JP2006173344A - 基板保持装置及び基板保持方法並びに基板加熱装置 - Google Patents

基板保持装置及び基板保持方法並びに基板加熱装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 反りが生じた基板を略平坦な状態で保持プレート上に良好に吸着保持させることができる基板保持装置及び基板保持方法並びに基板上に塗布されたレジスト等を良好に加熱処理することができる基板加熱装置を提供する。
【解決手段】 基板1が保持される保持テーブル21と、保持テーブル21を加熱する加熱手段と、保持テーブル21上に基板1を吸着させる吸着手段とを具備し、加熱手段によって加熱された保持テーブル21上に反りを生じた基板1が載置された際に、吸着手段28が、保持テーブル21の熱による基板1の反りの減少量に応じて、基板1の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着保持させるようにする。
【選択図】 図3

Description

本発明は、シリコンウェハ等の基板、特に、反りが生じた基板を保持テーブル上に吸着保持させるのに好適な基板保持装置及び基板保持方法並びに基板加熱装置に関する。
シリコンウェハなどの基板上にレジスト材料や絶縁材料などの所定の溶液(溶剤)を塗布する場合、一般的に、例えば、スピンコート法による成膜装置等が用いられる他、例えば、毛細管現象によりノズルの先端から溶液を流出させて、基板の表面に溶液を塗布するスリットコート式塗布装置等が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
このような装置では、溶液が塗布される基板が平坦でないと、溶液を均一に塗布するのは難しい。このため、例えば、反りのある基板に溶液を塗布する場合には、基板の反りを矯正して平坦化しておく必要がある。なお、基板上に膜が形成されている場合には、基板とその膜との熱膨張率の違い等に起因して基板に反りが発生してしまう。
基板を平坦化する方法としては、例えば、基板の溶液が塗布される面とは反対側の面を吸引して基板を真空吸着させる方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、基板の縁部を基板押さえ部材によって押さえつけることで基板を平坦化する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。これらの方法を採用することで、基板を平坦化することはできるが、基板の反り量が比較的大きい場合などには、基板が割れる等の問題が生じる虞がある。さらには、基板上に膜を形成する際の成膜温度を下げたり、Ar圧力を変更すること等で基板の反りを矯正する方法もある(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、このような方法でも、基板の反りを完全に矯正するのは難しい。
さらに、上述した装置等によりレジスト材料を基板に塗布した場合、その後の工程で、レジストのプリベーク、ポストベーク等の加熱処理が行われるが、このような加熱処理を行う場合にも、基板に反りが生じていると、形成されるレジストの膜質が不均一になってしまう等の問題がある。
特開平6−343908号公報(第1〜2図、第2〜4頁) 特開2001−185607号公報(第5〜8頁、第1〜3図) 特開2001−127041号公報(第2〜4頁、第2〜3図) 特開平10−125905号公報(第3〜5頁、第1〜3図)
本発明はこのような事情に鑑み、反りが生じた基板を略平坦な状態で保持テーブル上に良好に吸着保持させることができる基板保持装置及び基板保持方法並びに基板上に塗布されたレジスト等を良好に加熱処理することができる基板加熱装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、基板が保持される保持テーブルと、該保持テーブルを加熱する加熱手段と、前記保持テーブル上に前記基板を吸着させる吸着手段とを具備し、前記加熱手段によって加熱された前記保持テーブル上に反りを生じた前記基板が載置された際に、前記吸着手段が、前記保持テーブルの熱による前記基板の反りの減少量に応じて、前記基板の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着保持させることを特徴とする基板保持装置にある。
かかる第1の態様では、基板に割れ等を発生させることなく基板の反りを矯正して、基板を効率的に平坦化して保持テーブルに吸着保持させることができる。
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記吸着手段が、複数の同心領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着させることを特徴とする基板保持装置にある。
かかる第2の態様では、基板の反りを良好に矯正して、基板をさらに効率的に平坦化して保持テーブルに吸着保持させることができる。
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記保持テーブルには、一端が保持テーブルの表面に開口する複数の吸引孔を有し、前記吸着手段が前記吸引孔を介して前記基板を吸引する吸引手段であることを特徴とする基板保持装置にある。
かかる第3の態様では、真空吸引等により基板を保持テーブルに吸着させることで、比較的簡単に、基板の異なる領域を異なるタイミングで保持テーブルに吸着保持させることができる。
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、少なくとも前記基板の周縁部での反り量を測定する測定手段をさらに具備することを特徴とする基板保持装置にある。
かかる第4の態様では、基板の反りをさらに良好に矯正することができ、基板の割れ等の発生を確実に防止することができる。
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様の基板保持装置を具備することを特徴とする基板加熱装置にある。
かかる第5の態様では、基板上に形成されたレジスト等の膜を均一に加熱して、良好な膜を形成することができる。
本発明の第6の態様は、保持テーブル上に基板を吸着保持させる基板保持方法であって、一方面側に基板の反りを矯正するための矯正用フィルムを貼着すると共に当該基板を前記矯正用フィルムが下側となるように前記保持テーブル上に載置し、この状態で前記基板を加熱し、この加熱による前記基板の反りの減少量に応じて当該基板の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで前記保持テーブル上に吸着させることを特徴とする基板保持方法にある。
かかる第6の態様では、基板に割れ等を発生させることなく基板の反りを矯正して、基板を効率的に平坦化して保持テーブルに吸着保持せることができる。
本発明の第7の態様は、第6の態様において、前記基板が、シリコンウェハ又はガラス基板であることを特徴とする基板保持方法にある。
かかる第7の態様では、比較的割れやすい材料からなる基板を保持テーブル上に保持する場合でも、基板の割れ等を確実に防止して反りを矯正することができる。
本発明の第8の態様は、第7又は8の態様において、前記反り矯正用フィルムが、加熱剥離フィルムであることを特徴とする基板保持方法にある。
かかる第8の態様では、基板の反りを効果的に矯正することができる。また、基板から容易に除去することができるため、製造効率を低下させることもない。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るスリットコート式塗布装置の概略構成を示す斜視図であり、図2は、基板保持装置の平面図及び断面図である。なお、本実施形態では、このスリットコート式塗布装置によって、シリコンウェハである基板の表面に形成された例えば、金(Au)等からなる金属膜のパターニングに用いられるレジスト膜を形成している。また、この基板には、その表面に金属膜が形成されて基板と当該金属膜との応力関係が発生していること等により、裏面側が凸となるように反りが生じており、本発明では、この基板の反りを矯正しながら保持テーブルに吸着させることで効率的に基板を平坦化させ、保持テーブル上に基板を良好に吸着保持させるようにしている。
図1に示すように、本実施形態に係るスリットコート式塗布装置10は、基板1を保持するための基板保持装置20と、この基板1の表面にレジストを塗布するための塗布装置30とで構成されている。
基板保持装置20は、基板1が吸着保持される保持テーブル21と、この保持テーブルの裏面側に設けられる流路部材22とを具備する。保持テーブル21は、図2に示すように、基板1が載置される領域に、一端が保持テーブル21の表面に開口する複数の吸引孔23を有する。例えば、本実施形態では、これらの吸引孔23は、保持テーブル21を厚さ方向に貫通して設けられている。また、本実施形態では、シリコンウェハである基板1の平面形状に合わせて、各吸引孔23は略円形状に配置されている。さらに、この保持テーブル21は、図示しないが、所定の加熱手段によって全体が所定温度に加熱可能に形成されている。例えば、本実施形態では、保持テーブル21に、電子加熱方式等の加熱手段が設けられており、加熱と共に冷却することもできるようになっている。また、保持テーブル21は、回転軸24を軸中心として回転可能に支持されており、さらに、図示しない駆動モータ等のテーブル駆動手段によって基板1の面方向に沿って移動自在に設けられている。
流路部材22には、その一方面側に複数の吸引路25A〜25Cがそれぞれ独立して形成されている。例えば、本実施形態では、略円形状に配置された吸引孔23の中央部に対向する領域に、略円形状の第1の吸引路25Aが設けられている。また、この第1の吸引孔25Aの外側に、第1吸引孔25Aの周囲に亘って連続するリング状の第2の吸引路25Bと、第3の吸引路25Cとがそれぞれ設けられている。そして、流路部材22は吸引路25A〜25C側で保持テーブル21の裏面に固定され、保持テーブル21の各吸引孔23は、これら吸引路25A〜25Cの何れかと連通するようになっている。
また、流路部材22には、他方面側で外部と連通する連通孔26が、各吸引路25A〜25Cにそれぞれ連通して設けられている。そして、各連通孔26には、開閉バルブ27を介して一端が真空ポンプ等の吸引手段28に接続される吸引パイプ29がそれぞれ脱着可能に接続されている。
また、本実施形態では、基板保持装置20は、測定手段40を具備する。この測定手段40は、保持テーブル21の鉛直方向上側に設けられて、保持テーブル21上に載置された基板1の各領域での反り量を測定する。例えば、本実施形態では、測定手段40として、レーザ光を照射することで対象物との距離を測定するレーザ変位計を用いている。
そして、詳しくは後述するが、このような本実施形態の基板保持装置20では、保持テーブル21によって基板1を加熱することで基板1の反りを矯正すると共に、基板1の反りの減少量に応じて、吸引孔23を介して基板1の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着保持させている。これにより、基板1の反りを良好且つ効率的に矯正し、割れ等を生じさせることなく基板1を平坦化して保持テーブル21に良好に吸着保持させることができる。
一方、塗布装置30は、塗布ヘッド31と、貯留手段32とを具備する。塗布ヘッド31は、鉛直方向上側に向かって開口し貯留手段32から供給されたレジスト2が流出するスリット状のノズル開口33を有する。なお、塗布ヘッド31は、図示しない装置本体に鉛直方向に移動自在に保持されており、塗布ヘッド31の先端と基板1の表面との間隔が、例えば、レジスト2の動粘度、レジスト2の基板1に対する濡れ性、基板1に塗布するレジスト2の厚さ等を考慮して適宜調整されるようになっている。
貯留手段32は、レジスト2を保持する貯留タンク34と、一端が塗布ヘッド31に接続され、他端が貯留タンク34に接続される供給管35とで構成され、貯留タンク34の内部に貯留されているレジスト2を、供給管35を介して塗布ヘッド31に供給する。
また、保持テーブル20の移動方向で、塗布ヘッド31の後方には、本実施形態では、基板1の表面に接触することなく、基板1の表面の一部を覆うように遮蔽板50が設けられている。この遮蔽板50を設けることにより、レジスト2を塗布しながら基板1上に塗布されたレジスト2を乾燥させる際など、塗布中のレジスト2が加熱されて粘度が変化することにより塗布条件が変化するのを防止することができる。
以下、このようなスリットコート式塗布装置10を用いたレジスト膜の形成方法について説明する。まずは、基板保持装置20の保持テーブル21上に基板1を吸着保持させる方法について説明する。なお、図3は、本実施形態に係る基板保持方法を説明する概略図である。
まず、本実施形態では、図3(a)に示すように、反りが生じている基板1の裏面側、すなわち、レジストを塗布する面とは反対側の面に、所定の材料からなる反り矯正用フィルム60を貼着する。なお、反り矯正用フィルム60は、加熱することによって収縮又は膨張することで生じる応力変化により、基板1の反りを減少させるためのものである。反り矯正用フィルム60の材質は、特に限定されず、基板1の反りの方向、反り量等を考慮して適宜決定されればよい。例えば、本実施形態では、基板1が、裏面側が凸となるように反りが生じており、基板1の凸面側に反り矯正用フィルム60を貼着しているため、反り矯正用フィルム60として加熱により収縮して圧縮方向の応力が生じるフィルム、具体的には、ポリエステル等からなり、加熱することによって自然剥離が可能となる、いわゆる加熱剥離フィルムを用いている。
そして、このような反り矯正用フィルム60を基板1に貼着した段階で、基板1の反り量は大幅に減少する。具体的には、反り矯正用フィルム60を貼着する前と比較して、基板1の反り量は半分程度まで減少する。
次に、図3(b)に示すように、反り矯正用フィルム60が貼着された基板1を、鉛直方向上向きとなるように保持された保持テーブル21上の所定位置、本実施形態では、略円形状に配置された複数の吸引孔23が形成された領域に基板1を載置し、吸引路25Aに連通する吸引孔23を介して基板1を吸引して保持テーブル21に吸着保持させる。すなわち、実際に保持テーブル21の表面に接している基板1の中央領域に対応する吸引孔23のみから基板1を吸引して、基板1の中央部のみを保持テーブル21上に吸着させる。具体的には、各連通孔26の開口部に設けられている開閉バルブ27を閉めた状態で吸引手段28を作動させ、吸引路25Aに対応する開閉バルブ27Aのみを開く。これにより、連通孔26、吸引路25A及び吸引孔23を介して基板1が吸引され、基板1の中央領域のみが保持テーブル21上に吸着される。なおこのとき、保持テーブル21は、図示しない加熱手段によって加熱され、所定温度、本実施形態では、約90℃に保持されている。
そして、このように基板1の中央部のみを保持テーブル21に吸着させた状態で所定時間、例えば、数秒〜数十秒間保持する。これにより、基板1及び反り矯正用フィルム60が保持テーブル21によって加熱され、上述したように基板1の反りが矯正されて基板1の反り量は徐々に減少する。また、図4(a)に示すように、本実施形態では、測定手段40によってこのときの基板1の反り量を測定し、その測定結果に基づいて所定のタイミングで吸引路25Bに連通する吸引孔23から基板1を吸引して保持テーブル21に吸着させる。すなわち、測定手段40によって測定された基板の反り量hから、吸引路25Bに連通する吸引孔23に対応する領域に基板1が実質的に接触するタイミングを判定し、そのタイミングで吸引路25Bに対応する開閉バルブ27Bを開き、吸引路25Bに連通する吸引孔23を介して基板1を吸引する。
その後さらに、測定手段40によって基板1の反り量を測定しながら、基板1及び反り矯正用フィルム60を加熱する。そして、連通路25Cに連通する吸引孔23に対応する領域に基板1が実質的に接触するタイミングで、開閉バルブ27Cを開き、連通路25Cに連通する吸引孔23を介して基板1を吸引する。これにより、図4(b)に示すように、全ての吸引孔23を介して基板が吸引され、基板は、その全面が平坦化された状態で保持テーブル21上に吸着保持される。
このように、本発明では、基板1に反り矯正用フィルム60を貼着することで基板1の反りをある程度矯正すると共に、基板1及び反り矯正用フィルム60を加熱することで基板1の反り量を低減させるようにした。また、この基板1の反り量の変化に応じて基板1を段階的に保持テーブル21に吸着させるようにしたので、基板1の割れ等を所持させることなく基板1の反りを良好且つ確実に矯正し、効率的に基板1を平坦化して保持テーブル21に吸着保持させることができる。例えば、シリコンウェハや、ガラス基板等の割れが生じやすい基板を吸着保持させる場合には、特に効果的である。
ここで、金属膜が形成された基板(シリコンウェハ)に反り矯正用フィルムとしてポリエステルフィルムからなる加熱剥離フィルムを貼着し、この反り矯正用フィルムが貼着された基板を加熱したときの基板の反り量の変化を測定した結果を図5に示す。なお、このグラフは、図6に一例を示すように、シリコンウェハである基板1の中心部を通る直線上の複数ヶ所での反り量を測定した結果を示すものである。
図5に示すように、スパッタリング法を用いて基板の表面に金属膜を形成した直後は、基板の反り量は最大で200μm程度もあったが、基板の裏面に反り矯正用フィルムを貼着することにより、反り量は半分程度まで減少した。さらに、反り矯正用フィルムが貼着された基板を、所定温度、この例では、約90℃に加熱すると、基板の反り量は徐々に減少し、最終的には金属膜を形成直後の反り方向とは反対方向まで反り量が変化した。
このような結果から明らかなように、反り矯正用フィルムを貼着した基板を加熱することで、基板の反りを確実に矯正して反り量を減少させることができる。そして、本発明では、このように基板の反り量を低減させると共に、この基板の反りの減少量に応じて基板の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着保持させることで、効率的に基板を平坦化して保持テーブル上に吸着保持させることを可能とした。
そして、このように基板1を保持テーブル21に吸着保持させた後は、基板1の表面にレジスト2を塗布する。なお、基板1を保持テーブル21に吸着保持させる際、保持テーブル21の熱により基板1が加熱されているため、レジストを塗布する前に、冷却しておくことが望ましい。冷却方法は特に限定されないが、例えば、本実施形態のように、保持テーブル21を加熱するための加熱手段として加熱と共に冷却が可能な電子加熱方式のものを用いておき、保持テーブル21を介して基板1を冷却すればよい。
まず、図7(a)に示すように、開閉バルブ27を閉じた状態で保持テーブル21及び流路部材22を180°回転させて基板1の表面が鉛直方向下向きとなるようにする。また、塗布ヘッド31を上昇させ、基板1の表面と塗布ヘッド31のノズル開口33の先端面との間隔が所定の間隔となるように調整する。すなわち、ノズル開口33から突出するレジスト2の先端部が、基板1の表面の位置よりも若干高い位置となるように塗布ヘッド31を上昇させる。なお、本実施形態では、塗布ヘッド31を移動させることで、塗布ヘッド31と基板1との間隔を調整しているが、勿論、塗布ヘッド31を固定して、保持テーブル21を移動するようにしてもよい。
次に、図7(b)に示すように、図示しないテーブル駆動手段によって保持テーブル21を基板1の面方向、すなわち水平方向に直線移動させることで、塗布ヘッド31のノズル開口33から突出しているレジスト2がシリコンウェハ1の表面に接触し、レジスト2の塗布が開始される。
このように基板1の表面へのレジスト2の塗布が開始された後、図7(c)に示すように、保持テーブル21をさらに移動させることで、レジスト2がノズル開口33から連続的に流出し、基板1の全面にレジスト2が塗布されていく。そして、本発明では、上述したように、基板1が保持テーブル21上に略平坦となるように吸着保持されているため、レジスト2が塗布される際に、基板1の表面と塗布ヘッド31のノズル開口33とのクリアランスが一定に保たれ、基板1の表面にレジスト2を均一な厚さで塗布することができる。
そして、このように基板1の全面にレジスト2を塗布した後は、基板1を加熱して塗布したレジスト2をプリベークする。例えば、本実施形態では、図示しない加熱手段によって保持テーブル21を再度加熱することで、塗布したレジスト2をプリベークするようにしている。このときも、基板1が平坦化されて保持されているため、最適な加熱条件を選択してレジスト2を常に良好にプリベークすることができる。
なお、本実施形態のスリットコート式塗布装置は、レジスト2のプリベークまでの処理を行うものであり、基板1上のレジスト2をプリベークした後は、基板1を保持テーブル21から取り外して、レジスト2を露光・現像等を行うための露光・現像装置に移動させる。そして、上述したようにレジスト2が良好にプリベークされるため、レジスト2の露光・現像等の処理における均一性も向上することができるという効果もある。
また、本実施形態では、基板保持装置20が、基板1を加熱してレジスト2をプリベークするための基板加熱装置を兼ねるようにしているが、勿論、このようなプリベーク等を行うための基板加熱装置は、基板保持装置20とは別途設けられていてもよい。また、基板加熱装置を別途設ける場合、基板加熱装置に本発明に係る基板保持装置20を採用すれば、上述したように、レジスト2を良好にプリベークすることができる。勿論、基板加熱装置を別途設ける場合には、輻射熱等を利用した他の方法によってレジストをプリベークするようにしてもよい。さらに、本発明の基板保持装置20は、このような基板加熱装置の他、レジストの露光・現像を行うための装置等に採用するようにしてもよい。これにより、レジストの均一性をさらに向上することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態では、3つの領域を異なるタイミングで吸引することで、基板を保持テーブル上に吸着保持させるようにしたが、さらに多くの領域を異なるタイミングで吸引するようにしてもよく、勿論、吸引孔毎に異なるタイミングで吸引するようにしてもよい。また、各吸引孔を介して基板を吸引するための構造は、特に限定されるものではない。
また、本実施形態では、基板を保持テーブル上に吸着保持させる際に、測定手段によって基板の反り量を測定するようにしたが、これに限定されず、例えば、加熱による基板の反りの変化量を予め測定しておき、この測定データに基づいて各領域の吸引のタイミングを決定するようにしてもよい。
さらに、本実施形態では、真空吸着により基板を保持テーブル上に吸着保持させるようにしたが、例えば、静電吸着させることにより基板を保持テーブル上に吸着保持させるようにしてもよい。
なお、本実施形態では、裏面側が凸となるように反りが生じた基板を一例として説明したが、勿論、基板の表面側が凸となるように反りが生じた基板であってもよい。ただし、この場合には、反り矯正用フィルムの材質、加熱温度等の各種条件を適宜選択する必要がある。また、本実施形態では、スリットコート式塗布装置を一例として本発明を説明したが、勿論、本発明は、例えば、ラミネート装置など、基板を平坦化する必要のあるあらゆる装置に採用することができることは言うまでもない。
本発明の一実施形態に係る塗布装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る基板保持装置の平面図及び断面図である。 本発明の一実施形態に係る基板保持方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る基板保持方法を説明する図である。 基板の経時的な反り量の変化を示すグラフである。 基板の反り量の測定方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る塗布装置の動作を示す図である。
符号の説明
1 基板、 2 レジスト、 10 スリットコート式塗布装置、 20 基板保持装置、 21 保持テーブル、 22 流路部材、 23 吸引孔、 25 吸引路、 26 連通孔、 27 開閉バルブ、 28 吸引手段、 29 吸引パイプ、 30 塗布装置、 31 塗布ヘッド、 31 ノズル開口、 32 貯留手段、 40 測定手段、 50 遮蔽板、 60 反り矯正用フィルム

Claims (8)

  1. 基板が保持される保持テーブルと、該保持テーブルを加熱する加熱手段と、前記保持テーブル上に前記基板を吸着させる吸着手段とを具備し、前記加熱手段によって加熱された前記保持テーブル上に反りを生じた前記基板が載置された際に、前記吸着手段が、前記保持テーブルの熱による前記基板の反りの減少量に応じて、前記基板の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着保持させることを特徴とする基板保持装置。
  2. 請求項1において、前記吸着手段が、複数の同心領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着させることを特徴とする基板保持装置。
  3. 請求項1又は2において、前記保持テーブルには、一端が保持テーブルの表面に開口する複数の吸引孔を有し、前記吸着手段が前記吸引孔を介して前記基板を吸引する吸引手段であることを特徴とする基板保持装置。
  4. 請求項1〜3の何れかにおいて、少なくとも前記基板の周縁部での反り量を測定する測定手段をさらに具備することを特徴とする基板保持装置。
  5. 請求項1〜4の何れかの基板保持装置を具備することを特徴とする基板加熱装置。
  6. 保持テーブル上に基板を吸着保持させる基板保持方法であって、一方面側に基板の反りを矯正するための矯正用フィルムを貼着すると共に当該基板を前記矯正用フィルムが下側となるように前記保持テーブル上に載置し、この状態で前記基板を加熱し、この加熱による前記基板の反りの減少量に応じて当該基板の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで前記保持テーブル上に吸着させることを特徴とする基板保持方法。
  7. 請求項6において、前記基板が、シリコンウェハ又はガラス基板であることを特徴とする基板保持方法。
  8. 請求項7又は8において、前記反り矯正用フィルムが、加熱剥離フィルムであることを特徴とする基板保持方法。
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