(57)【要約】【課題】レジスト溶液を基板上へ安定して供給し、塗布不良のないレジスト膜を形成する。【解決手段】レジスト吐出ノズル１の先端部に、該先端部の中心から基板４に向かって延在する伝播棒１３を設ける。レジスト吐出ノズル１の先端部を基板４表面の近傍に配置して、該先端部からレジスト溶液１４を０．５ｃｃ／ｓｅｃ以下の低い吐出レートで吐出し、この吐出されたレジスト溶液１４は伝播棒１３を介して基板４表面上に供給される。レジスト吐出ノズル１を移動させた後、基板４を高速回転させることにより、レジスト溶液１４を基板４全面に広げる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト溶液を回転塗布するレジスト塗布装置であって、
前記基板の近傍に先端部が位置し、該先端部から前記レジスト溶液を吐出するノズルと、
前記先端部から前記基板に向かって延在し、前記レジスト溶液を前記基板に伝播する伝播棒と、
を備えたことを特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレジスト塗布装置において、
前記先端部が前記基板の表面から１．５ｍｍ〜２．５ｍｍだけ上方に位置することを特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレジスト塗布装置において、
前記先端部から露出する前記伝播棒の長さが１．３ｍｍ〜２．３ｍｍであることを特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載のレジスト塗布装置において、
前記伝播棒の直径が０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであることを特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載のレジスト塗布装置において、
前記先端部を洗浄する洗浄部を更に備えたことを特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレジスト塗布装置において、
前記洗浄部の内部が、前記レジスト溶液の溶媒の雰囲気であることを特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項７】
基板上にレジスト溶液を回転塗布するレジスト塗布方法であって、
前記基板の表面の近傍に先端部が位置するノズルから、該先端部から前記基板に向かって延びる伝播棒を介して前記レジスト溶液を吐出する工程を含むことを特徴とするレジスト塗布方法。
【請求項８】
請求項７に記載のレジスト塗布方法において、
前記基板の表面から１．５ｍｍ〜２．５ｍｍだけ上方に位置する前記先端部から前記レジスト溶液を吐出することを特徴とするレジスト塗布方法。
【請求項９】
請求項８に記載のレジスト塗布方法において、
前記レジスト溶液を吐出した後、前記先端部及び前記伝播棒を洗浄する工程を更に含むことを特徴とするレジスト塗布方法。
【請求項１０】
請求項１から６の何れかに記載のレジスト塗布装置を用いて基板上にレジスト溶液を回転塗布する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にレジスト等の薬液を基板上に塗布する塗布方法及び塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程においては、基板上に感光性樹脂材料（以下「レジスト」という。）を所定膜厚で成膜するために、スピンコート法が一般に用いられている。この方法は、基板上にレジスト液を滴下し、基板を所定の回転数で回転させることによって、レジストを基板全面に拡げる方法である。基板上のレジストは遠心力によって基板の外周に向かって流されるが、溶媒の揮発によってレジストの粘度が増加するに従い、遠心力による移動を生じなくなり、ある膜厚で安定する。従って、基板の回転数及び回転時間、並びに、レジストの吐出量、吐出レート及び吐出時間を精密に制御して、膜厚の安定化を図っていた。
具体的な条件としては、レジストの吐出量は約１．０〜３．０ｃｃ、レジストの吐出レートは０．５〜１．０ｃｃ／ｓｅｃ、レジストの吐出時間は０．５〜３．０ｓｅｃ程度、レジスト吐出時の基板回転数は０ｒｐｍ（スタティック方式）若しくは１０００〜４０００ｒｐｍ程度（ダイナミック方式）が標準的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｆ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）を光源とするＦ２リソグラフィに用いられるレジスト材料（以下「Ｆ２レジスト」という。）には、１５７ｎｍの波長での透明性を高めるためにフッ素が導入されている。このフッ素の導入によって、Ｆ２レジストは、従来のレジストに比べて撥水性が非常に高くなっている。その結果、従来の塗布方式を適用した場合に、以下のような問題があった。
【０００４】
先ず、ダイナミック方式の場合には、吐出されたＦ２レジスト溶液が、基板に触れる瞬間の衝撃により弾かれて、球状になって基板上に転がり、塗布ムラ等の塗布不良が生じるという問題があった。
また、スタティック方式の場合には、上記ダイナミック方式の場合と同様に、着液時にＦ２レジスト溶液が飛散し、その飛散したＦ２レジスト溶液が基板上を転がるという現象や、吐出時にＦ２レジスト溶液が急激に泡だってしまう現象が生じ、塗布不良が生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、レジスト溶液を基板上へ安定して供給し、塗布不良のないレジスト膜を形成することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
この発明に係るレジスト塗布装置は、基板上にレジスト溶液を回転塗布するレジスト塗布装置であって、
前記基板の近傍に先端部が位置し、該先端部から前記レジスト溶液を吐出するノズルと、
前記先端部から前記基板に向かって延在し、前記レジスト溶液を前記基板に伝播する伝播棒と、
を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この発明に係るレジスト塗布装置において、前記先端部が前記基板の表面から１．５ｍｍ〜２．５ｍｍだけ上方に位置することが好適である。
【０００８】
この発明に係るレジスト塗布装置において、前記先端部から露出する前記伝播棒の長さが１．３ｍｍ〜２．３ｍｍであることが好適である。
【０００９】
この発明に係るレジスト塗布装置において、前記伝播棒の直径が０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであることが好適である。
【００１０】
この発明に係るレジスト塗布装置において、前記先端部及び前記伝播棒を洗浄する洗浄部を更に備えることが好適である。
【００１１】
この発明に係るレジスト塗布装置において、前記洗浄部の内部が、前記レジスト溶液の溶媒の雰囲気であることが好適である。
【００１２】
この発明に係るレジスト塗布方法は、基板上にレジスト溶液を回転塗布するレジスト塗布方法であって、
前記基板の表面の近傍に先端部が位置するノズルから、該先端部から前記基板に向かって延びる伝播棒を介して前記レジスト溶液を吐出する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係るレジスト塗布方法において、前記基板の表面から１．５ｍｍ〜２．５ｍｍだけ上方に位置する前記先端部から前記レジスト溶液を吐出することが好適である。
【００１４】
この発明に係るレジスト塗布方法において、前記レジスト溶液を吐出した後、前記先端部及び前記伝播棒を洗浄する工程を更に含むことが好適である。
【００１５】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、上記レジスト塗布装置を用いて基板上にレジスト溶液を回転塗布する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１７】
先ず、図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態によるレジスト塗布装置の構造について説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるレジスト塗布装置を説明するための図である。図２は、図１に示したレジスト吐出ノズルを説明するための図である。図３は、図１に示したノズル保持台を説明するための図である。
【００１８】
図１に示すように、塗布ユニット５の塗布カップ６内に真空チャック７が回転自在に配置され、この真空チャック７上に被処理対象である基板４が吸着保持されている。
【００１９】
レジスト吐出ノズル１は、ポンプ９を介してレジストボトル１０と繋がっており、撥水性の高いフッ素樹脂レジスト溶液（以下「レジスト溶液」と略する。）を基板４表面に吐出するものである。レジストボトル１０内にはレジスト溶液が貯留されており、ポンプ９は制御部１２から入力される制御信号に基づいてレジスト溶液をレジスト吐出ノズル１に供給する。
【００２０】
図２に示すように、レジスト吐出ノズル１の先端部には、該先端部の中心から基板４に向かって延在し、レジスト溶液１４を基板４に伝播するための伝播棒１３が設けられている。この伝播棒１３の直径は、レジスト溶液１４をより均一に基板４表面に伝播するために、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ程度が好適であり、さらには０．５ｍｍ程度がより好適である。また、レジスト吐出ノズル１の先端部は、基板４の近傍、詳細には基板４表面から１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ程度の距離Ａだけ上方に位置する。また、レジスト吐出ノズル１の先端部から露出する伝播棒１３の長さＢは、１．３ｍｍ〜２．３ｍｍ程度がより好適である。伝播棒１３の材質は、耐薬品性、低発塵性の観点から、レジスト吐出ノズル１及び配管と同じ材質、例えばＰＦＡ（Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ  ｖｉｎｙｌ  ｅｔｈｅｒ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ；四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシビニルエーテル共重合樹脂）が望ましい。
【００２１】
ノズル保持台３は、基板４に対してレジスト塗布処理を行わないときに、レジスト吐出ノズル１を塗布カップ６の外部で保持するためのものである。図３に示すように、レジスト吐出ノズル１は、ノズルホルダ２を介してノズル保持台３に保持される。
【００２２】
また、ノズル保持台３は、レジスト溶液吐出後にレジスト吐出ノズル１先端部および伝播棒１３に付着したレジスト溶液１４を、洗浄液を用いて洗浄するノズル洗浄機構１５を備えている。このノズル洗浄機構１５は、該先端部および伝播棒１３に付着したレジスト溶液が乾燥することにより、固形物が析出して、パーティクルが発生することを防止するために設けられた機構である。ノズル洗浄機構１５は、１枚の基板４の吐出処理が終了するごとに、先端部および伝播部１３の洗浄を行う。また、洗浄液としては、レジスト溶液１４の溶媒と同種の溶媒を用いることが望ましく、フッ素樹脂レジスト溶液を吐出する場合には、例えば東京応化工業社製のＯＫ７３シンナー等の溶媒を用いることができる。
【００２３】
また、ノズル保持台３の底部に、上記洗浄に用いた溶媒１６を溜めておくことにより、密閉されたノズル保持台３の内部は溶媒１６の雰囲気で満たされる。このため、レジスト吐出ノズル１先端部および伝播部１３に付着したレジスト溶液が乾燥しにくくなっている。また、ノズル保持台３底部の溶媒１６は、汚染状態に応じて排出口１７から適宜排出される。
【００２４】
搬送アーム８は、塗布カップ６外部のノズル保持台３と、塗布カップ６内の基板４との間で、レジスト吐出ノズル１を移動させる搬送機構である。詳細は後述するが、レジスト溶液を吐出する際、搬送アーム８はレジスト吐出ノズル１を基板４上に移動させ、レジスト溶液の吐出終了後、搬送アーム８はレジスト吐出ノズル１をノズル保持台３上に移動させる。
【００２５】
真空チャック７は、ステッピングモータ１１により高速で回転動作する。ステッピングモータ１１は、制御部１２から入力される制御信号に基づいて回転動作する。このステッピングモータ１１の回転に伴って、真空チャック７上に真空吸着された基板４も高速回転する。
【００２６】
制御部１２は、ポンプ９の動作（吐出レート、吐出時間、吐出量）およびステッピングモータ１１の動作（回転数、動作タイミング、回転時間）を制御するものである。
【００２７】
次に、上記レジスト塗布装置の動作について説明する。
先ず、図示しない搬送ロボット等により基板４を塗布カップ６内の真空チャック７上に搬送し、吸着保持する。このとき、レジスト吐出ノズル１は、まだノズル保持台３に保持されている。
【００２８】
次に、搬送アーム８によりレジスト吐出ノズル１をノズル保持台３から基板４中心の近傍に移動させる。詳細には、基板４中心の表面から１．５ｍｍ〜２．５ｍｍだけ上方に先端部が位置するように、レジスト吐出ノズル１を移動させる。すなわち、レジスト吐出ノズル１の先端部が、基板４中心の表面に近接して保持される。
【００２９】
次に、制御部１２から入力される制御信号に基づいて、ポンプ９によってレジストボトル１０から所望の量のレジスト溶液がレジスト吐出ノズル１に供給され、このレジスト溶液をレジスト吐出ノズル１から基板４中心の表面に低い吐出レートで吐出する。詳細には、レジスト吐出ノズル１から０．５ｃｃ／ｓｅｃ以下の吐出レートでレジスト溶液を吐出し、吐出されたレジスト溶液を伝播棒１３を伝播させて基板４中心の表面に供給する。かかるレジスト溶液を吐出する間、基板４は静止しており（スタティック方式）、伝播棒１３は常にレジスト溶液１４に接触している。ここで、基板４表面から伝播棒１３先端までの距離、及びレジスト溶液の吐出レートは、レジスト溶液の粘度及び表面張力等の特性によって最適化することが望ましく、ノズル搬送アーム８の高さ微調整およびポンプ９の出力調整によって制御可能である。
【００３０】
そして、レジスト溶液１４の吐出終了後、搬送アーム８によりレジスト吐出ノズル１が引き上げられる。この時、レジスト吐出ノズル１の先端部及び伝播棒１３には少量のレジスト溶液１４が付着している。そして、引き上げたレジスト吐出ノズル１を、搬送アーム８によりノズル保持台３に移動させる。ノズル保持台３において、レジスト吐出ノズル１先端部および伝播部１３に付着したレジスト溶液はノズル洗浄機構１５を用いて洗浄され、洗浄後は溶媒１６雰囲気下で次回の吐出まで保持される。
【００３１】
次に、制御部１２から入力される制御信号に基づいて、ステッピングモータ１１が真空チャック７を高速回転させることにより、真空チャック７上に保持された基板４も高速回転する。この高速回転により、基板４中心に吐出されたレジスト溶液１４が基板４の全面に広がる。さらに、一定時間ある回転数で基板４を回転させることにより、レジスト溶液１４の溶媒が揮発して、基板４上に所望の膜厚のレジスト膜が形成される。
【００３２】
次に、本実施の形態１に対する比較例について説明する。
図４〜図６は、従来のレジスト塗布方法による問題点、より詳細には、従来の塗布方法（スタティック方式）により撥水性の高いレジスト溶液を基板上に吐出した際の問題点を示す図である。具体的には、図４はレジスト溶液の着液時の飛散を示す図であり、図５はレジスト溶液の泡立ちを示す図であり、図６はレジスト溶液の液だれを示す図である。
【００３３】
本比較例では、レジスト吐出ノズル１を基板４中心上の１５ｍｍ程度の高さに固定し、１．０ｃｃ／ｓｅｃ程度の吐出レートで、且つ１．０ｃｃのレジスト溶液を吐出した。その結果、図４に示すように、最初に基板４上に到達したレジスト溶液１９が跳ねて飛散し、飛散したレジスト溶液の中には球状になって基板上を転がるレジスト溶液２０もあった。さらに、上記吐出レート（＝１．０ｃｃ／ｓｅｃ）でレジスト溶液の吐出を続けると、図５に示すように、レジスト溶液の泡立ち２１が生じる場合もあった。
また、吐出レートを０．３ｃｃ／ｓｅｃに設定した場合、図６に示すように、レジスト溶液がノズルから連続的に供給されずに雫状２２となって、レジスト溶液の跳ねが一層顕著となり、さらにレジストの泡立ち２１も生じた。
また、ダイナミック方式でレジスト溶液を吐出する場合には、レジスト溶液を連続的に供給しなければならないため、吐出レートを下げることができず、さらに高速回転する基板上にレジスト溶液を吐出するため、上記スタティック方式でレジスト溶液を吐出した場合と同様に、レジスト溶液の飛散や転がりを生じた。
上述したレジスト吐出時の不具合によって、従来のレジスト塗布方法を用いると、図７に示すように、基板４上に塗布不良２３，２４，２５を生じた。すなわち、撥水性の高いレジスト溶液を用いる場合、従来の塗布方法では、基板上に安定してレジスト溶液を供給することができず、塗布不良のないレジスト膜を形成することができなかった。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態では、レジスト吐出ノズル１の先端部を基板４中心の表面近傍に設置し、該先端部からレジスト溶液を低い吐出レートで吐出し、吐出されたレジスト溶液をノズル先端部に設けられた伝播棒１３により基板４表面に伝播させることにより、レジスト溶液を基板４表面に供給することにした。
本実施の形態によれば、基板４表面の近傍からレジスト溶液を供給することにより、レジスト溶液が最初に基板４に触れる際の衝撃を最小限とし、レジスト溶液の跳ね及び飛散が防止される。さらに、低い吐出レートでレジスト溶液を吐出することにより、その後のレジスト溶液の泡立ちが防止される。そして、低い吐出レートであっても伝播棒１３を通じて連続的にレジスト溶液が供給されるため、その後のレジスト溶液の跳ね及び飛散が防止される。
従って、レジスト溶液が最初に基板に接触する際の衝撃を軽減することができ、レジスト溶液の跳ねおよび泡立ちを抑制することができる。よって、例えばフッ素樹脂レジスト溶液のような撥水性の高いレジスト溶液を用いる場合でも、基板上への安定したレジスト溶液の供給が可能となり、塗布不良のないレジスト膜を形成することができる。さらに、このレジスト膜を用いて基板上に微細パターンの形成が可能となる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、レジスト吐出ノズル１の先端部の位置を基板４から１．５ｍｍ〜２．５ｍｍとしたが、これに限らず、レジスト溶液の表面張力及び基板表面との相互作用により定まるレジスト液面の高さＣ（図２参照）の近傍に最適化すればよい。
また、伝播棒１３の直径や、ノズル先端部からの伝播棒１３のはみ出し量Ｂについても、適宜最適化すればよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、スタティック方式でレジスト溶液を吐出しているが、ダイナミック方式でレジスト溶液を吐出する場合にも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上への安定したレジスト溶液の供給が可能となり、塗布不良のないレジスト膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるレジスト塗布装置を説明するための図である。
【図２】図１に示したレジスト吐出ノズルを説明するための図である。
【図３】図１に示したノズル保持台を説明するための図である。
【図４】従来のレジスト塗布方法による問題点である着液時の飛散を説明するための図である。
【図５】従来のレジスト塗布方法による問題点である泡立ちを説明するための図である。
【図６】従来のレジスト塗布方法による問題点である液だれを説明するための図である。
【図７】従来のレジスト塗布方法による塗布不良を説明するための図である。
【符号の説明】
１  レジスト吐出ノズル
２  ノズルホルダ
３  ノズル保持台
４  基板
５  塗布ユニット
６  塗布カップ
７  真空チャック
８  搬送アーム
９  ポンプ
１０  レジストボトル
１１  ステッピングモータ
１２  制御部
１３  伝播棒
１４  レジスト溶液
１５  ノズル洗浄機構
１６  洗浄液
１７  排出口
【図１】
2004214513.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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