JPS63313160A - フォトマスク用基板等へのレジスト塗布方法およびスピンナチャック装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の製造時の原版として用いら
れるフォトマスク用の基板等へのレジスト塗布方法に係
り、特に、基板の円対称性の無い領域に至るまでレジス
トを均一に塗布する方法に関する。

（従来の技術） 従来のフォトマスク用基板へのレジスト塗布方法は、レ
ジストを高速回転中の基板の上面に滴下し、回転時にレ
ジストに作用する遠心力を利用してレジストを四角形を
なす基板の全面に広げ、かつ基板上のレジスト中の溶剤
を蒸発させて乾燥を行い、所望のレジスト均一膜を得る
方法である。

この従来の方法では、基板を高速回転のために保持する
スピンナのチャックは、第１２図に示すように一定の回
転速度Ｒで連続的に回転させ、回転開始後時間Ｔ　が経
過してから基板上のレジスト■ の乾燥を始めるようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来のレジスト塗布方法により基板面にレジ
ストを塗布した例を第１３図および第１４図に示す。こ
れらの例は、電子線レジスト（ポリブデンスルホン）の
塗布例で、第１３図（ａ）ないしくｅ）は、それぞれ４
００．６００．８００．１２００．１６００ｒｐｍで基
板を回転させてレジスト膜を基板上に形成した場合の膜
厚分布状態を示す。この図かられかるように、回転数カ
ーくなるにつれて基板内の均一膜厚領域が大きくなるが
、最も広い領域は四角形基板に内接する円内領域である
。そして、この円内領域以外の四角形基板の四隅の部分
は、円内の均一膜厚領域よりはるかに膜厚の大きい部分
となる。この部分は、以下フリンジ部と呼ぶ。第１４図
は第１３図に示す基板の対角線ｐ方向における膜厚分布
を示すグラフであり、曲線ａないしｅは第１３図（ａ）
ないしくｅ）の場合に対応している。このグラフから明
らかなように、回転速度が大きくなる程、フリンジ部の
膜厚の中央の均一膜厚との差が大きくなり、この膜厚差
は干渉色の違いから目視にて謙別できるようになる。こ
の膜厚差は、従来の方法を用いた場合、レジストの粘弾
性に依存した最適回転数を採用して塗布を行っても避け
ることはできない。

このように特にフリンジ部に膜厚の大きい部分が生じる
と、得られたフォトマスクを用いて露光を行う場合、フ
リンジ部にあたるパターンについては、多重露光や基板
面内の露光量分布調整などが必要となり、工程の手間が
増し、パターン精度にも問題が生ずる。

一方、近年、半導体のＶＬＳＩ化に伴うフォトリソ技術
の向上によって、ステップアンドリピート方式の縮小露
光方式（スラッパー）が採用され、その露光装置に用い
るマスクとして、レチクルと呼ばれる実チップの１倍、
５倍、１０倍のパターンをもつものが使用されるように
なってきた。このようなものを使用すると、従来のレジ
スト塗布方法で得られたマスク基板では、フリンジ部に
パターンがかかり、マスク製造時の露光時に制約を受け
、あるいはレチクル上に書くことのできるチップ数が制
約を受ける。

以上のような現状により、従来方法によるよりも広い範
囲で均一にレジストが塗布されているフォトマスク用基
板が必要となってきている。

よって、本発明は、フォトマスク用基板のレジストの塗
布膜の厚さが均一な領域をさらに大きくし、四角形基板
の周辺に及ぶ領域までレジストを均一に塗布することが
できる方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、フォトマスク用基板等へのレジスト塗
布にあたり、スピンナの回転を２段に分けて行い、第１
段の回転数をＲ１、第１段の回転数の保持時間をＴ　、
第２段の回転数をＲ２、第１段の回転開始から第２段の
回転開始までの時間をＴ２、第１段の回転開始から基板
上のレジストの乾燥開始までの時間をＴ　とした場合に
、■ Ｒ１≦２，０００ｒｐｍ Ｒ２≦１，０００ｒｐｍ Ｒ１＞Ｒ２ ＲＩＸＴ、≦１０．０００ｒｐｓ＋　・５ｅｃＴ１≦Ｔ
２くＴｖ なる関係が成立するようにし、スピンナチャックに保持
された四角形をなす基板の上部に形成されるスピンナ開
口部が、四角形基板に外接する円よりも小さくなるよう
にし、基板の対角線の長さをｄ　　前記開口部の直径を
ｄ２、当該開口部と基１　ゝ 板上面までの距離をＨとした場合に、 Ｈ／　（ｄｌ−ｄ２）＞０．８ なる関係が成立するようにし、かつ開口部中央部におい
て基板上面の中央に当たる気流の速度が１、　５ｍ／ｓ
ａｃ以上となるように排気を行う。

（作　用） 」−述のように、スピンナの回転を第１段および第２段
に分けて行うことにより、第１段回転で基板面上にまず
レジストを最適状態で広げ、第２段回転で、レジストの
粘弾性、レジストと基板の濡れ性、気流速度などを考慮
して、基板外端部をも含めて均一な膜厚を得るようにレ
ジスト塗布を行うことが可能となる。

また、第１段回転はその回転数と回転保持時間の積に最
大値を設け、それ以下の値で回転を行うことにより、基
板面上にレジストを広げることができる。

また、スピンナ上の基板へ当る気流のパターンを、スピ
ンナ開口部の径、スピンナ開口部と基板表面の距離によ
り所定の状態に定め、しかも基板表面へ気流が当たる速
度も一定値以上にすることにより、レジスト膜厚の均一
性は向上する。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

本発明では、従来のレジスト塗布方法と同様に、スピン
ナチャック上にフォトマスク基板を保持し、スピンナの
回転によって基板を高速回転させ、基板の面上にレジス
トを滴下し、回転によりレジストに作用する遠心力を利
用してレジストを基板の全面に広げる。そして、乾燥に
よって基板上のレジスト中の溶剤を蒸発させて、基板の
面上にレジストの膜を形成する。膜を形成した基板はス
ピンナチャックから取りはずす。

本発明によれば、スピンナによる基板の回転を従来のよ
うに１回ではなく２段階に分けて行う。

その−例を第１図に示す。この例では、スピンナすなわ
ち基板の回転を、まず第１段で回転数Ｒ１で行い、これ
を時間Ｔ１だけ保持する。そして、第１段の回転が終っ
てスピンナを停止させた後、少し時間をおいて、第１段
回転の開始時から時間Ｔ　の経過後、第２段の回転を回
転数Ｒ１より低い回転数Ｒ２で行う。そして、第２段回
転の開始後、第１段回転の開始より時間Ｔ　が経過して
か■ ら、塗布されたレジストの溶媒の蒸発が始まり乾燥がな
されるようにする。この第２段回転の適当時間行った後
スピンナを停＋ｌ−させ、レジストの塗布作業を完了す
る。

第２図は本発明における他の方法を示す。この例が第１
図の例と異なる点は、第１段の回転を時間Ｔ１だけ行っ
た後、スピンナを停止させることなく、回転数Ｒ２に減
速し、その回転数のままで第２段回転を続けることであ
る。

第３図に示す他の例では、第１図の例と異なり、第２段
回転を回転数Ｒ２で始め、乾燥開始後、第２段回転の回
転数を第１段の回転数Ｒ１よりも高い回転数Ｒ３に上げ
た後塗布作業を終るようにしている。

以上の３つの方法のいずれにおいても、次の関係が成立
するようにスピンナの回転を行う。

Ｒ１≦２，０００ｒｐｍ　　　　　　−・・（１）Ｒ２
≦１，０００ｒｐｍ　　　　　　　　−（２）Ｒ１＞Ｒ
２・・・（３） ＲＩＸ　Ｔ　ｔ≦１０．００　Ｏｒｐｍ　−５ｃｃ−（
４）Ｔ１≦Ｔ２くＴｖ　　　　　　　　　・・・（５）
このように式（１）ないしく５）の関係が成立するよう
にスピンナの回転を制御する理由を説明するに先立って
、まず従来方法により前述のフリンジ部が発生する理由
を述べる。従来方法によると、レジスト（固形分および
溶媒）を高速回転で基板に広げるので上記レジストはそ
の回転数に応じ遠心力（外向きの力）を受け、基板中央
から外周へ流動し、基板中央から乾燥が始まる。すなわ
ち、レジスト中の溶媒が基板中央で蒸発し、その乾燥が
外周まで移行し塗布が完了する。これらの経過は、回転
中、レジストと基板表面の干渉による色変化で認識でき
る。

これをさらに図を用いて詳細に述べると、回転の途中段
階において、例えば基板中央部が乾燥を開始した時刻で
は第１７図に示すように、Ｉ　レジストｒは、引き続き
起こる基板Ａの回転によりつねに外向きの力が加わり外
周へ広がろうとする。そして、レジスト乾燥部分（固形
分のみ）の領域ｒ１が大きくなる。

■　上記Ｉ）の現象を平面図である第１５図を用いて説
明すると、基板Ａ上の未乾燥レジストの任意の点は、外
向きの力および回転自身によりその後の時刻の変化に応
じてｔ１〜ｔ６で示すように基板上でらせん状軌跡をと
る。

■　さらに、時間が経過すると、基板Ａの端部に達した
未乾燥のレジストは基板端によって動径方向の力（外向
きの力）が抑止され、その時同時に起っている基板の回
転によって基板辺に沿って移動するかまたは停止し乾燥
が移行してくるのを待つ。

■　設定回転数が高い場合には、■の状況において動径
方向外向きの力が基板端抑止力に打ち勝ち一瞬基板から
離れ、レジスト連続体の束縛条件から開放され、その時
の円運動の法則から円運動接線方向へ飛び出し、引き続
き起こる基板回転で再び基板の四隅部へ付着する。この
場合、次に起こるレジストの乾燥の外周への移行速度が
早いため、乾燥し固形分化したレジストの上にさらに未
乾燥レジストが乗り乾燥するという工程でフリンジ部と
中心部の膜厚較差は飛躍的に増大する（第１５図、第１
６図参照）。

このような従来方法で起きる現象を回避するため、本発
明では前述の関係が（１）ないしく５）が成立するよう
にスピンナの回転を制御するのであるが、以下その理由
を述べる。

先ず、式（２）の制約は従来方法の■を解決するための
手段である。第１３図および第１４図の塗布例の如く、
１．０００ｒｐｍ付近に■の臨界点が存在する。ところ
で、（２）のみの条件で塗布した場合、膜厚分布を見る
とやはり基板の四隅部分は中心部と比べ外周に行（程膜
厚が太き（なっており、また基板端にはレジストちり上
がりが出来ており基板枠のようになる。後者については
基板のパターン領域外である為問題とはならない。

そこで本発明は、さらに（３）の制約をつけ２段ステッ
プの回転シーケスをとる。上記（２）のみの回転では単
一回転により基板上に乗せるレジストの総量も決定され
ているため、本発明では第１段のステップで第２段の回
転数のみで基板から排出できるレジスト総量より多量の
レジストを排出し、以って基板上に残る未乾燥レジスト
の総量を第２段の回転数のみで制御できる鑓より少なく
する。（２）、　　（３）の制約で塗布したものでは、
基板中央から外周へ向かう膜厚分布および中心部外周部
膜厚差は、（２）のものよりもさらに小さくすることが
できる。

（１）の制約は、この回転具−Ｌになると中央部から始
まる乾燥時刻がさらに早くなり（１秒以下となるため）
スピンナーの機械的追従ができな（なるためである。

このようにして、先ず第１段の回転で基板上に滴下した
レジストを基板面上に広げかつ基板面上に残（ｊするレ
ジスト総量を決定する。基板面上に残存するレジスト総
量は回転数Ｒ１のみではなく、その回転数を保持する時
間Ｔ１によっても決まり、両者の積Ｒ１×Ｔ１が塗布さ
れたレジストの膜厚を決定する。積Ｒ１ＸＴ、は前述の
様に１０、０００ｒｐｍ　”ｓｅｅ以下とするのが好ま
しいことが分かった。なお、この第１段回転で制御でき
る膜厚範囲は約１０００Ａである。

次に、本発明のレジスト乾燥時刻制御方法およびその理
由を述べる。

レジストの乾燥は、レジストの種類、特に溶媒の飽和蒸
気圧、レジストの量、および排気量に関係する。本発明
においては、スピンナシーケンスでレジストの総量を制
御し、排気量すなわち当価な指標として基板上で垂直に
流れる気流・風速を制御する。

従来は、第４図に示すように、スピンナＳの上面開口部
２は、四角形基板Ａを保持するチャックの設置およびチ
ャックに対する基板の着脱のため、基板Ａが内接する円
よりも大きくなっている。

これに対し、本発明では、例えば第５図に示すように、
スピンナＳの上面開口部２が、四角形基板Ａに外接する
円３より小さくなるようにする。

そして、基板Ａの対角線の長さをｄｌ、開口部２の直径
を６２−開口部２とそれより下にある基板Ａの上面の距
離をＨとした場合、 Ｈ／　（ｄｌ−ｄ２）＞０．８ なる関係が成立するようにする。

公知のように、スピンナチャックに保持された基板Ａの
外方へ向かって排気がなされ、この排気に伴って気流は
開口部２を経て上方から下方へ流れ基板Ａの上面に当た
る。この下方へ流れる気流は、開口部２の寸法が上記式
の関係を満たすように決められていることにより、第４
図に示す従来の場合に比し、や＼絞られた状態で流入す
る。

一方、本発明では、このように上方から流入する気流は
、基板Ａの上面の中央に１．　５ｍ／ｓｅｃ以上の速度
で当たるようにする。フォトマスクに使用されるレジス
トについて、この１．５ｍ　／　ｓｅｅ以上の風速が上
部開口部との関係から必要であることが分かった。上述
のように、本発明ではスピンナＳの上面開口部２を基板
に外接する円３よりも小とする＜　ａ　２　＜　ｄ　ｔ
　）が、このようにするのは、開口部２外側の領域と矩
形基板Ａの共通部分（これは基板の四隅部分である）の
領域に集中的にさらに動径方向の力を風速によって加え
かつ同時に乾燥させるためである。したがって、本発明
では従来方法と異なり矩形基板外周から乾燥が始まる。

この乾燥開始時刻Ｔ　は第２段の回■ 転が始まった後でなくてはならない。これは、前述した
（２）、（３）の条件で塗布して得られる膜厚較差をさ
らにこの手段で小さくするためである。したがって、時
間Ｔ　のコントロールは排気■ ダクトタイミングでコントロールする。また、スピンナ
シーケンスの前記（５）の制約条件がつく。

本発明の第２段のスピンナステップおよび前記気流条件
を維持したままであると、レジストの乾燥は外周から中
央へ移行しその逆は起こらない。

それは、外周部が先に乾燥しレジスト固形分が固定され
、より内部の未乾燥レジストの外周への移動抑止するた
めである。また、基板回転による遠心力は一般的に動径
が小さい。すなわち内部になる程小さく、さらに前記上
部開口部の円の内側と外側では基板に当る風向および速
度が異なるため、未乾燥レジストの内側から外側へ向か
う速度の方が小さい。

次に、上部開口部の関係について述べる。前述したよう
に上面開口部２を基板Ａに外接する円３よりも小とする
ことで乾燥およびその方向性も制御でき、前記シーケン
スに沿ってスピンすることによりフリンジ部と基板中央
の膜厚較差は大巾に改善できる。本発明ではさらに当該
上面開口部と膜厚分布との関係を追及し、前記 Ｈ／　（ｄｌ−ｄ２）＞０．８ なる関係が成立する時分布がさらに良くなり膜厚均一性
が向上することを見出した。

第５図に示すように開口部２が基板Ａより小さくなると
、基板Ａの着脱に支障が生じる。このため、開口部２を
形成するフードＢを上下に移動可能とし、基板Ａの着脱
時にフードＢを破線で示す上方位置へ退避させるように
する。

フードＢは、第６図に示すごとく、カメラの絞りのよう
に開口部口径が可変となる形式にすることもできる。こ
の場合には、フードＢの上下方向の移動の必要はない。

第７図の例では、上下方向に移動可能なフードＢは円錐
面をなしている。

気流の制御のためには、スピンナの回転軸線に関して対
称位置に複数の独立排気装置を設けたり、また、第８図
に示すように、基板Ａを保持するチャック自身４にフィ
ン５を取付け、全周にわたって補助的な均一気流が発生
するようにしてもよい。

第９図は、本発明による方法にて電子線レジスト（ポリ
ブデンスルホン）を基板に塗布した時のレジスト膜厚の
プロフィルを示すグラフである。

膜厚の測定点は、第１０図に示すように基板Ａの対角線
上の１７個所であり、基板は５インチ角、Ｈ／　（ｄ、
−ｄ２）−０，９である。膜厚は光学式膜厚討で測定し
た。

第９図において、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄ。

６Ｅ、６Ｆ、６Ｇは、それぞれ、前記（Ｒ１×Ｔ１）の
値が１５００．３０００　（Ｒ１＜Ｔ、）、３０００　
（Ｒ，＞Ｔ、）　、５０００，６０００（Ｒ１＜７１）
　、６０００　（Ｒ１＞Ｔ１）、９０００の場合におけ
る膜厚分布を示す曲線である。このグラフから明らかな
ように、フリンジ部で膜厚が顕著に増大することはなく
、はぼ均一な膜厚が得られており、Ｒ１Ｘ　Ｔ　ｌの値
が膜厚レベルを支配している。実験結果によれば、Ｒ１
よりもＴ１に重きを置いた方が、膜厚プロフィルの平滑
性は良好である。いずれの条件においても、レジスト膜
厚レンジは１００Ａ以下となり、基板の四隅までレジス
トが均一厚さで塗布された。

第１１図は、本発明による方法にてフォトレジスト（Ａ
Ｚ１３５０）を基板に塗布した時のレジスト膜厚の基板
対角線方向のプロフィルを示すグラフである。塗布はＲ
ＩＸＴｌ−３００Ｏｒｐｍ　”ｓｅｃで行い、Ｈ／　（
ｄｌ−ｄ２）値がそれぞれ０．５．０．７．０．９．０
．５．０．９の場合について曲線７Ａ、７Ｂ、７Ｃ，７
Ｄ、７Ｅを得た。コノグラフハ、Ｈ／　（ｄ、−ｄ２）
＞０．８なる条件からはずれると、曲線７Ａ、７Ｂ、７
Ｄで示すように基板端部のレジスト膜厚が増大すること
を示している。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、基板を保持して回転させる
スピンナの回転を、レジストを基板面上に最適状態で広
げることを主目的とする第１段回転と、広げたレジスト
膜をその最終調整のために第１段回転より低い回転数で
、レジスト粘弾性、濡れ性、気流速度との関連を考慮し
て回転させる第２段回転とに分け、しかも基板面上への
気流の状態を特定の態様に定めることにより、基板の外
端部をも含めて、均一な膜厚をもつようにレジストを塗
布することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレジスト塗布方法におけるスピンナ回
転のシーケンスの一例を示す図、第２図は他の例を示す
図、第３図はさらに他の例を示す図、第４図は従来のス
ピンナへの基板の保持の状態を示す図、第５図、第６図
、第７図は、本発明におけるスピンナと基板の関係を示
す３つの異なる例の図、第８図はスピンナに送風フィン
を設けた例を示す図、第９図は本発明の方法により得ら
れたレジスト膜厚分布を示すグラフ、第１０図は第９図
のグラフに相当する膜厚分布測定点を示す図、第１１図
は本発明の方法により得られたレジスト膜厚分布を示す
他のグラフ、第１２図は従来のレジスト塗布方法のスピ
ンナ回転シーケンスを示す図、第１３図（ａ）ないしく
ｅ）は従来の方法により塗布されたレジスト層の膜厚の
状態を示す平面図、第１４図は第１３図（ａ）ないしく
ｅ）に対応する膜厚分布を示すグラフ、第１５図および
第１６図は基板の回転に伴うレジストの一点の移動軌跡
を示す説明図、第１７図はレジストの乾燥の説明図であ
る。 Ａ・・・基板、Ｓ・・・スピンナ、Ｂ・・・フード、Ｒ
１・・・第１段回転数、Ｒ２・・・第２段回転数、Ｔ１
・・・第１段回転保持時間、Ｔ２・・・第２段回転開始
時間、Ｔ　・・・乾燥開始時間、２・・・スピンナ開口
部、５・・・■ フィン。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 回４幡 第１５図 第１６図 手続補正書 昭和６３年９月８日 １許庁長官　吉田文毅殿 昭和６２年　特許願　第１４７９３１、発明の名称 フォトマスク用基板等へのレジスト 塗布方法およびスピンナチャック装置 補正をする者 事件との関係　　特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スピンナチャック上に基板を保持し、スピンナの回
   転により基板を回転させ、基板の面上にレジストを滴下
   し、回転によりレジストに作用する遠心力を利用してレ
   ジストを基板の全面に広げ、かつ基板上のレジスト中の
   溶剤を乾燥させ、所望のレジスト均一膜を基板面に形成
   するフォトマスク用基板等へのレジスト塗布方法におい
   て、スピンナの回転を２段に分けて行い、第１段の回転
   数をＲ＿１、第１段の回転数の保持時間をＴ＿１、第２
   段の回転数をＲ＿２、第１段の回転開始から第２段の回
   転開始までの時間をＴ＿２、第１段の回転開始から基板
   上のレジストの乾燥開始までの時間をＴ＿ｖとした場合
   に、 Ｒ＿１≦２，０００ｒｐｍ Ｒ＿２≦１，０００ｒｐｍ Ｒ＿１＞Ｒ＿２ Ｒ＿１×Ｔ＿１≦１０，０００ｒｐｍ・ｓｅｃＴ≦Ｔ＿
   ２＜Ｔ＿ｖ なる関係が成立するようにし、スピンナチャックに保持
   された四角形をなす基板の上部に形成されるスピンナ開
   口部が、四角形基板に外接する円よりも小さくなるよう
   にし、基板の対角線の長さをｄ＿１、前記開口部の直径
   をｄ＿２、当該開口部と基板上面までの距離をＨとした
   場合に、 Ｈ／（ｄ＿１−ｄ＿２）＞０．８ なる関係が成立するようにし、かつ開口部中央部におい
   て基板上面の中央に当たる気流の速度が１．５ｍ／ｓｅ
   ｃ以上となるように排気を行うことを特徴とするレジス
   ト塗布方法。 ２、第１段回転の最後における減速に続いて、第２段回
   転を一定の回転数で行う特許請求の範囲第１項記載のレ
   ジスト塗布方法。 ３、第１段回転の最後において減速後回転停止を行い、
   一定の時間後第２段回転を行う特許請求の範囲第１項記
   載のレジスト塗布方法。