JP2010087197A - レジスト塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、レジスト液の使用量が極わずかで溶媒が蒸発しやすいレジスト噴霧塗布方法において、ウェハー基板載置台の温度ドリフトを極力小さくすることにより、霧状のレジスト液が基板表面に到達する前に溶媒が蒸発せず、微細液滴状態で均一に塗布でき、均一塗布後はこれを迅速に乾固化させるレジスト塗布装置を提供することをその課題とする。
【解決手段】
(a) 搭載したウェハー基板(1)を回転させ且つウェハー基板(1)との接触部位(2)を通じてウェハー基板(1)を加熱するマイカヒータ(3)を備えたスピンチャック(4)と、
(b) レジスト(L)を霧状にしてウェハー基板(1)上に噴霧する超音波スプレーノズル(7)と、
(c) 前記ウェハー基板(1)の加熱温度を測定する温度計測部(5)と、
(d) スピンチャック(4)に非接触で且つ前記温度計測部(5)からの信号により前記マイカヒータ(3)を制御してマイカヒータ(3)に給電する給電装置(6)とを備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程のレジスト塗布工程において使用されるレジスト塗布装置に関する。

近年、マイクロエレクトロメカニカルシステムが急速に伸展しており、更なる微細化や複雑化に対応したシリコン基板エッチング加工におけるレジスト液が開発されて盛んに使用されている。このような用途に使用されるレジスト液は非常に高価であり、微細凹凸が無数にあるウェハー基板の表面に凹凸に関係なく、出来る限り全体に均一にしかも無駄なくウェハー基板に塗布することが要求されるようになってきている。

その方法として、レジスト塗布後、素早く乾燥させると凹凸の山の部分のレジスト液が谷側に流れ込む前に固化し、以って微細凹凸のあるウェハー基板の表面に凹凸に関係なく、出来る限り全体に均一にしかも無駄なくウェハー基板に塗布することが出来る。その方法の一例として特許文献１に記載のように、スピンチャックのウェハー基板載置台上にウェハー基板を載置し、上から超音波ノズルでレジスト液を噴霧して均一に塗着し、加熱されているウェハー基板載置台にて噴霧塗着されたレジスト液を前述のような液ダレが発生する前に加熱乾燥固化するという方法が提案されている。特にこの方法では加熱方法としてウェハー基板載置台を鉄製とし、これを電磁誘導で加熱するという方式を採用している。

しかしながら、電磁誘導方式では、電磁誘導コイルを内蔵するためのウェハー基板載置台は鉄製であるため重量が大きいだけでなく、熱容量が大きいために温度検出して如何に電磁誘導コイルを制御しても鉄製ウェハー基板載置台に温度のドリフトが生じ、鉄製ウェハー基板載置台に載置されたウェハー基板もこのドリフトに合わせて温度の上昇・下降が見られた。特にこの場合、レジスト液が霧状であるためウェハー基板周辺温度が高い場合にはウェハー基板の表面に到着する前に雰囲気温度で溶媒が蒸発し、溶質がパーティクルとなってウェハー基板の表面に付着する。換言すれば、レジストの均一塗布ができないという問題があった。

また、スピンチャックのウェハー基板載置台内に電磁誘導コイルを内蔵しようとすると、回転体であるスピンチャックに「スリップリング」のような装置を組み込まなければならず、発火性の強い処理液を使用する事がある本発明装置にあっては、給電中の火花によって引火する恐れもあり発火対策が別途必要になる。しかもこのような装置は複雑で常時メンテナンスも必要とされ、使用者側にとっては煩わしい。
特開２００４−８７９３４号公報

本発明は、レジスト液の使用量が極わずかで溶媒が蒸発しやすいレジスト噴霧塗布方法において、ウェハー基板載置台の温度ドリフトを極力小さくすることにより、霧状のレジスト液が基板表面に到達する前に溶媒が蒸発せず、微細液滴状態で均一に塗布でき、均一塗布後はこれを迅速に乾固化させるレジスト塗布装置を提供することをその課題とする。

請求項１にかかるレジスト塗布装置(A)は、
(a) 搭載したウェハー基板(1)を回転させ且つウェハー基板(1)との接触部位(2)を通じてウェハー基板(1)を加熱するマイカヒータ(3)を備えたスピンチャック(4)と、
(b) レジスト液(L)を霧状にしてウェハー基板(1)上に噴霧する超音波スプレーノズル(7)と、
(c) 前記ウェハー基板(1)の加熱温度を測定する温度計測部(5)と、
(d) 前記温度計測部(5)からの信号により前記マイカヒータ(3)を制御してマイカヒータ(3)に給電する給電装置(6)とを備えていることを特徴とする。

請求項２は請求項１のスピンチャック(4)に関し、少なくともマイカヒータ(3)にて加熱され、ウェハー基板(1)を加熱する接触部位(2)がアルミニウム製であることを特徴するレジスト塗布装置(A)であり、請求項３に記載されているレジスト塗布装置(A)は、スピンチャック(4)とマイカヒータ(3)への給電装置(6)とが非接触に構成されていることを特徴とするものである。

本発明は、加熱手段として「マイカヒータ(3)」を使用しているため温度制御レスポンスが高くてそれ自身熱容量が非常に小さくてしかも加熱効率が非常に高く、そしてそれ自体が発熱体であるため、スピンチャック(4)を、更にいえばウェハー基板(1)を加熱する接触部位(2)を熱容量の小さい素材、例えばアルミニウムで形成することが出来る。その結果、スピンチャック(4)の温度ドリフトを極力小さく制御することが出来、従って霧状レジストが基板表面に到達する前に溶媒が蒸発せず、液滴状態で均一に塗布できるようになった。しかも、スピンチャック(4)とマイカヒータ(3)への給電装置(6)とが非接触に構成されているので、マイカヒータ(3)を内蔵しているにも拘わらず、非常に円滑にスピンチャック(4)を回転させることが出来、加えて給電経路、例えば回転するスピンチャック(4)に給電するための「スリップリング」のようなものを排除することが出来、しかもメンテナンスが容易になるという利点もある。

以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。レジスト塗布装置(A)のスピンチャック(4)は、載置台(8)とその下面中心に垂設された回転軸(10)とで構成されており、回転軸(10)は装置本体(図示せず)に取り付けられたベアリング(11)に回転可能に取り付けられている。載置台(8)は円板状で、回転軸(10)が設けられ、その上面にヒーター収納凹所が形成された本体部(8a)と、ウェハー基板(1)との接触部位(2)となり、ヒーター収納凹所を閉塞するウェハー載置蓋(8b)とで構成されており、ヒータ収納凹所の内部にマイカヒータ(3)が内蔵され、ウェハー載置蓋(8b)およびヒータ収納凹所に接触している。少なくとも載置台(8)或いはウェハー載置蓋(8b)そのものは熱容量の小さいアルミニウム(勿論、これに限られず熱容量の小さい材料であればよい。また、材料は金属に限られず耐薬品性があれば樹脂でもよい。)が使用される。このような熱容量の小さい材料であれば、加熱源がマイカヒータ(3)のようなものでしかも非接触給電方式であっても実用足りうる。

また、ウェハー載置蓋(8b)にはウェハー基板(1)を吸着するための吸着孔(図示せず)あるいは吸着孔が形成された吸着溝(図示せず)が形成されており、載置されたウェハー基板(1)を吸着固定するようになっている。勿論、吸着以外の方法でウェハー基板(1)を固定することも可能である。

マイカヒータ(3)はジグザグの帯状に形成した、例えばステンレス箔製の発熱体(3a)を上下からマイカ板(3b)にてサンドイッチしたもので、高ワット密度、厚みが１ｍｍ程度と非常に薄くしかも熱容量が著しく小さい面状発熱体である。面状発熱体であるため接触する載置台(8)に対する加熱効率が優れている。

スピンチャック(4)の回転軸(10)は隣接して設けられたスピンモータ(20)によりタイミングベルト(21)を介して回転駆動されている。(22)(23)はタイミングベルト(21)が取り付けられるプーリである。

給電装置(6)はリモートシステム(6a)(6b)とヒーターコントローラ(6c)とを含んでおり、一対で構成されるリモートシステム(6a)(6b)は回転軸(10)と同軸にて設置されている。リモートシステム(6a)(6b)は回転トランスの一種で、一方(6a)が回転軸(10)の軸端に一体的に装着されて回転軸(10)と共に回転する。他方(6b)は非接触で且つ近接して装置本体に固定されており、給電装置(6)からの電力を回転軸側のリモートシステム(6a)を介してマイカヒータ(3)に非接触で給電するようになっている。

また、給電装置(6)にはヒーターコントローラ(6c)が設置されており、マイカヒータ(3)の温度調節を行うようになっている。マイカヒータ(3)の温度は載置台(8)内に内蔵された温度計測部(5)の一部を構成する温度検出器の白金側抵抗体によって検出され、その検出信号によりヒーターコントローラ(6c)がマイカヒータ(3)の温度調節を行っている。

超音波スプレーノズル(7)はアクチュエータ(30)に取り付けられ、下方に設置されているスピンチャック(4)上を往復移動する。超音波スプレーノズル(7)の構造は図２に示す通りで、超音波振動するノズルボディ(7a)、ノズルボディ(7a)を収納し、これを支持するハウジング(7b)、ハウジング(7b)の下部に接続して設けられ、ノズルボディ(7a)のノズルステム(7a1)を取り囲んでその周囲に不活性ガス噴出口(7d)を構成し且つ不活性ガス噴出口(7d)に不活性ガスを供給するデフュージョンチャンバ(7c)を内蔵する不活性ガス供給部(7e)とで構成されている。不活性ガス供給部(7e)のデフュージョンチャンバ(7c)には不活性ガス供給インレット(7f)が設けられている。

更に、不活性ガス噴出口(7d)にはノズルステム(7a1)の出代を調整する調整部材(7g)が出入可能に設けられており、この調整部材(7g)を移動させることによりレジスト液(L)の噴霧状態が変化する。なお、不活性ガス噴出口(7d)の内壁とノズルステム(7a1)との隙間から霧化用の不活性ガス(71)が噴出するが、この隙間も不活性ガス噴出口(7d)と呼ぶ場合がある。ノズルボディ(7a)のセンターにはノズルステム(7a1)の先端に開口する貫通孔(7a2)が穿設されており、この貫通孔(7a2)にレジスト供給継手(7h)が接続されている。

前記レジスト供給継手(7h)には開閉弁(35)を介してレジスト液(L)が充填されたレジスト袋(37)が接続されており、レジスト袋(37)の出口には供給レジスト液(L)の脈動防止用の液溜め部(39)が設けられていて、一定のレジスト液(L)がここから流出するようになっている。液溜め部(39)の出口にはさらに微小流量圧送ポンプ(40)が接続され、微小流量圧送ポンプ(40)と開閉弁(35)との間に流量制御弁(42)が設けられている。

また、超音波スプレーノズル(7)のハウジング(7b)には超音波発生装置(9)が接続されており、ノズルステム(7a1)を超音波振動させるようになっている。

アクチュエータ(30)はスピンチャック(4)の上方にて水平に設置されており、取り付けられた超音波スプレーノズル(7)をスピンチャック(4)上を横断するように移動させる機能のもので、このような機能を有する装置であればどのようなものでもよく、例えばモータ(30a)にてボールネジ(図示せず)を回動させ、ボールネジに螺着され、超音波スプレーノズル(7)が装着されたボールナット(図示せず)を往復させるようにしてもよいし、シリンダー装置のようなものを利用してもよい。ただし、スプレー塗布時にはピンチャック(4)は回転しているので、スピンチャック(4)の外周縁から中心に向かって超音波スプレーノズル(7)が移動するとき、塗布量が一定になるように外周縁付近では遅く、中心に向かって次第に移動速度を高めるように設定する。

しかして、スピンチャック(4)上に中心を合わせてウェハー基板(1)をセットし、スピンモータ(20)を回転させる。これと同時に(或いはこれと前後して)マイカヒータ(3)に非接触にて給電し、マイカヒータ(3)を加熱する。前記のように給電は非接触であり、しかもスピンチャック(4)がアルミニウム製であるから回転の負荷が著しく小さく、従ってスピンチャック(4)の回転が円滑且つ応答性よく行われる。また、発火の心配もなく発火対策など余計な機構を設ける必要がないし、メンテナンスも非常に簡単となる。

マイカヒータ(3)および載置台(8)は熱容量が小さいため且つマイカヒータ(3)の高加熱効率により、載置台(8)とこれに密着して固定されているウェハー基板(1)とが急速に所定温度迄昇温する。これを温度計測部(5)により検出し、ウェハー基板(1)が所定の温度になったことを確認してアクチュエータ(30)を作動させ、超音波スプレーノズル(7)がウェハー基板(1)の外周縁に入る直前で開閉弁(35)を開くと共に微小流量圧送ポンプ(40)並びに超音波発生装置(9)を作動させ、これによってノズルステム(7a1)を超音波振動させてレジスト液(L)をノズルステム(7a1)の先端開口(72)から霧化させて放出すると共に不活性ガス噴出口(7d)からキャリアガスとして噴出する不活性ガス(71)に担持させ、脈動なしで霧状に噴出させてレジスト霧(M)のスプレー塗布を行う。

前述のように回転スピンチャックによるスプレー塗布であるから、ウェハー基板(1)の外周縁付近では超音波スプレーノズル(7)の移動量は遅く、中心に近づくにつれて次第に速度を増し、中心に至るとレジスト噴霧を停止する。

この間、温度検出器によりウェハー基板(1)と載置台(8)の温度を常時検出して、ウェハー基板(1)およびその周縁を、スプレー噴霧の溶媒を蒸発させない程度の温度に保ち、レジスト霧(M)がウェハー基板(1)の上面に均一に塗布されるように制御される。この部分を均一塗布層として図１の拡大図に(LS)で示す。温度制御はヒーターコントローラ(6c)により行われる。マイカヒータ(3)が収納されている載置台(8)の熱容量は非常に小さいので、マイカヒータ(3)のオン・オフによる温度変化に追従していくことができ、温度ドリフトを大幅に抑制することができる。これにより前述のような問題点を解決することができた。

本発明装置の概略正面図 図１で使用される超音波スプレーノズルの断面図 図１で使用されるマイカヒータの分解斜視図

符号の説明

(L)レジスト
(1)ウェハー基板
(2)接触部位
(3)マイカヒータ
(4)スピンチャック
(5)温度計測部
(6)給電装置
(7)超音波スプレーノズル

Claims (3)

1. (a) 搭載したウェハー基板を回転させ且つウェハー基板との接触部位を通じてウェハー基板を加熱するマイカヒータを備えたスピンチャックと、
   (b) レジスト液を霧状にしてウェハー基板上に噴霧する超音波スプレーノズルと、
   (c) 前記ウェハー基板の加熱温度を測定する温度計測部と、
   (d) 前記温度計測部からの信号により前記マイカヒータを制御してマイカヒータに給電する給電装置とを備えていることを特徴とするレジスト塗布装置。
2. 請求項１のスピンチャックの少なくともマイカヒータにて加熱され、ウェハー基板を加熱する接触部位がアルミニウム製であることを特徴するレジスト塗布装置。
3. スピンチャックとマイカヒータへの給電装置とが非接触に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレジスト塗布装置。
   
   

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