KR20050000344A

KR20050000344A - 도포 성막 장치 및 도포 성막 방법

Info

Publication number: KR20050000344A
Application number: KR1020040046915A
Authority: KR
Inventors: 미즈노쯔요시; 미까따유우이찌; 사이또기미히데
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2005-01-03
Also published as: US7497908B2; US20040265493A1; TWI238470B; CN1574224A; TW200509255A; JP2005013787A

Abstract

본 발명의 과제는 기판의 표면에 도포된 도포액의 건조 상태를 제어하여 기판의 표면에 면내 균일한 절연막을 성막하는 것이다.

기판을 수평으로 보유 지지하는 기판 보유 지지부에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 표면에 도포액 노즐(4)로부터 도포액을 공급하는 동시에, 기판 보유 지지부를 도포액 노즐(4)에 대해 전후 방향으로 상대적으로 이동시켜 웨이퍼(W)의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포액을 도포하고, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 2 ㎜ 이내의 높이 위치에서 상기 표면과 평행하게 대향하여 설치된 건조 방지판(6a)(6b)에서 도포액이 도포된 영역의 전체면을 덮는 구성으로 한다. 이 경우 웨이퍼(W)의 표면과 건조 방지판(6a) 사이에 농도가 높은 용제 분위기가 형성됨으로써, 웨이퍼(W)의 면 내에서 도포액의 건조 상태가 정렬되므로, 막 두께가 균일한 절연막을 형성할 수 있다.

Description

도포 성막 장치 및 도포 성막 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR APPLYING COATING}

본 발명은, 예를 들어 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 소정의 도포액을 도포하고, 예를 들어 층간 절연막, 디바이스의 보호막을 이루는 절연막 등을 형성하는 도포 성막 장치 및 도포 성막 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정의 하나로서, 층간 절연막 등의 절연막을 형성하기 위해, 예를 들어 실리콘 산화막의 전구 물질을 용제에 녹인 도포액을 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 도포하여 액막을 형성하고, 이 액막으로부터 용제를 증발시켜 실리콘 산화막으로 이루어지는 도포막인 절연막을 형성하는 수법이 알려져 있다.

여기서 도포액을 기판의 표면에 도포하는 수법의 하나로, 소위 일필서의 요령으로 도포하는 수법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).

이 일필서의 요령에 의한 도포 수법에 대해 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 불리움)를 피처리 기판으로 한 예를 일예로 들어 간단하게 서술해 둔다. 도13에 도시한 바와 같이, 기판 보유 지지부 상에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 표면과 대향하여 설치된 도포액 노즐(10)의 가는 직경의 토출 구멍으로부터 도포액(11)을 공급하면서 X방향으로 왕복시키는 동시에, 웨이퍼(W)를 Y방향으로 간헐 이송하여 도포액(11)을 공급하는 것이다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 주연부나 이면에 도포액이 부착하는 것을 방지하기 위해, 웨이퍼(W)의 회로 형성 영역 이외의 부분을 마스크(12)로 덮는 것이 바람직하다. 이 수법에 따르면, 예를 들어 스핀 코팅법과 같이 웨이퍼(W)를 회전시키지 않으므로 낭비가 없는 도포를 행할 수 있다. 그리고 이 도포 방법은 특히 기판 크기가 큰 경우에 적합하다.

[특허문헌 1]

일본 특허 공개 2002-353132호 공보(단락 0035 내지 0039, 0052 내지 0059, 도7, 도9)

[특허문헌 2]

일본 특허 공개 소33-10788호 공보(단락 0065 내지 0067, 도14, 도15)

그러나 상술한 도포 수법에 있어서는 웨이퍼(W)의 선단부로부터 종단부까지도포액 노즐(10)이 스캔되어 웨이퍼(W)의 표면 전체에 도포가 이루어지기까지는 어느 정도의 시간이 필요하므로, 먼저 도포된 부위로부터 용제가 증발하여 도포액이 건조된다. 그리고 용제가 증발함으로써 도포액의 표면 장력이 커지고, 그로 인해 후방으로부터 도포된 도포액이 선행부로 인장되어 상기 먼저 도포한 부위의 막 두께가 두꺼워져 버리는 문제가 있었다.

그 대응책의 하나로서 상기 특허문헌 1에는 도포액의 건조 상태를 제어하기 위한 천정판(덮개)을 웨이퍼(W)의 표면을 덮도록 하여 소정의 높이 레벨에 설치하는 수법이 개시되어 있다. 그러나 예정으로 하는 막종류가 다르면 선택되는 도포액도 다르고, 예를 들어 층간 절연막용으로 선택되는 저점도의 도포액은 다른 고점도 도포액의 경우와 동일 조건으로 처리한 것에서는 건조 상태의 제어가 충분하지 않은 경우가 있다. 따라서 장치의 검토가 필요하다.

또한 특허문헌 2에는 도포액의 건조 속도를 제어하는 수단으로서, 웨이퍼(W)의 표면과 대향하도록 하여 설치된 천정판의 표면에 복수의 구멍을 뚫고, 이 구멍을 거쳐서 용제 증기를 공급하는 수법이 개시되어 있지만, 웨이퍼(W)의 표면을 향해 용제 증기를 송풍하도록 하면 , 이 기류에 의해 도포막의 표면이 황폐해져 막 두께의 균일성이 나빠질 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 기초로 하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 예를 들어 소위 일필서의 요령으로 기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포된 도포액의 건조 상태를 제어하여 기판의 표면에 면내 균일한 절연막을 이루는 도포막을 형성할 수 있는 도포 성막 장치 및 도포 성막 방법을 제공하는 데있다.

도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 도포 성막 장치를 도시하는 종단면도.

도2는 상기 도포 성막 장치의 평면도.

도3은 상기 도포 성막 장치의 건조 방지판을 도시하는 사시도.

도4는 상기 도포 성막 장치의 제어 수단을 나타내는 설명도.

도5는 상기 도포 성막 장치에 의해 기판의 표면을 도포 처리하는 모습을 도시하는 설명도.

도6은 상기 도포 성막 장치에 의해 기판의 표면을 도포 처리하는 모습을 도시하는 설명도.

도7은 본 발명의 건조 방지판의 다른 예를 나타내는 설명도.

도8은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 도포 성막 장치를 도시하는 설명도.

도9는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 도포 성막 장치를 도시하는 설명도.

도10은 본 발명의 도포 성막 장치를 조립한 도포막 형성 장치를 도시하는 사시도.

도11은 본 발명의 도포 성막 장치를 조립한 도포막 형성 장치를 도시하는 평면도.

도12는 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 실시예의 결과를 나타내는 특성도.

도13은 종래의 도포 성막 장치를 도시하는 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

W : 웨이퍼

2 : 하우징

3 : 기판 보유 지지부

4 : 도포액 노즐

5 : 액받이 수단

6a, 6b : 건조 방지판

7 : 제어부

본 발명의 도포 성막 장치는 기판의 표면에 도포막을 형성하는 도포 성막 장치에 있어서,

기판을 수평으로 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,

이 기판 보유 지지부에 보유 지지된 기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포액을 도포하는 도포액 노즐과,

상기 기판 보유 지지부를 상기 도포액 노즐에 대해 전후 방향으로 상대적으로 이동시키는 구동부와,

상기 기판의 표면으로부터 2 ㎜ 이하의 높이 위치에서 상기 표면과 평행하게 대향하여 상기 도포액 노즐에 의해 도포액이 도포된 영역의 전체면을 덮도록 설치된 건조 방지판을 구비한 것을 특징으로 한다.

다른 발명의 도포 성막 장치는 기판의 표면에 도포막을 형성하는 도포 성막 장치에 있어서,

기판을 수평으로 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,

상기 도포액 노즐에 의해 도포액이 도포된 영역의 전체면을 덮도록 상기 기판의 표면에 대향하여 설치되고, 용제 증기가 그 하방측에 공급되는 다수의 공급 구멍을 갖는 건조 방지판과,

건조 방지판 상에 설치된 용제 흡수체와,

이 용제 흡수체에 용제를 공급하는 용제 공급부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 용제 흡수체는, 예를 들어 스폰지 부재라도 좋다. 또한 도포액 노즐이 기판의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 상대적으로 이동하도록 기판 보유 지지부를 도포액 노즐에 대해 상대적으로 간헐 이동시키는 제1 구동부와, 도포액 노즐을 좌우 방향으로 이동시키는 제2 구동부를 구비하고, 도포액 노즐을 좌우 방향으로 이동시킴으로써 기판의 표면에 도포액을 직선형으로 도포하고, 이 직선형의 도포 영역이 후방측에 차례로 배열되는 구성이라도 좋다.

상기 도포액의 점도는 적어도 기판의 표면에 도포하였을 때 5 cp 이하라도 좋다. 또한 상기 건조 방지판의 주연부는 기판의 외측에서 하방으로 절곡되어도 좋다. 또한 상기 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 조절하기 위한 높이 조정 기구를 구비하고 있어도 좋고, 또는 도포액의 종류와 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 대응시킨 데이터를 기억하는 기억부를 갖고, 선택한 도포액의 종류에 따라서 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 조절하는 제어부를 구비하고 있어도 좋다.

본 발명 방법은 기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포액 노즐에 의해 도포액을 도포하면서,

상기 기판 표면의 상기 도포액이 도포된 영역을 상기 기판 표면으로부터 2 ㎜ 이하의 높이 위치에 상기 표면과 평행하게 대향하여 설치된 건조 방지판에 의해 덮는 것을 특징으로 한다.

다른 방법은 기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포액 노즐에 의해 도포액을 도포하면서,

상기 기판 표면의 상기 도포액이 도포된 영역을 다수의 공급 구멍을 갖는 건조 방지판에 의해 덮으면서 상기 건조 방지판 상에 설치된 용제 흡수체로부터 증발된 용제의 증기를 상기 다수의 공급 구멍을 거쳐서 그 하방측에 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 형태에 관한 도포 성막 장치에 대해 도1 및 도2를 참조하면서 설명한다. 도면 중 부호 2는 외장체를 이루는 하우징으로, 그 내부 공간은 중앙에 X방향으로 연장되는 슬릿(21a)이 형성된 구획판(21)이 설치되어 상하로 구획되어 있다. 또한 구획판(21)의 하방측에 있는 하부측 공간에는 피처리 기판, 예를 들어 웨이퍼(W)의 이면측을 흡착하여 상기 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 보유 지지하기 위한 기판 보유 지지부(3)가 설치되어 있고, 이 기판 보유 지지부(3)는 축부(31)를 거쳐서 접속된 구동 기구(32)에 의해 웨이퍼(W)를 보유 지지한 상태에서 승강 및 수직축 주위에 회전 가능하도록 구성되어 있다. 또한 구동 기구(32)는 이동 기체(33)에 의해 지지되어 있다.

또한 하우징(2)의 바닥면에는, 예를 들어 하우징(2)의 길이 방향인 Y방향으로 신장되는 2개의 가이드 레일(34)이 설치되어 있고, 이 가이드 레일(34)의 상면에 상기 이동 기체(33)가 지지되어 있다. 또한 가이드 레일(34)에 따라서 볼나사부(35)가 배치되고, 예를 들어 하우징(2)의 밖에 설치된 구동부(36), 예를 들어 모터에 의해 이 볼나사부(35)를 회전시킴으로써 이 볼나사부(35)에 나사 결합된 이동 기체(33)와 함께 기판 보유 지지부(3)가 웨이퍼(W)를 보유 지지한 상태에서 횡방향으로, 예를 들어 1000 ㎜/초로 이동 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 제1 구동부는 이동 기체(33), 가이드 레일(34), 볼나사부(35) 및 구동부(36)를 구비한 구성이다. 또한 하우징(2) 내는 도시하지 않은 클린 에어 공급 수단에 의해, 예를 들어 클린 에어에 의한 다운플로우가 형성되어 있다.

상기 구획판(21)의 상방측에 있는 상부측 공간에는 기판 보유 지지부(3) 상의 웨이퍼(W)의 표면과 대향하여 도포액 노즐(4)이 설치되어 있다. 이 도포액 노즐(4)은 하방측에, 예를 들어 50 ㎛의 가는 구멍의 토출 구멍(41)을 갖고 있고, 예를 들어 하우징(2)의 밖에 설치된 공급원(42)으로부터 유로(42a)를 거쳐서 이송되어 오는, 예를 들어 실리콘 산화막의 전구 물질인 고형 성분(실록산 폴리머)을 용제에 녹인 절연막용 도포액은 상기 토출 구멍(41)을 거쳐서 웨이퍼(W)의 표면에 공급되도록 구성되어 있다. 이 도포액은 설정된 프로세스 온도, 예를 들어 25 ℃에 있어서, 예를 들어 적어도 웨이퍼(W)의 표면에 도포되었을 때의 점도가 10 cp(centi-poise) 이하, 바람직하게는 5 cp 이하가 되도록 용제량이 조정되어 있다. 또한 도포액 노즐(4)을 지지하는 지지 부재(43)에 나사 결합된 볼나사부(44)가 상기 가이드 레일(34)과 대략 직교하여 X방향으로 신장되도록 배치되는 동시에 도시되어 있지 않은 가이드 로드가 지지 부재(43)를 관통하여 볼나사부(44)와 평행하게배치되어 있고, 예를 들어 하우징(2)의 밖에 설치된 구동부(45), 예를 들어 모터에 의해 볼나사부(44)를 회전시킴으로써 지지 부재(43)와 일체적으로 도포액 노즐(4)이 횡방향(좌우 방향)으로, 예를 들어 1000 ㎜/초로 왕복 이동 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 제2 구동부는 지지 부재(43), 가이드 레일(34) 및 볼나사부(44)를 구비한 구성이다.

또한 기판 보유 지지부(3)에 보유 지지된 웨이퍼(W)의 표면의 약간 높은 위치에 설치되어 상기 도포액 노즐(4)의 이동 방향의 연장선인 동시에 웨이퍼(W)의 주연에 대응하는 위치에 도포된 도포액을 받아내고, 웨이퍼(W)의 회로 형성 영역 이외로의 도포액의 공급을 방지하기 위한 한 쌍의 액받이 수단(5)이 마련되어 있다. 이 액받이 수단(5)은 상방으로부터 떨어지는 도포액을 받아내어 이를 회수할 수 있도록, 예를 들어 트레이형으로 형성되어 있고, 또한 도시는 생략하지만 표면에 부착한 도포액을 씻기 위한 세정 기구 및 받아낸 도포액을 배출하기 위한 배출로 등을 구비하고 있다. 또한 액받이 수단(5)은 그 중 단부가 웨이퍼(W)의 회로 형성 영역의 외연에 대응하는 위치에 설정 가능하도록 진퇴 구동부(51)에 의해 X방향으로 진퇴 가능하게 구성되어 있다.

또한 기판 보유 지지부(3) 상의 웨이퍼(W)의 표면과 평행하게 대향하도록 하여, 예를 들어 웨이퍼(W)보다도 큰 사각형의, 예를 들어 두께 1.0 ㎜의 평판으로 이루어지는 건조 방지판(6)이 하우징(2)의 길이 방향에 2매 배열하여 설치되어 있다. 이 건조 방지판(6)에 대해 도3을 이용하여 상세하게 설명하면, 2매의 건조 방지판(6a)(6b) 중, 도포 처리시에 있어서의 웨이퍼(W)의 진행 방향측에 있는 건조방지판(6a)은 다른 쪽의 건조 방지판(6b)과 마주 보는 일측 모서리를 제외한 주연부가 웨이퍼(W)의 표면의 높이 위치보다도 하방측으로 신장되도록, 예를 들어 5.0 ㎜ 하방향으로 절곡되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 웨이퍼(W)에 도포된 도포액으로부터의 증발 성분을 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)의 간극에 가둘 수 있으므로 득책이다. 또한 건조 방지판(6a)(6b)은 서로 마주 보는 일측 모서리에 따라서 기립벽(61a)(61b)이 설치되고, 또한 이 기립벽(61a)(61b)의 상부 모서리면에는 외측으로 신장되는 면형체(62a)(62b)가 설치되어 있다. 이들 면형체(62a)(62b)끼리의 사이에는 X방향으로 신장되는 간극이 형성되어 있고, 이 간극 내를 상기 도포액 노즐(4)이 주사되도록 구성되어 있다. 또한 기립벽(61a)(61b) 및 면형체(62a)(62b)로 둘러싸인 영역은 상기 액받이 수단(5)의 이동 영역으로서 구성되어 있다.

상기 건조 방지판(6a)(6b)의 Y방향으로 신장되는 측주연에는 지지 부재(63)가 설치되어 있고, 이 지지 부재(63)는 축부(64)를 거쳐서 하우징(2)의 바닥면에 설치된 높이 조정 기구인 승강 기구(65)에 각각 접속되어 있다. 그리고 건조 방지판(6a)(6b)이 각각 독립되어 상하로 승강 가능하도록 구성되어 있고, 이 건조 방지판(6a)(6b)의 표면과 웨이퍼(W)의 표면과의 사이의 간극이, 예를 들어 2 ㎜ 이하가 되도록 설정되어 있다. 상기 간극을 2 ㎜ 이하의 범위 내에 있어서 어떻게 설정할지는, 예를 들어 도포액의 종류에 따라서 결정된다. 구체적으로는, 예를 들어 도포액의 점성에 대응시켜 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면에는 도포액이 액성되므로, 예를 들어 간극을 2 ㎜로 설정하였다고 해도 실제로는 2 ㎜보다도 약간 작아지지만, 이 액성된 도포액의 두께는, 예를 들어 20 ㎛ 정도로, 이 간극에 반해 매우 작다. 또한 건조 방지판(6a)(6b)은 도포 처리시에 있어서 그 면 내에서 온도가 변동되어 웨이퍼(W) 상의 도포액의 건조 상태에 영향을 주는 것을 방지하기 위해, 열전도율이 낮은 재질, 예를 들어 PP(폴리프로필렌) 또는 불소계 수지 등을 선택하는 것이 바람직하다.

또한 도1로 설명을 복귀시키면, 도면 중 부호 7은 제어부이고, 이 제어부(7)는 승강 기구(32), 구동 기구(36), 구동 기구(45), 진퇴 구동부(51) 및 승강 기구(65)의 동작을 제어하는 기능을 구비하고 있다. 또한 제어부(7)가 갖는 제어 기능에 대해 도4를 이용하여 설명해 두면, 상기 제어부(7)는 컴퓨터(70)를 구비하고 있고, 이 컴퓨터(70)의 기억부(71)인 메모리에는 복수의 프로세스 레시피(72)가 격납되어 있다. 이 프로세스 레시피(72)에는 도포액의 종류마다의 처리 조건, 예를 들어 웨이퍼(W)의 온도, 도포액의 온도, 건조 방지판(6a)(6b)의 높이 위치 등의 설정치의 정보가 기억되어 있다. 즉, 도포액의 종류에 따라서 도포액의 점성이 결정되므로, 본 예에서는 도포액의 점도에 대응시킨 건조 방지판(6a)(6b)의 높이 레벨의 설정치의 정보를 갖고 있게 된다. 또한 도면 중 부호 73은 프로세스 레시피(72)를 선택하기 위한 레시피 선택 수단이고, 예를 들어 오퍼레이터의 손에 의해 도포액의 종류를 기초로 하여 소정의 프로세스 레시피(72)가 선택되고, 이 프로세스 레시피(72)의 정보에 의해 건조 방지판(6a)(6b)을 승강시키기 위한 승강 기구(65)가 제어되어 건조 방지판(6a)(6b)이 소정의 높이 위치로 설정된다. 또한, 도면 중 부호 74는 CPU이고, 75는 버스이다.

또한 상기한 프로세스 레시피(72)에는 도포액의 종류마다 결정된 기판 보유 지지부(3)의 이동 속도의 정보를 포함해도 좋다. 이 경우, 도포액의 점도에 대응하여 건조 방지판(6a)(6b)의 높이 레벨의 설정치 및 기판 보유 지지부(3)의 이동 속도가 결정되게 된다. 이와 같은 구성으로 하면 도포시에 있어서 기판 보유 지지부(3)가 간헐 이동하였을 때에 생기는 기류에 의한 전단 응력의 영향을 억제할 수 있으므로 유리하다. 여기서 기판 보유 지지부(3)의 이동 속도가 지나치게 빠르면 상기 전단 응력의 영향이 강해지고, 그 반대로 이동 속도가 지나치게 느리면 건조 방지판(6a)의 하방으로 들어가기까지 용제의 증발이 진행되어 버릴 뿐만 아니라, 액받이 수단(5)의 상방에서 도포액 노즐(4)이 대기하게 되어 그 만큼 여분의 도포액의 양이 많아져 버린다. 따라서, 기판 보유 지지부(3)의 이동 속도를 어떻게 설정할지는 미리 실험을 행하여 결정해 두는 것이 바람직하다. 그 일예로서 본 예에서는 이동 속도 1000 ㎜/초로 설정해 둔다.

계속해서, 상술한 도포 성막 장치를 이용하여 피처리 기판, 예를 들어 웨이퍼(W)의 표면에 절연막을 형성하는 수법에 대해 설명한다. 우선, 기판 보유 지지부(3)가 후방 위치인 건조 방지판(6b)의 하방 위치에서 하강 위치로 설정되고, 또한 건조 방지판(6a)(6b)이 상승 위치에, 액받이 수단(5)이 개방된 상태에 있어서, 예를 들어 필요한 전처리가 실시된 웨이퍼(W)가 하우징(2)의 측면에 설치된 도시하지 않은 반입 출구를 거쳐서 상기 하우징(2) 내로 반입되고, 그리고 기판 보유 지지부(3) 상에 흡착 보유 지지된다. 계속해서 기판 보유 지지부(3)가 상승하여 액받이 수단(5)의 하면과 웨이퍼(W)의 표면과의 사이에서 현저한 간극이 형성되는 높이 위치로 설정되고, 또한 건조 방지판(6a)(6b)이 하강하여, 예를 들어 오퍼레이터에 의해 선택된 프로세스 레시피(72)의 정보를 기초로 하여 소정의 높이 위치로 설정된다. 계속해서 웨이퍼(W)를 보유 지지한 상태에서 기판 보유 지지부(3)가 횡방향(Y방향)으로 이동하고, 상기 웨이퍼(W)의 일단부(전단부)가 도포 개시 위치로 안내되는 동시에, 도포액 노즐(4)이 이 웨이퍼(W)의 일단부(도포 개시 위치)의 상방으로 안내된다. 또한 액받이 수단(5)이 소정의 위치까지 폐쇄되어 웨이퍼(W)의 회로 형성 영역의 외측의 부위를 상부로부터 덮도록 설정된다.

계속해서 도5에 도시한 바와 같이[설명의 편의상, 건조 방지판(6)을 생략하고 있음], 도포액 노즐(4)이 도포액을 토출하면서 좌우 방향(X방향) 중 일방향으로 스캔되어 웨이퍼(W)의 표면에 직선형으로 도포액을 액성하면, 기판 보유 지지부(3)가 전방향으로 간헐 이동하여 웨이퍼(W)가 건조 방지판(6a)의 하방측으로 진입해 간다. 이 동작의 반복, 즉 웨이퍼(W)의 주연으로부터 중심선을 협지하여 대향하는 주연에 걸쳐서 도포액 노즐(4)이 도포액을 공급하면서 좌우로 왕복 이동하는 동시에, 웨이퍼(W)가 전방향으로 간헐적으로 이동함으로써, 소위 일필서의 요령으로 도포액이 웨이퍼(W)의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포된다. 또한, 엄밀하게는 액받이 수단(5)으로 웨이퍼(W)의 주연에 공급되는 도포액을 받고 있으므로, 웨이퍼(W)의 회로 형성 영역에 직선형 도포액이 전후로 간극없이 배열되게 된다. 여기서 도6에 도시한 바와 같이, 건조 방지판(6a)의 하방으로 들어간 웨이퍼(W)의 표면에 있는 도포액으로부터 증발된 용제 성분은 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)의 현저한 간극에 충만되고, 그리고 웨이퍼(W)의 표면의 근방에는 용제 성분농도가 짙은 분위기, 예를 들어 용제의 포화 증기압 근처의 분위기가 형성되고, 그로 인해 도포액의 건조 속도가 억제된다.

상술한 실시 형태에 따르면, 예를 들어 소위 일필서의 요령으로 웨이퍼(W)의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 절연막용 도포액을 도포하는 경우에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면과 건조 방지판(6a)(6b)의 표면과의 사이의 간극을 2 ㎜ 이하로 설정함으로써 도포액으로부터의 용제의 증발 속도를 제어할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서 도포액의 건조 속도가 전체적으로 지연됨으로써 먼저 도포된 부위와, 후에 도포된 부위 사이에서 건조 상태(건조의 진행 상태)의 차가 작아지므로, 결과적으로 웨이퍼(W)의 면 내에서 막 두께가 균일한 도포막인 절연막을 형성할 수 있다.

이와 같이 막 두께 프로파일이 향상되는 것에 대해 발명자들은 이하와 같이 추찰하고 있다. 절연막용 도포액의 고형 성분은 저분자량의 무기 성분이 주체로 되어 있으므로, 그 점도는 10 cp 이하로 저점도가 되는 일이 많다. 스캔 방식의 도포의 경우, 도포 개시측과 도포 종료측의 도포 시간 차에 의해 도포 개시측의 쪽이 일찍 건조가 진행되어 웨이퍼(W) 면 내에서 농도 배구가 생김으로써, 웨이퍼(W) 상의 도포액에 흐름이 발생한다. 즉, 용제가 휘발하는 도포 개시측이 고농도 및 고점도가 되어 도포 종료측의 저농도 및 저점도의 도포액이 고농도측으로 흘러간다. 이 흐름에 의해 도포액의 고형 성분도 흘러 도포 개시측의 막 두께가 두꺼워진다. 절연막용 도포액에 있어서는 건조 방지판(6a)을 웨이퍼(W)의 표면에 접근시켜 먼저 도포된 도포액의 건조 속도를 적극적으로 억제함으로서 고정밀도인 막 두께 프로파일을 실현할 수 있다. 따라서, 절연막용 도포액과 같은 저점도 도포액에 있어서는 적어도 웨이퍼(W) 전체면의 도포가 종료되기까지 건조 방지판(6a)과 웨이퍼(W)의 간극을 2 ㎜보다도 크게 해 버리면, 후술하는 실시예로부터도 명백한 바와 같이 도포면에 있어서 농도 배구가 발생하여 막 두께 프로파일이 악화되어 버린다.

또한, 건조 방지판(6a)과 웨이퍼(W) 표면의 간극을 2 ㎜ 이하로 작게 한 경우에는 웨이퍼(W)가 이동함으로써 전단력이 발생한다. 전단력의 영향에 의해 도포액막이 도포 종료측으로 끌려가는 것도 예상되지만, 결과적으로는 도포 종료측의 막 두께가 두꺼워지는 일은 없다. 즉, 전단력보다도 농도 배구에 의한 고형 성분 흐름의 영향 쪽이 막 두께에 미치는 영향이 크다는 것이다. 또한, 절연막용 도포액은 저점도이고 유동성이 높다. 그로 인해, 기류에 의한 전단력을 받은 경우라도 정지시에 있어서 본래의 상태로 복귀될 수 있다. 그러나, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 도포가 이루어져 상기 웨이퍼(W)의 표면 전체가 일단 건조 방지판(6a)으로 덮인 후에는 건조 방지판(6a)을 상승시키고, 예를 들어 5 ㎜ 이상의 간극으로 설정하여 용제의 증발을 촉진시키도록 해도 좋다.

상술한 실시 형태에 있어서는 웨이퍼(W)의 회로 형성 영역 외(도포 영역 외)에 도포액이 도포되는 것을 방지하기 위한 액받이 수단(5)을 이용한 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 도7에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 주연을 덮는 마스크(M)를 설치하도록 하고, 또한 건조 방지판(6a)(6b)에 기립벽(61a)(61b) 및 면형체(62a)(62b)를 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 구성이라도 상술한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 건조 방지판(6a)(6b)을 고정하여 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 기판 보유 지지부(3)를 상하 이동 가능한 구성으로 해도 좋다.

계속해서 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 본 예는 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)(6b)의 간극에 용제 증기를 공급하여 도포액의 증발 속도를 제어하기 위한 용제 증기 공급 수단을 구비한 도포 성막 장치이다. 그 밖의 구성에 대해서는 도1 및 도2에 기재된 도포 성막 장치와 동일하다. 이 용제 증기 공급 수단(8)은, 도8 및 도9에 도시한 바와 같이 건조 방지판(6a)(6b)의 표면에 용제 증기를 하방측으로 통과시키기 위한 다수의 관통 구멍인 공급 구멍(81)을 뚫는 동시에, 상기 건조 방지판(6a)(6b)의 상면측의 주연을 기립벽(82)으로 둘러싸고, 이 둘러싸인 영역에 용제 흡수체인 다공질체의 스폰지 부재(83)가 설치되어있다. 이 스폰지 부재(83)는 다른 장소로부터 공급되는 액상의 용제, 예를 들어 웨이퍼(W)의 표면에 도포되는 도포액에 포함되는 용제 성분을 포함하는 용제를 스며들게 하여 상기 용제를 증발시키기 위한 것으로, 그 재질에는 상기 용제에 대해 친수성이 좋은, 예를 들어 PVA(폴리비닐 알코올)가 선택된다. 또한 스폰지 부재(83)의 상면에는 스폰지 부재(83)에 대해 용제를 미세한 액적, 예를 들어 스프레이형으로 공급하기 위한 복수의 스프레이 노즐을 구비한 용제 공급부(84)가 설치되어 있고, 예를 들어 도시하지 않은 유량 조정부에 의해 용제 공급량을 조절함으로써 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)(6b)의 간극에 공급되는 용제 증기량의 조정이 이루어진다. 또한, 공급 구멍(81)을 거쳐서 용제가 미증발 상태로 낙하하지 않도록 공급 구멍(81)의 구멍 모서리에 따라서 둑부(기립벽)를 설치하도록 해도 좋다.

이와 같은 구성에 있어서는 스폰지 부재(83)로 스며들은 용제가 증발하여 공급 구멍(81)을 거쳐서 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)의 간극에 용제 증기가 공급됨으로써 먼저 도포된 부위의 도포액의 건조가 억제되므로, 상술한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우에는 버퍼재인 스폰지 부재(83)로 용제를 증발시키고, 증발 성분을 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)의 현저한 간극으로 확산시켜 공급하므로, 이 용제 분위기의 기류에 의해 웨이퍼(W)의 표면 상에 있는 도포액의 표면이 황폐해져 막 두께의 균일성을 저하시키는 일이 적다. 또한, 본 예에서는 웨이퍼(W)의 표면과 건조 방지판(6a)(6b)의 표면과의 간극은 2 ㎜ 이하로 한정되지 않고, 예를 들어 5.0 ㎜로 설정해도 좋지만, 2 ㎜ 이하로 설정하면 보다 확실하게 도포액의 건조 속도의 제어를 할 수 있다.

여기서 본 발명에 있어서는, 건조 방지판(6a, 6b) 중 웨이퍼(W)의 도포액이 도포된 부위가 들어가는 측에 배치된 건조 방지판(6a)만 설치하고, 건조 방지판(6b)을 설치하지 않는 구성으로 해도 좋고, 또한 건조 방지판(6a)측에만 상술한 용제 분위기 공급 수단을 마련한 구성으로 해도 좋다. 또한 본 발명에 있어서는 소위 일필서의 요령으로 도포하는 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 그 길이가 적어도 웨이퍼(W)의 회로 형성 영역보다도 긴 좌우 방향으로 신장되는 슬릿형의 토출구를 구비한 도포액 노즐(4)을 이용하여 이 도포액 노즐(4)로부터 도포액을 도포하면서 웨이퍼(W)의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포액 노즐(4)을 스캔하여 도포하도록 해도 좋다. 또한 본 발명에 있어서는, 기판은 웨이퍼(W)에 한정되지 않고, 예를 들어 LCD 기판, 포토마스크용 레티클 기판의 도포 처리에도 적용할 수 있다. 또한, 도포액은 절연막 형성용의 것뿐만 아니라, 같은 정도의 점도의 것이면 다른 화학 약품이라도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

마지막으로 상술한 도포 성막 장치가 조립된 도포막 형성 장치의 일예에 대해 도10 및 도11을 참조하면서 설명한다. 도면 중 부호 91은 카세트 스테이션이고, 예를 들어 25매의 웨이퍼(W)를 수납한 카세트(92)를 적재하는 카세트 적재부(93)와, 적재된 카세트(92)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 교환을 행하기 위한 교환 수단(94)이 마련되어 있다. 이 교환 수단(94)의 안측에는 하우징(95)으로 주위를 둘러싸는 처리부(S1)가 접속되어 있다. 처리부(S1)의 중앙에는 주반송 수단(96)이 마련되어 있고, 이를 둘러싸도록, 예를 들어 안측에서 보아 우측에는 상술한 도포 성막 장치를 구비한 도포 유닛(97)이 복수 조립되고, 또한 좌측, 전방, 안측에는 가열 및 냉각계의 유닛 등을 다단으로 적층한 선반 유닛(U1, U2, U3)이 각각 배치되어 있다.

선반 유닛(U1, U2, U3)은 도포 유닛(97)의 전처리 및 후처리를 행하기 위한 유닛 등을 각종 조합하여 구성되는 것으로, 그 조합은 도포 유닛(97)으로 표면에 도포액이 도포된 웨이퍼(W)를 감압 건조하는 감압 건조 유닛, 가열(베이크)하는 가열 유닛, 웨이퍼(W)를 냉각하는 냉각 유닛 등이 포함된다. 또한 선반 유닛(U3)에 대해서는 웨이퍼(W)를 교환하기 위한 교환대를 구비한 교환 유닛도 조립된다. 또한, 상술한 주반송 수단(96)은, 예를 들어 상승 및 전후로 이동 가능하게, 또한 수직축 주위에 회전 가능하게 구성되어 있고, 도포 유닛(97) 및 선반 유닛(U1, U2, U3)을 구성하는 각 유닛 사이에서 웨이퍼(W)의 교환을 행하는 것이 가능해져 있다.

이 장치의 웨이퍼(W)의 흐름에 대해 설명하면, 우선 외부로부터 웨이퍼(W)가 수납된 카세트(92)가 카세트 적재부(93)에 적재되고, 교환 수단(94)에 의해 카세트(92) 내로부터 웨이퍼(W)가 취출되고, 가열 및 냉각 유닛(U3)의 선반 중 하나의 교환 유닛을 거쳐서 주반송 수단(96)으로 교환된다. 계속해서 유닛(U3) 중 하나의 선반의 처리부 내에서 소수화 처리가 행해진 후, 도포 유닛(97)에서 도포액이 도포된다. 그 후 웨이퍼(W)는 감압 건조 유닛에서 감압 건조되어 가열 유닛으로 가열된 후, 냉각 유닛에서 소정의 온도로 냉각된다. 그 후 웨이퍼(W)는 카세트 적재부(93) 상의 카세트(92) 내로 복귀된다.

[실시예]

계속해서 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 실시예에 대해 설명한다.

(제1 실시예)

본 예는 상술한 도1 및 도2에 기재된 도포 성막 장치를 이용하여 8인치 크기의 웨이퍼(W)의 표면에 절연막을 성막한 실시예이다. 상세한 공정 조건에 대해서는 이하에 열기한다.

ㆍ도포액 조성 ; 유기 용매(메틸실록산 폴리머)

ㆍ도포액의 점성 ; 5 cp(at 25 ℃)

ㆍ웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)(6b)의 간극 ; 2 ㎜

ㆍ도포액 공급 유량 ; 1.0 ㎖/분

ㆍ도포액 노즐(4) 주사 속도 ; 1000 ㎜/초

ㆍ웨이퍼(W)의 간헐 이동 속도 ; 1000 ㎜/초

(제1 비교예)

본 예는 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)(6b)의 간극을 5 ㎜로 설정한 것을 제외하고 제1 실시예와 동일한 비교예이다.

(제2 비교예)

본 예는 건조 방지판(6a)(6b)을 설치하지 않았던 것을 제외하고 제1 실시예와 동일한 비교예이다.

(제3 비교예)

본 예는 건조 방지판(6a)을 경사지게 하여 설치한 것을 제외하고 제1 실시예와 동일 비교예이다. 건조 방지판(6a)은 웨이퍼(W)의 진행 방향을 향해 이격 거리가 4㎜ 내지 2 ㎜가 되도록 경사져 설치하였다.

(제1 실시예 및 제1 내지 제3 비교예의 결과와 고찰)

제1 실시예 및 제1 내지 제3 비교예에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 성막된 절연막의 막 두께의 편차(3σ)를 구한 결과를 도12에 더불어 나타낸다. 이 결과로부터 명백한 바와 같이, 제1 실시예의 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)(6b)의 간극을 2 ㎜로 설정한 경우에는, 편차(3σ)는 2 ％ 이하로 억제되어 있다. 한편, 제1 비교예의 5 ㎜로 설정한 경우, 편차(3σ)는 3.7 ％이고, 제2 비교예의 건조 방지판(6a)(6b)을 설치하지 않은 예에서는, 편차(3σ)는 5 ％가 되어 있다. 또한 제3 비교예의 건조 방지판(6a)을 경사지게 한 예에서는, 도시는 생략하지만 편차(3σ)는 2.5 ％로 되어 있고, 이 때 막 두께는 웨이퍼(W)의 전단부측(진행 방향측)이 융기되어 있었다. 즉, 웨이퍼(W)와 건조 방지판(6a)(6b)의 간극을 2 ㎜ 이하로 설정함으로써, 고정밀도인 막 두께 프로파일을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

본 발명에 따르면, 예를 들어 소위 일필서의 요령으로 기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 절연막용 도포액을 도포하는 경우에, 기판의 표면과, 이 기판의 표면과 대향하는 건조 방지판의 표면과의 사이의 간극을 2 ㎜ 이하로 설정함으로써 상기 간극에 농도가 높은 증발 용제 분위기가 형성되어 기판의 표면에 먼저 도포된 도포액의 건조 속도가 제어되므로, 기판의 면 내에서 막 두께가 균일한 도포막인 절연막을 형성할 수 있다.

또한 다른 발명에 따르면, 건조 방지판 상에 설치한 용제 흡수체로 스며들게 한 용제로부터 증발된 용제 증기를 기판의 표면과 건조 방지판의 표면과의 사이의 간극에 공급함으로써, 기판의 표면에 먼저 도포된 도포액의 증발 속도가 제어되어 기판의 면 내에서 막 두께가 균일한 도포막인 절연막을 형성할 수 있다.

Claims

기판의 표면에 도포막을 형성하는 도포 성막 장치에 있어서,

기판을 수평으로 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,

이 기판 보유 지지부에 보유 지지된 기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리부를 향해 도포액을 도포하는 도포액 노즐과,

상기 기판 보유 지지부를 상기 도포액 노즐에 대해 전후 방향으로 상대적으로 이동시키는 구동부와,

상기 기판의 표면으로부터 2 ㎜ 이하의 높이 위치에서 상기 표면과 평행하게 대향하여 상기 도포액 노즐에 의해 도포액이 도포된 영역의 전체면을 덮도록 설치된 건조 방지판을 구비한 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 도포액 노즐이 상기 기판의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 상대적으로 이동하도록 상기 기판 보유 지지부를 상기 도포액 노즐에 대해 상대적으로 간헐 이동시키는 제1 구동부와, 상기 도포액 노즐을 좌우 방향으로 이동시키는 제2 구동부를 구비하고, 상기 도포액 노즐을 좌우 방향으로 이동시킴으로써 상기 기판의 표면에 상기 도포액을 직선형으로 도포하고, 이 직선형의 도포 영역이 후방측에 차례로 배열되는 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 도포액의 점도는 적어도 기판의 표면에 도포하였을 때5 cp 이하인 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 건조 방지판의 주연부는 기판의 외측에서 하방으로 절곡된 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 조절하기 위한 높이 조정 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제5항에 있어서, 도포액의 종류와 상기 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 대응시킨 데이터를 기억하는 기억부를 갖고, 선택한 도포액의 종류에 따라서 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 조절하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
기판의 표면에 도포막을 형성하는 도포 성막 장치에 있어서,

기판을 수평으로 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,

이 기판 보유 지지부에 보유 지지된 기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포액을 도포하는 도포액 노즐과,

상기 기판 보유 지지부를 상기 도포액 노즐에 대해 전후 방향으로 상대적으로 이동시키는 구동부와,

상기 도포액 노즐에 의해 도포액이 도포된 영역의 전체면을 덮도록 상기 기판의 표면에 대향하여 설치되고, 용제 증기가 그 하방측에 공급되는 다수의 공급 구멍을 갖는 건조 방지판과,

건조 방지판 상에 설치된 용제 흡수체와,

이 용제 흡수체에 용제를 공급하는 용제 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제7항에 있어서, 상기 용제 흡수체는 스폰지 부재인 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제7항에 있어서, 상기 도포액 노즐이 상기 기판의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 상대적으로 이동하도록 상기 기판 보유 지지부를 상기 도포액 노즐에 대해 상대적으로 간헐 이동시키는 제1 구동부와, 상기 도포액 노즐을 좌우 방향으로 이동시키는 제2 구동부를 구비하고, 상기 도포액 노즐을 좌우 방향으로 이동시킴으로써 상기 기판의 표면에 상기 도포액을 직선형으로 도포하고, 이 직선형의 도포 영역이 후방측에 차례로 배열되는 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제7항에 있어서, 상기 도포액의 점도는 적어도 기판의 표면에 도포하였을 때 5 cp 이하인 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제7항에 있어서, 상기 건조 방지판의 주연부는 기판의 외측에서 하방으로 절곡된 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제7항에 있어서, 상기 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 조절하기 위한 높이 조정 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
제12항에 있어서, 도포액의 종류와 상기 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 대응시킨 데이터를 기억하는 기억부를 갖고, 선택한 도포액의 종류에 따라서 건조 방지판의 상기 기판에 대한 상대적인 높이를 조절하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 도포 성막 장치.
기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포액 노즐에 의해 도포액을 도포하면서,

상기 기판 표면의 상기 도포액이 도포된 영역을 상기 기판 표면으로부터 2 ㎜ 이하의 높이 위치에 상기 표면과 평행하게 대향하여 설치된 건조 방지판에 의해 덮는 것을 특징으로 하는 도포 성막 방법.
기판의 표면의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 도포액 노즐에 의해 도포액을 도포하면서,

상기 기판 표면의 상기 도포액이 도포된 영역을 다수의 공급 구멍을 갖는 건조 방지판에 의해 덮으면서 상기 건조 방지판 상에 설치된 용제 흡수체로부터 증발된 용제의 증기를 상기 다수의 공급 구멍을 거쳐서 그 하방측에 공급하는 것을 특징으로 하는 도포 성막 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 도포액 노즐이 기판의 전단부 모서리로부터 후단부 모서리를 향해 상대적으로 이동하도록 상기 기판을 상기 도포액 노즐에 대해 상대적으로 간헐 이동시키면서,

상기 도포액 노즐을 좌우 방향으로 이동시킴으로써 상기 기판의 표면에 상기 도포액을 직선형으로 도포하고, 이 직선형의 도포 영역이 차례로 배열되도록 하여 도포하는 것을 특징으로 하는 도포 성막 방법.