JP2011023387A

JP2011023387A - レジスト膜の形成方法

Info

Publication number: JP2011023387A
Application number: JP2009164510A
Authority: JP
Inventors: Norihito Fukugami; 典仁福上; Naohiro Kaneko; 尚宏金子; Takashi Haraguchi; 崇原口
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】スピンコート法によって基板に塗布されたレジスト膜の均一性を向上することで、半導体デバイスや半導体製造用フォトマスク等の最終製品の基板面内の寸法均一性を向上させることのできるレジスト膜の形成方法を提供する。
【解決手段】半導体デバイスや半導体製造用フォトマスク等の微細加工分野におけるレジスト膜の形成方法において、基板表面に、最終目標の膜厚の１／５以下、もしくは膜厚３０ｎｍ以下のレジストを、スピンコート法でプレコートした後、引き続いて、最終目標の膜厚のレジストをスピンコート法で本コートする。
【選択図】なし

Description

本発明は、コンピュータ等の電子機器に使用する半導体デバイスや、半導体製造用フォトマスクにおける、電子線レジストやフォトレジスト等の塗液をスピンコート方法で塗布しレジスト膜を形成する方法に関する。

従来、フォトマスクや半導体製造における電子線レジストやフォトレジストの塗布には、スピンコート法が用いられている。これは、フォトマスクブランクやシリコンウェハなどの基板中央にレジストを滴下し、その後、基板を高速回転することによって、その遠心力でレジストを基板全面に均一に塗布しようとする方法である。レジスト滴下時に、基板が静止している方法をスタティックディスペンス、基板が既に回転しているものをダイナミックディスペンスと呼んでいる。この場合のレジストの膜厚は、レジストの粘度や基板の回転数、回転時間等のパラメータで制御される。基板面内で所望のレジスト膜厚および均一な膜厚分布を得るには、多くのステップで回転数を変化させたシーケンスを組み込んで制御する必要がある。

近年、半導体デバイスや半導体製造用フォトマスクの微細化が進む中で、基板面内の寸法均一性への要求が厳しくなってきている。例えば、半導体の４０ｎｍ技術世代では、半導体デバイスでは１〜２ｎｍ、半導体製造用フォトマスクでは２〜３ｎｍの寸法面内均一性が求められている。寸法の面内均一性を決定するプロセス要因としては、レジストコート、コート後のベーク、描画もしくは露光、露光後ベーク、現像、ドライエッチングなどが挙げられる。一般に、面内均一性に影響が大きいのは現像とドライエッチングである。しかしながら、前述したように、面内均一性の要求スペックが厳しくなってきており、レジストコート膜自体の特性の均一性が重要となっている。

従来のスピンコート法では、所望の平均膜厚と、面内の膜厚分布を制御しているが、コートしたレジスト自体が持っている膜質までは考慮されておらず、最終的に寸法に影響を与える膜質の面内均一性は制御出来ていない。その結果、現像やドライエッチングなどのプロセスで、面内で均一な寸法になるように、各装置のプロセス条件を追い込むことになる。しかし、コート後のレジスト膜質の基板面内の不均一性（特に基板中心と外周で特性が異なる）によって、最終製品の寸法の面内均一性は不十分となる問題があった。

均一なスピンコートを行うために、レジスト滴下前に、レジストの希釈液や洗浄溶媒を基板表面に滴下することで、基板とレジストとの濡れ性改善や、塗布欠陥の低減、さらにレジスト滴下量の削減を行うプリウェットという方法が提案されている。例えば、特許文献１には、レジストノズル以外に、前処理液及び洗浄液を滴下する前処理ノズルを備えた塗布装置によって、レジスト塗布前の半導体ウェハー表面の清浄度を向上させて均一かつ欠陥のないレジスト膜の形成技術が開示されている。また、特許文献２には、低粘度のポリイミドワニスを所定回転数以下と所定回転数以上で塗布する前処理を行った後に、通常粘度のポリイミドワニスによってスピンコートを行うことで所望の膜厚の乾燥膜を得る塗布方法が開示されている。しかし、このプリウェット方法では、本番のレジストコート時にレジストが希釈されてしまい、所望の膜厚が得られず薄くなって膜厚分布も悪くなる問題や、プリウェット材料が本番レジストと異なるために、感度や現像膜減り量などのレジスト特性が変化してしまう問題点があった。

実開昭６１−１９５０４６号公報特開平７−３８２３４号公報

そこで、本発明は、スピンコート法によって基板に塗布されたレジスト膜の均一性を向上することで、半導体デバイスや半導体製造用フォトマスク等の最終製品の基板面内の寸法均一性を向上させることのできるレジスト膜の形成方法を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、半導体デバイスや半導体製造用フォトマスク等の微細加工分野におけるレジスト膜の形成方法において、基板表面に、最終目標の膜厚の１／５以下、もしくは膜厚３０ｎｍ以下のレジストを、スピンコート法でプレコートした後、引き続いて、最終目標の膜厚のレジストをスピンコート法で本コートすることを特徴とするレジスト膜の形成方法である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記プレコートに用いるレジストと、前記本コートに用いるレジストが同一成分で、且つ、同じ粘度を有するものであることを特徴とする請求項１に記載するレジスト膜の形成方法である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記プレコートに用いるレジストが、前記本コートに用いるレジストと同一成分で、且つ、前記本コートに用いるレジストを低粘度に希釈したものであることを特徴とする請求項１に記載するレジスト膜の形成方法である。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記プレコートが、前記本コートよりも高い回転数でレジストをスピンコートすることを特徴とする請求項１または２に記載するレジスト膜の形成方法である。

本発明のレジスト膜の形成方法では、プレコートした後、引き続いて、本コートすることで、基板とレジストの濡れ性が向上し、面内で均一な膜質のレジスト膜が形成できる。また、プレコートする材料は、本コートで用いるレジストと同一成分であるため、レジスト膜の基本的な特性を変化させることなく、本コートでのレジストが希釈されて薄くなることもない。さらに、プレコートのレジスト膜厚は、本コートの最終目標の膜厚の１／５以下、もしくは膜厚３０ｎｍ以下であるので、本コートのレジストの膜厚や膜厚分布に影響しない。したがって、本コートされたレジストは、均一な膜厚であり、膜の上層と下層で組成上の変化がない。その結果、本発明の方法で形成されたレジスト膜を用いた描画パターンは、パターン乱れの少ない良質のパターンとなる。

本発明のレジスト膜の形成方法を実施するスピンコーターの一例を示す説明図。

本発明のレジスト膜の形成方法を、一実施形態に基づいて以下に説明する。

図１は、本発明のレジスト膜の形成方法を実施するスピンコーターの一例を示す説明図
である。図１において、チャックステージ１は、マスクブランクや半導体ウェハ等の基板２を保持して、高速回転する図示しない回転機構と連結している。その回転数は、例えば、少なくとも３０００ｒｐｍであり、望ましくは、５０００〜１５０００ｒｐｍである。チャックステージ１は、排気口４及びドレイン機構を備えたコーターカップ３の内側にあり、チャックステージ１の上方には、プレコート用ノズル５、本コート用ノズル６、リンス用ノズル７を備え、各ノズルは適宜使い分けることができる。

プレコートのレジスト膜厚を、本コートの最終目標の膜厚の１／５以下にする一つの手段として、本コートに用いるレジストを溶剤によって希釈して、プレコート用レジストとして用い、本コートと同じ回転数でプレコートすることができる。その希釈割合は、容積比で、本コート用レジスト：溶剤＝１：５〜２０の範囲が指定できる。ちなみに、粘度３．０ｍＰａ・ｓの市販のポジ型電子線レジストである「ＦＥＰレジスト」（商品名：富士フィルムエレクトロニクスマテリアル社製）を、粘度１．０ｍＰａ・ｓの市販の溶剤「ＦＥＰシンナー」（商品名：富士フィルムエレクトロニクスマテリアル社製）によって、レジスト：溶剤＝１：５の割合で希釈すると、希釈したレジストの粘度は約１．３ｍＰａ・ｓになる。これを、本コートと同じ回転数でコートすれば、プレコートのレジスト膜厚は本コートの最終目標の膜厚の１／５になる。

また、プレコートのレジスト膜厚を、本コートの最終目標の膜厚の１／５以下にする他の手段として、本コートに用いるレジストを希釈せずに、レジスト粘度をそのままにして用い、スピンコート回転数の変更でプレコートすることができる。一般に回転数と膜厚の関係はＴ＝ａ・１／Ｒ^ｂで表される。ここで、Ｒは回転数（ｒｐｍ）、Ｔはレジスト膜厚、ａ、ｂは正の定数である。そこで、本コート膜厚の１／５の膜厚でプレコートするためには、概ね本コートの１０倍の回転数でプレコートするれば良い。なお、上記した２種類の手段を組み合わせることも可能である。

次に、プレコートのレジスト膜厚を、３０ｎｍ以下にする手段としては、上記した２つの手段を同様に用いて、回転数と粘度を一定の範囲とすることで可能である。この場合、プレコートの最適回転数は５００〜１５０００ｒｐｍの範囲が望ましい。また、レジスト粘度は、半導体やフォトマスクの場合は粘度１．０〜３．０ｍＰａ・ｓが望ましい。また、レジスト膜厚を、３０ｎｍ以下にする手段としては、通常のレジストコート後に、酸素プラズマ処理によるレジストの薄膜化も可能である。ここで使用できるレジストとしては、例えば、ポジ型電子線レジストである「ＦＥＰ１７１」（商品名：富士フィルムエレクトロニクスマテリアル社製）や、例えば、ネガ型電子線レジストである「ＦＥＮ２７１」（商品名：富士フィルムエレクトロニクスマテリアル社製）で実施可能である。

以下に、本発明の具体的実施例について説明する。

本コートの最終目標の膜厚を２００ｎｍと想定し、それに対して、プレコート膜厚を本コート膜厚の、１／１０（実施例１）、１／７（実施例２）、１／５（実施例３）、１／３（比較例１）、及びプレコート無し（比較例２）となるよう、表１に示す希釈割合による希釈後のレジストをプレコート用レジストとした。
フォトマスク用基板に対して、表１に示す希釈割合による希釈後のレジストで、回転数２１５０ｒｐｍ、時間５秒間プレコートを実施した。引き続いて、本コートの最終目標の膜厚を２００ｎｍと想定して、粘度が２．７ｍＰａ・ｓの希釈をしていないレジストを用いて、回転数２１５０ｒｐｍ、時間３秒間本コートを実施した。
ここで、レジストとして上記した市販のポジ型電子線レジスト「ＦＥＰ１７１」を用い、希釈溶剤として上記した市販の溶剤「ＦＥＰシンナー」（プロピレングリコールモノメチルエーテル：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート＝２：８）を用いた。

本コート後の最終膜厚は表１に示すように、プレコート膜厚が本コート膜厚の１／５以下、すなわち、ここでは４０ｎｍ以下であれば、比較例２のプレコート無しの場合と同じ膜厚でコートできることが確認できた。

次いで、実施例１〜３、比較例１，２で得られたレジストコート済みのフォトマスク用基板からフォトマスクを作製し、マスク面内のパターンの寸法均一性を調べた。その結果を表２に示す。表２の面内膜厚分布のレンジ、及び、寸法均一性レンジの値が示すように、本発明に係る実施例１〜３は、いずれも良好な寸法均一性が得られた。それに対して比較例1及び２は、寸法均一性レンジが大きく、不良であった。

１・・・チャックステージ２・・・基板３・・・コーターカップ
４・・・排気口５・・・プレコート用ノズル６・・・本コート用ノズル
７・・・リンス用ノズル

Claims

半導体デバイスや半導体製造用フォトマスク等の微細加工分野におけるレジスト膜の形成方法において、
基板表面に、最終目標の膜厚の１／５以下、もしくは膜厚３０ｎｍ以下のレジストを、スピンコート法でプレコートした後、引き続いて、最終目標の膜厚のレジストをスピンコート法で本コートすることを特徴とするレジスト膜の形成方法。
前記プレコートに用いるレジストと、前記本コートに用いるレジストが同一成分で、且つ、同じ粘度を有するものであることを特徴とする請求項１に記載するレジスト膜の形成方法。
前記プレコートに用いるレジストが、前記本コートに用いるレジストと同一成分で、且つ、前記本コートに用いるレジストを低粘度に希釈したものであることを特徴とする請求項１に記載するレジスト膜の形成方法。
前記プレコートが、前記本コートよりも高い回転数でレジストをスピンコートすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載するレジスト膜の形成方法。