JP3196324U - 塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理液を回収するカップ体の洗浄をスループットを低下させること無く、効率的に行なうことが可能な塗布装置を提供する。【解決手段】塗布装置１は、基板を水平に保持するスピンチャック（基板保持部）１１と、スピンチャックを鉛直軸周りに回転させるスピンチャックモータ（回転機構）１３と、処理液を基板に供給する処理液供給機構と、基板の外周に設けられ排気経路を形成する第１のカップ部材２１と、第１のカップ部材の内側に設けられ、基板から振り切られた処理液を回収する第２のカップ部材２２と、第２のカップ部材を（ｉ）基板の周囲を覆う処理位置と、（ｉｉ）処理位置より下方の位置である待機位置との間でさせる昇降機構２５と、第２のカップ部材が待機位置にある際に第２のカップ部材に洗浄流体を供給する洗浄液体供給部材３２とを備える。【選択図】図２

Description

本考案は、基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布装置に関する。

半導体製造工程の一つであるフォトレジスト工程においては、半導体ウエハ（以下、ウエハＷという）の表面にレジストを塗布し、このレジストを所定のパターンで露光した後に現像してレジストパターンを形成している。このような処理は、一般にレジストの塗布や現像を行う塗布・現像装置に露光装置を接続したシステムを用いて行われる。

この塗布・現像装置にはウエハＷに塗布液を供給して塗布膜形成を行う塗布装置が設けられている。この塗布装置はウエハＷ上に塗布液としてのレジスト液が滴下され、ウエハＷの回転に伴う遠心力により滴下されたレジスト液がウエハ表面で拡散し、レジスト膜が塗布される。このとき、余剰のレジスト液はウエハＷ外周から飛散し、ウエハＷ外周を取り囲むように形成された容器の内面に付着する。容器内面に付着したレジストは、ウエハＷへのレジスト塗布を繰り返すたびに厚くなり、容器内の圧損が増加して処理条件にばらつきが生じ、その結果として塗布膜の厚さや特性にばらつきが生じる要因となる。また、容器内に付着した塗布液が乾燥して、容器から剥離した場合には剥離したレジストがウエハＷの表面に付着すれば、製造歩留まりが低下するという問題が生じることになる。

このため、容器の内面に定期的に溶剤を供給して、容器内面に付着したレジストを洗い流すことが行われている。容器の内面への溶剤の供給方法として、容器の内面に開口する複数の導管を設け、これらの導管から容器内面へ溶剤を供給する方法や、ウエハＷの代わりに円盤状の洗浄用治具を回転させて、洗浄用治具から容器内面へ向けて溶剤を散布する方法などが知られている（特許文献１〜３）。しかしながらこれらの方法の場合、容器を洗浄している際は容器内やウエハＷの周囲に溶剤の雰囲気が拡散し、塗布膜の膜厚や膜質に影響するため、容器の洗浄処理はウエハＷ処理時に行うことができず、容器の洗浄の頻度を高くするとウエハＷの処理枚数を低下させる要因となる。

とりわけ、塗布液として膜厚の厚いレジスト膜やポリイミド膜を形成するための粘度の高いレジスト液、ポリイミド液などの塗布液や、ウエハＷ同士を接着するための接着剤などを基板に供給する際には容器への固着がより早く進みやすくなる他、カップ洗浄を行う頻度やカップを交換する頻度も高くなる。そのため、ウエハＷの処理時間に影響を及ぼさないような容器の洗浄方法が期待されている。

特開平７−６６１１６号公報 特開平１０−１４４５９９号公報 特開２０００−３１５６７１号公報

本考案は、上記の事情に鑑みて為され、ウエハＷの処理に影響を与えることなく容器を洗浄することが可能な塗布装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本考案にかかる塗布装置は基板を水平に保持する基板保持部と、基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、処理液を基板に供給する処理液供給機構と、基板の外周に設けられ排気経路を形成する第1のカップ部材と、第１のカップ部材の内側に設けられ、基板から振り切られた処理液を回収する第２のカップ部材と、前記第2のカップ部材を（ｉ）基板の周囲を覆う処理位置と、（ii）前記処理位置より下方の位置である待機位置と、の間で昇降させる昇降機構と、前記第2のカップ部材が前記待機位置にある際に第2のカップ部材に洗浄流体を供給する洗浄流体供給機構とをそなえることを特徴とする。

また、本考案の塗布装置においては、さらに前記第２のカップ部材の上端を閉塞する閉塞部材をさらに有し、この閉塞部材は第２のカップ部材が記待機位置にある際に閉塞することが好ましい。

さらに第1のカップ部材の外周側に第3のカップ部材を有することが好ましい。

また、第２のカップ部材はその上端部が基板保持部により保持された基板より低いことが好ましい。

また、第２のカップ部材は鉛直軸周りに回転可能に構成されることが好ましく、さらに第２のカップ部材は基板保持部の回転機構に接続され、基板の回転に同期して回転するようにしても良い。

そして、待機位置の第２のカップ部材に乾燥流体を供給する乾燥流体供給機構をさらにそなえ、この乾燥流体供給機構は洗浄流体供給機構が前記第２のカップ部材に洗浄液を供給した後に乾燥流体を供給するようにしても良い。

本考案の実施形態によれば、ウエハの塗布膜形成処理のスループットに影響することなく、カップ部材を洗浄することが可能な塗布装置が提供される。

本考案の塗布装置の全体構成を示す側面図である。 本考案の塗布装置の全体構成を示す側面図である。 本考案の塗布装置における第２のカップ部材の動作を説明するための平面図である。 本考案の塗布装置における第２のカップ部材の動作を説明するための平面図である。 本考案の動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、本考案の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる塗布装置としてのレジスト塗布装置１の構成の概略を示す縦断面図である。図１を参照すると、レジスト塗布装置１は例えば直方体の筐体１０を有しており、その内部に液処理が行われる処理空間１０ａが画成されている。塗布ユニットＣＯＴは、筐体１０内に処理対象であるウエハＷを保持するスピンチャック（基板保持部）１１と、スピンチャック１１に保持されるウエハＷの表面にレジスト液やプリウェット液としてのシンナーを供給する塗布ノズル１５と、ウエハＷの表面から飛散したレジスト液やレジスト液のミスト等を受けるためのカップ体２とを備えている。

このスピンチャック１１は、軸部１２を介して回転機構（スピンチャックモータ）１３に接続されており、このスピンチャックモータ１３により回転及び昇降自在に構成されている。また、スピンチャック１１の下方には円盤上に形成されたチャックベース３０と、チャックベース３０の外周端部から下方に伸びる円筒状のベース体３１を有し、ウエハW裏面に回りこんだ処理液が回転機構１３に到達しないようになっているとともに、後述するカップ体２とともに排気・排液経路を形成している。

カップ体２は、ウエハＷの外周部に排気・排液経路を形成する第１のカップ部材２１と、第１のカップ部材２１の内側に設けられた第２のカップ部材２２と第１のカップ部材２１（第２のカップ部材２２）の外側に設けられる第３のカップ部材２３とをそなえる。

第2のカップ部材２２は、その上端部にウエハＷから振り切られた処理液を受け止め、回収する第２の回収部２２ａが設けられ、回収部２２ａの下部には円筒状の垂直壁２２ｂが接続されている。さらに垂直壁２２ｂの下端部には第２のカップ部材２２を上下に昇降させる昇降機構が接続されており、後述するように第２のカップ部材２２がウエハＷから振り切られた処理液を回収可能である処理位置Ｐ１（図１参照）と、第１のカップ部材２１の内部空間である待機位置Ｐ２（図２参照）との間で昇降可能に構成されている。また、第２のカップ部材２２には図示しない回転駆動機構が接続されており、ウエハＷと同期（同調）して回転可能に形成されている。ウエハＷの裏面側にはバックリンスノズル１４が設けられており、ウエハWの裏面に回り込んだレジスト等を除去するシンナーなどのリンス液を供給するようになっている。

また、ベース体３１には、洗浄液および乾燥流体を供給可能に構成された洗浄液供給部材３２、乾燥流体供給部材３３をそなえ、後述するように第２のカップ部材２２が待機位置Ｐ２にある際に第2のカップ部材２２の回収部２２ａに対して、溶剤などからなる洗浄液を供給して第２のカップ部材２２に付着、固着した処理液を洗浄した後に、Ｎ２ガスなどの乾燥流体を供給するようになっている。その結果、ウエハWの周囲空間に影響を与えること無く、第２のカップ部材２２が処理位置Ｐ１にある際に捕集、固着したレジスト液を洗浄できるようになっている。なお、これらの洗浄液供給部材３２、乾燥流体供給部材３３はベース体３１に所定角度ごとに複数個設けても良いし、第２のカップ部材２２が鉛直軸周に回転可能に構成されている際には複数でなくとも少なくとも１ヶ所でもかまわない。

さらにまた第２のカップ部材２２およびベース体３１には、排気・排液経路の上下を遮蔽するための仕切り部材２６が設けられており、仕切り部材２６の下方に処理液、洗浄が入らないように構成されて、仕切り部材２６の上下にはそれぞれ、図示しない排液ポートおよび排気ポートが形成され、処理液、洗浄液と排気が仕切り部材２６の上下でそれぞれ分離回収されるようになっている。

第１のカップ部材２１は、第２のカップ部材２２の外側に設けられ、円筒状の垂直壁２１ｂとこの垂直壁２１ｂの上端部から内側に屈曲する水平壁２１ａを有する。そして、第１のカップ部材２１の水平壁２１ａには第１のカップ部材２１の内側の空間（第１のカップ部材２１とベース体３１とにより形成する空間）と第１のカップ部材２１の上方空間とを区画し、第１のカップ部材２１の上端（第１のカップ部材２１とベース体３１との間の開口）を閉塞して第２のカップ部材２２の上方を覆う閉塞部材（シャッター）２７をそなえている。

この閉塞部材２７は例えば、図３、４に示すように複数の扇型の薄板３１ａで形成されており、第１のカップ部材２１の水平壁２１ａに図示しない駆動機構を介して取り付けられており、内側に向けて進退可能に構成されている。薄板３１ａは内側方向にスライドすることで図４のように、第１のカップ部材２１の上端部を閉塞することができ、その結果、第1のカップ部材２１の内側の空間を第１のカップ部材２１の外側の空間から区画することができるようになっている。

スピンチャック１１の上方には、スピンチャック１１ の直上位置と退避位置との間で移動可能に塗布ノズル１５ が設けられており、図示しない駆動機構によりウエハＷの上方位置および待機位置の間を移動可能に構成されている。塗布ノズル１５は塗布液であるレジスト液を供給するレジスト液供給ノズル１５ａと、塗布液を溶解させ得る溶剤を供給するプリウェットノズル１５ｂ とが互いに近接した状態で設けられており、レジストなどの塗布液を塗布する前にプリウェットノズル１５ｂからシンナーを供給し、レジストの消費量を低減させるようになっている。

さらに、レジスト塗布装置１は各機器の動作を統括制御する役割を果たす制御部６を備えており、この制御部６にはスピンチャック１１のスピンチャックモータ１３や第２のカップ部材２２の昇降機構２５等が接続されている。制御部６は、構成要素としてＣＰＵを含む例えばコンピュータであって良く、また、制御部６には記憶装置６ａや入出力装置６ｂが接続されている。また、制御部６は、後述する洗浄方法をレジスト塗布装置に実行させるためのプログラムに基づいて、レジスト塗布装置の各機器を動作させ、その洗浄方法を実施する。このプログラムは、ハードディスク、光ディスク、磁気ディスク、半導体メモリデバイスなどのコンピュータ可読記録媒体に格納されて良く、所定の読み取り装置により記憶装置６ａに記憶され、必要に応じて制御部６に読み出される。

次に、以上のように構成されたレジスト塗布装置１で行われる塗布処理プロセスおよび本考案にかかるカップ洗浄動作について説明する。図５は塗布処理プロセスの各工程におけるウエハＷの回転数と、カップ洗浄処理の各工程を示すタイムチャートであって、図５（ａ）はウエハＷおよび第２のカップ部材２２の回転数、図５（ｂ）は第２のカップ部材２２の位置、図５（ｃ）は閉塞部材の動作、図５（ｄ）は洗浄液供給部材３２の動作、図５（e）は乾燥流体供給部材３３の動作に関するタイムチャートである。なお、図５おけるプロセス、工程の時間の長さは、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の時間の長さに対応していない。

レジスト塗布装置１に搬入されたウエハＷは、先ず、スピンチャック１１に吸着保持される。続いて図示しない駆動機構により塗布ノズル１５がウエハＷの中心部の上方まで移動する。次に、ウエハＷが停止している状態で、塗布ノズル１５のプリウェットノズル１５ｂからウエハＷの中心部に所定量の溶剤が供給される（時刻ｔ１）。その後、回転機構１３を制御してスピンチャック１１によりウエハＷを回転させ、その回転数を例えば２０００ｒｐｍまで上昇させる。この２０００ｒｐｍの回転数でウエハＷを例えば１秒間回転させることにより、ウエハＷの中心部に供給された溶剤は外周部に向かって拡散し、すなわちプリウェットが行われ、ウエハＷの表面が溶剤で濡れた状態になる（時刻ｔ２〜ｔ３）。その後、溶剤がウエハＷの表面の全面に拡散する（時刻ｔ１〜ｔ３：プリウェット工程）。

その後、図５（ａ）に示すようにウエハＷを例えば３０００ｒｐｍ（第１の回転数）まで加速させ、その後ウエハＷを第１の回転数で例えば０．８秒間回転させる。そして、このウエハＷの加速回転中及び第１の回転数での回転中において、レジスト液供給ノズル１５ａからレジスト液が連続して供給される（時刻ｔ４〜ｔ５：レジスト供給工程）。

続いて、図５（ａ）に示すよう例えば１００ｒｐｍ（第２の回転数）まで減速させ、その後ウエハＷを１００ｒｐｍの回転数で例えば０．４秒間回転させる（時刻ｔ５〜ｔ６）。そして、このウエハＷの減速回転中及び第２の回転数での回転の途中までにおいて、レジスト液供給ノズル１５ａからレジスト液が連続して供給される。この工程において、ウエハＷが第２の回転数で低速回転しているため、例えばウエハＷの外周部のレジスト液に中央部へ引き寄せられる力が作用し、ウエハＷ上のレジスト液は平坦化される（時刻ｔ５〜ｔ６：レジスト膜調整工程１）。

その後、ウエハＷの回転を１５００ｒｐｍ（第3の回転数）まで加速させ、その後ウエハＷを第３の回転数で例えば所定の時間回転させる。この工程で、レジスト液はウエハＷの表面の全面に拡散し、ウエハＷの端部に到達する。次いで、レジスト液がウエハＷの端部に到達すると、ウエハＷの回転を１５００ｒｐｍ（第４の回転数）まで減速させ、その後ウエハＷを第４の回転数で例えば２秒間回転させる。このように第４の回転数で回転させることで、ウエハＷ上のレジスト液の乾燥を抑えつつウエハ中心部のレジスト液をウエハＷの外周へ広げることができる。そうすると、レジスト液の供給量を従来よりも少量に抑えた場合であっても、ウエハＷ中心部のレジスト液がウエハＷの外周へ広げられ、結果としてウエハＷの外周縁部における膜厚の低下を発生させることなくウエハＷの面内で均一にレジスト液が塗布される（時刻ｔ６〜ｔ１３：レジスト膜調整工程２）。

その後、ウエハＷの回転数を、例えば２０００ｒｐｍ（第５の回転数）まで加速させ、その後ウエハＷを第５の回転数で例えば１０秒間回転させる。この工程では、ウエハＷの表面の全面に拡散されたレジスト液は乾燥され、ウエハＷ上にレジスト膜が形成される（ｔ１４〜ｔ１５レジスト乾燥工程）。

その後、ウエハＷの裏面が洗浄され、レジスト塗布装置１における一連の塗布処理が終了する。

続いて、本願の実施形態に関するカップ洗浄機構の動作について説明する。先ず、前述プリウェット工程（ｔ１〜ｔ３）、レジスト塗布工程（ｔ４〜ｔ５）、レジスト膜調整工程１（ｔ５〜ｔ６）の期間およびレジスト膜調整工程２の途中までの期間（ｔ６〜ｔ７）には、ウエハＷからプリウェット液、レジスト液が周囲に振り切られるので、基板の周囲を覆い処理液を回収可能な位置である処理位置Ｐ１に位置して、ウエハＷから振り切られたプリウェット液およびレジスト液を捕集するようになっている。

なお、この際第２のカップ部材２２は、時刻ｔ3〜ｔ４および時刻ｔ５〜ｔ６以外はウエハＷの回転数と同期する速度で回転するようになっているが、これはウエハＷの回転数と同期することでウエハＷの振り切られたプリウェット液と、レジスト液が第２のカップ部材２２の内側に衝突して、ウエハＷに跳ね返るのを防止するためである。また、時刻ｔ3〜ｔ４および時刻ｔ５〜ｔ６に第２のカップ部材２２がウエハＷの回転数と同期していないのは、この期間はウエハＷから振り切られる液が少なく、ウエハＷへの液の跳ね返りをあまり考慮しなくとも良い期間であるためであるが、ウエハＷの回転数に完全に同期するようにしても良い。また、ウエハＷと回転数を完全に同期する場合には、第２のカップ部材２２を回転させるための機構は、スピンチャックの回転機構を用いるようにしても良い。

そして、レジスト液がウエハＷから実質的に振り切られなくなった後に、第２のカップ部材２２は昇降機構２５によって前記処理位置Ｐ１より下方の位置である待機位置Ｐ２に下降し（時刻ｔ７）、その後シャッターが閉じることで、第２のカップ部材２２の内部空間が第２のカップ部材２２の上方空間と隔離するようになっている（時刻ｔ８）。

続いて、洗浄ノズルから洗浄流体（例えば、ＯＫ−７３、シクロヘキサノンなどシンナー）を待機位置Ｐ２にある第２のカップ部材２２に供給することで、第２のカップ部材２２に付着したレジストを洗い流すことができる（時刻ｔ９〜ｔ１０：カップ洗浄工程）。この際、第２のカップ部材２２の洗浄は、ウエハＷの周囲から離間した待機位置Ｐ２で行われ、さらにシャッターが閉塞して第２のカップ部材２２の内部空間とウエハＷの周囲空間を区画しているために、ウエハＷの処理に影響すること無く洗浄を行うことができる。

続いて、乾燥ノズルから乾燥流体としてのＮ２ガスが待機位置Ｐ２の第２のカップ部材２２に供給されることで第２のカップ部材２２を乾燥させ（カップ乾燥工程）、第２のカップ部材２２の洗浄が終了する。なお、カップ洗浄工程ならびカップ乾燥工程時には第２のカップ部材２２は待機位置にあり、ウエハＷへの液の跳ね返りが発生する可能性は極めて低く必ずしも回転させる必要は無いが、第２のカップ部材２２が回転することで、洗浄液供給部材３２、乾燥流体供給部材３３を少なくとも一つずつ設ければ、第２のカップ部材２２の全周にわたって洗浄液、乾燥流体を効果的に供給することができる。

本実施例において、第２のカップ部材２２が処理位置Ｐ１でプリウェット液およびレジスト液を回収した後に待機位置Ｐ２に下降した状態で洗浄を行うことにより、ウエハＷの処理に影響を与えること無く、第２のカップ部材２２を洗浄することができた。

以上、本考案を説明したが、本考案はこれらの実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲内において種々に変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、半導体ウエハにレジスト液を塗布する塗布膜形成装置について説明したが、半導体ウエハ以外の他の被処理基板、例えばＬ Ｃ Ｄ 基板にレジスト液を塗布する場合にも本考案を適用することができる。また、基板に供給される塗布液としては、レジスト膜を形成するためのレジスト液について説明したが、これに限らず、スピンオンカーボン（SOC）膜、反射防止膜（BARC、TARC）などを形成する装置や、ウエハＷを接着するために接着剤を基板に供給する装置などにも適応することが可能である。また、上述の実施形態においては、乾燥流体供給部材３３からＮ２ガスを供給する場合について説明したが、乾燥流体は必ずしも必要ではなく、洗浄流体を第２のカップ２２部材に供給した後に、何も供給することなく第２のカップ部材２２を回転させることで振り切り乾燥するようにしても良く、また、乾燥流体としてイソプロピルアルコールなどの有機溶剤を供給するようにしても良い。

１：塗布装置（レジスト塗布装置）
２：カップ体
２１：第１のカップ部材
２１ａ：水平壁
２１ｂ：垂直壁
２２：第２のカップ部材
２２ａ：回収部
２２ｂ：垂直壁
２３：第３のカップ部材
１０：筐体
１０ａ：処理空間
１ １ ； スピンチャック（ 基板保持部）
１２：軸部
１３：回転機構（スピンチャックモータ）
１４：バックリンスノズル
１５：塗布ノズル
１５ａ：プリウェットノズル
１５ｂ：レジストノズル
２５：昇降機構
２６：仕切り部材
２７：閉塞部材（シャッター）
３０：チャックベース
３１：ベース体
３２：洗浄液供給部材
３３：乾燥流体供給部材

Claims (9)

1. 基板を水平に保持する基板保持部と、
   基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、
   処理液を基板に供給する処理液供給機構と、
   基板の外周に設けられ排気経路を形成する第１のカップ部材と、
   第１のカップ部材の内側に設けられ、基板から振り切られた処理液を回収する第２のカップ部材と、
   前記第２のカップ部材を（ｉ）基板の周囲を覆う処理位置と、（ii）前記処理位置より下方の位置である待機位置との間で昇降させる昇降機構と、
   前記第２のカップ部材が前記待機位置にある際に第２のカップ部材に洗浄流体を供給する洗浄流体供給機構とをそなえる塗布装置。
2. 前記第１のカップ部材の上端を閉塞する閉塞部材を有することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記閉塞部材は前記第２のカップ部材が前記待機位置にある際に閉塞することを特徴とする請求項２に記載の塗布装置。
4. 前記第１のカップ部材の外周側に第３のカップ部材を有することを特徴とする請求項１ないし３に記載の塗布装置。
5. 前記第２のカップ部材の上端部が前記基板保持部により保持された基板より低いことを特徴とする請求項１ないし４に記載の塗布装置。
6. 前記第２のカップ部材は鉛直軸周りに回転可能に構成されていることを特徴する請求項１ないし５に記載の塗布装置。
7. 前記第２のカップ部材は前記回転機構に接続され、基板の回転に同期して回転することを特徴とする請求項６に記載の塗布装置。
8. 前記待機位置の第２のカップ部材に乾燥流体を供給する乾燥流体供給機構をさらにそなえる請求項１ないし７に記載の塗布装置。
9. 前記乾燥流体供給機構は、前記洗浄流体供給機構が前記第２のカップ部材に洗浄液を供給した後に乾燥流体を供給することを特徴とする請求項８に記載の塗布装置。