JP4600655B2

JP4600655B2 - 基板保持方法

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Publication number: JP4600655B2
Application number: JP2004363472A
Authority: JP
Inventors: 信也百瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: JP2006173344A; US20060126050A1

Description

本発明は、シリコンウェハ等の基板、特に、反りが生じた基板を保持テーブル上に吸着保持させるのに好適な基板保持方法に関する。

シリコンウェハなどの基板上にレジスト材料や絶縁材料などの所定の溶液（溶剤）を塗布する場合、一般的に、例えば、スピンコート法による成膜装置等が用いられる他、例えば、毛細管現象によりノズルの先端から溶液を流出させて、基板の表面に溶液を塗布するスリットコート式塗布装置等が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

このような装置では、溶液が塗布される基板が平坦でないと、溶液を均一に塗布するのは難しい。このため、例えば、反りのある基板に溶液を塗布する場合には、基板の反りを矯正して平坦化しておく必要がある。なお、基板上に膜が形成されている場合には、基板とその膜との熱膨張率の違い等に起因して基板に反りが発生してしまう。

基板を平坦化する方法としては、例えば、基板の溶液が塗布される面とは反対側の面を吸引して基板を真空吸着させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、基板の縁部を基板押さえ部材によって押さえつけることで基板を平坦化する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。これらの方法を採用することで、基板を平坦化することはできるが、基板の反り量が比較的大きい場合などには、基板が割れる等の問題が生じる虞がある。さらには、基板上に膜を形成する際の成膜温度を下げたり、Ａｒ圧力を変更すること等で基板の反りを矯正する方法もある（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、このような方法でも、基板の反りを完全に矯正するのは難しい。

さらに、上述した装置等によりレジスト材料を基板に塗布した場合、その後の工程で、レジストのプリベーク、ポストベーク等の加熱処理が行われるが、このような加熱処理を行う場合にも、基板に反りが生じていると、形成されるレジストの膜質が不均一になってしまう等の問題がある。

特開平６−３４３９０８号公報（第１〜２図、第２〜４頁）特開２００１−１８５６０７号公報（第５〜８頁、第１〜３図）特開２００１−１２７０４１号公報（第２〜４頁、第２〜３図）特開平１０−１２５９０５号公報（第３〜５頁、第１〜３図）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、反りが生じた基板を略平坦な状態で保持テーブル上に良好に吸着保持させることができる基板保持方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、保持テーブル上に基板を吸着保持させる基板保持方法であって、反りが生じている基板の一方面側に当該基板の反りを矯正するための矯正用フィルムを貼着すると共に該矯正用フィルムが下側となるように前記基板を前記保持テーブル上に載置し、この状態で前記基板を加熱し、この加熱により減少した前記基板の反り量に応じて当該基板の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで前記保持テーブル上に吸着させることを特徴とする基板保持方法にある。
また本発明の第２の態様は、前記基板を加熱する際に生じる前記矯正用フィルムの収縮又は膨張により前記基板の反り量を減少させることを特徴とする第１の態様の基板保持方法にある。
かかる第１及び第２の態様では、基板に割れ等を発生させることなく基板の反りを矯正して、基板を効率的に平坦化して保持テーブルに吸着保持せることができる。

本発明の第３の態様は、前記基板が、シリコンウェハ又はガラス基板であることを特徴とする第１又は２の態様の基板保持方法にある。
かかる第３の態様では、比較的割れやすい材料からなる基板を保持テーブル上に保持する場合でも、基板の割れ等を確実に防止して反りを矯正することができる。

本発明の第４の態様は、前記反り矯正用フィルムが、加熱剥離フィルムであることを特徴とする第１〜３の何れか一つの態様の基板保持方法にある。
かかる第４の態様では、基板の反りを効果的に矯正することができる。また、基板から容易に除去することができるため、製造効率を低下させることもない。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスリットコート式塗布装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、基板保持装置の平面図及び断面図である。なお、本実施形態では、このスリットコート式塗布装置によって、シリコンウェハである基板の表面に形成された例えば、金（Ａｕ）等からなる金属膜のパターニングに用いられるレジスト膜を形成している。また、この基板には、その表面に金属膜が形成されて基板と当該金属膜との応力関係が発生していること等により、裏面側が凸となるように反りが生じており、本発明では、この基板の反りを矯正しながら保持テーブルに吸着させることで効率的に基板を平坦化させ、保持テーブル上に基板を良好に吸着保持させるようにしている。

図１に示すように、本実施形態に係るスリットコート式塗布装置１０は、基板１を保持するための基板保持装置２０と、この基板１の表面にレジストを塗布するための塗布装置３０とで構成されている。

基板保持装置２０は、基板１が吸着保持される保持テーブル２１と、この保持テーブルの裏面側に設けられる流路部材２２とを具備する。保持テーブル２１は、図２に示すように、基板１が載置される領域に、一端が保持テーブル２１の表面に開口する複数の吸引孔２３を有する。例えば、本実施形態では、これらの吸引孔２３は、保持テーブル２１を厚さ方向に貫通して設けられている。また、本実施形態では、シリコンウェハである基板１の平面形状に合わせて、各吸引孔２３は略円形状に配置されている。さらに、この保持テーブル２１は、図示しないが、所定の加熱手段によって全体が所定温度に加熱可能に形成されている。例えば、本実施形態では、保持テーブル２１に、電子加熱方式等の加熱手段が設けられており、加熱と共に冷却することもできるようになっている。また、保持テーブル２１は、回転軸２４を軸中心として回転可能に支持されており、さらに、図示しない駆動モータ等のテーブル駆動手段によって基板１の面方向に沿って移動自在に設けられている。

流路部材２２には、その一方面側に複数の吸引路２５Ａ〜２５Ｃがそれぞれ独立して形成されている。例えば、本実施形態では、略円形状に配置された吸引孔２３の中央部に対向する領域に、略円形状の第１の吸引路２５Ａが設けられている。また、この第１の吸引孔２５Ａの外側に、第１吸引孔２５Ａの周囲に亘って連続するリング状の第２の吸引路２５Ｂと、第３の吸引路２５Ｃとがそれぞれ設けられている。そして、流路部材２２は吸引路２５Ａ〜２５Ｃ側で保持テーブル２１の裏面に固定され、保持テーブル２１の各吸引孔２３は、これら吸引路２５Ａ〜２５Ｃの何れかと連通するようになっている。

また、流路部材２２には、他方面側で外部と連通する連通孔２６が、各吸引路２５Ａ〜２５Ｃにそれぞれ連通して設けられている。そして、各連通孔２６には、開閉バルブ２７を介して一端が真空ポンプ等の吸引手段２８に接続される吸引パイプ２９がそれぞれ脱着可能に接続されている。

また、本実施形態では、基板保持装置２０は、測定手段４０を具備する。この測定手段４０は、保持テーブル２１の鉛直方向上側に設けられて、保持テーブル２１上に載置された基板１の各領域での反り量を測定する。例えば、本実施形態では、測定手段４０として、レーザ光を照射することで対象物との距離を測定するレーザ変位計を用いている。

そして、詳しくは後述するが、このような本実施形態の基板保持装置２０では、保持テーブル２１によって基板１を加熱することで基板１の反りを矯正すると共に、基板１の反りの減少量に応じて、吸引孔２３を介して基板１の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着保持させている。これにより、基板１の反りを良好且つ効率的に矯正し、割れ等を生じさせることなく基板１を平坦化して保持テーブル２１に良好に吸着保持させることができる。

一方、塗布装置３０は、塗布ヘッド３１と、貯留手段３２とを具備する。塗布ヘッド３１は、鉛直方向上側に向かって開口し貯留手段３２から供給されたレジスト２が流出するスリット状のノズル開口３３を有する。なお、塗布ヘッド３１は、図示しない装置本体に鉛直方向に移動自在に保持されており、塗布ヘッド３１の先端と基板１の表面との間隔が、例えば、レジスト２の動粘度、レジスト２の基板１に対する濡れ性、基板１に塗布するレジスト２の厚さ等を考慮して適宜調整されるようになっている。

貯留手段３２は、レジスト２を保持する貯留タンク３４と、一端が塗布ヘッド３１に接続され、他端が貯留タンク３４に接続される供給管３５とで構成され、貯留タンク３４の内部に貯留されているレジスト２を、供給管３５を介して塗布ヘッド３１に供給する。

また、保持テーブル２０の移動方向で、塗布ヘッド３１の後方には、本実施形態では、基板１の表面に接触することなく、基板１の表面の一部を覆うように遮蔽板５０が設けられている。この遮蔽板５０を設けることにより、レジスト２を塗布しながら基板１上に塗布されたレジスト２を乾燥させる際など、塗布中のレジスト２が加熱されて粘度が変化することにより塗布条件が変化するのを防止することができる。

以下、このようなスリットコート式塗布装置１０を用いたレジスト膜の形成方法について説明する。まずは、基板保持装置２０の保持テーブル２１上に基板１を吸着保持させる方法について説明する。なお、図３は、本実施形態に係る基板保持方法を説明する概略図である。

まず、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、反りが生じている基板１の裏面側、すなわち、レジストを塗布する面とは反対側の面に、所定の材料からなる反り矯正用フィルム６０を貼着する。なお、反り矯正用フィルム６０は、加熱することによって収縮又は膨張することで生じる応力変化により、基板１の反りを減少させるためのものである。反り矯正用フィルム６０の材質は、特に限定されず、基板１の反りの方向、反り量等を考慮して適宜決定されればよい。例えば、本実施形態では、基板１が、裏面側が凸となるように反りが生じており、基板１の凸面側に反り矯正用フィルム６０を貼着しているため、反り矯正用フィルム６０として加熱により収縮して圧縮方向の応力が生じるフィルム、具体的には、ポリエステル等からなり、加熱することによって自然剥離が可能となる、いわゆる加熱剥離フィルムを用いている。

そして、このような反り矯正用フィルム６０を基板１に貼着した段階で、基板１の反り量は大幅に減少する。具体的には、反り矯正用フィルム６０を貼着する前と比較して、基板１の反り量は半分程度まで減少する。

次に、図３（ｂ）に示すように、反り矯正用フィルム６０が貼着された基板１を、鉛直方向上向きとなるように保持された保持テーブル２１上の所定位置、本実施形態では、略円形状に配置された複数の吸引孔２３が形成された領域に基板１を載置し、吸引路２５Ａに連通する吸引孔２３を介して基板１を吸引して保持テーブル２１に吸着保持させる。すなわち、実際に保持テーブル２１の表面に接している基板１の中央領域に対応する吸引孔２３のみから基板１を吸引して、基板１の中央部のみを保持テーブル２１上に吸着させる。具体的には、各連通孔２６の開口部に設けられている開閉バルブ２７を閉めた状態で吸引手段２８を作動させ、吸引路２５Ａに対応する開閉バルブ２７Ａのみを開く。これにより、連通孔２６、吸引路２５Ａ及び吸引孔２３を介して基板１が吸引され、基板１の中央領域のみが保持テーブル２１上に吸着される。なおこのとき、保持テーブル２１は、図示しない加熱手段によって加熱され、所定温度、本実施形態では、約９０℃に保持されている。

そして、このように基板１の中央部のみを保持テーブル２１に吸着させた状態で所定時間、例えば、数秒〜数十秒間保持する。これにより、基板１及び反り矯正用フィルム６０が保持テーブル２１によって加熱され、上述したように基板１の反りが矯正されて基板１の反り量は徐々に減少する。また、図４（ａ）に示すように、本実施形態では、測定手段４０によってこのときの基板１の反り量を測定し、その測定結果に基づいて所定のタイミングで吸引路２５Ｂに連通する吸引孔２３から基板１を吸引して保持テーブル２１に吸着させる。すなわち、測定手段４０によって測定された基板の反り量ｈから、吸引路２５Ｂに連通する吸引孔２３に対応する領域に基板１が実質的に接触するタイミングを判定し、そのタイミングで吸引路２５Ｂに対応する開閉バルブ２７Ｂを開き、吸引路２５Ｂに連通する吸引孔２３を介して基板１を吸引する。

その後さらに、測定手段４０によって基板１の反り量を測定しながら、基板１及び反り矯正用フィルム６０を加熱する。そして、連通路２５Ｃに連通する吸引孔２３に対応する領域に基板１が実質的に接触するタイミングで、開閉バルブ２７Ｃを開き、連通路２５Ｃに連通する吸引孔２３を介して基板１を吸引する。これにより、図４（ｂ）に示すように、全ての吸引孔２３を介して基板が吸引され、基板は、その全面が平坦化された状態で保持テーブル２１上に吸着保持される。

このように、本発明では、基板１に反り矯正用フィルム６０を貼着することで基板１の反りをある程度矯正すると共に、基板１及び反り矯正用フィルム６０を加熱することで基板１の反り量を低減させるようにした。また、この基板１の反り量の変化に応じて基板１を段階的に保持テーブル２１に吸着させるようにしたので、基板１の割れ等を所持させることなく基板１の反りを良好且つ確実に矯正し、効率的に基板１を平坦化して保持テーブル２１に吸着保持させることができる。例えば、シリコンウェハや、ガラス基板等の割れが生じやすい基板を吸着保持させる場合には、特に効果的である。

ここで、金属膜が形成された基板（シリコンウェハ）に反り矯正用フィルムとしてポリエステルフィルムからなる加熱剥離フィルムを貼着し、この反り矯正用フィルムが貼着された基板を加熱したときの基板の反り量の変化を測定した結果を図５に示す。なお、このグラフは、図６に一例を示すように、シリコンウェハである基板１の中心部を通る直線上の複数ヶ所での反り量を測定した結果を示すものである。

図５に示すように、スパッタリング法を用いて基板の表面に金属膜を形成した直後は、基板の反り量は最大で２００μｍ程度もあったが、基板の裏面に反り矯正用フィルムを貼着することにより、反り量は半分程度まで減少した。さらに、反り矯正用フィルムが貼着された基板を、所定温度、この例では、約９０℃に加熱すると、基板の反り量は徐々に減少し、最終的には金属膜を形成直後の反り方向とは反対方向まで反り量が変化した。

このような結果から明らかなように、反り矯正用フィルムを貼着した基板を加熱することで、基板の反りを確実に矯正して反り量を減少させることができる。そして、本発明では、このように基板の反り量を低減させると共に、この基板の反りの減少量に応じて基板の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで吸着保持させることで、効率的に基板を平坦化して保持テーブル上に吸着保持させることを可能とした。

そして、このように基板１を保持テーブル２１に吸着保持させた後は、基板１の表面にレジスト２を塗布する。なお、基板１を保持テーブル２１に吸着保持させる際、保持テーブル２１の熱により基板１が加熱されているため、レジストを塗布する前に、冷却しておくことが望ましい。冷却方法は特に限定されないが、例えば、本実施形態のように、保持テーブル２１を加熱するための加熱手段として加熱と共に冷却が可能な電子加熱方式のものを用いておき、保持テーブル２１を介して基板１を冷却すればよい。

まず、図７（ａ）に示すように、開閉バルブ２７を閉じた状態で保持テーブル２１及び流路部材２２を１８０°回転させて基板１の表面が鉛直方向下向きとなるようにする。また、塗布ヘッド３１を上昇させ、基板１の表面と塗布ヘッド３１のノズル開口３３の先端面との間隔が所定の間隔となるように調整する。すなわち、ノズル開口３３から突出するレジスト２の先端部が、基板１の表面の位置よりも若干高い位置となるように塗布ヘッド３１を上昇させる。なお、本実施形態では、塗布ヘッド３１を移動させることで、塗布ヘッド３１と基板１との間隔を調整しているが、勿論、塗布ヘッド３１を固定して、保持テーブル２１を移動するようにしてもよい。

次に、図７（ｂ）に示すように、図示しないテーブル駆動手段によって保持テーブル２１を基板１の面方向、すなわち水平方向に直線移動させることで、塗布ヘッド３１のノズル開口３３から突出しているレジスト２がシリコンウェハ１の表面に接触し、レジスト２の塗布が開始される。

このように基板１の表面へのレジスト２の塗布が開始された後、図７（ｃ）に示すように、保持テーブル２１をさらに移動させることで、レジスト２がノズル開口３３から連続的に流出し、基板１の全面にレジスト２が塗布されていく。そして、本発明では、上述したように、基板１が保持テーブル２１上に略平坦となるように吸着保持されているため、レジスト２が塗布される際に、基板１の表面と塗布ヘッド３１のノズル開口３３とのクリアランスが一定に保たれ、基板１の表面にレジスト２を均一な厚さで塗布することができる。

そして、このように基板１の全面にレジスト２を塗布した後は、基板１を加熱して塗布したレジスト２をプリベークする。例えば、本実施形態では、図示しない加熱手段によって保持テーブル２１を再度加熱することで、塗布したレジスト２をプリベークするようにしている。このときも、基板１が平坦化されて保持されているため、最適な加熱条件を選択してレジスト２を常に良好にプリベークすることができる。

なお、本実施形態のスリットコート式塗布装置は、レジスト２のプリベークまでの処理を行うものであり、基板１上のレジスト２をプリベークした後は、基板１を保持テーブル２１から取り外して、レジスト２を露光・現像等を行うための露光・現像装置に移動させる。そして、上述したようにレジスト２が良好にプリベークされるため、レジスト２の露光・現像等の処理における均一性も向上することができるという効果もある。

また、本実施形態では、基板保持装置２０が、基板１を加熱してレジスト２をプリベークするための基板加熱装置を兼ねるようにしているが、勿論、このようなプリベーク等を行うための基板加熱装置は、基板保持装置２０とは別途設けられていてもよい。また、基板加熱装置を別途設ける場合、基板加熱装置に本発明に係る基板保持装置２０を採用すれば、上述したように、レジスト２を良好にプリベークすることができる。勿論、基板加熱装置を別途設ける場合には、輻射熱等を利用した他の方法によってレジストをプリベークするようにしてもよい。さらに、本発明の基板保持装置２０は、このような基板加熱装置の他、レジストの露光・現像を行うための装置等に採用するようにしてもよい。これにより、レジストの均一性をさらに向上することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、３つの領域を異なるタイミングで吸引することで、基板を保持テーブル上に吸着保持させるようにしたが、さらに多くの領域を異なるタイミングで吸引するようにしてもよく、勿論、吸引孔毎に異なるタイミングで吸引するようにしてもよい。また、各吸引孔を介して基板を吸引するための構造は、特に限定されるものではない。

また、本実施形態では、基板を保持テーブル上に吸着保持させる際に、測定手段によって基板の反り量を測定するようにしたが、これに限定されず、例えば、加熱による基板の反りの変化量を予め測定しておき、この測定データに基づいて各領域の吸引のタイミングを決定するようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、真空吸着により基板を保持テーブル上に吸着保持させるようにしたが、例えば、静電吸着させることにより基板を保持テーブル上に吸着保持させるようにしてもよい。

なお、本実施形態では、裏面側が凸となるように反りが生じた基板を一例として説明したが、勿論、基板の表面側が凸となるように反りが生じた基板であってもよい。ただし、この場合には、反り矯正用フィルムの材質、加熱温度等の各種条件を適宜選択する必要がある。また、本実施形態では、スリットコート式塗布装置を一例として本発明を説明したが、勿論、本発明は、例えば、ラミネート装置など、基板を平坦化する必要のあるあらゆる装置に採用することができることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る塗布装置の概略構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る基板保持装置の平面図及び断面図である。本発明の一実施形態に係る基板保持方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係る基板保持方法を説明する図である。基板の経時的な反り量の変化を示すグラフである。基板の反り量の測定方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係る塗布装置の動作を示す図である。

符号の説明

１基板、２レジスト、１０スリットコート式塗布装置、２０基板保持装置、２１保持テーブル、２２流路部材、２３吸引孔、２５吸引路、２６連通孔、２７開閉バルブ、２８吸引手段、２９吸引パイプ、３０塗布装置、３１塗布ヘッド、３１ノズル開口、３２貯留手段、４０測定手段、５０遮蔽板、６０反り矯正用フィルム

Claims

保持テーブル上に基板を吸着保持させる基板保持方法であって、
反りが生じている基板の一方面側に当該基板の反りを矯正するための矯正用フィルムを貼着すると共に該矯正用フィルムが下側となるように前記基板を前記保持テーブル上に載置し、この状態で前記基板を加熱し、この加熱により減少した前記基板の反り量に応じて当該基板の複数の領域をそれぞれ異なるタイミングで前記保持テーブル上に吸着させることを特徴とする基板保持方法。
前記基板を加熱する際に生じる前記矯正用フィルムの収縮又は膨張により前記基板の反り量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の基板保持方法。
前記基板が、シリコンウェハ又はガラス基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持方法。
前記反り矯正用フィルムが、加熱剥離フィルムであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の基板保持方法。