JP4496833B2 - レジスト吐出装置及びそれを用いたレジスト塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、レジスト塗布装置に関するもので、特にレジスト吐出装置及びそれを用いたレジスト塗布装置及びレジスト塗布方法に関する。

半導体装置の関連で、半導体装置の被転写基板であるウエハ、半導体装置のパターンを形成するフォトマスク、又はマスクブランク等の製造工程に代表されるようなフォトリソグラフィ技術によりパターンを区画形成することが一般に用いられている。被転写用の基板、例えばフォトマスクでは、透明基板の片面上に金属製薄膜を形成後、該金属製薄膜上に感光性樹脂の薄膜（以下レジストと記す）を形成し、該感光性樹脂の薄膜に照射露光処理及び現像処理により感光性樹脂の薄膜パターンを形成後、該薄膜パターンをマスクにして、金属製薄膜にエッチング処理を行い、不要部分を除去することにより金属製薄膜からなるパターンを形成する。すなわち、フォトリソグラフィ技術では、レジスト塗布処理から、照射露光処理、現像処理、エッチング処理、剥膜処理までの５工程により所定のパターンを形成する。前記レジスト塗布処理では、レジスト溶液をポンプ、又は加圧圧送等により一定量を吐出するレジスト吐出装置が使用されている。レジスト塗布装置では、前記レジスト吐出装置と、基板を載置及び塗布する装置より構成された装置である。レジスト塗布装置の工程では、基板がステージ上に載置された後、基板上にレジスト吐出装置より一定量のレジストが滴下され、同時にレジストを均一な厚さに拡散させるレジスト塗布装置により均一厚のレジストを形成する。

前記感光性樹脂は、光を照射すると様々な物性の変化を示す高分子材料であり、パターン形成のための感光材料として用いられている。近年、感光材料としてだけでなく光機能性材料として、半導体装置関連のエレクトロニクス以外、情報記録、塗料、インキなど広範囲の分野で利用されるようになり、応用分野の拡大により感光性樹脂に対する要求性能も高度になり、その要求に応えるために極めて多種の感光性樹脂が開発されている。将来、感光性樹脂が、多品種化される方向にある。

半導体装置関連のエレクトロニクスにおいて、半導体装置が、短小軽薄化され、その配線回路等のパターンの形状が微細化の方向にある。そのために、生産量が減少傾向となり、感光性樹脂の使用量も減少傾向となる。

一般に、レジスト塗布処理において、レジストは、一度レジスト吐出装置に投入されると、レジストの使用期限までか、又はレジストを使い切るまで使用されるのが通常である。レジスト吐出装置では、レジストは購入されたボトル（ビン）のまま装填される。通常、初回の生産ロットが塗布処理を終了した後、ボトル内のレジストは大気中の保管環境のままであり、レジスト吐出装置の内部の吐出配管の一部分及びボトル内に密封した状態で一時保管する。そのため次回の生産時では、吐出配管及びフィルタの洗浄及びレジストへの置換のためレジストを空出しする準備作業が必要となる。該レジストの空出しでは、レジストを廃棄・消耗する。

レジストの特性が安定している場合やレジストの特性が変化する前に使い切る様な生産状況の場合では、従来のレジスト吐出装置でも生産面の問題はない。しかし、近年の少量多品種の生産形態では、レジストの使用頻度が低く、そのレジストが次回使用されるまでの待ち時間が長くなる場合がある。または、化学増幅型レジストにおいては、大気中の水分や汚染物質と反応して感度変化を起こしやすい傾向にある。このため、製造ロット毎に
レジストの感度が変化し異なってしまうという問題点がある。

この問題点に対する改善策として、レジスト塗布処理の直前までボトルを未開封で保管し、生産の都度、レジスト吐出装置に装填するなどの運用が行われている。しかし、製造ロット毎のレジスト感度の変化は押さえられるが、レジストの装填に際しての段取り作業が増えることによりレジスト塗布処理の生産性が低下する。また、レジストを空出しする準備作業の回数が増加するため、レジストの廃棄・消耗によるレジストの消費量が増加し、レジスト価格の高騰等も含めてコスト上昇の問題もある（特許文献１参照）。

以下に公知文献を記す。
特開平１−２７８７２７号公報

本発明の課題は、レジスト吐出装置に装填されたレジストの感度変化を押さえるとともに、レジストを消耗せずに、装置の生産性が向上するレジスト吐出装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、レジスト保管容器と経路切替部とを連通して設けられた本管と、一端に該本管が連通された経路切替部に接続され、他端がレジスト保管容器に連通して設けられたバイバス管と、一端に前記本管及び前記バイバス管が連通された経路切替部が接続され、他端がレジスト吐出ノズルに連通して設けられた副管と、からなるレジスト吐出装置において、前記副管の途中に溶剤ストップバルブが介装され、前記本管及び前記副管を経由して前記レジスト吐出ノズルよりレジストを吐出するレジスト吐出装置であって、前記経路切替部をバイパス管側に切り替えることにより、本管及びバイバス管を経由しレジスト保管容器へ循環するレジスト循環経路と、前記経路切替部をバイパス管側に切り替えると共に、溶剤ストップバルブを開放することにより、副管を経由しレジスト吐出ノズルへ溶剤を放流する溶剤放流経路に分離することができることを特徴とするレジスト吐出装置である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記レジスト保管容器は、内容積を任意に縮小することができる機能を備えたことを特徴とする請求項１記載のレジスト吐出装置である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記内容積を任意に縮小することができる機能は、ピストン方式であって、レジスト保管容器内のレジストの残量に従って内容積を縮小する方向へピストンが移動し、レジスト保管容器内の内容積を拡大、又は縮小することができることを特徴とする請求項２記載のレジスト吐出装置である。

本発明の請求項４に係る発明は、前記内容積を任意に縮小することができる機能は、蛇腹方式であって、レジスト保管容器内のレジストの残量に従って内容積を縮小する方向へ蛇腹が縮み、レジスト保管容器内の内容積を拡大、又は縮小することができることを特徴とする請求項２記載のレジスト吐出装置である。

本発明の請求項５に係る発明は、基板上にレジスト吐出する手段と、レジスト塗布する手段とを連用してレジストを塗布するレジスト塗布方法において、レジスト吐出する手段は、請求項１乃至４のいずれか１項記載のレジスト吐出装置を用いたレジストを吐出する方法であって、該装置のレジスト吐出ノズルより基板上にレジストを滴下し、レジストを塗布する手段は、基板中央を軸にして高速回転によりレジストを均一な厚さに塗布するスピンナーを用いてレジストを塗布することを特徴とするレジスト塗布方法である。

本発明の請求項１に係る発明では、
経路切替部をバイパス管側に切り替えることにより、本管及びバイバス管を経由しレジスト保管容器へ循環するレジスト循環経路と、前記経路切替部をバイパス管側に切り替えると共に、溶剤ストップバルブを開放することにより、副管を経由しレジスト吐出ノズルへ溶剤を放流する溶剤放流経路に分離することができ、レジストはレジスト循環経路内を循環することにより異物が混入せずクリーン度を確保することができ、さらに、レジストと大気との接触を最小限に抑えることにより、水分や、汚染物質の浸入を防止し、レジストの感度変化を防ぐことができる。また、レジストを溶解する溶剤を溶剤放流経路内に置換又は放流することにより、感度の変化したレジストの残留を最小限に抑えるとともに、レジスト吐出ノズルでのレジストの乾燥等による発塵を抑えることができる。

本発明の請求項２〜請求項４に係る発明では、レジスト保管容器が内容積を任意に縮小することができる機能を備えたことにより、少量多品種の製造においても、レジストを塗布処理の直前まで未開封で保管し、その都度レジスト吐出装置に装填することにより、準備時間等が不要となり、レジストを空出しする量やレジストの残量を最小にすることができ、装置の生産性が向上するとともにコスト低減にも貢献することができる。

本発明の請求項５に係る発明では、レジストを吐出する手段が請求項１乃至４のいずれか１項記載のレジスト吐出装置を用いたレジスト塗布装置によりレジストを滴下し、レジストを塗布する手段は、基板中央を軸にして高速回転によりレジストを均一な厚さに塗布するスピンナーを用いてレジストを塗布することにより、塗布ロット毎にレジスト感度が変化せず安定した感度で、且つクリーン度の高いレジスト層を形成できる。

本発明のレジスト吐出装置の一実施形態を以下説明する。図１は、レジスト吐出装置の一実施例を説明する概要図である。レジスト吐出装置（１）は、レジスト保管容器（１１）よりレジストを本管（１０）へ配送する。次に、経路切替部（２１）を経由し、副管（３０）へ配送され、レジスト吐出ノズル（３８）よりレジストを吐出する。同時に、経路切替部（２１）を通過し、バイバス管（２０）へ配送され、出発点のレジスト保管容器（１１）に戻すレジストの循環経路も併用される。次に、経路切替部（２１）により、前記本管（１０）及びバイバス管（２０）と副管（３０）とが経路分断され、前記本管（１０）及びバイバス管（２０）の経路ではレジストを循環させ、前記副管（３０）では装置外部より供給された溶剤を充填することもできる。

前記本管（１０）について説明する。本管（１０）には、一方側にレジスト保管容器（１１）が、他方には経路切替部（２１）が配置され、連通して設けられている。本管（１０）の途中には、フィルタ（１２）と、べローズポンプ（１３）とを備えている。前記フィルタ（１２）は、通過するレジストを常時除塵する役目がありレジストの清浄化に寄与している。また、べローズポンプ（１３）は、レジスト保管容器（１１）から経路切替部（２１）の方向へ加圧し配送する役割を有する。

前記経路切替部（２１）について説明する。この経路切替部（２１）には、本管（１０）の一端が接続され、レジストが配送される。他方がバイバス管（２０）と副管（３０）とに分岐され、配送されたレジストをバイバス管（２０）へ、又は副管（３０）に配送す
る役割があり、配送先を設定する切替弁の開閉によりその役割を実行することができる。

前記副管（３０）について説明する。副管（３０）では、経路切替部（２１）に一端が接続され、レジストが配送される。他方がレジスト吐出ノズル（３８）に連通して設けられ、レジストを吐出する。また、この副管（３０）の途中にサックバック機構（３３）が連通して設けられ、サックバック機構（３３）の機能を介してレジストを吐出する。この副管（３０）の途中に、溶剤ストップバルブが介装され、装置外部より溶剤を供給する溶剤保管容器（３４）を備え、溶剤ストップバルブ（３５）を経由して、溶剤を充填することができる。

レジスト吐出装置（１）のレジスト吐出時では、レジスト保管容器（１１）とレジスト吐出ノズル（３８）とを連通して設けられた本管（１０）及び副管（３０）を経由してレジスト吐出ノズル（３８）よりレジストを吐出する。

レジスト吐出装置（１）の準備時では、経路切替部（２１）の開閉により本管（１０）及びバイバス管（２０）を経由しレジスト保管容器（１１）へ循環するレジスト循環経路を活かし、同時に、経路切替部（２１）の開閉により副管（３０）への弁を閉じ副管（３０）を単独として、溶剤ストップバルブ（３５）の開閉により副管（３０）を経由しレジスト吐出ノズル（３８）へ溶剤を放流し、副管内のレジストをレジスト吐出ノズル（３８）より排出し、同時に溶剤により置換されることにより管内の清掃をする。すなわち、本管（１０）及びバイバス管（２０）と、副管（３０）とを経路切替部（２１）により配管経路を分離することができる。

前記レジスト吐出装置（１）の動作について以下に詳細に説明する。

第１のレジスト吐出装置（１）の動作はレジスト装填である。レジスト装填は、未開封のレジストのビン（レジストを購入した容器）を開封する。次にレジスト保管容器（１１）にレジスト（２）を移し替える。通常、レジストの予定使用量は変動があり、極少量から中量と変化するため、準備するレジストを収容するレジスト保管容器（１１）の容積が可変となる構造が好ましい。これにより塗布作業の終了時、レジスト残量は、最小限にすることができ、準備時間及び手順が減少し、異物混入が大幅に改善できる。レジスト保管容器（１１）の材料は、フッ素系樹脂、又はガラス等レジストに対して不純物の溶出がないものが好ましい。

第２のレジスト吐出装置（１）の動作は待機中である。レジスト吐出装置（１）の待機中には、予め、レジスト保管容器（１１）に所定のレジスト（２）を充填し、待機中はレジストの循環濾過を行うため、本管（１０）に連通して設けられたべローズポンプ（１３）によりレジスト保管容器（１１）から吸い出されたレジスト（１）はフィルタ（１２）で濾過され、経路切替部（２１）を経由しバイバス管（２０）を経由しレジスト保管容器（１１）へ戻る。なお、待機中では、副管（３０）は経路切替部（２１）により配管経路が分離され、副管（３０）内は溶剤に置換されており、レジスト吐出ノズル（３８）の先端での配管内の乾燥等による発塵を防止する。

第３のレジスト吐出装置（１）の動作はレジスト吐出中である。レジスト吐出中では、まず、レジスト吐出前に、副管（３０）内及びレジスト吐出ノズル（３８）に置換されていた溶剤を排出するために、レジストの空出し操作を行う。該操作の配管経路は、本管（１０）と副管（３０）を経路切替部（２１）を介して連通され、べローズポンプ（１３）によりレジスト保管容器（１１）から吸い出されたレジスト（１）はフィルタ（１２）で濾過され、経路切替部（２１）を経由し副管（３０）へ配送され、レジスト吐出ノズル（３８）からレジストを吐出する。なお、同時に、溶剤ストップバルブ（３５）は、閉めら
れた状態となる。レジストの空出し操作が終了後、レジスト吐出装置（１）は、副管（３０）に連通して設けられたサックバック機構（３３）と連動して、所定量のレジスト（２）を吐出し、吐出停止する動作を連続する。

第４のレジスト吐出装置（１）の動作は溶剤置換中である。溶剤置換中では、レジスト吐出中の工程が終了した後、本管（１０）及びバイバス管（２０）と、副管（３０）とを経路切替部（２１）により配管経路を分離する。同時に、本管（１０）及びバイバス管（２０）の配管系では、レジストが循環する動作となり、副管（３０）では、装置外部より溶剤を供給する溶剤保管容器（３４）から溶剤ストップバルブ（３５）を経由して、溶剤を配送し、副管（３０）内に残存したレジストを装置外まで排出した後、副管（３０）内を溶剤に置換する。レジスト吐出装置（１）は、待機中となる。

次に、本発明のレジスト吐出装置（１）を用いたレジスト塗布装置について説明する。レジスト塗布装置は、基板上にレジスト吐出する機構部位と、該レジストを基板上面に均一な膜厚に延伸する機構部位と、該延伸したレジスト表面を減圧下で乾燥する機構部位より構成された装置である。請求項１乃至４のいずれか１項記載のレジスト吐出装置を用いたレジスト塗布装置であって、該装置のレジスト吐出ノズルより基板上にレジストを滴下し、レジストを均一な厚さに塗布することができるレジスト塗布装置である。

次に、本発明のレジスト塗布装置を用いたレジスト塗布方法について説明する。基板上にレジストを吐出する部位では、レジストを吐出装置（１）をレジスト吐出中の動作に設定する。べローズポンプ（１３）及びサックバック機構（３３）とを連動して、レジスト吐出ノズル（３８）より、所定量のレジスト（２）を基板上の中央に滴下する。次に、スピンナーを用いた機構部位により、基板中央を軸にして高速度で回転させ、レジストを均一な厚さに塗布する。

次に、本発明を、以下に具体的な実施例に従って説明する。図２は、本発明のレジスト保管容器の一実施例であり、ピストン式レジスト保管容器の部分側断面図である。ピストン式レジスト保管容器（４１）の容器内には、レジストを流出するために本管（１０）と、レジストが流入するバイバス管（２０）が連通され、中央には、ガス抜き口（４３）が備えられている。ガス抜き口（４３）は、容器内の内圧を調整するものである。なお、レジスト吐出装置としては、レジスト保管容器（１１）をピストン式レジスト保管容器（４１）に置き換えたものである。本ピストン式レジスト保管容器（４１）は、保管するレジスト（２）の量により連動してピストン（４１ａ）が上下方向に移動し、その容量を変化させることができる。容器内の気圧（Ｐ０）とピストンの周辺（Ｐ）との圧力差により、例えばＰ＞Ｐ０の場合、ピストン（４１ａ）が図面の上方向に移動し、その容量を変化させることができる。従って、本本ピストン式レジスト保管容器（４１）に置き換えたレジスト吐出装置では、初期レジスト量が徐々に減量した場合、レジストの残量に追従し、ピストン式レジスト保管容器（４１）のピストンが図面上方向に移動し、外気と接触するレジスト表面積を最小限に抑え、さらに、前記ピストンの周辺を窒素雰囲気にすることにより容器内部が窒素ガスに置換され、レジストの品質劣化を抑える効果もある。

図３は、本発明のレジスト保管容器の他の一実施例であり、蛇腹式レジスト保管容器の部分側断面図である。蛇腹式レジスト保管容器（４２）の容器内には、レジストを流出するための本管（１０）と、レジストが流入するバイバス管（２０）が連通され、中央には、定圧ガス容器及びガス圧比較装置付きガス抜き口（４４）が備えられている。ガス抜き口（４４）は、弁開放で容器内の内圧を調整するものであり、弁閉で容器内のガス圧Ｐ０と定圧ガス容器Ｐとのガス圧を比較するガス圧比較部位を備えている。上下駆動装置（４５）は、ガス圧比較部位に連結され、そのガス圧の状態により蛇腹（４２ａ）が連動して上方向、又は下方向に移動する。なお、レジスト吐出装置としては、レジスト保管容器（１１）を蛇腹式レジスト保管容器（４２）に置き換えたものである。本蛇腹式レジスト保管容器（４２）は、保管するレジスト（２）の量により連動して蛇腹（４２ａ）が上下方向に移動し、その容量を変化させることができる。容器内の気圧（Ｐ０）と定圧ガス容器（Ｐ）との圧力差により、例えばＰ＞Ｐ０の場合、上下駆動装置（４５）が図面の下方向に移動し、その容量を縮小する変化をさせることができる。従って、本蛇腹式レジスト保管容器（４２）に置き換えたレジスト吐出装置では、初期レジスト量が徐々に減量した場合、レジストの残量に追従し、蛇腹式レジスト保管容器（４２）の上下駆動装置（４５）が図面下方向に移動し、外気と接触するレジスト表面積を最小限に抑え、さらに、前記定圧ガス容器内を窒素雰囲気にすることにより蛇腹式レジスト保管容器（４２）内部が窒素ガスに置換され、レジストの品質劣化を抑える効果もある。

本発明のレジスト吐出装置の機能を説明する部分系統図である。 本発明のレジスト保管容器の一実施例を示す部分側断面図である。 本発明のレジスト保管容器の他の一実施例を示す部分側断面図である。

符号の説明

１…レジスト吐出装置
２…レジスト
３…溶剤
１０…本管
１１…レジスト保管容器
１２…フィルタ
１３…べローズポンプ
２０…バイパス管
２１…経路切替部
３０…副管
３３…サックバック機構
３４…溶剤保管容器
３５…溶剤ストップバルブ
３８…レジスト吐出ノズル
４１…ピストン式レジスト保管容器
４１ａ…ピストン
４２…蛇腹式レジスト保管容器
４２ａ…蛇腹
４３…ガス抜き口
４４…定圧ガス容器及びガス圧比較装置付きガス抜き口（４４）
４５…上下駆動装置

Claims (5)

1. レジスト保管容器と経路切替部とを連通して設けられた本管と、一端に該本管が連通された経路切替部に接続され、他端がレジスト保管容器に連通して設けられたバイバス管と、一端に前記本管及び前記バイバス管が連通された経路切替部が接続され、他端がレジスト吐出ノズルに連通して設けられた副管と、からなるレジスト吐出装置において、前記副管の途中に溶剤ストップバルブが介装され、前記本管及び前記副管を経由して前記レジスト吐出ノズルよりレジストを吐出するレジスト吐出装置であって、前記経路切替部をバイパス管側に切り替えることにより、本管及びバイバス管を経由しレジスト保管容器へ循環するレジスト循環経路と、前記経路切替部をバイパス管側に切り替えると共に、溶剤ストップバルブを開放することにより、副管を経由しレジスト吐出ノズルへ溶剤を放流する溶剤放流経路に分離することができることを特徴とするレジスト吐出装置。
2. 前記レジスト保管容器は、内容積を任意に縮小することができる機能を備えたことを特徴とする請求項１記載のレジスト吐出装置。
3. 前記内容積を任意に縮小することができる機能は、ピストン方式であって、レジスト保管容器内のレジストの残量に従って内容積を縮小する方向へピストンが移動し、レジスト保管容器内の内容積を拡大、又は縮小することができることを特徴とする請求項２記載のレジスト吐出装置。
4. 前記内容積を任意に縮小することができる機能は、蛇腹方式であって、レジスト保管容器内のレジストの残量に従って内容積を縮小する方向へ蛇腹が縮み、レジスト保管容器内の内容積を拡大、又は縮小することができることを特徴とする請求項２記載のレジスト吐出装置。
5. 基板上にレジストを吐出する手段と、レジストを塗布する手段とを連用してレジストを塗布するレジスト塗布方法において、レジストを吐出する手段は、請求項１乃至４のいずれか１項記載のレジスト吐出装置を用いたレジストを吐出する手段であって、該装置のレジスト吐出ノズルより基板上にレジストを滴下し、レジストを塗布する手段は、基板中央を軸にして高速回転によりレジストを均一な厚さに塗布するスピンナーを用いてレジストを塗布することを特徴とするレジスト塗布方法。

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