JPH10335201A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大気圧が変動しても、薬液塗布における膜厚
の均一性を十分に確保できる基板処理装置を提供する。 【解決手段】 基板周辺の雰囲気圧の値と、その雰囲気
圧において所要の膜厚のレジスト膜を得るためのレジス
ト液の粘度との関係が、レジスト液の溶媒の供給量によ
って表現されてテーブルＴＢが構成されている。このテ
ーブルＴＢはメモリ４６に記憶されている。基板周辺の
雰囲気圧が静圧センサ４２によって検出され、テーブル
ＴＢのうちその雰囲気圧に対応する溶媒供給量が特定さ
れる。その溶媒供給量を指示する指令信号がポンプ６２
に与えられて、それに応じた量の溶媒が供給される。混
合部５０ではその溶媒と原液とを混合してノズル５２へ
と与える。大気圧が変化してもそれを雰囲気圧として測
定し、それに応じた粘度調整を行うことにより、大気圧
が変動しても所要の膜厚を維持することができる。

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、半導体基板や液
晶基板などの精密電子装置用基板等（以下「基板」と称
する）に対してレジストなどの薬液を塗布する基板処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板のフォトリソグラフィー工程
では、レジスト液を基板上に塗布してレジスト膜を形成
することが必要となる。ここにおいて、半導体基板のサ
イズ（口径）は時代とともに増大傾向にあり、また、基
板上のパターンの集積度に対する要求も高まっているこ
とから、基板上のレジスト膜厚を薄くする必要があり、
たとえば１〜２μm程度ないしそれ以下の膜厚が要求さ
れる。

【０００３】このような大口径の基板に薄いレジスト膜
を均一の膜厚で形成するためには、レジスト液の粘度を
低めて流動性を高めることが必要である。それは、粘度
が高いレジスト液を使用すると、その粘性によって基板
上でレジスト液が盛り上がり、基板全体に薄く広がらな
いためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、レジスト液
をこのように低粘度化すると、塗布されたレジスト膜厚
の状況が日によって異なるという現象が観測されてい
る。そこで、この現象について検討調査した結果、その
原因が大気圧の変動にあることが判明した。

【０００５】すなわち、レジスト液は液体であるからマ
クロに見れば非圧縮性流体であるが、基板上に塗布され
る状態では極めて薄い層になっているため、ミクロ的に
は体積変化なども生じ得るのであって、周辺の気圧の影
響を受けるようになる。

【０００６】具体的には、大気圧が高いときは基板上の
レジスト液が押しつぶされたような状態になって、レジ
ストの膜厚が必要以上に薄くなる。この場合には、成膜
性が悪くなり、小さい穴（ピンホール）ができてしま
う。

【０００７】一方、大気圧が低いときはレジスト液も盛
り上がりやすくなって、レジストの膜厚が厚くなる。そ
の結果、後の露光工程およびエッチング工程において微
細なパターンを正確に形成することが困難となる。

【０００８】このような大気圧の変化による膜厚の変動
は約５０オングストロームにも及ぶことが確認されてい
る。そして、この問題は半導体基板へのレジスト液の塗
布装置に限らず、基板上に薬液を塗布して所要の膜を形
成する装置一般においても問題となる。

【０００９】この発明は、従来技術における上記の問題
の克服を意図しており、大気圧の変動の影響を防止しつ
つ、均一な所定の厚さの膜を形成することができる基板
処理装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、基板に所定の薬液を塗布して前
記基板上に所定の膜を形成する基板処理装置において、
(a)前記基板上に前記薬液を供給する薬液供給手段と、
(b)前記基板の付近の雰囲気圧を測定する雰囲気圧測定
手段と、(c)前記雰囲気圧に応じて前記薬液の粘度を調
整する薬液粘度調整手段とを備える。

【００１１】また、請求項２の発明は、請求項１記載の
基板処理装置において、前記薬液粘度調整手段が、(c-
1)前記雰囲気圧の値と前記薬液の粘度調整値との対応関
係をあらかじめ記憶する記憶手段と、(c-2)前記雰囲気
圧測定手段によって測定された雰囲気圧につき、当該雰
囲気圧の値に対応する粘度調整値を前記対応関係から特
定する特定手段と、(c-3)前記特定手段によって特定さ
れた粘度調整値に応じて、前記薬液供給手段から前記基
板へ供給される前記薬液の粘度を変化させる粘度変化手
段とを有する。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２記載の基板処
理装置において、前記薬液供給手段が、(a-1)前記薬液
の原液を供給する原液供給手段と、(a-2)前記原液を希
釈するための溶媒を供給する溶媒供給手段と、(a-3)前
記原液と前記薬液とを混合する混合手段とを有してい
る。

【００１３】そして、前記粘度調整値は前記混合手段へ
の前記溶媒の供給量であり、前記粘度変化手段は、前記
特定手段によって特定された前記粘度調整値に応じて、
前記溶媒供給手段から前記混合手段への前記溶媒の供給
量を変化させるものである。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載の基板処理装置において、(d)前記
薬液の粘度を測定する薬液粘度測定手段と、(e)前記薬
液粘度測定手段によって測定された粘度値を前記薬液粘
度調整手段へフィードバックさせる粘度フィードバック
制御手段とをさらに備える。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつこの発明
の実施の形態について詳細に説明する。

【００１６】＜A．基板処理装置の概略構成＞まず、こ
の発明の実施形態である基板処理装置の概略構成を、そ
の概略断面図である図１を参照して説明する。この実施
形態における基板処理装置１は半導体基板の回転塗布装
置（スピンコータ）として構成されている。この装置の
中心部には、基板Ｗを略水平で真空吸着して保持するた
めのスピンチャック１０が配置され、このスピンチャッ
ク１０の回転軸１１を基板回転駆動用モーターＭで回転
駆動することによって、スピンチャック１０とともに基
板Ｗがこの軸の周りに水平面内で回転する。

【００１７】一方、余剰塗布液の周辺への飛散を防止
し、かつその余剰塗布液を捕集して所定の塗布液回収経
路へと導くために樹脂製の塗布液回収カップ１２が設け
られており、この塗布液回収カップ１２の中にスピンチ
ャック１０と基板Ｗとが収容される。そして、塗布液回
収カップ１２の底部には、廃液および排気用のドレイン
孔１４が設けられている。

【００１８】そして、塗布液回収カップ１２の全体を完
全に包囲するチャンバ１６が配設されている。このチャ
ンバ１６には、スピンチャック１０に真空保持された基
板Ｗの上方に給気口３０が形成され、その給気口３０に
は給気管路４０を介して給気装置３２が連結されてい
る。この給気装置３２は、給気ファン３４、給気量調節
用ダンバ３６、およびパーティクルなどの除去を目的と
して配置されたフィルター３８を備えており、これによ
って、チャンバ１６内への空気流路を形成している。そ
して、この給気装置３２から給気管路４０および給気口
３０を通して、クリーンルームと同じ一定温湿度に調節
された清浄空気がチャンバ１６内へと供給されるように
なっている。

【００１９】一方、チャンバ１６の底部付近には排気口
１８が形成され、この排気口１８に排気管路２０が接続
されている。そして、給気口３０を通してチャンバ１６
内へ供給された清浄空気が、チャンバ１６内部を上方か
ら下方へ流れ、排気口１８を通って排気管路２０へ排出
されるようになっている。ダンパ２２によってこの排気
量は調整可能である。

【００２０】また、チャンバ１６には、基板Ｗの搬出入
用の窓２４が形成されており、この窓２４は、基板Ｗの
搬出入用以外は蓋２６で密閉されている。また、チャン
バ１６への基板Ｗの搬出入は搬送ロボット（図示せず）
によって行われる。このチャンバ１６内には、基板Ｗの
周辺の雰囲気圧（具体的にはチャンバ１６内部の気圧）
を検知する静圧センサ４２が配置されている。そして、
この静圧センサ４２によってチャンバ内の雰囲気圧が検
知されるように構成されている。また、基板Ｗの上方に
は、レジスト液を基板Ｗの上面に供給するためにノズル
５２が配置されている。

【００２１】＜B．ノズル付近の構造＞図２は、基板処
理装置１におけるノズル５２の周辺の拡大斜視図であ
る。この図２において、ノズルアーム５４は中空管であ
り、その上部の一端にノズル５２が設けられている。一
方、このノズルアーム５４のアーム下部５５は支持台
（図示省略）によって支持されている。

【００２２】後述する手段によってノズル下部５５から
供給されるレジスト原液は混合部５０に入る。混合部５
０にはまた、レジスト原液を希釈するための溶媒が配管
５１を介して供給されている。

【００２３】図２において、混合部５０の中の実線の矢
印は流体を示している。混合部５０には、レジスト原液
や溶媒などの流体の進行方向に沿って右エレメント５６
と左エレメント５８とが交互に配置されている。右エレ
メント５６と左エレメント５８とでは、流体の回転方向
が逆であり、両エレメントを通過する液体はその回転方
向が反転することにより、十分に攪拌、混合される。し
たがって、混合部５０に流入したレジスト原液と溶媒と
は、上記混合部５０によって十分に混合され、レジスト
液（溶液）としてノズルアーム５４中を流れ、ノズル５
２から基板Ｗ上へと吐出されることになる。

【００２４】また、ノズルアーム５４のうち混合部５０
側の部分には、粘度計９０が設置されている。この粘度
計９０は、レジスト原液と溶媒とを混合して得られたレ
ジスト液の粘度を検出する。このレジスト液の粘度は、
一定量のレジスト原液と変動供給量溶媒との混合比率を
示す信号値として出力される。

【００２５】＜C．制御系＞図３は基板処理装置１の制
御系を示す要部機能ブロック図である。まず、レジスト
原液供給手段７０においては、レジストボトル７１中の
レジスト原液をポンプ７２によって汲み上げて混合部５
０へと圧送する。また、溶媒供給手段６０においては、
溶媒ボトル６１の溶媒をポンプ６２によって汲み上げて
混合部５０へと圧送される。これらのレジスト原液と溶
媒とは、図２において説明した混合部５０によって混合
され、レジスト液としてノズル５２から基板Ｗ上へと吐
出される。

【００２６】一方、制御部４４には、静圧センサ４２に
よって検出された基板周辺の雰囲気圧（チャンバ１６内
の気圧）の検出信号値が入力される。その雰囲気圧に応
じた適正な粘度をレジスト液に与えるべく、制御部４４
は、後述する動作によって溶媒供給手段６０内のポンプ
６２の作動速度を制御し、ポンプ６２から混合部５０へ
供給される溶媒量を調整する。

【００２７】制御部４４はマイクロコンピュータなどに
よって構成されており、ＣＰＵ４５およびメモリ４６を
備えている。このメモリ４６には制御プログラムなどの
ほか、図４(a)に示すようなテーブルＴＢをあらかじめ
記憶している。このテーブルＴＢは、あらかじめ想定さ
れる雰囲気圧の種々の値と、それらの気圧において所定
の膜厚を得るために必要な溶媒供給量との対応関係を、
数値テーブルの形式としたものである。この溶媒供給量
はレジスト液の粘度を調整するための粘度調整量として
の意味を有する。このようなテーブルＴＢは、種々の雰
囲気圧に対して所要の膜厚が得られるような溶媒供給量
をあらかじめ実測して求めておくことによって準備可能
である。

【００２８】ここで、このテーブルＴＢにおける雰囲気
圧と溶媒供給量との関係について説明しておく。図(b)
に示すように、一般に雰囲気圧が増大するに伴ってレジ
スト液の粘度を高めることにより、所要の膜厚を得るこ
とができる。このため、レジスト原液の単位時間あたり
の供給量を固定しておく場合には、図４(c)に示すよう
に、雰囲気圧の増加に伴って単位時間あたりの溶媒供給
量は漸近的に減少させるような関係になる。このような
関係を具体的な数値として求めてテーブルＴＢとし、メ
モり４６に記憶させておくのである。

【００２９】一方、図３に示すように、粘度計９０の検
知信号も制御部４４に入力されている。これは、その時
点で計測された雰囲気圧に応じて図４のテーブルＴＢか
ら適正な溶媒供給量が定まったとき、実際にその溶媒供
給量に対応する粘度が実現されているかどうかをモニタ
してその結果に応じたフィードバック制御を行うための
ものである。

【００３０】＜D．制御動作＞次に、この基板処理装置
１における基板処理手順を、レジスト液の粘度調整を中
心として図５のフローチャートを参照しつつ説明する。

【００３１】まず、雰囲気圧の種々の値に対して所要の
膜厚を形成するために必要なレジスト液の粘度を溶剤供
給量の値として実測しておく（ステップＳ１）。そし
て、このようにして得られた対応関係を、図４(a)のテ
ーブルＴＢの形で制御部４４のメモリ４６に記憶させる
（ステップＳ２）。ここまでの手順は、装置メーカーに
おいて行っておいてもよく、また、この装置１のユーザ
ーが行ってもよい。

【００３２】全てのデータ入力が終了すると、上記基板
処理装置を使用して実際のレジスト塗布の処理が開始さ
れる（ステップＳ３）。

【００３３】基板が装置１内へ搬入される前に、給気装
置３２の作動はされている。そして、これ以後、この給
気装置３２はチャンバ１６内の環境温度および湿度を一
定に保つ。

【００３４】チャンバ１６への給気およびそれからの排
気が安定した後、静圧センサ４２により、チャンバ１６
内の雰囲気圧を読み取る（ステップＳ４）。読み取られ
た雰囲気圧の測定値のデータを制御部４４のＣＰＵ４５
が取り込み、メモリ４６上のテーブルＴＢのうちその値
に一致する雰囲気圧の値を検索する（ステップＳ５）。
そして、ＣＰＵ４５は、テーブルＴＢ上に測定値と一致
する雰囲気圧値が存在するときにはテーブルＴＢ上でそ
の値に対応する溶媒供給量を特定するが、一致するもの
がなければそれに最も近い雰囲気圧値を参照し、テーブ
ルＴＢ上の溶媒供給量の数値列の内挿（補間）または外
挿によって溶媒供給量の値を特定する。

【００３５】次に、基板Ｗがチャンバ１６内に搬入さ
れ、チャック１０によって保持された後、上記のように
して決定された特定の溶媒供給量値（以下、「溶媒供給
量指令値」を示す信号が、溶媒供給手段６０へ伝達され
る。溶媒供給手段６０においては、この溶媒供給量指令
値に応じた駆動信号をポンプ６２へ与え（ステップＳ
６）、その指令値に応じた単位時間あたりの溶媒の量が
ポンプ６２から混合部５０へと送出される。このように
して供給量が自動調節された溶媒は、混合部５０におい
てレジスト原液と混合され、ノズル５２から回転中の基
板Ｗ上へと供給される。レジスト原液供給手段７０から
は、基板Ｗへの塗布が開始された後、必要枚数の基板の
塗布修了までは常に一定量のレジスト原液が供給されて
いる。このため、このような溶媒供給量制御によって雰
囲気圧に応じた粘度のレジスト液が基板Ｗ上に吐出され
ることになる。

【００３６】一方、混合部５０において混合されレジス
ト液の粘度が、粘度計９０によって測定される（ステッ
プＳ７）。この粘度計９０の測定値は制御部４４に与え
られ、レジスト溶液の粘度が適正値となったか否かが制
御部４４によって判断される。ここにおいては、まず、
ＣＰＵ４５が発生した溶媒供給量指令値を原液／溶媒混
合比率の値へと換算する。すなわち、単位時間当たりの
原液の供給量をＶ0とし、単位時間当たりの溶媒供給量
をＶSとしたとき、これに対応する原液／溶媒混合比率
の値のＲは、Ｒ＝Ｖ0／ＶSで与えられるが、このうちの
原液の供給量Ｖ0は一定であるから、溶媒供給量指令値
を溶媒供給量ＶSとして代入することにより、原液／溶
媒混合比率Ｒの適正値が求まる。そして、粘度計９０か
らの混合比率の測定値とこの適正値とをＣＰＵ４５が比
較する（ステップＳ８）。なお、このような原液／溶媒
混合比率の適正値は、雰囲気圧のそれぞれの値につきあ
らかじめ算出して、図４(a)のテーブルＴＢにあわせて
登録しておいてもよい。

【００３７】ステップＳ８での比較において、粘度計９
０からの混合比率の測定値とその適正値とが所定の許容
範囲内で一致したか否かがＣＰＵ４５によって判断され
る。

【００３８】許容範囲を越えた不一致がある場合には、
溶媒供給手段６０からの溶媒供給指令値をステップＳ１
０で所定の微小量だけ変化させてステップＳ６に戻る。
このような粘度に関するフィードバック制御系を付加す
ることにより、指令値と実際の溶媒供給量とのずれに起
因する誤差を補償して、安定した粘度調整が可能とな
る。

【００３９】一方、ステップＳ９の判断で所定の許容範
囲内で「一致している」場合には、雰囲気圧の読み取り
ステップ（ステップＳ４）へと戻り、再び雰囲気圧を監
視する。このため、もし雰囲気圧に変動が生じれば、そ
れに追随してレジスト液の粘度を変化させることができ
る。

【００４０】そして、基板Ｗへのレジスト液の塗布の完
了を指示する割り込み信号が入ってくると、このような
雰囲気圧監視ルーチンから抜け出して、レジスト液の吐
出を停止し、基板Ｗを次工程（図示せず）へと搬出す
る。

【００４１】以上のような粘度の自動調整を行うことに
より、気象変化によって大気圧が変化しても、そのよう
な気圧変化が基板の周辺でモニタされ、それを補償する
ようにレジスト液の粘度が自動的に変化するため、レジ
スト膜厚が一定化する。それによって素子集積度が高い
大口径の基板に対しても適切な成膜が可能となる。

【００４２】＜E.変形例＞上記の実施形態では「粘度調
整値」として溶媒供給量を採用しており、粘度の調整を
溶媒の供給量の増減によって行っているが、そのかわり
に原液の供給量によって調整してもよく、また、双方を
変化させてもよい。

【００４３】ただし、溶媒蒸発後に最終的に基板上に残
る成分は原液側の成分が中心であるため、粘度調整だけ
の目的からは上記実施形態のように溶媒量だけを変化さ
せることが好ましい。

【００４４】雰囲気圧の測定に基づく粘度調整は、たと
えば、基板１枚ごとや、ロットごとに雰囲気圧の測定と
それによる粘度調整ルーチンを実行してもよい。また、
基板付近の雰囲気圧の変化のほとんどは大気圧の変化に
起因しており、大気圧の変化は通常はそれほど急激では
ないため、たとえば１日に数回の調整でもよい。

【００４５】また、雰囲気圧と粘度（調整量）との関係
を数値テーブル化しておくことは必須ではなく、たとえ
ば近似関数を用いて関数化しておいてもよい。

【００４６】この発明は、半導体基板へのレジスト液の
塗布だけでなく、基板上に薬液を塗布して膜を形成する
装置一般に適用可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
４の発明の基板処理装置では、基板の付近の雰囲気圧に
応じて薬液粘度を調整するため、大気圧の変化などに起
因して雰囲気圧が変動しても、薬液塗布における膜厚の
均一性を十分に確保できる。

【００４８】特に、請求項２の発明では、雰囲気圧の具
体的な値に対してどの粘度調整値が適当であるかの対応
関係をあらかじめ記憶手段に記憶しておくことによっ
て、雰囲気圧の変化が生じたときに、それに対応する粘
度調整を迅速に実行可能である。

【００４９】さらに、請求項３の発明では、薬液におけ
る溶媒の量の変化によって粘度調整を行うようになって
おり、比較的簡単な構成で粘度の調整を行うことが可能
となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係る基板処理装置の概略
図である。

【図２】図１の基板処理装置におけるノズル付近の一部
斜視図である。

【図３】図１の基板処理装置におけるレジスト粘度調整
系の機能ブッロク図である。

【図４】雰囲気圧と粘度との関係を示す説明図である。

【図５】この発明の実施形態における粘度調整手順を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

Ｗ 基板 ＴＢ 雰囲気圧と粘度調整量との対応関係テーブル １ 基板処理装置 １０ スピンチャック １２ 塗布液回収カップ １６ チャンバ ２０ 排気管路 ３２ 給気装置 ４２ 静圧センサ ４４ 制御部 ５０ 混合部 ５２ ノズル ９０ 粘度計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に所定の薬液を塗布して前記基板上
   に所定の膜を形成する基板処理装置において、 (a) 前記基板上に前記薬液を供給する薬液供給手段
   と、 (b) 前記基板の付近の雰囲気圧を測定する雰囲気圧測
   定手段と、 (c) 前記雰囲気圧に応じて前記薬液の粘度を調整する
   薬液粘度調整手段と、を備えることを特徴とする基板処
   理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の基板処理装置において、 前記薬液粘度調整手段が、 (c-1) 前記雰囲気圧の値と前記薬液の粘度調整値との
   対応関係をあらかじめ記憶する記憶手段と、 (c-2) 前記雰囲気圧測定手段によって測定された雰囲
   気圧につき、当該雰囲気圧の値に対応する粘度調整値を
   前記対応関係から特定する特定手段と、 (c-3) 前記特定手段によって特定された粘度調整値に
   応じて、前記薬液供給手段から前記基板へ供給される前
   記薬液の粘度を変化させる粘度変化手段と、を有するこ
   とを特徴とする基板処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の基板処理装置において、 前記薬液供給手段が、 (a-1) 前記薬液の原液を供給する原液供給手段と、 (a-2) 前記原液を希釈するための溶媒を供給する溶媒
   供給手段と、 (a-3) 前記原液と前記薬液とを混合する混合手段と、
   を有し、 前記粘度調整値は前記混合手段への前記溶媒の供給量で
   あって、 前記粘度変化手段は、前記特定手段によって特定された
   前記粘度調整値に応じて、前記溶媒供給手段から前記混
   合手段への前記溶媒の供給量を変化させるものであるこ
   とを特徴とする基板処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の基板処理装置において、 (d) 前記薬液の粘度を測定する薬液粘度測定手段と、 (e) 前記薬液粘度測定手段によって測定された粘度値
   を前記薬液粘度調整手段へフィードバックさせる粘度フ
   ィードバック制御手段と、をさらに備えることを特徴と
   する基板処理装置。