JP2005158862A - 回転式処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気口がステージの回転中心からずれた場所に設けられていても被処理物の周囲で排気流量を同等に近付け、被処理物への塗布信頼性を向上させる回転式処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 ノズル１３からの液体ＬＱは、ステージ１１の回転による遠心力で半導体ウェハＷＦ上に塗り広げられる。カップ１４底部には、ステージ１１の回転中心からずれた位置に排気口１４２及びドレーン１４３がある。カップ１４は、飛散防止壁１４１と半導体ウェハＷＦ周縁との離間領域に関し、少なくとも排気口１４２に近い方を遠い方より狭くしている（ｄ１＜ｄ２）。これにより、排気口１４２に近い風速の大きい領域を制限し、排気口１４２から遠い比較的風速の小さい領域を大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置製造に係り、特に被処理物にかけられる遠心力で被処理物への液体を塗り広げる回転式処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

回転式処理装置は、回転可能なステージに半導体ウェハ等の被処理物を支持し、薬液等の液体を滴下してステージを回転させ、被処理物表面に液体を塗り広げる。ＬＳＩ製造工程（ウェハ工程）中に使用されるレジスト塗布装置やＳＯＧ（Spin On Glass）塗布装置、ポリイミドや現像液、リンス液、その他の薬液の塗布などにもこのような回転式処理装置が利用される。

一般に、ステージ回転時、遠心力で振り切られた液体やミスト飛散の防止のために被処理物の周囲にカップが配備されている。カップ内の底部にはドレーン（排液口）や排気口が設けられている。ステージ中心直下にはステージを回転させるためのスピンドル、回転機構がつながる。このため、ドレーンや排気口はステージの回転中心からずれた場所に設けられる（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１０９６１２号公報（第３頁、図１）

上記のような回転式処理装置では、特に排気口がステージの回転中心からずれた場所に設けられるため、ミスト除去に偏りが生じる懸念がある。すなわち、排気口から近い領域と遠い領域が存在するので排気流量に差が生じる。これにより、被処理物上の塗布膜厚が影響を受け、不均一な塗布膜となり兼ねない。［特許文献１］に開示のレジスト塗布装置には、複数の通気孔を有した整流リングが配設され、気流を外周側に向かわせるような工夫はある。しかしながら、排気口がステージの回転中心からずれた場所に設けられる以上、排気口から遠い通気孔は、排気口に近い通気孔よりも流量が少なくなる。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、排気口がステージの回転中心からずれた場所に設けられていても被処理物の周囲で排気流量を同等に近付け、被処理物への塗布信頼性を向上させる回転式処理装置及び半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明に係る回転式処理装置は、被処理物に遠心力を与えるステージと、前記被処理物に液体を付与する機構と、前記被処理物の遠心力で飛散する前記液体を受け止め排出するカップと、を含み、前記カップと前記ステージ周縁の離間領域に関し少なくとも第１領域と第２領域で離間距離に所定の差を設けている。

上記本発明に係る回転式処理装置によれば、カップとステージ周縁の離間領域に関し意図的にその離間距離を異ならせる領域をつくる。これにより、被処理物周囲の流量を操作し得る。被処理物周囲の排気不均一性の改善対策として寄与する。

本発明に係る回転式処理装置は、半導体ウェハを保持して前記半導体ウェハを回転させるステージと、前記半導体ウェハの主表面へ塗布するための液体を供給する機構と、前記半導体ウェハの下方から周囲に前記液体の飛散防止壁として設けられかつ底部に排気口及びドレーンを有したカップと、を含み、前記カップは、前記飛散防止壁と前記半導体ウェハ周縁との離間領域に関し、少なくとも前記排気口に近い方を遠い方より狭くしている。

上記本発明に係る回転式処理装置によれば、カップ自体の飛散防止壁の形状を変え、飛散防止壁と半導体ウェハ周縁との離間領域について、排気口に近い方を遠い方より狭くしている。これにより、半導体ウェハ周囲の排気不均一性の改善対策として寄与する。

上記本発明に係る回転式処理装置において、次のようないずれかの特徴を有する。
前記カップの前記飛散防止壁と前記半導体ウェハ周縁との離間領域は、少なくとも前記排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう調節されている。
前記カップの前記飛散防止壁は、全域が同等の角度の傾斜領域を有する。

本発明に係る回転式処理装置は、被処理物に遠心力を与えるステージと、前記被処理物に液体を付与する機構と、前記被処理物の遠心力で飛散する前記液体を受け止め排出するカップと、前記カップと前記ステージ周縁との離間領域に挿入された少なくとも第１領域と第２領域で幅の異なる気流制御板と、を含む。

上記本発明に係る回転式処理装置によれば、カップとステージ周縁との離間領域に流量制御板を挿入している。流量制御板の幅を異ならせることによって、被処理物周囲の流量を操作し得る。被処理物周囲の排気不均一性の改善対策として寄与する。

本発明に係る回転式処理装置は、半導体ウェハを保持して前記半導体ウェハを回転させるステージと、前記半導体ウェハの主表面へ塗布するための液体を供給する機構と、前記半導体ウェハの下方から周囲に前記液体の飛散防止壁として設けられかつ底部に排気口及びドレーンを有したカップと、前記カップの前記飛散防止壁と前記半導体ウェハ周縁の離間領域に設けられ、少なくとも前記排気口に近い方を遠い方よりも幅広にした流量制御板と、を含む。

上記本発明に係る回転式処理装置によれば、カップの飛散防止壁と半導体ウェハ周縁の離間領域に流量制御板を挿入し、排気口に近い方を遠い方よりも幅広にしている。これにより、半導体ウェハ周囲の排気不均一性の改善対策として寄与する。

上記本発明に係る回転式処理装置において、次のようないずれかの特徴を有する。
前記カップの前記飛散防止壁と前記半導体ウェハ周縁との離間領域は、少なくとも前記排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう調節されている。
前記カップの前記飛散防止壁は、全域が同等の角度の傾斜領域を有する。
前記カップの前記飛散防止壁は、全域が所定角度の傾斜領域を有し、前記流量制御板は、前記傾斜領域により支持される。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、ステージに保持された半導体ウェハに遠心力を与え前記半導体ウェハに処理用の液体を塗布する工程と、前記半導体ウェハの遠心力で飛散する前記液体をカップで受け止めドレーンに排出すると共に前記液体のミストを排気口によって排出する排出工程と、を含み、前記排出工程において、前記半導体ウェハ周囲からの排気に関し少なくとも前記排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう前記カップと前記半導体ウェハ周縁との離間距離を予め前記カップの形状により調節する。

上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、カップの排気口の位置関係から、カップと半導体ウェハ周縁との離間距離を変える。すなわち、半導体ウェハ周囲の排気について、排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう調整可能である。これを予めカップ自体の形状を変えることで達成する。こうした対策により、半導体ウェハ周囲の排気不均一性は大幅に低減される。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、ステージに保持された半導体ウェハに遠心力を与え前記半導体ウェハに処理用の液体を塗布する工程と、前記半導体ウェハの遠心力で飛散する前記液体をカップで受け止めドレーンに排出すると共に前記液体のミストを排気口によって排出する排出工程と、を含み、前記排出工程において、前記半導体ウェハ周囲からの排気に関し少なくとも前記排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう前記カップと前記半導体ウェハ周縁の間に予め流量制御板を挿入して調節する。

上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、カップの排気口の位置関係から、カップと半導体ウェハ周縁との離間距離を、流量制御板の配備によって実質的に変化させる。すなわち、半導体ウェハ周囲の排気について、排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう予め調整することができる。こうした対策により、半導体ウェハ周囲の排気不均一性は大幅に低減される。

発明を実施するための形態

図１、図２は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る回転式処理装置の要部概観を示す断面図、上面である。
ステージ１１は、半導体ウェハＷＦを真空チャック等で支持し、回転軸で回転する。ステージ１１下面の回転中心にはモータを含む回転機構１２が配設されている。ノズル１３は、ステージ１１の上方に配備され、半導体ウェハＷＦの処理に応じた液体ＬＱを滴下または吐出する。すなわち、液体ＬＱはステージ１１の回転による遠心力で半導体ウェハＷＦ上に塗り広げられる。

カップ１４は、半導体ウェハＷＦの下方から周囲に液体の飛散防止壁１４１として設けられ、かつ底部に排気口１４２及びドレーン１４３を有する。排気口１４２及びドレーン１４３は、ステージ１１の回転中心からずれた位置に設けられている。排気口１４２は、図示しないポンプとつながり、半導体ウェハＷＦ周囲における液体ＬＱのミストを排気する。ドレーン１４３は排気口１４２の近くに設けられ、ポンプ動作による排気作用が伝達される。ドレーン１４３は、半導体ウェハＷＦの遠心力で振り切られ余った液体ＬＱを排出する。すなわち、カップ１４は、半導体ウェハＷＦの遠心力で振り切られ飛散する液体ＬＱを受け止め、ミストも含め排出する。

カップ１４は、ステージ１１周縁との離間距離Ｄに関し少なくとも第１領域と第２領域で所定の差を設けている。より詳細には、カップ１４は、飛散防止壁１４１と半導体ウェハＷＦ周縁との離間領域に関し、少なくとも排気口１４２に近い方を遠い方より狭くしている（ｄ１＜ｄ２）。これにより、排気口１４２に近い風速の大きい領域を制限し、排気口１４２から遠い比較的風速の小さい領域を大きくする。つまり、飛散防止壁１４１と半導体ウェハＷＦ周縁との離間領域に関し、どの領域でも所定時間当りの流量が同等に近付くよう排気のバランスをとった。なお、カップ１４は、全域が同等の角度の傾斜領域１４４を有する方が、加工制御し易い。

上記図１、図２の構成を利用する半導体装置の製造方法を説明する。予め、半導体ウェハＷＦ周囲からの排気に関し、排気口１４２の位置関係から、シミュレーション等を用いてカップ１４の形状を決定する。これにより、少なくとも排気口１４２に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう変形したカップ１４を取り付ける。

半導体ウェハＷＦはステージ１１に載置され、真空チャックにより固定される。ステージ１１の低速回転中にノズル１３から、半導体ウェハＷＦの処理に応じた液体ＬＱを滴下または吐出する。液体ＬＱとしては、レジスト塗布液、ＳＯＧ塗布液、ポリイミドや現像液、リンス液、その他の薬液等、が使用される。液体ＬＱはステージ１１の回転による遠心力で半導体ウェハＷＦ上に塗り広げられる。

ステージ１１回転時、遠心力で振り切られた液体やミストの飛散をカップ１４により効率よく排出する。すなわち、カップ１４により、半導体ウェハＷＦ周囲から排気口１４２への排気は、排気口１４２が近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くように構成されている。このため、特に排気口１４２がステージ１１の回転中心からずれた場所に設けられていても、半導体ウェハＷＦ周囲の排気不均一性は大幅に低減される。この結果、ウェハＷＦ面内の塗布膜厚不均一性は大幅に解消され、高信頼性が得られる。

図３、図４は、それぞれ本発明の第２実施形態に係る回転式処理装置の要部概観を示す断面図、上面である。
ステージ２１は、半導体ウェハＷＦを真空チャック等で支持し、回転軸で回転する。ステージ２１下面の回転中心にはモータを含む回転機構２２が配設されている。ノズル２３は、ステージ２１の上方に配備され、半導体ウェハＷＦの処理に応じた液体ＬＱを滴下または吐出する。すなわち、液体ＬＱはステージ２１の回転による遠心力で半導体ウェハＷＦ上に塗り広げられる。

カップ２４は、半導体ウェハＷＦの下方から周囲に液体の飛散防止壁２４１として設けられ、かつ底部に排気口２４２及びドレーン２４３を有する。排気口２４２及びドレーン２４３は、ステージ２１の回転中心からずれた位置に設けられている。排気口２４２は、図示しないポンプとつながり、半導体ウェハＷＦ周囲における液体ＬＱのミストを排気する。ドレーン２４３は排気口２４２の近くに設けられ、ポンプ動作による排気作用が伝達される。ドレーン２４３は、半導体ウェハＷＦの遠心力で振り切られ余った液体ＬＱを排出する。すなわち、カップ２４は、半導体ウェハＷＦの遠心力で振り切られ飛散する液体ＬＱを受け止め、ミストも含め排出する。

カップ２４とステージ２１周縁との離間領域において、少なくとも第１領域と第２領域で幅の異なるリング状の気流制御板２６が挿入されている。より詳細には、気流制御板２６は、カップ２４の飛散防止壁２４１と半導体ウェハＷＦ周縁の離間領域において、飛散防止壁２４１の内周に接触するように配される。気流制御板２６は、飛散防止壁２４１の内周に固定するため所定数の支持部２６１を有する。気流制御板２６は、少なくとも排気口２４２に近い方を遠い方よりも幅広にした構成となっている（ｄ３＞ｄ４）。気流制御板２６は、半導体ウェハＷＦ周縁の延長線上レベルもしくはそれより高いレベルの位置に固定されている。これにより、排気口２４２に近い風速の大きい領域を制限し、排気口２４２から遠い比較的風速の小さい領域を大きくする。つまり、飛散防止壁２４１（気流制御板２６）と半導体ウェハＷＦ周縁との離間領域に関し、どの領域でも所定時間当りの流量が同等に近付くよう排気のバランスをとった。なお、カップ２４は、全域が同等の角度の傾斜領域２４４を有する方が、加工制御し易い。また、傾斜領域２４４を利用しての気流制御板２６の支持も容易である。

上記図３、図４の構成を利用する半導体装置の製造方法を説明する。予め、半導体ウェハＷＦ周囲からの排気に関し、排気口２４２の位置関係から、シミュレーション等を用いてカップ２４の内周に配備すべき気流制御板２６の形状を決定する。これにより、少なくとも排気口２４２に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くような気流制御板２６を構成し、カップ２４の内周に取り付ける。

半導体ウェハＷＦはステージ２１に載置され、真空チャックにより固定される。ステージ２１の低速回転中にノズル２３から、半導体ウェハＷＦの処理に応じた液体ＬＱを滴下または吐出する。液体ＬＱとしては、レジスト塗布液、ＳＯＧ塗布液、ポリイミドや現像液、リンス液、その他の薬液等、が使用される。液体ＬＱはステージ２１の回転による遠心力で半導体ウェハＷＦ上に塗り広げられる。

ステージ２１回転時、遠心力で振り切られた液体やミストの飛散をカップ２４により効率よく排出する。すなわち、カップ２４の内周に気流制御板２６を配設する。これにより、半導体ウェハＷＦ周囲から排気口２４２への排気は、排気口２４２が近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くように制御されている。このため、特に排気口２４２がステージ１１の回転中心からずれた場所に設けられていても、半導体ウェハＷＦ周囲の排気不均一性は大幅に低減される。この結果、ウェハＷＦ面内の塗布膜厚不均一性は大幅に解消され、高信頼性が得られる。

以上、本発明に係る構成及び方法によれば、カップの特別な変形、または、特別な流量制御板のカップへの取り付けによって、被処理物、例えば半導体ウェハＷＦ周囲の流量を操作し得る。すなわち、半導体ウェハＷＦ周縁との離間領域について、排気口に近い方を遠い方より狭くするよう対策した。これにより、半導体ウェハＷＦ周囲の排気不均一性の改善対策として寄与し、ウェハ面内の塗布膜厚不均一性は大幅に解消される。この結果、排気口がステージの回転中心からずれた場所に設けられていても被処理物の周囲で排気流量を同等に近付け、被処理物への塗布信頼性を向上させる回転式処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係る回転式処理装置の要部概観を示す断面図。 第１実施形態に係る回転式処理装置の要部概観を示す上面図。 第２実施形態に係る回転式処理装置の要部概観を示す断面図。 第２実施形態に係る回転式処理装置の要部概観を示す上面図。

符号の説明

１１，２１…ステージ、１２，２２…回転機構、１３，２３…ノズル、１４，２４…カップ、１４１，２４１…飛散防止壁、１４２，２４２…排気口、１４３，２４３…ドレーン、１４４，２４４…傾斜領域、２６…気流制御板、ＷＦ…半導体ウェハ、ＬＱ…処理に応じた液体。

Claims (11)

1. 被処理物に遠心力を与えるステージと、
   前記被処理物に液体を付与する機構と、
   前記被処理物の遠心力で飛散する前記液体を受け止め排出するカップと、を含み、
   前記カップと前記ステージ周縁の離間領域に関し少なくとも第１領域と第２領域で離間距離に所定の差を設けた回転式処理装置。
2. 半導体ウェハを保持して前記半導体ウェハを回転させるステージと、
   前記半導体ウェハの主表面へ塗布するための液体を供給する機構と、
   前記半導体ウェハの下方から周囲に前記液体の飛散防止壁として設けられかつ底部に排気口及びドレーンを有したカップと、を含み、
   前記カップは、前記飛散防止壁と前記半導体ウェハ周縁との離間領域に関し、少なくとも前記排気口に近い方を遠い方より狭くしている回転式処理装置。
3. 前記カップの前記飛散防止壁と前記半導体ウェハ周縁との離間領域は、少なくとも前記排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう調節されている請求項２記載の回転式処理装置。
4. 前記カップの前記飛散防止壁は、全域が同等の角度の傾斜領域を有する請求項２または３記載の回転式処理装置。
5. 被処理物に遠心力を与えるステージと、
   前記被処理物に液体を付与する機構と、
   前記被処理物の遠心力で飛散する前記液体を受け止め排出するカップと、
   前記カップと前記ステージ周縁との離間領域に挿入された少なくとも第１領域と第２領域で幅の異なる気流制御板と、
   を含む回転式処理装置。
6. 半導体ウェハを保持して前記半導体ウェハを回転させるステージと、
   前記半導体ウェハの主表面へ塗布するための液体を供給する機構と、
   前記半導体ウェハの下方から周囲に前記液体の飛散防止壁として設けられかつ底部に排気口及びドレーンを有したカップと、
   前記カップの前記飛散防止壁と前記半導体ウェハ周縁の離間領域に設けられ、少なくとも前記排気口に近い方を遠い方よりも幅広にした流量制御板と、
   を含む回転式処理装置。
7. 前記流量制御板と前記半導体ウェハ周縁との離間領域は、少なくとも前記排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう調節されている請求項６記載の回転式処理装置。
8. 前記カップの前記飛散防止壁は、全域が同等の角度の傾斜領域を有する請求項５または６記載の回転式処理装置。
9. 前記カップの前記飛散防止壁は、全域が所定角度の傾斜領域を有し、前記流量制御板は、前記傾斜領域により支持される請求項５または６記載の回転式処理装置。
10. ステージに保持された半導体ウェハに遠心力を与え前記半導体ウェハに処理用の液体を塗布する工程と、
    前記半導体ウェハの遠心力で飛散する前記液体をカップで受け止めドレーンに排出すると共に前記液体のミストを排気口によって排出する排出工程と、を含み、
    前記排出工程において、前記半導体ウェハ周囲からの排気に関し少なくとも前記排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう前記カップと前記半導体ウェハ周縁との離間距離を予め前記カップの形状により調節する半導体装置の製造方法。
11. ステージに保持された半導体ウェハに遠心力を与え前記半導体ウェハに処理用の液体を塗布する工程と、
    前記半導体ウェハの遠心力で飛散する前記液体をカップで受け止めドレーンに排出すると共に前記液体のミストを排気口によって排出する排出工程と、を含み、
    前記排出工程において、前記半導体ウェハ周囲からの排気に関し少なくとも前記排気口に近い方と遠い方で所定時間当りの流量が同等に近付くよう前記カップと前記半導体ウェハ周縁の間に予め流量制御板を挿入して調節する半導体装置の製造方法。

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