JP4318913B2

JP4318913B2 - 塗布処理装置

Info

Publication number: JP4318913B2
Application number: JP2002376233A
Authority: JP
Inventors: 英男志手
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: US20060068093A1; KR20050086941A; US7575634B2; EP1577930A4; US20090258139A1; US7790227B2; CN1732555A; WO2004059709A1; JP2004207573A; CN100380584C; EP1577930A1; KR100954901B1; AU2003289383A1

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、被処理基板に塗布膜を形成する塗布処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスの製造工程においては、所謂、フォトリソグラフィー技術を用いて、半導体ウエハに所定の回路パターンを形成している。このフォトリソグラフィー工程においては、ウエハにレジスト膜を形成し、このレジスト膜を所定のパターンで露光し、露光処理されたウエハを現像処理することによって、回路パターンが形成される。
【０００３】
ここで、ウエハにレジスト膜を形成する方法としては、略水平姿勢で保持されたウエハの中心部に所定量のレジスト液を供給した後に、ウエハを高速回転させることによってレジスト液をウエハ全体に拡げる、所謂、スピンコート法が広く用いられている。このようなスピンコート法による成膜を行う装置として、例えば、特開２００１−１８９２６６号公報（特許文献１）には、ウエハの周囲を囲うように配置され、底部から強制的に排気を行うことによって、ウエハの周囲の雰囲気を強制的に排気する処理カップと、この処理カップの内側においてウエハの外周を囲うように配置され、ウエハ付近に生ずる気流を制御する気流制御板と、を有する塗布処理装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８９２６６号公報（第３頁−第４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような塗布処理装置においては、排気流路の雰囲気採取口がウエハの端面の近傍に位置しているために、ウエハの端面が排気流路に流れ込む気流によってウエハの周縁部でのレジスト液の乾燥が速くなる。この場合には、ウエハの中心から周縁に向かって流れるレジスト液がウエハの周縁で堆積しやすくなるために、レジスト膜の厚さがウエハの周縁部では中央部よりも厚くなる。近年、回路パターンの微細化と高集積化が進むにつれて形成すべきレジスト膜の厚さが薄くなってきており、僅かなレジスト膜の厚さの不均一が製造歩留まりと製品の品質に大きな影響を与えるようになってきている。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、厚さの均一性に優れた塗布膜の形成を可能とする塗布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】
すなわち、本発明の第１の観点によれば、被処理基板に所定の塗布液を供給して前記被処理基板を回転することにより前記塗布液を拡げて厚さ分布の均一な塗布膜を形成する塗布処理装置であって、表面に塗布液が供給される被処理基板を略水平姿勢で保持する保持手段と、前記被処理基板を水平面内で回転させる回転手段と、前記保持手段を収容し、底部から排気を行うことによって前記被処理基板の周囲の雰囲気を排気する処理容器と、を具備し、前記処理容器は、筒状の鉛直壁および前記鉛直壁の上端に連設されて内側上方に傾倒した傾斜壁とからなる側壁部を有し、前記側壁部が前記被処理基板の外側を囲うように配置された第１カップと、前記第１カップの内側において前記被処理基板に近接して前記被処理基板を囲うように配置され、断面略三角形で上に凸である上リング部および断面略三角形で下に凸である下リング部から構成された断面略四角形の気流制御部材と、を有し、実質的に前記被処理基板の周囲の雰囲気を排気する排気流路が前記第１カップの側壁部と前記気流制御部材との間に形成され、前記排気流路における雰囲気採取口が前記被処理基板の外方上部に位置し、前記雰囲気採取口が、前記第１カップの上端部と前記気流制御部材の頂点との間に形成されていることを特徴とする塗布処理装置、が提供される。
【０００９】
このような塗布処理装置によれば、基板の周囲の雰囲気を排気するに際して、排気される気流の基板の周縁部への影響を小さくすることができる。これによって、基板全体で厚さ分布の均一な塗布膜を形成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、半導体ウエハにレジスト膜を塗布して塗布膜を形成するレジスト塗布処理ユニットを備え、レジスト膜の形成から現像処理までの一連の処理を行うレジスト塗布・現像処理装置を例に挙げることとする。
【００１１】
図１は、レジスト塗布・現像処理システム１を示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。レジスト塗布・現像処理システム１は、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられる図示しない露光装置との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイスステーション１２と、を具備している。
【００１２】
カセットステーション１０は、ウエハＷを複数枚（例えば２５枚）収容可能なウエハカセットＣＲを載置するカセット載置台２０を有している。レジスト塗布・現像処理システム１において処理すべきウエハＷが収容されたウエハカセットＣＲは、他のシステムからカセットステーション１０のカセット載置台２０へ搬入され、逆に、レジスト塗布・現像処理システム１における処理を終えたウエハＷが収容されたウエハＷが収容されたウエハカセットＣＲは、カセット載置台２０から他のシステムへ搬出される。
【００１３】
カセット載置台２０上には、図１中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、位置決め突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて１列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが鉛直方向（Ｚ方向）に配列されている。
【００１４】
カセットステーション１０はまた、カセット載置台２０と処理ステーション１１との間にウエハ搬送機構２１を備えている。このウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷの配列方向（Ｚ方向）に移動可能であり、かつ、図１中に示されるθ方向に回転可能なウエハ搬送用ピック２１ａを有している。こうしてウエハ搬送用ピック２１ａは、カセット載置台２０に載置されたウエハカセットＣＲの所定位置に収容されたウエハＷに対して選択的にアクセスすることができ、また、後述する処理ステーション１１側の第３の処理部Ｇ_３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエ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。
【００１５】
処理ステーション１１は、ウエハＷに対してレジスト液の塗布および現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されている。各処理ユニットにおいてウエハＷは１枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部にウエハ搬送路２２ａを有しており、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、ウエハ搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部は複数の処理ユニットが鉛直方向（Ｚ方向）に沿って多段に配置されている。
【００１６】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体７９の内側にウエハ搬送装置７６を鉛直方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体７９は図示しないモータの回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送装置７６も一体的に回転可能となっている。ウエハ搬送装置７６は、搬送基台７７の前後方向に移動自在な複数本の保持アーム７８を備え、これらの保持アーム７８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。
【００１７】
図１に示すように、レジスト塗布・現像処理システム１においては、４個の処理部Ｇ_１・Ｇ_２・Ｇ_３・Ｇ_４がウエハ搬送路２２ａの周囲に実際に配置されている。これらのうち、第１および第２の処理部Ｇ_１・Ｇ_２はレジスト塗布・現像処理システム１の正面側（図１における手前側）に並列に配置され、第３の処理部Ｇ_３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理部Ｇ_４はインターフェイスステーション１２に隣接して配置されている。また、レジスト塗布・現像処理システム１においては、背面部に第５の処理部Ｇ_５を配置することができるようになっている。
【００１８】
第１の処理部Ｇ_１では、コータカップ（ＣＰ）内でウエハＷを図示しないスピンチャックに乗せて所定の処理を行う２台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）およびレジストのパターンを現像する現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理部Ｇ_２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）および現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。なお、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）の構造については後に詳細に説明する。
【００１９】
第３の処理部Ｇ_３においては、図３に示すように、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が多段に重ねられている。すなわち、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）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、冷却処理を行うクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、レジスト液が塗布されたウエハＷまたは露光処理後のウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。
【００２０】
第４の処理部Ｇ_４においても、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングプレートユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングプレートユニット（ＣＯＬ）、および４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００２１】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理部Ｇ_５を設ける場合に、第５の処理部Ｇ_５は、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。これにより、第５の処理部Ｇ_５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることによって空間部が確保されるために、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を容易に行うことができる。
【００２２】
インターフェイスステーション１２は、奥行方向（Ｘ方向）については、処理ステーション１１と同じ長さを有している。図１、図２に示すように、このインターフェイスステーション１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＰＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部にはウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４はウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＰＲ・ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。
【００２３】
なお、ウエハ搬送用アーム２４ａはθ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理部Ｇ_４に属するエ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）にもアクセス可能となっている。
【００２４】
上述したレジスト塗布・現像処理システム１においては、まず、カセットステーション１０において、ウエハ搬送機構２１のウエハ搬送用ピック２１ａがカセット載置台２０上の未処理のウエハＷを収容しているウエハカセットＣＲにアクセスして１枚のウエハＷを取り出し、第３の処理部Ｇ_３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）に搬送する。
【００２５】
ウエハＷは、このエクステンションユニット（ＥＸＴ）から、主ウエハ搬送機構２２のウエハ搬送装置７６により、処理ステーション１１に搬入される。そして、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）によりアライメントされた後、アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（ＨＭＤＳ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７６によりクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されて冷却される。
【００２６】
アドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理が終了してクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）で冷却されたウエハＷ、またはアドヒージョン処理ユニット（ＡＤ）での処理を行わないウエハＷは、引き続き、ウエハ搬送装置７６によりレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）に搬送され、そこでレジストが塗布され、レジスト膜（塗布膜）が形成される。塗布処理終了後、ウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３または第４の処理部Ｇ_４のホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬送されて、そこでプリベーク処理され、次いでいずれかのクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送されて、そこで冷却される。
【００２７】
冷却されたウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）に搬送され、そこでアライメントされた後、第４の処理部Ｇ_４のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してインターフェイスステーション１２に搬送される。
【００２８】
ウエハＷは、インターフェイスステーション１２において周辺露光装置２３により周辺露光されて余分なレジストが除去された後、インターフェイスステーション１２に隣接して設けられた図示しない露光装置に搬送され、そこで所定のパターンにしたがってウエハＷのレジスト膜に露光処理が施される。
【００２９】
露光後のウエハＷは、再びインターフェイスステーション１２に戻され、ウエハ搬送機構２４により、第４の処理部Ｇ_４に属するエ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７６により第３の処理部Ｇ_３または第４の処理部Ｇ_４のホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬送されて、そこでポストエクスポージャーベーク処理が施される。ポストエクスポージャーベーク処理においては、ウエハＷは所定温度まで冷却されるが、ウエハＷはその後に必要に応じてクーリングプレートユニット（ＣＯＬ）に搬送され、そこでさらに冷却処理される。
【００３０】
その後、ウエハＷは現像処理ユニット（ＤＥＶ）に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像終了後、ウエハＷは第３の処理部Ｇ_３のホットプレートユニット（ＨＰ）へ搬送されて、そこでポストベーク処理が施される。このような一連の処理が終了したウエハＷは、第３の処理部Ｇ_３のエ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、いずれかのウエハカセットＣＲに収容される。
【００３１】
次に、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）について詳細に説明する。図４はレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）の概略構造を示す断面図であり、図５は図４中の領域Ａの拡大図である。レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）は、ウエハＷを略水平姿勢で保持するスピンチャック４１と、スピンチャック４１を回転させる回転機構４２と、スピンチャック４１を昇降させる昇降機構４３と、スピンチャック４１を収容する処理カップ５０とを具備している。処理カップ５０の上方からは、図示しないフィルターファンユニット（ＦＦＵ）から清浄な空気がダウンフローとして処理カップ５０に向けて供給されるようになっている。
【００３２】
スピンチャック４１に保持されたウエハＷの表面にレジスト液を供給するレジスト塗布ノズル９１は、ノズル保持アーム９２に保持されている。ノズル保持アーム９２は、スライド機構や回動機構等の水平方向移動機構と昇降機構（鉛直方向移動機構）とからなるノズル移動機構９３によってウエハＷの中心部と処理容器の外側の待避位置（図示せず）との間で移動自在であり、かつ、ウエハＷの表面に近接または離隔自在となっている。なお、レジスト塗布ノズル９１には、レジスト液がレジスト送液装置９４から送られるようになっている。
【００３３】
スピンチャック４１は、図示しない吸引機構によってウエハＷを減圧吸着して保持することができるようになっている。スピンチャック４１にウエハＷを吸着保持し、ウエハＷのほぼ中心に所定量のレジスト液を供給した後にスピンチャック４１を回転機構４２によって回転させることにより、ウエハＷにレジスト膜が形成される。このとき、ウエハＷから周囲に飛散する余分なレジスト液を処理カップ５０によって回収する。
【００３４】
処理カップ５０は、大略的に、ウエハＷの外側を囲うように配置された第１カップ５１と、第１カップ５１の内側においてウエハＷに近接してウエハＷを囲うように配置された気流制御部材５２と、ウエハＷの下側に配置された第２カップ５３から構成されている。
【００３５】
第１カップ５１は、筒状の第１鉛直壁７１ａおよびこの第１鉛直壁７１ａの上端に連設されて内側上方に向けて傾倒した第１傾斜壁７１ｂからなる外周壁６１ａと、第１鉛直壁７１ａの内側に設けられた円筒状の中間壁６１ｂと、底壁６１ｃとを有している。気流制御部材５２は、断面略三角形で上に凸である上リング部材６２ａおよび断面略三角形で下に凸である下リング部材６２ｂから構成された断面略四角形の形状を有している。上リング部材６２ａと下リング部材６２ｂは一体的に構成されていてもよい。第２カップ５３は、ウエハＷの下側から斜め下に外方に向けて拡がる第２傾斜壁６３ａと、この第２傾斜壁６３ａの下端に連通する筒状の第２鉛直壁６３ｂと、第１カップ５１の中間壁６１ｂの内側に配置された円筒状の内周壁６３ｃとを有している。
【００３６】
処理カップ５０においては、外周壁６１ａと気流制御部材５２との間に排気流路５５が、下リング部材６２ｂと第２傾斜壁６３ａとの間に排液流路５６が、第１鉛直壁７１ａと第２鉛直壁６３ｂとの間に排気流路５５と排液流路５６が合流する排気／排液流路５７が、外周壁６１ａと中間壁６１ｂとの間に排液室５８が、中間壁６１ｂと内周壁６３ｃとの間に排気室５９が、それぞれ形成されている。また、底壁６１ｃには、排液室５８が形成されている部分において排液口７４が、排気室５９が形成されている部分において排気口７２がそれぞれ形成されており、排液口７４には排液管７５が、排気口７２には排気管７３が、それぞれ取り付けられている。
【００３７】
排気管７３の下流には図示しない排気装置が設けられており、ウエハＷの周囲の雰囲気は、この排気装置を稼働するすることによって排気口７２を通して底部から排気される。レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）においては、このウエハＷの周囲の雰囲気の排気は実質的に排気流路５５を通して行われ、ウエハＷを回転させた際にウエハＷから振り切られるレジスト液の排液は実質的に排液流路５６を通して行われる。次にこのことについてさらに詳細に説明する。
【００３８】
図５に示されるように、排気流路５５における排気の採り入れ口（以下、雰囲気採取口という）５５ａは、第１カップ５１の第１傾斜壁７１ｂの上端部と気流制御部材５２の上リング部材６２ａの頂点との間に形成され、この雰囲気採取口５５ａはウエハＷの外方上部に位置している。また、排液流路５６へレジスト液が流れ込むためのレジスト液採取口５６ａは、ウエハＷと気流制御部材５２との間に形成されている。
【００３９】
気流制御部材５２がウエハＷに近接して配置されているために、レジスト液採取口５６ａの幅（γ）は雰囲気採取口５５ａの幅（α_１）よりも狭くなっている。このために、ウエハＷの周辺の雰囲気は、雰囲気採取口５５ａから排気流路５５へと流れ込みやすく、逆にレジスト液採取口５６ａを通して排液流路５６へは流れ込み難くなる。このようにして実質的にウエハＷの周辺の雰囲気の排気は排気流路５５を通して行われるようになる。
【００４０】
排気流路５５に気流が流れ込む際には、雰囲気採取口５５ａの近傍で強い排気気流が発生する。しかし、雰囲気採取口５５ａはウエハＷから離れた位置に形成されているために、排気流路５５に流れ込む排気気流のウエハＷの周縁部への影響は小さくなる。また、レジスト液採取口５６ａへは気流が流れ込み難いから、レジスト液採取口５６ａの近傍では強い排気気流は発生しなくなる。こうしてレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）を用いたレジスト膜の成膜工程においては、排気気流によるレジスト膜の周縁部の乾燥が抑制されるため、膜厚分布の均一性に優れたレジスト膜を得ることができる。
【００４１】
このような効果を実効的に得るために、好ましくは、スピンチャック４１を回転させた際にウエハＷから振り切られたレジスト液は実質的に下リング部材６２ｂの内側の傾斜面に衝突することによって排液流路５６に導かれるように、また、ウエハＷの周縁部の近傍を流れる気流は実質的に上リング部材６２ａの内側の傾斜面に沿って上昇した後に雰囲気採取口５５ａから排気流路５５に流れ込むように、気流制御部材５２は、上リング部材６２ａの内側の角と下リング部材６２ｂの内側の角とが合わされて形成される頂点の高さ位置が、スピンチャック４１に保持されたウエハＷの表面の高さ位置よりも、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度高くなるように配置される。また、気流制御部材５２は、気流制御部材５２の頂点（上リング部材６２ａの頂点）が第１カップ５１の頂点（第１傾斜壁７１ｂの最上部）よりも低い位置にくるように、配置される。
【００４２】
気流制御部材５２を構成する上リング部材６２ａの内側の底角θ_１は、２４度以上３４度以下とすることが好ましい。上リング部材６２ａの底角θ_１がこの範囲の値よりも小さくなると、雰囲気採取口５５ａの位置が下がってウエハＷに近づくために排気流路５５に流れ込む気流のウエハＷの周縁部への影響が大きくなり、これによってウエハＷの周縁部でレジスト膜が厚くなり易くなる。逆に、上リング部材６２ａの底角θ_１がこの範囲の値よりも大きくなると、ウエハＷの中央部から外周に向かう気流が上リング部材６２ａの内側の傾斜面に衝突して中央部に戻るような気流が発生し易くなるため、この気流に含まれるレジスト液のミストがレジスト膜に付着してレジスト膜が汚染され易くなる。
【００４３】
上リング部材６２ａの外側の底角θ_３は、排気流路５５に一定の幅が確保されるように第１傾斜壁７１ｂの傾斜角度に適合させて定められ、例えば、２２度以上３２度以下の範囲とすることができる。また、気流制御部材５２の内径および外径は処理するウエハＷの直径によって変化するため、上リング部材６２ａの高さもウエハＷの大きさに応じて、適宜、好適な値に設定される。例えば、ウエハＷの直径が３００ｍｍである場合には、上リング部材６２ａの高さ（α_２）は１０ｍｍ以上１８ｍｍ以下（例えば、１４ｍｍ）とされる。
【００４４】
気流制御部材５２を構成する下リング部材６２ｂの内側の底角（θ_２）は、２５度以上３５度以下とすることが好ましい。下リング部材６２ｂの底角θ_２がこの範囲よりも大きな角度となると、ウエハＷから振り切られたレジスト液が下リング部材６２ｂの内側の傾斜壁に衝突して跳ね返り、ウエハＷの周縁部を汚し易くなる。一方、底角θ_２がこの範囲よりも小さな角度となると、ウエハＷから振り切られたレジスト液とこのレジスト液の飛散に伴って生ずる気流が排気流路５５に達することによって排気流路５５における気流が乱され、排気流路５５を流れる排気気流が逆流するおそれが生ずる。
【００４５】
排気／排液流路５７の幅β_３は、排気流路５５の一部であって第１鉛直壁７１ａと下リング部材６２ｂの間に形成されている部分の幅β_１よりも狭くすることが好ましい。また排気／排液流路５７の幅β_３は、排液流路５６の幅β_２よりも狭いことが好ましい。これは、排気／排液流路５７の幅β_３の幅を広くすると、排気／排液流路５７における吸引力が弱くなり、これによって排気流路５５や排液流路５６において気流の乱れが生じやすくなるから、それを防止するためである。
【００４６】
なお、排気流路５５において排気気流が逆流し、雰囲気採取口５５ａからウエハＷの上空への排気が戻された場合には、排気気流に含まれるレジスト液のミストがウエハＷの表面に付着して、レジスト膜の表面が汚染される問題を生ずる。そこで、第１カップ５１の第１傾斜壁７２ｂの上端に雰囲気採取口５５ａ側に突出した突起部６１ｄを設けることによって、排気流路５５に流れ込んだ気流の逆流を抑制することができる。
【００４７】
上述した構成を有するレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）におけるウエハＷの処理は以下の工程によって行われる。まず、ウエハＷを保持した保持アーム７８をスピンチャック４１上に進入させ、その後にスピンチャック４１を上昇させることによって、ウエハＷはスピンチャック４１に保持される。保持アーム７８を待避させた後にスピンチャック４１を降下させて、ウエハＷを処理位置に保持する。
【００４８】
レジスト塗布ノズル９１をウエハＷの中心に移動させて、所定量のレジスト液をウエハＷの表面に供給し、スピンチャック４１を回転させる。これによりレジスト液は遠心力によってウエハＷの周縁に拡げられ、ウエハＷにあたるダウンフローおよびウエハＷの周囲に発生する気流によってレジスト膜の乾燥が進む。
【００４９】
スピンチャック４１を回転させる際に、ウエハＷの外周から飛散する余分なレジスト液の多くは、レジスト液採取口５６ａから排液流路５６へ入った後に気流制御部材５２の下リング部材６２ｂの内側斜面にあたって、排液流路５６と排気／排液流路５７を通って排液室５８に達し、排液口７４と排液管７５を通して外部へ排出される。ウエハＷの周辺の雰囲気は、雰囲気採取口５５ａから排気流路５５へ流れ込み、順次、排気／排液流路５７、排液室５８、排気室５９を経た後、排気口７２と排気管７３を通して外部へ排出される。
【００５０】
なお、ウエハＷから振り切られるレジスト液の一部が、気流制御部材５２の上リング部材６２ａの内側斜面に付着する場合があるが、こうして気流制御部材５２に付着したレジスト液は、処理カップ５０を洗浄する際に除去される。また、ウエハＷにレジスト液を塗布する前に、レジスト液がウエハＷの表面を拡がりやすくなるように、シンナー等の溶剤をウエハＷの表面に塗布する等の前処理を行うことが好ましい。
【００５１】
スピンチャック４１の回転を停止した後に、スピンチャック４１を所定の高さまで上昇させて、保持アーム７８をスピンチャック４１の下側に進入させる。スピンチャック４１を降下させる途中で、ウエハＷはスピンチャック４１から保持アーム７８に受け渡され、保持アーム７８はウエハＷをいずれかのホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送し、そこでプリベーク処理が行われる。
【００５２】
表１と図７および図８に、図６に示す種々の処理カップを用い、スピンチャック４１の回転数を変化させてウエハＷにレジスト膜を形成して得られた膜厚分布等の結果を示す。図６（ａ）〜（ｃ）は図５と同様にウエハＷの外側に位置している部分を示しており、その他の部分は共通である。図６（ａ）に示す処理カップ（比較例１）は、概略、処理カップ５０を、処理カップ５０から気流制御部材５２を取り外し、第１カップ５１の第１傾斜壁７１ｂの先端をウエハＷの周縁に近づけるように変形させた（第１カップ８９）ものを有している。図６（ｂ）に示す処理カップ（比較例２）は、概略、処理カップ５０を、処理カップ５０から気流制御部材５２の上リング部材６２ａを取り外して下リング部材６２ｂを残し、かつ、第１カップ５１の第１傾斜壁７１ｂの先端をウエハＷの周縁に近づけるように変形させたもの（第１カップ８９´）を有している。図６（ｃ）に示す処理カップ（実施例）は、図４および図５に示す本発明に係る処理カップ５０と同じである。
【００５３】
【表１】

【００５４】
ウエハＷに形成されたレジスト膜の膜厚測定は、ウエハＷの外周端面から３ｍｍ内側の円周上の点を最外周測定点とし、この円周内の直径上の複数箇所で行った。表１はその測定結果のレンジおよび３σの値を示している。ここで、「レンジ」は、測定した膜厚値の最大値と最小値の差を示しており、また、膜厚の最大値は最外周（つまり、ウエハＷの外周端面から３ｍｍ内側の円周上）の膜厚の値であることから、このレンジの値が小さいということは、レジスト膜の外周部の跳ね上がりが小さいということを示している。また、「３σ」は膜厚分布の標準偏差であり、この値が小さいことはレジスト膜の厚さ均一性に優れていることを示している。
【００５５】
表１に示されるように、比較例１よりも比較例２の場合でレンジおよび３σの値は小さく、さらに実施例の場合に、レンジおよび３σの値が最も小さくなっていることが分かる。比較例１および比較例２では、実施例と比較して雰囲気採取口がウエハＷの端面に近い位置にあるために、ウエハＷの周縁部では排気気流の影響によってレジスト膜が乾燥し易くなり、これによってレジスト膜厚が厚くなり易いと考えられる。なお、比較例１は比較例２と比べると、鉛直方向に流れる気流がウエハＷの周縁部にあたってレジスト膜を乾燥させるために、レジスト膜が厚くなるものと考えられる。
【００５６】
図７は、比較例２と実施例について、ウエハＷの外周端面から２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍの位置でのレンジと３σの値を示したグラフである。この図７から、実施例では、ウエハＷの周縁部におけるレジスト膜厚の跳ね上がりが抑制されていることがわかる。さらに、図８は、スピンチャック４１の回転数を８００ｒｐｍとした場合のウエハＷの径方向におけるレジスト膜厚の変化を示しており、実施例の場合に、ウエハＷの周縁部におけるレジスト膜の跳ね上がりが抑制されていることがわかる。これら図７および図８からも、実施例の処理カップを用いることによって、ウエハＷ全体で膜厚が均一なレジスト膜を形成することができることがわかる。なお、図８に示されるように、実施例の場合には比較例１・２と比較すると全体的に膜厚が１０ｎｍ薄くなっているが、これは回転数や回転時間を調節することによって、所定の膜厚に絞り込むことができる。
【００５７】
図９は、スピンチャック４１の回転数を一定として、排気口７２における排気圧を変化させた場合の膜厚を、ウエハＷの外周端面から３ｍｍ内側の円周上の点を最外周測定点としてこの円周内の直径上の複数箇所で測定した結果（レンジおよび３σ）を示している。排気口７２における排気圧を変化させると、排気流路５５と排液流路５６における排気圧も変化するが、図９に示されるように、レジスト膜の厚さには、このような排気圧の影響は殆ど現れないことが確認された。このことは、レジスト膜の厚さを一定に維持しながら、確実にウエハＷの周囲の雰囲気の排気を行うことができることを示している。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、保持アーム７８が昇降自在であるから、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）においては、スピンチャック４１を昇降させることなくウエハＷを保持する位置を一定に固定し、スピンチャック４１と保持アーム７８との間でウエハＷの受け渡しをする際に、処理カップ５０をウエハＷの受け渡しの障害とならないように昇降させてもよい。基板は半導体ウエハに限定されず、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用のガラス基板であってもよい。また、塗布液はレジスト膜に限定されるものではなく、例えば、層間絶縁膜をスピンコート法によって形成するために使用される薬液であってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の塗布処理装置によれば、基板の周囲の雰囲気を排気するに際して、排気される気流の基板の周縁部への影響を小さくすることができるために、基板周縁部での膜厚の上昇を抑制して、基板全体で厚さ分布の均一な塗布膜を形成することができる。これにより信頼性に優れる製品を製造することができ、また、製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す平面図。
【図２】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す正面図。
【図３】レジスト塗布・現像処理システムの概略構造を示す背面図。
【図４】レジスト塗布処理ユニットの概略構造を示す断面図。
【図５】図４に示す領域Ａの拡大図。
【図６】比較例１、比較例２および実施例に係るそれぞれの処理カップの概略構造を示す説明図。
【図７】比較例１と実施例の処理カップを用いて成膜されたレジスト膜のレンジと３σの値を示すグラフ。
【図８】比較例１、比較例２および実施例の処理カップを用いて成膜された各レジスト膜のウエハの径方向における膜厚変化を示すグラフ。
【図９】実施例の処理カップを用いて排気圧を変化させた場合のウエハの径方向におけるレジスト膜厚の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
４１；スピンチャック
５０；処理カップ
５１；第１カップ
５２；気流制御部材
５３；第２カップ
５５；排気流路
５５ａ；雰囲気採取口
５６；排液流路
５６ａ；レジスト液採取口
５７；排気／排液流路
６２ａ；上リング部材
６２ｂ；下リング部材
ＣＯＴ；レジスト塗布処理ユニット
Ｗ；半導体ウエハ

Claims

被処理基板に所定の塗布液を供給して前記被処理基板を回転することにより前記塗布液を拡げて厚さ分布の均一な塗布膜を形成する塗布処理装置であって、
表面に塗布液が供給される被処理基板を略水平姿勢で保持する保持手段と、
前記被処理基板を水平面内で回転させる回転手段と、
前記保持手段を収容し、底部から排気を行うことによって前記被処理基板の周囲の雰囲気を排気する処理容器と、
を具備し、
前記処理容器は、
筒状の鉛直壁および前記鉛直壁の上端に連設されて内側上方に傾倒した傾斜壁とからなる側壁部を有し、前記側壁部が前記被処理基板の外側を囲うように配置された第１カップと、
前記第１カップの内側において前記被処理基板に近接して前記被処理基板を囲うように配置され、断面略三角形で上に凸である上リング部および断面略三角形で下に凸である下リング部から構成された断面略四角形の気流制御部材と、
を有し、
実質的に前記被処理基板の周囲の雰囲気を排気する排気流路が前記第１カップの側壁部と前記気流制御部材との間に形成され、
前記排気流路における雰囲気採取口が前記被処理基板の外方上部に位置し、前記雰囲気採取口が、前記第１カップの上端部と前記気流制御部材の頂点との間に形成されていることを特徴とする塗布処理装置。
前記処理容器は、前記被処理基板の下側から斜め下に外方に向けて拡がる傾斜壁を備えた第２カップをさらに具備し、
実質的に前記被処理基板から振り切られる塗布液を下方に向けて排出する排液流路が、前記気流制御部材と前記被処理基板との間隙が前記排液流路における排液採取口となって、前記気流制御部材と前記第２カップの傾斜壁との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の塗布処理装置。
前記第２カップは、前記第２カップの傾斜壁の下端に連通する筒状の側壁部をさらに有し、
前記排気流路の下流と前記排液流路の下流は、前記第１カップの側壁部と前記第２カップの側壁部との間に形成される間隙部で合流し、前記処理容器の底部から排気および排液が行われることを特徴とする請求項２に記載の塗布処理装置。
前記被処理基板から振り切られた塗布液が実質的に前記下リング部の内側の傾斜面に衝突することによって前記排液流路に導かれるように、前記気流制御部材は、前記上リング部の内側の角と前記下リング部の内側の角とが合わされた頂点の高さ位置が、前記被処理基板の表面の高さ位置より高くなるように配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の塗布処理装置。
前記被処理基板の周縁近傍を流れる気流が実質的に前記上リング部の内側の傾斜面に沿って上昇した後に前記雰囲気採取口から前記排気流路に流れ込むように、前記気流制御部材は、前記上リング部の内側の角と前記下リング部の内側の角とが合わされた頂点の高さ位置が、前記被処理基板の表面の高さ位置より高くなるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の塗布処理装置。
前記第１カップの傾斜壁の上端に、前記排気流路に流れ込んだ気流の逆流を抑制するために、前記雰囲気採取口側に突出した突起部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の塗布処理装置。
前記気流制御部材における上リング部の内側の底角は、２４度以上３４度以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の塗布処理装置。
前記気流制御部材における上リング部の高さは、１０ｍｍ以上１８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の塗布処理装置。
前記気流制御部材における下リング部の内側の底角は、２５度以上３５度以下であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の塗布処理装置。
前記気流制御部材において、前記上リング部と前記下リング部とは一体的に構成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の塗布処理装置。