JP2007142234A - 塗布膜の成膜方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レジスト膜等の塗布膜を被処理基板の凹凸面に追従して均一な状態に成膜することができる塗布膜の成膜方法及びその装置を提供すること。
【解決手段】表面に凹凸を有する被処理基板である半導体ウエハＷに対して塗布液を供給し、ウエハの表面に塗布膜を成膜する成膜装置において、ウエハを外気から遮断して収容する処理室１２と、処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段１と、処理室内に配設されて、ウエハを表面が下向きになるように回転可能に保持するチャック２０と、処理室内に配設されて、ウエハの表面に向けて塗布液３９を帯電した粒子としてミスト状に供給する塗布液供給手段３０と、ウエハに上記粒子と反対の電位を付与する手段３５とを有する構成とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、被処理基板の凹凸を有する表面に、塗布膜を均一に成膜する成膜方法及びその装置に関するものである。

一般に、半導体ウエハ等の製造工程においては、半導体ウエハやＬＣＤ基板等の被処理用の基板（被処理基板）の表面に、レジストのパターンを形成するために、フォトリソグラフィ技術が用いられている。このフォトリソグラフィ技術は、被処理基板の表面にレジスト液を塗布するレジスト塗布工程と、形成されたレジスト膜に回路パターンを露光する露光処理工程と、露光処理後の基板に現像液を供給する現像処理工程とを有している。この場合、レジスト塗布工程においては、いわゆるスピンコート法を採用しており、回転自在な載置台上に被処理面（表面）を上側にして被処理基板を載置し、その回転する被処理基板の表面にレジスト液を供給（滴下、吐出）させて、遠心力によって被処理基板表面にレジスト膜を形成している。

なお、この発明に関連する先行技術としては、電界噴霧の原理を応用した静電塗装が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２８６８１４号公報

しかしながら、スピンコート法では、遠心力によって被処理基板表面にレジスト膜を形成するため、被処理基板の周辺部のレジスト膜の膜厚が厚くなる傾向にあり、被処理基板表面の膜厚均一性が損なわれる、という課題がある。膜厚に不均一な部分が生じると、その後、例えばエッチング工程において、エッチングの到達層が被処理基板の表面内の場所により異なって来るため、様々な弊害を生じさせる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、レジスト膜等の塗布膜を凹凸面に追従して均一な状態に成膜することができる、塗布膜の成膜方法及びその装置を提供することを課題とする。

上記目的を達成するため、この発明の塗布膜の成膜方法は、表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜方法であって、 上記被処理基板を表面が下向きの状態で外気から遮断された処理室内に搬送する工程と、 上記処理室内を溶剤ガス雰囲気に置換する工程と、 上記被処理基板を水平方向に回転しつつ塗布液を帯電した粒子として被処理基板の表面に向かって噴霧すると共に、被処理基板に上記粒子と反対の電位を付与して、被処理基板の表面に塗布液を帯電付着する工程と、を有することを特徴とする（請求項１）。

この発明の塗布膜の成膜方法において、上記被処理基板の表面に塗布液を付着して塗布膜を形成した後、上記処理室内の溶剤ガスを排気する工程を更に有することが好ましい（請求項２）。

また、この発明の塗布膜の成膜方法において、上記被処理基板の表面に塗布膜を形成した後に、上記被処理基板を加熱して塗布膜の膜質を安定化させる工程を更に有することが好ましい（請求項３）。

この発明の塗布膜の成膜装置は、請求項１記載の塗布膜の成膜方法を具現化するもので、表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜装置であって、 上記被処理基板を外気から遮断して収容する処理室と、 上記処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段と、 上記処理室内に配設されて、上記被処理基板を表面が下向きになるように回転可能に保持する保持手段と、 上記処理室内に配設されて、上記被処理基板の表面に向けて塗布液を帯電した粒子としてミスト状に供給する塗布液供給手段と、 上記被処理基板に上記粒子と反対の電位を付与する手段と、を有することを特徴とする（請求項４）。

この発明の塗布膜の成膜装置において、上記処理室内の溶剤ガスを排気する排気手段を更に有する方が好ましい（請求項５）。また、上記保持手段と塗布液供給手段の一方又は双方は、両者の間隔を相対的に調整移動可能に構成することが好ましい（請求項６）。

（１）請求項１又は４記載の発明によれば、被処理基板の下向きの表面に向かって、塗布液を下方から上方に噴霧するため、粒径の大きい粒子は重力の作用により被処理基板の表面に到達せず、所定の粒径以下の粒径の揃った粒子のみが被処理基板の表面に帯電付着する。したがって、上方から下方に向かって塗布液を噴霧する静電塗装技術に比べ、付着する粒子が均一になり、凹凸面に追従して膜厚が均一な状態に成膜することができる。

また、この発明では、塗布液の帯電した粒子が、これと反対の電位を付与された被処理基板に、電気的吸引力の下で帯電付着するため、その付着状態が長く持続することから、後の被処理基板の処理が容易となる。更にまた、この発明では、塗布液の噴霧が外気から遮断された処理室内で行われ、しかも処理室内が溶剤ガス雰囲気とされるため、塗布液の乾燥が防止されると共に、噴霧された塗布液の流動性が阻止され、帯電した粒子の静電的な移動方向が外気により影響されない。

（２）請求項２又は４記載の発明によれば、塗布膜を形成した後に排気を行い、処理中は排気しないため、処理中の塗布液の流動性を抑えることができる。したがって、上記（１）に加えて、更に塗布膜の膜厚の均一性が図れる。

（３）請求項３記載の発明によれば、塗布膜を形成した後に被処理基板を加熱するため、塗布膜の膜質を安定化させることができる。したがって、上記（１），（２）に加えて、更に塗布膜の成膜を確実に行うことができる。

（４）請求項６記載の発明によれば、保持手段によって保持される被処理基板と塗布液供給手段との間隔を調整することができるので、上記（１）に加えて、更に塗布液の噴霧状態を最適な状態に調整することができる。

以下、この発明の最良の形態について、添付図示に基づいて説明する。

図１は、この発明に係る塗布膜の成膜装置としてのレジスト塗布処理装置を示したものである。

このレジスト塗布処理装置は、図１に示すように、図示しない昇降手段によって昇降するシャッター１１により開閉されるウエハＷの搬入・搬出口１０ａを有する筐体１０を具備しており、これにより外気から遮断された処理室１２を形成している。この筐体１０内には、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）を被処理面である表面が下方になるように真空吸着してウエハＷを保持する保持手段としてのチャック２０と、このチャック２０を回転駆動する回転手段であるモータ２１と、このチャック２０及びモータ２１を上方で支持する支持部材２２とが設けられている。

また、上記筐体１０内の下部には、チャック２０に保持されたウエハＷの表面に向けて、塗布液を帯電した粒子としてミスト状に供給する塗布液供給手段として、レジスト液供給ノズル３０が設けられている。このレジスト液供給ノズル３０は、図示しない昇降手段によって昇降可能な取付台３１上に固定されており、その取付台３１上には落下した塗布液を側方へ流下させる傾斜板３２が配設されている。

更に、このレジスト液供給ノズル３０及びチャック２０を包囲するように処理カップ３３が設けられている。したがって、この処理カップ３３とその上部開口付近に位置するチャック２０及びウエハＷによって、一つの円筒状の噴霧室が形成され、その噴霧室の底部にレジスト液供給ノズル３０が位置する関係になっている。また、この処理カップ３３の内側には、噴霧された塗布液が処理カップ３３側に移行するのを防止するため、処理カップ３３の内壁に沿って、絶縁材料からなる帯電防止板３４が処理カップ３３と同心筒状に設けられている。

そして、ウエハＷに上記粒子と反対の電位を付与する手段として、上記チャック２０とレジスト液供給ノズル３０との間には、噴霧する塗布液の粒子に電荷を与えるべく直流電圧３５が印加されている。この実施形態の場合、噴霧される塗布液の粒子に正の電荷が付与され、これがチャック２０を介して接地された負の電位のウエハＷ側に引きつけられるバイアス関係となっている。なお直流電圧によるバイアスの代わりに、交流分を直流に重畳させた脈動直流電圧を印加させることもできる。

更にまた、上記筐体１０内には、上記支持部材２２に垂下されたチャック２０及びモータ２１を上下方向に移動させて、チャック２０と塗布液供給手段であるノズル３０との間隔を相対的に調整する昇降手段２４が設けられている。

上記昇降手段２４は、上記支持部材２２の一端に装着されて、チャック２０及びモータ２１と共に支持部材２２を上下方向駆動する昇降用モータを有する例えばボールねじ機構により構成されている。なお、支持部材２２の他端部は、筐体１０の天井部に垂下された案内棒２３に摺動可能に嵌装されている。このように構成される昇降手段２４において、昇降用モータを正逆方向に回転駆動することによって、チャック２０及びモータ２１が、処理カップ３３内の所定セット位置である内側位置又は、処理カップ３３の上側に抜けた外側位置に移動されるように構成されている。

上記ウエハＷを外気から遮断して収容した処理室１２には、この処理室１２内に噴霧した塗布液の乾燥を防止し流動性を抑えるための溶剤ガスを供給するため、溶剤ガス供給手段１と排気手段４が接続されている。この場合、上記溶剤ガス供給手段１は、筐体１０の一側端部に設けられた供給口１３に一端が接続する供給管１ａの他端に溶剤供給源２と、供給管１ａに介設され、溶剤ガス生成機能を有する気化器３とで構成されている。なお、供給管１ａには開度量が調整可能な開閉弁Ｖ１が介設されており、この開閉弁Ｖ１は後述する制御手段５０からの制御信号に基づいて開閉し得るようになっている。

また、上記排気手段４は、上記筐体１０の他側端部に設けられた排気口１４に一端が接続する排気管４ａの他端に接続する吸引ポンプ５を具備している。なお、排気管４ａには開度量が調整可能なバタフライ式の開閉弁Ｖ２が介設されており、この開閉弁Ｖ２は後述する制御手段５０からの制御信号に基づいて開閉し得るようになっている。

上記制御手段５０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）にて形成されており、上記処理室１２内の溶剤ガス濃度を検出する圧力センサ６からの検出信号に基づいて上記溶剤ガス供給手段１の開閉弁Ｖ１及び排気手段４の開閉弁Ｖ２に制御信号を伝達するように形成されている。

また、上記ノズル２０には、塗布液供給管３６を介して塗布液供給源であるレジスト収容タンク３７が接続されている。なお、塗布液供給管３６には開度量が調整可能な開閉弁Ｖ３が介設されており、この開閉弁Ｖ３は上記制御手段５０からの制御信号に基づいて開閉し得るようになっている。

次に、上記のように構成されるレジスト塗布処理装置の動作について、図１ないし図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。

まず、図示しない反転機構によってウエハＷの表裏面を反転する（ステップ４−１）。この状態で図示しない搬送アームによって、ウエハＷをレジスト塗布処理装置に搬送し、ウエハＷをチャック２０にて吸着保持する（ステップ４−２）。また開閉弁Ｖ１を開き、溶剤供給源２から供給される溶剤を気化器３でガス化して処理室１２内に溶剤ガスを導入し、処理室１２を溶剤ガス雰囲気で置換する（ステップ４−３）。このとき排気手段４の開閉弁Ｖ２は閉じておく。

次に、チャック２０と共にウエハＷを水平方向に回転させる。そして、チャック２０とレジスト液供給ノズル３０との間に直流電圧３５を印加し、これにより生じた電界内に、レジスト液供給ノズル３０から正に帯電された粒子のレジスト液３９を噴霧する（ステップ４−４）。その際、図２に示すように、レジスト液の大きな粒子４０は重力により下方に落下し、所定の大きさのレジスト液粒子のみがウエハＷに到達するように、予め、昇降手段２４によりウエハＷの高さ位置を調整し、或いは昇降可能な取付台３１の高さ位置を加減し、ウエハＷとレジスト液供給ノズル３０間の間隔を適切に設定しておく。また、これと相対的な設定条件として、印加する直流電圧３５も予め適切な値に設定しておく。

このようにすると、上記正に帯電されてミスト状に噴射されたレジスト液の粒子は、電界によりウエハＷまで引き付けられ、静電的な力でウエハ表面に付着する。その際、図２に示すように、レジスト液の大きな粒子４０は重力により下方に落下する。したがって、レジスト液の大きさの揃った小さな粒子４１が静電的にウエハＷの表面に付着する。このため、厚さの均一な塗布膜４２をウエハＷの表面の凹凸に追従し成膜することができる。

なお、下方の傾斜面３２に落下した粒子の大きいレジスト液は、傾斜面３２より下方に流下して、処理室１２内の下部に設けたドレイン３８より回収される。また処理カップ３３の内壁面の方向へ移行しようとするレジスト液粒子は、帯電防止板３４にその移動が阻止され、処理カップ３３の内壁面に付着することが防止される。

レジスト塗布処理が終了すると、開閉弁Ｖ２を開き、吸引ポンプ５により排気を行う（ステップ４−５）。これにより、ウエハＷに塗布されたレジスト膜の流動性が抑制される。そして、図示してない主ウエハ搬送機構により、ウエハＷをレジスト塗布処理装置から搬出し（ステップ４−６）、反転機構によって表裏面を反転して表面を上向きにし（ステップ４−７）、次に、ホットプレートユニット（図示せず）内へ搬入する（ステップ４−８）。そして、この表面を上側にしたウエハＷは、ホットプレートユニット内で図３に示すように載置台６０上に被処理面を上にして載置され、所定温度例えば１００℃で所定時間プリベーク処理される（ステップ４−９）。この熱処理によって、ウエハＷ上の塗布膜４２から残存溶剤が蒸発除去され、塗布膜の膜質が安定化する。プリベーク処理後、主ウエハ搬送機構によってホットプレートユニット内からウエハＷを搬出して処理は終了する（ステップ４−１０）。

上記実施形態では、レジスト液供給ノズル３０が１つの場合について説明したが、事情によっては複数個のレジスト液供給ノズルを設けることもできる。またレジスト液供給ノズル３０はレジスト液を噴霧できればよく、その後のレジスト液の粒子は静電的吸引力でウエハＷに引き付けられるので、レジスト液供給ノズル３０の設置位置は必ずしもウエハＷの真下である必要はない。レジスト液供給ノズル３０はウエハＷの下方で任意の場所に設置することができる。

また上記実施形態では、レジスト液供給ノズル３０側に正の電位を付与する場合について述べたが、ウエハＷ側に正の電位を付与することもできる。またウエハＷ側又はレジスト液供給ノズル３０側のいずれを接地するかも自由である。

更にまた、レジスト液の粒子にレジスト液供給ノズル３０と異なるより高い電位を付与したり、必要に応じ、レジスト液供給ノズル３０の前にレジスト液粒子を加速又は減速させる電位を付与した制御グリッドを設けることも可能である。

この発明に係る塗布膜の成膜装置の一例を示す概略断面図である。 この発明に係る成膜装置により形成される塗布膜の一形態を示す要部拡大図である。 この発明の成膜方法において、塗布膜を形成した後、被処理基板を加熱して塗布膜の膜質を安定化させる工程を示す概略斜視図である。 この発明に係る成膜装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 溶剤ガス供給手段
２ 溶剤供給源
３ 気化器
４ 排気手段
５ 吸引ポンプ
１０ 筐体
１０ａ 搬入・搬出口
１２ 処理室
２０ チャック（保持手段）
２１ モータ
２４ 昇降手段
３０ レジスト液供給ノズル（塗布液供給手段）
３３ 処理カップ
３４ 帯電防止板
３５ 直流電圧
３７ レジスト液収容タンク
３９ レジスト液
４０ 大きな粒子
４１ 小さな粒子
４２ 塗布膜
５０ 制御手段
６０ ホットプレート載置台

Claims (6)

1. 表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜方法であって、
   上記被処理基板を表面が下向きの状態で外気から遮断された処理室内に搬送する工程と、
   上記処理室内を溶剤ガス雰囲気に置換する工程と、
   上記被処理基板を水平方向に回転しつつ塗布液を帯電した粒子として被処理基板の表面に向かって噴霧すると共に、被処理基板に上記粒子と反対の電位を付与して、被処理基板の表面に塗布液を帯電付着する工程と、
   を有することを特徴とする塗布膜の成膜方法。
2. 請求項１記載の塗布膜の成膜方法において、
   上記被処理基板の表面に塗布液を付着して塗布膜を形成した後、上記処理室内の溶剤ガスを排気する工程を更に有することを特徴とする塗布膜の成膜方法。
3. 請求項１又は２記載の塗布膜の成膜方法において、
   上記被処理基板の表面に塗布膜を形成した後に、上記被処理基板を加熱して塗布膜の膜質を安定化させる工程を更に有することを特徴とする塗布膜の成膜方法。
4. 表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜装置であって、
   上記被処理基板を外気から遮断して収容する処理室と、
   上記処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段と、
   上記処理室内に配設されて、上記被処理基板を表面が下向きになるように回転可能に保持する保持手段と、
   上記処理室内に配設されて、上記被処理基板の表面に向けて塗布液を帯電した粒子としてミスト状に供給する塗布液供給手段と、
   上記被処理基板に上記粒子と反対の電位を付与する手段と、
   を有することを特徴とする塗布膜の成膜装置。
5. 請求項４記載の塗布膜の成膜装置において、
   上記処理室内の溶剤ガスを排気する排気手段を更に有することを特徴とする塗布膜の成膜装置。
6. 請求項４又は５記載の塗布膜の成膜装置において、
   上記保持手段と塗布液供給手段の一方又は双方を、両者の間隔を相対的に調整移動可能に構成したことを特徴とする塗布膜の成膜装置。

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