JP3988452B2 - 基板への薄膜形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板への薄膜形成方法に係り、特に、円形半導体ウェハなどのような基板上にレジストなどの粘性流体を塗布する薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ表面にレジストを形成する方法としては、例えば特開平４−９６２２８号公報のように、スピンコータを用いて半導体ウェハを約４０００ｒｐｍで回転させながらその表面中央部にノズルから液状レジストを滴下して半導体ウエハ全面に液状レジストを遠心力で展延塗布させ、若干の時間をおいて塗布したレジスト膜から溶剤を蒸発させて流動性を落とした後に、回転数を約２０００ｒｐｍに低下させてノズルからの溶剤を滴下し表面張力などのエッジ効果によりウエハ周縁に盛り上がった液状レジストを溶解して除去するものがある。
【０００３】
エッジ効果によりウエハ周縁に盛り上がった液状レジストは、次工程での熱処理により塗布膜からガスが多量に発生して、回路形成における不具合の原因となる。
【０００４】
そのため、溶剤により周縁に盛り上がった膜厚部分を溶解・除去している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スピンコータでは、均一な塗布膜を得るためには必要量の数倍から数十倍の液状レジストを滴下する必要があり、無駄が多い。
【０００６】
また、周縁部の溶解除去においては、塗布したレジスト膜と溶剤の成分の不一致で周縁部の膜厚部分だけを確実に除去することが困難である。それは、液状レジストの種類や流動特性、溶剤の種類や流動特性に起因しており、界面では液状レジストと溶剤が混合して、組合せによっては化学反応を引き起こす。そのため、ウェハ周縁部からやや中心寄りに位置する回路パターンは塗布膜不良として使用不能となり、生産性の低下を招く。
【０００７】
無駄なく均一な塗布膜を得るものとして、基板とノズルとを基板の主面と平行な方向に相対移動させ、ノズルから粘性流体を吐出させるものがある。
【０００８】
この技術においては、長円形あるいは多数の吐出口を一列に並べた一文字多孔ノズルであれば、矩形，平行四辺形あるいは菱形のパターンに塗布することができる。
【０００９】
しかしながら、多数の吐出口から同時に吐出が起こるため、矩形，平行四辺形あるいは菱形以外のパターンに塗布するためには、多数の吐出口に対応させてバルブを設け、パターンに合わせてバルブの開閉をする必要があり、装置並びに制御が複雑となる。
【００１０】
パターンの広さに対し微小な吐出口を持つノズルを用意して一筆描きで塗布することもできるが、所謂、Ｕターンをさせる相対移動経路では、Ｕターン個所で相対移動が止まる状態となり一地点としては吐出過多となる。従ってＵターン個所で吐出を止めるようにするか、スピンコータのように余分なものを除去する必要があった。
【００１１】
それゆえ本発明の目的は、任意の形状に粘性流体を無駄なくしかも簡単に塗布することができる基板への薄膜形成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明方法の特徴とするところは、テーブル上に載置した基板とノズルとを基板の主面と平行な方向に相対移動させ、ノズルから粘性流体を吐出させて基板の主面上に薄膜を塗布するものにおいて、基板とノズルの間に基板の主面上に塗布したいパターン形状の開孔をもつマスクを基板に対して固定配置し、マスクの主面とノズルの吐出口を非接触な状態で相対移動を行ない、ノズルからマスクの開孔を通して基板の主面上に粘性流体を吐出して塗布したいパターン形状の薄膜を形成することにある。相対移動では、マスク主面の位置とノズルの吐出口の間隔を維持するように平行移動を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図４を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るレジスト膜形成装置１００を示す概略斜視図である。
【００１５】
同図において、１は架台、２は吸着テーブル昇降モータ、３は動力伝達軸、４は吸着テーブル、５は開孔５ａを有するマスク、６はレジスト（粘性流体）の収納筒（容器）、７は収納筒６に連通しているノズル、８は収納筒６内に充填されたレジスト、１０はレジスト膜を形成したい半導体ウェハである。ノズル７の吐出口は円形であり、半導体ウェハ１０の口径に比較して充分小さいものである。
【００１６】
塗布装置１００の架台１上に吸着テーブル４が設けられ、昇降モータ（Ｍ）２にて発した動力を動力伝達軸３を介して上下方向に移動する力に変換し、図示しないガイドに沿って吸着テーブル４は上下方向に移動する。なお、動力源としては、昇降モータ２ではなくエアシリンダなどを使用しても同様の動作が可能である。
【００１７】
半導体ウェハ１０は図示を省略した多数の吸引孔を有する吸着テーブル４に載置された後、真空源Vにより裏面を吸着固定され得るようになっている。マスク５は、図示しない支持フレームを介して架台１に固定してあり、半導体ウェハ１０を吸着テーブル４に吸着固定後、昇降モータ２により吸着テーブル４が上方移動してマスク５の裏面で固定する構成となっている。
【００１８】
半導体ウェハ１０及びマスク５の上方には、架台１に固定された図示しない保持アームで収納筒６が保持されており、収納筒６は図示しない直動要素やサーボモータによりX軸方向，Y軸方向及びZ軸方向に駆動される。収納筒６の内部には半導体ウェハ１０の上にノズル７から吐出させるレジスト８を充填してある。収納筒６の上端部に接続された空気配管を介して圧縮空気を流入させてレジスト８を加圧することにより、下端部に設けたノズル７からレジスト８を吐出する構成となっている。
【００１９】
圧縮空気の圧力は半導体ウェハ１０上に塗布したい膜厚と同様な間隔にノズル７の下端吐出口を半導体ウェハ１０表面に対し設定して相対移動させた場合に半導体ウェハ１０上に塗布したい膜厚が得られるものとしておく。
【００２０】
次に図２から図４を用いて半導体ウェハ１０へのレジスト膜形成について説明する。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、まず、半導体ウェハ１０を搬送ロボットなどにより吸着テーブル４の所望位置に載置する。このとき、吸着テーブル４はマスク５から離れていて、その距離は半導体ウェハ１０を載置する際に干渉しない程度であれば良い。また、半導体ウェハ１０の載置に際しては、画像認識などによる位置決めを行っても良い。
【００２２】
マスク５の裏面には、半導体ウェハ１０とマスク５が接するように半導体ウェハの外形よりも僅かに大きい寸法かつ半導体ウェハの厚さと同じか、又は僅かに小さい深さのザグリ穴５ｈを設けている。これは、半導体ウェハ１０とマスク５が確実に接触できるようにするためである。そして、半導体ウェハ１０の外形よりも小さい寸法で所望の塗布膜厚に合わせた厚さの開孔５ａを設けてある。ここで、開孔寸法は、半導体ウェハ１０の回路寸法や配列により決定する。半導体ウェハ１０にオリエンテーションフラットがある場合も、オリエンテーションフラットに沿って同様に僅かに小さい開孔寸法とすれば良い。開孔５ａは半導体ウェハ１０上にレジスト膜を形成したいパターンと合わせてある。それで、半導体ウェハ１０はマスク５の開孔周縁部５ｐで周縁を縁取りされた形となる。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、マスク５の裏面が半導体ウェハ１０及び吸着テーブル４と接する位置まで吸着テーブル４を上方に移動させる。
【００２４】
マスク５と半導体ウェハ１０はＸ，Ｙ各軸方向に相対移動しないような固定関係を保っている。
【００２５】
次いで、ノズル７を半導体ウェハ１０の端部よりも僅かに離れたマスク５の上に移動させるべくX軸及びY軸方向に移動させ、さらに、ノズル７の下端がマスク５の表面に近接するように収納筒６をZ軸方向下方に移動させ、塗布開始点までノズル７を移動させる。ノズル７の吐出口はマスク５の表面と非接触であるが、ノズル７の下端吐出口からマスク５の表面までの間隔は近接した僅かなものである。
【００２６】
更に、塗布開始点において、前述した所望の圧力に調整された圧縮空気Ｐを収納筒６に印加する。
【００２７】
続いて、図２（ｃ）のようにノズル７を収納筒６とともにノズル７のマスク５における主面の位置に対する間隔を維持するように半導体ウェハ１０に対し平行に相対移動させる。この状態で半導体ウェハ１０を縦断、または横断するように直線状に移動させる。
【００２８】
ノズル７の吐出口とマスク５の表面が近接しているところでは、レジスト８は吐出されない。これはノズル７からレジスト８が吐出しようとしてもマスク５の表面から反力を受けて吐出が阻止されるためである。また、吐出があったとしても、反力が作用しているから僅かで、マスク５の表面を薄く塗る程度である。
【００２９】
開孔５ａのところではノズル７の吐出口と半導体ウェハ１０の表面との間に距離があり（形成したい膜厚程度の距離をノズル７の吐出口と半導体ウェハ１０の表面との間隔としている）、反力は収納筒６のレジスト８に伝わらず、レジスト８は半導体ウェハ１０上に吐出される。
【００３０】
再びノズル７がマスク５上に至り、ノズル７とマスク５の表面が近接した状態となると、反力が伝わって自動的に吐出が止まる。従って、図２（ｃ）に示すように、塗布したレジスト１１は半導体ウェハ１０の表面上にあり、マスク５の表面にはレジストがない。
【００３１】
図３は、開孔５ａの形に合わせて自動的にレジストが吐出塗布される状況を示している。
【００３２】
レジストにおける吐出の始端Ｓと終端Ｅは開孔５ａによって自動的に決まる。
【００３３】
ノズル７の口径に合わせたピッチＬでノズル７をずらして往復直線移動をさせると、開孔５ａの形でレジスト膜を形成できる。ピッチＬが小さすぎると界面が凸状に***することになり、 また、大きすぎると凹状にへこんだり半導体ウェハ１０の表面が露出したりして、何れも膜厚の均一性を保てなくなる。そこで、予めレジストの流動性に最適な塗布ピッチ、言い換えると、隣接する直線を描画しても直線間の界面が他の部位と同じ膜厚となるピッチを求めておき、この最適なピッチにて往復移動させると良い。
【００３４】
吐出終了後は、図２（ｄ）のように、収納筒６への圧縮空気Ｐの印加を停止し、Ｚ軸を駆動させてノズル７および収納筒６はマスク５や搬送ロボットのアームなどに干渉しない位置まで上方へ移動退避させてから、吸着テーブル４を下方に移動させて、マスク５と半導体ウェハ１０を引き離す。このときの引き離す速度、つまり、吸着テーブル４の下方への移動速度は、レジスト８の流動性（粘度、ダレ性）により決定し、例えば、比較的粘度の高い材料では高速で、また、比較的粘度の低い材料では低速で移動させることにより半導体ウェハ１０の周縁部の膜厚を他の部位と同じく均一に保つことが出来る。
【００３５】
次に、図４に示した他の実施形態について説明する。
【００３６】
図４においては、マスク５は開孔５ａの周囲に深さＤ３の環状溝５ｂを有している。ノズル７の吐出口はマスク５の表面と非接触であるが、ノズル７の下端吐出口からマスク５の表面までの間隔Ｄ１は近接した僅かなものである。そして、ノズル７の下端吐出口から半導体ウェハ１０の表面までの間隔Ｄ２は半導体ウェハ１０上に形成したいレジスト８を膜厚としている。
矢印で示すように、収納筒６内のレジストに圧縮空気で加圧しつつ、収納筒６とノズル７をマスク５及び半導体ウェハ１０に対して移動させる。この実施形態ではノズル７は溝を経由してから開孔５ａに至るようにしている。
【００３７】
ノズル７がマスク５上に位置しているときはレジストの吐出はない。環状溝５ｂのところで吐出が起こるが、再びマスク５上となるのでレジストの吐出は停止する。
このとき、レジストは反力を受けるだけでなく、溝５ｂと上表面の角がエッジとなって吐出口から垂れているレジストを擦り切る。その後、開孔５ａに至り吐出を開始する。この時点では、ノズル７の下端におけるレジストは擦り切られてきれいな状態になっているから、半導体ウェハ１０への吐出形状も始端において盛り上がりなどはない。移動方向の開孔周縁部において、マスク５の表面との間隔が急に狭くなることによってノズル７からのレジストの吐出は止まる。さらに先の環状溝ｔｂはノズル７が往復移動する際の先行位置の溝として働く。
【００３８】
本発明は以上の実施形態に限らず、以下の形態で実施しても良い。
【００３９】
即ち、マスク５の開孔周縁部に、半導体ウェハ１０側に対向する傾斜面を設け、半導体ウェハ１０側から見てオーバーハング状としておくと、ノズル７から出たレジストがマスク５の上表面から開孔周縁部の傾斜側面を流れず、半導体ウェハ１０上とマスク５の上表面との間でレジストが切れた形で吐出できる。
【００４０】
また、ノズルは図５や図６のように、横に寝かせた配置でも良い。これらの場、合には、少ない回数の相対移動でレジストを吐出することができる。
【００４１】
図５のノズル７１では、吐出孔７１ａを長細いスリット形としている。矩形か長円である。楕円でも良い。図６のノズル７２は、円形や楕円形などをした複数の微小吐出孔７２ａが定間隔を保って横一列に並んだ形である。
【００４２】
吐出孔７１ａ，吐出孔７２ａでは、図３のようにノズル７１，７２の半導体ウェハ１０との相対移動で、マスク５の開孔５ａを通して半導体ウェハ１０に面した個所で吐出があり、マスク５の上表面に近接している個所では反力を受けて吐出は起こらない。従って、バルブ操作などしていないが、開孔５ａによって自動的に選択吐出があり、開孔の形にレジストを吐出塗布することができる。
【００４３】
ノズルから吐出する粘性流体はレジストに限定されず、塗布される基板は半導体ウェハに限定されない。また、吐出させたいパターンも任意であり、矩形、平行四辺形、菱形のパターンの塗布に使用しても構わない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、任意の形状に粘性流体を無駄なくしかも簡単に塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレジスト膜形成装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示すレジスト膜形成装置で半導体ウェハにレジストを吐出塗布するときの動作を横から見た概略図である。
【図３】図１に示すレジスト膜形成装置で半導体ウェハにレジストを吐出塗布するとき状況を説明するための斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態になるマスクを用いてレジストを吐出する状況を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態になるノズル形状を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態になるノズル形状を示す図である。
【符号の説明】
１ 架台
２ 吸着テーブル昇降モータ
３ 動力伝達源
４ 吸着テーブル
５ マスク
６ 収納筒
７ ノズル
８ レジスト
１０ 半導体ウェハ
１１ 吐出塗布されたレジスト
１００ レジスト膜形成装置

Claims (4)

1. テーブル上に載置した基板に対して、ノズルを前記基板の主面と平行な方向に相対移動させ、前記ノズルから粘性流体を吐出させて前記基板の主面上に薄膜を形成するものにおいて、
   前記基板と前記ノズルの間に前記基板の主面上に塗布したいパターン形状の開孔をもつマスクを前記基板に対して固定配置し、前記マスクの主面と前記ノズルの吐出口との間隔が、前記ノズルの吐出口とマスク主面とが非接触であり且つ前記粘性流体が前記ノズルの吐出口から吐出できない間隔に保持して、前記ノズルの吐出口を基板主面と平行な方向に相対移動し、前記ノズルの吐出口から前記マスクの開孔を通して前記基板の主面上に粘性流体を吐出して塗布したいパターン形状の薄膜を形成することを特徴とする基板への薄膜形成方法。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記基板の主面と前記ノズルの吐出口との間隔を前記基板の主面に塗布する粘性流体の厚さにほぼ同等なものとしておくことを特徴とする基板への薄膜形成方法。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記マスクの主面に設けた溝を経由して前記ノズルが前記マスクの開孔の方向に相対移動することを特徴とする基板への薄膜形成方法。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記ノズルの吐出口と前記基板の主面との間隔を、前記基板に塗布したい前記粘性流体の膜厚と同様な間隔となるように設定し、前記粘性流体を収納した容器内に加える圧力が前記マスク開口部で前記ノズルの吐出口から前記粘性流体を吐出できる圧力となるように設定したことを特徴とする基板への薄膜形成方法。

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