JP2005136319A - 塗布装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上に塗布した塗布膜が基板上のエッジ部で盛り上がることを抑制できる塗布装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の塗布装置は、ノズルから塗布液を吐出させ、該塗布液を基板１上に塗布する塗布装置であって、前記基板の主面より大きい上面を有するステージ２と、前記ステージの上面に設けられ、前記基板１を設置すると該基板の表面と前記ステージの上面が略水平面となるように形成された窪み２ａと、前記ステージの上方に配置されたノズルと、前記ノズルを前記ステージに対して相対的にスキャン移動させる機構と、を具備する。基板１の表面上においてノズルをステージに対して相対的にスキャン移動させながら塗布液を吐出し、基板のエッジ部の外側であるステージの上面まで塗布液を塗布する。これにより、基板上に塗布した塗布膜が基板上のエッジ部で盛り上がることを抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塗布装置及び半導体装置の製造方法に係わり、特に、基板上に塗布した塗布膜が基板上のエッジ部で盛り上がることを抑制できる塗布装置及び半導体装置の製造方法に関する。

図５は、従来の塗布装置の一例を示す構成図である。この塗布装置は、有機樹脂材料系の低誘電率膜を基板上に塗布する装置であり、特開２００３−２１８０８３号公報に開示されている。
基板Ｗはスピンチャック４１によって略水平姿勢に保持されている。スピンチャック４１は、基板Ｗの裏面を真空吸着することによって基板Ｗを保持するいわゆるバキュームチャックである。

スピンチャック４１の下面側中央にはモータ４５のモータ軸４２が垂設されている。モータ４５が駆動してモータ軸４２を正又は逆方向に回転させることにより、スピンチャック４１及びそれに保持された基板Ｗも水平面内にて回転する。
また、本装置には、スピンチャック４１及びそれに保持した基板Ｗを囲むようにカップ４３が配置されている。このカップ４３は、有機樹脂材料の塗布処理時に回転する基板Ｗから飛散する有機樹脂材料の塗布液を受け止めて回収するものである。

有機樹脂材料の塗布液を吐出する塗布ノズル４０は配管４６を介して有機樹脂材料供給源４４と連通して接続されている。塗布ノズル４０は、スピンチャック４１に基板Ｗが保持されているときに、その基板Ｗの中心近傍に有機樹脂材料の塗布液を着液できるように構成されている。

次に、上記塗布装置における処理手順について説明する。
まず、装置外の搬送ロボット（図示せず）によって未処理の基板Ｗが塗布装置に搬入され、スピンチャック４１に渡される。スピンチャック４１が基板Ｗを水平姿勢にて保持した後、その基板Ｗの周囲にカップ４３が位置する状態となる。そして、スピンチャック４１に保持された基板Ｗをモータ４５によって回転させる。

次いで、塗布ノズル４０から基板Ｗの中心近傍に有機樹脂材料の溶液を吐出する。その後、基板Ｗの回転数を所定の回転数まで上げ、その回転数で所定時間回転させ、吐出された有機樹脂材料の溶液が遠心力によって基板Ｗの表面に均一に拡がるとともにスピン乾燥され、基板Ｗの表面に有機樹脂材料系の低誘電率膜が形成される。有機樹脂材料の塗布液は遠心力によって基板Ｗの中心部から端縁部に拡がるため、有機樹脂材料系の低誘電率膜は端縁部をも含む基板Ｗの表面に均一に成膜される。その後、基板Ｗの回転を停止し、スピンチャック４１から基板Ｗを搬出する。

特開２００３−２１８０８３号公報（第１３段落〜第２６段落、図１）

ところで、上記従来の塗布装置では、塗布ノズル４０から基板Ｗの中心近傍に有機樹脂材料の塗布液を吐出し、基板Ｗの回転により吐出された塗布液を基板Ｗの表面に均一に拡げる際、吐出された塗布液の大部分が基板Ｗの表面から飛散してしまう。このため、実際に低誘電率膜として使われる有機樹脂材料より多量の有機樹脂材料を基板Ｗ上に吐出することとなり、有機樹脂材料の無駄が多く、材料コストが高くなる原因になっていた。

そこで、材料コストを抑制する塗布方法として、ウエハ等の基板上に塗布ノズルから塗布液を滴下しながら、塗布ノズルをスキャン移動させて基板全面に塗布液を塗布して低誘電率膜を成膜する方法が考えられる。このような方法を用いると無駄になる塗布液の発生を大幅に抑えることができると期待されている。
しかしながら、図６に示すように、ウエハ等の基板Ｗ上に塗布液を塗布した際に、基板Ｗの表面上のエッジ部で塗布膜４８が盛り上がってしまい、塗布膜４８の均一性を悪くしてしまうといった問題が生ずることがある。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、基板上に塗布した塗布膜が基板上のエッジ部で盛り上がることを抑制できる塗布装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の塗布装置は、ノズルから塗布液を吐出させ、該塗布液を基板上に塗布する塗布装置であって、
前記基板の主面より大きい上面を有するステージと、
前記ステージの上面に設けられ、前記基板を設置すると該基板の表面と前記ステージの上面が略水平面となるように形成された窪みと、
前記ステージの上方に配置されたノズルと、
前記ノズルを前記ステージに対して相対的にスキャン移動させる機構と、
を具備する。

上記塗布装置によれば、ステージの上面を基板の主面より大きく形成し、ステージに基板を設置する窪みを設け、この窪みに基板を設置すると、基板の表面とステージの上面がほぼ一致して略水平となるように構成している。そして、基板の表面上においてノズルをステージに対して相対的にスキャン移動させながら塗布液を吐出し、基板のエッジ部の外側であるステージの上面まで塗布液を塗布する。これにより、塗布液を基板上に無駄なく塗布することができる。また、基板の外側に位置するステージの上面において塗布液が盛り上がった状態となるが、基板のエッジ部では塗布液が盛り上がることを抑制できる。これにより、基板上で塗布液を均一に塗布することが可能となり、基板上における塗布液が塗布された塗布膜の厚さの均一性を高めることができる。

また、本発明に係る塗布装置には、前記窪み上において前記基板を上下に移動させる上下移動機構をさらに具備することも可能である。これにより、搬送された基板をステージの窪みに設置することが容易となり、基板に塗布液を塗布した後に、基板をステージから離脱させることも容易となる。
また、前記上下移動機構は、前記基板を複数のピンの先端で保持し、該ピンを上下に移動させるものであることも可能である。

また、本発明に係る塗布装置においては、前記ステージを回転させる駆動機構をさらに具備することも可能である。基板上に塗布液を塗布した後に、前記駆動機構によりステージを回転させることによって、基板の外側に位置するステージの上面上に塗布された塗布液を飛散させることができる。
また、本発明に係る塗布装置において、前記塗布液は低誘電率膜を形成する材料液であることも可能である。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、ノズルから塗布液を吐出させ、該塗布液を基板上に塗布する塗布工程であって、
前記基板の主面より大きい上面を有し且つ該上面に窪みが設けられたステージを用意し、
前記基板の表面と前記ステージの上面が略水平面となるように、前記窪みに前記基板を設置し、
前記ステージの上方に配置された前記ノズルを、前記ステージに対して相対的にスキャン移動させながら、前記ノズルから塗布液を、前記基板の全面上及び該基板の外側に位置する前記ステージの上面上に吐出して塗布し、
前記基板を前記ステージの上方に移動させる工程を具備する。

上記半導体装置の製造方法によれば、ステージの窪みに基板を設置することにより、基板の表面とステージの上面をほぼ一致した略水平とする。そして、基板の表面上においてノズルをスキャン移動させながら低誘電率膜の塗布液を吐出し、基板のエッジ部の外側であるステージの上面まで塗布液を塗布する。これにより、塗布液を基板上に無駄なく塗布することができる。また、ステージの上面において塗布液が盛り上がった状態となるが、基板のエッジ部では塗布液が盛り上がることを抑制できる。これにより、基板上で塗布液を均一に塗布することが可能となり、基板上における塗布液が塗布された塗布膜の厚さの均一性を高めることができる。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、前記基板を前記ステージの上方に移動させる工程の後に、前記ステージを回転させることにより、前記ステージの上面上に吐出された塗布液を該ステージから飛散させる工程をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、前記基板を前記ステージの上方に移動させる工程の後に、前記基板上に塗布された塗布液に熱処理を施す工程をさらに具備することも可能である。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記基板は、素子が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁膜及び配線とを有する半導体ウエハであることも可能である。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハに半導体素子を形成する工程と、
前記半導体ウエハ上に絶縁膜及び配線を形成する工程と、
ノズルから低誘電率膜の塗布液を吐出させ、該塗布液を前記絶縁膜及び配線の上に塗布する塗布工程と、を具備する半導体装置の製造方法であって、
前記塗布工程は、
前記半導体ウエハの主面より大きい上面を有し且つ該上面に窪みが設けられたステージを用意し、
前記半導体ウエハの表面と前記ステージの上面が略水平面となるように、前記窪みに前記半導体ウエハを設置し、
前記ステージの上方に配置された前記ノズルを、前記ステージに対して相対的にスキャン移動させながら、前記ノズルから低誘電率膜の塗布液を、前記半導体ウエハの全面上及び該半導体ウエハの外側に位置する前記ステージの上面上に吐出して塗布し、
前記半導体ウエハを前記ステージの上方に移動させる工程である。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１乃至図３は、本発明の実施の形態１による塗布装置及び塗布方法を示す模式図である。この塗布装置は、ウエハ等の基板上に低誘電率膜の塗布液を塗布する装置である。
図１（Ａ）は、実施の形態１による塗布方法を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す持ち上げピンの斜視図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）の次の工程を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の次の工程を示す斜視図である。図３（Ａ）は、図２（Ａ）の次の状態を示す断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の次の工程を示す断面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の次の工程を示す断面図である。

図１（Ａ）に示すように、塗布装置は、基板、例えばウエハ１を略水平姿勢に保持するステージ２を有している。このステージ２の上面２ｂはウエハ１の主面より大きく形成されており、ステージ２の上面にはウエハ１を設置するための窪み２ａが形成されている。この窪み２ａにウエハ１を設置するとウエハ１の表面とステージ２の上面２ｂがほぼ一致して略水平となるように構成されている。即ち、ウエハ１の厚さと窪み２ａの深さがほぼ同じくらいの寸法になっている。

ステージ２には真空吸着機構（図示せず）が設けられており、ステージ２の窪み２ａにウエハ１を設置するとウエハ１をステージ２に真空吸着して保持するようになっている。
ステージ２には、窪み２ａから上に突き出すことができる持ち上げピン３が配置されている。この持ち上げピン３は、図１（Ｂ）に示すように、リング状部材３ａと、このリング状部材３ａに対して垂直方向に伸びた第１乃至第３のピン３ｂ〜３ｄとから構成されている。

持ち上げピン３は、その先端がステージ２の窪み２ａ上において上下に移動可能に構成されている。持ち上げピン３は、それを上下移動させる駆動機構（図示せず）に連結されている。持ち上げピン３は、それをステージ２の上で上下させることにより、ウエハ１をステージ２の窪み２ａに設置したり、ウエハ１に塗布液を塗布した後にウエハ１をステージ２の上方に持ち上げたりするものである。

ステージ２の下面には回転軸（図示せず）が設けられている。この回転軸の一端はステージ２に接続されており、回転軸の他端はモータ（図示せず）に接続されている。このモータによって回転軸を回転させることにより、図３（Ｃ）に示す矢印の方向にステージ２を回転させるように構成されている。前記持ち上げピン３のリング状部材３ａは、その内側に前記回転軸が位置するように配置されている。つまり、持ち上げピン３の先端をステージ２の下方に引き抜いた状態とすれば、ステージ２を回転軸とともに回転させることが可能となる。

ステージ２の上方には塗布ノズル４が配置されており、この塗布ノズル４は塗布液供給源６に供給管を介して接続されている（図２（Ｂ）参照）。
この塗布ノズル４は、ステージ２の上面２ｂ及び窪み２ａに設置されたウエハ１の上方において自在にスキャン移動できるようになっている。つまり、塗布ノズル４には駆動機構（図示せず）が連結されており、ウエハ１及びステージ２の上面２ｂの上において、前記駆動機構によって塗布ノズル４がスキャン移動しながら塗布液５を吐出させるように構成されている。

尚、前記塗布ノズル４をスキャン移動させる駆動機構は、ステージ２を固定した状態で塗布ノズル４をスキャン移動させるものであっても良いし、塗布ノズル４を固定した状態でステージ２をスキャン移動させるものでも良い。つまり、塗布ノズル４がステージ２に対して相対的にスキャン移動するものであれば、塗布ノズル４を移動させても良いし、ステージ２を移動させても良いし、両者を移動させても良い。

次に、上記塗布装置を用いた塗布方法について説明する。
まず、図１（Ａ）に示すように、ステージ２の窪み２ａの上方に持ち上げピン３の先端を移動させる。次いで、この持ち上げピン３における第１乃至第３のピン３ｂ〜３ｄの先端に、ロボットアーム（図示せず）によって搬送してきたウエハ１を載置する。
この後、図２（Ａ）に示すように、持ち上げピン３を下降させることにより、ウエハ１をステージ２の窪み２ａに設置する。そして、ウエハ１をステージ２に真空吸着することにより、ステージ２の窪み２ａにウエハ１が保持される。この際、ウエハ１の表面とステージ２の上面２ｂはほぼ連続した平面となる。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、塗布ノズル４をウエハ１の上方でスキャン移動させながら低誘電率膜の塗布液５を吐出する。これにより、図３（Ａ）に示すように、ウエハ１上の全面にむら無く塗布液５を塗布すると共にステージ２の上面２ｂ（ステージ２の窪み２ａの外側）にも塗布液５を塗布する。つまり、ウエハ１の表面よりやや広い範囲、即ちステージ２の上面２ｂにも塗布液５が塗布されるような範囲まで塗布ノズル４をスキャン移動させながら低誘電率膜の塗布液５を塗布する。

このようにウエハ１のエッジ部の外側であるステージ２の上面２ｂまで塗布液５を塗布すると、ステージ２の上面２ｂにおいて塗布液５が盛り上がった状態となるが、ウエハ１のエッジ部では塗布液５が盛り上がることを抑制できる。これにより、ウエハ１上で塗布液５を均一に塗布することが可能となり、ウエハ１上における塗布液が塗布された塗布膜５の厚さの均一性を高めることができる。

この後、図３（Ｂ）に示すように、ウエハ１の真空吸着を停止し、持ち上げピン３を上昇させて持ち上げピン３の先端をステージ２の上方に移動させる。これにより、ウエハ１が持ち上げピン３によって持ち上げられ、ステージ２の窪み２ａからウエハ１が離脱される。この際、ステージ２の上面２ｂに塗布され盛り上がった状態の塗布膜５ａは、ステージ２上に残され、ウエハ１上の塗布膜５から分離される。

次に、図３（Ｃ）に示すように、持ち上げピン３によって持ち上げられたウエハ１を、ロボットアームによって取り出して塗布装置から搬出する。次いで、塗布膜５が塗布されたウエハ１に加熱処理を施すことにより、塗布膜から溶剤が揮発され、ウエハ１上には低誘電率膜が形成される（図示せず）。

次いで、持ち上げピン３の先端がステージ２の下側に位置するまで前記持ち上げピン３を下降させる。この後、モータによって回転軸を高速で回転させてステージ２を高速回転させることにより、ステージ２の上面２ｂに残され盛り上がった状態の塗布材５ａをステージ２上から飛散させて取り除く。このようにしてウエハ１上に均一な低誘電率膜を成膜する。

上記実施の形態１によれば、ステージ２の上面２ｂをウエハ１の主面より大きく形成し、ステージ２にウエハ１を設置する窪み２ａを設け、この窪み２ａにウエハ１を設置すると、ウエハ１の表面とステージ２の上面２ｂがほぼ一致して略水平となるように構成している。そして、ウエハ１の表面上において塗布ノズル４をスキャン移動させながら低誘電率膜の塗布液５を吐出し、ウエハ１のエッジ部の外側であるステージ２の上面２ｂまで塗布液５を塗布する。これにより、塗布液５をウエハ１上に無駄なく塗布することができる。また、図３（Ａ）に示すように、ステージ２の上面２ｂにおいて塗布液５が盛り上がった状態となるが、ウエハ１のエッジ部では塗布液５が盛り上がることを抑制できる。これにより、ウエハ１上で塗布液５を均一に塗布することが可能となり、ウエハ１上における塗布液が塗布された塗布膜５の厚さの均一性を高めることができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を説明する断面図である。この半導体装置の製造方法は、実施の形態１による方法によって低誘電率膜の塗布液を塗布する工程を具備するものである。

まず、半導体基板１０に半導体素子（図示せず）を形成する。
次いで、前記半導体基板１０上に絶縁膜１１，１２を例えばＣＶＤ(chemical vapor deposition)法や塗布法等により順次形成する。次いで、絶縁膜１２に、ＴａＮ等からなるバリアメタル層１３を介してＣｕ等からなる下層配線１４を埋め込む。この後、絶縁膜１２及び下層配線１４の上に低誘電率膜からなる絶縁膜１５，１８を順次形成する。

前記絶縁膜１５，１８の形成方法の詳細は次の通りである。
実施の形態１による塗布装置を用いて絶縁膜１２及び下層配線１４の上に塗布液を塗布した後、この塗布膜を熱処理することにより、絶縁膜１２及び下層配線１４の上には絶縁膜１５が形成される。次いで、実施の形態１による塗布装置を用いて絶縁膜１５上に塗布液を塗布した後、この塗布膜を熱処理することにより、絶縁膜１５上には絶縁膜１８が形成される。尚、絶縁膜１２と絶縁膜１５との間には、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜などのＣＶＤ法により絶縁膜が形成されていてもよいし、また絶縁膜１５と絶縁膜１８との間には、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜などのＣＶＤ法により絶縁膜が形成されていてもよい。

次に、絶縁膜１５，１８に連続して設けられたホール及び溝からなる凹部を形成する。次いで、この凹部内にＴａＮ等からなるバリアメタル層１６，１９を介してＣｕ等を埋め込むことにより、前記凹部内にはプラグ１７及び上層配線２０がそれぞれ形成される。
上記実施の形態２においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
すなわち、塗布液をウエハ上に無駄なく塗布することができると共に、ウエハ上で塗布液を均一に塗布することが可能となり、ウエハ上における塗布液が塗布された塗布膜の厚さの均一性を高めることができ、よって均一な厚さの絶縁膜１５，１８を形成することができる。

尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。

本発明の実施の形態１による塗布装置及び塗布方法を示す模式図。 本発明の実施の形態１による塗布装置及び塗布方法を示す模式図。 本発明の実施の形態１による塗布装置及び塗布方法を示す模式図。 本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を説明する断面図。 従来の塗布装置の一例を示す構成図。 従来の塗布装置により基板上に塗布された塗布膜を示す断面図。

符号の説明

１…ウエハ、２…ステージ、２ａ…窪み、２ｂ…上面、３…持ち上げピン、３ａ…リング状部材、３ｂ〜３ｄ…第１乃至第３のピン、４…塗布ノズル、５…塗布液、６…塗布液供給源、１０…半導体基板、１１，１２…絶縁膜、１３…バリアメタル層、１４…下層配線、１５，１８…絶縁膜、１６，１９…バリアメタル層、１７…プラグ、２０…上層配線、４１…スピンチャック、４２…モータ軸、４３…カップ、４４…有機樹脂材料供給源、４５…モータ、４６…配管、４８…塗布膜、Ｗ…基板

Claims (10)

1. ノズルから塗布液を吐出させ、該塗布液を基板上に塗布する塗布装置であって、
   前記基板の主面より大きい上面を有するステージと、
   前記ステージの上面に設けられ、前記基板を設置すると該基板の表面と前記ステージの上面が略水平面となるように形成された窪みと、
   前記ステージの上方に配置されたノズルと、
   前記ノズルを前記ステージに対して相対的にスキャン移動させる機構と、
   を具備する塗布装置。
2. 前記窪み上において前記基板を上下に移動させる上下移動機構をさらに具備する請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記上下移動機構は、前記基板を複数のピンの先端で保持し、該ピンを上下に移動させるものである請求項２に記載の塗布装置。
4. 前記ステージを回転させる駆動機構をさらに具備する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の塗布装置。
5. 前記塗布液は低誘電率膜を形成する材料液である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の塗布装置。
6. ノズルから塗布液を吐出させ、該塗布液を基板上に塗布する塗布工程であって、
   前記基板の主面より大きい上面を有し且つ該上面に窪みが設けられたステージを用意し、
   前記基板の表面と前記ステージの上面が略水平面となるように、前記窪みに前記基板を設置し、
   前記ステージの上方に配置された前記ノズルを、前記ステージに対して相対的にスキャン移動させながら、前記ノズルから塗布液を、前記基板の全面上及び該基板の外側に位置する前記ステージの上面上に吐出して塗布し、
   前記基板を前記ステージの上方に移動させる工程を具備する半導体装置の製造方法。
7. 前記基板を前記ステージの上方に移動させる工程の後に、前記ステージを回転させることにより、前記ステージの上面上に吐出された塗布液を該ステージから飛散させる工程をさらに具備する請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記基板を前記ステージの上方に移動させる工程の後に、前記基板上に塗布された塗布液に熱処理を施す工程をさらに具備する請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記基板は、素子が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁膜及び配線とを有する半導体ウエハである請求項６乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 半導体ウエハに半導体素子を形成する工程と、
    前記半導体ウエハ上に絶縁膜及び配線を形成する工程と、
    ノズルから低誘電率膜の塗布液を吐出させ、該塗布液を前記絶縁膜及び配線の上に塗布する塗布工程と、を具備する半導体装置の製造方法であって、
    前記塗布工程は、
    前記半導体ウエハの主面より大きい上面を有し且つ該上面に窪みが設けられたステージを用意し、
    前記半導体ウエハの表面と前記ステージの上面が略水平面となるように、前記窪みに前記半導体ウエハを設置し、
    前記ステージの上方に配置された前記ノズルを、前記ステージに対して相対的にスキャン移動させながら、前記ノズルから低誘電率膜の塗布液を、前記半導体ウエハの全面上及び該半導体ウエハの外側に位置する前記ステージの上面上に吐出して塗布し、
    前記半導体ウエハを前記ステージの上方に移動させる工程である半導体装置の製造方法。

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