(57)【要約】【課題】回転塗布法にてレジスト膜を形成する場合であれ、その膜厚ばらつきを好適に抑制する。【解決手段】コート前調温部１０では、ウエハをホットプレート１１上に載置するとともに、同ホットプレート１１上でウエハ全面を加熱することによりこれをクリーンルーム１の温度よりも高い所定の温度とする。そして、スピンコート部２０において、ウエハへのカラーレジスト液の回転塗布がなされる。一方、プリベーク部３０では、こうしてカラーレジスト膜が被膜されたウエハを「８０℃」以上の温度で熱処理することで、カラーレジスト膜の焼き締めを行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジスト液を回転塗布し、ウエハ表面を被うレジスト膜を形成するレジスト膜の形成方法において、
前記ウエハ表面の少なくとも一部を前記レジスト液の温度よりも高い温度とした状態で、前記レジスト液を前記ウエハ表面に塗布する塗布工程を含むことを特徴とするレジスト膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載のレジスト膜の形成方法において、
前記塗布工程の後に、前記ウエハ表面上の前記レジスト膜を熱処理して焼き締める焼き締め工程を更に含み、
前記塗布工程の前記ウエハ表面の少なくとも一部の温度は、前記焼き締め工程時のウエハ表面の温度よりも低くすることを特徴とするレジスト膜の形成方法。
【請求項３】
請求項２記載のレジスト膜の形成方法において、
前記塗布工程の前記ウエハ表面の少なくとも一部の温度を、３０乃至７０℃の範囲内に調整することを特徴とするレジスト膜の形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載のレジスト膜の形成方法において、
前記塗布工程の前記レジスト液の温度は、前記ウエハの周囲の雰囲気中の温度と略等しく設定することを特徴とするレジスト膜の形成方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載のレジスト膜の形成方法において、
前記塗布工程は、前記雰囲気中の空気、又は、前記雰囲気中のガスを前記ウエハ表面の周辺部から排気しつつ、前記レジストを塗布することを特徴とするレジスト膜の形成方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載のレジスト膜の形成方法において、
前記レジストに顔料が含有されることを特徴とするレジスト膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジスト液を回転塗布することによってレジスト膜をウエハ表面上に形成するレジスト膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子（ＣＣＤ）を備えるデバイス等に装着されるカラーフィルタは、（イ）顔料含有の感光性材料（カラーレジスト）をウエハ上に蒸着する。（ロ）リソグラフィ技術により上記カラーレジストをパターニングする。という２つの工程を有して製造されることが多い。しかしながら、このように蒸着を用いる場合には、その製造装置の構造の複雑化に起因して、上記ＣＣＤを備えるデバイス等のコストが高くなることも無視できない。
【０００３】
こうした状況下、ウエハへのレジスト膜の形成については、これを簡易な製造装置を用いて行うことが望まれている。そして、こうした簡易な製造装置にてレジスト膜をウエハ上に形成する手法としては、スピンコート（回転塗布）法がある。
【０００４】
このスピンコート法によるレジスト膜の形成は、通常、ウエハの温度とレジスト液の温度とを、これらの収容されるクリーンルームの温度と一致させた状態で、ウエハの上面からレジスト液を滴下し、この後、ウエハを高速回転させることで行う。このように、レジスト液を滴下した後に、ウエハを回転することで、遠心力によりレジスト液がウエハ面内で広がることから、ウエハ上面に広範囲にわたってレジスト膜を塗布することができる。
【０００５】
しかし、上記スピンコート法を用いた場合、ウエハ上に形成されたレジスト膜の膜厚にばらつきが生じやすい。そこで従来は、下記特許文献１に見られるように、ウエハに対し滴下されるレジスト液の温度を、上記クリーンルームの温度に対して「２℃」以上高めることなども提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−９４９４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したカラーレジストには、レジスト内に顔料が略均一に分散されている。しかし、カラーレジストの塗布に際して、カラーレジスト液の温度を上昇させる場合、レジスト中に混合される顔料の分子構造が熱によって変化し、レジスト自体の特性が変質するおそれがある。すなわち、スピンコートに際してレジスト液の温度を上昇させることは、カラーレジストに対しては、その材料の安定性上の問題を有するものとなっている。
【０００８】
なお、上記カラーレジストに限らず、レジスト膜をスピンコート法にて形成する際には、その膜厚バラつきを抑制することが困難なこうした実情も概ね共通したものとなっている。
【０００９】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転塗布法にてレジスト膜を形成する場合であれ、その膜厚ばらつきを好適に抑制することのできるレジスト膜の形成方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レジスト液を回転塗布し、ウエハ表面を被うレジスト膜を形成するレジスト膜の形成方法において、前記ウエハ表面の少なくとも一部を前記レジスト液の温度よりも高い温度とした状態で、前記レジスト液を前記ウエハ表面に塗布する塗布工程を含むことで、その膜厚ばらつきを好適に抑制することを可能とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるレジスト膜の形成方法をカラーＣＣＤ（固体撮像素子）の製造方法に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１に、本実施形態にかかるカラーＣＣＤの製造に用いる装置のうち、特にカラーレジスト（顔料含有の感光性材料）を成膜塗布するレジスト塗布装置の構造を示す。
【００１３】
同図１に示すように、上記レジストの形成の行われるクリーンルーム１には、コート前調温部１０、スピンコート部２０、プリベーク部３０が備えられている。
【００１４】
ここで、コート前調温部１０は、ウエハが載置されることで、これを加熱するホットプレート１１を備えている。そして、コート前調温部１０では、ウエハを上記スピンコート部２０へ搬送するに先立って、ウエハの温度を所定の温度にベークする。
【００１５】
スピンコート部２０は、スピンコート（回転塗布）法により、ウエハにレジスト膜を形成するユニットである。このスピンコート部２０は、詳しくは、ウエハを真空吸着により吸着する真空チャック２１、真空チャック２１を回転させるモータ２２、真空チャック２１によって吸着されたウエハ上にレジスト液を滴下するノズル２３を備えている。更に、スピンコート部２０では、レジスト液の回転塗布に際して、ウエハ周囲の空気、または、ガスを排気するための排気口２４を備えている。
【００１６】
プリベーク部３０は、ウエハが載置されることで、これを加熱するホットプレート３１を備えている。そして、このプリベーク部３０では、上記スピンコート部２０にてレジスト液の塗布されたウエハを加熱することで、レジスト液を焼き締める処理を行う。
【００１７】
ここで、上記カラーレジストの形成にかかる処理手順について、図２を用いて説明する。
【００１８】
この一連の処理では、まずステップ１００において、ウエハを上記コート前調温部１０に搬送する。ここで、ウエハとは、円盤状の半導体ウエハそのものに限らず、同半導体ウエハ上に様々な薄膜の形成されたものを含む。すなわち、本実施形態のように、半導体ウエハの表面にＣＣＤデバイスを作り込む際には、同半導体ウエハ上に、転送電極、層間絶縁膜等が形成されることとなる。したがって、コート前調温部１０に搬送されるウエハとは、半導体ウエハ上に有機膜や無機膜が形成されたものとなっている。
【００１９】
そして、同ステップ１００においては、ウエハをホットプレート１１上に載置するとともに、同ホットプレート１１上でウエハ全面を加熱することによりこれをクリーンルーム１の温度、すなわちウエハ周囲の雰囲気中の温度よりも高い所定の温度とする。ちなみに、ここで所定の温度は、クリーンルーム１の温度よりも「５℃」以上高い温度であることが望ましい。また、この所定の温度は、上記プリベークの温度よりも低い温度であることが望ましい。具体的には、クリーンルーム１の温度を「２５℃」程度とするとともに、上記所定の温度を「３０〜７５℃」程度とし、また、プリベーク温度を「８０℃」以上とする。
【００２０】
こうして所定の温度にベークされたウエハは、ステップ１１０においてスピンコート部２０に搬送される。そして、ステップ１２０において、ウエハへのカラーレジストの回転塗布がなされる。
【００２１】
ここで、ノズル２３から滴下されるカラーレジスト液（顔料含有の感光性材料）は、その温度がクリーンルーム１の温度と略等しくなるように設定されている。そして、これによりカラーレジストを安定化し、レジストに含有されている顔料の均一化を図っている。
【００２２】
こうした設定の下、ノズル２３を通じてカラーレジスト液を上記真空チャック２１に吸着されるウエハの中心に滴下し、このウエハをモータ２２によって回転させる。この際、排気口２４を通じてウエハの周囲の雰囲気中の空気、又は、雰囲気中のガスを排気する排気処理を併せて行う。
【００２３】
ここで、排気処理は、図１中の矢印のように、ウエハ表面の中心部から周辺部に向かって流れる気流を発生させ、これによって、ウエハの中心部に滴下されるレジスト液を周辺部まで行き渡り易くするように作用し、レジスト膜の膜厚のばらつきを抑制するものである。更に、上記のようにウエハの温度がレジスト液の温度よりも高い所定の温度とされた状態でレジスト液を回転塗布することで、ウエハ全面にわたって被膜されるレジスト膜の膜厚ばらつきの抑制を図る。
【００２４】
こうしてウエハ上にカラーレジスト液を塗布する塗布工程の後、ステップ１３０においてウエハをスピンコート部２０からプリベーク部３０へと搬送する。更に、ステップ１４０では、ウエハを「８０℃」以上の温度で熱処理することで、カラーレジストの焼き締めを行う（焼き締め工程）。
【００２５】
そして、ステップ１５０においては、上記ウエハをプリベーク部３０から取り出した後、リソグラフィ技術によりカラーレジストのパターニングを行う。すなわち、カラーレジストに対して所定のパターンに従った露光を行い、次に、現像液にてカラーレジストをパターニングする。ちなみに、上記ステップ１１０〜１５０の工程は、ＣＣＤデバイスの備えるカラーフィルタの色数に対応した数だけ行う。すなわち、例えばＣＣＤデバイスがＲ、Ｇ、Ｂの３原色のカラーフィルタを備える構成である場合、各原色に対応した顔料を含有するレジストについて、それぞれステップ１１０〜ステップ１５０の処理を行う。なお、この際、上記コート前調温部１０、スピンコート部２０、プリベーク部３０は、各原色毎に備えることが望ましい。
【００２６】
次に、こうした一連の処理にてスピンコートされたレジストの膜厚特性を評価する。
【００２７】
図３に、ウエハの中心からの距離と成膜されたレジスト膜の膜厚値との関係を示す。同図３において、ウエハ中心からの距離と、膜厚値とはいずれも所定の値を基準として規格化されている。ここで、四角のプロットを有する曲線が本実施形態の膜厚特性を示す。これに対し、三角のプロットを有する曲線は、ウエハ及びレジスト液を雰囲気中の温度とほぼ同一として、排気処理をしつつスピンコートを行った膜厚特性を示す。同図３に示されるように、本実施形態においては、ウエハの全面にわたってその膜厚ばらつきが好適に抑制されている。
【００２８】
一方、図４に、図３の２つの曲線について、膜厚ばらつきを定量化したものを示す。同図４に示されるように、本実施形態では、膜厚ばらつきが「５０％」以下に改善されている。
【００２９】
こうした膜厚ばらつきの抑制は、レジスト液の回転塗布に先立ってウエハの温度をレジスト液の温度よりも高い所定の温度となるようにベークしたことによって可能となったものである。しかも、この際、レジスト液の温度についてはクリーンルーム１の温度に一致するようにしたことで、レジスト液の安定性も保つことができるため、レジストに含有されている顔料の均一性を保つことができる。
【００３０】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００３１】
（１）ウエハの温度をレジスト液の温度よりも高い所定の温度とした状態で、レジスト膜をウエハ上に回転塗布したことで、レジスト膜の膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００３２】
（２）レジスト液の温度を雰囲気中の温度と略等しく設定することで、レジスト液を安定化させることができ、同レジストに含有される顔料の均一性を確保することができる。
【００３３】
（３）ウエハにレジスト液を回転塗布する際、ウエハ周辺の雰囲気中の空気、又はガスを排気するようにすることで、膜厚のばらつきを一層好適に抑制することができるようになる。
【００３４】
（第２の実施形態）
以下、本発明にかかるレジスト膜の形成方法をカラーＣＣＤ（固体撮像素子）の製造方法に適用した第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
上記第１の実施形態では、レジスト液の回転塗布に先立ちウエハの温度をレジスト液の温度よりも高い所定の温度にベークする処理をした。これに対し、本実施形態では、レジスト液の回転塗布に先立ち、ウエハの温度をクリーンルームの温度とするとともに、ウエハにレジスト液を回転塗布しつつ同ウエハの温度をレジスト液の温度よりも高い所定の温度へと加熱するようにする。
【００３６】
図５に、本実施形態にかかるカラーＣＣＤの製造に用いる装置のうち、特にカラーレジスト（顔料含有の感光性材料）を成膜塗布するレジスト塗布装置の構造を示す。
【００３７】
同図５に示すように、上記レジスト膜の形成の行われるクリーンルーム１には、スピンコート部２０、プリベーク部３０が備えられている。なお、図５では、先の図１と同一の部材については、便宜上同一の符号を付した。
【００３８】
上記スピンコート部４０も、スピンコート（回転塗布）法により、ウエハにレジスト膜を形成するユニットである。このスピンコート部４０も、詳しくは、ウエハを真空吸着により吸着する真空チャック４１、真空チャック４１を回転させるモータ４２、真空チャック４１によって吸着されたウエハ上にレジスト液を滴下するノズル４３を備えている。更に、スピンコート部４０でも、レジスト液の回転塗布に際して、ウエハ周囲の雰囲気中の空気、又はガスを排気するための排気口４４を備えている。
【００３９】
そして、上記真空チャック４１には、その表面に熱線等が設けられることによって、その上に載置されるウエハ温度を加熱可能な構成となっている。
【００４０】
ここで、上記カラーレジストの形成にかかる処理手順について、図６を用いて説明する。
【００４１】
この一連の処理では、まずステップ２００において、ウエハをスピンコート部４０に搬送する。この際、ウエハ温度は、クリーンルーム１の温度となっている。そして、ステップ２１０において、ウエハへのカラーレジスト液の回転塗布がなされる。ここで、ノズル４３から滴下されるカラーレジスト液は、その温度がクリーンルーム１の温度となるように設定されている。こうした設定の下、ウエハが上記真空チャック４１に吸着され、モータ４２によって回転されるとともに、ノズル４３を通じてカラーレジスト液をウエハ上に滴下する。この際、排気口４４を通じてウエハの周囲の雰囲気中の空気、又はガスを排気する排気処理を併せて行う。
【００４２】
更に、本実施形態では、上記真空チャック４１を通じてウエハ全面がその裏面から所定の温度に加熱される。ここで所定の温度とは、クリーンルーム１の温度よりも「５℃」以上高い温度であることが望ましい。また、この所定の温度は、上記プリベークの温度よりも低い温度であることが望ましい。具体的には、クリーンルーム１の温度を「２５℃」程度とするとともに、上記所定の温度を「３０〜７５℃」程度とし、また、プリベーク温度を「８０℃」以上とする。
【００４３】
こうしてウエハ上にカラーレジスト液を塗布する塗布工程の後、ステップ２２０においてウエハをスピンコート部４０からプリベーク部３０へと搬送する。更に、ステップ２３０では、ウエハを「８０℃」以上の温度でプリベークすることで、カラーレジスト膜の焼き締めを行う。
【００４４】
そして、ステップ２４０においては、先の図２のステップ１５０と同様、上記ウエハをプリベーク部３０から取り出した後、リソグラフィ技術によりカラーレジスト膜のパターニングを行う。
【００４５】
以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の効果に準じた効果を得ることができる。
【００４６】
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００４７】
・上記第１の実施形態では、コート前調温部１０を、ホットプレート１１を備えて構成し、且つウエハを加熱処理するユニットとした。しかし、このコート前調温部１０へ搬送される以前の工程がウエハを高温とする工程である場合には、コート前調温部１０を、ウエハを冷却する処理を行うユニットとしてもよい。
【００４８】
・上記各実施形態では、ウエハ全面を所定の温度に加熱したが、ウエハを部分的に所定の温度に加熱するようにしてもよい。例えばウエハの周辺部について上記排気処理によってその膜厚ばらつきをある程度抑制することができる場合には、ウエハの中心部を局所的に加熱するようにしてもよい。また、レジストの硬化スピードが高い材料である場合、ウエハ周辺部の膜厚ばらつきが大きくなりやすいため、周辺部のみを局所的に加熱するようにしてもよい。
【００４９】
・上記排気処理を行わなくても、ウエハの温度をレジスト液の温度よりも高い所定の温度とすることで、レジスト膜厚のばらつきを抑制することはできる。
【００５０】
・レジスト液の温度はクリーンルーム１の温度と略等しくしたがこれに限らない。クリーンルームの温度がレジスト液の安定化を図る観点から高すぎる場合には、同クリーンルームの温度よりもレジスト液の温度を低くしてもよい。
【００５１】
・上記第２の実施形態では、ウエハへのレジスト液の回転塗布に先立って、同ウエハの温度をクリーンルームの温度にしたが、これに限らない。要は、レジスト液の温度よりもウエハの温度が、ある温度以上高くないなら、上記第２の実施形態と同様、ウエハを加熱しつつレジスト液を回転塗布することは有効である。
【００５２】
・ＣＣＤデバイスのカラーフィルタに限らず、例えば液晶ディスプレイ等、カラー表示装置のカラーフィルタを形成する際にカラーレジストを用いる場合にも、本発明の適用は有効である。
【００５３】
・更に、カラーレジストに限らない。この際、特にレジストに該レジストよりも分子量の大きな分子が混入されているものや、粘度が高いもの等にあっては、スピンコート法による回転塗布によってはその膜厚ばらつきが大きくなるために本発明の適用は有効である。こうしたレジストとしては、例えばソルダーレジストがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレジスト膜の形成方法をＣＣＤデバイスの製造方法に適用した第１の実施形態について、その製造装置の構成を示す図。
【図２】同実施形態の製造手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態によって形成されたレジストの膜厚特性を示す図。
【図４】同実施形態によって形成されたレジストの膜厚特性を示す図。
【図５】本発明にかかるレジスト膜の形成方法をＣＣＤデバイスの製造方法に適用した第２の実施形態について、その製造装置の構成を示す図。
【図６】同第２の実施形態の製造手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…クリーンルーム、１０…コート前調温部、１１…ホットプレート、２０…スピンコート部、２１…真空チャック、２２…モータ、２３…ノズル、２４…排気口、３０…プリベーク部、３１…ホットプレート、４０…スピンコート部、４１…真空チャック、４４…排気口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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