JP3501255B2 - スピンコート法およびスピンコート装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハある
いは液晶ディスプレイ用ガラス基板上にフォトレジスト
のようなコート液を塗布するのに好適なスピンコート法
およびスピンコート装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣの製造工程では、半導体ウエ
ハにフォトレジストを均一に塗布するために、一般的に
はスピンコート法が用いられている。このスピンコート
法では、フォトレジスト液が滴下される半導体ウエハ
は、１０００ｒｐｍないし２０００ｒｐｍで回転され
る。半導体ウエハのような基板上に供給されるフォトレ
ジスト液のようなコート液は、この基板の回転による遠
心力によって基板表面に拡げられ、これにより基板の表
面にコート液がほぼ均一に塗布される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来のスピンコート法では、揮発性の有機溶媒を含む
コート液の基板表面上への供給量が充分でないと、コー
ト液が基板上に拡がるとき、有機溶媒の蒸発によってコ
ート液の粘度が高まり、塗りむらが生じると考えられて
いた。そのため、塗りむらが生じることなくコート液で
あるフォトレジスト液を基板表面である半導体ウエハ表
面に塗布するために、基板表面に供給されるコート液の
実にほぼ９５％を越える量が回転される基板の外縁から
遠心力によって飛び散る程に、極めて多量の過剰なコー
ト液が基板上に供給されている。そこで、省資源の観点
から、この無駄なコート液の供給量を削減できる技術が
望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、コート液が供給される基板を従来のスピ
ンコート法では考えられなかった高速度で回転させ、従
来のような多量の過剰コート液を基板外周から放散させ
ることなく、少量のコート液で基板面を効果的に塗布す
るという基本構想に立脚して、次の構成を採用する。

【０００５】 〈構成〉 本発明は、基板上に供給されたコート液を前記基板の回
転に伴う遠心力によって前記基板面の全域に拡げるべ
く、４０００ｒｐｍ以上の高速回転で基板を回転させる
スピンコート法であって、前記基板上に供給されたコー
ト液の揮発を抑制するために、該コート液を該コート液
の溶媒で覆った状態で前記基板を高速回転させることを
特徴とする。

【０００６】 また、本発明に係るスピンコ−ト装置
は、基板の方位を示す目印部が形成された半導体ウエハ
を保持した状態で回転されるチャックと、チャック上の
前記半導体ウエハの表面にコート液を供給するコート液
供給手段と、前記半導体ウエハと前記チャックとの総合
重心を前記チャックの回転中心軸線に一致させる調整手
段とを含む、ウエハ用スピンコート装置において、前記
調整手段は、前記チャックに付加されたカウンタウエイ
トと、前記チャックにおける前記カウンタウエイトの位
置を検出する装置と、前記半導体ウエハの前記目印部が
前記回転軸から見て前記カウンタウエイトと同じ側に位
置するように、前記半導体ウエハの中心と前記チャック
の回転軸とを一致させて前記半導体ウエハを前記チャッ
ク上に配置するウエハ取扱い装置とを備えることを特徴
とする。

【０００７】〈作用、効果〉 本発明に係るスピンコ−ト法では、コ−ト液をその溶媒
で覆った状態で基板を高速回転させるので、この高速回
転によって生じる強い遠心力の作用により、瞬時にコー
ト液が基板の外縁部へ向けて強いむらを生じることなく
ほぼ均一に延び拡げられる。その結果、従来のような多
量の過剰コート液を基板外縁部から放散させる程に多量
のコート液を供給することなく、従来に比較して極めて
少量のコート液の供給により、このコート液を強いむら
が生じるなく基板表面の全域に拡げることができる。

【０００８】 また、基板の１つである半導体ウエハ
は、全体に円形の外形を呈するが、結晶方位を明示する
ための目印部として、外縁の円弧部が、例えば直線上の
弦に沿って切り取られている。そのため半導体ウエハが
保持された状態で回転されるチャックの重心とその回転
中心軸線とが一致していても、半導体ウエハの中心とそ
の重心とが一致していないと、半導体ウエハをその中心
がチャックの中心である回転軸線に一致するように配置
しても、半導体ウエハおよびこれが保持されたチャック
の総合重心がチャックの回転中心軸線から外れる。本発
明に係るスピンコート装置の調整手段は、チャックにカ
ウンタウエイトを付加し、半導体ウエハをその中心がチ
ャックの回転中心に一致させるように配置することで、
たとえチャックが４０００ｒｐｍ以上の高速度で回転さ
れても、半導体ウエハにぶれのない安定した回転を確保
する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係る基板の回転数と実質的
に影響を及ぼす程の強いむらを生じることのない必要最
小限のコート液供給量との関係を示すグラフであるが、
このグラフに沿っての説明に先立ち、図２に示されたス
ピンコート装置について説明する。

【００１０】図２は、本発明のスピンコート法を実施す
るのに好適な半導体ウエハ用スピンコート装置を概略的
に示す模式図である。スピンコート装置１０は、例えば
４０００ｒｐｍ以上の高速回転で駆動される回転軸１１
を有し、この回転軸１１と一体的に回転される全体に円
形のテーブル１２が設けられたチャック１３と、このチ
ャック１３のテーブル１２上の所定箇所に半導体ウエハ
１４を配置し、またスピンコート処理後の半導体ウエハ
１４をチャック１３のテーブル１２から取り外すためウ
エハ取扱い装置１５と、テーブル１２上の半導体ウエハ
１４の表面にレジスト液を滴下するためのコート液供給
手段たる従来よく知られたコート液供給ノズル１６とを
含む。

【００１１】チャック１３には、半導体ウエハ１４をテ
ーブル１２上に保持するための例えば従来よく知られた
真空吸着手段（図示せず）が設けられており、このチャ
ック１３の重心位置は、回転軸１１の回転軸線１１ａ上
に設定されている。

【００１２】図３は、半導体ウエハ１４の平面図であ
る。半導体ウエハ１４は、全体に円形の外形を呈する
が、結晶方位を明示するための目印部１７として、外縁
の円弧部が、直線上の弦に沿って切り取られている。そ
のため、半導体ウエハ１４の符号１８で示す中心位置
は、半導体ウエハ１４の円形外形の２本の直径線が交わ
る交点に位置するが、半導体ウエハ１４の重心位置１９
は、中心位置１８に一致せず、この中心位置１８よりも
目印部１７が設けられた側と反対側に偏っている。

【００１３】そのため、ウエハ取扱い装置１５によっ
て、半導体ウエハ１４がその中心位置１８を回転軸線１
１ａに一致させてテーブル１２上に配置されると、半導
体ウエハ１４を保持したチャック１３の総合重心位置が
回転軸線１１ａから外れることとなる。このずれは、本
発明におけるような４０００ｒｐｍ以上の高速回転に悪
影響を及ぼす虞がある。

【００１４】そこで、図２に示されているように、ウエ
ハ取扱い装置１５に関連して総合重心位置のずれを補正
してこの総合重心位置を回転軸線１１ａに一致させるた
めの調整手段２０が設けられている。この調整手段２０
は、図２に示す例では、テーブル１２の一側に固定さ
れ、半導体ウエハ１４の目印部１７による欠損分の重量
を補うためのカウンタウエイト２１と、このカウンタウ
エイト２１の位置を検出するための赤外線センサあるい
は反射センサのような検出器２２とを備える。

【００１５】ウエハ取扱い装置１５は、半導体ウエハ１
４のテーブル１２上への配置に際し、検出器２２からの
情報に基づいてカウンタウエイト２１の位置を検知し、
図４に示されているように、半導体ウエハ１４の中心位
置１８が回転軸線１１ａに一致しかつ目印部１７がカウ
ンタウエイト２１の側に位置する姿勢で、半導体ウエハ
１４をチャック１３に配置する。

【００１６】カウンタウエイト２１の補償作用により、
半導体ウエハ１４の重心位置１９が回転軸線１１ａから
ずれていても、半導体ウエハ１４およびチャック１３の
総合重心位置は回転軸線１１ａ上に調整される。従っ
て、テーブル１２が４０００ｒｐｍを越える高速度で回
転され、このテーブル１２の回転と一体的に半導体ウエ
ハ１４が高速度で回転されても、半導体ウエハ１４はぶ
れを生じることなく、安定した姿勢で回転される。

【００１７】ダイナミックディスペンス方式では、テー
ブル１２上でこれと一体的に回転する半導体ウエハ１４
の表面に、その回転を停止させることなく高速回転の状
態で、コート液供給ノズル１６からレジスト液が滴下さ
れる。コート液供給ノズル１６から半導体ウエハ１４の
表面に滴下されたレジスト液は、半導体ウエハ１４の高
速回転による強い遠心力により、瞬時に半導体ウエハ１
４の径方向外方に延び拡がる。

【００１８】図５は、レジスト液滴下時の半導体ウエハ
１４の回転速度と、滴下されたレジスト液の拡がり直径
との関係を求める実験結果を示すグラフである。Ｘ軸
は、レジスト液供給時の回転速度（ｒｐｍ）を示し、Ｙ
軸はそのときのレジスト液の拡がり直径（ｍｍ）をそれ
ぞれ示す。試料基板として、６インチ（約１５ｃｍ）の
半導体ウエハが用いられ、レジスト液として粘度が１０
ｃｐ、１００ｃｐおよび１８０ｃｐの３種類のレジスト
液が使用された。

【００１９】それぞれの粘度に応じて滴下されたレジス
ト液の供給量に僅かな差が見られ、最も粘度の低い１０
ｃｐのレジスト液では、０．３４ｇ、１００ｃｐのレジ
スト液では、０．３ｇ、最も粘度の高い１８０ｃｐのレ
ジスト液では０．３５ｇのレジスト液が供給された。各
粘度のレジスト液についての特性線がそれぞれ記号Ａ，
Ｂ，Ｃで示されている。粘度を相互に異にする各特性線
Ａ，Ｂ，Ｃの比較から明らかなように、いずれもレジス
ト液の滴下時の回転の増大に応じて、レジスト液の拡が
り直径が増大している。また、同一回転速度であれば、
レジスト液の粘度の低下に応じて、拡がり直径が増大し
ている。

【００２０】図１は、図５に示した１０ｃｐの粘度のレ
ジスト液を用い、このレジスト液の滴下時における６イ
ンチの半導体ウエハ１４の回転数と、この滴下によって
半導体ウエハ１４の全域を覆うに必要なレジスト液の最
小供給量すなわち必要最小限の滴下量との関係を求めた
実験結果を示すグラフである。

【００２１】図１のグラフで読み取れるように、従来の
ような２０００ｒｐｍ未満の比較的低い回転速度では、
２ｃｃを越えるレジスト液の滴下が必要となる。しか
も、供給された２ｃｃのレジスト液のうち、約９５％の
１．９ｃｃという多量のレジスト液が半導体ウエハ１４
の表面に付着することなく、過剰分として回転する半導
体ウエハ１４の外縁から外方へ飛び散ることから、無駄
となる。

【００２２】これに対し、本発明の方法による例えば４
０００ｒｐｍの高速回転では、従来の半値である１ｃｃ
のレジスト液の滴下によって、このレジスト液で半導体
ウエハ１４の表面を全面に亘って覆うことができる。こ
れにより、強いむらを生じることなくレジスト液を塗布
することができ、しかも半導体ウエハ１４の縁部から放
散されるレジスト液の量も１ｃｃに満たない僅かな量と
なる。

【００２３】また、６０００ｒｐｍの回転速度では、約
０．５ｃｃのレジスト供給量で足り、しかも半導体ウエ
ハ１４の縁部から放散される過剰分は、供給量の８０％
の僅かに０．４ｃｃに過ぎない。さらに、レジスト液滴
下時の回転速度が７０００ｒｐｍに達すると、約０．３
ｃｃのレジスト供給量で十分であり、しかも過剰分とし
て放散されるレジスト量は、供給量の約６６％にあたる
０．２ｃｃという微量である。

【００２４】この回転速度の高速化に関し、さらに図１
の特性線の破線で示される７０００ｒｐｍを越える高速
領域では、回転速度の高速化の実現により、必要最小限
のレジスト滴下量のさらなる削減と共に、放散される過
剰分の一層の削減を図ることが可能になると推定でき
る。

【００２５】先に示したところでは、本発明をダイナミ
ックディスペンス方式に適用した例について説明した
が、本発明をスタティックディスペンス方式に適用でき
る。図６は、半導体ウエハの回転停止状態でレジスト液
を滴下し、その後、半導体ウエハを急激に回転させるい
わゆるスタティックディスペンス方式において、半導体
ウエハの加速度と、そのときのレジスト液の拡がり直径
との関係を求めた実験結果を示すグラフである。

【００２６】図６の実験では、６インチの半導体ウエハ
１４を停止状態において、１８０ｃｐの粘度を示す０．
３５ｇのレジスト液が半導体ウエハ１４に供給された。
図６のグラフのＸ軸およびＹ軸は、レジスト液供給後の
半導体ウエハ１４に与えられる回転加速度（ｒｐｍ／
ｓ）およびレジスト液の拡がり直径（ｍｍ）とをそれぞ
れ示す。

【００２７】特性線Ｄ，Ｅ，Ｆ，ＧおよびＨは、それぞ
れレジスト液の供給後における到達回転速度が２０００
ｒｐｍ、４０００ｒｐｍ、５０００ｒｐｍ、７０００ｒ
ｐｍおよび８０００ｒｐｍの各例における特性を表す。
各特性線Ｄ〜Ｈで明らかなように、到達回転速度が高い
ほど、レジスト液の拡がり直径も増大している。また、
レジスト液の拡がり直径に最大値を与える回転加速度が
ほぼ２００００ｒｐｍ／ｓに存在する。従って、１８０
ｃｐのような高粘度を示すレジスト液では、最大レジス
ト液拡がり直径を示す回転加速度で、この速度の継続時
間を適宜選択することにより、ダイナミックディスペン
ス方式速度におけると同様に、無駄のないレジストの塗
布が可能となる。

【００２８】本発明の高速回転によるスピンコート法で
は、ダイナミックディスペンス方式とスタティクディス
ペンス方式とを比較するに、後者の方式において、より
明確で著しい省資源効果を確認することができた。

【００２９】スピンコート法によるレジスト液の拡がり
直径は、レジスト液の粘度調整によって行うことができ
るが、この粘度が比較的高い場合、高速回転時にレジス
ト液の有機溶媒の気化が促進されることから、レジスト
液が十分に拡がらないことがある。このような高粘度の
レジスト液を使用するとき、有機溶媒の揮発を抑制する
ために、半導体ウエハ１４上に供給された高粘度レジス
ト液を覆うように、このレジスト液の有機溶媒を供給し
続けた状態で半導体ウエハ１４を高速回転することがで
きる。

【００３０】図７に示すスピンコート装置１０では、半
導体ウエハ１４上に供給された高粘度のレジスト液２３
を覆うように、このレジスト液２３に使用されたと同じ
有機溶媒２４が溶媒供給ノズル２５から連続的に供給さ
れている。この溶媒２４の供給は、半導体ウエハ１４の
高速回転によってレジスト液２３が半導体ウエハ１４の
表面にほぼ行き渡るまで続けられる。この溶媒２４は、
その下方のレジスト液２３の揮発作用を抑制する。従っ
て、粘度の高いレジスト液をも、半導体ウエハ１４の高
速回転によってほぼ均一に塗布することが可能となる。

【００３１】半導体ウエハ１４に高粘度のレジスト液２
３が供給されたとき、溶媒２４を連続的に供給し続ける
ことに代えて、このレジスト液２３を一時的に溶媒２４
で覆うことによっても、レジスト液２３の揮発を抑制す
る作用を期待することができる。

【００３２】また、図示しないが、半導体ウエハ１４に
供給されるレジスト液の揮発を抑制する手段として、半
導体ウエハ１４上に供給されたレジスト液を所定の加圧
雰囲気下において半導体ウエハ１４を高速回転すること
ができる。この加圧雰囲気を実現するために、スピンコ
ート装置１０全体を加圧チャンバ内に配置することがで
きる。この加圧チャンバの形成のために、テーブル１２
の外周を覆って配置される図示しないが従来よく知られ
た外部カップ部材およびトップカップ部材を利用するこ
とができる。また、前記加圧チャンバ内をレジスト液の
有機溶媒の雰囲気下におくことによい、レジスト液の揮
発を抑制することができ、これにより、一層むらなく良
好にレジスト液を半導体ウエハ１４に塗布することがで
きる。

【００３３】図２および図４に示した例では、カウンタ
ウエイト２１および検出器２２を備える調整手段２０に
ついて説明したが、カウンタウエイト２１および検出器
２２を設けることなく、ウエハ取扱い装置１５自体が、
図３に示した半導体ウエハ１４の重心位置１９をチャッ
ク１３の回転軸線１１ａに一致させて半導体ウエハ１４
をテーブル１２上に配置させることができる。

【００３４】ウエハ取扱い装置１５により、半導体ウエ
ハ１４の重心位置１９を回転軸線１１ａに一致させて配
置することにより、前記したカウンタウエイト２１およ
び検出器２２を用いることなく、半導体ウエハ１４の安
定した極めて良好な高速回転を実現することができる。

【００３５】本発明に係るスピンコート法は、前記した
半導体ウエハへのフォトレジスト液の塗布に限らず、例
えば液晶ディスプレイ用ガラス基板へのフォトレジスト
液の塗布等、種々の基板へのコート液の塗布に適用する
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明に係るスピンコート法によれば、
高速回転によって生じる強い遠心力の作用により、瞬時
に少量のコート液が基板の外縁部へ向けて強いむらを生
じることなくほぼ均一に延び拡げられることから、無駄
な多量のコート液の過剰供給を防止し、従来に比較して
極めて少量のコート液の供給により、このコート液を基
板表面の全域に拡げることができ、これにより、実質上
問題になるような大きなむらを生じさせることなく、無
駄の少ない効率的なコート液の塗布が可能となる。

【００３７】また、本発明に係るスピンコート装置によ
れば、調整手段が、半導体ウエハおよびこれを保持する
チャックの総合重心をチャックの回転中心に一致させる
ことにより、たとえチャックが４０００ｒｐｍ以上の高
速度で回転されても、半導体ウエハにぶれのない安定し
た回転を確保することから、本発明の方法を好適に実施
することを可能とすることに加えて、さらに、高速での
チャックの回転運転を可能とすることにより、コート液
の一層の削減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスピンコート法における必要最小
限のレジスト液滴下量と半導体ウエハの回転数との関係
を示すグラフである。

【図２】本発明に係るスピンコート装置を概略的示す模
式図である。

【図３】本発明に係る半導体ウエハの平面図である。

【図４】本発明に係る半導体ウエハのチャックへの取付
姿勢を示す斜視図である。

【図５】本発明に係るスピンコート法における回転数と
レジスト液の拡がり直径との関係を示すグラフである。

【図６】本発明に係るスピンコート法における回転加速
度とレジスト液の拡がり直径との関係を示すグラフであ
る。

【図７】本発明に係るスピンコート装置の他の例を概略
的に示す模式図である。

【符号の説明】

１０ スピンコート装置 １１ 回転軸 １１ａ 回転軸線 １２ テーブル １３ チャック １４ （基板）半導体ウエハ １５ ウエハ取扱い装置 １６ コート液供給ノズル １７ 目印部 １８ 中心位置 １９ 重心位置 ２０ 調整手段 ２１ カウンタウエイト ２２ 検出器 ２３ （コート液）レジスト液 ２４ 溶媒 ２５ 溶媒供給ノズル

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６４Ｃ (56)参考文献 特開 平４−98823（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−328517（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−169006（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−155213（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/16 502

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に供給されたコート液を前記基板
   の回転に伴う遠心力によって前記基板面の全域に拡げる
   べく、４０００ｒｐｍ以上の高速回転で基板を回転させ
   るスピンコート法であって、 前記基板上に供給されたコート液の揮発を抑制するため
   に、該コート液を該コート液の溶媒で覆った状態で前記
   基板を高速回転させることを特徴とするスピンコート
   法。
2. 【請求項２】 基板の方位を示す目印部が形成された半
   導体ウエハを保持した状態で回転されるチャックと、チ
   ャック上の前記半導体ウエハの表面にコート液を供給す
   るコート液供給手段と、前記半導体ウエハと前記チャッ
   クとの総合重心を前記チャックの回転中心軸線に一致さ
   せる調整手段とを含む、ウエハ用スピンコート装置にお
   いて、前記調整手段は、前記チャックに付加されたカウ
   ンタウエイトと、前記チャックにおける前記カウンタウ
   エイトの位置を検出する装置と、前記半導体ウエハの前
   記目印部が前記回転軸から見て前記カウンタウエイトと
   同じ側に位置するように、前記半導体ウエハの中心と前
   記チャックの回転軸とを一致させて前記半導体ウエハを
   前記チャック上に配置するウエハ取扱い装置とを備える
   ことを特徴とするウエハ用スピンコ−ト装置。