JP2015000356A - 塗布膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを増加を抑制しつつ、従来の形成方法では形成困難であった、厚い膜厚の塗布膜を形成可能とする。【解決手段】第1の回転数(回転数R1)に応じて基板を回転することによって、上記基板上に滴下された塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程(S164)と、第2の回転数(回転数R2)および回転時間(t3)に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程(S166)とを含み、回転時間(t3)は、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されている。【選択図】図1
Description
本発明は、スピンコート法を用いた塗布膜の形成方法に関する。
半導体デバイス、液晶ディスプレイ(LCD)などの製造工程において、基板上にパターニングされたフォトレジストなどの塗布膜を形成するために、フォトリソグラフィ技術が広く利用されている。一般的にフォトリソグラフィ技術は、(i)基板である半導体ウエハ(以下では単にウエハとも表現する)にフォトレジスト液(塗布液)を吐出する、(ii)ウエハ表面にフォトレジスト膜を形成する、(iii)フォトマスクを用いてフォトレジスト膜を露光する、(iv)現像処理を行う、という一連の工程によって所望のパターンの塗布膜を得るものである。
上述の工程において、フォトレジスト液の吐出およびフォトレジスト膜の形成は、スピンコート法によって行われる。スピンコート法において、ウエハは、回転自在なスピンチャックに吸着保持される。フォトレジスト液は、ウエハの中央部上方に設けられているノズルからウエハの中央部に供給される。ウエハ中央部に供給されたレジスト液は、スピンチャックが回転することによって生じる遠心力によって、ウエハの半径方向の外側へ伸張する。その結果、フォトレジストの塗布膜は、ウエハの表面全体に形成される。
スピンコート法を用いる例として、特許文献1には、ウエハの表面に比較的大きな凹凸がある場合であっても、ウエハ表面全体にわたって平坦な塗布膜を得るための半導体塗布膜形成方法が記載されている。この半導体塗布膜形成方法は、静止状態、または、低速回転状態のウエハの表面中央に塗布液を供給する供給工程と、数秒間だけ高速回転させる高速回転工程と、数秒〜数十秒間だけ低速回転させられる低速回転工程と、を含んでいる。ここで、低速回転とはウエハの回転数が数十〜数百rpm(revolutions per minute:毎分回転数)のことを意味し、高速回転とはウエハの回転数が数千rpmのことを意味する。高速回転工程を実施することによって、塗布液は、高速回転に伴い生じる遠心力によってウエハの半径方向の外側に向かって流れ、ウエハの表面全体にわたって塗布される。また、低速回転工程を実施することによって、ウエハ表面上に塗布された塗布液は、低速回転に伴い生じる遠心力により均一に平均化されるとともに、余分な塗布液は振り切られる。特許文献1には、低速回転工程の時間は数秒〜数十秒間と記載されており、10秒〜40秒間が一般的と考えられる。
特許文献2には、スピンコート法を用いてレジスト膜を形成する際に使用するレジスト液の量を抑制(省レジスト化)するための技術が記載されている。具体的には、第1の回転速度で回転しているウエハの中央付近にレジスト液を供給する供給工程と、第1の回転速度より遅い第2の回転速度に徐々に減速する減速工程と、残余のレジストを振り切るために、第2の回転速度より速い第3の回転速度によってウエハを回転させる振り切り工程と、を含んでいる。上記減速工程において、第1の回転速度から第2の回転速度に減速する際の加速度を、第2の回転速度へ近づくほど小さくしていく。
特許文献3には、スピンコート法を用いて塗布膜を形成する際に、塗布膜の目標膜厚を得るための基板の回転数の補正作業を容易に行うための技術が記載されている。当該技術は、塗布ユニットにおける塗布処理時のウエハの回転数と、当該回転数にて塗布したレジスト膜の平均膜厚との相関関係を表すスピンカーブを用いて回転数の補正作業を行うものである。スピンカーブは、塗布膜を成膜する際のウエハの回転数と、それぞれの回転数によって成膜された塗布膜の膜厚との相関関係を近似した近似式である。
上記近似式(スピンカーブ)は、たとえば所定の回転数領域において、異なる回転数によって塗布膜を形成し、それぞれの塗布膜の膜厚を測定した結果を近似することによって得られる。塗布膜形成時のウエハの回転数Rと、回転数Rにおいて基板を回転させることによって形成される塗布膜の膜厚Tとの間には、RT2=C1(ここでC1は定数)の関係が成立することが知られている。すなわち、あらかじめ上記近似式を求めておくことによって、形成したい塗布膜の膜厚がTaである場合、そのために適正なウエハの回転数Raは、Ra=C1/(Ta)2から求められる。また、ウエハの回転数をRbとして塗布膜を形成するとすれば、その塗布膜の膜厚Tbは、Tb=(C1/Rb)1/2と見積ることが可能である。
以上のように、上記近似式は、スピンコート法を用いて塗布膜を形成するために有用である。その一方で、実際に形成した塗布膜の膜厚と、上記近似式とは、全ての回転数領域においてよい一致を示すわけではない。具体的には、より厚い塗布膜を形成するためにウエハの回転数を低下させていくと、塗布膜の実際の膜厚は、上記近似式から逸脱し、上記近似式から予測される膜厚より薄くなる傾向を有する。
このように、形成した塗布膜の膜厚が所望の膜厚より薄くなる問題の解決方法として、所望の膜厚の塗布膜を形成するために、たとえば、粘度をより高めた塗布液を用いてもよい。しかし、この場合は、所望の粘度の塗布液を入手可能であるか否かが問題となる。また、所望の粘度の塗布液を入手可能な場合であっても、塗布膜を形成する工程において使用する塗布液の種類が増加することは避けられない。その結果、増加する塗布液の設置場所を確保する、増加する塗布液の品質を管理するなどの作業が増加し、結果的に製造コストの大幅な増加を招く虞がある。
また、別の解決方法として、塗布液の材料そのものを見直すことによって、ウエハの回転数として高い回転数を採用しつつ、所望の厚い膜厚を実現する方法も考えられる。しかし、この場合は、実際に製造工程の運用を始める前に、新しく用いる塗布液の諸性能をあらかじめ評価する必要が生じる。ここで塗布液の性能とは、形成可能な膜厚の範囲に加えて、感光および現像した際の解像性能、ポジ型かネガ型か、どのような現像液を使用するのか、など多岐にわたる。したがって、新しく用いる塗布液の選定、その性能の評価、および、使用可能か否かの最終判断を経て、実際に新しい塗布液を用いる製造工程の運用を開始するまでに、長い時間が必要となる場合が多い。このために、新しい塗布液を採用する方法は、たとえばサンプル製品を出荷するまでに時間を要し、その結果として、商機を逃す可能性がある。また、新しい塗布液を採用する方法は、上述のように塗布液の選定および性能の評価を実施するための技術者を必要とするため、製造コストの大幅な増加を招く虞がある。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストの増加を抑制しつつ、従来の形成方法では形成困難であった、厚い膜厚の塗布膜を形成可能な塗布膜の形成方法を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る塗布膜の形成方法は、基板上に塗布液を滴下する滴下工程と、第1の回転数に応じて上記基板を回転することによって、上記基板上に滴下された上記塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程と、第2の回転数および回転時間に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程と、を含み、上記回転時間は、上記基板が上記第2の回転数で回転している際に、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されている。
本発明の一態様によれば、形成された塗布膜の膜厚は、膜厚決定工程における回転時間が十分に長く設定されているために収束している。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、従来の形成方法では上記近似式から逸脱するような膜厚の厚い塗布膜を形成可能な塗布膜の形成方法を提供できる。
以下、本実施形態に係る塗布膜の形成方法について、図1〜3を参照しながら説明する。本実施形態に係る塗布膜の形成方法は、スピンコート法を用いて塗布膜を形成する方法であり、特に、従来の形成方法では形成が困難であった膜厚の厚い塗布膜を形成可能にするものである。
本実施形態では、基板として8インチのシリコンウエハ(以下では単にウエハとも表現する)を用い、塗布液としてエキシマレーザー用のフォトレジストを用いるものとして説明する。なお、当該フォトレジストの粘度は、20cP以上であるものとして説明する。
なお、本実施形態に係る塗布膜の形成方法において用いる基板および塗布液は、これらに限定されるものではない。たとえば、GaAsなどシリコン以外の半導体ウエハであってもよいし、石英(SiO2)、サファイア(Al2O3)などの絶縁体基板であってもよい。塗布膜を形成するための塗布液は、エキシマレーザー用のフォトレジスト以外に、g線用、i線用または電子線用のフォトレジスト、絶縁膜を形成可能なポリイミドおよびスピンオンガラス(SOG)、ナノ粒子に代表される微細粒子を溶媒中に分散させた分散液などであってもよい。また、塗布液の粘度は、20cP未満であってもよい。
図1は、本実施形態に係る塗布膜の形成方法における基板の回転数のタイムチャートを示す図である。図1に記載されている各ステップについては、図2および図3を参照しながら後述する。図2は、本実施形態に係る塗布膜の形成方法を含む一連の工程の流れを表すフローチャートを示す図である。図3は、本実施形態に係る塗布膜の形成方法の流れを表すフローチャートを示す図である。
(塗布膜形成の全体の流れ)
図1および図2を参照しながら、塗布膜を形成する工程の全体の流れについて説明する。
図1および図2を参照しながら、塗布膜を形成する工程の全体の流れについて説明する。
ステップS10:ウエハを、塗布膜を形成するための設備に搬入する。
ステップS12:ウエハの表面と、フォトレジストとの密着性を向上させるために、ウエハの表面処理をする。具体的には、ウエハの表面にHMDS(ヘキサメチルジシラザン)を噴霧することによって、ウエハの表面を親水性から疎水性に改質する。
ステップS14:ウエハの表面内における温度分布が均一になるように、ウエハを、所定の温度のクーリングプレートに、所定の時間固定する。たとえば、クーリングプレートの温度は23℃であり、固定時間は45秒である。
ステップS16:スピンコーターを用い、本実施形態に係る塗布膜の形成方法によって、ウエハ表面にフォトレジスト膜(塗布膜)を形成する。この工程の詳細については、図1および図3を参照しながら後述する。
ステップS18:洗浄工程S18は、ウエハ裏面および側部に付着したフォトレジストを、リンス液によって洗浄する工程である。図1に示すように、洗浄工程S18におけるウエハの回転数は1500rpmである。また、洗浄時間t4は10秒である。なお、rpmは毎分回転数を意味し、たとえば1500rpmは、毎分1500回転のことを意味する。
ステップS20:振り切り工程S20は、リンス液を振り切るために、ウエハを、洗浄工程S18よりも高い回転数にて回転させる工程である。振り切り工程S20におけるウエハの回転数は、たとえば4000rpmである。また、振り切り工程S20の時間t5は、たとえば10秒である。
ステップS22:乾燥工程S22のために、ウエハは、スピンコーターを備えている装置(またはユニット)から、ソフトベーク用の装置(またはユニット)へ移動される。乾燥工程S22は、使用しているフォトレジストに適した条件を用いて、ウエハ上に形成されているフォトレジスト膜を乾燥させる工程である。乾燥工程S22におけるソフトベークの条件は、たとえば、乾燥温度は80〜140℃であり、乾燥時間は30〜180秒である。
上記一連の工程によって、ウエハ表面にフォトレジスト膜が形成される。
(塗布膜の形成方法の流れ)
図1および図3を参照しながら、本実施形態に係る塗布膜の形成方法(ステップS16)の詳細について説明する。
図1および図3を参照しながら、本実施形態に係る塗布膜の形成方法(ステップS16)の詳細について説明する。
ステップS162:滴下工程S162は、スピンコーターにウエハを固定した後、ウエハの中央部へフォトレジストを滴下する工程である。その後、図1に示すようにウエハの回転数を300rpmまで上昇させる。ウエハの回転を開始してから、その回転数を300rpmに保持している時間を回転時間t1とする。
ステップS164:膜厚均一化工程S164は、ウエハを短時間である回転時間t2の間、回転数R1(第1の回転数)で回転させることによって、ウエハに滴下されたフォトレジストの膜厚を均一にする工程である。このステップは、ウエハ表面におけるフォトレジスト液の分布のばらつきおよび偏りを抑制し、フォトレジスト膜を形成するために余分なフォトレジストを***する(振り切る)ものである。本実施形態において、回転数R1は3500rpmであり、回転時間t2は2秒である。
ステップS166:膜厚決定工程S166は、所望の膜厚のフォトレジスト膜を形成するためにあらかじめ設定した回転数R2(第2の回転数)および回転時間t3に応じてウエハを回転する工程である。回転時間t3は、膜厚決定工程S166におけるウエハの回転時間である。図1において、回転数R2は500rpmであり、回転時間t3は120秒である。
(各種パラメータについて)
回転時間t1、t2、t3および回転数R1およびR2の各パラメータは、上述の値または上述の数値範囲に限定されるものではない。
回転時間t1、t2、t3および回転数R1およびR2の各パラメータは、上述の値または上述の数値範囲に限定されるものではない。
膜厚均一化工程S164における回転数R1は、基板表面における塗布液の分布のばらつきおよび偏りを抑制するために、回転数R1は、600rpm以上であることが好ましい。一方、回転数R1が高すぎると、基板上に滴下された塗布液を過剰に***する虞がある。すなわち、基板上の塗布液が不足することによって、所望の膜厚の塗布膜を形成できなくなることがある。したがって、回転数R1は、4000rpm以下であることが好ましい。膜厚の厚い塗布膜を形成するためには、回転数R1は、基板表面における塗布液の分布のばらつきおよび偏りを抑制可能な範囲内において、できるだけ低い回転数とすることが好ましい。
また、膜厚均一化工程S164における回転時間t2は、塗布液の粘度、塗布液が含む溶媒の揮発性などを考慮して適宜定めることができる。基板表面における塗布液の分布の十分な均一性を満足しつつ、塗布膜を形成する工程に要する時間を無用に長くしないために、回転時間t2は、0.5秒以上、5.0秒以下であることが好ましい。
膜厚決定工程S166における回転数R2は、塗布液の粘度、塗布液が含む溶媒の揮発性などを考慮して適宜定めることができるが、膜厚の厚い塗布膜を形成するためには低いことが好ましく、1000rpm以下であることが好ましい。一方、回転数R2が低すぎると、実際に形成される塗布膜の膜厚は、近似式Aから算出される膜厚から逸脱してしまう。したがって、回転数R2は、250rpm以上であることが好ましい。ここで、近似式Aは、塗布膜の膜厚Tと、回転数R2との相関関係を表すものであり、R2T2=C1(ここでC1は定数)と定義される。近似式Aは、それまでに形成した塗布膜の膜厚と、形成した際の回転数R2とをフィッティングして求められる既知のものである。
その上で、膜厚決定工程S166における回転時間t3は、回転数R2によって基板を回転させる場合に、基板上に形成される塗布膜の膜厚がほぼ一定の値に収束するために十分な時間に設定されていればよい。言い換えれば、回転時間t3は、少なくとも塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されていればよい。塗布膜の膜厚を収束させるためには、回転時間t3はより長いことが好ましい。しかし、塗布膜を形成する際のスループットを向上させるためには、回転時間t3はより短いことが好ましい。使用する塗布液の粘度、塗布液が含む溶媒の揮発性などを考慮して、回転時間t3を適宜設定することが好ましい。
たとえば、粘度が20cP以上の塗布液を用いる場合、回転時間t3は、120秒以上、300秒以下であることが好ましい。また、粘度が20cP未満の塗布液を用いる場合、回転時間t3は、40秒以上、100秒以下であることが好ましい。これらの構成によれば、膜厚決定工程S166において塗布膜の膜厚がほぼ一定の値に収束するため、所望の膜厚の塗布膜を形成可能である。さらに、塗布膜を形成する際のスループットを向上させることができる。
なお、回転時間t3は、塗布液が含む溶媒の揮発性に応じて適宜変更することが好ましい。上記溶媒の揮発性が高い場合と低い場合とを比較すると、上記溶媒の揮発性が低いほど、回転時間t3を長く設定することが好ましい。上記溶媒の揮発性が低いほど、塗布膜の膜厚が収束するのに要する時間がより長くなるためである。
(回転数R2および回転時間t3の別の表現)
回転数R2は、上述の表現のほかに、膜厚決定工程S166を終了した時に、塗布膜の膜厚が所望値となるために要する遠心力を発生する回転数とも表現できる。
回転数R2は、上述の表現のほかに、膜厚決定工程S166を終了した時に、塗布膜の膜厚が所望値となるために要する遠心力を発生する回転数とも表現できる。
回転時間t3は、上述の表現のほかに、塗布液が含む溶媒が蒸発することによって、基板上に滴下された塗布液の粘度が、あらかじめ定められている粘度に達する時間とも表現できる。
(膜厚決定工程の効果)
本実施形態に係る塗布膜の形成方法は、基板の全域において厚い膜厚の塗布膜を形成することを可能とする。ここで、厚い膜厚とは、従来の塗布膜の形成方法を用いた場合に、実際に形成した塗布膜の膜厚が、近似式Aから算出される塗布膜の膜厚から逸脱する領域の膜厚を意味する。
本実施形態に係る塗布膜の形成方法は、基板の全域において厚い膜厚の塗布膜を形成することを可能とする。ここで、厚い膜厚とは、従来の塗布膜の形成方法を用いた場合に、実際に形成した塗布膜の膜厚が、近似式Aから算出される塗布膜の膜厚から逸脱する領域の膜厚を意味する。
より具体的には、膜厚決定工程S166における回転数および回転時間が、それぞれ、回転数R2および回転時間t3に設定されていることによって、膜厚決定工程S166によって決定された塗布膜の膜厚は、その後に続く洗浄工程S18および振り切り工程S20によって大きく影響を受けることはない。その結果、上述した厚い膜厚を形成する場合でも、近似式Aを用いて所望の膜厚を実現するための回転数R2を算出可能となる。もしくは、回転数を回転数R2に設定した場合に形成される塗布膜の膜厚を、近似式Aを用いて算出可能となる。別の言い方をすると、近似式Aの適用可能範囲を、より膜厚の厚い領域(より回転数R2の低い領域)に拡大することができる。
その結果として、本実施形態に係る塗布膜の形成方法は、単一の塗布液を用いてより広範な範囲にわたる膜厚の塗布膜を形成可能とする。したがって、上述した厚い膜厚の塗布膜を形成する際に、より粘度の高い塗布液の使用を検討したり、塗布液の材料から新たに見直す必要がない。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、従来の形成方法では形成困難であった、厚い膜厚の塗布膜を形成可能とする。
本発明の一実施例について図4に基づいて説明すれば以下のとおりである。図4は、基板であるシリコンウエハの表面に形成されたフォトレジスト膜の膜厚Tと、膜厚決定工程S166における回転数R2との相関関係を示す図である。本実施例において用いているフォトレジストの粘度は、100cP、すなわち20cP以上である。
図4には、膜厚決定工程S166における回転時間t3を、50秒、120秒、180秒および280秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tを示した。プロット11、12および13は、回転時間t3が120秒、180秒および280秒の結果をそれぞれ表す。また、プロット14は、回転時間t3が50秒の結果を表す。プロット11、12および13は、本実施例1によって得られた膜厚である。一方、プロット14は、後述する比較例によって得られた膜厚である。
上述のとおり、プロット11は、回転時間t3=120秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tを示す。プロット11の各プロットにおける回転数R2は、それぞれ、1190rpm、750rpm、600rpm、500rpm、400rpm、300rpmおよび250rpmである。
図4に示す曲線10は、プロット11のうち、回転数R2が1190rpm〜500rpmのプロットをフィッティングして求めた近似式Aである。
回転数R2が1190rpm〜500rpmの範囲において、プロット11および曲線10は、よく一致している。すなわち、回転時間t3=120秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tおよび曲線10から算出される膜厚がよい一致を示す回転数R2は、500rpm以上の範囲であった。一方、回転数R2が400rpm〜250rpmの範囲において、プロット11は、曲線10から逸脱する。これらの範囲において、実際に形成されたフォトレジスト膜の膜厚は、近似式Aから算出される膜厚より薄い。また、近似式Aからの逸脱の度合いは、回転数R2が低下するほど大きくなる。
図4に示すとおり、回転時間t3=120秒として形成したフォトレジスト膜において、近似式Aとよい一致を示した範囲において得られた最も厚い膜厚は、回転数R2=500rpmとした場合の54523Åであった。
プロット12は、回転時間t3=180秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tを示す。プロット12の各プロットにおける回転数R2は、400rpm、300rpmおよび100rpmである。回転時間t3=180秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tは、それぞれ、回転数R2=400rpmの場合にT=60868Å、回転数R2=300rpmの場合にT=62725Å、回転数R2=100rpmの場合にT=46751Åであった。回転数R2=400rpmとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、曲線10とよい一致を示した。すなわち、回転時間t3=180秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tと、曲線10から算出される膜厚と、がよい一致を示す回転数R2は、400rpm以上の範囲であるといえる。一方、回転数R2=300rpmとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、回転数R2=400rpmとして形成したフォトレジスト膜の膜厚を上回るものの、曲線10からは逸脱した。
プロット13は、回転時間t3=280秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tを示す。プロット13の各プロットにおける回転数R2は、250rpmおよび100rpmである。回転時間t3=280秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tは、回転数R2=250rpmの場合にT=77232Åであり、回転数R2=100rpmの場合にT=62753Åであった。回転数R2=250rpmとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、曲線10とよい一致を示した。すなわち、回転時間t3=280秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tと、曲線10から算出される膜厚と、がよい一致を示す回転数R2は、250rpm以上の範囲であるといえる。一方、回転数R2=100rpmとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、曲線10から逸脱した。
図4に示したプロット14は、回転時間t3=50秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚である。回転時間t3=50秒という作製条件は、従来の塗布膜の形成方法において用いられる作製条件のうち、比較的長いものである。プロット14の各プロットにおける回転数R2は、それぞれ、1690rpm、1190rpm、500rpmおよび250rpmである。
図4から明らかなように、回転数R2を1690rpmおよび1190rpmとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、それぞれ、30250Åおよび35408Åであり、曲線10とよい一致を示した。すなわち、回転時間t3=50秒として形成したフォトレジスト膜の膜厚Tおよび曲線10から算出される膜厚がよい一致を示す回転数R2は、1190rpm以上の範囲であった。一方、回転数R2を500rpmおよび250rpmとして形成したフォトレジスト膜の膜厚は、それぞれ、40765Åおよび37340Åであり、曲線10から著しく逸脱した。
〔プロット11〜14の比較〕
回転時間t3を50秒から120秒、180秒、280秒と長くするに伴い、形成されるフォトレジスト膜の膜厚Tおよび曲線10から算出される膜厚がよい一致を示す範囲は、回転数R2の低回転側へ拡張された。言い換えれば、曲線10を用いて所望の膜厚を有するフォトレジスト膜を形成しようとする際に、作製条件として回転時間t3=50秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、35408Å以下であった。一方、作製条件として回転時間t3=120秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、54523Å以下に拡張可能であった。作製条件として回転時間t3=180秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、60868Å以下まで拡張可能であった。作製条件として回転時間t3=280秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、77232Å以下まで拡張可能であった。
回転時間t3を50秒から120秒、180秒、280秒と長くするに伴い、形成されるフォトレジスト膜の膜厚Tおよび曲線10から算出される膜厚がよい一致を示す範囲は、回転数R2の低回転側へ拡張された。言い換えれば、曲線10を用いて所望の膜厚を有するフォトレジスト膜を形成しようとする際に、作製条件として回転時間t3=50秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、35408Å以下であった。一方、作製条件として回転時間t3=120秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、54523Å以下に拡張可能であった。作製条件として回転時間t3=180秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、60868Å以下まで拡張可能であった。作製条件として回転時間t3=280秒を採用した場合、形成可能な膜厚の範囲は、77232Å以下まで拡張可能であった。
本発明の他の実施例について、図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図5は、粘度が100cP、すなわち、20cP以上であるフォトレジストを用いて形成したフォトレジスト膜の膜厚Tと、回転時間t3との相関関係を示す図である。プロット21は、膜厚決定工程S166において、回転数R2=500rpmである場合の膜厚を示す。プロット22は、膜厚決定工程S166において、回転数R2=250rpmである場合の膜厚を示す。
プロット21に示すように、回転数R2=500rpmである場合、回転時間t3が40秒〜120秒の範囲では、回転時間t3と、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Tとは正の相関を示した。すなわち、回転数R2=500rpmである場合、当該範囲では回転時間t3を長く設定するほど、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Tは厚くなった。一方、回転時間t3=240秒とした場合の膜厚は、回転時間t3=120秒とした場合の膜厚からほぼ変化しなかった。
プロット22に示すように、回転数R2=250rpmである場合、回転時間t3が50秒〜280秒の範囲では、回転時間t3と、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Tとは正の相関を示した。すなわち、回転数R2=250rpmである場合、当該範囲では回転時間t3を長く設定するほど、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Tは厚くなった。一方、回転時間t3=320秒とした場合の膜厚は、回転時間t3=280秒とした場合の膜厚からほぼ変化しなかった。
以上のように、粘度が100cPのフォトレジストを用い、回転数R2=500rpmに設定した場合、フォトレジスト膜の膜厚が収束する回転時間t3は、120秒であった。また、回転数R2=250rpmに設定した場合、フォトレジスト膜の膜厚が収束する回転時間t3は、280秒であった。
本発明の他の実施例について、図6に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図6は、粘度が13.5cP、すなわち、20cP未満であるフォトレジストを用いて形成したフォトレジスト膜の膜厚Tと、回転時間t3との相関関係を示す図である。プロット31は、膜厚決定工程S166において、回転数R2=500rpmである場合の膜厚を示す。
図6に示すように、回転時間t3が10秒〜50秒の範囲では、回転時間t3と、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Tとは正の相関を示した。すなわち、当該範囲では、回転時間t3を長く設定するほど、形成されたフォトレジスト膜の膜厚Tは厚くなった。一方、回転時間t3が80秒、120秒および240秒における膜厚は、回転時間t3=50秒における膜厚からほぼ変化しなかった。
したがって、粘度が13.5cPのフォトレジストを用い、回転数R2=500rpmに設定した場合、フォトレジスト膜の膜厚が収束する回転時間t3は、50秒であった。
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る塗布膜の形成方法は、基板上に塗布液を滴下する滴下工程(S162)と、第1の回転数(回転数R1)に応じて上記基板を回転することによって、上記基板上に滴下された上記塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程(S164)と、第2の回転数(回転数R2)および回転時間(回転時間t3)に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程(S166)と、を含み、上記回転時間(t3)は、上記基板が上記第2の回転数(回転数R2)で回転している際に、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されている。
本発明の態様1に係る塗布膜の形成方法は、基板上に塗布液を滴下する滴下工程(S162)と、第1の回転数(回転数R1)に応じて上記基板を回転することによって、上記基板上に滴下された上記塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程(S164)と、第2の回転数(回転数R2)および回転時間(回転時間t3)に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程(S166)と、を含み、上記回転時間(t3)は、上記基板が上記第2の回転数(回転数R2)で回転している際に、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されている。
上記の構成によれば、単一の塗布液を用いてより広範な範囲にわたる膜厚の塗布膜を形成可能とする。したがって、上述した厚い膜厚の塗布膜を形成する際に、より粘度の高い塗布液の使用を検討したり、塗布液の材料から新たに見直す必要がない。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、従来の形成方法では形成困難であった、厚い膜厚の塗布膜を形成可能とする。
本発明の態様2に係る塗布膜の形成方法は、上記態様1において、上記第2の回転数(回転数R2)は、毎分250回転以上、毎分1000回転以下であることが好ましい。
膜厚の厚い塗布膜を形成するためには第2の回転数を低く設定することが有効であり、第2の回転数は、毎分1000回転以下であることが好ましい。一方、第2の回転数が低すぎると、実際に形成される塗布膜の膜厚は、算出される膜厚から逸脱してしまう。すなわち、所望の膜厚の塗布膜を実現できなくなる。したがって、第2の回転数は、毎分400回転以上であることが好ましい。
上記の構成によれば、
本発明の態様3に係る塗布膜の形成方法は、上記態様1または2において、上記塗布液の粘度が20cP以上である場合に、上記回転時間(t3)は、100秒以上、300秒以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、
本発明の態様3に係る塗布膜の形成方法は、上記態様1または2において、上記塗布液の粘度が20cP以上である場合に、上記回転時間(t3)は、100秒以上、300秒以下であることが好ましい。
本発明の態様4に係る塗布膜の形成方法は、上記態様1または2において、上記塗布液の粘度が20cP未満である場合に、上記回転時間(t3)は、40秒以上、100秒以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、塗布液の粘度が20cP以上、および、20cP未満のいずれの場合であっても、膜厚決定工程(S166)において塗布膜の膜厚がほぼ一定の値に収束する。したがって、塗布膜を形成する際のスループットを過剰に低下させることなく、所望の膜厚の塗布膜を形成可能である。
本発明の態様5に係る塗布膜の形成方法は、上記態様1から4のいずれか1態様において、上記第2の回転数は、形成する上記塗布膜の膜厚に応じて、既知である次の近似式(近似式A)
(塗布膜の膜厚)×(第2の回転数)2=一定
から算出されることが好ましい。
(塗布膜の膜厚)×(第2の回転数)2=一定
から算出されることが好ましい。
上記の構成によれば、厚い膜厚を形成する場合においても、それまでの実績から既知である近似式を用いて、所望の膜厚を実現するための第2の回転数を算出可能となる。また、回転数を第2の回転数に設定した場合に、形成される塗布膜の膜厚を上記近似式を用いて算出可能となる。したがって、過去に形成した実績がない膜厚の塗布膜を、新たに形成する際に、人的および時間的なコストを抑制可能である。
本発明の態様6に係る塗布膜の形成方法は、上記態様1から5のいずれか1態様において、上記基板は、半導体ウエハであってもよい。
本発明の態様7に係る塗布膜の形成方法は、上記態様1から6のいずれか1態様において、上記塗布液は、フォトレジスト、ポリイミドおよびSOGのいずれかであってもよい。
本発明の一態様に係る塗布膜の形成方法は、半導体ウエハ上に、厚い膜厚のフォトレジスト膜、ポリイミド膜およびSOG膜のいずれかを形成する際に好適に使用可能である。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、スピンコート法を用いて塗布膜を形成する際に利用することができる。
S162 滴下工程
S164 膜厚均一化工程
S166 膜厚決定工程
S18 洗浄工程
S20 振り切り工程
S22 乾燥工程
S164 膜厚均一化工程
S166 膜厚決定工程
S18 洗浄工程
S20 振り切り工程
S22 乾燥工程
Claims (5)
- 基板上に塗布液を滴下する滴下工程と、
第1の回転数に応じて上記基板を回転することによって、上記基板上に滴下された上記塗布液の膜厚を均一にする膜厚均一化工程と、
第2の回転数および回転時間に応じて上記基板を回転することによって、形成される塗布膜の膜厚を決定する膜厚決定工程と、を含み、
上記回転時間は、上記基板が上記第2の回転数で回転している際に、少なくとも上記塗布膜の膜厚が収束する時間に設定されていることを特徴とする塗布膜の形成方法。 - 上記第2の回転数は、毎分250回転以上、毎分1000回転以下であることを特徴とする請求項1に記載の塗布膜の形成方法。
- 上記塗布液の粘度が20cP以上である場合に、上記回転時間は、100秒以上、300秒以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の塗布膜の形成方法。
- 上記塗布液の粘度が20cP未満である場合に、上記回転時間は、40秒以上、100秒以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の塗布膜の形成方法。
- 上記第2の回転数は、形成する上記塗布膜の膜厚に応じて、既知である次の近似式
(塗布膜の膜厚)×(第2の回転数)2=一定
から算出されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の塗布膜の形成方法。
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