JPH02233177A - 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などに供用される塗
布装置に関するものである。

［従来の技術］ 回転塗布装置は、平板に液体を均一に塗布することが比
較的容易であることから、従来、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」　（１９８８、１２月号別冊）
７８〜８３ページに示されるように、シリコンウェハ上
にフォトレジストを塗布するのに用いられている。

第４図は、従来のこの種の塗布装置を示し、図中、（１
）はン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（２）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）はモタ制御部である。

次に動作について、シリコンウェ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）の上にシリコンウエハ（１
）が設置され、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。

次いで、ウエハ（１）が、モータ（５）の回転にチャッ
ク（４）を介して、予め決定された回転パターンに従っ
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
、使用するレジスト液（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。

以上のような従来の塗布装置は、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、ウエハ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。

本発明者らは、先に、以上のような欠点を解消するため
の発明を行った（以下先行発明と呼ぶ）。

その一実施例を第５図に示す。図において（１０）はレ
ーザ、（ｌ１）は例えばフォトダイオードなどの光強度
検出器、（６）はモータ制御部である。その他、第４図
と同一符号は同一部分である。

次に、動作について説明する。肢塗布体（１）上に滴下
された塗布液（２）は、モ−タ（５）の回転に伴う肢塗
布体（１）の回転により遠心力を受け、肢塗布体（１）
上をうずく拡がってゆく。

塗布液（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、ここでは、モタ回転開始時、あるいはそ
の前から連続して、レザ（■０）よりレーザ光を肢塗布
体（１）上に、照射し、その反射光の強度を検出器（１
１）により検出している。いま、レーザとして数ｍＷ程
度のＩｌｅＮｅレーザ（波長６３２８オングストローム
）を用い、検出器としてはフォトダイオードを用いて電
流出力を定抵抗両端の電圧出力に変換して検出すると、
電圧出力として容易に数１０ｍＶ以上の電圧が得られる
。また、フォトダイオードを用いているので、光量と電
圧出力の直線性にもすぐれ、応答速度は回転塗布のフィ
ードバック制御に対し十分に速い。

回転塗布時の膜厚の減少に対する反射光強度と光検出器
（１１）の出力電圧の変化を第６図に示す。この図に示
したように、反射光強度およびそれに応じた出力電圧は
周期的に変動し、かつ、振動周期が時間の経過と共に大
きくなってゆ《。従って、例えば所望の膜厚になったと
きの出力電圧値とその時間微分を予め実験などで決定し
、そのデータをモータ制御部（６）に内蔵しておき、塗
布中継続してモータ制御部（６）に取込まれる出力電圧
値から、その時間微分をモ〜タ制御部（６）で演算し、
それら２つの値が所定の値になっｔこ時点でモータ（５
）の回転を停止することにより、所望の厚さの塗布膜が
得られる。

以上この先行発明によって簡単な装置で高速に、しかも
高精度に膜厚の制御を行うことが可能で、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。

［発明が解決しようとする課題〕 以上のような先行発明による塗布装置は、肢塗布体の表
面が一様である場合には十分に効果を発揮することがで
きるが、例えば、表面に既にバタン形成された半導体ウ
エハのように、面内の表面状態が一様でない場合には、
連続して反射光検出／を行えば、その出力信号は大きく
乱れたものとなり、その信号をもとにした塗布条件の制
御が困難になるという問題点がある。

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
、半導体のウエハのように表面にバタンか形成され面内
の表面状態が一様！でない被塗布体に対しても、有効に
膜厚の制御を行うことができ、所望の膜厚に塗布するこ
とが可能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
入射させる手段と、この反射光の強度を検出するための
光強度検出手段と、この検出手段により検出された光強
度に基づいて塗布条件の制御を行う制御部に加え、回転
位相を検出する位相検出手段を備えている。

［作　用］ この発明においては、予め定められた一定の回転位相に
おける反射光強度のみを選択的に読みとり、それに基づ
いて塗布条件のフィードバック制御Ｅ行う。そのため、
例えば表面にパターンが形成されたシリコンウエハに対
しても、安定した反射光強度信号が得られる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示し、同図はパタン（ｌ
２）が既に表面に形成された半導体ウエハ（１）にフォ
トレジスト液を塗布する場合の実施例で、破線（ｌ３）
はウエノ＼（１）の回転に伴ってレザ光が当たる位置を
しめしている。

（２００）は回転位相検出手段であり、光源（２０）、
光検出器（２１）およびこれらの間に位置してモータ（
５）の軸に取付けられた円板（２２）にはスリット（２
３）が切られている。

（１５）１５光強度検出器（１ｌ）からの信号の流れを
、（２５）は光検出器（２ｌ）からの信号の流れを、（
３５）は制御部（６）からモータに与えられる制御信号
の流れを示している。

その他、第５図と同一符号は同一部分である。

ただし、塗布液滴下用ノズルは図示を省略した。

次にに動作について説明する。液膜を所定の膜厚に仕上
げるために、被塗布体（１）の表面にレーザ（１０）か
ら単色光を入射させ、その反射光強度の時間変化により
膜厚が所望の値になっているか否かを判定し、フィート
゛バック制御を行うという基本的な考え方は、先に述べ
た先行発明と同様であり、その詳細な説明は省略する。

この実施例では、レーザ（ｌＯ）により単色光を発生さ
せ、その反射光強度をフォトダイオードと若干の電気部
品を用いた光強度検出器（１１）で電気的信号、具体的
には電圧信号に変換し、制御部（６）に取込んでいる。

この電圧信号および電圧信号を制御部（６）で処理して
計算された電圧信号の時間微分が予め決定され、制御部
（６）に記憶されている所望の膜厚に対応した値になっ
た時点で、制御部はモータ（５）の回転を停止するとい
う指示を出す。この制御の方法については上記の電圧信
号レベルと、その時間微分を用いるものの他にも電圧信
号と回転開始からの時間を用いるものなどが考えられる
。

第２図に時間経過に伴う光強度検出器（１ｌ）の電圧信
号レベルを示す。同図（ａ）は被塗布体（１）の表面が
一様で平滑な場合を示している。同図（ｂ）は第１図に
示したようにウエハ（１）の表面に既にバタン（１２）
が形成されている場合の検出された電圧信号の時間変化
であり、同図（ａ）の場合に比較して非常に乱れたもの
となっており、このままでは膜厚の制御は不可能である
。

そこで、この実施例では、モータ（５）の軸に、スリッ
ト（２３）が形成されていてウエハ（１）と同じ回転を
行う円板（２２）と、光源（２０）、受光素子（２ｌ）
を備えるようにした。図では、ウエハ（１）上のバタン
（ｌ２）のない部分Ａがレーザ（１０）の照射スポット
になったときに光源（２０）からの光が円板（２２）の
スリッｌ−　（２３）の部分を通り抜け、受光素子（２
ｌ）で検知されるようになっている。上記の作用を得る
ためにはスリット（２３）とウエハ（１）の相対的な位
置合せを行う必要があるが、この発明はその方法を限定
するものではない。上記構成により、受光素子（２１）
は１回転に１回の周期でパルス信号を発生することにな
り、このパルス信号が制御部（６）に取込まれる。制御
部（６）では上記パルス信号をトリがとして反射光強度
検出器（１１）からの電圧信号を読み取れば良い。

以上の動作により制御部では、実質第２図（ａ）に示し
たような滑らかな出力電圧を検知することができる。

なお、得られた反射光強度に対応する電圧信号は時間に
対して離散的なものとなるが、通常、回転塗布は数１０
Ｏｒｐｍの高速回転によってなされることと、例えば所
望の膜厚が１μｍ程度である場合、その付近では膜厚の
時間変化はゆっくりとしたものであることから、実際の
制御に支障はない。

また、上記実施例では円板（２２）のスリット（２３）
を１つとしたが、スリットを９０゜毎に４個設けても良
い。その場合には、第１図のウェハ（１）に示したＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの４点での計測が可能になる。さらに上記実
施例ではウエハ（１）の７ＮＩＬタン（１２）のない部
分と、円板（２２）のスリット（２３）は、何らかの手
段によって相対的に位置合わせがなされるものとしたが
、上記位置合せ手段を省くことも可能である。次にその
ような他の実施例について述べる。構成は第１図と同様
である。吃こＸでは、まず、ウエハ（１）が第１図中で
は省略されているチャック部に搬送されて来て、例えば
真空吸着により固定される。その後、塗布液がウエハ（
１）上に滴下されるわけであるが、その前に、ウェハ（
１）を予め決められた一定回転数で回転させる。そのと
き得られる反射光強度信号は、例えばパタンが第１図に
示したようなとき第３図のようになる。図中、Ｔで示し
た部分がウエハ（１）の１回転相当分であり、その間に
信号レベルの平滑な部分が４ケ所（　ｐｉｔ　　Ｐ　！
，Ｐ　ａ，Ｐ　４）ある。

これは第１図に示したウエハ（１）のバタン（１２）の
ない部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応している。

以上のような反射光の検出に加え、スリット付き円仮部
での受光素子（２１）のパルス信号を制御部（６）で検
知し、任意の平滑部（例えばＰ１）とパルス信号との時
間のずれを見ることにより、Ｐ．に対応したパタンのな
い部分（例えばＡ）とスリット（２３）との空間的な回
転位相のずれが解るので、これを制御部（６）で記憶し
ておく。

さて、続いて塗布液（２）がウエハ（１）上に滴下され
、塗布のための回転が開始される。そのとき、上記手順
でスリット（２３）とバタン（Ｉ２）のない部分との位
相差は知られているので、反射光強度をパルス信号から
の塗布回転速度に応じた時間のずれを考慮しながら検出
すれば、前の実施例と同様、滑らかに周期的に時間変化
する反射光強度に対応した電圧信号か得られ、これに基
いて塗布条件の制御を行うことができる。

なお、以上の実施例では、単色光源としてレザを用いた
場合を示したが、これは通常光源とフィルタの組合せで
も良く、また、光強度検出器も限定するものではない。

さらに位相検出手段として光センサによる方法を示した
が、これもどんな方法によっても良い。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、先行発明に加えて回
転位相を検出する．ようにしたので、簡単な装置で膜厚
の制御が行え、回転塗布時の膜厚のばらつきを小さくす
るという効果を有し、特に、表面にバタンか形成された
半導体ウエハのように表面が不均質な被塗布体にも適用
できるようになり、例えば半導体製品の品質や歩留り向
上に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略斜視図、第２図、第
３図はそれぞれのものの時間一信号レベル特性線図、第
４図は従来の塗布装置の概略側面図、第５図は先行発明
に係る塗布装置の概略側面図、第６図は第５図のものに
おける膜厚の減少に伴う反射光強度，出力電圧の変化の
特性線図である。 （１）・・肢塗゜布体、（２）・・塗布液、（５）・・
モータ、（６）・・制御部、（ＩＯ）・・単色光源、（
１１）・・光強度検出器、（２００）　　・・回転位相
検出手段。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被塗布体に塗布液を滴下し、前記被塗布体を回転させ、
   前記塗布液を遠心力により拡げて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その反射光の強度を検出するため
   の光強度検出手段と、前記被塗布体の回転位相を検出す
   る位相検出手段と、前記２つの検出手段による信号に基
   いて塗布条件を制御する制御部とを備えてなることを特
   徴とする塗布装置。