【レジスト塗布】スピンコートとは？装置の原理

スピンコートとは？

装置はスピンコーターと呼ばれます、高速で回転し、余分な薬液を遠心力で飛ばすため均一な塗布が可能です。半導体製造工程においては、洗浄とレジスト塗布で多用されています。

1. 薬液吐出

ウェーハの中心に薬液を滴下します。

2. 回転

ウェーハ1000～5000rpmで高速回転します。遠心力で余分な薬液を飛ばしながら、ウェーハ全面に均一に広げます。レジストの場合、溶媒が乾燥していき粘度が増加することで、最終的にレジストが固定されます。

3. 乾燥

必要であれば、熱風乾燥機や紫外線レジスト硬化装置でレジストを硬化させます。

ウェーハは裏面にある真空チャックにより吸着・固定されるため、ウェーハが吹き飛ぶことはありません。

スピンコートのメリット・デメリット

スピンコートのメリット・デメリットは以下の通りです

• メリット

数nm～数10μmの幅広い膜厚を成膜可能

装置構成が簡便で、真空プロセスを用いないためコストが安い

• デメリット

遠心力により薬液のほとんどをロスする
レジスト塗布の様子(動画)

装置が簡便で、迅速かつ均一に塗布できるため、レジスト塗布で標準的に採用されています。また、レジスト液の回収・再利用により、薬液ロスを少なくすることも可能です。

膜厚を決定する要因

フォトリソ工程ではレジストの露光でパターンを形成します。微細なパターンを刻むためには、レジストが均一に塗布されている必要があり、膜厚は非常に重要です。

• 回転数

スピンコートの回転数を上げることで膜厚は薄くなります。遠心力は回転数の2上に比例するためです。

• レジストの粘性

レジストの粘度が高いほど膜厚が厚くなります。粘性が高いほどウェーハへの広がりが抑制されるためです。

• 液の蒸発速度

レジスト液の蒸発速度が速いほど、粘度が増加しやすく膜厚は厚くなります。

レジストを均一に塗布するためには

• ウェーハ温度

ウェーハの温度が高いとレジストの乾燥が促進されるため、粘度が上昇しレジスト膜厚が増加します。

• 薬液温度

薬液温度が高い場合も、溶媒が蒸発しレジストの粘度が上昇、レジスト膜厚が増加します。

• 排気流量

排気流量が高いと、ウェーハ外周部の乾燥が促進され外周部の膜厚が増加します。

一方、排気流量が低すぎると、遠心力によりウェーハから飛んだ薬液のミストが巻き上がり、ウェーハに再度付着してしまいます。

エッジリンス・バックリンス

スピンコーターを用いてレジストを塗布すると、表面張力でエッジのレジストが盛り上がります(エッジビード)。また、レジストが裏面にも回りこみます。

• 外周盛り上がり

続く露光工程でレジスト欠けを生じ発塵の原因となります。露光での発塵は光源を遮り、マスク通りのパターンを刻めないため重大な問題です。

• 裏面回り込み

回り込んだレジストは裏面の平坦度を低下させるため、露光時のフォーカスが合わなくなる原因です。フォーカスが合わないと微細なパターンを刻むことはできません。

従って、エッジでの盛り上がったレジスト・裏面へ回り込んだレジストは除去する必要があります。

• エッジリンス

ウェーハ外周部のレジスト盛り上がりを除去する工程です。エッジ付近のノズルから薬液を吐出し、レジストを除去します。
⇒エッジリンス・バックリンスの様子(動画)

• バックリンス

ウェーハ裏面外周部に回り込んだレジストを除去する工程です。エッジ裏面付近のノズルから薬液を吐出し、レジストを除去します。