(57)【要約】【課題】レジストなどの塗布液を基板表面に低容量のレジストで均一に、かつ素早く塗布することができる半導体装置の製造方法を提供すること【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、塗布液を基板上に滴下し、基板を回転させて基板表面に塗布液を塗布する工程を備える半導体装置の製造方法であって、塗布液を滴下する位置が回転中心からずれていることを特徴とする。【選択図】図１
2006108433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布液を基板上に滴下し、
基板を回転させて基板表面に塗布液を塗布する工程を備える半導体装置の製造方法であって、
塗布液を滴下する位置が回転中心からずれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板は、凹凸を有する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
塗布液は、基板との接触角が２０度以上である請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
塗布液は、フォトレジストである請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
塗布液は、基板を回転させながら基板上に滴下される請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
塗布液を滴下する位置は、以下の式で定まる距離ｘよりも回転中心に近い請求項５に記載の製造方法。
ｘ＝ａ−ｂ；
（但し、ｘ：回転中心からの距離、ａ：塗布液の自己拡散距離、ｂ：塗布液を滴下する際の遠心力による塗布液の移動距離）
【請求項７】
塗布液を滴下する際の基板の回転は、塗布液が実質的に移動しない速度で行われる請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
塗布液を滴下する時間は、回転周期の整数倍である請求項５に記載の製造方法。
【請求項９】
塗布液を基板上に滴下し、
基板を回転させて基板表面に塗布液を塗布する工程を備える塗布液の塗布方法であって、
塗布液を滴下する位置が回転中心からずれていることを特徴とする塗布液の塗布方法。
【請求項１０】
塗布液は、基板を回転させながら基板上に滴下される請求項９に記載の塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、基板上にフォトレジスト（以下、「レジスト」と呼ぶことがある。）を塗布するために用いられる塗布装置の構造を示す断面図である。この装置では、基板５１は、回転ステージ５３に固定され、回転ステージ５３は、シャフト５５を介して回転モータ５７によって回転される。基板５１のほぼ中央には、レジスト滴下ノズル５９からレジストが滴下され、この状態で基板５１が回転され、レジストが基板表面に塗布される。
【０００３】
図７は、一般的な塗布シーケンスを示す。このシーケンスでは、レジストの滴下時には基板は回転しておらず、レジストの滴下直後に基板が高速回転される。また、図８（ａ）、（ｂ）は、図７のシーケンスを改良したシーケンスを示す。これらのシーケンスでは、レジスト滴下後の基板の回転の初動を緩やかにすることによって、レジストの被覆性などを改善している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、溶媒滴下前に同種の低粘度の溶媒をプリ塗布し、その上にフォトレジストを滴下することにより、レジストの広がりを促進し、低容量でレジストを均一に塗布する方法もある。
【特許文献１】特開平３−１５５６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板へのレジストの塗布は、半導体装置の製造工程で頻繁に行う工程であり、低容量のレジストで基板全面に均一に、かつ素早く塗布することは、極めて重要である。
【０００６】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、レジストなどの塗布液を基板表面に低容量のレジストで基板全面に均一に、かつ素早く塗布することができる半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、塗布液を基板上に滴下し、基板を回転させて基板表面に塗布液を塗布する工程を備える半導体装置の製造方法であって、塗布液を滴下する位置が回転中心からずれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
従来の方法では、塗布液を基板の回転中心付近に滴下していたため、塗布液に基板の回転による遠心力が加わりにくく、塗布液を広げるのに時間がかかっていた。本発明によれば、塗布液を滴下する位置が基板の回転中心からずれているので、塗布液に効果的に基板回転による遠心力が加わり、塗布液を基板表面に素早く塗布することができる。また、塗布液を効率的に広げることができるので、塗布液の使用量を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、塗布液を基板上に滴下し、基板を回転させて基板表面に塗布液を塗布する工程を備える半導体装置の製造方法であって、塗布液を滴下する位置が回転中心からずれていることを特徴とする。
【００１０】
１．基板、塗布液
「基板」は、半導体装置の製造に使用可能な種々の基板を含み、例えば、シリコン基板である。「塗布液」とは、回転塗布によって塗布可能な液体であり、これには、フォトレジスト、ＰＩＱ、ＳＯＧなど種々のものが含まれる。本発明は、１つの観点では、凹凸のある基板に高い粘度の塗布液を均一に塗布することを目的とするものであり、この観点から、高い粘度の塗布液、例えば、基板との接触角が２０度以上になるような塗布液を用いたときに、本発明は効果的に実施される。
【００１１】
２．滴下位置
本発明では、塗布液を滴下する位置が回転中心からずれている。従来は、基板の回転中心付近に塗布液が滴下されていたが、この場合、塗布液に加わる遠心力が小さいので、塗布液が広がりにくく、また、必要な塗布液の体積が大きかった。本発明では、塗布液の滴下位置が回転中心からずれているので、塗布液に加わる遠心力が大きく、塗布液が広がりやすく、素早く基板表面に塗布液を塗布することができる。
【００１２】
塗布液は、好ましくは、基板を回転させながら基板上に滴下される。この場合、円周方向に均一に塗布液を滴下することができる。基板を回転させながら塗布液を基板上に滴下すると、塗布液は、基板上でドーナツ状になる。
【００１３】
ここで、図１（ａ），（ｂ）を用いて塗布液の滴下位置について説明する（基板を回転させながら塗布液を基板上に滴下する場合を例にとって説明する。）。図１（ａ）は、回転中心１を中心にして回転する基板３上に塗布液５が滴下されてドーナツ状に広がっているところを示し、回転中心１を通り、基板３の主面に垂直な断面図である（但し、理解を容易にするために、ドーナツの半分５を併せて描いており、また、ドーナツの断面５ａに斜線を付している。）。
【００１４】
回転中心から距離ｘだけ離れた位置に滴下された塗布液は、基板に到達すると回転する基板より遠心力を受けて、距離ｂだけ半径方向外側に移動して、半楕円状になって、ドーナツ状に広がる。この半楕円の中心は、回転中心から距離ａだけ離れている。図１（ａ）のような状態では、回転中心１まで塗布液５が到達しないので、回転中心にも塗布液が塗布されるように、少なくとも図１（ｂ）のような状態になるような位置に塗布液を滴下することが好ましい。図１（ｂ）のような状態にするためには、滴下位置が、以下の数式で定まる距離ｘよりも回転中心に近くなるようにすればよい。
（数式１）ｘ＝ａ−ｂ；
（但し、ｘ：回転中心からの距離、ａ：塗布液の自然拡散距離、ｂ：遠心力による塗布液の移動距離）
【００１５】
１）塗布液の自然拡散距離
塗布液の自然拡散距離とは、塗布液と基板と間の濡れ性などによって塗布液が自然に広がる距離をいい、実験的に求めてもよく、理論的に求めてもよい。ここで、塗布液の自然拡散距離の求め方の一例について説明する。塗布液を基板上に滴下すると、半楕円状になって、ドーナツ状に広がる。半楕円の面積Ｓについては、塗布液と基板との接触角をθとすると、
（数式２）Ｓ＝（１／２）・π・ａ2・ｔａｎ（θ／２）；
となる。接触角θは、１／２θ法を用いて、実測値から求めることができる。１／２θ法とは、図２の１／２θを２倍することによって接触角θを求める方法である。なお、図２では、基板３上に滴下された塗布液の断面５ａを拡大して示しており、直線７は、塗布液の端７ａと塗布液の頂点７ｂを通る。
【００１６】
この面積をドーナツの中心を通る円周で積分すると、塗布液の滴下量に対応するドーナツの体積Ｖが、
（数式３）Ｖ＝Ｓ・２πａ＝π2・ａ3・ｔａｎ（θ／２）；
となり、結局、
（数式４）ａ＝（Ｖ／（π2・ｔａｎ（θ／２）））1/3；
が成り立つ。
【００１７】
２）遠心力による塗布液の移動距離
この移動距離は、塗布液の滴下位置と、塗布液を基板に滴下する際の基板の回転速度に依存し、実験的に求めてもよく、理論的に求めてもよい。ここで、塗布液の移動距離について考察すると、塗布液の移動距離は、塗布液の粘性と塗布液に加わる遠心力の大きさとによって決まる。また、遠心力の大きさは、塗布液の滴下位置と、塗布液を滴下する際の基板の回転速度によって決まる。ここで、塗布液の移動距離を実験的に求めた例を図３及び図４に示す。図３は、粘度が１３００ｃｐの塗布液を用いて測定した基板回転数と塗布液移動距離との関係を示すグラフである。塗布液の滴下位置を２０、４０、６０ｍｍと変化させて測定を行った。図２から明らかなように塗布液移動距離は、塗布液の滴下位置が回転中心から離れるに従って大きくなっており、また、回転数が大きくなるに従って、回転数の二乗に比例するように（二次関数的に）大きくなっていることが分かる。また、例えば、回転数を２０ｒｐｍとして、滴下位置を中心から２０ｍｍとすると、塗布液移動距離は、ほぼゼロになることが分かる。また、図４では、実験に用いる塗布液の粘度を変化させて測定を行った。図４から明らかなように、粘度が小さい塗布液の移動距離が大きくなっていることが分かる。
【００１８】
このように、塗布液の移動距離は、滴下位置、回転速度及び粘度などによって決まる。  これらの条件を適宜調節することによって、塗布液が受ける遠心力の影響を小さくして、塗布液が実質的に移動しないようにすることができる。塗布液が実質的に移動しない条件を選択すると、塗布液を滴下すべき位置は、塗布液の自然拡散距離のみによって決定することができ、便利である。
【００１９】
３．滴下時間
塗布液を滴下する時間は、回転周期（１回転当たりの時間）の整数倍であることが好ましい。例えば、回転速度が２０ｒｐｍ（すなわち、３秒間に１回転;回転周期３秒）である場合、滴下時間は、３秒、６秒、９秒・・・などであることが好ましい。この場合、円周方向に均一に塗布液を滴下することができるからである。
【００２０】
４．その他
本発明は、塗布液を基板上に滴下し、基板を回転させて基板表面に塗布液を塗布する工程を備える塗布液の塗布方法であって、塗布液を滴下する位置が回転中心からずれていることを特徴とする塗布液の塗布方法をも提供するものである。この観点からは、基板や塗布液は、半導体装置の製造に使用されるものだけでなく、本発明が有効に利用されうる何れの材料で構成してもよい。なお、上記半導体装置の製造方法についての説明は、基本的に、この塗布液の塗布方法についても当てはまる。
【実施例１】
【００２１】
図５は、実施例１で用いる塗布装置の構造を示す断面図である。この装置では、基板１は、回転ステージ３に固定され、回転ステージ３は、シャフト５を介して回転モータ７によって回転される。
【００２２】
まず、粘度が１３００ｃｐのレジストをシリコン基板１上に滴下する。この際、滴下位置は、基板１の回転中心から５ｍｍだけずらした。滴下の際、基板を２０ｒｐｍ（回転周期３秒）で回転させた。滴下速度は、１ｃｃ／３秒、滴下時間は、９秒とした。
【００２３】
この条件では、図３から明らかなように、遠心力によるレジストの移動距離は、ほぼゼロになる。従って、回転中心にレジストと塗布するために、数式４（ａ＝（Ｖ／（π2・ｔａｎ（θ／２）））1/3）によって定まる自然拡散距離ａよりも中心に近い位置にレジストを滴下すればいいことになる。数式４において、Ｖは、３ｃｃであり、θを９０度と想定して、これらの値を代入すると、ａは、約６．７ｍｍとなる。従って、本実施例のように中心から５ｍｍずらした場合でも、回転中心にレジストが塗布されることが理論的に推測される。
【００２４】
また、滴下時間が、回転周期である３秒の３倍の９秒であるので、円周方向に均一にレジストが滴下されることが理論的に推測される。
【００２５】
レジストを滴下後、基板を所望の膜厚が得られる回転数で所定時間回転させた。この工程により、レジストが広がって、基板表面に塗布され、また、基板中心にも塗布されていた。
【実施例２】
【００２６】
実施例２では、実施例１とほぼ同様の方法で、レジストの塗布を行ったが、レジストの滴下方法・滴下位置を種々変化させて、塗布が適切に行われるか否かの検証を行った。この結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2006108433.tif 000003
【００２８】
本実施例では、最初に２０ｒｐｍ（回転周期３秒）で９秒の滴下を行い、その後、６０ｒｐｍ（回転周期１秒）で滴下を継続した。例えば、表１において、滴下時間１３秒の場合、２０ｒｐｍでの滴下が９秒であり、６０ｒｐｍでの滴下が４秒である。滴下速度は、１ｃｃ／３秒で一定であるので、滴下時間が長くなるほど、滴下量、すなわち必要なレジスト量が増加することになる。なお、途中から回転速度を６０ｒｐｍに変化させているのは、回転周期を１秒として、滴下時間を細かく調節可能にするためである。
【００２９】
また、表１に示すように、滴下位置を回転中心から０ｍｍ（センター）、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍと種々変化させて、それぞれの場合に、塗布が適切に行われるかどうかの検証を行った。
【００３０】
表１において、○は、塗布不良なし、△は、基板１外周部３ｍｍ以内の領域で塗布不良が発生、×は、さらに内側の領域で塗布不良が発生したことを示す。この表から分かるように、滴下位置の回転中心からの距離が５ｍｍである場合、１１秒の滴下によって適切なレジスト塗布が可能である。一方、従来のセンターへの滴下では、１３秒の滴下が必要であることが分かる。このように、本実施例によれば、レジストの滴下時間を短縮することができ、同時に、使用するレジスト量を減少させることができ、結果的に、半導体装置の製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】滴下位置、遠心力による移動距離及び自然拡散距離の関係を説明するための図である。
【図２】１／２θ法を説明するための断面図である。
【図３】回転数と塗布液移動距離との関係を示すグラフである（滴下位置依存性を示す。）。
【図４】回転数と塗布液移動距離との関係を示すグラフである（粘度依存性を示す。）。
【図５】実施例１に係る塗布装置の構造を示す断面図である。
【図６】従来の塗布装置の構造を示す断面図である。
【図７】従来の塗布シーケンスを示すグラフである。
【図８】従来の塗布シーケンスを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１：回転中心  ３：基板  ５：塗布液  ５ａ：塗布液の断面  ７：直線  ７ａ：塗布液の端  ７ｂ：塗布液の頂点
【図１】
2006108433.tif 000004
【図２】
2006108433.tif 000005
【図３】
2006108433.tif 000006
【図４】
2006108433.tif 000007
【図５】
2006108433.tif 000008
【図６】
2006108433.tif 000009
【図７】
2006108433.tif 000010
【図８】
2006108433.tif 000011