JPH10294266A - レジスト膜形成方法およびそれに用いるチャック並びに乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面凹凸の少ないレジスト膜を形成する方法
を提供する。 【解決手段】 ウエハ上に、このウエハを回転させなが
らレジストを滴下し（工程102 ）、ウエハ上に形成され
たレジスト塗布膜が乾燥する前にウエハの回転を停止さ
せ（工程103 ）、その後、ウエハの回転を停止させた状
態でレジスト塗布膜を強制乾燥させてレジスト膜に変え
る（工程104 ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スピンコート法
を用いてウエハ上にレジストを滴下させてレジスト膜を
形成する方法およびそれに用いるチャック並びに乾燥装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレジスト膜形成方法によれば、ス
ピンコート法によるのが一般的である。次にスピンコー
ト法によるレジスト膜形成方法につき簡単に説明する。
まず、レジスト塗布装置に設置されているチャック（ス
ピンチャックともいう。）にウエハを固定する。

【０００３】次にチャックの回転軸を回転させながらチ
ャックと一緒に回転しているウエハ上に所定のレジスト
を滴下する。このとき、レジストは、ウエハの中央部か
ら外周縁へ向かって遠心力により広がって行く。その
後、所定のレジスト膜厚になるように、スピン回転を継
続して、レジストを自然乾燥させてレジスト膜を形成す
る。尚、レジストの滴下量に関しては、使用するシーケ
ンス、ウエハサイズ毎に事前に設定されている。

【０００４】従来のチャックは、ウエハ径よりも小さい
径を有しているため、ウエハの裏面にレジストが回り込
んだり、チャックを内蔵しているカップからのはね返り
で裏面が汚れたりする。そのため、ウエハの裏面に付着
しているレジストをバックリンスおよびエッジリンスを
行って洗浄（除去）する工程が必要である。

【０００５】次にチャックを回転させてウエハの裏面を
乾燥させてレジスト膜の形成を終了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スピン
コート法によるレジスト塗布装置を用いてレジストを乾
燥させた場合、スピンコート時の遠心力の大きさの違い
或いはレジスト膜の表面乾燥速度の違いによってウエハ
の中心部と外周部とでは膜厚の相違が生じ、この結果、
いわゆるストリエーションや塗布むらが生じてレジスト
膜の膜厚均一性が劣化するという問題があった。このよ
うに、レジスト膜の膜厚均一性の劣化は、その後のレジ
ストパタンの形成に悪影響を及ぼすことになり、好まし
くない。

【０００７】また、従来のチャックでは、スピンコーテ
ィングを行っている作業中にチャック回転軸の周囲にも
レジストが飛散するため、レジストがウエハの裏面にも
付着してしまう。このため、バックリンス或いはエッジ
リンス等を行ってウエハの裏面に付着したレジストを除
去し、その後ウエハを乾燥させるという工程が必要であ
った。

【０００８】このため、従来のレジスト膜の形成は、工
程数が増加してスループットを低下させる原因となって
いた。

【０００９】そこで、レジスト膜の膜厚均一性が良好な
レジスト膜形成方法およびそれに用いるチャック並びに
乾燥装置の出現が望まれていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、この発明のレ
ジスト膜形成方法によれば、スピンコート法を用いてウ
エハ上にレジストを滴下させてレジスト膜を形成するに
当たり、（ａ）ウエハ上に、このウエハを回転させなが
らレジストを滴下する工程と、（ｂ）ウエハ上に形成さ
れたレジスト塗布膜が乾燥する前に、ウエハの回転を停
止させる工程と、（ｃ）ウエハの回転を停止させた状態
でレジスト塗布膜を強制乾燥させてレジスト膜に変える
工程とを含むことを特徴とする。

【００１１】このように、この発明では、スピンコート
法を用いてウエハ上にレジストを滴下し、形成されたレ
ジスト塗布膜が乾燥する前にウエハの回転を停止させ
る。ここで、レジスト塗布膜が乾燥する前とは、レジス
トの流動性を保持している状態、いわゆる未乾燥状態を
いう。その後、ウエハの回転を停止させた状態でレジス
ト塗布膜を強制乾燥させてレジスト膜に変える。このよ
うに、この発明では、レジスト塗布膜が流動性を保持し
た状態でスピンコートを終了するため、レジスト塗布膜
の表面は、表面張力により平坦な状態になっている。

【００１２】その後、ウエハを回転させずに、すなわ
ち、停止した状態でレジスト塗布膜を強制乾燥させるた
め、レジスト塗布膜の表面および膜中の溶媒が気化して
レジスト膜に変わる。したがって、形成されたレジスト
膜の膜厚は、乾燥前のレジスト塗布膜と実質的に同一な
平坦な面となるため、レジスト膜の膜厚均一性が従来に
比べ、向上する。

【００１３】また、この発明では、好ましくは、レジス
ト塗布膜がウエハの中央部から外周縁まで広がったと
き、ウエハの回転のための駆動力を断つのが良い。

【００１４】このように、この発明では、従来に比べ、
短時間でウエハの回転のための駆動力を断つため、ウエ
ハ上に形成されたレジスト塗布膜は流動性を保持した状
態でスピンコートを終了させることができる。このた
め、レジスト塗布膜の表面は平坦な面となる。

【００１５】また、この発明では、好ましくは、レジス
ト塗布膜がウエハの中央部から外周縁まで広がってから
最大限１０秒後にウエハの回転のための駆動力を断つの
が良い。

【００１６】このように、レジストがウエハの中央部か
ら外周縁まで広がってから１０秒以内であれば、レジス
ト塗布膜の流動性を保持しておくことができる。

【００１７】また、この発明では、好ましくは、レジス
トの溶剤を、２−ヘプタノン系、プロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）系および
乳酸エチル系の溶剤群の中から選ばれた一種類の溶剤を
用いるのが良い。

【００１８】このような溶剤を使用することにより、レ
ジスト塗布膜が乾燥する前にウエハの回転を停止させる
ことによってレジスト塗布膜の流動性を保持することが
できる。

【００１９】また、この発明のレジスト膜形成方法に用
いるチャックによれば、チャックと当該チャックに連続
させて一体化して設けられた円盤状の鍔とを以って構成
してなることを特徴する。

【００２０】このように、この発明では、チャックに連
続させて一体化した円盤状の鍔を具えているので、スピ
ンコートによりレジストを塗布する際に、レジストがウ
エハの外周縁から回り込んでウエハの裏面に付着するこ
とがなくなる。このため、従来のようなバックリンス或
いはエッジリンスを行う必要がなくなると共に、ウエハ
の裏面乾燥工程も削減できるため、レジスト工程数を低
減することができる。

【００２１】また、この発明の乾燥装置によれば、ウエ
ハ上に設けられたレジスト塗布膜を強制乾燥させるた
め、レジスト塗布膜と離間させかつ対向させて設けられ
たホットプレートを具えたことを特徴とする。

【００２２】このように、この発明では、乾燥装置にホ
ットプレートを具えているので、レジスト塗布膜を強制
乾燥させてレジスト膜に変えることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
レジスト塗布方法の実施の形態につき説明する。なお、
図２〜図４は、この発明が理解できる程度に各構成成分
の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにす
ぎない。

【００２４】この発明のレジスト膜形成方法につき説明
するに先立ち、図２および図３を参照して、レジスト塗
布装置に用いるチャックおよび乾燥装置につき説明す
る。なお、図２は、この発明のレジスト塗布装置に用い
るチャックを示す模式図であり、図３は、この発明のレ
ジスト塗布装置に用いる乾燥装置を示す模式図である。

【００２５】この発明のレジスト膜形成に用いるチャッ
ク１０は、吸着作用を有するチャック本体１２と当該チ
ャック本体１２に連続させて一体化して設けられた円盤
状の鍔１４とを以って構成されている（図２）。この発
明のチャック１０の大きさ、すなわち鍔の外径は、好ま
しくは、ウエハの外径とほぼ同じかそれよりもやや大き
くしておくのが良い。

【００２６】また、このチャック１０には、チャック本
体１２と連結された回転軸１２ａを具えており、この回
転軸１２ａは、制御装置（図示せず）により任意の回転
数で回転が可能な構成になっている。

【００２７】また、鍔１４の部分の上面の高さ（レベ
ル）は、チャック本体１２の上面と同一のレベルとし
て、両者の上面は全体として平坦な面となっている（図
２の（Ａ））。このため、チャック本体１２上にウエハ
を固定したとき、ウエハの裏面と鍔１４の上面とが密着
するので、ウエハの裏面にレジストが回り込んで付着す
るのを防止することができる。

【００２８】また、チャック１０の回転軸１２ａには、
モータ１５が連結されている。このモータ１５は、ウエ
ハの回転の駆動力を与えるものである。このモータ１５
には、オン・オフを制御するための電磁スイッチ１６が
接続されており、さらに、電磁スイッチ１６には、電源
１７が接続されている。したがって、スイッチ１６をオ
ン・オフさせることによりモータ１５を駆動させたり、
この駆動を断つことによりチャック本体１２を回転・停
止させることができる。なお、実際には、スイッチ１６
をオフにして駆動力を断っても、チャック自体は慣性に
よって回転するが、次第に回転力が弱って最終的には回
転停止する。

【００２９】また、チャック構造としては、ウエハの搬
送を容易にするため、チャック本体１２の面と鍔１４の
面との間に、ウエハ上のレジストが回り込まない程度の
ギャップ（ΔＬ）を設けても良い（図２の（Ｂ））。

【００３０】また、乾燥装置２０には、上述したチャッ
ク１０の上方に、ウエハ３０と離間させかつ対向させて
ホットプレート２２を具えている（図３）。

【００３１】この乾燥装置２０を用いてレジスト塗布膜
を乾燥するときは、スピンコートが終了したレジスト塗
布膜を、ウエハ３０の回転を停止した状態で、強制的に
乾燥させてレジスト膜に変える。また、再度スピンコー
トを行うときは、乾燥装置をチャック１０の上方から所
定の場所に移動させて新たにウエハをチャック本体１２
に固定してレジスト塗布膜を形成する。

【００３２】［レジスト膜形成方法］次に図１、図２お
よび図３を参照して、この発明のレジスト膜形成方法の
実施の形態につき説明する。図１は、レジスト膜の形成
方法を説明するためのフローチャート図である。

【００３３】まず、レジスト塗布装置（図示せず）のチ
ャック本体１２にウエハ３０を吸着固定する（図１の手
段１００）。ここでは、ウエハ３０の大きさを５インチ
（約１２．７ｃｍ）とする。

【００３４】次にウエハ３０が固定されているチャック
本体１２に連結されている回転軸１２ａを任意好適な回
転数で回転させる（図１の手段１０１）。ここでは、ウ
エハ３０の回転数を４０００ｒｐｍとする。

【００３５】次にチャック本体１２を回転させながらウ
エハ３０上にレジストを滴下してレジスト塗布膜を形成
する（図１の手段１０２）。このとき用いるレジスト
は、例えば任意好適な樹脂と感光剤とを２−ヘプタノン
系溶剤で溶解したポジ形レジストとする。また、ウエハ
上にレジストを塗布するときの一回のレジスト滴下量を
例えば２．０ｃｃとする。

【００３６】チャック本体１２を回転させながらポジ形
レジストを滴下することにより、ウエハ３０上の中央部
から外周縁まで遠心力により広がってレジスト塗布膜が
形成される。

【００３７】次にレジスト塗布膜が乾燥する前にウエハ
３０の回転を停止する（図１の手段１０３）。ここで
は、ウエハ３０上にレジストが中心部から外周縁まで広
がってから４秒後にウエハの回転を停止させる。また、
レジスト塗布を行うときの温度は約２３℃とする。

【００３８】この実施の形態では、レジストがウエハ３
０の外周縁まで広がって４秒後にウエハの回転を停止さ
せた例につき説明したが、回転停止時間を２〜５秒の時
間範囲に設定しても良い。また、最大限１０秒に設定し
てあれば、レジストの流動性を保持した状態にすること
ができる。なお、ここでは、レジスト塗布時間が短いの
で、コーテイィング時間の短縮化を図ることができる。

【００３９】ウエハを停止させる場合は、上述したチャ
ック１０の電磁スイッチ１６をオフにする。このとき、
スイッチ１６をオフにしても、ウエハ３０はただちに停
止するわけではなく、慣性によりわずかの間回転した後
止まる。しかし、この実施の形態では、電磁スイッチ１
６をオフした時間をもって停止時間とする。

【００４０】このようにスピンコート処理を短時間で終
了させることによって、レジスト塗布膜は、未乾燥の状
態、すなわち流動性を保持した状態にすることができ
る。

【００４１】次に未乾燥のレジスト塗布膜を、乾燥装置
２０（図３）を用いて強制乾燥してレジスト塗布膜の表
面およびレジスト塗布膜中の溶媒を気化させてレジスト
膜に変える（図１の手段１０４）。なお、強制乾燥条件
を以下の通りとする。

【００４２】ホットプレート温度：約９０℃ ウエハとホットプレートの離間距離：０．７〜１．０ｍ
ｍ。

【００４３】［レジスト膜の表面観察結果］次に図４を
参照して、この発明および従来のレジスト膜形成方法に
より形成したレジスト膜の表面を光学顕微鏡で観察した
結果について説明する。図４の（Ａ）は、この発明のレ
ジスト膜の断面を模式的に示した断面図である。図４の
（Ｂ）は、従来のレジスト膜の断面を模式的に示した断
面図である。

【００４４】このとき用いた試料は、既に述べたウエハ
形状と同様なウエハ、すなわち、５インチ（約１２．７
ｃｍ）を使用する。また、レジスト塗布条件は、上述し
た条件と同様なので、ここでは詳細を省略する。一方、
従来の試料は、パタン３２を含むウエハ３０上にレジス
ト塗布膜を形成した後、レジスト滴下を終了させ、約３
０秒後にウエハ３０の回転を停止させてレジスト膜３４
を形成する。

【００４５】図４の（Ａ）および（Ｂ）からも明らかな
ように、この発明のレジスト膜３４の表面凹凸は、従来
のレジスト膜に比べ、低減している。

【００４６】次に、この発明および従来のレジスト膜の
形成方法により形成されたレジスト膜の膜厚均一性を測
定した結果を表１〜表１２に示す。なお、ここでは、測
定器具として光学顕微鏡を用いる。また、レジスト膜の
膜厚均一性の測定項目を平均値、最大−最小値および偏
差（ρ）の３項目をとって表わす。なお、ここでは、平
均値は、レジスト膜の膜厚をウエハの直径方向に対し１
０カ所測定したときの平均値であり、最大−最小値は、
レジスト表面の凸部の最大値と凹部の最小値との差をと
って表わしている。また、偏差（ρ）は、それぞれのレ
ジスト膜厚の測定箇所の膜厚と平均値との差をとって表
わしている。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】

【表３】

【００５０】

【表４】

【００５１】

【表５】

【００５２】

【表６】

【００５３】

【表７】

【００５４】

【表８】

【００５５】

【表９】

【００５６】

【表１０】

【００５７】

【表１１】

【００５８】

【表１２】

【００５９】また、表１〜表１２の測定試料を作製した
ときの実験因子を以下の要因とする。

【００６０】レジスト溶剤：２−ヘプタノン系、プロピ
レングリコールモノメチルエーテルアセテート系（ＰＧ
ＭＥＡ系）、乳酸エチル系（ＥＬ系） パタン段差（ｈ）：３００ｎｍ、５００ｎｍ スピン回転数：２０００、４０００、６０００ｒｐｍ スピン時間：４秒、３０秒（但し、４秒はこの発明の例
であり、３０秒は従来例である） 溶剤の粘度：１０ｃｐ，３０ｃｐ また、表１〜表１２に用いた測定試料のレジスト膜は、
既に述べたこの発明のレジスト膜形成方法と同様な方法
を用いて作製した。また、表中では、減少率を計算で求
めてある。減少率は、次式で求める。

【００６１】減少率＝〔１−｛（本発明の最大−最小）
／（従来の最大−最小）｝〕×１００ 以下、主に、最大−最小値に注目して、この発明のレジ
スト膜の表面凹凸と従来のレジスト膜の表面凹凸との測
定結果について述べる。

【００６２】表１〜表８の結果より理解できるように、
この発明のレジスト膜の回転数（ｒｐｍ）を見ると、２
０００ｒｐｍ或いは６０００ｒｐｍに比べ、４、０００
ｒｐｍのとき、最大−最小値が他の回転数とほぼ同じか
または他の回転数での値よりも小さくなっている。すな
わち、表１（溶剤：２−ヘプタノン系、パタン段差：３
００ｎｍ）を見ると、２０００ｒｐｍでは２９ｎｍ、６
０００ｒｐｍでは２５ｎｍを示しているのに対し、４０
００ｒｐｍでは１８ｎｍを示している。さらに、４００
０ｒｐｍのときの最大−最小値を従来と比較して見る
と、従来の値が４３ｎｍであるのに対し、この発明の値
は１８ｎｍとなり、従来の値に比べ、半分以下（減少率
は、約５８％になる）に低減していることがわかる。

【００６３】また、表２のように表１と同じ溶剤を用い
てパタン段差を５００ｎｍとした場合、４０００ｒｐｍ
での最大−最小値を従来例と比較して見ると、従来の値
が７５ｎｍであるのに対し、この発明では３０ｎｍとな
り、最大−最小値が従来に比べ、半分以下（減少率は約
６０％となる）に低減している。

【００６４】一方、２−ヘプタノン系溶剤を用いて溶剤
の粘度を１０ｃｐとした場合、４０００ｒｐｍ（パタン
段差：３００ｎｍ、粘度：１０ｃｐ）にしたときの最大
−最小値を従来と比較して見ると、従来の値が３４ｎｍ
であるのに対し、この発明では１８ｎｍとなり、最大−
最小値が従来に比べ、減少率は約４７％となる（表
３）。このように、スピン回転数が４０００ｒｐｍのと
き、この発明の最大−最小値は、従来に比べて小さくな
るので、ウエハ３０上に設けたパタン３２の段差に対す
るレジストカバレッヂ性は良好になる。

【００６５】また、表３と同じ粘度を用いて、パタン段
差が５００ｎｍのときの最大−最小値を従来と比較して
見ると、従来の値が５０ｎｍであるのに対し、この発明
では３３ｎｍとなり、従来に比べ、減少率は約３４％と
なる（表４）。

【００６６】以下、表５〜表８から理解できるように、
溶剤としてＰＧＭＥＡ系を用いた場合も最大−最小値
は、従来に比べ、減少率は３４〜６１％になる。

【００６７】しかし、ＥＬ系溶剤の場合は、回転数を４
０００ｒｐｍよりも６０００ｒｐｍにした方が最大−最
小値は小さくなっている。しかし、ここでは４０００ｒ
ｐｍをとって従来例と比較する。表９および表１０から
理解できるように、粘度３０ｃｐ（回転数４０００ｒｐ
ｍ）では、この発明の最大−最小値は、従来に比べ、減
少率は７〜２５％となり、従来とあまり差異は見られな
い。然るに、粘度を１０ｃｐにすると、最大−最小値
は、低減率が３２〜５２％となり、従来よりもレジスト
膜の膜厚均一性が得られる。

【００６８】上述した結果から理解できるように、レジ
ストの溶剤を、２−ヘプタノン系、ＰＧＭＥＡ系および
ＥＬ系とすることにより、好適なレジスト条件を設定す
れば、従来よりスピン時間を短縮しても、強制乾燥して
形成されたレジスト膜の表面凹凸の最大−最小値を低減
させ、かつ膜厚の不均一性を回避することができる。

【００６９】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明のレジスト膜形成方法によれば、スピンコート法を
用いてウエハ上にレジストを塗布する際、スピンコート
時間を短縮してコーティングを終了し、その後レジスト
塗布膜の回転を停止させた状態で、レジスト塗布膜を強
制乾燥させてレジスト膜に変える。このように、レジス
ト塗布膜の塗布時間を短縮することにより、レジスト塗
布膜は流動性を保持した状態でスピンを終了することに
なる。このため、従来のように遠心力が加わった状態で
レジスト膜を形成することがなくなるので、レジスト塗
布膜の表面は均一性を有する面になる。その後、ウエハ
の回転を停止した状態で、レジスト塗布膜を強制乾燥さ
せるため、レジスト膜は、レジスト塗布膜と実質的に同
様な面となり、遠心力によるストリエーションを回避す
ることができる。また、この発明では、レジスト膜の表
面凹凸も小さくなるので、レジストパタンの精細化が期
待でき、かつ、アライメント精度が向上する。

【００７０】また、この発明のチャックによれば、チャ
ックに連続させて一体化して設けられた鍔を具えている
ので、この鍔がレジスト塗布の際にウエハの裏面をカバ
ーする役割をする。このため、レジストが回り込んでウ
エハの裏面に付着するのを防止することができる。この
ため、従来のようなバックリンスおよびエッジリンス、
およびウエハ乾燥工程の必要がなくなり、工程数を低減
することが可能となる。

【００７１】また、この発明の乾燥装置によれば、スピ
ンコートされた乾燥前のレジスト塗布膜を、ホットプレ
ートを用いて強制乾燥することによりレジスト塗布膜の
表面およびレジスト塗布膜中の溶媒を気化させて、レジ
スト膜に変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のレジスト膜形成方法を説明するため
に供するフローチャート図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｂ）は、この発明のレジスト塗布を
行う際に用いるチャック構成を説明するための図であ
る。

【図３】この発明のレジスト塗布を行う際に用いる乾燥
装置を説明するための図である。

【図４】この発明と従来のレジスト膜の表面凹凸を模式
的に示した断面図である。

【符号の説明】

１０：チャック １２：チャック本体 １２ａ：回転軸 １４：鍔 １５：モータ １６：電磁スイッチ １７：電源 ２０：乾燥装置 ２２：ホットプレート ３０：ウエハ ３２：パタン ３４：レジスト膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピンコート法を用いてウエハ上にレジ
   ストを滴下させてレジスト膜を形成するに当たり、
   （ａ）ウエハ上に、該ウエハを回転させながらレジスト
   を滴下する工程と、（ｂ）前記ウエハ上に形成されたレ
   ジスト塗布膜が乾燥する前に前記ウエハの回転を停止さ
   せる工程と、（ｃ）前記ウエハの回転を停止させた状態
   で前記レジスト塗布膜を強制乾燥させてレジスト膜に変
   える工程とを含むことを特徴とするレジスト膜形成方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレジスト膜形成方法に
   おいて、前記（ｂ）工程で、前記レジスト塗布膜が前記
   ウエハの中央部から外周縁まで広がったとき、前記ウエ
   ハの回転のための駆動力を断つことを特徴とするレジス
   ト膜形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のレジスト膜形成方法に
   おいて、前記（ｂ）工程で、前記レジスト塗布膜が前記
   ウエハの中央部から外周縁まで広がってから最大限１０
   秒後に前記ウエハの回転のための駆動力を断つことを特
   徴とするレジスト膜形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のレジスト膜形成方法に
   おいて、前記レジストの溶剤を、２−ヘプタノン系、プ
   ロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（Ｐ
   ＧＭＥＡ）系および乳酸エチル系の溶剤群の中から選ば
   れた一種類の溶剤とすることを特徴とするレジスト膜形
   成方法。
5. 【請求項５】 レジスト膜形成に用いるチャックにおい
   て、チャックと該チャックに連続させて一体化して設け
   られた円盤状の鍔とを以って構成してなることを特徴と
   するチャック。
6. 【請求項６】 レジスト膜形成に用いる乾燥装置におい
   て、ウエハ上に設けられたレジスト塗布膜を強制乾燥さ
   せるため、該レジスト塗布膜と離間させかつ対向させて
   設けられたホットプレートを具えることを特徴とする乾
   燥装置。