスト膜を形成するためのレジストの使用量は回転速度などの調整により多少削減することが可能である。
【０００５】
一方、膜厚２μｍ以上のレジスト膜を形成するには、レジスト液の供給量を増やし、ウエハを低速回転によりレジスト液を塗布するか、粘度の高いレジスト液を選択し、高速回転にて塗布する必要がある。
【０００６】
しかしながら、低速回転によりレジスト液を塗布する場合、低速回転による弱い遠心力の作用によって、図７に示すように、ノズルから滴下されることによりウエハ２２中心部にできた円形状のレジスト液２３溜まりからウエハ２２周縁に向かって相互に分離した多数のレジスト液の流路２４が生じてしまう。この場合、遠心力が弱いため、その流路２４以外にはレジスト液２３は供給されにくく、そのため、レジスト液２３の供給を続けてもレジスト液２３はその流路２４に沿って流れ、ウエハ２２外へと飛散してしまう。
【０００７】
一方、高速回転で粘度の高いレジスト液を塗布する場合、レジスト液の粘度が高いためレジスト液がウエハ表面を流れにくく、そのため、ウエハ中心部に供給したレジスト液が周縁まで到達できないか、又は、高速回転による大きな遠心力によりウエハに供給されたレジスト液の大半がウエハ外に飛散してしまう。
【０００８】
以上のように、従来のレジストの塗布方法では、低速回転でも高速回転でも、ウエハ上に均一に塗布膜を形成することが困難であり、均一な膜厚の塗布膜を得るためにはレジスト液の供給量を増やす必要がある。
【０００９】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、塗布膜の膜厚の均一性を維持しつつ、塗布液の消費量を削減することができる塗布方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明は、塗布方法に係り、基板上に塗布液を供給し、前記基板を回転させることにより前記塗布液を前記基板表面に拡げて前記基板上に塗布膜を形成する塗布方法において、前記基板を４０００回転／分以上の高速回転に加速後に前記基板上への前記塗布液の供給を開始して前記塗布液を前記基板上に拡げ、該塗布液の供給中に前記塗布液が前記基板の周縁に到達した直後に前記塗布液を供給しつつ前記基板の回転速度を減速し、前記基板の回転速度が４０００回転／分未満の低速回転に到達後速やかに前記塗布液の供給を停止することを特徴とし、
第２の発明は、第１の発明に記載の塗布方法に係り、前記低速回転の回転数を調整することにより前記塗布膜の膜厚を調整することを特徴とし、
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明の何れか１項に記載の塗布方法に係り、前記基板を前記高速回転させることにより薄い塗布膜を形成し、前記薄い塗布膜上に更に所望の膜厚を形成するよう前記低速回転の回転数を調整することを特徴とし、
第４の発明は、第１の発明乃至第３の発明の何れか１項に記載の塗布方法に係り、前記塗布液の供給時間を２秒以内とすることを特徴とし、
第５の発明は、第１の発明乃至第４の発明の何れか１項に記載の塗布方法に係り、前記高速回転は粘度７ｃｐの塗布液で４０００回転／分以上であり、又は、前記高速回転は粘度６９ｃｐの塗布液で６５００回転／分以上であることを特徴とする。
【００１１】
以下に、上記本発明の構成により奏される作用を説明する。
【００１２】
本発明の塗布方法においては、塗布液の供給中に、基板の回転数を例えば４０００回転／分（ｒｐｍ）以上の高速回転から４０００ｒｐｍ未満の低速回転へ減速している。
【００１３】
基板を高速回転で回転させつつ、基板表面の中央部付近に塗布液を供給しているので、基板表面の塗布液は基板の周辺部に急激に広がる。そして、最初の塗布液が基板の周縁に到達する前に或いは到達した直後に、基板の回転数を低速回転に減速し、低速回転中に塗布液の供給を停止している。
【００１４】
高速回転により先に形成された薄い被膜により、その後の塗布液の流れがよくなるため、低速回転により後に形成される所望の膜厚の被膜形成において膜厚の均一性をより一層向上させることができる。また、低速回転により、減速後に新たに基板表面の中央部付近に供給された塗布液が基板外へ飛散するのを抑制することができる。塗布膜の膜厚は、例えば、低速回転の回転数を調整することにより可能である。
【００１５】
このように、塗布液の供給中に、基板の回転数を高速回転から低速回転へ減速することにより、高速回転による塗布液が広がり易い作用と、低速回転による基板外への飛散量を抑制する作用とが相まって、必要最少限の塗布液の量により基板表面全体にわたり均一な膜厚の塗布膜を形成することができる。
【００１６】
特に、基板を高速回転させつつ、塗布液を基板中央部付近に供給し、高速回転により基板の周縁に塗布液が到達する前に低速回転へと減速させることにより、高速回転時の基板外への飛散がより一層抑制されるため、塗布液の使用量をより一層削減することができる。
【００１７】
また、基板を高速回転させつつ、塗布液を基板中央部付近に供給し、基板の周縁に塗布液が到達した直後に低速回転へと減速させることにより、高速回転で形成された薄い被膜により塗布液の流れが良くなり、低速回転で形成される塗布膜に対して膜厚の均一性をより一層向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（レジスト塗布方法に用いられるレジスト塗布装置の構成）
まず、この発明の実施の形態であるレジスト塗布方法に用いられるレジスト塗布装置の構成について図面を参照して説明する。
【００２０】
図５は、この発明の実施の形態に係る塗布方法に用いられるレジスト塗布装置の構成について示す模式図である。
【００２１】
そのレジスト塗布装置は、図５に示すように、ウエハ（基板）２を真空チャック或いは静電チャック３により保持し、排気管を兼ねた回転軸５を中心にウエハ２を回転させる基板保持具と、基板保持具の回転軸５を回転させるモータ６と、基板保持具の上方に設けられたレジスト液（塗布液）を吐出するノズル１と、基板保持具の周辺部に設けられ、ウエハ２表面から飛散する余剰のレジスト液を回収するカップ４と、排気管１０を通してカップ４に接続された、レジスト液から気化した溶媒を排気／回収する排気タンク８と、配管９を通してカップ４に接続された、余剰のレジスト液を回収するレジスト液回収タンク７とを備えている。
【００２２】
また、レジスト塗布装置は、レジスト液の供給開始／供給停止、モータ６の回転数、及びモータ６のオン／オフを制御する図示しない制御装置を有する。その制御装置により、ウエハ２を４０００回転／分（ｒｐｍ）以上で高速回転させてウエハ２上にレジスト液の供給を開始し、レジスト液の供給中にウエハ２の回転速度を４０００ｒｐｍ未満の低速回転に減速し、その後、低速回転中にレジスト液の供給を停止し、最後にモータ６の回転を停止することができるようになっている。塗布膜の膜厚は、例えば、低速回転の回転数を調整することにより可能である。
【００２３】
ここで、高速回転とは、約１秒間にレジスト液が基板の周縁まで広がる回転数以上の回転数とする。回転数４０００ｒｐｍを高速回転と低速回転の境界値としている理由は、通常用いる低粘度のレジスト液（７ｃｐ程度）において、直径６インチのベアウエハを用いたときに、回転数４０００ｒｐｍ以上が高速回転にあたるためである。なお、粘度が高いレジスト液では、ウエハ表面をレジスト液が流れにくくなるため、高速回転にあたる回転数は４０００ｒｐｍ以上となる。調査によれば、粘度の高いレジスト液（６９ｃｐ程度）では、直径６インチのベアウエハを用いたときに、回転数６５００ｒｐｍ以上が高速回転にあたる。
【００２４】
また、ウエハ２が高速回転中にレジスト液がウエハ２周縁に到達する前にウエハ２を低速回転に減速することができるようになっている。或いは、ウエハ２が高速回転中にレジスト液がウエハ２周縁に到達した直後にウエハ２を低速回転に減速することができるようになっている。
【００２５】
このようなウエハ２の回転数の制御は、ウエハ２表面の状態、レジスト液の粘度、ウエハ２表面の温度やレジスト液の温度、モータ６の回転速度など、ウエハ２表面でのレジスト液の広がり速度に影響を与えるデータに基づき予測されるウエハ２表面でのレジスト液の広がり具合を考慮して、モータ６の回転時間を設定することにより行う。或いは、ウエハ２周縁に設置されたレジスト液の飛散を検出する手段、例えば基板保持具に保持されたウエハ２面に対して上側に設けられたレーザ光などの光照射手段と、光照射手段と対面するように、ウエハ２面に対して下側に設けられた光検出手段とにより、レジスト液の塗布中にウエハ２表面から飛散するレジスト液の量を検出することにより行う。又は、それらの両方の方法を用いて行う。
【００２６】
以上のように、この発明の実施の形態の塗布装置によれば、制御装置により、最初の４０００回転／分以上の高速回転中にレジスト液を供給し、レジスト液がウエハ２の周縁に到達する前に或いは到達した直後に、ウエハ２の回転数を４０００ｒｐｍ未満の低速回転に減速することができる。
【００２７】
即ち、高速回転により先に形成された薄い被膜により、その後のレジスト液の流れがよくなるため、低速回転により後に形成される所望の膜厚の被膜形成において膜厚の均一性をより一層向上させることができる。また、低速回転により、減速後に新たにウエハ２表面の中央部付近に供給されたレジスト液がウエハ２外へ飛散するのを抑制することができる。
【００２８】
このように、レジスト液の供給中に、ウエハ２の回転数を高速回転から低速回転へ減速することにより、高速回転によるレジスト液が広がり易い作用と、低速回転によるウエハ２外への飛散量を抑制する作用とが相まって、必要最少限のレジスト液の量によりウエハ２表面全体にわたり均一な膜厚のレジスト膜を形成することができる。
【００２９】
（レジスト塗布装置を用いたレジスト塗布方法）
次に、この発明の実施の形態に係るレジスト塗布装置を用いたレジスト塗布方法について図１、図２、図３及び図５を参照して説明する。
【００３０】
図１は、ウエハの回転の開始時期と、レジスト液の供給開始時期と、ウエハの回転数（ｒｐｍ）の切り換え時期と、レジスト液の供給停止時期と、ウエハの回転の停止時期とを時間経過とともに示したタイムチャートである。
【００３１】
以下に図１のタイムチャートに従ってその塗布方法を説明する。
【００３２】
まず、図５に示す基板保持具のチャック３にウエハ２を吸着し、固定した後、基板保持具を４０００回転／分以上の高速回転、この場合回転数６５００ｒｐｍ（Ｒ１）で回転させ、ウエハ２の回転を開始する。ノズル１によりウエハ２表面のほぼ中心部にレジスト液を供給する。これにより、ウエハ２表面の状態、レジスト液の粘度、ウエハ２表面の温度やレジスト液の温度、モータ６の回転速度など、ウエハ２表面でのレジスト液の広がり速度に影響を与える因子に従って、レジスト液はウエハ２表面を所定の広がり速度で広がる。
【００３３】
次いで、レジスト液の供給中に、レジスト液がウエハ２周縁に到達する前に、或いはレジスト液がウエハ周縁に到達した直後に、ウエハを４０００ｒｐｍ未満の低速回転Ｒ２に減速する。なお、低速回転での回転数Ｒ２による膜厚制御性を調査するため、Ｒ２を１０００、１２００、１５００、２０００ｒｐｍの４条件で変化させた。
【００３４】
図２は、レジスト液がウエハ２周縁に到達する前に回転数を切り換えた直後のウエハ２表面の様子を示す断面図である。なお、図中、符号１１ａは高速回転により形成されたレジスト膜であり、１２ａは低速回転中に供給された塗布液である。この方法によれば、高速回転時のウエハ２外への飛散がより一層抑制されるため、レジスト液の使用量をより一層削減することができる。
【００３５】
また、図３は、レジスト液がウエハ２周縁に到達した直後に回転数を切り換えた直後のウエハ２表面の様子を示す断面図である。なお、図中、符号１１ｂは高速回転により形成されたレジスト膜であり、１２ｂは低速回転中に供給された塗布液である。この方法によれば、高速回転で形成された薄い被膜によりレジスト液の流れが良くなり、低速回転で形成されるレジスト膜に対して膜厚の均一性をより一層向上させることができる。
【００３６】
次に、回転数Ｒ２で低速回転中にレジスト液の供給を停止する。この実施の形態の場合、レジスト液の供給開始から停止までの期間はＲ２＝１０００ｒｐｍの場合で約２秒以内であった。レジスト液の供給停止後、レジスト液がウエハ２周縁に到達するまで回転数Ｒ２を維持する。これにより、ウエハ２表面にはより厚い膜厚のレジスト膜が形成される。
【００３７】
レジスト液がウエハ２周縁に到達した後、ウエハ２の回転数をＲ３に切り換える。この場合、Ｒ３は回転数Ｒ２と同じか、或いは少し高い回転数とする。この回転によりウエハ２表面にはより均一なレジスト膜が形成される。
【００３８】
所定時間の後、ウエハ２の回転を停止させる。これにより、所定の膜厚のレジスト膜がウエハ２表面に形成される。
【００３９】
次に、上記のようにして形成されたレジスト膜のウエハ２内での膜厚分布について調査した結果について説明する。
【００４０】
直径６インチのベアウエハを用い、粘度６９ｃｐのレジスト液を用い、常温中でレジスト液を塗布した。回転数Ｒ１を６５００ｒｐｍとして、約１秒間、ウエハを高速回転させた後、回転数Ｒ２をパラメータとし、１０００、１２００、１５００、２０００ｒｐｍの４条件で各２０秒間、ウエハを低速回転させた。低速回転後の回転数Ｒ３は低速回転時の回転数と同じとした。高速回転から低速回転に移る期間に１．５秒間、続けてレジスト液を吐出した。この場合、低速回転中の吐出時間は０．５秒であった。
【００４１】
このようにして形成した、直径６インチのベアウエハ２内でのレジスト膜の膜厚分布を調査した。その調査結果を図４に示す。図４は、低速回転での回転数Ｒ２をパラメータとしてウエハ２内でのレジスト膜の膜厚分布について調査した結果を示すグラフである。左の図がウエハ２内横方向の分布を示し、右の図がウエハ２内縦方向の分布を示す。ともに、横軸がウエハ２内の位置（ウエハの直径を等間隔で分割したときの位置を通し番号で示した。）を示し、縦軸がレジスト膜の膜厚（ｎｍ）を示す。
【００４２】
図４によれば、Ｒ２＝１０００ｒｐｍで膜厚約５．３μｍ、Ｒ２＝１２００ｒｐｍで膜厚約５μｍ、Ｒ２＝１５００ｒｐｍで膜厚約４．６μｍ、Ｒ２＝２０００ｒｐｍで膜厚約４μｍのレジスト膜が得られた。回転数Ｒ２の調整により、相当の範囲でレジスト膜の膜厚制御を行えることが分かった。
【００４３】
また、各回転数で、ウエハ２内でのレジスト膜の膜厚分布はばらつきが少なく、良好な結果が得られた。
【００４４】
以上のように、この発明の実施の形態のレジスト塗布方法によれば、ウエハ２を４０００回転／分（ｒｐｍ）以上の高速回転で回転させつつ、ウエハ２表面の中央部付近にレジスト液を供給しているので、ウエハ２表面の塗布液はウエハ２の周辺部に急激に広がる。そして、レジスト液がウエハ２の周縁に到達する前に或いは到達した直後に、ウエハの回転数を４０００ｒｐｍ未満の低速回転に減速している。
【００４５】
高速回転により先に形成された薄い被膜により、その後に供給されるレジスト液の流れがよくなるため、低速回転により後に形成される所望の膜厚の被膜形成において膜厚の均一性をより一層向上させることができる。また、低速回転により、減速後に新たにウエハ２表面の中央部付近に供給されたレジスト液がウエハ２外へ飛散するのを抑制することができる。レジスト膜の膜厚は、例えば、低速回転の回転数を調整することにより可能である。
【００４６】
このように、レジスト液の供給中に、ウエハ２の回転数を高速回転から低速回転へ減速することにより、高速回転によるレジスト液が広がり易い作用と、低速回転によるウエハ２外への飛散量を抑制する作用とが相まって、必要最少限のレジスト液の量によりウエハ２表面全体にわたり均一な膜厚のレジスト膜を形成することができる。
【００４７】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【００４８】
例えば、実施の形態では、塗布液としてレジスト液を用いているがこれに限られない。エッチング、前処理、又は後処理等のための他の薬液に対してこの発明を適用してもよい。
【００４９】
また、高速回転と低速回転の境界の回転数を４０００ｒｐｍとしているが、これに限られない。塗布液の種類等により適宜変更可能である。
【００５０】
また、高速回転での回転数Ｒ１を６５００ｒｐｍとし、低速回転での回転数Ｒ２を１０００、１２００、１５００、２０００ｒｐｍとしているが、これに限られない。塗布液の種類等により適宜変更可能である。
【００５１】
また、塗布液の供給継続時間を２秒以内としているが、適宜変更可能である。
【００５２】
また、基板として円形状のウエハを用いているが、これに限られない。四角形状のガラス基板その他を用いることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の塗布方法によれば、塗布液の供給中に、基板の回転数を４０００回転／分（ｒｐｍ）以上の高速回転から４０００ｒｐｍ未満の低速回転へ減速することにより、高速回転による塗布液が広がり易い作用と、低速回転による基板外への飛散量を抑制する作用とが相まって、必要最少限の塗布液の量により所定の膜厚の塗布膜を形成することができる。
【００５４】
また、高速回転により先に形成された薄い被膜により、その後の塗布液の流れがよくなるため、低速回転により後に形成される所望の膜厚の被膜形成において膜厚の均一性をより一層向上させることができる。
【００５５】
以上により、本発明の塗布方法によれば、塗布液使用量を削減することができるとともに、基板表面全体にわたり均一な膜厚の被膜形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である塗布方法におけるウエハの回転開始時期、レジスト液の供給開始時期、回転数の切り換え時期、レジスト液の供給停止時期及びウエハの回転停止時期を示すタイムチャートである。
【図２】本発明の実施の形態である塗布方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態である他の塗布方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態である塗布方法により形成されたレジスト膜のウエハの低速回転の回転数による膜厚依存性及びウエハ内での膜厚分布を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態である塗布方法に用いられる塗布装置の構造を示す模式図である。
【図６】従来例である塗布方法を示す模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図７】従来例である塗布方法により形成されたレジスト膜のウエハ内の塗布状態を示す平面図である。
【図８】従来例であるスタティック法によるレジスト液の塗布方法を示すタイムチャートである。
【図９】従来例であるダイナミック法によるレジスト液の塗布方法を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ノズル
２ウエハ（基板）
３基板保持部（チャック部）
４カップ
５回転軸
６モータ
７レジスト液回収タンク
８排気タンク
９配管
１０排気管
１１ａ、１１ｂ高速回転により形成されたレジスト膜
１２ａ、１２ｂ低速回転により形成途中のレジスト液

Claims

基板上に塗布液を供給し、前記基板を回転させることにより前記塗布液を前記基板表面に拡げて前記基板上に塗布膜を形成する塗布方法において、
前記基板を４０００回転／分以上の高速回転に加速後に前記基板上への前記塗布液の供給を開始して前記塗布液を前記基板上に拡げ、
該塗布液の供給中に前記塗布液が前記基板の周縁に到達した直後に前記塗布液を供給しつつ前記基板の回転速度を減速し、
前記基板の回転速度が４０００回転／分未満の低速回転に到達後速やかに前記塗布液の供給を停止することを特徴とする塗布方法。
前記低速回転の回転数を調整することにより前記塗布膜の膜厚を調整することを特徴とする請求項１記載の塗布方法。
前記基板を前記高速回転させることにより薄い塗布膜を形成し、前記薄い塗布膜上に更に所望の膜厚を形成するよう前記低速回転の回転数を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の塗布方法。
前記塗布液の供給時間を２秒以内とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の塗布方法。
前記高速回転は粘度７ｃｐの塗布液で４０００回転／分以上であり、又は、前記高速回転は粘度６９ｃｐの塗布液で６５００回転／分以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の塗布方法。