特許 5935303 スプレーノズルおよびレジスト成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5935303

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月15日

(54)【発明の名称】スプレーノズルおよびレジスト成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20160602BHJP

   B05B 3/10 20060101ALI20160602BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 564Z

   B05B3/10 B

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2011-259054(P2011-259054)

(22)【出願日】2011年11月28日

(65)【公開番号】特開2013-115181(P2013-115181A)

(43)【公開日】2013年6月10日

【審査請求日】2014年11月5日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用 ２０１１年度 精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集（２０１１年９月５日）公益社団法人精密工学会発行第１５３頁−１５６頁に発表

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、戦略的基盤技術高度化支援事業 半導体デバイス製造工程における回転霧化式エアロゾルスプレーによる成膜装置の開発、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000117009

【氏名又は名称】旭サナック株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000220239

【氏名又は名称】東京応化工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】特許業務法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清家 善之

(72)【発明者】

【氏名】宮地 計二

(72)【発明者】

【氏名】山本 浩之

(72)【発明者】

【氏名】小林 義典

(72)【発明者】

【氏名】島井 太

(72)【発明者】

【氏名】丸山 健治

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 晶彦

(72)【発明者】

【氏名】土肥 俊郎

【審査官】 植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０８７１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３９６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０２８３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１７４２６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｂ０５Ｂ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有底の凹部が表面に形成されたウエハに向けてレジスト液を噴射してレジスト膜を成膜するスプレーノズルであって、
前記レジスト液を供給するレジスト液供給路が軸心に沿って貫通して設けられてなる主軸と、
前記主軸が内部に収容されたエアタービンと、
前記エアタービンを回転自在に支持する軸受けと、
前記エアタービンの先端に取り付けられ、回転することで前記レジスト液を霧化させるカップとを備え、
前記エアタービンと前記軸受けは、非金属製とされているスプレーノズル。

【請求項2】

前記エアタービンと前記軸受けは、樹脂製とされている請求項１に記載のスプレーノズル。

【請求項3】

前記カップは、非金属製とされている請求項１または請求項２に記載のスプレーノズル。

【請求項4】

前記カップは、樹脂製とされている請求項３に記載のスプレーノズル。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスプレーノズルと、
先端に前記スプレーノズルが取り付けられたアームと、
前記アームの基端を固定する可動ヘッドと、
前記可動ヘッドを平行移動させるアクチュエータと、
前記ウエハを吸着して固定するプレートとを備え、
前記レジスト液を前記スプレーノズルから前記プレート上に固定された前記ウエハに向けて噴射することにより、前記ウエハ上にレジスト膜を成膜することを特徴とするレジスト成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スプレーノズルおよびレジスト成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスにおける高密度パッケージ技術の一つとして、ＴＳＶと呼ばれる技術が注目されている。このＴＳＶは、チップを貫通する貫通電極を用いて積層したチップ間を接続する技術であり、例えば、下記特許文献１に記載のものが知られている。ＴＳＶの製造工程の一例について簡単に説明すると、まず、ウエハの表面にビアホールと呼ばれる有底の凹部を形成し、このビアホールの内壁に沿ってレジスト膜を成膜する。次に、露光、現像を行うことにより、ビアホールの底部に成膜されたレジスト膜のみを除去する。引き続き、ドライエッチングを行うことにより、ビアホールの底部に露出したウエハが除去される。そして、ビアホール内のレジスト膜を剥離した後、ビアホール内に銅めっきを施すことで、チップを貫通する貫通電極が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−９６９１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようなレジスト膜は一般に、スピンコートと呼ばれる方式によって塗布されている。しかしながら、上記したＴＳＶのビアホールは小径でかつ深く形成されているため、レジスト液をビアホールの底部まで塗布しにくくなっている。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、有底の凹部の底部までレジスト液を塗布することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、有底の凹部が表面に形成されたウエハに向けてレジスト液を噴射してレジスト膜を成膜するスプレーノズルであって、レジスト液を供給するレジスト液供給路が軸心に沿って貫通して設けられてなる主軸と、前記主軸が内部に収容されたエアタービンと、前記エアタービンを回転自在に支持する軸受けと、前記エアタービンの先端に取り付けられ、回転することで前記レジスト液を霧化させるカップとを備え、前記エアタービンと前記軸受けは、非金属製とされているスプレーノズル。

【0006】

このような構成によると、回転霧化式のスプレーノズルによってレジスト液をウエハに向けて噴射しているため、凹部の底部までレジスト液を塗布することができる。すなわち、カップを回転させることによってレジスト液を霧化させることにより、レジスト液の液滴を微小化することができる。そして、レジスト液の液滴が微小化されると、レジスト液を凹部の底部に塗布しやすくなる。したがって、凹部の内壁に沿ってレジスト膜を成膜することができる。また、主軸と軸受けを非金属製としているため、主軸と軸受けが摺動して屑が発生した場合でも、この屑がウエハ上に落下して回路間を短絡させるおそれはない。

【0007】

本発明の実施の態様として、以下の構成が好ましい。
エアタービンと軸受けは、樹脂製とされている構成としてもよい。
このような構成によると、金属製の主軸よりも軽量化を図ることができるため、主軸の回転速度を高くすることができる。また、主軸の回転速度を一定とした場合に、金属製の主軸に比べて主軸を回転させるのに必要なエア圧を下げることができる。

【0008】

カップは、非金属製とされている構成としてもよい。また、カップは、樹脂製とされている構成としてもよい。
このような構成によると、スプレーノズルの軽量化を図ることができる。特にカップが軽量化されることで、カップの高速回転が可能になり、レジスト液の液滴をさらに微小化することができる。また、カップが他の部材と摺動するなどしてカップの屑が発生しても、この屑によって回路間が短絡するおそれはない。

【0009】

また、本発明は、上記のスプレーノズルと、先端にスプレーノズルが取り付けられたアームと、アームの基端を固定する可動ヘッドと、可動ヘッドを平行移動させるアクチュエータと、ウエハを吸着して固定するプレートとを備え、レジスト液をスプレーノズルからプレート上に固定されたウエハに向けて噴射することにより、ウエハ上にレジスト膜を成膜することを特徴とするレジスト成膜装置に適用してもよい。
このようなレジスト成膜装置によると、ヘッドを移動させてスプレーノズルを移動させることができるため、ウエハの全面にレジスト液を噴射して塗布することができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、有底の凹部の底部までレジスト液を塗布することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】レジスト成膜装置の要部を拡大した平面図

【図2】レジスト成膜装置の要部を拡大した正面図

【図3】スプレーノズルの断面図

【図4】ウエハの表面にレジスト液を塗布する前の状態を示した断面図

【図5】ウエハの表面にレジスト液を塗布した後の状態を示した断面図

【図6】樹脂タービンと金属タービンの回転特性の比較を示したグラフ

【図7】樹脂タービンと金属タービンのエア消費量の比較を示したグラフ

【図8】回転数と平均液滴径の関係を示したグラフ

【図9】シェーピングエア圧力と平均液滴速度の関係を示したグラフ

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜実施形態＞
本発明の実施形態を図１ないし図９の図面を参照しながら説明する。図１および図２はレジスト成膜装置１０を示しており、このレジスト成膜装置１０は、レジスト液を噴射してウエハ５０の表面にレジスト膜６０を成膜するための装置である。本実施形態のウエハ５０は円形の薄板状をなし、直径２００ｍｍのシリコンウエハとされている。このウエハ５０の表面には、ＴＳＶ（Through-Silicon Via：シリコン貫通ビア）における貫通電極を形成するためのビアホール５１が凹設されている。このビアホール５１は、有底の凹部として形成されている。

【0013】

レジスト成膜装置１０には、図２に示すように、ウエハ５０を吸着して固定するステージ１１が設けられており、このステージ１１に支持されたウエハ５０を全周に亘って取り囲むようにしてミストレスカップ１２が周設されている。このミストレスカップ１２は、ステージ１１を支持する基台１３の外周縁から上方に立ち上がる形態とされており、ウエハ５０上で跳ね返ったレジスト液が周囲に飛散することを規制している。

【0014】

ステージ１１の内部には、ヒータ（図示せず）が設けられており、このヒータによってウエハ５０が任意の温度に加熱されるようになっている。ウエハ５０の上方には、回転霧化式のスプレーノズル１４が配設されている。このスプレーノズル１４は、アーム１５の先端に取り付けられている。このアーム１５の基端は、可動ヘッド１６に固定されており、この可動ヘッド１６は、Ｘ軸アクチュエータ１７によってＸ方向へ平行移動可能とされ、Ｙ軸アクチュエータ１８によってＹ方向へ平行移動可能とされている。

【0015】

さて、スプレーノズル１４は非金属製とされており、２軸のアクチュエータ１７，１８によって可動ヘッド１６がＸ方向およびＹ方向に平行移動することによってウエハ５０上の任意の位置で噴射可能とされている。本実施形態では、スプレーノズル１４が千鳥状に動作することにより、ウエハ５０の全面にレジスト液を塗布できるようになっている。

【0016】

スプレーノズル１４の下端には、図３に示すように、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン，polytetrafluoroethylene）からなるエアカップ１９が回転可能に装着されている。このエアカップ１９は、レジスト液を噴射する噴射口を備えている。エアカップ１９の噴射口の内面１９Ａには、複数の孔と回転方向に傾斜した複数の溝とが形成されている。エアカップ１９は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン，polyetheretherketone）からなる樹脂タービン２１の先端に取り付けられている。

【0017】

この樹脂タービン２１は、ＰＥＥＫからなるスピンドル２２の内部に回転可能に備えられ、樹脂タービン２１の内部には、ＰＥＥＫからなる主軸２３が収容されている。樹脂タービン２１は、上下一対の軸受け２５，２５（ボディの材質がＰＥＥＫからなり、軸受け部分がカーボンからなる）により支持されている。また、樹脂タービン２１は、各軸受け２５，２５の間にエアが介在したエアタービンである。したがって、スピンドル２２に高圧のエアが供給されると、このエアがエアベアリングとなって樹脂タービン２１が回転する。この結果、樹脂タービン２１の先端に取り付けられたエアカップ１９は最大７００００回転／分で高速回転することになる。

【0018】

主軸２３の内部には、レジスト液を供給するレジスト液供給路２３Ａが軸心に沿って貫通して形成されている。レジスト液供給路２３Ａへのレジスト液の供給は、スプレーノズル１４の上端部を封止するバックプレート２４の供給口２４Ａにレジスト液を供給することで行われる。そして、樹脂タービン２１を高速で回転させることにより、エアカップ１９からレジスト液が霧化されて噴射される。これにより、レジスト液は、その液滴径が数μｍの大きさとなって微小化され、ウエハ５０の表面に形成された小径のビアホール５１の内部にレジスト液の液滴を進入させやすくなる。

【0019】

また、スプレーノズル１４におけるエアカップ１９の周囲には、ＰＥＥＫからなるエアキャップ２０が装着されている。エアキャップ２０の先端には、シェーピングエアと呼ばれるキャリアガスを高速で噴出するシェーピングエア孔２０Ａが形成されており、このシェーピングエア孔２０Ａから吹き出したシェーピングエアの圧力（シェーピングエアの風量）を調整することによってレジスト液の飛行液滴速度を制御できるようになっている。これにより、レジスト液の液滴を数十ｍ／ｓの速度で噴射することができる。このようなスプレーノズル１４によると、間口の直径が２０μｍから２００μｍのビアホール５１の底面および側面にレジスト膜６０を成膜することが可能である。

【0020】

エアカップ１９の内部には、成膜されなかったミスト状のレジスト液を捕手するための捕手溶剤が収容されている。この捕手溶剤によって捕手されたレジスト液は廃レジストとして廃棄される。また、捕手溶剤と廃レジストを分離した後、再度捕手溶剤をエアカップ１９に送り込むことができるようになっている。なお、レジスト成膜装置１０内の空気は、ヘパフィルタを介して循環されており、Ｃｌａｓｓ１００の清浄度に保たれている。

【0021】

本実施形態は以上のような構成であって、続いてウエハ５０上にレジスト膜６０を成膜する手順を図４および図５を参照しながら説明する。レジスト膜６０の成膜条件は、以下のとおりである。エアカップ１９の回転数を７００００回転／分とし、シェーピングエア圧力を０．１９ＭＰａとし、使用レジストとして、東京応化工業株式会社製PMER P-LA900を使用した。スプレーノズル１４からウエハ５０に向けてレジスト液を噴射するスプレー工程では、図４に示すウエハ５０をステージ１１に固定してスプレーノズル１４からウエハ５０に向けてレジスト液をスプレーする。ウエハ５０に塗布されたレジスト液は、ビアホール５１の底部まで進入し、成膜される。

【0022】

＜実施例＞
次に、本発明の実施例を図６ないし図９の図面に基づいて説明する。図６は、樹脂タービン２１の回転特性と金属タービンの回転特性との比較を示したグラフである。樹脂タービン２１は約５０ｇであるのに対して、金属タービンは約２７０ｇであり、樹脂タービン２１は金属タービンの５分の１程度に軽量化されている。したがって、同じシェーピングエア圧力で回転させた場合、樹脂タービン２１は金属タービンよりも高速で回転することになる。

【0023】

図７は、樹脂タービン２１のエア消費量と金属タービンのエア消費量との比較を示したグラフであって、同じシェーピングエア圧力で回転させた場合、樹脂タービン２１のエア消費量は、金属タービンのエア消費量の６割程度であり、樹脂タービン２１のほうが金属タービンよりも少ないエア消費量が少ないことが分かる。

【0024】

図８は、樹脂タービン２１の回転数とレジスト液の平均液滴径の関係を示したグラフである。まず、シェーピングエア圧力が０．１６ＭＰａの場合、樹脂タービン２１の回転数を高くしていくと、これに伴ってレジスト液の平均液滴径が徐々に微小化されることが分かる。また、シェーピングエア圧力が０．２１ＭＰａの場合、樹脂タービン２１の回転数を高くしても、レジスト液の平均液滴径はほとんど変化しないことが分かる。また、樹脂タービン２１の回転数が毎分３０，０００回転の場合には、０．１６ＭＰａよりも０．２１ＭＰａの方が平均液滴径が小さく、樹脂タービン２１の回転数が毎分７０，０００回転の場合には、０．１６ＭＰａと０．２１ＭＰａでほぼ同じ平均液滴径となることが分かる。

【0025】

図９は、シェーピングエア圧力とレジスト液の飛行液滴の平均速度（以下「平均液滴速度」という）との関係を示したグラフである。シェーピングエア圧力を高くしていくと、平均液滴速度が徐々に高くなることが分かる。これは、レジスト液の液滴がエアカップ１９の噴射口から飛び出す際の初速度が高くなるためであると考えられる。すなわち、シェーピングエア圧力を高くすると、樹脂タービン２１を回転させるのに必要な量を超えてエアが供給されるため、余分なエアがエアカップ１９の噴射口から吹き出す結果、平均液滴速度が高くなるものと考えられる。なお、レジスト液の液滴速度と液滴径は、シャドー・ドップラー・パーティクルアナライザーを用いて測定を行った。

【0026】

以上のように本実施形態では回転霧化式のスプレーノズル１４を用いてウエハ５０に向けてレジスト液を噴射するようにしたから、レジスト液の液滴を微小化させてビアホール５１の底部までレジスト液を塗布することができる。さらに、シェーピングエア孔２０Ａの圧力を調整することにより、霧化されたレジスト液の液滴を高速で噴射することができるため、ビアホール５１の底部までレジスト液を確実に塗布することができる。これにより、ＴＳＶにおけるビアホール５１のレジスト膜６０の成膜工程に好適なスプレーノズル１４を提供することができる。

【0027】

また、スプレーノズル１４は樹脂製とされているため、ウエハ上に金属屑が落下するなどして回路間が短絡することを規制できる。さらに、樹脂タービン２１が軽量化されたことで樹脂タービン２１の高速回転が可能になり、レジスト液の液滴をさらに微小化するとともに液滴速度をさらに高速化することが可能になった。また、樹脂タービン２１の軽量化に伴って、樹脂タービン２１を回転させるのに必要なエア圧を下げることができる。

【0028】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0029】

（２）上記実施形態では樹脂製のスプレーノズル１４を例示しているものの、本発明によると、非金属製のスプレーノズルであればよく、樹脂製以外のスプレーノズルに適用してもよい。

【符号の説明】

【0030】

１０…レジスト成膜装置
１１…ステージ（プレート）
１４…スプレーノズル
１５…アーム
１６…可動ヘッド
１７…Ｘ軸アクチュエータ（アクチュエータ）
１８…Ｙ軸アクチュエータ（アクチュエータ）
１９…エアカップ（カップ）
２３…主軸
２３Ａ…レジスト液供給路
２５…軸受け
５０…ウエハ
５１…ビアホール（凹部）
６０…レジスト膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】