JP2007271736A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】フォトレジストパターンを溶解し所望のレジストパターンを形成するリフロー処理において、充分な膜厚均一性を有するレジストパターンを形成することができ、且つ、生産効率の低下を抑制することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板Gが載置されると共に、基板載置面の温度を所定温度として基板温度を調整するための温調プレート11と、チャンバ10内にフォトレジストの溶剤雰囲気を供給する溶剤雰囲気供給手段14〜18と、チャンバ10内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段23と、前記温調プレート11の設定温度を制御すると共に前記雰囲気温度検出手段23による検出温度が入力される制御手段24とを備え、前記制御手段24は、設定している前記温調プレート11の温度と、前記雰囲気温度検出手段23により検出された雰囲気温度とを比較し、該比較結果に基づいて温調プレート11の設定温度を制御する。
【選択図】図2

Description

本発明は、フォトリソグラフィ工程により形成されエッチングマスクとして使用されたレジストパターンを溶解し、新たなレジストパターンを形成するリフロー処理を行う基板処理装置及び基板処理方法に関する。
例えばLCD(液晶ディスプレイ)製造工程におけるアモルファスSiTFT(アモルファスシリコン薄膜トランジスタ)の形成においては、複数回のエッチング処理が必要とされる。このため従来は、複数回のフォトリソグラフィ工程、即ち露光・現像処理を行い、フォトレジストパターンを形成している。
しかしながら、TFT形成工程において、エッチングで得たいパターン毎に塗布現像装置と露光装置とが必要となり、装置にかかるコストが高くなるという課題があった。
このような課題に対し、一度エッチングマスクとして使用したレジストパターンを溶解し変形することにより、新たなレジストパターンを形成するリフロー処理が注目されている。このリフロー処理によれば、二度目のレジストパターン形成において、塗布現像装置及び露光装置を用いた処理を必要とせず、装置コストを低減し、製造効率を向上することができる。このリフロー処理を用いたTFT形成工程について図を用いて説明する。
アモルファスSiTFTを形成する場合、図6(a)に示すように、ガラス基板200に形成されたゲート電極201上に、絶縁層202、a−Si層(ノンドープアモルファスSi層)203aとn+a−Si層(リンドープアモルファスSi層)203bからなるSi層203、ドレイン・ソース電極を形成するためのメタル層205が順に積層される。
そして、メタル層205をエッチングするため、フォトリソグラフィ工程により、メタル層205上にフォトレジストが成膜され、露光、現像処理によりレジストパターン206が形成される。但し、このレジストパターン206は、光の透過率に差が設けられたハーフトーンマスクを用いるハーフ露光処理により、異なる膜厚(厚膜部と薄膜部)を有するものとなされる。尚、ハーフ露光技術については、特許文献1に開示されている。
レジストパターン206は、メタル層205をエッチングするためのマスクとして使用され、エッチング後は図6(b)に示すようにメタル層205の非マスク部分がエッチングされる。
メタルエッチングによりレジスト層206の表面には、ウェットエッチング液の影響によりレジストが変質した変質層207が形成される。そこで、リフロー処理の前処理として、この変質層207を除去する処理を行う。
この前処理においては、アルカリ溶液がウェットエッチング液として変質層207に塗布され、これにより図6(c)に示すように変質層207が除去される。
次いで再現像処理により、図6(d)に示すように次のレジストパターン形成においてマスクが不要な薄膜部のレジスト206を除去し、マスクしたいターゲットTg周辺のレジスト(厚膜部)のみを残す処理が行われる。
次いで図6(d)に示すようにレジスト206が残された状態から、レジスト206に溶解雰囲気を曝すことによりレジスト206の溶解、拡散処理(リフロー処理)が行われ、図6(e)に示すようにターゲットTg上にレジスト層が形成される。
尚、このレジスト層形成後は、図7(a)に示すようにメタル層205をマスクとしてSi層203のエッチングを行い、図7(b)に示すようにレジスト層206を除去する。そして、図7(c)に示すように、チャネル領域におけるn+a−Si層203bのエッチングが行われ、TFTが形成される。
特開2005−108904号公報
ところで前記リフロー処理では、従来、チャンバ内で一定温度に設定された温調プレート上に基板が載置され、そのプレートにより温度調整された基板がシンナー等の溶剤雰囲気に曝され、フォトレジストが溶解される。
そこで本発明者は、基板温度と溶剤雰囲気温度との関係が、フォトレジストの溶解度に対しどのような影響を与えるのか実験等を実施し、鋭意研究を行った。
その結果、図8のグラフに示すように、例えば溶剤雰囲気の温度(24℃)よりも基板温度が低い場合、その温度差が大きくなるほど(基板温度が低くなるほど)、溶解されるフォトレジストの広がり量が大きく増加することを知見するに至った。この現象は、溶剤雰囲気温度よりも基板温度が低い程、基板表面に溶剤の結露が生じやすく、これにより溶解が促進されるものと考察された。
尚、広がり量とは、((リフロー後のレジストの幅)−(元のレジストの幅))/2(μm)で定義される。
一方、基板温度が溶剤雰囲気の温度(24℃)以上の場合、基板温度が雰囲気温度+2℃までは2.43μm〜0.54μmと、少量の広がり量を確認できたが、それより基板温度が高い場合には殆ど広がり量に変化がないことを知見するに至った。
この図8のグラフに示される結果は、ある一定濃度の溶剤雰囲気の温度(24℃)に対し基板温度が低くフォトレジストの広がり量が多い場合、溶解速度が速くなることを示しているが、その場合、レジストが広範囲に広がりすぎ、マスクしたいターゲットに対し充分な膜を形成することができないという課題があった。
一方、基板温度が雰囲気温度+2℃より大きい場合、殆ど溶解処理が進行しないことを示しており、その場合、リフロー処理に長い処理時間を要し、生産効率が低下するという課題があった。
さらに、本発明者は、図9のグラフに示すように、温調プレート温度よりも溶剤雰囲気の温度が高い場合には、処理時間中に基板温度が雰囲気温度の影響により上昇することを知見するに至った。
この図9のグラフに示される結果は、溶剤雰囲気の温度よりも基板温度が低く設定されている場合、基板温度がリフロー処理中において変化して面内不均一となることを示している。即ち、その場合、基板面内においてレジストの広がり量に差異が生じ、レジストパターンの膜厚が基板面内において不均一となり、断線、短絡等のパターン不良が生じるという課題があった。
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、フォトレジストパターンを溶解し所望のレジストパターンを形成するリフロー処理において、充分な膜厚均一性を有するレジストパターンを形成することができ、且つ、生産効率の低下を抑制することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明にかかる基板処理装置は、チャンバ内において、基板に形成されたフォトレジストパターンを溶解し、新たなフォトレジストパターンを形成する基板処理装置であって、前記基板が載置されると共に、基板載置面の温度を所定温度として基板温度を調整するための温調プレートと、チャンバ内にフォトレジストの溶剤雰囲気を供給する溶剤雰囲気供給手段と、チャンバ内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、前記温調プレートの設定温度を制御すると共に前記雰囲気温度検出手段による検出温度が入力される制御手段とを備え、前記制御手段は、設定している前記温調プレートの温度と、前記雰囲気温度検出手段により検出された雰囲気温度とを比較し、該比較結果に基づいて温調プレートの設定温度を制御することに特徴を有する。
また、前記課題を解決するために、本発明にかかる基板処理方法は、チャンバ内において、基板に形成されたフォトレジストパターンを溶解し、新たなフォトレジストパターンを形成する基板処理方法であって、前記基板を温調プレートに載置し、基板載置面の温度を所定温度として基板温度を調整するステップと、チャンバ内にフォトレジストの溶剤雰囲気を供給するステップと、チャンバ内の雰囲気温度を検出するステップと、設定している前記温調プレートの温度と、前記検出した雰囲気温度とを比較し、該比較結果に基づいて温調プレートの設定温度を制御するステップとを実行することに特徴を有する。
また、前記温調プレートの設定温度は、溶剤雰囲気温度≦温調プレートの設定温度≦溶剤雰囲気温度+2℃の条件を満足するよう制御することが望ましい。
前記したように、基板温度が雰囲気温度よりも大幅に低い場合には、レジストの溶解速度は速いがレジストが広がりすぎ、マスクしたいターゲットに対し充分な膜を形成することができず、さらに基板面内の温度差異により膜厚が不均一となる。また、基板温度が雰囲気温度+2℃より大きいと、殆どレジストの広がり量が得られず、処理に時間を要し生産効率が低下する。
しかしながら、前記の本発明に係る基板処理装置及び基板処理方法により、基板温度(温調プレートの設定温度)を、溶剤雰囲気温度≦温調プレートの設定温度≦溶剤雰囲気温度+2℃の条件を満たすよう制御することにより、図8に示したように少量(2.43μm〜0.54μm)の広がり量を得ることができる。即ち、広がり量を少量の状態で維持しながら安定してレジストを溶解することができるため、充分な膜厚均一性を有するレジストパターンを得ることができ、生産効率の低下も抑制することができる。
本発明によれば、フォトレジストパターンを溶解し所望のレジストパターンを形成するリフロー処理において、充分な膜厚均一性を有するレジストパターンを形成することができ、且つ、生産効率の低下を抑制することができる基板処理装置及び基板処理方法を得ることができる。
以下、本発明に係る基板処理装置及び基板処理方法につき、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図1は、本発明に係る基板処理装置としてのリフローユニットを具備するリフローパターン形成装置のレイアウトを示す平面ブロック図である。
図1に示すリフローパターン形成装置1は、例えばTFT形成のため、塗布現像処理装置(COT/DEV)50及び露光装置(Exp)51においてレジストパターン形成、エッチング装置(Etching)52によりエッチング処理が施された基板Gに対し、レジストパターンのリフロー処理を行い、レジストパターンを再形成するための装置である。
このリフローパターン形成装置1は、複数の基板Gをカセット単位で外部(エッチング装置)から搬入出したり、カセットに対して基板Gを搬入出したりするカセットステーション(C/S)2を備える。
また、カセットステーション2に隣接して基板処理部3が設けられ、この基板処理部3は、各ユニット間での基板Gの搬送及び各ユニットに対する基板Gの搬入出を行うアーム装置を有する基板搬送部(M/A)4を有する。そして、図中矢印で示す基板処理方向に沿って基板搬送部4の左右には、基板Gを処理するための複数の処理ユニットが配置されている。
処理ユニットとして、図中、矢印で示す処理方向に沿って基板搬送部4の右側には、フォトレジストに生じた変質層を除去するための前処理を行うリムーバユニット(RM)5と、再現像処理を行うことにより不要なレジストを除去する再現像ユニット(RDV)6とが配置される。
さらに、リムーバユニット5/再現像ユニット6に隣接して、フォトレジストを溶解するリフローユニット(RF)7が配置される。
また図中、基板処理方向に沿って基板搬送部4の左側には、複数のホットプレート及びクールプレートからなる熱処理装置(HP/COL)8が配置される。
次に、本発明に係る基板処理装置としてのリフローユニット7についてさらに説明する。図2は、リフローユニット7の概略構成を示す断面図である。
図示するように、リフローユニット7においては、ベースチャンバ10a上にアッパーチャンバ10bが着脱自在に装着され、アッパーチャンバ10b装着時には内部に密閉空間を形成するチャンバ10を具備する。
チャンバ10内の中央には、基板Gを基板載置面に載置し、基板載置面の温度を所定温度として基板Gを温度調整するための温調プレート11が設けられる。この温調プレート11の内部には、温調水が循環する温調水流路12が形成され、この温調水流路12は、チャンバ外部に設けられた温調器13に接続されている。即ち、温調器13に循環水が供給され、温調器13において所定の水温に調整されて、温調プレート11が所定の温度に調整されるように構成されている。
また、チャンバ10内には、溶剤雰囲気供給手段により上方から下方に向けて溶剤雰囲気としてシンナーガス流が形成される。即ち、溶剤雰囲気供給手段として、チャンバ10内にガス供給口14、ガス排気口15、チャンバ10外にガス供給管16、ガス濃度調整器17、ガス排気管18が設けられている。具体的には、アッパーチャンバ10bの天井に形成された複数のガス供給口14からシンナーガスが供給され、ベースチャンバ10aの底面に形成された複数のガス排気口15からシンナーガスが排出されるようになされている。
ガス供給口14にはガス供給管16が接続され、このガス供給管16にはガス濃度調整器17により濃度が50〜100%に調整されたシンナーガスが供給されるように構成されている。尚、ガス濃度調整器17には、所定流量のN2ガスが供給され、気化されたシンナーがN2ガスと共にガス供給管16に供給される。一方、ガス排気口15にはガス排気管18が接続され、チャンバ内の雰囲気を排出するように構成されている。
また、チャンバ10内においては、シンナーガスをチャンバ内に拡散するための拡散スペーサ19と、拡散スペーサ19により拡散されたシンナーガスの流れる方向を均一化するための均一化プレート20と、ガス排気口15に向けてガスを整流するための排気整流板21とが設けられている。
また、チャンバ10内には雰囲気温度検出手段として雰囲気温度センサ23が設けられ、チャンバ内雰囲気の温度を検出するようになされている。
雰囲気温度センサ23の検出結果は、温調器13を制御する制御手段である制御部24に出力され、制御部24ではセンサ検出結果に基づいて温調プレート11に供給される温調水温度を制御するようになされている。
続いて、リフローパターン形成装置1による処理工程及びリフローユニット7での処理工程について夫々説明する。先ず、図3のフローに従い、図1のブロック図及び既に説明した図6の基板断面図を用いて、リフロー処理全体の流れについて説明する。
先ず、エッチング装置52より搬送された基板Gが収容されたカセットステーション2から、1枚の基板Gが基板搬送部4によりリムーバユニット5に搬送される。尚、図6(a)に示すように、この基板Gに形成されたフォトレジストパターン206は、塗布現像処理装置50及び露光装置51において、リフロー処理で必要なフォトレジストを厚膜に形成し、不要なフォトレジストを薄膜に形成するハーフ露光処理が施されている。
リムーバユニット5において基板Gは、図6(b)に示すようにエッチング処理によりフォトレジスト206の表面に生じた変質層207を例えばアルカリ溶液に曝すことにより除去する前処理が行われる(図3のステップS1)。
リムーバユニット5での前処理後、図6(c)に示す状態の基板Gは、基板搬送部4により再現像ユニット6に搬送される。
そこで基板Gは、不要な薄膜部分のレジストを除去するために再現像処理が行われ、図6(d)に示すように厚膜部分のレジストが残る状態となされる(図3のステップS2)。即ち、マスクすべき所定エリアであるターゲットTgの周囲にレジスト206が残る状態になされる。
次いで基板Gは基板搬送部4により熱処理装置8に搬送されて所定の加熱処理及び冷却(温度調整)処理が行われた後、基板搬送部4によりリフローユニット7に搬送され、そこでレジスト206を溶解するリフロー処理が行われる(図3のステップS3)。そして処理レシピに定められた所定時間の間、フォトレジストの溶解処理を行うことにより、ターゲットTgをマスクするレジストパターンが形成される。
また、リフローユニット7でのレジストパターン形成がなされた基板Gは、基板搬送部4により熱処理装置8に搬送され、加熱によるレジストパターンの定着処理が行われる。そして、再び基板搬送部4によりカセットステーション2のカセットに戻され、その後、エッチング装置52に搬送される。
次に、図4のフロー図に従い、図2のリフローユニット7の断面図を用いてリフローユニット7での処理工程について説明する。
先ず、温調プレート11上に基板Gが載置され、温調プレート11の温度が温調器13により所定の温度(例えば24℃)に設定される。そしてチャンバ10内にガス濃度調整器17によって濃度が所定濃度に調整されたシンナーガスが供給され、リフロー処理が開始される(図4のステップS31)。
リフロー処理開始後、雰囲気温度センサ23によりチャンバ内の雰囲気温度が検出され、検出結果が制御部24に供給される(図4のステップS32)。
制御部24では、設定している温調プレート11の温度と雰囲気温度センサ23により検出された温度とを比較し(図4のステップS33)、プレート設定温度が雰囲気温度より低い場合は(図4のステップS34)、プレート設定温度を、雰囲気温度≦温調プレートの設定温度≦雰囲気温度+2℃の範囲となるよう設定する(図4のステップS35)。
一方、プレート設定温度が雰囲気温度より高い場合は(図4のステップS34)、温調プレートの設定温度≦雰囲気温度+2℃の範囲であるかを判定し(図4のステップS37)、その範囲外である場合には範囲内となるようにプレート温度を設定する(図4のステップS35)。
そして、このようにプレート温度が、雰囲気温度≦温調プレートの設定温度≦雰囲気温度+2℃の範囲となされると、処理レシピに定められた所定時間が経過したかを判定し(図4のステップS36)、経過していない場合は、所定時間が経過するまで、リフロー処理の間、ステップS32からの処理を繰り返して行う。
尚、このフローに示すように温調プレート11の設定温度の範囲を制御するのは、図8のグラフに示したように、少量の広がり量であっても安定して溶解を進行させることのできる温度範囲であるためである。
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、溶剤雰囲気によりフォトレジストを溶解し、所定エリアをマスクするリフロー処理において、溶剤雰囲気の温度を検出し、検出された雰囲気温度に基づき基板温度を調整することにより、安定したレジスト溶解を行うことができる。
即ち、広がり量を少量の状態で維持しながら安定してレジストを溶解することができるため、充分な膜厚均一性を有するレジストパターンを得ることができ、生産効率の低下も抑制することができる。
尚、前記実施の形態において図2に示したリフローユニット7の構成は、チャンバ10内に供給されるシンナーガスに対し、温度調整がなされないものであるが、その構成に限定せず、温調プレート11の温度設定に合わせて雰囲気温度が調整される構成としてもよい。
その場合、例えば図5に示すように、温調水が流れる温調水流路12とガス供給管16とがチャンバ10内に導入される前に螺旋状に絡む螺旋部25を設ける構成としてもよい。但しこの場合、チャンバ10の下方から上方に向けてシンナーガスが供給される。
このような構成によれば、シンナーガスは螺旋部25において温調水により温調プレート11の設定温度に近づけられた後、チャンバ内に供給される。即ち、雰囲気温度センサ23により検出された雰囲気温度が温調水設定温度より低い場合には、濃度調整器17から供給されたシンナーガスが螺旋部25を通過することにより、温調水よりも少し低めの温度(2℃以内)にまで上げられる。反対に雰囲気温度センサ23により検出された雰囲気温度が温調水設定温度より高い場合には、温調水温度が前記雰囲気温度よりも高い温度に再設定される。
したがって、図5の構成によれば、元の雰囲気温度よりも高い範囲で、温調プレート11を所望の温度に設定することができるというメリットを得ることができる。
本発明は、複数回に亘りフォトレジストパターンを形成する工程に適用することができ、電子デバイス製造業界等において好適に用いることができる。
図1は、本発明に係る基板処理装置としてのリフローユニットを具備するリフローパターン形成装置のレイアウトを示す平面ブロック図である。 図2は、リフローユニットの概略構成を示す断面図である。 図3は、リフローパターン形成装置による基板処理工程を示すフローである。 図4は、リフローユニットによる基板処理工程を示すフローである。 図5は、リフローユニットの他の概略構成形態を示す断面図である。 図6は、リフロー処理によりガラス基板に形成されるTFTの形成過程を説明するための基板の状態を示す断面図である。 図7は、リフロー処理によりガラス基板に形成されるTFTの形成過程を説明するための基板の状態を示す断面図である。 図8は、基板温度とフォトレジストの広がり量との関係を示すグラフである。 図9は、温調プレート温度と溶剤雰囲気の温度と基板温度との時間経過に伴う変化を示すグラフである。
符号の説明
1 リフローパターン形成装置
2 カセットステーション
3 基板処理部
4 基板搬送部
5 リムーバユニット
6 再現像ユニット
7 リフローユニット(基板処理装置)
8 熱処理装置
10 チャンバ
11 温調プレート
12 温調水流水路
13 温調器
14 ガス供給口(溶剤雰囲気供給手段)
15 ガス排気口(溶剤雰囲気供給手段)
16 ガス供給管(溶剤雰囲気供給手段)
17 ガス濃度調整器(溶剤雰囲気供給手段)
18 ガス排気管(溶剤雰囲気供給手段)
19 拡散スペーサ
20 均一化プレート
21 排気整流板
23 雰囲気温度センサ(雰囲気温度検出手段)
24 制御部(制御手段)
25 螺旋部
G 基板

Claims (4)

  1. チャンバ内において、基板に形成されたフォトレジストパターンを溶解し、新たなフォトレジストパターンを形成する基板処理装置であって、
    前記基板が載置されると共に、基板載置面の温度を所定温度として基板温度を調整するための温調プレートと、チャンバ内にフォトレジストの溶剤雰囲気を供給する溶剤雰囲気供給手段と、チャンバ内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、前記温調プレートの設定温度を制御すると共に前記雰囲気温度検出手段による検出温度が入力される制御手段とを備え、
    前記制御手段は、設定している前記温調プレートの温度と、前記雰囲気温度検出手段により検出された雰囲気温度とを比較し、該比較結果に基づいて温調プレートの設定温度を制御することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記制御手段は、
    溶剤雰囲気温度≦温調プレートの設定温度≦溶剤雰囲気温度+2℃
    の条件を満足するよう前記温調プレートの設定温度を制御することを特徴とする請求項1に記載された基板処理装置。
  3. チャンバ内において、基板に形成されたフォトレジストパターンを溶解し、新たなフォトレジストパターンを形成する基板処理方法であって、
    前記基板を温調プレートに載置し、基板載置面の温度を所定温度として基板温度を調整するステップと、
    チャンバ内にフォトレジストの溶剤雰囲気を供給するステップと、
    チャンバ内の雰囲気温度を検出するステップと、
    設定している前記温調プレートの温度と、前記検出した雰囲気温度とを比較し、該比較結果に基づいて温調プレートの設定温度を制御するステップとを実行することを特徴とする基板処理方法。
  4. 前記温調プレートの設定温度を制御するステップにおいて、
    溶剤雰囲気温度≦温調プレートの設定温度≦溶剤雰囲気温度+2℃
    の条件を満足するよう前記温調プレートの設定温度を制御することを特徴とする請求項3に記載された基板処理方法。
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