JP2003173962A - 基板への薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】任意の形状に粘性流体を無駄なくしかも簡単に
塗布することができる基板への薄膜形成方法を提供する
ことである。 【解決手段】テーブル上に載置した基板とノズルとを基
板の主面と平行な方向に相対移動させ、ノズルから粘性
流体を吐出させて基板の主面上に薄膜を塗布するもので
あり、基板とノズルの間に基板の主面上に塗布したいパ
ターン形状の開孔をもつマスクを基板に対して固定配置
し、マスクの主面とノズルの吐出口を非接触な状態で相
対移動を行ない、ノズルからマスクの開孔を通して基板
の主面上に粘性流体を吐出して塗布したいパターン形状
の薄膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板への薄膜形成方
法に係り、特に、円形半導体ウェハなどのような基板上
にレジストなどの粘性流体を塗布する薄膜形成方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハ表面にレジストを形成する
方法としては、例えば特開平４−９６２２８号公報のよ
うに、スピンコータを用いて半導体ウェハを約４０００
ｒｐｍで回転させながらその表面中央部にノズルから液
状レジストを滴下して半導体ウエハ全面に液状レジスト
を遠心力で展延塗布させ、若干の時間をおいて塗布した
レジスト膜から溶剤を蒸発させて流動性を落とした後
に、回転数を約２０００ｒｐｍに低下させてノズルから
の溶剤を滴下し表面張力などのエッジ効果によりウエハ
周縁に盛り上がった液状レジストを溶解して除去するも
のがある。

【０００３】エッジ効果によりウエハ周縁に盛り上がっ
た液状レジストは、次工程での熱処理により塗布膜から
ガスが多量に発生して、回路形成における不具合の原因
となる。

【０００４】そのため、溶剤により周縁に盛り上がった
膜厚部分を溶解・除去している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】スピンコータでは、均
一な塗布膜を得るためには必要量の数倍から数十倍の液
状レジストを滴下する必要があり、無駄が多い。

【０００６】また、周縁部の溶解除去においては、塗布
したレジスト膜と溶剤の成分の不一致で周縁部の膜厚部
分だけを確実に除去することが困難である。それは、液
状レジストの種類や流動特性、溶剤の種類や流動特性に
起因しており、界面では液状レジストと溶剤が混合し
て、組合せによっては化学反応を引き起こす。そのた
め、ウェハ周縁部からやや中心寄りに位置する回路パタ
ーンは塗布膜不良として使用不能となり、生産性の低下
を招く。

【０００７】無駄なく均一な塗布膜を得るものとして、
基板とノズルとを基板の主面と平行な方向に相対移動さ
せ、ノズルから粘性流体を吐出させるものがある。

【０００８】この技術においては、長円形あるいは多数
の吐出口を一列に並べた一文字多孔ノズルであれば、矩
形，平行四辺形あるいは菱形のパターンに塗布すること
ができる。

【０００９】しかしながら、多数の吐出口から同時に吐
出が起こるため、矩形，平行四辺形あるいは菱形以外の
パターンに塗布するためには、多数の吐出口に対応させ
てバルブを設け、パターンに合わせてバルブの開閉をす
る必要があり、装置並びに制御が複雑となる。

【００１０】パターンの広さに対し微小な吐出口を持つ
ノズルを用意して一筆描きで塗布することもできるが、
所謂、Ｕターンをさせる相対移動経路では、Ｕターン個
所で相対移動が止まる状態となり一地点としては吐出過
多となる。従ってＵターン個所で吐出を止めるようにす
るか、スピンコータのように余分なものを除去する必要
があった。

【００１１】それゆえ本発明の目的は、任意の形状に粘
性流体を無駄なくしかも簡単に塗布することができる基
板への薄膜形成方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明方法の特徴とするところは、テーブル上に載置した基
板とノズルとを基板の主面と平行な方向に相対移動さ
せ、ノズルから粘性流体を吐出させて基板の主面上に薄
膜を塗布するものにおいて、基板とノズルの間に基板の
主面上に塗布したいパターン形状の開孔をもつマスクを
基板に対して固定配置し、マスクの主面とノズルの吐出
口を非接触な状態で相対移動を行ない、ノズルからマス
クの開孔を通して基板の主面上に粘性流体を吐出して塗
布したいパターン形状の薄膜を形成することにある。相
対移動では、マスク主面の位置とノズルの吐出口の間隔
を維持するように平行移動を行う。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図４を用いて説明する。

【００１４】図１は、本実施形態に係るレジスト膜形成
装置１００を示す概略斜視図である。

【００１５】同図において、１は架台、２は吸着テーブ
ル昇降モータ、３は動力伝達軸、４は吸着テーブル、５
は開孔５ａを有するマスク、６はレジスト（粘性流体）
の収納筒（容器）、７は収納筒６に連通しているノズ
ル、８は収納筒６内に充填されたレジスト、１０はレジ
スト膜を形成したい半導体ウェハである。ノズル７の吐
出口は円形であり、半導体ウェハ１０の口径に比較して
充分小さいものである。

【００１６】塗布装置１００の架台１上に吸着テーブル
４が設けられ、昇降モータ（Ｍ）２にて発した動力を動
力伝達軸３を介して上下方向に移動する力に変換し、図
示しないガイドに沿って吸着テーブル４は上下方向に移
動する。なお、動力源としては、昇降モータ２ではなく
エアシリンダなどを使用しても同様の動作が可能であ
る。

【００１７】半導体ウェハ１０は図示を省略した多数の
吸引孔を有する吸着テーブル４に載置された後、真空源
Vにより裏面を吸着固定され得るようになっている。マ
スク５は、図示しない支持フレームを介して架台１に固
定してあり、半導体ウェハ１０を吸着テーブル４に吸着
固定後、昇降モータ２により吸着テーブル４が上方移動
してマスク５の裏面で固定する構成となっている。

【００１８】半導体ウェハ１０及びマスク５の上方に
は、架台１に固定された図示しない保持アームで収納筒
６が保持されており、収納筒６は図示しない直動要素や
サーボモータによりX軸方向，Y軸方向及びZ軸方向に駆
動される。収納筒６の内部には半導体ウェハ１０の上に
ノズル７から吐出させるレジスト８を充填してある。収
納筒６の上端部に接続された空気配管を介して圧縮空気
を流入させてレジスト８を加圧することにより、下端部
に設けたノズル７からレジスト８を吐出する構成となっ
ている。

【００１９】圧縮空気の圧力は半導体ウェハ１０上に塗
布したい膜厚と同様な間隔にノズル７の下端吐出口を半
導体ウェハ１０表面に対し設定して相対移動させた場合
に半導体ウェハ１０上に塗布したい膜厚が得られるもの
としておく。

【００２０】次に図２から図４を用いて半導体ウェハ１
０へのレジスト膜形成について説明する。

【００２１】図２（ａ）に示すように、まず、半導体ウ
ェハ１０を搬送ロボットなどにより吸着テーブル４の所
望位置に載置する。このとき、吸着テーブル４はマスク
５から離れていて、その距離は半導体ウェハ１０を載置
する際に干渉しない程度であれば良い。また、半導体ウ
ェハ１０の載置に際しては、画像認識などによる位置決
めを行っても良い。

【００２２】マスク５の裏面には、半導体ウェハ１０と
マスク５が接するように半導体ウェハの外形よりも僅か
に大きい寸法かつ半導体ウェハの厚さと同じか、又は僅
かに小さい深さのザグリ穴５ｈを設けている。これは、
半導体ウェハ１０とマスク５が確実に接触できるように
するためである。そして、半導体ウェハ１０の外形より
も小さい寸法で所望の塗布膜厚に合わせた厚さの開孔５
ａを設けてある。ここで、開孔寸法は、半導体ウェハ１
０の回路寸法や配列により決定する。半導体ウェハ１０
にオリエンテーションフラットがある場合も、オリエン
テーションフラットに沿って同様に僅かに小さい開孔寸
法とすれば良い。開孔５ａは半導体ウェハ１０上にレジ
スト膜を形成したいパターンと合わせてある。それで、
半導体ウェハ１０はマスク５の開孔周縁部５ｐで周縁を
縁取りされた形となる。

【００２３】次に、図２（ｂ）に示すように、マスク５
の裏面が半導体ウェハ１０及び吸着テーブル４と接する
位置まで吸着テーブル４を上方に移動させる。

【００２４】マスク５と半導体ウェハ１０はＸ，Ｙ各軸
方向に相対移動しないような固定関係を保っている。

【００２５】次いで、ノズル７を半導体ウェハ１０の端
部よりも僅かに離れたマスク５の上に移動させるべくX
軸及びY軸方向に移動させ、さらに、ノズル７の下端が
マスク５の表面に近接するように収納筒６をZ軸方向下
方に移動させ、塗布開始点までノズル７を移動させる。
ノズル７の吐出口はマスク５の表面と非接触であるが、
ノズル７の下端吐出口からマスク５の表面までの間隔は
近接した僅かなものである。

【００２６】更に、塗布開始点において、前述した所望
の圧力に調整された圧縮空気Ｐを収納筒６に印加する。

【００２７】続いて、図２（ｃ）のようにノズル７を収
納筒６とともにノズル７のマスク５における主面の位置
に対する間隔を維持するように半導体ウェハ１０に対し
平行に相対移動させる。この状態で半導体ウェハ１０を
縦断、または横断するように直線状に移動させる。

【００２８】ノズル７の吐出口とマスク５の表面が近接
しているところでは、レジスト８は吐出されない。これ
はノズル７からレジスト８が吐出しようとしてもマスク
５の表面から反力を受けて吐出が阻止されるためであ
る。また、吐出があったとしても、反力が作用している
から僅かで、マスク５の表面を薄く塗る程度である。

【００２９】開孔５ａのところではノズル７の吐出口と
半導体ウェハ１０の表面との間に距離があり（形成した
い膜厚程度の距離をノズル７の吐出口と半導体ウェハ１
０の表面との間隔としている）、反力は収納筒６のレジ
スト８に伝わらず、レジスト８は半導体ウェハ１０上に
吐出される。

【００３０】再びノズル７がマスク５上に至り、ノズル
７とマスク５の表面が近接した状態となると、反力が伝
わって自動的に吐出が止まる。従って、図２（ｃ）に示
すように、塗布したレジスト１１は半導体ウェハ１０の
表面上にあり、マスク５の表面にはレジストがない。

【００３１】図３は、開孔５ａの形に合わせて自動的に
レジストが吐出塗布される状況を示している。

【００３２】レジストにおける吐出の始端Ｓと終端Ｅは
開孔５ａによって自動的に決まる。

【００３３】ノズル７の口径に合わせたピッチＬでノズ
ル７をずらして往復直線移動をさせると、開孔５ａの形
でレジスト膜を形成できる。ピッチＬが小さすぎると界
面が凸状に隆起することになり、 また、大きすぎると
凹状にへこんだり半導体ウェハ１０の表面が露出したり
して、何れも膜厚の均一性を保てなくなる。そこで、予
めレジストの流動性に最適な塗布ピッチ、言い換える
と、隣接する直線を描画しても直線間の界面が他の部位
と同じ膜厚となるピッチを求めておき、この最適なピッ
チにて往復移動させると良い。

【００３４】吐出終了後は、図２（ｄ）のように、収納
筒６への圧縮空気Ｐの印加を停止し、Ｚ軸を駆動させて
ノズル７および収納筒６はマスク５や搬送ロボットのア
ームなどに干渉しない位置まで上方へ移動退避させてか
ら、吸着テーブル４を下方に移動させて、マスク５と半
導体ウェハ１０を引き離す。このときの引き離す速度、
つまり、吸着テーブル４の下方への移動速度は、レジス
ト８の流動性（粘度、ダレ性）により決定し、例えば、
比較的粘度の高い材料では高速で、また、比較的粘度の
低い材料では低速で移動させることにより半導体ウェハ
１０の周縁部の膜厚を他の部位と同じく均一に保つこと
が出来る。

【００３５】次に、図４に示した他の実施形態について
説明する。

【００３６】図４においては、マスク５は開孔５ａの周
囲に深さＤ３の環状溝５ｂを有している。ノズル７の吐
出口はマスク５の表面と非接触であるが、ノズル７の下
端吐出口からマスク５の表面までの間隔Ｄ１は近接した
僅かなものである。そして、ノズル７の下端吐出口から
半導体ウェハ１０の表面までの間隔Ｄ２は半導体ウェハ
１０上に形成したいレジスト８を膜厚としている。矢印
で示すように、収納筒６内のレジストに圧縮空気で加圧
しつつ、収納筒６とノズル７をマスク５及び半導体ウェ
ハ１０に対して移動させる。この実施形態ではノズル７
は溝を経由してから開孔５ａに至るようにしている。

【００３７】ノズル７がマスク５上に位置しているとき
はレジストの吐出はない。環状溝５ｂのところで吐出が
起こるが、再びマスク５上となるのでレジストの吐出は
停止する。このとき、レジストは反力を受けるだけでな
く、溝５ｂと上表面の角がエッジとなって吐出口から垂
れているレジストを擦り切る。その後、開孔５ａに至り
吐出を開始する。この時点では、ノズル７の下端におけ
るレジストは擦り切られてきれいな状態になっているか
ら、半導体ウェハ１０への吐出形状も始端において盛り
上がりなどはない。移動方向の開孔周縁部において、マ
スク５の表面との間隔が急に狭くなることによってノズ
ル７からのレジストの吐出は止まる。さらに先の環状溝
ｔｂはノズル７が往復移動する際の先行位置の溝として
働く。

【００３８】本発明は以上の実施形態に限らず、以下の
形態で実施しても良い。

【００３９】即ち、マスク５の開孔周縁部に、半導体ウ
ェハ１０側に対向する傾斜面を設け、半導体ウェハ１０
側から見てオーバーハング状としておくと、ノズル７か
ら出たレジストがマスク５の上表面から開孔周縁部の傾
斜側面を流れず、半導体ウェハ１０上とマスク５の上表
面との間でレジストが切れた形で吐出できる。

【００４０】また、ノズルは図５や図６のように、横に
寝かせた配置でも良い。これらの場、合には、少ない回
数の相対移動でレジストを吐出することができる。

【００４１】図５のノズル７１では、吐出孔７１ａを長
細いスリット形としている。矩形か長円である。楕円で
も良い。図６のノズル７２は、円形や楕円形などをした
複数の微小吐出孔７２ａが定間隔を保って横一列に並ん
だ形である。

【００４２】吐出孔７１ａ，吐出孔７２ａでは、図３の
ようにノズル７１，７２の半導体ウェハ１０との相対移
動で、マスク５の開孔５ａを通して半導体ウェハ１０に
面した個所で吐出があり、マスク５の上表面に近接して
いる個所では反力を受けて吐出は起こらない。従って、
バルブ操作などしていないが、開孔５ａによって自動的
に選択吐出があり、開孔の形にレジストを吐出塗布する
ことができる。

【００４３】ノズルから吐出する粘性流体はレジストに
限定されず、塗布される基板は半導体ウェハに限定され
ない。また、吐出させたいパターンも任意であり、矩
形、平行四辺形、菱形のパターンの塗布に使用しても構
わない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
任意の形状に粘性流体を無駄なくしかも簡単に塗布する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るレジスト膜形成装置
を示す斜視図である。

【図２】図１に示すレジスト膜形成装置で半導体ウェハ
にレジストを吐出塗布するときの動作を横から見た概略
図である。

【図３】図１に示すレジスト膜形成装置で半導体ウェハ
にレジストを吐出塗布するとき状況を説明するための斜
視図である。

【図４】本発明の他の実施形態になるマスクを用いてレ
ジストを吐出する状況を説明するための図である。

【図５】本発明の他の実施形態になるノズル形状を示す
図である。

【図６】本発明の他の実施形態になるノズル形状を示す
図である。

【符号の説明】

１ 架台 ２ 吸着テーブル昇降モータ ３ 動力伝達源 ４ 吸着テーブル ５ マスク ６ 収納筒 ７ ノズル ８ レジスト １０ 半導体ウェハ １１ 吐出塗布されたレジスト １００ レジスト膜形成装置

フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼野 彰洋 東京都足立区中川四丁目13番17号 株式会 社日立インダストリイズ内 (72)発明者 五十嵐 章雄 東京都足立区中川四丁目13番17号 株式会 社日立インダストリイズ内 Ｆターム(参考） 2H025 AB16 EA04 4D075 AC08 AD11 DA08 DC22 EA45 5F046 JA01 JA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テーブル上に載置した基板とノズルとを該
   基板の主面と平行な方向に相対移動させ、該ノズルから
   粘性流体を吐出させて該基板の主面上に薄膜を形成する
   ものにおいて、 該基板と該ノズルの間に該基板の主面上に塗布したいパ
   ターン形状の開孔をもつマスクを該基板に対して固定配
   置し、該マスクの主面と該ノズルの吐出口を非接触な状
   態で該相対移動を行ない、該ノズルから該マスクの開孔
   を通して該基板の主面上に粘性流体を吐出して薄膜を形
   成することを特徴とする基板への薄膜形成方法。
2. 【請求項２】テーブル上に載置した基板とノズルとを該
   基板の主面と平行な方向に相対移動させ、該ノズルから
   粘性流体を吐出させて該基板の主面上に薄膜を形成する
   ものにおいて、 該基板と該ノズルの間に該基板の主面上に塗布したいパ
   ターン形状の開孔をもつマスクを該基板に対して固定配
   置し、該マスクの主面と該ノズルの吐出口との間隔を該
   粘性流体が該ノズルから吐出できない間隔に保持して該
   マスクの主面と該ノズルの吐出口を非接触な状態で該相
   対移動を行ない、該ノズルから該マスクの開孔を通して
   該基板の主面上に粘性流体を吐出して塗布したいパター
   ン形状の薄膜を形成することを特徴とする基板への薄膜
   形成方法。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載のものにお
   いて、該基板の主面と該ノズルの吐出口との間隔を該基
   板の主面に塗布する粘性流体の厚さにほぼ同等なものと
   しておくことを特徴とする基板への薄膜形成方法。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２に記載のものにお
   いて、該マスクの主面に設けた溝を経由して該ノズルが
   該マスクの開孔の方向に相対移動することを特徴とする
   基板への薄膜形成方法。
5. 【請求項５】請求項１または請求項２に記載のものにお
   いて、容器に収容した粘性流体をノズルに供給する場合
   に、粘性流体には該基板の主面と該ノズルの吐出口との
   間隔が該ルに供給する場合に、該基板の主面に塗布する
   粘性流体の厚さが該基板の主面と該ノズルの吐出口との
   間隔とほぼ同等になるような圧力を付加していることを
   特徴とする基板への薄膜形成方法。