(57)【要約】【課題】乾燥プロセス条件を容易に決定でき、また製造現場でも開発時と同様に均一な膜を安定して生産することができる、塗布膜乾燥方法及び乾燥装置を提供する。【解決手段】塗布膜乾燥プロセスにおいて、膜表面を観察、膜表面形状あるいは膜厚の面内偏差分布を計測し、その結果に基づいて、乾燥プロセスを制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜乾燥工程において、膜表面を観察しその観察結果に基づいて、乾燥プロセスを制御することを特徴とする膜乾燥方法。
【請求項２】
膜乾燥工程において、膜表面形状を計測しその計測結果に基づいて、乾燥プロセスを制御することを特徴とする膜乾燥方法。
【請求項３】
膜乾燥工程において、膜厚の面内偏差分布を計測しその計測結果に基づいて、乾燥プロセスを制御することを特徴とする膜乾燥方法。
【請求項４】
請求項１に記載の観察エリア及び請求項２と３に記載の計測エリアは、φ０．５〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３記載の膜乾燥方法。
【請求項５】
膜乾燥中に膜表面を観察できる観察手段を備えた膜乾燥装置。
【請求項６】
膜乾燥中に膜表面を観察できる観察手段を備え、該観察した結果に基づいて乾燥プロセスを制御することを特徴とする膜乾燥装置。
【請求項７】
膜乾燥中に膜表面形状を計測できる計測手段を備えた膜乾燥装置。
【請求項８】
膜乾燥中に膜表面形状を計測できる計測手段を備え、該計測した結果に基づいて乾燥プロセスを制御することを特徴とする膜乾燥装置。
【請求項９】
膜乾燥中に膜厚の面内偏差分布を計測できる計測手段を備えた膜乾燥装置。
【請求項１０】
膜乾燥中に膜厚の面内偏差分布を計測できる計測手段を備え、該計測結果に基づいて乾燥プロセスを制御することを特徴とする膜乾燥装置。
【請求項１１】
請求項５と６に記載の観察エリア及び請求項７から１０に記載の計測エリアが、φ０．５〜４ｍｍであることを特徴とする請求項５から１０記載の膜乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェット塗布膜を乾燥させる乾燥方法、及び乾燥装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や液晶表示装置等のデバイスの製造過程では、リソグラフィ工程をおこなうために、レジストの塗布、乾燥、露光、エッチングがおこなわれる。塗布し乾燥された塗布膜の膜厚や平坦度は、作成されるパターンの幅や位置、高さ等に大きく影響するパラメータであるため高い精度が求められる。
【０００３】
従来の乾燥プロセスを決定する方法は、ホットプレートやオーブン等の乾燥装置で温度や乾燥時間等を規定の条件に制御して焼成し、乾燥後の塗布膜を観察あるいは計測することで、設定した条件の良否を判断する。そして条件を変えた試行を繰り返すことで、乾燥プロセス条件を求めていた。
【０００４】
しかしこの方法では、乾燥プロセス条件を決定するのに無数の試行が必要で、開発に時間とコストを要する。またプロセス条件は同じでも、実験機と生産機で乾燥装置の種類・規格が異なれば、乾燥後の塗布膜品質は異なってしまう。また同一規格の乾燥装置を使用しても装置個々の特性差により、塗布膜品質にばらつきがでる。また同じ乾燥装置で同条件で運転しても、個々の乾燥させる膜の形状や性状に多少なりのばらつきがあるため、乾燥後に必ずしも同品質の膜ができるわけではない。
【０００５】
そこで特開平７−４０３５４号公報では、膜厚測定装置が付設されているオーブンを使用し、乾燥中に液膜厚の変化をモニタしてオーブンの加熱プロセスを制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
塗布液膜の乾燥過程では、塗布液中の対流によってベナールセルと呼ばれるセルが発生することがある。このセルは液面表面に凸凹を作るため、乾燥後の表面粗さも大きくなってしまう。そこでベナールセルが出来始めたら、セルの活動を押さえるようなプロセス制御をおこないたい。しかし、液膜厚をモニタするだけでは、ベナールセルの発生や活動状況はわからない。
【０００７】
また乾燥前、乾燥中の塗布液膜形状は、基板内で均一ではなく、また対称であるわけでもなく、ばらつきが存在する。その主な理由を以下に示す。
【０００８】
例えばスリットコートでテレビモニタ等の用途向けの大型基板にレジスト液を塗布する場合、基板に塗布を開始してから、終了するまでには一定の時間がかかるため、塗り初めの部分は塗り終わりの部分よりも乾燥が進展している。
【０００９】
乾燥は、蒸発面における揮発溶媒の蒸気圧に依存する。揮発溶媒の蒸気圧は、雰囲気温度と気流に左右される。そのため塗布装置内の温度むらや気流分布などの雰囲気環境の影響により、基板内で乾燥速度のばらつきが生じる可能性がある。また塗布装置から乾燥装置に至る搬送工程においては、基板を移動させることで液面上に気流が生じる。基板面上で気流状態が均一だとは考えられないため、発生する気流による乾燥の影響が液面の位置により異なり、基板内で乾燥速度のばらつきを生んでいると考えられる。
【００１０】
また液膜は搬送中加減速による慣性力を受けるが、加減速の方向と大きさにより基板位置によって液膜形状の変化も異なる。
【００１１】
また、乾燥装置内ではヒーターの配置位置と内部の気流分布により、液膜の乾燥速度が基板内でばらついている。
【００１２】
以上あげた例でも明らかなように、乾燥開始時、乾燥中において液膜形状は基板内の位置によりばらつきが存在する。よって、従来例のように単に膜厚だけモニタしても、モニタする位置によりそもそも膜厚が異なるのだから、乾燥プロセスの制御指標にするには十分とは言えない。
【００１３】
さらに、乾燥させた塗布膜の端部にはエッジビードといわれる盛り上がりが生じやすい。エッジビード部分は規定の膜品質に適合しないことが多いため、通常はカットされる。そこで、塗布液あるいは塗布基板の使用効率を向上させるには、乾燥条件や雰囲気を制御することで、エッジビードをなくす、あるいは極力小さくする必要がある。エッジビードの形状は、液膜の成分や乾燥方法等により異なる。エッジビードの高さが同じでも、面方向の広がり、つまりエッジビードの太さが異なる。またこの高さは、塗布面内側の平坦面に対する高さなので、平坦面のｚ位置自体が移動する乾燥工程では、エッジビード部の膜厚が測定できてもエッジビードがどれほど大きいかを厳密に判断することはできない。よって従来例のように単に膜厚だけモニタしても、乾燥プロセスの制御指標にするには十分とは言えない。
【００１４】
そこで本発明の目的は、これらの欠点を解消し、乾燥プロセス条件を容易に決定でき、また製造現場でも開発時と同様に均質な膜を安定して生成することができる、塗布膜乾燥方法及び乾燥装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、膜乾燥中に膜表面を観察できる観察手段を備えていること、及び膜乾燥工程において、膜表面を観察しその観察結果に基づいて、乾燥プロセスを制御することを特徴とする。膜表面を観察することで、ベナールセルの発生や活動状況を把握することができる。
【００１６】
また本発明では、膜乾燥中に膜表面形状あるいは膜厚の面内偏差分布計測できる計測手段を備えていること、及び膜乾燥工程において、膜表面形状あるいは膜厚の面内偏差分布を計測し、その計測結果に基づいて乾燥プロセスを制御することを特徴とする。膜表面形状あるいは膜厚の面内偏差分布を計測すれば、乾燥前、乾燥中の塗布液膜形状が基板内でばらついていても、そのばらつき状態を把握し、ばらつきを補正するように乾燥プロセスを制御することで、要求スペックの膜を得ることが従来よりも容易である。また本発明であれば、膜厚という２次元情報ではなく３次元形状が得られるので、エッジビードの形状が把握でき、乾燥プロセスのより良い制御指標が得られる。
【００１７】
また本発明では、前記記載の観察エリア及び計測エリアは、φ０．５〜４ｍｍであることを特徴とする。液膜厚さ、液膜の粘度の高低に関わらず、ベナールセルの大きさはおよそサブｍｍ単位であるので、観察及び計測エリアが上記範囲であれば、十分ベナールセルの動きを把握することが可能である。さらに観察結果をリアルタイムで判断し、ベナールセルの活動を押さえるように乾燥プロセス制御をおこなえば、乾燥後の表面粗さを小さくすることができる。
【００１８】
こうした乾燥プロセス把握と制御をおこなえば、いち早くプロセス条件を決定でき開発期間の短縮が可能である。また乾燥装置や塗布基板、塗布液や塗布の状態に少々のばらつきがあっても、乾燥中にばらつき状態を把握し、ばらつきを補正するように乾燥プロセスを制御するので、要求スペックの膜を得ることが従来よりも容易である。そのため、製造現場でも開発時と同様に均質な膜を安定して生成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態に基づいて本発明を具体的に説明する。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１に、本発明の第１実施形態である液膜の乾燥装置の概略構成図を示す。１は基板で、本実施形態では５インチのシリコンウェハである。２は塗布膜で、１の基板上にスリットコートにより塗布される。本実施形態では、塗布液はエポキシ樹脂溶液で、乾燥装置に設置する前の基板中央部での膜厚は１３０μｍ程である。塗布された基板はホットプレート３の上に設置される。
【００２１】
４は微分干渉観察計で、倍率０．７〜４．５倍、作動距離９０ｍｍのレンズを用いており、サブμｍレベルの凹凸が観察可能である。観察像は１／２インチＣＣＤ（不図示）で撮像され、５の制御機器に送られる。撮影周波数は３０Ｈｚである。なお本実施形態では、レンズ倍率は４倍で、基板１中央部分のエリアを対象に観察をおこなった。１／２インチＣＣＤの対角線は８ｍｍなので、この場合の観察エリアは対角２ｍｍに相当する。制御機器５では、モニタに観察した膜表面像が映し出される。また制御機器５により、ホットプレート３の温度制御がなされる。
【００２２】
ホットプレート３を１００℃に設定し、塗布基板を直置きする。設置直後から微分干渉観察計４で膜表面を観察する。図２に示すようなセル状の模様が観察される。これは、膜中の対流によるもので、ベナールセルと呼ばれている。ベナールセル発生後もホットプレートの温度をそのままにしておくと、セルは形状と位置を次々と変化させていく。観察エリアは対角２ｍｍで、セルの大きさはサブｍｍレベルなので、セルが動く様子が把握できる。セルの大きさは液膜の厚さ、粘度の高低に関わらずサブｍｍのオーダーである。観察エリアがφ０．５ｍｍより小さいと、あるタイミングで１つのセルを観察できても、そのセルが動いて画面から外れてしまう。またφ４ｍｍ以上に大きいと、観察されるセルの数が多すぎるため、逆にセル各々の動きが把握しにくい。また撮影画像における膜面方向の横分解能が落ちるため、セル１つ１つの観察像が不鮮明になる。よってベナールセルの観察エリアはφ０．５〜４ｍｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００２３】
ベナールセル発生後も温度を一定１００℃に保つと、セル状のまま乾燥が進展し、乾燥後の表面にも微細な凸凹が残ってしまう。そこで本実施形態では、ベナールセルが発生し始めたら、制御機器５からホットプレート３を制御し、ホットプレート３の温度を５０℃に下げる。温度が低下していくと、ベナールセルの動きは鈍くなりやがて消滅する。乾燥後の表面粗さは、ホットプレート温度を１００℃に保った場合よりも小さい。
【００２４】
〔第２実施形態〕
図３に、本発明の第２実施形態である液膜の乾燥装置の概略構成図を示す。基板１は、本実施形態では５インチサイズのガラス板で、非塗布面には反射防止膜が形成されている。塗布膜２は第１の実施形態同様にエポキシ樹脂溶液であり、スリットコートにより基板中央部で１３０μｍ程の厚さに塗布される。塗布された基板はホットプレート３の上に設置される。
【００２５】
６は格子パターン投影式形状計測器で、格子パターン投影方式により三次元形状を測定する機器である。４００万画素正方ＣＣＤを搭載し、測定エリアは８ｍｍ角、１５Ｈｚの周波数で格子模様画像を取り込む。取り込まれた画像データは、フーリエ変換方式により形状データに変換される。この方法により、変化する形状を３μｍ程度の分解能で、１０Ｈｚを超える速度で計測することができる。なおこの計測では、格子パターンを液面に投影し、液表面で反射した光を撮影するが、それ以外の外乱光は計測精度を落とす要因になる。本実施形態で注意すべき主な外乱光は、ガラスの両面で反射する反射光である。本実施形態では、塗布液の屈折率は１．４８、ガラスの屈折率は１．５０で、屈折率が同等であるため、塗布しているガラス面での反射は無視しうる量である。また非塗布ガラス面は反射防止膜を施すことで反射を防止している。そのため外乱の影響はほとんどなく、高い計測精度が期待できる。本実施形態では、計測エリアを塗布面端部に設定した。
【００２６】
格子パターン投影式形状計測器６で計測された形状データは、制御機器５に送られる。制御機器５により、ホットプレート３の温度と電磁弁７の開閉度を制御する。電磁弁７は塗布液溶媒容器８と噴霧ノズル９を結ぶ配管上に位置し、開閉することで噴霧溶媒量を可変できる。塗布液溶媒容器８には、本実施形態の塗布液の溶媒であるキシレンが入れられている。
【００２７】
ホットプレート３を１００℃に設定し、塗布基板を直置きする。設置直後から格子パターン投影式形状計測器６で、塗布面端部の形状を算出する。塗布面端部は乾燥を開始すると塗布面内側の面に対して相対的に盛り上がりエッジビードが形成されていく。エッジビードの生じる主因は、液膜中央部に比べて相対的に速く溶媒が蒸発することなので、エッジビードが大きくなったら、電磁弁７を開き溶媒をエッジビード部に噴霧する。なお噴霧ノズル９はＸＹステージ（不図示）に設置されており、基板端面部上を移動し、塗布面周囲に形成されるエッジビードに等しく溶媒が噴霧されるようにする。エッジビードの大きさは、塗布面端面と直交するエッジビード断面の断面積を指標とする。エッジビード断面積は、格子パターン投影式形状計測器６で計測された形状データから算出される。エッジビード断面積が増加しているときは、噴霧量が多くなるように電磁弁７と噴霧ノズル９の移動スピードが制御される。
【００２８】
こうして乾燥させた塗布膜は、形状計測と溶媒噴霧をおこなわずに乾燥させた場合よりもエッジビードを小さくでき、基板の使用効率を上げることができる。
【００２９】
〔第３実施形態〕
図４に、本発明の第３実施形態である液膜の乾燥装置の概略構成図を示す。基板１は、本実施形態では５インチサイズのシリコンウェハであり、塗布液２はエポキシ樹脂溶液で、乾燥装置に設置する前の基板中央部での膜厚は１３０μｍ程である。
【００３０】
１０は干渉計で、シリコン基板面と塗布液表面から反射する光が干渉することで生じる干渉縞をＣＣＤ（不図示）に取りこむ。この干渉縞画像から、液膜厚のばらつき、膜厚むらが把握できる。本実施形態での干渉計１０の測定エリアは、基板中央φ１３０ｍｍで、塗布面全域を網羅している。ＣＣＤで取りこまれた縞画像は制御機器５に送られ、制御機器５のモニタに映し出される。制御機器５は、ホットプレート３につながっており、ホットプレート３の制御機能を併せ持つ。本実施形態のホットプレート３は、縦横４列づつ計１６個のヒーターを持ち、それぞれ独立に制御可能である。
【００３１】
１６個すべてのヒーターに同じパワーを付加して温度を１００℃に保ったホットプレート３に、塗布基板を直置きする。設置直後から干渉計１０で塗布面の膜厚むら分布を可視化する。
【００３２】
エッジビード部分は、膜厚が大きく変化するので縞が密になり、黒く塗りつぶしたように観察される。エッジビード以外のエリアも必ずしも平坦ではなく、膜厚むらが存在する。本実施形態では、エッジビード以外の塗布面が乾燥後に平坦になるように１６個のヒーターのパワー制御をおこなう。シリコンウェハの切り欠き面の垂直２等分線に対して、膜厚分布が対称になるように、１６個のヒーターの出力をリアルタイムで変化させる。例えば図５において、Ａ地点近傍の膜厚がＢ地点近傍の膜厚より小さければ、Ａ地点側の方が乾燥が進んでいると考えられるので、Ａ地点近傍に位置するヒーターパワーを落とし、Ｂ地点側のヒーターパワーを上げる。
【００３３】
こうした操作をおこなうことで、より均一な乾燥膜を生成できる。
【００３４】
なお本実施形態では、面内の膜厚偏差をモニタしたが、もちろん膜厚自体を測定しても構わない。どちらにしても、乾燥中にインプロセスで面内分布を把握することが、より均一な乾燥膜を得るのに有効な方法である。
【００３５】
【発明の効果】
液膜乾燥中に、インプロセスにて液膜表面、液膜表面形状あるいは膜厚の面内偏差分布をモニタすることで、乾燥プロセス条件を容易に決定できる。そのため本発明の装置を使用すれば、開発期間を短縮することが可能である。
【００３６】
また乾燥装置や塗布基板、塗布液や塗布の状態に少々のばらつきがあっても、乾燥中にばらつき状態を把握し、ばらつきを補正するように乾燥プロセスを制御することで、要求スペックの膜を得ることが従来よりも容易である。そのため、製造現場でも開発時と同様に均質な膜を安定して生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための、液膜の乾燥装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態で観察されるベナールセル画像である。
【図３】本発明の第２実施形態を説明するための、液膜の乾燥装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態を説明するための、液膜の乾燥装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態で、ホットプレートのヒーターのパワー制御方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１  基板
２  塗布膜
３  ホットプレート
４  微分干渉観察計
５  制御機器
６  格子パターン投影式形状計測器
７  電磁弁
８  塗布液溶媒容器
９  噴霧ノズル
１０  干渉計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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