(57)【要約】【課題】反射防止膜のような低粘度の薬液を用いて形成する塗布膜の欠陥を低減できる薬液塗布装置を提供することを目的とする。【解決手段】薬液供給側から順にポンプ３と、フィルター４と、エアオペサックバック５と、吐出ノズル６とが配管７で接続されている薬液塗布装置において、ポンプ３と、エアオペサックバック５の間には駆動タイミング制御システム１８が接続されている。ポンプ３が薬液の送出動作を開始すると同時に、駆動タイミング制御システム１８を介してエアオペサックバック５に信号が送られ、信号を受信したエアオペサックバック５は、ポンプ３の送出動作より遅れて、開放動作を始める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液供給配管から薬液を吸引及び送出するためのポンプと、前記薬液を基板上に吐出するための吐出ノズルと、前記ポンプと前記吐出ノズルの間に前記吐出ノズルから規定量の前記薬液を吐出した直後の前記薬液の前記基板上への落下を防ぐためのエアオペサックバックとを備えた薬液塗布装置において、
前記ポンプの送出動作の信号を受信し、前記エアオペサックバックの開放動作開始の信号を送信する駆動タイミング制御システムを備えたことを特徴とする薬液塗布装置。
【請求項２】
前記薬液の粘度は、２〜５ｃＰの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の薬液塗布装置。
【請求項３】
薬液供給配管から薬液を吸引及び送出するためのポンプと、前記薬液を基板上に吐出するための吐出ノズルと、前記ポンプと前記吐出ノズルの間に前記吐出ノズルから規定量の前記薬液を吐出した直後の前記薬液の前記基板上への落下を防ぐためのエアオペサックバックとを備えた薬液塗布装置において、
前記ポンプが吸引動作を行っている間に前記吐出ノズル先端部の前記薬液面の高さがほぼ一定に保たれることを特徴とする薬液塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造工程において、微細化したパターンを露光するための薬液を基板上に均一に塗布するもので有り、特に反射防止膜等の低粘度の薬液を、基板上に低欠陥で塗布する薬液塗布装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化に伴い、微細な回路パターンを精度良く加工する技術が益々重要になってきている。特に、半導体基板に微細な回路パターンを加工するためのマスクとなるレジストパターンを形成するリソグラフィ工程では、レジストパターン寸法精度を向上するために、さまざまな対策が行われている。その一つとして、下地基板からの反射光がレジスト膜中で多重反射することにより生ずる低在波効果によるパターン寸法変動を抑制するために、半導体基板表面に塗布するレジスト膜上またはレジスト膜下に反射防止膜を塗布することが一般的に行われている。
【０００３】
レジストや反射防止膜を塗布するにあたっては、ウエハーを回転させながら薬液を滴下するスピンコーティング法や、ウエハー上に薬液を滴下した後回転コーティングする静止滴下コーティング法などが用いられている。ここで、一般に薬液は薬液瓶に入った状態で薬液塗布装置に供給されるが、薬液の製造及び搬送の過程で、薬液に含まれる溶存気体、及び気泡の含有量は大きく変わり、薬液塗布装置の配管内の圧力変動によっては溶存気体が配管内で発泡し、気泡を含んだ薬液がウエハー上に供給されることになる。気泡を含む薬液をウエハー上にスピンコートすると塗布膜に欠陥が生じ、これは、露光により形成されるレジストパターンに欠陥を生成することとなる。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、薬液中に含まれる気泡を取り除き、ウエハー上に薬液を塗布する薬液塗布装置が、例えば特許文献１において提案されている。
【０００５】
図４は、特許文献１に開示された従来の薬液塗布装置を示す概略図を示すものである。図４において、薬液８の供給源である薬液瓶１と、バッファータンク２と、ポンプ３と、フィルター４とエアオペサックバック５と、吐出ノズル６とが順に配管７でつながっている。また、図４中に示す矢印は、配管７内を流れる薬液の方向を示している。
【０００６】
さらに、薬液瓶１には、Ｎ２加圧配管９、バッファータンク２とフィルター４には、それぞれ廃液を捨てるための配管であるバッファータンクドレイン１０とフィルタードレイン１１が接続されている。それぞれのドレインには、途中に弁１０ａ、１０ｂがある。また、吐出ノズル６の直下には、ウエハー１２と、ウエハー１２を載置したウエハーチャック１４と、ウエハーチャック１４を回転させるモーターフランジ１３とがある。
【０００７】
薬液瓶１とバッファータンク２とは、薬液瓶１に配管７を介して接続されており、薬液瓶１とバッファータンク２の間の配管７上には、配管７中を流れる薬液に含まれる気泡や微細粒子の量を測定する測定器１５が設けられている。測定器１５の直後には三方弁１６がある。三方弁１６の一方はバッファータンク２、他方はドレイン配管１７に接続されている。
【０００８】
薬液８は薬液瓶１に入った状態で薬液塗布装置に供給される。供給された薬液８は、配管７で接続されたバッファータンク２、ポンプ３、フィルター４、エアオペサックバック５を経て吐出ノズル６からウエハー１２上へ吐出される。
【０００９】
薬液８は、ポンプ３を駆動させることにより薬液瓶１より吸引され、吐出ノズル６より吐出される。さらに、ポンプ３が駆動すると同時に、エアオペサックバック５が駆動し始め、薬液１吐出直後に吐出ノズル６内の薬液を一時的に供給側に引き戻すことで、規定量の薬液吐出後に続けて薬液がウエハー上へ滴下（ぼた落ち）することを防ぐ。この時、配管７中の薬液８は移動し、測定器１５の中を一定時間に一定量だけ通過する。薬液８中に気泡や微細粒子が含まれると、測定器１５から信号が出される。
【００１０】
測定器１５からの信号が設定値を超えると三方弁１６に異常検知の信号が送信され、三方弁１６が開放され、気泡や微粒子を含んだ薬液８がドレイン配管１７に排出される。信号が設定値以内に戻ると、三方弁１６は閉じて、従来通り、薬液８はバッファータンク２に供給される。以上の構成により、配管７内を流れる薬液８から気泡や微粒子は除去される。
【特許文献１】特開２００４−３２７７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、配管内で発生する薬液中の気泡を取り除いた場合においても、ウエハー上に形成される塗布膜に欠陥が形成される場合があった。特に反射防止膜のような低粘度の薬液を用いた場合において、欠陥の発生が顕著であった。
【００１２】
前記課題に鑑み、本発明は、低粘度の薬液を用いた場合にも塗布膜に発生する欠陥を低減できる薬液塗布装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本件発明者は、反射防止膜のような低粘度の薬液をスピンコートした時に欠陥が発生する原因について検討を行った。その結果、エアオペサックバック５を、ポンプの吸引動作と同じタイミングで開放動作させると、レジストなどの粘度の高い薬液と比較して、反射防止膜のような粘度の低い薬液の場合は、ポンプが吸引動作をすることに伴う配管内の圧力低下の影響を大きく受けて、薬液を吐出する直前に吐出ノズル内の薬液が一時的に供給側に大きく引き戻され、その結果、ウエハー上に薬液を吐出する際に吐出ノズル先端に存在する空気を薬液中に巻き込み、塗布膜に欠陥を生成することを見出した。
【００１４】
本件発明は、前記の知見に基づいてなされたものであって、具体的には、以下の構成により実現される。
【００１５】
薬液を供給配管から吸引及び送出するためのポンプと、薬液を基板上に吐出するための吐出ノズルと、ポンプと吐出ノズルの間に吐出ノズルから規定量の薬液を吐出した直後の薬液の基板上への落下を防ぐためのエアオペサックバックとを備えた薬液塗布装置において、ポンプの送出動作の信号を受信し、エアオペサックバックの開放動作開始の信号を送信する駆動タイミング制御部を備える。
【００１６】
これにより、ポンプの送出動作開始の信号を受信してから、エアオペサックバックを開放状態にするため、ポンプが吸引動作をすることに起因する、エアオペサックバックから吐出ノズルまでの配管内の薬液圧力が低下しない。そのため、吐出ノズルの先端の薬液が大きく引き戻される事が無くなる。よって、薬液吐出時に吐出ノズル先端部で薬液へ空気を巻き込むことも無くなり、塗布膜の欠陥を低減することができる。
【００１７】
尚、用いる薬液の粘度は、２〜５ｃＰの範囲であることが好ましい。
【００１８】
上記範囲の粘度の薬液は配管内の圧力変動が伝わりやすいため、エアオペサックバックの開放のタイミングを遅らせて、ポンプの吸引動作に伴う配管内の圧力低下を避けることは、塗布膜中の欠陥低減に特に効果的である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、配管内の圧力変動の影響を受けやすい低粘度の薬液を用いた場合においても、吐出ノズルの先端の薬液が大きく薬液供給側へ引き戻される事が無くなるため、薬液吐出時に吐出ノズル先端部で薬液へ空気を巻き込むこともない。その結果、塗布膜の欠陥を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について図面を参考にしながら説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態における駆動タイミング制御システムを備えた薬液塗布装置の概略図を示す。
【００２２】
図１において、薬液供給側から順にポンプ３と、フィルター４と、エアオペサックバック５と、吐出ノズル６とが配管７で接続されている。ポンプ３は、薬液供給配管から薬液を吸引し吐出ノズル６から押し出すためのものであり、フィルター４は、配管内７内を流れる薬液８から気体や微粒子を取り除くものであり、エアオペサックバック５は、規定量の薬液吐出後に薬液のウエハー上への薬液の滴下（ぼた落ち）を防ぐために吐出ノズル内の薬液を一時的に供給側に引き戻す動作を行うものである。また、図１中に示す矢印は配管７内を流れる薬液の方向を示している。
【００２３】
さらに、フィルター４には廃液を捨てるための配管であるフィルタードレイン１１がつながっている。フィルタードレイン１１には、途中に弁１０ｂがある。また、吐出ノズル６の直下には、ウエハー１２と、ウエハー１２を載置するウエハーチャック１４と、ウエハーチャック１４を回転させるモーターフランジ１３とがある。ポンプ３と、エアオペサックバック５の間には駆動タイミング制御システム１８が接続されている。
【００２４】
以上のように構成された本実施形態の駆動タイミング制御システムを備えた薬液塗布装置について、粘度の低い薬液、例えば、反射防止膜をウエハー上にスピンコートする場合の薬液塗布装置の動作と共に、駆動タイミング制御システムによって制御されたポンプとエアオペサックバックの動作について説明する。
【００２５】
まず、薬液塗布装置の薬液塗布工程をスタートさせるとウエハーの自動搬送系（図示せず）が始動し、ウエハー１２はウエハーチャック１４上に載置される。次にウエハーがウエハーチャック１４上に載置されたという信号を受信した後にポンプ３が吸引動作し、薬液供給側から所定量の薬液を吸引する。その後、ポンプ３が送出動作することにより、所定量の反射防止膜が吐出ノズル６からウエハー１２上に吐出される。ここで、ポンプ３が送出動作を開始すると同時に、駆動タイミング制御システム１８からエアオペサックバック５に信号が送られる。信号を受信したエアオペサックバック５は、ポンプ３の送出動作より遅れて、開放動作を始める。
【００２６】
本構成の薬液塗布装置によれば、ポンプ３の送出動作開始の信号を受信してから、エアオペサックバック５を開放状態にするため、ポンプ３が吸引動作をすることに起因する、エアオペサックバック５から吐出ノズル６までの配管７内の薬液圧力の低下が発生しない。そのため、吐出ノズル６の先端の薬液が大きく引き戻される事がない。
【００２７】
反射防止膜に含まれる気泡や微粒子はフィルター４で取り除かれており、さらにエアオペサックバック５の開放動作のタイミングを遅らせることで、反射防止膜吐出直前に吐出ノズル６先端部において反射防止膜の薬液供給側へ引き戻される量が低減できるため、反射防止膜を吐出する際に反射防止膜中に吐出ノズル先端部で空気を巻き込むことがなくなり、塗布膜の欠陥の発生を抑制することができる。
【００２８】
以下、ポンプ３とエアオペサックバック５の動作を図２及び図３を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図２は、ポンプ３とエアオペサックバック５の拡大図である。ポンプ３は、ウエハーがウエハーチャック１４に載置されたという信号を受信すると、駆動部３１は待機位置からＡ方向に移動し、薬液供給側から反射防止膜をポンプの液溜め部３２内に吸引する。その後、駆動部３１は、待機位置を超えてＢ方向に移動し、液溜め部３２内に保持された反射防止膜を吐出ノズル側の配管へ送出する。配管７で接続されたフィルター４、エアオペサックバック５内の反射防止膜は配管７を通過して吐出ノズル６から押し出されることになる。その後、駆動部３１はＡ方向に移動し待機位置に戻る。
【００３０】
エアオペサックバック５は、ポンプ３の駆動部３１の動作信号を、駆動タイミング制御システム１８を介して受け取っている。ポンプ３の駆動部３１がＡ方向(吸引動作)に移動している間は、エアオペサックバック５の駆動部５２は待機状態にあり、ポンプ３の駆動部３１がＢ方向（送出動作）に移動し始めた後にエアオペサックバック５の駆動部５２はＣ方向（開放動作）に移動し、反射防止膜を押し出す通路を開放する。ポンプ３の駆動部３１は、一旦待機位置を通過し、その後、再びＡ方向に移動し待機位置に戻る。エアオペサックバック５は、ポンプ３の駆動部３１が待機位置に戻ったという信号を駆動タイミング制御システムより受け取り、駆動部５２をＤ方向(閉鎖動作)に移動させて待機状態に戻ることとなる。
【００３１】
図３は、ポンプの駆動部とエアオペサックバックの駆動部の動作のタイミングを示すタイミングチャートと、それぞれの駆動部の位置と対応する吐出ノズル内の反射防止膜の液面の高さを模式的に示した模式図である。
【００３２】
図３（Ａ）は、従来の薬液塗布装置によるポンプの駆動部とエアオペサックバックの駆動部のタイミングチャート及び、吐出ノズル内の液面高さを示す模式図である。
【００３３】
図３（Ａ）において、ポンプの駆動部が吸引動作を開始すると同時に、エアオペサックバックの駆動部も開放動作を開始する。エアオペサックバックが開放されると、ポンプの吸引動作に合わせてポンプの吐出ノズル側の配管内の液体にかかる圧力も低下する。その結果、吐出ノズル側の配管内の薬液がポンプ側に引き戻され、吐出ノズル内の液面が上昇することになる。この後、ポンプが送出動作を始めると、薬液は吐出ノズル先端部にある空気を薬液中に巻き込んでウエハー上に吐出されることとなり、このような状態で形成された塗布膜は膜中に欠陥を含むこととなる。
【００３４】
尚、従来から行われているレジスト塗布では、レジストの粘度が２０〜４０ｃＰの範囲であり、反射防止膜の粘度２〜５ｃｐに比較して高いため、ポンプが吸引動作を行っている０．５秒程度の短い時間内において、吐出ノズル先端まで圧力変動が伝わりにくく、吐出ノズル内のレジストがポンプ側に大きく引き戻されることは無かった。
【００３５】
図３（Ｂ）は、本実施形態における薬液塗布装置によるポンプの駆動部とエアオペサックバックの駆動部のタイミングチャート及び、吐出ノズル内の液面高さを示す模式図である。
【００３６】
図３（Ｂ）において、ポンプの駆動部が送出動作を開始した後に、エアオペサックバックの駆動部は開放動作を開始する。ポンプの送出動作を開始した後に、エアオペサックバックが開放されるので、ポンプから吐出ノズルまでの配管内の薬液にかかる圧力が低下することは無い。従って、ポンプが送出動作を開始するまで、吐出ノズル内の薬液の液面高さは、ほぼ一定に保たれるため、薬液を吐出する時に空気を巻き込むこともなくなり、欠陥の無い塗布膜を形成することが可能となる。
【００３７】
尚、ポンプの吸引動作開始から、一定時間遅らせてエアオペサックバックの開放動作を開始する方法も考えられるが、薬液の種類、或いは装置メンテナンスの状態によって、ポンプ３の吸引動作、送出動作の駆動スピードは変動する。そのため、ポンプの駆動状態を常時受信し、送出動作のタイミングにあわせて、エアオペサックバックに開放動作の指示を送信する駆動タイミング制御システムを設けることが必要である。
【００３８】
尚、本実施形態において、エアオペサックバックの開放動作は、ポンプの送出動作から遅れるとしたが、用いる薬液の粘度、或いは、ポンプから吐出ノズルまでの配管の長さによっては、ポンプの送出動作と同時にエアオペサックバックの開放動作を行っても良い。
【００３９】
また、本実施形態において、塗布する薬液は反射防止膜としたが、低粘度のレジスト等の薬液にも適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上に説明したように、本発明は、半導体製造装置等で用いられる薬液塗布装置に関し、反射防止膜のような低粘度の薬液に適用した場合には、塗布膜中の欠陥を低減させることができ、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態における薬液塗布装置の概略図
【図２】ポンプとエアオペサックバックの概略図
【図３】ポンプとエアオペサックバックの駆動タイミングチャート及び吐出ノズル先端部での薬面高さを示す模式図
【図４】従来の薬液塗布装置の概略図
【符号の説明】
【００４２】
１  薬液瓶
２  バッファータンク
３  ポンプ
４  フィルター
５  エアオペサックバック
６  吐出ノズル
７  配管
１０ａ，１０ｂ  弁
１２  ウエハー
１３  モーターフランジ
１４  ウエハーチャック
１８  駆動タイミング制御システム
３１  ポンプの駆動部
３２  ポンプの液溜め部
５２  エアオペサックバックの駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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