(57)【要約】【課題】基板上に粘度の高い塗布液を回転塗布し、均一な膜厚の塗膜を形成できる回転塗布方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】回転チャック３を低速回転させながら、半導体ウェハ１の中心線１１から例えば塗布液吐出ノズル４の中心線１２をずらした位置に塗布液吐出ノズル４を配置して塗布液２を吐出し（同図（ａ））、塗布液２が略円形状に広がり、かつ半導体ウェハ１の中心部に塗布液２が行き渡るまで塗布液２の吐出を続け（同図（ｂ））、吐出終了させ、回転チャック３を高速回転させ、余剰塗布液２を離散させて（同図（ｃ））、塗膜６を形成する（同図（ｄ））。吐出位置をずらすことで、塗布液２の溜まりを防止し、その後の高速回転Ｂで均一な膜厚の塗膜６を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に塗布液を吐出し、該基板を回転させて前記塗布液を前記基板上に塗布する回転塗布方法において、
基板の中心位置から所定の距離離れた基板上の位置に粘度のある塗布液を吐出させながら前記基板を低速回転させる工程と、前記塗布液の吐出を止めた後、前記基板を高速回転させる工程とを有することを特徴とする回転塗布方法。
【請求項２】
前記所定の距離が、３ｍｍ〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の回転塗布方法。
【請求項３】
前記所定の距離が、５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の回転塗布方法。
【請求項４】
前記塗布液が、ポリイミド液であることを特徴とする請求項１に記載の回転塗布方法。
【請求項５】
前記塗布液の粘度が、８００ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転塗布方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転塗布方法を用いて半導体ウエハ上に塗布液を塗布することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板を回転させながら塗布液を基板上に均一に塗布する回転塗布方法に関し、特に、基板上に粘性の高い塗布液を回転塗布して均一な塗膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置のパッシベーション膜（保護膜）としてポリイミド膜が多用される。このポリイミド膜は、粘度の高いポリイミド液（ポリイミド前駆体液：溶剤を含む）を半導体ウエハに回転塗布し、余剰塗布液を揮発・離散させた後、熱処理し、硬化させて形成される。このポリイミド液のように、粘度の高い塗布液を塗布する従来の回転塗布方法について説明する。
図３は、従来の回転塗布方法による粘度の高い塗布液を半導体ウエハに塗布する方法について説明した図である。
【０００３】
図３において、１は半導体ウェハ、２は塗布液、３は回転チャック、４は塗布液吐出ノズル、５は塗布液吐出終了後の塗膜、６は高速回転塗布後の塗膜である。尚、ここでは塗布液２は１１００ｍＰａ・ｓ程度の高い粘度のポリイミド液であり、半導体ウエハ１の直径は５インチ〜８インチである。
まず回転チャック３上に水平に固定され、停止または１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの低速回転Ａをしている半導体ウェハ１の表面かつ中央部に塗布液吐出ノズル４から塗布液２を吐出する（同図（ａ））。
１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの低速回転Ａさせながら、所定量（例えば、３ｍｌ〜８ｍｌ）の塗布液２を吐出する（同図（ｂ））。
【０００４】
つぎに、この吐出が終了した時点で、低速回転Ａで吐出した塗布液２が略円形状に広がり、塗膜５を形成する。このとき、塗布液２の粘度が高いため、中央部に凸部９が形成される。続いて、回転チャック３を高速回転させ、この高速回転Ｂで余剰塗布液を揮発・離散させ（同図（ｃ））、所定の膜厚の塗膜６を形成する（同図（ｄ））。
また、半導体ウエハにフォトレジストのような比較的粘度の低い（例えば、１０ｍＰａ・ｓ〜１００ｍＰａ・ｓ程度の粘度）の塗布液を滴下して均一な膜厚の塗布膜を回転塗布法で形成する方法について報告した例がある（例えば、特許文献１、特許文献２など参照）。このような塗布液の粘度が低い場合には、塗布液の吐出位置を半導体ウエハの中央部にして、最初から高速回転で一気に塗布しても、塗布液を均一に塗布することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−１２６５６６号公報
【特許文献２】
特開平４−３６９２１０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、塗布液の粘度が高い場合には、図３のように低速回転Ａと高速回転Ｂを組み合わせて回転塗布を行っていたが、粘度が８００ｍＰａ・ｓ以上と高くなると塗膜の膜厚が均一にならないという問題が発生する。つぎに、そのことについ説明する。
塗布液吐出ノズル４の位置（吐出位置）が半導体ウエハ１の中央部にある図３で示す従来の回転塗布方法では、吐出終了時点に供給された粘度の高い塗布液２が半導体ウェハ１の中央部に滞留し凸部９が形成され、この凸部９の塗膜５の溶剤が揮発しにくい状態となる（図３（ｃ））。そのため半導体ウェハ１の塗膜５の中央部と周辺部の粘性に差が生じる。すると塗膜５の周辺部と比較して中央部（凸部９）の粘性は低いために、高速回転Ｂで凸部９の塗膜５が遠心力で離散して、塗膜６は中央部が薄く凹部１０が形成される（図３（ｄ））。すなわち従来の回転塗布方法では、塗膜６は半導体ウェハ１の中央部で薄くなり、半導体ウエハ１全面で塗膜６の膜厚が均一にならない。
【０００７】
膜厚が均一にならないと、例えば、半導体ウエハ上にパッシベーション膜としてポリイミド膜を塗布した場合、膜厚が厚い箇所では、耐クラック特性および応力変動により電気的特性を満たさない場合が生じ歩留りが低下する。また、例えば、半導体ウエハ上にパッシベーション膜としてポリイミド膜を塗布した後、電極パッド部を開口する場合、周辺部においては膜厚が厚くなるため、周辺部においては開口部を形成できないなどの不具合が生じ歩留りが低下する場合がある。
この発明は、前記の課題を解決して、基板上に粘度の高い塗布液を回転塗布し、均一な膜厚の塗膜を形成できる回転塗布方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、基板の表面に塗布液を吐出し、該基板を回転させて前記塗布液を前記基板上に塗布する回転塗布方法において、基板の中心位置から所定の距離離れた基板上の位置に粘度のある塗布液を吐出させながら前記基板を低速回転させる工程と、前記塗布液の吐出を止めた後、前記基板を高速回転させる工程とを有する塗布方法とする。
このように、低速回転させて塗布液を略円形状に拡げ、且つ、中央部に塗布液を行き渡らせ、その後で高速回転させることで、塗布液の余剰分を揮発（溶剤など）・離散させ、所定の厚さの均一な塗布膜を前記基板上に形成することができる。
【０００９】
また、前記所定の距離が、３ｍｍ〜１５ｍｍであるとよく、５ｍｍ〜１０ｍｍにするとさらによい。
この下限値を外れると塗布液の吐出位置が基板の中央部に寄りすぎて、塗布液が中央部近傍に溜まりやすくなり、また上限値を外れると塗布液の吐出位置が基板の中央部から離れすぎて、塗布液が基板の中央部を覆いにくくなり、高速回転後の塗布膜（塗膜）の膜厚が不均一になる。
また、この塗布方法は粘度の高いポリイミド液などに好適である。
また、８００ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓの高い粘度の塗布液に対して有効な塗布方法である。
【００１０】
以上の塗布方法を用いて半導体ウエハ上に、塗布液を塗布することとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例の回転塗布方法を説明する図であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は工程順に示した図である。これは、ポリイミド液（ポリイミド前駆体液）のような粘度の高い塗布液２を半導体ウェハ１へ塗布する模式的な図である。また図３と同一部位には同一の符号を記した。
図１において、１は半導体ウェハ、２は塗布液、３は回転チャック、４は塗布液吐出ノズル、５は塗布液吐出終了後の塗膜、６は高速回転塗布後の塗膜である。尚、ここでは塗布液２は１１００ｍＰａ・ｓ程度の高い粘度のポリイミド液であり、半導体ウエハ１の直径は５インチ〜８インチである。
【００１２】
まず回転チャック３に半導体ウェハ１を水平に固定する。回転チャック３を例えば１０〜５０ｒｐｍで低速回転させながら、半導体ウェハ１の中心線１１から例えば塗布液吐出ノズル４の中心線１２を５〜１０ｍｍずらした位置（吐出位置）に塗布液吐出ノズル４を配置して塗布液２を吐出する。塗布液吐出ノズル４の位置決めは回転チャック３を停止した状態で行っても構わない。また、塗布液２の吐出を開始する時は回転チャック３は低速回転している状態でも、停止している状態でも構わない（同図（ａ））。
つぎに、塗布液２が略円形状に広がり、かつ半導体ウェハ１の中心部に塗布液２が行き渡るまで塗布液２の吐出を続ける（同図（ｂ））。
【００１３】
つぎに、吐出終了させる。尚、吐出終了後も低速回転Ａを続けても構わない。続いて、回転チャック３を例えば１５００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍの高速回転Ｂに切り替え、半導体ウェハ１表面上の塗膜５の余剰塗布液２を揮発・離散させ（同図（ｃ））、所定に膜厚（例えば、３μｍ程度）の塗膜６を形成する（同図（ｄ））。
前記の高速回転Ｂの前に、例えば５００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの中速回転で、半導体ウェハ１表面全体に塗膜５を広げてから高速回転Ｂに移っても良い。尚、この中速回転を複数段階設けても構わない。
【００１４】
つぎに、この回転塗布方法において、半導体ウェハ１表面上に均一な塗膜６が形成される機構（メカニズム）を説明する。
同図（ａ）のように回転チャック３を低速回転させながら、半導体ウェハ１の中央部よりずらした位置で塗布液２を吐出するため、塗布液２の吐出位置が半導体ウェハ１面上の中央部の一点に集中することなく、塗布液２の滞留が生じにくくなる。
滞留が生じ難くなることで、半導体ウェハ１の中央部と周辺部で塗布液２の溶剤揮発の度合いに差が生じ難く、半導体ウェハ１の中央部と周辺部で塗布液２の粘度にも差が生じ難くなる。また、低速回転Ａのときの塗布膜２の凸部７の高さは、塗布液２が半導体ウエハ１の中央部からずらして吐出されるので、従来の中央部に吐出される場合よりも低くなる。つまり凸部７の塗布膜２の膜厚は従来の場合よりも薄くなるので、凸部７の塗布膜２の溶剤および凸部８の塗膜５の溶剤は揮発しやすくなり、この箇所の粘度が従来の場合より高くなる。
【００１５】
しかし、塗布液２の吐出終了時には塗布液２を吐出した位置に若干の滞留が生じ、その部分の凸部８の塗膜５の粘度が若干低くなるが、高速回転Ｂをさせると、半導体ウエハ１の周辺部へ塗膜５が同図（ｃ）のイのように移動し、この部分に粘度の低い凸部７の塗膜５が図中のロのように移動し、さらにこの箇所に中央部の粘度の高い塗膜５が図中のハのように移動する。
このように、高速回転Ｂで半導体ウェハ１の中央部から遠心力により粘度の高い塗膜５が凸部８へ供給されるので、凸部８の塗膜５は高速回転Ｂで凹状になることなく平坦化され、同図（ｄ）に示すように、高速回転Ｂ後の塗膜６の膜厚は均一化される。
【００１６】
表１に従来の回転塗布方法と本発明の回転塗布方法による、ポリイミド膜（塗膜）の膜厚の面内均一性を示す。半導体ウエハの直径は８インチである。また、平均の塗膜の厚みは３μｍ程度で、塗膜の膜厚の測定は光学干渉式膜厚計を用いて行なった。
【００１７】
【表１】
2005021803.tif 000003
この表から、膜厚の不均一度（ばらつきの度合い）は従来方法に比べて半分程度に改善され、均一化されている。
図２は、不均一度と吐出位置の関係を示す図である。縦軸は不均一度、横軸は半導体ウェハの中央部から塗布液を吐出する箇所までの距離（吐出位置）である。
図２から分かるように、吐出位置は３〜１５ｍｍとするとよい。さらに、好ましくは前記したように５ｍｍ〜１０ｍｍとするとよい。前記したように、この下限値より小さくなると、半導体ウェハ１の中央部付近に塗布液が滞留して、中央部付近の塗布液の溶剤の揮発が阻害され、粘度が低い状態となる。この状態で高速回転Ｂをさせると、粘度の低い中央付近の塗布液が離散して、中央部付近で膜厚が薄くなり、膜厚の均一性は悪くなる（不均一度が大きくなる）。一方、これらの上限値より大きくなると、低速回転で半導体ウェハの中心部へ塗布液が行き渡らなくなり、膜厚の均一性が悪化する。
【００１８】
また、この発明が効果がある塗布液の粘度は８００ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓである。８００ｍＰａ・ｓ未満の粘度の場合は従来方法で均一性が確保できるので本実施例のように塗布液吐出ノズル４をずらす必要がない。また、３０００ｍＰａ・ｓを越えると塗布液が中央部に拡がりにくくなり、また、凸部７が高くなり、揮発されにくくなるため不均一度が大きくなる。
この発明では、回転塗布装置は従来のものでよく、特別な機構を新たに設置する必要がなく、半導体ウェハ上に塗布液を均一な膜厚で塗布することができ、歩留りが向上する。また、ここでは基板として半導体ウエハを例として挙げたが、ガラス基板などでもよい。また、塗布液としてポリイミド液を例として挙げたが、これに限るものではなく、塗料などの塗布にも本発明は適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、基板の中央部からずらして粘度の高い塗布液を吐出しながら基板を低速回転させ、吐出を止めた後、高速回転させて塗布液の余剰分を揮発・離散させることで、基板上に均一な塗膜を形成することができる。
また、このような塗布方法を用いて、半導体装置を製造することにより、歩留りが向上した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の回転塗布方法を説明する図であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は工程順に示した図である。
【図２】不均一度と吐出位置の関係を示す図
【図３】従来の回転塗布方法を説明した図であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は工程順に示した図である。
【符号の説明】
１    半導体ウエハ
２    塗布液
３    回転チャック
４    塗布液吐出ノズル
５    塗膜（高速回転時）
６    塗膜（高速回転終了時）
７    凸部（低速回転中）
８    凸部（吐出終了後）
９    凸部（従来の場合の吐出終了後）
１０    凹部
１１    中心線（半導体ウエハ）
１２    中心線（塗布液吐出ノズル）
Ａ    低速回転
Ｂ    高速回転
【図１】
2005021803.tif 000004
【図２】
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【図３】
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