JP4108767B2 - 化学薬品スピンコーテイングのための方法および装置 - Google Patents
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Description
背景技術
１．発明の分野
本発明は概ね半導体組立て部品、およびより特別には、半導体装置の組立て部品内に使用される基体回路基板のスピンコーテイングのための装置および方法に関する。
２．関連技術の記載
半導体のような多種のソリッドステート装置の組立て部品には平面の基体回路基板か、さもなくば当業者にウエハーとして知られているものの使用が求められる。これらの装置の組立て時の重要な配慮事項は各製造されたウエハーから残された機能し得る型の最終的な数（即ち生産高）である。これらの機能し得る型は梱包され、（電気的およびその他の）テストを受け、かつ必要なテストをパスした実質的に全ての梱包型は販売される。従ってこれらの製品の製造業者にとって最も重要なことは製造高の増加による量産効果を得ることである。典型的には、個々の型寸法によって、１０００個またはそれより多くの型が１個のウエハーに関して製造され得る。これらのウエハーは典型的には直径が６ないし１２インチである。
典型的な製造には多数の工程を要し、その際に数種の材料層がウエハーの表面上に積層されかつパターン付される。ひとたび完成すると、これらの層は得られる回路または装置のために必要な所望の半導体構造を形成する。理解されるように、最終的な機能し得る生産高は臨界的に各種工程中における各層の適切な適用に掛かっている。これらの層の適切な適用は典型的には、ウエハーの表面上に材料の均一な被覆を効果的に、環境に優しく、かつ製造容易に形成する能力に依存している。
半導体装置の製造に使用される各種の製造工程は、ウエハーの表面上にパターンを形成するために写真平版術を使用する。よく知られているように、写真平版術は網線マスクを通して光エネルギーがフォトレジスト材料上に（ステップ露光カメラを使用して）供給される方法であり、このフォトレジスト材料はパターンを形成するためにウエハー上に供給されており、そこで引き続きエッチングが起こる。これらの面パターンはウエハーの表面上に構成される所望構造の２次元レイアウトを意味している。従ってフォトレジスト材料が均一に分散されたコーテイングの形で供給され、一方同時に微粒子発生最小化の保証されることが重要である。当業者によく知られているように、微粒子の発生が最小化されまたは除去されると、所望パターンの転化が増し、またパターンの密度を増すことが可能になる。
従来、ウエハーの面上へのフォトレジストコーテイングの適用は、排気されている静止ボウル内で高速旋回中のウエハー上にフォトレジスト流体を投入することにより達成されている。概ね、この排気されている静止ボウルは余分の流体を捕獲しかつ微粒子を除去するのに使用されている。フォトレジスト流体がひとたび供給されると、ウエハーの高速回転による遠心力がフォトレジスト流体の表面張力に打ち勝ち、これによりフォトレジスト流体がウエハーの面を越えて飛散してしまう。
ウエハー旋回の副作用はウエハー面の直上および近傍空間中に空気流を誘導することである。まずいことに、この空気流はウエハーの縁でウエハー面からのフォトレジスト粒子の離散を引き起こしやすいことである。フォトレジストがウエハーの縁から離れると、この浮遊状態のフォトレジスト粒子がそれまでに新鮮なフォトレジストが供給されているその他のウエハー面へ返って汚染する。これらの粒子は静止ボウルの一部である排気システムにより除去され得るかもしれないが、この排気はフォトレジスト溶剤フィルムを不均一に乾かしかつ、このようにして、旋回工程中にウエハー面上にフォトレジストの不均一なコーテイングを作るという望ましくない効果をもたらす。フォトレジスト粒子によるフォトレジストフィルムの逆流汚染およびフォトレジストフィルムの不均一な乾燥は、従って従来のスピンコーテイングプロセスの好ましくない収率減少副作用である。
従来のスピンコーテイング方法による別の問題は、旋回ウエハーの外縁のフォトレジスト流体のビードである。特に、旋回中にウエハー面に対するフォトレジストフィルムの表面張力と粘着力がウエハーの縁にフォトレジストの“厚い領域”を形成すると信じられている。このビードは特にウエハーの外縁またはその近傍に配置される機能装置に顕著なロスを起こし得る。
ウエハーの縁のビードによる更に別の問題は、ウエハーが通常カセット内に貯蔵されかつ、縁の増大した厚さはそれらが貯蔵カセットに接触した時に破壊するという不幸な効果をもたらすことである。勿論、ウエハーがどのように破壊されても、生産高へのロスが同時に生ずる。
図１はウエハー１６をスピンコーテイングするための従来型開放ボウル装置１０の図面である。ウエハー１６は典型的には可回転チャック１４上に配置され、このチャックは軸１８によりスピン用モーターユニット２０に剛直に接続されている。示されているように、このスピンチャック１４およびウエハー１６は開放静止ボウル１２内に位置している。この開放静止ボウル１２は適当な排出通路２２を包含し、この排出通路はスピンコーテイング工程中に開放静止ボウル１２内で作られた粒子を排出するのに使用される。まずいことに、スピンコーテイング作業中に作られる粒子除去のための従来の方法は、適当量よりも少なかった。
スピンコーテイング作業中に、多数の空気流１７がスピンチャック１４の直上および近傍の空気中に作られ得る。上述のように、この空気流１７はフォトレジストの微粒子を作り易く、この微粒子は上述の逆流汚染問題を起こす。
上述に鑑み、ウエハーの面上に実質的に均一なスピンコートされた材料を容易に提供し、しかも粒子の発生量を容易に減す装置および方法が求められている。
発明の概要
大雑把に言えば、本発明はウエハーの表面上に化学薬品を均一にスピンコーテイングするための方法と装置を提供してこれらのニーズを満たすものである。本発明はプロセス、装置、システム、器具、または方法のような多くのやり方で履行され得る。本発明の各種の創意に富む実施例が以下に記載される。
一つの実施例では、回路基板の表面上に化学薬品をスピンコーテイングするための装置が開示されている。この装置は回路基板を支持するための１個のボウルを包含し、このボウルは回路基板のレベルより低い位置に形成された多数の排出孔を備えている。この装置は更に１個の蓋を包含し、この蓋は回路基板の上方の予め定められた距離の位置を占めかつボウルに噛み合うように形成された平坦な面を備えている。更に、多数の噴射孔がボウルの底部に配置され、溶剤が回路基板の下側に供給されるように構成されている。この多数の噴射孔は１個の溶剤噴射リング近傍に位置しており、この溶剤噴射リングはボウルの外側から供給されかつ遠心力によりボウル内の回路基板の下側外縁へ駆動される流体溶剤を受け入れるように形成されている。この供給された流体溶剤は実質的に回路基板外縁のビードを減しかつ回路基板の下側にある微粒子を洗い流すように構成されている。
別の実施例では、素材をスピンコーテイングするための装置が開示されている。この装置は素材を保持するための１個のボウルとボウルの頂面上に装着される１個の蓋を包含している。多数の底部排出孔は好ましくはボウルの外周縁に沿い形成される。多数の噴射孔の夫々はボウルの外底面上に位置する第１端部を備え、かつ多数の噴射孔の夫々はボウルの内面上に位置する対応する第２端部を備え、第１端部と第２端部は接続されて１個の通路を形成している。更に、これらの多数の噴射孔は第１半径方向距離に位置し、この第１半径方向距離は多数の噴射孔の第２端部の第２半径方向距離より小さい。
更に別の実施例では、回路基板上に化学薬品をスピンコーテイングするための方法が開示されている。この方法は回路基板上に化学薬品を供給する工程と回路基板を保持するように形成された閉じたボウル内に回路基板を包み込む工程を包含している。この方法はまた閉じたボウルを旋回させて化学薬品を回路基板の頂面上に広げる工程を包含している。それから、閉じたボウル内に溶剤を噴射しその噴射された溶剤がボウルの旋回中に回路基板の下面に供給され、この噴射された溶剤が回路基板上に供給された化学薬品の端縁ビードを減しかつウエハーの下側に集まる微粒子を洗い流すように構成されている。更に、この溶剤はボウルの内部から付着ごみや化学薬品を洗い流すことによりボウルの内側を効果的に清掃する。
上記実施例の一つの利点は、蓋がウエハーを包みかつスピンコーテイング工程中にウエハー面上の環境を遮断するように形成されていることである。スピニングボウルの底部を通して形成されている多数の噴射孔は流体溶剤をウエハーの下側に供給し従って端部ビードを抑制するようにウエハーの下側を洗い流すのに適している。好ましい実施例においては、多数の噴射孔は１個のリング内に位置しており、このリングは旋回ボウルの外側に供給された流体溶剤を受けるのによく適している。供給された流体溶剤は遠心力により孔を通してウエハーの背面上に送られる。この流体溶剤は遠心力によりウエハーの端縁に送られ、ウエハーの下側と縁およびボウルの内側領域を洗い流す。
１個の別の実施例には、回路基板上に化学薬品をスピンコーテイングするための装置が開示されている。この装置は回路基板を支持するための起立支持部を有するボウルを包含している。このボウルはボウルの外領域近傍で流体を保持し得るキャビテイーを区画する湾曲壁を包含している。この装置は更に湾曲壁に噛み合う形状の蓋を包含している。この蓋は好ましくは実質的に平坦な下面を備え、この下面は回路基板の頂面近傍に配置される。更に、この装置は排出リングに沿い形成された流体噴射孔を包含し、この排出リングは回路基板の下方に形成されている。これらの流体噴射孔は回路基板の外縁近傍の回路基板の下側に指向している。またこの装置はボウルの床領域上に形成されている多数の排出孔を包含している。これらの多数の排出孔はボウルの外側領域から離れており、ボウルが旋回中に流体を保持するキャビテイーを形成し、かつボウルが実質的に停止し始めると流体の排出を可能にする。
別の実施例による回路基板のスピンコーテイング方法も開示されている。この方法はボウル内に支持されている回路基板上にスピンコートされるべき化学薬品を供給する工程を包含している。このボウルはボウルの外縁に流体保持用キャビテイーを備えている。更にこの方法はボウル内に回路基板を包み込む工程と、包み込まれたボウルを旋回して供給した化学薬品をウエハーの表面上にスピンコートする工程とを包含している。更に、この方法は溶剤をウエハーの下側外縁に噴射してウエハーの縁から余分の化学薬品ビードを除去する工程と、包み込んだボウルが旋回中に流体保持キャビテイー内に回路基板から飛び散った溶剤および余分の化学薬品ビードを集める工程とを包含している。更に、この方法は流体保持キャビテイー内に集められた余分の化学薬品ビードおよび溶剤を包み込んだボウルが非旋回状態に近付いた時に排出する工程を包含している。
別の実施例の利点は蓋がスピンコーテイング工程中にウエハーを包み込みかつウエハー上方の環境をシールするように形成されていることである。旋回ボウルの床内に形成されている多数の噴射孔はウエハーの下側に溶剤を供給して供給化学薬品（例えば、フォトレジスト、ＳＧＯ、および絶縁体上被覆）の端縁ビードを阻止するのに適している。概ね、ウエハーの下側に供給される溶剤はボウル旋回時に生ずる遠心力により旋回ボウル内に送り込まれる。従って、供給された溶剤はまた各スピンコーテイング作業後のボウルの内部清掃に使用され、生産高減少を起こす化学薬品の堆積を減す。
更に、別実施例におけるボウル内の流体保持キャビテイーは、ウエハー上にスピンコートされた余分の化学薬品と共にウエハーの下側に供給される溶剤材料の保持によく適している。好ましくは、ボウルが旋回中には実質的に全ての流体がキャビテイー内に保持され、かつボウルが停止すると、その流体はボウルの床内に形成されている排出孔を通して排出され得る。追加の利点として、スピンコーテイング作業中にキャビテイー内に流体を捕獲することにより、生産高減少微粒子の生成が実質的に減少する。更に別の実施例では、ボウルの延長部が捕獲カップのスプラッシュリングとでラビリンスを形成するのに適しており、これによりボウル／捕獲カップシステムの外への微粒子混入空気の流出を実質的に減す。
本発明の他の側面および利点は、本発明の原理を例示する添付図面に関連した以下の説明により明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図と共に以下の詳細な記述により容易に理解されるであろう。
図１は、従来型開放ボウルの配置でスピンコートされる基体回路基板の縦断面図である。
図２Ａは、本発明の１実施例に関する、可回転ボウル及び蓋の分解図である。
図２Ｂは、本発明の１実施例に関する、可回転ボウルの上端面図である。
図２Ｃは、本発明の１実施例に関する、ウェハー及び、蓋を可回転ボウルに機械的に適用したり、取り外したりするためのロック軸を包含した可回転ボウルを示す縦断面図である。
図２Ｄは、本発明の１実施例に関して使用される蓋の上端面図である。
図２Ｅは、本発明の１実施例に関する、流体排出孔を備えた可回転ボウルの１部分の拡大側面図である。
図２Ｆは、本発明の１実施例に関する、典型的なスピン周期中のウェハーの概略縦断面図である。
図２Ｇは、本発明の１実施例に関する、スピンコートティング処理後の実質的に均一な被覆層を備えたウェハーの縦断面図である。
図３は、本発明の１実施例に関する、捕獲カップを包含した典型的なスピンコーティングシステムを示している。
図４Ａは、本発明の１実施例に関する、可回転ボウル及び蓋の分解図である。
図４Ｂは、本発明の１実施例に関する、図４Ａの可回転ボウルの縦断面図である。
図４Ｃは、本発明の１実施例に関する、ウェハースピンコーティング操作中に流体を保持するキャビティーを示している図４Ｂの可回転ボウルの拡大側面図である。
図５Ａは、本発明の１実施例に関する、スピンコーティング操作中にキャビティーに取り込まれた使用コーティング流体の縦断面図である。
図５Ｂは、本発明の１実施例に関する、溶剤後部すすぎが実施された後の使用コーティングの縦断面図である。
図６Ａは、本発明の１実施例に関する、捕獲カップ及びスプラッシュリングを包含した典型的なスピンコーティングシステムである。
図６Ｂは、本発明の１実施例に関する、可回転ボウルの延長部及び図６Ａの捕獲カップのスプラッシュリングによって形成されたラビリンスの拡大縦断面図である。
発明を実施するための最良の形態
改良されたスピンコートの均一性をもたらす閉鎖式半導体処理ボウルの発明が開示されている。本発明はフォトレジスト化学薬品の使用に特に適しているが、スピングラス（ＳＯＧ）のような他の物質もコーティング均一性を改良するのによく適した適用処理法を見出すことができる。本発明の種々の実施例は、いかなる形態でも実施され、平坦ウェハー面に高粘性及び低粘性物質を使用するのに特に用いられる。以下の記載に、本発明の完全な理解がなされるように非常に多くの詳細が示されている。しかしながら、本発明はこれらの詳細のいくつか又はすべてがなくても実践できることは当業者にとっては明らかである。他の例において、本発明を不必要に不明瞭にしないように、かなり周知は処理操作を詳細に記載されていない。
１実施例に関して、化学薬品が成形加工中に回路基板上にスピン被覆される閉鎖式処理ボウルが開示されている。好ましい実施例において、回路基板は、半導体装置を作るのに用いられるウェハーである。概ね、ウェハーは、モーターで駆動される軸にしっかりと取りつけられた可回転ボウル上に配置される。コーティング処理中、蓋が湾曲した壁を備えた可回転ボウルに固定される前に、フォトレジストのような化学薬品は、ウェハー面に適用される。ボウルがスピンすることにより、化学薬品がウェハー面上に散布される。
上記の端部ビード問題を克服するために、フォトレジストがウェハー面に散布された後、溶剤が、好ましくは、外側直径附近でスピンしているウェハーの裏面（即ち裏面リンス）に噴射される。好ましくは、溶剤は複数の溶剤噴射孔を通り噴射され、該噴射孔は、可回転ボウルの外面から可回転ボウルの内領域に延びている。溶剤が適用されると、スピン作用で生れた遠心力により、可回転ボウル内に押し入れられる。１実施例において、適用された溶剤は作用し、実質的にウェハーの外領域のビードを低減させる。なお、適用溶剤はまた、ウェハー下面の粒子汚染物を減らすように作用する。
溶解物質及び余剰溶剤は、概ね、ボウルの外直径端部に位置する排出孔を通り閉鎖式ボウルシステムから除去される。このように、溶解物質及び余剰溶剤は、概ね、フォトレジストコーティング操作及び端部ビード形成防止に用いられる後方すすぎ操作中に、閉鎖式ボウルシステムから流出される。後方すすぎ操作が完了すると、頂方すすぎ操作も行われる。概ね、頂方すすぎ操作は閉鎖式ボウルシステムの蓋を取り、溶剤をレジスト被覆されたウェハー上に適用される。
好ましくは、被覆されたウェハーを包含するボウルはスピンされ、一方で溶剤がウェハー面に適用され、頂方すすぎが完了する。ボウルがスピンしている間（及びボウルが停止した時）、スピンしてウェハー面から離れた化学溶剤は、ウェハー面の高さより下に位置する前述の排出孔を通りボウルから出され得る。後方すすぎ及び頂方すすぎ操作は、制御された環境内で、より優れた端部ビード除去をもたらすのに加えて、余剰フォトレジストを含むボウルの内部領域を掃除する優れた効果を有する。
図２Ａはボウル１０２及び蓋１０１を包含した半導体処理システムの分解図である。この実施例において、蓋１０１は、好ましくは、上部傾斜面１１０、下部平坦面１１４、上部開口１１３を通り接近可能な中空内側領域１１１を備えた環状である。上記実施例に関し、ボウル１０２がモーターで駆動される軸１３５に一体的に接続されている。図示されるように、軸１３５は該軸１３５の長さに沿って実質的に延び、軸上に位置し、真空オリフィス１１９に至る真空室１１８を備えている。上記真空オリフィス１１９は、好ましくは、ボウル１０２の支持面１０４上中央に配置される。
図示されるように、ボウル１０２の支持面１０４は、好ましくは、適した素材を保持するように配置される。好ましい実施例において、上記素材は、半導体集積回路の成形に使用されるシリコンウェハーである。しかし、本発明の種々の実施例は、精密化学スピンコーティングが好ましい他の技術にも同様に適用可能である（即ち、フォトレジスト、スピングラス（ＳＯＧ）、記録用コンパクトディスク（ＣＤＲ）化学染料等）。概ね支持リング１２６は、ボウル１０２の支持面１０４の外周を画定し、図２Ｃに示されるように、ウェハー１３０を支持するように配置される。この例において、蓋１０１は、好ましくは、下部平坦面１１４に形成される環状凹入溝１１２を備える。環状凹入溝１１２は、好ましくは、ボウル１０２の外壁部の周りに位置する環状突出舌部１２４と結合するように配置される。
またボウル１０２の外側半径に配置されている複数の排出孔１２５が示されている。好ましくは、排出孔１２５は支持面１０４よりも縦方向に低い。このように、ウェハー１３０が支持面１０４上に配置されるとき、ウェハーは排出孔１２５の上方にある。スピニングウェハーの表面に適用される化学薬品は、高速にウェハーから滑り落ちるので、該化学薬品は、好ましくは、湾曲壁に沿って排出孔１２５へと運ばれる。このように、閉鎖式ボウルシステムから該化学薬品を放出するように、上記湾曲壁面はウェハー面から放たれた化学薬品を受け取るのに大変適している。好ましくは、およそ８個と１６個の間の排出孔１２５がボウル１０２の外側半径の周りに形成され、適用された化学薬品がスピンコーティング周期中に排出されることを可能にしている。この実施例において、排出孔１２５は、直径およそ１mmと３mmの間である。もちろん該直径は、適用された化学薬品の粘性及びが噴射孔１２１を通り噴入される溶剤物質によって適するように修正することが可能である。いずれにしても、概ね、排出孔１２５は、十分な通路が画定され、噴出溶剤及び溶解コーティング物質を確実に排出できる十分な大きさに形成されている。
図２Ｂは、本発明の１実施例に関するボウル１０２の上端面図である。図示されるように、ボウル１０２の支持面１０４は複数の支持部１０８を備え、該支持部は、中央に配置された真空オリフィス１１９から支持リング１２６に放射状に延びている。支持部１２８は基体回路基板を支持するのに用いられ、該基体は、真空オリフィス１１９及び真空室１１８によりもたらされた真空吸引により所定位置に固定される。複数のロックピン１２２はボウル１０２の頂部の周りに配置され、蓋１０１をボウル１０２に固定するのを補助している。概ね、ロックピン１２２は、以下の図２Ｄ示されるように、蓋１０１上に位置する適切な凹入ピンホール１２２aと結合するように配置されている。もちろん、他の適した蓋接合技術も有効である。この図はまた、溶剤排出リング１２７上に形成された複数の溶剤噴射孔１２１をよく示している。１実施例において、後方すすぎ操作に使用される溶剤化学薬品を適用するのに、およそ１００個の溶剤噴射孔１２１が溶剤排出リング１２７周りに形成される。溶剤噴射孔１２１の後方すすぎ機能は、図２Ｅにより詳しく記載されている。
図２Ｃは本発明の１実施例に関するボウル１０２の支持面１０４上に位置するウェハー１３０を示している。上述のように、真空ポンプ（図示せず）によってもたらされる真空は真空室１１８と連結され、該真空室は操作中ウェハー１３０を固定するための支持面１０４につながっている。この図において、蓋１０１はウェハー１３０を封入するためにボウル１０２と連結される。好ましくは、蓋１０１の下部平坦面１１４は、スピニングウェハー上にある表面附近で形成される対流渦巻きを弱めるほど小さな間隔で、ウェハー１３０の上面１３２から離れている。１実施例において、該間隔はおよそ１mmと１０mmの間であり、より好ましくは、およそ１．５mmと３mmの間で、最も好ましくは、およそ２mmである。
スピンコーティング中、好ましくは、蓋１０１がボウル１０２に固定される前に、コーティング物質がウェハー１３０の上面１３２の内側半径部分に適用される。コーティング物質が適用された後、上記のように、環状凹入溝１１２を環状突出舌部１２４に結合させて、蓋１０１がボウル１０２に固定される。１実施例において、軸１３５はモータ（図示せず）に連結されており、該モータは、好ましくは、コーティング物質を散布させることが可能な操作速度で軸１３５を回転させる。
蓋１０１は回転中、ボウル１０２に固定された状態を確実にするため、ロック軸１６０が蓋１０１に固定される。更に、ロック軸１６０はスピンコーティング周期中及びその間に機械的に適用され、ボウル１０２から蓋１０１を取り外す。図２Ｄに示されるように、開口１１３は、ロック軸１６０（類似形を有する）を中空内側領域１１１に収めるように配置される形を画定している。ひとたびロック軸１６０が中空内側領域１１１に下げられると、ロック軸１６０はどちらかの方向に１２０度回される。このように、ロック軸１６０及び開口１１３の相反する形によって、スピンコーティング中に蓋１０１が外れないようにされている。蓋１０１の上端面図から、図２Ａ及び図２Ｂに示される複数のピン１２２が複数のピンホール１２２aと結合するように、複数の凹入ピンホール１２２aが蓋１０１の外側半径に沿って形成されることが示されている。
上記及び図２Ｅに示されるように、ボウル１０２は多数の溶剤噴射孔１２１を包含している。溶剤噴射孔１２１は溶剤噴射リング１２３内で形成された一端Ｅ1を備えており、該溶剤噴射リング１２３は、ボウル１０２の回転中心から半径方向距離r1に位置する。更に、溶剤噴射孔１２１の内端Ｅ2はボウル１０２の回転中心から半径距離r2の当りに位置する。概ね、半径距離ｒ1は、半径距離r2より短い故、噴射孔１２１は、ボウル１０２を通って、角度付接続通路（およそ３０度と５０度の間）を形成し、溶剤噴射リング１２３及び溶剤排出リングを連結する。好ましい実施例において、溶剤排出リング１２７はおよそ１５０mmの直径を備えている。上述のように、噴射孔を通って通過する溶剤は、ウェハー１３０の後方すすぎを完結させることに大変適しているので、端部ビード形成の可能性を低減させることができる。
ウェハー１３０は排出孔１２５上方の距離“ＨW”に位置する。１実施例において、該距離ＨWは少なくとも３mmと５mmの間であり、より好ましくは、少なくとも３mmと４mmの間で、最も好ましくは少なくとも３mmである。このように、ウェハー１３０の表面を滑り落とされた化学薬品は、好ましくは、ウェハー１３０の表面上に戻されない。上述のように、ボウル１０２の内側壁面は、好ましくは、化学薬品がウェハー１３０を滑り、排出孔１２５の方へ壁表面に落ちることが可能に湾曲している。ウェハー１３０の頂面１３２の下方に排出孔１２５を備えていることのもう１つの利点は、ボウル１０２の内端附近で生じた乱流が、好ましくは、ウェハー１３０の下方に保持されることである。乱流が平坦なウェハー１３０から離れる方向に向く、スピンコーティング上のスピンは均一性は改良され、従って生産高減少の不具合は低減する。
図２Ｆは典型的なスピン被覆処理中のウェハー１３０の概略縦断面図を示している。ボウル１０２が回転すると、発生した遠心力によってウェハー１３０の表面１３２上にコーティング物質が散布され、それによって被覆層１４０を形成する。あいにく、典型的なコーティング処理ではウェハー１３０の端縁にビード１５０が生じてしまう。上述のように、ビード１５０は数多くの好ましくない生産高低減問題を伴う。ビード１５０が生じる可能性を低減させるために、溶剤物質が溶剤噴射１２１を通って噴射され、暫定溶剤コーティング１４１として適用される。この例において、被覆層１４０を広げた同一遠心力で、溶剤コーティング１４１がビード１５０の方へ散布される。従って、上記溶剤コーティング１４１はビード１５０の溶解を助け、より均一な被覆端部を生み出す。溶解コーティング物質及び余剰溶剤は上述のように、排出孔１２５を通り、ボウル１０２から流出する。図２Ｇは、溶剤コーティング１４１がビード１５０を除去するために適用された後のスピンされた被覆層１４０上を有するウェハー１３０の概略縦断面図である。図示のように、被覆層１４０はウェハー１３０の表面全体でより均一化されている。
図３は上記閉鎖式ボウルスピンコーティングシステムと共に用いられることが可能な典型的なスピンコーティングシステム１８０を示している。図示のように、ボウル１０２及び蓋１０１は、好ましくは、捕獲カップ１８０内に組み立てられる。捕獲カップ１８２は、排出孔１２５から生じた粒子が捕獲カップ１８２を出ることを防ぐスプラッシュリング１８３を包含する。捕獲カップ１８２は、また捕獲カップから化学薬品を搬出し、排出マニホールド（図示せず）に搬入するのに適した排出孔１９０を包含する。排気マニホールド１８８はまた、空気伝達粒子を除去できるように具備されている。ＨＥＰＡフィルター（図示せず）はまた、スピンコーティングシステム１８０上に配置され、捕獲カップ１８２から漏れる粒子を捕獲する。図示された実施例において、充実部１９２がボウル１０２と連結され、前述溶剤化学薬品を溶剤噴射孔１２１に供給するために用いられる通路１９４を提供している。更に、充実部１９２は排気マニホールド１８８に対向する表面を具備している。もちろん、多くの周知排気マニホールド１８８も、用いることが可能である。
変形実施例において、粒子発生を低減し、改良されたスピンコート均一性をもたらす閉鎖式半導体処理システムの発明を開示している。本発明は、フォトレジスト物質の適用に特に適しているが、スピングラス（ＳＯＧ）及びスピン絶縁体（ＳＯＤｓ）のような他の化学薬品も、本明細書に記載の適用処理することができ、本明細書はコーティング均一性を改良し、粒子を低減させることを可能にすることで特に優れている。なお、本発明の種々の実施例はいかなる形態でも実施され、高粘性及び低粘性物質のどちらにも適用可能である。
この変形実施例において、好ましくは、スピンコーティング処理が行われている最中、スピンコーティング処理中に生じたいかなる溶解コーティング物質及び余剰溶剤は、ボウルの内端に位置する凹部領域で捕らえられる。スピンコーティングが終了すると（例えばスピンボウルが実質的に停止すると）、捕獲された溶解コーティング物質及び余剰溶剤が排出孔を通りスピンボウルから流出され、該排出孔はボウルの下部面に位置する。つまり、ボウルがスピンしている間、遠心力が作用し、溶解コーティング物質を凹部領域に保持する。しかし、ひとたび遠心力が減少すると、液体が閉鎖されたボウルから流出され得る。実質的にすべての粒子が、スピンコート操作中に閉鎖されたボウル内に収められていることが優れており、それによって環境汚染のみならず後部汚染を低減することが評価されるべきである。
本発明のさらにもう１つの実施例に関して、後方及び、時に上方ビード除去（ＥＢＲ）処理工程により、粒子発生を低減する制御環境内での実質的均一コーティングを生み出し得る。なお、ＥＢＲ処理工程により各コーティング操作後、自動的にボウルをすすぐことが可能である。もちろん、スピンコーティング周期中ボウルを清潔に保つことは、以前のスピンコーティング周期の粒子で目下のウェハーを汚してしまう可能性を低減するのに、特に大切である。
図４Ａは、ボウル２０２及び蓋２０１を包含する閉鎖式半導体処理ボウル２００の分解図であり、図４Ｂは、本発明の１実施例に関する組立図である。この実施例において、蓋２０１は好ましくは、上部傾斜面２１０、下部平坦面２１４及び上部開口２１３を通って接近可能な中空内側領域２１１付きの円形を成している。好ましくは、ボウル２０２は、モーターで駆動される軸２３５に一体的に接続されており、軸２３５は、該軸の長さに沿って延び、真空オリフィス２１９に至る軸方向に位置する真空室２１８を包含している。真空オリフィス２１９は、好ましくは、ウェハーを支持面２０４に固定するためにボウル２０２内の中央に配置される。
図４Ｂに示されるように、ボウル２０２の支持面２０４はスピンコーティング操作中、ウェハー２３０を保持するのに大変適している。好ましい実施例において、基体回路基板は半導体集積回路の形成に用いられるシリコンウェハーである。しかし、本発明の種々の実施例は他の技術にも同様に適用可能であり、該他の技術では精密化学（即ち、フォトレジスト、スピングラス（ＳＯＧ）、スピン絶縁体（ＳＯＤｓ）、記録用コンパクトディスク（ＣＤＲ）染料、マスク板、液体クリスタルディスプレイパネル、マルティチップ運搬装置、等）スピンコーティングが望ましい。この実施例において、支持リング２２６は、支持面２０４の外側直径を画定する。この例において、蓋２０１は、下部平坦面２１４に形成された環状凹入溝２１２を備えている。環状凹入溝２１２は、好ましくは、環状突出舌部２２４と結合するように配置され、該舌部はボウル２０２の外側部分の周りに位置する。なお、好ましくは、およそ１mmと１０mmの間隔を蓋２０１の下方平坦面２１４とウェハー２３０の頂面との間に形成し、より好ましくは間隔はおよそ１．５mmと３mmの間で、最も好ましくはおよそ２mmである。
上述のように、ボウル２０２は、好ましくは、スピンコーティング処理中に溶解コーティング物質及び余剰溶剤を保持するキャビティー２５０を包含している。それ故、ボウル２０２及び蓋２０１がスピンしている間、遠心力がキャビティー２５０内の余剰液体を保持し、該遠心力が減少すると、該液体は、好ましくは、複数の排出孔２２５を通り流出する。好ましくは、およそ８個と１６個の間の排出孔２２５がボウル２０２の床に沿って形成され、スピンコーティング適用後、使用済み化学薬品を排出することが可能である。
図４Ｂを参照すると、ボウル２０２もまた、複数の溶剤噴射孔２２１を包含し、該溶剤噴射孔は、溶剤噴射リング２２３内に位置する第１端部（ボウル２０２の中心から半径方向距離r1）及び、溶剤排出リング２２７の中央線附近に位置する第２端部（ボウル２０２の中心から半径方向距離r2）を備えている。概ね、半径方向距離r1は、半径方向距離r2より短く、そのため、溶剤噴射孔２２１はボウルを通り、溶剤噴射リング２２３及び溶剤排出リング２２７を連結する角度付通路（例えばおよそ３０度と５０度の間）を形成する。
ボウル２０２もまた、ボウルの外側領域から延び、粒子汚染の可能性を低減させる環状延長部２６０を包含する。図６Ｂに関して以下にさらに詳しく記載されるように、環状延長部２６０は静止捕獲スプラッシュリング付きラビリンスを形成し、実質的に生じたすべての粒子がシステムを出て、スピンコートされた化学薬品を汚すのを防いでいる。
蓋２０１がボウル２０２に固定される状態を確実に保つために、ロック軸２６１は、蓋２０１の下部面２１４附近に配置される。１例として、ロック軸２６１は、蓋２０１の上部開口２１３の形に適合させることによって中空内側領域に出入りできる。ロック軸２６１がひとたび中空内側領域に挿入されると、該軸はどちらかの方向に約１２０°回される。このようにして、ロック軸２６１は蓋２０１の下部面２１４附近でしっかりと固定され、蓋２０１がスピンコーティング中確実に外れないようにする。
更に、図４Ａ及び図２Ｂに示される複数のロックピン１２２／２２２は、ボウル２０２の壁頂部辺りに配置され、処理中に蓋２０１を固定できるようにする。概ね、ロックピン１２２／２２２は、蓋２０１の下側に配置された適切な凹入ピン孔と結合するように形成されている。もう１つの実施例において、蓋２０１をボウル２０２に固定するために、該蓋２０１は、磁気ラッチ（図示せず）を包含し得る。概ね、磁気ラッチは複数の誘引磁気パッドから成り、該パッドは、ボウル２０２の壁頂部及び蓋２０１の下側に沿って均衡が保たれている。このようにして、蓋２０１がボウル２０２に適用される度に、ボウル２０２及び蓋２０１の磁気パッドは一定同一方向で結合される必要はない。一つの利点として、ボウル２０２のより迅速な封止が行われると、ある場合には、ウェハー２３０に適用された化学薬品の速すぎる乾燥を防ぐことが可能になる。
図４Ｃは図４Ｂの拡大縦断面図で、ボウル２０２の外縁（環状延長部２６０を除く）から距離“ｙ”の間隔をへだてた複数の排出孔２２５を備えている。このように、複数の排出孔２２５（直径およそ１mmと３mmの間）は、ウェハー２３０の下に位置し、スピンコーティング中、キャビティー２５０が余剰溶剤及び溶解フォトレジストを確実に保持する。こういう理由で、キャビティー２５０は、好ましくは、およそ１０立方センチメートルと２０立方センチメートル間の容量を収容することが可能な大きさである。
図５Ａは、本発明の１実施例に関して、噴射孔２２１を通ってもたらされる溶剤流体及び、ウェハー２３０から散布された溶解化学薬品を保持するキャビティー２５０をさらに拡大した図である。上述のように、ボウル２０２がスピンコーティング中スピンしている間、遠心力により余剰化学薬品がスピンコーティング操作中にキャビティー２５０内に確実に保持される。そのため、フォトレジストのような化学薬品がウェハー２３０の頂面２３２上に適用されると、フォトレジストビード２５４は、あいにくウェハー２３０の端縁に生じる。
ビード２５４を除去するために、溶剤２４１がボウル２０２の下方から、噴射リング２２３に対し、噴射孔２２１を通り、ウェハー２３０の裏面上に供給される。ひとたび溶剤２４１がウェハー２３０の下面２３４に供給されると、溶剤物質はボウル２０２のスピン運動の遠心力によって、外方向に飛散する。溶剤２４１がウェハー２３０の端縁に至ると、溶剤ビード２５１が薬剤コーティング２４０のビード２５４と相互作用すると信じられている。溶剤２４１がビード２５４に接触し始めると、ビード２５４が溶解して、キャビティー２５０中に落ち始める。利点として、実質的にすべての余剰流体がスピンコーティング操作中にキャビティー２５０に捕らえられ、実質的にすべての非制御溶剤及びコーティング薬剤が、望ましくない粒子が生じるボウル２０２からの流出を防止される。
図５Ｂは、本発明の１実施例に関して、ウェハー２３０の頂面全体に実質的均一に適用された薬剤コーティング２４０の縦断面図である。上記のように、キャビティー２５０を有するボウル２０２は、スピンコーティング中生成された粒子の量を低減させる。なお、閉鎖式ボウル配置により、適用溶剤の速すぎる乾燥を防ぐことで、コーティングの均一性を保持できる。その結果、ビード形成及び溶剤の速すぎる乾燥に伴う生産高低減の欠陥を実質的に防ぎながら、薬剤コーティング２４０がより均等に供給される。
図６Ａは、典型的なスピンコーティングシステム３００を示し、該システムは、本発明の１実施例に関して、粒子生成を低減するのに用いられ得る。図示のように、ボウル２０２及び蓋２０１は、第１スプラッシュリング３０３及び第２スプラッシュリング３０４を包含する捕獲カップ３０２内に部分的に収容される。捕獲カップ３０２はまた、化学薬品を排出する典型的床排出孔３１０を包含し、該化学薬品は、排出孔２２５から流出し、それから排出マニホールドへ除去される。排気マニホールド３０８は、空気伝達粒子を除去するのにも用いられる。もちろん、周知の数多くの排気マニホールド３０８も、同様に用いられ得る。この実施例では、第２スプラッシュリング３０４は、好ましくは、環状延長部２６０と噛み合い、ラビリンスを形成するのに、大変適しており、実質的に、空気伝達粒子がスピンコーティングシステム３００を囲む環境へと漏れ出ることを防ぐ。
図６Ｂは、本発明の１実施例に関する、ラビリンスを示す典型的なスピンコーティングシステム３００の展開図である。図示のように、化学薬品がウェハー上にスピンコートされるとき、化学薬品のいくらかは、排出孔２２５を通りキャビティー２５０から流出され、その結果、粒子３２０が捕獲カップ３０２へ散布される。しかし、捕獲カップ３０２内に保持される粒子３２０は、排気マニホールド３０８により除去されるので、概して問題ではない。第２スプラッシュリング３０４がボウル２０２の環状延長部２６０とほぼ接触するようにされているので、粒子が漏れ出るには、該粒子がスピンコーティングシステム３００を出る前に、通りにくい通路３５０を横切らねばならない。
流体捕獲キャビティー２５０と同様に、ボウル２０２と第２スプラッシュリング３０４の間にラビリンスが設けられた結果、生産高低減粒子の量は、実質的に除かれる。そのため、閉鎖式ボウルスピンコーティングシステム３００は、半導体製造業者に生産高を増しかつ、実質的に粒子無しの均一薬剤コーティングを保持するための強力な装置をもたらしている。
前述の発明は、明瞭に理解されるために、詳細に記載されているが、変更及び修正は、添付した請求の範囲内で成され得ることは明らかである。例証として、本明細書に記載されている方法論はまた、マスク板、液体クリスタル表示パネル及びマルチチップ運搬モジュールのような四角い回路基板に、より優れたコーティング均一性をもたらすのにも用いられ得る。従って、本実施例は限定的でなく、例証として考慮されるべきで、本発明は、本明細書の詳細にのみ限られるべきではなく、添付の請求の範囲及びそれと同等内で修正され得る。
請求されていることは：
１．発明の分野
本発明は概ね半導体組立て部品、およびより特別には、半導体装置の組立て部品内に使用される基体回路基板のスピンコーテイングのための装置および方法に関する。
２．関連技術の記載
半導体のような多種のソリッドステート装置の組立て部品には平面の基体回路基板か、さもなくば当業者にウエハーとして知られているものの使用が求められる。これらの装置の組立て時の重要な配慮事項は各製造されたウエハーから残された機能し得る型の最終的な数（即ち生産高）である。これらの機能し得る型は梱包され、（電気的およびその他の）テストを受け、かつ必要なテストをパスした実質的に全ての梱包型は販売される。従ってこれらの製品の製造業者にとって最も重要なことは製造高の増加による量産効果を得ることである。典型的には、個々の型寸法によって、１０００個またはそれより多くの型が１個のウエハーに関して製造され得る。これらのウエハーは典型的には直径が６ないし１２インチである。
典型的な製造には多数の工程を要し、その際に数種の材料層がウエハーの表面上に積層されかつパターン付される。ひとたび完成すると、これらの層は得られる回路または装置のために必要な所望の半導体構造を形成する。理解されるように、最終的な機能し得る生産高は臨界的に各種工程中における各層の適切な適用に掛かっている。これらの層の適切な適用は典型的には、ウエハーの表面上に材料の均一な被覆を効果的に、環境に優しく、かつ製造容易に形成する能力に依存している。
半導体装置の製造に使用される各種の製造工程は、ウエハーの表面上にパターンを形成するために写真平版術を使用する。よく知られているように、写真平版術は網線マスクを通して光エネルギーがフォトレジスト材料上に（ステップ露光カメラを使用して）供給される方法であり、このフォトレジスト材料はパターンを形成するためにウエハー上に供給されており、そこで引き続きエッチングが起こる。これらの面パターンはウエハーの表面上に構成される所望構造の２次元レイアウトを意味している。従ってフォトレジスト材料が均一に分散されたコーテイングの形で供給され、一方同時に微粒子発生最小化の保証されることが重要である。当業者によく知られているように、微粒子の発生が最小化されまたは除去されると、所望パターンの転化が増し、またパターンの密度を増すことが可能になる。
従来、ウエハーの面上へのフォトレジストコーテイングの適用は、排気されている静止ボウル内で高速旋回中のウエハー上にフォトレジスト流体を投入することにより達成されている。概ね、この排気されている静止ボウルは余分の流体を捕獲しかつ微粒子を除去するのに使用されている。フォトレジスト流体がひとたび供給されると、ウエハーの高速回転による遠心力がフォトレジスト流体の表面張力に打ち勝ち、これによりフォトレジスト流体がウエハーの面を越えて飛散してしまう。
ウエハー旋回の副作用はウエハー面の直上および近傍空間中に空気流を誘導することである。まずいことに、この空気流はウエハーの縁でウエハー面からのフォトレジスト粒子の離散を引き起こしやすいことである。フォトレジストがウエハーの縁から離れると、この浮遊状態のフォトレジスト粒子がそれまでに新鮮なフォトレジストが供給されているその他のウエハー面へ返って汚染する。これらの粒子は静止ボウルの一部である排気システムにより除去され得るかもしれないが、この排気はフォトレジスト溶剤フィルムを不均一に乾かしかつ、このようにして、旋回工程中にウエハー面上にフォトレジストの不均一なコーテイングを作るという望ましくない効果をもたらす。フォトレジスト粒子によるフォトレジストフィルムの逆流汚染およびフォトレジストフィルムの不均一な乾燥は、従って従来のスピンコーテイングプロセスの好ましくない収率減少副作用である。
従来のスピンコーテイング方法による別の問題は、旋回ウエハーの外縁のフォトレジスト流体のビードである。特に、旋回中にウエハー面に対するフォトレジストフィルムの表面張力と粘着力がウエハーの縁にフォトレジストの“厚い領域”を形成すると信じられている。このビードは特にウエハーの外縁またはその近傍に配置される機能装置に顕著なロスを起こし得る。
ウエハーの縁のビードによる更に別の問題は、ウエハーが通常カセット内に貯蔵されかつ、縁の増大した厚さはそれらが貯蔵カセットに接触した時に破壊するという不幸な効果をもたらすことである。勿論、ウエハーがどのように破壊されても、生産高へのロスが同時に生ずる。
図１はウエハー１６をスピンコーテイングするための従来型開放ボウル装置１０の図面である。ウエハー１６は典型的には可回転チャック１４上に配置され、このチャックは軸１８によりスピン用モーターユニット２０に剛直に接続されている。示されているように、このスピンチャック１４およびウエハー１６は開放静止ボウル１２内に位置している。この開放静止ボウル１２は適当な排出通路２２を包含し、この排出通路はスピンコーテイング工程中に開放静止ボウル１２内で作られた粒子を排出するのに使用される。まずいことに、スピンコーテイング作業中に作られる粒子除去のための従来の方法は、適当量よりも少なかった。
スピンコーテイング作業中に、多数の空気流１７がスピンチャック１４の直上および近傍の空気中に作られ得る。上述のように、この空気流１７はフォトレジストの微粒子を作り易く、この微粒子は上述の逆流汚染問題を起こす。
上述に鑑み、ウエハーの面上に実質的に均一なスピンコートされた材料を容易に提供し、しかも粒子の発生量を容易に減す装置および方法が求められている。
発明の概要
大雑把に言えば、本発明はウエハーの表面上に化学薬品を均一にスピンコーテイングするための方法と装置を提供してこれらのニーズを満たすものである。本発明はプロセス、装置、システム、器具、または方法のような多くのやり方で履行され得る。本発明の各種の創意に富む実施例が以下に記載される。
一つの実施例では、回路基板の表面上に化学薬品をスピンコーテイングするための装置が開示されている。この装置は回路基板を支持するための１個のボウルを包含し、このボウルは回路基板のレベルより低い位置に形成された多数の排出孔を備えている。この装置は更に１個の蓋を包含し、この蓋は回路基板の上方の予め定められた距離の位置を占めかつボウルに噛み合うように形成された平坦な面を備えている。更に、多数の噴射孔がボウルの底部に配置され、溶剤が回路基板の下側に供給されるように構成されている。この多数の噴射孔は１個の溶剤噴射リング近傍に位置しており、この溶剤噴射リングはボウルの外側から供給されかつ遠心力によりボウル内の回路基板の下側外縁へ駆動される流体溶剤を受け入れるように形成されている。この供給された流体溶剤は実質的に回路基板外縁のビードを減しかつ回路基板の下側にある微粒子を洗い流すように構成されている。
別の実施例では、素材をスピンコーテイングするための装置が開示されている。この装置は素材を保持するための１個のボウルとボウルの頂面上に装着される１個の蓋を包含している。多数の底部排出孔は好ましくはボウルの外周縁に沿い形成される。多数の噴射孔の夫々はボウルの外底面上に位置する第１端部を備え、かつ多数の噴射孔の夫々はボウルの内面上に位置する対応する第２端部を備え、第１端部と第２端部は接続されて１個の通路を形成している。更に、これらの多数の噴射孔は第１半径方向距離に位置し、この第１半径方向距離は多数の噴射孔の第２端部の第２半径方向距離より小さい。
更に別の実施例では、回路基板上に化学薬品をスピンコーテイングするための方法が開示されている。この方法は回路基板上に化学薬品を供給する工程と回路基板を保持するように形成された閉じたボウル内に回路基板を包み込む工程を包含している。この方法はまた閉じたボウルを旋回させて化学薬品を回路基板の頂面上に広げる工程を包含している。それから、閉じたボウル内に溶剤を噴射しその噴射された溶剤がボウルの旋回中に回路基板の下面に供給され、この噴射された溶剤が回路基板上に供給された化学薬品の端縁ビードを減しかつウエハーの下側に集まる微粒子を洗い流すように構成されている。更に、この溶剤はボウルの内部から付着ごみや化学薬品を洗い流すことによりボウルの内側を効果的に清掃する。
上記実施例の一つの利点は、蓋がウエハーを包みかつスピンコーテイング工程中にウエハー面上の環境を遮断するように形成されていることである。スピニングボウルの底部を通して形成されている多数の噴射孔は流体溶剤をウエハーの下側に供給し従って端部ビードを抑制するようにウエハーの下側を洗い流すのに適している。好ましい実施例においては、多数の噴射孔は１個のリング内に位置しており、このリングは旋回ボウルの外側に供給された流体溶剤を受けるのによく適している。供給された流体溶剤は遠心力により孔を通してウエハーの背面上に送られる。この流体溶剤は遠心力によりウエハーの端縁に送られ、ウエハーの下側と縁およびボウルの内側領域を洗い流す。
１個の別の実施例には、回路基板上に化学薬品をスピンコーテイングするための装置が開示されている。この装置は回路基板を支持するための起立支持部を有するボウルを包含している。このボウルはボウルの外領域近傍で流体を保持し得るキャビテイーを区画する湾曲壁を包含している。この装置は更に湾曲壁に噛み合う形状の蓋を包含している。この蓋は好ましくは実質的に平坦な下面を備え、この下面は回路基板の頂面近傍に配置される。更に、この装置は排出リングに沿い形成された流体噴射孔を包含し、この排出リングは回路基板の下方に形成されている。これらの流体噴射孔は回路基板の外縁近傍の回路基板の下側に指向している。またこの装置はボウルの床領域上に形成されている多数の排出孔を包含している。これらの多数の排出孔はボウルの外側領域から離れており、ボウルが旋回中に流体を保持するキャビテイーを形成し、かつボウルが実質的に停止し始めると流体の排出を可能にする。
別の実施例による回路基板のスピンコーテイング方法も開示されている。この方法はボウル内に支持されている回路基板上にスピンコートされるべき化学薬品を供給する工程を包含している。このボウルはボウルの外縁に流体保持用キャビテイーを備えている。更にこの方法はボウル内に回路基板を包み込む工程と、包み込まれたボウルを旋回して供給した化学薬品をウエハーの表面上にスピンコートする工程とを包含している。更に、この方法は溶剤をウエハーの下側外縁に噴射してウエハーの縁から余分の化学薬品ビードを除去する工程と、包み込んだボウルが旋回中に流体保持キャビテイー内に回路基板から飛び散った溶剤および余分の化学薬品ビードを集める工程とを包含している。更に、この方法は流体保持キャビテイー内に集められた余分の化学薬品ビードおよび溶剤を包み込んだボウルが非旋回状態に近付いた時に排出する工程を包含している。
別の実施例の利点は蓋がスピンコーテイング工程中にウエハーを包み込みかつウエハー上方の環境をシールするように形成されていることである。旋回ボウルの床内に形成されている多数の噴射孔はウエハーの下側に溶剤を供給して供給化学薬品（例えば、フォトレジスト、ＳＧＯ、および絶縁体上被覆）の端縁ビードを阻止するのに適している。概ね、ウエハーの下側に供給される溶剤はボウル旋回時に生ずる遠心力により旋回ボウル内に送り込まれる。従って、供給された溶剤はまた各スピンコーテイング作業後のボウルの内部清掃に使用され、生産高減少を起こす化学薬品の堆積を減す。
更に、別実施例におけるボウル内の流体保持キャビテイーは、ウエハー上にスピンコートされた余分の化学薬品と共にウエハーの下側に供給される溶剤材料の保持によく適している。好ましくは、ボウルが旋回中には実質的に全ての流体がキャビテイー内に保持され、かつボウルが停止すると、その流体はボウルの床内に形成されている排出孔を通して排出され得る。追加の利点として、スピンコーテイング作業中にキャビテイー内に流体を捕獲することにより、生産高減少微粒子の生成が実質的に減少する。更に別の実施例では、ボウルの延長部が捕獲カップのスプラッシュリングとでラビリンスを形成するのに適しており、これによりボウル／捕獲カップシステムの外への微粒子混入空気の流出を実質的に減す。
本発明の他の側面および利点は、本発明の原理を例示する添付図面に関連した以下の説明により明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図と共に以下の詳細な記述により容易に理解されるであろう。
図１は、従来型開放ボウルの配置でスピンコートされる基体回路基板の縦断面図である。
図２Ａは、本発明の１実施例に関する、可回転ボウル及び蓋の分解図である。
図２Ｂは、本発明の１実施例に関する、可回転ボウルの上端面図である。
図２Ｃは、本発明の１実施例に関する、ウェハー及び、蓋を可回転ボウルに機械的に適用したり、取り外したりするためのロック軸を包含した可回転ボウルを示す縦断面図である。
図２Ｄは、本発明の１実施例に関して使用される蓋の上端面図である。
図２Ｅは、本発明の１実施例に関する、流体排出孔を備えた可回転ボウルの１部分の拡大側面図である。
図２Ｆは、本発明の１実施例に関する、典型的なスピン周期中のウェハーの概略縦断面図である。
図２Ｇは、本発明の１実施例に関する、スピンコートティング処理後の実質的に均一な被覆層を備えたウェハーの縦断面図である。
図３は、本発明の１実施例に関する、捕獲カップを包含した典型的なスピンコーティングシステムを示している。
図４Ａは、本発明の１実施例に関する、可回転ボウル及び蓋の分解図である。
図４Ｂは、本発明の１実施例に関する、図４Ａの可回転ボウルの縦断面図である。
図４Ｃは、本発明の１実施例に関する、ウェハースピンコーティング操作中に流体を保持するキャビティーを示している図４Ｂの可回転ボウルの拡大側面図である。
図５Ａは、本発明の１実施例に関する、スピンコーティング操作中にキャビティーに取り込まれた使用コーティング流体の縦断面図である。
図５Ｂは、本発明の１実施例に関する、溶剤後部すすぎが実施された後の使用コーティングの縦断面図である。
図６Ａは、本発明の１実施例に関する、捕獲カップ及びスプラッシュリングを包含した典型的なスピンコーティングシステムである。
図６Ｂは、本発明の１実施例に関する、可回転ボウルの延長部及び図６Ａの捕獲カップのスプラッシュリングによって形成されたラビリンスの拡大縦断面図である。
発明を実施するための最良の形態
改良されたスピンコートの均一性をもたらす閉鎖式半導体処理ボウルの発明が開示されている。本発明はフォトレジスト化学薬品の使用に特に適しているが、スピングラス（ＳＯＧ）のような他の物質もコーティング均一性を改良するのによく適した適用処理法を見出すことができる。本発明の種々の実施例は、いかなる形態でも実施され、平坦ウェハー面に高粘性及び低粘性物質を使用するのに特に用いられる。以下の記載に、本発明の完全な理解がなされるように非常に多くの詳細が示されている。しかしながら、本発明はこれらの詳細のいくつか又はすべてがなくても実践できることは当業者にとっては明らかである。他の例において、本発明を不必要に不明瞭にしないように、かなり周知は処理操作を詳細に記載されていない。
１実施例に関して、化学薬品が成形加工中に回路基板上にスピン被覆される閉鎖式処理ボウルが開示されている。好ましい実施例において、回路基板は、半導体装置を作るのに用いられるウェハーである。概ね、ウェハーは、モーターで駆動される軸にしっかりと取りつけられた可回転ボウル上に配置される。コーティング処理中、蓋が湾曲した壁を備えた可回転ボウルに固定される前に、フォトレジストのような化学薬品は、ウェハー面に適用される。ボウルがスピンすることにより、化学薬品がウェハー面上に散布される。
上記の端部ビード問題を克服するために、フォトレジストがウェハー面に散布された後、溶剤が、好ましくは、外側直径附近でスピンしているウェハーの裏面（即ち裏面リンス）に噴射される。好ましくは、溶剤は複数の溶剤噴射孔を通り噴射され、該噴射孔は、可回転ボウルの外面から可回転ボウルの内領域に延びている。溶剤が適用されると、スピン作用で生れた遠心力により、可回転ボウル内に押し入れられる。１実施例において、適用された溶剤は作用し、実質的にウェハーの外領域のビードを低減させる。なお、適用溶剤はまた、ウェハー下面の粒子汚染物を減らすように作用する。
溶解物質及び余剰溶剤は、概ね、ボウルの外直径端部に位置する排出孔を通り閉鎖式ボウルシステムから除去される。このように、溶解物質及び余剰溶剤は、概ね、フォトレジストコーティング操作及び端部ビード形成防止に用いられる後方すすぎ操作中に、閉鎖式ボウルシステムから流出される。後方すすぎ操作が完了すると、頂方すすぎ操作も行われる。概ね、頂方すすぎ操作は閉鎖式ボウルシステムの蓋を取り、溶剤をレジスト被覆されたウェハー上に適用される。
好ましくは、被覆されたウェハーを包含するボウルはスピンされ、一方で溶剤がウェハー面に適用され、頂方すすぎが完了する。ボウルがスピンしている間（及びボウルが停止した時）、スピンしてウェハー面から離れた化学溶剤は、ウェハー面の高さより下に位置する前述の排出孔を通りボウルから出され得る。後方すすぎ及び頂方すすぎ操作は、制御された環境内で、より優れた端部ビード除去をもたらすのに加えて、余剰フォトレジストを含むボウルの内部領域を掃除する優れた効果を有する。
図２Ａはボウル１０２及び蓋１０１を包含した半導体処理システムの分解図である。この実施例において、蓋１０１は、好ましくは、上部傾斜面１１０、下部平坦面１１４、上部開口１１３を通り接近可能な中空内側領域１１１を備えた環状である。上記実施例に関し、ボウル１０２がモーターで駆動される軸１３５に一体的に接続されている。図示されるように、軸１３５は該軸１３５の長さに沿って実質的に延び、軸上に位置し、真空オリフィス１１９に至る真空室１１８を備えている。上記真空オリフィス１１９は、好ましくは、ボウル１０２の支持面１０４上中央に配置される。
図示されるように、ボウル１０２の支持面１０４は、好ましくは、適した素材を保持するように配置される。好ましい実施例において、上記素材は、半導体集積回路の成形に使用されるシリコンウェハーである。しかし、本発明の種々の実施例は、精密化学スピンコーティングが好ましい他の技術にも同様に適用可能である（即ち、フォトレジスト、スピングラス（ＳＯＧ）、記録用コンパクトディスク（ＣＤＲ）化学染料等）。概ね支持リング１２６は、ボウル１０２の支持面１０４の外周を画定し、図２Ｃに示されるように、ウェハー１３０を支持するように配置される。この例において、蓋１０１は、好ましくは、下部平坦面１１４に形成される環状凹入溝１１２を備える。環状凹入溝１１２は、好ましくは、ボウル１０２の外壁部の周りに位置する環状突出舌部１２４と結合するように配置される。
またボウル１０２の外側半径に配置されている複数の排出孔１２５が示されている。好ましくは、排出孔１２５は支持面１０４よりも縦方向に低い。このように、ウェハー１３０が支持面１０４上に配置されるとき、ウェハーは排出孔１２５の上方にある。スピニングウェハーの表面に適用される化学薬品は、高速にウェハーから滑り落ちるので、該化学薬品は、好ましくは、湾曲壁に沿って排出孔１２５へと運ばれる。このように、閉鎖式ボウルシステムから該化学薬品を放出するように、上記湾曲壁面はウェハー面から放たれた化学薬品を受け取るのに大変適している。好ましくは、およそ８個と１６個の間の排出孔１２５がボウル１０２の外側半径の周りに形成され、適用された化学薬品がスピンコーティング周期中に排出されることを可能にしている。この実施例において、排出孔１２５は、直径およそ１mmと３mmの間である。もちろん該直径は、適用された化学薬品の粘性及びが噴射孔１２１を通り噴入される溶剤物質によって適するように修正することが可能である。いずれにしても、概ね、排出孔１２５は、十分な通路が画定され、噴出溶剤及び溶解コーティング物質を確実に排出できる十分な大きさに形成されている。
図２Ｂは、本発明の１実施例に関するボウル１０２の上端面図である。図示されるように、ボウル１０２の支持面１０４は複数の支持部１０８を備え、該支持部は、中央に配置された真空オリフィス１１９から支持リング１２６に放射状に延びている。支持部１２８は基体回路基板を支持するのに用いられ、該基体は、真空オリフィス１１９及び真空室１１８によりもたらされた真空吸引により所定位置に固定される。複数のロックピン１２２はボウル１０２の頂部の周りに配置され、蓋１０１をボウル１０２に固定するのを補助している。概ね、ロックピン１２２は、以下の図２Ｄ示されるように、蓋１０１上に位置する適切な凹入ピンホール１２２aと結合するように配置されている。もちろん、他の適した蓋接合技術も有効である。この図はまた、溶剤排出リング１２７上に形成された複数の溶剤噴射孔１２１をよく示している。１実施例において、後方すすぎ操作に使用される溶剤化学薬品を適用するのに、およそ１００個の溶剤噴射孔１２１が溶剤排出リング１２７周りに形成される。溶剤噴射孔１２１の後方すすぎ機能は、図２Ｅにより詳しく記載されている。
図２Ｃは本発明の１実施例に関するボウル１０２の支持面１０４上に位置するウェハー１３０を示している。上述のように、真空ポンプ（図示せず）によってもたらされる真空は真空室１１８と連結され、該真空室は操作中ウェハー１３０を固定するための支持面１０４につながっている。この図において、蓋１０１はウェハー１３０を封入するためにボウル１０２と連結される。好ましくは、蓋１０１の下部平坦面１１４は、スピニングウェハー上にある表面附近で形成される対流渦巻きを弱めるほど小さな間隔で、ウェハー１３０の上面１３２から離れている。１実施例において、該間隔はおよそ１mmと１０mmの間であり、より好ましくは、およそ１．５mmと３mmの間で、最も好ましくは、およそ２mmである。
スピンコーティング中、好ましくは、蓋１０１がボウル１０２に固定される前に、コーティング物質がウェハー１３０の上面１３２の内側半径部分に適用される。コーティング物質が適用された後、上記のように、環状凹入溝１１２を環状突出舌部１２４に結合させて、蓋１０１がボウル１０２に固定される。１実施例において、軸１３５はモータ（図示せず）に連結されており、該モータは、好ましくは、コーティング物質を散布させることが可能な操作速度で軸１３５を回転させる。
蓋１０１は回転中、ボウル１０２に固定された状態を確実にするため、ロック軸１６０が蓋１０１に固定される。更に、ロック軸１６０はスピンコーティング周期中及びその間に機械的に適用され、ボウル１０２から蓋１０１を取り外す。図２Ｄに示されるように、開口１１３は、ロック軸１６０（類似形を有する）を中空内側領域１１１に収めるように配置される形を画定している。ひとたびロック軸１６０が中空内側領域１１１に下げられると、ロック軸１６０はどちらかの方向に１２０度回される。このように、ロック軸１６０及び開口１１３の相反する形によって、スピンコーティング中に蓋１０１が外れないようにされている。蓋１０１の上端面図から、図２Ａ及び図２Ｂに示される複数のピン１２２が複数のピンホール１２２aと結合するように、複数の凹入ピンホール１２２aが蓋１０１の外側半径に沿って形成されることが示されている。
上記及び図２Ｅに示されるように、ボウル１０２は多数の溶剤噴射孔１２１を包含している。溶剤噴射孔１２１は溶剤噴射リング１２３内で形成された一端Ｅ1を備えており、該溶剤噴射リング１２３は、ボウル１０２の回転中心から半径方向距離r1に位置する。更に、溶剤噴射孔１２１の内端Ｅ2はボウル１０２の回転中心から半径距離r2の当りに位置する。概ね、半径距離ｒ1は、半径距離r2より短い故、噴射孔１２１は、ボウル１０２を通って、角度付接続通路（およそ３０度と５０度の間）を形成し、溶剤噴射リング１２３及び溶剤排出リングを連結する。好ましい実施例において、溶剤排出リング１２７はおよそ１５０mmの直径を備えている。上述のように、噴射孔を通って通過する溶剤は、ウェハー１３０の後方すすぎを完結させることに大変適しているので、端部ビード形成の可能性を低減させることができる。
ウェハー１３０は排出孔１２５上方の距離“ＨW”に位置する。１実施例において、該距離ＨWは少なくとも３mmと５mmの間であり、より好ましくは、少なくとも３mmと４mmの間で、最も好ましくは少なくとも３mmである。このように、ウェハー１３０の表面を滑り落とされた化学薬品は、好ましくは、ウェハー１３０の表面上に戻されない。上述のように、ボウル１０２の内側壁面は、好ましくは、化学薬品がウェハー１３０を滑り、排出孔１２５の方へ壁表面に落ちることが可能に湾曲している。ウェハー１３０の頂面１３２の下方に排出孔１２５を備えていることのもう１つの利点は、ボウル１０２の内端附近で生じた乱流が、好ましくは、ウェハー１３０の下方に保持されることである。乱流が平坦なウェハー１３０から離れる方向に向く、スピンコーティング上のスピンは均一性は改良され、従って生産高減少の不具合は低減する。
図２Ｆは典型的なスピン被覆処理中のウェハー１３０の概略縦断面図を示している。ボウル１０２が回転すると、発生した遠心力によってウェハー１３０の表面１３２上にコーティング物質が散布され、それによって被覆層１４０を形成する。あいにく、典型的なコーティング処理ではウェハー１３０の端縁にビード１５０が生じてしまう。上述のように、ビード１５０は数多くの好ましくない生産高低減問題を伴う。ビード１５０が生じる可能性を低減させるために、溶剤物質が溶剤噴射１２１を通って噴射され、暫定溶剤コーティング１４１として適用される。この例において、被覆層１４０を広げた同一遠心力で、溶剤コーティング１４１がビード１５０の方へ散布される。従って、上記溶剤コーティング１４１はビード１５０の溶解を助け、より均一な被覆端部を生み出す。溶解コーティング物質及び余剰溶剤は上述のように、排出孔１２５を通り、ボウル１０２から流出する。図２Ｇは、溶剤コーティング１４１がビード１５０を除去するために適用された後のスピンされた被覆層１４０上を有するウェハー１３０の概略縦断面図である。図示のように、被覆層１４０はウェハー１３０の表面全体でより均一化されている。
図３は上記閉鎖式ボウルスピンコーティングシステムと共に用いられることが可能な典型的なスピンコーティングシステム１８０を示している。図示のように、ボウル１０２及び蓋１０１は、好ましくは、捕獲カップ１８０内に組み立てられる。捕獲カップ１８２は、排出孔１２５から生じた粒子が捕獲カップ１８２を出ることを防ぐスプラッシュリング１８３を包含する。捕獲カップ１８２は、また捕獲カップから化学薬品を搬出し、排出マニホールド（図示せず）に搬入するのに適した排出孔１９０を包含する。排気マニホールド１８８はまた、空気伝達粒子を除去できるように具備されている。ＨＥＰＡフィルター（図示せず）はまた、スピンコーティングシステム１８０上に配置され、捕獲カップ１８２から漏れる粒子を捕獲する。図示された実施例において、充実部１９２がボウル１０２と連結され、前述溶剤化学薬品を溶剤噴射孔１２１に供給するために用いられる通路１９４を提供している。更に、充実部１９２は排気マニホールド１８８に対向する表面を具備している。もちろん、多くの周知排気マニホールド１８８も、用いることが可能である。
変形実施例において、粒子発生を低減し、改良されたスピンコート均一性をもたらす閉鎖式半導体処理システムの発明を開示している。本発明は、フォトレジスト物質の適用に特に適しているが、スピングラス（ＳＯＧ）及びスピン絶縁体（ＳＯＤｓ）のような他の化学薬品も、本明細書に記載の適用処理することができ、本明細書はコーティング均一性を改良し、粒子を低減させることを可能にすることで特に優れている。なお、本発明の種々の実施例はいかなる形態でも実施され、高粘性及び低粘性物質のどちらにも適用可能である。
この変形実施例において、好ましくは、スピンコーティング処理が行われている最中、スピンコーティング処理中に生じたいかなる溶解コーティング物質及び余剰溶剤は、ボウルの内端に位置する凹部領域で捕らえられる。スピンコーティングが終了すると（例えばスピンボウルが実質的に停止すると）、捕獲された溶解コーティング物質及び余剰溶剤が排出孔を通りスピンボウルから流出され、該排出孔はボウルの下部面に位置する。つまり、ボウルがスピンしている間、遠心力が作用し、溶解コーティング物質を凹部領域に保持する。しかし、ひとたび遠心力が減少すると、液体が閉鎖されたボウルから流出され得る。実質的にすべての粒子が、スピンコート操作中に閉鎖されたボウル内に収められていることが優れており、それによって環境汚染のみならず後部汚染を低減することが評価されるべきである。
本発明のさらにもう１つの実施例に関して、後方及び、時に上方ビード除去（ＥＢＲ）処理工程により、粒子発生を低減する制御環境内での実質的均一コーティングを生み出し得る。なお、ＥＢＲ処理工程により各コーティング操作後、自動的にボウルをすすぐことが可能である。もちろん、スピンコーティング周期中ボウルを清潔に保つことは、以前のスピンコーティング周期の粒子で目下のウェハーを汚してしまう可能性を低減するのに、特に大切である。
図４Ａは、ボウル２０２及び蓋２０１を包含する閉鎖式半導体処理ボウル２００の分解図であり、図４Ｂは、本発明の１実施例に関する組立図である。この実施例において、蓋２０１は好ましくは、上部傾斜面２１０、下部平坦面２１４及び上部開口２１３を通って接近可能な中空内側領域２１１付きの円形を成している。好ましくは、ボウル２０２は、モーターで駆動される軸２３５に一体的に接続されており、軸２３５は、該軸の長さに沿って延び、真空オリフィス２１９に至る軸方向に位置する真空室２１８を包含している。真空オリフィス２１９は、好ましくは、ウェハーを支持面２０４に固定するためにボウル２０２内の中央に配置される。
図４Ｂに示されるように、ボウル２０２の支持面２０４はスピンコーティング操作中、ウェハー２３０を保持するのに大変適している。好ましい実施例において、基体回路基板は半導体集積回路の形成に用いられるシリコンウェハーである。しかし、本発明の種々の実施例は他の技術にも同様に適用可能であり、該他の技術では精密化学（即ち、フォトレジスト、スピングラス（ＳＯＧ）、スピン絶縁体（ＳＯＤｓ）、記録用コンパクトディスク（ＣＤＲ）染料、マスク板、液体クリスタルディスプレイパネル、マルティチップ運搬装置、等）スピンコーティングが望ましい。この実施例において、支持リング２２６は、支持面２０４の外側直径を画定する。この例において、蓋２０１は、下部平坦面２１４に形成された環状凹入溝２１２を備えている。環状凹入溝２１２は、好ましくは、環状突出舌部２２４と結合するように配置され、該舌部はボウル２０２の外側部分の周りに位置する。なお、好ましくは、およそ１mmと１０mmの間隔を蓋２０１の下方平坦面２１４とウェハー２３０の頂面との間に形成し、より好ましくは間隔はおよそ１．５mmと３mmの間で、最も好ましくはおよそ２mmである。
上述のように、ボウル２０２は、好ましくは、スピンコーティング処理中に溶解コーティング物質及び余剰溶剤を保持するキャビティー２５０を包含している。それ故、ボウル２０２及び蓋２０１がスピンしている間、遠心力がキャビティー２５０内の余剰液体を保持し、該遠心力が減少すると、該液体は、好ましくは、複数の排出孔２２５を通り流出する。好ましくは、およそ８個と１６個の間の排出孔２２５がボウル２０２の床に沿って形成され、スピンコーティング適用後、使用済み化学薬品を排出することが可能である。
図４Ｂを参照すると、ボウル２０２もまた、複数の溶剤噴射孔２２１を包含し、該溶剤噴射孔は、溶剤噴射リング２２３内に位置する第１端部（ボウル２０２の中心から半径方向距離r1）及び、溶剤排出リング２２７の中央線附近に位置する第２端部（ボウル２０２の中心から半径方向距離r2）を備えている。概ね、半径方向距離r1は、半径方向距離r2より短く、そのため、溶剤噴射孔２２１はボウルを通り、溶剤噴射リング２２３及び溶剤排出リング２２７を連結する角度付通路（例えばおよそ３０度と５０度の間）を形成する。
ボウル２０２もまた、ボウルの外側領域から延び、粒子汚染の可能性を低減させる環状延長部２６０を包含する。図６Ｂに関して以下にさらに詳しく記載されるように、環状延長部２６０は静止捕獲スプラッシュリング付きラビリンスを形成し、実質的に生じたすべての粒子がシステムを出て、スピンコートされた化学薬品を汚すのを防いでいる。
蓋２０１がボウル２０２に固定される状態を確実に保つために、ロック軸２６１は、蓋２０１の下部面２１４附近に配置される。１例として、ロック軸２６１は、蓋２０１の上部開口２１３の形に適合させることによって中空内側領域に出入りできる。ロック軸２６１がひとたび中空内側領域に挿入されると、該軸はどちらかの方向に約１２０°回される。このようにして、ロック軸２６１は蓋２０１の下部面２１４附近でしっかりと固定され、蓋２０１がスピンコーティング中確実に外れないようにする。
更に、図４Ａ及び図２Ｂに示される複数のロックピン１２２／２２２は、ボウル２０２の壁頂部辺りに配置され、処理中に蓋２０１を固定できるようにする。概ね、ロックピン１２２／２２２は、蓋２０１の下側に配置された適切な凹入ピン孔と結合するように形成されている。もう１つの実施例において、蓋２０１をボウル２０２に固定するために、該蓋２０１は、磁気ラッチ（図示せず）を包含し得る。概ね、磁気ラッチは複数の誘引磁気パッドから成り、該パッドは、ボウル２０２の壁頂部及び蓋２０１の下側に沿って均衡が保たれている。このようにして、蓋２０１がボウル２０２に適用される度に、ボウル２０２及び蓋２０１の磁気パッドは一定同一方向で結合される必要はない。一つの利点として、ボウル２０２のより迅速な封止が行われると、ある場合には、ウェハー２３０に適用された化学薬品の速すぎる乾燥を防ぐことが可能になる。
図４Ｃは図４Ｂの拡大縦断面図で、ボウル２０２の外縁（環状延長部２６０を除く）から距離“ｙ”の間隔をへだてた複数の排出孔２２５を備えている。このように、複数の排出孔２２５（直径およそ１mmと３mmの間）は、ウェハー２３０の下に位置し、スピンコーティング中、キャビティー２５０が余剰溶剤及び溶解フォトレジストを確実に保持する。こういう理由で、キャビティー２５０は、好ましくは、およそ１０立方センチメートルと２０立方センチメートル間の容量を収容することが可能な大きさである。
図５Ａは、本発明の１実施例に関して、噴射孔２２１を通ってもたらされる溶剤流体及び、ウェハー２３０から散布された溶解化学薬品を保持するキャビティー２５０をさらに拡大した図である。上述のように、ボウル２０２がスピンコーティング中スピンしている間、遠心力により余剰化学薬品がスピンコーティング操作中にキャビティー２５０内に確実に保持される。そのため、フォトレジストのような化学薬品がウェハー２３０の頂面２３２上に適用されると、フォトレジストビード２５４は、あいにくウェハー２３０の端縁に生じる。
ビード２５４を除去するために、溶剤２４１がボウル２０２の下方から、噴射リング２２３に対し、噴射孔２２１を通り、ウェハー２３０の裏面上に供給される。ひとたび溶剤２４１がウェハー２３０の下面２３４に供給されると、溶剤物質はボウル２０２のスピン運動の遠心力によって、外方向に飛散する。溶剤２４１がウェハー２３０の端縁に至ると、溶剤ビード２５１が薬剤コーティング２４０のビード２５４と相互作用すると信じられている。溶剤２４１がビード２５４に接触し始めると、ビード２５４が溶解して、キャビティー２５０中に落ち始める。利点として、実質的にすべての余剰流体がスピンコーティング操作中にキャビティー２５０に捕らえられ、実質的にすべての非制御溶剤及びコーティング薬剤が、望ましくない粒子が生じるボウル２０２からの流出を防止される。
図５Ｂは、本発明の１実施例に関して、ウェハー２３０の頂面全体に実質的均一に適用された薬剤コーティング２４０の縦断面図である。上記のように、キャビティー２５０を有するボウル２０２は、スピンコーティング中生成された粒子の量を低減させる。なお、閉鎖式ボウル配置により、適用溶剤の速すぎる乾燥を防ぐことで、コーティングの均一性を保持できる。その結果、ビード形成及び溶剤の速すぎる乾燥に伴う生産高低減の欠陥を実質的に防ぎながら、薬剤コーティング２４０がより均等に供給される。
図６Ａは、典型的なスピンコーティングシステム３００を示し、該システムは、本発明の１実施例に関して、粒子生成を低減するのに用いられ得る。図示のように、ボウル２０２及び蓋２０１は、第１スプラッシュリング３０３及び第２スプラッシュリング３０４を包含する捕獲カップ３０２内に部分的に収容される。捕獲カップ３０２はまた、化学薬品を排出する典型的床排出孔３１０を包含し、該化学薬品は、排出孔２２５から流出し、それから排出マニホールドへ除去される。排気マニホールド３０８は、空気伝達粒子を除去するのにも用いられる。もちろん、周知の数多くの排気マニホールド３０８も、同様に用いられ得る。この実施例では、第２スプラッシュリング３０４は、好ましくは、環状延長部２６０と噛み合い、ラビリンスを形成するのに、大変適しており、実質的に、空気伝達粒子がスピンコーティングシステム３００を囲む環境へと漏れ出ることを防ぐ。
図６Ｂは、本発明の１実施例に関する、ラビリンスを示す典型的なスピンコーティングシステム３００の展開図である。図示のように、化学薬品がウェハー上にスピンコートされるとき、化学薬品のいくらかは、排出孔２２５を通りキャビティー２５０から流出され、その結果、粒子３２０が捕獲カップ３０２へ散布される。しかし、捕獲カップ３０２内に保持される粒子３２０は、排気マニホールド３０８により除去されるので、概して問題ではない。第２スプラッシュリング３０４がボウル２０２の環状延長部２６０とほぼ接触するようにされているので、粒子が漏れ出るには、該粒子がスピンコーティングシステム３００を出る前に、通りにくい通路３５０を横切らねばならない。
流体捕獲キャビティー２５０と同様に、ボウル２０２と第２スプラッシュリング３０４の間にラビリンスが設けられた結果、生産高低減粒子の量は、実質的に除かれる。そのため、閉鎖式ボウルスピンコーティングシステム３００は、半導体製造業者に生産高を増しかつ、実質的に粒子無しの均一薬剤コーティングを保持するための強力な装置をもたらしている。
前述の発明は、明瞭に理解されるために、詳細に記載されているが、変更及び修正は、添付した請求の範囲内で成され得ることは明らかである。例証として、本明細書に記載されている方法論はまた、マスク板、液体クリスタル表示パネル及びマルチチップ運搬モジュールのような四角い回路基板に、より優れたコーティング均一性をもたらすのにも用いられ得る。従って、本実施例は限定的でなく、例証として考慮されるべきで、本発明は、本明細書の詳細にのみ限られるべきではなく、添付の請求の範囲及びそれと同等内で修正され得る。
請求されていることは：
Claims (53)
- 化学薬品を基体回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーターであって、
回路基板を支持するためのボウルであって、このボウルは回路基板のレベルより下に形成された多数の排出孔を備えており；
下部平坦面１１４を有する蓋１０１であって、この下部平坦面１１４は回路基板上方の予め定められた距離即ち約２ｍｍと約１０ｍｍの間の位置を占めかつボウルと噛み合い；
溶剤を回路基板の下側に遠心力により供給するためにボウル内に形成された多数の噴射孔とを包含し、各溶剤噴射孔１２１はボウル１０２の下側外面上に配置されている第１の一端Ｅ1およびボウル１０２の上側内面上に対応配置されている第２のまたは内端Ｅ2を包含しており、噴射孔１２１の第１の一端Ｅ1および第２の内端Ｅ2はボウル１０２の回転中心からそれぞれ第１半径距離ｒ1および第２半径距離ｒ2の処に配置されており、第１半径距離ｒ1は第２半径距離ｒ2より小さいので噴射孔１２１はおよそ３０度と５０度の間で傾斜した導管通路をボウル１０２を通し溶剤噴射リング１２３および溶剤排出リング１２７を接続して回路基板１３０下面の外周縁近傍へ斜め上向きに指向するように形成している、化学アプリケーター。 - 多数の噴射孔が１個のリング内に形成され、このリングは溶剤噴射リングに連結されており、この溶剤噴射リングは流体の溶剤を受け入れて回路基板下側の外周縁近傍に供給するように形成されている、請求項１に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- リングが回路基板の下側から離れている内面を備えている、請求項２に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- 更にボウル上に蓋を機械的に適用するためのロック軸を包含し、かつこのロック軸はスピンコーテイング工程中に蓋をボウルに固定するように形成されている、請求項１に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- ボウルが多数のピンを備え、これらのピンは蓋をボウルに噛み合わせかつ固定するように形成されている、請求項４に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- 蓋が１個の中空内側領域を備え、その領域はロック軸を受け入れ得るように形成されている、請求項４に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- 予め定められた距離が約２ｍｍと約４ｍｍの間である、請求項１に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- ボウルが１個の捕獲カップ内に固定されており、捕獲カップが排出システムと排気システムを備えている、請求項１に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- 捕獲カップが第１スプラッシュリングを包含し、このスプラッシュリングが捕獲カップの頂部を覆うように形成されている、請求項８に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- 捕獲カップが１個の第２スプラッシュリングを包含し、この第２スプラッシュリングは第１スプラッシュリングと噛み合い、第２スプラッシュリングは更に多数の排出孔から出た粒子を捕獲カップ内に実質的に保持するように形成されている、請求項９に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- 回路基板が半導体ウエハーである、請求項１に記載の化学薬品を回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーター。
- ワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーターであって、
ワークピースを保持するためのボウルと；
ボウルの頂面に装着され下部平坦面１１４を有する蓋１０１であってこの下部平坦面はワークピース上方の予め定められた距離即ち約２ｍｍと約１０ｍｍの間の位置を占めかつボウル１０２と噛み合う蓋１０１と；
ボウルの外周縁に配置された多数の底部排出孔と；
溶剤をワークピースの下側に遠心力により供給するためにボウルに形成された多数の溶剤噴射孔であって、各溶剤噴射孔１２１はボウル１０２の下側外面上に配置されている第１の一端Ｅ1およびボウル１０２の上側内面上に対応配置されている第２のまたは内端Ｅ2を包含しており、噴射孔１２１の第１の一端Ｅ1および第２の内端Ｅ2はボウル１０２の回転中心からそれぞれ第１半径距離ｒ1および第２半径距離ｒ2の処に配置されており、第１半径距離ｒ1は第２半径距離ｒ2より小さいので噴射孔１２１はおよそ３０度と５０度の間で傾斜した導管通路をボウル１０２を通し溶剤噴射リング１２３および溶剤排出リング１２７を接続して回路基板１３０下面の外周縁近傍へ斜め上向きに指向するように形成している、スピニング化学アプリケーター - 多数の噴射孔の第１端部が第１半径方向距離に位置し、この第１半径方向距離は多数の噴射孔の第２端部の第２半径方向距離よりも小さい、請求項１２に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- 蓋がボウルとワークピースを包み込む、請求項１２に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- 多数の排出孔が多数の噴射孔からの排出通路を提供している、請求項１３に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- 多数の排出孔がボウルの実質的に底部近傍に形成されている、請求項１３に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- 多数の噴射孔がワークピースから垂直方向下方にかつ離れて位置している、請求項１３に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- ボウルがワークピースをボウルに固着させるための真空通路を備えている、請求項１３に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- 真空通路がバキュームポンプに接続されている、請求項１８に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- 蓋が多数のピンホールを備え、これらのピンホールはボウルの頂舌部に形成された多数のピンと噛み合うように構成されている、請求項１２に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- ワークピースが半導体ウエハーである、請求項１２に記載のワークピースをスピンコーテイングするためのスピニング化学アプリケーター。
- 化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための方法であって、
請求項１に記載の化学アプリケーターを使用し：
回路基板上に化学薬品を供給し；
回路基板を保持するように形成された閉じたボウル内に回路基板を包含し；
閉じたボウルを回して化学薬品を回路基板頂面上に展開させ；かつ
閉じたボウル内に溶剤を噴射させて閉じたボウルの回転中に噴射された溶剤を回路基板の下面に供給し、噴射された溶剤で回路基板上に供給された化学薬品のエッジビードを減す、方法。 - 回路基板の下面に噴射された溶剤が化学薬品ビードに接触した時に回路基板の頂面に形成されている化学薬品ビードを溶かす工程を更に包含している、請求項２２に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための方法。
- 化学薬品ビードの溶解により回路基板の頂面に実質的に均一な化学薬品コーテイングを製造する、請求項２３に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための方法。
- 閉じたボウルの回転が閉じたボウルの底部に形成された多数の噴射孔を通る溶剤の噴射を助長する、請求項２４に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための方法。
- 化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置であって、
回路基板を保持するための起立した保持部を有するボウルであって、このボウルはキャビテイを形成する湾曲壁を備え、このキャビテイはボウルの外周縁近傍で流体を保持し得る；
湾曲壁に噛み合うように形成された蓋であって、この壁は実質的に平坦な底部を持ち、この底部は回路基板の頂面に約２ｍｍと約１０ｍｍの間の距離を隔てて近接配置されている；
回路基板の下側の排出リングに沿い形成されていて溶剤を遠心力により供給するためにボウル内に形成された溶剤噴射孔であって、この各溶剤噴射孔１２１はボウル１０２の下側外面上に配置されている第１の一端Ｅ1およびボウル１０２の上側内面上に対応配置されている第２のまたは内端Ｅ2を包含しており、噴射孔１２１の第１の一端Ｅ1および第２の内端Ｅ2はボウル１０２の回転中心からそれぞれ第１半径距離ｒ1および第２半径距離ｒ2の処に配置されており、第１半径距離ｒ1は第２半径距離ｒ2より小さいので噴射孔１２１はおよそ３０度と５０度の間で傾斜した導管通路をボウル１０２を通し溶剤噴射リング１２３および溶剤排出リング１２７を接続して回路基板１３０下面の外周縁近傍へ斜め上向きに指向するように形成している；かつ
ボウルの床領域上に形成された多数の排出孔であって、この多数の排出孔はボウルの外側領域から離れていてボウルが高速回転中にはキャビテイで流体を保持可能とし、ボウルが減速すると流体の排出を可能としている、装置。 - 回路基板に供給される流体はボウルの旋回時に遠心力により回路基板上に撒き散らされ、この遠心力は更に回路基板から飛散した流体をボウルの旋回中にキャビテイー内に保持するように作用する、請求項２６に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- ボウルが湾曲壁の外縁から外側に形成された延長部を包含している、請求項２６に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 流体噴射孔が約３０°と約５０°の間の角度で形成されている、請求項２７に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 更に湾曲壁の外縁から外側に形成された延長部を有するボウルを受ける形状の捕獲カップを包含し、この捕獲カップが更に延長部と共に粒子減少用ラビリンスを形成する少なくとも１個のスプラッシュリングを包含している、請求項２６に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 蓋の実質的に平坦な下側は回路基板の頂面から約２ｍｍと約３ｍｍの間である、請求項２９に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 更に流体噴射孔を通る溶剤を導くためにボウル下面に形成された噴射リングを包含している、請求項３１に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 回路基板に適用される流体はフォトレジスト化学薬品およびスピン・オン・ガラス化学薬品からなる群から選択された１個の化学薬品である、請求項３２に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 溶剤が回路基板の外縁に近い回路基板の下側に供給され、その溶剤は回路基板の縁で化学薬品のビードを除去するように構成されている、請求項３２に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 供給された溶剤と供給された化学薬品はボウルの旋回時に遠心力によりキャビテイー内に捕獲される、請求項３４に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 更に蓋をボウル上に機械的に適用するためのロック軸を包含し、このロック軸はボウルの旋回時に蓋を保持するように形成されている、請求項３５に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- ボウルが蓋をボウルに固定するための多数の磁石パッドを包含している、請求項３５に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- キャビテイーが約１０ｃｍ3および約２０ｃｍ3の間の容積を保持するように形成されている、請求項３５に記載の化学薬品を回路基板上にスピンコーテイングするための装置。
- 回路基板をスピンコーテイングするための方法であって、
請求項１に記載の化学アプリケーターを使用し；
ボウル内に支持されている回路基板上にスピンコートされる化学薬品を供給し、このボウルはボウルの外縁に流体保持キャビテイーを備えており；
このボウル内に回路基板を入れ；
収容されたボウルを旋回して供給された化学薬品をウエハーの表面上にスピンコートし；
ウエハーの下面外縁近傍に溶剤を噴射してウエハーの縁から余分の化学薬品ビードを除去し；かつ
収容されたボウルの旋回中に回路基板から流出した溶剤および余分の化学薬品を流体保持キャビテイー内に集める、方法。 - 更に収容されたボウルが非旋回状態に近付いた時に流体保持キャビテイー内に集められている余分の化学薬品ビードおよび溶剤を排出する工程を包含する、請求項３９に記載の回路基板をスピンコーテイングするための方法。
- 流体保持キャビテイー内に集められた余分の化学薬品はボウルの底部領域内に設けられた多数の排出孔を通して排出される、請求項４０に記載の回路基板をスピンコーテイングするための方法。
- 多数の排出孔がボウルの外縁から離れて配置されて流体保持キャビテイーを形成している、請求項４１に記載の回路基板をスピンコーテイングするための方法。
- 流体保持キャビテイーが約１０ｃｍ3および約２０ｃｍ3の間の容積を保持するように形成されている、請求項４０に記載の回路基板をスピンコーテイングするための方法。
- 更に旋回中にボウルが塞がれた時供給された化学薬品の蒸発を抑制し、この化学薬品の蒸発抑制が回路基板頂面上のより均一なスピンコーテイングをもたらすことを包含している、請求項４０に記載の回路基板をスピンコーテイングするための方法。
- 更にボウルの外縁に沿うボウル延長部を備えることを包含している、請求項４０に記載の回路基板をスピンコーテイングするための方法。
- 更に旋回中の収容されているボウルを保持するための捕獲カップを備え、この捕獲カップが少なくとも１個のスプラッシュリングを有し；
少なくとも１個のスプラッシュリングとボウル延長部との間にラビリンスを形成し、このラビリンスが捕獲カップから逃げる粒子の量を減すことを包含している、請求項４５に記載の回路基板をスピンコーテイングするための方法。 - 更にボウル内に噴射される溶剤による各スピンコーテイング作業の後にボウルの余分の化学薬品を清掃する工程を包含している、請求項４５に記載の回路基板をスピンコーテイングするための方法。
- スピンコーテイング装置であって、
スピンコートされるべき化学薬品をボウル内に保持されている回路基板上に供給するための手段であって、このボウルがボウルの外縁に流体保持キャビテイーを備えており；
ボウル内に回路基板を収容する手段；
収容されたボウルを旋回させて供給した化学薬品をウエハーの面上にスピンコートする手段；
ウエハーの下側縁に溶剤を遠心力により噴射する手段であって、この溶剤の供給はウエハーの端縁から余分の化学薬品を除去するように形成され；かつ
収容ボウルが旋回中に回路基板から流体保持キャビテイー内に流出する溶剤と余分の化学薬品ビードを集めるための手段とを包含しており、各溶剤噴射孔１２１はボウル１０２の下側外面上に配置されている第１の一端Ｅ1およびボウル１０２の上側内面上に対応配置されている第２のまたは内端Ｅ2を包含しており、噴射孔１２１の第１の一端Ｅ1および第２の内端Ｅ2はボウル１０２の回転中心からそれぞれ第１半径距離ｒ1および第２半径距離ｒ2の処に配置されており、第１半径距離ｒ1は第２半径距離ｒ2より小さいので噴射孔１２１はおよそ３０度と５０度の間で傾斜した導管通路をボウル１０２を通し溶剤噴射リング１２３および溶剤排出リング１２７を接続して回路基板１３０下面の外周縁近傍へ斜め上向きに指向するように形成している、スピンコーテイング装置。 - 更にボウルが実質的に停止した時にボウルから流体保持キャビテイー内に集められた余分の化学薬品と溶剤を除去するための排出手段を包含している、請求項４８に記載のスピンコーテイング装置。
- 更に各回路基板がスピンコートされた後にボウルの内部を清掃するための手段を包含する、請求項４９に記載のスピンコーテイング装置。
- 更にボウルと捕獲カップの間に形成されたラビリンスを包含し、このラビリンスはスピンコーテイング作業中に捕獲カップからの粒子の流出を実質的に阻止するように形成されている、請求項４９に記載のスピンコーテイング装置。
- 化学薬品がフォトレジスト化学薬品およびスピン・オン・ガラス化学薬品からなる群から選択されている、請求項５１に記載のスピンコーテイング装置。
- 化学薬品を基体回路基板の面上にスピンコーテイングするための化学アプリケーターであって、
回路基板を支持するためのボウルであって、このボウルは回路基板のレベルより下に形成された多数の排出孔を備えており；
平坦面を有する蓋であって、この平坦面は回路基板上方の予め定められた距離即ち約２ｍｍと約１０ｍｍの間の位置を占めかつボウルと噛み合い；
溶剤を回路基板の下側に遠心力により供給するためにボウル内に形成された多数の噴射孔とを包含し、各溶剤噴射孔１２１はボウル１０２の下側外面上に配置されている第１の一端Ｅ1およびボウル１０２の上側内面上に対応配置されている第２のまたは内端Ｅ2を包含しており、噴射孔１２１の第１の一端Ｅ1および第２の内端Ｅ2はボウル１０２の回転中心からそれぞれ第１半径距離ｒ1および第２半径距離ｒ2の処に配置されており、第１半径距離ｒ1は第２半径距離ｒ2より小さいので噴射孔１２１はおよそ３０度と５０度の間で傾斜した導管通路をボウル１０２を通し溶剤噴射リング１２３および溶剤排出リング１２７を接続して回路基板１３０下面の外周縁近傍へ斜め上向きに指向するように形成しており、
蓋１０１の下部平坦面１１４は、スピニング回路基板上の表面附近で形成される対流渦巻きを弱めるのに充分なほど小さい間隔で回路基板１３０の上面１３２から離されている、化学アプリケーター。
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