JP2006102664A - スピンコータ及びｓｏｇ液の塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の表面上に滴下したＳＯＧ液からの有機成分の蒸発を抑制することができるようにしたスピンコータ及びＳＯＧ液の塗布方法を提供する。
【解決手段】 ウエーハ１の表面上にＳＯＧ液を滴下すると共に、当該ウエーハ１を回転させ該ＳＯＧ液を遠心力で拡散させることによって、当該ウエーハ１の表面上に該ＳＯＧ液を塗布するスピンコータ１００であって、ウエーハ１の裏面を回転可能に支持する回転ステージ１０と、回転ステージの上方に吐出口を有し、回転ステージによって支持されたウエーハ１の表面上にその吐出口からＳＯＧ液を滴下するコータノズル３０と、回転ステージ１０をその側方から囲むコータカップ２０と、少なくともコータノズル３０の吐出口からコータカップ２０の内側にかけての空間に有機ガスを供給する有機ガス導入管４２及びガス処理室４０等を備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スピンコータ及びＳＯＧ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）液の塗布方法に関し、特に、ウエーハの表面上に滴下したＳＯＧ液からの有機成分の蒸発を抑制することができるようにしたＳＯＧ液の塗布技術に関する。

従来から、塗布材料の持つ自然な粘性や流動性を利用することによって、配線間の埋め込みや、広い範囲での平坦化などを可能にする層間絶縁膜の形成技術として、例えば配線が形成されたウエーハ上の全面にＳＯＧ液を塗布する方法が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。このようなＳＯＧ液の塗布処理にはスピンコート方式の塗布装置（以下、「スピンコータ」ともいう。）が用いられる。例えば、特許文献１には、被処理物上に塗布液を塗布するためのスピンナーと、このスピンナーに吸着された被処理物に向けて温度を調整した気体を供給するガス噴出孔とを備えたスピンコータが開示されている。
特開平６−１７０３１０号公報 特開平５−２２６４８２号公報 特開２００３−２２９４２２号公報

ところで、ＳＯＧ液を室温、大気圧下に置いた場合には、その組成成分である有機成分が蒸発してしまう。このため、使用前のＳＯＧ液は、通常、密閉した容器に入れられた状態で冷却保存されている。
しかしながら、このＳＯＧ液をスピンコータにセットして使用するとき、即ち、ＳＯＧ液をウエーハ上に滴下するときには、ＳＯＧ液はその冷却保存状態を解かれてウエーハの表面上に滴下される。

ここで、ウエーハの表面上に滴下されたＳＯＧ液の塗布処理は、基本的に、室温で大気圧下にあるコータカップ内で行われる。そのため、コータノズルから滴下されたＳＯＧ液は、その滴下直後からその有機成分を蒸発により徐々に失い、その粘性は時間が経過するにしたがって高い方向へ変動してしまうという問題があった。ＳＯＧ液の塗布を終了する前にその粘性が高くなりすぎてしまうと、ＳＯＧ液の塗布厚さが不均一となり、配線間の埋め込み性が低下してしまうおそれがあった。

また、スピンコータを用いたＳＯＧ液の塗布処理では、ウエーハの表面上に滴下されたＳＯＧ液には遠心力が働き、その多くがコータカップ内に飛散する。従って、コータカップ内に付着したＳＯＧ液は、短時間の間に有機成分を失い続けて、固形化してしまうという問題があった。このようにコータカップ内で固形化したＳＯＧは、パーティクルの発生源となり易い。

そこで、この発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、基板の表面上に滴下したＳＯＧ液からの有機成分の蒸発を抑制することができるようにしたスピンコータ及びＳＯＧ液の塗布方法の提供を目的とする。

〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１のスピンコータは、基板の表面上にＳＯＧ液を滴下すると共に、当該基板を回転させ該ＳＯＧ液を遠心力で拡散させることによって、当該基板の表面上に該ＳＯＧ液を塗布するスピンコータであって、前記基板の裏面を回転可能に支持する回転ステージと、前記回転ステージの上方に吐出口を有し、前記回転ステージによって支持された前記基板の表面上に前記吐出口から前記ＳＯＧ液を滴下するノズルと、前記回転ステージをその側方から囲むカップと、少なくとも前記ノズルの前記吐出口から前記カップの内側にかけての空間に有機ガスを供給する有機ガス供給手段と、を備えたことを特徴とするものである。

ここで、有機ガスとしては、例えばＳＯＧ液と反応しないアルコール類（メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘプタノールなどで、異性体も含む）のガスを用いる。
発明１のスピンコータによれば、少なくともノズルの吐出口からカップの内側にかけての空間を占めるガス雰囲気を、ＳＯＧ液に含まれる有機成分の飽和蒸気圧に近づけることができる。従って、ノズルの吐出口からＳＯＧ液を滴下した後も、この滴下されたＳＯＧ液からの有機成分の蒸発を抑制することができる。これにより、ＳＯＧ液を滴下した直後からその塗布を終了するまでの間、ＳＯＧ液の粘性をほぼ一定状態に維持することができるので、その塗布厚さを均一にすることができ、配線間の埋め込み性の低下を防止することができる。

また、カップの内側に付着したＳＯＧ液についても、その粘性を長時間にわたり低く維持することができ、その固形化を抑制することができる。
さらに、発明１のスピンコータでは、供給される有機ガスの温度は室温でも構わないので、例えば特許文献１と比べて、気体の温度調整機構（熱交換器等）を必要としないで済む。

〔発明２〕 発明２のスピンコータは、発明１のスピンコータにおいて、前記有機ガス供給手段は、前記ノズルの前記吐出口とカップとを外側から包囲するガス処理室と、前記ガス処理室内に前記有機ガスを導入するガス導入手段と、前記ガス処理室内から前記有機ガスを排出するガス排出手段と、を有することを特徴とするものである。
このような構成であれば、ガス処理室内を幾らか減圧することが可能であり、外部への有機ガス漏れを防ぐことができる。

〔発明３〕 発明３のスピンコータは、発明２のスピンコータにおいて、前記ガス処理室内の前記有機ガスの濃度を測定する濃度測定手段と、前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、前記ガス導入手段と前記ガス排出手段とをフィードバック制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
このような構成であれば、ガス処理室内の有機ガス濃度をほぼ一定レベル、例えばＳＯＧ液に含まれる有機成分の飽和蒸気圧に維持することが可能である。

〔発明４〕 発明４のＳＯＧ液の塗布方法は、基板の表面上にＳＯＧ液を塗布する方法であって、有機ガスを含む雰囲気中で前記基板の表面上にＳＯＧ液を滴下する工程と、前記有機ガスを含む雰囲気を維持した状態で、前記ＳＯＧ液が滴下された前記基板を回転させ該ＳＯＧ液を遠心力で拡散させる工程と、を含むことを特徴とするものである。

このような構成であれば、基板の表面上に滴下したＳＯＧ液からの有機成分の蒸発を抑制することができる。これにより、ＳＯＧ液を滴下した直後からその塗布を終了するまでの間、ＳＯＧ液の粘性をほぼ一定状態に維持することができるので、その塗布厚さを均一にすることができ、配線間の埋め込み性の低下を防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るスピンコータ及びＳＯＧ液の塗布方法について説明する。
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るスピンコータ１００の構成例を示す概念図である。このスピンコータ１００は、例えば、配線が形成されたウエーハ１の表面上にＳＯＧ液を滴下し当該ウエーハ１を高速回転させ、このウエーハ１の表面上にＳＯＧ液を均一な厚さに塗布する装置である。

図１に示すように、このスピンコータ１００は、回転ステージ１０と、コータカップ２０と、コータノズル３０と、ガス処理室４０等から構成されている。
これらの中で、回転ステージ１０は、ウエーハ１の裏面を回転可能に支持するものである。この回転ステージ１０のウエーハ１の裏面と接触する面（以下で、接触面という）には多数の孔が設けられおり、これらの孔は真空ポンプ（図示せず）に接続されている。ウエーハ１を回転ステージ１０上に載置した状態で、これらの孔から吸気すると、ウエーハ１の裏面は回転ステージ１０の接触面に吸着されて固定される。

また、図１の矢印で示すように、この回転ステージ１０は、その接触面の中心を通る鉛直線回りに回転可能になっている。このため、回転ステージ１０の接触面の中心と、ウエーハ１の中心とを重ね合わせるようにして、この回転ステージ１０上にウエーハ１を固定し、この回転ステージ１０を回転動作させることにより、ウエーハ１をその表面の中心を通る鉛直線回りに回転させることができる。この回転ステージ１０は、例えば金属材料からなり、アースに接続されている。

コータカップ２０は、上面に開口部を、下面に底部を有した容器状のものである。図１に示すように、このコータカップ２０は、回転ステージ１０に支持されたウエーハ１の側方及び下方をやや離れた位置から取り囲むようにして配置されている。このコータカップ２０によって、ウエーハ１の回転によるＳＯＧ液の周囲への飛散が防止される。また、このコータカップ２０の底部には、図示しない排気系に通じる排気口２２と、図示しない排液系に通じる排液口２４とが設けられている。

このスピンコータ１００では、排気口２２からの排気はＳＯＧ液の塗布処理と関係なく常時行われる。従って、ガス処理室４０内を漂うガスはカップ２０内に常時流れ込み、この流れ込んだガスは底部にある排気口２０ａから常時排出される。このコータカップ２０は、例えば金属製である。
図１に示すように、コータノズル３０は、その先端に吐出口を有し、その後端がＳＯＧ液を圧送するＳＯＧ液圧送部（図示せず）に接続されている。このコータノズル３０は、例えば金属製の管部材である。このコータノズル３０は、その吐出口が回転ステージ１０の接触面の中心部上方にくるように、その位置が調整されている。このため、ＳＯＧ液は、ＳＯＧ液圧送部の圧送動作によって、コータノズル３０を通ってその吐出口まで圧送され、回転ステージ１０上に固定されたウエーハ１の表面の中心部上に滴下される。

ガス処理室４０は、例えば塩化ビニル等からなる透明、又は半透明な板部材を複数組み合わせて、コータノズル３０の吐出口側と、コータカップ２０とをその外側から包囲するように形成されたものである。このガス処理室４０には、ウエーハ１をガス処理室４０内に搬入出するためのシャッタ（図示せず）が設けられている。このシャッタは、ウエーハ１を搬入出ときだけ開き、それ以外のときは閉じるようになっている。

また、このガス処理室４０には、有機ガスをガス処理室４０内に導入するための有機ガス導入管４２と、有機ガスが導入されたガス処理室４０内を排気するための排気管４４とが設けられている。さらに、このガス処理室４０には、クリーンルームの清浄な空気をガス処理室４０内に取り込むための空気孔（図示せず）が複数設けられている。
図１に示すガス導入管４２には、例えばマスフローコントローラ（以下、「ＭＦＣ」という。）が取り付けられており、有機ガスの流量を調整可能となっている。例えば、このスピンコータ１００では、その稼働時（即ち、ＳＯＧ液の塗布時）の流量をＦ、その待機時の流量をＦ´としたとき、流量の大小関係は、Ｆ＞Ｆ´＞０に設定されている。また、排気管４４にも例えばＭＦＣが取り付けられており、このＭＦＣを介して排気系に通じている。

ところで、このスピンコータ１００を用いてウエーハ１の表面上にＳＯＧ液を塗布する場合には、まず始めに、有機ガス導入管４２からガス処理室４０内へ導入される有機ガスの流量をＦ´からＦに増やす。また、排気管４４に取り付けられたＭＦＣを制御して、排気管４４による排気を開始する。さらに、ガス処理室４０内の温度は、例えば室温とする。

ここで、コータカップ２０の底部に設けられた排気口２２と、ガス処理室４０に設けられた排気管４４とから、ガス処理室４０内の有機ガスを含む雰囲気をそれぞれ排気するので、ガス処理室４０に設けられた空気孔を通して、このガス処理室４０内にクリーンルームの清浄な空気を取り込みつつ、このガス処理室４０内を大気圧に比べて幾らか減圧状態にすることができる。従って、ガス処理室４０の外部への有機ガス漏れを防ぐことができる。

また、有機ガス導入管４２からガス処理室４０内に導入する有機ガスとしては、例えばＳＯＧ液と反応しないアルコール類（メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘプタノールなどで、異性体も含む）のガスを用いる。ここでは、万一ガス漏れ等のトラブルが発生した場合でも、人体への悪影響を最小限に押さえるために、有機ガスの中では比較的安全性が高いと思われるエタノールを使用する。

次に、一定時間が経過し、ガス処理室４０内の有機ガス濃度が安定したら、配線が形成されたウエーハ１を回転ステージ１０上に１枚載せる。そして、このウエーハ１の表面上にＳＯＧ液を滴下すると共に、このウエーハ１を載せた回転ステージ１０を回転させる。この回転により、ＳＯＧ液を遠心力で拡散させ、ウエーハ１の表面上全体にＳＯＧ液を塗布する。

このスピンコータ１００では、このようなＳＯＧの塗布処理を枚葉式で行い、枚葉処理を開始してから終了するまでの間、ガス導入管４２から反応処理室４０に導入される有機ガスの設定流量を流量Ｆとする。また、この有機ガスが導入されたガス処理室４０内を排気口２２と排気管４４との両方で排気し続ける。
そして、最後のウエーハ１にＳＯＧ液を塗布し、枚葉処理を終了したら、有機ガス導入管４２からガス処理室４０内に導入される有機ガスの設定流量を流量Ｆ´とし、その流量を低くする。また、ＭＦＣを制御して排気管４４を閉じ、ガス処理室４０内を排気口２２だけで排気するようにする。

スピンコータ１００の待機時は、排気管４４を閉じることで、その排気能力は多少低下してしまうものの、有機ガス導入管４２から導入される有機ガスの流量もＦからＦ´に小さくなるので、ガス処理室４０内の有機ガス濃度をＳＯＧの塗布処理時とさほど変わらないレベルに維持することが可能である。また、この待機時も、コータカップ２０の底部に設けられた排気口２２からガス処理室４０内の有機ガスを含む雰囲気を排気するので、ガス処理室４０内を幾らか減圧状態にすることができ、ガス処理室４０の外部への有機ガス漏れを防ぐことができる。

このように、本発明の第１実施形態に係るスピンコータ１００によれば、少なくともコータノズル３０の吐出口からコータカップ２０の内側にかけての空間を占めるガス雰囲気を、ＳＯＧ液に含まれる有機成分の飽和蒸気圧に近づけることができる。
従って、コータノズル２０の吐出口からＳＯＧ液を滴下した後も、この滴下されたＳＯＧ液からの有機成分の蒸発を抑制することができる。これにより、ＳＯＧ液を滴下した直後からその塗布を終了するまでの間、ＳＯＧ液の粘性をほぼ一定状態に維持することができるので、その塗布厚さを均一にすることができ、配線間の埋め込み性の低下を防止することができる。

また、コータカップ４０の内側に付着したＳＯＧ液についても、その粘性を長時間にわたり低く維持することができ、その固形化を抑制することができる。さらに、このスピンコータ１００では、供給される有機ガスの温度は室温でも構わないので、例えば特許文献１と比べて、気体の温度調整機構（熱交換器等）を必要としないで済む。
この第１実施形態では、ウエーハ１が本発明の基板に対応し、コータノズル３０が本発明のノズルに対応し、コータカップ２０が本発明のカップに対応している。また、有機ガス導入管４２と、排気口２２及び排気管２４と、ガス処理室４０とが、本発明の有機ガス供給手段に対応している。さらに、有機ガス導入管４２が本発明のガス導入手段に対応し、排気口２２と排気管４４とが本発明のガス排出手段に対応している。
（２）第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態に係るスピンコータ２００の構成例を示す概念図である。図２に示すスピンコータ２００において、第１実施形態で説明したスピンコータ１００と同一の機能を有する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２に示すように、このスピンコータ２００は、ガス処理室４０内の有機ガス濃度を測定する濃度センサ５０と、この濃度センサ５０による測定値に基づいて、ガス導入管４２に取り付けられたＭＦＣ７２と、排気管４４に取り付けられたＭＦＣ７４とをそれぞれフィードバック制御する制御部６０とを有する。制御部６０と濃度センサ５０との間、制御部６０とＭＦＣ７２との間、制御部６０とＭＦＣ７４との間は、有線又は無線によってそれぞれ双方向に通信可能に接続されている。

このスピンコータ２００では、例えば、濃度センサ５０による有機ガス濃度の測定値が制御部６０にリアルタイムに送られる。制御部６０は、このリアルタイムに送られてくる測定値から、ガス処理室４０内の有機ガス濃度を常時監視する。
そして、送られてくる測定値から、ガス処理室４０内の有機ガス濃度が基準値よりも高いと制御部６０が判断した場合には、制御部６０はＭＦＣ７２とＭＦＣ７４とにそれぞれ制御信号を送信して、ガス導入管４２から導入される有機ガスの流量を小さくし、排気管４４による排気の流量を大きくする。また、ガス処理室４０内の有機ガス濃度が基準値よりも低いと制御部６０が判断した場合には、制御部６０はＭＦＣ７２とＭＦＣ７４とにそれぞれ制御信号を送信して、ガス導入管４２から導入される有機ガスの流量を大きくし、排気管４４による排気の流量を小さくする。

このような構成であれば、ガス処理室４０内の有機ガス濃度をほぼ一定レベル、例えばＳＯＧ液に含まれる有機成分の飽和蒸気圧に維持することが可能である。
この第２実施形態では、濃度センサ５０が本発明の濃度測定手段に対応し、制御部６０が本発明の制御手段に対応している。その他の対応関係は、第１実施形態と同じである。
なお、上記の第１、第２実施形態では、コータノズル３０の吐出口側と、コータカップ２０とをその外側から包囲するガス処理室４０を設ける場合について説明したが、本発明のガス処理室はこれに限られることはなく、例えば、スピンコータ１００の筐体も含めた全体を包囲するようなものでも良い。

本発明の第１実施形態に係るスピンコータ１００の構成例を示す概念図。 本発明の第２実施形態に係るスピンコータ２００の構成例を示す概念図。

符号の説明

１ ウエーハ、１０ 回転ステージ、２０ コータカップ、２２ 排気口、２４ 排液口、３０ コータノズル、４０ ガス処理室、４２ 有機ガス導入管、４４ 排気管、５０ 濃度センサ、６０ 制御部、７２，７４ ＭＦＣ、１００，２００ スピンコータ

Claims (4)

1. 基板の表面上にＳＯＧ液を滴下すると共に、当該基板を回転させ該ＳＯＧ液を遠心力で拡散させることによって、当該基板の表面上に該ＳＯＧ液を塗布するスピンコータであって、
   前記基板の裏面を回転可能に支持する回転ステージと、
   前記回転ステージの上方に吐出口を有し、前記回転ステージによって支持された前記基板の表面上に前記吐出口から前記ＳＯＧ液を滴下するノズルと、
   前記回転ステージをその側方から囲むカップと、
   少なくとも前記ノズルの前記吐出口から前記カップの内側にかけての空間に有機ガスを供給する有機ガス供給手段と、を備えたことを特徴とするスピンコータ。
2. 前記有機ガス供給手段は、
   前記ノズルの前記吐出口とカップとを外側から包囲するガス処理室と、
   前記ガス処理室内に前記有機ガスを導入するガス導入手段と、
   前記ガス処理室内から前記有機ガスを排出するガス排出手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載のスピンコータ。
3. 前記ガス処理室内の前記有機ガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
   前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、前記ガス導入手段と前記ガス排出手段とをフィードバック制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載のスピンコータ。
4. 基板の表面上にＳＯＧ液を塗布する方法であって、
   有機ガスを含む雰囲気中で前記基板の表面上にＳＯＧ液を滴下する工程と、
   前記有機ガスを含む雰囲気を維持した状態で、前記ＳＯＧ液が滴下された前記基板を回転させ該ＳＯＧ液を遠心力で拡散させる工程と、を含むことを特徴とするＳＯＧ液の塗布方法。

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