JP2009253165A

JP2009253165A - 塗布装置および塗布方法

Info

Publication number: JP2009253165A
Application number: JP2008101800A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Miyamoto; 英典宮本
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-29
Also published as: TW200948488A; US20090258152A1

Abstract

【課題】ＭＥＭＳや貫通電極を有する基板の作製などに好適な塗布装置と塗布方法を提供する。
【解決手段】ノズルに縦方向（Ｙ軸方向）に往復動させつつＸ軸方向に徐々に移動する。そして縦方向の塗布が終了したら横方向（Ｘ軸方向）に往復動させつつＹ軸方向に徐々に移動する。このように１回の塗布でノズルが基板Ｗの表面を２回スキャニングしつつ塗布し、１回目のスキャニングと２回目のスキャニングの方向を９０°異ならせることで塗り残しをなくすことができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、基板表面に被膜を形成する場合などに用いる塗布装置および塗布方法に関する。

半導体ウェーハなどの基板表面に被膜を形成する塗布装置として、特許文献１に開示されるように、基板を載置するステージにヒータを設け、このステージをｘ、ｙ、ｚ軸に沿って移動可能としたものがある。特にこの塗布装置では、基板の凹凸面に噴霧されるレジスト微粒子を運ぶ気流の速度を高速とし、且つワークに達する時点でのレイノルズ数Ｒｅが４３００を超えるようにすることで凹凸面に均一な厚さの被膜を形成するようにしている。
特開２００６−０５５７５６号公報

基板が大型化するにつれて、基板を載置するステージも大きくなる。そしてステージにホットプレートとしての機能を持たせるべく、ヒータなどを埋設すると、ステージの重量が増す。このように大型化し且つ重量が増したステージを特許文献１に記載されるように、ｘ、ｙ、ｚ軸に沿って移動させるには限界がきている。

上記課題を解決するため本発明は、基板を載置するステージと、塗布液を基板表面に供給するノズルを備えた塗布装置において、前記ステージは基板を加熱するホットプレートなどの加熱処理手段からなり、前記ノズルはステージと平行な平面に沿って移動可能とした。

前記加熱処理手段としては、例えばホットプレートなどを挙げることができる。ホットプレートの寸法は基板よりも小さくして、塗布中に塗布液がホットプレート表面に付着することを防止することが好ましい。また、前記ノズルにはノズルが移動することで風を受けてノズルから供給される塗布液が飛散しないように飛散防止用のカバーを設けることが好ましい。

また、本発明に係る塗布方法は１回の塗布で、前記ノズルが基板の表面を２回スキャニングしつつ塗布し、１回目のスキャニングと２回目のスキャニングの方向を９０°異ならせるようにした。

本発明によれば、加熱処理手段からなるステージを固定したことで、装置全体がコンパクトになり、またノズルをステージと平行な平面に沿って移動可能、つまりｘ軸及びｙ軸方向に移動可能としたことで、塗布液の塗り残しが生じにくい。

特に本発明に係る塗布装置及び塗布方法は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）のような超微細加工を要する半導体や、厚膜用の配線基板をホトリソグラフィ技術を利用して製造する際に有効である。

即ち、ＭＥＭＳをホトリソグラフィ技術を利用して製造する際に、従来からホトレジスト膜を基板表面に形成している。特に、ＭＥＭＳにはマイクロメータサイズのセンサ、アクチュエータなども含まれ、半導体回路と異なり基板表面にその深さが１００〜１０００μｍ程度の凹凸部が形成されている。このような凹凸部にエッチングなどの微細加工を施す場合、特に凹部に微細加工を施したい場合には、凹部に形成されたフォトレジスト膜の膜厚が１００〜１０００μｍと非常に厚膜であると、現像処理に要する処理時間が著しく長くなるためスループットが低下する。したがって、そのような問題が生じないように凹部に形成される膜は凸部と同程度の膜厚で形成されることが望ましい。また凹部の側壁部もエッチング処理時に保護する必要がある。以上のことから、凹凸部表面に均一な厚さのレジスト膜を形成する必要がある。

凹凸部表面に均一な厚さのレジスト膜を形成する先行技術として、特開２００３−２３６７９９号公報には、立体構造を持つサンプル上にスプレーコーティングにより成膜した後、サンプルをシンナー蒸気を多量に含む雰囲気中にある時間置いてレジスト剤の拡散移動を促し、サンプルのレジスト膜に含まれる微小な穴や膜厚の局所的な不均一を修正して膜厚の均一化を図ることが開示されている。

しかしながらこの方法では、凹部の底に塗布されたレジストにピンホールが発生しやすい。ピンホールがあるままリソグラフィを行なうと、形成されるパターンの欠陥となるので、製品不良の原因となる。そこで、スプレーコーティングする際に、膜厚を増やしてレジストの量を多くすれば、膜中にピンホールが生じる確率は減少するが、レジスト膜の厚膜化は最適な露光・現像条件の局所的変化となりオーバー露光の条件を使わざるをえず、パターン形状が歪んだり、解像度を落とす結果となる。

凹凸部表面に均一な厚さのレジスト膜を形成する別の先行技術として、特開２００５−３３４７５４号公報がある。この公報には、塗布膜形成装置の構成として、塗布液を粒子状に噴霧する噴霧ノズルと、該噴霧ノズルから噴霧される塗布液の粒子の状態を検出する粒子状態検出部と、上記塗布対象物表面から噴霧ノズルまでの高さを調整するノズル高さ調整手段とを有し、上記噴霧ノズルは、塗布液の噴霧用気体の圧力を調整する噴霧圧調整手段と、塗布液の噴霧量を調整する噴霧量調整手段とを備え、塗布対象物を載置するワークステージは上記塗布対象物を加熱する温度調整手段と、上記塗布対象物表面に形成された塗布膜の状態を検出する膜状態検出部と、上記塗布対象物の温度を検出する対象物温度検出部とを備え、上記粒子状態検出部と膜状態検出部及び対象物温度検出部から検出された情報に基づき、上記ノズル高さ調整手段、噴霧圧調整手段、噴霧量調整手段及び温度調整手段の内の一つ、又はこれらを組み合わせて制御することで均一な厚さの被膜を形成することが記載されている。

しかしながら、噴霧圧調整手段、噴霧量調整手段、温度調整手段、膜状態検出部、対象物温度検出部など多くの制御ファクターが存在するため制御が複雑になるとともに、これらのファクターだけでは凹凸表面に均一な厚さの被膜を形成することができない。

本発明によれば、微細な凹凸を有する基板の表面に均一な厚さ、即ち凹部の底面、凹部の側壁および凸部の上面に連続した均一な厚さの被膜（レジスト膜）を形成することができる。

以下に本発明に係る塗布装置を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る塗布装置を組み込んだ被膜形成装置の概略構成を示す図、図２は本発明に係る塗布装置の平面図、図３（ａ）は塗布ノズルの断面図、（ｂ）は塗布ノズルを下から見た図、図４はノズル洗浄部の断面図である。

被膜形成装置は中央にロボット１の周囲にローダー２、標準カップ３、塗布装置４、加熱・冷却装置５及び減圧脱泡装置６を配置している。

塗布装置４は中央にホットプレート１０を配置し、このホットプレート１０にリフトピンの挿通孔１１を形成し、ホットプレート１０が基板Ｗの載置ステージを兼ねる構成になっている。尚、ホットプレート１０の外径寸法は基板Ｗの外径寸法よりも小さくし、塗布液がホットプレート１０の表面にかからないようにし、メンテナンス性を高めている。

またホットプレート１０の側方にＸ軸方向にガイドレール１２を設け、このガイドレール１２にＹ軸方向のガイドレール１３を摺動可能に係合し、Ｙ軸方向のガイドレール１３に塗布液を噴霧するノズル１４を取付け、ガイドレール１３に沿ってノズル１４を移動可能としている。尚、ガイドレール１３はガイドレール１２に沿ってＸ軸方向に移動可能であるため、ノズル１４はＸＹ方向、つまりホットプレート１０（ステージ）の上面と平行な面に沿って移動可能である。

ノズル１４は１対設けられ、各ノズル１４にはレジスト（塗布液）供給管１５、窒素ガス供給管１６が接続され、また１対のノズル１４は飛散防止のためにコーン状カバー１７内に収納されている。

また、ノズル１４の待機位置にはカップ状をなす洗浄装置１８が配置されている。この洗浄装置１８の底部にはドライエアの供給管１９とドレイン排出管２０が接続されている。

ノズル１４を洗浄するには前記窒素ガス供給管１６に洗浄液供給管２１を接続し、窒素ガスによって洗浄液をノズル１４に送り込み、ノズル１４から洗浄液を噴出してカバー１７内側面を洗浄し、同時にドライエア供給管１９からのエアでカバー１７内側面を乾かす。

また、前記ホットプレート１０の外側には排気口２２が開口している。この排気口２２はその下側に設けられた排気チャンバー２３につながっている。この排気チャンバー２３の底面は傾斜面とされ、最も低くなった位置にドレイン排出管２４が接続され、排気チャンバー２３の上面には排気管２５が接続されている。

以上において、表面に微細な凹凸がある基板に均一な厚さで被膜を形成する方法を図６〜８に基づいて説明する。図６（ａ）および（ｂ）は被膜形成方法の第１の塗布工程を説明した図、図７（ａ）および（ｂ）は被膜形成方法の第２の塗布工程を説明した図、図８（ａ）および（ｂ）はスプレー塗布の一例を示す図である。

塗布前の基板Ｗの表面には凹部３１と凸部３２が連続して形成されている。第１の塗布工程では、図６（ａ）に示すように、基板Ｗをホットプレート１０上にセットし、次いで前記塗布装置４のスプレーノズル１４でもよいが、図６（ｂ）に示すように、スピンコータのノズル３４から基板Ｗの表面に向けて塗布液３５を供給する。塗布液３５はホトレジスト塗布液であり、ポジ型又はネガ型のいずれでも良い。ここで凹凸部は非常に高アスペクト比であることから供給された塗布液は凹部３１の底部まで届きにくく、図６（ｂ）に示ように、塗布液の大半は、凸部３２の少なくとも中央の深さから上面に至るまでの領域に被膜３６が形成される。なお、第１の塗布工程は、スピンコート法やスプレーコート法にこだわらず、スリットコート法等、基板に塗布膜が形成されるのであれば、いかなる塗布方法でも利用することができる。

上記の如くして第１の塗布工程で被膜が形成されたら、ホットプレート１０によって被膜３６を加熱してリフローする。加熱温度は２０〜１００℃とし、加熱時間は１〜５ｍｉｎとする。この加熱処理によって、図６（ｃ）に示すように、被膜３６は下方に下がり凹部３１の底部から壁部の中間深さ位置に至るまで被膜３７を形成する。この被膜３７によって、凹部３１の少なくとも底部から壁部中間深さ位置に至るまでほぼ均一な厚さの被膜が形成される。

次いで第２の塗布工程を施す。第２の塗布工程では、前記塗布装置４のスプレーノズル１４を用いて塗布液３８を基板Ｗの表面に向けて噴霧する。

なお、噴霧の仕方は任意であるが、例えば図８（ａ）に示すようにノズル１４に縦方向（Ｙ軸方向）に往復動させつつＸ軸方向に徐々に移動する。そして縦方向の塗布が終了したら横方向（Ｘ軸方向）に往復動させつつＹ軸方向に徐々に移動する。このように１回の塗布でノズル１４が基板Ｗの表面を２回スキャニングしつつ塗布し、１回目のスキャニングと２回目のスキャニングの方向を９０°異ならせることで塗り残しをなくすことができる。

スプレーノズル１４から噴霧された塗布液３８は、凹部３１の底部までは届きにくく、図７（ａ）に示すように、凹部３１の中間深さ位置から凸部３２の上面に至るまでの領域に被膜３９が形成される。

上記の如くして第２の塗布工程で被膜３９が形成されたら、前記ホットプレート１０によって被膜３９を加熱する。加熱処理の条件は、例えば７０〜１５０℃で１〜３ｍｉｎとする。この被膜３９と前記被膜３７によって、図７（ｂ）に示すように、凹部３１及び凸部３２の全面に均一な厚さの被膜４０が形成される。

なお、被膜３９は凸部に形成されるため、特に凸部に微細加工を施す必要が無い場合には、塗布液３８は感光性の材料（いわゆるホトレジスト塗布液）でなくても良く、スプレー塗布に適し、かつアルカリ現像液に対して不溶性あるいは難溶性の材料であれば良い。

このようにしてほぼ均一な厚さの被膜を形成した後、例えば基板Ｗの凹部３１に貫通電極用のホールを形成したい場合には、凹部３１に形成された被膜の一部を選択的に露光し、塗布液がポジ型レジスト液であった場合には、続くアルカリ水溶液（例えば２．３８質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液）による現像工程で光が当たったところの被膜が除去されるので、それをマスクとして公知のエッチング処理を施し、次いで残りの被膜を剥離液やアッシング処理などにより除去することで、凹部３１の底部にホールが形成された基板Ｗを得ることができる。

このように凹部に形成されるレジスト膜厚を薄く形成できるので、現像処理にかかる時間を大幅に短縮することができる。尚、実施例では、先に第１の塗布工程を行ったが、第２の塗布工程を先に行ってもよい。

本発明に係る被膜形成方法は、ホトリソグラフィー技術を利用したＭＥＭＳや貫通電極を有する基板の作製などに利用可能である。

本発明に係る塗布装置を組み込んだ被膜形成装置の概略構成を示す図本発明に係る塗布装置の平面図（ａ）は塗布ノズルの断面図、（ｂ）は塗布ノズルを下から見た図ノズル洗浄部の断面図排気部の断面図（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る塗布装置を用いた被膜形成方法の第１の塗布工程を説明した図（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る塗布装置を用いた被膜形成方法の第２の塗布工程を説明した図（ａ）及び（ｂ）はスプレー塗布方法の一例を示す図

符号の説明

１…ロボット、２…ローダー、３…標準カップ、４…塗布装置、５…加熱・冷却装置、６…減圧脱泡装置、１０…ホットプレート、１１…リフトピンの挿通孔、１２…Ｘ軸方向のガイドレール、１３…Ｙ軸方向のガイドレール、１４…ノズル、１５…レジスト（塗布液）供給管、１６…窒素ガス供給管、１７…カバー、１８…ノズル洗浄装置、１９…ドライエア供給管、２０…ドレイン排出管、２１…洗浄液供給管、２２…排気口、２３…排気チャンバー、２４…ドレイン排出管、２５…排気管、３１…凹部、３２…凸部、３４…スピンコータのノズル、３５，３８…塗布液、３６，３７，３９，４０…被膜、Ｗ…基板。

Claims

基板を載置するステージと、塗布液を基板表面に供給するノズルを備えた塗布装置において、前記ステージは基板を加熱する加熱処理手段からなり、前記ノズルはステージと平行な平面に沿って移動可能とされていることを特徴とする塗布装置。
請求項１に記載の塗布装置において、前記加熱処理手段の寸法は基板よりも小さく、また前記ノズルには飛散防止用のカバーが設けられていることを特徴とする塗布装置。
請求項１または請求項２に記載の塗布装置を用いた塗布方法であって、１回の塗布で前記ノズルが基板の表面を２回スキャニングしつつ塗布し、１回目のスキャニングと２回目のスキャニングの方向を９０°異ならせることを特徴とする塗布方法。