JPH0638395B2 - レジスト塗布装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレジスト塗布装置、詳しくは半導体ウエハ、半
導体マスク、光ディスク等の被塗布体の上に、レジスト
を塗布するためのレジスト塗布装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種のレジスト塗布装置としては、所謂スピン
ナー法によるものが一般的に用いられ、塗布処理槽内に
設けた真空チャック等の保持手段に、半導体ウエハ等の
被塗布体を吸着し、該ウエハにレジスト液を滴下させた
後、前記チャックを高速回転させることにより、ウエハ
上にレジストを塗布するごとくしている。

また、このスピンナー方式の塗布装置では、前記ウエハ
とレジスト液を収容する容器との間に、レジスト液を放
出するノズル等の放出手段、該放出手段からのレジスト
液の出停を制御する制御弁、レジスト液中に含まれる微
小なゴミを除去するストレーナ等を介装しており、これ
ら放出手段、制御弁、ストレーナ及び、これらの接続配
管等により、前記容器からのレジスト液を前記ウエハに
供給するための制御手段を構成しており、この制御手段
により前記ウエハにレジスト液を的確に供給できるよう
にしている。

（発明が解決しようとする問題点） 所で、上記スピンナー法によるレジスト塗布装置を用い
て被塗布体の上にレジストの塗布処理を行う場合、レジ
スト温度の変化は、個々のウエハ間のレジスト平均膜
厚、及び、一枚のウエハにおけるレジスト膜厚の均一性
に大きな影響を与えることが知られており、近年の半導
体の高集積度化などの微細加工技術の進展に伴う精度要
求とその製品歩留とに十分対応するには、レジスト温度
を高精度に温度制御する必要がある。

すなわち、レジスト温度と個々のウエハにおける平均膜
厚との関係、及び、レジスト温度と一枚のウエハにおけ
るレジスト膜厚との関係は、例えば、昭和６１年４月１
０日、株式会社リアライズ社主催の研究集会（於総評会
館）で頒布された刊行物「超ＬＳＩレジストプロセスの
動向と新しいレジスト技術の開発動向」中、北川勝著
「新しいレジストコータの開発動向」に記載され、ま
た、第８図及び第９図にそれぞれ示すごとく変化するも
のであって、レジスト温度がウエハ周りの環境温度と等
しく例えば２３℃の条件で最適な塗布が行えるように設
定したレジスト（この例ではＯＦＰＲ ８００ ２０Ｃ
Ｐ）にあっては、レジスト温度の上昇に伴って、平均膜
厚が増大してしまうこととなるのであるし（第８図）、
また、レジスト滴化部分即ちウエハ中心部分の表面温度
の上昇を招きこの部分の膜厚が増大すると共に、レジス
トの溶媒の揮発による流動性低下のためウエハ外周の膜
厚も増大してしまって、ドーナツ状に膜厚の薄い部分が
でき、一枚のウエハにおいてもその膜厚が不均一となる
のである。（第９図）。

これに対し近年の半導体技術分野の要求としては、ウエ
ハ間の平均膜厚変動を３０Å以下に抑えたいという非常
にシビアなものがあり、この要求に対応するためには、
少なくとも、前記レジスト温度を±０．１℃のオーダー
で管理する必要があるのである。

しかしながら、従来のレジスト塗布装置にあっては、レ
ジスト温度を高精度に制御できるようにしたものは未だ
提案されておらず、個々の膜厚間にバラツキがなく、し
かも、一つのものにおいて均一な膜厚を得るという要求
に十分に対応できていない問題があった。

すなわち、前記スピンナー方式の塗布装置にあっては、
被塗布体とレジスト液を収容する容器との間に、レジス
ト液供給用の制御手段を介在させているため、その装置
の構造上、例えば、前記容器の所でレジスト液の温度を
正確に調整する如くしても、前記制御手段の部分におい
て、つまり放出手段、制御弁、ストレーナ等の各制御要
素と、該各制御要素を相互に接続する配管及び、該制御
要素と前記容器とを接続する配管等の部分において、外
気の影響を顕著に受けてしまうことゝなるのであり、従
って、前記制御手段からの供給による前記被塗布体上に
おける実際のレジスト温度は高精度に制御できない問題
が起こるのである。

つまり、前記放出手段、制御弁、ストレーナ等の各制御
要素は熱容量が大きく、しかもレジスト液は前記被塗布
体に対し間欠的に供給されるため、前記レジスト液の供
給が停止されている間に前記した制御手段を構成する各
制御要素が周囲の空気（外気）と熱交換し、外気に近い
温度になってしまうのである。また、上記各制御要素を
相互に接続する配管、及び前記容器との接続配管等にお
いても、外気の影響を受けてしまうのは勿論である。

このため、次のステップでレジスト液を前記被塗布体に
対して供給しようとすると、前記レジスト液は外気と熱
交換した前記各制御要素及び配管部分での熱影響を顕著
に受けて、設定値とは異なる温度に変動してしまうこと
ゝなるのである。

本発明の目的は、制御手段から供給されるレジスト液の
温度を塗布処理室内の雰囲気温度とバラツキ少なく任意
の設定温度に高精度に制御できるようにし、微細化技術
への対応とその製品歩留の向上とを実現したレジスト塗
布装置を提供する点にある。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、内部に塗布処理室（１０）を形成する
塗布処理槽（１）に、被塗布体（Ｗ）の保持手段を回転
自由に内装すると共に、この保持手段で保持される被塗
布体（Ｗ）にレジスト液を供給するための制御手段
（Ａ）を設け、この制御手段（Ａ）を、レジスト液容器
（３）に接続して成るレジスト塗布装置であって、前記
塗布処理槽（１）の胴体（１１）を、内壁と外壁との間
に空間をもつ二重壁構造に形成して、この塗布処理槽
（１）の二重壁構造により、前記塗布処理室（１０）に
臨む熱交換チャンバー（１４）を形成すると共に、加熱
源（７１）と冷却源（７２）とを備え、任意の設定温度
の恒温熱媒を発生させる恒温熱媒発生装置（７）を形成
して、この恒温熱媒発生装置（７）で発生する恒温熱媒
を前記熱交換チャンバー（１４）に循環させる一方、前
記制御手段（Ａ）と熱交換するチャンバー（３０）を形
成して、このチャンバー（３０）の内部に、前記熱交換
チャンバー（１４）に循環させる恒温熱媒を該熱交換チ
ャンバー（１４）と直列又は並列に循環させたことを特
徴とするものである。

尚、前記制御手段（Ａ）としては、前記放出手段（２）
等のうち何れか一つあればよい。

（作用） 塗布処理槽（１）における胴体（１１）の二重壁構造に
より、塗布処理室（１０）に臨む熱交換チャンバー（１
４）を形成するから、該熱交換チャンバー（１４）をそ
の円周上及び高さ方向に相互に連通した筒状とでき、内
部の塗布処理室（１０）を、熱的な覆いで広くすっぽり
と包み込むことができるのであって、このような熱交換
チャンバー（１４）に、加熱源（７１）と冷却源（７
２）をもつ恒温熱媒発生装置（７）で生成する任意の設
定温度の恒温熱媒をその円周上及び高さ方向に供給する
から、塗布処理室（１０）内の温度を、迅速且つ変動少
なく狙いとする最適温度に高精度に制御することができ
るのである。しかも、このように塗布処理室（１０）を
所定温度の恒温雰囲気とした上で、放出手段、制御弁、
ストレーナ等の制御手段（Ａ）と熱交換するチャンバー
（３０）にも、熱交換チャンバー（１４）と同一系統の
恒温熱媒を直列又は並列に循環させるから、レジスト液
が外気の影響を受けるのを防止でき、このレジスト液の
温度を塗布処理室（１０）内の雰囲気温度とバラツキ少
なく適正に保つことができるのである。こうして、塗布
処理室（１０）内を所定の雰囲気温度に制御できる点並
びにレジスト液をこの雰囲気温度とバラツキ少なく適正
に保持できることとが相俟って、レジストの膜厚及びそ
の均一性を高精度に管理できるのである。

（実施例） 第１図において、（１）は塗布処理槽であって、この塗
布処理槽（１）は二重壁構造とした胴体（１１）と、底
壁（１２）及び蓋体（１３）とから成り、内部に塗布処
理室（１０）を形成すると共に、前記胴体（１１）の二
重壁構造により、前記塗布処理室（１０）を取囲む熱交
換チャンバー（１４）を形成するのである。

また、前記底壁（１２）には支持筒（１５）を立設し
て、その内部に、上端に被塗布体として例えば半導体ウ
エハ（Ｗ）を固定状に保持するスピンチャック（１６）
をもった回転軸（１７）を回転自由に支持するのであ
り、また、前記蓋体（１３）には、前記チャック（１
６）に保持される前記ウエハ（Ｗ）に、レジスト液を放
出する放出手段（２）を配設するのである。

前記放出手段（２）は、前記ウエハ（Ｗ）の中心上型に
開口する長尺状のノズルなどを用いて構成するものであ
り、この放出手段（２）は、詳しくは後記する温調器
（５００）を介して加圧タンクを構成するレジスト液容
器（３）に接続され、前記温調器（５００）により温度
調整されたレジスト液を、送液管（６）を介して前記放
出手段（２）に導き、該放出手段（２）から前記ウエハ
（Ｗ）にレジスト液を放出するようにしている。

更に、送液管（６）には、塗布処理槽（１）へのレジス
ト液の出停を制御するための制御弁（６１）及びレジス
ト液中の微小なゴミを除去するためのストレーナ（６
２）を介装しており、これら放出手段（２）、制御弁
（６１）及びストレーナ（６２）等により制御手段
（Ａ）（これらを接続する送液管（６）を含む）を構成
している。

なお、制御手段（Ａ）としては、送液管（６）を用いず
に放出手段（２）、制御弁（６１）及びストレーナ（６
２）等を一体成形したものでもよく、この制御手段
（Ａ）により、レジスト液を前記ウエハ（Ｗ）に的確に
供給することができるのである。

そして、以上のように構成するレジスト塗布装置におい
て、恒温熱媒体を発生する恒温熱媒発生装置（７）を形
成すると共に、この発生装置（７）で発生する恒温熱媒
体を収容するチャンバー（３０）を形成して、このチャ
ンバー（３０）に、前記制御手段（Ａ）を熱交換可能に
付設したのである。

具体的には、前記チャンバー（３０）は、二重壁構造と
するカップ状のジャケット（３１）で構成するのであ
り、かく構成するチャンバー（３０）に、前記恒温熱媒
体の発生装置（７）を、配管（７６）（７７）を介して
連結するのである。

そして、前記チャンバー（３０）を、前記塗布処理槽
（１）の上部に取付けて、前記チャンバー（３０）のカ
ップ状の内部空間に恒温槽（３５）を形成するのであっ
て、このチャンバー（３０）による恒温槽（３５）に、
前記制御手段（Ａ）を収納するのである。

また、前記塗布処理槽（１）と前記温調器（５００）と
が離れているため、前記送液管（６）の一部すなわち、
前記チャンバー（３０）と前記温調器（５００）との間
は断熱構造とした二重管（４０）を用いて接続するので
あって、該二重管（４０）の内管（４１）に前記薬液の
一つであるエッチング液を、また外管（４２）に恒温熱
媒体を通しているのである。尚、前記二重管（４０）
は、恒温熱媒体の戻配管（７７）及び断熱剤（４３）と
共に１本の複合管（４４）を形成している。

次に恒温熱媒体の発生装置（７）について説明する。
尚、この実施例では、恒温熱媒体として恒温水を用いて
いる。

この発生装置（７）は、断熱構造とした恒温槽（７０）
に、ヒータ（７１）及び冷凍装置の蒸発器（７２）を内
装して構成するのであって、熱媒ポンプ（７５）により
前記二重管（４０）の外管（４２）に恒温水（恒温熱媒
体）を供給すると共に、前記戻配管（７７）からの恒温
水（恒温熱媒体）を前記恒温槽（７０）内に戻すように
している。

また、前記恒温槽（７０）内に、前記レジスト液容器
（３）から延びるコイル状の熱交換器（５５０）を配設
することにより、前記レジスト液の温調器（５００）を
前記発生装置（７）と一体に構成するのであって、この
温調器（５００）により前記恒温水（恒温熱媒体）と同
じ温度に設定されるレジスト液を、前記容器（３）の加
圧作用により前記二重管（４０）の内管（４１）に供給
するようにしている。

そして前記恒温槽（７０）に内装する前記ヒータ（７
１）及び蒸発器（７２）の運転は、前記チャンバー（３
０）内の水温（熱媒温度）などを検出し、予じめ任意に
設定した設定温度との比較を行なうコントローラ（８）
により制御されるのであって、前記ヒータ（７１）及び
蒸発器（７２）の運転制御により５℃乃至４０℃で誤差
±０．１℃以下の一定の恒温水（恒温熱媒体）を形成で
きるのである。

さらに、前記蒸発器（７２）に対応する冷凍装置におけ
る凝縮器（７８）は、圧縮機と共にコンデンシングユニ
ット（９）に設けるのであって、前記蒸発器（７２）の
運転制御は前記圧縮機の発停又は容量制御により行なう
のである。

かくして、前記恒温熱媒体の発生装置（７）からの恒温
熱媒体は、前記熱交換チャンバー（１４）と前記チャン
バー（３０）とに直列に循環させるのであり、前記恒温
熱媒体は、前記二重管（４０）の外管（４２）から第１
連絡管（８０）を介して前記塗布処理槽（１）を取囲む
熱交換チャンバー（１４）に一旦開放され、該熱交換チ
ャンバー（１４）から第２連絡管（９０）を介して前記
チャンバー（３０）に供給されるのであって、これら一
連の通路（４２）（８０）（１４）（９０）より成る送
配管（７６）及び前記戻配管（７７）により、前記チャ
ンバー（３０）に恒温熱媒体を循環させているのであ
る。

このとき、前記チャンバー（３０）内には前記恒温槽
（３５）が形成されるのであり、該恒温槽（３５）によ
り覆われる前記放出手段（２）及び該放出手段（２）を
接続する送液管（６）、また前記ストレーナ（６１）及
び制御弁（６２）は、外気の影響を受けることはないの
である。従って、前記放出手段（２）から放出するレジ
スト液の温度は設定値に高精度に制御できるのである。

また、前記熱交換チャンバー（１４）にも恒温熱媒体を
循環させているで、前記塗布処理室（１０）内の環境温
度も設定温度に保持できるのである。

しかも、この設定温度は、前記コントローラ（８）の入
力器により任意に設定できるし、任意に選択した設定温
度に正確に制御できるのである。

実際の処理工程においては、以上の如くレジスト温度を
設定温度に高精度に制御した上で、前記放出手段（２）
からレジスト液を放出して前記ウエハ（Ｗ）の面上にレ
ジスト液を滴下せしめ、その後、前記スピンチャック
（１６）を前記回転軸（１７）の駆動により例えば５０
０〜１０００ｒｐｍ程度で回転させて前記ウエハ（Ｗ）
の面上にレジストを拡げ、さらに前記回転軸（１７）の
回転を例えば５０００〜１００００ｒｐｍ程度まで上げ
て前記ウエハ（Ｗ）の面上にレジストを均一に塗布せし
めているである。

尚、第１図において（２０）は、前記塗布処理槽（１）
の胴体（１１）に設けるウエハ出入口であって、この出
入口（２０）には扉（２１）を開閉自由に取付けてい
る。

ところで、第１図に示した実施例では、前記チャンバー
（３０）を、二重壁構造とするカップ状のジャケット
（３１）で構成し、このチャンバー（３０）のカップ状
の内部空間に形成する空気の恒温槽（３５）に、前記制
御手段（Ａ）を収容せしめて、該制御手段（Ａ）を前記
チャンバー（３０）により間接的に温調する如くした
が、第２図に示す如く、恒温熱媒体が循環するチャンバ
ー（３０）の内部に、制御手段（Ａ）を浸漬せしめて、
該制御手段（Ａ）を直接的に温調する如くしてもよい。

この場合には、第２図の如く一重壁構造とするカップ状
のカバー（３２）を塗布処理槽（１）の上部に取付ける
ことにより、前記カバー（３２）の内側と前記塗布処理
槽（１）の蓋体（１３）とで形成される空間に、前記チ
ャンバー（３０）を形成するのであり、このチャンバー
（３０）の内部に恒温熱媒体の発生装置（７）からの恒
温熱媒体を循環させるのである。この第２図のものによ
れば、前記制御手段（Ａ）に恒温熱媒体が直接接触する
ことになるのであり、この制御手段（Ａ）への恒温熱媒
体の接触により、前記制御手段（Ａ）が外気の影響を受
けるのをより確実に防止できるのである。

また、第１図及び第２図の実施例では、前記チャンバー
（３０）を、前記塗布処理槽（１）の上部に構成した
が、第３図の如く塗布処理槽（１）と独立に構成しても
よい。

この第３図のものは、チャンバー（３０）を箱形本体
（３３）で構成し、該本体（３３）の内部に、制御手段
（Ａ）のうち放出手段（２）を除く制御弁（６１）及び
ストレーナ（６２）を収容する如くしたものである。ま
た、このチャンバー（３０）は、塗布処理室（１０）の
雰囲気温度を調節する熱交換チャンバー（１４）と配管
（７６）（７７）により並列に接続され、恒温熱媒発生
装置（７）からの恒温熱媒体を、前記両チャンバー（３
０）（１４）に並列に循環させている。

尚、第３図では、温調器（５００）を前記発生装置
（７）と別体に形成しており、また、レジスト液容器
（３）の薬液はポンプ（Ｐ）にて送出するようにしてい
る。さらに蓋体（１３）にファン（２２）を取付けて、
前記塗布処理室（１０）の室内の温度分布の均一化と、
前記熱交換チャンバー（１４）構成する胴体内壁との熱
伝達率の向上とを図っている。

また、第３図のものの変形として、第４図に示すごと
く、箱形本体（３３）で構成するチャンバー（３０）の
上部に、制御弁（６１）及びストレーナ（６２）をボル
ト止め又は溶接止めにより熱交換可能に取り付けるごと
くしてもよい。

更に、第５図に示すごとく、例えば制御弁（６１）の弁
本体（６１ａ）に恒温熱媒の循環路（６１ｂ）を形成し
て、これをチャンバー（３０）と成してもよい。

また、第１図から第３図までの実施例では、前記チャン
バー（３０）により、前記制御手段（Ａ）を構成する各
制御要素、すなわち、放出手段（２）、制御弁（６
１）、ストレーナ（６２）を主に温調する如くし、これ
ら各制御要素の接続配管となる送液管（６）を付随的に
温調する如くしているが、第６図に示す如く、前記した
各制御要素と共に制御手段（Ａ）を構成する送液管
（６）を積極的に温調する如くしてもよい。

以下第６図の実施例について説明する。

第６図に示すものは、枠組したフレーム（１００）の上
部に塗布処理槽（１）を支持し、下方に恒温熱媒発生装
置（７）を収納したものである。

前記塗布処理槽（１）は二重壁構造としたドーム状のケ
ーシング（１１）と、底壁（１２）及び天井板（１３）
とを備え、内部に塗布処理室（１０）を形成すると共
に、前記ケーシング（１１）の二重壁構造により、制御
手段（Ａ）及び前記塗布処理室（１０）を温調するチャ
ンバー（３０）を形成するのである。

そして、前記制御手段（Ａ）を構成する送液管（６）の
一部をコイル状と成して薬液熱交換器（５）を形成し、
該熱交換器（５）を前記チャンバー（３０）の円筒内部
に配設するのである。かくすれば、前記した温調器（５
００）を不要とすることができる。

さらに、第６図のものでは、前記チャンバー（３０）の
上方から、前記天井板（１３）の上部を通り、前記戻し
液配管（７７）に至る分岐管（３００）を設け、この分
岐管（３００）にサブチャンバー（３０ａ）（３０ｂ）
を接続して、これらサブチャンバー（３０ａ）（３０
ｂ）に、おのおの制御弁（６１）及びストレーナ（６
２）を取り付けるごとくしている。かくすれば、レジス
ト温度を一層精度良く制御できるのである。

尚、第６図において、（２００）は前記フレーム（１０
０）の上面に設ける架台（２０１）に載置するウエハカ
セットであり、又、（Ｍ）は前記塗布処理槽（１）に内
装するスピンチャック（１６）の回転軸（１７）を駆動
させるモータであって、前記回転軸（１７）とはベルト
伝動手段（１０１）により連動している。

上記第６図のものでは、薬液熱交換器（５）をチャンバ
ー（３０）の内部に配設したが、第７図に示すように、
チャンバー（３０）外側または内側に、レジスト液熱交
換器（５）をコイル状に巻付けてもよい。この場合、図
示する如く断熱材（９０）を添設するのが好ましい。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、塗布処理槽（１）におけ
る胴体（１１）の二重壁構造により熱交換チャンバー
（１４）を形成し、加熱源（７１）と冷却源（７２）を
もつ恒温熱媒発生装置（７）で生成する任意の設定温度
の恒温熱媒を前記熱交換チャンバー（１４）に循環さ
せ、且つ、制御手段（Ａ）と熱交換するチャンバー（３
０）にも、熱交換チャンバー（１４）と同一系統の恒温
熱媒を循環させたから、塗布処理室（１０）内を所定の
雰囲気温度に制御できると共に、レジスト液をこの雰囲
気温度とバラツキ少なく適正に保持できるのである。

従って、被塗布体上におけるレジスト温度の変化を最小
限に抑制でき、形成レジストの膜厚及びその均一性を精
度よく管理でき、微細化技術への対応とその製品歩留の
向上とに十分に対応できるに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レジスト塗布装置の第１実施例を示す概
略説明図、第２図は第２実施例を示す概略説明図、第３
図は第３実施例を示す概略説明図、第４図は第３実施例
の変形を示す要部のみの説明図、第５図は同じく第３実
施例の他の変形を示す要部のみの説明図、第６図は第４
実施例を示す概略説明図、第７図は第４実施例の変形を
示す要部のみの説明図、第８図はレジスト温度と平均膜
厚との関係を示す図面、第９図はレジスト温度と膜厚の
均一性との関係を示す図面である。 （１）……塗布処理槽 （３）……レジスト液容器 （７）……恒温熱媒発生装置 （３０）……チャンバー （Ａ）……制御手段 （１０）……塗布処理室 （１１）……胴体 （１４）……熱交換チャンバー （７１）……ヒータ（加熱源） （７２）……蒸発器（冷却源）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に塗布処理室（１０）を形成する塗布
   処理槽（１）に、被塗布体（Ｗ）の保持手段を回転自由
   に内装すると共に、この保持手段で保持される被塗布体
   （Ｗ）にレジスト液を供給するための制御手段（Ａ）を
   設け、この制御手段（Ａ）を、レジスト液容器（３）に
   接続して成るレジスト塗布装置であって、前記塗布処理
   槽（１）の胴体（１１）を、内壁と外壁との間に空間を
   もつ二重壁構造に形成して、この塗布処理槽（１）の二
   重壁構造により、前記塗布処理室（１０）に臨む熱交換
   チャンバー（１４）を形成すると共に、加熱源（７１）
   と冷却源（７２）とを備え、任意の設定温度の恒温熱媒
   を発生させる恒温熱媒発生装置（７）を形成して、この
   恒温熱媒発生装置（７）で発生する恒温熱媒を前記熱交
   換チャンバー（１４）に循環させる一方、前記制御手段
   （Ａ）と熱交換するチャンバー（３０）を形成して、こ
   のチャンバー（３０）の内部に、前記熱交換チャンバー
   （１４）に循環させる恒温熱媒を該熱交換チャンバー
   （１４）と直列又は並列に循環させたことを特徴とする
   レジスト塗布装置。