JP2604010B2 - 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、レジスト材等の塗布、特に、半導体ウエハ
あるいはマスク基板等におけるレジスト材の塗布厚を均
一にするために有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

この種のレジスト塗布技術について記載されている例
としては、実公昭62−23581号公報がある。

半導体装置の製造工程において、半導体ウエハの表面
に所定の回路を形成する、いわゆる前工程では、フォト
レジスト工程によって配線パターンを形成する作業が行
われるが、上記半導体ウエハに対してレジスト材を塗布
する技術として、回転状態の半導体ウエハ上に対してノ
ズルよりレジスト液を滴下し、回転遠心力によってこれ
をウエハの全面に広げる、いわゆる回転塗布法が知られ
ている。

このような回転塗布を行うレジスト塗布装置におい
て、精密な配線パターンを実現するためには、半導体ウ
エハ上へのレジスト材の均一な塗布技術が必須である。
かかる均一塗布は、さらにノズルより滴下されるレジス
ト液が常に一定の粘度を維持していることにより実現さ
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、小量多品種製品等において、半導体ウエハ
のレジスト工程への供給サイクルが区々となると、ノズ
ルが大気に曝されている時間も区々となるため、レジス
ト液の粘度が半導体ウエハ毎に異なり、レジスト膜の厚
さを均一にすることが困難となることが見い出されてい
た。

この点について上記公報においては、実際の塗布作業
を行わない間はノズルを溶剤の貯留されたキャップ上に
配置し、キャップ内に貯留された溶剤の蒸気雰囲気によ
ってノズル内のレジスト液の硬化を防止していた。

しかし、上記公報に記載された技術においては、確か
にレジスト液の硬化防止は可能であるものの、以下の点
に関する配慮が十分でないことが本発明者によって見い
出された。

まず、上記公報記載の技術においては揮発により貯留
溶剤量が徐々に少量化すると、これとともにノズル内の
レジスト液の粘度も変化するといった問題が見い出され
た。また、品種交換等によりノズルの待機時間が長時間
となった場合、ノズル内の特性が変化したレジスト液を
除去するために、ノズルと連通されている送り出しポン
プを作動させ、ノズル内のレジスト液の一部を強制的に
滴下させる、いわゆる「空出し」と呼ばれる作業が必要
となる。しかし、この空出しによって滴下されたレジス
ト液は下方に位置される貯留溶剤中に落下され、貯留溶
剤の汚染、あるいは液量の変化に起因するレジスト液の
粘度変化といった問題のあることも続けて見い出され
た。

さらに、上記技術では溶剤を貯留するキャップを水平
方向に移動可能とすることにより装置構造が複雑化する
とともに、半導体ウエハ等の被塗布物体上に上記溶剤が
誤って滴下されてしまうおそれもあった。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、
その目的は、溶剤量の変化に起因するノズル内のレジス
ト液の粘度変化を抑制して、被塗布物体に対して均一な
塗布厚を実現することのできる技術を提供することにあ
る。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、概ね次の通りである。

すなわち、待機時のノズルを収容可能であるとともに
内部に貯留される溶剤の液面位を一定に維持する溶剤貯
留槽を備え、概溶剤貯留槽における上記ノズルの待機位
置には上記ノズルより滴下されるレジスト液の排出口を
備えたレジスト塗布装置構造とするものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、液面位が一定に保たれている
ことにより溶剤の貯留量が一定となり、さらにノズルの
待機位置においてノズルより滴下されるレジスト液の排
出口を備えているため、ノズルの待機中に空出しを行っ
た場合にも、レジスト液が上記溶剤液中に混入すること
なく、このため溶剤による濃度雰囲気を常に一定に維持
できるため、ノズル内のレジスト液の粘度を一定とする
ことができ、常に均一な膜厚を持つレジスト材の塗布が
実現される。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるレジスト塗布装置に
おけるノズル収容機構を示す断面図、第２図は本発明の
レジスト塗布装置の全体構成を示す説明図、第３図は各
部の配置状態を示す説明図である。

本実施例のレジスト塗布装置１は、第２図に示される
ようにスピンヘッド２の内設されたチャンバ３と、該ス
ピンヘッド２の上方に延設されたノズルアーム４とを有
している。

上記チャンバ３は上面が開口された偏平円筒形状を有
しており、内部には真空吸着口５をその上面に備えたス
ピンヘッド２を有している。該スピンヘッド２はチャン
バ３外に配置されたモータ６等の回転駆動源により所定
の高速状態で回転可能とされている。

一方、ノズルアーム４は軸支部７を中心に所定角度範
囲での回動が可能であるとともに、数十mm程度の上下動
が可能なエレベータ構造となっており、その先端には上
記スピンヘッド面方向に向かって垂設されたノズル８が
装備されている。

第３図に示されるように、上記チャンバ３の側方には
ノズル収容機構10が配置されており、このノズル収容機
構10は本体10aと、蓋部10bとからなる。上記ノズル８は
ノズルアーム４の回動によりスピンヘッド２上方とノズ
ル収容機構10との間を移動可能とされている。なお、通
常の状態においてはノズル８は該ノズル収容機構10に収
容されており、レジスト液11の塗布時にのみ、ノズルア
ーム４の所定角度の回動によりノズル８がチャンバ３上
に配置される。

ノズル８内には供給路12が設けられており、この供給
路12には外部に設置されたベローズポンプ等の送出しポ
ンプ13を通じて必要に応じてレジスト液11を供給される
構造となっている。

ノズル収容機構10の内部構成は、第１図に示される通
りであり、その本体部10aにおけるノズル８の待機位置
の直下には滴下槽14が形成され、また該滴下槽14の槽底
部は逆テーパ状に形成され、該逆テーパ底面の略中央に
は排出路19と連通された排出口15が開設されている。上
記滴下槽14の周囲には該滴下槽14を囲むようにして形成
された仕切部16を介して溶剤液18の貯留槽17が配設され
ている。貯留槽17に対しては溶剤液18の供給管20と連通
された供給口21が開設されており、該供給口21よりEC
（エテル・セルソルブ）あるいはMEK（メネル・エチル
・ケトン）等の有機系の溶剤液18が随時外部の供給槽22
よりポンプ等の溶剤送出機構23を経て貯留槽17内に供給
される構造となっている。この貯留槽17内の溶剤液18の
液面位は、上記滴下槽14との仕切部16の上端位置によっ
て常に一定に保たれた状態となっており、該溶剤液18が
過供給状態の場合には、上記仕切部16から溢れた溶剤液
18は滴下槽14側に落下し、貯留槽17内の溶剤液量は常に
一定に制御される。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、チャンバ３内のスピンヘッド２上に回転中心を
位置決めされた半導体ウエハ24が回路形成面を上面側に
して載置されると、スピンヘッド２の上面の真空吸着口
５より真空吸引が開始され、スピンヘッド面に対して上
記半導体ウエハ24を密着状態とする。この状態でモータ
６の回転が開始され、これと連動されたスピンヘッド２
も所定の高速回転状態となる。

安定した高速回転状態となった段階で、上記ノズルア
ーム４が軸動され、ノズル８が回転状態の半導体ウエハ
24の回転中心直上に配置されると、送出しポンプ13が作
動されてノズル８よりレジスト液11が所定滴数だけ高速
回転状態の半導体ウエハ24に滴下される。滴下されたレ
ジスト液11は、回転遠心力によって渦巻状に周辺部に広
がり、半導体ウエハ24の表面全面にわたって均一なレジ
スト膜を形成する。

このようにして、半導体ウエハ24の表面全面にレジス
ト膜が形成された後、上記ノズルアーム４が軸支部７を
中心に軸動され、ノズル８は半導体ウエハ24の直上から
移動される。これにともなってモータ６の駆動も停止さ
れ、これと連動されるスピンヘッド２も回転を停止され
る。完全に回転が停止された状態で真空吸着口５への真
空吸引が停止され、半導体ウエハ24も密着状態を解放さ
れ、スピンヘッド２上から取り出される。

一方、半導体ウエハ24の上方から移動されたノズル８
は、一旦ノズル収容機構10の上方に位置される。この状
態で、上記ノズルアーム４の全体が所定量だけ下降され
ると、ノズル８の先端はノズル収容機構10内に入り込
み、これによってノズル収容機構10の内部がほぼ密閉さ
れた状態となる（第１図）。

このようなノズル８の収容状態において、ノズル収容
機構10の内部では、揮発性の溶剤液18がその貯留槽17お
よび滴下槽14の上方で溶剤液18の蒸気雰囲気18aを形成
し、該雰囲気18a中に浸漬されたノズル８の内部では、
該溶剤蒸気によてレジスト液11の硬化が抑制される。

本実施例によれば、このとき特に、前述したように、
貯留槽17に対して供給口21より随時溶剤液18が供給され
るとともに、過供給の溶剤液18は仕切部16を越えて滴下
槽14側に落下される構造となっている。そのため、貯留
槽17内の溶剤液18の量は常に一定に維持されているた
め、これによって形成される蒸気雰囲気18aの濃度も一
定となる。このため、濃度の変化にともなうノズル８内
のレジスト液11の粘度変化も有効に防止される。

また、半導体ウエハ24の品種交換などによって上記の
ようなノズル８の待機時間が長時間にわたると、上記の
ような粘性以外にもレジスト液11中に特性変化を生じる
場合があるが、このような場合には所定時間間隔でノズ
ル８内の先端近傍のレジスト液11を外部に排除するいわ
ゆる空出しを実施する。この空出しは、送出しポンプ13
を作動させて、供給路12内に新規なレジスト液11を送り
出すことにより行われ、この送出圧力によって古いレジ
スト液11がノズル８内から滴下される。

このとき、本実施例では、ノズル８より空出しによっ
て滴下されるレジスト液11は、滴下槽14に対して滴下さ
れ、該レジスト液11はさらに排出口15より排出される構
造となっており、上記貯留槽17内の溶剤液18中には落下
混入されない。このため、レジスト液11の混入に起因す
る溶剤液18の濃度変化を有効に防止できる。したがっ
て、このような観点からも溶剤蒸気の濃度変化が抑制さ
れ、レジスト液11の粘度変化が防止される。

次の半導体ウエハ24がスピンヘッド２上に固定され、
上記ノズル８が待機状態を解除されると、ノズルアーム
４が所定量上昇され、ノズル８がノズル収容機構10の上
方に移動した後、ノズルアーム４の軸動によりノズル８
は高速回転状態の半導体ウエハ24上に移動されて、上記
と同様にレジスト液11の滴下が実施される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、本実施例では、高速回転状態とした半導体
ウエハ24に対してレジスト液11を滴下してレジスト膜の
形成を行う場合について説明したが、静止状態の半導体
ウエハ24に対してレジスト液11の滴下を行った後、該半
導体ウエハ24を高速回転状態としてレジスト膜の被着を
行うものであってもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその利用分野である、いわゆる半導体ウエハにおけ
るレジスト膜の形成に適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、たとえば石英ガラ
ス等のマスク基板あるいはレチクル基板上へのレジスト
膜の形成等に適用可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。

すなわち本発明によれば、貯留槽内の溶剤の液面位が
一定に保たれていることにより該溶剤の貯留量が一定と
なる。さらにノズルの待機位置にノズルより滴下される
レジスト液の排出口を備えているため、レジスト液が上
記溶剤液中に混入することなく、このため溶剤による濃
度雰囲気を常に一定に維持できる。したがって、ノズル
内のレジスト液の粘度を常に一定とすることができ、ノ
ズルの待機時間の長短にかかわらず均一な膜厚を持つレ
ジスト材の塗布を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるレジスト塗布装置にお
けるノズル収容機構を示す断面図、 第２図は実施例のレジスト塗布装置の全体構成を示す説
明図、 第３図は各部の配置状態を示す説明図である。 １……レジスト塗布装置、２……スピンヘッド、３……
チャンバ、４……ノズルアーム、５……真空吸着口、６
……モータ（回転駆動源）、７……軸支部、８……ノズ
ル、10……ノズル収容機構、10a……本体部、10b……蓋
部、11……レジスト液、12……供給路、13……送出しポ
ンプ、14……滴下槽、15……排出口、16……仕切部、17
……貯留槽、18……溶剤液、18a……蒸気雰囲気、19…
…排出路、20……供給管、21……供給口、22……供給
槽、23……溶剤送出機構、24……半導体ウエハ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被塗布物体を回転保持するスピンヘッド
   と、該スピンヘッドの上方を移動可能であるとともに塗
   布液を滴下するノズルと、該スピンヘッド近傍に固定さ
   れ待機時の上記ノズルを収容可能なノズル収容機構とを
   有し、該ノズル収容機構には内部に貯留される溶剤の液
   面位を一定に維持する溶剤貯留槽を備えるとともに、上
   記ノズルの待機位置の直下には上記ノズルより滴下され
   る塗布液の排出口を備えていることを特徴とする塗布装
   置。
2. 【請求項２】上記溶剤貯留槽の液面より上側には、該溶
   剤貯留槽に溶剤を供給する供給路が接続され、上記ノズ
   ル収容機構内には溶剤液の蒸気雰囲気が形成されること
   を特徴とする請求項１記載の塗布装置。