半導体のリソグラフィでは、シリコンウエハーの上にフォトレジストを塗り、露光・現像によって微細なパターンを作ります。
このとき、
レジストを塗る
加熱する
冷却する
現像する
といった処理を行う装置が、
コータ・デベロッパ
です。
コータ・デベロッパは単に、
「レジストを塗る装置」
＋
「現像する装置」
を組み合わせただけではありません。
実際には、
ウエハー搬送
↓
表面処理
↓
レジスト塗布
↓
加熱
↓
冷却
↓
露光装置との受け渡し
↓
露光後の加熱
↓
現像
↓
リンス・乾燥
といった一連の処理を、高い精度で管理するシステムです。
この記事では、
・コータ・デベロッパとは何か
・露光装置との違い
・ウエハーが装置内を流れる順番
・コータユニットの仕組み
・デベロッパユニットの仕組み
・ホットプレートや冷却プレートの役割
・搬送ロボットが重要な理由
・なぜ高精度な制御が必要なのか
を初心者向けに解説します。
コータ・デベロッパとは？
コータ・デベロッパとは、
フォトレジストの塗布・熱処理・現像などを行う半導体製造装置
です。
英語では、
Coater
＝塗布装置
Developer
＝現像装置
という意味です。
半導体工場では、これらの処理ユニットと搬送機構を組み合わせた装置を「コータ・デベロッパ」や「塗布現像装置」「Track」と呼ぶことがあります。
コータ・デベロッパの主な役割は、
ウエハー上にレジスト膜を作る
↓
露光できる状態へ整える
↓
露光後のレジストを現像する
↓
レジストパターンを完成させる
ことです。
コータ・デベロッパと露光装置の違い
初心者が混同しやすいのが、
コータ・デベロッパ
と
露光装置
です。
役割は異なります。
| 装置 | 主な役割 |
|---|---|
| コータ・デベロッパ | レジスト塗布・加熱・冷却・現像 |
| 露光装置 | レジストへ回路パターンを露光する |
つまり、
コータ・デベロッパ
↓
レジストを塗る
露光装置
↓
レジストへパターンを転写する
コータ・デベロッパ
↓
現像してレジストパターンを作る
という役割分担です。
量産ラインでは、コータ・デベロッパと露光装置を接続し、ウエハーを連続的に受け渡す構成も広く利用されています。
1枚のウエハーはどのように処理される？
代表的な流れを簡単にすると、
ウエハー搬入
↓
表面処理
↓
レジスト塗布
↓
PAB
↓
冷却
↓
露光
↓
PEB
↓
冷却
↓
現像
↓
リンス・乾燥
↓
ウエハー搬出
となります。
ただし、実際の処理順序や使用するユニットは、レジスト材料や製造プロセスによって異なります。
① ウエハーを装置へ搬入する
半導体工場では、ウエハーをFOUPなどの容器に入れて搬送します。
コータ・デベロッパへ到着すると、搬送ロボットがウエハーを1枚ずつ取り出し、必要な処理ユニットへ運びます。
ここで重要なのは、
ウエハーを運ぶだけでも高い精度が必要
ということです。
レジスト膜やウエハー表面を傷つけたり、パーティクルを発生させたりしないように搬送する必要があります。
② 表面処理を行う
レジストを塗る前に、ウエハー表面とレジストの密着性を良くするための処理を行う場合があります。
代表例が、
HMDS処理
です。
HMDSはウエハー表面をレジストが密着しやすい状態へ整えるために利用されます。
ただし、すべてのレジストや工程で必ず同じ表面処理を行うわけではありません。
③ コータユニットでレジストを塗る
フォトレジストを塗布する代表的な方法が、
スピンコート
です。
基本的な流れは、
ウエハーをチャックで保持
↓
レジストを滴下
↓
ウエハーを回転
↓
遠心力でレジストが広がる
↓
余分なレジストが外側へ飛ぶ
↓
薄いレジスト膜が残る
となります。
コータユニットには何がある？
スピンチャック
ウエハーを保持しながら回転させる部分です。
一般的にはウエハー裏面を吸着して保持します。
安定した回転はレジスト膜厚の均一性に関係します。
レジストノズル
液状のフォトレジストをウエハーへ供給します。
狙った位置へ安定して液を供給する必要があります。
カップ
回転によって飛び散ったレジストを受ける部分です。
ウエハー周囲を囲うような構造になっており、排液や排気にも関係します。
EBRとは？
レジストをスピンコートすると、ウエハー端部にレジストが厚く残る場合があります。
この不要なレジストを除去する処理が、
EBR
（Edge Bead Removal）
です。
ウエハー外周部へ溶剤などを供給し、端部の不要なレジストを取り除きます。
端部に厚いレジストが残ると、
搬送時の汚染
パーティクル
後工程への影響
などにつながる可能性があるため、重要な処理です。
④ PABでレジスト膜を安定させる
レジスト塗布後には、
PAB
（Post Apply Bake）
を行います。
塗布直後のレジストには溶剤が含まれているため、ホットプレートなどで加熱して膜を安定させます。
簡単にすると、
レジスト塗布
↓
溶剤を多く含む
↓
PAB
↓
溶剤を適切に減らす
↓
露光しやすい状態にする
という流れです。
PABは単なる「乾燥」ではなく、後の露光・現像結果にも関係する重要な工程です。
⑤ なぜ冷却プレートが必要？
PABが終わったウエハーは温度が高い状態です。
そのまま次工程へ進めると、ウエハー温度の違いによってレジストの状態が変化する可能性があります。
そこで、
冷却プレート
を使ってウエハー温度を安定させます。
つまり、
加熱
↓
冷却
↓
狙った温度状態にそろえる
↓
次工程へ
という流れです。
半導体製造では、
「加熱すること」
だけでなく、
「毎回同じ温度状態から次工程を始めること」
も重要です。
⑥ 露光装置へウエハーを送る
レジスト膜が整ったウエハーは、露光装置へ送られます。
露光装置では、
フォトマスクなどのパターン
↓
光学系
↓
フォトレジスト
という流れで回路パターンを転写します。
ここで重要なのは、
露光装置がウエハーを削っているわけではない
ことです。
露光によって、フォトレジストの化学的な状態を変化させます。
⑦ PEBを行う
露光後には、
PEB
（Post Exposure Bake）
を行う場合があります。
特に化学増幅型レジストでは重要です。
露光によってPAGから酸が発生し、
露光
↓
酸が発生
↓
PEB
↓
酸による反応が進む
↓
現像液への溶けやすさが変わる
という流れになります。
PABとPEBはどちらも加熱工程ですが、目的は違います。
PAB
→ 塗布後のレジスト膜を安定させる
PEB
→ 露光後の化学反応を進める
と覚えると分かりやすいです。
⑧ デベロッパユニットで現像する
PEBや冷却が終わると、
現像
を行います。
デベロッパユニットでは、ウエハーへ現像液を供給します。
代表的なポジ型レジストでは、
露光した部分
↓
現像液へ溶けやすくなる
↓
現像によって除去される
という流れになります。
現像液をウエハー上に広げて一定時間反応させる方式などがあります。
現像で下の膜まで削っている？
基本的には違います。
現像工程の目的は、
不要なフォトレジストを取り除き、レジストパターンを作ること
です。
その後、
レジストがある部分
→ 下の膜を保護
レジストがない部分
→ エッチングなどで加工
という使い方をします。
つまり、
現像
→ レジストを加工
エッチング
→ 下の膜を加工
という違いがあります。
⑨ リンス・乾燥する
現像後には、現像反応を止めて不要な薬液を取り除くため、
リンス
を行います。
その後、ウエハーを回転させるなどして乾燥します。
最終的に、
レジストあり
＋
レジストなし
という微細なレジストパターンが完成します。
搬送ロボットはなぜ重要？
コータ・デベロッパの内部には、
コータ
ホットプレート
冷却プレート
デベロッパ
など、多くの処理ユニットがあります。
これらをつないでいるのが、
搬送ロボット
です。
搬送ロボットは単に、
A地点からB地点へウエハーを運ぶ
だけではありません。
例えば、
PAB終了
↓
冷却
↓
露光へ搬送
露光終了
↓
PEB
↓
冷却
↓
現像
という処理を、決められた順番とタイミングで行う必要があります。
そのため、
搬送制御もプロセス性能の一部
と考えることができます。
なぜ時間管理が重要？
フォトレジストの状態は、
温度
湿度
処理時間
待ち時間
などによって変化する可能性があります。
例えば、
露光が終了
↓
長時間待つ
↓
PEB
となる場合と、
露光直後
↓
PEB
では、レジスト内部の反応状態が異なる可能性があります。
そのため装置では、
どのウエハーを
いつ
どのユニットへ送るのか
を管理します。
コータ・デベロッパが多くのユニットと複雑な搬送機構を持つ理由の一つです。
コータ・デベロッパでは何を高精度に管理する？
レジスト膜厚
レジスト膜厚が場所によって大きく異なると、露光・現像後のパターンへ影響します。
温度
PABやPEBの温度は、レジスト中の溶剤や化学反応に影響します。
処理時間
加熱時間、現像時間、工程間の待ち時間なども管理します。
パーティクル
微小な異物でもレジストパターンを邪魔し、欠陥の原因になる可能性があります。
ウエハー面内の均一性
1枚のウエハーの中心と外周で処理結果が大きく違わないようにする必要があります。
つまりコータ・デベロッパでは、
「処理できること」
ではなく、
「すべてのウエハーを同じように処理できること」
が非常に重要です。
なぜ露光装置と接続するの？
先端半導体の量産ラインでは、コータ・デベロッパと露光装置を組み合わせて使うことがあります。
理由の一つは、
処理間の時間やウエハー状態を管理しやすいこと
です。
例えば、
塗布
↓
PAB
↓
冷却
↓
露光
↓
PEB
↓
現像
までを連続的に管理できます。
また、ウエハーを外部へ出す回数を減らすことは、搬送効率や汚染管理の面でもメリットがあります。
EUVでもコータ・デベロッパは必要？
必要です。
EUVは露光に使う光の種類が変わった技術です。
しかし、
レジストを塗る
↓
露光する
↓
現像する
という基本的な考え方自体がなくなるわけではありません。
むしろ先端リソグラフィでは非常に細かなパターンを扱うため、
膜厚
温度
欠陥
パーティクル
処理時間
などを高精度に管理する重要性がさらに高まります。
主なコータ・デベロッパメーカー
コータ・デベロッパを手がける代表的な企業には、
東京エレクトロン
SCREEN
SEMES
SUSS MicroTec
TAZMO
などがあります。
特に東京エレクトロンは、先端半導体向けの塗布現像装置で非常に大きな存在感を持っています。
一方、
先端ロジック
成熟ノード
MEMS
パワー半導体
研究開発
先端パッケージ
など、用途によって求められる装置仕様は異なります。
そのため、
「すべてのコータ・デベロッパが同じ装置」
というわけではありません。
初心者が覚えておきたいポイント
① コータ・デベロッパは塗布と現像だけの装置ではない
熱処理・冷却・搬送・時間管理なども重要な役割です。
② 露光装置とは役割が違う
コータ・デベロッパ
→ レジストを準備・現像する
露光装置
→ レジストへ回路パターンを露光する
という違いがあります。
③ PABとPEBは目的が違う
PAB
→ 塗布後のレジスト膜を安定させる
PEB
→ 露光後の化学反応を進める
という違いがあります。
④ 現像で下の膜をエッチングするわけではない
現像では主にレジストパターンを形成し、その後のエッチングなどで下の膜を加工します。
⑤ 搬送もプロセスの一部
ウエハーをいつ、どの順番で処理するかも、最終的なパターン形成に関係します。
この記事で一番覚えてほしいこと
コータ・デベロッパを、
「レジストを塗って現像する装置」
とだけ覚えると、本当の役割が見えにくくなります。
実際には、
ウエハー搬送
↓
レジスト塗布
↓
PAB
↓
冷却
↓
露光
↓
PEB
↓
冷却
↓
現像
↓
リンス・乾燥
という一連の処理を高精度に管理する装置です。
特に半導体では、
膜厚
温度
時間
パーティクル
のわずかな違いが、微細なレジストパターンへ影響する可能性があります。
そのためコータ・デベロッパには、
高い処理精度
＋
高い搬送精度
＋
高い再現性
が求められます。
まとめ
コータ・デベロッパとは、
半導体のリソグラフィ工程で、フォトレジストの塗布・熱処理・冷却・現像などを行う装置
です。
代表的な処理は、
表面処理
↓
レジスト塗布
↓
PAB
↓
冷却
↓
露光
↓
PEB
↓
冷却
↓
現像
↓
リンス・乾燥
です。
装置内部には、
コータユニット
デベロッパユニット
ホットプレート
冷却プレート
搬送ロボット
などが配置され、それぞれが連携してウエハーを処理します。
そして最も重要なのは、
単にレジストを塗ったり現像したりすることではなく、すべてのウエハーを同じ条件で安定して処理すること
です。
コータ・デベロッパは、露光装置とともに半導体の微細な回路パターンを作るために欠かせない装置です。
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