JPS6214092B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転塗布方法および回転塗布装置に関
し、主として半導体装置の製造工程の一つである
ホトエツチング工程において、半導体素材基板上
に効率良く感光性樹脂（以下ホトレジストと称
す）膜を均一に形成するとともに、自動化も容易
なホトレジストの塗布方法及び塗布装置を提供す
るものである。

従来の一般的なホトレジスト塗布方法およびそ
の装置の概略構造を第１図の斜視略図で説明す
る。

ホトレジスト膜を形成せんとする素材基板（以
下単に基板と称す）１は塗布器（以下スピンナー
と称す）の回転ステージ２上に真空吸着などの方
法で設置固定され、ホトレジスト供給槽３に連結
された滴下ノズル４より少量のホトレジスト５が
基板１上に滴下供給される。なお、ホトレジスト
の滴下供給は、上記以外に注射器等を用いる方法
も一部では使用されている。しかる後回転ステー
ジ２に結合した軸６を介して、モーター７を高速
回転させることによつて、基板１上のホトレジス
ト５を遠心力により基板１表面上に塗布する。

この従来方式の欠点は、 (1) 回転により基板表面より離脱させられた余剰
ホトレジストの四散を防ぐため隔周壁８を設け
る必要があり、この隔周壁８を設けた場合、基
板表面より離脱したホトレジストは壁面で反射
し、その一部は半硬化状態のゲル状微粒となつ
て再び基板１の表面上に落下し、均質な塗布膜
の形成を阻害する。特に近年の如く集積回路装
置の高密度化、高集積度化を計る際には、ホト
レジスト塗付膜の均質化は重要な課題となり、
上記の如き不均質の塗布膜はパターン崩れなど
の不良の主因となるものである。

(2) ホトレジストの滴下供給を第１図の如く供給
槽３より細管９で滴下ノズル４に供給する方式
では、連続使用の場合にはほぼ問題はないが、
間歇使用時には滴下ノズル４の部分に残留する
ホトレジストは少量となるため、外囲条件の影
響で粘度が上昇するなどの粘度変化を生じせし
めやすく、また、ノズル先端部におけるホトレ
ジストの硬化など、ホトレジストの品質の維持
管理が困難である。

(3) また注射器等を用いた場合には、操作性およ
びホトレジストの実使用量に対するロス量の比
が高くなることは周知のことである。

本発明はこのような問題に鑑み、基板を下向き
に設置した塗布液面と対向させ、塗布液面の一部
を凸状に盛り上げて基板と接触させることを特徴
とするもので、従来のホトレジスト塗布の欠陥を
解消したもので、以下本発明をその実施例によつ
て詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例にかかるホトレジス
ト回転塗布装置の基本構成を示すもので、これを
用いてこの装置ならびに回転塗布方法を説明す
る。この装置において、ホトレジスト５０１を溜
置するホトレジスト槽１１は第２図に示す如く二
槽構造を有して居り、液室１２とその下の加圧室
１３の間には、ゴムなどの弾性体で形成した変位
可能な隔壁膜１４が設けてある。また加圧室１３
は弁１５を介して、加圧装置（図示せず）例へば
高圧ガス発生装置などに結合してある。隔壁膜１
４は定常状態では位置Ａの状態にあるが、弁１５
を開き加圧室１３内に加圧ガスを導入すると、ガ
ス圧により膨張して１４′の如く中央部が盛り上
がり、凸球状１４′の形状を呈する。この時定常
時の液面Ｂは水平面１６である。さて、液室１２
にホトレジスト５０１を溜置しておけば、隔壁膜
１４が膨張し凸球状１４′となると、ホトレジス
ト液５０１は粘度が高いためその液面は水平面と
ならず、一時期中央部が盛り上がつた凸球状の液
面１６′すなわちB′の状態を保持することにな
る。

ホトレジスト槽１１の直上には、回転ステージ
１７を液面１６に対向した状態（通常のスピンナ
の回転ステージを倒立させた状態）で設けてお
き、同回転ステージ１７は主軸１８に結合してあ
る。主軸１８の他端には主軸１８および回転ステ
ージ１７を上下動させるための摺動機構（図示せ
ず）に結合すると共に、主軸１８の一部にはモー
タ７０１の回転力を回転ステージ１７に附与伝達
する摺動式回転力伝達機構２０，２０′が、ギア
あるいはプーリなどの機構によつて構成してあ
る。即ち上記の機構を備へることにより、主軸の
一端に結合した回転ステージは、回転しながらホ
トレジスト液面１６との相対位置が変化する構造
が形成される。

上記の如き構成において、素材基板たとえばシ
リコン半導体基板１０１の被塗布面を下面にして
基板１０１を回転ステージ１７に真空吸着法など
の手法で固着した後、素材基板１０１及び回転ス
テージ１７を主軸１８の他端に設けた摺動機構に
より、ホトレジスト液面１６に近接した位置に
設置した後、加圧室１３に加圧ガスを導入し、隔
壁膜１４を１４′のごとく膨張させれば、ホトレ
ジストの液面１６は盛り上がりB′，１６′の如く
なり素材基板１０１表面のほぼ全面に附着するこ
とになる。

次に加圧室１３内の圧力を減じホトレジスト液
面を定常位置Ｂ，１６に戻し、モータ７０１によ
り回転ステージ１７を回転させると共に、主軸１
８に結合した摺動機構（図示せず）により、回転
ステージ１７を位置まで引上げて素材基板表面
上（第２図では下方向面である）に、ホトレジス
トの塗布膜を形成する。

この第２図に示すスピンナーを用いたホトレジ
スト塗布法では、回転開始直後の遠心力により、
基板１０１の表面より離脱した液状態を保持した
ホトレジストの大半は、ホトレジスト液室１２内
に回収され、さらに、その後回転が進行し該基板
上に該略塗布膜が形成された後に離脱した半硬化
状態でゲル状の再使用が不可能な余剰レジスト
は、位置において基板より離脱するため外囲槽
２１内に分離回収される。したがつて従来の如
く、素材基板面に滴下したホトレジストの大半
が、塗布皮膜として寄与せず余剰ホトレジストと
して廃棄されるのに比較して、第２図の装置によ
ればホトレジストの使用効率が大巾に改善され
る。

また半硬化状態のゲル状微粒が周壁面で反射し
素材基板の塗布膜面上に落下し、塗布膜面の平滑
度を損なう従来の問題については、本発明では塗
布膜面は下方向面であり、塗布膜面上へのゲル状
微粒の落下再付着は起りえず均質な塗布膜がえら
れる。

以上のように本発明によれば均質な塗布被膜の
形成を行うことができ、レジストの使用効率の大
巾な向上をはかることができる。

次に本発明の効果をさらに高めるための塗布装
置の他の実施例を第３図によつて説明する。構造
は第３図の断面略図に示す如く、第２図の実施例
のホトレジスト液槽の外に外囲槽２１を設けた構
造で外囲槽２１の上部には可動遮蔽板２２を有し
ている。回転ステージ１７とモータ１９を結合す
る主軸１８の上下摺動時（結合機構、摺動機構は
図示せず）、即ち回転ステージ１７が位置から
位置まで移動する間は、可動遮蔽板２２は開放
状態を保持し、回転ステージ１７及び同ステージ
に固着された素材基板１０１の摺動移動を妨げな
いが、回転ステージ１７が位置及びに存在す
る際には、主軸１８の貫通部２３以外を遮蔽し、
槽内２４をほぼ密室雰囲気とする構造なる。

またホトレジスト液室１１と外囲槽２１が形成
する外囲室２５には、ホトレジスト液１２の希釈
液２６（或は希釈液と類似組成液）を溜置してお
くことにより、槽内２４は同液の蒸発ガスによ
り、希釈液組成の雰囲気が保持され、ホトレジス
ト液室１１内のホトレジスト液１２の液面１６，
１６′における組成変化（硬化）を抑制すること
ができる。またこの蒸発ガスの存在により回転塗
布が同ガス雰囲気中で行なわれ、塗布雰囲気が制
御されるなどの効果により、均質な塗布膜を再現
性良く得ることが出来る。

本装置により、ホトレジスト塗布を行うプロセ
スは下記の如くなる。まづ回転ステージ位置に
おいて回転ステージ１７に対しシリコン半導体基
板１０１を真空吸着法などで固着させる。この時
可動遮幣板２２は完全な閉塞状態にあり、槽内２
４は密閉雰囲気を保持している。次に可動遮幣板
２２を一時開放し、基板１０１を固着させた回転
ステージ１７を、摺動機構（図示せず）により位
置まで下降させた後、可動遮幣板２２を主軸貫
通部２３の開孔部を残して、ほぼ閉塞の状態まで
遮幣する。

その後、弁１５により加圧室１３内に加圧ガス
を導入し、隔壁膜１４を介してホトレジスト１２
の液面１６を凸球状に１６′まで押し上げ、基板
１０１表面にホトレジストを付着させる。次に第
２図の実施例１の場合と同様に摺動機構により回
転ステージ１７を位置まで移動させながら、モ
ータ７０１により回転力を付勢し、位置におい
て基板１０１表面上に、ホトレジストの回転塗布
皮膜を形成させる。

回転塗布終了後は、再度可動遮幣板２２を開
き、回転ステージ１７を槽外の位置まで移動さ
せホトレジスト膜の形成を終えた素材基板１０１
を取り外して塗布プロセスは終了する。

なお、回転ステージを位置より位置に摺動
させる際の摺動速度を遅くするとともに、摺動開
始直後は低速回転とし、位置に到達後は高速回
転として、回転速度を変へて塗布する方式を採用
すると、第１の回転速度（低速度）域ではホトレ
ジストを基板表面全域に拡げると共に、液状の余
剰ホトレジストはホトレジスト液室１１内回収さ
れ、位置での高速回転域では基板表面に均一に
ホトレジスト膜が形成されることになり、よりホ
トレジストの使用効率を高めることができる。

また、上記の２つの実施例において、ホトレジ
ストの液面１６の中央部を凸球状に盛り上げる方
法としては、ゴムなどの弾性体の膨張力を利用し
た例で説明したが、金属箔膜の変位例えばベロー
などを使用することも出来る。

さらに塗布液の液面に凸球面を構成する他の方
式としては、塗布液中に、ガス圧を制御した不活
性ガスを導入し、同ガスが形成する気泡を用いる
方式を用いても良い。

また、隔壁膜の変位は、本実施例では、加圧ガ
スのガス圧を用いたが、液体を用いた流体圧或は
直接機械的な加圧力を隔壁膜に加へる（例へばエ
アーシリンダ、カム機構など）方式を用いること
も出来る。

さらに本実施例では、半導体基板上に対するホ
トレジスト膜の形成を例としているが、本塗布装
置は上記のホトレジストの塗布以外に、粘度の高
い液状物質を用いて、塗布被膜を形成する用途で
あれば、本実施例同様に容易に均質な被膜を形成
することができる。

以上のように、本発明の方法、装置を用いたホ
トレジスト塗布法では、ホトレジストの塗布面が
下面を向いているため、周壁面で反射した余剰レ
ジストのゲル状小粒の塗布面上への落下がなく、
したがつてそれらの夾雑物によるホトレジストの
表面平滑度不良、これにもとずくパターン崩れな
どの工程不良が防止される。さらに本発明によれ
ば液状の余剰レジストはレジスト液室に回収され
るため、ホトレジストの無駄を低減することに大
なる効果を発揮することができる。このように本
発明は素材基板上への回転塗布被膜の形成に際
し、工業的に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のホトレジスト塗布装置の斜視略
図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の各実施例
にかかるホトレジスト塗布装置の断面構造図であ
る。 １０１……素材基板、５０１……ホトレジス
ト、１１……ホトレジスト液槽、１２……レジス
ト液室、１３……加圧室、１４……隔壁膜、１５
……弁、１６，１６′……ホトレジスト液面、１
７……倒立回転ステージ、１８……主軸、７０１
……モータ、２１……外囲槽、２２……可動遮幣
板、２５……外囲室、２６……希釈液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 素材基板の被塗布面を下向きにして上記基板
   を塗布液槽内の塗布液面に近接設置し、塗布液槽
   内に設けた液面可動装置により液面を盛り上げ上
   記塗布液を上記被塗布面全面に接触付着させたの
   ち、上記基板を上記液面より離間させ、上記被塗
   布面を下向きにした状態で上記基板を塗布液面近
   傍では低速回転で基板に付着した余剰の塗布液を
   塗布液槽内に落下回収した後、上記基板を塗布液
   面より離間した位置で、高速回転させ、塗布液を
   希釈する雰囲気ガス中で基板表面に塗布液被膜を
   形成することを特徴とする回転塗布方法。 ２ 塗布液を溜置する液室の底部に設けられた可
   動隔壁膜と、上記塗布液面上に、素材基板の塗布
   被膜形成面が上記塗布液面に対向するように載置
   できる回転台と、この回転台を回転させる回転駆
   動機構と、この回転力を伝達しつつ上記回転台を
   摺動する摺動機構とを備え、上記可動隔壁膜に加
   圧力を付与して上記塗布液の液面の少くとも一部
   を凸上に盛り上げ上記塗布液を塗布被膜形成面に
   付着させることを特徴とする回転塗布装置。 ３ 塗布液を溜置する液室の外周に塗布液の希釈
   液を溜置した外周槽を設置し、この外周槽の上部
   に開閉可能な可動遮弊板を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の回転塗布装置。 ４ 可動隔壁膜が弾性体又は可動金属膜よりなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   回転塗布装置。