JP3040365B2 - 半導体装置製造用スピナ装置 - Google Patents

半導体装置製造用スピナ装置

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JP3040365B2 JP9327861A JP32786197A JP3040365B2 JP 3040365 B2 JP3040365 B2 JP 3040365B2 JP 9327861 A JP9327861 A JP 9327861A JP 32786197 A JP32786197 A JP 32786197A JP 3040365 B2 JP3040365 B2 JP 3040365B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置製造用ス
ピナ装置に係り、より詳しくはパターン形成のためにウ
ェーハ上にフォトレジストを塗布する時、ウェーハの温
度調節を行って塗布されるフォトレジストの厚さの均一
性を向上させることのできる半導体装置製造用スピナ装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造過程で頻繁に行われる
フォトリソグラフィ工程は特定物質層に所望のパターン
を形成するために用いられる。半導体装置は高度に精密
な構成を有するので、その製造工程は精密な加工技術を
要する。このような精密な加工技術で重大な比重を占め
るのがフォトリソグラフィ工程である。
【０００３】フォトリソグラフィ工程は写真のフィルム
と類似な役割を果たすフォトレジストの光化学反応を用
いるものである。半導体装置の精密なパターン形成のた
めに、フォトレジストに多様な条件が要求されている。
【０００４】一方、半導体装置製造過程で正確なパター
ン形成のためには、フォトレジスト自体の特性だけでな
く、フォトリソグラフィ工程を行う露光装置やウェーハ
にフォトレジストを塗布するスピナ装置の特性と工程条
件も適切に保持されなければならない。即ち、これらフ
ォトレジスト、露光装置やスピナ装置などの工程設備及
び工程条件などの色々な要因が複合的に作用して正確な
パターンを形成することのできるフォトリソグラフィ工
程が行われる。
【０００５】フォトリソグラフィ工程では開始段階とし
てウェーハにフォトレジストを塗布する。通常、フォト
レジストの塗布はスピナという装置でウェーハを回転さ
せることによって行われる。スピナ装置では真空チャッ
クからなる回転板にウェーハを水平に載せ、回転させな
がら、ゾル(Sol)状態のフォトレジストがスピナ装置の
上方からウェーハ中央部に一定量供給される。供給され
たフォトレジストはウェーハの回転による遠心力の作用
でウェーハの全面にわたって広がる。
【０００６】スピナ装置においては、ウェーハの全面に
わたって予め定められた厚さにフォトレジストを均一に
塗布することが重要である。フォトレジストの塗布厚さ
が極めて薄いか厚くなると、フォトレジストの種類によ
って露光時に露光パターンの周辺部まで光化学反応が行
われてしまうか、その逆にパターン部に反応が充分行わ
れず、予定された領域より広いか又は狭い領域が現像段
階で残ってしまう。そうなると、予定された線幅よりも
太いか細い、或いは一部が消されたパターンが出来てし
まい、半導体装置の機能不良を招く。
【０００７】そして、ウェーハの全面に塗布されたフォ
トレジストの均一性が低下すると、以後の工程で工程条
件の基準を決めるのが難しい。また、基準を任意に決め
たとしても、基準から外れる一部のチップが不良品とな
る。
【０００８】図２は従来のスピナ装置の構成を概略的に
示す側断面図である。図２において、回転板１３は、中
央部で駆動モータ１１と回転軸１２によって連結されて
いる。回転板１３は真空チャックからなり、その上にウ
ェーハ１０が載せられる。ウェーハ１０は中央部だけ回
転板に載せられて支持される。載せられるウェーハの上
方にはボウル１４或いは上部カップが設けられ、下方に
は下部カップ１５が設けられ、工程中に洗浄水またはフ
ォトレジストが外部へ飛ぶのを防止する役割を果たす。
回転板の下方に内部カップ１６が設けられ、回転板１３
の下部の駆動モータ１１やその他の部品がフォトレジス
トなどで汚染されるのを防いでいる。余分な洗浄水やフ
ォトレジストは内部カップ１６、ボウル１４、下部カッ
プ１５に誘導されて、下部カップの下方に設けられた排
水口１７へ排水される。
【０００９】図３は従来のスピナでフォトレジスト２１
が塗布されたウェーハ２０の一例を示す側断面図であ
る。
【００１０】スピナ装置においてウェーハ２０の中央部
に供給されるフォトレジストは揮発性溶剤を含むゾル状
物なので、ウェーハ上で遠心力によって広がってウェー
ハを覆うと同時に、表面張力によりウェーハの周辺端部
にまで至る。そして、時間の経過に伴って溶剤が消し飛
ぶと、図３のようにウェーハ端部が他の部分よりも厚い
状態に半固体フォトレジスト塗布膜２１が形成される。
【００１１】従って、ウェーハ内における中央部チップ
と周辺部チップとの間の加工均一性が低下し、これによ
る不良品発生の可能性が増加する。特に半導体装置の高
集積化の傾向によりフォトリソグラフィ工程もより精密
に行われることが要求され、半導体ウェーハの大口径化
が進むにつれウェーハ内の加工均一性が要求される状況
の下でこのような現象は大きな問題となる。
【００１２】図４は従来のスピナでモータの使用により
回転軸が加熱された状態でフォトレジスト３１が塗布さ
れたウェーハ３０の一例を示す側断面図である。
【００１３】前述したように、フォトレジストはゾル状
態の流動体であり、温度によって流動性が強い影響を受
ける。一般に用いられるフォトレジストの場合、ウェー
ハに厚さ１０００Åのフォトレジスト塗布膜３１を形成
する時、１℃の温度差に対して１００Å程度の厚さ差が
つく。即ち、温度が高くなると、溶剤が速い速度で揮発
するので、流動性は低下し、フォトレジスト塗布膜３１
の厚さは増加する。
【００１４】スピナ装置でウェーハが引き続き供給され
ながらフォトレジストの塗布が連続的に行われる時、駆
動モータでは熱が発生し、この熱は回転軸などによって
回転板とウェーハへ伝達される。伝達された熱によって
ウェーハ中央部のフォトレジストの温度は部分的に上昇
し、これは図４のようにウェーハ中央部に塗布されるフ
ォトレジストの厚さを増加させる結果をもたらす。この
際、温度の上昇は初期駆動時の温度２１℃〜２２℃から
２５℃〜２６℃までになるので、フォトレジストの厚さ
の変化は４００Å程度になる。このような数値は工程に
おける誤差の管理限度である上下５０Åを超える数値で
あり、不良品を頻繁に発生させる値である。
【００１５】図５は駆動モータを冷却させるモータフラ
ンジが備えられた従来のスピナ装置の一例を示す側断面
図である。
【００１６】駆動モータ１１から発生した熱を、モータ
の上部に設けられたモータフランジ４１に冷却水を矢印
のように流通させて除去する。一部の熱が回転軸１２を
通じて回転板１３に伝達されるが、温度の上昇が大きく
緩和され、ウェーハ中央部のフォトレジスト塗布膜厚の
増加は大きく緩和される。
【００１７】しかし、このような形態でフォトレジスト
が塗布される場合にも、依然として回転軸によって熱が
伝達される中央部とウェーハ周辺端部にフォトレジスト
が相対的に厚く塗布されるので、ウェーハ内における均
一性が低下し、又、駆動モータの温度が上昇する前と後
とで処理されたウェーハの塗布の厚さに差異が生ずると
いう問題があった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、フォ
トレジストの特性とスピナを用いる塗布方式の特性から
くるフォトレジスト塗布時の厚さ不均一性の問題を改善
させることのできる半導体装置製造用スピナ装置を提供
することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による半導体装置製造用スピナ装置は、ウェ
ーハを載せて回転させる回転板と、前記回転板を駆動さ
せる駆動モータとを備える半導体装置製造用スピナ装置
において、前記回転板の中心から一定半径を有する位置
では一定温度が保たれるようにする温度調節装置を備え
ていることを特徴とする。
【００２０】本発明における一定温度はフォトレジスト
の種類及び工程によって異なるが、常温またはウェーハ
上に供給されるフォトレジストの温度より０℃〜３℃ま
で高くてもよい。
【００２１】そして、回転板の温度を調節する点は任意
の多数個を選定することができるが、熱はウェーハを通
じて伝導されるので、３〜４箇所でも多くの効果を得る
ことができる。また、一般的なスピナにおける回転板の
半径はウェーハ半径の半分以下なので、本発明では回転
板の半径をウェーハと同様の大きさにすることが、ウェ
ーハの温度調節によってフォトレジストの塗布厚さを調
節するのに有利である。但し、ウェーハの周辺端部はフ
ォトレジストが厚くなる部分なので、熱で厚くする必要
がないため、又、フォトレジストが付くのを防止するた
め、ウェーハの中央からウェーハを整列させるために形
成されたフラットゾーンまでの距離よりは小さくするの
が望ましい。
【００２２】従来の回転軸を通じた駆動モータの熱伝達
は時間による変移があるので、これが回転板内の熱調節
ポイントにおける人為的な伝熱に比べて少ない量になる
ようにする。熱を伝達する方法としてウェーハの背面を
直接加熱する方法も考慮することができるが、ウェーハ
の熱的損傷を避けるために回転板を通じた間接的な方法
がより望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の具体的な実施例を詳細に説明する。
【００２４】図１は本発明によるスピナ装置であり、温
度調節装置として赤外線発生器と非接触温度計を用いた
実施例を示す。
【００２５】図１によれば、本発明によるスピナ装置
は、従来のスピナ装置に比べて、温度調節装置として加
熱装置と温度感知装置がさらに備えられる。加熱装置は
赤外線発生器５１を含み、赤外線発生器から発生した赤
外線を誘導して回転板の特定部を加熱し得るように光ケ
ーブル５２が設けられている。赤外線発生器５１の電力
を調節することにより回転板の特定部の温度を調節する
ことができる。温度感知装置である非接触温度計５３
は、例えば回転板の特定部分から発生する熱波を感知し
てこれを電流に変える形式のものを使用しても良い。
【００２６】赤外線発生器と非接触温度計を主として構
成された温度調節装置を回転板と接触しないようにする
理由は、回転板が回転するので、回転板の特定部位に固
定的な電線または通信線を連結し難く、接触式にすると
接触による摩擦によって温度が上昇するか粒子が発生す
るなどの問題があるためである。
【００２７】また、本実施例で赤外線発生器と非接触温
度計は変換器５４、５５を介して同じコントローラ５６
に連結されている。従って、温度計の測定値信号が変換
器５５と送信線を経てコントローラ５６に入力され、変
換されて入力された信号に応じて、コントローラ５６は
赤外線発生器５１の電源５７の電力を調節するフィード
バックが行われるように構成されている。
【００２８】図面上、赤外線発生器において一つの光ケ
ーブルのみが設置されているが、多数個の光ケーブルを
回転板の下部の一定半径を有する位置に所望の温度分布
を有するように配列させることができる。温度調節装置
が無い場合、モータフランジが設置された状態でウェー
ハに塗布されたフォトレジストの厚さは周辺端部が厚く
なるので、これを補償するためには中央部から周辺部に
行くほど少しずつ温度を低くして常温に至るようにすれ
ばよい。一方、熱流量を考慮すると、中央部は赤外線が
集中した状態であり、周辺部に行けば行くほど円周が長
くなるため、赤外線ケーブルの一つがより広い面積の温
度を変化させなければならないので、かえって周辺部側
に電力がたくさん引加されることもある。
【００２９】本発明の実施例として、前述のような赤外
線発生器と光ケーブルを用いる他に、電磁波を使用する
か回転板に微細な抵抗線を設置し配置密度を調節して回
転板を加熱する方法を用いることもできる。そして、抵
抗線を用いる場合、大抵電源は回転板や軸にブラシを設
置する接触方式で連結される。
【００３０】
【発明の効果】従って、本発明は、ウェーハにフォトレ
ジストを塗布する際に厚さの均一性の問題を改善させ、
それによる不良品発生を抑制し得るという利点がある。
【００３１】上述した本発明は記載された具体例につい
てのみ詳細に説明されたが、本発明の技術思想範囲内で
多様な変形及び修正が可能なのは当業者において明らか
なことであり、このような変形及び修正が特許請求の範
囲に属するのは当然なことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスピナ装置であり、温度調節装置
として赤外線発生器と非接触温度計を用いた実施例を示
す概略図。
【図２】従来のスピナ装置の構成を概略的に示す側断面
図。
【図３】従来のスピナでフォトレジストが塗布されたウ
ェーハの側断面図。
【図４】従来のスピナでモータの使用により回転軸が加
熱された状態でフォトレジストが塗布されたウェーハの
側断面図。
【図５】駆動モータを冷却させるモータフランジが備え
られた従来のスピナ装置の一例を示す側断面図。
【符号の説明】
１０，２０，３０ ウェーハ １１ 駆動モータ １２ 回転軸 １３ 回転板 １４ ボウル １５ 下部カップ １６ 内部カップ １７ 排水口 ２１，３１ 塗布膜 ４１ モータフランジ ５１ 赤外線発生器 ５２ 光ケーブル ５３ 非接触温度計 ５４，５５ 変換器 ５６ コントローラ ５７ 電源
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−124845（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−159224（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−236626（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−184915（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−139008（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−232722（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−207467（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−45611（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/00 - 7/42

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウェーハを載せて回転させる回転板と、
    前記回転板を駆動させる駆動モータとを備える半導体装
    置製造用スピナ装置において、 前記回転板の下部に前記回転板とは非接触式に設けられ
    た温度調節装置であって、前記回転板の中心から一定半
    径を有する位置では一定温度が保たれるようにする温度
    調節装置を備え、 前記温度調節装置は、回転板の特定部位を加熱し得る加
    熱装置と、前記回転板の特定部位の温度を感知できる温
    度感知装置と、前記温度感知装置の感知信号を受けて前
    記回転板の特定部位の温度を一定に保つように前記加熱
    装置を調節するコントローラと、を備えるフィードバッ
    クシステムで構成され、 前記加熱装置は、赤外線発生器と、前記赤外線発生器か
    ら発生した赤外線を誘導して離隔状態で回転板の特定部
    位を加熱し得るように設置された光ケーブルと、前記赤
    外線発生器への電力を制御しうる電力源とを備え、 前記温度感知装置は、回転板またはウェーハの温度を測
    定できる非接触式温度計を備えていることを特徴とする
    半導体装置製造用スピナ装置。
  2. 【請求項２】 前記一定温度は、常温または前記ウェー
    ハに供給されるフォトレジストの温度よりも、０〜３℃
    高いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置製造用
    スピナ装置。
  3. 【請求項３】 前記回転板の半径は、載せられるウェー
    ハ半径の半分よりは大きく、前記ウェーハの中央からフ
    ラットゾーンまでの距離よりは小さくすることを特徴と
    する請求項１記載の半導体装置製造用スピナ装置。
  4. 【請求項４】 前記回転板の温度を調節する点は、中央
    からの半径を基準として３〜４箇所にすることを特徴と
    する請求項３記載の半導体装置製造用スピナ装置。
  5. 【請求項５】 前記駆動モータの回転軸を通じて伝達さ
    れる前記駆動モータの熱を減らすためのモータ冷却装置
    をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の半
    導体装置製造用スピナ装置。
JP9327861A 1996-11-28 1997-11-28 半導体装置製造用スピナ装置 Expired - Fee Related JP3040365B2 (ja)

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