JPS6332921A - レジスト塗布装置 - 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） 本発明はレジスト塗布装置、詳しくは半導体ウェハ、半
導体マスク、光ディスク等の被塗布体ノ上ニ、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、半導体ウェハ等の
被塗布体を投首し、１亥ウエハにレジスト液を滴下させ
た後、前記チャ。

りを高速回転させることにより、ウェハ」二にレノスト
を塗布するごとくしている。

（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ノス）Ｋ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、ウェ
ハ周りの環境温度の変化は、個々のウェハ間のレジスト
平均膜厚、及び、−・枚のウェハにおけるレジスト膜厚
の均一性に大きな影呵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度に伴
う梢度要求とその製品歩留とに十分対応するには、レジ
スト塗布処理の環境温度を高精度に温度制御する必要が
ある。

すなわち、環境温度と個々のウェハにおける！Ｖ均膜厚
との関係、及び、環境温度と一枚のウェハにおけるレジ
スト膜７との関係は、例えば、昭和６１年４月１０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１．．　Ｓ　Ｉ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、北用　
勝著「新しいレジス１−ｊ−夕の開発動向」に記載され
、また、第５図及び第６図にそれぞれ示すごとく変化す
るものであって、環境温度を２３°Ｃの条件で最適な塗
４−．が行えるように設定したレジスト（この例では０
ＦＰＲ８００２０ＣＰ）にあっては、環境れて、約６５
λ／“Ｃの割合で平均膜厚が増大してしまうこととなる
のであるし７（第５図）、また逆に、環境温度の低下に
伴って、ウェハ中心とウェハ外周との膜厚が増大して、
ドーナツ状に膜厚の薄い部分ができ、一枚のウェハにお
いてその膜厚が不均一となるのである。（第６図）。

しかしながら、従来のレジスト塗布装置にあっては、被
塗布体周りの環境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す、個々の膜厚間にバラツキ
がなく、シかも、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。

因みに、近年の半導体技術分野の要求としては、ウェハ
間の平均膜厚変動を３０Ａ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、前記環境温度を±０．１°Ｃのオーダーで管
理する必要があるのである。

尚、前記環境温度を管理するにあたっては、例えば冷却
器を用いて、該環境温度を塗布装置の置かれる外気温度
に対して、画一的に温度低下させて行うことも考えられ
るが、塗布に用いるレジストはその設定いかんによって
、つまり構成成分やその成分比、又溶媒等によって、最
適環境温度が変わるため、単に冷却器を用いるものでは
、最適環境温度が外気温度よりも高い場合には管理不能
となってしまい、不十分であるのは云うまでもない。同
様にヒータを用いて画一的に温度上昇を図るものについ
ても然りである。

本発明の目的は、塗布処理室内の温度を任意に設定でき
ると共に、設定温度に正確に保持できるようにして、被
塗布体周りの環境温度を高精度に制御し５、微細化技術
への対応とその製品歩留の向１″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、塗布処理槽（１）に被塗布体（Ｗ）の
保持手段を内装すると共に、この保持手段で保持される
被塗布体（Ｗ）にレジスト液を放出する放出手段（２）
を設けたレジスト塗布装置であって、前記塗布処理槽（
１）に、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、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）を前記熱交換チャ
ンバー（１４）に配管（７Ｂ、、７７）を介して連結し
、前記熱交換チャンバー（１４）に恒温熱媒を循環させ
る如く成したことを特徴とするものである。

（作用） 恒温熱媒発生装置（７）において発生する恒温熱媒を、
前記塗布処理室（１０）を取巻く熱交換チャンバー（１
４）に循環させることにより、前記塗布処理室（１０）
内に配置される被塗布体（Ｗ）周りの環境温度を、任意
な温度に高精度に保持できるのである。

（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ェ
ハ（Ｗ）を固定状に保持するスピンチャ、り（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（１６）に
保持されルｉｌηｉｊ２　’）エバ（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、前記ウェハ（Ｗ）の中心」１方
に開口する長尺状のノズルなどを用いて＄ｉ’、？成す
るものであり、この放出手段（２）（以下！１１にノズ
ルという）は、レジスト液容器（３）に、送液ポンプ（
４）及び温調部（５）介装した送液管（６）を介して接
続され、前記容器（３）から温度：Ａ５１されたレジス
ト液が前記ノズル（２）に供給され、該ノズル（２）か
ら前記ウェハ（Ｗ）に前記レノスト液を放出するように
なっている。

前記温調部（５）は特に２砦てないが、前記ノズル（２
）から前記ウェハ（Ｗ）に放出するレジスト液の温度を
一定に制御するものであって、例えば恒温水により温調
可能である。

又、前記送液管（６）には、前記ウニ・・（Ｗ）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（
６２）を介装している。

次に恒温熱媒発生装置（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（ｉｊ　７晶槽
（７０）に、ヒータ（７１）及び冷凍装置の蒸発器（７
２）を内装して構成するのであって、前記恒ｌ」槽（７
０）の底面近（にストレーナ−（７３）をもった取出管
（７４）を配設し、熱媒ポンプ（７５）及び送液配管（
７６）を介して前記熱交換チャンバー（１４）の底部に
設ける注液口（１８）に接続すると共に、前記熱交換チ
ャンバー（１４）の上部に設ける排液口（１９）を、戻
液配管（７７）を介して前記恒温槽（７０）に接続する
のである。

＋ｌｉｊ記恒温槽（７０）に内装する前記ヒータ（７１
）及び蒸発器（７２）の運転は前記塗布処理室（１０）
の室内環境温度又は熱交換チャンバー（１４）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、１ｎ記ヒータ（７１）及び蒸発器（７
２）の運転制御により５°Ｃ乃至４０℃で誤差±０．１
°Ｃ以下の一定の恒温水（恒温熱媒）を形成できるので
ある。

また、前記蒸発器（７２）に対応する冷凍装置における
凝縮？！？、　（７８）は、圧縮機と共にコンデンンン
グユニット（９）に設けるのであって、前記蒸発器（７
２）の運転制御は重訳圧縮機の発停又は容量制御により
行なうのである。

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

また、（２２）は前記蓋体（１３）に取付けるファンで
あって、このファン（２２）を設けることにより、前記
塗布処理室（１０）の室内の温度分布を均一化できると
共に、前記熱交換チャンバー（１４）を構成する胴体内
壁との熱伝達率を向上させることができるのである。

以上の構成において、半導体ウェハ（Ｗ　）の面上にレ
ノスト液を塗布して該ウェハ（Ｗ）の面上にレジスト層
を形成する作業を行なう場合、先ず、前記恒温熱媒発生
装置（７）の運転を先行させ、恒温槽（７０）と熱交換
チャンバー（１４）とを循環する恒温熱媒を予じめセッ
トする設定温度に制御するのである。

この設定温度は、前記コントローラ（８）の入力器によ
り任、α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って、前記塗布処理室（１０）は
、前記恒温水により設定した設定温度に確実に保持でき
るのである。

そして、斯くの如く前記発生装置（７）と熱交換チャン
バー（１４）とを循環する恒温熱媒の温度が設定温度に
なった後、前記ノズル（２）からレノスト液を放出して
前記ウェハ（Ｖ、’　）の面上にレジスト液を滴下せし
め、その後、ｍｊ記ススピンチャツク１６）を前記回転
軸（１７）の駆動により例えば５００〜ｌｏｏｏｒｐｍ
程度で回転させて前記ウェハ（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５００
０〜１１００００ｒｐ程度まで上げて前記ウェハ（Ｗ）
の面上にレジストを均一に塗布せしめるのである。

しかして、前記塗布処理室（１０）は、恒温熱媒の循環
により予しめ定める所定の温度に一定に保持されて、前
記ウェハ（Ｗ）周りの環境温度がレジストの設定条件に
合致した温度に制御できるのであるから、レジスト塗布
処理の開始当初からｆ１１度の良い、すなわち、所定の
膜厚で均一な塗布が可能となるのである。

また、前記ノズル（２）からのレジスト液の放出により
レノストを構成する溶媒が揮発して前記塗布処理室（１
０）の温度は変化しようとするが、前記塗布処理室（１
０）は密閉状となっているから、該処理室（１０）はレ
ジスト液の放出と同時にレジスト溶媒の飽和圧力となる
し、塗布処理槽（１）の壁が熱交換チャンバー（１４）
により形成されていて、この熱交換チャンバー（１４）
により、外部からの侵入熱は無視できるから、塗布処理
室（１０）の温度変化はなく、所定の設定温度に高精度
に制御できるのであって、１枚目からＮ枚目の各ウェハ
（Ｗ）のレノスト塗布を一定の環境温度のもとで行なえ
るのであり、従って、形成レジスト塗布膜の平均膜厚並
びにその膜７の均一性にバラツキが生じることもなくき
わめて良好なレジスト塗布処理が行なえるのである。

尚、第１図の実施例では、前記胴体（１１）のみを二重
壁構造とすることにより、前記塗布処理槽（１）の側周
部のみに前記熱交換チャンバー（１４）を形成する如く
したが、第２図の如く、前記蓋体（１３）に代えて、例
えば二重壁構造の蓋体（１３ａ）を用いることにより、
上部熱交換チャンバー（１４ａ）を形成し、さらにこの
上部熱交換チャンバー（１４ａ）を、胴体（１１）の二
重壁構造による側周温熱交換チャンバー（１４ｂ）に連
通させることによって、塗布処理槽（１）の上部と側周
部とに熱交換チャンバー（１４）を形成する如くしても
よい。

さらに、第２図中仮想線で示す如く、底壁（１２）を、
例えば二重壁構造とすることにより、下■く熱交換チャ
ンバー（１４ｃ）を形成し、該下部熱交換チャンバー（
１４ｃ）を、前記側周温熱交換チャンバー（１４ｂ）に
接続することにより、前記塗布処理槽（１）の上下部及
び側周部に、すなわち前記塗布処理槽（１）の外壁全部
に熱交換チャンバー（１４）を形成する如くしてもよい
。

前記した上部及び下部熱交換チャンバー（１４ａ）（１
４ｃ）は、以上の如く側周温熱交換チャンバー（１４ｂ
）と組合せて構成してもよいが、前記側周温熱交換チャ
ンバー（１４ｂ）を用いることなく、それぞれ単独に、
すなわち上部熱交換チャンバー（１４ａ）のみで又は下
部熱交換チャンバー（１４ｃ）のみで熱交換チャンバー
（１４）を構成としてもよいし、又、前記側周温熱交換
チャンバー（Ｌ４ｂ）を用いることなく、上部及び下部
熱交換チャンバー（１４ａ）（１４Ｃ）の両者を組合わ
せて熱交換チャンバー（１４）を構成してもよい。また
、前記側周温熱交換チャンバー（１４ｂ）に前記上部及
び下部熱交換チャンバー（１４ａ）（１４ｃ）の何れか
一方を１１１合わせてもよい。尚、前記側周部チャンバ
ー（１４ｂ）を用いずに、上、下部熱交換チャンバー（
１４ａ）（１４ｃ）を組合わせる場合には、これらチャ
ンバー（１４ａ）（１４ｃ）を連絡配管等で接続するの
である。また、前記した各チャンバー（１４ａ）（１４
ｂ）（１４ｃ）のうち、何れか一つのチャンバーのみを
単独で用いる場合には、その一つのチャンバーに、送液
配管（７６）及び戻液配管（７７）を接続するのは云う
までもない。

また、第１図及び第２図の実施例では塗布処理槽（１）
の胴体（１１）等を二重壁構造とすることにより、熱交
換チャンバー（１４）を形成したが、第３図に示すよう
に、−重壁構造の塗布処理槽（ＩＡ）の外壁面または内
壁面の何れか一方に、パイプ（５０）をコイル状に巻付
けると共に、該パイプ（５０）を前記壁面にペーストノ
＼ンダあるいは接着剤等を用いて熱伝導密に固若するこ
とにより、熱交換チャンバー（１４）を形成する如くし
てもよい。

この場合、前記パイプ（５０）の断面形状を例えば扁平
楕円形状にして、前記壁面との接触面積を大きくするの
が好ましい。また、該パイプ（５０）の巻付はピッチは
密にするのが好ましい。

また、第３図の実施例では、前記パイプ（５０）を密に
巻付けたが、第４図に示す如く、り布作業槽（１）の外
壁面または内壁面の何れか一方に、粗に巻付けてもよい
。

尚、第４図の実施例では、枠組したフレーム（１００）
の上部に塗布作業槽（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。又、戻液配管（７
７）は、レジスト液の送液管（６）と共に二重管（４０
）を構成しており、この戻液配管（７７）を利用して送
液管（６）をも温調する如くしているのである。更に、
送液ポンプ（４）から延びる送液管（６）の一部（６ａ
）を恒温熱媒発生装置（７）の内部に配設しており、前
記した二重管（４０）と共にレジスト液の温調部（５）
を構成しているのである。

尚第４図中、（２００）は前記フレーム（１００）の上
面に設ける架台（２０１）に載置するウェハカセットで
あり、又、（Ｍ）は前記塗布処Ｆ！ｆｌ＋ｆｆ（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。

（発明の効果） 本発明は以上の如く塗布処理槽（１）に、塗布処理室（
１０）を取囲む熱交換チャンバー（１４）を形成し、こ
のチャンバー（１４）に恒温熱媒発生装置（７）で形成
する所定温度の恒温熱媒を循環させるようにしたから、
前記塗布処理室（１０）の温度を任意に設定できると共
に、設定した温度に高精度に保持できるのである。

従って、レジスト塗布における被塗布体（Ｗ）周りの環
境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一実施例を示す概
略説明図、第２図は第二実施例を示す塗布処理槽のみの
説明図、第３図は第三実施例を示す同じく塗布処理槽の
みの説明図、第４図は第四実施例を示す概略説明図、第
５図は環境温度とレジストの平均膜厚との関係を示す図
面、第６図は環境温度とレジスト膜厚の均一性との関係
を示す図面である。 （１）・・・・・・塗布処理槽 （２）・・・・・・放出手段 （７）・・・・・・恒温熱媒発生装置 （１０）・・・・・・塗布処理室 （１４）・・・・・・熱交換チャンバー（７６）（７７
）・・・・・・配管 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕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）にレジスト液を放出する放出手段（２）
   を設けたレジスト塗布装置であって、前記塗布処理槽（
   １）に、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、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）を前記熱交換チャ
   ンバー（１４）に配管（７６、７７）を介して連結し、
   前記熱交換チャンバー（１４）に恒温熱媒を循環させる
   如く成したことを特徴とするレジスト塗布装置。