JPH1126443A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板に塗布した溶液中の溶剤の揮発を低減す
ることができる基板処理装置を提供する。 【解決手段】 アミン類および溶液の溶剤は液体マスフ
ロコントローラ４５、５５によって、またキャリアガス
はマスフロコントローラ３５によってそれぞれ流量が調
節されてベーパライザ１０に供給される。ベーパライザ
１０は、混合されたアミン類および溶剤を気化し、その
混合蒸気をキャリアガスを使用して処理チャンバ２０に
供給する。このときベーパライザ１０は、処理チャンバ
２０の温度において基板Ｗの周辺に溶剤の飽和蒸気雰囲
気を形成できる混合比率の混合蒸気を供給する。また、
処理チャンバ２０において溶剤の飽和蒸気を容易に得ら
れるように、ベーパライザ１０は生成する混合蒸気の温
度を処理チャンバ２０の温度よりも高くしている。さら
に、供給経路中の結露を防止するため、配管１５をヒー
タ１６によって加熱している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の溶液を塗布
した半導体基板や液晶ガラス基板などの薄板状基板（以
下、単に「基板」と称する）の周辺に当該溶液について
の触媒の蒸気を含む雰囲気を形成して溶液の反応を促進
させる基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基板に対しては層間絶縁や平
坦化を目的としてＳＯＧ(Spin-on-Glass)塗布が行われ
ている。ＳＯＧ塗布は、回転式塗布装置によって回転中
の基板にＳＯＧ溶液を塗布することにより行われてい
た。そして、加熱処理部（ホットプレートなど）におい
て塗布処理後の基板に加熱処理を行うことにより、ＳＯ
Ｇ膜が形成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＯＧ
溶液を塗布した基板に加熱処理を行うとＳＯＧ溶液中の
溶剤が揮発するため、成膜後のＳＯＧ膜厚は塗布処理直
後の膜厚よりも著しく減少するとともに、その密度も高
くなる。基板にＳＯＧ膜を形成する主たる目的は層間絶
縁であるため、ＳＯＧ膜の絶縁性は高い方が好ましい
が、成膜後のＳＯＧ膜の密度が高くなるとその物質が有
する誘電率となり、膜の絶縁性を高めることについては
限界が生じていた。

【０００４】ところで、ＳＯＧ膜の形成については、基
板にＳＯＧ溶液を塗布した後に、当該基板周辺にアミン
類（アンモニアまたはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルア
ンモニウム）などアンモニア有機誘導体）雰囲気を供給
し、そのアミン類を触媒としてＳＯＧの重合を行わせる
技術が提案されている。この技術によれば加熱処理を行
わないため、溶剤の揮発を低減でき、その結果としてＳ
ＯＧ膜厚の減少もある程度抑制できるが、依然として大
幅な膜厚減少が生じていた。

【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、基板に塗布した溶液中の溶剤の揮発を低減する
ことができる基板処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、所定の溶液が塗布された基板の
周辺に前記溶液の反応についての触媒の蒸気を含む雰囲
気を形成して前記溶液の反応を促進させる基板処理装置
であって、(a)前記基板を収容して前記溶液の反応を行
わせる処理室と、(b)前記溶液の溶剤の蒸気と前記触媒
の蒸気との混合蒸気を形成して前記処理室に供給し、前
記基板の周辺に前記混合蒸気の雰囲気を形成する混合蒸
気供給手段と、(c)前記混合蒸気供給手段への前記触媒
の供給量を調節する触媒供給量調節手段と、(d)前記混
合蒸気供給手段への前記溶剤の供給量を調節する溶剤供
給量調節手段と、を備えている。

【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に係る基板処理装置において、前記混合蒸気供給手段
に、前記処理室の温度において前記溶剤の飽和蒸気を得
られる溶剤混合比率の前記混合蒸気を供給させている。

【０００８】また、請求項３の発明は、請求項２の発明
に係る基板処理装置において、前記混合蒸気供給手段
に、前記処理室における前記雰囲気の温度よりも高い温
度を有する前記混合蒸気を形成させている。

【０００９】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかの発明に係る基板処理装置におい
て、前記混合蒸気供給手段から前記処理室に前記混合蒸
気を導く配管にヒータをさらに備えている。

【００１０】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかの発明に係る基板処理装置におい
て、前記所定の溶液をＳＯＧ溶液とし、前記触媒をアミ
ン類としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明に係る基板処理装置の概略
構成図である。この基板処理装置は、ＳＯＧ溶液が塗布
された基板の周辺にアミン類雰囲気を供給してＳＯＧ溶
液の重合反応を促進し、基板の主面上にＳＯＧ膜を形成
する装置である。そして、この基板処理装置は、処理チ
ャンバ２０と、ベーパライザ１０と、液体マスフロコン
トローラ４５、５５とを備えている。

【００１３】処理チャンバ２０は、ＳＯＧ溶液が塗布さ
れた基板Ｗを収容・保持するとともに、当該基板Ｗの周
辺にアミン類雰囲気を形成してＳＯＧ溶液の重合反応を
行う処理室である。ＳＯＧ溶液が塗布された基板Ｗは、
プレート２１に立設された支持ピン２２によって水平姿
勢に支持される。また、処理チャンバ２０の上部にはベ
ーパライザ１０からの配管１５が接続されている。な
お、処理チャンバ２０としては、基板を支持する手段を
有し、ベーパライザ１０と接続された形態のものであれ
ばよく、例えば、従来から使用されているホットプレー
トなどをそのまま転用することができる。但し、ホット
プレートを転用した場合であっても加熱処理は行わな
い。

【００１４】処理チャンバ２０へはアミン類の蒸気が供
給されるのであるが、本発明に係る基板処理装置におい
てはアミン類の蒸気とＳＯＧ溶液の溶剤（以下、単に
「溶剤」とする）の蒸気とを混合した混合蒸気を供給す
る。以下、この混合蒸気の供給について説明する。

【００１５】混合蒸気の供給源となるアミン類および溶
剤は、それぞれタンク４０およびタンク５０に液体とし
て貯留されている。そして、アミン類および溶剤はタン
ク４０、５０に接続された加圧ガス供給手段６０からの
ガス圧（本実施形態では、窒素ガスまたはヘリウムガス
の圧力）によって、液体マスフロコントローラ４５、５
５にそれぞれ送給される。

【００１６】液体マスフロコントローラ４５、５５は、
アミン類および溶剤の供給量を予め指定された流量に制
御する機能を有している。すなわち、液体マスフロコン
トローラ４５、５５を介することにより、アミン類およ
び溶剤が所定の供給量で安定して供給されることにな
る。

【００１７】液体マスフロコントローラ４５、５５によ
って供給量が調整されたアミン類および溶剤は、配管経
路中において混合され、ベーパライザ１０に送られる。

【００１８】ベーパライザ１０は、供給された液体を気
化し、その蒸気を処理チャンバ２０へ送る機能を有して
いる。ベーパライザ１０には所定供給量のアミン類およ
び溶剤が混合されて送られるため、気化された蒸気もア
ミン類の蒸気および溶剤の蒸気の混合蒸気となる。そし
て、当該混合蒸気は、キャリアガス供給手段３０から供
給されたキャリアガス（本実施形態では窒素ガス）を使
用して処理チャンバ２０に送給される。この際に、キャ
リアガスの流量がマスフロコントローラ３５によって制
御されている。マスフロコントローラ３５は、気体であ
るキャリアガスの流量を予め指定された流量に制御する
機能を有しており、これによりキャリアガスは所定の供
給量で安定して供給されることになる。従って、液体マ
スフロコントローラ４５、５５によってアミン類および
溶剤の供給量が制御されるとともに、マスフロコントロ
ーラ３５によってキャリアガスの供給量も制御されるた
め、処理チャンバ２０に送られる混合蒸気中における溶
剤の比率、すなわち溶剤の蒸気圧（混合蒸気中における
溶剤の分圧）を制御することができる。

【００１９】また、ベーパライザ１０は温度調節器を備
えており、生成した混合蒸気の温度を調節することがで
きる。

【００２０】ベーパライザ１０で生成された混合蒸気は
配管１５を介して処理チャンバ２０に送られる。配管１
５を通過中の混合蒸気が冷却されて結露が生じると、混
合蒸気中における溶剤の蒸気圧が低下するのみならず、
配管１５が詰まるおそれもある。本実施形態では、配管
１５の経路の全域にヒータ１６を付設しており、配管１
５中を通過する混合蒸気の温度が少なくともベーパライ
ザ１０で生成された温度以上となるようにしている。こ
のようにすることにより配管１５内を通過する蒸気が冷
却されて結露が生じるのを防止することができる。

【００２１】ところで、処理チャンバ２０における溶剤
の蒸気圧はベーパライザ１０で生成された混合蒸気中の
溶剤の混合比率によって決定され、また溶剤の飽和蒸気
圧は処理チャンバ２０の温度によって定義される。従っ
て、液体マスフロコントローラ４５、５５およびマスフ
ロコントローラ３５の供給量を調節してベーパライザ１
０が生成する混合蒸気中の溶剤の混合比率を調整し、処
理チャンバ２０における溶剤の蒸気圧を飽和蒸気圧以上
となるようにすれば、ＳＯＧ溶液が塗布された基板Ｗの
周辺に飽和蒸気圧を有する溶剤の雰囲気を形成すること
ができる。このときにベーパライザ１０が生成する混合
蒸気の温度は少なくとも処理チャンバ２０の温度以上と
しておく必要があり、またベーパライザ１０で生成され
た混合蒸気の温度が処理チャンバ２０の温度より高けれ
ば、処理チャンバ２０において溶剤の飽和蒸気を得られ
易くなる。従って、ベーパライザ１０は処理チャンバ２
０の温度において溶剤の飽和蒸気を得られるような溶剤
混合比率の混合蒸気を生成・供給するとともに、その混
合蒸気の温度を処理チャンバ２０の温度よりも高くして
いる。

【００２２】次に、処理チャンバ２０に供給された溶剤
の飽和蒸気の役割について説明する。図２は、ＳＯＧ溶
液が塗布された基板Ｗの周辺に形成された溶剤の飽和蒸
気圧雰囲気について説明する図である。

【００２３】ＳＯＧ溶液は他の処理部（例えば、回転式
塗布装置など）において基板Ｗに塗布された後、その基
板Ｗが処理チャンバ２０に収容される。このときの基板
Ｗの状態は、図２（ａ）に示すように、基板Ｗの主面上
に所定厚さのＳＯＧ溶液層Ｌ１が盛られた状態となって
いる。

【００２４】基板Ｗが処理チャンバ２０に収容された
後、ベーパライザ１０で生成されたアミン類の蒸気およ
び溶剤の蒸気の混合蒸気が配管１５を介して送り込まれ
る。上述の如く、ベーパライザ１０で生成された混合蒸
気は処理チャンバ２０の温度において、基板Ｗの周辺に
溶剤の飽和蒸気雰囲気を形成する。すなわち、図２
（ｂ）に示す如く、ＳＯＧ溶液が塗布された基板Ｗの周
辺に飽和蒸気圧を有する溶剤成分Ｓと触媒成分Ｃとが雰
囲気形成している。ここで、雰囲気中の溶剤は飽和蒸気
であるため、基板Ｗ上のＳＯＧ溶液の溶剤と雰囲気中の
溶剤とは平衡状態となり、ＳＯＧ溶液の溶剤は見かけ上
揮発することはない。

【００２５】一方、基板Ｗの周辺雰囲気に含まれる触媒
成分Ｃは、ＳＯＧ溶液の重合反応（架橋反応）を促進さ
せる。なお、基板Ｗの周辺に形成される触媒の雰囲気に
ついては飽和蒸気である必要はなく、ＳＯＧ溶液の重合
反応を促進するのに適当な蒸気圧であればよい。

【００２６】このようにして基板Ｗの周辺に混合蒸気を
供給することにより、ＳＯＧ溶液の溶剤の揮発を完全に
抑制しつつ、その重合反応を進行させることとなる。そ
して、重合反応が終了すると、図２（ｂ）に示す如く、
元のＳＯＧ溶液層Ｌ１の厚さと同じ若しくは若干薄くな
った厚さのＳＯＧ膜Ｌ２が形成される。

【００２７】これに対して、図２（ｃ）に示すように、
ＳＯＧ溶液が塗布された基板Ｗの周辺に触媒の雰囲気の
みを形成した場合には溶剤の揮発が生じるため、重合反
応終了時時には元のＳＯＧ溶液層Ｌ１の厚さよりも大幅
に薄くなった厚さを有するＳＯＧ膜Ｌ３が形成される。

【００２８】ＳＯＧ膜Ｌ２はＳＯＧ膜Ｌ３よりも密度が
低いため、その誘電率も低くなり、結果として絶縁性を
高めることができる。もっとも形成された膜の強度に関
しては、密度の高いＳＯＧ膜Ｌ３の方が強いが、ＳＯＧ
膜Ｌ２であってもその形状を維持する程度の強度は有し
ており使用上問題となることはない。

【００２９】以上、この発明の実施形態について説明し
たが、本発明は上記の例に限定されるものではない。例
えば、上記実施形態では、処理チャンバ２０の温度にお
いて基板Ｗの周辺に溶剤の飽和蒸気雰囲気を形成できる
溶剤混合比率の混合蒸気を供給していたが、基板Ｗ周辺
雰囲気中の溶剤の蒸気は必ずしも飽和蒸気とならなくて
もよい。すなわち、液体マスフロコントローラ４５、５
５およびマスフロコントローラ３５の供給量を調節して
ベーパライザ１０が生成する混合蒸気中の溶剤の混合比
率を調整することにより基板Ｗ周辺の溶剤の蒸気圧は任
意に変化させることができる。そして、基板Ｗの周辺に
溶剤の蒸気による雰囲気が形成されれば、その蒸気圧に
応じて基板Ｗ上のＳＯＧ溶液の溶剤の揮発を低減するこ
とができる。この場合の重合終了後のＳＯＧ膜の厚さ、
密度、強度および絶縁性は、溶剤の揮発の程度に応じて
図２のＳＯＧ膜Ｌ２とＳＯＧ膜Ｌ３との間の値を有する
こととなる。従って、必要とするＳＯＧ膜の特性に応じ
てベーパライザ１０が生成する混合蒸気中の溶剤の混合
比率を調整すればよい。

【００３０】また、基板に塗布する溶液としてはＳＯＧ
溶液に限定されるものではなく、触媒によって反応を促
進させる溶液であればよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、基板を収容して溶液の反応を行わせる処理室
と、溶液の溶剤の蒸気と触媒の蒸気との混合蒸気を形成
して処理室に供給し基板の周辺に混合蒸気の雰囲気を形
成する混合蒸気供給手段と、混合蒸気供給手段への触媒
の供給量を調節する触媒供給量調節手段と、混合蒸気供
給手段への溶剤の供給量を調節する溶剤供給量調節手段
と、を備えているため、混合蒸気中における溶剤の混合
比率を調節することができ、基板周辺での溶剤の蒸気圧
を調整することができる。その結果、当該溶剤の蒸気圧
によって基板に塗布した溶液中の溶剤の揮発を低減する
ことができる。

【００３２】また、請求項２の発明によれば、混合蒸気
供給手段が処理室の温度において溶剤の飽和蒸気を得ら
れる溶剤混合比率の混合蒸気を供給しているため、基板
周辺に溶剤の飽和蒸気の雰囲気が形成され、基板に塗布
した溶液中の溶剤の揮発を完全に抑制することができ
る。

【００３３】また、請求項３の発明によれば、混合蒸気
供給手段は、処理室における雰囲気の温度よりも高い温
度を有する混合蒸気を形成しているため、処理室におい
て溶剤の飽和蒸気を容易に得られる。

【００３４】また、請求項４の発明によれば、混合蒸気
供給手段から処理室に混合蒸気を導く配管にヒータを備
えているため、配管内を通過する蒸気が冷却されて結露
が生じるのを防止することができ、その結果混合蒸気中
における溶剤の蒸気圧の低下および配管の閉塞を防止す
ることができる。

【００３５】また、請求項５の発明によれば、所定の溶
液をＳＯＧ溶液とし、触媒をアミン類としており、アミ
ン類による重合反応中の溶剤の揮発を低減することがで
きる。その結果、重合反応終了後のＳＯＧ膜の密度を低
くすることができ、ＳＯＧ膜の絶縁性を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板処理装置の概略構成図であ
る。

【図２】ＳＯＧ溶液が塗布された基板の周辺に形成され
た溶剤の飽和蒸気圧雰囲気について説明する図である。

【符号の説明】

１０ ベーパライザ １５ 配管 １６ ヒータ ２０ 処理チャンバ ４５、５５ 液体マスフロコントローラ Ｗ 基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の溶液が塗布された基板の周辺に前
   記溶液の反応についての触媒の蒸気を含む雰囲気を形成
   して前記溶液の反応を促進させる基板処理装置であっ
   て、 (a) 前記基板を収容して前記溶液の反応を行わせる処理
   室と、 (b) 前記溶液の溶剤の蒸気と前記触媒の蒸気との混合蒸
   気を形成して前記処理室に供給し、前記基板の周辺に前
   記混合蒸気の雰囲気を形成する混合蒸気供給手段と、 (c) 前記混合蒸気供給手段への前記触媒の供給量を調節
   する触媒供給量調節手段と、 (d) 前記混合蒸気供給手段への前記溶剤の供給量を調節
   する溶剤供給量調節手段と、を備えることを特徴とする
   基板処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の基板処理装置において、 前記混合蒸気供給手段は、前記処理室の温度において前
   記溶剤の飽和蒸気を得られる溶剤混合比率の前記混合蒸
   気を供給することを特徴とする基板処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の基板処理装置において、 前記混合蒸気供給手段は、前記処理室における前記雰囲
   気の温度よりも高い温度を有する前記混合蒸気を形成す
   ることを特徴とする基板処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の基板処理装置において、 前記混合蒸気供給手段から前記処理室に前記混合蒸気を
   導く配管にヒータをさらに備えることを特徴とする基板
   処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の基板処理装置において、 前記所定の溶液はＳＯＧ溶液であり、前記触媒はアミン
   類であることを特徴とする基板処理装置。