JP3352420B2 - 塗布膜形成方法および塗布処理システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや液
晶表示装置（ＬＣＤ）基板等の基板の表面上に例えばレ
ジスト膜のような塗布膜を均一な膜厚で形成することが
できる塗布膜形成方法および塗布処理システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造プロセスに
おけるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウ
エハの表面にレジスト膜を形成するレジスト塗布処理
と、レジスト塗布後の半導体ウエハに対して所定のパタ
ーンの露光処理を行った後にそのパターンを現像する現
像処理とが行われている。このレジスト塗布処理におい
ては、半導体ウエハ表面にレジスト液を均一に塗布する
ための方法としてスピンコーティング法等が多用されて
いる。

【０００３】図１１は、このスピンコーティング法の概
要を示すものである。例えばスピンチャック１４１によ
り真空吸着によって半導体ウエハＷを固定保持した状態
で、図示しない回転駆動手段によりスピンチャック１４
１とともに半導体ウエハＷを回転させ、半導体ウエハＷ
の上方に配置されたレジストノズル１４２からその表面
の中央にレジスト液を滴下する。滴下されたレジスト液
は、遠心力によって半導体ウエハＷの径方向外方に向か
って広げられる。その後レジスト液の滴下を停止し、半
導体ウエハＷを所定速度で回転させて、残余のレジスト
を振り切るとともに乾燥させている。これにより、半導
体ウエハ上に所定の膜厚を有するレジスト膜が形成され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にレジスト液を半導体ウエハに塗布する際には、レジス
ト液をウエハ全面に亘って均一な膜厚で塗布する必要が
ある。しかし、上述したように、スピンコーティング方
法によりレジスト液を塗布する場合には、遠心力により
レジスト液が径方向に拡散して拡がる拡散速度と、レジ
スト液の乾燥が進行する乾燥速度との兼ね合い調整が難
しく、必ずしも所望の膜厚均一性を得ることができな
い。

【０００５】例えば、ウエハの回転速度が低い場合に
は、レジスト液がウエハの径方向外方に十分に拡がる前
に、レジスト液の乾燥が速く進行するため、レジスト膜
の膜厚分布は、ウエハの外周部が中央部に比べて薄くな
る。逆に、ウエハの回転速度が高い場合には、レジスト
液がウエハの径方向外方に拡がった後に、レジスト液の
乾燥が進行するため、レジスト膜の膜厚分布は、ウエハ
の中央部が外周部に比べて薄くなる。

【０００６】また、レジスト膜の膜厚に影響を与える要
因としては、ウエハの回転速度以外にも種々の要因があ
り、所望の膜厚均一性を維持するためには、これら種々
の要因を適切に調整する必要がある。

【０００７】特に、近年、製造コストの削減等の理由に
よりレジスト消費量を減らす傾向にあるが、このような
場合に膜厚を均一な所定の厚みに維持することは一層困
難である。

【０００８】半導体ウエハに生じる膜厚の不均一として
は、例えば、半導体ウエハの中央部と外周部の膜厚が厚
く、これらの間の膜厚が薄い、断面Ｗ型の膜厚分布や、
断面山型、谷型といったように所定のパターンで現れる
ものがある。このような膜厚の不均一に対しては、従来
は、技術者各人の経験に基づき、試行錯誤により個々別
々に適切な手段を講じて膜厚の均一性を確保するように
しており、このような膜厚の不均一に対して、体系的な
対策というものがなかった。

【０００９】したがって、塗布膜の膜厚の不均一が生じ
た場合に、その原因を突き止め、膜厚不均一を解消する
のに時間がかかり、生産性を悪化させてしまう。

【００１０】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、塗布膜の膜厚に所定の不均一が生じた場合に、
その不均一を速やかに解消することができる塗布膜形成
方法および塗布処理システムを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の観点によれば、基板上に塗布液を供
給して塗布膜を形成する工程と、塗布膜の膜厚分布を測
定する工程と、塗布膜の膜厚分布が、基板の中央部から
径方向外方に向かうにつれて膜厚が一旦薄くなり、基板
外周部で再び膜厚が厚くなる断面Ｗ型の分布であること
が測定された場合に、その後の基板の塗布処理におい
て、塗布液供給ノズルからの塗布液の吐出量を略一定に
維持しながら塗布液の吐出時間を短縮して基板中央の膜
厚が厚く基板外周部の膜厚が薄い断面山型の膜厚分布に
調整する第１の膜厚調整工程と、前記断面山型の膜厚分
布が形成された場合に、その後の基板の塗布処理におい
て、塗布液吐出の際の基板の回転速度を上昇させて基板
外周部の膜厚が厚くなるように調整する第２の膜厚調整
工程と、第１の膜厚調整工程および第２の膜厚調整工程
における調整のための条件を用いて爾後の基板の塗布膜
形成を行う工程とを具備することを特徴とする塗布膜形
成方法が提供される。

【００１２】本発明の第２の観点によれば、基板に冷却
処理を施す冷却処理工程と、基板上に塗布液を供給して
塗布膜を形成する工程と、塗布膜の膜厚分布を測定する
工程と、塗布膜の膜厚分布が、基板の中央部から径方向
外方に向かうにつれて膜厚が一旦薄くなり、基板外周部
で再び膜厚が厚くなる断面Ｗ型の分布であることが測定
された場合に、その後の基板の塗布処理において、塗布
液吐出の際の基板の回転速度を低下させて基板中央の膜
厚が厚く基板外周部の膜厚が薄い断面山型の膜厚分布に
調整する第１の膜厚調整工程と、前記断面山型の膜厚分
布が形成された場合に、その後の基板の塗布処理におい
て、前記冷却処理工程の冷却温度を上昇させ基板外周部
の膜厚が厚くなるように調整する第２の膜厚調整工程
と、第１の膜厚調整工程および第２の膜厚調整工程にお
ける調整のための条件を用いて爾後の基板の塗布膜形成
を行う工程とを具備することを特徴とする塗布膜形成方
法が提供される。

【００１３】本発明においては、断面Ｗ型の塗布膜の膜
厚分布が検出された場合、第１の観点のように、その後
の基板の塗布処理において、塗布液供給ノズルからの塗
布液の吐出量を略一定に維持しながら塗布液の吐出時間
を短縮して基板中央の膜厚が厚く基板外周部の膜厚が薄
い断面山型の膜厚分布に調整する第１の膜厚調整工程
と、前記断面山型の膜厚分布が形成された場合に、その
後の基板の塗布処理において、塗布液吐出の際の基板の
回転速度を上昇させて基板外周部の膜厚が厚くなるよう
に調整する第２の膜厚調整工程を行うか、または第２の
観点のように、その後の基板の塗布処理において、塗布
液吐出の際の基板の回転速度を低下させて基板中央の膜
厚が厚く基板外周部の膜厚が薄い断面山型の膜厚分布に
調整する第１の膜厚調整工程と、前記断面山型の膜厚分
布が形成された場合に、その後の基板の塗布処理におい
て、前記冷却処理工程の冷却温度を上昇させ基板外周部
の膜厚が厚くなるように調整する第２の膜厚調整工程を
行い、第１の膜厚調整工程および第２の膜厚調整工程に
おける調整のための条件を用いて爾後の基板の塗布膜形
成を行う。このように、断面Ｗ型の膜厚不均一分布が生
じた場合に、上記いずれかの２段階の膜厚調整を行え
ば、技術者が試行錯誤することなく迅速に膜厚の不均一
を解消することができ、生産性を悪化させることなく均
一な膜厚の塗布膜を形成することができる。

【００１４】本発明の第３の観点によれば、基板に塗布
液を供給して塗布膜を形成する塗布処理ユニットと、基
板を加熱するための加熱処理ユニットと、基板を冷却す
るための冷却処理ユニットと、基板の塗布膜の膜厚分布
を測定する膜厚測定手段とを具備し、前記膜厚測定手段
は、前記加熱処理ユニット、前記冷却処理ユニットとと
もに積層して設けられ、膜厚測定手段の測定結果に基づ
いて、膜厚に寄与するパラメータを調整することを特徴
とする塗布処理システムが提供される。

【００１５】このような構成によれば、基板の膜厚をシ
ステム内でインラインで測定することができるので、膜
厚に不均一分布が生じたことを迅速に把握することがで
き、膜厚測定結果に基づいて、膜厚に寄与するパラメー
タを調整することにより、迅速に後続の基板における塗
布膜の膜厚の不均一を解消することができる。したがっ
て、生産性を悪化させることなく均一な膜厚の塗布膜を
形成することができる。

【００１６】本発明の第４の観点によれば、基板を回転
しつつ塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布処理ユニ
ットと、基板を温調するための冷却ユニットと、基板の
塗布膜の膜厚分布を測定する膜厚測定手段と、基板の処
理条件を制御する制御機構と、を具備し、前記制御機構
は、前記膜厚測定手段の測定結果が、基板の中央部から
径方向外方に向かうにつれて膜厚が一旦薄くなり、基板
外周部で再び膜厚が厚くなる断面Ｗ型の分布である場合
に、その後の基板の塗布処理において、基板中央の膜厚
が厚く基板外周部の膜厚が薄い断面山型の膜厚分布に調
整するように、塗布液の吐出時間または基板の回転速度
を制御し、基板上の塗布膜に前記断面山型の膜厚分 布が
形成された場合に、その後の基板の塗布処理において、
前記制御において、塗布液の吐出時間を制御した際には
基板の回転速度を制御し、前記制御において、基板の回
転速度を制御した際には前記冷却ユニットの温度を制御
することを特徴とする塗布処理システムが提供される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１ないし図３は、各々本発明の実施
の形態が採用された半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と
いう）の塗布現像処理システム１の全体構成の図であっ
て、図１は平面、図２は正面、図３は背面をそれぞれ示
している。

【００１８】この塗布現像処理システム１は、図１に示
すように、被処理基板としてウエハＷをウエハカセット
ＣＲで複数枚、例えば２５枚単位で外部からシステムに
搬入したり、あるいはシステムから搬出したり、ウエハ
カセットＣＲに対してウエハＷを搬入・搬出したりする
ためのカセットステーション１０と、塗布現像工程の中
で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処
理ユニットを所定位置に多段配置してなる処理ステーシ
ョン１１と、この処理ステーション１１に隣接して設け
られる露光装置（図示せず）との間でウエハＷを受け渡
しするためのインターフェイス部１２とを一体に接続し
た構成を有している。

【００１９】前記カセットステーション１０では、図１
に示すように、カセット載置台２０上の位置決め突起２
０ａの位置に、複数個例えば４個までのウエハカセット
ＣＲが、夫々のウエハ出入口を処理ステーション１１側
に向けてＸ方向に一列に載置され、このカセット配列方
向（Ｘ方向）およびウエハカセットＣＲ内に収納された
ウエハのウエハ配列方向（Ｚ方向：垂直方向）に移動可
能なウエハ搬送体２１が各ウエハカセットＣＲに選択的
にアクセスするようになっている。

【００２０】さらにこのウエハ搬送体２１は、θ方向に
回転自在に構成されており、後述するように処理ステー
ション１１側の第３の処理ユニット群Ｇ_３の多段ユニッ
ト部に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）および
イクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスでき
るようになっている。

【００２１】前記処理ステーション１１には、図１に示
すように、ウエハ搬送装置を備えた垂直搬送型の主ウエ
ハ搬送機構２２が設けられ、その周りに全ての処理ユニ
ットが１組または複数の組に亘って多段に配置されてい
る。

【００２２】主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すよう
に、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上
下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持
体４９はモータ（図示せず）の回転軸に接続されてお
り、このモータの回転駆動力によって、前記回転軸を中
心としてウエハ搬送装置４６と一体に回転し、それによ
りこのウエハ搬送装置４６は、θ方向に回転自在となっ
ている。なお筒状支持体４９は前記モータによって回転
される別の回転軸（図示せず）に接続するように構成し
てもよい。

【００２３】ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前
後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これ
らの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハ
Ｗの受け渡しを実現している。

【００２４】また、図１に示すように、この例では、５
つの処理ユニット群Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３、Ｇ_４、Ｇ_５が配
置可能な構成であり、第１および第２の処理ユニット群
Ｇ_１、Ｇ_２の多段ユニットは、システム正面（図１にお
いて手前）側に配置され、第３の処理ユニット群Ｇ_３の
多段ユニットはカセットステーション１０に隣接して配
置され、第４の処理ユニット群Ｇ_４の多段ユニットはイ
ンターフェイス部１２に隣接して配置され、第５の処理
ユニット群Ｇ_５の多段ユニットは背面側に配置されるこ
とが可能である。

【００２５】図２に示すように、第１の処理ユニット群
Ｇ_１では、カップＣＰ内でウエハＷをスピンチャックに
載せて所定の処理を行う２台のスピンナ型処理ユニッ
ト、例えばレジスト塗布装置ユニット（ＣＯＴ）および
現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられて
いる。第２の処理ユニット群Ｇ_２でも、２台のスピンナ
型処理ユニット、例えばレジスト塗布装置ユニット（Ｃ
ＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段
に重ねられている。これらレジスト塗布装置ユニット
（ＣＯＴ）は、レジスト液の排液が機械的にもメンテナ
ンスの上でも面倒であることから、このように下段に配
置するのが好ましい。しかし、必要に応じて適宜上段に
配置することももちろん可能である。

【００２６】図３に示すように、第３の処理ユニット群
Ｇ_３では、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を
行うオーブン型の処理ユニット、例えば冷却処理を行う
クーリングユニット（ＣＯＬ）、レジストの定着性を高
めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユ
ニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメントユニッ
ト（ＡＬＩＭ）、イクステンションユニット（ＥＸ
Ｔ）、露光処理前の加熱処理を行うプリベーキングユニ
ット（ＰＲＥＢＡＫＥ）および露光処理後の加熱処理を
行うポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）が、下
から順に例えば８段に重ねられている。

【００２７】第４の処理ユニット群Ｇ_４でも、オーブン
型の処理ユニット、例えばクーリングユニット（ＣＯ
Ｌ）、イクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴ
ＣＯＬ）、イクステンションユニット（ＥＸＴ）、クー
リングユニット（ＣＯＬ）、プリベーキングユニット
（ＰＲＥＢＡＫＥ）およびポストベーキングユニット
（ＰＯＢＡＫＥ）が下から順に、例えば８段に重ねられ
ている。

【００２８】このように処理温度の低いクーリングユニ
ット（ＣＯＬ）、イクステンション・クーリングユニッ
ト（ＥＸＴＣＯＬ）を下段に配置し、処理温度の高いベ
ーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）、ポストベーキン
グユニット（ＰＯＢＡＫＥ）およびアドヒージョンユニ
ット（ＡＤ）を上段に配置することで、ユニット間の熱
的な相互干渉を少なくすることができる。もちろん、ラ
ンダムな多段配置としてもよい。

【００２９】前記インターフェイス部１２は、図１に示
すように、奥行方向（Ｘ方向）については、前記処理ス
テーション１１と同じ寸法を有するが、幅方向について
はより小さなサイズに設定されている。そしてこのイン
ターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアッ
プカセットＣＲと、定置型のバッファカセットＢＲが２
段に配置され、他方、背面部には周辺露光装置２３が配
置され、さらに、中央部には、ウエハ搬送体２４が設け
られている。このウエハ搬送体２４は、Ｘ方向、Ｚ方向
に移動して両カセットＣＲ、ＢＲおよび周辺露光装置２
３にアクセスするようになっている。前記ウエハ搬送体
２４は、θ方向にも回転自在となるように構成されてお
り、前記処理ステーション１１側の第４の処理ユニット
群Ｇ_４の多段ユニットに属するイクステンションユニッ
ト（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ
受け渡し台（図示せず）にもアクセスできるようになっ
ている。

【００３０】また前記塗布現像処理システム１では、図
１に示すように、既述の如く主ウエハ搬送機構２２の背
面側にも破線で示した第５の処理ユニット群Ｇ_５の多段
ユニットが配置できるようになっているが、この第５の
処理ユニット群Ｇ_５の多段ユニットは、案内レール２５
に沿って主ウエハ搬送機構２２からみて、側方へシフト
できるように構成されている。したがって、この第５の
処理ユニット群Ｇ_５の多段ユニットを図示の如く設けた
場合でも、前記案内レール２５に沿ってスライドするこ
とにより、空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構
２２に対して背後からメンテナンス作業が容易に行える
ようになっている。なお第５の処理ユニット群Ｇ_５の多
段ユニットは、そのように案内レール２５に沿った直線
状のスライドシフトに限らず、図１中の一点鎖線の往復
回動矢印で示したように、システム外方へと回動シフト
させるように構成しても、主ウエハ搬送機構２２に対す
るメンテナンス作業のスペース確保が容易である。

【００３１】このようなレジスト塗布現像処理システム
においては、カセットステーション１０において、ウエ
ハ搬送体２１によりウエハカセットＣＲから一枚のウエ
ハＷが取り出され、処理ユニット群Ｇ_３のイクステンシ
ョンユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウエハ
Ｗは、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置４６によ
り、まず、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）におい
て、レジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭ
ＤＳ処理）が施される。この処理は加熱を伴うため、そ
の後ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６により、クーリン
グユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。引き続
き、ウエハＷは、ウエハ搬送装置４６によりレジスト塗
布ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、後述するようにして
塗布膜が形成される。

【００３２】塗布処理終了後、ウエハＷはプリベーキン
グユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）にてプリベーク処理さ
れ、その後クーリングユニット（ＣＯＬ）にて冷却され
る。冷却されたウエハＷは、アライメントユニット（Ａ
ＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、処
理ユニット群Ｇ_４のイクステンションユニット（ＥＸ
Ｔ）に搬送される。

【００３３】その後、ウエハＷはウエハ搬送体２４によ
りインターフェース部１２に搬送され、周辺露光装置２
３により周辺露光されて余分なレジストが除去された
後、インターフェース部１２に隣接して設けられた図示
しない露光装置により所定のパターンに露光される。

【００３４】露光後のウエハＷは、再びインターフェー
ス部１２に戻され、ウエハ搬送体２４により、イクステ
ンションユニット（ＥＸＴ）に搬送される。そして、ウ
エハＷは、ウエハ搬送装置４６により、いずれかのポス
トベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）に搬送されてポ
ストエクスポージャーベーク処理が施され、次いで、ク
ーリングユニット（ＣＯＬ）により冷却される。

【００３６】その後、ウエハＷは現像ユニット（ＤＥ
Ｖ）に搬送され、そこで露光パターンを現像する。現像
終了後、ウエハＷはいずれかのポストベーキングユニッ
ト（ＰＯＢＡＫＥ）に搬送されてポストベーク処理が施
され、次いで、クーリングユニット（ＣＯＬ）により冷
却される。このような一連の処理が終了後、処理ユニッ
ト群Ｇ_３のイクステンションユニット（ＥＸＴ）を介し
てカセットステーション１０に戻され、いずれかのカセ
ットＣＲに収容される。

【００３７】次に、本実施形態におけるレジスト塗布装
置ユニット（ＣＯＴ）について説明する。図４および図
５は、レジスト塗布装置ユニット（ＣＯＴ）の全体構成
を示す概略断面図および概略平面図である。

【００３８】このレジスト塗布装置ユニット（ＣＯＴ）
の中央部には環状のカップＣＰが配置され、カップＣＰ
の内側にはスピンチャック５２が配置されている。スピ
ンチャック５２は真空吸着によってウエハＷを固定保持
した状態で駆動モータ５４によって回転駆動される。駆
動モータ５４は、ユニット底板５０に設けられた開口５
０ａに昇降移動可能に配置され、たとえばアルミニウム
からなるキャップ状のフランジ部材５８を介してたとえ
ばエアシリンダからなる昇降駆動手段６０および昇降ガ
イド手段６２と結合されている。駆動モータ５４の側面
にはたとえばＳＵＳからなる筒状の冷却ジャケット６４
が取り付けられ、フランジ部材５８は、この冷却ジャケ
ット６４の上半部を覆うように取り付けられている。

【００３９】レジスト塗布時、フランジ部材５８の下端
５８ａは、開口５０ａの外周付近でユニット底板５０に
密着し、これによってユニット内部が密閉される。スピ
ンチャック５２と主ウエハ搬送機構２２の保持部材４８
との間でウエハＷの受け渡しが行われる時は、昇降駆動
手段６０が駆動モータ５４ないしスピンチャック５２を
上方へ持ち上げることでフランジ部材５８の下端がユニ
ット底板５０から浮くようになっている。

【００４０】ウエハＷの表面にレジスト液を供給するた
めのレジストノズル８６は、レジスト供給管８８を介し
てレジスト供給部（後述する）に接続されている。この
レジストノズル８６はレジストノズルスキャンアーム９
２の先端部にノズル保持体１００を介して着脱可能に取
り付けられている。このレジストノズルスキャンアーム
９２は、ユニット底板５０の上に一方向（Ｙ方向）に敷
設されたガイドレール９４上で水平移動可能な垂直支持
部材９６の上端部に取り付けられており、図示しないＹ
方向駆動機構によって垂直支持部材９６と一体にＹ方向
に移動するようになっている。

【００４１】また、レジストノズル８６は、レジスト液
を一旦吐出した後、サックバックされるようになってお
り、これにより、レジスト液の液垂れを防止すると共
に、レジスト液の乾燥を防止している。

【００４２】さらに、レジストノズルスキャンアーム９
２は、レジストノズル待機部９０でレジストノズル８６
を選択的に取り付けるためにＹ方向と直角なＸ方向にも
移動可能であり、図示しないＸ方向駆動機構によってＸ
方向にも移動するようになっている。

【００４３】さらにまた、レジストノズル待機部９０に
おいて、レジストノズル８６の吐出口が溶媒雰囲気室の
口９０ａに挿入され、その中で溶媒の雰囲気に晒される
ことで、ノズル先端のレジスト液が固化または劣化しな
いようになっている。また、複数本のレジストノズル８
６が設けられ、例えばレジスト液の種類に応じてそれら
のノズルが使い分けられるようになっている。

【００４４】レジストノズルスキャンアーム９２の先端
部（ノズル保持体１００）には、ウエハ表面へのレジス
ト液の供給に先立ってウエハ表面にウエハ表面を濡らす
ための溶剤例えばシンナーを供給する溶剤ノズル１０１
が取り付けられている。この溶剤ノズル１０１は図示し
ない溶剤供給管を介して溶剤供給部（後述する）に接続
されている。溶剤ノズル１０１とレジストノズル８６は
レジストノズルスキャンアーム９２のＹ移動方向に沿う
直線上に各々の吐出口が位置するように取り付けられて
いる。

【００４５】ガイドレール９４上には、レジストノズル
スキャンアーム９２を支持する垂直支持部材８６だけで
なく、リンスノズルスキャンアーム１２０を支持しＹ方
向に移動可能な垂直支持部材１２２も設けられている。
このリンスノズルスキャンアーム１２０の先端部にはサ
イドリンス用のリンスノズル１２４が取り付けられてい
る。Ｙ方向駆動機構（図示せず）によってリンスノズル
スキャンアーム１２０およびリンスノズル１２４はカッ
プＣＰの側方に設定されたリンスノズル待機位置（実線
の位置）とスピンチャック５２に設置されているウエハ
Ｗの周辺部の真上に設定されたリンス液吐出位置（点線
の位置）との間で並進または直線移動するようになって
いる。

【００４６】図６はレジスト塗布装置ユニット（ＣＯ
Ｔ）の制御系の構成を示す図である。制御部１３０は、
レジスト塗布装置ユニット（ＣＯＴ）内の各部を制御す
るもので、例えば駆動モータ５４の駆動を制御する他、
レジスト供給部１３１や溶剤供給部１３２等を制御す
る。例えば、制御部１３０は、駆動モータ５４の回転速
度を数段階、例えばレジスト塗布時に３段階に制御して
いる。また、制御部１３０は、レジスト供給部１３１か
らレジストノズル８６へのレジスト液の供給や、溶剤供
給部１３２から溶剤ノズル１０１への溶剤、例えばシン
ナーの供給を制御している。

【００４７】このように構成されたレジスト塗布装置ユ
ニット（ＣＯＴ）において、レジスト液の消費量を従来
よりも少なくすることができる省レジスト方式のレジス
ト液の塗布動作について、以下に説明する。

【００４８】まず、主ウエハ搬送機構２２の保持部材４
８によってレジスト塗布装置ユニット（ＣＯＴ）内のカ
ップＣＰの真上までウエハＷが搬送されると、そのウエ
ハＷは、例えばエアシリンダからなる昇降駆動手段６０
および昇降ガイド手段６２によって上昇してきたスピン
チャック５２によって真空吸着される。主ウエハ搬送機
構２２はウエハＷをスピンチャック５２に真空吸着せし
めた後、保持部材４８をレジスト塗布装置ユニット（Ｃ
ＯＴ）内から引き戻し、レジスト塗布装置ユニット（Ｃ
ＯＴ）へのウエハＷの受け渡しを終える。

【００４９】次いで、スピンチャック５２はウエハＷが
カップＣＰ内の定位置まで下降され、次いで駆動モータ
５４によってスピンチャック５２の回転駆動が開始され
る。その後、レジストノズル待機部９０からのノズル保
持体１００の移動が開始される。このノズル保持体１０
０の移動はＹ方向に沿って行われる。

【００５０】溶剤ノズル１０１の吐出口がスピンチャッ
ク５２の中心（ウエハＷの中心）上に到達したところ
で、溶剤、例えばシンナーを、回転するウエハＷの表面
に供給する。ウエハＷの表面に供給された溶剤は遠心力
によってウエハ中心からその周囲全域にむらなく広が
る。このように、レジスト液の塗布に先立ってシンナー
等の溶剤で半導体ウエハＷ表面の表面全体を濡らす、い
わゆるプリウエット処理を行うことにより、レジストが
より拡散しやすくなり、結果としてより少量のレジスト
液量で均一なレジスト膜を形成することができる。

【００５１】続いて、ノズル保持体１００は、レジスト
ノズル８６の吐出口がスピンチャック５２の中心（ウエ
ハＷの中心）上に到達するまでＹ方向に移動され、レジ
ストノズル８６の吐出口からレジスト液が、回転するウ
エハＷの表面の中心に滴下され、遠心力によりウエハＷ
の中心から周辺に向けて拡散されて、ウエハＷ上にレジ
スト膜が形成される。この時、図示しない排気手段によ
り、吐出するレジスト液の周囲に飛散するミストを回収
し、これにより、後述するように、レジスト膜へのパー
ティクルの付着を防止する。

【００５２】レジスト液の滴下終了後、ウエハＷが所定
の回転速度で回転されて膜厚が調整され、次いで、ウエ
ハＷの回転速度が加速されて、残余のレジスト液が振り
切られるとともに乾燥され、所定厚さのレジスト膜が形
成される。

【００５３】その後、ノズル保持体１００がホームポジ
ションに戻され、図示しない洗浄手段により、ウエハＷ
の背面がバックリンスされ、また、必要があれば、図示
しない洗浄手段により、ウエハＷの側縁部がサイドリン
スされる。その後、ウエハＷの回転速度が加速されて、
バックリンスおよびサイドリンスのリンス液が振り切ら
れ、その後、ウエハＷの回転が停止されて、塗布処理工
程が終了する。

【００５４】次に、図７を参照して、本発明の第１実施
の形態に係るレジスト膜厚形成方法について説明する。
図７の（ａ）は、本発明の第１の実施形態の膜厚形成方
法における膜厚調整を行う前のレジスト膜の膜厚とウエ
ハの位置との関係を示すグラフであり、図７の（ｂ）
は、本発明の第１の実施形態における第１段階の膜厚調
整を行った後におけるレジスト膜の膜厚とウエハの位置
との関係を示すグラフであり、図７の（ｃ）は、本発明
の第１の実施形態における第２段階の膜厚調整を行った
後におけるレジスト膜の膜厚とウエハの位置との関係を
示すグラフである。

【００５５】第１の実施形態においては、まず、ウエハ
Ｗに形成されたレジスト膜の膜厚を測定して、レジスト
の膜厚分布を把握する。このウエハＷの膜厚を検出する
タイミングとしては、塗布・現像工程において、一日に
一回、レジスト膜の膜厚チェックを行うことが考えられ
る。また、塗布・現像を終えたウエハＷの歩留まりが低
下した場合に、その原因を調べる一環として、膜厚をチ
ェックすることが考えられる。このようにして膜厚を測
定する場合には、システム外において、例えばレーザー
光等を利用した膜厚測定装置により行う。

【００５６】また、レジスト塗布現像システム内にこの
ような膜厚測定装置を設ければ、例えば、レジスト塗布
を終え、プリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）に
より露光処理前の加熱処理を行って、クーリングユニッ
ト（ＣＯＬ）により冷却処理を行った後に、インライン
でウエハＷの膜厚を測定することができる。このような
膜厚測定装置は、たとえば図８に示すように、処理ユニ
ット群Ｇ_４の一つの冷却ユニット（ＣＯＬ）の代わりに
設けられた膜厚測定ユニット１１０内に設置することが
できる。このように膜厚測定装置をシステム内に設置す
れば、膜厚測定装置で測定した膜厚分布状態に応じて、
制御部１３０が膜厚に影響する所定のパラメータを調整
するようにすることも可能である。

【００５７】レジスト膜の膜厚を測定して、図７の
（ａ）に示すように、ウエハＷの中央部から径方向外方
に向かうにつれて膜厚が一旦薄くなり、ウエハＷの外周
部で再び膜厚が厚くなる断面Ｗ型の分布であった場合に
は、その後のウエハＷのレジスト塗布処理において、第
１段階の膜厚調整として、レジストノズル８６からのレ
ジスト液の吐出量を略一定に維持しながらレジスト液の
吐出時間を短縮するか、または、レジスト液を吐出して
いる際のウエハＷの回転速度を通常の１０００ｒｐｍか
ら３００ｒｐｍ程度まで低下させる。

【００５８】ここで、レジスト液の吐出量を略一定に維
持しながらレジスト液の吐出時間を短縮して膜厚を調整
する際には、下記の表１に基づいて行うことが好まし
い。この表１は、レジストディスペンス量を設定した際
における、好ましいレジスト吐出条件、およびその際の
ディスペンスレート、吐出ステップ時間設定、実吐出時
間をまとめたものである。例えば、レジストディスペン
ス量が２．０ｍｌの場合には、好ましいレジスト吐出条
件は２．０ｍｌ／２．０ｓｅｃであり、この際のディス
ペンスレートは１．０４ｍｌ／ｓｅｃ、吐出ステップ時
間設定は２．０ｓｅｃ、実吐出時間は１．９７５ｓｅｃ
である。この条件でレジスト液を吐出して塗布膜を形成
して、図７の（ａ）に示すような断面Ｗ型の膜厚分布が
形成された場合に、吐出量一定で吐出時間を短縮するよ
うに調整する場合には、表１に従って、レジスト吐出条
件を２．０ｍｌ／１．５ｓｅｃに調整すればよい。他の
場合にもこの表１に従って、○で示す好ましい条件から
△で示す条件へ微調整し、それでも修正されない場合に
は、さらに表１の−で示す条件でレジスト吐出を調整す
ればよい。

【００５９】

【表１】

【００６０】このような第１段階の膜厚調整を行うこと
により、ウエハＷの外周部の局部的な膜厚を薄くするよ
うに調整することができ、その結果、図７の（ｂ）に示
すように、ウエハＷの中央部から外周に向かうにつれて
膜厚が薄くなる断面山型の膜厚分布のレジスト膜を得る
ことができる。

【００６１】この断面山型のレジスト膜厚分布を得た場
合、その後のウエハＷの塗布処理において、第２段階の
膜厚調整として、第１段階においてレジスト液の吐出時
間を短縮した場合には、レジスト液を吐出している際の
ウエハＷの回転速度を上昇させ、第１段階においてレジ
スト液を吐出している際のウエハＷの回転速度を低下さ
せた場合には、クーリングユニット（ＣＯＬ）による冷
却処理の冷却温度を上昇させる。

【００６２】このような第２段階の膜厚調整を行うこと
により、ウエハＷの外周部の膜厚が厚くなるように膜厚
分布を調整することができ、その結果、図７の（ｃ）に
示すように、略均一な所定の厚みの膜厚を得ることがで
きる。

【００６３】このように、本実施形態では、図７の
（ａ）に示すような断面Ｗ型の膜厚のレジスト膜を検出
した場合には、第１段階の膜厚調整によって、図７の
（ｂ）に示すような断面凸型の膜厚分布とし、第２段階
の膜厚調整によって、図７（ｃ）に示すような略均一な
膜厚を得ることができる。したがって、このように断面
Ｗ型の膜厚不均一分布が生じた場合に、上記第１段階お
よび第２段階の膜厚調整のための条件を用いて爾後のウ
エハＷのレジスト膜形成を行えば、技術者が試行錯誤す
ることなく迅速に膜厚の不均一を解消することができ、
生産性を悪化させることなく均一な膜厚の塗布膜を形成
することができる。

【００６４】次に、本発明の第２実施の形態に係るレジ
スト膜厚調整方法について説明する。この実施形態にお
いても、ウエハＷに形成されたレジスト膜の膜厚を測定
して、レジスト膜の膜厚分布を把握する。この場合にも
第１の実施形態と同様のタイミングでレジスト膜の膜厚
チェックを行えばよく、システム内に設けられた膜厚測
定ユニット１１０の膜厚測定装置でインラインで膜厚を
測定することもできる。

【００６５】本実施形態においては、レジスト膜を測定
して、図９の（ａ）に示すように、ウエハＷの中央部か
ら径方向外方に向かうにつれて膜厚が薄くなる断面山型
の膜厚分布を検出した場合には、レジスト液を吐出して
いる際のウエハＷの回転速度を上昇させるか、またはク
ーリングユニット（ＣＯＬ）による冷却処理の冷却温度
を上昇させることにより膜厚を調整する。

【００６６】このような膜厚調整を行うことにより、ウ
エハＷの外周部の膜厚を全体的に厚くするように調整す
ることができ、その結果、図９の（ｂ）に示すように、
略均一な膜厚を得ることができる。

【００６７】このように、本第２実施の形態では、図９
の（ａ）に示すような断面山型の膜厚分布が測定された
場合に、一回の膜厚調整によって、図９の（ｂ）に示す
ような略均一な所定の厚みの膜厚を得ることができる。
したがって、本実施形態でもこのような膜厚調整を行う
ことにより、技術者が試行錯誤することなく迅速に膜厚
の不均一を解消することができ、生産性を悪化させるこ
となく均一な膜厚の塗布膜を形成することができる。

【００６８】なお、第２の実施形態では、断面山型の膜
厚分布を矯正するためにレジスト液を吐出している際の
ウエハＷの回転速度を上昇させるか、またはクーリング
ユニット（ＣＯＬ）による冷却処理の冷却温度を上昇さ
せたが、これはウエハＷの外周部の膜厚を増加させるた
めの操作であるから、図１０の（ａ）に示すような、ウ
エハＷの中央が薄く外周部が厚い断面谷型の膜厚分布の
場合には、これとは逆に、レジスト液を吐出している際
のウエハＷの回転速度を低下させるか、またはクーリン
グユニット（ＣＯＬ）による冷却処理の冷却温度を低下
させて、ウエハＷの外周部の膜厚を薄くすれば、図１０
の（ｂ）に示すように略均一な膜厚を得ることができ
る。

【００６９】また、上述したように、膜厚測定装置をシ
ステム内の膜厚測定ユニット１１０に組み込めば、イン
ラインでレジスト膜の膜厚を測定することができるの
で、レジスト膜の膜厚に不均一分布が生じたことを迅速
に把握して、その膜厚測定結果に基づいて、膜厚に寄与
する上記パラメータを調整することにより、迅速に膜厚
の不均一を解消することができ、生産性を悪化させるこ
となく均一な膜厚の塗布膜を形成することができる。

【００７０】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々の変形が可能である。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ＬＣＤ基板にレジスト液を塗布する場合にも
本発明を適用することができる。また、塗布膜としても
レジスト膜に限らず他の膜であってもよい。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
断面Ｗ型の塗布膜の膜厚分布が検出された場合、その後
の基板の塗布処理において、第１の膜厚調整工程とし
て、塗布液供給ノズルからの塗布液の吐出量を略一定に
維持しながら塗布液の吐出時間を短縮して基板中央の膜
厚が厚く基板外周部の膜厚が薄い断面山型の膜厚分布へ
の調整を行い、第２の膜厚調整工程として、前記断面山
型の膜厚分布が形成された場合に、その後の基板の塗布
処理において、塗布液吐出の際の基板の回転速度を上昇
させて基板外周部の膜厚が厚くなるような調整を行う
か、または、その後の基板の塗布処理において、第１の
膜厚調整工程として、塗布液吐出の際の基板の回転速度
を低下させて基板中央の膜厚が厚く基板外周部の膜厚が
薄い断面山型の膜厚分布への調整を行い、第２の膜厚調
整工程として、前記断面山型の膜厚分布が形成された場
合に、その後の基板の塗布処理において、前記冷却処理
工程の冷却温度を上昇させ基板外周部の膜厚が厚くなる
ような調整を行い、第１の膜厚調整工程および第２の膜
厚調整工程における調整のための条件を用いて爾後の基
板 の塗布膜形成を行うので、技術者が試行錯誤すること
なく迅速に膜厚の不均一を解消することができ、生産性
を悪化させることなく均一な膜厚の塗布膜を形成するこ
とができる。

【００７２】さらに、基板の膜厚をシステム内でインラ
インで測定するようにすれば、膜厚に不均一分布が生じ
たことを迅速に把握して、その膜厚測定結果に基づい
て、膜厚に寄与するパラメータを調整することにより、
迅速に後続の基板における塗布膜の膜厚の不均一を解消
することができ、生産性を悪化させることなく均一な膜
厚の塗布膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である半導体ウエハの塗
布現像処理システムの全体構成の平面図。

【図２】図１に示す塗布現像処理システムの正面図。

【図３】図１に示す塗布現像処理システムの背面図。

【図４】図１に示した塗布現像処理システムに装着した
レジスト塗布装置の全体構成の断面図。

【図５】図４に示したレジスト塗布装置の平面図。

【図６】図４に示したレジスト塗布装置の制御系の構成
を示す図。

【図７】本発明の第１実施の形態の塗布膜形成方法を説
明するための図。

【図８】膜厚測定装置が設置された膜厚測定ユニットを
備えたレジスト塗布現像処理システムの一部を示す背面
図。

【図９】本発明の第２の実施形態の塗布膜形成方法を説
明するための図。

【図１０】断面谷型の膜厚分布を測定した場合の膜厚調
整工程を説明するための図。

【図１１】従来のレジスト塗布装置の概略構成図。

【符号の説明】

５２……スピンチャック ８６……レジストノズル（塗布液供給ノズル） １１０……膜厚測定ユニット １３０……制御部 Ｗ……半導体ウエハ（基板） ＣＯＴ……レジスト塗布装置ユニット ＰＲＥＢＡＫＥ……プリベーキングユニット（加熱処理
ユニット） ＣＯＬ……クーリングユニット（冷却処理ユニット）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６４Ｄ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05C 11/08 B05C 5/00 101 B05D 1/40 G03F 7/16 H01L 21/027

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に塗布液を供給して塗布膜を形成
   する工程と、 塗布膜の膜厚分布を測定する工程と、 塗布膜の膜厚分布が、基板の中央部から径方向外方に向
   かうにつれて膜厚が一旦薄くなり、基板外周部で再び膜
   厚が厚くなる断面Ｗ型の分布であることが測定された場
   合に、その後の基板の塗布処理において、塗布液供給ノ
   ズルからの塗布液の吐出量を略一定に維持しながら塗布
   液の吐出時間を短縮して基板中央の膜厚が厚く基板外周
   部の膜厚が薄い断面山型の膜厚分布に調整する第１の膜
   厚調整工程と、 前記断面山型の膜厚分布が形成された場合に、その後の
   基板の塗布処理において、塗布液吐出の際の基板の回転
   速度を上昇させて基板外周部の膜厚が厚くなるように調
   整する第２の膜厚調整工程と、 第１の膜厚調整工程および第２の膜厚調整工程における
   調整のための条件を用いて爾後の基板の塗布膜形成を行
   う工程とを具備することを特徴とする塗布膜形成方法。
2. 【請求項２】 基板に冷却処理を施す冷却処理工程と、 基板上に塗布液を供給して塗布膜を形成する工程と、 塗布膜の膜厚分布を測定する工程と、 塗布膜の膜厚分布が、基板の中央部から径方向外方に向
   かうにつれて膜厚が一旦薄くなり、基板外周部で再び膜
   厚が厚くなる断面Ｗ型の分布であることが測定された場
   合に、その後の基板の塗布処理において、塗布液吐出の
   際の基板の回転速度を低下させて基板中央の膜厚が厚く
   基板外周部の膜厚が薄い断面山型の膜厚分布に調整する
   第１の膜厚調整工程と、 前記断面山型の膜厚分布が形成された場合に、その後の
   基板の塗布処理において、前記冷却処理工程の冷却温度
   を上昇させ基板外周部の膜厚が厚くなるように調整する
   第２の膜厚調整工程と、 第１の膜厚調整工程および第２の膜厚調整工程における
   調整のための条件を用 いて爾後の基板の塗布膜形成を行
   う工程とを具備することを特徴とする塗布膜形成方法。
3. 【請求項３】 基板に塗布液を供給して塗布膜を形成す
   る塗布処理ユニットと、 基板を加熱するための加熱処理ユニットと、 基板を冷却するための冷却処理ユニットと、 基板の塗布膜の膜厚分布を測定する膜厚測定手段とを具
   備し、前記膜厚測定手段は、前記加熱処理ユニット、前記冷却
   処理ユニットとともに積層して設けられ、 膜厚測定手段の測定結果に基づいて、膜厚に寄与するパ
   ラメータを調整することを特徴とする塗布処理システ
   ム。
4. 【請求項４】 前記膜厚測定手段で測定された膜厚分布
   状態に応じて、膜厚に影響する所定のパラメータを調整
   する制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項
   ３に記載の塗布処理システム。
5. 【請求項５】 基板を回転しつつ塗布液を供給して塗布
   膜を形成する塗布処理ユニットと、 基板を温調するための冷却ユニットと、 基板の塗布膜の膜厚分布を測定する膜厚測定手段と、 基板の処理条件を制御する制御機構と、 を具備し、前記制御機構は、 前記膜厚測定手段の測定結果が、基板
   の中央部から径方向外方に向かうにつれて膜厚が一旦薄
   くなり、基板外周部で再び膜厚が厚くなる断面Ｗ型の分
   布である場合に、その後の基板の塗布処理において、基
   板中央の膜厚が厚く基板外周部の膜厚が薄い断面山型の
   膜厚分布に調整するように、塗布液の吐出時間または基
   板の回転速度を制御し、基板上の塗布膜に前記断面山型
   の膜厚分布が形成された場合に、その後の基板の塗布処
   理において、前記制御において、塗布液の吐出時間を制
   御した際には基板の回転速度を制御し、前記制御におい
   て、基板の回転速度を制御した際には前記冷却ユニット
   の温度を制御することを特徴とする塗布処理システム。
6. 【請求項６】 前記膜厚測定手段は、前記塗布処理ユニ
   ット、および冷却処理ユニットとともに同一筐体内に設
   けられていることを特徴とする請求項５に記載の塗布処
   理システム。