JP2635135B2 - 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、塗布技術、特に、被塗布物を処理容器内に
収容した状態で塗布材を塗布する技術に関し、例えば、
電子装置の製造において、ウエハ上にレジストを塗布す
るのに利用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程において、ウエハ上にレジスト
を塗布する塗布装置として、特公昭53−37189号公報に
示されているように、処理容器の内部に設けた回転可能
なスピンヘッド上にウエハを載せて保持せしめ、ウエハ
を回転させながらレジスト液をウエハの表面上に供給し
てレジストを塗布するように構成されているものがあ
る。このレジスト塗布装置においては、高速回転時にレ
ジスト液がウエハの周方に飛散した後、処理容器の内周
面に衝突して、はね返ることによりウエハに再付着する
危険がある。

そこで、処理容器の内周面を下向きに傾斜させるとと
もに、ウエハの周辺空間に下向きの排気流を形成せしめ
ることにより、はね返った飛沫がウエハに再付着しない
ように排出させている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなレジスト塗布装置においては、ウエハ上方
からの気流については何らの配慮もなされずに、排気力
によって生成される自然気流がウエハに接触することに
なるため、ウエハの中央部での接触風量が少なく、周辺
部でのそれが多くなり、その結果、周辺部での塗布材の
溶剤蒸発が促進されることにより、周辺部の膜厚が厚く
なるという問題点があることが、本発明者によって明ら
かにされた。

本発明の目的は、塗布膜の膜厚分布を中央部から周辺
部にわたって全体的に均一化することができる塗布技術
を提供することにある。

本発明の前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
要を説明すれば、次の通りである。

すなわち、被塗布物を収納する収納容器に設けられた
一つの給気口の口径よりも小さい口径の弁口を有する可
変絞り弁を用い、さらに前記可変絞り弁の弁口は塗布条
件に対応して口径を決定することにより、前記弁口から
供給される気流の風量を中央部で大きく、周辺部で小さ
くなるべく制御するようにしたものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、収納容器に設けられた一つの
給気口よりも小さい口径の弁口を有する可変絞り弁を用
い、かつ塗布条件に対応して可変絞り弁の弁口の口径を
決定し、被塗布物に作用する気流を制御することによっ
て、その流量が中央部で大きく、周辺部で小さくなるよ
うに制御されるため、被塗布物に塗布された塗布膜に接
触する流量は全体にわたって略均等化されることにな
る。なぜなら、中央部に供給された風量の大部分は周辺
部を通過して被塗布物の外方へ流れて行くため、風量が
少ない周辺部が風量が多い中央部の風量により補充され
ることになるからである。

塗布膜に接触する風量が均等化されることにより、塗
布材中の溶剤蒸発量も全体にわたって均等化されるた
め、塗布膜の膜厚分布は全体にわたって均一化されるこ
とになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の塗布装置の一実施例であるレジスト
塗布装置を示す縦断面図、第２図はそれに使用されてい
る可変絞り弁を示す斜視図、第３図および第４図はその
作用を説明するための角膜厚分布図である。

本実施例において、このレジスト塗布装置は処理容器
１を備えており、この容器１は上下面がそれぞれ閉塞さ
れた略円筒形状に形成されている。処理容器１は上下二
つ割りにされて上下に開閉するように構成されており、
下面が閉塞された略円筒形状の下側カップ２にはサーボ
モータ等のような適当な駆動装置４によって回転される
回転軸３が、中心線上に配されて挿入されている。処理
容器１内における回転軸３の上端にはスピンヘッド５が
水平回転し得るように配されて固着されており、スピン
ヘッド５は被塗布物としてのウエハ６を真空吸着によっ
て保持し得るように構成されている。下側のカップ２の
回転軸３周りには排気口７と排液口８とが複数、気流お
よび余分の塗布液を排出し得るようにそれぞれ開設され
ている。

他方、処理容器１の上側カップ９は上面が閉塞された
略円筒形状に形成されており、その上面閉塞壁には給気
口10が同心円に配されて円形形状に大きく開設されてい
る。処理容器１の上側カップ上には可変絞り弁11を構成
する略円形リング形状の弁板12が給気口10と同心的に配
されて、適宜交換し得るように設備されている。弁板12
には円形形状に形成されている弁口13が開設されてお
り、弁口13および給気口10には、塗布材としてのレジス
ト液15を滴下するための滴下管14が同心的に配されて、
垂直下向きに挿入されている。

本実施例において、可変絞り弁11は複数枚の弁板12か
ら構成されており、この弁板12群には内径の異なる弁口
13がそれぞれ開設されている。そして、後述するよう
に、塗布条件に対応して適当な口径の弁口13を有する弁
板12が選定され、給気口10に取り付けられることによ
り、弁口13の絞り量が実質的に変更調整されるようにな
っている。

処理容器１の真上には気流発生装置16が給気口10と同
心的に配されて設備されている。この気流発生装置16は
送風器およびエアフィルタ（図示せず）等から成る気流
発生ユニット17と、気流ガイド18とを備えており、清浄
空気から成る気流を少なくとも給気口10の全面にわたっ
てその流速が均一になるように供給する。

次に作用を説明する。

被塗布物としてのウエハ６はスピンヘッド５上に載せ
られて真空吸着等のような適当な手段により保持された
後、駆動装置４により回転軸３を介して回転される。こ
の回転が安定したところで、滴下管14からレジスト液15
がウエア６の中心上に滴下されると、レジスト液15は遠
心力によって放射方向に拡散するため、ウエハ６の表面
には塗布膜19が形成されることになる。

このとき、第１図に実線矢印でそれぞれ示されている
ように、ウエハ１の周方においては排気口８の方向に垂
直下向きに流れる気流が、また、ウエハ６の表面におい
ては可変絞り弁11の弁口13から排気口７の方向にウエハ
表面に緩やかに吹きつけられた後、径方向外向きに流れ
る気流がそれぞれ形成されている。

ここで、気流発生装置16における気流発生ユニット17
からの吹出流は給気口10にガイド18を通して気流が供給
されているため、弁口13全面において流速および流圧が
全体的に均等化されるとともに、この弁口13が給気口10
よりも小さくなるように構成されているため、流量が中
央部で大きく、周辺部で小さくなるように絞り制御され
て吹き出されることになる。その結果、後述するよう
に、塗布されたレジスト液の乾燥等が全体にわたって均
等化されるため、ウエハ６上に形成される塗布膜19の膜
厚分布は全体にわたって均一化されることになる。

ウエハ６に対するレジスト膜19の塗布作業が終了する
と、下側カップ２がウエハ６に対して相対的に下降さ
れ、処理容器１の上側カップ９の下面開口から塗布膜形
成済みのウエハ６が取り出される。

ところで、ウエハの真上に気流制御用の可変絞り弁が
配設されていない場合、処理容器の給気口から進入した
気流は、第３図に示されているようにウエハ６の表面に
対して全体的に等速および等圧の太い束になって吹き当
たるため、ウエハ６の表面に吹き当たる風量は全体にわ
たって略均等になる。ところが、ウエハ表面に吹き当た
った気流は、第３図に示されているようにウエハ表面に
沿って周辺部へと流されて行くため、ウエハ表面に接触
する風量は周辺部において大きく、中央部において小さ
くなる。そして、周辺部における接触風量が大きいと、
ウエハにスピンナ塗布された塗布膜における溶剤は周辺
部において早く蒸発されることになるため、この場合に
おける塗布膜の膜厚分布は第３図に示されているように
周辺部で厚く、中央部で薄くなる。このように膜厚分布
が不均一になると、例えば、レジスト膜の場合、現像時
に周辺部の厚い部分において現像残り等のような弊害が
発生する。

しかし、本実施例においては、ウエハ６の真上に可変
絞り弁11が配設されており、この絞り弁11がその弁口13
からの吹出流の風量を中央部で大きく、周辺部で小さく
なるべく制御するように構成されているため、塗布膜19
の膜厚分布は周辺部から中央部にかけて全体的に略均一
化されることになる。

すなわち、第４図に示されているように、可変絞り弁
11によって絞り制御されているため、ウエハ６の表面に
吹き当たる風量は中央部で大きく、周辺部で小さくなる
が、ウエハ表面に吹き当たった気流はウエハ表面に沿っ
て周辺部へと流れて行くため、ウエハ表面に接触する風
量は、吹き当たった風量が周辺部で小さくなった分だけ
周辺部での増加が抑制されることにより、中央部から周
辺部にかけて全体的に略均等化されることになる。そし
て、ウエハ６表面に塗布された塗布膜19に対する接触風
量が全体的に均等であると、その溶剤の蒸発量も均等化
されるため、塗布膜19の膜厚分布は第４図に示されてい
るように周辺部から中央部にかけて全体的に均一にな
る。

そして、具体的な塗布条件は、ウエハの外径、塗布材
の粘度、ウエハの回転数等々の諸要因により異なるた
め、給気口10に取り付けるべき弁板12を交換することに
より、各条件毎に最適の膜厚分布が得られる弁口13の口
径が、実験等のような経験的手法により予めそれぞれ選
定される。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（１） 被塗布物を収納する収納容器に設けられた一つ
の給気口の口径よりも小さい口径の弁口を有する可変絞
り弁を用い、前記可変絞り弁の弁口の口径を各塗布条件
毎に適宜選定することにより、各塗布条件の変更に対応
して、被塗布物表面に塗布された塗布膜に対する接触風
量を中央部から周辺部にかけて全体的に均等化させるこ
とにより、塗布膜の溶剤についての蒸発量を均等に制御
させることができるため、被処理物の大きさ、塗布材の
粘度、被処理物の回転数等々の諸要因による塗布条件の
変更にかかわらず、塗布膜の膜厚分布を全体にわたって
均一させることができる。

（２） 塗布膜の膜厚分布を全体的に均一化することに
より、塗布膜の品質および信頼性を高めることができる
ため、レジスト膜においては現像時における現像残り箇
所や現像過多箇所の発生等を防止することができ、リソ
グラフィー処理全体としての精度を向上させることがで
きる。

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、本発明は前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。

例えば、可変絞り弁としては弁口の口径がそれぞれ異
なる弁板群により構成されているものを使用するに限ら
ず、写真機のシャッター機構により構成されている可変
絞り弁や、第５図に示されているような可変絞り弁11A
等を使用してもよい。

第５図に示されている可変絞り弁11Aは処理容器１上
に一対の弁板12A、12Aがその給気口10を閉塞するように
い左右対象に配されて摺動自在に取り付けられていると
ともに、両弁板12A、12Aの先端部に互いに協働して弁口
を構成する一対の弁口部13A、13Aが直角三角形状に切設
されており、両弁板12A、12Aが左右方向に左右対称にそ
れぞれ摺動されることにより、弁口部13Aと13Aとによる
開口量が変更調整されるように構成されている。ちなみ
に、弁口の形状が円形でなく正方形に形成されても、ウ
エハが回転されているため、膜厚分布の均一化には何ら
支障はない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であるウエハ上にレジス
トを塗布する装置に適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではなく、マスクにレジストを塗
布する場合等にも適用することができる。

〔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、次の通りであ
る。

被塗布物の真上に気流発生装置および可変絞り弁を配
設し、可変絞り弁の絞り量を各塗布条件毎に適宜選定す
ることにより、各塗布条件の変更に対応して、被塗布物
表面に塗布された塗布膜に対する接触風量を中央部から
周辺部にかけて全体的に均等化させることにより、塗布
膜の溶剤についての蒸発量を均等に制御させることがで
きるため、塗布条件の変更にかかわらず、塗布膜の膜厚
分布を全体にわたって均一させることができる。

【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を示
す縦断面図、 第２図はそれに使用されている可変絞り弁を示す斜視
図、 第３図および第４図はその作用を説明するための各膜厚
分布図である。 第５図は可変絞り弁の変形例を示す平面図である。 １……処理容器、２……下側カップ、３……回転軸、４
……駆動装置、５……スピンヘッド、６……ウエハ（被
塗布物）、７……排気口、８……排液口、９……上側カ
ップ、10……給気口、11、11A……可変絞り弁、12、12A
……弁板、13……弁口、13A……弁口部、14……滴下
管、15……レジスト液（塗布液）、16……気流発生装
置、17……気流発生ユニット、18……気流ガイド、19…
…塗布膜。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被塗布物を収容する処理容器と、前記被塗
   布物に液体のレジストを滴下する滴下手段と、前記被塗
   布物上に気流を供給するための気流発生装置と、前記被
   塗布物を回転させるための回転手段と、前記気流発生装
   置から発生した気流を前記処理容器内に導入するため
   の、前記処理容器の上面に設けられた単一の給気口と、
   前記給気口の上部に設けられ、かつ前記回転手段の回転
   軸上に弁口を有し、前記給気口を通じて前記処理容器内
   へ導入される前記気流の風量を制御するための絞り弁と
   を有することを特徴とする塗布装置。