JPH04504377A - 基体上へフォトレジスト組成物をコーティングする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 基体上へフォトレジスト組成物 をコーティングする方法 本発明は基体上にフォトレジスト組成物をコーティングする方法に関する。特に 、本発明はフォトレジスト組成物の噴霧滴を好ましくは超音波アトマイザ−ノズ ルにより基体（例えばシリコンウェーハー）上に塗布し、次にコートした基体を 回転させることによりフォトレジスト固体の均一な厚さのフィルムを形成させる 方法に関する。

フォトレジスト組成物は、様々な慣用技術例えばディップコーティング、ローラ ーコーティング、加圧スプレーコーティング及びスピンコーティングにより基体 上に塗布されてきた。基体が半導体デバイス製造用のウェーハーである場合、現 在の好ましい方法はスピンコーティングである。

この従来技術の方法によって、フォトレジスト組成物をウェーハー上にウェーハ ーを停止させるか液たまりを形成させながらあるいはゆっくり回転させながら分 配する。分配ステップの後、ウェーハーを高速度で回転させそして回転運動によ る遠心力によってレジストがウェーハーの表面に拡がる。分配されたレジストの 大部分はウェーハーの端から振り落とされそしてウェーハーの下のカップの中に 回収される。フォトレジスト固体の均一な厚さのフィルム（すなわち、もとのフ ォトレジスト組成物中の大部分の溶媒が除去された光活性ポリマー材料）がウェ ーハーの表面上に残る。次に、ウェーハーをスピニングチャックからはずしてさ らに処理する。

ウェーハーの従来のスピンコーティングのパラメーターは１９８８年２月セミコ ンダクター・インターナショナル発行のｒＡｐｐｌｙｉｎｇ　Ｐｈｏｔｏｒｅｓ ｉｓｔ　ｆｏｒ　０ｐｔｉｓ＋ａｌ　ＣｏａｔｉｎｇｓＪ５６〜６２頁に詳説さ れている。

基体上にフォトレジスト組成物をスピンコードするときの１つの主な問題は分配 させたフォトレジスト材料の大部分がウェーハー上に残らないということである 。この結果過剰のフォトレジスト材料が浪費されるかまたは材料の再調合と再回 収が必要となる。どちらにしろ全体にわたるフォトレジストの塗布コストを著し く上昇させる。

これとは別に、超音波スプレーノズルにより基体上へ材料の噴霧滴を塗布する技 術は知られていた。

超音波スプレーノズルはソノ−チックコーポレーション（ボーキープシー、ニュ ーヨーク）によって製造されている。それらの超音波ノズルは米国特許第４．１ ５３．２０１号：第４．３０１．９６８号：第４．３３７．８９６号；第４．３ ５２．４５９号：第４、５４１．５６４号：第４．６４２．５８１号及び第４． ７２３．７０８号に記載されている。

そのような超音波スプレーノズルは基体上に多くの材料のコーティングを塗布す るのに用いられている。例えば、これらのノズルはスピンコードしたフォトレジ スト層の上にゼラチン層を適用して引き続いてのエツチング、イオン注入処理等 の間に発生する熱によってフォトレジスト層が歪みまたは劣化するのを防止する ために用いられている（米国特許第４．８０６．４５５号参照）。

しかしながらフォトレジストコーティングを適用するために超音波スプレーノズ ルだけを使用するこれまでの試みは均一な厚さのフィルムが製造できないことか ら満足のいくものではなかった。

従って、フォトレジスト塗布分野において、現在のスピンコーティング技術を改 善しウェーハーあたり現在の高いフォトレジスト分配容積を減少させる必要があ る。

スピンコーティングと噴霧スプレーとの組み合わせを用いる本発明には、分配さ れるフォトレジスト容積の量を少なくとも５倍から１０倍まで減少させてスピン コーティング法によつて現在一般に経験されている分配されたフォトレジストの ほとんどを浪費することな（均一な厚さの適当なフォトレジスト固体フィルムを 得ることができる可能性があると信じられる。

従って、本発明は次の（ａ）〜（ｄ）のステップ（ａ）　溶媒中にフォトレジス ト固体を含む固形分約１０〜２２重量％の液体フォトレジスト組成物を形成させ ること； （ｂ）　前記液体フォトレジスト組成物の噴霧スプレー滴を形成させること： （Ｃ）　基体表面上に噴霧スプレー滴を重力によって沈降させ、その表面上にフ ォトレジストコーティングを形成させること：及び （ａ）　コートされた基体を所定の速度で所定の時間回転させて、前記フォトレ ジストコーティングから実質上すべての溶媒を除去し、そして基体上にフォトレ ジスト固体の均一な厚さのフィルムを形成させることを特徴とする基体上にフォ トレジスト固体の均一な厚さのフィルムを適用する方法に関する。

本発明の方法の最初のステップは特定の固形分を含む液体フォトレジストを調製 することである。一般に、慣用のスピンコーティング法で使用されるフォトレジ スト組成物は、本発明の方法の使用には固形分が多すぎる。

従って、全フォトレジスト組成物に基づいて約１０〜２２重量％の範囲の使用可 能な固形分になるまでフォトレジスト組成物をさらに溶媒で希釈すべきである。

この希釈は、普通のフォトレジストシンナー製品（すなわち、すべての溶剤製品 ）を普通のフォトレジスト製品に加えることによって行えるかもしれない。好ま しくは固形分は全フォトレジスト処方物の重量の約１２〜約２０重量％で、最も 好ましくは約１５〜約１９重量％である。

次に、このように固形分を制御したフォトレジスト処方物を好ましくは平均直径 が１００ミクロン未満の噴霧スプレー滴または霧滴にする。これは超音波ノズル に液体フォトレジスト組成物を通過させることによって行うのが好ましい。超音 波ノズルはこれらの固体含有量の制御されたフォトレジスト組成物を霧状にする ことができるものならどれでも使用することができる。

次に、フォトレジストの噴霧スプレー滴を基体表面上に落下させる。基体はフォ トレジストコーティングを普通に適用される普通の基体ならばいずれでもよい。

基体はウェーハーの形態であるのが好ましい。基体はシリコンウェーハーである のが最も好ましい。ウェーハーのような普通の半導体基体にこのフォトレジスト コーティングを適用する時間は約２〜６秒である。

この分散またはコーティングステップの開基体は静置（すなわち非回転）または 回転していてもよい。４インチのシリコンウェーハーをコーティングするには、 静置分散ステップを用いるのが好ましい。さらに大きいシリコンウェーハーでは 、ウェ、−バー全体にわたって均一な厚さのフィルムを得るためには動的なコー ティング（分散させながら回転させる）が好ましい。そのような状況では分散中 の回転速度は約５００〜２００Ｏｒｐ■が好ましい。

フォトレジスト噴霧スプレー滴で基体コートした後、コートした基体を普通のス ピンコーティング装置で回転させる。望ましい最適なフォトレジスト厚さ及び厚 さの均一性を得るために回転速度及び回転時間はあらかじめ定めてもよい。一般 に、約５００〜約６０００ｒｐ■の回転速度を使用するのが好ましく、約１００ ０〜５００．０ｒｐ−が最も好ましい。多くの半導体ウェーハーにとっての回転 時間は約２０〜６０秒である（例えば、４インチシリコンウェーハーでは回転時 間は約３０〜４０秒でありそして６インチシリコンウェーハーでは回転時間は５ ０〜６０秒である。）。

多くのスピンコーティング技術はよく知られておりそしてそのような適当な技術 ならいずれも本発明で使用することができる。

スピンコーティングの終了後、均一な厚さの望ましいフォトレジストフィルムを 有する基体はさらに半導体及び関連技術における慣用の方法によって加工される 。

基体上のフォトレジストコーティングは好ましくは約０．５〜約１．５ミクロン の均一な厚さのフィルムである。本明細書及び請求の範囲中で使用されている「 均一な厚さのフィルム」なる用語はコーティングの厚さの標準偏差が約２００オ ングストローム（２００人）未満であるコーティングまたはフィルムを意味する 。

下記の実施例は本発明をさらに説明するものである。

すべての部及びパーセントは特に記載しない限り重量によるものである。

実施例 ＦＰＲ−２０４ポジ型フオトレジストをＬＳＩシンナーと混合することによって 表１に示した種々の液体フォトレジスト組成物を調製した。これらの製品はどち らもＱｌｉｎＨｕｎｔ　５ｐｅｃｉａｌｔｙ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社にュージャー ジー州、ウエストパダーリン）から入手可能である。ｎＰＲ−２０４はメタ−及 びバラ−クレゾールノボラック混合バインダー樹脂、トリヒドロキシベンゾフェ ノン増感剤のナフトキノン−１，２−ジアジド−５−スルホン酸トリエステル並 びに８５重Ｉ％のエチルセロンルブアセテート、８．６重量％の酢酸ブチル、５ ．２重量％のキシレン及び１．２重量％のエチルベンゼンからなる溶媒混合物で できている。ｌ’ｌＰＲ−２０４の固形分は約２６±２重量％である。ＬＳＩシ ンナーはＴＩＰＲ−２０４で使用した同じ溶媒混合物で構成された溶媒混合物で ある。ｆｌＰＲ−２０４とＬＳＩシンナーの体積比１：１の混合物は固形分が１ ３±２重量％であり；　ＨＰＲ−２０４とＬＳＩシンナーの体積比２：１の混合 物は固形分が約１７±２重量％であり、　ＨＰＲ−２０４とＬＳＩシンナーの体 積比３：１の混合物は固形分が約２０±２重量％であり、　ｌ’ｌＰＲ−２０４ とＬＳＩ希釈剤の体積比４：１の混合物は固形分が約２２±２重量％である。各 実験においてこれらのフォトレジスト組成物のうちの一つを、ソノ−チック８７ ００シリーズマイクロスプレー超音波アトマイザ−ノズルにニーヨーク、ポーキ ープシーのソノ−チック社製）を通じて重力によつて供給した。ノズルへの超音 波出力を始動させてからレジストのノズルへの供給を開始した。

各実験ではレジスト組成物の流速は約１０〜約２０ｍ１／分であった。ノズルを 通してレジストを流す時の唯−力は重力による力とレジスト流体の液圧であった 。レジスト組成物をノズルに移動させるのにポンプは使用しなかった。従ってレ ジスト組成物をノズル中に押し出すのに外部のポンプ圧を加えなかった。

各実験では、ノズルはスピナーチャックに装着した静置４インチシリコンウェー ハーの１約２〜３インチのところに保持した。各試験では、レジスト液をノズル を通して３秒間スプレーした。次に、レジスト供給ラインを閉じそして超音波ノ ズルへの出力を切った。試験の出力は２〜３ワツトであって、フォトレジストの 固形分に依存している。

３秒間の分散ステップの直後に、シリコンウェーハーを表１に示した回転速度の うちのいずれかで３５秒間回転させた。このスピニングステップの間排気はしな かつた。

普通のスピンコーティング技術では４インチシリコンウェーハーあたり通常１． ５〜４ｃｍ”のレジストが消費されるのと比較して、各実験では０．５〜０．７ ｃｗ＋”の液体フォトレジスト組成物しか消費されなかった。

表１はスピニングステップ後に測定したフォトレジスト固体の平均フィルム厚さ く人）を示すものである。

１０、０００人は１ミクロンに相当する。かっこ内の数値は５ｐｅｃｔｒａ曹ａ ｐ　５１１２００フィルム厚作像システム（カリホルニア、サンタクララのＰｒ ｏｍｅｔｒｉｘ社の製品）を用いて測定した標準偏差である。

表１ フォトレジスト固体フィルムの 厚さ及びその標準偏差 ３０００　３４００（Ｎ８Ｍ、）　７５００（１７＾）　８０００（４１Ａ）　 ８９００（Ｎ、Ｍ、）　木本４５００　３０００（１９＾’）　６２００（１８ Ａ）　６５００（３１Ａ）　７６００京　＊ネ６０００　２９００（Ｎ」、）　 ４５６０（８Ａ）　５２００（１８Ａ）　６４００”　＊＊＊：コーティングを 行ったが、ノズルの出力ユニ・ットの調整が困難で均一性が非常に悪かった。

ネ零：本発明の操作により行うことができなかった。

国際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．次の（ａ）〜（ｄ）のステップ （ａ）溶媒中にフォトレジスト固体を含む固形分約１０〜２２重量％の液体フォ トレジスト組成物を形成させること； （ｂ）前記液体フォトレジスト組成物の噴霧スプレー滴を形成させること； （ｃ）基体表面上に噴霧スプレー滴を重力によって沈降させ、その表面上にフォ トレジストコーティングを形成させること；及び （ｄ）コートされた基体を所定の速度で所定の時間回転させてフォトレジストコ ーティングから実質上すべての溶媒を除去しそして基体上にフォトレジスト固体 の均一な厚さのフィルムを形成させることを特徴とする基体上にフォトレジスト 固体の均一な厚さのフィルムを適用する方法。
2. ２．ステップ（ｂ）で超音波スプレーノズルによって噴霧フォトレジストスプレ ー滴を形成させることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．液体フォトレジスト組成物を重力によって超音波スプレーノズルへ供給する ことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ４．液体フォトレジスト組成物をコートされる基体あたり約１０〜約２０ｍｌ／ 分の速度で約２〜約６秒間前記超音波ノズルへ供給することを特徴とする請求項 ３記載の方法。
5. ５．フォトレジスト組成物の固形分が約１２〜約２０重量％であることを特徴と する請求項１記載の方法。
6. ６．フォトレジストの固形分が約１５〜約１９重量％であることを特徴とする請 求項１記載の方法。
7. ７．基体がシリコンウェーハーであることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. ８．基体を同転させながら、前記コーティングステップ（ｃ）を実施することを 特徴とする請求項１記載の方法。
9. ９．前記コーティングステップ（ｃ）を約５００〜約２０００ｒｐｍの回転速度 で実施することを特徴とする請求項８記載の方法。
10. １０．スピニングステップ（ｄ）を約１０００〜約６０００ｒｐｍの回転速度で 約２０〜６０秒間実施することを特徴とする請求項１記載の方法。
11. １１．フォトレジスト固体の均一な厚さのフィルムが約０．５〜１．５ミクロン の厚さであることを特徴とする請求項１記載の方法。
12. １２．次の（３）〜（ｅ）のステップ （ａ）溶媒中にフォトレジスト固体を含む固形分約１２〜約２０重量％の液体フ ォトレジスト組成物を形成させること； （ｂ）液体フォトレジスト組成物を約１０〜２０ｍｌ／分の速度で重力により超 音波スプレーノズルへ供給すること； （ｃ）液体フォトレジスト組成物を超音波スプレーノズルに通過させて液体フォ トレジスト組成物の噴霧スプレー滴を形成させること： （ｄ）噴霧スプレー滴を基体上に基体あたり約２〜６秒間沈降させて前記基体上 にフォトレジストコーティングを形成させること； （ｅ）コートした基体を約１０００〜約６０００ｒｐｍの所定の回転速度で約２ ０〜６０秒間の所定の時間回転させて基体上にフォトレジスト固体の均一な厚さ のフィルムを形成させること を特徴とする基体上へフォトレジスト固体の均一な厚さのフィルムを適用する方 法。
13. １３．フォトレジスト組成物の固形分が約１５〜約１９重量％であることを特徴 とする請求項１２記載の方法。
14. １４．基体がシリコンウェーバーであることを特徴とする請求項１３記載の方法 。
15. １５．基体を回転させながらコーティングステップ（ｄ）を実施することを特徴 とする請求項１４記載の方法。
16. １６．コーティングステップ（ｄ）の回転を約５００〜２０００ｒｐｍの回転速 度で実施することを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. １７．スピニングステップ（ｅ）を約１５００〜約５０００ｒｐｍの回転速度で 実施することを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. １８．フォトレジスト固体の均一な厚さのフィルムが約０．５〜１．５ミクロン の厚さであることを特徴とする請求項１７記載の方法。