JPH05283331A - レジスト塗布装置及びレジストの回転塗布方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転塗布において高速回転による乱流の発生
を抑制し、レジスト膜厚の均一化を達成するレジスト塗
布装置を得んとするものである。 【構成】 ウエハチャック１０にウエハ１１を保持し、
ウエハ１１上方に、モータ１２で回転駆動される円板１
３を、ウエハ１１に平行且つ近傍に配置する。この円板
１３とウエハ１１との距離は０．５ｍｍとし、両者の回
転数及び回転方向は同一とする。８インチφウエハで
は、回転数４０００ｒ／ｍｉｎ以上でも乱流は発生せ
ず、膜厚むらも抑えることができる。このときの膜厚均
一性は、変動幅４．０ｎｍ（４０Å）である。また、円
板１３の回転数は、│ω₁−ω₂│＝（ν／ｒ₀ ²）×２．
１５×１０⁵の範囲でウエハ１１の回転数より低くして
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程におけ
るフォトリソグラフィに関するもので、特にフォトレジ
スト塗布時の乱流による膜厚むら抑制に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化が進み、それ
に伴って高い精度のパターン形成技術が必要となってい
る。その要求精度は、一般にデザインルールの±１０％
である。例えば、デザインルール０．３５μｍの超ＬＳ
Ｉでは、±０．０３５μｍの精度（パターン線幅均一
性）が必須である。

【０００３】この精度を悪化させる原因、即ち線幅の変
動要因は、例えば、フォトリソグラフィー工程において
は、レジスト膜厚の変動，レジスト現像速度の変動，レ
ジスト材料の特性の変動，露光装置の光学的・機械的な
変動，フォトマスク（レティクル）の線幅のバラツキ，
基板の光反射率バラツキ（酸化膜膜厚のバラツキ等）な
どがある。また、その他に、エッチングのバラツキ，下
地パターンによる段差などの変動要因がある。

【０００４】このような線幅変動要因を考慮すると、デ
ザインルール０．３５μｍの超ＬＳＩでは、レジスト膜
厚均一性は５ｎｍ（５０Å）以下が要求されることにな
る。

【０００５】一方、ウエハ径は生産性を向上するため大
口径化が進められており、現在ウエハ径は直径２００ｍ
ｍ（８インチ）φのものが主流になりつつある。

【０００６】ところが、ウエハ径が大きくなる程、レジ
スト膜厚を均一に形成することは難しくなる。塗布面積
が増えるのであるから、均一性は悪くなるのは当然であ
るが、もう一つの原因は、塗布時の回転数を充分に上げ
られないことにある。このことを説明するため、まず一
般的な塗布過程を図３８によって説明する。

【０００７】一般にフォトレジストの塗布は、まずウエ
ハ１をウエハチャック２に保持した後、レジスト吐出ノ
ズル３からレジスト４を吐出する（図３８（Ａ））。そ
の後ウエハ１を回転させて、レジスト膜を形成する（図
３８（Ｂ），（Ｃ））。この時の回転数及び時間によっ
てレジスト膜厚が決まり、この回転数は一般に３０００
〜６０００ｒ／ｍｉｎである。

【０００８】一方、この回転数は膜厚均一性にも影響し
ている。回転数が高いほど膜厚均一性は良くなり、ウエ
ハ径１２５ｍｍ（５インチ）φにおいては４０００ｒ／
ｍｉｎ以上で充分な均一性が得られるようになる。即
ち、充分な膜厚均一性を得るためには、塗布時の回転数
は４０００ｒ／ｍｉｎ以上が必要である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ウエハ径が
大きくなると周速度が大きくなり空気の乱流が発生しや
すくなる。乱流が発生すると、レジストの溶剤の蒸発量
が、局所的に変化し膜厚が大きく変化する。これは１９
９０年、春応物講演予稿集２８ａ−ＰＤ−１４に記載さ
れている。それによると２００ｍｍ（８インチ）φのウ
エハでは４０００ｒ／ｍｉｎまで均一に塗布でき、４０
００ｒ／ｍｉｎを超えると、空気の乱流によってウエハ
周辺にレジスト膜厚むらが発生するとされている。

【００１０】本発明者による実験では回転数３５００ｒ
／ｍｉｎまで均一は良いことが確認されている。４００
０ｒ／ｍｉｎにおいては、ウエハ端から７ｍｍにかけて
乱流によるレジスト膜厚の乱れ〔Ｒａｎｇｅ１００ｎｍ
（１０００Å）〕がみられた（図３９）。この場合のレ
イノルズ数は２．３５×１０⁵に相当する。

【００１１】即ち、一般の塗布装置ではレイノルズ数
２．３５×１０⁵を超えるレジスト塗布はできない。こ
れをグラフにしたのが図１３である。このグラフによ
り、８インチφウエハでは、３５００ｒ／ｍｉｎまでし
か回転数を上げることができないことが判る。さらに、
ウエハ径は今後１０インチ，１２インチとさらに大口径
化されるが、その時の最大回転数は１０インチで２４０
０ｒ／ｍｉｎ，１２インチで１５００ｒ／ｍｉｎ程度で
あり、膜厚均一性はますます悪くなる。

【００１２】この対策として、レジスト粘度を低くする
（１０ｃｐ）方法が考えられている。レジスト粘度を低
くすることによって、回転数を低く抑えて所望のレジス
ト膜厚を得ようとするものであるが、溶剤が多い状態で
あるため環境の温湿度の影響を受けやすく、長期間の安
定性は悪くなる。

【００１３】よって、ウエハ径が大きくなっても回転数
を４０００ｒ／ｍｉｎに上げられる方法が強く要求され
ている。

【００１４】本発明は、高速回転による乱流の発生を抑
えることができ、レジスト膜厚の均一化を図ることが可
能なレジスト塗布装置を得んとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１記載の
発明は、基板を保持するためのチャックと、該チャック
を回転させるための回転手段とを備え、該基板を該チャ
ックが保持して水平面内で回転させることにより、該基
板上に滴下したレジストを該基板の上面に塗布するレジ
スト塗布装置において、前記チャックが保持する前記基
板の上方に近接し、且つ該基板と平行をなす円盤状の板
体を配置し、前記円盤状の板体をその角速度（ω₁）
が、前記基板の角速度（ω₂），該基板の半径（ｒ₀），
空気の動粘係数（ν）に対して下記の式、

【００１６】

【数７】 │ω₁−ω₂│≦（ν／ｒ₀ ²）×２．３５×１０⁵ を満たして回転することをその解決手段としている。

【００１７】請求項２記載の発明は、前記チャックが保
持する基板の上方に近接し、且つ該基板と平行に、リン
グ状の板体を配置したことを特徴としている。

【００１８】請求項３記載の発明は、前記リング状の板
体のリングの幅（Ｌ）が、レイノズル数（Ｒｅ），前記
基板の半径（ｒ₀），空気の動粘性係数（ν），前記基
板の角速度（ω）に対して下記の式

【００１９】

【数８】Ｌ＝ｒ₀−√（Ｒｅν／ω） の関係を有することを特徴としている。

【００２０】請求項４記載の発明は、前記リング状の板
体をその角速度（ω₁）が、前記基板の角速度（ω₂），
前記基板の半径（ｒ₀），空気の動粘係数に対して下記
の式、

【００２１】

【数９】 │ω₁−ω₂│≦（ν／ｒ₀ ²）×２．３５×１０⁵ を満たして回転することを特徴としている。

【００２２】請求項５記載の発明は、基板を保持するた
めのチャックと、このチャックを回転させるための回転
手段とを少なくとも備え、前記基板を前記チャックが保
持して水平面内で回転させることにより、該基板上に滴
下したレジストを基板の上面に塗布する方法において、
前記基板の半径をｒ、該基板の角速度をωとすると、下
記の式、

【００２３】

【数１０】ν≧ｒ²ω／２．３５×１０^-5 で表される動粘性係数νより大きい動粘性係数を持つ気
体により該基板の塗布雰囲気を満たしたことを特徴とし
ている。

【００２４】請求項６記載の発明は、前記基板の半径を
ｒ、該基板の角速度をωとすると、該基板の塗布雰囲気
を下記の式、

【００２５】

【数１１】 Ｐ（ｍｍＨｇ）≦２．５０×１０³×（１＋０．００３６７ｔ）／ｒ²ω で表される圧力Ｐより小さい圧力としたことを特徴とし
ている。

【００２６】請求項７の発明は、前記基板の半径をｒ、
該基板の角速度をωとすると、該基板の塗布雰囲気を下
記の式、

【００２７】

【数１２】 ｔ（℃）≧√（１８００＋３００００ｒ²ω）−３１４．２ で表される温度ｔよりも低くしたことを特徴としてい
る。

【００２８】

【作用】（請求項１〜４記載の発明の作用）乱流を抑え
るには、円盤状の板体の位置が問題となる。そこで発明
者はウエハが回転することによって空気がどのように流
れるか、以下のような方法によって風速分布を算出し
た。

【００２９】まず、Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓの式は
粘度と密度の変化を考えた一般的な式であるが、粘度を
一定とすると、以下のように簡略化することができる。

【００３０】円柱座標での一実粘度のＮａｖｉｅｒ−Ｓ
ｔｏｋｅｓの式

【００３１】

【数１３】

【００３２】ここでＤ／Ｄｔは実質導関数と呼ばれるも
ので次式で定義される。

【００３３】

【数１４】

【００３４】各記号の意味を以下に示す。

【００３５】 ｕ_r，ｕφ，ｕ_x：速度 ｔ：時間 ρ：密度 ｇ：重力加速度 ｈ：高さ Ｐ：圧力 η：粘度 Ｋ：体積粘性係数 ここで、円盤がその面に垂直な軸を中心に一定角速度ω
₀で回転している状態を考える。

【００３６】流体の回転は円盤によって発生し、遠心力
によって外側に移動する。

【００３７】以後、円盤はウエハ、流体は空気として述
べる。

【００３８】（１），（２），（３）式において、回転
するウエハ上の空気の流れは回転対称であるからδ／δ
ψ＝０である。また、定常非圧縮と仮定すると、δｕ／
δｔ＝０，

【００３９】

【数１５】

【００４０】である。よって（１），（２），（３）式
はそれぞれ次のようになる。

【００４１】

【数１６】

【００４２】一方、円柱座標における連続式（質量保存
則）は次式で表わされる。

【００４３】

【数１７】

【００４４】ここで、（４），（５），（６）式と同様
な条件下では連続の式は次のようになる。

【００４５】

【数１８】

【００４６】原点をウエハ面上におけば、境界条件は次
のようになる。

【００４７】 ｘ＝０のとき ｕ_x＝０，ｕ_r＝０，ｕψ＝ｒω₀ ｘ＝∞のとき ｕ_r＝０，ｕψ＝０ Ｖｏｎ Ｋａｒｍａｎはｕ_r／ｒ，ｕψ／ｒ，ｕ_x，Ｐ′
がそれぞれｘだけの関数であると仮定して（４）〜
（７）式を連立微分方程式に簡略化した。その方法を以
下に示す。

【００４８】新しい変数λを次のように定義した。

【００４９】λ＝（ω₀／ν）^1/2ｘ ν：動粘性係数 そして、次のように仮定した。

【００５０】 ｕ_r＝ω₀ｒＦ（λ） ｕψ＝ω₀ｒＧ（λ） ｕ_x＝（νω₀）^1/2Ｈ（λ） Ｐ′＝ηω₀Ｋ（λ） これを微分すると以下の式が得られる。

【００５１】

【数１９】

【００５２】これらを（４）〜（７）式に代入すると以
下のように簡略化できる。

【００５３】 Ｆ²＋ＨＦ′−Ｇ²−Ｆ″＝０ …（８） ２ＦＧ＋ＨＧ′−Ｇ″＝０ …（９） ＨＨ′＋Ｋ′−Ｈ″＝０ …（１０） ２Ｆ＋Ｈ′＝０ …（１１） 前述の境界条件から、（８）〜（１１）式における境界
条件は以下のようになる。

【００５４】 Ｈ（０）＝０，Ｆ（０）＝０，Ｇ（０）＝１ Ｆ（∞）＝０，Ｇ（∞）＝０，Ｋ（∞）＝０ ここで、（１０）式は容易に積分することができ、次の
式が得られる。

【００５５】

【数２０】Ｋ＝−〔２Ｆ＋（１／２）Ｈ²〕 しかし、（８），（９），（１１）式は連立方式として
同時に解かなければならない。

【００５６】Ｃｏｃｈｒａｎはこれを級数展開によって
解いている。その結果を図１４のグラフに示す。

【００５７】λの値、すなわち、回転数ω₀と動粘性係
数νとウエハからの高さｘがわかれば、図１４よりＧ，
Ｈ，Ｆの値が求める。これをＶｏｎ Ｋａｒｍａｎの仮
定した式に代入すれば、空気の速度、ｕ_r，ｕψ，ｕ_xが
求められる。

【００５８】上述のような方法を用い風速分布を算出す
ると、図１５，１６に示すような結果となる。図１５は
８インチφウエハにおける円周方向の風速を示したもの
である。ウエハに接触している空気は、ウエハと同じ速
度で移動し、ウエハから離れると急激に減速し、ウエハ
上空１ｍｍの点では風速は“０”に近くなる。

【００５９】図１６は半径方向の風速を示したものであ
る。この場合は空気は遠心力で加速され、ウエハ上空
０．２ｍｍ付近で最大になり、ウエハ上１ｍｍの点で
“０”に近くなる。

【００６０】図１５，１６から乱流はウエハ上空１ｍｍ
以下の領域で発生していることがわかる。

【００６１】図１７は、レイノルズ数とウエハの中心か
らの距離との関係を示すグラフである。

【００６２】前述のように、レイノルズ数２．３５×１
０⁵以上になる位置に設ける必要があることを見出し
た。

【００６３】ところで、乱流は、風速分布の傾きが大き
いとき発生する。よって、この分布の傾きを小さくする
ため、ウエハ上方に円盤状の板体を配置してウエハと同
方向に回転させる。ウエハ上方で円盤状の板体を回転さ
せれば板体によってウエハと同様に空気の流れが発生す
る。板体の回転方向がウエハと同じであれば、風速分布
の傾きは小さくなり、乱流の発生は抑えられる。

【００６４】（請求項５記載の発明の作用）乱流発生領
域はレイノズル数（Ｒｅ）によって予想でき、回転塗布
装置の場合、実験によれば、Ｒｅ＝２．３５×１０⁵で
乱流が発生する。（空気の乱流遷移は一般に３．２×１
０⁵である。）レイノズル数は回転体の場合一般に次式
で表される。

【００６５】

【数２１】Ｒｅ＝ρｒ²ω／η＝ｒ²ω／ν Ｒｅ：レイノズル数 ρ：密度 η：粘性係数 ν：動粘性係数 ｒ：回転中心からの距離 ω：角速度 実験によれば、レイノズル数２．３５×１０⁵以下であ
れば乱流は発生しない。よって要求される塗布雰囲気の
気体の動粘性係数は次式で求まる。

【００６６】

【数２２】 ν≧ｒ² ω／Ｒｅ ≧ｒ²ω／２．３５×１０⁵ 即ち、動粘性係数が大きいほど乱流は発生しにくい。そ
こで、本発明者は、実際に気体の種類によってどれくら
い差があるかを算出した。そのグラフを図１９に示す。
図１９は、直径２００ｍｍの半導体基板（通呼８インチ
φウエハ）のものを回転させた場合である。雰囲気が空
気の場合、４０００ｒ／ｍｉｎまで回転数を上げると、
レイノズル数は２．３５×１０⁵を超え、乱流が発生す
る。ところがＮｅ雰囲気では８０００ｒ／ｍｉｎまで回
転数を上げてもレイノズル数は２．３５×１０⁵以下で
あり、乱流は発生しないことがわかる。さらに、Ｈｅ，
Ｈ雰囲気では２５０００ｒ／ｍｉｎも可能となる。

【００６７】また、どれくらいの大きさものが回転塗布
可能になるか算出した。Ｈｅ雰囲気中に関しての結果を
図２０に示す。

【００６８】図２０から、直径約５００ｍｍのものを４
０００ｒ／ｍｉｎで回転塗布することができることがわ
かる。

【００６９】このように、高い動粘性係数の気体で塗布
雰囲気を満たすことによってレイノズル数を下げること
ができる。なお、今回検討した気体の動粘性係数は次の
とおりである。

【００７０】 空気：１．５１×１０^-5ｍ²／ｓ Ｎｅ：３．６９×１０^-5ｍ²／ｓ Ｈｅ：１．１０×１０^-4ｍ²／ｓ Ｈ：１．０５×１０^-4ｍ²／ｓ （２０℃１気圧） ところで、本発明で使用する気体は高価なものが多い。
よって高動粘性係数の気体で満たす領域の大きさ、即ち
気体の使用量が問題となる。そこで、上記気体を使用し
た場合のウエハ上空の風速分布を算出した。この計算に
よって乱流の発生領域、即ち高動粘性係数で満たすべき
領域がわかる。以下に計算結果について説明する。

【００７１】ウエハが回転することによって、その上空
の気体に流れが生じる。その風速分布をｖｏｎ Ｋａｒ
ｍａｎとＣｏｃｈｒａｎの方法を用いて算出した。その
結果を図２１，図２２に示す。図２１は８インチφにお
ける円周方向の風速を示したものである。ウエハに接触
している気体はウエハと同じ速度で移動し、ウエハから
離れると急激に減速する。この減速の度合いが気体によ
って異なり、動粘性係数が高いほど減速の度合いは緩や
かになる。例えば空気では、ウエハ上高さ０．７ｍｍの
位置で風速は０．２ｍ／ｓに低下するのに対し、Ｈｅ雰
囲気では、高さ１．８ｍｍの位置で風速０．２ｍ／ｓに
なる。

【００７２】図２２は半径方向の風速を示したものであ
る。この場合は気体は遠心力で加速されており、この加
速のされ方が気体によって異なる。例えば空気では、ウ
エハ上高さ０．２ｍｍの位置で風速は最大（７．９ｍ／
ｓ）となり、約０．８ｍｍの位置で１ｍ／ｓに低下す
る。一方、雰囲気がＨｅで満たされた場合、高さ０．５
ｍｍの位置で最大風速となり、２ｍｍ以上の位置で１ｍ
／ｓに低下する。このように、気体の流れはウエハ上高
さ２ｍｍ以下の領域で発生していることが判る。即ち、
本発明における高動粘性係数の気体で満たすべき領域
は、ウエハ上２ｍｍ程度で良いことが判る。

【００７３】（請求項６記載の発明の作用） ＜レイノズル数と気圧の関係＞乱流発生の指標となるレ
イノズル数は、回転する円盤の場合次式で定義される。

【００７４】

【数２３】Ｒｅ＝ρｒ²ω／η＝ｒ²ω／ν …（ａ） Ｒｅ：レイノズル数 ρ：密度 η：粘性係数 ν：動粘性係数 ｒ：回転中心からの距離 ω：角速度 ここで、粘性係数ηは、数十Ｐａから数気圧までほとん
ど変化しない。一方、密度は気圧によって変化しその変
化は次式で求められる。

【００７５】

【数２４】

【００７６】 Ｐ：気圧（ｍｍＨｇ） ｔ：温度（℃） 上記（ａ），（ｂ）式よりレイノズル数と気圧の関係が
求まる。

【００７７】この関係をグラフにしたのが図２６であ
る。図２６は８インチφウエハを４０００ｒ／ｍｉｎで
回転させた時のレイノズル数である。圧力が下がるにつ
れてレイノズル数は小なくなっていることがわかる。

【００７８】＜減圧下でのウエハ径、回転数とレイノズ
ル数＞圧力を下げたときの回転中心からの距離、即ちウ
エハ半径とレイノズル数の関係を図２７に示す。回転数
は４０００ｒ／ｍｉｎである。

【００７９】１００００Ｐａ（約０．１気圧）まで減圧
すれば、直径０．５ｍのウエハも回転塗布が可能にな
る。

【００８０】次に、同じく圧力を下げたときの回転数と
レイノズル数の関係を図２８に示す。ウエハ径は８イン
チφである。

【００８１】図２８から５００００Ｐａ（０．５気圧）
まで減圧すれば６０００ｒ／ｍｉｎ以上の回転数で塗布
可能である。さらに、２０００Ｐａ（０．２気圧）まで
減圧すれば１２０００ｒ／ｍｉｎ以上の回転塗布が可能
になる。

【００８２】＜気圧の範囲の求め方＞乱流発生領域はレ
イノズル数（Ｒｅ）によって予想でき、回転塗布装置の
場合、実験によれば、Ｒｅ＝２．３５×１０⁵で乱流が
発生する。（空気の乱流遷移は一般に３．２×１０⁵で
ある。）レイノズル数は回転体の場合一般に次式で表さ
れた。

【００８３】

【数２５】Ｒｅ＝ρｒ²ω／η＝ｒ²ω／ν …（ｃ） 実験によれば、レイノズル数２．３５×１０⁵以下であ
れば乱流は発生しない。よって要求される塗布雰囲気の
気体の動粘性係数は次式で求まる。

【００８４】

【数２６】 ν＝η／ρ≧ｒ² ω／Ｒｅ ≧ｒ²ω／２．３５×１０⁵ …（ｄ） ここで粘性係数ηは数１０Ｐａから数気圧までほとんど
変化せず、η＝１．８３０×１０^-5Ｐａ・ｓである。一
方密度ρは次式で与えられる。

【００８５】

【数２７】

【００８６】（ｅ）式を（ｄ）式に代入すると気圧の範
囲が求まる。

【００８７】

【数２８】

【００８８】＜減圧すべき領域（減圧チャンバーの大き
さ）の求め方＞減圧チャンバーはできるだけ小さい方が
良い。なぜなら、短時間で目的の気圧に達することがで
き、ポンプの容量も小さくてすむ。経済的にも、スルー
プット的にも有利である。

【００８９】そこで、減圧雰囲気にした場合のウエハ上
空の風速分布を算出した。この計算によって、減圧すべ
き領域がわかる。以下に計算結果について説明する。

【００９０】ウエハが回転することによって、その上空
の気体に流れが生じる。その風速分布をｖｏｎ Ｋａｒ
ｍａｎとＣｏｃｈｒａｎの方法を用いて算出した。その
結果を図２９，図３０に示す。図２９は８インチφにお
ける円周方向の風速を示したものである。ウエハに接触
している気体はウエハと同じ速度で移動し、ウエハから
離れると急激に減速する。この減速の度合いが気体によ
って異なり、気圧が低いほど減速の度合いは緩やかにな
る。そして、空気の動く領域も拡大していく。

【００９１】例えば１０１３２５Ｐａ（１気圧）では、
ウエハ上高さ０．７ｍｍの位置で風速は２．０ｍ／ｓに
低下するのに対し、１００００Ｐａ（約０．１気圧）で
は、高さ２．４ｍｍの位置で風速２．０ｍ／ｓになる。

【００９２】図３０は半径方向の風速を示したものであ
る。この場合は気体は遠心力で加速されており、この加
速のされ方が気体によって異なる。例えば１０１３２５
Ｐａ（１気圧）では、ウエハ上高さ０．２ｍｍの位置で
風速は最大（７．９ｍ／ｓ）となり、約０．８ｍｍの位
置で１ｍ／ｓに低下する。一方、雰囲気が１００００Ｐ
ａ（約０．１気圧）に減圧された場合、高さ０．６ｍｍ
の位置で最大風速となり、２ｍｍ以上の位置で１ｍ／ｓ
に低下する。

【００９３】このように本発明者は、１００００Ｐａ
（約０．１気圧）の減圧下の気体の流れはウエハ上高さ
２ｍｍ以下の領域で発生していることを明らかにした。
また実際に必要と考えられる圧力は１００００Ｐａ
（０．１気圧）であり、本発明における減圧すべき領域
は、ウエハ上２ｍｍ程度で良いことが判る。

【００９４】（請求項７記載の発明の作用） ＜レイノズル数と温度の関係＞乱流発生の指標となるレ
イノズル数は、回転する円盤の場合次式で定義される。

【００９５】

【数２９】Ｒｅ＝ρｒ²ω／η＝ｒ²ω／ν …（ｆ） Ｒｅ：レイノズル数 ρ：密度 η：粘性係数 ν：動粘性係数 ｒ：回転中心からの距離 ω：角速度 ここで空気の粘性係数ηは温度によって変化し、その変
化は次式で与えられる。

【００９６】

【数３０】 η＝η₀−４．８３×１０^-8（２３−ｔ） （Ｐａ，ｓ） …（ｇ） η₀：２３℃のときの粘性係数 また密度ρも温度によって変化し、その変化は次の式で
求められる。

【００９７】

【数３１】

【００９８】（ｆ），（ｇ）及び（ｈ）式よりレイノズ
ル数と温度の関係が求まる。

【００９９】この関係をグラフにしたのが図３３であ
る。図３３は８インチφウエハを４０００ｒ／ｍｉｎで
回転させた時のレイノズル数である。温度が下がるにつ
れてレイノズル数は小なくなっていることがわかる。

【０１００】＜温度下でのウエハ径、回転数とレイノズ
ル数＞温度を上げたときの回転中心からの距離、即ちウ
エハ半径とレイノズル数の関係を図３４に示す。回転数
は４０００ｒ／ｍｉｎである。６０℃まで温度を上げれ
ば８インチφウエハを４０００ｒ／ｍｉｎで回転塗布が
可能になる。

【０１０１】次に、同じく温度を上げたときの回転数と
レイノズル数の関係を図３５に示す。ウエハ径は８イン
チφである。

【０１０２】図３５から１００℃まで温度を上げれば５
０００ｒ／ｍｉｎ以上の回転数で塗布可能である。さら
に、２５０℃まで温度を上げれば１００００ｒ／ｍｉｎ
以上の回転塗布が可能になる。

【０１０３】＜温度の範囲の求め方＞乱流発生領域はレ
イノズル数（Ｒｅ）によって予想でき、回転塗布装置の
場合、実験によれば、Ｒｅ＝２．３５×１０⁵で乱流が
発生する。（空気の乱流遷移は一般に３．２×１０⁵で
ある。）レイノズル数は回転体の場合一般に次式で表さ
れた。

【０１０４】

【数３２】Ｒｅ＝ρｒ²ω／η＝ｒ²ω／ν …（ｉ） 実験によれば、レイノズル数２．３５×１０⁵以下であ
れば乱流は発生しない。よって要求される塗布雰囲気の
気体の動粘性係数は次式で求まる。

【０１０５】

【数３３】 ν＝η／ρ≧ｒ² ω／Ｒｅ ≧ｒ²ω／２．３５×１０⁵ （ｍ²／ｓ） …（ｉ） 一般に、粘性係数ηは温度によって変化し、その変化は
次式で与えられる。

【０１０６】

【数３４】 η＝η₀−４．８３×１０^-8（２３−ｔ） （Ｐａ・ｓ） …（ｋ） また、密度ρも温度によて変化し、その変化は次式で表
される。

【０１０７】

【数３５】

【０１０８】（ｋ），（ｌ）式を（ｊ）式に代入すると
次の式が求まる。

【０１０９】

【数３６】

【０１１０】ここで、η₀＝１．８３×１０^-5であるか
ら、（ｍ）式に代入すると次の２次式が得られる。

【０１１１】

【数３７】

【０１１２】（ｎ）式を解くと温度の範囲が求まる。

【０１１３】

【数３８】 ｔ≧√（１８００＋３１０３８ｒ²ω）−３１４，２ （℃） …（ｏ） 例えば、８″ウエハを４０００ｒ／ｍｉｎで回転塗布し
たい場合、（ｏ）式より雰囲気を４８．９℃以上にすれ
ばよいことがわかる。

【０１１４】＜高温にすべき領域（チャンバの大きさ）
の求め方＞チャンバーはできるだけ小さい方が良い。な
ぜなら、短時間で目的の温度に達することができ、経済
的にも、スループット的にも有利である。そこで、温度
を高くした場合のウエハ上空の風速分布を算出した。こ
の計算によって、温度を高くすべき領域がわかる。以下
に計算結果について説明する。

【０１１５】ウエハが回転することによって、その上空
の気体に流れが生じる。その風速分布をｖｏｎ Ｋａｒ
ｍａｎとＣｏｃｈｒａｎの方法を用いて算出した。その
結果を図３６，図３７に示す。図３６は８インチφにお
ける円周方向の風速を示したものである。ウエハに接触
している気体はウエハと同じ速度で移動し、ウエハから
離れると急激に減速する。この減速の度合いが温度によ
って異なり、温度が高いほど減速の度合いは緩やかにな
る。そして、空気の動く領域も拡大していく。

【０１１６】例えば２０℃では、ウエハ上高さ０．７ｍ
ｍの位置で風速は０．２ｍ／ｓに低下するのに対し、３
００℃では、高さ１．４ｍｍの位置で風速０．２ｍ／ｓ
になる。

【０１１７】図３７は半径方向の風速を示したものであ
る。この場合は気体は遠心力で加速されており、この加
速のされ方が温度によって異なる。例えば２０℃では、
ウエハ上高さ０．２ｍｍの位置で風速は最大（７．９ｍ
／ｓ）となり、約０．８ｍｍの位置で１ｍ／ｓに低下す
る。一方、雰囲気が３００℃にされた場合、高さ０．３
５ｍｍの位置で最大風速となり、１．４ｍｍ以上の位置
で１ｍ／ｓに低下する。

【０１１８】このように本発明者は、３００℃の雰囲気
下の気体の流れは、ウエハ上高さ１．４ｍｍ以下の領域
で発生していることを明らかにした。また実際に必要と
考えられる温度は３００℃程度であり、本発明における
高温すべき領域は、ウエハ上２ｍｍ程度で良いことがわ
かる。

【０１１９】

【実施例】以下、本発明に係るレジスト塗布装置の詳細
を図面に示す各実施例に基づいて説明する。

【０１２０】（実施例１）本実施例の概略側面図を図
１、斜視図を図２に示す。

【０１２１】先ず、ウエハチャック１０にウエハ１１を
載置し、このウエハ１１の上方にモータ１２によって回
転駆動される円板１３をウエハ１１と平行な且つ同軸的
に配置する。本実施例においては、ウエハ１１と円板１
３との距離は、０．５ｍｍに設定した。また、円板１３
の回転方向及び回転数は、ウエハ１１の回転方向、回転
数と等しくした。

【０１２２】その結果、８インチφウエハにおいて、４
０００ｒ／ｍｉｎ以上でも乱流は発生せず、膜厚むらも
抑えられ、膜厚均一性は変動幅＝４．０ｎｍ（４０Å）
が得られた。

【０１２３】（実施例２）本実施例に係るレジスト塗布
装置の構成は上記実施例と同様であるが、円板１３の回
転数を次式の範囲でウエハ１１の回転数より低くする。

【０１２４】

【数３９】 │ω₁−ω₂│＝（ν／ｒ₀ ²）×２．１５×１０⁵ 例えば、８インチφウエハにおいて、６０００ｒ／ｍｉ
ｎで回転塗布する場合、円板１３の回転数を、２６１０
ｒ／ｍｉｎに設定した。このとき、レジストの膜厚むら
は発生せず、膜厚均一性変動幅（Ｒａｎｇｅ）＝４．０
ｎｍが得られた。

【０１２５】なお、円板の回転数は、空気の動粘性係数
νを１．５７×１０^-5ｍ²／ｓとして算出した。

【０１２６】（実施例３）本実施例に係るレジスト塗布
装置は、上記実施例１の構成において、円板１３を、ウ
エハ１１を回転させるときのみにウエハ１１上方に位置
するように移動可能としたものである。レジストの塗布
は、温度，湿度が制御された環境の下で行なわれる。よ
って、空気の滞留はできるだけ少なくすべきである。一
方、ウエハ１１の上方に常時円板１３を配置するとなる
と、空気の滞留を起こす可能性があるため、本実施例は
円板１３を可動式とし、ウエハ回転時のみ配置し得る構
成とした。

【０１２７】図３は、本実施例に係るレジスト塗布装置
の説明図であり、図４は、本装置を用いたレジスト塗布
の手順を示す側面図である。図３中１８は処理カップで
あり、ウエハ１１の回転時に飛散する余分のレジストを
回収する容器である。また、同図に示すように、円板１
１が接続されたモータ１２はアーム１６を介して、駆動
手段１７に連設され、駆動手段１７によって、ウエハ１
１上方と待機位置とに円板１３が移動可能となってい
る。

【０１２８】次に、本装置を用いたレジストの塗布工程
を図４に基づいて説明する。

【０１２９】先ず、図４（Ａ）に示すように、ウエハ１
１をウエハチャック１０に保持し、レジスト吐出ノズル
１５からレジスト１４を吐出させる。このとき、円板１
３はレジスト塗布雰囲気に影響を及ぼさない程度にウエ
ハ１１から離れた待機位置にある。

【０１３０】次いで、レジスト吐出が終了すると、図４
（Ｂ）に示すように、円板１３を駆動手段１７によりウ
エハ１１上方に移動させ、ウエハ１１の回転と同時にモ
ータ１２を駆動させ円板１３を回転させる。なお、この
とき、ウエハ１１と円板１３との距離は１ｍｍ以下に設
定した。

【０１３１】本実施例によって、８インチφウエハで４
０００ｒ／ｍｉｎの条件下でも乱流の発生は見られず、
面内均一性は変動幅＝３．５ｎｍであった。また本実施
例は特に膜厚の安定性に効果があり、レジスト膜全面の
変動幅＝４．０ｎｍの均一性が得られた。

【０１３２】（実施例４）前述の理由から円板の形状は
空気の滞留を発生し難い形状が望ましい。さらに、乱流
はレイノズル数２．３５×１０⁵以上の領域で発生す
る。そこで円板１３Ａをドーナツ状にした。

【０１３３】本実施例の説明図を図５に、斜視図を図６
にそれぞれ示す。図中１８は、円板１３Ａをモータ１２
に接続する支持体を示している。

【０１３４】円板１３Ａは中心付近が空洞になってお
り、空気の滞留が生じにくくなっている。リング状（ド
ーナツ状）の円板１３Ａの位置、および幅は次の式で求
まる。

【０１３５】円板１３Ａのウエハ中心からの距離ｒ

【０１３６】

【数４０】ｒ＝√（Ｒｅν／ω） リングの幅ｗ

【０１３７】

【数４１】Ｗ＝ｒ₀−√（Ｒｅν／ω） レイノズル数Ｒｅ Ｒｅ＝２．３５×１０⁵ 動粘性係数ν ν＝１．５７×１０^-5ｍ²／ｓ 例えば８インチφウエハを６０００ｒ／ｍｉｎで回転し
塗布する場合、ドーナツ状円板は中心が７５ｍｍのとこ
ろから１００ｍｍまでをカバーする幅２５ｍｍのものに
する。６０００ｒ／ｍｉｎでも膜厚むらは発生しなかっ
た。

【０１３８】このときの膜厚均一性は膜厚の変動幅＝
３．５ｎｍであった。本実施例は特に膜厚安定性に効果
があり、膜厚総変動幅＝４．０ｎｍの均一性が得られ
た。

【０１３９】（実施例５）前述の理由から、円板１３Ａ
の幅は出来るだけ狭いほうがよい。よって最小幅になる
よう、ドーナツ状円板の幅を制御する。

【０１４０】例えば、ドーナツ状円板をカメラの絞り状
にし、ウエハ回転数を検出し、このデータから円板の幅
を次式に基づいて制御する。

【０１４１】

【数４２】Ｗ＝ｒ₀−√（Ｒｅν／ω₁） （実施例６）上述した計算結果から、本発明者は、リン
グ状の円板１３Ａはウエハ上空１ｍｍ以内にしなければ
ならないことを見出した。

【０１４２】またレイノズル数２．３５×１０⁵以上に
なる位置に設ける必要があることを見出した。よって、
リング状の円板１３Ａのウエハ中心からの距離およびそ
の幅は次の式で求めることができる。

【０１４３】リングの中心からの距離ｒ

【０１４４】

【数４３】ｒ＝√（Ｒｅν／ω） リングの幅ｗ

【０１４５】

【数４４】Ｗ＝ｒ₀−√（Ｒｅν／ω） レイノズル数Ｒｅ Ｒｅ＝２．３５×１０⁵ 動粘性係数ν ν＝１．５７×１０^-5ｍ²／ｓ 本実施例の断面図を図７に示す。図７に示すように、ウ
エハ１１上方にリング状の円板１３Ａを設けた。図８は
斜視図である。本実施例は８インチφウエハ対応機であ
る。具体的な寸法は、回転数を５０００ｒ／ｍｉｎで塗
布する場合、ウエハ１１中心から８３ｍｍ〜１００ｍ
ｍ、高さ０．５ｍｍの位置に幅１７ｍｍのリング状の円
板１３Ａを設けた。

【０１４６】その結果、８インチφウエハ１１の回転数
を５０００ｒ／ｍｉｎまで上げてもレジストの膜厚むら
は発生せず、変動幅で４ｎｍ（４０Å）の膜厚均一性が
得られた。

【０１４７】（実施例７）本実施例は、１２インチφウ
エハ対応機の場合、具体的に次のように設定した。

【０１４８】ウエハ中心から８３ｍｍ〜１５０ｍｍ、高
さ０．５ｍｍの位置に幅６７ｍｍのリング状の円板１３
Ａを設けた。

【０１４９】回転数を５０００ｒ／ｍｉｎまで上げて
も、乱流による膜厚むらは発生しなかった。円板１３Ａ
が無い場合、１６００ｒ／ｍｉｎまでしか回転数をあげ
ることができなかったため、膜厚均一性は変動幅＝８ｎ
ｍ（８０Å）であったが、本実施例では、変動幅＝４ｎ
ｍ（４０Å）の均一性が得られた。

【０１５０】（実施例８）本実施例は、８インチφウエ
ハにおいて、さらに高速回転に対応するため次のような
構造にした。

【０１５１】ウエハ１１中心から６５ｍｍ〜１００ｍ
ｍ、高さ０．５ｍｍの位置に幅３５ｍｍのリング状の円
板１３Ａを設けた。

【０１５２】その結果、８０００ｒ／ｍｉｎまで回転数
を上げても乱流による膜厚むらの発生は見られず、膜厚
均一性は、変動幅＝３．５ｎｍ（３５Å）が得られた。

【０１５３】（実施例９）レジスト塗布は、温湿度が制
御された雰囲気で塗布される。従ってウエハ上で空気が
滞留するような領域は少ないほうが良い。一方、本実施
例のリング状円板１３Ａは、空気の滞留を生じる恐れが
ある。よって、円板１３Ａを可動式にしたウエハが回転
中のみウエハ上方に配置した。具体的には、図９に示す
ような構造にした。

【０１５４】同図に示すように、リング状の円板１３Ａ
は、アーム１６によって保持され、駆動手段１７によっ
て移動する。

【０１５５】その動作を図１０にて説明する。

【０１５６】まずレジスト吐出ノズル１５からレジスト
１４が吐出される（図１０（Ａ））。このとき円板１３
Ａはウエハ１１上方の空気を滞留させない程度に離れた
位置にある。次に円板１３Ａが駆動手段１７によってウ
エハ１１上方に移動させる（図１０（Ｂ））。その後、
ウエハ１１が回転する前に、又は回転開始と共にウエハ
１１上方、高さ０．５ｍｍまで近づいてウエハ１１の回
転による空気の乱流を抑える。

【０１５７】本実施例によって空気の滞留が少なくなっ
たっため、特にウエハ間、ロット間の安定性が向上し、
面内膜厚変動幅＝４．０ｎｍ（４０Å）の膜厚均一性が
得られた。

【０１５８】（実施例１０）前述の理由から、リング状
円板１３Ａの幅はできるだけ狭いほうがよい。一方、リ
ング状の円板１３Ａのウエハ中心からの距離は回転数に
よって決まる。

【０１５９】

【数４５】ｒ＝√（Ｒｅν／ω） ｒ：ウエハ中心からの距離 即ち、本実施例は、回転数を基にリング状円板１３Ａの
幅を最小幅になるよう制御可能としたものである。本実
施例の説明図を図１１に示す。円板１３Ａはカメラの絞
りのごとく幅が可変になっている。その幅はリング幅制
御装置２０によって制御される。このリング幅制御装置
２０は、モータ１９の回転数（角速度ω）を検出し、上
式に基づいてリングの最小幅を検出する。この値を基に
リング径駆動手段２１が円板１３Ａの幅を制御する。

【０１６０】本実施例によって、膜厚均一性は、面内変
動幅＝４．０ｎｍ（４０Å）が得られた。

【０１６１】（実施例１１）本実施例は、図１２に示す
ように、円板１３Ａが乱流を惹起しないように、円板１
３Ａの断面形状を流線型にした。

【０１６２】本実施例によれば、乱流発生が更に抑えら
れ、膜厚均一性は変動幅＝３．５ｎｍが得られた。

【０１６３】以上、本発明の各実施例について説明した
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、構成の
要旨に付随する各種の設計変更が可能である。

【０１６４】（実施例１２）本実施例に用いる塗布装置
の構成を図１４に示す。図１８は、Ｎｅ雰囲気で回転塗
布を行なう塗布装置で、処理するウエハサイズは８イン
チである。カップ２０は、Ｎｅを満たすことができるよ
うに蓋２１で密閉されている。この中に送られるＮｅガ
スは、ガス温調器２２によってその温度を制御されてい
る。さらにカップ２０全体はフード２３で覆われ、雰囲
気温調器２４によって全体が温度制御されている。な
お、図中２５は吐出ノズル、２６はウエハチャック、２
７はウエハ、２８はヘパフィルタ、２９は熱交換器、３
０はＮｅガスボンベを示している。

【０１６５】次に動作を説明する。

【０１６６】１）レジスト塗布雰囲気温度，湿度は、雰
囲気温調器２４によって２３℃、４０％に制御されてい
る。

【０１６７】２）ウエハ２７がウエハチャック２６上に
搬送され、保持される。

【０１６８】３）蓋２１がカップ２０に密着し、レジス
ト塗布雰囲気は密閉される。

【０１６９】４）Ｎｅガスボンベ３０からＮｅガスがカ
ップ２０内に送られ、塗布雰囲気はＮｅで満たされる。
このとき、Ｎｅガスは温調器２２によって２３℃に温度
制御されている。

【０１７０】５）レジストがノズル２５から吐出され
る。

【０１７１】６）ウエハが回転し、レジスト膜が形成さ
れる。このとき、Ｎｅ雰囲気であるため、レイノズル数
は２．３５×１０⁵以下に抑えられる。

【０１７２】７）回転停止後、蓋２１が外れ、ウエハ２
７が搬出される。

【０１７３】８インチφウエハにレジスト、ＴＳＭＲ−
８９００（東京応化製）を塗布した結果、８０００ｒ／
ｍｉｎまで乱流による膜厚むらはみられなかった。そし
て、このときの膜厚均一性はＲａｎｇｅ＝４．０ｎｍが
得られた。

【０１７４】（実施例１３）図１８のＮｅガスをＨｅガ
スに変更し、レジスト塗布を行なった。Ｈｅの場合は２
５０００ｒ／ｍｉｎまで膜厚むらは発生せず、膜厚均一
性はＲａｎｇｅ＝３．５ｎｍが得られた。

【０１７５】（実施例１４）本実施例は、ＮｅとＨｅの
混合ガスを用いても同等の効果が得られる例である。混
合比をＮｅ：Ｈｅ＝１：２としてレジストを塗布したと
ころ、１５０００ｒ／ｍｉｎまで乱流による膜厚むらは
見られず、膜厚均一性はＲａｎｇｅ＝３．８ｎｍが得ら
れた。

【０１７６】また、Ｈガス、及びその混合気体を用いて
もＮｅガスと同等の効果が得られるが、爆発の恐れがあ
り、安全性に問題がある。

【０１７７】（実施例１５）Ｎｅガス、Ｈｅガス等は高
価であり、例えばＮｅガスは約１００００円／１０ｌで
ある。よってその使用量はできるだけ抑える必要があ
る。

【０１７８】一方、このガスを満たす領域は上記作用で
説明したようにウエハ上２ｍｍ程度までで良いことが予
想できた。そこで図１８における蓋２１をウエハ上２ｍ
ｍまで近づけた。その構成図を図２３に示す。

【０１７９】図２３は、Ｎｅ雰囲気で回転塗布を行なう
塗布装置で、処理するウエハサイズは８インチである。
カップ２０は、Ｎｅを満たすことができるように蓋２１
で密閉されている。この中に送られるＮｅガスは、温調
器２２によってその温度を制御されている。さらにカッ
プ２０全体はフード２３で覆われ、雰囲気温調器２４に
よって全体が温度制御されている。

【０１８０】次に、動作を説明する。

【０１８１】１）レジスト塗布雰囲気温度，湿度は、雰
囲気温調器２４によって２３℃、４０％に制御されてい
る。

【０１８２】２）ウエハ２７がウエハチャック２６上に
搬送され、保持される。

【０１８３】３）蓋２１がウエハに２ｍｍまで近づき、
カップ２０に密着してレジスト塗布雰囲気は密閉され
る。

【０１８４】４）Ｎｅガスボンベ３０からＮｅガスがカ
ップ２０内に送られ、塗布雰囲気はＮｅで満たされる。
このとき、Ｎｅガスは温調器２２によって２３℃に温度
制御されている。

【０１８５】５）レジストがノズル２５から吐出され
る。

【０１８６】６）ウエハが回転し、レジスト膜が形成さ
れる。このとき、Ｎｅ雰囲気であるため、レイノズル数
は２．３５×１０⁵以下に抑えられる。

【０１８７】７）回転停止後、蓋２１が外れ、ウエハ２
７が搬出される。

【０１８８】８インチφウエハにレジスト、ＴＳＭＲ−
８９００（東京応化製）を塗布した結果、８０００ｒ／
ｍｉｎまで乱流による膜厚むらはみられなかった。そし
て、このときの膜厚均一性はＲａｎｇｅ＝４．０ｎｍが
得られた。

【０１８９】またＮｅガスの使用量は、従来ウエハ１枚
当たり２ｌであったのが、本実施例では０．７ｌに改善
された。

【０１９０】（実施例１６）本実施例に用いた塗布装置
を図２４に示す。図２４は、減圧下で回転塗布を行なう
塗布装置で、処理するウエハサイズは８インチである。
カップ２０は、蓋２１で密閉できるようになっている。
この蓋２１はウエハ搬送時、レジスト吐出時には逃げる
ようになっている。カップ２０には出力５００Ｗのロー
タリーポンプ３１が接続され、約３秒で１００００Ｐａ
（約０．１気圧）に達する。

【０１９１】カップ２０全体はフード２３で覆われ、雰
囲気温調器２４によって全体が温度制御されている。レ
ジスト中に混入している空気はあらかじめ超音波を用い
て抜かれている。

【０１９２】次に動作を説明する。

【０１９３】１）レジスト塗布雰囲気温度，湿度は、雰
囲気温調器２４によって２３℃、４０％に制御されてい
る。

【０１９４】２）ウエハ２７がウエハチャック２６上に
搬送され、保持される。

【０１９５】３）レジストがノズル２５から吐出され
る。

【０１９６】４）蓋２１がカップ２０に密着し、レジス
ト塗布雰囲気は密閉される。

【０１９７】５）ロータリーポンプ３によってカップ２
０内、塗布雰囲気は１００００Ｐａ（０．１気圧）に減
圧される。

【０１９８】６）ウエハが回転し、レジスト膜が形成さ
れる。このとき、減圧下であるため、レイノズル数は
２．３５×１０⁵以下に抑えられる。

【０１９９】７）回転停止後、蓋２１が外れ、ウエハ２
７が搬出される。

【０２００】８インチφウエハにレジスト、ＴＳＭＲ−
８９００（東京応化製）を塗布した結果、ウエハの回転
数が１２０００ｒ／ｍｉｎまで乱流による膜厚むらはみ
られなかった。そして、このときの膜厚均一性はＲａｎ
ｇｅ＝４．０ｎｍが得られた。

【０２０１】（実施例１７）図２４において、カップ２
０内の圧力を５０００Ｐａ（０．５気圧）に設定した。
これによって減圧に要する時間を３秒かた１秒に短縮で
きた。このとき、８インチφウエハにレジストＴＳＭＲ
−８９００を塗布したところ、回転数６５００ｒ／ｍｉ
ｎまで乱流による膜厚むらは発生せずＲａｎｇｅ＝４．
５ｎｍの膜厚均一性が得られた。

【０２０２】（実施例１８）減圧するチャンバ、カップ
２０の大きさは小さい方が減圧に要する時間が短縮で
き、スループットの面でも経済的にも有利である。そこ
で上記した作用の計算結果に基づいてカップの蓋を２ｍ
ｍまで近付けた。その構成図を図２５に示す。

【０２０３】動作は（実施例１６）と同じであり、ただ
蓋２１がウエハ２７に２ｍｍまで接近する。これによっ
て減圧（１００００Ｐａ）に達する時間が、０．５秒に
短縮できた。このとき乱流による膜厚むらは１２０００
ｒ／ｍｉｎまで見られず、膜厚均一性は同上の条件下で
Ｒａｎｇｅ＝４．０ｎｍが得られた。

【０２０４】（実施例１９）図２５において塗布雰囲気
の圧力を５００００Ｐａ（０．５気圧）に設定した。蓋
２１が２ｍｍまで近づいた効果とあいまって減圧に要す
る時間が０．１秒に短縮された。

【０２０５】このとき、乱流による膜厚むらは６５００
ｒ／ｍｉｎまで発生せず、膜厚均一性はＲａｎｇｅ＝
４．５ｎｍが得られた。

【０２０６】（実施例２０）本実施例に用いた塗布装置
の構成を図３１に示す。

【０２０７】図３１は、高温下で回転塗布を行なう塗布
装置で、処理するウエハサイズは８インチである。カッ
プ２０は、蓋２１で密閉できるようになっている。この
蓋２１はウエハ搬送時、レジスト吐出時には逃げるよう
になっている。カップ２０には１ｋＷの加熱器３２が接
続され、約３秒で３００℃に達する。

【０２０８】カップ２０全体はフード２３で覆われ、雰
囲気温調器２４によって全体が温度制御されている。レ
ジスト中に混入している空気はあらかじめ超音波を用い
て抜かれている。

【０２０９】次に動作を説明する。

【０２１０】１）レジスト塗布雰囲気温度，湿度は、雰
囲気温調器２４によって２３℃、４０％に制御されてい
る。

【０２１１】２）ウエハ２７がウエハチャック２６上に
搬送され、保持される。

【０２１２】３）レジストがノズル２５から吐出され
る。

【０２１３】４）蓋２１がカップ２０に密着し、レジス
ト塗布雰囲気は密閉される。

【０２１４】５）加熱器３２によってカップ２０内、３
００℃の空気が送り込まれる。

【０２１５】６）ウエハ２７が回転し、レジスト膜が形
成される。このとき、高温下であるため、レイノズル数
は２．３５×１０⁵以下に抑えられる。

【０２１６】７）回転停止後、蓋２１が外れ、ウエハ２
７が搬出される。

【０２１７】８インチφウエハにレジスト、ＴＳＭＲ−
８９００（東京応化製）を塗布した結果、ウエハの回転
数が１００００ｒ／ｍｉｎまで乱流による膜厚むらはみ
られなかった。そして、このときの膜厚均一性はＲａｎ
ｇｅ＝４．０ｎｍが得られた。

【０２１８】（実施例２１）図３１において、カップ２
０内の温度を６０℃に設定した。これによって目的の温
度に達する時間を３秒から１秒に短縮できた。このと
き、８インチφウエハにレジストＴＳＭＲ−８９００を
塗布したところ、回転数４０００ｒ／ｍｉｎまで乱流に
よる膜厚むらは発生せずＲａｎｇｅ＝４．５ｎｍの膜厚
均一性が得られた。

【０２１９】（実施例２２）高温にするチャンバ、カッ
プ２０の大きさは小さい方が目的の温度に達する時間が
短縮でき、スループットの面でも経済的にも有利であ
る。そこで上記した作用の計算結果に基づいてカップの
蓋を２ｍｍまで近付けた。その構成図を図３２に示す。

【０２２０】動作は（実施例２０）と同じであり、ただ
蓋２１がウエハ２７に２ｍｍまで接近する。これによっ
て３００℃に達する時間が、０．５秒に短縮できた。こ
のとき乱流による膜厚むらは１００００ｒ／ｍｉｎまで
見られず、膜厚均一性は同上の条件下でＲａｎｇｅ＝
４．０ｎｍが得られた。

【０２２１】（実施例２３）図３２において塗布雰囲気
の温度を６０℃に設定した。蓋２１が２ｍｍまで近づい
た効果とあいまって目的の温度に要する時間が０．１秒
に短縮させた。

【０２２２】このとき、乱流による膜厚むらは４０００
ｒ／ｍｉｎまで発生せず、膜厚均一性はＲａｎｇｅ＝
４．５ｎｍが得られた。

【０２２３】以上、各実施例について説明したが、各発
明はこれに限定されるものではなく、構成の要旨に付随
する各種の設計変更や条件の変更が可能である。

【０２２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、レジスト回転塗布法において高速回転による
乱流の発生を抑えることができ、このため乱流によって
生じるレジスト膜厚の均一性の悪化を抑える効果があ
る。特に、膜厚均一性±２５Å以下が達成でき効果があ
る。

【０２２５】また、本発明によればレイノズル数２．３
５×１０⁵以上でのレジスト塗布が可能になり、高速回
転が可能となる効果がある。例えば、８インチφウエハ
であれば４０００ｒ／ｍｉｎ以上、１２インチφウエハ
であれば１６００ｒ／ｍｉｎ以上の高速可能が可能とな
る。

【０２２６】さらに、回転数の範囲が広がるため、１種
類のレジストで達成できる膜厚の範囲を拡大できる効果
がある。

【０２２７】また、請求項５〜請求項７記載の発明によ
れば、特にレイノルズ数が２．３５×１０⁵以下で抑え
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の概略側面図。

【図２】本発明の実施例１の斜視図。

【図３】本発明の実施例３の説明図。

【図４】本発明の実施例３の工程説明図。

【図５】本発明の実施例４の説明図。

【図６】本発明の実施例４の説明図。

【図７】本発明の実施例６の断面図。

【図８】本発明の実施例６の斜視図。

【図９】本発明の実施例９の断面図。

【図１０】本発明の実施例９の工程説明図。

【図１１】本発明の実施例１０の説明図。

【図１２】本発明の実施例１１の断面図。

【図１３】レイノズル数と回転速度との関係を示すグラ
フ。

【図１４】回転円板（ウエハ）の近傍の速度分布を示す
グラフ。

【図１５】８インチφウエハからの高さと空気の流速と
の関係を示すグラフ。

【図１６】半径方向の風速と回転円板（ウエハ）からの
高さとの関係を示すグラフ。

【図１７】レイノズル数とウエハ中心からの距離との関
係を示すグラフ。

【図１８】本発明の実施例１２の説明図。

【図１９】レイノルズ数と回転速度との関係を示すグラ
フ。

【図２０】レイノルズ数と円盤中心からの距離との関係
を示すグラフ。

【図２１】８インチφウエハからの高さと雰囲気気体の
円周方向の流速との関係を示すグラフ。

【図２２】８インチφウエハからの高さと雰囲気気体の
半径方向の流速との関係を示すグラフ。

【図２３】本発明の実施例１５で用いた塗布装置の説明
図。

【図２４】本発明の実施例１６で用いた塗布装置の説明
図。

【図２５】本発明の実施例１８で用いた塗布装置の説明
図。

【図２６】８インチφウエハを４０００ｒｐｍで回転さ
せたときのレイノルズ数と圧力との関係を示すグラフ。

【図２７】圧力を変えた場合のウエハ半径（回転中心か
らの距離）とレイノルズ数との関係を示すグラフ。

【図２８】圧力を変えた場合のレイノルズ数と回転速度
との関係を示すグラフ。

【図２９】８インチφウエハにおける高さと円周方向の
風速（流速）との関係を示すグラフ。

【図３０】８インチφウエハにおける高さと半径方向の
風速（流速）との関係を示すグラフ。

【図３１】本説明の実施例２０に用いた塗布装置の説明
図。

【図３２】本発明の実施例２３に用いた塗布装置の説明
図。

【図３３】８インチφウエハを４０００ｒｐｍで回転さ
せた時のレイノルズ数と温度との関係を示すグラフ。

【図３４】回転速度４０００ｒｐｍのときの回転中心か
らの距離とレイノルズ数との関係を示すグラフ。

【図３５】温度を変えた場合の回転数とレイノルズ数と
の関係を示すグラフ。

【図３６】８インチφウエハにおける円周方向の風流
（流速）と高さとの関係を示すグラフ。

【図３７】８インチφウエハにおける半径方向の風速
（流速）と高さとの関係を示すグラフ。

【図３８】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は従来のレジスト塗
布装置による塗布工程の説明図。

【図３９】従来例における乱流によるレジスト膜厚と位
置との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１０…チャック １１…ウエハ １２…モータ １３…円板

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項７

【補正方法】変更

【補正内容】

【数６】 ｔ（℃）≧√（１８００＋３００００ｒ^２ω）−３１４．２ で表される温度ｔよりも高くしたことを特徴とするレジ
ストの回転塗布方法。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】

【数１２】 ｔ（℃）≧√（１８００＋３００００ｒ^２ω）−３１４．２ で表される温度ｔよりも高くしたことを特徴としてい
る。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持するためのチャックと、該チ
   ャックを回転させるための回転手段とを備え、該基板を
   該チャックが保持して水平面内で回転させることによ
   り、該基板上に滴下したレジストを該基板の上面に塗布
   するレジスト塗布装置において、 前記チャックが保持する前記基板の上方に近接し、且つ
   該基板と平行をなす円盤状の板体を配置し、前記円盤状
   の板体をその角速度（ω₁）が、前記基板の角速度
   （ω₂），該基板の半径（ｒ₀），空気の動粘係数（ν）
   に対して下記の式、 【数１】 │ω₁−ω₂│≦（ν／ｒ₀ ²）×２．３５×１０⁵ を満たして回転することを特徴とするレジスト塗布装
   置。
2. 【請求項２】 基板を保持するためのチャックと、該チ
   ャックを回転させるための回転手段とを少なくとも備
   え、該基板を該チャックが保持して水平面内で回転させ
   ることにより、該基板上に滴下したレジストを該基板の
   上面に塗布するレジスト塗布装置において、 前記チャックが保持する前記基板の上方に近接し、且つ
   該基板と平行に、リング状の板体を配置したことを特徴
   とするレジスト塗布装置。
3. 【請求項３】 前記リング状の板体のリングの幅（Ｌ）
   が、レイノズル数（Ｒｅ），前記基板の半径（ｒ₀），
   空気の動粘性係数（ν），前記基板の角速度（ω）に対
   して下記の式 【数２】Ｌ＝ｒ₀−√（Ｒｅν／ω） の関係を有する請求項２記載に係るレジスト塗布装置。
4. 【請求項４】 前記リング状の板体をその角速度
   （ω₁）が、前記基板の角速度（ω₂），前記基板の半径
   （ｒ₀），空気の動粘係数に対して下記の式、 【数３】 │ω₁−ω₂│≦（ν／ｒ₀ ²）×２．３５×１０^５ を満たして回転する請求項２記載に係るレジスト塗布装
   置。
5. 【請求項５】 基板を保持するためのチャックと、該チ
   ャックを回転させるための回転手段とを少なくとも備
   え、該基板を該チャックが保持して水平面内で回転させ
   ることにより、該基板上に滴下したレジストを該基板の
   上面に塗布するレジストの回転塗布方法において、 前記基板の半径をｒ、該基板の角速度をωとすると、下
   記の式、 【数４】ν≧ｒ^２ω／２．３５×１０^-5 で表される動粘性係数νより大きい動粘性係数を持つ気
   体により該基板の塗布雰囲気を満たしたことを特徴とす
   るレジストの回転塗布方法。
6. 【請求項６】 基板を保持するためのチャックと、該チ
   ャックを回転させるための回転手段とを少なくとも備
   え、該基板を該チャックが保持して水平面内で回転させ
   ることにより、該基板上に滴下したレジストを該基板の
   上面に塗布するレジストの回転塗布方法において、 前記基板の半径をｒ、該基板の角速度をωとすると、該
   基板の塗布雰囲気を下記の式、 【数５】 Ｐ（ｍｍＨｇ）≦２．５０×１０³×（１＋０．００３６７ｔ）／ｒ²ω で表される圧力Ｐより小さい圧力としたことを特徴とす
   るレジストの回転塗布方法。
7. 【請求項７】 基板を保持するためのチャックと、該チ
   ャックを回転させるための回転手段とを少なくとも備
   え、該基板を該チャックが保持して水平面内で回転させ
   ることにより、該基板上に滴下したレジストを該基板の
   上面に塗布するレジストの回転塗布方法において、 前記基板の半径をｒ、該基板の角速度をωとすると、該
   基板の塗布雰囲気を下記の式、 【数６】 ｔ（℃）≧√（１８００＋３００００ｒ²ω）−３１４．２ で表される温度ｔよりも低くしたことを特徴とするレジ
   ストの回転塗布方法。