JP4390623B2

JP4390623B2 - 薄膜形成方法

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Publication number: JP4390623B2
Application number: JP2004144153A
Authority: JP
Inventors: 勝中谷; 克文中西; 鈴木　　教章
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: JP2005327879A

Description

本発明は、薄膜形成方法に係り、特に半導体ウェーハの表面にフォトレジスト膜などの薄膜を形成する薄膜形成方法に関する。

ウェーハプロセスにおいて、ウェーハの表面にレジスト膜などの薄膜を形成する方法として様々なものが提案されている。図７は、従来技術に係る薄膜形成方法を示す斜視図である。１０はシリコンウェーハ、１３はノズル、１７は回転ステージである。

図７に示したレジスト膜の形成方法は、まず回転ステージ１７の表面にシリコンウェーハ１０を吸着させ、次に回転ステージ１７を回転させながらノズル１３からレジスト液をシリコンウェーハ１０の中心部に滴下させるものである。この方法によれば、レジスト液が遠心力で拡がって行くので、比較的均一な膜厚のレジスト膜を得ることができる。

ところで、上記の方法では、滴下されたレジスト液に遠心力に起因する液流を生じてレジスト膜の表面に凹凸が生じることがある（例えば、特許文献１参照）。また、シリコンウェーハ１０を回転ステージ１７へ吸着した状態で高速回転させると、シリコンウェーハ１０の裏面に微細なキズを生じたり、パーティクルが付着するなど、シリコンウェーハ１０へダメージを与えることがある。このようなダメージは、後工程に影響を与える。

そこでその対策として、レジスト吐出口を一列に並べて設けたノズルを準備し、回転させずに保持したシリコンウェーハの表面にこのノズルを使ってレジスト液を滴下する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、シリコンウェーハの回転に伴う問題を回避することが可能である。

しかしながら、この方法では、シリコンウェーハの縁辺から流れ落ちた、または、シリコンウェーハの周辺に滴下されたレジスト液がウェーハの裏面に付着するなど２次的な問題が発生することになる。また、シリコンウェーハの表面に残らずに流れ落ちたレジスト液は、当然のことながら写真工程で用いるレジスト膜とはならないので、経済的な観点からも改善の余地がある。また、手作業で塗布すれば、シリコンウェーハの裏面にダメージを与えずにほぼ均一の厚さの薄膜をことが可能であるが、作業効率が低い上に１００μｍ以下の膜厚に制御することも困難なので、生産に適用する上で好ましい方法とは言い難い。
特開２００３−１２６７５７号公報特開２００３−１２４１０８号公報

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、レジスト膜等の薄膜をウェーハの表面に形成するときに、ウェーハの裏面にダメージを与えることを低減でき、かつ、薄膜形成液がウェーハの縁辺から流れ落ちてウェーハの裏面に付着することを低減可能な薄膜形成方法を提供することを第１の目的とする。さらに、１００μｍ以下の膜厚にすることが容易な薄膜形成方法を提供することを第２の目的とする。

本発明は、ステージから突出するように設けられた複数の保持体で半導体ウェーハを該ステージから離隔した状態に保持し、
前記ステージの上方において水平移動自在に、かつ、薄膜形成液を滴下可能に設けられたノズルにより、薄膜形成液を前記半導体ウェーハの縁辺側から中心に向かってらせんを描くように滴下して、前記半導体ウェーハの上面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記半導体ウェーハの表面に滴下された前記薄膜形成液にレーザ光を照射して前記薄膜形成液の硬化を促進する薄膜形成方法において、前記半導体ウェーハの縁辺側から中心に向かってらせんを描くようにレーザ光を移動照射することを特徴とする。

したがって、上記手段によれば、ステージから離隔した状態で半導体ウェーハを保持し、この半導体ウェーハの縁辺側から中心に向かって薄膜形成液を滴下するので、先に滴下された液が後から内周側に滴下された液の堤防のような役割を果たして半導体ウェーハの裏面にダメージを与えず、かつ、半導体ウェーハの縁辺から流れ出て薄膜形成に寄与しない液量を低減することができる。また、薄膜形成液が半導体ウェーハの縁辺から流れ出ても、そのまま半導体ウェーハの縁辺から滴下し、半導体ウェーハの裏面に回り込むことを低減できる。さらに、１００μｍ以下の膜厚にすることも容易である。

なお、本発明は、上記手段において、前記薄膜形成液を、前記半導体ウェーハの縁辺に沿って環状に滴下してから、前記半導体ウェーハの縁辺側から中心に向かってらせんを描くように滴下することができる。

本発明によれば、半導体ウェーハをステージから離隔した状態で、半導体ウェーハの縁辺側から薄膜形成液を滴下するので、半導体ウェーハにダメージを与えることなく任意の膜厚の薄膜を形成することができるので、薄膜形成に係る製造工程の生産性を向上することができる。

本発明は、薄膜形成方法において、半導体ウェーハをステージから離隔した状態で、薄膜形成液を半導体ウェーハの縁辺側から中心側に向かってらせんを描くように滴下するところに大きな特徴がある。以下に、この特徴を有する実施例について図面を参照しながら詳しく説明する。また、以下の説明ではフォトレジスト膜を形成する工程を事例として取り上げるが、本発明は、フォトレジスト膜形成に限られるものではなく、滴下形成可能であれば電気的絶縁や物理的衝撃に対する保護を目的とする樹脂膜など他の用途の膜にも好ましく適用できる。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の変形を加えることが可能である。例えば、保持体としてのスペーサの配置や形状に関する詳細な部分については、実施例として記載したものに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において構造などについて変更可能である。

図１は、本発明の実施例１に係るフォトレジスト膜の形成方法を示す説明図であり、（ａ）はフォトレジスト液の滴下方法を示す斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。図１において、１０はシリコンウェーハ、１１はステージ、１２ａ，１２ｂ，１２ｃはスペーサ、１３はノズル、１４は滴下開始時におけるノズル、２０は滴下位置の軌跡である。また、図２は、本発明の実施例１におけるフォトレジスト液の滴下状態を示す斜視図である。図２において、１５はフォトレジスト液であり、その他の符号は図１の符号と同じものを示す。

実施例１においては、図１（ａ）に示すように、まずシリコンウェーハ１０をスペーサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ上に配置する。これによって、図１（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１０は、ステージ１１から離れた状態で保持されている。なお、フォトレジスト液を塗布するウェーハは、単結晶珪素のウェーハに限られるものではなく、炭化珪素など他の半導体材料であっても良い。また、スペーサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ガラスなどシリコンウェーハにダメージを与えにくいものであれば材質は特に問わないが、シリコンウェーハ１０との接触面積をなるべく小さくすることが好ましい。さらに、シリコンウェーハを保持するスペーサの個数は、３個に限られるものではなく、４個以上設けてもよいが、シリコンウェーハとの接触面積を小さくするという観点から３個とすることが好ましい。くわえて、シリコンウェーハが比較的厚いものであって、その側方、つまり周側面側からの応力に一定程度耐えるものであれば、スペーサによってシリコンウェーハをその周側面から挟み込むようにして保持しても良い。この場合、スペーサはステージに固着されるのではなく、任意の位置にずらせるようにしておくことが好ましい。このようにすれば、シリコンウェーハの裏面とスペーサが接触することがないので、フォトレジスト液がシリコンェーハの裏面に回り込むことを確実に防止できる。

そして、図１（ａ）に示すように、ノズル１３を、滴下開始時におけるノズル１４に示す位置から、すなわちシリコンウェーハ１０の縁辺から、シリコンウェーハ１０の中心に向かってらせんを描くように動かす。これと同時に、ノズル１３からフォトレジスト液を滴下する。そうすると、フォトレジスト液は、図２に示すようにシリコンウェーハ１０の縁辺かららせん状に滴下され、図１（ａ）の滴下位置の軌跡２０に示すようならせん模様を描いて行く。滴下された液は次第に拡がり、シリコンウェーハ１０の表面全体がほぼ均一の厚さのフォトレジスト液に覆われた状態となる。

上記の状態になった後に周知の写真工程を実行すれば、特定のパターンを有するフォトレジスト膜を形成することができる。すなわち、背景技術として述べた薄膜形成方法を採用する場合と同じような薄膜を形成することが可能である。

そして、この実施例においては、シリコンウェーハ１０の縁辺から中心に向かってフォトレジスト液を滴下するので、シリコンウェーハ１０の縁辺に滴下した液によってその内周側に滴下された液がシリコンウェーハ１０から流れ落ちることをある程度防止するので、フォトレジスト液の裏面への回り込みを低減できる。さらに、シリコンウェーハ１０の縁辺からからはみ出したフォトレジスト液は、そのほとんどがステージ上に滴下してシリコンウェーハ１０の裏面に回り込みにくいので、裏面側に無用なフォトレジスト膜が形成されることがない。また、シリコンウェーハ１０とスペーサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの接触面積が小さいので、スペーサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによるフォトレジスト液の裏面への回り込みもごく一部の範囲に限られる。

なお、以上の説明においては、フォトレジスト膜の形成対象とするシリコンウェーハを円形の輪郭を持つものとして説明しているが、必ずしも円形である必要はない。要するに、ノズルをシリコンウェーハの縁辺から中心に向かってらせん状を描くように徐々に移動させながらフォトレジスト液を滴下するのであれば、円形でないシリコンウェーハにも同様に適用できる。

図３は、本発明の実施例２に係るフォトレジスト膜の形成方法を示す説明図であり、（ａ）はシリコンウェーハへのフォトレジスト液滴下の第１ステップを示す平面図であり、（ｂ）はその第２ステップを示す平面図である。図３において、２１，２２は滴下位置の軌跡であり、その他の符号は図１の符号と同じものを示す。

この実施例は、実施例１とフォトレジスト膜の形成方法が異なっており、２つのステップによって形成している。まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１０の縁辺に沿ってあたかも円を描くようにノズル１３を動かす。なお、このときには、ノズル１３を少なくとも１周、好ましくは２周に渡って動かす。次に、図３（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１０の縁辺から、シリコンウェーハ１０の中心に向かってらせんを描くように動かす。

この実施例においては、実施例１の利点に加えて、シリコンウェーハ１０の縁辺へのフォトレジスト液の滴下を繰り返すことによって、このフォトレジスト液がその内周側に滴下されるフォトレジスト液の流れ落ちを防ぐ堤防の役割を果たすので、フォトレジスト液がシリコンウェーハ１０から流れ落ちることをより確実に防止できるという利点がある。

続けて、実施例２に係るフォトレジスト膜の形成方法の実験結果について説明する。図６は、実施例２に係るフォトレジスト膜の形成方法の実験結果を示す説明図である。この実験においては、ディスペンサー装置を用いてフォトレジスト膜を形成した。また、ノズルをシリコンウェーハの縁辺から２周させ、それから中心に向って等間隔でらせん状に７周動かしながらフォトレジスト液を滴下した。そして、これらの動作を４０秒で完了するようにノズルの移動速度を設定した。そして、滴下して形成されたフォトレジスト膜の膜厚を図に示した２１カ所のポイントで測定した。この実験を３回繰り返した結果、平均膜厚が２４．３μｍとなり、１００μｍよりも相当薄い膜を形成できることが分かった。また、手作業によるフォトレジスト液の塗布と比較した場合、その５分の１の時間でシリコンウェーハの前面に滴下できることも分かった。さらに、この方法と手作業による塗布を施す方法とのフォトレジスト液の自然乾燥時間の差を調べたところ、１２分の１の時間で乾燥できることも分かった。

図４は、本発明の実施例３に係るフォトレジスト膜の形成方法を示す平面図である。図３において、２３は滴下位置の軌跡であり、その他の符号は図１の符号と同じものを示す。

本発明は、以上の特徴に加えて、フォトレジスト膜をシリコンウェーハの一部にのみ形成することができるという特徴がある。すなわち、シリコンウェーハ１０のフォトレジスト膜を形成したい領域の外縁側から、その領域の中心に向かってらせんを描くようにノズル１３を動かす。これによって、外縁側のフォトレジスト液がその内周側のフォトレジスト液の流動を押さえるので、部分的なフォトレジスト膜を形成することが非常に容易である。

図５は、本発明の実施例４に係るフォトレジスト膜の形成方法を示す斜視図である。図５において、１６はレーザ発信器を示し、他の符号はすべて図１及び図２と同じものを示す。

この実施例においては、フォトレジスト液がシリコンウェーハ１０から流れ落ちを防止すると共に、フォトレジスト液の硬化時間の的確な管理を可能にしたものである。すなわち、滴下したフォトレジスト液１５に対してレーザ発信器１６からレーザ光を照射することによって、フォトレジスト液１５の硬化を促進可能にしている。したがって、シリコンウェーハ１０の縁辺へのフォトレジスト液１５の滴下後すぐにレーザ光を照射すれば、照射されたフォトレジスト液１５がある程度硬化するので、流れ落ちを確実に防止できるという利点がある。また、レーザ光を狭い範囲に照射することによって、フォトレジスト液の任意の領域のみを硬化させることができるので、シリコンウェーハ１０上に滴下したフォトレジスト液を短時間のうちに、かつ、全体を同時に硬化させることも可能になる。

本発明の実施例１に係るフォトレジスト膜の形成方法を示す説明図であり、（ａ）はフォトレジスト液の滴下方法を示す斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。本発明の実施例１におけるフォトレジスト液の滴下状態を示す斜視図である。本発明の実施例２に係るフォトレジスト膜の形成方法を示す説明図であり、（ａ）はシリコンウェーハへのフォトレジスト液滴下の第１ステップを示す平面図であり、（ｂ）はその第２ステップを示す平面図である。本発明の実施例３に係るフォトレジスト膜の形成方法を示す平面図である。本発明の実施例４に係るフォトレジスト膜の形成方法を示す斜視図である。実施例２に係るフォトレジスト膜の形成方法の実験結果を示す説明図である。従来技術に係る薄膜形成方法を示す斜視図である。

符号の説明

１０：シリコンウェーハ
１１：ステージ
１２ａ：スペーサ
１２ｂ：スペーサ
１２ｃ：スペーサ
１３：ノズル
１４：滴下開始時におけるノズル
１５：フォトレジスト液
１６：レーザ発信器
１７：回転ステージ
１０：シリコンウェーハ
２０：滴下位置の軌跡
２１：滴下位置の軌跡
２２：滴下位置の軌跡
２３：滴下位置の軌跡

Claims

ステージから突出するように設けられた複数の保持体で半導体ウェーハを該ステージから離隔した状態に保持し、
前記ステージの上方において水平移動自在に、かつ、薄膜形成液を滴下可能に設けられたノズルにより、薄膜形成液を前記半導体ウェーハの縁辺側から中心に向かってらせんを描くように滴下して、前記半導体ウェーハの上面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記半導体ウェーハの表面に滴下された前記薄膜形成液にレーザ光を照射して前記薄膜形成液の硬化を促進する薄膜形成方法において、
前記半導体ウェーハの縁辺側から中心に向かってらせんを描くようにレーザ光を移動照射することを特徴とする薄膜形成方法。
前記薄膜形成液を、前記半導体ウェーハの縁辺に沿って環状に滴下してから、前記半導体ウェーハの縁辺側から中心に向かってらせんを描くように滴下することを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。