WO2009116180A1

WO2009116180A1 - フォトレジスト塗布装置

Info

Publication number: WO2009116180A1
Application number: PCT/JP2008/056520
Authority: WO
Inventors: 道弘渡邉; 坂本　淳; 齊藤　忠之; 田島　淳一
Original assignee: 株式会社Sat
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-09-24
Also published as: JP2009224653A

Abstract

本発明は、インクジェット法を用いて基板上にレジスト薄膜を形成するフォトレジスト塗布装置及びフォトレジスト塗布方法並びにこれにより薄膜構造体を製造する方法を提供することを目的とするものである。本発明は、溶液容器から供給したレジスト溶液を下方へ吐出するノズルを一定間隔で複数設けたインクジェット・ヘッドを２列互い違いに配置したインクジェット吐出機構と、前記インクジェット吐出機構の吐出対象であるウエハを載置した搬送テーブルを水平に移動させる基板搬送機構と、前記インクジェット吐出機構の吐出と前記基板搬送機構の移動を制御する制御機構とからなり、前記ウエハの特定の回路部分にのみ１回の塗布動作でレジスト薄膜を形成することを特徴とするフォトレジスト塗布装置の構成とした。

Description

明細書フォトレジスト塗布装置技術分野

本発明は、インクジヱット法を用いて基板上にレジスト薄膜を形成するフォトレジスト塗布装置及び方法、並びにこれにより薄膜構造体を製造する装置及び方法に関するものである。

背景技術

従来、半導体装置等の基板にフォトレジストの薄膜を形成する際は、主にスピンコート法が用いられる。スピンコート法は、レジスト溶液をノズルから基板上に滴下した後、基板を回転させて遠心力でレジスト溶液を拡げることにより、基板上に薄膜を塗布する方法である。

しかしながら、スピンコート法は、均等な薄膜を形成するために、多くのレジスト溶液を供給し、高速回転により拡散させるので、その大部分が基板外に飛散しており、非常に無駄が多く、製造コストも上がるという問題がある。

尚、線幅が狭小化するにつれ髙感度のフォトレジストが必要となり、高精度の薄い膜厚が必要なレジストほど材料が高価となることから、材料の利用効率を向上させることは、非常に大きな課題である。

また、スピンコート法は、基板の回転による遠心力のため、レジスト溶液が基板の内側から外側へ流動しやすく、基板の外周部近辺の膜厚が厚くなる傾向にあり、飛散したレジスト溶液が基板の端面を汚すという不具合もある。

所望の膜厚が薄くなるほど、膜厚の不均一が目立つようになり、レジスト溶液の材料粘度を調整したり、基板の回転速度を調整したり、様々な手段を講じて膜厚の分布を許容値内に制御しているのが実情である。

極めて薄いレベルにおいては、回転に伴う気流変動の影響や、基板に形成されるノツチやオリエンテーション · フラットの回転振動に及ぼす影響も無視することができず、基板外周部の膜厚増の対策や基板端部のコンタミネーションの対策も施されている。

即ち、特許文献 1 「特開 2 0 0 6 一 8 0 4 0 4号公報」に記載されてレ、るよに、基板の外周部と端面を覆うようなコの字構造にシンナー等の溶剤が吐出でさる洗浄部を設け、外周部及び端部のフォレジストを除去するリム一ノ^機構などでめる。

また、特許文献 2 「特開 2 0 0 3 一 4 3 7 0 4号公報」に記載されてレ、るように、基板の外周部にレジスト溶液が塗布されに < い物質を予め被着してく方法などもある。

通常、半導体装置の基板は、何枚かをセシにして、カセットに収容され、力セット単位で搬送等される。基板の外ロ J部が力セットの支持爪で挟持され、各基板はカセット内でお互いに独立した状態である

目的のプロセス装置に搬送されると、ボ V 卜ノヽンド力セ V トから 1枚ずつ基板を引き抜き、当該装置に載置し、プセスが完了すると、口ボッハンドが基板を元に戻し、次の基板について繰り返す

その際、基板の引き抜き及び戻しの動作により、固化したフォ卜レジストのパ一テイクルを基板上に撒き散らすと、後のェ程における不良の原因とな、製造歩留まり低下を引き起こす可能性がある

現在のスピンコ一ト法においては、ェクジジムーバにより基板の端面のフォ卜レジストを除去して対応しているが、プセスが増えることになるため、スノレ一プットの低下にも紫がる。

近年の極短波長の光源を用いるフォ卜ジソグラフィの進歩に対応して、半導体の回路パターンの線幅の微細化が進んでレ、るが、線幅はレジスト薄膜の膜厚と路半、いのそ

光波導でてスことに対応するとから、できる限り膜厚を薄 < することが好ましい。

現行ル体で、あでは、レジス卜溶液の粘度をできるだけ下げつつ基板の回転速度を高速化するこ装一、るレとにより実現してレ、るが、この方法では自ずと限界があり、まだ多くの問題を抱え。本置プジている状態でめる o

この欠点を発スのッ是正するため特許文献 3 「特開 2 0 0 3 一 1 2 6 7 6 0号公報」に G載されてい製明トトるよにィンクンェット法などが提案されてり、レジス卜溶液の駄を無く溶造のは

し、製造コストの低減を図ると共にレジスト薄膜の膜厚の均一性を液、向コ

実現し得るものである

し上半のス

かしながられは基板の外周部に沿うレジス卜層と、内部を埋める別の導無もト

レジスト層を、ィンクジェクト法により塗布するものであるが外周部のレジス駄実体を

ト層は一種の土手でありれにより内部のレジス卜溶液の流動に伴

低装現をう端部の盛り上がりを避けようとしてあ、に外周部のより大きな盛り減無置で既レジス卜層の形成に

上がりが生じてレ、ることから、大きな成果を得ることはできない

のきくさ

第 1 に、スピンコート法においては、基板を高速で回転させるため、基板の外せ基する

周部からレジスト溶液が外側に飛散し装板るこ、無駄になる量が著しく多いため、製品コストに影響するだけでなく、環境保全に置にととも有益ではない。

第 2 に、飛散するレジスト溶液を受け止及共でフめるために、基板をカップ内で回転させる必要があるが、カップに付着したレジス、びォにト溶液が乾燥固化し、パーティクルとなって、基板を汚染するおそれがあり、カッ材方、プトを頻繁に洗浄する必要がある。そのため、装置を構成する各要素から、発塵させ料法レレない、もし発塵したら基板上に落下しないように速やかに装置外に排出するといつのジをジたクリーン化構造を案出しなければならない。利提スス

第 3 に、基板の外周部の回路形成に寄与しない領域に供用もトトレジスト溶液が塗布されるので、外周部には遠心力による盛り上がりが生じ、エ効す薄をッジリムーバにより除去する必要があることから、プロセスの増加に起因するスル膜塗率るープットの低下が問題である。布のをこ

第 4 に、基板の大型化に伴い、外周部の周速が増加することに膜す大とより、空気の乱れが引き起こされ、レジスト薄膜の膜厚が変動することで、露光解厚幅像をる度が低下するおそれがあり、半導体の高集積化を達成する上で致命的な障害となプにを目る。

均的向口第 5 に、レジスト溶液が基板の中心位置から外周部に向かって展開していく過一セ上と程で、レジスト溶液に含まれる溶剤が順次蒸発していくため、展開方向に沿って化すスさレジスト溶液の粘度が変化し、中心部と外周部で膜厚変化を来す要因となる。

せにるさ第 6 に、インクジェット法は、塗布したい領域のみにレジスト溶液を吐出することができ、材料の無駄は極めて少ないが、均一に塗布してもレジスト溶液が自然乾燥又は強制乾燥させる過程で、エッジ部で大きな盛り上がりを生じ、膜厚の均一性が不十分となる場合がある。これは、コーヒースティンと呼ばれる現象で、低粘度のレジスト溶液を塗布する際に、流体拡散と蒸発が同時に起こる場合の問題である。

第 7 に、インクジヱット法は、どんな状況下でも安定して吐出できることが必要であるため、目詰まり等の不具合が発生しても早急に復旧できるメンテナンス法を確立しておくことが、信頼性の観点から重要である。

第 8 に、レジスト溶液には大量の揮発性有機化合物を使用するため、排出規制は重要な課題であり、環境に配慮した装置を製造することが必要である。発明の開示

本発明は、 -t 5しの課題を解決するために、溶液容器から供給したレジスト溶液を下方へ吐出するノズルを一定間隔で複数設けたィンクンエツ卜 · へッドを 2列互レ、 ®いに配置したインクジエツト吐出機構と、記ィンクジ； X· ッ卜吐出機構の吐出対象であるゥエノヽを載置した搬送テ一ブルを水平に

， -、ム移動させる基板搬送機構と、刖記インクジヱット吐出機構の吐出と前記基板搬送機構の移動を制御する制御機構とからなり、刖 §dウェハの特定の回路部分にのみ 1 回の塗布動作でレンスト薄膜を形成することを特徴とするフォ卜レジス卜塗布置の構成とした。

布 Vにレし

図面の簡単な説明

第 1 図は对てをジよ

本発明であるフォトレジス塗布装置の外観を示す斜視図であり、第応成導スる

2 図は本発明であるフォトレジス卜塗布装置の塗布対象であるウェハを示す図で入膜フレト

あり、第 3 図は本発明であるフォトレジス卜塗布装置による塗布動作を示す図で薄ジォしし

あり、第 4 図は本発明であるフォトレジス

膜、てスト塗布装置の動作制御を示す図であり

、第 5 図は本発明であるフォトレジス

いをレレト卜塗布装置を減圧環境下に置いた場合の図であり、第 6 図は本発明でめ Ώ フォ卜レ

薄のジジるジスト塗布装置の減圧制御を示す図であり、第 7 図は本発明であるフォトレジスジスた塗スッよッく布装置のクリーン化対策した場合の刖面斜視図であり、第 8 図は本発明であるフスレジス

すジォうトトトト塗布装置のクリーン化対策した場合の後面斜視図であり、第 9 図は本の溶塗、発にるリト明であるフォトレジスト塗布装のインクジェクト吐出機構のクリ一二ンクを示低が材布液薄ムたす図であり、第 1 0 図は本発明であるフォ卜レシスト塗布装置のィンクシェッ卜吐パ下料いのにめ出機構の目詰まり対策を示す図であり、第 1 1 図は本発明であるフォ卜レジス塗バ一膜代無布、のと装置を組み込んだ半導体製造装置の正面図であり、第 1 2 図は本発明であるフォ気テぃ粘厚に駄ほえ卜レジスト塗布装置を組み込ん,こ半導体製壮置の平面図である流度がィよてをぅと

上問の必無クをん、のり

発明を実施するための最良の形態題低最外ルが低要ィくど

本発明は、半導体装置の製造におけるフォトレジスト塗布の際適周いがすいがににとンり、レジスト溶液の無駄をでさるだけ無くすこと、塗布したレジスト薄膜の膜厚ば圧化部生。彼をなクしレら、つきをできるだけ小さ < すること、クリーン化を保つこと、スループットを上げ力小駄てのジジるじるし等の課題を解決するスにほェ

ちのである。

まず、スピンコート法なッどト溶無つトによるフォ卜レジスト塗

液駄法てスピンコ一法では、

を用い、基板を高速回転

おり、 i 線レンストや U

の比率は大さ < なる。

また、スピンコート法では基板の表面全体にレジスト溶液が塗布されるため、半導体回路が形成されない領域までレジスト薄膜で覆われるが、インクジヱット法では特定の回路領域に限定して塗布することができ、材料の大幅な節約が可能である。

次に、塗布形成されたレジスト薄膜の表面性状、特に膜厚のばらつきの低減と端部での盛り上がりの防止について解決する。

スピン一卜法の場合、端部は基板の外周部となりても外周部の盛り上がは避けることができず、ェ盛り上がりを除去してレ、るため、乾燥したフォトレジス悪影響を及ぼすトラブルは回避できるが、スループている。 —方、インクジェット法の場合、端部における顕著な盛りさな範囲に抑え、全体の膜厚ばらつきを低減するために、大気圧以下でインクジエツト塗布を行う方法を採る。

インクシエツト · へッドのノズルから吐出されたレジスト溶液の液滴は、基板に着弾した後、基板の表面に沿って拡散展開し、液滴の運動エネルギーと基板表面との摩擦抵抗が釣り合った所で展開動作は完了する。

拡散過程においては、液滴表面から液滴に含まれる溶剤等の揮発分が蒸発を続けており、先端部の蒸発が加速されると液滴の中心部から外側に向かって放射状に材料を供給する流れが生じ、端部に極端に密度の濃い領城を形成し、膜厚を大きくしてしまう。

これについては、大気圧より低い圧力に減圧し、液滴の沸点を降下させることで、液滴の流動と蒸発を制御することが可能となり、レジスト薄膜の表面性状を改善することができる。

ただし、インクジエツト塗布を大気中で行った後、基板を減圧乾燥室に入れるのでは、塗布によって乱れた端部形状や偏折した樹脂分はそのまま乾燥し、単に乾燥時間の短縮にしかならないので、膜厚分布の平坦化やパターン形状の改善に効果はない。

また、インクジェット法では、基板の移動機構など可動部分が多く、発塵量が増加する可能性があり、パーティクルの混入によりパターン断線等の障害が生じ、製品の歩留まりが低下する懸念がある。

これについては、基板を移動させるァクチユエータ、インクジェット . ヘッドを昇降させるァクチユエータ、溶液容器を上下に動かして液面レベルを制御するァクチユエ一タ等を減圧室の外に設置することで、パーティクルの発生を抑えることが可能である。

次に、 i 線レジストは、感光剤やオリゴマーを含んだ樹脂基材をシンナーで希釈したものであり、また、高解像度レジストであるエキシマレジストは、光酸発生剤を含む樹脂基材をシンナーで希釈したものであり、塗布乾燥時に大量の有機溶剤の気化が起こる。

火災や人体への悪影響も懸念されていることから、揮発性有機化合物の排出が規制されているが、減圧下でインクジエツト塗布する際は、減圧室という密閉空間で行うため、揮発性有機化合物の拡散を防止できる上、真空ポンプによる排気後に有機溶剤を吸着する回収装置を設けることで解決できる。

また、レジスト溶液を輸送する送液配管系やインクジヱット · へッド内の管路やノズル等に対し、長時間の連続使用によりフォトレジストの感光性樹脂成分が配管壁に少しずつ付着し、それが蓄積して送液動作に悪影響を及ぼす可能性がある。

これについては、レジスト溶液の送液系とは別に、洗浄液の供給系を設け、バルブで切り替える等して配管系統のクリーニングを容易にすることで、安定吐出を維持することができる。

—方、インクジェット · ヘッドのノズル部分の目詰まり防止も重要であり、ィンクジエツト塗布の休止時や中断時に、インクジエツト · へッドをそのままにしておくと、表面から蒸発が進み、メニスカスがノズルの奥に後退し、乾燥するとノズルを塞いでしまう。

これについては、インクジエツト ' へッドを使用していないときは洗浄剤に浸漬する槽を設けることで、ノズルの目詰まりを解消することは可能である。

スピンコート法では、現像工程やプリベータやボストベータまでを一つの装置に組み入れてスループットの向上を図っており、インクジエツト法においても、表面処理、プリべーク、インクジェット塗布、現像工程、ポストベータを同一装置内に配置することで、スループットの向上を図ることが可能である。

以下に、添付図面に基づいて、本発明であるフォトレジスト塗布装置について詳細に説明する。図 1 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置の斜視図である半導体製造の前工程におけるリソグラフイエ程は、コート、プリべーク、露光、現像等の作業からなり、フォトレジスト塗布装置 1 は、コートの段階でウェハ等の基板にフォトレジストをコ一ティングするのに使用する。

フォトレジスト塗布装置 1 は、インクジエツト吐出機構 2 と、基板搬送機構 3 とからなり、基板搬送機構 3 にウェハ 4 を載置し、インクジエツト吐出機構 2 からウェハ 4 にレジスト溶液を塗布する。

インクジエツト吐出機構 2 は、複数のインクジエツト · へッド 2 a をまとめたへッドプラケット 2 b を門型フレーム 2 c で空中に保持し、溶液容器 2 e から供給配管 2 f を介して各インクジヱット · へッド 2 a に供給したレジスト溶液をィンクジエツト吐出する。

インクジエツト ' へッド 2 a は、下面にレジスト溶液を吐出する複数のノズル 2 hが直線状かつ間欠的に設けられる。尚、隣りのインクジェット . ヘッド 2 a との間のノズル 2 h の不連続を解消するために、 2列にしてお互いを捕うように互い違いに配置する。

尚、 1 2 インチのシリコンウェハ基板の場合は、有効塗布幅が約 3 6 m mのィンクジェット ' ヘッド 2 a を 8個用いて、 4個ずつ 2組に分け、各組はノズル 2 hが直線状になるように配列し、それを平行にして互い違いに配置する。

ヘッドブラケット 2 b は、配置したインクジェット ' ヘッド 2 a群を基板搬送機構 3 上のウェハ 4 に対向させる。尚、門型フレーム 2 c に吊してヘッド用ァクチュエータ 2 d で昇降させることで、高さを調整することが可能である。

溶液容器 2 e は、供給するレジスト溶液を貯留する。尚、インクジェット · へッド 2 a のノズル 2 h面と、溶液容器 2 e 内の液面レベルとの関係が適正となるように、容器用ァクチユエータ 2 g で溶液容器 2 e の高さを調整する。

基板搬送機構 3 は、ベースフレーム 3 f 上に敷設した 2本の平行なガイドレール 3 c の上に、搬送テーブル 3 a を載せたステージ 3 b を置き、テーブル用ァクチユエータ 3 d でステ一ジ 3 b を水平に移動させる。

搬送テーブル 3 a は、ウェハ 4 を載せる台である。搬送テーブル 3 a の移動方向とインクジエツト ' ヘッド 2 a の吐出方向は直交しており、インクジエツト · ヘッド 2 a との間で相対的に移動する。尚、インクジェット吐出機構 2側を移動させても良い。

ステージ 3 b は、テ一ブル用ァクチユエータ 3 d で動力を与えることで、ガイドレ一ル 3 c に沿ってスライド移動する台である。尚、搬送テーブル 3 a とステージ 3 b は一体であっても良い。

尚、搬送テーブル 3 a の移動を適正に維持するために位置検出手段 3 e を設ける。位置検出手段 3 e で搬送テーブル 3 a の位置を取得し、搬送テーブル 3 a の単位時間当たりの移動量や速度を確認する。

インクジェット吐出機構 2 と基板搬送機構 3 は、それぞれベースフレーム 3 f 上に設置され、お互いの動作が連動してウェハ 4 にフォトレジストを適確に塗布できるように、制御装置 5 が管理する。

図 2 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置の塗布対象であるウェハを示す図である。ウェハ 4 は、円盤状の基板であり、複数の矩形状のチップ 4 a が形成されるが、チップ 4 a が形成されない外周部 4 b までフォトレジストを塗布する必要はない。

図 3 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置による塗布動作を示す図である。尚、図 3 の上段は、フォトレジスト塗布装置 1 の正面図であり、図 3 の下段は、フォトレジスト塗布装置 1 の一部の平面図である。

1 列目のインクジエツト ' へッド 2 a 群と 2列目のインクジエツト ' へッド 2 a 群を互い違いに配置し、インクジエツト ' へッド 2 a 間の隙間を捕っているので、各列をタイミング良く吐出すれば、一度の吐出で 1 ライン塗布することができる。

へッドプラケット 2 b 上に連続的なノズル 2 h列を形成することで、擬似的なラインヘッドが構成されるので、何度も往復動作することなく、 1 パスで全体を塗布することが可能となり、スループットも向上する。

尚、各ラインにおけるインクジヱット · へッド 2 a 群の吐出パターンを制御することで、必要な箇所のみ塗布することも可能であり、レジスト溶液の無駄を最小限にすることができる。

図 4 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置の動作制御を示す図である。制御装置 5 は、ヘッドコントローラ 5 a と、ステージコントローラ 5 b と、コンビユータ 5 c とからなり、インクジエツト吐出機構 2 と基板搬送機構 3 の動作を制御する。

へッドコントローラ 5 a は、インクジヱット ' へッド 2 a に動作指示を出すへッド駆動部 5 d と、動作設定を記憶するメモリ部 5 e と、各部の動作を管理する制御部 5 f とカゝらなる。

まず、予めコンピュータ 5 c において、塗布ピッチ、塗布開始位置、塗布終了位置、塗布パターン形状 5 i 等の塗布情報を設定し、コンピュータ 5 c からメモリ部 5 e に塗布パターン形状 5 i を送る。

そして、コンピュータ 5 c からステージコントローラ 5 b に移動開始信号 5 h を出し、塗布開始位置まで来たら制御部 5 f に塗布開始信号 5 g を出して、ゥェハ 4 へのインクジェット塗布を塗布終了位置に至るまで行う。

ステージコントローラ 5 b は、テーブル用ァクチユエータ 3 d に移動指示 5 o を出すと共に、一定時間ごとに制御部 5 f にエンコーダパルス 5 j を送る。尚、搬送テーブル 3 a の移動速度とエンコーダパルス 5 j の間隔は、塗布ピッチに基づいて決まる。

制御部 5 f は、エンコーダパルス 5 j をトリガとして、ヘッド駆動部 5 d に対し、メモリ部 5 e のパターンデータ 5 k に基づいて、ヘッド駆動信号 5 1 をインクジエツト ' へッド 2 a に出すように指示する。

尚、メモリ部 5 e に記億された塗布パターン形状は、ビットマップデータ等の平面的な形式で作成されるが、 1 回の塗布動作においては、 1 ライン分のパターンデータ 5 k が取り出される。

搬送テーブル 3 a の移動に伴い、位置検出手段 3 e で取得した位置データ 5 m をステージコントローラ 5 b にフィードバックする。尚、位置データ 5 mは、コンピュータ 5 c に移動記録 5 n として蓄積される。

ステージコントローラ 5 b は、位置データ 5 mにより搬送テーブル 3 a の速度や移動距離などを確認し、常に適切な状態が維持されるように、テーブル用ァクチユエータ 3 d への移動指示 5 o を補正する。

フォトレジスト塗布装置 1 は、約 5秒で 1 パス塗布が可能であり、膜厚が約 5 0 0 n mの i 線レジストを塗布する場合では、従来のスピンコート法に比べて、約 9 6 %のレジスト溶液を節約することが可能である。

図 5 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置を減圧環境下に置いた場合の図である。フォトレジスト塗布装置 l a は、インクジェット吐出機構 2及び基板搬送機構 3 を減圧室 6 内に収容し、減圧室 6 内を真空ポンプ 6 a で減圧した状態で塗布を行う。

大気中でインクジエツト塗布を行う際は、基板の外周部でコーヒースティン現象による盛り上がりが問題となるが、ウェハ 4 の場合、チップ 4 a の取り方によつては、カセット 4 c の支持爪が盛り上がりを引っ掛けたりしなければ支障はなレヽ

しかし、ウェハ 4 の外周部 4 b までチップ 4 a を形成している場合、外周部 4 b に生じるレジスト溶液の盛り上がりは、均一なレジスト薄膜を形成するためには、解消しておくことが好ましい。

そのため、大気圧（ 1 0 1 . 3 k P a ) より低い圧力にして、レジスト溶液の拡散展開と溶剤の蒸発が最適となるように調整することで、膜厚のばらつきが軽減され、極めて均一性に優れたレジスト薄膜を得ることができる。尚、減圧環下でも、ウェハ 4 を搬送テ一ブノレ 3 a に固着することができるように、搬送テ一ブノレ 3 a の表面に静電チャック等の保持手段を θδ.けるし、圧力差の影響を受けないように溶液容器 2 e も減圧室 6 内にき

ΒΧ置する

尚、溶液容 2 e の ΐ夜面レべルを、ィンクシエツト . へド、 2 a のノズル 2 h 面より低くなるように調整することで、ノズノレ 2 hのメニス力スを正に保持し

、ィンクジェクト塗布を確実にすることができる。

図 6 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置の減圧制御を示す図である。レジスト溶液についての最適減圧度が決まつたら、常に減圧室 6 内の圧力を最適値で維持する必要がある。

減圧室 6 内を減圧するには、リーク弁 6 j を閉じて真空ポンプ 6 a で減圧室 6 内の空気を吸引するが、目的に圧力に達したら、リーク弁 6 j を開レ、て、真空ポンプ 6 a による吸引と開口端からのリークとの/ ランスを取る

しかし、最適値は低真空度であり、そのレベルで圧力値を一定に維持すること

>- は困難であるとから、減圧室 6 と真空ポンプ 6 a の間に可変圧力周整弁 6 h を設け、微小な圧力変動に対する制御を行 Ό

まず、減圧室 6 には真空シーノレ 6 c 施し、真空ゲージ 6 d で減圧室 6 内の減圧度を計測する。真空ゲージ 6 d が圧力の変動を感知すると、 P L C (プログラマブル口ジックコントローラ ) 6 e に圧力検知信号 6 kが送られる

P L C 6 e は、通信手段 6 f を介してサーボアンプ 6 g に指令を出し、可変圧力調整弁 6 h の開口を制御するサーボモ一タ 6 i を作動させ、圧力が設定値に達するまで真空ポンプ 6 a による吸引量を調整する。

減圧境下では溶液容器 2 e からノズル 2 h に至るまでの供給系において、内在水分の蒸発と気泡の成長等に注意する必要があるが、端部の盛り上がりを回避し、膜厚均一性を確保することができる

また、個々のインクジェット吐出による液滴の流動拡散範囲が一思的に制御されるため、塗布パターンの輪郭が正確に実現でき、従来の方法で見られた乱れや輪郭のぼやけ等の欠点も解消される。

図 7 は、本発明であるフォトレシス卜塗布装置のタリーン化対策した場ム

a の前面斜視図である。図 8 は、本発明であるフオトレジスト塗布装置のクリ一ン化対策した口の後面斜視図である。

半導体装置の製造工程において、パ一ティクルに起因する故障は最も歩留まりを低下させる主要原因である。そのため、パーティクノレを発生させなレ、あし発生したら基板から遠ざけて排除するク一ン化が重要である

フォトレジスト塗布装置 1 a にいては、できるだけ低発塵タィプのもので構成する。例ば、テーブル用ァクチュェ一タ 3 d は、サーボモ一タを用レ、てボ一ルネジを介してステージ 3 b と直結させるが、低発塵が要求される場合は、リ二ァモータを用いる。

尚、発塵源となる可能性のある構成要素は減圧室 6 の外に置 < が、減圧室 6 内に置く必要のある駆動部などは力バ一 D mで覆レ、、発生したパ一ティクルは真ポンプ 6 a で速やかに減圧室 6 の外に排出する。

発塵源となる可能性のある構成要素としては、搬送テーブル 3 a を移動させるテ一ブル用ァクチユエータ 3 d、インクジヱット • へッド 2 a 群を昇降させるへクド用ァクチュエータ 2 d、溶液容器 2 e の液面レべノレを調整する容用ァクチュエータ 2 g等がある

ァクチユエ一タには、サーボモータか用レ、られ、回転運動から直線運動への変換機構としてボールネジが用いられる。その他に、搬送テ一ブル 3 a の往復動のため線材等を纏めて動かす機能を持つケープノレベァ 6 1 等も考えられる

そこで、テープル用ァクチユエータ 3 d 、へッド用ァクチュェ一タ 2 d及び容用ァクチユエータ 2 g は、減圧室 6 の外に設け、軸受を介しながらボ一ノレネジで搬送テーブル 3 a、インクンッ卜 •へッ K 2 a群及び溶液容器 2 e を移動させる。

ケーブルベア 6 1 については、ウェハ 4 より低い位置に設置してパーティクルが降り落ちないように配慮し、さらに動作に支障のない程度に隙間を取ったカバ一 6 mで覆い、パーティクルの拡散を防止する。

減圧室 6 内で発生したパーティクルが浮遊してウェハ 4 に付着したりしないように、真空ポンプ 6 a を利用してパーティクルを吸引することにより、減圧室 6 内を常にクリーンな状態に維持することができる。

図 7及ぴ図 8 に示すように、フォトレジスト塗布装置 l a は、減圧室 6 内から排気する部分に活性炭吸着方式の回収装置 6 b を備えており、 V O C (揮発性有機化合物）規制に対応した構成である。

レジスト溶液には、大量の有機化合物、特に揮発性の有機溶剤が含まれている。また、薄膜化を実現するために、希釈剤としてシンナーが多用されており、火災のおそれや人体への影響も懸念される。

V 〇 C対策としては、マイナス 3 0 °Cのガスと V O C との間で熱交換して V 〇 Cを液化凝縮する圧縮深冷凝縮方式や、 V O Cを含む排気ガスを活性炭中に通し多孔質の炭素に吸着させる活性炭方式や、プラズマ分解する方法などがある。フォトレジスト塗布装置 1 a では、減圧室 6 内の閉じられた空間で塗布するので、 V O Cがクリーンルーム内に拡散することはなく、減圧のために減圧室 6 内から空気を吸引するので、その排気時に V O Cを回収する。

回収装置 6 b は、減圧室 6 と直結した真空ポンプ 6 a の後段に、活性炭を入れた吸着槽を組み込んだものであるが、 V O Cの中に真空ポンプ 6 a を腐食させる成分が含まれる場合には、真空ポンプ 6 a の前段に設けても良い。

図 9 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置のインクジエツト吐出機構のクリーニングを示す図である。インクジェット吐出機構 2 に、レジスト溶液の供給が円滑に行われなくなった場合の対応策を講じる。

インクジェット ' ヘッド 2 a は、レジスト溶液を供給するインレット 2 i 、出口であるアウトレット 2 j 、インレット 2 i とァゥトレツト 2 j の間に形成した複数の微細流路 2 k 、各微細流路 2 k の出口に設けたノズル 2 h等からなる。また、インクジェット . ヘッド 2 a には、圧電素子が用いられ、圧電素子に電圧を印加することにより、微細流路 2 k の形状を変化させてポンプとして機能させ、レジスト溶液の定量的な供給と吐出を行う。

通常、アウトレット 2 j は閉じて、インレット 2 i から供給したレジスト溶液をフィルタを介して各微細流路 2 k に送ることでノズル 2 hから吐出しているが、レジスト溶液が過剰な場合でもアウトレット 2 j 側に流れ込むことで、吐出量は一定に保たれる。

この通常使用していない,ァゥトレツト 2 j を利用してインクジエツト · へッド 2 a の内部を洗浄する。インレツト 2 i 側には供給配管 2 f により溶液流路 2 p が存在するが、ァゥトレツト 2 j 側は洗浄液槽 2 o と接続できる洗浄液流路 2 q を設ける。

溶液流路 2 p には溶液側バルブ 2 1 を設け、洗浄液流路 2 q には洗浄液側バルブ 2 mを設けて、流路の切り替えを可能とし、さらに洗浄液流路 2 q には洗浄液を送り出すためのマイク口ポンプ 2 n を設置する。

塗布動作時は、洗浄液側バルブ 2 mを閉じ溶液側パルプ 2 1 を開いてレジスト溶液の供給を行い、トラブル発生時には、溶液側バルブ 2 1 を閉じ洗浄液側バルブ 2 mを開いて洗浄液をインクジエツト · へッド 2 a 内に注入する。

洗浄液はノズル 2 hから排出され、インクジヱット · ヘッド 2 a 内が洗浄される。尚、溶液側バルブ 2 1 を開いて洗浄液を溶液流路 2 p に逆流させれば、供給配管 2 f 内の洗浄も可能となる。

図 1 0 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置のインクジエツト吐出機構の目詰まり対策を示す図である。インクジヱット吐出機構 2 のノズル 2 h面についてもクリーン化対策を行う。

塗布時にレジスト溶液はインクジェッ卜 · へ V K 2 a のノズル 2 h を通過するので、塗後に残存付着したものが乾燥して固化するとノズル 2 h力 S 目詰まりを起こしたり、次回の塗布時にパ ―ティクルとしてゥェハ 4上に落下する可能性がある

そこで、ノズル 2 h面を洗浄液槽 2 o に浸 ¾させた状態で保管する。洗浄液槽

2 o は搬送テープノレ 3 a のサイドに搬送テープル 3 a から頭を出さない形で各インクジェッ卜 · へッド' 2 a の配置に合わせてける

尚、洗浄液の蒸発を防止するため洗浄液槽 2 o とィンクジェ -y 卜 · ヘッド' 2 a との間にシール 2 r を施す。長期間休止した後でも、クリーンで安定した状態で塗布を再開することができる。

図 1 1 は、本発明であるフォトレジスト塗布装置を組み込んだ半導体製造装置の正面図である。図 1 2 は、本発明であるフォ卜レジス塗布装置を組み込んだ半導体製造装置の平面図である。

半導体装置を量産する上で、コス卜に直結する重要な因子は、スループットの向上でめ。フォトレジスト塗布装置 1 を半導体 ¾制S ^ 1Η 3±κ置 7 の塗 ■ifj現像処理に組み込むことで、スノレープットの向上が期待できる

塗布現像処理においては、プロセスの処理時間上の隘路となる光装置の処理時間に合わせ、露光工程の前後を占めるフォトレジスト塗布装置 1 と現像装置をタ • 了ィベロッパとして同の装 m.内に収納し、省スぺス化を図る。

半導体装置の微細化に伴い、高解像度のノターン形成が要求され、基板に塗布するフォ卜レジスト等の薄膜も多層構造となる。尚、露光 X程時の焦点深度の関係から膜厚は小さくする必要がある

- しかし膜厚を小さくするとェチング耐性が低下するとから、下地層とのェ Vチング選択比が高レ、ノヽーマスクをフオトレジスト層と下地層の fejに s¾け、フォ h レジストのマスクパターンを ―且ノヽドマスクに転写後下地層をパタ二ングする方法もある

多層のレジスト薄膜を形成するにはフオトレジスト塗布装置 1 などの装置が複数必要となり、各装置のタク卜タィムと露光装置のタク卜タィムの関係より、モジュルの数が決定される。

フォ卜レジスト塗布装置 1 へク炉等を 1 つのモジュ一ルとして立体的にスタックしこのスタツクを複数並ベてータ · ディベ口クとしてまとめることで当該プ口セスにおける空さ時間がくなるように効率化できる産業上の利用可能性

本発明は、半導体壮置の製造工程におけるフォトレジス卜の塗布について、ィンクジェッ卜法を用いることで、半導体装置の大幅なコストダゥンを実現し、今まで以上に薄レヽレジスト薄膜の塗 ¾)を可能とした画期的なプロセスを提供することができる。

まず、レジスト溶液の使用量は、従来のスピンコト法に比べて 1 0分の 1 以下に抑えることが可能であ Ό 回路ノターンの線幅がナノレベノレとな、露光の光源波長が極短波長紫外線に移行するにつれ対応する高解像度のレジス卜溶液の価格は指数関数的に増加し、材料の使用効率の向上が要求されていることからインクジェット法の局部塗布という利点は材料を回収再利用するよりあ、大きなァドバンテージを有する。

またィンクジェット法は、 1 個の液滴の白然流動により薄膜を形成するため

、スピン卜法よりも優れた表面特性が得られる。尚、ピ ^ リッ卜ルの液滴を取り扱 Ό ためナノレべノレの膜厚を実現することは容易であり、性面でも優位である

さらにレジス h薄膜塗布する際のスルプットにおいても、ィンクジェット法の方が遥かに優れており、現像処理や塗布工程の前後にあるプリべ一クゃポストベータ等の装置を組み込むことで、効率の良い装置構成とすることができる尚、本発明を半導体装置の製造工程に適用すれば、揮発性有機化合物への対策も十分な環境に配慮した安全性の高いものとなり、製品にも作業者にも優しい装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 溶液容器から供給したレジスト溶液を下方へ吐出するノズルを一定間隔で複数設けたインクジエツト · へッドを 2列互い違いに配置したインクジエツト吐出機構と、前記インクジエツト吐出機構の吐出対象であるウェハを載置した搬送テーブルを水平に移動させる基板搬送機構と、前記インクジエツト吐出機構の吐出と前記基板搬送機構の移動を制御する制御機構とからなり、前記ウェハの特定の回路部分にのみ 1 回の塗布動作でレジスト薄膜を形成することを特徴とするフォトレジスト塗布装置。

2 . 減圧室内に設置して大気圧より低い圧力雰囲気下で塗布することを特徴とする'請求の範囲第 1 項に記載のフォトレジスト塗布装置。

3 .. 発塵源となるァクチユエータを減圧室の外に設置することを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のフォトレジスト塗布装置。

4 ... 減圧室に充満した揮発性有機化合物を排気時に回収装置で吸着することを特徴とする請求の範囲第 2項又は請求の範囲第 3項のいずれかに記載のフォトレジスト塗布装置。 '

5 '·· インクジヱット . へッドに洗浄液流路を設け配管系統をクリーユングすることを特徴とする請求の範囲第 1 項乃至請求の範囲第 4項のいずれかに記載のフォトレジスト塗布装置。

6 塗布中断又は休止時にインクジット · へッドのノズル面を洗浄液槽に浸漬し'て乾燥を防止することを特徴とする請求の範囲第 1 項乃至請求の範囲第 5 項のいずれかに記載のフォトレジスト塗布装置。

7.：請求の範囲第 1 項乃至請求の範囲第 6 項のいずれかに記載のフォトレジスト塗布装置を組み込んだことを特徴とする半導体製造装置。