JPH02233175A - 塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、液体の塗布装置、例えば半導体ウエハの表
面にフォトレジストを回転塗布する塗布装置に関するも
のである。

［従来の技術］ この種の塗布装置は平板に液体を均一に塗布することか
比較的容易であることから種々の分野で利用されている
。半導体製造プロセスにおいても、株式会社工業調査会
発行［電子材料Ｊ　　（１９８８、１２月号別冊）゛７
８〜８３ページに示されるように、シリコンウエハ上に
フォトレジストを塗布スるのに用いられている。

第６図は従来の塗布装置を示し（以下従来例１と呼ぶ）
、（１）はシリコンウエハなどの被塗布体、（２）はフ
オトレジストなどの塗布液、（３）は塗布液を被塗布体
に滴下するためのノズル、（４）はチャック、（５）は
モータ、（６）はモータ制御部である。

次に動作について、シリコンウエハにフォトレジストを
塗布する場合を例にとり説明する。まず、モータ（５）
に接続されたチャック（４）の上にウエハ（１）が設置
され、さらに例えば真空吸引力によりウエハ（１）が固
定される。次いで、ノズル（３）から適量のフォトレジ
スト液（２）がウエハ（１）上に滴下される。このレジ
スト液（２）の滴下は以下に行うウエハ（１）の回転が
開始されてからでもよい。

次に、ウエハ（１）が、予め決定された回転パターンに
従って回転するモータ（５）の回転にチャック（４）を
介して連動して回転する。この間レジスト（２）は、溶
媒の蒸発を伴いながら遠心力によってウエハ（１）上を
拡がり薄膜を形成する。

モータ（５）の回転数や回転時間などの回転パターンは
、使用するレジスト（２）の粘度や、所望の膜厚から、
予め条件出しを行って決定されている。

以上のような従来例１では、予め決められた条件で一律
に運転されるため、通常、多数枚のウエハが連続して処
理される際に、雰囲気条件や供給液温などの微妙な変化
に対して、ウエノ＼表面に形成されるレジストの膜厚を
一定にすることが困難であり、膜厚のばらつきを招くと
いう欠点があった。

以上のような欠点を解消する手段としては、特開昭６３
−５１９７６号公報に示された発明がある（以下、この
発明を従来例２と呼ぶ）。これを第７図に示す。図にお
いて（１０４）は膜厚測定部、（１０５）は膜厚制御部
、（１０６）はモータ制御部、（１００）はレーザ光で
ある。この従来例２は、回転されつつある被塗布体（１
）における溶液（２）の膜厚を計測する膜厚測定部（１
０４）と、この測定部（１０４）における測定値に基づ
いて、回転されつつある被塗布体（１）の回転速度を制
御し、所定の膜厚を得るための膜厚制御部（１０５）を
有することを特徴としている。

膜厚の測定方法としては被塗布体（１）に対して、ほぼ
垂直にレーザ光（１００）を入射させ、塗布膜によるレ
ーザ光（１００）の干渉縞などを観測するという方法を
採っている。

そして、予め記憶された時間一膜厚関係と回転中の膜厚
計測値の比較により、モータの回転数を塗布中動的に制
御するようになっている。

このように従来例２では、従来は従来例ｌのように予め
決められた条件で一律に運転されていた回転塗布装置に
フイードバノク制御の考えをとり入れることにより、膜
厚のばらつきの問題を解決しようとしたものであり、フ
ィードバック制御を行うというＸ点に関してはこの発明
と一致している。

しかしながら従来例２においては、フィードバック制御
を行うために、膜厚値そのものを測定するものとし、さ
らに、その測定方法の一例としてレーザによる干渉縞の
観察を挙げ、他の具体的な膜厚計測方法は述べていない
。通常、高々数十秒程度で終了する回転塗布の動的な制
御のためには、高速に制御方策が決定されねばならず、
このために、膜厚そのものを計測することは不適当であ
ると考えられる。従って、より速《制御方法を与えるた
めには、膜厚値そのものを計測するよりも、膜゛厚と関
連した少なくとも１つの他の情報量をモニタする方が望
ましい。無論、この情報量が、例えば何らかの方法で−
ｆｆ計測されたウェハ上のレジスト重量といった場合の
ように、容易に膜厚に換算できる場合はこの限りではな
いが、上記従・来例２のように干渉縞の観察から液膜の
厚さを高速に求めることは、通常、困難であり、高価な
装置を必要とする。

［発明が解決しようとする課題コ 以上のような従来例２の塗布装置は、フィードバック制
御のために、膜厚値そのものをモニタしていること、加
えて、その方法として干渉縞の観察という煩雑な手法を
用いている。また、装置が高価であるなどの問題があっ
た。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、供給液温や、雰囲気温度に伴う膜厚のばらつきを防止
するために、フィードバック制御の考え方を採用するが
、その際、制御のための情報量の検出と制御方策の決定
を高速に行うことにより制御をより確実なものとし、か
つ、構造簡単で安価な塗布装置を得ることを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る塗布装置は、単色光を被塗布体の表面に
入射させ、その反射光の強度を回転塗布中モニタし、そ
の反射光強度に基づいて被塗布体の回転速度の制御を行
うようにしたものである。

［作　用］ この発明においては、高速に膜厚のフイード／ｓｊツタ
制御が行え、この結果、供給液温や雰囲気条件の変動に
伴う膜厚のばらつきを極小とする。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図〜第５図について説
明する。第１図において被塗布体（１）、塗布液（２）
、チ忙ノク（４）、モータ（５）等は第７図に示した従
来例１と同様である。塗布液滴下用ノズルは省略した。

ここでは、単色光源であるレーザ（１０）、例えばフォ
トダイオードなどの光強度検出器（ｌ１）が設けられて
いる。（６）はモータ制御部である。

次に動作について説明する。被塗布体（１）上に滴下さ
れた塗布液（２）は、モータ（５）の回転に伴う被塗布
体（１）の回転により遠心力を受け、被塗布体（１）上
をうずく拡がってゆ《。塗布ｉｆｆｌ（２）が、半導体
プロセスにおけるフォトレジストのように、蒸発性の溶
媒を含む場合には、上記遠心力による液膜の減少に加え
て、溶媒蒸発による液膜の減少も生じる。さて、この従
来例ではモータ回転開始時、あるいはその前から連続し
て、レーザ（ｌＯ）よりレーザ光を被塗布体（１）上に
照射し、その反射光の強度を検出器（１１）により検出
している。この実施例では、レーザ（ＩＯ）として数ｍ
Ｗ程度のｌｉｅ−Ｍｅレーザ（波長６３２８オングスト
ローム）を用いている。また、光検出器（ｌ１）として
はフオトダイオ・−ドを用い、電流出力を定抵抗両端の
電圧出力に変換して検出している。

このとき電圧出力として、容易に数Ｉ　ＱｍＶ以上の電
圧が得られ、また、フォトダイオードは、光量と電圧出
力の直線性にもすぐれ、さらに応答速度も回転塗布のフ
ィードバック制御に対し十分に速い。

なお、レーザの入射角については特別なる制限はないが
、ここではほぼ垂直に近い条件とした。

光検出器（１１）で出力された電圧信号はモータ制御部
（６）に取込まれ、ここで制御方策が決定される。以下
、この実施例の制御方法を説明する前に、その基本原理
について述べる。反射光のエネルギ強度は液膜（２）の
厚さＱの変化に伴って周期的に変動する。この様子を第
２図に示す。第２図には３つのグラフが示されているが
、全て横軸は回転時間を示す。縦軸はグラフ（２−１）
では膜厚ｅ、グラフ（２−２）では反射光強度■、グラ
フ（２−３）では光強度検出器の出力電圧■である。グ
ラフ（２−１）は、回転に伴い液膜の厚さが減少してゆ
く様子を示している。グラフ（２−２）は、液膜厚さの
減少に伴って反射光強度が周期的に変動する様子を示し
ている。この反射光強度の振動は、液膜厚さが一定量Δ
ｇ減少する毎に起こり、 λ ？ｅ　＝■　　・　・　・　・（１） ２ｎｔ で与えられる。λはレーザ光の波長，ｎ，は塗布液（２
）の屈折率である。この実施例ではＨｅ−Ｎｅレーザを
用いているので波長λは６３２８人である。

ｎ，を液体の一般的な値として例えば１．５とすると、
△ｅはおよそ２１００人＝　０．　２１μｍとなる。た
だし、式（１）は垂直入射の場合の式であり、以下も同
様に簡単のためレーザビームが被塗布体と垂直であると
して説明を行う。

グラフ（２−３）は、光検出器（１１）によって出力さ
れる電圧信号の時間変化を示したものである。

すでにのべたように、この実施例で光検出器として用６
ているフォトダイオードは線形性に優れているため、出
力電圧■の時間変化は反射光強度Ｉの時間変化に相似な
ものとなる。

ところで回転塗布においては、膜厚の変化は時間の経過
と共に次第に小さくなって《る。例えば３μｍから２μ
ｍまでｌμｍ減少するのに要する時冊と、そこからさら
にｌｌ１ｍ減少し１μｍの膜厚が形成されるのに要する
時間は、溶媒の蒸発がなく液体の粘性が変化しない場合
でも５倍以上異．なる。

光検出器（１１）の出力電圧■は、膜厚の減少に応じて
周期的に変動するため、■と膜厚Ｑは１対１に対応して
はいないが、上述のことから、■と■の時間／微分■の
組み合わせとしては膜厚ρと対応している。従って膜厚
Ｑそのものを測定する代わりに、■とＶをみることによ
り、モータ（５）の回転速度を制御することが可能であ
る。■は光検出器（ｌ１）の出力そのものであるし、■
もモータ制御部（６）に当然内蔵されているタイマによ
り容易に算出することができる。

以下、光検出器（ｌ１）の出力電圧Ｖとその時間微分■
を用いてモータ回転数を制御する方法について具体的に
説明する。第３図に示した２つのグラフは共に時間（に
対する出力電圧Ｖの変化を示している。図中ｔ，はモー
タの回転終了時間である。

実線の曲線は予め実験などにより決められた標準的な時
間一出力電圧関係であり、この関係は、モタ制御部（６
）に記憶されている。図中の破線は光検出器（１ｌ）の
出力電圧Ｖの計測値を示している。（ａ）のグラフでは
、破線は実線より遅れており、この場合、モータの回転
速度を大きくする必要がある。（ｂ）では逆に破線は実
線より進んでおりモータの回転速度を小さくしなければ
ならない。このような制御方策の決定は、その時刻むに
おける標準電圧■、計測電圧Ｖｍ，標準電圧勾に行うこ
とができる。このフローチャートを第４図に示す。図中
Ｖ１は出力電圧の極大値と極小値の中間程度の任意の電
圧であり、計測時点が極大値近傍か極小値近傍かの判定
に用いる。

図中■〜■で示した８つの場合の標準電圧出力と、計測
電圧出力の関係を第５図に示す。

実線は標準値、破線は計測値である。

なお、上記実施例では、光検出器（１ｔ）からの出力電
圧値■をモニタしていたが、回転塗布中に反射光強度を
検出しながら回転塗布中くり返し光検出器（Ｕ）から出
力される。極太値Ｖｐを制御部で記憶し、出力電圧■に
代わってｘ　一Ｖ　／　Ｖ　ｐをモニタし、この値とそ
の時間微分Ｘを用いて同様の制御を行ってもよい。上記
のような判断が行える制御部を備えたことにより、例え
ばレーザ（１０）の出力の変動や光検出器（１ｌ）の検
出面の汚れ等による信号レベルの長期的な変化に対して
、制御部のＩ準値に関するメモリの変更が不要になると
いう効果があり、装置の信頼性を高めることができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、単色光の彼塗布体に
よる反射光をモニタし、反射光強度に基いて被塗布体の
回転速度を制御するので、簡単な装置で高速に、膜厚の
フィードバックを行うことができ、回転塗布時の膜厚の
ばらつきを小さくすることができるという効果があり、
例えば半導体製品の品質向上や歩留り向上に寄与する所
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はこの発明の一実施例を示し、第１図は
概略側面図、第２図は膜厚、反射光強度および出力電圧
の時間変化特性線図、第３図反射光制御方法の基本を説
明するための出力電圧特性線図、第４図はフローチャー
ト図、第５図は第４図の補足説明のための電“圧特性線
図である。 第６図および第７図はそれぞれ従来の塗布装置の概略側
面図である。 （１）　　・・被塗布体、（２）・・塗布液、ぐ５）・
・モータ、（６）・・モータ制御部、（１０）・レーザ
（単色光源）　、（１１）・・先検出器。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。 代　　理　　人 曾　　我　　道　　照 弟 図 １　：　ネ友七Ｑドイ１逼イ２ト； ２二至布液 ５：　そーフ １０：　レーザ゛（単色光先式） １１：光技七魯 第 図 （ａ） （ｂ） 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被塗布体上に塗布液を滴下し、前記被塗布体を回転させ
   て前記塗布液を遠心力により拡げ、前記被塗布体上に塗
   布液膜を形成させる塗布装置において、単色光を前記被
   塗布体の表面に入射させる手段と、この反射光の強度を
   検出するための光検出器と、前記光検出器で塗布時に検
   出された光強度に基づいて回転中の前記被塗布体の回転
   速度を制御するモータ制御部とを備えてなることを特徴
   とする塗布装置。