JPH07263654A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】固体撮像装置の製造工程において、フォトレジ
スト塗布の均一性を良くすることにより、固定パターン
ノイズの発生を防止し、製造歩留を向上し、固体撮像装
置の製造コストを低減する。 【構成】固体撮像装置のチップが形成されるウエーハ３
を加熱し脱水ベークを行ない、ウエーハ３を所定の温度
に冷却し、ウエーハ３上にフォトレジストをスピン塗布
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被加工面上にフォトレジ
スト膜を形成させ、このフォトレジスト膜上にフォトマ
スクにより露光する方法によりフォトマスクのパターン
を転写し、固体撮像装置を製造するのに好適な、フォト
レジスト塗布装置およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に固体撮像装置、半導体素子、液晶
表示素子および磁気バブルメモリ素子等の基板上に形成
するパターン等、高精度の寸法が要求される微細パター
ンの形成方法において、例えばウエーハ上にフォトマス
クのパターンを転写する場合、ウエーハ上にフォトレジ
ストを塗布乾燥し、フォトレジスト膜を形成した後、こ
のフォトレジスト膜上にフォトマスクにより露光する方
法が用いられている。

【０００３】ここでウエーハ上に形成するフォトレジス
ト膜は、図５に示すようなフォトレジスト塗布装置を用
いて形成される。すなわち、同図において、スピンモー
タ１の回転軸先端部に設けられた真空チャック２にウエ
ーハ３を吸着保持させ、このスピンモータ１を高速回転
させながら、その上方に配置されたフォトレジストノズ
ル４からフォトレジスト５を一定量滴下させ、スピンモ
ータ１の遠心力によりウエーハ３の表面に膜厚の均一な
フォトレジスト膜７を形成するとともに余分なフォトレ
ジストを振り切り、第１，第２の回収カップ６ａ，６ｂ
に回収する。

【０００４】通常、このウエーハ３上にフォトレジスト
膜７を形成する、いわゆるフォトレジスト塗布は次のよ
うに行われる。

【０００５】まず最初にウエーハ３のフォトレジストに
対する接着性を向上するため化学的に脱水を行なう前処
理を行った後、ウエーハ３に吸着されている水分を完全
に除去するため、約２００℃程度に加熱し脱水を行なう
前ベーク（脱水ベーク）処理を行う。次いで常温まで冷
却した後に前述したようにフォトレジスト膜７を形成
し、さらにこのフォトレジスト膜７を約２００℃程度に
加熱し乾燥を行なうプリベーク処理工程を経て常温まで
冷却させる工程を経る。これらの工程はフォトレジスト
一貫塗布・現像機内で一枚ずつ自動的に処理される。

【０００６】なお、本出願人は本出願に際し先行技術調
査を行なったので、その結果を次の通り記述しておく。
フォトレジスト・スピンナー塗布装置は特開昭５１−３
９７３７号公報等数多くの公開公報で知られている。フ
ォトレジスト等の処理液を温度調整したウェット処理装
置は本出願人による出願の公開（特開昭５１−３９７３
７号公報）で公知となっている。フォトレジストのウエ
ハー裏面への回り込みを防ぐ目的でウエハーの裏面から
気体を吹き付ける技術が特開昭５２−１４４９７１号公
報、同５７−５４３２１及び同５８−１３９４４０で知
られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなフォトレジスト塗布装置およびその塗布方法による
と、ポジ形のフォトレジストを使用してフォトレジスト
膜７を形成した場合、図６に示すようにウエーハ３の中
心部３ａ，周辺部３ｂとで微細な形状は異なるが、スト
リエーション（striation）と称する放射状の微小な塗
布むら７ａが発生していた。この塗布むら７ａの発生
は、露光，現像後の素子パターンの寸法精度に大きな悪
影響を与えるため、フォトレジストの溶剤として、蒸発
しにくいものを使用したり、溶媒雰囲気中で塗布するな
どの方法が用いられているが、いずれも効果はあるもの
の、完全に対策するには至らなかった。

【０００８】特に画像を撮像する固体撮像装置において
は、その製造過程で図６に示すストリエーションが発生
した場合は、そのむら７ａのパターンが、固体撮像装置
の撮像特性に固定パターンノイズとして現れ、固体撮像
装置の品質の低下や歩留りの低下、さらには製造コスト
が高くなる問題を引き起こしていた。

【０００９】上記の理由により固体撮像装置の製造にお
いては、ストリエーションの発生を無くすことが必須と
なる。

【００１０】したがって本発明は前述した従来の問題に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
ストリエーションの発生を完全に除去した、フォトレジ
スト塗布装置およびその塗布方法を用い、品質および歩
留りを向上させ、製造コストの低減を可能とした、画質
の良い固体撮像装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明者等は、種々実験および検討を繰り返
し行なった結果、図７に示すようにフォトレジスト膜の
膜厚およびそのバラツキ幅が曲線Ｉで示すようにウエー
ハの温度に大きな影響を受け、さらにストリエーション
も同様に同図に曲線IIで示すようにウエーハの温度によ
り大きく変化し、ある温度以下となると全く発生しなく
なるという現象を発見した。

【００１２】したがって本発明は、この現象に着目して
少なくともウエーハを冷却させる機能を有する冷却手段
を設け、固体撮像装置のチップが形成される、ウエーハ
上へのフォトレジストの塗布直前，塗布時もしくはこの
両方時にウエーハの温度を低下させるものである。

【００１３】

【作用】上記フォトレジスト塗布装置および塗布方法を
用いた固体撮像装置の製造方法によれば、ストリエーシ
ョンの発生を抑制できるので、上記ストリエーションに
起因する固定パターンノイズの発生を防止することがで
きる。

【００１４】

【実施例】次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。

【００１５】図１は本発明によるフォトレジスト塗布装
置およびフォトレジスト塗布方法の一例を説明するため
のフォトレジスト塗布装置の要部模式図であり、同図
（ａ）は要部断面構成図、同図（ｂ）はその平面図で図
５におけると同一な部分および相当する部分は同一符号
を付す。

【００１６】同図において、８は、フォトレジストノズ
ル４およびこのフォトレジストノズル４内のポジ形フォ
トレジスト（以下フォトレジストと称する）を冷却させ
るウオータジャケット、９は冷却水循環形の温度調整装
置、１０はウオータジャケット８と温度調整装置９との
間を結合させかつウオータジャケット８に冷却水を巡回
させる循環パイプであり、ノズル４内のフォトレジスト
はこのフォトレジストの溶媒蒸発温度（約２０℃）以下
の温度に冷却されている。

【００１７】１１は真空チャックを備えたウエーハ３の
冷却ユニット、１２は冷却水循環形の温度調整装置、１
３は冷却ユニット１１と温度調整装置１２との間を結合
させかつ冷却ユニット１１に冷却水を巡回させる循環パ
イプであり、ウエーハ３は真空チャックに吸着保持され
て冷却ユニット１１上に配置され、フォトレジストの溶
媒蒸発温度（約２０℃）以下の温度に冷却されている。

【００１８】このような構成において、フォトレジスト
塗布前には、固体撮像装置のチップが形成されるウエー
ハ３は冷却ユニット１１上に配置され、この冷却ユニッ
ト１１によりフォトレジストの溶媒蒸発温度以下に冷却
され、塗布直前にはスピンモータ１の真空チャック２上
に矢印方向に移動して吸着保持され、フォトレジスト塗
布時にはウエーハ３は冷却された低温状態でフォトレジ
スト５が滴下され、スピンモータ１が回転してフォトレ
ジスト膜が形成される。

【００１９】このような方法によれば、前述の塗布むら
のないフォトレジスト膜が得られる。この時、ウエーハ
３上に滴下するフォトレジスト５も同時にほぼ同等の低
温に冷却されているので、さらにその効果が大である。
また、フォトレジスト塗布前からウエーハ３が冷却され
ているので、フォトレジスト膜の膜厚のバラツキ（絶対
値）が小さくなる。

【００２０】図２は本発明によるフォトレジスト塗布装
置およびフォトレジスト塗布方法の他の実施例を示す要
部構成図であり、前述の図におけると同一な部分および
相当する部分は同一符号を付す。

【００２１】同図において、固体撮像装置のチップが形
成されるウエーハ３およびフォトレジストノズル４の上
方には、内部にエアーフィルタ１４を設けた冷風送風用
のダクト１５が配設され、このダクト１５はフォトレジ
ストの溶媒蒸発温度（約２０℃）以下の冷風を発生させ
る冷風発生形の温度調整装置１６に結合されている。

【００２２】このような構成においては、フォトレジス
ト塗布前から塗布時にわたってもしくは塗布時に冷風を
送風し、塗布時の雰囲気温度を局所的に低下させ、ウエ
ーハ３，フォトレジスト５および真空チャック２等の温
度をフォトレジストの溶媒蒸発温度以下に低下させた状
態でフォトレジスト塗布を行なうことになり、前記塗布
むらのないフォトレジスト膜を形成することができる。

【００２３】図３は本発明によるフォトレジスト塗布装
置およびフォトレジスト塗布方法のさらに他の実施例を
示す要部断面構成図であり、前述の図におけると同一な
部分および相当部分は同一符号を付す。

【００２４】同図において、固体撮像装置のチップが形
成されるウエーハ３を吸着配置させる真空チャック２の
背面側には、この真空チャック２の裏面に冷風を通風さ
せる通風路１７を形成するように金属ブロック１８が配
設され、この金属ブロック１８には冷風を導入する導入
管１８ａ，１８ｂが植設されている。そして、この導入
管１８ａ，１８ｂはパイプ１３を介して冷風発生器１９
に結合されており、この冷風発生器１９はフォトレジス
トの溶媒蒸発温度（約２０℃）以下の冷風を発生させ、
パイプ１３，導入管１８ａ，１８ｂおよび通風路１７を
介して真空チャック２の裏面がフォトレジストの溶媒蒸
発温度以下の低温度に冷却されている。

【００２５】このような構成においては、真空チャック
２を冷却することにより、ウエーハ３の裏面を通して熱
伝導によりウエーハ３の全体を、フォトレジストの溶媒
蒸発温度以下の温度に冷却することができるので、前述
と同様の効果が得られる。

【００２６】図４は本発明によるフォトレジスト塗布装
置およびフォトレジスト塗布方法の他の実施例を説明す
る要部構成図であり、同図（ａ）は断面図，同図（ｂ）
は平面図で前述の図におけると同一な部分および相当部
分は同一符号を付す。

【００２７】同図において、図３と異なる点は、スピン
モータ１の回転軸先端には、放射状に４本の回転アーム
２Ａが設けられ、これらの各回転アーム２ａの先端部に
真空チャック２′が設けられており、これらの真空チャ
ック２′により、固体撮像装置のチップが形成されるウ
エーハ３が吸着保持されている。

【００２８】このような構成においては、ウエーハ３の
裏面を冷風で直接冷却することにより、ウエーハ３全体
を、溶媒蒸発温度以下の温度に冷却させることができる
ので、前述と全く同様の効果が得られる。

【００２９】なお、前述した実施例において、ウエーハ
３を冷却させる温度を、フォトレジストの溶媒蒸発温度
（約２０℃）以下としたが、この温度を４℃以下とする
と、ウエーハ３に結露が発生し、フォトレジストの接着
性が低下するので好ましくない。また、２１℃を超え室
温近傍となると、前述したようにストリエーションと称
する放射状の微小な塗布むらが発生する。したがって、
冷却温度範囲は５℃ないし２０℃の範囲が良く、また、
フォトレジストの種類あるいはウエーハ３の冷却機能発
生手段の構成の差による熱容量のばらつき等を考慮して
５℃ないし１８℃の温度範囲が好ましく、特に１０℃な
いし１５℃の温度範囲では極めて良好な効果が得られ
た。

【００３０】このようなフォトレジスト塗布装置および
そのフォトレジスト塗布方法により形成されたフォトレ
ジスト膜は、従来ストリエーションが長さ数１０ないし
１００Åで発生していたものが、完全に零となり、この
結果、固体撮像装置製造時のレジストパターンの寸法精
度を著しく向上させることができた。

【００３１】上述したフォトレジストの塗布方法を固体
撮像装置に適用した場合には、従来はストリエーション
の発生のために固定パターンノイズが発生していたが、
上述の方法によりストリエーションの発生を零とするこ
とにより、この固定パターンノイズの発生を皆無とする
ことができた。

【００３２】さらにウエーハを冷却することにより、ス
トリエーションの発生を皆無とするのみならず、フォト
レジスト膜厚のばらつきを約半分に抑えることができ
た。

【００３３】なお、前述した実施例においては、固体撮
像装置の製造に用いるフォトレジストにポジ形のフォト
レジストを用いた場合について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、固体撮像装置の製造にネ
ガ形のフォトレジストを用いても同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
トリエーションの発生を皆無とすることができるので、
固体撮像装置の、品質および歩留りを大幅に向上させ、
製造コストを大幅に低減できるなどの極めて優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明によるフォトレジスト塗布装置
およびその塗布方法の一実施例を説明するための要部断
面構成図であり、（ｂ）はその平面構成図である。

【図２】本発明の他の実施例を説明するための要部断面
構成図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例を説明するための要
部断面構成図である。

【図４】（ａ）は本発明の他の実施例を説明するための
要部断面構成図であり、（ｂ）はその平面構成図であ
る。

【図５】従来のフォトレジスト塗布装置およびそのフォ
トレジスト塗布方法の一例を説明する要部断面構成図で
ある。

【図６】従来の塗布方法により発生する塗布むらを示す
為の、ウエーハの平面図である。

【図７】ウエーハの温度に対するフォトレジスト膜厚お
よびストリエーションの関係を示す図である。

【符号の説明】

１‥‥スピンモータ、２，２′‥‥真空チャック、２Ａ
‥‥回転アーム、３‥‥ウエーハ、３ａ‥‥中央部、３
ｂ‥‥周辺部、４‥‥フォトレジストノズル、５‥‥フ
ォトレジスト、６ａ，６ｂ‥‥回収カップ、７‥‥フォ
トレジスト膜、７ａ‥‥塗布むら、８‥‥ウォータジャ
ケット、９‥‥温調装置、１０‥‥循環パイプ、１１‥
‥冷却ユニット、１２‥‥温調装置、１７‥‥通風路、
１８ａ，１８ｂ‥‥導入管、１９‥‥冷風発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 晴夫 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所茂原工場内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被フォトレジスト塗布基板上にフォトレジ
   ストを塗布する工程と、該フォトレジストの膜を形成し
   た後、上記フォトレジストの膜にフォトマスクにより露
   光することにより該フォトマスクのパターンを転写する
   工程を有し、 上記フォトレジストを塗布する工程は上記被フォトレジ
   スト塗布基板を加熱することにより脱水ベーク処理を行
   った後、上記被フォトレジスト塗布基板を冷却ユニット
   上に移動させ、配置し、所定の温度に冷却し、その後、
   上記被フォトレジスト塗布基板をフォトレジスト塗布部
   に移動させ、上記フォトレジストを塗布し、上記所定の
   温度は上記被フォトレジスト塗布基板上にフォトレジス
   トを回転塗布した時に放射状の塗布むらが発生しない温
   度であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 【請求項２】上記所定の温度は２１℃を越えないことを
   特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 【請求項３】上記所定の温度は４℃よりも高いことを特
   徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 【請求項４】上記所定の温度は５℃ないし２０℃の範囲
   にあることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の
   製造方法。
5. 【請求項５】上記所定の温度は５℃ないし１８℃の範囲
   にあることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の
   製造方法。
6. 【請求項６】上記所定の温度は１０℃ないし１５℃の範
   囲にあることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置
   の製造方法。
7. 【請求項７】ウエーハ上にフォトレジストを塗布する工
   程と、該フォトレジストの膜を形成した後、上記フォト
   レジスト膜にフォトマスクにより露光することにより該
   フォトマスクのパターンを転写する工程を有し、 上記フォトレジストを塗布する工程は上記ウエーハを加
   熱することにより脱水ベーク処理を行った後、上記ウエ
   ーハを冷却ユニット上に移動させ、配置し、所定の温度
   に冷却し、その後、上記ウエーハをフォトレジスト塗布
   部に移動させ、上記フォトレジストを塗布し、上記所定
   の温度は上記ウエーハの結露する温度より高いことを特
   徴とする固体撮像装置の製造方法。
8. 【請求項８】上記所定の温度は４℃より高いことを特徴
   とする請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 【請求項９】半導体基板上にフォトレジストを塗布する
   工程と、該フォトレジストの膜を形成した後、上記フォ
   トレジストの膜にフォトマスクにより露光することによ
   り該フォトマスクのパターンを転写する工程を有し、 上記フォトレジストを塗布する工程は上記半導体基板を
   加熱することにより脱水ベーク処理を行った後、上記半
   導体基板を冷却ユニット上に移動させ、配置し、所定の
   温度に冷却し、その後、上記半導体基板をフォトレジス
   ト塗布部に移動させ、上記フォトレジストを塗布し、上
   記所定の温度は上記フォトレジストの溶媒の蒸発温度以
   下でかつ上記半導体基板の結露する温度より高いことを
   特徴とする固体撮像装置の製造方法。
10. 【請求項１０】上記所定の温度は５℃ないし２０℃の範
    囲にあることを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置
    の製造方法。
11. 【請求項１１】上記所定の温度は５℃ないし１８℃の範
    囲にあることを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置
    の製造方法。
12. 【請求項１２】上記所定の温度は１０℃ないし１５℃の
    範囲にあることを特徴とする請求項９記載の固体撮像装
    置の製造方法。