半導体装置の製造方法
【課題】膜厚が均一な厚膜の塗布膜を形成する方法を含む半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】高粘度のレジスト３塗布によって形成された半導体ウェハ外周部分の盛り上がり部を有する第一の塗布膜上にダイナミックディスペンスにて低粘度のレジストを高回転で塗布し、盛り上がり部の膜厚を第一の塗布膜の膜厚と第二の塗布膜の膜厚の和と同程度にする。
【解決手段】高粘度のレジスト３塗布によって形成された半導体ウェハ外周部分の盛り上がり部を有する第一の塗布膜上にダイナミックディスペンスにて低粘度のレジストを高回転で塗布し、盛り上がり部の膜厚を第一の塗布膜の膜厚と第二の塗布膜の膜厚の和と同程度にする。
【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。特にフォトリソグラフィ工程において用いられるレジストなどの厚膜の塗布膜形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する工程のひとつであるフォトリソグラフィ工程においては、半導体ウエハ上にレジストを塗布する工程がある。半導体ウエハ上にレジストを塗布するには回転法を用いる。回転法では、真空チャックに半導体ウエハを固定し、レジストを半導体ウエハ中心部に滴下した後、半導体ウエハを回転させる。回転させることによりレジストは半導体ウエハの表面全体に広げられ、半導体ウエハ表面に均一なレジスト膜が塗布させることができる。レジストの厚さはレジストの粘度とレジスト吐出した後の回転数によって決めることができる。（例えば、非特許文献１参照）
場合によっては厚いレジスト膜が必要となることがある。レジスト膜を厚く形成する場合にはレジストの粘度を高くし、回転数を低回転にする必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「フォトエッチングと微細加工」 総合電子出版社、１９７７年発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レジスト膜を厚く形成する為にレジストの粘度を高くし、回転数を低回転にした場合には、回転によりレジストを完全に振り切ることができず、半導体ウエハ外周部分のレジストが厚くなる。一方半導体ウエハの中心部分は薄くなり、均一性のよい膜を形成することができない。レジスト膜厚の均一性が悪いと、その後の露光にも影響を与え、パターニング寸法のバラツキも大きくなる。また、半導体ウエハ面内で大きくレジスト膜厚が変わると、露光時のフォーカスが取れなくなったり、レジスト膜厚が厚くなった部分では、相対的に露光エネルギーが低くなりパターン不良が発生したりする。
【０００５】
半導体ウエハ外周部分のレジストが厚くなるのを防ぐために、回転数を高くする方法もあるが、この場合全体的にレジスト膜厚が薄くなり所望の膜厚が得られなくなる。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決する為になされたものであり、半導体ウエハ上に厚いレジスト膜を均一に形成するという塗布膜形成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】
上記の課題を解決するために、以下のような手段を用いた。
１．半導体ウエハ上に第一の塗布材を滴下する工程と、前記半導体ウエハを第一の成膜回転数にて回転させて前記第一の塗布材を前記半導体ウエハ全体に広げて第一の塗布膜を成膜する工程と、前記第一の塗布材を塗布した前記半導体ウエハに第一のソフトベークを施す工程と、前記半導体ウエハを回転させながら、前記半導体ウエハ上に第二の塗布材を滴下し、第二の成膜回転数にて回転させて前記第二の塗布材を前記半導体ウエハ全体に広げて第二の塗布膜を成膜する工程と、前記第二の塗布膜を成膜した前記半導体ウエハに第二のソフトベークを施す工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【０００８】
２．前記第一の塗布材が前記第二の塗布材よりも高粘度であって、かつ、前記第一の成膜回転数は、第二の成膜回転数より低いことを特徴とすることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【０００９】
３．前記第一の塗布材と前記第二の塗布材は、同一溶質成分および同一溶剤成分からなり、溶質成分と溶剤成分の成分比が異なることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【００１０】
４．前記第一のソフトベークの温度が前記第二のソフトベークの温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【００１１】
５．前記半導体ウエハの外周部分の前記第一の塗布膜の盛り上がり膜厚が、前記半導体ウエハの中心付近の第一の塗布膜の膜厚と第二の塗布膜の膜厚の和と同程度であることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【発明の効果】
【００１２】
上記方法を用いることにより、膜厚が均一な厚膜塗布膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体レジスト塗布方法を示す工程順の断面模式図である。
【図２】従来方法でレジストを厚く塗布したときの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参考に本発明を実施例により説明する。
図１は、本発明のレジスト形成方法を示す図で、図１（ａ）から図２（ｆ）は工程順に示した断面模式図である。
【００１５】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体ウエハ１上にレジスト吐出ノズル２から第一の塗布剤である第一のレジスト３を滴下する。そして、半導体ウエハ1を回転させる事により、図１（ｂ）のように第一のレジスト３を半導体ウエハ１全面に広げる。次いで、成膜回転数で半導体ウエハを回転させることで第一のレジストが成膜される。この時、滴下する第一のレジスト３の粘度および、半導体ウエハ１の成膜回転数を調整する事により、図１（ｃ）に示すように第一のレジスト３が半導体ウエハ１の外周部分で盛り上がるようにする。たとえば、粘度が１５０ｃｐ以下、成膜回転数２０００ｒｐｍで半導体ウエハ外周部のレジストの盛り上がり５は大きくなる。このレジスト３が盛り上がった部分５のレジスト膜厚は、中心付近の第一の塗布膜の膜厚と第二の塗布膜の膜厚の和である最終的に狙っているレジスト膜厚と同等か、少し高めに調整する。
【００１６】
次に、第一のレジスト３を塗布した半導体ウエハ１をホットプレート上で９０℃、１分程度のソフトベークをする。このソフトベーク工程は、第一のレジストに含まれる溶剤を蒸発させるためだけではなく、第二の塗布剤である第二のレジスト滴下時に、第二のレジストに含まれる溶剤が塗布済みの第一のレジストを不均一に溶かすことを防止するために重要な工程である。市販のレジストにおいてレジストメーカーから推奨されているソフトベーク条件では、下層の第一のレジストを不均一に溶かすという不具合があるので、後のパターニングに支障をきたさない範囲で、メーカー推奨温度よりも高めの温度設定とするのがよい。
【００１７】
次いで、図１（ｄ）に示すように、回転中の半導体ウエハ１に粘度３０ｃｐ以下の第二のレジスト６を半導体ウエハ１上に滴下し、次いで半導体ウエハ１を３０００ｒｐｍ以上の成膜回転数で回転させることにより、図１（ｅ）のように、第二のレジストを半導体ウエハ１全面に成膜する。このとき、第一のレジスト３で形成した半導体ウエハ外周部分の盛り上がり部分５が壁の役割を果たすので、第二のレジスト６が、外周部分の盛り上がり部分５で囲まれた領域内で留まることにより、図１（ｆ）に示すように、半導体ウエハ１上に厚くて均一なレジスト膜８を形成する事ができる。
【００１８】
上述したように、第二のレジストの滴下は、スタティックディスペンスではなく、ダイナミックディスペンスとしたほうが第一のレジストを不均一に溶かすということを防止できる。尚、第一のレジストの滴下は、スタティックディスペンスでもダイナミックディスペンスでもどちらでも構わない。
【００１９】
次に、厚くて均一なレジスト膜８を形成した半導体ウエハ１をホットプレート上で８５℃、１分程度のソフトベークを行う。こうして厚膜のレジスト塗布が完成する。この後は通常のフォトリソグラフィ工程と同様である。
【００２０】
なお、以上の工程において、第一のレジスト塗布後のソフトベーク温度は第二のレジスト塗布後のソフトベーク温度よりも高いことが望ましい。
【００２１】
また、上記例のように第二のレジスト６は、第一のレジストに比べ低粘度のものとする。第一のレジスト３と第二のレジスト６は、同一溶質成分および同一溶剤成分からなり、溶質成分と溶剤成分の成分比が異なることで粘度が異なるものである。
【００２２】
これまでの説明では、塗布材としてレジストで説明したが、塗布材は、ポリイミドやポリアミドでもよい。
また、上記例のような２回塗布だけではなく、第一のレジストと第二のレジストに加え第三のレジストを塗布するというように３回又はそれ以上の塗布を行なっても良い。
【符号の説明】
【００２３】
１ 半導体ウエハ
２ レジスト吐出ノズル
３ 第一のレジスト
４ 回転の遠心力により広がっている高粘度レジスト
５ レジストの盛り上がり
６ 第二のレジスト
７ 回転の遠心力により広がっている低粘度レジスト
８ 厚くて均一なレジスト膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。特にフォトリソグラフィ工程において用いられるレジストなどの厚膜の塗布膜形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する工程のひとつであるフォトリソグラフィ工程においては、半導体ウエハ上にレジストを塗布する工程がある。半導体ウエハ上にレジストを塗布するには回転法を用いる。回転法では、真空チャックに半導体ウエハを固定し、レジストを半導体ウエハ中心部に滴下した後、半導体ウエハを回転させる。回転させることによりレジストは半導体ウエハの表面全体に広げられ、半導体ウエハ表面に均一なレジスト膜が塗布させることができる。レジストの厚さはレジストの粘度とレジスト吐出した後の回転数によって決めることができる。（例えば、非特許文献１参照）
場合によっては厚いレジスト膜が必要となることがある。レジスト膜を厚く形成する場合にはレジストの粘度を高くし、回転数を低回転にする必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「フォトエッチングと微細加工」 総合電子出版社、１９７７年発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レジスト膜を厚く形成する為にレジストの粘度を高くし、回転数を低回転にした場合には、回転によりレジストを完全に振り切ることができず、半導体ウエハ外周部分のレジストが厚くなる。一方半導体ウエハの中心部分は薄くなり、均一性のよい膜を形成することができない。レジスト膜厚の均一性が悪いと、その後の露光にも影響を与え、パターニング寸法のバラツキも大きくなる。また、半導体ウエハ面内で大きくレジスト膜厚が変わると、露光時のフォーカスが取れなくなったり、レジスト膜厚が厚くなった部分では、相対的に露光エネルギーが低くなりパターン不良が発生したりする。
【０００５】
半導体ウエハ外周部分のレジストが厚くなるのを防ぐために、回転数を高くする方法もあるが、この場合全体的にレジスト膜厚が薄くなり所望の膜厚が得られなくなる。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決する為になされたものであり、半導体ウエハ上に厚いレジスト膜を均一に形成するという塗布膜形成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】
上記の課題を解決するために、以下のような手段を用いた。
１．半導体ウエハ上に第一の塗布材を滴下する工程と、前記半導体ウエハを第一の成膜回転数にて回転させて前記第一の塗布材を前記半導体ウエハ全体に広げて第一の塗布膜を成膜する工程と、前記第一の塗布材を塗布した前記半導体ウエハに第一のソフトベークを施す工程と、前記半導体ウエハを回転させながら、前記半導体ウエハ上に第二の塗布材を滴下し、第二の成膜回転数にて回転させて前記第二の塗布材を前記半導体ウエハ全体に広げて第二の塗布膜を成膜する工程と、前記第二の塗布膜を成膜した前記半導体ウエハに第二のソフトベークを施す工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【０００８】
２．前記第一の塗布材が前記第二の塗布材よりも高粘度であって、かつ、前記第一の成膜回転数は、第二の成膜回転数より低いことを特徴とすることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【０００９】
３．前記第一の塗布材と前記第二の塗布材は、同一溶質成分および同一溶剤成分からなり、溶質成分と溶剤成分の成分比が異なることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【００１０】
４．前記第一のソフトベークの温度が前記第二のソフトベークの温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【００１１】
５．前記半導体ウエハの外周部分の前記第一の塗布膜の盛り上がり膜厚が、前記半導体ウエハの中心付近の第一の塗布膜の膜厚と第二の塗布膜の膜厚の和と同程度であることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
【発明の効果】
【００１２】
上記方法を用いることにより、膜厚が均一な厚膜塗布膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体レジスト塗布方法を示す工程順の断面模式図である。
【図２】従来方法でレジストを厚く塗布したときの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参考に本発明を実施例により説明する。
図１は、本発明のレジスト形成方法を示す図で、図１（ａ）から図２（ｆ）は工程順に示した断面模式図である。
【００１５】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体ウエハ１上にレジスト吐出ノズル２から第一の塗布剤である第一のレジスト３を滴下する。そして、半導体ウエハ1を回転させる事により、図１（ｂ）のように第一のレジスト３を半導体ウエハ１全面に広げる。次いで、成膜回転数で半導体ウエハを回転させることで第一のレジストが成膜される。この時、滴下する第一のレジスト３の粘度および、半導体ウエハ１の成膜回転数を調整する事により、図１（ｃ）に示すように第一のレジスト３が半導体ウエハ１の外周部分で盛り上がるようにする。たとえば、粘度が１５０ｃｐ以下、成膜回転数２０００ｒｐｍで半導体ウエハ外周部のレジストの盛り上がり５は大きくなる。このレジスト３が盛り上がった部分５のレジスト膜厚は、中心付近の第一の塗布膜の膜厚と第二の塗布膜の膜厚の和である最終的に狙っているレジスト膜厚と同等か、少し高めに調整する。
【００１６】
次に、第一のレジスト３を塗布した半導体ウエハ１をホットプレート上で９０℃、１分程度のソフトベークをする。このソフトベーク工程は、第一のレジストに含まれる溶剤を蒸発させるためだけではなく、第二の塗布剤である第二のレジスト滴下時に、第二のレジストに含まれる溶剤が塗布済みの第一のレジストを不均一に溶かすことを防止するために重要な工程である。市販のレジストにおいてレジストメーカーから推奨されているソフトベーク条件では、下層の第一のレジストを不均一に溶かすという不具合があるので、後のパターニングに支障をきたさない範囲で、メーカー推奨温度よりも高めの温度設定とするのがよい。
【００１７】
次いで、図１（ｄ）に示すように、回転中の半導体ウエハ１に粘度３０ｃｐ以下の第二のレジスト６を半導体ウエハ１上に滴下し、次いで半導体ウエハ１を３０００ｒｐｍ以上の成膜回転数で回転させることにより、図１（ｅ）のように、第二のレジストを半導体ウエハ１全面に成膜する。このとき、第一のレジスト３で形成した半導体ウエハ外周部分の盛り上がり部分５が壁の役割を果たすので、第二のレジスト６が、外周部分の盛り上がり部分５で囲まれた領域内で留まることにより、図１（ｆ）に示すように、半導体ウエハ１上に厚くて均一なレジスト膜８を形成する事ができる。
【００１８】
上述したように、第二のレジストの滴下は、スタティックディスペンスではなく、ダイナミックディスペンスとしたほうが第一のレジストを不均一に溶かすということを防止できる。尚、第一のレジストの滴下は、スタティックディスペンスでもダイナミックディスペンスでもどちらでも構わない。
【００１９】
次に、厚くて均一なレジスト膜８を形成した半導体ウエハ１をホットプレート上で８５℃、１分程度のソフトベークを行う。こうして厚膜のレジスト塗布が完成する。この後は通常のフォトリソグラフィ工程と同様である。
【００２０】
なお、以上の工程において、第一のレジスト塗布後のソフトベーク温度は第二のレジスト塗布後のソフトベーク温度よりも高いことが望ましい。
【００２１】
また、上記例のように第二のレジスト６は、第一のレジストに比べ低粘度のものとする。第一のレジスト３と第二のレジスト６は、同一溶質成分および同一溶剤成分からなり、溶質成分と溶剤成分の成分比が異なることで粘度が異なるものである。
【００２２】
これまでの説明では、塗布材としてレジストで説明したが、塗布材は、ポリイミドやポリアミドでもよい。
また、上記例のような２回塗布だけではなく、第一のレジストと第二のレジストに加え第三のレジストを塗布するというように３回又はそれ以上の塗布を行なっても良い。
【符号の説明】
【００２３】
１ 半導体ウエハ
２ レジスト吐出ノズル
３ 第一のレジスト
４ 回転の遠心力により広がっている高粘度レジスト
５ レジストの盛り上がり
６ 第二のレジスト
７ 回転の遠心力により広がっている低粘度レジスト
８ 厚くて均一なレジスト膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ上に第一の塗布材を滴下する工程と、
前記半導体ウエハを第一の成膜回転数にて回転させて前記半導体ウエハ全体に広げ、前記第一の塗布材が前記半導体ウエハの外周部分で盛り上がるように、第一の塗布膜を成膜する工程と、
前記第一の塗布材を塗布した前記半導体ウエハに第一のソフトベークを施す工程と、
前記半導体ウエハを回転させながら、前記半導体ウエハ上に第二の塗布材を滴下し、第二の成膜回転数にて回転させて前記第二の塗布材を前記半導体ウエハ全体に広げて第二の塗布膜を成膜する工程と、
前記第二の塗布膜を成膜した前記半導体ウエハに第二のソフトベークを施す工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第一の塗布材が前記第二の塗布材よりも高粘度であって、かつ、前記第一の成膜回転数は、第二の成膜回転数より低いことを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第一の塗布材と前記第二の塗布材は、同一溶質成分および同一溶剤成分からなり、溶質成分と溶剤成分の成分比が異なることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第一のソフトベークの温度が前記第二のソフトベークの温度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体ウエハの外周部分の前記第一の塗布膜の盛り上がり膜厚が、前記半導体ウエハの中心付近の第一の塗布膜の膜厚と第二の塗布膜の膜厚の和と同程度であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体ウエハ上に第一の塗布材を滴下する工程と、
前記半導体ウエハを第一の成膜回転数にて回転させて前記半導体ウエハ全体に広げ、前記第一の塗布材が前記半導体ウエハの外周部分で盛り上がるように、第一の塗布膜を成膜する工程と、
前記第一の塗布材を塗布した前記半導体ウエハに第一のソフトベークを施す工程と、
前記半導体ウエハを回転させながら、前記半導体ウエハ上に第二の塗布材を滴下し、第二の成膜回転数にて回転させて前記第二の塗布材を前記半導体ウエハ全体に広げて第二の塗布膜を成膜する工程と、
前記第二の塗布膜を成膜した前記半導体ウエハに第二のソフトベークを施す工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第一の塗布材が前記第二の塗布材よりも高粘度であって、かつ、前記第一の成膜回転数は、第二の成膜回転数より低いことを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第一の塗布材と前記第二の塗布材は、同一溶質成分および同一溶剤成分からなり、溶質成分と溶剤成分の成分比が異なることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第一のソフトベークの温度が前記第二のソフトベークの温度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体ウエハの外周部分の前記第一の塗布膜の盛り上がり膜厚が、前記半導体ウエハの中心付近の第一の塗布膜の膜厚と第二の塗布膜の膜厚の和と同程度であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−６９８２３（Ｐ２０１２−６９８２３Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４４６６（Ｐ２０１０−２１４４６６）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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