JP2003053231A - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塗布液の塗布効率を向上させ、要求されるス
ループットと均一性を実現し、ノズルからの塗布量の差
を小さくする。 【解決手段】 円形の基板であるウエハ１１の半径に相
当する長さに並べられた複数のノズル１４を含み、滴下
を制御された滴下用ノズル部１３と、該滴下用ノズル部
１３によってウエハ１１の半分ずつをスキャンすること
により、該ウエハ１１上にのみ塗布することを可能にす
る塗布手段とを備え、この塗布手段は、矢印２２に沿っ
た第１回目のスキャン後、滴下用ノズル部１３のウエハ
端部に対応する位置にあったノズル１４がウエハ中心部
に対応する位置になるよう矢印２６に沿った第２回目の
スキャン前に滴下用ノズル部１３を矢印２４の方向に平
行移動することで、２回のスキャンにより各ノズル１４
の滴下量の差を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の円盤状
の被処理基板に液状の低誘電率膜やレジスト等を塗布す
る塗布装置及び塗布方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、近年要求が高まっている高速・
高密度の半導体デバイス製造における配線工程において
は、配線の寄生容量を減らすために、低誘電率の絶縁材
料が配線間に用いられている。この絶縁材料は液状であ
り、ウエハ等に塗布後に乾燥された形で残る。新しい材
料であり、耐熱性や機械的強度に対する要求も厳しく、
このため非常に高価である。この材料を従来のスピンコ
ーティング法にて塗布した場合、９０％以上が、均一に
するための回転により、ウエハ表面から遠心力によって
飛散してしまう。このため、ランニング・コストが上昇
し、結果的に製造コストも上昇する。回転による飛散を
なくすために、東芝と東京エレクトロンがラスタ−・ス
キャン方式の塗布装置を共同開発し、仙台での２０００
年固体素子会議で装置の仕様と塗布特性を発表した。発
表したこの塗装装置の低誘電率膜の使用率は８５％以上
に上がった。しかし、滴下用ノズルが１個であり、３０
０ｍｍの大型ウエハへの塗布の場合にはスループットが
低下してしまう。さらに、ノズルが高速で直線上で加速
と減速を繰り返すため、可動部の消耗が激しいという欠
点がある。さらにウエハ周辺部での減速・加速動作のた
め、周辺部での均一性が悪くなっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近導入されている材
料は低誘電率膜に限らず、塗布用の高・強誘電体膜用の
有機金属材料も非常に高価であり、さらに微細化用のレ
ジストも高価になってきている。このため、塗布時の使
用効率が高く、スループットと塗布膜均一性が従来のス
ピンコート装置並で信頼性の高い装置が望まれている。
滴下が制御されている滴下用ノズルをウエハ径とほぼ同
一長さに並べた場合、スループットと言う点は解決でき
るが、ウエハ中心部のノズルでの滴下量が多く、ウエハ
周辺部のノズルでの滴下量が少なくなると言う問題点が
あり、ウエハ周辺部の滴下ノズルにおいて塗布液のつま
りが発生し、クリーニングのために装置を止めることが
多い。

【０００４】例えば、８インチウエハに１ｍｍピッチの
ノズルで塗布する場合にはノズルは２００個必要とな
る。この例においては、中心部と両端との滴下量の差は
２００倍にもなり、上述した問題が発生することが分か
る。実際の評価実験において、周辺部でのノズルのつま
りが頻繁に発生していた。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、塗布液の塗布効率を１００％に向上させ、要
求されるスループットと均一性を実現し、ノズルからの
塗布量の差を小さくする塗布装置及び塗布方法を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る塗布装置は、円形の基板の半径に相当
する長さに並べられた複数のノズルを含み、滴下を制御
された滴下用ノズル部と、該滴下用ノズル部によって、
前記基板の半分ずつをスキャンすることにより、該基板
上にのみ塗布することを可能にする塗布手段とを備える
ことを特徴とする。前記塗布手段は、第１回目のスキャ
ン後、前記滴下用ノズル部の基板端部に対応する位置に
あったノズルが基板中心部に対応する位置になるよう第
２回目のスキャン前に該滴下用ノズル部を平行移動させ
ることで、２回のスキャンにより各ノズルの滴下量の差
を２倍以内に抑えることが可能である。

【０００７】また、本発明に係る塗布装置は、円形の基
板の半径に相当する長さに並べられた複数のノズルを含
み、滴下を制御された２組の滴下用ノズル部を持ち、２
組並べた滴下用ノズル部を用いる１回のスキャンで、基
板上にのみ塗布することを可能にする塗布手段を備える
ことを特徴としてもよい。この場合の前記塗布手段は、
前記基板をスキャンして塗布した後、次の基板をスキャ
ンして塗布する前に、各ノズル部の基板端部に対応する
位置のノズルを基板中心部に対応する位置に、基板中心
部に対応する位置のノズルを基板端部に対応する位置に
平行移動して位置を交換することによって、各ノズルの
滴下量の差を２倍以内に抑えることが可能である。

【０００８】本発明に係る塗布方法は、円形の基板の半
径に相当する長さに並べられた複数のノズルを含む滴下
用ノズル部を用い、該滴下用ノズル部による滴下を制御
しながら、前記基板の半分ずつをスキャンして、該基板
上にのみ塗布することを特徴とする。この場合、第１回
目のスキャン後、前記滴下用ノズル部の基板端部に対応
する位置にあったノズルが基板中心部に対応する位置に
なるよう第２回目のスキャン前に該滴下用ノズル部を平
行移動することで、２回のスキャンにより各ノズルの滴
下量の差を２倍以内に抑えることが可能である。

【０００９】また、本発明に係る塗布方法は、円形の基
板の半径に相当する長さに並べられた複数のノズルを含
み、滴下を制御された２組の滴下用ノズル部を用いて、
１回のスキャンで、基板上にのみ塗布することを特徴と
してもよい。この場合、前記基板をスキャンして塗布し
た後、次の基板をスキャンして塗布する前に、各ノズル
部の基板端部に対応する位置にあったノズルを基板中心
部に対応する位置に、基板中心部に対応する位置にあっ
たノズルを基板端部に対応する位置にそれぞれ平行移動
して位置を交換することによって、各ノズルの滴下量の
差を２倍以内に抑えることが可能である。本発明は、上
記いずれかの塗布装置または塗布方法を用いて塗布され
た基板にも適用が可能である。

【００１０】本発明の第１の観点によれば、ウエハ等の
円形基板における直径の半分の長さに滴下用ノズルを並
べたノズル部を有し、その各々のノズルの滴下が制御さ
れており、ノズル部を移動しながら基板の半分をスキャ
ンすることで第１回目の塗布を行い、第２回目のスキャ
ンを行う前に、第１回目のウエハ周辺部上の位置にある
ノズルがウエハ中心部に、ウエハ中心部上をウエハ周辺
部になるように、残りの基板部分の方向に平行移動する
ことによって、第２回目のスキャン後に、ノズルの塗布
量の差を２倍以内にして塗布する方法が提供される。

【００１１】本発明の第２の観点によれば、ウエハ等の
円形基板における直径の半分の長さにノズルを並べた滴
下用ノズル部を２組有し、その各ノズルの滴下が制御さ
れており、ノズル部を移動しながら基板全体について１
回のスキャンで塗布を可能にし、次のウエハの塗布前
に、ウエハ周辺部上のノズルを中心上に、中心上を周辺
上になるよう２組のノズル部を平行移動で交換を行い、
２枚ウエハ等への塗布後に、ノズル塗布量の差を２倍以
内にする方法を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態に係る塗
布装置における要部の構造の一例を示す断面図である。
塗布される円形の基板としてのウエハ１１はステージ１
２の上に載せられており、ウエハ１１の上方にはウエハ
１１の直径の約半分の長さに並べられた複数のノズル１
４を持つ可動の滴下用ノズル部１３が配置されている。
滴下用ノズル部１３はノズル用ホルダ１６に複数のノズ
ル１４を下向きに１列に並べて取り付けられている。

【００１３】各ノズル１４は、基板としてのウエハ１１
の板面に対し垂直に取り付けられ、ウエハ１１の板面と
対向する位置にある時に限り塗布液が滴下するように個
別に制御されている。各ノズル１４の間隔は滴下後に表
面張力により、平坦化可能なピッチでノズル用ホルダ１
６の下面の長手方向に沿って並べられている。ピッチは
塗布液の粘度で決定されるのでここでは特に限定しな
い。さらに、ウエハ周辺部での他の工程での未利用分へ
の塗布無駄を省くために、周辺部でのノズルは省略して
も良い。

【００１４】図２は図１を上から見た上面図（図１のＡ
矢視図）であり、この図２を用いて実際のスキャン動作
を説明する。ウエハ１１は図１と同様にステージ１２上
（ただし、図２では省略）に載せられており、ノズル部
１３は塗布開始前の位置２１（図の下側で中心部を示
す、以下同様）にあって、ウエハ１１の上部（真上）か
ら外れている。第１回目のスキャンは、複数のノズル１
４の並べ方向に対し直交する矢印２２の方向に進みなが
ら、ウエハ１１上の半分のみ（図では右側）に塗布液を
滴下していく。ノズル部１３は完全にウエハ１１から外
れた位置２３で停止する。ノズル部１３は、この位置か
ら、矢印２４の方向に平行移動し、残りの半分側に対応
する位置２５を第２回目スキャン前の位置としてこの位
置で停止する。

【００１５】その後、ノズル部１３は、第２回目のスキ
ャンにおいて、複数のノズル１４の並べ方向に対し直交
し矢印２２とは逆の矢印２６の方向に進みながら、ウエ
ハ１１の残りの半分（図では左側）を塗布し、ウエハ１
１から外れて、開始位置２１と同じレベルの位置２７に
達し、１枚のウエハ１１の塗布は終了する。次のウエハ
を塗布する前に開始位置２１に戻っても良いし、前回と
は逆の移動で開始位置に戻っても良い。ただし、矢印２
２の方向に進む際の左端のノズルと矢印２６に沿ったス
キャンに進む際における右端のノズルとの間の距離は、
ノズルピッチと一致していなければならない。

【００１６】なお、第１回目及び第２回目のスキャンす
る方向は、ノズル１４の並べ方向に対し直交する方向で
なく、傾斜して交差する平行方向であってもよい。

【００１７】次に、簡単のためにウエハ１１上を、塗布
液が滴下している状態で移動させたある点のノズルの移
動距離（滴下量に相当）のみを記した図３を用いて、移
動距離よりスキャンする位置による滴下量の最大差を求
める。ウエハ１１の直径をＤとし、第１回目のスキャン
でノズル１４が塗布液を滴下させながら矢印３２の方向
に移動した距離Ｌ（１）は、矢印３２の直線とウエハ１
１の外周との二つの交点間の距離である。この距離Ｌ
（１）と中心点３３に対して作られる角度の半分をθ１
とすると、移動距離Ｌ（１）とθ１との関係は次式によ
って表される。 Ｌ（１）＝Ｄｓｉｎθ１（θ１≦９０°） 次に第２回目のスキャンでノズル１４が塗布液を滴下さ
せながら矢印３４の方向に進む際には、移動距離Ｌ
（２）と中心点３３に対して作られる角度の半分をθ２
とすると、同様にＬ（２）とθ２との関係は次式によっ
て表される。 Ｌ（２）＝Ｄｓｉｎθ２（θ２≦９０°） 全移動距離ＬはＬ（１）とＬ（２）の和になるので、次
式で表される。 Ｌ＝Ｌ（１）＋Ｌ（２）＝Ｄ（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ
２） さらに、θ１とθ２は次式のような関係がある。 Ｄ／２（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ２）＝Ｄ／２→ｃｏｓθ
１＋ｃｏｓθ２＝１ さらに三角公式を用いてｃｏｓθ２を消去すると、次式
が求まる。 Ｌ＝Ｄ［ｓｉｎθ１＋√（２ｃｏｓθ１−ｃｏｓ２θ
１）］ ｛ここでは、三角公式ｓｉｎθ２＝√（１−ｃｏｓθ
２）と、ｃｏｓθ２＝１−ｃｏｓθ１を用いた。｝

【００１８】数値計算により、移動距離が最大になる位
置が求まり、その最大移動距離はＬｍａｘ≒１．７Ｄと
いうことが分かる。一方、最少移動距離はノズル部の両
端で発生し、その距離はＬｍｉｎ≒Ｄとなる。これから
滴下量の違いは、高々２倍以内程度に縮小する。

【００１９】確認実験を行い、本発明の有効性の検証を
行い、１日の連続運転においてノズルのつまりは全く見
られず、有効性も確認できた。

【００２０】上述した実施形態では、１枚のウエハに対
して、２回スキャンを行い、スループットが半分にな
る。スループットを２倍に向上させる別の塗装装置の実
施形態として、図４に示すように、２組のノズル部４１
と４２を有し、これらのノズル部４１，４２がノズル１
４の並べ方向に平行移動で位置が交換可能なようにして
おいても良い。矢印４３の方向への１回スキャンで塗布
は終了する。停止位置で位置を２組ノズル部４１と４２
を図面上で水平方向の矢印４４と４５の方向（ノズルの
並べ方向）に移動することで、ウエハ周辺部上にあった
ノズル１４が中心部上に、そして中心部上にあったノズ
ル１４が周辺部上に変わることによって、２回のスキャ
ン（２枚のウエハに塗布）で上述した効果を得ることも
できる。

【００２１】この図の例では、２回のスキャンで元の位
置に戻るが、１回スキャン後に最初の位置（図では下の
位置）に戻り、そこで交換しても良い。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、塗布液が１００％有効
活用され、さらにノズル部での塗布液つまりがなく、ス
ループットの高い装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る塗布装置における実施形態の一
例を説明するための要部断面図である。

【図２】 本発明に係る塗布装置におけるスキャン動作
の実施形態を説明するための上面図である。

【図３】 本発明に係るノズル部の移動距離を算出する
ためにウエハ上におけるノズル部のスキャンを示す図で
ある。

【図４】 本発明に係る塗布装置におけるスキャン動作
でスループットを向上させる別の実施形態を説明するた
めの上面図である。

【符号の説明】

１１：ウエハ、１２：ステージ、１３：ノズル部、１
４：ノズル、１６：ノズル用ホルダ、２１，２３，２
５，２７：ノズル部の停止位置、２２，２４，２６，３
２，３４：ノズル部の移動方向を示す矢印、４１，４
２：ノズル部、４３，４４，４５：移動方向を示す矢
印、Ｄ：ウエハの直径。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形の基板の半径に相当する長さに並べ
   られた複数のノズルを含み、滴下を制御された滴下用ノ
   ズル部と、該滴下用ノズル部によって、前記基板の半分
   ずつをスキャンすることにより、該基板上にのみ塗布す
   ることを可能にする塗布手段とを備えることを特徴とす
   る塗布装置。
2. 【請求項２】 前記塗布手段は、第１回目のスキャン
   後、前記滴下用ノズル部の基板端部に対応する位置にあ
   ったノズルが基板中心部に対応する位置になるよう第２
   回目のスキャン前に該滴下用ノズル部を平行移動させる
   ことで、２回のスキャンにより各ノズルの滴下量の差を
   ２倍以内に抑えることを特徴とする請求項１に記載の塗
   布装置。
3. 【請求項３】 円形の基板の半径に相当する長さに並べ
   られた複数のノズルを含み、滴下を制御された２組の滴
   下用ノズル部を持ち、２組並べた滴下用ノズル部を用い
   る１回のスキャンで、基板上にのみ塗布することを可能
   にする塗布手段を備えることを特徴とする塗布装置。
4. 【請求項４】 前記塗布手段は、前記基板をスキャンし
   て塗布した後、次の基板をスキャンして塗布する前に、
   各ノズル部の基板端部に対応する位置のノズルを基板中
   心部に対応する位置に、基板中心部に対応する位置のノ
   ズルを基板端部に対応する位置に平行移動して位置を交
   換することによって、各ノズルの滴下量の差を２倍以内
   に抑えることを特徴とする請求項３に記載の塗布装置。
5. 【請求項５】 円形の基板の半径に相当する長さに並べ
   られた複数のノズルを含む滴下用ノズル部を用い、該滴
   下用ノズル部による滴下を制御しながら、前記基板の半
   分ずつをスキャンして、該基板上にのみ塗布することを
   特徴とする塗布方法。
6. 【請求項６】 第１回目のスキャン後、前記滴下用ノズ
   ル部の基板端部に対応する位置にあったノズルが基板中
   心部に対応する位置になるよう第２回目のスキャン前に
   該滴下用ノズル部を平行移動することで、２回のスキャ
   ンにより各ノズルの滴下量の差を２倍以内に抑えること
   を特徴とする請求項５に記載の塗布方法。
7. 【請求項７】 円形の基板の半径に相当する長さに並べ
   られた複数のノズルを含み、滴下を制御された２組の滴
   下用ノズル部を用いて、１回のスキャンで、基板上にの
   み塗布することを特徴とする塗布装置。
8. 【請求項８】 前記基板をスキャンして塗布した後、次
   の基板をスキャンして塗布する前に、各ノズル部の基板
   端部に対応する位置にあったノズルを基板中心部に対応
   する位置に、基板中心部に対応する位置にあったノズル
   を基板端部に対応する位置にそれぞれ平行移動し位置を
   交換することによって、各ノズルの滴下量の差を２倍以
   内に抑えることを特徴とする請求項７に記載の塗布装
   置。
9. 【請求項９】 請求項１〜４のいずれかに記載の塗布装
   置を用いて塗布されたことを特徴とする基板。
10. 【請求項１０】 請求項５〜８のいずれかに記載の塗布
    方法を用いて塗布されたことを特徴とする基板。