JP6981032B2 - ノズルの待機方法、及び塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、レジスト等の塗布物を基板上に塗布する塗布装置においてノズルを待機させる方法、及び塗布装置に関するものである。

ビデオカメラや電子スチルカメラなどには、ＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型等の固体撮像素子が使用されている。このような固体撮像素子では、カラー画像を得るために、光電変換部の上方にオンチップカラーフィルタ（ＯＣＦ）層が形成されている。通常、ＯＣＦ層は、顔料等の色素を含む感光性カラーレジストを回転塗布（スピンコート）し、プレベーク、マスク露光、現像、ポストベークの順にフォトリソグラフィの処理を施すことによって形成されている。

回転塗布装置は、真空チャックで吸着された基板（ＯＣＦでは直径８インチや１２インチのシリコンウエハ）の中央部に、カラーレジスト塗布液を、先端にノズルを有する塗布液滴下部（ディスペンサ）より滴下後、基板を５００〜１２００ｒｐｍ程度で高速回転させ、遠心力を利用して約１μｍの薄いカラーレジスト膜に塗り広げるものである。

図２に一般的な回転塗布装置１の基本構成を側面図で示す。基板２は前工程にて表面の洗浄等を行った後、スピンカップ７内の真空チャック８上に搬送され設置される。基板２と真空チャック８は真空吸引により密着するようになっている。また、真空チャック８はモータ９により回転するようになっており、真空チャック８上に置かれる基板２は、基板中心と回転軸の中心が一致するよう設置される。

ノズルアーム４は、塗布液１２を基板２上へ滴下する前に、駆動機構６と連結するスキャナ５により上下（±Ｚ）及び水平（±Ｘ）方向に移動し、ノズル３を基板２の中心に移動させる。タンク１１内のレジスト等の塗布液１２は、例えば加圧機構１３によりタンク１１内を加圧することにより、チューブ１４を通りノズル３に供給され、ノズル３の塗布液吐出口より基板２上に滴下される。図示の都合上図２では省略しているが、回転塗布装置１は後述のように、塗布動作に関与しない時間中にノズル３を待機させるノズルポットを備える。

図３（ａ）は図２の主要部を上部から見た平面図であるが、特に回転塗布装置１がカラーレジスト塗布用でありノズル３を６個備える場合を示している。図３（ａ）の矢印で示すように、ノズルアーム４はスキャナ５により±Ｘ方向に移動可能なようになっており、また、ノズルポット１０は±Y方向に移動可能なようになっている。これらによりノズル３−１）〜３−６）は基板２の中心、またはノズルポット１０上の各々の待機位置へ移動することができる。ノズル３−１）〜３−６）は、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、各々２個ずつのカラーレジスト塗布用である。尚、図示しないが、複数色用のノズルを備える場合は、タンク１１からチューブ１４を経由するレジスト供給系も複数存在する。

各ノズルがノズルポット１０上にある待機状態のとき、真空チャック８上に基板２が搬入、設置されると、塗布する色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に応じてノズルポット１０及びスキャナ５が移動し、ノズルアーム４が所望のノズルを選択して抽出し、該ノズルを基板２の中心の位置まで移動させる（図３（ａ）はノズル３−３）が基板２の中心の位置に来た状態を例示している）。次に、ノズルより基板２上にレジスト液が滴下され、真空チャック８の回転により基板２にレジストが塗布される。通常、塗布は基板２を連続して投入し、同じ色のレジストで所定の枚数が連続して行われる。

所定の枚数の塗布が終わると、次の色のレジストの塗布のために、スキャナ５の移動により使用したノズルはノズルポット１０まで移動され、ノズルポット１０の移動により所定の差込み部（不図示）に差込まれ、他の色の塗布期間中は待機状態となる。しかしながら、レジストを滴下した後はノズルの吐出口周辺にはレジストが付着しているので、そのまま待機していると、図３（ｂ）に示すように、付着したレジストが乾燥し固着物３３となり、次の塗布時にレジストと一緒に吐出され、パーティクルとなって基板表面を汚染する。

前記の問題への対策技術として、ノズルポットでのノズルの待機環境を溶剤雰囲気とし、溶剤の揮発性を利用して乾燥を防止する技術が開示されている（例えば特許文献１）。図４には、ノズルポット３０を溶剤雰囲気とする様態を、図３（ａ）のＡ−Ａ’線で切断した切断面について示す。

しかしながら、前記の方法ではレジストの乾燥を完全に防止することは難しい。そのため、実際には次の塗布前の段取り作業として、ノズル先端の清掃とレジスト液出し（ダミーディスペンス）作業が必要となり、作業ロスを生じている。また、ダミーディスペンスは、ノズルポット３０内の溶剤雰囲気中にノズル３を保持した状態で行われるので、吐出された薬液には溶剤が混入する。このため、回収した薬液は再利用されることなく廃棄処分され、産業廃棄物を増加させる一因となっている。

また、溶剤等の洗浄液を満たした貯留槽にノズルを浸漬する技術も開示されている（例えば特許文献２）。しかしながら、ノズルを溶剤に浸漬するとノズル内に溶剤が拡散し、次の塗布時に先端部のレジストが薄まることとなり、次の塗布前に薄まったレジストを排出するために前記と同様にダミーディスペンスが必要となる。この際、問題ない濃度のレジストとなるまで吐出するには、結果として無視できない量のレジスト（ＯＣＦ用のレジストは特に高価である）を廃棄することになる。さらには、ノズルを浸漬する溶剤にレジストが溶け出すため、溶剤の交換頻度が多くなり、コスト的、環境的な負担となる。

特開平４−１１８０６７号公報 特開平５−１６６７１５号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ノズルの待機中における付着レジストの乾燥固着を防止して、パーティクルの発生による歩留まりの低下を改善するとともに、ダミーディスペンス作業を不要としレジスト及び溶剤の使用量を削減してコスト的、環境的に有利にＯＣＦを製造することができる、ノズルの待機方法、及び塗布装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様は、ノズルと、前記ノズルを待機させるノズルポットと、前記ノズルポットに有機溶剤の貯留槽とを備える塗布装置において、前記ノズルを待機させる方法であって、前記ノズルの待機中、前記ノズルの先端を前記貯留槽に貯められた前記有機溶剤の液面から０〜３ｍｍ下の位置に保持しながら待機させることを特徴とするノズルの待機方法としたものである。

また、ノズルと、前記ノズルを待機させるノズルポットと、前記ノズルポットに有機溶剤の貯留槽を備える塗布装置であって、さらに前記ノズルの先端の位置と前記有機溶剤の液面の位置とを検出する位置検出機構と、前記ノズルの高さを可変制御する可変制御機構と、を備え、前記可変制御機構は前記ノズルの先端を前記貯留槽に貯められた前記有機溶剤の液面から０〜３ｍｍ下の位置に保持できることを特徴とする塗布装置としたものである。

本発明のノズルの待機方法、及び塗布装置によれば、ノズルの待機中における付着レジストの乾燥固着を防止してパーティクルの発生による歩留まりの低下を改善するとともに、ダミーディスペンス作業を不要としレジスト及び溶剤の使用量を削減してコスト的、環境的に有利にＯＣＦを製造することができる。

本発明の塗布装置に係るノズルポットを図３（ａ）のＡ−Ａ’線での切断面で示す模式断面図。 一般的な回転塗布装置の基本構成を示す模式側面図。 （ａ）図２の主要部を上部から見た模式平面図であり、ノズルを６個備える場合を示す。（ｂ）ノズルにレジストが固着した様態を示す模式断面図。 従来のノズルポットを溶剤雰囲気とする様態を図３（ａ）のＡ−Ａ’線での切断面で示す模式断面図。

以下、本発明の実施形態に係るノズルの待機方法、及び塗布装置について説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じではない。

説明の都合上、本発明の塗布装置を先に説明する。
本発明の塗布装置は、従来の塗布装置が備える、塗布液を吐出するノズルと、ノズルを待機させるノズルポットと、ノズルポットに有機溶剤の貯留槽とに加えて、さらにノズルの先端の位置と有機溶剤の液面の位置とを検出する機構と、ノズルの高さを可変制御する機構と、を備える塗布装置である。

ここで、図２の一般的な回転塗布装置１の基本構成を示す模式側面図では、都合上、ノズル３を待機させるノズルポットの図示を省略しているため、図２の模式側面図は本発明の塗布装置に対しても有効である。また、図３（ａ）の、図２の主要部を上部から見た模式平面図はノズルポット１０を図示しているものの、簡略な平面図のみであるため、同様に本発明の塗布装置に対しても有効である。

本発明の塗布装置の特徴である、ノズルの先端の位置と有機溶剤の液面の位置とを検出する機構と、ノズルの高さを可変制御する機構は、図１の、ノズルポット２０を図３（ａ）のＡ−Ａ’線に相当する切断面で示す模式断面図によって示される。

図１に示すように、本発明の塗布装置のノズルポット２０は、溶剤の貯留槽２１にノズル保持冶具２２を備えている。ノズル保持冶具２２は、貯留槽２１の側面の内側に形成された溝等（不図示）に沿って上下（±Ｚ）方向に可動及び停止できるようになっている。ノズル保持冶具２２は中央部にノズル３の下段部が通孔可能な開孔部を有している。ノズル３の下段部よりも径が大きい中段部はノズル保持冶具２２（図１の例では凸部）に載置する構成となっているので、ノズル３の上下位置はノズル保持冶具２２によって定まる。

液面検出機構２３はノズルの先端の位置と有機溶剤の液面の位置とを検出する。検出手段は限定されないが、例えばレーザ変位計を使用できる。液面検出機構２３はノズル高さ制御部２５と電気的に接続しており、取得したノズルの先端の位置と有機溶剤の液面の位置情報、もしくはそれらの離間距離（図１のｄ）情報をノズル高さ制御部２５に送信する。ノズル高さ制御部２５は受信した情報を基に、ノズル保持冶具２２の好適な移動方向（＋Ｚ方向または−Ｚ方向）と移動距離を算出する。

ノズル高さ制御部２５はサーボモータ２４と電気的に接続し、これらはノズル３の高さを可変制御する機構を構成しており、ノズル保持冶具２２が、算出された好適な方向（＋Ｚ方向または−Ｚ方向）と距離で移動するように、サーボモータ２４の回転方向、回転数を可変制御する。

サーボモータ２４はノズル保持冶具２２と機械的に接続している。このため、サーボモータ２４の回転方向、回転数に応じて、ノズル保持冶具２２は好適な方向と距離に移動し、従ってノズル保持冶具２２に載置しているノズル３は、有機溶剤の液面と好適な離間距離ｄを保つように移動する。

以上のように、本発明の塗布装置では、ノズルの先端の位置と有機溶剤の液面の位置とを検出する機構と、ノズルの高さを可変制御する機構とを備えることにより、ノズルの先端の位置と有機溶剤の液面との上下方向の離間距離ｄを、常に好適な距離を保つように可変制御する。

尚、ノズル保持冶具２２を好適な方向と距離に移動させる機器はサーボモータだけではなく、サーボモータとボールねじであっても良く、サーボモータとサーボモータに取り付けられた偏心カムであっても良い。さらに、サーボモータとサーボモータに取り付けられたクランク機構であっても良い。

本発明のノズルの待機方法では、ノズルの先端の位置は有機溶剤の液面よりも下にあり、ノズルの先端の位置と有機溶剤の液面との上下方向の離間距離ｄは０〜３ｍｍである。すなわち、ノズルの待機中、ノズルの先端を有機溶剤の液面から０〜３ｍｍ下の位置に保持しながら待機させる。

ノズルの先端の位置と有機溶剤の液面との上下方向の離間距離ｄが０ｍｍよりも小さい、すなわちノズルの先端の位置が有機溶剤の液面よりも上にあると、レジストの乾燥を完全に防止することが難しくなる。そのため、ダミーディスペンス作業が必要となり、作業ロスを生じるとともに、産業廃棄物を増加させる一因となる。

ノズルの先端の位置と有機溶剤の液面との上下方向の離間距離ｄが３ｍｍよりも大きいと、ノズル内に溶剤が拡散する影響が無視できなくなり、同様にダミーディスペンスが必要となって、廃棄するレジストの量が増えるとともに、溶剤の交換頻度が多くなり、コスト的、環境的に不利となる。

本発明のノズルの待機方法は、本発明の塗布装置を使用して実施することが望ましいが、必ずしも本発明の塗布装置を要するものではない。すなわち、ノズルの先端の位置と有機溶剤の液面の位置とを検出する機構と、ノズルの高さを可変制御する機構とを備えない従来の塗布装置であっても、特にノズルの待機時間がそれほど長くない工程においては、ノズルの待機中、ノズルの先端を有機溶剤の液面から０〜３ｍｍ下の位置に保持するような構造として注視することにより、必要に応じ手動等で調整することにより本発明のノズルの待機方法を実施することができる。

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
レジストの塗布を行った後、使用したノズルを２４時間、ノズルの先端をノズルポット内の溶剤の液面よりも１ｍｍ下げた位置で待機させた。次に、該ノズルを使用してレジストを塗布する基板である直径８インチのシリコンウエハに、緑色画素の形成に用いるネガ型カラーレジスト（顔料分散型）を、画素が０．７μｍの厚さとなるよう回転塗布しレジスト膜を形成する作業を５枚連続して行った。

＜実施例２＞
実施例１の２４時間を４８時間とした以外は実施例１と同じ方法でレジスト膜を形成した。

＜比較例１＞
１枚目は従来の溶剤雰囲気での待機と塗布前のノズル先端の清掃とレジスト液出し（ダミーディスペンス）をいずれも行わず、２枚目の塗布前に従来の溶剤雰囲気での１２時間の待機とノズル先端の清掃とレジスト液出しを行った以外は実施例１と同じ方法でレジスト膜を形成した。

＜比較例２＞
１枚目の塗布前に従来の溶剤雰囲気での１２時間の待機とノズル先端の清掃とレジスト液出しを行った以外は実施例１と同じ方法でレジスト膜を形成した。

［評価方法と結果］
実施例１、２及び比較例１、２の１〜５枚目の塗布で発生したパーティクルを検出し、個数を計測した。結果を表１に示す。

比較例１では１枚目の塗布前に溶剤雰囲気での待機とノズル先端の清掃とレジスト液出しを行わなかったため、レジスト固着の影響が出て、１枚目のパーティクル検出数が多くなった。比較例２は１枚目の塗布前に溶剤雰囲気での待機を行ったが、レジストの固着がノズルのより深部で起き、２枚目でのパーティクル検出数が多くなった。

実施例１、２では、いずれも本発明のノズルの待機方法を用いた結果、４８時間の長い待機であってもレジストの乾燥固着の影響は見られず、平均のパーティクル検出数は従来の結果と同等となった。これにより従来のように溶剤雰囲気での待機と塗布前にノズル先端の清掃とレジスト液出しを行う必要はなくなり、作業ロスを改善するとともにレジスト及び溶剤の使用量を削減することができることを確認した。

本発明のノズルの待機方法、及び塗布装置は、ＯＣＦ製造用途に限られず、ノズルの待機時間が長く、塗布物の乾燥が問題となる塗布工程において有効に応用できる。可能性としては、固体撮像素子以外の半導体デバイスやその他の種々のデバイスの製造、絶縁膜としてスピンオングラス（ＳＯＧ）膜、保護膜、酸素遮断膜等の塗膜を形成する場合等が挙げられ、塗布方法としても回転塗布に限られず、同様の問題を有する塗布方法に応用できる。

１・・・・・・・回転塗布装置
１０、２０、３０・・・ノズルポット
２・・・・・・・基板
３、３−１）〜３−６）・・・ノズル
４・・・・・・・ノズルアーム
５・・・・・・・スキャナ
６・・・・・・・駆動機構
７・・・・・・・スピンカップ
８・・・・・・・真空チャック
９・・・・・・・モータ
１１・・・・・・タンク
１２・・・・・・塗布液
１３・・・・・・加圧機構
１４・・・・・・チューブ
２１、３１・・・溶剤の貯留槽
２２・・・・・・ノズル保持冶具
２３・・・・・・液面検出機構
２４・・・・・・サーボモータ
２５・・・・・・ノズル高さ制御部
３３・・・・・・レジストの乾燥固着物

Claims (2)

1. ノズルと、前記ノズルを待機させるノズルポットと、前記ノズルポットに有機溶剤の貯留槽とを備え、ダミーディスペンス作業を行わずに前記ノズルから前記塗布液を塗布可能な塗布装置において、前記ノズルを待機させる方法であって、
   前記ノズルの待機中、前記ノズル内には前記塗布液が保持された状態で、前記ノズルの先端を前記貯留槽に貯められた前記有機溶剤の液面から０〜３ｍｍ下の位置に保持しながら待機させることを特徴とするノズルの待機方法。
2. ノズルと、前記ノズルを待機させるノズルポットと、前記ノズルポットに有機溶剤の貯留槽を備え、ダミーディスペンス作業を行わずに前記ノズルから前記塗布液を塗布可能な塗布装置であって、
   前記ノズルの先端の位置と前記有機溶剤の液面の位置とを検出する位置検出機構と、前記位置検出機構の検出結果を用いて前記ノズルの高さを可変制御する可変制御機構と、を備え、
   前記可変制御機構は前記ノズル内に前記塗布液が保持された状態の前記ノズルの先端を前記貯留槽に貯められた前記有機溶剤の液面から０〜３ｍｍ下の位置に保持できることを特徴とする塗布装置。

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