JPH03175616A - スピン塗布装置 - 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〕 本発明は回転しているウェハ上に処理液を吐出させて塗
布を行う技術、特に、揮発性の高い処理液を溶剤雰囲気
中で塗布して効果のある技術に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、光を用いたウェハ露光は、表面に酸化膜、窒化
膜、金属膜などを形成したウェハを洗浄の後、脱水処理
を行い、さらにレジスト処理液をスピン塗布し、乾燥の
のち露光工程に移される。

上記レジスト塗布方法の１つとしてスピン塗布があり、
その概略構成は、密閉空間内にウェハを水平配置し、こ
のウェハを回転させながら、その回転中心上に配設され
たノズルからレジスト処理液をウェハ表面に向けて吐出
し、回転によって生じる遠心力を利用してウェハ表面に
均一なレジスト膜が形成できるようにされている。

ところで、本発明者は、スピン塗布時のウエノ＼より飛
散した処理液の再付着及びウェハ上の処理液の乾燥状態
の不均一さについて検討した。

以下は、本発明者によって検討された技術であり、その
概要は次の通りである。

すなわち、スピン塗布方式のスピン塗布装置は第２図の
如き構成を有しており、上下の各々が開口した構造の塗
布カップ１の中央部には、ウェハ２を水平に保持して回
転するスピンチャック３が設置され、その回転駆動源と
してモータ４が設けられている。また、ウェハ２の中心
線上には、レジスト処理液をウェハ２の表面へ吐出する
ためのノズル５が設けられている。さらに、塗布カップ
１のウェハ２の周縁の対向する部位には、傾斜面１ａが
設けられ、ウェハ２より飛散するレジスト処理液が下方
に落下し易いようにしている。

この装置でレジスト塗布を行う場合、脱水処理の終了し
たウェハ２をスピンチャック３に保持（真空吸着によっ
て保持）させ、モータ４に通電を行って一定速度でウェ
ハ２を回転させる。ついで、ノズル５からレジスト処理
液を吐出し、ウェハ２の表面にレジスト処理液を付着さ
せる。また、同時に塗布カップｌの上方から空調制御さ
れた一定温度の空気を吹き込み、ウェハ２の周辺部を流
下させる（以下、この手段をカップ排気というン。

ウェハ２は回転しているため、表面に付着したレジスト
処理液は、円周方向に流れながら同時に回転の遠心力に
よって、周辺方向へ流れでる。ウェハ２の端縁に達した
余分のレジスト処理液は、傾斜面１ａに向けて飛翔し、
大部分は傾斜面１ａに付着し、一部は跳ね返って再びウ
ェハ２上に向けて飛翔するが、上方から供給された空気
によって下方に押し流され、ウェハ２に付着するのが防
止される。

なお、揮発性の高い処理液（例えば、フォトレジスト、
ＥＣＡ：エチル・セロソルブ・アセテ−）、ＳＯＧニス
ビン・オン・グラスなど）を塗布する場合、空気の接触
状態が部分的に異なると、乾燥度合いに差異が生じ、こ
れが膜厚の違いとなって現れる。そこで、膜厚を均一に
するために、処理液の塗布を溶剤雰囲気中で行うことが
提案されている（この種の装置に、例えば、特開昭６３
−７２３７３号公報に記載のものがある〉。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記の如く揮発性の高い処理液を用いてスピ
ン塗布を行うと、ノズルの直下に落滴した処理液がウェ
ハ周辺部に延伸する過程で液粘度が高くなり、加えてカ
ップ排気が周辺部に集中するため、周辺部はど乾燥が早
まることになる。この結果、ウェハの中心部と周辺とで
塗布膜厚が異なり、膜厚精度を悪化させることが本発明
者によって見出された。

この問題を解決するものとして、前記公知例のように、
処理液の塗布を溶剤雰囲気中で行うことが考えられるが
、このようにすると乾燥の遅延が問題となり、現状では
実用化が難しい。そこで、従来とられた方法は、処理液
の温度などを制御することであったが、複数の処理液を
扱う塗布装置では、温度制御を行っても全ての処理液に
対して塗布膜厚を均一にすることは困難である。

そこで、本発明の目的は、揮発性の高い処理液によるス
ピン塗布の膜厚をウェハ上に均一に形成することのでき
る技術を提供することにある。

本発明の前記目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び
添付図面から明らかになるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、以下の通りである。

すなわち、ウェハを保持しながら回転するスピンチャッ
クと、前記ウェハの中央部に処理液を供給するノズルと
、設定値に温度調整された空気を生成する空気温度コン
トロール手段と、濃度を設定値に調整した溶剤を生成す
る濃度コントロール手段と、塗布段階では前記濃度コン
トロール手段から溶剤蒸気を前記ウェハ上に供給し、塗
布の終了と共に塗布雰囲気を形成する処理チャンバ内を
換気し、つづく乾燥段階では前記空気温度コントロール
手段から空気を供給する制御手段と、前記ウェハ上に供
給された溶剤蒸気または空気を排気する排気手段とを設
ける構成としたものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、塗布前に濃度コントロール手段
から溶剤蒸気がウェハの設置雰囲気に供。

給され、ついで回転するウェハ上に処理液が供給され、
これが遠心力によってウェハ全面に展開されることが継
続されて所望の膜厚が形成される。

こののち、ウェハの設置雰囲気に空気温度コントロール
手段から供給される空気によって換気され、引き続いて
供給される空気によりウェハ上の処理液の乾燥が行われ
る。したがって、揮発性の処理液を用いた場合でも、ウ
ェハの半径方向の膜厚差を低減することができ、塗布膜
厚精度を向上させることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明によるスピン塗布装置の一実施例を示す
断面図である。なお、第１図において、第２図の説明に
用いたと同一であるものには、同一の引用数字を用いた
ので、以下においては重複する説明を省略する。

上部の中心部が開口されると共に下部に円環状の開口が
設けられた塗布カップ６が、スピンチャック３を中心に
据えて配設されている。上部の開口には、周辺に所定の
間隔をもって筒状体を立設した円錐状の拡散部７が配設
されている。さらに、塗布カップ６及び拡散部７を内包
するようにして処理チャンバ８が配設され、かつ塗布カ
ップ６及び拡散部７の各々の開口部が処理チャンバ８か
ら露出するようにされている。

拡散部７の上端は、配管９及び配管ｌＯが接続され、こ
の接続部の基管にはダンパ１１．１２が配設されている
。配管９には、空気供給源〈不図示〉からの空気を一定
の温度に保持するクリーンエア温度コントローラ１３が
接続され、配管１０には溶剤貯蔵源（不図示）からの溶
剤を設定濃度にする溶剤雰囲気濃度コントローラ１４が
接続されている。

配管９のダンパ１１寄りには、空気をバイパスさせるた
めの分岐管１５が接続され、この分岐管１５内にダンパ
１６が配設されている。また、処理チャンバ８の天井部
には外気に連通可能な短い配管１７が設けられ、この配
管１７内にリーク弁１８が配設されている。さらに、処
理チャンバ８の底部にはチャンバ内の気化溶剤及び空気
を強制的に排出するためのチャンバ内強制排気装置１９
が設置されている。

また、塗布カップ６に供給する空気の温度を検出するた
めに、温度センサ２０がダンパ１１寄りの配管９に取り
付けられ、処理チャンバ８内の溶媒濃度を検出するため
に濃度センサ２１が処理チャンバ８の側壁に取り付けら
れている。

次に、以上の構成による実施例の動作について説明する
。

まず、ダンパ１１、リーク弁１８を閉じ、チャンバ内強
制排気装置１９を停止しておき、ダンパ１２、ダンパ１
６を開けておく。ここで、ウェハ２をスピンチャック３
に保持させ、クリーンエア温度コントローラ１３及び溶
剤雰囲気濃度コントローラ１４を稼働し、塗布カップ６
内に溶剤蒸気を供給すると共に、分岐管１５から空気を
大気へ放出する。これによって、塗布カップ６内は溶剤
雰囲気にされる。塗布カップ６内の溶剤濃度は、濃度セ
ンサ２１によって監視され、濃度センサ２１による検出
値が設定濃度に達した時点でノズル５から処理液を吐出
し、ウェハ２の表面に対する処理液の塗布を開始する。

ウェハ２上の処理液は、ウェハ２の回転に伴って周辺へ
展開する。しかし、塗布された処理液は、溶剤雰囲気中
であるため、乾燥は進まない。ノズル５からの処理液は
、吐出設定時間で供給を停止する。

膜厚は、モータ４の回転数、通電時間、及び溶剤雰囲気
濃度コントローラ１４の濃度設定値の変化によって決定
される。膜厚が設定値に達した時点で、ダンパ１２，１
６を閉じると共にダンパ１１、リーク弁１８を開け、塗
布カップ６への溶剤の供給を停止し、これに代えて空気
を導入する。

また、同時にチャンバ内強制排気装置１９を稼働させる
。

これによって、クリーンエア温度コントローラ１３から
の空気は、拡散部７に流入し、ウェハ２の表面に接触し
ながら塗布カップ６の底部から弓き抜かれる。このとき
、塗布カップ６内に滞留する溶剤も空気流によって排出
される。拡散部７に流入する空気は、温度センサ２０に
よって監視され、その検出値が設定温度になるようにク
リーンエア温度コントローラ１３によって温度制御が行
われる。

一方、チャンバ内強制排気装置１９が稼働し、かつリー
ク弁１８が開かれたことによって、処理チャンバ８内に
生じる負圧によって気体化して存在する溶剤が引き抜か
れ、同時に処理チャンバ８内にはリーク弁１８を介して
外気が導入される。

これによって、塗布カップ６及び処理チャンバ８の換気
が行われる。

次に、チャンバ内強制排気装置１９を停止し、リーク弁
１８を閉じる。これにより、塗布カップ６及び処理チャ
ンバ８内は、クリーンエア温度コントローラ１３から供
給された空気のみによって乾燥処理雰囲気が形成される
。この空気は、温度センサ２０による検出々力をフィー
ドバック信号として一定値を保持するように制御される
。塗布カップ６内に供給された空気は、ウェハ２上の処
理液を乾燥させる。

なお、以上の実施例においては、ウェハ２を一定速度で
一定時間回転させ、以後はクリーンニア温度コントロー
ラ１３から供給される空気によって乾燥させるものとし
たが、途中で回転を一時停止させ、超音波振動をウェハ
に付与し、ついで再びウェハを回転させて高段差パター
ンでの膜形成を均一にする構成を付加するようにしても
よい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることは言うまでもない。

例えば、塗布中のウェハの回転時間を変化させることに
より、一定粘度の処理液を用いながら、広範囲に及ぶ膜
厚形成が可能になる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。

すなわち、ウェハを保持しながら回転するスピンチャッ
クと、前記ウェハの中央部に処理液を供給するノズルと
、設定値に温度調整された空気を生成する空気温度コン
トロール手段と、濃度を設定値に調整した溶剤を生成す
る濃度コントロール手段と、塗布段階では前記濃度コン
トロール手段から溶剤を前記ウェハ上に供給し、塗布の
終了と共に塗布雰囲気を形成する処理チャンバ内を換気
し、つづく乾燥段階では前記空気温度コントロール手段
から空気を供給する制御手段と、前記ウェハ上に供給さ
れた溶剤または空気を排気する排気手段とを設けたので
、揮発性の処理液を用いた場合でも、ウェハの半径方向
の膜厚差を低減することができ、塗布膜厚精度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスピン塗布装置の一実施例を示す
断面図、 第２図は従来のスピン塗布装置の一例を示す断面図であ
る。 １・・・塗布カップ、ｌａ・・・傾斜面、２・・・ウェ
ハ、３・・・スピンチャック、４・・・モータ、５・・
・ノズル、６・・・塗布カップ、７・・・拡散部、８・
・・処理チャンバ、９．１０．１７・・・配管、１１．
１２　１６・・・ダンバ、１３・・・クリーンエア温度
コントローラ、１４・・・溶剤雰囲気濃度コントローラ
、１５・・・分岐管、１８・・・リーク弁、１９・・・
チャンバ内強制排気装置、２０・・・温度センサ、２１
・・・濃度センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェハを保持しながら回転するスピンチャックと、
   前記ウェハの中央部に処理液を供給するノズルと、設定
   値に温度調整された空気を生成する空気温度コントロー
   ル手段と、濃度を設定値に調整した溶剤を生成する濃度
   コントロール手段と、塗布段階では前記濃度コントロー
   ル手段から溶剤蒸気を前記ウェハ上に供給し、塗布の終
   了と共に塗布雰囲気を形成する処理チャンバ内を換気し
   、つづく乾燥段階では前記空気温度コントロール手段か
   ら空気を供給する制御手段と、前記ウェハ上に供給され
   た溶剤蒸気または空気を排気する排気手段とを具備する
   ことを特徴とするスピン塗布装置。 ２、前記処理液が、高揮発性であることを特徴とする請
   求項１記載のスピン塗布装置。 ３、前記濃度コントロール手段は、必要とする膜厚に応
   じた濃度に調整することを特徴とする請求項１記載のス
   ピン塗布装置。 ４、必要とする膜厚に応じて、前記スピンチャックの回
   転を変えることを特徴とする請求項１記載のスピン塗布
   装置。 ５、前記塗布過程において、ウェハ上の処理液に超音波
   振動を付与する手段を設けることを特徴とする請求項１
   記載のスピン塗布装置。 ６、前記ウェハの設置雰囲気が、空気流通路を有すると
   共に中心部に前記スピンチャックが配設された塗布カッ
   プと、及び該塗布カップを囲撓すると共に外気の導入及
   び排気が可能な密閉空間を形成する処理チャンバとによ
   って構成されることを特徴とする請求項１記載のスピン
   塗布装置。