JPH06120129A

JPH06120129A - 薄膜塗布装置

Info

Publication number: JPH06120129A
Application number: JP26718592A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoshimura; 俊之吉村; Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤; Shinji Okazaki; 信次岡崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1992-10-06
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は基板に凹凸がある場合に、基
板の形状に従ったコンフォーマルなレジスト塗布を可能
にし、単層レジストで微細パターン形成を可能とするこ
とにある。【構成】基板１１上にノズル１４からレジスト１５を
滴下した後に、基板１１が固定された回転板１２を高速
回転させる。この際に気体吹き出し口１８から気体１９
を基板１１に向けて放出する。【効果】回転時に、気体１９から受ける外力によりレ
ジスト内に粘性流が生じ、レジスト１５が基板１１の凹
凸形状に従って塗布されて、コンフォーマなレジスト薄
膜形成が可能となることに効果がある。これにより単層
レジストで微細パターン形成を可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基板上にレジスト等の薄
膜を形成する塗布装置に関し、特に薄膜が基板の凹凸に
忠実な形状で形成可能な薄膜塗布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体加工や光ディスク加工にお
いては微細なパターンを形成するために、基板上に主に
有機材料からなるレジストと呼ばれる薄膜を形成し、こ
れに光や電子線等のエネルギー線を照射してレジスト内
の化学的結合状態を変化させ、そして現像液と呼ばれる
処理液中に基板を浸漬し、レジスト内の結合状態の違い
により生じた現像液への溶解性の差でレジストの微細パ
ターンを形成するという方法が取られてきた。

【０００３】ここで基板上へのレジスト薄膜の形成に
は、真空チャック等で基板を固定可能な回転板の上に基
板を設置し、溶媒に溶解したレジスト溶液を滴下し、回
転板を高速回転してレジスト溶液を遠心力により基板上
に展開することで薄膜を得るという回転塗布法が用いら
れてきた。ここでレジスト溶液中の溶媒は高速回転中の
飛散或いは、回転塗布後に基板を加熱することにより気
化させて除去される。これにより、基板上にはレジスト
分子からなる薄膜が形成される。

【０００４】半導体素子の集積化に伴い、形成するパタ
ーン寸法は微細化が益々要求されるようになってきた。
このため、基板上に形成するレジスト膜厚を高精度に制
御する必要が生じてきた。それは、同一の条件で現像を
行なっても、レジスト膜厚が変動すると、形成後のパタ
ーン寸法が変動してしまうからである。レジスト膜厚
は、レジスト溶液の濃度、粘度等の材料特性の他に、回
転塗布時の回転速度、回転時間、雰囲気温度や湿度等の
装置特性に依存する。このため、レジスト膜厚の制御並
びに基板上での均一性を保つために、材料成分の高精度
な管理は言うに及ばず、装置特性の厳密な管理等が行な
われてきた。

【０００５】図２に従来の薄膜塗布装置の概略を示す。
まず基板２１は回転板２２上に設置される。回転板２２
には図示しない真空チャック等により基板２１を固定す
る機構が付加されている。そして回転板２２は高速回転
可能なモータ２３に接続されており、固定した基板２１
を高速回転できるような構造となっている。基板２１上
方にはノズル２４が設置されており、ここからレジスト
２５溶液を基板２１に滴下する。レジスト２５溶液の滴
下後、モータ２３の駆動により回転板２２及び基板２１
は高速回転し、基板２１上のレジスト２５溶液が展開さ
れる。一定時間の回転後に回転を停止すると、均一な膜
厚のレジスト薄膜が基板２１上に形成されることとな
る。ここで上記の装置全体は容器２６及びカバー２７に
より覆われている。これら容器２６及びカバー２７は、
高速回転時に飛散するレジスト溶液を外部に漏出するこ
とを防止すること、場合によっては容器２６及びカバー
２７で覆われた空間を所望のガスで満たすこと、温調器
に接続することにより雰囲気の高精度な温度や湿度を制
御することに用いられている。

【０００６】従来法として、例えば特開平４−１４５６
１７に記載されているように、回転板２２、レジスト２
５の溶液供給系、及び容器２６及びカバー２７により覆
われた空間内の高精度な温度制御により、基板２１上の
レジスト膜厚の正確な制御が可能となっている。

【０００７】ところで、上述の内容は主に基板が平坦な
場合について述べたものであるが、通常の半導体基板で
は酸化やエッチング等で表面に数十ｎｍ乃至数千ｎｍの
凹凸がある。このような場合においても、回転塗布法に
よりレジストは基板上に形成することができる。例えば
ジャーナルオブエレクトロケミカルソサエティー第
１３８巻２１１５頁から２１２４頁（１９９１年）
(J. Electrochem. Soc. 138, 2115-2124 (1991).) に記
載されているように、基板上に凹凸がある場合にも回転
塗布法は有効で、レジストの形状は基板の凹凸に従って
変化し、その断面形状は基板の凹凸形状にほぼ近似でき
ることが理論及び実験で明らかにされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、形成す
るパターン寸法の微細化に伴い、以下の問題が発明者の
実験により明らかになってきた。

【０００９】形成するパターンが微細化すると、レジス
ト膜厚を薄膜化する必要がある。これはレジスト膜厚が
一定で形成パターンが微細化すると、パターン寸法と形
成後のパターン高さ（レジスト膜厚）の比を示すアスペ
クト比が増大し、パターンの安定性が低下するため、パ
ターンの倒壊や剥離等が生じてしまいパターン形成が困
難になるためである。また、パターンを形成するエネル
ギー線として電子線を用いた場合には、電子がレジスト
内や基板内で散乱されるために実効的な照射領域が広が
ることになる。このため微細パターンを形成するために
は、散乱領域を局所化すればよい。その目的のために、
レジストの薄膜化が有効であることが一般に知られてい
る。このためパターンの微細化とともに、レジスト膜厚
の薄膜化が要求されることになってきた。

【００１０】ところが、図３（ａ）に示すように基板３
１上に凹凸があり、レジスト３２の膜厚が凹凸の段差と
同等の場合には、レジストの膜厚に差が生じてしまい膜
厚が不均一となることがわかった。例えば段差が約１０
０ｎｍであり、膜厚約１００ｎｍの一層（単層）レジス
トで約１００ｎｍのパターンを形成した際に顕著に現れ
た。上記の従来例では、基板が平坦であったり、レジス
ト膜厚が段差に比べ大きかったり、対象とするパターン
が１０μｍ以上と大きかったために、この問題は生じて
いなかった。基板面の平坦化のために、公知の多層レジ
スト法を用いることも可能であるが、同方法は工程が複
雑であるという問題がある。

【００１１】そこで単層のレジストを用いて、レジスト
パターンをマスクとして基板３１をドライエッチングす
ると、基板３１のエッチングと同時にレジスト３２も少
量エッチングされる。ここで図３（ａ）の如くにレジス
ト膜厚に差がある場合には、エッチングの進行とともに
レジスト３２の内で膜厚が薄かった部分が消失し、図３
（ｂ）の如くに露出部分３３を生じてしまう。このため
に本来レジストで覆われているべき露出部分３３で基板
３１のエッチングが進行し、所望のエッチング形状が得
られなくなる。このようにパターンの微細化とともに、
基板上に凹凸がある場合での薄膜のレジスト塗布に関し
問題が生じてきた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、基板を回転板の上に設置し、基板上に薄膜を構
成する分子を含有する溶液を滴下し、回転板を高速回転
することで基板上で溶液を展開し、基板上に該分子から
なる薄膜を塗布形成する装置において、高速回転時に基
板上方より基板に向けて気体流を放出する手段を備えた
ことを特徴とする薄膜形成装置、若しくは上記薄膜形成
装置で回転板に基板を加熱する手段を備えたことを特徴
とする薄膜形成装置、若しくは上記薄膜形成装置で気体
流を加熱する手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装
置を用いればよい。

【００１３】

【作用】上記公知例ジャーナルオブエレクトロケミ
カルソサエティー第１３８巻２１１５頁から２１２４
頁（１９９１年）(J. Electrochem. Soc. 138, 2115-
2124 (1991).)では、レジストの回転塗布時にレジスト
溶液は基板上で粘性流体としてふるまうことが明らかに
されている。一般に回転塗布時にレジスト溶液にかかる
力としては、回転による遠心力及びレジスト溶液内の表
面張力があげられる。同公知例によれば、前者は塗布後
のレジスト薄膜の形状が基板の凹凸に従うように作用
し、後者は塗布後のレジスト薄膜の形状が水平となるよ
うに作用することが示されている。その結果として基板
の凹凸とレジスト膜厚が同等の場合には、図３（ａ）に
示すレジスト膜厚の不均一性が生じた。

【００１４】そこで図４（ａ）に示すように、凹凸のあ
る基板４１上で回転塗布されているレジスト４２の溶液
に、更に外力４３を加える。外力４３の方向としては鉛
直方向とする。この外力はレジスト膜厚を均一化させる
作用をし、レジスト４２内で矢印で示す粘性流が生じ
る。その結果、図４（ｂ）に示すように基板４１の凹凸
形状に従う断面形状を有した（コンフォーマルな、Conf
ormal）レジスト４２の薄膜形成が可能となる。コンフ
ォーマルなレジスト薄膜形成によれば、上記のようなエ
ッチング時の露出部分の形成を抑えることが可能とな
り、微細パターンを単層レジストで加工することが可能
となる。ここで外力４３の印加としては、気体流をレジ
スト４２に放射させることにより行なうことができる。
このように基板の凹凸形状に従ったレジスト薄膜を形成
すると、焦点深度が１０μｍ以上の電子線を用いた場合
に、特に効果が大きい。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により本発明について説明す
る。

【００１６】（実施例１）図１に本発明による薄膜塗布
装置の概略を示す。基板１１は回転板１２上に設置され
る。ここで基板１１としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の半導
体基板やＡｌ等の金属基板、ガラス等の絶縁物基板、或
いはそれらの積層構造からなる基板を用いる。基板１１
上には凹凸形状が含まれていてもよく、また平坦であっ
てもよい。基板１１が平坦である場合にも以下の議論は
成立する。ここでは基板１１をシリコンとし、この上に
１００ｎｍの段差が形成されている場合について述べ
る。回転板１２には図示しない真空チャック等により基
板１１を固定する機構が付加されている。そして回転板
１２は高速回転可能なモータ１３に接続されており、固
定した基板１１を高速回転できるような構造となってい
る。基板１１上方にはノズル１４が設置されており、こ
こからレジスト１５溶液を基板１１に滴下する。レジス
トとして、ここでは例えばネガ型電子線レジストである
ＲＤ−２０００Ｎ（登録商標、日立化成製）を用いる。
ここでこれらの装置全体は容器１６及びカバー１７によ
り覆われている。これら容器１６及びカバー１７は、高
速回転時に飛散するレジスト溶液を外部に漏出すること
を防止することに用いられている。基板１１の回転板１
２上へは、例えば容器１６上のカバー１７が移動して容
器１６とカバー１７との間に間隙を形成し、そこを図示
していない搬送機構により基板１１を移動させることで
回転板１２上に基板１１を設置する。レジスト１５溶液
の滴下後、モータ１３の駆動により回転板１２及び基板
１１は高速回転し、基板１１上のレジスト１５溶液が展
開される。回転時の加速度、回転数、及び回転時間は予
め設定が可能であり、ここでは例えば２００００回転／
（分）²の加速度で４０００回転／分の回転数まで加速
し、１分間回転させる。

【００１７】カバー１７には気体吹き出し口１８が設置
されており、ここから一様に気体１９が吹き出す機構と
なっている。気体吹き出し口１８の形状としては、基板
１１の大きさと同じ円形形状や直線形状等、基板１１の
凹凸形状に合わせて選択することができる。気体１９と
してはレジスト１５と反応しない気体であればよく、例
えば窒素、アルゴン、乾燥空気を用いればよい。また、
回転中にレジスト１５溶液中の溶媒が気化し飛散し、こ
れによりレジスト膜厚が変化する。この気化が一様でな
い場合、膜厚の不均一が生じる場合がある。これを抑え
るために、気体吹き出し口１８からレジスト１５の溶剤
の気体を放出してもよい。ここでは窒素を用いる。温度
は室温付近の温度で制御されている。ＲＤ−２０００Ｎ
の場合、溶剤としてシクロヘキサノンを用いている。気
体１９の圧力は、レジスト膜厚や基板１１の形状により
選択すればよく、ここでは例えば１０⁵Ｎ／ｍ²の圧力で
基板１１上のレジスト１５溶液に放射する。気体１９の
放出は回転板１２の回転開始と同時に始め、回転停止と
同時に終了するのが望ましいが、それに限られない。窒
素の放射により、回転中にレジスト１５からの溶剤であ
るシクロヘキサノンの気化が促進され、レジスト１５の
粘性が上昇することにより、基板１１の凹凸形状に従っ
たレジスト１５の形状の固定化の促進も図られる。この
ようにして回転停止後には、図４（ｂ）に示すような基
板１１の表面凹凸に従ったコンフォーマルなレジスト薄
膜形成が可能となる。そして、レジスト１５塗布後の基
板１１を８０℃の温度に設定されたホットプレート上で
３分ベークすることにより、レジスト１５内の溶媒を気
化し除去して、上記のコンフォーマルなレジスト形状の
固定化を行なう。これに引き続き電子線を照射し、その
後現像することにより、微細パターンを形成する。

【００１８】ここで、図１では明示していないが、レジ
ストの塗布特性の制御のために、容器１６及びカバー１
７で覆われた空間を所望のガスで満たすこと、温調器に
接続することにより雰囲気の高精度な温度や湿度を制御
することを行なってもよい。

【００１９】（実施例２）上記実施例では、回転塗布後
にベークすることによりレジスト塗布が完了していた。
ここでは図１の回転板１２に基板１１を加熱するヒータ
が付加されている場合について述べる。

【００２０】レジスト１５滴下前には回転板１２は室温
に保持されている。真空チャックが作動し基板１１が固
定され、回転が開始すると同時に内蔵されたヒータが加
熱を開始しほぼ１５秒後に８０℃に温度が到達する。そ
してその温度が保持された状態で回転が続行し、１分後
に回転が終了した後も２分間加熱を続ける。その後に基
板１１が回転板１２から、図示していない搬送系により
除去されてレジスト塗布が完了する。

【００２１】この場合の利点は、回転時にレジスト１５
の加熱を同時に進めることにより、溶媒の気化を促進し
てコンフォーマルなレジスト形状を得るのに更に効果が
あることである。

【００２２】（実施例３）上記実施例２では回転板１２
に加熱手段を付加することについて述べた。ここではレ
ジスト上部から放出する気体を加熱する手段を備えた場
合について述べる。

【００２３】回転板１２上に設置された気体吹き出し口
１８には図示されていないヒータが設置されている。こ
れにより気体吹き出し口１８から放出される気体１９の
温度を調整する。ここでは例えば気体１９として用いる
窒素を６０℃にする。実施例１の手順と同様に、回転板
１２の回転開始時に高温の窒素がレジスト１５に対して
放出される。高温の気体１９が照射されることにより、
レジスト内の溶媒の気化は促進され、コンフォーマルな
レジスト形状を得るのに更に効果がある。ここで回転板
１２に実施例２と同様に、ヒータを付加していてもよ
い。

【００２４】以上述べた実施例では電子線レジストにつ
いて述べているが、これに限られないことは言うまでも
なく、紫外線、Ｘ線、ガンマ線等の電磁波に感応するレ
ジストや、イオン線等の粒子線に感応するレジストを用
いてもよい。

【００２５】また、以上述べた内容はレジストに限定さ
れることはなく、例えば塗布型ガラス（ＳＯＧ）等の基
板上に回転塗布する材料で、基板の凹凸形状に従って薄
膜を形成することが要求されるものに対しても成立す
る。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば基板
の凹凸形状に従う形状を有した薄膜レジスト塗布が可能
となり、単層レジストで微細パターンを形成することに
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の説明図

【図２】従来例の説明図

【図３】従来例の問題点の説明図

【図４】本発明の効果の説明図

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１…基板、１２，２２…回転板、
１３，２３…モータ、１４、２４…ノズル、１５，２
５，３２，４２…レジスト、１６，２６…容器、１７，
２７…カバー、１８…気体吹き出し口、１９…気体、３
３…露出部分、４３…外力。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を回転板の上に設置し、該基板上に薄
膜を構成する分子を含有する溶液を滴下し、該回転板を
高速回転することで該基板上で該溶液を展開し、該基板
上に該分子からなる薄膜を塗布形成する装置において、
該高速回転時に該基板上方より該基板に向けて気体を放
出する手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】該回転板に該基板を加熱する手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】該気体を加熱する手段を備えたことを特徴
とする請求項１乃至２記載の薄膜形成装置。