JP2003145014A

JP2003145014A - 回転塗布装置

Info

Publication number: JP2003145014A
Application number: JP2001335323A
Authority: JP
Inventors: Toru Ikeda; 亨池田; Lily Pang; パンリリー; Robert Rick; ロバートリック
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェハの表面に沿うガスの流れを安定
化させることのできる回転塗布装置を提供することにあ
る。【解決手段】本発明による回転塗布装置１０は、チャ
ンバ１２と、このチャンバ内に回転可能に配置され、半
導体ウェハＷを支持する支持台１６と、支持台に支持さ
れたウェハ上に、塗布すべき薬液を滴下する薬液滴下装
置２０と、内側の開口部５０が支持台に支持されたウェ
ハの外周縁に対向配置され、内側の開口部から外側の開
口部５２に向けて延びる流路を有し、回転駆動される気
流発生装置４０とを備えることを特徴とする。この構成
においては、気流発生装置が回転駆動されると、ウェハ
上のガスは、気流発生装置の内側開口部に吸引され、被
処理基板上ではガスがラミナーフローのような安定状態
で流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ等の
被処理基板を回転させながら当該基板上に薬液を滴下
し、その全面に薬液を塗布する回転塗布装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】回転塗布装置は、半導体製造において洗
浄プロセスやレジスト塗布プロセス、近年では絶縁膜形
成プロセス等に用いられている。従来一般の回転塗布装
置は、図５に概略的に示すように、チャンバ１と、この
チャンバ１内に配置され、被処理基板である半導体ウェ
ハＷを支持する回転可能な支持台２と、支持台２を回転
駆動させる駆動装置３と、支持台２上に支持された半導
体ウェハＷの表面に薬液を滴下する薬液滴下装置４とを
有している。また、レジスト塗布や絶縁膜形成において
は、半導体ウェハＷ上に形成される膜を均質で一定の厚
さとするために、半導体ウェハＷの表面に沿ってラミナ
ーフロー（層流）が形成されるよう、支持台２の上方か
ら、清浄な空気ないしは適当なガス（以下「ガス」と総
称する）が導入されるようになっている。

【０００３】更に、半導体ウェハＷを回転させる際に発
生する気流の乱れを防止すると共に、半導体ウェハＷの
回転により飛散する薬液がチャンバ１の内壁面や他の構
成部材に付着しないよう、支持台２の周囲には、固定式
の略円筒状部材５が設けられている。そして、半導体ウ
ェハＷに沿って流れるガスが支持台２と略円筒状部材５
との間から下方に抜けるよう構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来構成の回転塗布装置においては、薬液の種
類や塗布の厚さ等に応じて半導体ウェハＷ（支持台２）
の回転速度を変化させるため、略円筒状部材５の内側の
空間の圧力分布が一定せず、乱流が生じる場合がある。
かかる乱流は、薬液を一定の厚さで半導体ウェハＷ上に
塗布することを妨げるものである。また、ガスの一部が
略円筒状部材５の内側で循環し、略円筒状部材５の内壁
面に付着した薬液やその固化物を巻き上げて、半導体ウ
ェハＷの表面を汚染するおそれもある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、半導体ウェハの
表面に沿うガスの流れを安定化させることのできる回転
塗布装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による回転塗布装置は、チャンバと、このチ
ャンバ内に回転可能に配置され、半導体ウェハのような
被処理基板を支持する支持台と、支持台を回転させる駆
動装置と、支持台に支持された被処理基板上に、塗布す
べき薬液を滴下する薬液滴下装置と、内側の開口部が支
持台に支持された被処理基板の外周縁に対向配置され、
内側の開口部から外側の開口部に向けて延びる流路を有
し、回転駆動される気流発生装置と、を備えることを特
徴としている。

【０００７】この構成においては、気流発生装置は、回
転駆動されることにより、遠心力の作用によって内側の
開口部からガスを取り入れて流路を通して外側の開口部
から流出させることができる。従って、被処理基板上の
ガスは、気流発生装置の内側開口部に吸引され、被処理
基板上ではガスがラミナーフローのような安定状態で流
れる。

【０００８】気流発生装置としては、支持台に対して固
定された内側環状体と、内側環状体の外側に所定の間隔
を置いて取り付けられた外側環状体とから構成されるも
のが考えられる。この構成では、前記内側の開口部は、
内側環状体の内周部分と外側環状体の内周部分との間で
画されたものとなる。また、前記外側の開口部は、内側
環状体の外周部分と外側環状体の外周部分との間で画さ
れたものとなる。そして、内側環状体と外側環状体との
間の環状空間が前記流路となる。

【０００９】このような二重の環状体からなる気流発生
装置では、外側環状体の内周壁の一部を、支持台に支持
された被処理基板の外周縁に対向させることが好まし
い。回転する被処理基板から飛散した薬液を受け、チャ
ンバの内壁面やその他の回転塗布装置の構成要素を薬液
で汚染することを回避できるからである。

【００１０】内側環状体と外側環状体とが、両者間に設
けられ周方向に等間隔に配置された複数のリブによって
連結されている場合、このリブを、気流発生装置の回転
によって外向きの気流を形成する羽根として機能させる
ことが有効である。

【００１１】また、内側環状体の外壁面若しくは外側環
状体の内壁面、又は外壁面及び内壁面の両者に、気流発
生装置の回転によって外向きの気流を形成する羽根を取
り付けてもよい。

【００１２】気流発生装置としては、上記の構成以外に
も、両端に開口部を有し内部が流路となる導管を複数
本、一方の端部の開口部が前記内側の開口部となるよう
放射状に配置して構成したものが考えられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明による回転塗布装置の一実
施形態を示している。この実施形態における回転塗布装
置１０は、ＳｉＯ₂膜を被処理基板である半導体ウェハ
Ｗの表面に形成するものであり、薬液として、Ｓｉ、O
及びＣ_XＨ_Yをイソプロピルアルコールに溶解したものを
使用することとしている。

【００１５】図１に示す回転塗布装置１０は略直方体形
状のチャンバ１２を備えている。チャンバ１２の内部に
は、ベースプレート１４が配置されており、このベース
プレート１４上には、半導体ウェハＷを水平に支持する
支持台１６が設けられている。この支持台１６は、好ま
しくは吸着式により、半導体ウェハＷを固定することが
できるようになっている。また、支持台１６は回転可能
にベースプレート１４に取り付けられており、ベースプ
レート１４の下面側に配置された駆動モータ１８によっ
て回転駆動されるようになっている。

【００１６】また、回転塗布装置１０は、支持台１６に
支持された半導体ウェハＷ上に薬液を滴下ないしは流下
する薬液滴下装置２０が設けられている。薬液滴下装置
２０は、チャンバ１２の外部に配置された薬液貯留用の
薬液槽２２と、チャンバ１２の内部に設けられ、配管２
４により薬液槽２２と連通された管状のアーム２６とを
備えている。アーム２６は、水平方向に揺動することが
できようベースプレート１４に取り付けられている。ベ
ースプレート１４の下面側には、このアーム２６を揺動
させるための駆動モータ２８が設けられている。更に、
アーム２６の自由端部の下面には、薬液滴下用のノズル
３０が下向きに設けられている。

【００１７】このような構成では、アーム２６を揺動さ
せると、支持台１６に支持された半導体ウェハＷ上の中
心部の直上に薬液滴下用のノズル３０を配置することが
できる。そして、支持台１６と一体的に半導体ウェハＷ
を回転させて、薬液槽２２内を窒素ガス等で加圧する
と、薬液槽２２内の薬液が配管２４及び管状アーム２６
を経てノズル３０から滴下ないしは流下される。この薬
液は回転中の半導体ウェハＷの中心から外周部に広が
り、半導体ウェハＷの表面全体に薄膜を形成する。

【００１８】また、チャンバ１２の天井部であって、支
持台１６の直上の位置には、開口部３２が形成されてい
る。この開口部３２には、適当なガス（好ましくは清浄
な空気）が導入され、支持台１６に支持された半導体ウ
ェハＷに向かって流れるように図られている。これは、
塗布中の半導体ウェハＷの表面に沿ってガスのラミナー
フロー（層流）を可能な限り形成しようとするものであ
る。すなわち、イソプロピルアルコールのように溶媒が
揮発性の高いものである場合、ラミナーフローを形成し
ないと、半導体ウェハＷ上の位置によって溶媒の揮発の
状態が異なり、ウェハ表面に滴下された薬液の成分が塗
布中に著しく変化して膜質に影響を与えるおそれがある
ため、半導体ウェハＷの表面に沿ってラミナーフローを
形成して溶媒の揮発状態を一定化すると共に、ウェハ中
心から外周への安定した気流によって薬液塗布の均一化
を図っている。

【００１９】なお、チャンバ１２内に導入されたガス
は、チャンバ１２の下部に形成された排出口３４から、
そこに接続された真空ポンプ（図示しない）によって外
部に排出される。また、チャンバ１２の開口部３２には
ＵＬＰＡ等のフィルタ３６が配設され、これによってガ
ス中に含まれる不純物が除去されるようになっている。

【００２０】更に、図示実施形態の回転塗布装置１０
は、支持台１６を囲むよう配設された気流発生装置４０
を備えている。この気流発生装置４０は、支持台１６と
アーム２６の揺動軸３８との間に配置され且つ支持台１
６と同軸に配置された内側と外側の２重の環状体４２，
４４から構成されている。

【００２１】内側環状体４２は、支持台１６の下面又は
支持台１６の回転軸４６等に固定され、放射方向外方に
行くほど下方になだらかに湾曲ないしは傾斜している。
また、その外周部分は概ね水平に延びている。

【００２２】外側環状体４４は内側環状体４２と同軸に
配置され、両者間に環状空間が形成されている。外側環
状体４４も内側環状体４２と同様に、放射方向外方ほど
下方に湾曲ないしは傾斜している。また、外側環状体４
４は、その内周縁４８が、支持台１６に支持された半導
体ウェハＷの表面（上面）よりも上方に位置している。
この内周縁４８により画されている開口は、半導体ウェ
ハＷを支持台１６に対して搬入、搬出することができる
よう、少なくとも半導体ウェハＷよりも大きくされてい
る。外側環状体４４の外周部分は、内側環状体４２の外
周部分の上方にて比較的狭い間隙をもって、略水平方向
に延びている。かかる構成においては、外側環状体４４
の内周部分と内側環状体４２の内周部分との間に、気流
の入口となる開口部（内側の開口部）５０が形成され
る。この開口部５０は、半導体ウェハＷの外周縁に対向
配置される位置となる。また、外側環状体４４の外周部
分と内側環状体４２の外周部分との間には、気流の出口
となる開口部（外側の開口部）５２とが形成され、更
に、両開口部５０，５２間には流路が形成される。

【００２３】これらの環状体４２，４４は、外周部分間
で周方向に等間隔に配置された複数のリブ５４によって
連結され一体化されている。

【００２４】なお、図１において、符号５６は、気流発
生装置４０の開口部５２に対向して配置され、開口部５
２から流出するガス及び薬液等を受けてベースプレート
１４の孔５８からチャンバ１２の下部に導くための環状
の受け部材である。

【００２５】このような構成の気流発生装置４０は、薬
液の塗布プロセスにおいては、駆動モータ１８の作動に
より支持台１６及び半導体ウェハＷと共に一体的に回転
する。その結果、遠心力の作用により、気流発生装置４
０の内側環状体４２と外側環状体４４との間の空間（流
路）では、支持台１６の近傍の開口部５０ら外側の開口
部５２に向かう気流が発生する。従って、チャンバ１２
の上部開口部３２からガスが導入され、回転中の半導体
ウェハＷ上に吹き付けられると、そのガスは開口部５０
に吸引され、半導体ウェハＷの表面上では実質的にラミ
ナーフローが形成される。前述したように、塗布プロセ
スにある半導体ウェハＷ上でガスのラミナーフローが形
成されると、薬液中の溶媒（イソプロピルアルコール）
の揮発が一定となり、薬液中の成分の変質が防止され
る。また、安定したラミナーフローが半導体ウェハＷの
表面を流れることから、薬剤滴下装置２０により半導体
ウェハＷ上に滴下された薬液の拡散も滑らかに行われ、
塗膜は薄く均一の厚さとなる。

【００２６】また、支持台１６の回転速度によっては、
遠心力が弱く、薬液が半導体ウェハＷの外縁部でダマ状
となる可能性があるが、半導体ウェハＷの表面上のラミ
ナーフローは、半導体ウェハＷの上方の空間で循環せず
に、確実に内側環状体４２と外側環状体４４との間の流
路に流入するため、半導体ウェハＷの外周縁から薬液を
外方に飛散させ、ダマの形成を防止することができる。

【００２７】外側環状体４４の内壁面の一部はウェハＷ
の外周縁に対向しているので、半導体ウェハＷの外周縁
から外方に飛散した薬液の飛沫は外側環状体４４の内壁
面にて捕らえられ、ガス流と共に外側の開口部５２から
排出される。これは、チャンバ１２の内壁面や薬液滴下
装置等の回転塗布装置構成要素を、薬剤の飛沫から保護
するものである。また、外側環状体４４の内壁面に付着
した薬液の一部は粉粒状に固化するが、この固化物は、
内側環状体４２と外側環状体４４との間の流路での気流
が外方に流れているため、半導体ウェハＷの方に戻るこ
とはなく、外部に確実に排出される。従って、半導体ウ
ェハＷのパーティクル汚染の問題も格段に低減されるこ
とになる。

【００２８】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施懈怠に限定されない
ことは云うまでもない。

【００２９】例えば、上記実施形態では、リブ５４が環
状体４２，４４間の外周部分のみに配置されているが、
このリブ５４は、気流発生装置４０を平面図で表した図
２に示すように、支持台１６の近傍にまで延ばすことが
可能である。この場合、リブ５４は遠心送風機における
羽根車の羽根のように機能し、環状体４２，４４間での
外方への気流をより強制的に形成させることが可能とな
る。勿論、羽根車の羽根の如く湾曲させてもよい。

【００３０】なお、図２に示す構成は、環状体４２，４
４間の内部空間をリブ５４にて仕切り、複数の管状の流
路を形成したものである。従って、図３に示す気流発生
装置１４０ように、複数の導管１００を放射状に配置し
て構成したものも、図２の構成と同様な効果が得られ
る。すなわち、気流発生装置１４０を支持台１６及び半
導体ウェハＷと共に回転駆動させると、各導管１００の
内側の開口部１０２から内部の流路１０４を通って外側
の開口部１０６から流出するガス流が形成される。

【００３１】また、外向きの気流を形成する手段とし
て、リブ５４とは別個に、図４に示すような羽根６０
を、外側環状体４４の内壁面、若しくは図示しないが、
内側環状体４２の外壁面、又はその両者間に設けてもよ
い。なお、図４において図１と同一又は相当部分には同
一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００３２】リブ５４を延ばす構成（図２）、複数の導
管１００による構成（図３）、及び羽根６０を設ける構
成（図４）はいずれもガスを積極的に外方に導くもので
あるので、支持台１６の回転が低速である場合にも、ラ
ミナーフローを半導体ウェハＷ上で形成する一助となる
という点で極めて有効である。

【００３３】更に、上記実施形態は、半導体ウェハＷ上
に絶縁膜であるＳｉＯ₂膜を形成する塗布プロセスにつ
いて説明したが、洗浄プロセスやレジスト塗布プセスで
も本発明による回転塗布装置を用いることができる。か
かる場合、薬液の成分が異なるため、ガス供給手段によ
りチャンバ１２内に導入されるガスは空気と異なる場合
もあり、また、ガス供給手段自体が不要となることもあ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体ウェハのような被処理基板上に沿ってガスが安定し
て中心から外方に流れていくので、基板上の塗布を一定
の厚さで行うことができる。また、ガスが被処理基板の
上方で循環することもなくなるので、循環流に乗ってパ
ーティクルが被処理基板を汚染するという事態も防止す
ることができる。従って、半導体製造の絶縁膜形成プロ
セスにて本発明による回転塗布装置を用いた場合、製品
である半導体デバイスの性能や歩留まりの向上に寄与す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転塗布装置の一実施形態を示す
概略断面図である。

【図２】図１における気流発生装置の変形例を示す平面
図である。

【図３】気流発生装置の他の実施形態を示す図２と同様
な平面図である。

【図４】図１の回転塗布装置の変形例を示す概略断面図
である。

【図５】従来の回転塗布装置を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０…回転塗布装置、１２…チャンバ、１６…支持台、
１６…駆動モータ（駆動装置）、２０…薬液滴下装置、
３２…開口部（ガス供給手段）、４０，１４０…気流発
生装置、４２…内側環状体、４４…外側環状体、４８…
内周縁、５０，１０２…内側の開口部、５２，１０６…
外側の開口部、５４…リブ、６０…羽根、１００…導
管，１０４…ガス流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田亨千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者リリーパンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，フリーモント，カブリロドライヴ 35694 (72)発明者リックロバート千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 2H025 AA18 AB16 EA05 4F042 AA07 AB00 BA05 EB05 EB09 EB13 EB17 EB24 EB29 5F045 AB32 BB14 EB20 EF13 5F046 JA02 JA05 JA06 JA07 JA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバと、前記チャンバ内に回転可能に配置され、被処理基板を支
持する支持台と、前記支持台を回転させる駆動装置と、前記支持台に支持された被処理基板上に、塗布すべき薬
液を滴下する薬液滴下装置と、内側の開口部が前記支持台に支持された被処理基板の外
周縁に対向配置され、前記内側の開口部から外側の開口
部に向けて延びる流路を有し、回転駆動される気流発生
装置と、を備える回転塗布装置。
【請求項２】前記気流発生装置が、前記支持台に対し
て固定された内側環状体と、前記内側環状体の外側に所
定の間隔を置いて取り付けられた外側環状体とを備え、前記内側の開口部が前記内側環状体の内周部分と前記外
側環状体の内周部分との間で形成され、前記外側の開口部が前記内側環状体の外周部分と前記外
側環状体の外周部分との間で形成され、前記流路が前記内側環状体と前記外側環状体との間の環
状空間である、請求項１に記載の回転塗布装置。
【請求項３】前記外側環状体の内周壁の一部が、前記
支持台に支持された被処理基板の外周縁に対向してい
る、請求項２に記載の回転塗布装置。
【請求項４】前記内側環状体と前記外側環状体とが、
両者間に設けられ周方向に等間隔に配置された複数のリ
ブによって連結されており、前記リブが、前記気流発生装置の回転によって外向きの
気流を形成する羽根として機能する、請求項２又は３に
記載の回転塗布装置。
【請求項５】前記内側環状体の外壁面若しくは前記外
側環状体の内壁面、又は前記外壁面及び内壁面の両者
に、前記気流発生装置の回転によって外向きの気流を形
成する羽根が取り付けられている、請求項２又は３に記
載の回転塗布装置。
【請求項６】前記気流発生装置が、両端に開口部を有
し内部が流路となる導管を複数本、一方の端部の前記開
口部が前記内側の開口部となるよう放射状に配置して構
成されている、請求項１に記載の回転塗布装置。
【請求項７】ガスを前記支持台の上方から、前記支持
台に支持された被処理基板に向かって流下させるガス供
給手段を備える、請求項１〜６に記載の回転塗布装置。