(57)【要約】　　　（修正有）【課題】成膜材料の消費量を抑制しつつ、成膜材料の膜厚制御性を向上させる成膜装置および成膜方法を提供する。【解決手段】ウェハＷを保持するウェハ保持手段と、前記ウェハ保持手段を傾斜させる傾斜手段と、前記ウェハ保持手段の傾斜角を制御する傾斜角制御手段と、前記ウェハ保持手段を傾斜させたまま、前記ウェハ保持手段を回転させる回転手段と、前記ウェハ保持手段の回転数を制御する回転数制御手段とを備える。【選択図】　　　図２
2004008906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハを保持するウェハ保持手段と、
前記ウェハ保持手段を傾斜させる傾斜手段と、
前記ウェハ保持手段の傾斜角を制御する傾斜角制御手段と、
前記ウェハ保持手段を傾斜させたまま、前記ウェハ保持手段を回転させる回転手段と、
前記ウェハ保持手段の回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記回転数制御手段は、前記ウェハ上に滴下された成膜材料の粘性または揮発速度に基づいて、前記ウェハ保持手段の回転数を制御することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記傾斜角制御手段は、前記ウェハ上に滴下された成膜材料の膜厚分布または流動状態に基づいて、前記ウェハ保持手段の傾斜角を制御することを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
ウェハ上に成膜材料を滴下するステップと、
前記ウェハを傾けることにより、前記成膜材料を流動させるステップと、
前記ウェハを傾けたまま、前記ウェハを回転させることにより、前記成膜材料の流動方向を変化させるステップとを備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
ウェハ上に成膜材料を滴下するステップと、
前記ウェハを傾けたまま、前記ウェハを低速回転させることにより、前記ウェハ上に滴下された成膜材料を広げるステップと、
前記ウェハを水平状態に移行させるステップと、
前記ウェハを水平に保ったまま、前記ウェハを高速回転させることにより、前記ウェハ上に滴下された成膜材料を外周部まで広げるステップとを備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
ウェハ上に成膜材料を滴下するステップと、
前記ウェハを所定の傾斜角だけ傾けたまま、前記ウェハを回転させることにより、前記ウェハ上に滴下された成膜材料を広げるステップと、
前記成膜材料の広がり量に基づいて、前記ウェハの傾斜角を変化させるステップと、
前記傾斜角を変化させたまま、前記ウェハを回転させることにより、前記ウェハ上に滴下された成膜材料をさらに広げるステップとを備えることを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成膜装置および成膜方法に関し、特に、成膜材料をウェハ上にコーティングする場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の成膜装置では、成膜材料が滴下されたウェハを高速回転させて、成膜材料をウェハ上にスピンコートする方法がある。
図６は、従来の成膜方法を示す側面図である。
図６（ａ）において、成膜装置には、ウェハＷを保持するウェハチャック１１が設けられ、ウェハチャック１１は、回転軸１２を介して水平に保持される。
【０００３】
そして、ウェハチャック１１上にウェハＷが載せられると、ウェハＷをウェハチャック１１に吸着することにより、ウェハＷをウェハチャック１１に固定する。
そして、ウェハＷがウェハチャック１上に固定されると、ウェハチャック１１を回転させることにより、ウェハＷを回転させ、このウェハＷ上にノズル１３を介して液状の成膜材料Ｒを滴下する。
【０００４】
そして、回転しているウェハＷ上に成膜材料Ｒが滴下されると、図６（ｂ）に示すように、成膜材料Ｒが遠心力によりウェハＷ上で広がり、ウェハＷ上に成膜材料Ｒがコーティングされる。
そして、図６（ｃ）に示すように、ウェハＷ上に成膜材料Ｒが行き渡ると、余分な成膜材料Ｒ´が遠心力によりウェハＷ端から外部に飛び散り、ウェハＷ上にコーティングされた成膜材料Ｒの厚みが均一化される。
【０００５】
図７は、従来の成膜方法を示すフローチャートである。
図７において、液状の成膜材料ＲがウェハＷ上に滴下されると（ステップＳ３１）、ウェハＷが低速回転させられることにより、成膜材料Ｒの伸張が行われる（ステップＳ３２）。
次に、成膜材料Ｒの伸張がある程度進むと、ウェハＷを高速回転させ（ステップＳ３３）、ウェハＷの外周部に成膜材料Ｒを十分に行き渡らせることにより、ウェハＷ上全面で成膜材料Ｒの厚みの均一化を図り、成膜を完了させる（ステップＳ３４）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の成膜方法では、成膜材料Ｒの伸張は、ウェハＷを回転させた際に発生する遠心力により行われる。
このため、ウェハＷ上全面で成膜材料Ｒの厚みの均一化を図るためには、成膜材料ＲがウェハＷの外周まで十分に行き渡るように、成膜材料Ｒの滴下量を制御しつつ、ウェハＷの回転数を上げる必要がある。
【０００７】
このため、成膜材料ＲをウェハＷ上にコーティングした時の成膜材料Ｒ´の飛び散り量が多くなり、成膜材料Ｒの消費量が増加するという問題があった。
特に、ウェハＷの径が大きくなるに従って、成膜材料Ｒ´の飛び散り量も増大し、ウェハの大口径化による成膜材料Ｒのコストの上昇が大きかった。
そこで、本発明の目的は、成膜材料の消費量を抑制しつつ、成膜材料の膜厚制御性を向上させることが可能な成膜装置および成膜方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の成膜装置によれば、ウェハを保持するウェハ保持手段と、前記ウェハ保持手段を傾斜させる傾斜手段と、前記ウェハ保持手段の傾斜角を制御する傾斜角制御手段と、前記ウェハ保持手段を傾斜させたまま、前記ウェハ保持手段を回転させる回転手段と、前記ウェハ保持手段の回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、ウェハを傾斜させたまま、ウェハを回転させることが可能となり、成膜材料の流動方向を変えつつ、成膜材料を重力によって広げることが可能となる。
このため、遠心力を利用することなく、成膜材料をウェハ全面に行き渡らせることが可能となり、成膜材料の飛び散りを防止して、成膜材料の消費量を抑制することが可能となるとともに、成膜材料の流動状態を制御して、成膜材料の膜厚制御性を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、請求項２記載の成膜装置によれば、前記回転数制御手段は、前記ウェハ上に滴下された成膜材料の粘性または揮発速度に基づいて、前記ウェハ保持手段の回転数を制御することを特徴とする。
これにより、成膜材料の流動性に基づいて、流動方向を変化させることが可能となるとともに、成膜材料の伸張速度を制御することが可能となり、ウェハ上での成膜材料の厚みの均一性を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、請求項３記載の成膜装置によれば、前記傾斜角制御手段は、前記ウェハ上に滴下された成膜材料の膜厚分布または流動状態に基づいて、前記ウェハ保持手段の傾斜角を制御することを特徴とする。
これにより、成膜材料の伸張速度を制御して、成膜材料の反応速度を制御することが可能となり、ウェハ上での成膜材料の厚みの面内分布を容易に付与することが可能となる。
【００１２】
また、請求項４記載の成膜方法によれば、ウェハ上に成膜材料を滴下するステップと、前記ウェハを傾けることにより、前記成膜材料を流動させるステップと、前記ウェハを傾けたまま、前記ウェハを回転させることにより、前記成膜材料の流動方向を変化させるステップとを備えることを特徴とする。
これにより、成膜材料の流動方向を変化させつつ、成膜材料を重力によって広げることが可能となり、遠心力を利用することなく、成膜材料をウェハ全面に均一に行き渡らせることが可能となる。
【００１３】
このため、成膜材料の飛び散りを防止して、成膜材料の流動状態を制御することが可能となり、成膜材料の消費量を抑制しつつ、成膜材料の膜厚制御性を向上させることが可能となる。
また、請求項５記載の成膜方法によれば、ウェハ上に成膜材料を滴下するステップと、前記ウェハを傾けたまま、前記ウェハを低速回転させることにより、前記ウェハ上に滴下された成膜材料を広げるステップと、前記ウェハを水平状態に移行させるステップと、前記ウェハを水平に保ったまま、前記ウェハを高速回転させることにより、前記ウェハ上に滴下された成膜材料を外周部まで広げるステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、内周部での成膜を重力によって行った後、面積の大きな外周部での成膜を遠心力によって行うことが可能となり、成膜時間を短縮することが可能となる。
このため、揮発性の高い成膜材料を大口径ウェハ上にコーティングする場合においても、成膜材料の粘性変化を抑制して、成膜材料の膜厚の均一化を図ることが可能となる。
【００１５】
また、請求項６記載の成膜方法によれば、ウェハ上に成膜材料を滴下するステップと、前記ウェハを所定の傾斜角だけ傾けたまま、前記ウェハを回転させることにより、前記ウェハ上に滴下された成膜材料を広げるステップと、前記成膜材料の広がり量に基づいて、前記ウェハの傾斜角を変化させるステップと、前記傾斜角を変化させたまま、前記ウェハを回転させることにより、前記ウェハ上に滴下された成膜材料をさらに広げるステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、ウェハ上における成膜材料の滞留時間を制御して、成膜材料の厚みを変化させることが可能となり、ウェハ上での成膜材料の厚みの面内分布を容易に付与することが可能となる。
このため、ウェハ上における成膜材料のエッチングレートにばらつきがある場合においても、エッチング後の成膜材料の膜厚分布を均一化することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る成膜装置および成膜方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、成膜装置には、ウェハＷを保持するウェハチャック１が設けられ、ウェハチャック１は回転軸２に結合されている。そして、回転機構４は、回転軸２を介してウェハチャック１を回転させる。
なお、回転機構４がウェハＷを回転させる場合、ウェハＷを連続的に回転させてもよいし、ウェハＷをステップ状に回転させてもよい。
【００１９】
また、成膜装置には傾斜機構５が設けられ、傾斜機構５は、ウェハチャック１を回転機構４とともに傾斜させる。これにより、ウェハチャック１を回転させながら、ウェハチャック１を傾斜させることが可能となる。
また、ウェハチャック１の上方には、成膜材料Ｒを吐出するノズル３が設けられ、ノズル３は、成膜材料Ｒを吐出させる吐出機構６に結合されている。
【００２０】
そして、回転機構４、傾斜機構５および吐出機構６は成膜制御部７に接続され、成膜制御部７は、回転機構４の回転数を制御するとともに、傾斜機構５の傾斜角を制御し、さらに、ノズル３から吐出される成膜材料Ｒの吐出量や吐出タイミングを制御する。
なお、成膜材料Ｒとしては、例えば、フォトレジスト、ＳＯＧ材料、Ｌｏｗ−ｋ材料などを用いることができ、Ｌｏｗ−ｋ材料としては、例えば、ＰＡＥ（ｐｏｌｙ　ａｒｙｌｅｎｅｅｔｈｅｒ）系材料、ＨＳＱ（ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）系材料、ＭＳＱ（ｍｅｔｈｙｌ　ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）系材料、ＰＣＢ系材料、ＣＦ系材料、ＳｉＯＣ系材料、ＳｉＯＦ系材料などを用いることができる。
【００２１】
図２は、本発明の第１実施形態に係る成膜方法を示す斜視図である。
図２（ａ）において、ウェハチャック１上にウェハＷが載せられると、ウェハチャック１はウェハＷを吸着することにより、ウェハＷをウェハチャック１上に固定する。
そして、ウェハＷがウェハチャック１上に固定されると、傾斜機構５がウェハチャック１を傾斜させるとともに、回転機構４がウェハチャック１を回転させることにより、ウェハＷを傾けたまま、ウェハＷを回転させる。
【００２２】
そして、吐出機構６は、ノズル３を介して液状の成膜材料ＲをウェハＷ上に滴下する。ここで、成膜材料Ｒの滴下位置は、ウェハＷ上に成膜材料Ｒを均一に塗布する場合、ウェハＷの中心が好ましい。
また、成膜材料Ｒに膜厚分布を持たせる場合、膜厚を厚くする領域の中心に成膜材料Ｒを滴下することが好ましい。
【００２３】
そして、ウェハＷ上に成膜材料Ｒが滴下されると、図２（ｂ）に示すように、成膜材料Ｒが重力によりウェハＷ上を流れ落ち、ウェハＷ上に成膜材料Ｒがコーティングされる。
ここで、成膜材料ＲがウェハＷ上を流れ落ちる際に、ウェハＷを回転させることにより、遠心力を用いることなく、成膜材料ＲをウェハＷ上で渦巻き状に広げることが可能となる。
【００２４】
そして、図２（ｃ）に示すように、ウェハＷ全面に成膜材料Ｒが行き渡ると、ウェハＷの回転を停止させるとともに、ウェハＷの傾きを水平に戻し、成膜を完了させる。
ここで、ウェハＷの回転は、成膜材料Ｒに遠心力を作用させるためではなく、ウェハＷ上における成膜材料Ｒの流動方向を制御するために行われるので、ウェハＷを高速回転させる必要がなくなる。
【００２５】
このため、成膜材料ＲをウェハＷにコーティングする際に、成膜材料ＲがウェハＷ端から飛び散ることを防止することが可能となり、成膜材料Ｒの消費量を抑制することができる。
なお、ウェハＷの回転数および傾斜角は、成膜材料Ｒの粘性や揮発速度などに基づいて設定することができ、成膜材料Ｒの厚みがウェハＷ上で均一化されるように設定することが好ましい。
【００２６】
また、成膜材料ＲをウェハＷにコーティングしている最中に、ウェハＷの回転数や傾斜角を制御することにより、成膜材料Ｒの流動方向や滞留時間を変化させることが可能となり、ウェハＷ上での成膜材料Ｒの膜厚分布を容易に制御することが可能となる。
図３は、本発明の第１実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
【００２７】
図３において、ウェハチャック１上にウェハＷを載せ、ウェハチャック１の回転軸２を傾斜させることにより、ウェハチャック１を傾斜させる（ステップＳ１）。そして、ウェハチャック１を傾斜させた状態で、ウェハチャック１を低速回転させる（ステップＳ２）。なお、ウェハチャック１の回転数は、例えば、数ｒｐｍに設定することができる。
【００２８】
次に、液状の成膜材料ＲをウェハＷ上に滴下して、成膜材料Ｒの伸張をウェハＷで行わせ（ステップＳ３）、ウェハＷの外周部に成膜材料Ｒが行き渡ると、ウェハチャック１の回転を停止させるとともに、ウェハＷの傾きを水平に戻して、成膜材料Ｒの成膜を完了させる（ステップＳ４）。
これにより、成膜材料Ｒの流動方向を変化させつつ、成膜材料Ｒを重力によって広げることが可能となり、成膜材料Ｒの飛び散りを防止しつつ、成膜材料をウェハＷ上にコーティングすることが可能となる。
【００２９】
図４は、本発明の第２実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
図４において、ウェハチャック１上にウェハＷを載せ、ウェハチャック１の回転軸２を傾斜させることにより、ウェハチャック１を傾斜させる（ステップＳ１）。そして、ウェハチャック１を傾斜させた状態で、ウェハチャック１を低速回転させる（ステップＳ１２）。なお、この時のウェハチャック１の回転数は、例えば、数ｒｐｍに設定することができる。
【００３０】
次に、液状の成膜材料ＲをウェハＷ上に滴下して、成膜材料Ｒの伸張をウェハＷで行わせ（ステップＳ１３）、ウェハＷの内周部に成膜材料Ｒが塗布されると、ウェハＷの傾きを水平に戻して（ステップＳ１４）、ウェハチャック１を高速回転させる（ステップＳ１５）。なお、この時のウェハチャック１の回転数は、例えば、６０００ｒｐｍに設定することができる。
【００３１】
そして、ウェハＷの外周部に成膜材料Ｒが塗布されると、ウェハチャック１の回転を停止させて、成膜材料Ｒの成膜を完了させる（ステップＳ１６）。
これにより、ウェハＷの内周部での成膜材料Ｒの成膜を重力によって行った後、面積の大きな外周部での成膜材料Ｒの成膜を遠心力によって行うことが可能となり、成膜時間を短縮することが可能となる。
【００３２】
このため、揮発性の高い成膜材料Ｒを大口径ウェハＷ上にコーティングする場合においても、成膜材料Ｒの粘性変化を抑制して、成膜材料Ｒの膜厚の均一化を図ることが可能となる。
図５は、本発明の第３実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
図５において、ウェハチャック１上にウェハＷを載せ、ウェハチャック１の回転軸２を傾斜させることにより、ウェハチャック１を傾斜させる（ステップＳ２１）。そして、ウェハチャック１を傾斜させた状態で、ウェハチャック１を低速回転させる（ステップＳ２２）。
【００３３】
次に、液状の成膜材料ＲをウェハＷ上に滴下して、成膜材料Ｒの伸張をウェハＷで行わせ（ステップＳ２３）、ウェハＷの内周部に成膜材料Ｒが塗布されると、ウェハＷの傾斜角を制御して、成膜材料Ｒの伸張を続行する（ステップＳ２４）。
そして、ウェハＷの外周部に成膜材料Ｒが塗布されると、ウェハチャック１の回転を停止させるとともに、ウェハチャック１を水平に戻して、成膜材料Ｒの成膜を完了させる（ステップＳ２５）。
【００３４】
これにより、成膜材料Ｒの成膜中に、ウェハＷ上における成膜材料Ｒの滞留時間を制御して、成膜材料Ｒの厚みを変化させることが可能となり、ウェハＷ上での成膜材料Ｒの厚みの面内分布を容易に付与することが可能となる。
このため、成膜材料Ｒのエッチングを成膜後に行う際に、成膜材料Ｒのエッチングレートにばらつきがある場合においても、エッチング後の成膜材料Ｒの膜厚分布を均一化することが可能となる。
【００３５】
例えば、成膜材料Ｒをエッチバックする際に、ウェハＷの外周部の方が、ウェハＷの内周部に比べてエッチングレートが大きい場合、成膜材料ＲをウェハＷ上に塗布するときに時に、ウェハＷの傾きを途中で緩くすることができる。
これにより、ウェハＷの外周部における成膜材料Ｒの厚みを、ウェハＷの内周部に比べて厚くすることが可能となり、成膜材料Ｒのエッチバック時におけるエッチングレートの膜厚分布と相殺することができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、ウェハＷの傾斜角や回転数を制御することにより、ウェハＷでの成膜材料Ｒの膜厚分布を制御する方法について説明したが、ウェハＷ上に滴下された成膜材料Ｒの流れは、ウェハＷの傾斜角や回転数だけでなく、成膜材料Ｒの粘性や溶媒の揮発速度などによっても変化させることができる。
このため、ウェハＷの温度制御を行うことにより、成膜材料Ｒの粘性や溶媒の揮発速度などを変化させて、成膜材料Ｒの膜厚分布を制御するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウェハを傾斜させたまま、ウェハを回転させることにより、成膜材料の流動状態を制御しつつ、成膜材料を広げることが可能となり、成膜材料の消費量を抑制しつつ、成膜材料の膜厚制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る成膜方法を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
【図６】従来の成膜方法を示す側面図である。
【図７】従来の成膜方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　ウェハチャック
２　回転軸
３　ノズル
４　回転機構
５　傾斜機構
６　吐出機構
７　成膜制御部
Ｗ　ウェハ
Ｒ　成膜材料
【図１】
2004008906.tif 000003
【図２】
2004008906.tif 000004
【図３】
2004008906.tif 000005
【図４】
2004008906.tif 000006
【図５】
2004008906.tif 000007
【図６】
2004008906.tif 000008
【図７】
2004008906.tif 000009