JP2005211734A - 有機材料塗布装置及びその装置を用いた有機材料塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
材料利用効率が良く、基板表面に均一性の良い有機材料膜を塗布し、且つ化学増幅レジストをレジスト特性が低下することなく塗布することのできる有機材料塗布装置および有機材料塗布方法を提供する。
【解決手段】
ベーク処理機構が備わったステージ１に基板２を載置し、チャンバー３内を減圧した後、前記ステージ１により第一のベーク処理を基板２に行い、チャンバー３内を不活性ガス雰囲気に置換した後、第二のベーク処理により有機材料７のプリベーク温度で基板２を保持しつつ、前記ステージ１の上方に移動自在に設けられたノズル６が基板２の上方に移動され、矢印８の方向へスキャンするように移動しながら有機材料７を吐出する工程により基板２の表面に前記有機材料７が塗布される。
【選択図】図１

Description

本発明は、集積回路の製造工程等で使用されるリソグラフィ工程で用いられる有機材料塗布装置及びその装置を用いた有機材料塗布方法に関する。

一般に半導体デバイスやマスクなどの作製工程では、半導体ウェハやレチクル、又はフォトマスク（以下、これらを併せてマスクと記す）では、基板上にレジスト材料（以下有機材料と記す）を塗布し、この塗膜にフォトリソグラフィー技術又は電子線リソグラフィー技術を用いて所定の回路パターンを転写し、現像処理すること等が行われている。その半導体ウェハやマスク基板等に有機材料膜等の薄膜を塗布形成する有機材料塗布方法としては、主にスピンコート方式が用いられている。

スピンコート方式は、回転軸を有するステージの上に基板が固定され、この基板の表面に有機材料が滴下される。この後、ステージは一方向に回転される。これにより、基板の表面上において、基板中央部に滴下された有機材料が、基板の縁端部の方向に延ばされ、均一な有機材料薄膜が形成される。

上記スピンコート方式による有機材料塗布装置では、基板に塗布された有機材料を一方向による回転によって延ばしている為、基板の表面上において有機材料が延ばされ、基板の周辺に向かうに従って縁端部にはムラ及び乱れが生じる場合がある。この結果、有機材料の膜厚は不均一となる。すなわち基板の上に形成された有機材料膜の表面には凹凸が生じ、基板の表面に有機材料を均一に塗布する事ができない。

また上記のスピンコート方式では、有機材料を回転により延ばしているため、基板の縁端部より飛散するために材料利用効率が非常に悪い。

そこでスピンコート方式における材料利用効率の問題を解消するために、スリット状の吐出部を有するスリットノズルを用いたノズルコータが利用されている（特許文献１参照）。ノズルコータでは、基板保持部に水平に保持された基板に対してスリットノズルが相対移動しながら基板上にカーテン状の有機材料を塗布する。このようなノズルコータでは必要な有機材料を膜状に基板全面に供給できるため、材料利用効率を向上することができる。

上記従来のノズルコータでは、塗布する工程においてスリットノズルにより基板の表面上に有機材料を塗布した後、ベーク処理する工程において前記基板をベーク処理する。これにより、ベーク処理する工程で有機材料に含まれる溶剤を気化している。この際、溶剤は均一に気化されるわけではなく、塗布された有機材料の端部の方が中央部より多く気化されると考えられる。この結果、有機材料に起きる表面張力等が作用し、有機材料膜の表面に干渉縞が生ずる。つまり、基板上に形成された有機材料膜の表面状態は、ばらつきが見られ、均一性の悪いものとなる。

ノズルコータにおける表面状態の均一性の問題を解消するために、ベーク機構を有するノズルコータを用いて有機材料を塗布すると同時に、前記ベーク機構により基板をベークする方法が検討されている（特許文献２参照）。この方法では、スリットノズルをスキャンするように基板上を移動させながら有機材料を吐出し、これと同時にベーク機構により基板をベークする。これにより有機材料に含まれる溶剤を均一に気化する事ができ、基板の表面に均一性良く有機材料を塗布する事ができる。

しかし上記従来の全ての有機材料塗布装置及び塗布方法は、基板上に有機材料を平滑かつ均一に塗布することは検討されているものの、基板上に化学増幅型レジストを塗布する際に、レジスト特性の低下が生じてしまう。一般的に化学増幅型レジストは、露光または描画によりレジスト反応の触媒となる酸を発生させてレジスト反応が行われるが、塗布環境の雰囲気や基板の表面状態によりレジスト反応の触媒となる酸が失活してしまい、レジスト特性が大幅に低下する。酸が失活する具体的な要因として、環境雰囲気の水分や塩基性成分、基板表面に付着した水分や塩基性成分があげられる。特にマスク基板は、遮光膜として窒化クロム膜等が成膜されているため膜中の水分や塩基性成分もレジスト反応の触媒となる酸を失活させ、化学増幅型レジストのレジスト特性に影響をおよぼす問題がある。

以下に公知文献を記す。
特開昭５６−１５９６４６号公報 特開平６−２５２０３９号公報

本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであり、材料利用効率が良く、基板表面に均一性の良い有機材料膜を塗布し、且つ化学増幅レジストをレジスト特性が低下することなく塗布することのできる有機材料塗布装置及び塗布方法を提供する。

本発明において上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、基板を載置するためのステージと、前記ステージの上方に対向して、移動自在に設けられ、前記基板の表面に有機材料を塗布するノズルとを具備する有機材料塗布装置において、少なくとも前記基板を載置するためのステージ及び前記ステージの上方に移動自在に設けられた前記基板の表面に有機材料を塗布するノズルが密封されたチャンバー内に設置されていることを特徴とした有機材料塗布装置である。

本発明の請求項２に係る発明は、少なくとも前記チャンバー内雰囲気が、不活性ガスでパージされていることを特徴とした請求項１記載の有機材料塗布装置である。

本発明の請求項３に係る発明は、少なくとも前記基板を載置するためのステージには、ベーク処理機構が具備されていることを特徴とした請求項１、又は請求項２記載の有機材料塗布装置である。

本発明の請求項４に係る発明は、基板の表面に有機材料を塗布する請求項１乃至３のいずれか１項記載の有機材料塗布装置を用いた有機材料塗布方法において、少なくとも有機材料塗布前に、減圧した雰囲気中で基板を第一のベーク処理する工程と、不活性ガス雰囲気中で基板を第二のベーク処理しつつ有機材料を塗布する工程とからなることを特徴とする有機材料塗布方法である。

本発明によれば、基板を載置するためのベーク処理機構が備わったステージ及び前記ステージの上方に移動自在に設けられ、前記基板の表面に有機材料を塗布するノズルがチャンバー内に設置されている有機材料塗布装置を用いて、塗布前に減圧環境下で基板を加熱し、その後不活性ガス雰囲気中で基板を加熱しながら有機材料を塗布することにより、材
料利用効率が良く、基板表面に均一性の良い有機材料膜を塗布することができ、且つ化学増幅レジストをレジスト特性が低下することなく塗布することのできる有機材料塗布装置及び方法を提供する。

以下、本発明の有機材料塗布装置及び方法の一例を、塗布工程に従って詳細に説明する。

図１は、本発明の有機材料塗布装置の一例を示す断面図である。まず、チャンバー３内に設けられたベーク処理機構が備わったステージ１に基板２を載置する。チャンバー３は、不活性ガスをチャンバー３内に供給するための供給口４とチャンバー３内の雰囲気を排気するために真空ポンプ９が接続された排気口５が形成されている。また、供給口４と排気口５には、それぞれ開閉するための制御バルブを設けることができる。ここで、真空ポンプ９は、油回転ポンプ、メカニカルブースタ、分子ポンプ、水銀拡散ポンプ、油拡散ポンプ、スパッタイオンポンプ、チタンサプリメーションポンプ、クライオポンプ、クライオソープションポンプ、ソープションポンプ等を単独または組み合わせて用いることができる。なお、前記ベーク処理機構は、所定の温度までステージ全体を昇温維持し、該ステージ上に載置した基板の表面温度を一定に維持する加熱処理機構である。

ベーク処理機構が備わったステージ１は、銅、クロム、アルミニウム、金、銀等の熱伝導率の高い金属からなるものである。また、ステージ１には基板２の破損防止のため、基板２がステージ１に接触する全面または一部に緩衝材１０を設けることができる。本発明における緩衝材１０は、フッ素樹脂、ポリイミド、耐熱シリコンゴム等の耐熱性樹脂を用いることができる。

その後、チャンバー３内を真空ポンプ９及び排気口５により減圧し、ベーク処理機構が備わったステージ１により基板２を第一のベーク処理をする。減圧されたチャンバー３内の真空度は、１Ｔｏｒｒ〜１０^-6Ｔｏｒｒ、好ましくは１０^-6Ｔｏｒｒ〜１０^-6Ｔｏｒｒが好適である。また、第一のベーク処理は、基板サイズに応じて、温度は１５０℃〜３００℃、好ましくは１８０℃〜２５０℃が好適であり、時間は９０ｓｅｃ〜１８００ｓｅｃ、好ましくは１８０ｓｅｃ〜３００ｓｅｃが好適である。

基板２を減圧環境下で、第一のベーク処理を行うことにより基板２表面に付着している水分及び塩基性成分が脱離する。また、基板２がマスク基板などのように基板表面に遮光膜等が成膜されている場合、膜中の水分及び塩基性成分も脱離する。

次に供給口４から不活性ガスをチャンバー３内に供給し、チャンバー３内を不活性ガス雰囲気とした後、ベーク処理機構が備わったステージ１により基板２を第二のベーク処理を行いつつ、前記ステージ１の上方に移動自在に設けられたノズル６が、基板２の上方に移動され、矢印８の方向へスキャンするように移動しながら有機材料７を吐出する。つまり、不活性ガス雰囲気のチャンバー３内で、ベーク処理機構が備わったステージ１により基板２は第二のベーク処理をされると同時に、前記ノズル６がスキャンするように前記基板２の上方を移動しながら前記有機材料７は吐出される。これにより、前記基板２の表面に前記有機材料７が塗布される。

チャンバー３内に供給される不活性ガスとして、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスやＮ₂等を用いることができる。第二のベーク処理は基板サイズと有機材料に含まれる溶媒の種類に応じて、温度は５０℃〜２００℃、好ましくは９０℃〜１５０℃が好適であり、時間は３０ｓｅｃ〜１８００ｓｅｃ、好ましくは３００ｓｅｃ〜９００ｓｅｃが好適である。

また有機材料が吐出されるノズル６としてスキャナプレートが備わった吐出ノズル、スプレイノズル、スリットノズル、ブレードノズル等を用いることができ、好ましくはスリットノズルが好適である。

前記ベーク処理機構が備わったステージ１により基板２を第二のベーク処理を行いつつ、前記ステージ１の上方に移動自在に設けられたノズル６により前記基板２の表面に有機材料７を塗布することにより、前記有機材料７に含まれる溶媒を均一に気化することができる。この結果、前記基板２の表面に均一性良く有機材料７を塗布することができる。また、ノズル６により有機材料７を必要な量だけ基板２上に塗布することができるため、材料利用効率を良くすることができる。これとともに基板２をベーク処理し続けている為、水分及び塩基性成分の基板２への再付着等を防ぐことができる。

さらに塗布環境であるチャンバー３内を不活性ガス雰囲気とすることにより、有機材料７を基板２に塗布する時に、水分及び塩基性成分の有機材料７への溶解を防ぐことができる。これにより、有機材料７として化学増幅型レジストを用いた場合でもレジスト反応の触媒となる酸が失活せず、レジスト特性の低下を防ぐことができる。

以上の工程により材料利用効率が良く、基板表面に均一性の良い有機材料膜を塗布することができ、且つ化学増幅レジストを用いてもレジスト特性が低下することなく塗布することが可能となる。

次に、本発明の有機材料塗布方法を説明する。図３は、本発明の有機材料塗布装置を用いた有機材料塗布方法のフロー図である。まず、本発明の装置を集中管理する部に、塗布仕様及び基板サイズ、塗布基板数等の製造条件を登録する。次に、第一及び第二のベーク処理する工程のベーク処理条件値を入力する。次に、図３ａに示すように、チャンバー内のステージに基板を載置する。

次に、チャンバー内全体を設定されたチャンバー内圧Ｐまで減圧した後、前記ステージは、第一のベーク処理するため昇温し、ステージ温度Ｔまで高温加熱した。前記の条件により、基板の表面温度を温度Ｔに保持しつつ、処理時間Ｍまで脱離処理する。以上で第一のベーク処理する工程が終了する（図３ｂ〜ｃ参照）。

次に、図３（ｄ）は、供給弁を開放して、不活性ガスをチャンバーへ導入し、設定されたチャンバー内圧ｐの不活性ガス雰囲気にした。同時に、前記ステージは、第二のベーク処理するため設定されたステージ温度ｔまで加熱した。前記の条件により、基板の表面温度を保持しつつ、処理時間ｍまでベーク処理する。同時に、前記ステージの上方のノズルが、スキャンするように移動しながら有機材料を吐出した。以上の工程により基板の表面に前記有機材料が塗布され、同時に、第二のベーク処理する工程が終了する（図３ｅ〜ｇ参照）。

以下に詳細な実施例を示すが、これに限定されるものではない。

本発明における実施例を図１、又は、図３を参考にして説明する。まず、フッ素樹脂からなる緩衝材１０が設けられ、アルミニウムからなるベーク処理機構が備わったステージ１に基板２としてＣｒ遮光膜付きマスク基板を載置した（図３ａ参照）。

その後、供給口４の制御バルブを閉め、真空ポンプ９としてドライポンプを用いて排気口５よりチャンバー３内を真空度３×１０^-3Ｔｏｒｒまで減圧した後、前記ステージ１に
よる第一のベーク処理により基板２を２５０℃、３００ｓｅｃの加熱を行い、基板表面及びＣｒ遮光膜中の水分及び塩基性成分を脱離した（図３ｂ〜ｃ参照）。以上で第一のベーク処理する工程が終了した。

次に、第２のベーク処理する工程を開始する。まず、排気口５の制御バルブを調整し、供給口４から不活性ガスのＡｒをチャンバー３へ導入し、チャンバー３内を真空度３×１０^-3Ｔｏｒｒ、Ａｒ雰囲気にした（図３ｄ参照）。

同時に、基板２の表面温度を有機材料７のプリベーク温度である１２０℃に降温した。前記ステージ１による第二のベーク処理により基板２の表面温度を１２０℃で保持しつつ、前記ステージ１の上方に移動自在に設けられたスリットノズルからなるノズル６が、基板２の上方に移動され、矢印８の方向へスキャンするように移動しながら化学増幅型ネガレジストからなる有機材料７を吐出した。以上の工程により基板２の表面に前記有機材料７が塗布され、第二のベーク処理する工程を終了した（図３ｅ〜ｇ参照）。

この有機材料塗布装置及び方法でＣｒ遮光膜付きマスク基板上に化学増幅型ネガレジストを塗布したところ、基板面内均一且つ平滑であった。また、塗布後、ＥＢ描画機で描画し、現像を行ったところレジスト特性の低下に起因する寸法変化及び残膜変化はみられなかった。

以下に、従来の有機材料塗布装置を用いた有機材料塗布方法による実施例２を実施し、比較例とした。

本発明における比較例を図２に従って説明する。まず、フッ素樹脂からなる緩衝材１０が設けられ、アルミニウムからなるベーク処理機構が備わったステージ１に基板２としてＣｒ遮光膜付きマスク基板を載置した。

そして、前記ステージ１により基板２の表面温度を１２０℃で加熱しつつ、前記ステージ１の上方に移動自在に設けられたスリットノズルからなるノズル６が、基板２の上方に移動され、矢印８の方向へスキャンするように移動しながら化学増幅型ネガレジストからなる有機材料７を吐出した。

以上の工程により基板２の表面に前記有機材料７が塗布された。

この有機材料塗布装置及び方法でＣｒ遮光膜付きマスク基板上に化学増幅型ネガレジストを塗布したところ、基板面内均一且つ平滑であった。また、塗布後、ＥＢ描画機で描画し、現像を行ったところ、基板表面に付着していた塩基性成分とＣｒ遮光膜中に残留していた水分及び塩基性成分によりレジスト反応の触媒となる酸が失活し、レジスト特性が低下した為、寸法が２５ｎｍ程度細くなり、残膜も２５％程度減少した。

本発明における有機材料塗布装置の構造の一例を示す側断面図である。 比較例１における有機材料塗布装置の構造の一例を示す側断面図である。 本発明の有機材料塗布装置を用いた有機材料塗布方法を説明するフロー図である。

符号の説明

１…ステージ
２…基板
３…チャンバー
４…供給口
５…排気口
６…ノズル
７…有機材料
８…ノズル移動方向
９…真空ポンプ
１０…緩衝材

Claims (4)

1. 基板を載置するためのステージと、前記ステージの上方に対向して、移動自在に設けられ、前記基板の表面に有機材料を塗布するノズルとを具備する有機材料塗布装置において、少なくとも前記基板を載置するためのステージ及び前記ステージの上方に移動自在に設けられた前記基板の表面に有機材料を塗布するノズルが密封されたチャンバー内に設置されていることを特徴とした有機材料塗布装置。
2. 少なくとも前記チャンバー内雰囲気が、不活性ガスでパージされていることを特徴とした請求項１記載の有機材料塗布装置。
3. 少なくとも前記基板を載置するためのステージには、ベーク処理機構が具備されていることを特徴とした請求項１、又は請求項２記載の有機材料塗布装置。
4. 基板の表面に有機材料を塗布する請求項１乃至３のいずれか１項記載の有機材料塗布装置を用いた有機材料塗布方法において、少なくとも有機材料塗布前に、減圧した雰囲気中で基板を第一のベーク処理する工程と、不活性ガス雰囲気中で基板を第二のベーク処理しつつ有機材料を塗布する工程とからなることを特徴とする有機材料塗布方法。

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