JP2936505B2

JP2936505B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP2936505B2
Application number: JP2326993A
Authority: JP
Inventors: 政明村上; 貴志竹熊; 昭浩藤本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-01-18
Filing date: 1993-01-18
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JPH06216018A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、塗布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハ等の被処理体を回
転させて、これにフォトレジスト液等の処理液を塗布す
る塗布装置として、例えば図８に示すようなレジスト塗
布装置が知られている。この塗布装置は、被処理体、例
えば半導体ウエハＷを水平に吸着保持して高速回転する
回転保持手段であるスピンチャック２と、ウエハＷの表
面中心に処理液としてレジスト液を滴下するレジスト液
供給ノズル４と、スピンチャック２上のウエハＷを包囲
して外方へ飛散するレジスト液や洗浄液を捕集するため
に設けられた外側容器６及び内側容器８を有している。

【０００３】そして、処理液の回転塗布時においては、
飛散したレジスト液が回転に伴って発生する気流により
ウエハ裏面に回り込み、これがウエハ裏面の周縁部に付
着してその後の工程におけるパーティクルの発生原因と
なっていた。そのため、スピンチャック２の下方には、
ウエハＷの裏面に付着したレジスト液を洗浄するための
洗浄液を放出する裏面洗浄ノズル１０が設けられてお
り、レジスト液塗布後に例えばシンナーのような揮発性
の高い洗浄液（溶剤）を用いて裏面洗浄を行うようにな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記裏面洗
浄を行うに際しては、ウエハ裏面に付着するレジストを
完全に除去するために洗浄ノズル１０からの洗浄液の放
出方向を可変にし、洗浄液１２をチャック２の周縁部よ
りも僅かに外側のウエハ裏面に向けて放出することも行
われ、可能な限りチャックに近いウエハ裏面まで洗浄す
るようになっている。しかしながら、このようにチャッ
ク２に近いウエハ裏面までも洗浄を行うと、飛散した洗
浄液１２がウエハ裏面とチャック２との間に例えば毛細
管現象により矢印１４に示すように浸入し、ウエハ裏面
の中心及びチャック２の表面を濡らすことになる。

【０００５】このようにチャック２の表面が洗浄液によ
り濡れると、特に、これが高速回転することから揮発性
の高い洗浄液の気化熱によりチャック自体の温度が低下
し、この状態で次の未処理のウエハをチャック２に吸着
保持させた時にウエハ自体の温度プロファイルが悪化
し、この結果、ウエハ表面に塗布されるレジスト膜の膜
厚の面内均一性が損なわれるという改善点を有してい
た。例えば、通常のレジスト液を用いてウエハ温度のプ
ロファイルが悪化すると、ウエハ温度の低い部分は高い
部分と比較してレジスト膜の厚さが薄くなる等の改善点
を有していた。特に、レジスト液として温度に依存して
その粘性が敏感に変化する水溶性ポリマやゼラチン等を
用いた場合には、上記したレジスト膜の膜厚の面内均一
性が一層損なわれていた。

【０００６】更には、上述のようにチャック２の表面が
洗浄液で濡れると、この部分にパーティクルが付着し易
くなり、このパーティクルに起因して歩留まりも低下す
るという改善点を有していた。本発明は、以上のような
問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたも
のである。本発明の目的は回転保持手段と被処理体との
間に洗浄液が浸入することを防止することができる塗布
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、上面が平坦に形成された回転保持手段
に保持した被処理体を回転させつつこれに処理液を塗布
し、前記被処理体の裏面に付着した前記処理液を洗浄液
放出ノズルから放出された洗浄液により洗浄するように
した塗布装置において、前記回転保持手段の上面の周縁
部に、この上面に前記被処理体が載置保持された時に前
記洗浄液が浸入することを阻止するための洗浄液浸入阻
止間隙を形成するための水平面を有する洗浄液浸入阻止
段部を形成し、洗浄時に前記洗浄液侵入阻止間隙の開口
部にこれを封止して空気圧により前記洗浄液の侵入を阻
止する液溜りを形成するようにしたものである。

【０００８】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、回転保
持手段の上面に被処理体が吸着保持されると、保持手段
の上面の周縁部には洗浄水浸入阻止段部が形成されてい
るのでこれと被処理体の裏面との間に洗浄液浸入阻止間
隙が形成される。従って、洗浄液放出ノズルから放出し
た洗浄液により被処理体の裏面に付着した処理液を洗浄
する場合に、洗浄液が上記阻止間隙の入口近傍に溜って
液溜りが形成され、これが栓の作用を発揮し、内部に封
じ込められた空気の空気圧によりそれ以上内側に洗浄液
が浸入することを防止することが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る塗布装置の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る塗布
装置の一実施例を示す断面図、図２は本発明の塗布装置
を搭載した処理機構を示す平面図、図３は本発明の塗布
装置の回転保持手段を示す断面図、図４は本発明の塗布
装置の回転保持手段を示す平面図、図５は図３に示す回
転保持手段を示す部分拡大図である。本実施例において
は塗布装置を、被処理体にレジストを塗布するレジスト
塗布装置に適用した場合について説明する。尚、従来装
置と同一部分については同一符号を付す。

【００１０】図２に示すようにレジスト塗布装置等の各
種の処理装置が組み込まれる処理機構１８について説明
すると、この処理機構１８は、被処理体、例えば半導体
ウエハＷ（以下、単にウエハと称す）に種々の処理を施
す処理装置が配設された処理装置ユニット２０と、この
処理装置ユニット２０にウエハＷを自動的に搬入・搬出
するための搬入・搬出機構２２とから主に構成されてい
る。上記搬入・搬出機構２２は、処理前のウエハＷを収
納するウエハキャリア２４と、処理後のウエハＷを収納
するウエハキャリア２６と、ウエハＷを吸着保持するア
ーム２８と、このアーム２８をＸ（左右）、Ｙ（前
後）、Ｚ（垂直）及びθ（回転）方向に移動させる移動
機構３０と、ウエハＷがアライメントされかつ処理装置
ユニット２０との間でウエハＷの受け渡しがなされるア
ライメントステージ３２とを備えている。

【００１１】上記処理装置ユニット２０には、アライメ
ントステージ３２よりＸ方向に形成された搬送路３４に
沿って移動自在に搬送機構３６が設けられている。搬送
機構３６にはＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動自在にメイン
アーム３８が設けられている。搬送路３４の一方の側に
は、ウエハＷとレジスト液膜との密着性を向上させるた
めのアドヒージョン処理を行うアドヒージョン処理装置
４０と、ウエハＷに塗布されたレジスト中に残存する溶
剤を加熱蒸発させるためのプリベーク装置４２と、加熱
処理されたウエハＷを冷却する冷却装置４４とが配設さ
れている。また、搬送路３４の他方の側には、ウエハＷ
の表面にレジスト液を塗布する本発明に係る塗布装置４
６と、露光工程時の光乱反射を防止するために、ウエハ
Ｗのレジスト上にＣＥＬ膜などを塗布形成する表面被覆
層塗布装置４８とが配設されている。

【００１２】本発明に係る上記塗布装置４６は、被処理
体としてのウエハＷを上部表面に保持、例えば真空吸着
して保持して回転する回転保持手段であるスピンチャッ
ク５０と、このスピンチャック５０を回転駆動するスピ
ンモータ５２を有している。このスピンチャック５０は
平板状に成形されて上面が平坦になされ、この中心部に
は真空ポンプ等に接続された図示しない保持用真空孔が
複数設けられている。

【００１３】このスピンチャック５０の下方にはスピン
チャック５０の回転軸５４を挿通させて底板５６が設け
られ、この底板５６の上部には、上記ウエハＷの上部に
供給された処理液、例えばレジスト液５８の飛散を防止
するための容器６０が形成されている。具体的には、こ
の容器６０は、上記スピンチャック５０の外周を被って
その上端部がスピンチャックの水平レベルよりも僅かに
高くなされた、円環状の外側容器６０Ａと、スピンチャ
ックの下部よりその外周方向へ延在された円環状の内側
容器６０Ｂとにより主に構成されている。両外側容器６
０Ａ及び内側容器６０Ｂは、スピンチャックの半径方向
外方に向けて徐々に下降傾斜して形成されており、これ
らの壁面に付着したレジスト液を底板５６に向けて導く
ように構成されている。

【００１４】また、上記底板５６は一方向に向けて緩や
かに傾斜して形成されており、その最上位には容器６０
内の排気を行うための排気管６２が接続されると共に最
下位には容器内を流下したレジスト液や後述する洗浄液
等を排出する排液管６４が接続されている。更に、上記
内側容器６０Ｂの周縁部よりも僅かに半径方向内方の底
板５６には、内側へ排液等が浸入することを防止するた
めの隔壁６６が環状に起立させて設けられている。

【００１５】そして、上記スピンチャック５０の下方に
は、ウエハの裏面に向けてシンナーのような洗浄液６８
を放出するために洗浄液供給手段としての複数、例えば
２つの洗浄液放出ノズル７０が設けられている。具体的
には、これら放出ノズル７０はスピンチャックの回転中
心を中心として点対称に配置されており、例えば８イン
チウエハのように半径の大きなウエハに対しても有効に
裏面洗浄を行い得るように構成されている。上記各放出
ノズル７０の垂直方向に対する傾斜角度θは例えば４５
°程度に設定してもよいし、或いは例えば２５〜６５°
の範囲内でスピンチャックとの回転数の関係で設定可能
としてもよい。

【００１６】そして、上記各放出ノズル７０は、それぞ
れ配管７２等を介して洗浄液タンクや供給ポンプ等を有
する洗浄液供給部７４へ接続されている。また、この洗
浄液供給部７４は、予め洗浄工程等がプログラミングさ
れた例えばマイクロプロセッサ等よりなる制御手段７６
からの制御信号によって制御され、また、この制御手段
７６は前記スピンモータ５２の回転数も制御している。
ここで、ウエハ裏面にこれに付着したレジスト液を除去
するために例えばシンナー等よりなる洗浄液６８を放出
すると、この洗浄液６８は、スピンチャック５０の上側
表面とウエハＷの下面との間に浸入してこの表面を濡ら
すことになる。そこで、これを防止するために上面が平
坦になされたスピンチャック５０の上面の周縁部には、
段部状に切り欠かれた洗浄液浸入阻止段部７８がチャッ
ク５０の周方向に沿って円環状、ドーナツ状に形成され
ている。

【００１７】この場合、阻止段部７８の幅Ｌ１及び高さ
Ｈ１は、ウエハＷの大きさにもよるが、例えば６インチ
ウエハの場合にはそれぞれ例えば５ｍｍ程度及び０．２
〜０．５ｍｍ程度に設定する。この場合、チャックの直
径Ｒ１が例えば８０ｍｍであるのに対して、段部間の直
径Ｒ２は７０ｍｍに設定されているが、これらの数値に
限定されるものではない。そして、このように形成され
た阻止段部７８を有するスピンチャック５０にウエハＷ
を吸着保持させると、この阻止段部７８とウエハ裏面の
周縁部との間に、洗浄時に洗浄液６８がウエハ裏面とチ
ャック上面との間に浸入してくることを阻止するために
液溜り部としての洗浄液浸入阻止間隙８０を形成し得る
ように構成されている。また、スピンチャック５０の上
方には、ウエハＷ上の中心に処理液、例えばレジスト液
５８を供給するためのレジスト液供給ノズル８２が設け
られている。

【００１８】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、処理前のウエハＷは、搬
入・搬出機構２２のアーム２８によってウエハキャリア
２４から搬出されてアライメントステージ３２上に載置
される。次いで、アライメントステージ３２上のウエハ
Ｗは、搬送機構３６のメインアーム３８に保持されて、
各処理装置４０〜４８へと順次搬送されて処理される。
そして、処理後のウエハＷはメインアーム３８によって
アライメントステージ３２に戻され、更にアーム２８に
より搬送されてウエハキャリア２６に収納されることに
なる。

【００１９】上記各処理装置の内の本発明に係るレジス
ト塗布装置１６においては以下のようにレジスト膜形成
操作が行われる。まず、スピンチャック５０上にウエハ
Ｗを載置し、これを真空吸引によって吸引保持する。そ
して、ウエハＷを保持した状態でスピンモータ５２を駆
動することによりスピンチャック５０及びこれに吸着さ
れるウエハＷを例えば２０００ｒｐｍの回転数で高速回
転し、これと同時にレジスト液供給ノズル８２から所定
量のレジスト液５８をウエハＷ上に滴下供給する。この
時、排気管６２を介して容器６０内の雰囲気は所定の吸
引力で排気されている。

【００２０】供給されたレジスト液は回転するウエハＷ
により遠心力が与えられてウエハ中心よりその半径方向
へ均一に広がりつつウエハ表面に均一に塗布され、余剰
分は高速回転による振り切りによりウエハ周辺部より外
方へ飛散して外側容器６０Ａの内壁面や内側容器６０Ｂ
の外壁面に付着し、またミスト状のレジスト液がウエハ
Ｗのサイド面や裏面に付着する。そして、付着したまま
放置しておくとパーティクルの発生原因となる。このよ
うにして所定時間の塗布工程が終了したならば、制御手
段７６により洗浄液供給部７４を駆動して両洗浄液放出
ノズル７０からシンナーのごとき洗浄液６８を放出して
ウエハＷの裏面洗浄及びサイドリンス（ウエハＷ周辺部
のレジストの溶解除去）を行ってここに付着した塗布液
を除去する。

【００２１】この裏面洗浄を行う時には、洗浄液６８を
放出しつつ制御手段７６によりスピンモータ５８を制御
してウエハ２の回転数を例えば５００〜２０００ｒｐｍ
の範囲で増減させて変化させ、ウエハ２の裏面に衝突し
て飛散する洗浄液に与える遠心力を漸増或いは漸減する
ことにより飛散した洗浄液は外側容器６４Ａの内壁面及
び内側容器の外壁面に届き、これら表面を洗浄すること
になる。

【００２２】このウエハの裏面洗浄に際しては、例えば
放出ノズル７０の傾斜角度θを変化させることによりチ
ャック５０の周縁部に当たらない範囲でこれに可能な限
り近いウエハ裏面まで洗浄することになるが、それでも
飛散した洗浄液６８がウエハの回転中心の方向に向か
い、このウエハ裏面とチャック上面との間に浸入しよう
とする傾向となる。しかしながら、図６にも示すように
本実施例にあっては、スピンチャック５０の上面周縁部
に阻止段部７８を設けてあることからチャック上面にウ
エハＷが吸着保持されるとこの阻止段部７８とウエハ裏
面との間で洗浄液阻止間隙８０が形成されることにな
る。従って、ウエハ回転中心の方向に飛散してきた洗浄
液は、阻止間隙８０の開口部８０Ａにて表面張力、粘着
力等の作用によりトラップされてここに液溜り８４を形
成することになり、それ以上、阻止間隙８０内に洗浄液
が浸入することを防止することができる。すなわち、阻
止間隙８０の開口端に液溜り８４が形成されると間隙内
部に空気が封じ込められてしまい、この閉じ込められた
空気圧によりそれ以上の洗浄液の浸入が阻止されること
になる。

【００２３】このように、洗浄液の浸入が阻止されるの
で、チャック表面やウエハ裏面がパーティクルを含む洗
浄液により濡れることがない。従って、従来装置にあっ
てはチャック表面が揮発性の洗浄液に濡れていたことか
らチャック自体の温度が洗浄液の気化熱により部分的に
低下していたが、本実施例にあっては上述のようにチャ
ック表面が洗浄液に濡れることはないので、温度が低下
せずにこのチャック表面の温度プロファイルは適正に維
持される。従って、次の未処理のウエハを、このチャッ
クに載置保持した場合にあっても、そのウエハの温度プ
ロファイルは適正に維持され、従って、温度に敏感なレ
ジスト液であってもこれを均等にウエハ表面に塗布して
レジスト膜の面内均一性を大幅に向上させることができ
る。また、上述のようにパーティクルを含む洗浄液によ
りチャック表面やウエハ裏面が濡れることはないので、
残存パーティクルを減少させることができ、これに起因
する歩留まりの低下を阻止することができる。

【００２４】尚、上記実施例にあってはチャック５０の
直径Ｒ１を８０ｍｍに設定したが、これに限定されず、
例えば図７に示すようにチャック５０の直径Ｒ１を、ハ
ンドリングアーム（図示せず）によるウエハ裏面の把持
を阻止しない範囲で可能な限り大きくし、例えば１１０
ｍｍ程度に設定して阻止段部７８の幅Ｌ１を２０ｍｍ程
度まで長く設定するようにしてもよい。このように阻止
段部７８の幅を長く設定することにより、先の実施例に
て示したと同様な作用効果を発揮することは勿論のこ
と、阻止段部７８の幅が長くなった分だけウエハＷの裏
面をカバーすることができ、従って、この部分に対応す
るウエハＷの周縁部において温度変化が生ずることを阻
止でき、レジスト膜の膜厚の面内均一性を一層向上させ
ることができる。

【００２５】尚、本発明においては被処理体として半導
体ウエハを用いた場合について説明したが、これに限定
されず、例えばプリント基板、ＬＣＤ基板、ＣＤ等にも
適用することができ、また、本発明はレジスト塗布装置
のみならず、現像液塗布装置、エッチング液塗布装置、
磁性液塗布装置、洗浄装置等にも適用することができ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の塗布装置
によれば次のような優れた作用効果を発揮することがで
きる。回転保持手段に洗浄液浸入阻止段部を形成して、
或いは回転保持手段とこれに保持される被処理体との間
に液溜り部を形成してここに洗浄液の液溜りを発生さ
せ、これにより内部を封止して空気圧により洗浄液が被
処理体と回転保持手段との間にそれ以上浸入することを
阻止するようにしたので、保持手段が洗浄液の気化熱に
より冷却されることがなく、これに載置される被処理体
の温度プロファイルに悪影響を与えることがない。従っ
て、塗布される処理液の膜厚の面内均一性を大幅に向上
させることができる。また、パーティクルを含む洗浄液
で保持手段の表面が塗れることはなく、従って残存する
パーティクルに起因する歩留まりの低下を抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る塗布装置の一実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明の塗布装置を搭載した処理機構を示す平
面図である。

【図３】本発明の塗布装置の回転保持手段を示す断面図
である。

【図４】本発明の塗布装置の回転保持手段をを示す平面
図である。

【図５】図３に示す回転保持手段を示す拡大図である。

【図６】本発明の塗布装置の動作を説明するための動作
説明図である。

【図７】本発明の塗布装置の変形例の要部を示す拡大図
である。

【図８】従来の塗布装置を示す断面図である。

【符号の説明】

４６塗布装置５０スピンチャック（回転保持手段）５８レジスト液（処理液）６０Ａ外側容器６０Ｂ内側容器６８洗浄液７０洗浄液放出ノズル７８洗浄液浸入阻止段部８０洗浄液浸入阻止間隙８２レジスト液供給ノズル８４液溜りＷ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上面が平坦に形成された回転保持手段に
保持した被処理体を回転させつつこれに処理液を塗布
し、前記被処理体の裏面に付着した前記処理液を洗浄液
放出ノズルから放出された洗浄液により洗浄するように
した塗布装置において、前記回転保持手段の上面の周縁
部に、この上面に前記被処理体が載置保持された時に前
記洗浄液が浸入することを阻止するための洗浄液浸入阻
止間隙を形成するための水平面を有する洗浄液浸入阻止
段部を形成し、洗浄時に前記洗浄液侵入阻止間隙の開口
部にこれを封止して空気圧により前記洗浄液の侵入を阻
止する液溜りを形成するようにしたことを特徴とする塗
布装置。
【請求項２】上面が平坦に形成された回転保持手段に
保持した被処理体を回転させつつこれに処理液を塗布
し、前記被処理体の裏面に付着した前記処理液を前記被
処理体の裏面側に向けて洗浄液供給手段から放出された
洗浄液により洗浄するようにした塗布装置において、前
記回転保持手段の前記被処理体との当接面側に、この面
と前記被処理体の裏面との間で前記洗浄液を表面張力で
保持して空気圧により前記洗浄液の浸入を阻止する液溜
りを形成するための液溜め部を形成したとことを特徴と
する塗布装置。
【請求項３】前記液溜め部は、前記回転保持手段の当
接面の周方向に沿って円環状に形成されていることを特
徴とする請求項２記載の塗布装置。