JPH11176818A - 基板処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成であってフットプリントが小さ
く、しかもスループットが高い基板処理装置および方法
を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板Ｗに対してプリカーサ塗布ノズル２
５からプリカーサ溶液が塗布される。その後、キシレン
とＨＭＤＳとの混合溶液が混合部５０から基板Ｗに供給
される。キシレンは、プリカーサ溶液中のアルコール系
溶媒の揮発を防止し、ＨＭＤＳはアンモニアを生成して
プリカーサの架橋反応を促進する。これにより、密度が
低く絶縁性が高いＳＯＧ膜が形成される。その後、ＨＭ
ＤＳ供給部３２から基板ＷにＨＭＤＳを供給し、未反応
のプリカーサの末端の処理が行われる。一連の処理を一
つの回転式塗布処理装置１０で行うことができるため、
フットプリントが小さくなり、基板搬送に伴うスループ
ットの低下を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板や液晶
ガラス基板などの薄板状基板（以下、単に「基板」と称
する）に塗布した物質を所定の化学反応によって新たな
物質とする基板処理装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基板に対しては層間絶縁や平
坦化を目的としてＳＯＧ(Spin-on-Glass)塗布が行われ
ている。そして、ＳＯＧ塗布に際しては、ＳＯＧの前駆
体であるプリカーサを使用して処理が行われている。以
下、プリカーサを使用した従来のＳＯＧ塗布の手順につ
いて簡単に説明する。

【０００３】まず、アルコール系溶媒に混合されたプリ
カーサを水平姿勢に保持された基板上に塗布する。この
塗布処理は、通常、フォトレジストなどを塗布するため
の回転式塗布処理装置（スピンコータ）において行われ
る。

【０００４】プリカーサが塗布された基板は基板搬送装
置によって回転式塗布処理装置から搬出され、エージン
グチャンバに搬入される。エージングチャンバでは、基
板の周辺にアミン類（アンモニアまたはＴＭＡＨ（水酸
化テトラメチルアンモニウム）などアンモニア有機誘導
体）を触媒として供給し、基板上のプリカーサの架橋反
応を促進してＳＯＧ膜を生成する（エージング）。

【０００５】このエージングは、プリカーサの強制重合
のための処理であり、プリカーサの重合速度を早めるた
めに行う。すなわち、プリカーサが塗布された状態の基
板を放置すると、アルコール系の溶媒が揮発して、膜厚
の薄い密なＳＯＧ膜が形成されることとなる。基板にＳ
ＯＧ膜を形成する主たる目的は層間絶縁であるため、Ｓ
ＯＧ膜の絶縁性は高い方が好ましいが、成膜後のＳＯＧ
膜の密度が高くなるとその物質が有する誘電率となり、
絶縁性もあまり高いものとはならない。これを防ぐため
に、アルコール系溶媒が揮発する前に強制重合を行い、
粗なＳＯＧ膜を形成してその絶縁性を高めるようにして
いるのである。

【０００６】エージング後、基板搬送装置がエージング
チャンバから基板を搬出し、回転式塗布処理装置に搬入
する。回転式塗布処理装置においては、触媒の除去や未
反応のプリカーサの末端の処理などの後処理を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のようなＳＯＧ塗
布を行う従来の基板処理装置は、回転式塗布処理装置お
よびエージングチャンバを備える必要があるため、フッ
トプリント（基板処理装置が平面的に占有する面積）は
大きなものとなる。基板処理装置は温度・湿度が管理さ
れたクリーンルームに設置されることが多いため、フッ
トプリントの増大は好ましくない。

【０００８】また、ＳＯＧ塗布に際しては複数の処理部
間で基板搬送を行いつつ処理を行っているため、当該基
板搬送に伴うスループットの低下が生じることとなって
いた。

【０００９】さらに、エージングを行うときには、アン
モニアなどのガスを使用するため、そのガスがエージン
グチャンバ外に漏洩するのを防止する必要がある。この
ため、センサを設けるなどのガス漏洩防止のための特別
な設備が必要となり、基板処理装置全体が複雑なものと
なっていた。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、簡易な構成であってフットプリントが小さく、
しかもスループットが高い基板処理装置および方法を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、基板上に塗布したプリカーサに
架橋反応を行わせることによって前記基板上にＳＯＧ膜
を形成する基板処理装置であって、(a)前記プリカーサ
を溶媒に混合したプリカーサ溶液を前記基板に塗布する
塗布手段と、(b)前記溶媒と難溶性の第１の処理液と、
前記溶媒と反応してアミン類を生成する第２の処理液と
を混合した混合溶液を前記プリカーサ溶液が塗布された
基板に供給する混合液供給手段と、を備えている。

【００１２】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に係る基板処理装置において、(c)前記第２の処理液を
前記混合溶液が供給された基板に供給する処理液供給手
段、をさらに備えている。

【００１３】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２の発明に係る基板処理装置において、前記溶媒
をアルコール系溶媒とし、前記第１の処理液をキシレン
とし、前記第２の処理液をＨＭＤＳとし、前記アミン類
をアンモニアとしている。

【００１４】また、請求項４の発明は、基板上に塗布し
たプリカーサに架橋反応を行わせることによって前記基
板上にＳＯＧ膜を形成する基板処理方法であって、(a)
前記プリカーサを溶媒に混合したプリカーサ溶液を前記
基板に塗布する塗布工程と、(b)前記溶媒と難溶性の第
１の処理液と、前記溶媒と反応してアミン類を生成する
第２の処理液とを混合した混合溶液を前記プリカーサ溶
液が塗布された基板に供給する混合液供給工程と、を備
えている。

【００１５】また、請求項５の発明は、請求項４の発明
に係る基板処理方法において、（ｃ）前記第２の処理液
を前記混合溶液が供給された基板に供給する処理液供給
工程、をさらに備えている。

【００１６】また、請求項６の発明は、請求項４または
請求項５の発明に係る基板処理方法において、前記溶媒
をアルコール系溶媒とし、前記第１の処理液をキシレン
とし、前記第２の処理液をＨＭＤＳとし、前記アミン類
をアンモニアとしている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る基板処理装置の概略
構成図である。本発明に係る基板処理装置は、回転式塗
布処理装置１０とそれにプリカーサやその他の処理液を
供給する機構とで構成されている。

【００１９】回転式塗布処理装置１０は、スピンモータ
１１と、回転軸１２と、回転台１３とを備えている。回
転台１３は、基板Ｗを水平姿勢に保持するとともに、そ
の下面側中央に回転軸１２を垂設しており、当該回転軸
１１はスピンモータ１１に接続されている。そして、ス
ピンモータ１１の回転は回転軸１２を介して回転台１３
に伝達され、回転台１３に保持された基板Ｗが鉛直方向
を軸として回転されることとなる。なお、回転台１３の
形態としては、基板Ｗを吸着保持する形態または基板Ｗ
の端縁部を把持する形態のいずれであってもよい。

【００２０】回転式塗布処理装置１０には、プリカーサ
をアルコール系溶媒に混合した溶液、キシレン、ＨＭＤ
Ｓ（ヘキサメチルジシラザン）およびキシレンとＨＭＤ
Ｓとの混合溶液を供給することができる。以下、これら
を供給する機構について説明する。

【００２１】プリカーサをアルコール系溶媒に混合した
溶液は基板処理装置内のプリカーサタンク２０に貯留さ
れている。そして、そのプリカーサ溶液は、プリカーサ
タンク２０に接続されたプリカーサ供給部２１によって
プリカーサ塗布ノズル２５に送給され、当該プリカーサ
塗布ノズル２５から水平姿勢の基板Ｗに塗布される。な
お、このときには基板Ｗを回転させた状態であっても静
止させた状態であってもよい。

【００２２】キシレンおよびＨＭＤＳについては、それ
ぞれ単独で基板Ｗに供給すること、またはそれらを混合
させて基板Ｗに供給することが可能である。キシレン
は、キシレンタンク４０に貯留されており、キシレン単
独で基板Ｗに供給するときは、キシレン供給部４２およ
び処理液吐出ノズル５５を介して基板Ｗに供給する。ま
た、同様に、ＨＭＤＳはＨＭＤＳタンク３０に貯留され
ており、ＨＭＤＳ単独で基板Ｗに供給するときは、ＨＭ
ＤＳ供給部３２および処理液吐出ノズル５５を介して基
板Ｗに供給する。

【００２３】また、キシレンおよびＨＭＤＳの混合溶液
を基板Ｗに供給するときには、混合部５０において両処
理液を混合し、処理液吐出ノズル５５から基板Ｗに供給
するようにしている。このときのキシレンおよびＨＭＤ
Ｓの混合比はそれらの流量を制御する液体マスフローコ
ントローラ４１、３１によって調節することが可能であ
る。

【００２４】なお、本実施形態においては、キシレン、
ＨＭＤＳおよびそれらの混合溶液を１つの処理液吐出ノ
ズル５５から供給するようにしているが、処理液吐出ノ
ズル５５を複数設け、各処理液を異なる吐出ノズルから
供給するようにしてもよい。

【００２５】次に、本発明に係る基板処理装置における
処理手順について説明する。図２は、図１の基板処理装
置における基板処理の様子を説明する図である。

【００２６】まず、回転台１３によって水平姿勢に保持
された基板Ｗに対してプリカーサ塗布ノズル２５からプ
リカーサ溶液が塗布される。この塗布処理が終了した時
点においては、図２（ａ）に示すように、基板Ｗの上面
にプリカーサ溶液層１が盛られた状態となっている。

【００２７】プリカーサ塗布処理が終了した後、キシレ
ンとＨＭＤＳとの混合溶液が混合部５０から処理液吐出
ノズル５５を介して基板Ｗの上面に供給される。この時
点においては、図２（ｂ）に示すように、プリカーサ溶
液層１の上側に混合溶液層２が形成され、エージングが
行われることとなる。

【００２８】ここで、混合溶液中のキシレンはアルコー
ル系溶媒に対して難溶性であるため、キシレンとアルコ
ール系溶媒とが相互に混合することはない。そして、そ
の結果、エージング中においてアルコール系溶媒が直接
空気と接触することはなくなり、アルコール系溶媒の揮
発が抑制されることとなる。換言すれば、キシレンはア
ルコール系溶媒の揮発防止層としての役割を果たす。

【００２９】一方、混合溶液中のＨＭＤＳはアルコール
系溶媒と反応してアミン類（ここでは、アンモニア）を
発生する。すなわち、図２（ｂ）のプリカーサ溶液層１
と混合溶液層２との界面近傍においてアミン類が発生
し、そのアミン類が触媒となってプリカーサ溶液層１中
のプリカーサの架橋反応が促進され、ＳＯＧ膜が形成さ
れる。

【００３０】ここで、仮に、プリカーサ溶液層１中のア
ルコール系溶媒の揮発を抑制することなく、プリカーサ
の反応を自然重合に任せるとすれば、形成されたＳＯＧ
膜の膜厚は薄く、密度も高いものとなる。既述したよう
に、ＳＯＧ膜の密度が高くなると、絶縁性があまり高い
ものとはならない。これに対して、本実施形態において
は、プリカーサ溶液層１中のアルコール系溶媒の揮発を
抑制しつつ、プリカーサの架橋反応を強制的に促進して
いる。したがって、形成されたＳＯＧ膜の膜厚は厚く、
密度も低くなり、その結果ＳＯＧ膜による絶縁性を高め
ることができる。

【００３１】また、本実施形態では、装置外部からアン
モニアを供給する場合に比較して、発生するアンモニア
量は少なく、プリカーサの架橋反応に寄与しないアンモ
ニアは混合溶液層２中のＨＭＤＳによって捕獲されるた
め、回転式塗布処理装置１０の外部にアンモニアが漏洩
するおそれはない。これにより、ガス漏洩防止のための
特別な設備は不要となり、基板処理装置全体の構成を簡
易なものとすることができる。

【００３２】エージングが終了すると、ＨＭＤＳ供給部
３２から処理液吐出ノズル５５を介して基板ＷにＨＭＤ
Ｓが供給され、後処理が行われる。後処理では、ＨＭＤ
Ｓによって混合溶液層２およびＳＯＧ膜中のアルコール
系溶媒が除去されるとともに、未反応のプリカーサの末
端が処理される。

【００３３】そして、後処理が終了すると、キシレン供
給部４２から処理液吐出ノズル５５を介して基板Ｗにキ
シレンが供給され、リンス処理が行われる。このリンス
処理は、仕上げ用の洗浄処理である。

【００３４】以上のようにすれば、上述の効果の他、プ
リカーサ塗布処理、エージング、後処理の全てを一つの
回転式塗布処理装置１０で行うことができるため、フッ
トプリントを小さくすることができる。

【００３５】また、ＳＯＧ膜を形成するに際して基板Ｗ
を搬送する必要がないため、基板搬送に伴うスループッ
トの低下を防止することができる。

【００３６】以上、この発明の実施形態について説明し
たが、本発明は上記の例に限定されるものではない。例
えば、キシレンの代わりにアルコール系溶媒と難溶性の
他の処理液を用いても良いし、またＨＭＤＳの代わりに
アルコール系溶媒と反応してアミン類を発生する他の処
理液を使用しても良い。

【００３７】また、上記実施形態では、回転式塗布処理
装置１０において一連の処理を行わせていたが、これに
限るものではなく、回転式現像装置などノズルを備えた
装置であれば他の装置であっても実施することが可能で
ある。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、プリカーサを溶媒に混合したプリカーサ溶液を
基板に塗布する塗布手段と、当該溶媒と難溶性の第１の
処理液と当該溶媒と反応してアミン類を生成する第２の
処理液とを混合した混合溶液をプリカーサ溶液が塗布さ
れた基板に供給する混合液供給手段と、を備えているた
め、１つの処理部においてプリカーサの架橋反応をアミ
ン類により促進してＳＯＧ膜を形成することができ、そ
の結果、フットプリントを小さくすることができるとと
もに、スループットを高めることができる。また、架橋
反応に寄与しないアミン類は第２の処理液によって捕獲
されることとなり、アミン類漏洩防止のための特別な設
備は不要となり、装置全体の構成を簡易なものとするこ
とができる。さらに、第１の処理液によってプリカーサ
溶液中の溶媒の揮発を抑制することができるので、粗な
ＳＯＧを形成することができ、その結果ＳＯＧの絶縁性
を高めることが可能となる。

【００３９】また、請求項２および請求項３の発明によ
れば、第２の処理液を混合溶液が供給された基板に供給
する処理液供給手段、をさらに備えているため、未反応
のプリカーサの末端を処理することができる。

【００４０】また、請求項４の発明によれば、プリカー
サを溶媒に混合したプリカーサ溶液を基板に塗布する塗
布工程と、当該溶媒と難溶性の第１の処理液と当該溶媒
と反応してアミン類を生成する第２の処理液とを混合し
た混合溶液をプリカーサ溶液が塗布された基板に供給す
る混合液供給工程と、を備えているため、請求項１の発
明と同様の効果を得ることができる。

【００４１】また、請求項５および請求項６の発明によ
れば、第２の処理液を混合溶液が供給された基板に供給
する処理液供給工程、をさらに備えているため、未反応
のプリカーサの末端を処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板処理装置の概略構成図であ
る。

【図２】図１の基板処理装置における基板処理の様子を
説明する図である。

【符号の説明】 １０ 回転式塗布処理装置 ２５ プリカーサ塗布ノズル ３２ ＨＭＤＳ供給部 ４２ キシレン供給部 ５０ 混合部 Ｗ 基板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に塗布したプリカーサに架橋反応
   を行わせることによって前記基板上にＳＯＧ膜を形成す
   る基板処理装置であって、 (a) 前記プリカーサを溶媒に混合したプリカーサ溶液を
   前記基板に塗布する塗布手段と、 (b) 前記溶媒と難溶性の第１の処理液と、前記溶媒と反
   応してアミン類を生成する第２の処理液とを混合した混
   合溶液を前記プリカーサ溶液が塗布された基板に供給す
   る混合液供給手段と、を備えることを特徴とする基板処
   理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の基板処理装置において、 (c) 前記第２の処理液を前記混合溶液が供給された基板
   に供給する処理液供給手段、をさらに備えることを特徴
   とする基板処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の基板処理
   装置において、 前記溶媒はアルコール系溶媒であり、前記第１の処理液
   はキシレンであり、前記第２の処理液はＨＭＤＳであ
   り、前記アミン類はアンモニアであることを特徴とする
   基板処理装置。
4. 【請求項４】 基板上に塗布したプリカーサに架橋反応
   を行わせることによって前記基板上にＳＯＧ膜を形成す
   る基板処理方法であって、 (a) 前記プリカーサを溶媒に混合したプリカーサ溶液を
   前記基板に塗布する塗布工程と、 (b) 前記溶媒と難溶性の第１の処理液と、前記溶媒と反
   応してアミン類を生成する第２の処理液とを混合した混
   合溶液を前記プリカーサ溶液が塗布された基板に供給す
   る混合液供給工程と、を備えることを特徴とする基板処
   理方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の基板処理方法において、 (c) 前記第２の処理液を前記混合溶液が供給された基板
   に供給する処理液供給工程、をさらに備えることを特徴
   とする基板処理方法。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５記載の基板処理
   方法において、 前記溶媒はアルコール系溶媒であり、前記第１の処理液
   はキシレンであり、前記第２の処理液はＨＭＤＳであ
   り、前記アミン類はアンモニアであることを特徴とする
   基板処理方法。