JP3976167B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レジスト等の処理液を基板上へ吐出して塗布処理等の基板の処理を行う基板処理装置に関し、特に、基板上へ処理液を供給する処理液供給系の改良に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスなどにおいて、例えば基板の表面に塗布膜を形成する塗布処理は、スピンチャックにより基板を水平姿勢に保持して鉛直軸回りに回転させつつ、吐出ノズルからレジストを基板上へ吐出して行われる。この場合、レジストを吐出ノズルへ送って吐出ノズルから吐出させるレジスト供給方式としては、密閉容器内に貯留されたレジストの液面を不活性ガスなどにより常時加圧しておき、密閉容器と吐出ノズルとを流路的に接続する送液配管の途中に介挿された開閉弁の開閉動作を制御して吐出ノズルからのレジストの吐出動作を制御する方式（以下、「第１の供給方式」という）、レジストが貯留された液溜め部と吐出ノズルとを流路的に接続する送液配管の途中に介挿された空圧ポンプなどによりレジストを加圧制御して送り出すとともに、送液配管の途中に介挿された開閉弁の開閉動作を制御して吐出ノズルからのレジストの吐出動作を制御する方式（以下、「第２の供給方式」という）、ならびに、レジストが貯留された液溜め部と吐出ノズルとを流路的に接続する送液配管の途中に介挿された電動ポンプをプログラム制御しつつレジストを加圧して送り出すとともに、送液配管の途中に介挿された開閉弁の開閉動作を制御して吐出ノズルからのレジストの吐出動作を制御する方式（以下、「第３の供給方式」という）がある。
【０００３】
上記した第１の供給方式では、密閉容器内のレジストの液面を一定圧力で加圧してレジストを送液し、第２の供給方式では、空圧ポンプなどによりレジストを一定圧力に加圧してレジストを送液するため、加圧部（密閉容器やポンプ）より下流側における送液配管やフィルタなどの圧力損失が変化すると、送液配管内を流れるレジストの流速が変わることになる。このため、一定時間内に吐出ノズルから基板上へ吐出される総吐出量が設定量通りとなることは必ずしも保証されないので、送液配管やフィルタなどの圧力損失の機差や経時変化により、基板の表面に形成される塗布膜の状態に影響が出る。
【０００４】
一方、第３の供給方式によると、加圧部（電動ポンプ）の体積変化率や総体積変化量がプログラム通りとなるようにモータによって電動ポンプが駆動制御されるので、一定時間内に電動ポンプによって送り出され吐出ノズルから基板上へ吐出されるレジストの総吐出量は、ほぼ一定であり、送液配管やフィルタなどの圧力損失の機差や経時変化によって左右されにくい。しかしながら、第３の供給方式では、吐出期間内における吐出圧力波形（吐出圧力の変化の状態）が機差や経時変化によって左右されるため、吐出ノズルから吐出されるレジストの初速度の違いなどが、基板の表面に形成された塗布膜の厚みに影響を及ぼすことがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レジストには、粘度や溶媒の気化速度などの違いから、吐出ノズルから基板上への総吐出量が変わると塗布膜の状態が大きく影響を受けるが吐出速度には影響されにくいタイプのものと、総吐出量よりも吐出速度、すなわち基板表面に吐出液が当たる圧力に塗布膜の状態が大きく影響されるタイプのものとがある。したがって、前者のタイプのレジストを使用する塗布処理では、上記した第３の供給方式を採用し、後者のタイプのレジストを使用する塗布処理では、上記した第１または第２の供給方式を採用すればよいことになる。しかしながら、レジストのタイプに応じてレジスト供給装置を使い分けることは、現実的には困難であり、レジストのタイプによっては上記したいずれかの問題点が生じることになる。
【０００６】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、吐出ノズルから基板上へ処理液を吐出するときの吐出圧力および一定時間内における総吐出量のうちのいずれについても、必要に応じて安定化させることが可能であって、基板の表面に液膜を常に良好な状態で形成することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、基板を保持する基板保持手段と、処理液を貯留する液溜め部と、前記基板保持手段に保持された基板上へ処理液を吐出する吐出ノズルと、この吐出ノズルと前記液溜め部とを流路的に接続する送液配管と、この送液配管の途中に介挿されモータによって駆動されるポンプと、を備えた基板処理装置において、前記送液配管の途中の、前記ポンプと前記吐出ノズルとの間に、送液配管を通って吐出ノズルへ送られる処理液の圧力を検出する液圧検出手段を介挿し、一定時間内における前記吐出ノズルからの処理液の総吐出量を安定化させるためのシーケンス動作と、前記液圧検出手段によって検出される圧力に基づいて前記モータをフィードバック制御して、前記送液配管を通って前記吐出ノズルへ送られる処理液の圧力を安定化させるための動作とに従って、前記ポンプにそれぞれの動作をさせる制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る発明の基板処理装置においては、モータによりポンプが駆動されて、液溜め部に貯留された処理液が送液配管を通って吐出ノズルへ送られ、吐出ノズルから処理液が基板上へ吐出されるので、一定時間内における処理液の総吐出量が安定化するようにプログラム制御することが可能である。また、送液配管の途中に介挿された液圧検出手段により、送液配管を通って吐出ノズルへ送られる処理液の圧力が検出され、その検出圧力に基づいて制御手段により、送液配管を通って吐出ノズルへ送られる処理液の圧力が安定化するようにポンプのモータをフィードバック制御して、基板表面に所望通りの液膜が形成されるようにすることが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の１つである基板回転式塗布装置（スピンコータ）の概略構成を示す模式図である。このスピンコータは、基板、例えば半導体ウエハＷを水平姿勢に保持するスピンチャック１０を有し、スピンチャック１０に保持されたウエハＷは、スピンチャック１０を支持する回転支軸１２に連結されたスピンモータ１４によって鉛直軸回りに回転させられる。スピンモータ１４は、モータコントローラ１６によって駆動制御される。図示していないが、スピンチャック１０に保持されたウエハＷの側方および下方を取り囲むように回収カップが配設されている。また、スピンチャック１０に保持されたウエハＷの上方には、ウエハＷの表面へ塗布液、例えばレジストを吐出する吐出ノズル１８が配設されている。
【００２１】
吐出ノズル１８は、レジストが貯留された液溜め部２０に送液配管２２を介して流路的に接続されている。送液配管２２の途中には、モータ２４によって駆動される電動ポンプ２６が介挿されている。電動ポンプ２６の下流側にはフィルタ２８が設けられ、フィルタ２８の下流側に液圧センサ３０が設置されている。さらに、液圧センサ３０と吐出ノズル１８との間に開閉制御弁３２が介挿されている。また、送液配管２２の、開閉制御弁３２から吐出ノズル１８迄の区間は、ヒータ３４により送液配管２２内を流れるレジストの温度が調整されるようになっている。ヒータ３４は、温調制御ユニット３６によって制御される。
【００２２】
スピンチャック１０や吐出ノズル１８などの上方には、環境調節ユニット３８が配設されている。この環境調節ユニット３８からは、所定温度に調節されたクリーンエアーが所定流速で下向きに常時供給されており、クリーンエアーは、回収カップの上面開口を通って回収カップ内に流入している。
【００２３】
また、このスピンコータは、モータコントローラ１６、電動ポンプ２６のモータ２４、開閉制御弁３２、温調制御ユニット３６および環境調節ユニット３８をそれぞれ制御するＣＰＵ４０を備えている。このＣＰＵ４０には、液圧センサ３０からの検出信号が入力するようになっている。また、ＣＰＵ４０には、メモリ４２が接続されている。メモリ４２には、電動ポンプ２６の２種類の動作シーケンス、すなわち、総吐出量を安定化させるための通常の動作シーケンスと、液圧センサ３０によって検出される圧力に基づいて電動モータ２６をフィードバック制御して吐出圧力を安定化させる動作シーケンスとをそれぞれ実行させるプログラムが記憶されている。また、メモリ４２には、送液配管２２内を通って吐出ノズルへ送られるレジストの圧力の変化に対応してスピンモータ１４の回転数、開閉制御弁３２の開閉タイミング、レジストの温度、クリーンエアーの温度、流速などのパラメータを補正するためのデータベースが記憶されている。
【００２４】
図１に示した構成を有するスピンコータにおいて、一定時間内におけるレジストの総吐出量が変化すると塗布膜の状態に大きく影響を及ぼすが吐出速度（吐出圧力）には影響されにくいタイプのレジストを使用する場合には、液圧センサ３０によって検出されるレジストの圧力に関係無く、一定時間内におけるレジストの総吐出量が安定化するようにＣＰＵ４０からの制御信号によってモータ２４が駆動制御され、通常の動作シーケンスに従って電動ポンプ２６が動作する。
【００２５】
一方、レジストの総吐出量よりも吐出速度（吐出圧力）の変化に塗布膜の状態が大きく影響されるタイプのレジストを使用する場合には、別の動作シーケンスに従って電動ポンプ２６を動作させるようにＣＰＵ４０からの制御信号によってモータ２４を駆動制御する。すなわち、液圧センサ３０により検出されてＣＰＵ４０に入力された検出信号に基づいてＣＰＵ４０からモータ２４へ制御信号を出力し、フィルタ２８の下流側における圧力が一定となるように電動ポンプ２６をフィードバック制御する。
【００２６】
また、電動ポンプ２６のフィードバック制御と共に、液圧センサ３０によって検出される圧力の変化に対応して、メモリ４２に記憶されたデータベースに基づきスピンモータ１４の回転数、開閉制御弁３２の開閉タイミング、レジストの温度、クリーンエアーの温度、流速などのパラメータのうちの１つもしくは２つ以上を補正するように、ＣＰＵ４０からモータコントローラ１６、開閉制御弁３２、温調制御ユニット３６、環境調節ユニット３８などへ制御信号を送るようにする。このように、液圧センサ３０によって検出される圧力変化に対応させて各種パラメータを補正することにより、塗布処理終了後にウエハＷの表面に形成された塗布膜の厚みを実際に膜厚計によって測定しなくても、ウエハＷへのレジストの塗布処理を行いながらレジストの塗布状態を調整することが可能になる。このため、処理の失敗したウエハＷの発生を防止することができ、ウエハＷを無駄にすることが無くなる。
【００２７】
なお、上記した実施形態では、液圧センサ３０をフィルタ２８と開閉制御弁３２との間の１個所だけに設置したが、液圧センサ３０の設置位置は、電動ポンプ２６の下流側であればどこでもよく、また吐出ノズル１８に近いほど好ましい。また、液圧センサ３０を複数個所に設置すると、より確実な制御動作を行わせることができる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の基板処理装置を使用すると、処理液の種類などによって制御動作を選択することにより、吐出ノズルから基板上へ処理液を吐出するときの吐出圧力および一定時間内における総吐出量のうちのいずれについても、必要に応じて安定化させることができ、このため、基板の表面に液膜を常に良好な状態で形成することができる。また、処理液供給系においてフィルタの劣化などによる圧力損失の経時変化があっても、それによる送液圧力の変化を検出して、自動的に処理条件などを補正することが可能になり、このため、装置性能の長期安定性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の１つである基板回転式塗布装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ スピンチャック
１２ 回転支軸
１４ スピンモータ
１６ モータコントローラ
１８ 吐出ノズル
２０ 液溜め部
２２ 送液配管
２４ モータ
２４ 電動ポンプ
２８ フィルタ
３０ 液圧センサ
３２ 開閉制御弁
３４ ヒータ
３６ 温調制御ユニット
３８ 環境調節ユニット
４０ ＣＰＵ
４２ メモリ
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (1)

1. 基板を保持する基板保持手段と、
   処理液を貯留する液溜め部と、
   前記基板保持手段に保持された基板上へ処理液を吐出する吐出ノズルと、
   この吐出ノズルと前記液溜め部とを流路的に接続する送液配管と、
   この送液配管の途中に介挿されモータによって駆動されるポンプと、
   を備えた基板処理装置において、
   前記送液配管の途中の、前記ポンプと前記吐出ノズルとの間に、送液配管を通って吐出ノズルへ送られる処理液の圧力を検出する液圧検出手段を介挿し、
   一定時間内における前記吐出ノズルからの処理液の総吐出量を安定化させるためのシーケンス動作と、前記液圧検出手段によって検出される圧力に基づいて前記モータをフィードバック制御して、前記送液配管を通って前記吐出ノズルへ送られる処理液の圧力を安定化させるための動作とに従って、前記ポンプにそれぞれの動作をさせる制御手段を備えたことを特徴とする基板処理装置。

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