JP5139754B2 - レジスト塗布装置 - Google Patents

Description

本発明はレジスト膜塗布装置を技術分野とし、特に圧電振動子として形成される圧電体ウエハにレジスト膜を形成する電着塗布装置に関するものである。

水晶振動子は周波数制御素子として発信機器に組み込まれて、通信機器を含む各種の電子機器に内蔵される。通信機器の小型化、薄型化に伴い、水晶振動子の一層の小型化、薄型化が要求されている。

通常では、水晶振動子を圧電体ウエハの全面に設けてスプレーレジスト法によって電着レジスト膜を形成させる。たとえば特許文献１は、厚みが均一なレジスト膜を形成させるため吐出ノズル先端に設けた電極針を複数本として、吐出ノズルの外周に均等間隔で配置される。これによりムラのない膜厚が均一な電着レジストが形成できる。
特開２００６−５８６２８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の発明は、ミスト状のレジスト微粒子を吐出ノズルの先端で帯電させる電極針を吐出ノズル外周に備えた構造のため、電極針の周辺に発生した微細な渦の影響を受け、ウエハ基板の表面に加工された凹凸の角部分に安定して薄いレジスト膜が得られない問題があった。

また、レジスト剤の液温の変化により粘性が変わり、ミスト状のレジスト微粒子の大きさにバラツキが生じて、均質なレジスト膜が得られない問題があった。
さらに、レジスト剤を収容する容器が小さく前記吐出ノズルに供給するレジスト微粒子供給量にムラが生じ、安定して薄いレジスト膜を電着させるのに問題があった。

そこで本発明は、レジスト微粒子を小さくして膜厚を均一にした電着レジスト膜を高精度に形成できるスプレーレジスト法によるレジスト膜の塗布装置を提供することにある。

第１の観点のレジスト塗布装置は、レジスト剤とキャリアガスと混合して霧状に前記レジスト剤を噴霧する二流体ノズルと、二流体ノズルを所定高さに設け、この二流体ノズルから噴霧されたレジスト粒子のうちの重量の大きいレジスト粒子を下部に落下させるレジスト容器と、二流体ノズルの高さ位置よりも上方に設けられ、前記レジスト粒子のうちの重量の小さいレジスト粒子を前記キャリアガスとともに排出する排出口と、前記二流体ノズルの高さ位置から前記レジスト容器の天井までの間の高さで前記排出口の高さを調整する調整部と、を備える。
この構成により、レジスト容器に漂う二流体ノズルから噴霧されたレジスト粒子のうちから、排出口の高さを調整することで適正なレジスト粒子を選択することができる。

第２の観点のレジスト塗布装置のキャリアガスは、温度調整されて前記レジスト剤と混合される。
キャリアガスが温度調整されることでレジスト粒子の粘度が一定し、圧電体ウエハに使用されるミスト状のレジスト粒子を均一に圧電体ウエハに塗布する際に、キャリアガスの圧電体ウエハに形成された角部又は貫通孔にもレジスト層を形成しやすい。

第３の観点のレジスト塗布装置のレジスト剤は、温度調整されてキャリアガスと混合される。
レジスト剤も温度調整温度調整されることでレジスト粒子の粘度が一定し、圧電体ウエハに使用されるミスト状のレジスト粒子を均一に圧電体ウエハに塗布する際に、キャリアガスの圧電体ウエハに形成された角部又は貫通孔にもレジスト層を形成しやすい。

第４の観点のレジスト塗布装置は、さらに中央に電極針を有する吐出ノズルを備え、排出口から吐出ノズルへキャリアガスのガス圧で重量の小さいレジスト粒子が送られ、電極針でこの重量の小さいレジスト粒子を帯電させる。
この構成によると、吐出ノズルから塗布されるミスト状のレジスト粒子と電極針との距離をより均等にすることができるため、ミスト状のレジスト粒子をほぼ同じ電位に帯電させることができる。

第５の観点のレジスト塗布装置の調整部は、キャリアガスの温度に応じて排出口の高さ位置を変える。
キャリアガスの温度に応じて排出口の高さを変えることで、常に一定の粒径のレジスト粒子が圧電体ウエハに塗布することができる。

本発明によれば、角部であってもウエハ基板上にレジストの塗布厚を均一に、薄く形成することができる。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

＜レジスト塗布装置の概略＞
図１は、水晶ウエハ基板１０に対してレジスト微粒子Ｒ１を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置１００の構成例を示す概略断面図である。レジスト塗布装置１００は、塗布チャンバ７０、レジスト微粒子生成チャンバ８０及びレジストタンク９０を備えている。

レジストタンク９０には、液体のレジスト剤Ｒ２が入っている。たとえば、レジスト剤Ｒ２は、ノボラック系ポジレジストである。レジストタンク９０内のレジスト剤Ｒ２は、液体供給ポンプ９２によってレジスト微粒子生成チャンバ８０に送られる。レジストタンク９０内は一定温度に設定されている。レジスト剤Ｒ２はたとえば１０°Ｃから３０°Ｃ、好ましくは２０°C前後に設定されている。

液体供給ポンプ９２によって送られたレジスト剤Ｒ２は、まずレジスト微粒子生成チャンバ８０の上部に取り付けられたスプレーノズル８２に送られる。また、レジスト剤Ｒ２を噴霧するため加圧された窒素（Ｎ_２）又はアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスのキャリアガスがスプレーノズル８２に供給されている。このキャリアガスは、一定温度に温度調整されている。

レジスト微粒子生成チャンバ８０は、その形状が円筒形状、角筒形状又は多角筒形状であり、充分な高さ（たとえば１５００ｍｍ）がある。そして、スプレーノズル８２の先端はレジスト微粒子生成チャンバ８０の中央よりも上部位置に設けている。レジスト微粒子Ｒ１の排出口８１は、スプレーノズル８２の先端位置よりも上方に設けられ、レジスト微粒子生成チャンバ８０の容器の天井までの間の高さで排出口８１の高さを調整する調整部を設けている。

スプレーノズル８２は、二流体ノズルになっており、内側の配管からレジスト剤Ｒ２が噴出され、内側の配管を覆う外側配管からキャリアガスが噴出される。このためスプレーノズル８２は、レジスト剤Ｒ２を微粒子（ミスト状）に噴霧することができる。

微粒子となったレジスト微粒子Ｒ１はレジスト微粒子生成チャンバ８０内に漂う。レジスト微粒子Ｒ１のうち、大きな直径のレジスト微粒子Ｒ１、すなわち重量のあるレジスト微粒子Ｒ１はレジスト微粒子Ｒ１自体の自重によってレジスト微粒子生成チャンバ８０の下方に落ちる。レジスト微粒子生成チャンバ８０の下方に落ちたレジスト微粒子は、互いにくっついてレジスト剤Ｒ２となる。そしてレジスト剤Ｒ２は一時的にレジスト微粒子生成チャンバ８０の底面に蓄えられ、バルブ８４を経由して戻しポンプ９４によりレジストタンク９０に再び戻される。

一方、小さな直径のレジスト微粒子Ｒ１は、レジスト微粒子生成チャンバ８０の下方に落ちることなくレジスト微粒子生成チャンバ８０内で漂う。そして、レジスト微粒子Ｒ１は、排出口８１からキャリアガスとともに吐出ノズル７１に供給される。つまり、レジスト微粒子生成チャンバ８０はキャリアガスで加圧され、キャリアガスの加圧力によりレジスト微粒子Ｒ１が排出口８１を経由して塗布チャンバ７０内に配置された吐出ノズル７１に送られる。

レジスト微粒子Ｒ１は、塗布チャンバ７０内でキャリアガスとともに吐出ノズル７１から、水晶ウエハ基板１０の表面１０ａに向かって噴射される。水晶ウエハ基板１０は、オリエンテーションフラット１０ｃにチャック７３で水平に保持されている。チャック７３は、Ｙ方向駆動手段７５に接続され、図１で左右方向に移動可能である。また、Ｙ方向駆動手段７５がＸ方向駆動手段７７に接続され、チャック７３は、図１中で紙面表裏方向（前後方向）に移動可能である。この構成については、図３を使って詳述する。

塗布チャンバ７０内で水晶ウエハ基板１０に塗布されなかったレジスト微粒子Ｒ１は、互いに引っ付きあい自重により塗布チャンバ７０底面に落ちる。これらが集まることによりレジスト剤Ｒ２となり、バルブ８５を経由して戻しポンプ９４によりレジストタンク９０に再び戻される。なお、レジスト剤Ｒ２からレジスト微粒子Ｒ１にする過程で、レジスト剤Ｒ２の溶剤、たとえばシンナーが気化していくので徐々にレジスト剤Ｒ２の濃度が濃くなっていく。このため、塗布チャンバ７０又は他の配管に溶剤を定期的に補充していくことが好ましい。

＜水晶ウエハ基板＞
図２（ａ）は、本実施形態に用いる円形の水晶ウエハ基板１０の構成を示す斜視図である。円形の水晶ウエハ基板１０は、たとえば厚さ０．８ｍｍの人工単結晶水晶からなり、円形の水晶ウエハ基板１０の直径は３インチ又は４インチである。さらに、円形の水晶ウエハ基板１０は軸方向が特定できるように、水晶ウエハ基板１０の周縁部１０ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されている。

図２（ｂ）は、本実施形態に用いる矩形の水晶ウエハ基板１５の構成を示す斜視図である。矩形の水晶ウエハ基板１５は、たとえば厚さ約０．８ｍｍの人工水晶からなり、矩形の水晶ウエハ基板１５の一辺は２インチである。さらに、矩形の水晶ウエハ基板１５は軸方向が特定できるように、水晶ウエハ基板１５の周縁部１５ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１５ｃが形成されている。

図２（ａ）の円形の水晶ウエハ基板１０及び図２（ｂ）の矩形の水晶ウエハ基板１５は、すでに音叉型水晶振動片２０が形成された状況を示している。音叉型水晶振動片２０は、完全に１個の振動片とはなっておらず、音叉型水晶振動片２０の基部の一部が円形の水晶ウエハ基板１０又は矩形の水晶ウエハ基板１５と接続されている。このため、一つ一つの音叉型水晶振動片２０をパレットなどに並べて処理することなく、数百から数千個の音叉型水晶振動片２０を一枚の水晶ウエハ基板１０及び水晶ウエハ基板１５として、取り扱うことができる。

水晶ウエハ基板１０は音叉型水晶振動片２０が形成された後、電極膜１８がスパッタリングなどで形成される。電極膜１８は、水晶ウエハ基板１０にクロム（Ｃｒ）層を数百オングストロームで形成し、そのクロム層の上に金（Ａｕ）層を数百オングストロームで形成した構成である。電極膜１８は、音叉型水晶振動片２０が形成されたことによる貫通孔及びオリエンテーションフラット１０ｃなどにも形成される。なお、以下の実施形態では、図２（ａ）に示すオリエンテーションフラット１０ｃを有する円形の水晶ウエハ基板１０で説明する。

＜ウエハ駆動手段の構成＞
図３（ａ）は、図１の塗布チャンバ７０内の拡大図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面図である。吐出ノズル７１から吐出されたレジスト微粒子Ｒ１は、水晶ウエハ基板１０を均一な厚さで満遍なく塗布するために、Ｙ方向駆動手段７５及びＸ方向駆動手段７７が矢印ＡＲ１方向及び矢印ＡＲ２方向に移動可能である。これにより水晶ウエハ基板１０が移動する。Ｙ方向駆動手段７５及びＸ方向駆動手段７７は、リニアモータで構成されたり、ステッピングモータとボールネジとから構成されたりする。水晶ウエハ基板１０の移動速度は、レジスト微粒子Ｒ１の膜厚と、吐出ノズル７１からのレジスト微粒子Ｒ１の供給量によって適宜設定する。

チャック７３、Ｚ方向駆動手段７５又はＸ方向駆動手段７７の外側表面は、プラスチックなどの非導電性材料で覆う。チャック７３は、水晶ウエハ基板１０のオリエンテーションフラット１０ｃを保持する。チャック７３は、オリエンテーションフラット１０ｃの電極膜１８と接する部分のみ導電性材料が表面に出ている。レジスト微粒子Ｒ１がチャック７３又は駆動手段などに付着しにくくするためである。

吐出ノズル７１は中央に電極針７２が備えられ、その電極針７２には直流電源部７９から５０ｋＶ〜１５０ｋＶ程度の高電圧の直流が印加されている。一方、水晶ウエハ基板１０の電極膜１８は接地されるように構成されている。レジスト微粒子Ｒ１が電極針７２の近傍を通過する際にレジスト微粒子Ｒ１が帯電される。このため、吐出ノズル７から吐出されたレジスト微粒子Ｒ１は吐出圧力とともにクーロン力によって水晶ウエハ基板１０に塗布される。

水晶ウエハ基板１０には、数百から数千個の音叉型水晶振動片２０が設けられているため、複数の貫通穴又は凹凸が水晶ウエハ基板１０に形成されている。たとえば図３（ａ）では、一つの貫通穴１０ｆを誇張して描いてある。塗布されるレジスト微粒子Ｒ１は、クーロン力により貫通穴１０ｆ内部にもそして角部にも均一に形成される。

本実施形態では、吐出ノズル７１が固定され水晶ウエハ基板１０がＸＹ平面で移動する構成にしたが、吐出ノズル７１がＸＹ平面で移動し水晶ウエハ基板１０が固定される構成でもよい。また、レジスト微粒子Ｒ１はクーロン力で水晶ウエハ基板１０に引っ付くため、重力作用はほとんど無視できるため、吐出ノズル７１を水平に固定し水晶ウエハ基板１０をＸＺ平面又はＹＺ平面に移動する構成としてもよい。

＜排出口の構成＞
図４Ａ，図４Ｂは、レジスト微粒子生成チャンバ８０の容器の天井までの間の高さで、排出口８１の高さを調整する調整部を示した拡大断面図である。
図４Ａ（ａ）は、図１排出口８１の変形例であり、排出口８１の先端にフレキシブルチューブ８１ａを設け、高さ調整棒８８を図示しない高さ調節器で上下動することができる。
レジスト微粒子Ｒ１は、レジスト微粒子生成チャンバ８０の天井に近いほど粒径は小さくなる。このためフレキシブルチューブ８１ａを高さ調整棒８８で調整することにより、水晶ウエハ基板１０に適したレジスト微粒子Ｒ１の大きさを選択することができる。

図４Ａ（ｂ）は、図１の排出口８１の変形例であり、レジスト微粒子生成チャンバ８０の天井に近い位置に排出口８１ｂを設け、レジスト微粒子生成チャンバ８０の天井から遠い位置、すなわち図示していないスプレーノズル８２の噴霧口に近い位置に排出口８１ｃを設け、バルブ８６又はバルブ８７を開閉して、希望する粒径のレジスト微粒子Ｒ１を得ることができる。

また、図４Ｂ（ｃ）は、図１排出口８１の変形例であり、排出口８１に上下動する可動管８９を設けている。図４Ｂ（ｄ）は、（ｃ）の排出口８１が上下動する開口部Ｗを示す透視図である。可動管８９はスライド部８９ａを備え、図示していない駆動装置により上下動することができる。また可動管８９は吐出ノズル７１に接続される配管ともスライドできるようにジャバラ又はレールなどの摺動部材８９ｂを備えている。
スライド部８９ａによって排出口８１の位置を変えることにより、レジスト微粒子生成チャンバ８０内で漂うレジスト微粒子Ｒ１を、希望する粒径で効率よく得ることができる。

レジスト剤の種類により粘度が変わり、またレジスト剤の温度によっても粘度が変わるため、水晶ウエハ基板１０の角部及び孔部に対しても均一な膜厚を形成する際にはレジスト剤の温度調整が必要である。さらに、水晶ウエハ基板１０の角部及び孔部に対しても均一な膜厚を形成するためにはレジスト微粒子Ｒ１の粒径も大きく影響する。本実施形態では、レジスト微粒子Ｒ１の粒径を選択することができるので、水晶ウエハ基板１０により均一なレジスト膜を形成し易い。また、レジスト微粒子Ｒ１はスプレーノズル８２からキャリアガスの圧力により形成し、その際にキャリアガスがレジスト微粒子Ｒ１の熱を奪ったり又は熱を与えたりするため、キャリアガスの温度調整は重要である。

キャリアガスの温度が上がれば、レジスト剤Ｒ２又はレジスト微粒子Ｒ１の粘度が下がり、レジスト微粒子Ｒ１の粒径が小さくなる方向になるため、キャリアガスの温度に応じて排出口８１の高さを低くすることで、常に一定の粒径のレジスト微粒子Ｒ１を吐出ノズル７１に送ることもできる。

＜窒素ガス加温装置の概略＞
図５は、キャリアガスの一つとして窒素ガスを一定温度に調整するガス温調装置１１０の構成例を示す概略断面図である。ガス温調装置１１０は、窒素ガス温調槽１２０、循環液温調タンク１３０及び温度制御盤１４０を備えている。

窒素ガス温調槽１２０には、液体たとえば水が入っており、その中を窒素が流れる供給配管１２１及び排出配管１２２が配置されている。供給配管１２１又は排出配管１２２は液体との接触面積が大きくなるようにらせん状に形成されている。配管と液体との接触面積が大きくなれば蛇行状であってもよい。また供給配管１２１又は排出配管１２２に羽（フィン）を設けて接触面積を増やしてもよい。窒素ガスはたとえば１０°Ｃから３０°Ｃ、好ましくは２０°Ｃ前後になるように設定されている。窒素ガス温度はレジスト剤Ｒ２と同じであることが好ましい。

循環液温調タンク１３０内には循環水が蓄えられる。そして、循環液温調タンク１３０内に水温を調整する温調器１４２と水温度を検知するサーモカップル１４４とが設置されている。そして、窒素ガス温調槽１２０と循環液温調タンク１３０との間には循環ポンプ１３１が配置され、循環液温調タンク１３０内の温度調整された水は窒素ガス温調槽１２０に送られる。循環液温調タンク１３０内からの循環される水によって窒素ガス温調槽１２０内は一定温度に保たれる。

温度制御盤１４０は、温調器１４２と温調ケーブル１４１を介して接続され、サーモカップル１４４と温度ケーブル１４３を介して接続されている。温度制御盤１４０は、サーモカップル１４４からの温度を検知し、所定温度より高いか低いかを判断しその結果に基づいて、温調器１４２内のヒーター又はクーラのＯＮ―ＯＦＦを行う。温度制御盤１４０は、温調器１４２内のＯＮ−ＯＦＦのタイミングをたとえばＰＩＤ制御によって、循環液温調タンク１３０内の循環液を一定温度に保っている。

スプレーノズル８２は、レジスト剤Ｒ２を噴霧するため加圧された窒素又はアルゴンなどの不活性ガスのキャリアガスが供給されるとしたが、基本的には加圧ガスであれば適用できる。
また、レジスト膜の形成される対象物は凹凸を有する水晶ウエハ基板１０としたが、平板状であっても他の材料であっても適用できる。また上記実施形態では水晶ウエハで説明しているが、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。

さらに、上記実施形態では循環液温調タンク１３０に温調器１４２とサーモカップル１４４とを設置したが、窒素ガス温調槽１２０に温調器１４２を設置し循環液温調タンク１３０にサーモカップル１４４を設置してもよい。
また、窒素ガスの温度を調節する設備として、循環液温調タンク１３０と循環ポンプ１３１とを設けたが、これらを設けることなく直接窒素ガス温調槽１２０の液体を温度調整するようにしてもよい。

レジスト微粒子の塗布に関する一実施例を説明するレジスト膜塗布装置１００の構成例を示す概略断面図である。 （ａ）は本実施形態に用いる円形の水晶ウエハ基板１０を示す斜視図、（ｂ）は矩形のウエハ基板１５を示す斜視図である。 （ａ）は図１の塗布チャンバ７０内の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）は図１の排出口８１の拡大図であり排出口８１の先端にフレキシブルチューブ８１ａの構成を示す概略断面図である。 （ｂ）は排出口８１ｂ，８１ｃの構成を示す概略断面図である。 （ｃ）は上下動する可動管８９を設けた排出口の構成を示す概略断面図である。 （ｄ）は（ｃ）の排出口８１が上下動する開口部Ｗを示す透視図である。 窒素ガスを一定温度に加温する装置１１０の構成例を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ … 水晶ウエハ基板、（１０ｃ … オリエンテーションフラット）
１５ … 水晶ウエハ基板（１５ｃ … オリエンテーションフラット）
１８ … 電極膜
２０ … 音叉型水晶振動片
７０ … 塗布チャンバ
７１ … 吐出ノズル
７２ … 電極針
７３ … チャック
７５ … Ｙ方向駆動手段
７７ … Ｘ方向駆動手段
８０ … レジスト微粒子生成チャンバ
８１，８１ｂ，８１ｃ … 排出口（８１ａ … フレキシブルチューブ）
８２ … スプレーノズル
８４，８５，８６，８７ … バルブ
８８ … 高さ調節棒
８９ … 可動管（８９ａ … スライド部、８９ｂ … シールドパッキン）
９０ … レジストタンク
９２ … 液体供給ポンプ
９４ … 戻しポンプ
１００ … レジスト塗布装置
１１０ … 窒素ガス加温装置
１２０ … 窒素ガス温調槽
１２１，１２２ … 窒素ガス配管
１３０ … 循環液温調タンク
１３１ … 循環ポンプ
１４０ … 温度制御盤
１４２ … 温調器
１４４ … サーモカップル
ＡＲ１，ＡＲ２ … 矢印
Ｒ１ … レジスト微粒子
Ｒ２ … レジスト剤

Claims (5)

1. レジスト剤とキャリアガスと混合して霧状に前記レジスト剤を噴霧する二流体ノズルと、
   前記二流体ノズルを所定高さに設け、この二流体ノズルから噴霧されたレジスト粒子のうちの重量の大きいレジスト粒子を下部に落下させるレジスト容器と、
   前記二流体ノズルの高さ位置よりも上方に設けられ、前記レジスト粒子のうちの重量の小さいレジスト粒子を前記キャリアガスとともに排出する排出口と、
   前記二流体ノズルの高さ位置から前記レジスト容器の天井までの間の高さで前記排出口の高さを調整する調整部と、
   を備えることを特徴とするレジスト塗布装置。
2. 前記キャリアガスは、温度調整されて前記レジスト剤と混合されることを特徴とする請求項１に記載のレジスト塗布装置。
3. 前記レジスト剤は、温度調整されて前記キャリアガスと混合されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレジスト塗布装置。
4. さらに、中央に電極針を有する吐出ノズルを備え、
   前記排出口から前記吐出ノズルへ前記キャリアガスのガス圧で重量の小さいレジスト粒子が送られ、前記電極針でこの重量の小さいレジスト粒子を帯電させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のレジスト塗布装置。
5. 前記調整部は、前記キャリアガスの温度に応じて前記排出口の高さ位置を変えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のレジスト塗布装置。