JP2009224653A - フォトレジスト塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、インクジェット法を用いて基板上にレジスト薄膜を形成するフォトレジスト塗布装置及びフォトレジスト塗布方法並びにこれにより薄膜構造体を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、溶液容器から供給したレジスト溶液を下方へ吐出するノズルを一定間隔で複数設けたインクジェット・ヘッドを２列互い違いに配置したインクジェット吐出機構と、前記インクジェット吐出機構の吐出対象であるウエハを載置した搬送テーブルを水平に移動させる基板搬送機構と、前記インクジェット吐出機構の吐出と前記基板搬送機構の移動を制御する制御機構とからなり、前記ウエハの特定の回路部分にのみ１回の塗布動作でレジスト薄膜を形成することを特徴とするフォトレジスト塗布装置の構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット法を用いて基板上にレジスト薄膜を形成するフォトレジスト塗布装置及び方法、並びにこれにより薄膜構造体を製造する装置及び方法に関するものである。

従来、半導体装置等の基板にフォトレジストの薄膜を形成する際は、主にスピンコート法が用いられる。スピンコート法は、レジスト溶液をノズルから基板上に滴下した後、基板を回転させて遠心力でレジスト溶液を拡げることにより、基板上に薄膜を塗布する方法である。

しかしながら、スピンコート法は、均等な薄膜を形成するために、多くのレジスト溶液を供給し、高速回転により拡散させるので、その大部分が基板外に飛散しており、非常に無駄が多く、製造コストも上がるという問題がある。

尚、線幅が狭小化するにつれ高感度のフォトレジストが必要となり、高精度の薄い膜厚が必要なレジストほど材料が高価となることから、材料の利用効率を向上させることは、非常に大きな課題である。

また、スピンコート法は、基板の回転による遠心力のため、レジスト溶液が基板の内側から外側へ流動しやすく、基板の外周部近辺の膜厚が厚くなる傾向にあり、飛散したレジスト溶液が基板の端面を汚すという不具合もある。

所望の膜厚が薄くなるほど、膜厚の不均一が目立つようになり、レジスト溶液の材料粘度を調整したり、基板の回転速度を調整したり、様々な手段を講じて膜厚の分布を許容値内に制御しているのが実情である。

極めて薄いレベルにおいては、回転に伴う気流変動の影響や、基板に形成されるノッチやオリエンテーション・フラットの回転振動に及ぼす影響も無視することができず、基板外周部の膜厚増の対策や基板端部のコンタミネーションの対策も施されている。

即ち、特許文献１に記載されているように、基板の外周部と端面を覆うようなコの字構造にシンナー等の溶剤が吐出できる洗浄部を設け、外周部及び端部のフォトレジストを除去するリムーバ機構などである。
特開２００６−８０４０４号公報

また、特許文献２に記載されているように、基板の外周部にレジスト溶液が塗布されにくい物質を予め被着しておく方法などもある。
特開２００３−４３７０４号公報

通常、半導体装置の基板は、何枚かをセットにして、カセットに収容され、カセット単位で搬送等される。基板の外周部がカセットの支持爪で挟持され、各基板はカセット内でお互いに独立した状態である。

目的のプロセス装置に搬送されると、ロボットハンドがカセットから１枚ずつ基板を引き抜き、当該装置に載置し、プロセスが完了すると、ロボットハンドが基板を元に戻し、次の基板について繰り返す。

その際、基板の引き抜き及び戻しの動作により、固化したフォトレジストのパーティクルを基板上に撒き散らすと、後々の工程における不良の原因となり、製造歩留まり低下を引き起こす可能性がある。

現在のスピンコート法においては、エッジリムーバにより基板の端面のフォトレジストを除去して対応しているが、プロセスが増えることになるため、スループットの低下にも繋がる。

近年の極短波長の光源を用いるフォトリソグラフィの進歩に対応して、半導体の回路パターンの線幅の微細化が進んでいるが、線幅はレジスト薄膜の膜厚と露光波長とに対応することから、できる限り膜厚を薄くすることが好ましい。

現行では、レジスト溶液の粘度をできるだけ下げつつ、基板の回転速度を高速化することにより実現しているが、この方法では自ずと限界があり、まだ多くの問題を抱えている状態である。

この欠点を是正するため、特許文献３に記載されているように、インクジェット法などが提案されており、レジスト溶液の無駄を無くし、製造コストの低減を図ると共に、レジスト薄膜の膜厚の均一性を実現し得るものである。
特開２００３−１２６７６０号公報

しかしながら、これは、基板の外周部に沿うレジスト層と、内部を埋める別のレジスト層を、インクジェット法により塗布するものであるが、外周部のレジスト層は一種の土手であり、これにより内部のレジスト溶液の流動に伴う端部の盛り上がりを避けようとしても、既に外周部のレジスト層の形成により大きな盛り上がりが生じていることから、大きな成果を得ることはできない。

第１に、スピンコート法においては、基板を高速で回転させるため、基板の外周部からレジスト溶液が外側に飛散し、無駄になる量が著しく多いため、製品コストに影響するだけでなく、環境保全にも有益ではない。

第２に、飛散するレジスト溶液を受け止めるために、基板をカップ内で回転させる必要があるが、カップに付着したレジスト溶液が乾燥固化し、パーティクルとなって、基板を汚染するおそれがあり、カップを頻繁に洗浄する必要がある。そのため、装置を構成する各要素から、発塵させない、もし発塵したら基板上に落下しないように速やかに装置外に排出するといったクリーン化構造を案出しなければならない。

第３に、基板の外周部の回路形成に寄与しない領域にもレジスト溶液が塗布されるので、外周部には遠心力による盛り上がりが生じ、エッジリムーバにより除去する必要があることから、プロセスの増加に起因するスループットの低下が問題である。

第４に、基板の大型化に伴い、外周部の周速が増加することにより、空気の乱れが引き起こされ、レジスト薄膜の膜厚が変動することで、露光解像度が低下するおそれがあり、半導体の高集積化を達成する上で致命的な障害となる。

第５に、レジスト溶液が基板の中心位置から外周部に向かって展開していく過程で、レジスト溶液に含まれる溶剤が順次蒸発していくため、展開方向に沿ってレジスト溶液の粘度が変化し、中心部と外周部で膜厚変化を来す要因となる。

第６に、インクジェット法は、塗布したい領域のみにレジスト溶液を吐出することができ、材料の無駄は極めて少ないが、均一に塗布してもレジスト溶液が自然乾燥又は強制乾燥させる過程で、エッジ部で大きな盛り上がりを生じ、膜厚の均一性が不十分となる場合がある。これは、コーヒーステインと呼ばれる現象で、低粘度のレジスト溶液を塗布する際に、流体拡散と蒸発が同時に起こる場合の問題である。

第７に、インクジェット法は、どんな状況下でも安定して吐出できることが必要であるため、目詰まり等の不具合が発生しても早急に復旧できるメンテナンス法を確立しておくことが、信頼性の観点から重要である。

第８に、レジスト溶液には大量の揮発性有機化合物を使用するため、排出規制は重要な課題であり、環境に配慮した装置を製造することが必要である。

そこで、本発明は、半導体装置の基板にフォトレジストを塗布するプロセスにおいて、レジスト溶液の無駄を無くすことで、材料の利用効率を大幅に向上させ、半導体装置の製造コストを低減させると共に、レジスト薄膜の膜厚を均一化させ、スループットの向上も実現できる装置及び方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するために、溶液容器から供給したレジスト溶液を下方へ吐出するノズルを一定間隔で複数設けたインクジェット・ヘッドを２列互い違いに配置したインクジェット吐出機構と、前記インクジェット吐出機構の吐出対象であるウエハを載置した搬送テーブルを水平に移動させる基板搬送機構と、前記インクジェット吐出機構の吐出と前記基板搬送機構の移動を制御する制御機構とからなり、前記ウエハの特定の回路部分にのみ１回の塗布動作でレジスト薄膜を形成することを特徴とするフォトレジスト塗布装置の構成とした。

本発明は、半導体装置の製造工程におけるフォトレジストの塗布について、インクジェット法を用いることで、半導体装置の大幅なコストダウンを実現し、今まで以上に薄いレジスト薄膜の塗布を可能とした画期的なプロセスを提供することができる。

まず、レジスト溶液の使用量は、従来のスピンコート法に比べて１０分の１以下に抑えることが可能である。回路パターンの線幅がナノレベルとなり、露光の光源波長が極短波長紫外線に移行するにつれ、対応する高解像度のレジスト溶液の価格は指数関数的に増加し、材料の使用効率の向上が要求されていることから、インクジェット法の局部塗布という利点は、材料を回収再利用するよりも、大きなアドバンテージを有する。

また、インクジェット法は、１個の液滴の自然流動により薄膜を形成するため、スピンコート法よりも優れた表面特性が得られる。尚、ピコリットル台の液滴を取り扱うため、ナノレベルの膜厚を実現することは容易であり、性能面でも優位である。

さらに、レジスト薄膜を塗布する際のスループットにおいても、インクジェット法の方が遥かに優れており、現像処理や塗布工程の前後にあるプリベークやポストベーク等の装置を組み込むことで、効率の良い装置構成とすることができる。

尚、本発明を半導体装置の製造工程に適用すれば、揮発性有機化合物への対策も十分な環境に配慮した安全性の高いものとなり、製品にも作業者にも優しい装置を提供することができる。

本発明は、半導体装置の製造におけるフォトレジスト塗布の際に、レジスト溶液の無駄をできるだけ無くすこと、塗布したレジスト薄膜の膜厚ばらつきをできるだけ小さくすること、クリーン化を保つこと、スループットを上げる等の課題を解決するものである。

まず、スピンコート法によるフォトレジスト塗布に代えて、インクジェット法によるフォトレジスト塗布を導入し、レジスト溶液の無駄を無くす。

スピンコート法では、レジスト薄膜を薄くするため、粘度の低いレジスト溶液を用い、基板を高速回転して成膜しているため、材料のほとんどが無駄になっており、ｉ線レジストやＵＶ対応レジストのように薄い膜厚が必要になるほど無駄の比率は大きくなる。

また、スピンコート法では基板の表面全体にレジスト溶液が塗布されるため、半導体回路が形成されない領域までレジスト薄膜で覆われるが、インクジェット法では特定の回路領域に限定して塗布することができ、材料の大幅な節約が可能である。

次に、塗布形成されたレジスト薄膜の表面性状、特に膜厚のばらつきの低減と端部での盛り上がりの防止について解決する。

スピンコート法の場合、端部は基板の外周部となり、気流を最適化しても外周部の盛り上がりは避けることができず、エッジリムーバにより外周部の盛り上がりを除去しているため、乾燥したフォトレジストがパーティクルとして悪影響を及ぼすトラブルは回避できるが、スループットの低下という問題が生じている。

一方、インクジェット法の場合、端部における顕著な盛り上がりを小さな範囲に抑え、全体の膜厚ばらつきを低減するために、大気圧以下の低い圧力でインクジェット塗布を行う方法を採る。

インクジェット・ヘッドのノズルから吐出されたレジスト溶液の液滴は、基板に着弾した後、基板の表面に沿って拡散展開し、液滴の運動エネルギーと基板表面との摩擦抵抗が釣り合った所で展開動作は完了する。

拡散過程においては、液滴表面から液滴に含まれる溶剤等の揮発分が蒸発を続けており、先端部の蒸発が加速されると液滴の中心部から外側に向かって放射状に材料を供給する流れが生じ、端部に極端に密度の濃い領域を形成し、膜厚を大きくしてしまう。

これについては、大気圧より低い圧力に減圧し、液滴の沸点を降下させることで、液滴の流動と蒸発を制御することが可能となり、レジスト薄膜の表面性状を改善することができる。

ただし、インクジェット塗布を大気中で行った後、基板を減圧乾燥室に入れるのでは、塗布によって乱れた端部形状や偏析した樹脂分はそのまま乾燥し、単に乾燥時間の短縮にしかならないので、膜厚分布の平坦化やパターン形状の改善に効果はない。

また、インクジェット法では、基板の移動機構など可動部分が多く、発塵量が増加する可能性があり、パーティクルの混入によりパターン断線等の障害が生じ、製品の歩留まりが低下する懸念がある。

これについては、基板を移動させるアクチュエータ、インクジェット・ヘッドを昇降させるアクチュエータ、溶液容器を上下に動かして液面レベルを制御するアクチュエータ等を減圧室の外に設置することで、パーティクルの発生を抑えることが可能である。

次に、ｉ線レジストは、感光剤やオリゴマーを含んだ樹脂基材をシンナーで希釈したものであり、また、高解像度レジストであるエキシマレジストは、光酸発生剤を含む樹脂基材をシンナーで希釈したものであり、塗布乾燥時に大量の有機溶剤の気化が起こる。

火災や人体への悪影響も懸念されていることから、揮発性有機化合物の排出が規制されているが、減圧下でインクジェット塗布する際は、減圧室という密閉空間で行うため、揮発性有機化合物の拡散を防止できる上、真空ポンプによる排気後に有機溶剤を吸着する回収装置を設けることで解決できる。

また、レジスト溶液を輸送する送液配管系やインクジェット・ヘッド内の管路やノズル等に対し、長時間の連続使用によりフォトレジストの感光性樹脂成分が配管壁に少しずつ付着し、それが蓄積して送液動作に悪影響を及ぼす可能性がある。

これについては、レジスト溶液の送液系とは別に、洗浄液の供給系を設け、バルブで切り替える等して配管系統のクリーニングを容易にすることで、安定吐出を維持することができる。

一方、インクジェット・ヘッドのノズル部分の目詰まり防止も重要であり、インクジェット塗布の休止時や中断時に、インクジェット・ヘッドをそのままにしておくと、表面から蒸発が進み、メニスカスがノズルの奥に後退し、乾燥するとノズルを塞いでしまう。

これについては、インクジェット・ヘッドを使用していないときは洗浄剤に浸漬する槽を設けることで、ノズルの目詰まりを解消することは可能である。

スピンコート法では、現像工程やプリベークやポストベークまでを一つの装置に組み入れてスループットの向上を図っており、インクジェット法においても、表面処理、プリベーク、インクジェット塗布、現像工程、ポストベークを同一装置内に配置することで、スループットの向上を図ることが可能である。

以下に、添付図面に基づいて、本発明であるフォトレジスト塗布装置について詳細に説明する。図１は、本発明であるフォトレジスト塗布装置の斜視図である。

半導体製造の前工程におけるリソグラフィ工程は、コート、プリベーク、露光、現像等の作業からなり、フォトレジスト塗布装置１は、コートの段階でウエハ等の基板にフォトレジストをコーティングするのに使用する。

フォトレジスト塗布装置１は、インクジェット吐出機構２と、基板搬送機構３とからなり、基板搬送機構３にウエハ４を載置し、インクジェット吐出機構２からウエハ４にレジスト溶液を塗布する。

インクジェット吐出機構２は、複数のインクジェット・ヘッド２ａをまとめたヘッドブラケット２ｂを門型フレーム２ｃで空中に保持し、溶液容器２ｅから供給配管２ｆを介して各インクジェット・ヘッド２ａに供給したレジスト溶液をインクジェット吐出する。

インクジェット・ヘッド２ａは、下面にレジスト溶液を吐出する複数のノズル２ｈが直線状かつ間欠的に設けられる。尚、隣りのインクジェット・ヘッド２ａとの間のノズル２ｈの不連続を解消するために、２列にしてお互いを補うように互い違いに配置する。

尚、１２インチのシリコンウエハ基板の場合は、有効塗布幅が約３６ｍｍのインクジェット・ヘッド２ａを８個用いて、４個ずつ２組に分け、各組はノズル２ｈが直線状になるように配列し、それを平行にして互い違いに配置する。

ヘッドブラケット２ｂは、配置したインクジェット・ヘッド２ａ群を基板搬送機構３上のウエハ４に対向させる。尚、門型フレーム２ｃに吊してヘッド用アクチュエータ２ｄで昇降させることで、高さを調整することが可能である。

溶液容器２ｅは、供給するレジスト溶液を貯留する。尚、インクジェット・ヘッド２ａのノズル２ｈ面と、溶液容器２ｅ内の液面レベルとの関係が適正となるように、容器用アクチュエータ２ｇで溶液容器２ｅの高さをを調整する。

基板搬送機構３は、ベースフレーム３ｆ上に敷設した２本の平行なガイドレール３ｃの上に、搬送テーブル３ａを載せたステージ３ｂを置き、テーブル用アクチュエータ３ｄでステージ３ｂを水平に移動させる。

搬送テーブル３ａは、ウエハ４を載せる台である。搬送テーブル３ａの移動方向とインクジェット・ヘッド２ａの吐出方向は直交しており、インクジェット・ヘッド２ａとの間で相対的に移動する。尚、インクジェット吐出機構２側を移動させても良い。

ステージ３ｂは、テーブル用アクチュエータ３ｄで動力を与えることで、ガイドレール３ｃに沿ってスライド移動する台である。尚、搬送テーブル３ａとステージ３ｂは一体であっても良い。

尚、搬送テーブル３ａの移動を適正に維持するために位置検出手段３ｅを設ける。位置検出手段３ｅで搬送テーブル３ａの位置を取得し、搬送テーブル３ａの単位時間当たりの移動量や速度を確認する。

インクジェット吐出機構２と基板搬送機構３は、それぞれベースフレーム３ｆ上に設置され、お互いの動作が連動してウエハ４にフォトレジストを適確に塗布できるように、制御装置５が管理する。

図２は、本発明であるフォトレジスト塗布装置の塗布対象であるウエハを示す図である。ウエハ４は、円盤状の基板であり、複数の矩形状のチップ４ａが形成されるが、チップ４ａが形成されない外周部４ｂまでフォトレジストを塗布する必要はない。

図３は、本発明であるフォトレジスト塗布装置による塗布動作を示す図である。尚、図３の上段は、フォトレジスト塗布装置１の正面図であり、図３の下段は、フォトレジスト塗布装置１の一部の平面図である。

１列目のインクジェット・ヘッド２ａ群と２列目のインクジェット・ヘッド２ａ群を互い違いに配置し、インクジェット・ヘッド２ａ間の隙間を補っているので、各列をタイミング良く吐出すれば、一度の吐出で１ライン塗布することができる。

ヘッドブラケット２ｂ上に連続的なノズル２ｈ列を形成することで、擬似的なラインヘッドが構成されるので、何度も往復動作することなく、１パスで全体を塗布することが可能となり、スループットも向上する。

尚、各ラインにおけるインクジェット・ヘッド２ａ群の吐出パターンを制御することで、必要な箇所のみ塗布することも可能であり、レジスト溶液の無駄を最小限にすることができる。

図４は、本発明であるフォトレジスト塗布装置の動作制御を示す図である。制御装置５は、ヘッドコントローラ５ａと、ステージコントローラ５ｂと、コンピュータ５ｃとからなり、インクジェット吐出機構２と基板搬送機構３の動作を制御する。

ヘッドコントローラ５ａは、インクジェット・ヘッド２ａに動作指示を出すヘッド駆動部５ｄと、動作設定を記憶するメモリ部５ｅと、各部の動作を管理する制御部５ｆとからなる。

まず、予めコンピュータ５ｃにおいて、塗布ピッチ、塗布開始位置、塗布終了位置、塗布パターン形状５ｉ等の塗布情報を設定し、コンピュータ５ｃからメモリ部５ｅに塗布パターン形状５ｉを送る。

そして、コンピュータ５ｃからステージコントローラ５ｂに移動開始信号５ｈを出し、塗布開始位置まで来たら制御部５ｆに塗布開始信号５ｇを出して、ウエハ４へのインクジェット塗布を塗布終了位置に至るまで行う。

ステージコントローラ５ｂは、テーブル用アクチュエータ３ｄに移動指示５ｏを出すと共に、一定時間ごとに制御部５ｆにエンコーダパルス５ｊを送る。尚、搬送テーブル３ａの移動速度とエンコーダパルス５ｊの間隔は、塗布ピッチに基づいて決まる。

制御部５ｆは、エンコーダパルス５ｊをトリガとして、ヘッド駆動部５ｄに対し、メモリ部５ｅのパターンデータ５ｋに基づいて、ヘッド駆動信号５ｌをインクジェット・ヘッド２ａに出すように指示する。

尚、メモリ部５ｅに記憶された塗布パターン形状は、ビットマップデータ等の平面的な形式で作成されるが、１回の塗布動作においては、１ライン分のパターンデータ５ｋが取り出される。

搬送テーブル３ａの移動に伴い、位置検出手段３ｅで取得した位置データ５ｍをステージコントローラ５ｂにフィードバックする。尚、位置データ５ｍは、コンピュータ５ｃに移動記録５ｎとして蓄積される。

ステージコントローラ５ｂは、位置データ５ｍにより搬送テーブル３ａの速度や移動距離などを確認し、常に適切な状態が維持されるように、テーブル用アクチュエータ３ｄへの移動指示５ｏを補正する。

フォトレジスト塗布装置１は、約５秒で１パス塗布が可能であり、膜厚が約５００ｎｍのｉ線レジストを塗布する場合では、従来のスピンコート法に比べて、約９６％のレジスト溶液を節約することが可能である。

図５は、本発明であるフォトレジスト塗布装置を減圧環境下に置いた場合の図である。フォトレジスト塗布装置１ａは、インクジェット吐出機構２及び基板搬送機構３を減圧室６内に収容し、減圧室６内を真空ポンプ６ａで減圧した状態で塗布を行う。

大気中でインクジェット塗布を行う際は、基板の外周部でコーヒーステイン現象による盛り上がりが問題となるが、ウエハ４の場合、チップ４ａの取り方によっては、カセット４ｃの支持爪が盛り上がりを引っ掛けたりしなければ支障はない。

しかし、ウエハ４の外周部４ｂまでチップ４ａを形成している場合、外周部４ｂに生じるレジスト溶液の盛り上がりは、均一なレジスト薄膜を形成するためには、解消しておくことが好ましい。

そのため、大気圧（１０１．３ｋＰａ）より低い圧力にして、レジスト溶液の拡散展開と溶剤の蒸発が最適となるように調整することで、膜厚のばらつきが軽減され、極めて均一性に優れたレジスト薄膜を得ることができる。

尚、減圧環境下でも、ウエハ４を搬送テーブル３ａに固着することができるように、搬送テーブル３ａの表面に静電チャック等の保持手段を設ける。また、圧力差の影響を受けないように溶液容器２ｅも減圧室６内に設置する。

尚、溶液容器２ｅの液面レベルを、インクジェット・ヘッド２ａのノズル２ｈ面より低くなるように調整することで、ノズル２ｈのメニスカスを適正に保持し、インクジェット塗布を確実にすることができる。

図６は、本発明であるフォトレジスト塗布装置の減圧制御を示す図である。レジスト溶液についての最適減圧度が決まったら、常に減圧室６内の圧力を最適値で維持する必要がある。

減圧室６内を減圧するには、リーク弁６ｊを閉じて真空ポンプ６ａで減圧室６内の空気を吸引するが、目的に圧力に達したら、リーク弁６ｊを開いて、真空ポンプ６ａによる吸引と開口端からのリークとのバランスを取る。

しかし、最適値は低真空度であり、そのレベルで圧力値を一定に維持することは困難であることから、減圧室６と真空ポンプ６ａの間に可変圧力調整弁６ｈを設け、微小な圧力変動に対する制御を行う。

まず、減圧室６には真空シール６ｃを施し、真空ゲージ６ｄで減圧室６内の減圧度を計測する。真空ゲージ６ｄが圧力の変動を感知すると、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）６ｅに圧力検知信号６ｋが送られる。

ＰＬＣ６ｅは、通信手段６ｆを介してサーボアンプ６ｇに指令を出し、可変圧力調整弁６ｈの開口を制御するサーボモータ６ｉを作動させ、圧力が設定値に達するまで真空ポンプ６ａによる吸引量を調整する。

減圧環境下では溶液容器２ｅからノズル２ｈに至るまでの供給系において、内在水分の蒸発と気泡の成長等に注意する必要があるが、端部の盛り上がりを回避し、膜厚均一性を確保することができる。

また、個々のインクジェット吐出による液滴の流動拡散範囲が一意的に制御されるため、塗布パターンの輪郭が正確に実現でき、従来の方法で見られた乱れや輪郭のぼやけ等の欠点も解消される。

図７は、本発明であるフォトレジスト塗布装置のクリーン化対策した場合の前面斜視図である。図８は、本発明であるフォトレジスト塗布装置のクリーン化対策した場合の後面斜視図である。

半導体装置の製造工程において、パーティクルに起因する故障は最も歩留まりを低下させる主要原因である。そのため、パーティクルを発生させない、もし発生したら基板から遠ざけて排除するクリーン化が重要である。

フォトレジスト塗布装置１ａにおいては、できるだけ低発塵タイプのもので構成する。例えば、テーブル用アクチュエータ３ｄは、サーボモータを用いてボールネジを介してステージ３ｂと直結させるが、低発塵が要求される場合は、リニアモータを用いる。

尚、発塵源となる可能性のある構成要素は減圧室６の外に置くが、減圧室６内に置く必要のある駆動部などはカバー６ｍで覆い、発生したパーティクルは真空ポンプ６ａで速やかに減圧室６の外に排出する。

発塵源となる可能性のある構成要素としては、搬送テーブル３ａを移動させるテーブル用アクチュエータ３ｄ、インクジェット・ヘッド２ａ群を昇降させるヘッド用アクチュエータ２ｄ、溶液容器２ｅの液面レベルを調整する容器用アクチュエータ２ｇ等がある。

アクチュエータには、サーボモータが用いられ、回転運動から直線運動への変換機構としてボールネジが用いられる。その他に、搬送テーブル３ａの往復動のため線材等を纏めて動かす機能を持つケーブルベア６ｌ等も考えられる。

そこで、テーブル用アクチュエータ３ｄ、ヘッド用アクチュエータ２ｄ及び容器用アクチュエータ２ｇは、減圧室６の外に設け、軸受を介しながらボールネジで搬送テーブル３ａ、インクジェット・ヘッド２ａ群及び溶液容器２ｅを移動させる。

ケーブルベア６ｌについては、ウエハ４より低い位置に設置してパーティクルが降り落ちないように配慮し、さらに動作に支障のない程度に隙間を取ったカバー６ｍで覆い、パーティクルの拡散を防止する。

減圧室６内で発生したパーティクルが浮遊してウエハ４に付着したりしないように、真空ポンプ６ａを利用してパーティクルを吸引することにより、減圧室６内を常にクリーンな状態に維持することができる。

図７及び図８に示すように、フォトレジスト塗布装置１ａは、減圧室６内から排気する部分に活性炭吸着方式の回収装置６ｂを備えており、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）規制に対応した構成である。

レジスト溶液には、大量の有機化合物、特に揮発性の有機溶剤が含まれている。また、薄膜化を実現するために、希釈剤としてシンナーが多用されており、火災のおそれや人体への影響も懸念される。

ＶＯＣ対策としては、マイナス３０℃のガスとＶＯＣとの間で熱交換してＶＯＣを液化凝縮する圧縮深冷凝縮方式や、ＶＯＣを含む排気ガスを活性炭中に通し多孔質の炭素に吸着させる活性炭方式や、プラズマ分解する方法などがある。

フォトレジスト塗布装置１ａでは、減圧室６内の閉じられた空間で塗布するので、ＶＯＣがクリーンルーム内に拡散することはなく、減圧のために減圧室６内から空気を吸引するので、その排気時にＶＯＣを回収する。

回収装置６ｂは、減圧室６と直結した真空ポンプ６ａの後段に、活性炭を入れた吸着槽を組み込んだものであるが、ＶＯＣの中に真空ポンプ６ａを腐食させる成分が含まれる場合には、真空ポンプ６ａの前段に設けても良い。

図９は、本発明であるフォトレジスト塗布装置のインクジェット吐出機構のクリーニングを示す図である。インクジェット吐出機構２に、レジスト溶液の供給が円滑に行われなくなった場合の対応策を講じる。

インクジェット・ヘッド２ａは、レジスト溶液を供給するインレット２ｉ、出口であるアウトレット２ｊ、インレット２ｉとアウトレット２ｊの間に形成した複数の微細流路２ｋ、各微細流路２ｋの出口に設けたノズル２ｈ等からなる。

また、インクジェット・ヘッド２ａには、圧電素子が用いられ、圧電素子に電圧を印加することにより、微細流路２ｋの形状を変化させてポンプとして機能させ、レジスト溶液の定量的な供給と吐出を行う。

通常、アウトレット２ｊは閉じて、インレット２ｉから供給したレジスト溶液をフィルタを介して各微細流路２ｋに送ることでノズル２ｈから吐出しているが、レジスト溶液が過剰な場合でもアウトレット２ｊ側に流れ込むことで、吐出量は一定に保たれる。

この通常使用していないアウトレット２ｊを利用してインクジェット・ヘッド２ａの内部を洗浄する。インレット２ｉ側には供給配管２ｆにより溶液流路２ｐが存在するが、アウトレット２ｊ側は洗浄液槽２ｏと接続できる洗浄液流路２ｑを設ける。

溶液流路２ｐには溶液側バルブ２ｌを設け、洗浄液流路２ｑには洗浄液側バルブ２ｍを設けて、流路の切り替えを可能とし、さらに洗浄液流路２ｑには洗浄液を送り出すためのマイクロポンプ２ｎを設置する。

塗布動作時は、洗浄液側バルブ２ｍを閉じ溶液側バルブ２ｌを開いてレジスト溶液の供給を行い、トラブル発生時には、溶液側バルブ２ｌを閉じ洗浄液側バルブ２ｍを開いて洗浄液をインクジェット・ヘッド２ａ内に注入する。

洗浄液はノズル２ｈから排出され、インクジェット・ヘッド２ａ内が洗浄される。尚、溶液側バルブ２ｌを開いて洗浄液を溶液流路２ｐに逆流させれば、供給配管２ｆ内の洗浄も可能となる。

図１０は、本発明であるフォトレジスト塗布装置のインクジェット吐出機構の目詰まり対策を示す図である。インクジェット吐出機構２のノズル２ｈ面についてもクリーン化対策を行う。

塗布時にレジスト溶液はインクジェット・ヘッド２ａのノズル２ｈを通過するので、塗布後に残存付着したものが乾燥して固化すると、ノズル２ｈが目詰まりを起こしたり、次回の塗布時にパーティクルとしてウエハ４上に落下する可能性がある。

そこで、ノズル２ｈ面を洗浄液槽２ｏに浸漬させた状態で保管する。洗浄液槽２ｏは搬送テーブル３ａのサイドに、搬送テーブル３ａから頭を出さない形で、各インクジェット・ヘッド２ａの配置に合わせて設ける。

尚、洗浄液の蒸発を防止するため、洗浄液槽２ｏとインクジェット・ヘッド２ａとの間にシール２ｒを施す。長期間休止した後でも、クリーンで安定した状態で塗布を再開することができる。

図１１は、本発明であるフォトレジスト塗布装置を組み込んだ半導体製造装置の正面図である。図１２は、本発明であるフォトレジスト塗布装置を組み込んだ半導体製造装置の平面図である。

半導体装置を量産する上で、コストに直結する重要な因子は、スループットの向上である。フォトレジスト塗布装置１を半導体製造装置７の塗布現像処理に組み込むことで、スループットの向上が期待できる。

塗布現像処理においては、プロセスの処理時間上の隘路となる露光装置の処理時間に合わせ、露光工程の前後を占めるフォトレジスト塗布装置１と現像装置をコータ・ディベロッパとして同一の装置内に収納し、省スペース化を図る。

半導体装置の微細化に伴い、高解像度のパターン形成が要求され、基板に塗布するフォトレジスト等の薄膜も多層構造となる。尚、露光工程時の焦点深度の関係から、膜厚は小さくする必要がある。

しかし、膜厚を小さくするとエッチング耐性が低下することから、下地層とのエッチング選択比が高いハードマスクをフォトレジスト層と下地層の間に設け、フォトレジストのマスクパターンを一旦ハードマスクに転写後、下地層をパターニングする方法もある。

多層のレジスト薄膜を形成するには、フォトレジスト塗布装置１などの装置が複数必要となり、各装置のタクトタイムと露光装置のタクトタイムの関係より、モジュールの数が決定される。

フォトレジスト塗布装置１、ベーク炉等を１つのモジュールとして立体的にスタックし、このスタックを複数並べて、コータ・ディベロッパとしてまとめることで、当該プロセスにおける空き時間が無くなるように効率化できる。

本発明であるフォトレジスト塗布装置の外観を示す斜視図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置の塗布対象であるウエハを示す図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置による塗布動作を示す図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置の動作制御を示す図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置を減圧環境下に置いた場合の図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置の減圧制御を示す図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置のクリーン化対策した場合の前面斜視図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置のクリーン化対策した場合の後面斜視図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置のインクジェット吐出機構のクリーニングを示す図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置のインクジェット吐出機構の目詰まり対策を示す図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置を組み込んだ半導体製造装置の正面図である。 本発明であるフォトレジスト塗布装置を組み込んだ半導体製造装置の平面図である。

符号の説明

１ フォトレジスト塗布装置
１ａ フォトレジスト塗布装置
２ インクジェット吐出機構
２ａ インクジェット・ヘッド
２ｂ ヘッドブラケット
２ｃ 門型フレーム
２ｄ ヘッド用アクチュエータ
２ｅ 溶液容器
２ｆ 供給配管
２ｇ 容器用アクチュエータ
２ｈ ノズル
２ｉ インレット
２ｊ アウトレット
２ｋ 微細流路
２ｌ 溶液側バルブ
２ｍ 洗浄液側バルブ
２ｎ マイクロポンプ
２ｏ 洗浄液槽
２ｐ 溶液流路
２ｑ 洗浄液流路
２ｒ シール
３ 基板搬送機構
３ａ 搬送テーブル
３ｂ ステージ
３ｃ ガイドレール
３ｄ テーブル用アクチュエータ
３ｅ 位置検出手段
３ｆ ベースフレーム
４ ウエハ
４ａ チップ
４ｂ 外周部
４ｃ カセット
５ 制御装置
５ａ ヘッドコントローラ
５ｂ ステージコントローラ
５ｃ コンピュータ
５ｄ ヘッド駆動部
５ｅ メモリ部
５ｆ 制御部
５ｇ 塗布開始信号
５ｈ 移動開始信号
５ｉ 塗布パターン形状
５ｊ エンコーダパルス
５ｋ パターンデータ
５ｌ ヘッド駆動信号
５ｍ 位置データ
５ｎ 移動記録
５ｏ 移動指示
６ 減圧室
６ａ 真空ポンプ
６ｂ 回収装置
６ｃ 真空シール
６ｄ 真空ゲージ
６ｅ ＰＬＣ
６ｆ 通信手段
６ｇ サーボアンプ
６ｈ 可変圧力調整弁
６ｉ サーボモータ
６ｊ リーク弁
６ｋ 圧力検知信号
６ｌ ケーブルベア
６ｍ カバー
７ 半導体製造装置

Claims (7)

1. 溶液容器から供給したレジスト溶液を下方へ吐出するノズルを一定間隔で複数設けたインクジェット・ヘッドを２列互い違いに配置したインクジェット吐出機構と、前記インクジェット吐出機構の吐出対象であるウエハを載置した搬送テーブルを水平に移動させる基板搬送機構と、前記インクジェット吐出機構の吐出と前記基板搬送機構の移動を制御する制御機構とからなり、前記ウエハの特定の回路部分にのみ１回の塗布動作でレジスト薄膜を形成することを特徴とするフォトレジスト塗布装置。
2. 減圧室内に設置して大気圧より低い圧力雰囲気下で塗布することを特徴とする請求項１に記載のフォトレジスト塗布装置。
3. 発塵源となるアクチュエータを減圧室の外に設置することを特徴とする請求項２に記載のフォトレジスト塗布装置。
4. 減圧室に充満した揮発性有機化合物を排気時に回収装置で吸着することを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれかに記載のフォトレジスト塗布装置。
5. インクジェット・ヘッドに洗浄液流路を設け配管系統をクリーニングすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフォトレジスト塗布装置。
6. 塗布中断又は休止時にインクジェット・ヘッドのノズル面を洗浄液槽に浸漬して乾燥を防止することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のフォトレジスト塗布装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のフォトレジスト塗布装置を組み込んだことを特徴とする半導体製造装置。

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