JP4882877B2 - レジストの塗布方法とそれに用いる塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に円形のレジスト膜を形成する塗布方法とそれに用いる塗布装置に関するものである。

シリコンウエハなどの略円形の基板にレジスト膜を形成する方法としては、スピンコータを用いた塗布方法がある。このスピンコータは、基板の略中央部に大量に塗布したレジストを、基板を吸着保持して高速に回転させることで、遠心力により基板表面の略全面に一定厚みのレジスト膜を形成するものである。

なお、この従来例としては、下記特許文献１がある。
特開平９−３１９０９４号公報

上記の従来方法は、基板回転時の遠心力を利用してレジストを表面全面に拡げながら、余分なレジストは基板外へ飛ばして除去する。そのため、基板の回転数が一定の場合、基板の中心から外周部に向かうに連れて遠心力は大きくなるので、形成されるレジスト膜の厚みは、外周部に向かって薄くなりやすいという課題があった。さらに、基板の最外周部では、飛ばされなかったレジストが表面張力により盛り上がるいわゆるエッジビートが発生することで、露光の精度を低下させるという課題があった。

そこで本発明は、エッジビートを防止して均一な厚みのレジスト膜を形成することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、略水平に吸着保持した基板を回転させて、前記基板の略中央から外周部へ直径に沿ってノズルを移動させるとともに、このノズルからレジストを吐出させることで、前記基板の表面に渦巻状の軌跡でレジストを塗布する塗布方法であって、前記渦巻状の軌跡に沿って予め基板表面の凹凸を測定した後、この測定結果を基に前記基板とノズルとの間隔を一定に保ちながらレジストを塗布するので、基板の略中央から最外周部まで均一な厚みのレジスト膜を形成できる作用を有する。

本発明に係るレジストの塗布方法とそれに用いる塗布装置によれば、レジストを吐出するためのノズルと併設した測定手段を、回転させた基板の直径に略沿って移動させることで、レジストを吐出する渦巻状の軌跡に沿って基板の凹凸を予め測定しておき、この測定結果を基に、ノズルと基板表面との間隔を一定に保ちながら、さらに、渦巻状の軌跡の単位長さに対して吐出量が一定となるようにレジストを塗布するので、ノズル位置により基板の周速が変化しても、レジストの膜厚を均一にすることができる作用効果を奏する。さらに、基板の最外周部を検出しておき、この最外周部のみノズルと基板の間隔を小さくするとともに、レジストの吐出量を少なくして塗布を終了することで、基板の外周部におけるエッジビートを防止することができる作用効果も同時に奏する。

（実施の形態１）
以下、図を用いて本発明の一実施の形態を説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態における基板の一例を説明する斜視図である。基板１としては、シリコンやガラス、樹脂などからなる略円形の薄板とした。

図１（ｂ）は基板１の上面図であり、２は素子形成領域であり、配線や電極、各種センサや半導体素子などの機能素子を、所定の形状とピッチで配置した領域である。本実施の形態では、基板１の略中心部３と、最外周部４とには、素子形成領域２を設けない構成とし、さらにこの最外周部４に素子形成領域２にかからないように切欠きからなる認識部５を設けた。後述するが、この認識部５で、基板１を回転始動させる始点を規定するものである。尚、認識部５の他の一例としては、貫通孔や丸や十字などの記号を最外周部４に形成しても良い。

次に、本実施の形態におけるレジストの塗布装置の一例を説明する。

図２は、本実施の形態におけるレジストの塗布装置の上面図である。基台６の中央部に基板１を吸着保持して一定の回転数で回転させる吸着回転手段７を配置し、また、角部には、基板１を複数枚収納する基板カセット８を配置している。吸着回転手段７の天面には、吸着用孔９が略中心から外周部に向けて放射状に複数形成されており、この吸着孔９により、基板１の裏面を真空吸着して保持する。基板カセット８内に収納された基板１は、脱着アーム１０で取り出された後、吸着回転手段７上に搬送され、レジストの塗布が終了後に、脱着アーム１０で取り出して、基板カセット８内に再度収納する。尚、基板カセット８は取り外しが可能であり、レジスト塗布が終了次第、取り外して次の工程へ搬送される。

また、基台６の天面には、吸着回転手段７を挟んで平行に一対の位置調整用レール１１を設け、その上に吸着回転手段７を跨ぐように、水平移動手段１２が配置されている。水平移動手段１２には、レジストを吐出するノズル１３と、基板１の凹凸を測定するための測定手段１４とを保持して上下動可能な昇降手段１５が、水平方向（ｘ方向）に移動可能に支持されている。尚、ノズル１３と測定手段１４とは、昇降手段１５に対して同一線上に並列して保持されており、ノズル１３および測定手段１４とが、吸着回転手段７の略回転中心を通るように、水平移動手段１２を位置調整用レール１１上で移動させて位置調整をする。こうすることで、ノズル１３と測定手段１４は、水平移動手段１２により吸着回転手段７の略直径に沿って、同一線上を移動することが可能となる。

次に、図３を用いて本装置の主要部の詳細を説明する。

図３は、図２におけるＡ−ＡＡ断面図を示している。吸着回転手段７は、軸１６の一端に固定されており、この軸１６を、基台６の貫通部に玉軸受け、静圧軸受けなどからなる軸受け部１７を介して回動可能に支持している。また、軸１６の他端は、ジョイント１８を介して真空ポンプに接続してあり、吸着回転手段７を貫通した吸着孔９は、真空ポンプに接続されることで基板１を吸着保持する。さらに、軸１６の他端は、ギアまたはタイミングベルトなどからなる連結器１９でモータＭ₁と連結されており、このモータＭ₁を駆動することで、軸１６を介して吸着回転手段７を一定の回転数で回転させる。

水平移動手段１２、並びに昇降手段１５は、モータＭ₂、Ｍ₃と、バックラッシュの小さいボールネジ２０、２１と、固定板２２、２３とからなり、モータＭ₂、Ｍ₃を駆動することにより、ボールネジ２０、２１を介して固定板２２、２３と、これらに保持されているノズル１３および測定手段１４とを、それぞれ水平方向（ｘ方向）および垂直方向（ｚ方向）に移動させるものである。このようにして、ノズル１３を水平方向に移動させながらレジストを吐出させることで、基板１の表面に、一定の幅を有する渦巻状の軌跡でレジストを塗布する。

次に、上記構成のレジストの塗布装置を用いたレジストの塗布方法を説明する。

まず初めに、基板カセット８により複数枚投入された基板１を、脱着アーム１０を用いて取り出し、吸着回転手段７上に搬送して位置決めを行った後、真空ポンプを作動させることで、吸着孔９を介して基板１を吸着保持する。このとき、ノズル１３および測定手段１４は、脱着アーム１０の動作に干渉しない位置に退避しておく。また、ノズル１３および測定手段１４は、基板１の略中心を通るように、予め水平移動手段１２の位置を調整しておき、レジストの塗布時または、後述する基板１表面の凹凸測定時に、ノズル１３および測定手段１４とを、基板１の直径に沿って移動させるものである。尚、図１で説明したように、本実施の形態では、基板１の略中心部３は、素子などを形成しない領域とした。そのため、上記の水平移動手段１２の位置調整は、この略中心部３から外れない程度とすることで、位置調整の時間を短縮することができる。

次に、回避させていた測定手段１４を、基板１の略中心へ移動させて、一定の高さに調整した後、モータＭ₁を駆動させて、吸着回転手段７上の基板１を一定の回転数で回転させる。そして、この回転数が安定したのを確認した後、測定手段１４を基板１の略中心から外周部へ向けて、水平移動手段１２により一定の速度で移動させながら、基板１表面の凹凸を測定する。尚、測定手段１４で測定する凹凸のデータは、基板１自体の局所的な凹凸やうねり、吸着回転手段７の回転振れも含むものである。測定手段１４を水平移動させる開始タイミングは、基板１の最外周部４に設けた切欠きや貫通孔、文字や図形パターンなどからなる認識部５を、カメラ等の認識手段で認識することで決定する。測定手段１４は、基板１の表面に有する一定の領域の凹凸を測定しながら、基板１の直径に沿って移動するので、この測定軌跡は、基板１の略中心（移動開始点）を始点とした渦巻状の軌跡を描くことになる。尚、測定手段１４としては、レーザ変位計などを使用して非接触状態で測定を行い、Ａ−Ｄ変換して、水平移動手段１２の位置座標データとともに測定データを制御機器（図示せず）内のメモリなどに記録、保存する。そして、これらのデータから、ノズル１３と基板１との間隔を補正する補正データを作成する。

次に、ノズル１３を、測定手段１４と同様に、基板１の略中心に移動させて一定の高さに調整した後、基板１を回転させて、外周部に向けて水平移動させながらレジストを吐出させることで塗布を開始する。ノズル１３から吐出されたレジストは、基板１の略中心を起点として、外周部に向かって一定の幅を有する渦巻状の軌跡を描いて塗布される。この塗布直後の幅は、レジストの粘度やチクソ性が同等の場合、基板１とノズル１３との間隔で決定する。したがって、レジストの吐出時は、上述した補正データを基に、昇降手段１５を駆動させてノズル１３の高さを補正し、常に基板１とノズル１３とが一定の間隔を保つようにすることで、一定の幅のレジストを塗布するようにする。

また、ノズル１３を水平移動させるタイミングは、基板１の最外周部４に設けた切欠きや貫通孔、文字や図形パターンなどからなる認識部５をカメラ等で認識することで決定するのであるが、必ず凹凸測定時における測定手段１４の移動開始タイミングと合致させる。こうすることで、凹凸測定における測定手段１４の測定軌跡（渦巻状の軌跡）と、ノズル１３で塗布されたレジストが描く渦巻状の軌跡とを合致させることができる。

基板１の回転数は、使用するレジストの粘度やチクソ性、基板１の外形サイズなどを考慮して適宜設定する。本実施の形態では、２０ミクロン以上の厚みの均一なレジスト膜を形成するため、粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上の高粘度タイプのレジストを選択し、基板外周部での遠心力によるレジストの広がりを小さくするため、基板１の回転数は概ね５０ｒｐｍ以下と設定した。

また、ノズル１３の移動速度は、基板１の回転速度と塗布されたレジストの幅を考慮して決定する。すなわち、基板１が一回転する間にノズル１３を、塗布されたレジストの幅分だけ移動するようにすることで、隣り合うレジストの軌跡が重畳されることが無いようにする。

さらに、ノズル１３から吐出するレジストの吐出量は、渦巻状の軌跡の単位長さに対して常に一定量となるように制御する。本実施の形態では、基板１の回転数は常に一定にしてレジストを塗布するため、ノズル１３直下における基板１の回転速度は、外周部に移動する移動量に比例して速くなる。そのため、横軸をノズル１３の移動量、縦軸をレジストの吐出量としたとき、図４に示すように、少なくとも素子形成領域２（図１）では、移動量に比例して吐出量を増加させてレジストを塗布する。このようにすることで、塗布されたレジストの隣り合う軌跡は、互いに重畳することはなく、さらにこれら軌跡同士の界面部で生じる凹みは、レジストが広がることで解消され、その結果、基板１の表面すなわち素子形成領域２上に、均一な厚みのレジスト膜が形成される。

最後に、ノズル１３を基板１の最外周部４(図１)で水平移動を停止させるとともに、レジストの吐出も停止させて塗布を終了する。この最外周部４では、ノズル１３は水平移動を停止させるので、渦巻状の軌跡ではなく、円の軌跡を描き、始点と終点とが重畳しないように、基板１を略一回転させた後に停止させる。また、最外周部４では、基板１とノズル１３との間隔を、少なくとも素子形成領域２よりも狭くするとともに、レジストの吐出量も図４に示すように少なくする。こうすることで、基板１の最外周部４に塗布されたレジストの厚みのみを、他の素子形成領域２よりも薄くすることができるので、レジストの盛り上がり（エッジビート）が発生した場合であっても、その盛り上がりの高さを、素子形成領域２に塗布されたレジストよりも低くすることができる。そして、コンタクト露光を行う際に、マスクとレジストとを確実に密着させることができるので、露光の精度を高くすることができる。尚、この最外周部４におけるレジストの吐出量は、素子形成領域２での吐出量に対して概ね３０％以下とすることで、エッジビートの無い良好な塗布面が得られた。また、最外周部４の認識は、予め基板１の素子形成領域２を制御機器に入力しておき、水平移動手段１２の位置データと比較して認識するものである。

（実施の形態２）
以下、図を用いて本発明の別の一実施の形態を説明する。尚、実施の形態１と同じ箇所に関しては説明を簡略化して、主に相違点のみを説明する。

図５は、図２における別のＡ−ＡＡ断面図を示している。実施の形態１との相違点は、吸着回転手段７の外周部または、ノズル１３の少なくともいずれか一方に加熱手段２４、２５を設けたことである。加熱手段２４、２５は、シーズヒータやカーボンヒータ、セラミックヒータなどからなり、吸着回転手段７に設ける場合は、その外周部のみに一定の幅で環状に設ける。ノズル１３に設ける場合は、ノズル１３内やその背面、またはノズル１３の周囲を覆うように設ける。いずれに設ける場合であっても、基板１上に塗布されたレジストを加熱して昇温するために用いるものである。

本発明の塗布装置は、ノズル１３を基板１の直径に沿って、その略中心から外周部へ向けて水平に移動させるとともに、レジストを吐出させることで、渦巻状に塗布する。そのため、基板１上に塗布されたレジストには遠心力が作用して、外周部になるほどその遠心力は大きくなり、略中央部のレジストは外周部に引っ張られて薄くなる。また、ノズル１３が終点位置に到達すると同時に、吸着回転手段７を停止させた場合、外周部に塗布されたレジストは、遠心力で充分に広がらず、図６に示すように、基板１の略中央部で薄く、外周部で逆に厚くなる。

上記の厚みばらつきに対して、本実施の形態では、以下に説明する二つの方法を用いて均一化した。まず初めに基板１の略中央部のみ、ノズル１３から吐出させる単位時間あたりの吐出量を多くしてレジストを塗布する。尚、略中央部とは、基板１の中心から、その半径の１０％程度の領域である。また、レジストの吐出量は、略中央部以外の吐出量に対して概ね１０〜２０％程度多くする。

次に、基板１の外周部において吐出させる、または塗布された後のレジストを加熱することである。レジストの粘度は、その温度が高くなるほど小さくなりチクソ性も改善される傾向にある。そのため、特に基板１の外周部において吐出されるレジストを、吐出時であれば加熱手段２５でノズル１３を加熱することで、また、塗布後であれば、加熱手段２４で基板１上のレジストを加熱することで、レジストの流動性を高めて外周部における厚みの均一性を高める。このように、レジストを加熱してその流動性を高めることにより、基板１の外周部におけるレジストを最小限の回転による遠心力で拡げることにより、その厚みを略中心部と等しく、均一化するものである。

尚、レジストの加熱温度としては、プリベーク温度以下で、かつ基板１の略中央部における温度に対して２０〜３０℃程度高くすれば良い。基板１の略中央部で、室温でレジストを塗布した場合、外周部では概ね４０〜５０℃程度とする。また、レジストの温度を高めて塗布する基板１の外周部としては、その半径の概ね１０〜２０％の領域とする。

上記の塗布方法を、８インチのシリコン基板に適用して、最外周の１０ｍｍの領域に、レジストの温度を高めて塗布することにより、基板１におけるレジストの塗布厚みばらつきを、目標厚みの５％以内と均一化することができた。

上述した塗布方法を用いることにより、吸着回転手段７を余計に回転させることなく、最小限の回転でレジストの厚みを均一化して塗布することができ、生産性を高めることができる。

尚、上述したレジストの塗布方法とそれに用いる塗布装置は、本実施の形態に限定されるものではなく、単層または多層のレジストを形成して、露光および現像を複数回繰り返す、また、構造体を形成するため、高粘度のレジストを用いて２０ミクロン以上のレジスト膜を形成するＭＥＭＳプロセスを用いた電子部品の製造方法とそれに用いる製造装置にも適用可能である。

本発明に係るレジストの塗布方法とそれに用いる塗布装置によれば、レジストを吐出するためのノズルと併設した測定手段を、回転させた基板の直径に略沿って移動させることで、レジストを吐出する渦巻状の軌跡に沿って基板の凹凸を予め測定しておき、この測定結果を基に、ノズルと基板表面との間隔を一定に保ちながら、さらに、渦巻状の軌跡の単位長さに対して吐出量が一定となるようにレジストを塗布するので、ノズル位置により基板の周速が変化しても、レジストの膜厚を均一にすることができる作用効果を奏する。さらに、基板の最外周部を検出しておき、この最外周部のみノズルと基板の間隔を小さくするとともに、レジストの吐出量を少なくして塗布を終了することで、基板の外周部におけるエッジビートを防止することができる作用効果も同時に奏するので、基板上に円形のレジスト膜を形成する塗布方法とそれに用いる塗布装置に有用である。

（ａ）本発明の一実施の形態におけるレジストを塗布する基板の一例を示す斜視図、（ｂ）同基板の上面図 本発明の一実施の形態を説明する塗布装置の上面図 同図の要部を説明する図２のＡ−ＡＡ断面図 本発明の一実施の形態におけるノズルから吐出するレジストの吐出量を説明する図 本発明の別の実施の形態を説明する塗布装置の要部断面図 本実施の形態におけるレジストの塗布厚みを説明する図

符号の説明

１ 基板
５ 認識部
７ 吸着回転手段
１２ 水平移動手段
１３ ノズル
１４ 測定手段
１５ 昇降手段
２４ 加熱手段
２５ 加熱手段

Claims (13)

1. 略水平に吸着保持した基板を回転させて、前記基板の略中央から外周部へ直径に沿ってノズルを移動させるとともに、このノズルからレジストを吐出させることで、前記基板の表面に渦巻状の軌跡でレジストを塗布する塗布方法であって、前記渦巻状の軌跡に沿って予め基板表面の凹凸を測定した後、この測定結果を基に前記基板とノズルの間隔を一定に保ちながらレジストを塗布するレジストの塗布方法。
2. 基板の外周部に認識部を設け、この認識部を用いてレジストを塗布する渦巻状の軌跡と、凹凸測定の軌跡とを合致させる請求項１に記載のレジストの塗布方法。
3. レジストの吐出量は、渦巻状の軌跡の単位長さに対して常に一定量となるように吐出させる請求項２に記載のレジストの塗布方法。
4. 基板の最外周部のみ、ノズルと前記基板との間隔を小さくするとともに、レジストの吐出量を少なくして塗布を終了する請求項３に記載のレジストの塗布方法。
5. 基板の略中央の一定領域のみ、レジストの吐出量を多くして塗布する請求項４に記載のレジストの塗布方法。
6. 最外周部で吐出されるレジストの温度を、少なくとも略中央部で吐出される温度より高くして塗布する請求項５に記載のレジストの塗布方法。
7. 基板を略水平に吸着保持して回転させる吸着回転手段と、前記吸着回転手段の上方に配置されたレジストを吐出するノズルおよび前記基板表面の凹凸を測定する測定手段と、これらのノズルおよび測定手段を支持して上下動させる昇降手段と、前記昇降手段を支持して前記吸着回転手段の直径に沿って水平に移動させる水平移動手段とを備えたレジストの塗布装置であって、前記基板を回転させて、前記測定手段を基板の直径方向に沿って移動させながら予め表面の凹凸を測定した後、この測定結果を基に前記基板とノズルの間隔が常に一定となるように補正しながらレジストを吐出させるレジストの塗布装置。
8. 基板の認識部を認識することで、ノズルと測定手段との動作開始タイミングを合致させる認識手段をさらに設けた請求項７に記載のレジストの塗布装置。
9. 水平移動手段の位置データより基板の周速を算出し、この周速に比例させてレジストの吐出量を増加させることで、この吐出量を渦巻状の軌跡の単位長さに対して常に一定量となるように吐出させる請求項８に記載のレジストの塗布装置。
10. 水平移動手段の位置データより基板の最外周部を算出し、この最外周部のみ、ノズルと前記基板との間隔を小さくするとともに、レジストの吐出量を減少させて塗布を終了する請求項９に記載のレジストの塗布装置。
11. 略中央の一定領域のみ、レジストの吐出量を増加させて塗布する請求項９に記載のレジストの塗布装置。
12. ノズルは、レジストを加熱するための加熱手段を備え、外周部でのレジストの温度を略中央よりも高くして塗布する請求項１１に記載のレジストの塗布装置。
13. 吸着回転手段は、その外周部に加熱手段を備え、この加熱手段で吸着した基板の外周部を加熱しながらレジストを塗布する請求項１１に記載のレジストの塗布装置。

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