JP2007523471A - ポリマー溶液を基板上に塗布する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ポリマー溶液を基板、例えば半導体ウェーハ上に塗布する方法及び装置を提供する。本発明による方法は、基板を用意するステップを有する。ポンプを用いてポリマー溶液を基板の表面上に小出しする。ポンプは、バッファタンク及びポリマー溶液源と直列に連結され、ポンプは、ポリマー溶液を小出しするために、連続流路内のポリマー溶液をポリマー溶液源及びバッファタンクから引き出す。ポリマー溶液源は、ポリマー溶液をポリマー溶液源からバッファタンク内に移送することができる圧力源に連結されている。バッファタンクは、ポンプが空気を引き込んでこれを基板の表面上に小出しするのを防止するためにポリマー溶液を比較的一定のレベルに維持するよう構成されている。

Description

本明細書の開示内容は、ポリマー溶液、例えばフォトレジストポリマー溶液を基板、例えばシリコン基板の表面全体に塗布する方法及びシステムに関する。

集積回路の製造では、マスクに施された幾何学的形状を半導体ウェーハの表面に転写する。しかる後、これら幾何学的形状に対応し又は幾何学的形状相互間の領域に対応した半導体ウェーハをエッチングにより除去する。半導体ウェーハへのマスクからの形状の転写は、典型的には、リソグラフィプロセスを含む。これは、感光性プレポリマー溶液を半導体ウェーハに塗布するステップを含む。プレポリマー溶液中の溶剤を蒸発により除去し、その結果得られたポリマーフィルムをベーキング（焼成）する。フィルムを、所望の幾何学的パターンを支持したフォトマスクを通して放射線、例えば紫外線に当てる。次に、ウェーハを現像液中に浸漬することにより、感光性物質中の像を現像する。感光性物質の性状に応じて、現像プロセス中に露出し又は露出していない領域を除去する。しかる後、ウェーハをエッチング液中に入れ、このエッチング液は、感光性物質によっては保護されていない領域を除去する。感光性物質は、エッチングプロセスに対するこれらの抵抗に起因して、フォトレジストとも呼ばれている。これら感光性物質は例えば、紫外線、電子ビーム、ｘ線又はイオンビーンに対して敏感である。

フォトレジスト溶液を基板上に小出しするための装置及び方法が開発された。典型的には、この装置は、フォトレジスト溶液の入ったリザーバに連結されているポンプを有する。リザーバをフォトレジスト溶液源からのフォトレジスト溶液で満たすのがよい。典型的には、フォトレジスト溶液をフォトレジスト溶液源からリザーバ内に移送するのに真空源を用いるのがよい。現行の装置及び方法に関する問題の１つは、基板に塗布されたフォトレジストのフォトレジスト膜が不均一であるということにある。例えば、フォトレジスト溶液源が低レベル状態にあり、交換が必要とされる場合、微小な泡及び空気が、装置に入り込む場合があり、それによりフォトレジスト膜の不均一性を生じさせる。加うるに、フォトレジスト溶液を移送するために真空が用いられる場合、はねかけ（splattering）がリザーバ中に生じがちであり、それにより、ポリマー溶液の粘度が経時的に変化し又は増大し、結果的に得られる膜のレベリングを阻害する。これにより、フォトレジスト膜の厚さに関する不均一性が生じる。

フォトレジスト溶液（又は他のポリマー溶液）のコストが高いので、塗布プロセスの効率を上げてポリマー溶液の消費量を最小限に抑える方法を案出することが望ましい。さらに、フォトレジスト層の厚さの均一性は、集積回路の製造における重要な基準である。厚さの均一性は、半導体ウェーハ上への幾何学的形状の満足のいく再現を保証する。

開示内容は添付の図面の図に実施形態により非限定的に示されている。添付の図中、同一の符号は同様な要素を示している。本発明は、以下の説明及び本発明の実施形態を示すために用いられている添付の図面を参照することにより最もよく理解できる。

説明対象の実施形態の特徴は、特許請求の範囲に具体的に記載されている。これら実施形態は、以下の説明及び添付の図面を参照することにより最もよく理解され、図中、互いに実質的に同じ部品は、同一の参照符号で示されている。

本発明の一特徴では、一実施形態は、基板の表面にポリマー溶液を塗布する方法を含み、この方法では、基板を用意する。バッファタンク及びポリマー溶液源に直列に連結されたポンプを有する塗布装置を用いて、ポリマー溶液を基板上に小出しし、ポンプは、ポリマー溶液を小出しするために、連続流路内のポリマー溶液をポリマー容器源及びバッファタンクから引き出す。ポリマー溶液源は、ポリマー溶液をポリマー溶液源からバッファタンク内に移送することができる圧力源に連結されている。バッファタンクは、ポンプが空気を基板の表面上に小出しするのを防止するために、ポリマー溶液のレベルを比較的一定に維持するようになっている。バッファタンクは、それが所定レベルまで満たされるので、ポンプがポリマー溶液を引き出しても、ポリマー溶液のレベルを比較的一定に維持するようになっており、ポンプは、連続流路内のポリマー溶液をポリマー溶液源から引き出す。かくして、バッファタンク内のポリマー溶液は、比較的一定のレベルに維持される。

本発明の別の特徴では、実施形態は、ポリマー溶液塗布装置を含む。ポリマー溶液塗布装置は、基板を支持する基板ステーションを有する。基板ステーションは、回転自在であるのがよい。ポリマー溶液を基板の表面の全体に小出しするポンプが設けられる。ポンプに直列に連結されたバッファタンク及びポリマー溶液源が設けられ、バッファタンクは、ポリマー溶液源とポンプとの間に連結される。ポンプは、連続流路内のポリマー溶液をポリマー溶液源及びバッファタンクから導き出し又は引き出すよう構成されている。バッファタンクは、ポンプが空気を引き込んでこれを基板の表面上に小出しするのを防止するようポンプ溶液のレベルを比較的一定に維持するようになっている。瞬時弁が、ポリマー溶液原に結合されている。瞬時弁は、要求された時にバッファタンクを満たすように、ポリマー溶液源内へのガスの圧力の制御された供給を可能にする。瞬時弁は又、オペレータがガス源を移動するのを忘れた場合、ガスをポリマー溶液源内に連続的に供給することを防止するために使用できる。圧力がポリマー溶液源に加えられると、幾分かのポリマー溶液が移送されてバッファタンクを所定レベルまで満たす。

本発明の別の特徴では、実施形態は、基板の表面にポリマー溶液を塗布する方法を含む。この方法は、基板を回転可能な基板ステーション上に固定するステップを有する。バッファタンク及びポリマー溶液源に直列に連結されたポンプを有する塗布装置を用いて、ポリマー溶液を基板の表面上に小出しする。ポンプは、連続流路内のポリマー溶液をポリマー溶液源及びバッファタンクから引き出して、ポリマー溶液を基板の表面上に小出しする。バッファタンク内のポリマー溶液のレベルを一定に維持して、ポンプが空気を基板の表面上に小出しすることを防止する。ポリマー溶液を表面上に小出ししながら基板をスピン又は回転させる。

例示の実施形態を特定の形態及び技術を参照して説明する。当業者であれば理解されるように、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内に含まれた状態で種々の変更及び改造を行うことができる。加うるに、周知の要素、ポンプ、センサ、管、方法ステップ等は詳細には記載されていない。以下の説明及び図面は、本発明の例示であり、本発明を限定するものと解釈されてはならない。

本発明の実施形態は、基板、例えば半導体ウェーハの表面にポリマー溶液、例えばフォトレジスト溶液を塗布する方法及び装置に関する。加うるに、これら実施形態は、ポリマー溶液を基板に被着させたときに形成される被膜の厚さの均一性を向上させ、かかる溶液の無駄を減少させる方法及び装置に関する。特に、これら方法及び装置を、特に、集積回路の製造に用いられる半導体ウェーハ及び半導体ウェーハの表面へのフォトレジストプレポリマー溶液の塗布に関連して説明する。集積回路製造に用いられる膜（フィルム）又は被膜は、フォトレジスト層には限定されず、例えば、有機平坦化フィルム、反射防止膜、シロキサンＳＯＧ（spin-on-glass）膜、ポリイミド膜及びポリイミドシロキサン膜のような物質を含む場合があることは理解されよう。

一実施形態では、ポリマー溶液、例えばフォトレジスト溶液は、約１０重量％〜約５０重量％の溶質含有量を有する。一実施形態では、フォトレジスト溶液は、遠紫外フォトレジストポリマーである。

図１は、ポリマー溶液塗布装置、即ち、コーティング装置１００を示しており、この塗布装置を用いると、ポリマー層、例えばフォトレジストを基板、例えば半導体ウェーハ１２０に塗布することができる。一実施形態では、ポリマー溶液塗布装置１００は、ポンプ１０２、イネーブル弁１０４、バッファタンク１０６、ポリマー溶液源１０８、圧力源１１０及び瞬時弁１１２を有している。ポンプ１０２、ポリマー溶液源１０８及びバッファタンク１０６は、互いに直列に連結されており、したがって、ポリマー溶液をウェーハ１２０の表面上に小出しするために、ポンプ１０２がポリマー溶液を導き出し又は引き出すとき、ポンプは、連続流路内のポリマー溶液をポリマー溶液源１０８からバッファタンク１０６を通して引き出す。一実施形態では、ポンプ１０２からの小出しライン１１４が、ポリマー溶液をウェーハ１２０の上に小出しするために設けられている。小出しライン１１４は、当該技術分野において知られているように、ポリマー溶液をウェーハ１２０の上に小出しする小出しヘッド（図示せず）を有するのがよい。流体ライン１３０（例えば、管類）が、ポリマー溶液源１０８をバッファタンク１０６に連結している。流体ライン１２８（例えば、管類）が、バッファタンク１０６をポンプ１０２に連結している。流体ライン１３０は、ポリマー溶液源１０８からポンプ１０２への連続流路の実現を可能にするよう常時開いている。流体ライン１３０，１２８及び小出しライン１１４は、互いに連通状態にある。

依然として図１を参照すると、ポリマー溶液源１０８は、ウェーハ１２０上に塗布すべきポリマー溶液（例えば、フォトレジスト溶液）を収容している。バッファタンク１０６も又、ウェーハ１２０上に塗布すべきポリマー溶液を収容している。バッファタンク１０６は、ポンプ１０２が常時ポリマー溶液を導き又は引き込み、且つ、例えばポリマー溶液源１０８が低い又は実質的に空であるときに空気を導かない又は引き込まないことを確保するために、ポリマー溶液のバッファゾーンとしての役目を果たす。一実施形態では、バッファタンク１０６は、０〜５００ｃｃの容量を有するよう形作られている。他の適当な容量が可能である。「低い又は実質的に空の」という表現は、ポリマー溶液源１０８内の液体レベルが不十分であることに起因して、ポンプ１０２が空気を引き込むようになるポリマー溶液源１０８内のレベルを意味している。バッファタンク１０６は、ポリマー溶液の一様な流れをもたらす。というのは、バッファタンク１０６を設けなければ、ポリマー溶液源が低く又は実質的に空であるときにポリマー溶液源を交換すると、流れが乱され、ウェーハ１２０に塗布される塗膜の汚染及び／又は不均一性が生じることになるからである。例えば、ポリマー溶液源１０８が低い又は実質的に空であるとき、バッファタンク１０６により、ポリマー溶液源１０８の交換のためにより多くの時間をかけることができる。バッファタンク１０６は、一定の流れをポリマー溶液に与える。バッファタンク１０６は又、ポンプ１０２が空気を小出しライン１１４中へ引き込むのを防止するのに十分なあらかじめ定められたポリマー溶液のレベルを、比較的一定に維持する。連続流路内の流体がポリマー溶液源１０８からバッファタンク１０６を通して導き出され又は引き出されるので、バッファタンク１０６内のポリマー溶液レベルは、比較的一定のままである。加うるに、バッファタンク１０６を設けなければ、ウェーハ１２０は、ポリマー溶液であらかじめ処理され又はあらかじめ濡らされる必要がある。バッファタンク１０６が設けられているので、ウェーハ１２０をあらかじめ処理する必要性がない。かくして、ウェーハ１２０を塗布するのに必要なポリマー溶液が少なくて済み、それにより、特にポリマー溶液がフォトレジスト溶液である場合、コストを節約することができる。

依然として図１を参照すると、一実施形態では、流体センサ１１８が、バッファタンク１０６から延びる通気ライン１２２に組み込まれている。流体センサ１１８は、泡又は微小な泡がバッファタンク１０６内に存在しているかもしれないことの指示を出すために、バッファタンク１０６及び／又は通気ライン１２２内の流体レベルを検出する。流体センサ１１８は、放出弁１２４と流体連通状態にあるように構成され、したがって、泡又は微小泡をバッファタンク１０６内で検出すると、放出弁１２４を開いて泡を無くすことを可能にする。泡又は微小泡除去プロセスは、新たなポリマー溶液源１０８が設置されるとき、又は、ポリマー溶液が脱ガスされることが必要なとき、望ましい場合が多い。放出弁１２４は、泡を放出させるのにオペレータが開く必要のある手動式放出弁であるのがよい。変形例として、放出弁１２４は、泡が検出されたときに開かれるよう自動的にトリガが作動されるよう構成されていてもよいし、流体センサ１１８が泡の存在を検出した結果として要求に応じて開かれるよう構成されていてもよい。

依然として図１を参照すると、イネーブル弁１０４は、バッファタンク１０６とポンプ１０２との間に連結されている。イネーブル弁１０４は、流体ライン１２８内に設けられ、この流体ライン１２８は、バッファタンク１０６とポンプ１０２との間のポリマー溶液の導管としての役目を果たす。イネーブル弁１０４を、バッファタンク１０６から出る出口に組み込んでもよい。イネーブル弁１０４が開かれると、ポンプ１０２は、連続流路内のポリマー溶液をバッファタンク１０６及びポリマー溶液源１０８から引き出すことができ、ポリマー溶液をウェーハ１２０上に小出しすることができる。加えて、ポリマー溶液源１０８が低い又は実質的に空であることを塗布装置１００が指示したとき、イネーブル弁１０４は、それが閉鎖されるように構成されている。イネーブル弁１０４は、ポリマー溶液源１０８が低い又は実質的に空であることを塗布装置１００が指示したときに自動的に閉鎖されるように構成されていてもよい。実質的に低いということは、ポリマー溶液源１００内のポリマー溶液が非常に少なく、ポンプ１０２が引き続いてポリマー溶液源１０８から引き出しを続けるときに空気がライン中へ引き込まれる場合のあることを指示している。

依然として図１を参照すると、一実施形態では、流体センサ１２６が、ポリマー溶液源１０８に接続されている。流体センサ１２６は、ポリマー溶液源１０８内の流体レベルを検出するよう構成されている。流体センサ１２６は又、イネーブル弁１０４を閉鎖させてポンプ１０２がポリマー溶液を引き出すのを防止するために、検出結果をコントローラ又は制御装置（図示せず）に送るように構成されている。

一実施形態では、塗布装置１００は、小出しライン１１４と連通状態にある温度制御装置１１６を有している。温度制御装置１１６は、ポリマー溶液の小出し温度のモニタを可能にする。一実施形態では、ポリマー溶液は、約１０℃〜３０℃の温度で小出しされる。

一実施形態では、塗布装置１００は、ポンプ１０２に直列に配置された小出し弁１３２を有している。一実施形態では、小出し弁１３２は、ウェーハ１２０上へのポリマー溶液の小出し量を制御するよう構成されている。小出し弁１３２は、ポリマー溶液の小出し量を制御するようポンプ１０２と協働するのがよい。小出し弁１３２は又、ポリマー溶液の小出しを遮断するよう構成されたものであるのがよい。加うるに、小出し弁１３２は又、小出しプロセスが完了し又はこれとは異なる仕方で停止すると、ポリマー溶液が小出しライン１１４内に吸い戻されてウェーハ１２０上への過剰の又は望ましくない滴下を防止するよう吸い戻し機能を有するよう構成されたものであるのがよい。

依然として図１を参照すると、圧力源１１０は、バッファタンク１０６へのポリマー溶液の移送に合わせて僅かな大きさの圧力をポリマー溶液源１０８中に加えるよう設けられている。一実施形態では、不活性ガス、例えば窒素（Ｎ₂）が、ポリマー溶液源１０８内へ流され、ポリマー溶液源１０８内に僅かの圧力（例えば、約１０ｐｓｉ以下）を生じさせ、それにより、ポリマー溶液をバッファタンク１０６に押し出し又は移送する。一実施形態では、不活性ガス（例えば、Ｎ₂）は、約１〜５ｓｃｃｍの量で流される。不活性ガスをポリマー溶液源１０８内に流してポリマー溶液の移送を生じさせることにより、バッファタンク１０６内に微小な泡が生じる場合がある。上述したように、泡を放出ライン１２４を通って抜くのがよい。

図１に示すように、瞬時弁１１２は、圧力源１１０とポリマー溶液源１０８との間に配置されている。瞬時弁１１２は、過剰な不活性ガスがポリマー溶液源１０８内に流れるのを防止するよう機能する。例えば、オペレータは、圧力をポリマー溶液源１０８内に加える弁をオンにし、移送の完了後、弁をオフにするのを不注意にも怠る場合がある。不活性ガスをポリマー溶液源１０８に引き続き流入させることにより、微小な泡が生じる場合があり、これら微小な泡は次に、バッファタンク１０６内に移動して、溶液の汚染及び不均一性を生じさせる場合がある。一実施形態では、瞬時弁１１２は、ポリマー溶液源１０８内への不活性ガスの流入を可能にするためにオペレータが弁１１２を手動で押し下げることが必要な手動式の弁である。一実施形態では、オペレータは、弁１１２を数秒間（例えば、５秒間）押して、ポリマー溶液をバッファタンク１０６内に移送するのに十分に高い圧力をポリマー溶液源１０８内に生じさせる。別の実施形態では、瞬時弁１１２は、所定の期間の間のみ（例えば、約５秒間）オンになるように構成され、その結果、過剰な不活性ガスがポリマー溶液源１０８内へ流れ込まない。

圧力を加えてポリマー溶液をバッファタンク１０６内に移送することにより、バッファタンク１０６内のポリマー溶液の濃度が不均一になることを防止する。例えば、真空源（図示せず）を用いてバッファタンク１０６内へのポリマー溶液の移送を生じさせる場合、真空レベルがあまりに高過ぎると、バッファタンクの壁にポリマー溶液のしぶきがかかる場合がある。乾燥した溶液は、後で、溶液濃度の変化を生じさせる場合がある。

一実施形態では、コントローラ（例えば、コンピュータで動作するプロセッサ又はマイクロプロセッサ）（図示せず）が、塗布装置１００の構成要素の動作を制御するために塗布装置１０内に設けられている。例えば、コントローラは、ポリマー溶液の流量、ポンプ１０２、小出し弁１３２、イネーブル弁１０２及び瞬時弁１１２の機能を制御することができる。コントローラは又、センサ１２６によりポリマー溶液源１０８内のレベルがポリマー溶液を引き出し又は導き出すのに不十分なことが分かった場合、弁１０４の閉鎖を制御することができる。コントローラは又、例えば、不活性ガスをポリマー溶液源１０８内に流してポリマー溶液をバッファタンク１０６内に移送するために、瞬時弁１１２が所定の期間の間（例えば、１〜７秒間）開放状態に保つよう瞬時弁１１２を制御することができる。コントローラは又、塗布装置１００のバッファタンク１０６のガス抜き、塗布装置１００の小出しライン１１４、小出し弁１３２等の温度を制御することができる。コントローラをコンピュータ又はこれに類似した機械の中に納めるのがよい。コントローラは、塗布装置１００の塗布（コーティング）及び／又は動作を実施するようプログラムされた１組の命令によって動作するのがよい。

一実施形態では、ポリマー溶液塗布装置１００は、多数のウェーハを塗布するよう改造されている。図２に示すように、ポリマー溶液塗布装置２００は、多数のウェーハの塗布に対応するよう順応している。一実施形態では、ポリマー溶液源１０８だけが設けられている。ポリマー溶液塗布装置２００は、ポンプ１０２が２個のウェーハ、即ち、ウェーハ１２０及びウェーハ１４０の塗布のためにポリマー溶液を引き出すよう構成されている点を除き、全ての点においてポリマー溶液塗布装置１００と同一である。この図に示すように、ポンプ１０２は、２つの小出し弁１３２，１３３に連結されており、これら小出し弁１３２，１３３はそれぞれ、ポリマー溶液を小出しライン１１４，１１５に小出しする。小出しライン１１４は、上述したようにウェーハ１２０の表面を塗布するようにポリマー溶液を小出しし、同様に、小出しライン１１５は、ウェーハ１４０の表面を塗布するようポリマー溶液を小出しする。温度制御装置１１６は、小出しライン１１４に関して小出し温度をモニタし、温度制御装置１１７は、小出しライン１１５に関して小出し温度をモニタする。

一実施形態では、ポリマー溶液塗布装置１００は、多数のポンプを用いて多数のウェーハを塗布するよう改造されている。図３に示すように、ポリマー溶液塗布装置３００は、１つのポリマー溶液源１０８及び多数のポンプ（ポンプ１０２，１０３）を用いて多数のウェーハの塗布に順応するよう構成されている。一実施形態では、各ポンプは、１つのウェーハについて小出しを制御するために用いられている。ポリマー溶液塗布装置３００は、ポンプ１０２に加えて、別のポンプを用いるウェーハ１４０の塗布に順応するポンプ１０３が含まれる点を除き、全ての点においてポリマー溶液塗布装置１００と同様である。この形態は、小出しライン１１４，１１５の各々がポリマー溶液を互いに異なる流量及び互いに異なる時点で小出しすることができる点において、塗布装置２００とは異なっている。かくして、塗布装置３００は、多数のウェーハの塗布においてより大きな自由度の実現を可能にしている。塗布装置３００は、塗布装置１００の構成要素の全てを有し、それに加えて、塗布装置３００は、小出し弁１３３に連結されたポンプ１０３を有し、この小出し弁１３３は、ポリマー溶液を小出しライン１１５に小出しする。小出しライン１１５は、ウェーハ１４０の表面を塗布するために、ポリマー溶液を小出しする。温度制御装置１１７は、小出しライン１１５について小出し温度をモニタする。

一実施形態では、塗布装置用に別のポリマー溶液源が設けられている。追加のポリマー溶液源を設けることにより、塗布装置のためのバックアップポリマー溶液源が提供される。図４に示すように、ポリマー溶液塗布装置４００は、ポリマー溶液源１０９を備えている。ポリマー溶液塗布装置４００は、追加のポリマー溶液源１０９が追加されていることを除き、全ての点でポリマー溶液塗布装置１００と同様である。ポリマー溶液源１０９は、上述したポリマー溶液源１０８と同様の関連した構成要素を全て備えている。ポリマー溶液源１０９のための追加のバッファタンク１０７が設けられている。ポリマー溶液塗布装置１００と同様、ポリマー溶液源１０９、バッファタンク１０７及びポンプ１０２は、互いに直列に連結されている。上述したように、ポンプ１０２は、ポリマー溶液をポリマー溶液源１０８から連続した流路で引き出すことができることに加えて、ポリマー溶液をポリマー溶液源１０９から連続した流路で引き出すことも可能である。

一実施形態では、ポリマー溶液をバッファタンク１０７に移送するために、僅かな大きさの圧力をポリマー圧力源１０９中に加える圧力源１１１が設けられている。一実施形態では、不活性ガス、例えば窒素（Ｎ₂）を、ポリマー溶液源１０９に流入させ、ポリマー溶液源１０９内に僅かの圧力（例えば、約１０ｐｓｉ(０．０６９ＭＰａ)以下）を生じさせ、それにより、ポリマー溶液をバッファタンク１０７に押し出し又は移送する。瞬時弁１１３は、圧力源１１１とポリマー溶液源１０９との間に配置された手動制御弁である。瞬時弁１１３は、過剰な不活性ガスをポリマー溶液源１０９に流入させることを防止するように機能する。ポリマー溶液源１０９内への不活性ガスをの連続流により、微小な泡を生じさせ、次いで、微小な泡は、バッファタンク１０７内に移動して、溶液の汚染及び不均一性を生じさせる場合がある。一実施形態では、ポリマー溶液源１０９内への不活性ガスの流入を可能にするために、瞬時弁１１３は、オペレータが瞬時弁１１３を手動を押し下げること必要な手動式の弁である。一実施形態では、オペレータは、瞬時弁１１３を数秒間（例えば、５秒間）押して、ポリマー溶液をバッファタンク１０７内に移送するのに十分に高い圧力をポリマー溶液源１０９内に生じさせる。別の実施形態では、瞬時弁１１３は、過剰な不活性ガスがポリマー溶液源１０９内へ流れ込まないように所定の期間（例えば、約５秒間）だけオンするようにプログラムされるように構成されている。

ポリマー溶液塗布装置１００と同様、ポリマー溶液塗布装置４００は、ポリマー溶液源内の流体レベルを検出する流体センサ１２７を有している。ポリマー溶液源１０９が空であり又は実質的に低いときにポンプ１０２がポリマー溶液をポリマー溶液源１０９から引き出すのを防止するために、流体センサ１２７により、イネーブル弁１０５を閉鎖させる。加うるに、ポリマー溶液塗布装置４００は、放出弁１２５を更に有し、この放出弁１２５を開いて、バッファタンク１０７内に生じ又は存在する泡又は微小な泡を無くす。センサ１１９がバッファタンク１０７内の泡を検出するとき、放出弁１２５を作動させる。

一実施形態では、イネーブル弁１０４，１０５は、それと関連したセンサがそれと関連したポリマー溶液源内のポリマー溶液について実質的に低い又は空のレベルを検出すると、自動的にオフに切り換わる自動切り換え弁である。センサ１２６，１２７は、ポリマー溶液源１０８，１０９内のポリマー溶液レベルを検出して指示するために用いられる。かくして、例えば、ポリマー溶液源１０８内のポリマー溶液が実質的に低い又は空であることをセンサ１２６が検出すると、センサ１２６により、イネーブル弁１０４を閉鎖させると共に、ポンプ１０２の方向を別のポリマー溶液源、例えばポリマー溶液源１０９に切り換えさせる。かくして、ポリマー溶液源１０８が実質的に低い又は空の場合、ポンプ１０２は、ポリマー溶液源１０９からの吸い出しを行う。システム４００は、塗布プロセスの作動停止時間を最小にすると共に、汚染（例えば、微小な泡）を確実に最小にする。

一実施形態では、ポリマー溶液塗布装置４００は、多数のポンプを用いて多数のウェーハを塗布するよう改造されている。図５に示すように、ポリマー溶液塗布装置５００は、多数のポリマー溶液源（例えば、ポリマー溶液源１０８及びポリマー溶液源１０９）及び多数のポンプ（例えば、ポンプ１０２，１０３）を用いて、多数のウェーハの塗布を行うことができるよう構成されている。一実施形態では、各ポンプは、１つのウェーハのための小出しを制御するために用いられる。この構成は、小出しライン１１４，１１５の各々がポリマー溶液を互いに異なる流量及び互いに異なる時点で小出しすることができるという点において、塗布装置４００とは異なっている。かくして、塗布装置５００は、多数のウェーハを塗布する上でより大きな自由度を可能にしている。

ポンプ１０２は、バッファタンク１０６及びポリマー溶液源１０８に直列に連結され、先の実施形態の場合と同様、ポリマー溶液をウェーハ１２０上に小出しするために、ポリマー溶液源１０８からバッファタンク１０６を通る連続流路がポンプ１０２によって引かれている。ポンプ１０３は、バッファタンク１０７及びポリマー溶液源１０９と直列に連結され、ポンプ溶液をウェーハ１４０上に小出しするために、ポリマー溶液源１０９からバッファタンク１０７を通る連続流路がポンプ１０３によって引かれている。ポンプ１０３は、ポリマー溶液を小出しライン１１５を介してウェーハ１４０上に小出しする。ポリマー溶液塗布装置４００は、ポンプ１０２に加えて、ウェーハ１４０についてポリマー溶液の小出しを可能にするポンプ１０３が設けられていることを除き、全ての点においてポリマー溶液塗布装置１００と同一である。加うるに、ポンプ１０３は、小出し弁１３３に連結され、この小出し弁１３３は、ポリマー溶液を小出しライン１１５内に小出しする。小出しライン１１５は、ポリマー溶液を小出しして、ウェーハ１４０の表面に塗布する。温度制御装置１１７は、小出しライン１１５について小出し温度をモニタする。

一実施形態では、ポリマー溶液塗布装置４００は、１つのポンプ１０２だけを用いて多数のウェーハを塗布するよう改造されている。図６に示すように、ポリマー溶液塗布装置６００は、１つのポリマー溶液源１０８を用いて、多数のウェーハを塗布することができるよう構成されている。ポリマー溶液塗布装置６００は、ポンプ１０２が２つのウェーハ、即ちウェーハ１２０及びウェーハ１４０の塗布のためのポリマー溶液を引き出すよう構成されている点を除き、全ての点においてポリマー溶液塗布装置４００と同様である。この図に示すように、ポンプ１０２は、２つの小出し弁１３２，１３３に連結されており、これら小出し弁１３２，１３３はそれぞれ、ポリマー溶液を小出しライン１１４，１１５に小出しする。小出しライン１１４は、ポリマー溶液を小出してウェーハ１２０の表面を塗布し、小出しライン１１５は、ポリマー溶液を小出してウェーハ１４０の表面を塗布する。温度制御装置１１６は、小出しライン１１４について小出し温度をモニタし、温度制御装置１１７は、小出しライン１１５について小出し温度をモニタする。

変形実施形態のいずれの場合とも同様、上述したような塗布装置の動作を制御するコントローラが塗布装置に設けられるのがよい。

図７は、上述した例示の塗布装置の１つを用いて、ポリマー層、例えばフォトレジスト層を基板表面に塗布する方法７００の例示の実施形態を示している。ボックス７０２において、基板を用意する。一実施形態では、基板は、集積回路の製造に用いられる半導体ウェーハである。基板は、当該技術分野において知られているように基板の上にパターン及び構造を有している。

ボックス７０４では、ポリマー溶液を基板の上に小出しする。一実施形態では、ポリマー溶液は、集積回路の製造に用いられるフォトレジスト溶液である。他の実施形態では、ポリマー溶液としては、有機平坦化膜、反射防止膜、シロキサンＳＯＧ膜、ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜及び典型的には集積回路の製造に用いられる他の膜を形成するために用いられる溶液が挙げられる。

本発明の塗布装置の例示の実施形態のうちの１つ（例えば、塗布装置１００，２００，３００，４００，５００又は６００）を用いて、ポリマー溶液を小出しする。塗布装置は、上述したように、バッファタンク及びポリマー溶液源に直列に連結されたポンプを有する。ポリマー溶液源からバッファタンク及びポンプを通る連続した流路が存在する。かくして、ポンプがポリマー溶液源から吸い出しを行ってポリマー溶液を基板表面上に小出しするとき、ポリマー溶液は、ポリマー溶液源から連続流路内をポンプまで流れる。

一実施形態では、基板をハウジング又はチャンバ内に配置し、このハウジング又はチャンバにより、チャンバ内の雰囲気を少なくとも部分的に溶剤分子で飽和させることを可能にする。このことは、塗布溶剤の単一層を基板の表面上に形成実現することによって、キャストフィルムの濡れ性を向上させることができる。加うるに、制御された塗布環境により厚さの均一性を向上させることができる。

一実施形態では、ポリマー溶液を基板に塗布するためにスピンキャスト（spin-cast）法が用いられる。かくして、ポリマー溶液を小出しした後、基板をスピンさせ又は回転させて、溶液を基板の表面全体に広げる。基板を回転可能なチャック上に載せるのがよく、この回転可能なチャックは、スピンキャスト塗布に通常用いられている適当な回転速度を有する。溶液が基板表面上に広がった後、溶剤を蒸発させて、溶質の層が基板の表面上に残す。ポリマー溶液がフォトレジスト溶液である実施形態では、蒸発後、フォトレジスト層が基板表面上に形成される。

別の実施形態では、ポリマー溶液を基板に塗布するために吹付塗布法が用いられる。ポリマー溶液を基板表面上に小出しするよう構成されたシャワーヘッドを用いて、ポリマー溶液を基板表面の上に小出ししてもよい。

図８は、上述の例示の塗布装置のうちの１つを用いてポリマー層、例えばフォトレジスト層を基板表面に塗布する別の例示の実施形態としての方法８００を示している。ボックス８０２において、基板を用意する。一実施形態では、基板は、集積回路の製造に用いられる半導体ウェーハである。基板は、当該技術分野において知られているように基板の上に形成されるパターン及び構造を有しているのがよい。

ボックス８０４では、ポリマー溶液を基板の表面の上に小出しする。一実施形態では、ポリマー溶液は、集積回路の製造に用いられるフォトレジスト溶液である。他の実施形態では、ポリマー溶液としては、有機平坦化膜、反射防止膜、シロキサンＳＯＧ膜、ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜及び典型的には集積回路の製造に用いられる他の膜を形成するために用いられる溶液が挙げられる。

本発明の塗布装置の例示の実施形態のうちの１つ（例えば、塗布装置１００，２００，３００，４００，５００又は６００）を用いて、ポリマー溶液を小出しする。塗布装置は、上述したように、バッファタンク及びポリマー溶液源と直列に連結されたポンプを有する。ポリマー溶液源からバッファタンク及びタンクを通る連続流路が存在する。かくして、ポンプがポリマー溶液源から吸い出しを行ってポリマー溶液を基板表面の上に小出しするとき、ポリマー溶液は、ポリマー溶液源からポンプまで連続流路内を流れる。

一実施形態では、基板をハウジング又はチャンバ内に配置し、このハウジング又はチャンバは、チャンバ内の雰囲気を少なくとも部分的に溶剤分子で飽和させることを可能にする。このことは、塗布溶剤の単一層を基板の表面上に実現することによって、キャストフィルムの濡れ性を向上させることができる。加うるに、制御された塗布環境であれば、厚さの均一性を向上させることができる。

ボックス８０６では、基板をスピンさせ又は回転させて、ポリマー溶液を基板の表面全体に広げる。ポリマー溶液を小出しした後、又は、ポリマー溶液を基板上に小出しすると同時に、基板を回転させる。基板は、回転可能なチャック上に載せられるのがよく、この回転可能なチャックは、スピンキャスト塗布に通常用いられる適当な回転速度を有する。ボックス８０８において、溶液を基板表面上に小出しした後、溶剤を蒸発させ、溶質の層を基板の表面上に残す。ポリマー溶液がフォトレジスト溶液である実施形態では、蒸発後、フォトレジスト層が基板表面上に形成される。

図９は、上述した例示の塗布装置のうちの１つを用いてポリマー層、例えばフォトレジスト層を基板表面に塗布する例示の実施形態としての方法９００を示している。ボックス９０２において、基板を用意する。一実施形態では、基板は、集積回路の製造に用いられる半導体ウェーハである。基板は、当該技術分野において知られているように、基板の上に形成されたパターン及び構造を有する。

ボックス９０４では、ポリマー溶液を基板の上に小出しする。一実施形態では、ポリマー溶液は、集積回路の製造に用いられるフォトレジスト溶液である。他の実施形態では、ポリマー溶液としては、有機平坦化膜、反射防止膜、シロキサンＳＯＧ膜、ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜及び典型的には集積回路の製造に用いられる他の膜を形成するために用いられる溶液が挙げられる。

本発明の塗布装置の例示の実施形態のうちの１つ（例えば、塗布装置１００，２００，３００，４００，５００又は６００）を用いて、ポリマー溶液を小出しする。塗布装置は、上述したように、バッファタンク及びポリマー溶液源と直列に連結されたポンプを有する。ポリマー溶液源からバッファタンク及びタンクを通る連続流路が存在する。かくして、ポリマー溶液を基板表面上に小出しするために、ポンプがポリマー溶液源から吸い出しを行うとき、ポリマー溶液は、ポリマー溶液源からポンプまで連続流路内を流れる。

ボックス９０６では、ポリマー溶液をバッファタンクに移送する圧力をポリマー溶液源に加える。ポリマー溶液源が空になった状態又は実質的に低い状態になったとき、バッファタンクを、ポンプが空気を引き込むことを防止するのに適した所定のレベルまで満たす。一実施形態では、バッファタンクは、バッファタンク内のポリマー溶液を一定のレベルに維持し、それにより、ポリマー溶液源が低い又は実質的に空のときのポリマー溶液源の交換を容易にする。「低い又は実質的に空の」という表現は、ポリマー溶液源内の不十分な液体レベルに起因してポンプが空気を引き込む、ポリマー溶液源内のレベルを意味している。一実施形態では、ポリマー溶液の小出し前、バッファタンクを充填する。必要ならば、バッファタンクを小出しと同時に充填してもよい。

一実施形態では、基板をハウジング又はチャンバ内に配置し、このハウジング又はチャンバは、チャンバ内の雰囲気を少なくとも部分的に溶剤分子で飽和させることを可能にする。このことは、塗布溶剤の単一層を基板の表面上に実現することによって、キャストフィルムの濡れ性を向上させることができる。加うるに、制御された塗布環境によって、厚さの均一性を向上させることができる。

一実施形態では、ポリマー溶液を基板に塗布するために、スピンキャスト（spin-cast）法を用いる。かくして、ポリマー溶液を小出しした後、基板をスピンさせ又は回転させて、溶液を基板の表面全体に広げる。基板は、回転可能なチャック上に載せられ、この回転可能なチャックは、スピンキャスト塗布に通常用いられている適当な回転速度を有する。溶液を基板表面全体に広げた後、溶剤を蒸発させ、溶質の層を基板の表面上に残す。ポリマー溶液がフォトレジスト溶液である実施形態では、蒸発後、フォトレジスト層が基板表面上に形成される。

別の実施形態では、ポリマー溶液を基板に塗布するために、吹付塗布法が用いられる。ポリマー溶液を基板表面上に小出しするよう構成されたシャワーヘッドを用いて、ポリマー溶液を基板表面上に小出しする。

上述の方法のうちどれにおいても、同一の塗布装置を用いて、多数の基板を同時に又は互いに異なる時点で塗布することができる。例えば、上述したように、多数の基板を塗布するためのより多くの小出しラインを（例えば、塗布装置２００内に）設けてもよい。加うるに、空の又は実質的に低い状態のポリマー溶液源からいっぱいの状態のポリマー溶液源に切り換えることを可能にするより多くのポリマー溶液源を設けてもよい。このように、空の又は実質的に低いポリマー溶液源を、塗布プロセスの邪魔をすることなしに交換することができる。

例示の実施形態を開示したが、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲内に属したままの状態で開示した実施形態の改造例及び変形例を想到できる。

本発明のポリマー溶液塗布装置の実施形態を示す図である。 本発明のポリマー溶液塗布装置の別の実施形態を示す図である。 本発明のポリマー溶液塗布装置の別の実施形態を示す図である。 本発明のポリマー溶液塗布装置の別の実施形態を示す図である。 本発明のポリマー溶液塗布装置の別の実施形態を示す図である。 本発明のポリマー溶液塗布装置の別の実施形態を示す図である。 ポリマー溶液を基板の表面に塗布する例示の方法を示す図である。 ポリマー溶液を基板の表面に塗布する例示の方法を示す図である。 ポリマー溶液を基板の表面に塗布する例示の方法を示す図である。

Claims (27)

1. 基板の表面にポリマー溶液を塗布する方法であって、
   基板を用意するステップと、
   塗布装置を用いてポリマー溶液を基板上に小出しするステップとを有し、
   前記塗布装置は、バッファタンク及びポリマー溶液源に直列に連結されたポンプを有し、このポンプは、ポリマー溶液を小出しするために、連続流路内のポリマー溶液を前記ポリマー溶液源及び前記バッファタンクから引き出し、
   前記ポリマー溶液源は、ポリマー溶液を前記ポリマー溶液源から前記バッファタンク内に移送することができる圧力源に連結され、
   前記バッファタンクは、ポリマー溶液を比較的一定のレベルに維持する方法。
2. 更に、基板を回転させて、ポリマー溶液を広げるステップを有する、請求項１記載の方法。
3. 更に、基板の表面上に小出しされたポリマー溶液から溶剤を蒸発させて、基板の表面上にポリマー層を形成するステップを有する、請求項１記載の方法。
4. ポリマー溶液は、フォトレジスト溶液である、請求項１記載の方法。
5. 更に、基板を回転可能なチャックに取り付けるステップを有する、請求項１記載の方法。
6. 更に、圧力を前記ポリマー溶液源に加えて、ポリマー溶液を前記バッファタンク内に移送するステップを有する、請求項１記載の方法。
7. 更に、圧力源を前記ポリマー溶液源に結合するステップと、
   前記圧力源と前記ポリマー溶液源との間に設けられた瞬時弁を用意するステップと、を有し、
   前記瞬時弁は、圧力を前記ポリマー溶液源に加えることが可能であり、圧力を前記ポリマー溶液源に加えるには、前記瞬時弁の制御された作動が必要である、請求項６記載の方法。
8. 圧力が圧力源から前記ポリマー溶液源に加えられ、
   圧力を所定の期間にわたって前記ポリマー溶液源に手動で加えるのに瞬時弁が用いられる、請求項６記載の方法。
9. 更に、不活性ガスを前記ポリマー溶液源の中に流して、ポリマー溶液を前記バッファタンク内へ移送する前記圧力を生じさせるステップを有する、請求項６記載の方法。
10. イネーブル弁が、前記バッファタンクと前記ポンプとの間に配置され、
    前記イネーブル弁を開くことにより、ポリマー溶液を前記ポンプに流し、
    前記ポリマー溶液源内のポリマー溶液レベルを検出するように構成され流体センサが、前記ポリマー溶液源に結合され、
    前記流体センサは、前記ポリマー溶液源内のポリマー溶液レベルが実質的に低い又は空であると検出したとき、前記イネーブル弁を閉鎖することができる、請求項１記載の方法。
11. 前記ポンプは、少なくとも第２のバッファタンク及び第２のポリマー溶液源に直列に連結され、第２のイネーブル弁が、前記第２のバッファタンクと前記ポンプとの間に配置され、前記第２のイネーブル弁の開放により、ポリマー溶液が前記ポンプに流れることが可能であり、
    前記第２のポリマー溶液源内のポリマー溶液レベルを検出するよう構成された第２の流体センサが、前記第２のポリマー溶液源に結合され、前記第２のセンサは、前記第２のポリマー溶液源内のポリマー溶液レベルが実質的に低い又は空であると検出したとき、前記第２のイネーブル弁を閉鎖することができる、請求項１０記載の方法。
12. 前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは各々、前記ポンプのポンプ送り方向を、空の又は実質的に低い前記ポリマー溶液源から遠ざける方向に切り換えることができる、請求項１１記載の方法。
13. ポリマー溶液塗布装置であって、
    基板を支持する基板ステーションと、
    ポリマー溶液を基板の表面の上に小出しするポンプと、
    前記ポンプに直列に連結されたバッファタンク及びポリマー溶液源と、を有し、
    前記バッファタンクは、前記ポリマー溶液源と前記ポンプとの間に連結され、
    前記ポンプは、連続流路内のポリマー溶液を前記ポリマー容器源及び前記バッファタンクから引き出し、
    前記バッファタンクは、ポリマー溶液を比較的一定のレベルに維持し、
    更に、ポリマー溶液を前記バッファタンク内に移送するために前記ポリマー溶液源に加えられる圧力を制御する瞬時弁を有し、前記圧力は、所定の期間だけ加えられるポリマー溶液塗布装置。
14. 前記瞬時弁は、圧力が前記ポリマー溶液源内に流れることを可能にするために、前記瞬時弁を押し下げるオペレータを必要とする、請求項１３記載のポリマー溶液塗布装置。
15. イネーブル弁が、前記バッファタンクと前記ポンプとの間に配置され、前記イネーブル弁を開くことにより、ポリマー溶液が前記ポンプに流れることを可能にし、
    前記ポリマー溶液源内のポリマー溶液レベルを検出するよう構成された流体センサが、前記ポリマー溶液源に結合され、前記流体センサは、前記ポリマー溶液源内のポリマー溶液レベルが実質的に低い又は空であると検出したとき、前記イネーブル弁を閉鎖することができる、請求項１３記載のポリマー溶液塗布装置。
16. 更に、前記ポンプに直列に連結された少なくとも１つの第２のバッファタンク及び１つの第２のポリマー溶液源を有する、請求項１５記載のポリマー溶液塗布装置。
17. 更に、第２のイネーブル弁及び第２のセンサを有し、
    前記第２のイネーブル弁は、前記第２のバッファタンクと前記ポンプとの間に配置され、前記第２のイネーブル弁の開放により、ポリマー溶液は、前記ポンプに流れることが可能であり、
    前記第２の流体センサは、前記第２のポリマー溶液源に結合され、前記第２のポリマー溶液源内のポリマー溶液レベルを検出するよう構成され、前記第２のセンサは、前記第２のポリマー溶液源内のポリマー溶液レベルが実質的に低い又は空であると検出したとき、前記第２のイネーブル弁を閉鎖することができる、請求項１６記載のポリマー溶液塗布装置。
18. 前記イネーブル弁及び前記第２のイネーブル弁は各々、前記ポンプのポンプ送り方向を、空の又は実質的に低い前記ポリマー溶液源から遠ざける方向に切り換えることができる、請求項１６記載のポリマー溶液塗布装置。
19. ポリマー溶液は、フォトレジストポリマーである、請求項１３記載のポリマー溶液塗布装置。
20. 前記基板ステーションは、回転可能なチャック上に配置されている、請求項１３記載のポリマー溶液塗布装置。
21. ポリマー溶液を前記バッファタンク内へ移送するための圧力が前記ポリマー溶液源に加えられる、請求項１３記載のポリマー溶液塗布装置。
22. 前記圧力を生じさせるために、不活性ガスが前記ポリマー溶液源内に流される、請求項２１記載のポリマー溶液塗布装置。
23. 基板の表面にポリマー溶液を塗布する方法であって、
    基板を回転可能な基板ステーション上に固定するステップと、
    ポンプを用いて、ポリマー溶液を基板の表面上に小出しするステップと、を有し、
    ポリマー溶液を小出しする前記ステップは、バッファタンク及びポリマー溶液源に直列に連結されたポンプを有する塗布装置を用いてポリマー溶液を引き出すステップを有し、前記ポンプは、ポリマー溶液を基板の表面上に小出しするために、連続流路内のポリマー溶液を前記ポリマー溶液源及び前記バッファタンクから引き出し、
    更に、前記バッファタンク内のポリマー溶液を一定レベルに維持するステップと、、
    基板をスピンさせて、小出しされたポリマー溶液を表面全体に塗布するステップとを有する方法。
24. 更に、前記ポリマー溶液源に結合されている瞬時弁を押し下げて、不活性ガスを前記ポリマー溶液源内に供給し、前記ポンプが空気を引き込むのを防止するのに十分な量のポリマー溶液を前記バッファタンク内に移送するステップを有し、前記瞬時弁は、不活性ガスをポリマー溶液源に供給するのに手動による作動を必要とする、請求項２３記載の方法。
25. 更に、第１のバッファタンク及び第１のポリマー溶液源を前記ポンプに直列に連結するステップを有し、前記第１のバッファタンクは、前記第１のポリマー溶液源と前記ポンプとの間に連結され、
    更に、第２のバッファタンク及び第２のポリマー溶液源を前記ポンプに直列に連結するステップを有し、前記第２のバッファタンクは、前記第２のポリマー溶液源と前記ポンプとの間に連結され、
    更に、前記第１のポリマー溶液源及び前記第２のポリマー溶液源の各々について、ポリマー溶液レベルを検出するセンサを用意するステップと、
    前記センサ及び前記ポンプと連通状態にあるイネーブル弁を用意するステップと、を有し、前記イネーブル弁は、前記ポンプの方向を空の前記ポリマー溶液源から遠ざける方向にすることができる、請求項２３記載の方法。
26. 更に、基板を回転させて、ポリマー溶液を広げるステップを有する、請求項２３記載の方法。
27. 更に、基板の表面上に小出しされたポリマー溶液から溶剤を蒸発させ、基板の表面上にポリマー層を形成するステップを有する、請求項２３記載の方法。

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