JPH09162108A - 回転塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板上に厚さ均一性の高い膜を形成す
ることができる。 【解決手段】 半導体基板１の表面上に塗布材料４を吐
出し、半導体基板１を回転させることにより塗布材料４
を半導体基板１の表面上に広げて膜を形成する。チャッ
ク２は、軸２ａを中心として回転することによって、半
導体基板１を回転させる。チャック２の基板保持部２ｂ
の外径を半導体基板１の外径と同じか、あるいはそれよ
り大きくすることで、半導体基板１およびチャック２の
回転時の偏心が最小限に低減され、回転数が安定するこ
とで、厚さ均一性の高い膜を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板の裏
面を半導体基板保持具により保持して半導体基板を高速
回転させながら半導体基板の表面にレジスト等を塗布す
る回転塗布装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板にパターンを形成するため
に、半導体基板上にレジストなどの塗布材料を塗布する
ことにより塗布膜を形成するが近年、半導体装置の微細
化が進み、半導体装置のパターン寸法の加工精度の向上
が要求されている。それに伴って、半導体基板上に塗布
形成する膜の均一性も向上が求められている。最も精度
良く半導体基板上に膜を形成する方法のひとつとして、
回転塗布法が広く用いられている。この回転塗布法は、
半導体基板上に塗布材料を吐出し、半導体基板の回転に
よる遠心力によって塗布材料を広げて、半導体基板表面
に膜を形成する方法である。この回転塗布法の場合、半
導体基板は通常１０００〜５０００ｍｉｎ^-1程度で高速
回転させる。

【０００３】図５（ａ）は従来の回転塗布装置における
半導体基板を保持する部分の断面図を示し、図５（ｂ）
は同じく半導体基板を保持する部分の斜視図を示す。図
５において、１は例えば円板状の半導体基板である。２
は支軸２ａの先端に半導体基板１の裏面を減圧吸着して
保持する基板吸着部２ｂを有し支軸２ａを中心軸として
高速回転する半導体基板保持具（以下、チャックと称す
る）である。３はチャック２により保持された半導体基
板１の表面の回転中心に向けてホトレジスト等の塗布材
料４を吐出する薬液ノズルである。

【０００４】チャック２には、支軸２ａの中心を通り基
板吸着部２ｂで多数に分岐して基板吸着面に吸着口とし
て開放した吸引用通路２ｃが設けられている。以上のよ
うな構成の回転塗布装置においては、チャック２の基板
吸着部２ｂが減圧吸着により半導体基板１を保持し、チ
ャック２自身が支軸２ａを中心として回転することによ
って、半導体基板１を回転させる。そして、この状態で
半導体基板１の表面の略回転中心に向けて薬液ノズル３
から半導体基板１の中心に塗布材料４を吐出し、半導体
基板１を回転させることによる遠心力で塗布材料４を半
導体基板１の全面に広げてレジスト膜等の塗布膜を形成
する。このような回転塗布装置による塗布方法は、半導
体基板上にフォトレジストを塗布する工程等に用いられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来例に
おいては、チャック２が基板吸着部２ｂにより半導体基
板１の裏面に吸着して半導体基板１を保持するが、チャ
ック２の外径が半導体基板１の外径よりも小さく、チャ
ック２と半導体基板１との重心を厳密に一致させること
は困難である。その理由は、チャック２が半導体基板１
の陰になって隠れるためからである。

【０００６】もし、半導体基板１の重心とチャック２の
回転軸２ａにずれがあると、バランスが崩れるので、チ
ャック２が回転時に偏心を起こし、回転数が安定しな
い。回転数が不安定であると、塗布膜の厚さ均一性が低
下する。厚さ数μｍの塗布膜を形成するためには１００
０ｍｉｎ^-1以上というの高速回転が必要であり、偏心の
影響は大きい。

【０００７】上記従来の構成では、半導体基板の回転数
の不安定さに起因して膜の厚さ均一性が低下するという
欠点がある。上記課題について鑑み、この発明の目的は
厚さ均一性が高い膜を形成することができる回転塗布装
置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１記載の回転塗布装置は、支軸の先端に半導
体基板の裏面を減圧吸着して保持する基板吸着部を有し
支軸を中心として回転するチャックと、チャックにより
保持された半導体基板の表面の回転中心に向けて塗布材
料を吐出する薬液ノズルとを備え、基板吸着部の外径を
半導体基板と同径もしくはそれより大きくしたことを特
徴とする。

【０００９】この構成によれば、チャックにより半導体
基板を保持し、薬液ノズルから半導体基板の表面の回転
中心に向けて塗布材料を吐出させるので、チャックによ
り半導体基板を回転させて半導体基板の表面上で塗布材
料を広げることにより半導体基板上に塗布膜を形成する
ことができる。この際、チャックとして、半導体基板と
同径もしくはそれより大きい外径の基板吸着部を有する
ものを用いるので、半導体基板の重心とチャックの回転
軸のずれの影響が少なくなり、半導体基板およびチャッ
クの回転時の偏心が最小限に低減され、回転数が安定す
ることで、厚さ均一性の高い膜を形成することができ
る。

【００１０】請求項２記載の回転塗布装置は、請求項１
記載の回転塗布装置において、基板吸着部は、基板吸着
面に吸着口を有し、基板吸着面上の半導体基板に隠れる
領域のうちの吸着口以外の半導体基板に接触する領域の
面積を、半導体基板に隠れる領域の面積、つまり半導体
基板の裏面の面積の５％以上２０％以下としている。こ
の構成によれば、半導体基板の裏面が基板吸着部に接触
する面積が少なくて半導体基板の裏面の汚染が少なく、
しかも半導体基板の吸着に支障がない。

【００１１】請求項３記載の回転塗布装置は、請求項１
または請求項２記載の回転塗布装置において、基板吸着
部に温度調節用水を循環させる温度調節用水路を設けて
いる。この構成によれば、基板吸着部に設けた温度調整
用水路に温度調整用水を循環させることにより、減圧吸
着による影響で基板吸着部あるいは半導体基板の温度が
変化しようとしても、それを抑えて略一定の温度に保つ
ことができ、塗布材料の粘度の温度依存性が大きい場合
であっても、厚さ均一性の高い膜を形成することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の回転塗布装置に
おける実施の形態について、図面を参照しながら説明す
る。図１（ａ）はこの発明の回転塗布装置の実施の形態
における半導体基板を保持する部分の断面図を示し、図
１（ｂ）は同じく半導体基板を保持する部分の斜視図を
示す。図１において、１は例えば円板状の半導体基板で
ある。２は支軸２ａの先端に半導体基板１の裏面を減圧
吸着して保持する基板吸着部２ｂを有し支軸２ａを中心
軸として回転するチャックである。３はチャック２によ
り保持された半導体基板１の表面の回転中心に向けてホ
トレジスト等の塗布材料４を吐出する薬液ノズルであ
り、半導体基板１の中心とチャック２の支軸２ａの中心
とを結ぶ線上に鉛直方向に向けて配置されている。

【００１３】チャック２には、支軸２ａの中心を通り基
板吸着部２ｂで多数に分岐して基板吸着面に吸着口とし
て開放した吸引用通路２ｃが設けられている。また、基
板吸着部２ｂは、外径を半導体基板１と同径もしくはそ
れより大きくしてあり、半導体基板１の重心とチャック
２の回転軸とのずれの影響が少なくなり、半導体基板１
およびチャック２の回転時の偏心が最小限に低減され、
回転数が安定することで、厚さ均一性の高い膜を形成す
ることができるものである。

【００１４】以下、上記の回転塗布装置を用いた回転塗
布方法について説明する。半導体基板にパターンを形成
するために、半導体基板１上にレジストなどの塗布材料
４を塗布することにより塗布膜を形成する。その方法と
して、半導体基板１上に塗布材料４を吐出し、半導体基
板１の回転による遠心力によって塗布材料４を広げて、
半導体基板１表面に膜を形成する。回転の際に半導体基
板１をチャック２で保持し、チャック２自身が支軸２ａ
を中心として回転することによって、半導体基板１を回
転させ、遠心力を生じさせる。

【００１５】数ミクロンの厚さの膜を均一に形成するた
めに、１０００ｍｉｎ^-1以上の非常に高速な回転を必要
とし、回転中は塗布材料４はもとより、半導体基板１お
よびチャック２自身にも非常に大きい遠心力がかかる。
そのため、半導体基板１の重心とチャック２の回転軸の
微少なずれは偏心を引き起こし、回転数のばらつきを招
き、ひいては遠心力により、広げられる膜の厚さ均一性
を低下させる。

【００１６】この問題点を解決するために、この実施の
形態においては、チャック２の基板吸着部２ｂの外径
を、上記したように半導体基板１の外径と同じか、ある
いはそれより大きくしたことを特徴とする。例えば、チ
ャック２の外径を半導体基板１の外径と同径にすること
で、基板吸着部２ｂの外周縁と半導体基板１の外周縁と
を合わせることにより、チャック２上に半導体基板１を
保持させる際に重心を厳密に一致させることが可能とな
り、偏心を防ぐことにより回転数が一層安定化し、形成
される膜の厚さ均一性を向上させることができる。この
ときチャック２の支軸２ａと基板吸着部２ｂの中心とが
一致していることは勿論である。

【００１７】また、たとえ半導体基板１の重心とチャッ
ク２の支軸２ａの中心とがずれたとしても、基板吸着部
２ｂが十分大きければ、回転時に受ける遠心力が半導体
基板１の受ける遠心力より十分大きいために偏心しにく
くなる。その結果として、安定した回転数で回転させる
ことが可能となり、厚さ均一性の高い膜を得ることがで
きる。

【００１８】以上のように、チャック２の基板吸着部２
ｂの外径を、上記したように半導体基板１の外径と同じ
か、あるいはそれより大きくすることにより、半導体基
板１の重心とチャック２の回転軸の微少なずれによる偏
心を少なくし、回転を安定させることができる。また、
この実施の形態によると、チャック２の基板吸着部２ｂ
は半導体基板１の裏面全体を保持する。そのため、半導
体基板１の周辺部がチャック２の基板吸着部２ｂよりは
み出していた従来例に比べ、より平坦な状態で半導体基
板１を保持して回転させることが可能である。その結
果、従来例よりも平滑でかつ厚さ均一性の高い膜を形成
することができる。

【００１９】また、この実施の形態によると、半導体基
板１の回転中にレジストなどの塗布材料４を半導体基板
１の裏面に巻き込んで半導体基板１の裏面を汚してしま
うことがないため、従来の方法では必要であった半導体
基板１の裏面洗浄が必要ではなくなり、製造コストを低
減することができる。また、数ミクロンの厚さの膜を均
一に形成するために、１０００ｍｉｎ^-1以上の非常に高
速な回転を必要とし、回転中は塗布材料４はもとより半
導体基板１およびチャック２自身にも非常に大きい遠心
力がかかる。そのため、チャック２は半導体基板１を強
固に保持する必要があり、この実施の形態では、半導体
基板１を保持するために基板吸着部２ｂを半導体基板１
の裏面に吸着させることにより半導体基板１を保持し
た。吸着による保持は半導体基板１の大口径化に伴う遠
心力の増大に対しても、十分な保持力が得られる。

【００２０】また、このときチャック２による吸着によ
る半導体基板１の裏面の汚染を防ぐためには、半導体基
板１の裏面において基板吸着部２ｂに接触する部分の面
積、つまり接触面積は微少であることが望ましい。例え
ば基板吸着部２ｂは、基板吸着面上の半導体基板１に隠
れる領域のうちの吸着口以外の半導体基板１に接触する
領域の面積を、半導体基板１に隠れる領域の面積、つま
り半導体基板１の裏面の面積の５％以上２０％以下とす
ることが望ましい。上限値の２０％は上記のとおり、半
導体基板１の裏面の汚染を防ぐためであり、下限値の５
％は、実質上５％より小さくなると、接触面が小さすぎ
るため、吸着時に半導体基板１の裏面にかかる接触圧が
大きくなり、基板表面への歪、または半導体基板１の破
損等の問題を引き起こす可能性があるという観点から設
定した。

【００２１】ここで、接触面積が上記のように微小なチ
ャックの断面図を図２（ａ）および図３（ａ）に示し、
対応する斜視図を図２（ｂ）および図３（ｂ）に示す。
図２および図３にそれぞれ示すチャック２の接触面積は
同一とし、図２の方は接触点数が少なく１点毎の接触面
積が大きい例を示し、図３の方は接触点数が多く１点毎
の接触面積が小さい例を第２の実施の形態として示す。
図２に示す例では、接触点の間隔が広すぎ、裏面からの
吸引により半導体基板１に大きな歪みが生じて、塗布膜
の厚さ均一性に悪影響を及ぼすことがある。これに対
し、図３に示す例では、接触点の間隔が狭く、１点毎の
接触面積が小さいので、裏面からの吸引により半導体基
板１の歪はごく小さいものとなり、塗布膜の厚さ均一性
に悪影響を及ぼすことはない。したがって、半導体基板
１を吸着するするチャック２としては、図３に示すよう
な接触点数が多く１点毎の接触面積が小さいものを使用
することが望ましい。

【００２２】また、チャック２の減圧吸着によって、チ
ャック２および半導体基板１の温度が低下することがあ
る。塗布材料４が粘度の変化の温度依存性の大きい場
合、特に膜の厚さ均一性に対する悪影響は顕著になる。
そのため、減圧吸着により半導体基板１を保持する場
合、チャック２の温度、特に基板吸着部２ｂの温度を一
定に調整することが望ましい。チャック２に温度調整用
水を循環させて温度を調整するための循環水路５を基板
吸着部２ｂの半導体基板１との接触部分付近に設けた第
３の実施の形態におけるチャック２の断面図を図４に示
す。この実施の形態では、特に塗布材料４および半導体
基板１の表面の温度を左右し易いチャック２の基板吸着
部２ｂに設けた循環水路５に、一定温度に調整した温度
調整用水５を循環させることによってチャック２の基板
吸着部２ｂの温度を一定に調整することにより、塗布材
料４の粘度を略一定に保ち、それによって塗布膜の厚さ
均一性を向上させている。

【００２３】なお、この発明を説明するにあたって使用
した図１ないし図４は、この発明を理解するための概略
図であるため、図中の各構成成分の寸法、各構成成分の
寸法比などは概略的であり、この発明は図示例のみには
限定されない。ここで、特許請求の範囲に示された発明
は上記実施の形態で説明した態様に限られるものではな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明の回転塗布装置
によれば、半導体基板と同径もしくはそれより大きい径
のの基板吸着部を有した半導体基板保持具で半導体基板
を保持することによって、回転塗布により厚さ均一性の
高い膜を半導体基板上に形成することができる。その結
果としてパターン寸法の加工精度の高い半導体装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの発明の回転塗布装置の第１の実施
の形態における半導体基板保持具の断面図、（ｂ）は同
じく斜視図である。

【図２】（ａ）はこの発明の回転塗布装置の第２の実施
の形態における半導体基板保持具の断面図、（ｂ）は同
じく斜視図である。

【図３】（ａ）はこの発明の回転塗布装置の第２の実施
の形態における半導体基板保持具の断面図、（ｂ）は同
じく斜視図である。

【図４】この発明の回転塗布装置の第３の実施の形態に
おける半導体基板保持具の断面図である。

【図５】従来の回転塗布装置における半導体基板保持具
の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ チャック ２ａ 支軸 ２ｂ 基板吸着部 ３ 薬液ノズル ４ 塗布材料 ５ 温度調整用水

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支軸の先端に半導体基板の裏面を減圧吸
   着して保持する基板吸着部を有し前記支軸を中心として
   回転する半導体基板保持具と、前記半導体基板保持具に
   より保持された前記半導体基板の表面に向けて塗布材料
   を吐出する薬液ノズルとを備え、 前記基板吸着部の外径を前記半導体基板と同径もしくは
   それより大きくしたことを特徴とする回転塗布装置。
2. 【請求項２】 基板吸着部は、基板吸着面に吸着口を有
   し、前記基板吸着面上の前記半導体基板に隠れる領域の
   うちの前記吸着口以外の前記半導体基板に接触する領域
   の面積を、前記半導体基板に隠れる領域の面積の５％以
   上２０％以下とした請求項１記載の回転塗布装置。
3. 【請求項３】 基板吸着部に温度調節用水を循環させる
   温度調節用水路を設けた請求項１または請求項２記載の
   回転塗布装置。