JP5013400B2

JP5013400B2 - 塗布膜コーティング装置

Info

Publication number: JP5013400B2
Application number: JP2006266259A
Authority: JP
Inventors: 忠弘大見; 領一大蔵; 修中村; 孝明松岡
Original assignee: Tohoku University NUC; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: WO2008041625A1; TWI408009B; JP2008085242A; TW200902167A; US20090277379A1

Description

本発明は、半導体基板、液晶ガラス基板、あるいは磁気ディスクなどの精密基板に有機被膜などを塗布するための塗布膜コーティング装置に関する。

半導体デバイス、液晶ディスプレイ、磁気ディスクなどの製造において、回路パターンを形成するために露光技術が用いられている。露光工程に必須であるレジスト材料の塗布を精密基板に均一に、かつ可能な限り薄くすることは、精密基板素子の微細化、半導体をはじめとしたデバイス製造の高品質化、高歩留化を実現するために不可欠で重要な因子である。したがって、従来から露光工程においてレジスト材料の塗布を精密基板に均一に、かつ可能な限り薄くするため、コーティング装置の改良が行われてきた。

また、半導体をはじめとした各デバイスの高集積化、高精度化にともない、問題となる汚染因子も一層厳しくなってきており、重金属汚染はもとより、環境からのパーティクル汚染、製造装置からの汚染も問題となり、これらを改善することが必要となっている。

そして、露光工程後のエッチング工程時に、レジスト中に含まれる水分や酸素などの不純物が、レジスト材料にダメージを与えてしまうため、上述のレジスト材料の塗布を精密基板に均一に、かつ可能な限り薄くするためには、レジスト塗布時に水分や酸素などの原子・分子レベルの汚染防止が求められている。

従来の塗布膜コーティング装置は、図５に示すように、被塗布基板５１を保持するためのテーブル５２、テーブル５２を回転駆動する回転機構５３、被塗布基板５１の被塗布面にレジスト液を供給するレジストノズル５４、被塗布基板５１を囲うように設けられた円筒形の第１カップ５５、第１カップ５５の内側で被塗布基板５１の下方に位置するよう設けられた第２カップ５６、ＥＢＲ装置５７、洗浄ノズル５８、及びこれらを収納するケーシング（図示せず）を有している。

図５の装置を用いて被塗布基板５１表面にレジスト液を塗布するには、まず、被塗布基板５１をテーブル５２に保持させる。テーブル５２は、例えば真空チャックであって、被処理基板５１を吸着保持する。

次に、被塗布基板５１の表面中心にレジスト液を供給し、回転機構によりテーブル５２を回転させる。これにより被塗布基板５１が回転し、その表面に供給されたレジスト液は、遠心力により被塗布基板５１のエッジ（外周方向）へ向かって拡がり、被塗布基板５１の表面全体を覆うレジスト膜となる。

以上のようにして形成されたレジスト膜は、エッジ周辺において膜厚が厚くなりやすい。エッジ周辺部の膜厚が厚くなった場合には、ＥＢＲ装置５７によりレジスト膜を一部除去し、所定の厚みとなるようにする。また、被塗布基板５１の裏面に回りこんだレジストは、洗浄ノズル５８より溶剤を噴出させて除去する。

以上のようにして、従来の塗布膜コーティング装置を用い、被塗布基板５１の表面にレジスト膜が形成される。

従来の塗布膜コーティング装置では、形成したレジスト膜の膜厚分布が均一でなく（特に、エッジ部において厚くなりやすく）、ＥＢＲ装置等を用いて膜厚を均一にする処理を行わなければならないという問題点がある。

また、従来の塗布膜コーティング装置では、被塗布基板裏面にまでレジスト液が回りこむため、裏面洗浄を行わなければならないという問題点がある。

さらに、従来の塗布コーティング装置では、ウェーハを高速回転させるとウェーハ外周部にバタツキが発生し、ウェーハの大口径化に対応できないという問題点がある。

また、従来の塗布膜コーティング装置では、レジスト塗布時にレジストに脈動が生じるという問題点がある。

さらにまた、従来の塗布膜コーティング装置では、形成したレジスト膜が露光後のエッチングプロセスによってエッチングされてしまうことがあるという問題点がある。この問題は、膜厚を厚くすることによりある程度解決できるが、膜厚を厚くすると露光時の焦点深度に悪影響を与え、微細化を困難にするという別の問題を引き起こす。

そこで、本発明は、工程の簡略化とレジスト膜の膜厚分布の均一化とを両立することができ、ウェーハの大口径化にも対応できる塗布膜コーティング装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の構成に係る塗布コーティング装置は、被塗布基板を裏面において直接保持するとともに前記被塗布基板を水平状態で回転させる回転保持機構と、前記被塗布基板をベルヌーイ効果により外周部で間接的に保持する間接保持機構とを有することを特徴とする。

本発明の第２の構成に係る塗布コーティング装置は、第１の構成に係る塗布コーディング装置において、基板裏面に設けられ基板外周部裏面との間隔が前記基板裏面の他の部分での間隔より狭くなるように構成されたテーブルと、前記基板裏面と前記テーブルとの間にガスを供給するためのガス吐出孔とを含み、前記ガス吐出孔から供給する前記ガスを前記被塗布基板の外周から、前記基板裏面の外周以外の部分における前記ガスの流速よりも早い流速で排出することを特徴とする。

本発明の第３の構成に係る塗布コーティング装置は、第１または第２の構成に係る塗布コーティング装置において、塗布液を供給する配管部材に、酸素透過係数が５×１０６［個・ｃｍ／ｃｍ２ｓｅｃＰａ］以下である樹脂配管を用いることを特徴とする。

本発明の第４の構成に係る塗布コーティング装置は、第１または第２の構成に係る塗布コーティング装置において、塗布液を供給するポンプの前段に、塗布液中の気体を除去する脱気装置を備えた塗布液供給システムにより塗布液を供給することを特徴とする。

本発明の第５の構成に係る塗布コーティング装置は、第１または第２の構成に係る塗布コーティング装置において、被塗布基板を前記テーブルの上部に搬入し前記テーブル上部から搬出する搬送機構を更に備え、前記搬送機構は、前記搬送機構内雰囲気と前記テーブル上部を含む塗布膜コーティング部分とを遮断することが可能な遮断機構を介して配置されており、前記搬送機構内雰囲気を制御するためのガス供給手段及びガス排気手段が具備されていることを特徴とする。

本発明の第６の構成に係る塗布コーティング装置は、第５の構成に係る塗布コーティング装置において、被塗布基板の搬送または保管を行う専用ケースを任意に着脱可能な接続機構が前記搬送機構を介して接続されていることを特徴とする。

本発明の第７の構成に係る塗布コーティング装置は、第５または６の構成に係る塗布コーティング装置において、塗布膜のコーティング前または後に被塗布基板を乾燥させることのできる乾燥機構が前記搬送機構を介して接続されており、前期乾燥機構内部の雰囲気を制御するためのガスを供給し排気する手段が具備されていることを特徴とする。

本発明の第８の構成に係る塗布コーティング方法は、第１乃至第７のいずれかの構成に係る塗布コーティング装置を用いて塗布膜コーティングを行うことを特徴とする。

本発明の第９の構成に係る電子装置の製造方法は、第８の構成に係る塗布膜コーティング方法を用いて感光性樹脂膜を基板に塗布する工程を含むことを特徴とする。
また、本発明の第１０の構成に係るデータ記録用ディスクの製造方法、第８の構成に係る塗布膜コーティング方法を用いて記録用膜または保護膜をディスク基板に塗布する工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、ガス流を利用することで、裏面へのレジスト液の回り込みを防ぐとともに、膜厚分布を均一化することができる。これにより、裏面洗浄工程及びＥＢＲによる膜厚均一化工程を不要にすることができる。

また、本発明によれば、高速回転に伴うウェーハのばたつきを抑えることができ、大口径化に対応することができる。

さらに、本発明によれば、レジスト液の脈動を抑えることができる。

さらにまた、本発明によれば、レジスト膜への不純物の進入を防ぎ、露光後のエッチングプロセスによるレジストのエッチングを抑制することができる。これにより、より一層の薄膜化が可能で、微細化を可能にするとともに、連続プロセスが可能になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１に、本発明の一実施の形態に係る塗布膜コーティング装置の概略構成図を示す。

図１の塗布膜コーティング装置１０は、被塗布基板１１を保持するテーブル１２、テーブル１２を回転駆動する回転機構１３、被塗布基板１１の表面にレジスト液を供給するレジストノズル１４、被塗布基板１１を囲うように設けられた円筒形の第１カップ１５、第１カップ１５の内側で基板１１の下方に位置するよう設けられた第２カップ１６、被塗布基板１１の裏面に向かってガスを噴出するガス供給ノズル、例えば音速ノズル１７、及びこれらを収納するケーシング（図示せず）を有している。

被塗布基板１１は、例えば、半導体基板、液晶ガラス基板、あるいは磁気ディスクなどの精密基板である。

テーブル１２は、真空チャックや静電チャックなどであって、被塗布基板１１を直接接触保持する。

回転機構１３は、テーブル１２とともに回転保持機構を構成する。回転機構１３は、被塗布基板１１をロード／アンロードするためにテーブル１２を上下に移動させ、また、テーブル１２に保持された被塗布基板１１をその中心軸を回転軸として回転させるためにテーブル１２を回転駆動する。

レジストノズル１４は、被塗布基板の表面（被塗布面）中央にレジスト液を供給する。

第１カップ１５は、被塗布基板１１の表面に供給されて、被塗布基板１１の回転に伴って周囲へ飛散するレジスト液を回収する。

第２カップ１６は、被塗布基板の下方から供給されるガス（Ｎ_２等の不活性ガス）の流路を規定し、第１カップ１５によるレジスト液の回収を促進する。

音速ノズル１７は、ガスが供給される上流側通路よりも噴出通路を小径としたガス吐出孔を有し、被塗布基板１１の裏面（非塗布面）へ向かって、高い精度で一定の流量のガスを噴出させる。複数の音速ノズル１７を規則的に配列することで、被塗布基板１１の裏面に向かって均一にガスを供給する。

次に、図１の塗布膜コーティング装置の動作について説明する。

まず、回転機構１３によりテーブル１２を上昇させて、被塗布基板１１をテーブル１２に保持させる。

次に、回転機構１３によりテーブル１２を処理位置まで下降させ、レジストノズル１４より、テーブル１２に保持された被塗布基板１１の表面中央へレジスト液を供給する。

続いて、回転機構１３によりテーブル１２を回転させるとともに、音速ノズル１７よりガスを噴出させる。テーブル１２の回転により、被塗布基板１１の表面に供給されたレジスト液は、被塗布基板１１のエッジ部へと拡がる。このとき、音速ノズル１７より噴出したガスは、被塗布基板１１の裏面に突き当たった後、被塗布基板１１の裏面に沿ってエッジ（外周側）へ向かう。被塗布基板１１のエッジ部裏面側には、第２のカップ１６の上縁部が近接しており、ガスの流路が狭められている。この部分でガスの流速が速められるので、被塗布基板１１のエッジ部は、ベルヌーイの法則により（間接的に）ホールドされる。つまりエッジ部にベルヌーイチャックが設けられている。その結果、被塗布基板１１のバタツキを抑えることができ、高速回転が可能となる。また、高速回転とガス流の相乗効果により、レジストの膜厚分布がよくなり、裏面へのレジストの回り込みも無くなる。これにより、従来必要であったＥＢＲ工程及び裏面洗浄工程が不要となり、ＥＢＲ装置及び裏面洗浄ノズルが不要になる。この実施の形態では、回転は慣性モーメントの少ない中央部のチャックで与えられるので、低速から短時間（例えば、１秒）で、６０００〜７０００ｒｐｍもの高速に回転させることができ、高速回転に伴う外周部のバタツキをベルヌーイチャックで抑えることができる。

次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図２の塗布膜コーティング装置２０は、被塗布基板２１を保持するテーブル２２、テーブル２２を回転駆動する回転機構２３、被塗布基板２１の表面にレジスト液を供給するレジストノズル２４、被塗布基板２１を囲うように設けられた円筒形のカップ２５、及びこれらを収納するケーシング（図示せず）を有している。

テーブル２２は、円板状の主テーブル２２１と、その中心に設けられたガス供給ノズル、例えば音速ノズル２２２と、主テーブル２２１の上面周縁部に設けられたリング状突起２２３と、リング状突起２２３の外周側に設けられた複数のクランプピン２２４とを有している。テーブル２２は、後述するように、被塗布基板２１を、その裏面に接触することなく保持する。

回転機構２３は、テーブル２２とともに回転保持機構を構成する。回転機構２３は、被塗布基板２１をロード／アンロードするために音速ノズル２２２を上下に移動させ、また、ピン２２４に保持された被塗布基板２１をその中心軸を回転軸として回転させるためにテーブル２２を回転駆動する。

レジストノズル２４は、被塗布基板２１の表面中央にレジスト液を供給する。

カップ２５は、被塗布基板２１の表面に供給されて、被塗布基板２１の回転に伴って周囲へ飛散するレジスト液を回収する。

次に、図２の塗布膜コーティング装置の動作について、図３（ａ）及び（ｂ）をも参照して説明する。

まず、回転機構２３により、図３（ａ）に示すように、音速ノズル２２２を上昇させ、被塗布基板２１をその上方に位置させる。音速ノズル２２２のガス吐出孔は、上流側通路よりも噴出通路を小径としてある複数のガス吐出孔が、規則的に配列され形成されている。音速ノズル２２２は、一定流量のガス（Ｎ_２）を上方に向かって噴出する。音速ノズル２２２から噴出したガスは、被塗布基板２１の裏面にぶつかり、その裏面に沿って被塗布基板２１のエッジへ向かって流れる。ここで、ガス吐出孔から噴出させるガスの流量を被塗布基板２１の重さに基づいて適切に設定しておけば、複数のガス吐出孔から噴出したガスが音速ノズル２２２の周縁部で合流して流速が速められ、ベルヌーイの法則により、非接触で被塗布基板２１を位置固定（吸着保持）することができる。つまり、音速ノズル２２２は、ベルヌーイチャック３１として働く。

次に、回転機構２３により音速ノズル２２２を下降させ、図３（ｂ）に示すように、音速ノズル２２２の上面と主テーブル２２１の上面とを一致させる。このとき、クランクピン２２４が、被塗布基板２１の外周面に接触し、被塗布基板２１を案内する。

図３（ｂ）の状態において、音速ノズル２２２から噴出したガスは、被塗布基板２１と主テーブル２２１との間の空間を、被塗布基板２１の外周へ向かって流れる。被塗布基板２１と主テーブル２２１とによって形成されるガス流路は、主テーブル２２１の上面に形成されたリング状突起２２３によって狭められ、ここにおいてガスの流速が速められる。その結果、ガスは、被塗布基板２１の外周部から、それ以外の部分の流速よりも速い流速で排出される。そして、被塗布基板２１は、ベルヌーイの法則により、少なくとも被塗布基板２１の裏面に非接触で主テーブル２２1に対して位置固定（吸着保持）される。つまり、リング状突起２２３の存在によりテーブル２２１の外周部は、ベルヌーイチャック３２として働く。この結果、本実施の形態に係る塗布膜コーティング装置においても、第１の実施の形態に係る装置と同様に、被塗布基板２１のバタツキを抑えることができ、高速回転が可能となる。

この後、レジストノズル２４より、被塗布基板２１の表面中央へレジスト液を供給し、回転機構２３によりテーブル２２１を回転させて、被塗布基板２１を回転させる。これにより、被塗布基板２１の表面に供給されたレジスト液は、被塗布基板２１のエッジ部へと拡がり、レジスト膜が形成される。

上述したように、本実施の形態に係る塗布膜コーティング装置においても、被塗布基板２１のバタツキを抑えることができるので、高速回転とガス流の相乗効果により、レジストの膜厚分布がよくなり、裏面へのレジストの回り込みも無くなる。これにより、従来必要であったＥＢＲ工程及び裏面洗浄工程が不要となり、ＥＢＲ銃及び裏面洗浄ノズルが不要になる。

次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る塗布膜コーティング装置について説明する。

図４の塗布膜コーティング装置４０は、被塗布基板４１を保持するテーブル（図示せず）と、レジスト液を供給するレジストノズル等を収容するケーシング４２と、レジストノズルにレジスト液を供給するポンプ４３と、レジスト液に含まれる酸素等を除去する脱気膜４４と、これらを接続するレジスト供給配管４５と、ケーシング４２内にガスを導入するためのガス供給部４６と、ケーシング４２内のガスを排気するガス排気部４７とを備えている。

本実施の形態では、レジスト供給配管４５に低透過ガス係数を有する材料を用い、ポンプ４３の前段に脱気膜４４を設けることにより、レジスト液に含まれる酸素、水分を除去するようにしている。

これに加え、本実施の形態では、ケーシング４２内に酸素、水分を除去したガス、例えばＮ_２を導入しつつ、排気を行うことで、ケーシング４２内の雰囲気を制御する。即ち、被塗布基板４１の表面にレジスト膜を形成する際の雰囲気を、酸素及び水分の極めて低い状態とする。即ち、ケーシング４２内に、ガスを導入するためのガス供給部４６は、塗布液の噴射雰囲気を制御する機能を備えている。この結果、被塗布基板４１の表面にレジスト膜を形成する際、レジスト膜への不純物（酸素、水分）の混入を抑制することができ、露光工程後のＲＩＥの際、不純物によるレジスト膜のエッチングを抑制できる。その結果、レジスト膜の薄膜化が可能となり、微細化、連続プロセス化が可能になる。また、レジスト塗布時の脈動を抑制することができる。

以上、本発明についていくつかの実施の形態に即して説明したが、本願発明はこれら実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態においては塗布膜がレジスト膜の場合について説明したが、塗布膜はポリイミド膜、あるいはＳＯＧまたはＳＯＤ材料で形成される層間絶縁膜であってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る塗布膜コーティング装置の主要部の概略構成図である。本発明の第２の実施の形態に係る塗布膜コーティング装置の主要部の概略構成図である。（ａ）は、図２の塗布膜コーティング装置のロード／アンロード時の状態を説明するための図、（ｂ）は、図２の塗布膜コーティング装置のレジスト塗布時の状態を説明するための図である。本発明の第３の実施の形態に係る塗布膜コーティング装置の概略構成図である。従来の塗布膜コーティング装置の主要部の概略構成図である。

符号の説明

１０塗布膜コーティング装置
１１被塗布基板
１２テーブル
１３回転機構
１４レジストノズル
１５第１のカップ
１６第２のカップ
１７音速ノズル
２０塗布膜コーティング装置
２１被塗布基板
２２テーブル
２２１主テーブル
２２２音速ノズル
２２３リング状突起
２２４クランプピン
２３回転機構
２４レジストノズル
２５カップ
３１，３２ベルヌーイチャック
４０塗布膜コーティング装置
４１被塗布基板
４２ケーシング
４３ポンプ
４４脱気膜
４５レジスト供給配管
４６ガス供給部
４７ガス排気部
５１被塗布基板
５２テーブル
５３回転機構
５４レジストノズル
５５第１のカップ
５６第２のカップ
５７ＥＢＲ装置
５８裏面洗浄ノズル

Claims

被塗布基板を裏面において直接保持するとともに前記被塗布基板を水平状態で回転させる回転保持機構と、前記被塗布基板をベルヌーイ効果により外周部で間接的に保持する間接保持機構とを有することを特徴とする塗布膜コーティング装置。
前記間接保持機構は、基板裏面に設けられ基板外周部裏面との間隔が前記基板裏面の他の部分での間隔より狭くなるように構成されたテーブルと、前記基板裏面と前記テーブルとの間にガスを供給するためのガス吐出孔とを含み、前記ガス吐出孔から供給する前記ガスを前記被塗布基板の外周から、前記基板裏面の外周以外の部分における前記ガスの流速よりも早い流速で排出することを特徴とする請求項１に記載の塗布膜コーティング装置。
塗布液を供給する配管部材に、酸素透過係数が５×１０６［個・ｃｍ／ｃｍ２ｓｅｃＰａ］以下である樹脂配管を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布膜コーティング装置。
塗布液を供給するポンプの前段に、塗布液中の気体を除去する脱気装置を備えた塗布液供給システムにより塗布液を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の塗布膜コーティング装置。
被塗布基板を前記テーブルの上部に搬入し前記テーブル上部から搬出する搬送機構を更に備え、前記搬送機構は、前記搬送機構内雰囲気と前記テーブル上部を含む塗布膜コーティング部分とを遮断することが可能な遮断機構を介して配置されており、前記搬送機構内雰囲気を制御するためのガス供給手段及びガス排気手段が具備されていることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布膜コーティング装置。
被塗布基板の搬送または保管を行う専用ケースを任意に着脱可能な接続機構が前記搬送機構を介して接続されていることを特徴とする請求項５に記載の塗布膜コーティング装置。
塗布膜のコーティング前または後に被塗布基板を乾燥させることのできる乾燥機構が前記搬送機構を介して接続されており、前期乾燥機構内部の雰囲気を制御するためのガスを供給し排気する手段が具備されていることを特徴とする請求項５または６に記載の塗布膜コーティング装置。
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の塗布膜コーティング装置を用いて塗布膜コーティングを行うことを特徴とする塗布膜コーティング方法。
請求項８に記載の塗布膜コーティング方法を用いて感光性樹脂膜を基板に塗布する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
請求項８に記載の塗布膜コーティング方法を用いて記録用膜または保護膜をディスク基板に塗布する工程を含むことを特徴とするデータ記録用ディスクの製造方法。