JPH04264714A - レジスト塗布方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等の製
造工程において、ウエハ表面に露光用のレジストを塗布
するに適したレジスト塗布方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体集積回路の製造では、回路
形成法として、レジストを用いた写真蝕刻技術（フォト
リソグラフィ）が広く用いられている。この技術は、ウ
エハ表面上にレジストを塗布して塗膜を作り、紫外線を
用いてこれにマスクパターンの像を投影露光することに
よりレジストを部分的に感光させ、さらに現像処理を経
ることによりエッチング等の加工対象部分を露出させ、
加工を限定した領域で行わせることにより微細パターン
を形成するものである。

【０００３】レジストの塗布は従来、図２のようにスピ
ン方法により行われていた。即ち、ウエハ保持板５、回
転軸６、真空孔７より成り立つスピンナ４上にウエハ１
を搭載し、上方のノズル３よりレジスト２を滴下しなが
ら、スピンナ４を高速回転させることにより、遠心力を
利用しレジスト２をウエハ１の外周方向に向けて拡げる
ものである。そして、回転速度や回転時間等を制御して
、均一な塗布を実現しようとしている。

【０００４】しかしながら、この従来の方法では、（１
）レジスト塗布膜厚の放射状（半径ｒ）方向変化（図３
）、（２）レジストの粘度に起因する脈理（ストリエー
ション）の発生（図４）、等のマクロやミクロの膜厚変
動が発生し、露光現像後に形成されるパターン寸法精度
を悪化させる原因となっていた。そこで、特開昭６０−
７４６２４号公報のようにスピンナに逆回転を加えたり
、特開昭６０−１３０８３０号公報のように遊星歯車を
用いて、ウエハを水平面内で公転、自転の両方をさせる
といった方策が考案され、ウエハ全面にわたるレジスト
膜厚の均一化や脈理の低減に役立てられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら上記
従来手法は、十分なパターン寸法精度を得ることを目的
としていたため、放射状の膜厚変化といったマクロ的な
、あるいは、脈理のようにミクロ的な塗布膜厚変動の改
善は、均一性何パーセント以内といった仕様の範囲内で
行なわれていた。ところで、最近の半導体集積回路のパ
ターン微細化に伴ない、レジストの膜厚変動は、単にパ
ターン寸法精度に影響を与えるだけでなく、露光時のア
ライメントに対しても、その精度に大きな影響を及ぼす
ようになってきた。

【０００６】しかしながら、従来のレジスト塗布方法で
は、レジストの非対称な膜厚変動を押えて高精度なアラ
イメントを行う点について十分考慮されていなかった。

【０００７】本発明の目的は、このアライメント精度に
影響を与えるアライメントマークの周辺における局所的
かつマーク中心に対して非対称なレジストの膜厚変動の
低減を図ることにあり、そのために最適なレジスト塗布
方法及びその装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明ではスピンナ上へレジストを滴下し、スピン
ナの遠心力にてウエハ表面にほぼ均一に塗布する工程か
ら、レジスト内に含まれる溶剤が気化する乾燥工程に至
る間に、レジストの局所的塗布膜厚変動を解消する作用
を付加した。

【０００９】このレジストの局所的膜厚変動を解消は、
ウエハ表面に対して、垂直もしくは、求心的な力又は加
速度を加えることにより実現され、空気流のくさび効果
、ウエハ面に垂直方向に加わる遠心力等の手段をとるこ
とで可能になる。

【００１０】

【作用】図７のようなレジストの局所的な膜厚変動は、
アライメントマーク等のウエハ上の凹凸部に粘性を有す
るレジストを塗布する際に、スピンナの遠心力でレジス
トがウエハに対して放射状に流れるため、凹凸部の片側
で、レジストの溜りが生じることにより発生する。これ
までのレジスト塗布方式では、レジストの空気側の表面
２１が何らの拘束もない自由開放状態にあったために、
上記局所的な膜厚変動の解消を図ることができなかつた
。本発明は、図８に示すようにこの無拘束のレジスト２
の空気側表面２１に、垂直もしくは求心方向に力ｐもし
くは、加速度ｇを加えることにより、粘性流体であるレ
ジスト２の表面張力を減少させ、レジストの表面２１の
凹凸を低減させ２２のように平坦化することを特徴とす
る。そして、その結果として、レジストの局所的な膜厚
変動を無くし、アライメント検出系における検出信号の
アライメントマーク中心に対する非対称性を解消し、高
精度にアライメントを実現することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図を用いて
説明する。

【００１２】図１は、本発明の第１の実施例である。こ
の実施例では、ウエハ表面に対して垂直あるいは求心方
向の力を加えることにより、レジストの局所的膜厚変動
の解消を図ろうとするものであり、力の発生を空気流中
のくさび効果を利用して行っている。

【００１３】ウエハ１は、ウエハ保持板５、回転軸６、
真空孔７から成るスピンナ４上に置かれている。ウエハ
１の上方には、レジストを滴下するノズル３に加えて、
上下方向に動くガイド２６とアクチュエータ２５を有す
る上下動機構２４に取り付けられた、くさびスクリュー
板２８がある。図１２に示すシーケンスに従い動作を説
明する。まず、スピンナ４にウエハ１をロード（５０）
し、ノズル３よりレジスト２を滴下する際（５１）には
、くさびスクリュー板２８は上方に退避した状態に置か
れる。スピンナ４によりウエハ上にほぼ一様にレジスト
が塗布されると、局所的膜厚変動の解消を行うため、く
さびスクリュー板２８が下降する（５２）。ウエハは、
局所的膜厚変動解消後、乾燥モード（５３）に入るが、
この際にも、くさびスクリュー板２８は上方に退避する
。乾燥後、アンロード（５４）されたウエハ１は、さら
にベークから露光の工程へと送られる。

【００１４】図９，図１０は、くさびスクリュー板２８
のくさび部分２９のパターンを示したものであり、又、
図１１は、くさび部分２９の円周に沿った方向の断面状
態を拡大したものである。図１１のように傾斜するくさ
び表面３０を有するくさびスクリュー板２８を、レジス
ト２を塗布したウエハ１に接近された時、ウエハ１が３
１の方向に高速回転していると、流体（空気）のくさび
効果により、表面にほぼ垂直に力ｐ１が発生し、レジス
ト表面の平坦化が行われる。

【００１５】図９のように、くさび部分２９のパターン
が放射状の場合、内外周で力ｐ１，ｐ２の方向は共に円
周方向を向き、ウエハの内外周で、くさび表面３０とウ
エハ１の間隔ｈが等しい場合、ウエハ１の風速が内外周
で異なるため、外周に位置するほど、発生する力が大き
くなり、平坦化の効果が大きくなる。ただし、レジスト
の粘度が小さい場合には、くさび表面３０とウエハ１の
間隔ｈを半径方向にそって変化させて、内外周で発生す
る力の大きさを変化させる必要がある。

【００１６】図１０のように、くさび部分２９のパター
ンがらせん状のように描かれる場合には、内外周で発生
する力ｐ１，ｐ２の方向は図９の場合に比べて求心的に
なり、スピンナの遠心力によるレジストの流れに逆らう
ことにより局所的膜厚変動の解消を行うことができる。 また、半径方向に沿った力の大きさは、図９で述べたと
同様、くさび表面３０とウエハ１の間隔ｈを半径方向に
そって変化させることによって制御することができる。 尚、このように求心的な力を加えると、脈理による局所
的膜厚変動の解消にも効果的である。

【００１７】図１３は、本発明の第２の実施例を示した
ものである。この方法では、ウエハのレジスト表面に垂
直方向の加速度を加えることにより、レジストの局所的
膜厚変動の解消を図っている。即ち、第１のモータ６１
、第１の回転軸６２、真空チャック機能を有するウエハ
保持板５からなるスピンナユニット６３と、カバー６４
、レジスト滴化用ノズル３を第１のアーム６５で支持し
た自転機構６０と、第２のモータ７１、第２の回転軸７
２、カウンタバランス７３、第２のアーム７４から成る
公転機構７０を、自在継手７５でつないだ構造をとる。

【００１８】図１２のシーケンスにおけるレジスト滴下
、塗布工程（５１）では、第２のモータ７１の回転を止
めておく。この時、自転機構６０は、自重で下がり、ウ
エハ１の表面は水平になる。この状態で、第１のモータ
６１を回転させ、ノズル３よりレジスト２を滴下すると
、ウエハ１上に従来同様、レジスト２の塗膜が形成され
る。塗布工程５１から乾燥工程５３に至る途中で、第２
のモータ７１を高速回転させると、自転機構６０には遠
心力が働き６０′の破線で示すように、自在継手７５を
軸にして傾斜する。従って、ウエハ表面には、遠心力に
よる表面に垂直な加速度ｇが加わることになり、乾燥前
の以前として粘性を有するレジスト２の表面の平坦化を
することができる。

【００１９】この例では、ウエハを枚葉処理するために
、カウンタバランス７３を設けたが、実施にあたっては
、第２の回転軸７２に複数の第２のアーム７４を介して
複数の自転機構を接続するウエハのバッチ処理方法を採
用しても差し支えない。

【００２０】尚、第１，第２の実施例ではノズル３のみ
を表示したが、実際には、レジストタンク、ポンプ、配
管系を有するのは自明である。

【００２１】以上に説明したようにウエハ１上にレジス
トを塗布して図８に点線２２で示すようにレジスト表面
を平坦化した（局所的膜厚変動解消した）後、図１２に
示すように乾燥モード５３に入り、乾燥後、アンロード
５４されたウエハ１は、更にベーク工程をへて次に説明
する投影式露光装置に搬入され、アライメントされて投
影露光される。

【００２２】図５に、投影式露光装置であるステッパの
概略構成を示す。マスク１１のパターン１６を、照明系
１０の紫外線を用い、投影レンズ１２を介して、ウエハ
１上にチップ１４毎に投影露光する際に、例えばウエハ
１上に、１チップ毎アライメントマーク１５を設けてお
き、これを、アライメント検出系１３ａ，１３ｂで検出
し、マスクとウエハの位置を修正するのがアライメント
である。図６はアライメントマーク１５の付近を拡大し
たもので、この例では、長手の矩形パターンが用いられ
ている。尚、１７はアライメント用の光束である。この
アライメントマーク１５の断面構造を図７に示すが、エ
ッチング等により通常は多層構造の下地１９を有するウ
エハ１の一部を加工して、凹凸構造のマーク１５を設け
ており、これをアライメント検出系１３ａ，１３ｂで検
出する。一般に、アライメント検出系の精度は、最小パ
ターン寸法の数分の１といわれており、例えば、０．５
μｍの最小パターン寸法に対しては、０．１μｍのアラ
イメント精度が必要とされる。このようなアライメント
マーク１５の上に、前記に説明したとおり、図８に示す
ように表面を平坦化されたレジストが塗布されているた
め、アライメント検出系１３ａ，１３ｂから検出される
検出信号は、光透過性を有するレジスト内での多重干渉
後の反射光量に基づくものであるので対称性は確保でき
る。そしてこのようにアライメント検出系１３ａ，１３
ｂから対称性が確保された検出信号が得られるため、対
称軸がアライメントマーク１５の中心位置と一致するこ
とになり、高精度のアライメントを実現することができ
る。例えば、アライメントマーク１５の長手方向が投影
レンズ１２の光軸に向いていれば、更に、効果が顕著と
なる。

【００２３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ウエハ上にレジ
ストを塗布する際に、アライメントマーク等、ウエハの
凹凸部分の近傍での局所的レジスト膜厚変動を押さえる
ことができるため、アライメント系の精度を向上させる
ことができるとともに、ウエハ上に形成される回路等の
パターン寸法をこれまで以上に精度よく制御できる。し
たがって、特にパターン寸法が微細化される傾向に半導
体集積回路の製造歩留まり向上に効果があり、その結果
としてのコスト低減にも役立つ。

【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第１の実施例
を示した側断面図である。

【図２】従来のレジスト塗布装置を示した側断面図であ
る。

【図３】レジストのマクロな膜厚変動を示した側断面図
である。

【図４】レジスト表面の脈理を示した図である。

【図５】本発明に係る露光装置とアライメント検出系の
関係を示す斜視図である。

【図６】アライメントマークの形状を示す斜視図である
。

【図７】アライメントマークとレジスト局所的膜厚変動
の関係を示す断面図である。

【図８】本発明の原理であるアライメントマーク上での
レジスト表面の平坦化現象を説明するための断面図であ
る。

【図９】図１に示すくさびスクリュー板に形成された放
射状くさびパターンを示す正面図である。

【図１０】図１に示すくさびスクリュー板に形成された
らせん状くさびパターンを示す正面図である。

【図１１】図１に示すくさび部の円周方向に沿った拡大
断面図である。

【図１２】本発明に係るレジスト塗布シーケンスを示す
図である。

【図１３】本発明に係るレジスト塗布装置の第２の実施
例を示した側断面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ、２…レジスト、３…ノズル、４…スピンナ
、１５…アライメントマーク、２８…くさびスクリュー
板、６０…自転機構、７０…公転機構。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板にレジストを塗布する方法において、
   スピンナを用いてレジストを滴下、塗布した後、乾燥に
   到るまでの間に、基板上のレジスト表面にほぼ垂直もし
   くは求心的な力又は加速度を加えることにより、レジス
   トの局所的膜厚変動を解消することを特徴とするレジス
   ト塗布方法。
2. 【請求項２】上記レジスト表面に垂直もしくは求心的な
   力を加えることを、くさび表面を有するスクリュー板を
   基板に接近させ、２回転させることにより、スクリュー
   板表面とレジスト表面の間に存在する空気流のくさび効
   果により行うことを特徴とする請求項１記載のレジスト
   塗布方法。
3. 【請求項３】上記レジスト表面に垂直方向加速度を加え
   ることを、上記基板を回転させて遠心力を発生させて行
   うことを特徴とする請求項１記載のレジスト塗布方法。
4. 【請求項４】基板にレジストを塗布する装置において、
   基板上にレジストを滴下して塗布するスピンナ手段と、
   基板上に塗布されたレジスト表面にほぼ垂直もしくは求
   心的な力又は加速度を加えてレジストの膜厚を均一化さ
   せるレジスト膜厚均一化手段とを備えたことを特徴とす
   るレジスト塗布装置。
5. 【請求項５】上記レジスト膜厚均一化手段として、レジ
   スト表面の間に存在する空気流のくさび効果を生ぜしめ
   るように基板に接近して回転するくさび表面を有するス
   クリュー板を備えたことを特徴とする請求項４記載のレ
   ジスト塗布装置。
6. 【請求項６】上記レジスト膜厚均一化手段として、上記
   基板を回転させて遠心力を発生させてレジスト表面に加
   速度を加えるように構成した手段を備えたことを特徴と
   する請求項４記載のレジスト塗布装置。