JP4484880B2 - 溶剤を飽和させたチャンバ内でポリマー溶液を基板に塗布する方法及び装置 - Google Patents

Description

本明細書の開示内容は、ポリマー溶液、例えばフォトレジストポリマー溶液を基板、例えばシリコン基板の表面全体に塗布する方法及び装置に関する。塗布は、塗布中におけるポリマー溶液の蒸発を阻止するために、溶剤を飽和させたチャンバ内で行われる。

集積回路の製造では、マスクに施された幾何学的形状を半導体ウェーハの表面に転写する。しかる後、これら幾何学的形状に対応し又は幾何学的形状相互間の領域に対応した半導体ウェーハをエッチングにより除去する。半導体ウェーハへのマスクからの形状の転写は、典型的には、リソグラフィプロセスを含む。これは、感光性プレポリマー溶液を半導体ウェーハに塗布するステップを含む。プレポリマー溶液中の溶剤を蒸発により除去し、その結果得られたポリマーフィルムを、ベーキング（焼成）する。フィルムを、所望の幾何学的パターンを支持したフォトマスクを通して放射線、例えば紫外線に当てる。次に、ウェーハを現像液中に浸漬することによって、感光性物質中の像を現像する。感光性物質の性状に応じて、現像プロセス中に露出し又は露出していない領域を除去する。しかる後、ウェーハをエッチング液中に入れ、このエッチング液は、感光性物質によっては保護されていない領域を除去する。感光性物質は、エッチングプロセスに対するこれらの抵抗に起因して、フォトレジストと呼ばれている。これら感光性物質は例えば、紫外線、電子ビーム、ｘ線又はイオンビーンに対して敏感である。

フォトレジストプレポリマー溶液のコストが高いので、塗布プロセスの効率を上げてポリマー溶液の消費量を最小に抑える方法を案出することが望ましい。さらに、フォトレジスト層の厚さの均一性は、集積回路の製造における重要な基準である。厚さの均一性は、半導体ウェーハ上への幾何学的形状の満足のいく再現を保証する。フォトレジスト中の溶剤は、塗布中、蒸発する傾向があり、ポリマー溶液の粘度を増大させ、その結果得られる膜が平らになることを阻害する。これにより、厚さの不均一性が生じる。したがって、塗布プロセス中、ポリマー溶液からの溶剤の蒸発の量を制御できることが望ましい。

開示内容は添付の図面の図に実施形態により非限定的に示されている。添付の図中、同一の符号は同様な要素を示している。本発明は、以下の説明及び本発明の実施形態を示すために用いられている添付の図面を参照することにより最もよく理解できる。

説明対象の実施形態の特徴は、特許請求の範囲に具体的に記載されている。これら実施形態は、以下の説明及び添付の図面を参照することにより最もよく理解され、図中、互いに実質的に同じ部品は、同一の参照符号で示されている。

本発明の一特徴によれば、実施形態は、ポリマー溶液を基板、例えば半導体ウェーハに塗布する装置を含む。この装置は、ポリマー溶液を塗布すべき基板を支持する回転自在なチャックを備えた塗布チャンバを有する。ポリマー溶液を基板の上に小出しするディスペンサが、塗布チャンバ内に延びている。塗布チャンバと連通可能な溶剤蒸気発生器を有する蒸気分配装置が、溶剤を溶剤蒸気に変換するために設けられている。キャリヤガスを溶剤蒸気と混合してキャリヤと溶剤蒸気の混合物（キャリヤ−溶剤蒸気混合物）を生じさせる。キャリヤ−溶剤蒸気混合物を塗布チャンバ内に流入させ、塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させる。塗布チャンバと連通可能な溶剤除去装置が、溶剤蒸気に変換されない過剰な溶剤を除去し、過剰な溶剤が基板上に落下することを防止する。

本発明の別の特徴では、実施形態は、基板の表面全体にポリマー溶液を塗布する方法を含む。この方法は、ポリマー溶液を塗布すべき基板を、基板を支持する回転可能なチャックを備えた塗布チャンバ内に固定するステップを有する。この方法は、キャリヤガスを溶剤蒸気と混合させてキャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせ、塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させるステップを更に有する。溶剤蒸気に変換されない過剰な溶剤を除去し、過剰な溶剤が基板上に落下することを防止する。塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させている間、ポリマー溶液を基板の表面の上に小出しする。基板を回転させてポリマー溶液を基板の表面全体に広げる。

例示の実施形態を特定の形態及び技術を参照して説明する。当業者であれば理解されるように、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内に含まれた状態で種々の変更及び改造を行うことができる。加うるに、周知の要素、ポンプ、センサ、管、方法ステップ等は詳細には記載されていない。以下の説明及び図面は、本発明の例示であり、本発明を限定するものと解釈されてはならない。

本発明の実施形態は、基板、例えば半導体ウェーハの表面にポリマー溶液、例えばフォトレジスト溶液を塗布する装置及び方法に関する。特に、これら実施形態は、揮発性溶剤を飽和させた環境内において、基板表面にポリマー溶液をスピン塗布する技術に関する。基板は、集積回路の製造に用いられる半導体ウェーハ（例えば、単結晶シリコン）であるのがよい。また、基板の表面にはパターン及び構造が形成されているのがよい。塗布は、溶剤蒸気を充満させた塗布チャンバ内で行われ、したがって、塗布が行われるとき、ポリマー溶液の蒸発が最小に抑えられる。かかる揮発性溶剤充満方式の塗布環境により、ポリマー溶液の蒸発が阻止され、かくして、基板に塗布すべきポリマーの厚さの均一性を向上させる。加うるに、かかる塗布環境は、塗布を行うのに必要なポリマー溶液の量を減少させる。

実施形態を、特に、集積回路の製造に用いられる半導体ウェーハ及び半導体ウェーハの表面へのフォトレジストプレポリマー溶液の塗布に関連して説明する。集積回路製造に用いられる膜（フィルム）又は被膜は、フォトレジスト層には限定されず、例えば、有機平坦化フィルム、反射防止膜、シロキサンＳＯＧ（spin-on-glass）膜、ポリイミド膜及びポリイミドシロキサン膜のような物質を含む場合があることは理解されよう。

一実施形態では、ポリマー溶液、例えばフォトレジスト溶液は、約１０重量％〜約５０重量％の溶質含有量を有する。一実施形態では、フォトレジスト溶液は、遠紫外フォトレジストポリマーである。

一側面では、塗布は、塗布すべき基板を固定して支持することができる回転可能なチャックを備えた塗布チャンバを有する塗布装置で行われる。ポリマー溶液を基板の表面の上に小出しするディスペンサが、塗布チャンバ内に延ばされている。蒸気分配装置（例えば、噴霧器又は超音波装置）が、塗布チャンバと連通可能に構成されると共に位置決めされている。蒸気分配装置は、溶剤を溶剤蒸気に変換させることができる溶剤蒸気発生器を含む。キャリヤガスを溶剤蒸気と混合して、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせる。キャリヤガスは、溶剤蒸気を塗布チャンバ内に運び込むように機能する。キャリヤガスはまた、溶剤蒸気を塗布チャンバ内に送り込む「スプレー作用」又は「吹き付け作用」をもたらすよう機能する。溶剤分配装置を介して、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を塗布チャンバ内に流入させて、塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させる。溶剤除去装置が、溶剤蒸気に変換されない過剰な溶剤を除去するために、塗布チャンバと連通可能に構成されている。これにより、過剰な溶剤（又は溶剤の液滴）が基板上に落下し又は滴下してポリマー溶液の不均一性を生じさせ、その結果形成すべきポリマー層の不均一性を生じさせることが防止される。溶剤除去装置は、過剰な溶剤を塗布チャンバから吸い出すように構成された噴霧器又は超音波装置であるのがよい。キャリヤガス源及び溶剤源が、キャリヤガス及び溶剤を蒸気分配装置に供給するよう蒸気分配装置に結合されている。ポリマー溶液源が、ポリマー溶液をディスペンサに供給するようディスペンサに結合されている。

或る幾つかの側面では、過剰な溶剤の存在を検出する流体センサが塗布チャンバ内に設けられ、溶剤除去装置を作動させ、溶剤が基板上に滴下する前に過剰な溶剤を除去する。

他の幾つかの側面では、塗布チャンバは、基板に隣接して位置する塗布領域の上方に配置された収集装置を有する。キャリヤ−溶剤蒸気混合物は、塗布領域に入る前に収集容器に通される。収集容器は、過剰な溶剤が塗布領域内にこぼれるのを防止する隆起縁部を有する。キャリヤ−溶剤蒸気混合物だけが、収集容器を越えて塗布領域内に流れ込むことができる。シャワーヘッドを収集容器の下方に且つ塗布領域の上方に配置して、キャリヤ−溶剤蒸気混合物の第２の篩分け装置としての役目を果たすようにするのがよい。シャワーヘッドは、許容限度内のミスト又は蒸気を通過させることができるよう寸法決めされた多数の開口（例えば、０．０１０μｍ〜０．０８５μｍの開口）を有する。キャリヤ−溶剤蒸気混合物は、これらの開口を通って塗布領域に入る。シャワーヘッドは又、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を塗布領域内に一様に分布させる役目も果たす。以下の記載は、本発明の例示の実施形態の塗布装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の例示の実施形態の塗布装置１００を示す。塗布装置１００は、塗布チャンバ１０２を収容するハウジング１０１を有している。回転可能な支持チャック１０４が、塗布チャンバ１０２内に取付けられている。回転可能な支持チャック１０４は、基板１０６を支持し、この基板は、幾つかの実施形態では、ウェーハ又はシリコンウェーハである。基板１０６には、当該技術分野において知られているように、構造又はパターンが形成されているのがよい。回転可能な支持チャック１０４は、塗布チャンバ１０２の底部に形成された開口１１４を貫通している。回転可能な支持チャック１０４は、それをスピンさせ又は回転させることができるアクスル１１２に取付けられている。

ハウジング１０１は、基板１０６を搬送して塗布チャンバ１０２に出し入れすることができる基板搬送ドア１１０を有している。基板ハンドラを含むロボット装置１０８が、基板１０６を搬送ドア１１０に出し入れするの用いられるのがよい。搬送ドア１１０は、基板１０６をチャック１０４の上に配置し又は固定した後、閉じられる。搬送ドア１１０は、塗布プロセス中も閉じられる。

ディスペンサ１１６が、塗布チャンバ１０２内に延びている。ディスペンサ１１６は、小出しライン１６０に結合され、この小出しラインは、ポリマー溶液源１５８と連通可能である。ディスペンサ１１６は、塗布のために、ポリマー溶液を基板１０６の表面の上に小出しする。一実施形態では、ディスペンサ１１６は、基板１０６の横に静止し、塗布のために基板１０６の中央に向かって移動する。ディスペンサ１１６は、ポリマー溶液を基板１０６の上に制御された流量で小出しするよう構成されている。一実施形態では、基板１０６へのポリマー溶液の小出し量及び速度を制御するためのコントローラ１１５が、ポリマー溶液源１５８、小出しライン１６０及び／又はディスペンサ１１６に結合されている。コントローラ１１５は又、ディスペンサ１１６を制御するように構成されるのがよく、それにより、ディスペンサ１１６は、塗布位置（例えば、基板１０６の中心部又は側部）に又はそれから移動することができる。

塗布装置１００には蒸気分配装置１１８が設けられている。蒸気分配装置１１８は、塗布チャンバ１０２と連通可能である。一実施形態では、蒸気分配装置１１８は、ハウジング１０１の頂部の上に且つ塗布チャンバ１０２の上方に配置されている。蒸気分配装置１１８は、溶剤を蒸発させ、移送し又は変換して溶剤蒸気にし、溶剤蒸気をキャリヤ（例えば、窒素（Ｎ₂））ガスと混合して、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせる。溶剤は、小出しすべきポリマー溶液の溶剤に類似し又はこれと適合性を有するべきである。一実施形態では、溶剤は、一般に半導体処理に用いられるフォトレジスト溶液に通常用いられるものである。蒸気分配装置１１８は又、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を塗布チャンバ内に通し又は注入し、塗布チャンバ１０２をキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させる。塗布チャンバ１０２を充満させることにより、基板１０６の表面の上方の雰囲気を制御すると共に、ポリマー溶液コーティングからの溶剤蒸発速度を制御するのを助ける。一実施形態では、蒸気分配装置１１８は、溶剤を溶剤蒸気に変換するよう機能する溶剤蒸気発生器を含む。一実施形態では、蒸気分配装置１１８は、噴霧器であり、別の実施形態では、蒸気分配装置１１８は、溶剤を蒸発させることができる超音波装置である。

一実施形態では、蒸気分配装置１１８は、第１の導管１３８、第２の導管１４０、及び第３の導管１４２を有している。蒸気分配装置１１８は、容易に且つ市場で入手できる噴霧器であるのがよい。第１の導管１３８は、溶剤源１４４に連通し、この溶剤源は、溶剤を蒸気分配装置１１８に供給する。溶剤源１４４は、導管１３８に通じるライン１７６に接続されている。溶剤源１４４は、加圧キャニスタ（例えば、約１０ｐｓｉ）であるのがよく、したがって、これをいったん開くと、溶剤が蒸気分配装置１１８に供給される。一実施形態では、溶剤源１４４は、ライン１７４を介して圧力源１４８（例えば、Ｎ₂ガス等の不活性ガス）に結合されている。圧力源１４８は、十分且つ少量の不活性ガスを溶剤源１４４に供給することによって、蒸気分配装置１１８への溶剤の移送を生じさせることができる。一実施形態では、Ｎ₂ガスを溶剤源に流入させ、それにより、溶剤を蒸気分配装置１１８に移送する。蒸気分配装置１１８への溶剤の流入を可能にする弁１７２，１６８が設けられている。また、蒸気分配装置１１８内への溶剤の流量を制御する流量制御装置１７０が設けられるのがよい。

キャリヤガス源１４６が、蒸気分配装置１１８に結合され、キャリヤガスを蒸気分配装置１１８に供給するようになっている。キャリヤガス源１４６は、ライン１８０を介して蒸気分配装置１１８に連通され、このライン１８０は、蒸気分配装置１１８の第２の導管１４０で終端する。キャリヤガス源１４６は、弁１７８を有し、弁１７８は、それがいったん開くと、蒸気分配装置１１８内へのキャリヤガスの流入を可能にする。蒸気分配装置１１８へのキャリヤガスの流量の制御を可能にする制御装置又はコントローラ１５０が、キャリヤガス源１４６に結合されるのがよい。加うるに、制御装置１５０は、キャリヤガス源１４６から流れるキャリヤガスのための他のパラメータを制御するのがよい。一実施形態では、制御装置１５０は、蒸気分配装置１１８に供給すべきキャリヤガスの温度を制御する。一実施形態では、制御装置１５０は、キャリヤガスが蒸気分配装置１１８に供給されているとき、キャリヤガスを１８℃〜３０℃の温度に維持する。流量計又は流量制御装置１８２も又、キャリヤガスの流量のモニタを可能にするようキャリヤガス源１４６に結合されるのがよい。

一実施形態では、蒸気分配装置１１８は、溶剤を蒸発させてキャリヤガスと混合させる蒸気分配装置１１８内のスペースを構成する高さＨ１００及び幅Ｗ１００を有する。高さＨ１００は、４〜１２インチ（１０．１６〜３０．４８ｃｍ）であり、一実施形態では、約４．５インチ（１１．４３ｃｍ）である。高さＨ１００は、溶剤が蒸発してキャリヤガスと混合するのに十分であるべきである。高さＨ１００が短過ぎると、混合と蒸発のためのスペースが不十分であるため、過剰な溶剤が塗布チャンバ１０２に流入する場合がある。幅Ｗ１００は、キャリヤ−溶剤蒸気混合物の所望の吹き付け角度にとって十分であるよう定められている。一実施形態では、キャリヤ−溶剤蒸気混合物の吹き付け角度は、約１５°〜３５°である。幅Ｗ１００は、混合物が妨害を受けることなしに塗布チャンバ１０２内に容易に放出されるように、キャリヤ−溶剤蒸気混合物の吹き付け角度に順応して十分に広くあるべきである。一実施形態では、幅Ｗ１００は、約３．５〜６．０インチ（８．８９〜１５．２４ｃｍ）である。

一実施形態では、収集装置１２４が、塗布チャンバ１０２内に設けられる。収集装置１２４は、蒸気分配装置１１８にできるだけ近接して配置されている。一実施形態では、収集装置１２４は、蒸気分配装置１１８よりも約４．５〜５．５インチ（１１．４３〜１３．９７ｃｍ）下のところに配置されている。収集装置１２４は、それと塗布チャンバ１０２の内壁１２９との間に隙間１２７が形成されるように塗布チャンバ１０２内に位置決めされている。隙間１２７により、キャリヤ−溶剤蒸気混合物が収集装置１２４から塗布領域１９４に流入することができる。一実施形態では、収集容器１２４の周囲は、隙間１２７だけ塗布チャンバの内部領域１２９よりも小さい。

塗布領域１９４は、基板１０６又はチャック１０４に隣接した塗布チャンバ１０２内の領域として定義される。一実施形態では、塗布中のポリマー溶液中の溶剤の蒸発を阻止するために、塗布領域１９４をキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させることが必要であるにすぎない。

図３は、収集装置１２４の平面図である。収集装置１２４は、キャリヤ−溶剤蒸気混合物の第１の停止部として理解できる。キャリヤ−溶剤蒸気混合物は、それが蒸気分配装置１１８から噴出された後、収集容器１２４に出会い又はこれを通過する。一実施形態では、収集装置１２８は本質的には、それと同心の中心及び複数の溝１３２（図３）を備えた丸い円板である。必ずしも蒸気分配装置から来た溶剤の全てが溶剤蒸気に変換されるわけではない。依然として、溶剤１２８の液滴が塗布チャンバ１０２内に入る場合がある。溶剤液滴が基板１６０上に滴下し又は落下するのを阻止することは、ポリマー溶液濃度の一様性及び基板上に形成すべきポリマー層の一様性を制御する上で重要である。収集装置１２４は、溶剤蒸気に転換、蒸発又は変換されなかった過剰な溶剤１２８が塗布チャンバ１０２の塗布領域１９４に入るのを止めるよう機能する。収集装置１２４は、塗布領域１９４に入るよう過剰な溶剤を通すことができる開口を備えていない。収集装置１２４の溝１３２は、過剰な溶剤１２８を収集装置１２４の中心に向かって差し向けるのに役立つ。収集装置１２４は、過剰な溶剤１２８が収集装置１２４を越えて塗布領域１９４内にこぼれるのを阻止する隆起縁部１２６（図１及び図２）を更に有する。

一実施形態では、塗布チャンバ１０２内にはシャワーヘッド１３４が設けられている。シャワーヘッド１３４は、収集装置１２４のすぐ下に配置されている。一実施形態では、シャワーヘッド１３４は、収集装置１２４よりも約０．３〜０．７インチ（０．７６２〜１．７７８ｃｍ）下のところに配置されている。シャワーヘッド１３４は、収集装置１２４から隙間１２７を通って下方へ通過したキャリヤ−溶剤蒸気混合物を受け入れる。シャワーヘッド１３４は、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を通過させてシャワーヘッド１３４の下の塗布領域１９４を充満させることができるように寸法決めされた複数の開口１３６（図１及び図２参照）を有している。一実施形態では、開口１３６のサイズは、０．０１０μｍ〜０．０８５μｍである。これら開口１３６は、キャリヤ−溶剤蒸気混合物の流量を最適にするよう寸法決めされている。開口１３６が小さければ小さいほど、塗布領域を充満させるのに要する時間が長くなる。他方、大き過ぎる開口１３６は、不必要な汚染を生じさせる恐れがある。一実施形態では、開口１３６のサイズは、０．０３０μｍ〜０．０８０μｍである。これらの開口１３６は、塗布領域の広い面積に及ぶようシャワーヘッド上に比較的均等に分布して配置されている。

一実施形態では、塗布装置１００には溶剤除去装置１２０が設けられている。溶剤除去装置１２０は、噴霧器又は超音波装置であるのがよい。溶剤除去装置１２０は、過剰な溶剤１２８を受け取ってそれを塗布チャンバ１０２又は収集装置１２４から除去できる溶剤蒸気に変換する蒸気発生器を有している点において、蒸気分配装置に類似している。

一実施形態では、溶剤除去装置１２０は、図１に示すように、ハウジング１０１に結合されている。ハウジング１０１は、溶剤除去ライン１３０を貫通させる開口を有している。溶剤除去ライン１３０は、過剰な溶剤１２８を溶剤除去装置１２０に移送するよう溶剤除去装置１２０と連通している。溶剤除去装置１２０は、溶剤除去ライン１３０で終端する第１の導管１６２を有している。一実施形態では、キャリヤガス（例えば、Ｎ₂ガス）又は清浄な乾燥空気１５４が用いられ、溶剤除去装置１２０内に供給され、過剰な溶剤１２８が溶剤除去装置１２０内に吸い込まれ、蒸発させられる。キャリヤガスは、キャリヤガス源１５４からライン１６７及び第２の導管１６４を通って溶剤除去装置１２０に入ることができる。また、キャリヤガス源１５４に弁１６９を設けて、溶剤除去装置１２０内へのキャリヤガスの流量を制御するのがよい。キャリヤガス又は清浄乾燥空気１５４と、溶剤除去ライン１３０を通って除去され且つ溶剤除去装置１２０内で蒸発した過剰な溶剤１２８とを混合する。次に、過剰な溶剤１２８を溶剤除去装置１２０の第３の導管１６６を通って容器１５２に除去するのがよい。第３の導管１６６から容器１６２まで延びているライン１６５を通して容器内へ除去した過剰な溶剤は、再利用されてもよいし、取り除かれてもよい。

一実施形態では、流体センサ１２２が、収集装置１２４に近接して配置されている。流体センサ１２２は、収集装置１２４のところで収集された溶剤のレベル又は存在を検出するよう構成されている。流体センサ１２２は、センサ制御装置１５６と結合され、このセンサ制御装置１５６は、溶剤除去装置１２０と連絡状態にあり、或る量の過剰な溶剤１２８が収集装置１２４に存在していることを流体センサ１２２が指示するとき、過剰な溶剤１２８の除去させる。

一実施形態では、塗布チャンバ１０２は、そのパージを可能にする開口１８３，１８５を有している。一実施形態では、塗布チャンバ１０２をパージするのに不活性ガス又は清浄乾燥空気が用いられる。パージライン１８７が、塗布チャンバ１０２の開口１８５内へ延び、不活性ガス（例えば、Ｎ₂）１８４を塗布チャンバ１０２内へ流入させてこれをパージすることを可能にする。また、塗布チャンバ１０２内への不活性ガスの流量を制御するために、弁１８６が設けられるのがよい。加うるに、パージライン１８９が、塗布チャンバ１０２の開口１８３内へ延び、不活性ガス（例えば、Ｎ₂）１８８を塗布チャンバ１０２内へ流入させてこれをパージすることを可能にする。また、塗布チャンバ１０２内への不活性ガスの流量を制御するために、弁１９０が設けられるのがよい。パージライン１８７，１８９は各々、パージのために塗布チャンバ１０に流入させる不活性ガスの流量をモニタする流量制御装置（図示せず）に結合されるのがよい。加うるに、塗布チャンバ１０２は、その排気及びクリーニングを可能にするために、塗布チャンバ１０２のほぼ底部のところに配置された排気出口１９２を有している。

図２は、蒸気分配装置１１８、収集装置１２４、シャワーヘッド１３４及び溶剤除去装置１６１の構成を詳細に示している。一実施形態では、蒸気分配装置１１８は、第１の導管１３８に流入する溶剤を蒸発させてこれを溶剤蒸気にすることができる噴霧器である。かかる噴霧器は、当該技術分野において知られている。蒸気分配装置１１８は又、溶剤蒸気と、第２の導管１４０に流入するキャリヤガス、例えば窒素とを混合して、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせる。図２に示すように、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を第３の導管１４２のところで蒸気分配装置から特定の吹き付け角度（例えば、１５〜３５°）で噴出させる。

キャリヤ−溶剤蒸気混合物を噴出させているとき、幾分かの溶剤は、蒸発せず、過剰な溶剤１２８として第３の導管１４２から噴出される。過剰な溶剤１２８は、図２に示すように、収集装置１２４のところで収集され、そして収集装置１２４から溶剤除去ライン１３０を通して除去される。一実施形態では、溶剤除去装置１２０は、噴霧器である。過剰な溶剤を除去するため、キャリヤガス源１５４（例えば、Ｎ₂ガス源又は清浄乾燥空気）が溶剤除去装置１６１に導入され、それにより、過剰な溶剤１２８を溶剤除去ライン内及び溶剤除去装置１６１内に移動させる。過剰な溶剤１２８を蒸発させ、塗布チャンバの外に搬送し、キャリヤガスと共に容器１５２内に運び込む。過剰な溶剤１２８は又、他の溶剤の塗布のために再利用できる。キャリヤ−溶剤蒸気混合物は、その揮発状態では、収集装置１２４の縁部１２６を容易に越えて、シャワーヘッド１３４に下方へ流れる。図２に示すように、キャリヤ−溶剤蒸気混合物は、複数の開口１３６を通過し、基板１０６に隣接して位置する塗布領域１９４をキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させる。塗布領域１９４をキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させた後、ディスペンサ１１６は、ポリマー溶液（例えば、フォトレジスト溶液）を支持チャック１０４に固定されている基板１０６の上に小出しする。

一実施形態では、溶剤を蒸発させるために、蒸気分配装置１１８内に超音波装置が設けられている。代表的には、超音波装置は、噴霧器又は他のこれと類似した装置が可能なレベルよりも細かいミストに液体を蒸発させることができる。超音波装置は、溶剤を、液滴が１０〜２０μｍのミストを有する溶剤蒸気に蒸発させることができる。超音波装置を用いることにより、過剰な溶剤を除去するのに溶剤除去装置１２０を不要にしてもよい。というのは、溶剤液滴のサイズは、かなり細かく又は小さいからである。かくして、或る実施形態では、塗布装置１００は、溶剤を溶剤蒸気に変換する超音波装置を有し、塗布装置１００は、溶剤除去装置１２０を備えていない。

図５は、溶剤飽和環境内において、基板、例えばウェーハを塗布する例示の方法５００を示している。ボックス５０２において、ウェーハを、上述した塗布装置１００の塗布チャンバ、例えば、塗布チャンバ１０２内へ装入する。ウェーハを、塗布チャンバ内に設けられた回転可能な支持チャックに固定する。ウェーハを従来技術、例えば真空吸引法を用いて支持チャックに固定するのがよい。

ボックス５０４では、例えば噴霧器又は超音波装置を用いて溶剤を蒸発させる。蒸発した溶剤を、溶剤蒸気と呼ぶ。一実施形態では、溶剤は、フォトレジスト溶液中に用いられる溶剤である。溶剤は、ポリマー溶液の溶剤とほぼ同じ成分又は基板を塗布するために用いられるポリマー溶液に適合した成分のものであるべきである。一実施形態では、溶剤を上述した溶剤分配装置内で蒸発させる。一実施形態では、溶剤を約０．３ｍＬ／秒〜約３．５ｍＬ／秒の流量で溶剤分配装置内に導入して蒸発させる。別の実施形態では、溶剤を約０．４ｍＬ／秒の流量で溶剤分配装置内に導入して蒸発させる。

ボックス５０６では、溶剤蒸気をキャリヤガスと混合してキャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせる。キャリヤガスは、溶剤蒸気を塗布チャンバ内に吸入するのを助ける。キャリヤガスを蒸気分配装置（例えば、噴霧器又は超音波装置）内に導入し、ここでキャリヤガスと溶剤蒸気とを混合させる。一実施形態では、キャリヤガスを約１５〜２５Ｌ／分（又は２５０ｍＬ／秒〜４２０ｍＬ秒）の流量で導入する。別の実施形態では、キャリヤガスを約２２．５Ｌ／分（又は３７５ｍＬ／秒）の流量で導入する。

ボックス５０８では、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を塗布チャンバ内に導入して、塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させる。一実施形態では、キャリヤ−溶剤蒸気混合物は、基板の上方の塗布領域をキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させるにすぎない。一実施形態では、約５〜１０秒間で塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させる。塗布チャンバを充満させるのに要する持続時間は、塗布チャンバ又は塗布領域の容積で決まる場合がある。この持続時間は又、シャワーヘッドの開口のサイズによっても決まる場合がある。

ボックス５１０では、塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させた状態で、ポリマー溶液（例えばフォトレジスト溶液）をウェーハの表面の上に小出しする。一実施形態では、ポリマー溶液の温度は、約２１℃〜２５℃である。一実施形態では、ポリマー溶液をほぼウェーハの真ん中に小出しする。ウェーハをスピンさせ又は回転させて、ポリマー溶液をウェーハの表面全体に広げる。一実施形態では、ウェーハを約１０００〜２０００ｒｐｍの速度で回転させてポリマー溶液を広げる。回転速度は、形成すべきポリマー膜の所望の厚さに応じて様々であってよい。

溶剤を蒸発させて塗布チャンバ内に導入しているとき、幾分かの過剰な溶剤が形成され又は残ったままになる場合がある。過剰な溶剤は、蒸発しなかった溶剤である。流体センサを塗布チャンバ内に配置し、過剰な溶剤の存在を検出して、除去プロセスを開始させるのがよい。ボックス５１２では、蒸発プロセスを利用して過剰な溶剤を蒸発させて（例えば、上述した噴霧器を用いて）、過剰な溶剤を除去する。キャリヤガスを用いることにより、過剰な溶剤を塗布チャンバから出すのを助ける。一実施形態では、キャリヤガスを約１０Ｌ／分（又は１６７ｍＬ／秒）の流量で噴霧器内に流して、過剰な溶剤が噴霧器内に吸い込まれるようにする。別の実施形態では、キャリヤガスを約８Ｌ／分（又は１３３ｍＬ／秒）〜１２Ｌ／分（又は２００ｍＬ／秒）の流量で噴霧器内に流して、過剰な溶剤が噴霧器内に吸い込まれるようにする。過剰な溶剤を、スケジュール時間に基づいて所定の塗布回数後（例えば、５〜１０個のウェーハを塗布した後）に除去してもよいし、センサが過剰な溶剤の存在を指示したときに除去してもよい。過剰な溶剤を、特定の塗布の終わりに除去してもよいし、特定の塗布中に同時に除去してもよい。過剰な溶剤が除去されると、基板上に小出しされるポリマー溶液の濃度の均一性、並びに、形成すべきポリマー膜の厚さの均一性が最適にされる。加うるに、ポリマー溶液の濃度が一層制御可能になる。

図６は、溶剤飽和環境内において、基板、例えばウェーハを塗布する例示の方法６００を示している。ボックス６０２において、ウェーハを、上述した塗布装置１００の塗布チャンバ、例えば、塗布チャンバ１０２内へ装入する。ウェーハを、塗布チャンバ内に設けられた回転可能な支持チャックに固定する。ウェーハを従来技術、例えば真空吸引法を用いて支持チャックに固定するのがよい。

ボックス６０４では、溶剤を第１の噴霧器内に流し、溶剤を噴霧し又は蒸発させ、溶剤蒸気にする。一実施形態では、溶剤は、フォトレジスト溶液中に用いられる溶剤である。溶剤は、ポリマー溶液の溶剤とほぼ同じ成分又は基板を塗布するために用いられるポリマー溶液に適合した成分のものであるべきである。一実施形態では、溶剤を上述した溶剤分配装置内で蒸発させる。一実施形態では、溶剤を約０．３ｍＬ／秒〜約３．５ｍＬ／秒の流量で溶剤分配装置内に導入して蒸発させる。別の実施形態では、溶剤を約０．４ｍＬ／秒の流量で溶剤分配装置内に導入して蒸発させる。

ボックス６０６では、溶剤蒸気をキャリヤガスと混合して、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせる。キャリヤガスは、溶剤蒸気を塗布チャンバ内に吸入するのを助ける。ボックス６０８では、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を収集装置に通し、この収集装置により、蒸気の形態でない過剰な溶剤を収集すると共に、蒸気の形態のキャリヤ−溶剤蒸気混合物がシャワーヘッドを通過して塗布チャンバに下方に流れ、それにより、塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させることができるようにする。一実施形態では、約５〜１０秒間で塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させる。一実施形態では、キャリヤ−溶剤蒸気混合物は、基板の上方の塗布領域を充満するにすぎない。塗布チャンバを充満させるのに要する持続時間は、塗布チャンバ又は塗布領域の容積で決まる場合がある。この持続時間は又、シャワーヘッドの開口のサイズによっても決まる場合がある。

ボックス６１０では、塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させた状態で、ポリマー溶液（例えばフォトレジスト溶液）をウェーハの表面の上に小出しする。一実施形態では、ポリマー溶液の温度は、約２１℃〜２５℃である。一実施形態では、ポリマー溶液をほぼウェーハの真ん中に小出しする。ウェーハをスピンさせ又は回転させて、ポリマー溶液をウェーハの表面全体に広げる。一実施形態では、ウェーハを約１０００〜２０００ｒｐｍの速度で回転させて、ポリマー溶液を広げる。回転速度は、形成すべきポリマー膜の所望の厚さに応じて様々であってよい。

キャリヤ−溶剤蒸気混合物による充満は、小出しされるポリマー溶液の蒸発を最小に抑える。かくして、ウェーハを塗布するのに必要なポリマー溶液が少なくなる。加うるに、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を充満させると、塗布環境が溶剤蒸気で充満していない場合と比較して、ポリマー膜に或る特定の厚さを達成するのに、ウェーハを低速でスピンさせることができる。

溶剤を蒸発させて塗布チャンバ内に導入しているとき、幾分かの過剰な溶剤が形成され又は残ったままになる場合がある。過剰な溶剤は、蒸発しなかった溶剤である。流体センサを塗布チャンバ内に配置し、過剰な溶剤の存在を検出し、除去プロセスを開始させるのがよい。ボックス６１２では、第２の噴霧器を使用する蒸発プロセスを利用して過剰な溶剤を除去する。第２の噴霧器は、過剰な溶剤を蒸発させる。キャリヤガスを第２の噴霧器内に導入し、過剰な溶剤を第２の噴霧器内へ移送する。一実施形態では、キャリヤガスを約１０Ｌ／分（又は１６７ｍＬ／秒）の流量で第２の噴霧器内に流し、過剰な溶剤が噴霧器内に吸い込まれるようにする。別の実施形態では、キャリヤガスを約８Ｌ／分（又は１３３ｍＬ／秒）〜１２Ｌ／分（又は２００ｍＬ／秒）の流量で噴霧器内に流し、過剰な溶剤が噴霧器内に吸い込まれるようにする。過剰な溶剤を、スケジュール時間に基いて所定の塗布回数後（例えば、５〜１０個のウェーハを塗布した後）に除去してもよいし、センサが過剰な溶剤の存在を指示したときに除去してもよい。過剰な溶剤を、特定の塗布の終わりに除去してもよいし、特定の塗布中に同時に除去してもよい。過剰な溶剤が除去されると、基板上に小出しされるポリマー溶液の濃度の均一性、並びに、形成すべきポリマー膜の厚さの均一性が最適にされる。加うるに、ポリマー溶液の濃度が層制御可能になる。

一実施形態では、制御装置又はコントローラ（例えば、コンピュータで動作するプロセッサ又はマイクロプロセッサ）（図示せず）が、塗布装置又はシステム１００の構成要素の動作を制御するために塗布システム１００内に設けられている。例えば、制御装置は、ポリマー溶液の流量、ポンプ１０２、小出し弁１３２、イネーブル弁１０２及び瞬時弁１１２の機能を制御することができる。制御装置は又、ポリマー溶液源１０８内のレベルがポリマー溶液を引き出し又は導き出すのに不十分なことをセンサ１２６が指示したとき、弁１０４を閉鎖させるように制御することができる。制御装置は又、例えば、ポリマー溶液源１０８内への不活性ガスの流れによりポリマー溶液をバッファタンク１０６内に移送することを許す所定の期間の間（例えば、１〜７秒間）瞬時弁１１２を開放状態に保つように、瞬時弁１１２を制御することができる。制御装置は又、塗布システム１００のバッファタンク１０６のガス抜き、及び、塗布システム１００の小出しライン１１４及び小出し弁１３２等の温度を制御することができる。制御装置を、コンピュータ又はこれに類似した機械の中に納めるのがよい。制御装置は、塗布（コーティング）及び／又は塗布システム１００の動作を実施するようにプログラムされた１組の命令によって動作するのがよい。

例示の実施形態を開示したが、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲内に属したままの状態で開示した実施形態の改造例及び変形例を想到できる。

塗布装置の例示の実施形態を示す図である。 図１に示す塗布装置内に設けられた収集装置及びシャワーヘッドの断面側面図である。 図１に示す塗布装置内に設けられた収集装置の平面図である。 図１に示す塗布装置内に設けられたシャワーヘッドの平面図である。 ポリマー溶液を基板の表面に塗布する例示の方法を示す図である。 ポリマー溶液を基板の表面に塗布する別の例示の方法を示す図である。

Claims (15)

1. 基板の表面にポリマー溶液を塗布する装置であって、
   ポリマー溶液を塗布すべき基板を支持する回転可能なチャックを備えた塗布チャンバと、
   ポリマー溶液を基板の表面の上に小出しするディスペンサと、
   前記塗布チャンバと連通可能な蒸気分配装置と、を有し、この蒸気分配装置は、溶剤を溶剤蒸気に変換させる溶剤蒸気発生器を有し、前記蒸気分配装置を介して、キャリヤガスを溶剤蒸気と混合させてキャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせ、このキャリヤ−溶剤蒸気混合物を前記塗布チャンバ内に流入させて、前記塗布チャンバを充満させ、
   更に、前記塗布チャンバと連通可能な溶剤除去装置を有し、この溶剤除去装置は、溶剤蒸気に変換されない過剰な溶剤が基板の上に落下するのを防止するために、過剰な溶剤を除去し、
   更に、過剰な溶剤を収集する収集装置を有し、この収集装置は、前記塗布チャンバ内の塗布領域の上方に配置され、過剰な溶剤が前記塗布領域内にこぼれることを防止する隆起縁部を有し、
   更に、過剰な溶剤を除去するために前記収集装置と連通状態に配置された溶剤除去ラインを有する、装置。
2. 前記収集装置は複数の溝を有する、請求項１記載の装置。
3. 更に、複数の開口を備えたシャワーヘッドを有し、このシャワーヘッドは、前記塗布チャンバ内の塗布領域の上方に配置され、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を前記複数の開口を通して前記塗布領域に流入させ、前記塗布領域を充満させる、請求項１又は２記載の装置。
4. 複数の開口を備えたシャワーヘッドを有し、このシャワーヘッドは、前記塗布チャンバ内の塗布領域の上方に且つ前記収集装置の下方に配置され、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を、前記収集装置から前記シャワーヘッドの複数の開口を通して下方に流し、前記塗布領域を充満させる、請求項１又は２記載の装置。
5. 前記蒸気分配装置は、溶剤蒸気に変換すべき溶剤を受け入れる第１の導管と、溶剤蒸気と混合すべきキャリヤガスを受け入れる第２の導管と、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を前記塗布チャンバ内に排出する第３の導管とを有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
6. 更に、基板を前記塗布チャンバに出し入れする基板搬送ドアを有する、請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
7. 前記蒸気分配装置は、噴霧器及び超音波装置のうちの一方である、請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
8. 前記溶剤除去装置は、噴霧器及び超音波装置のうちの一方である、請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
9. 基板の表面にポリマー溶液を塗布する方法であって、
   ポリマー溶液を塗布すべき基板を、基板を支持する回転可能なチャックを備えた塗布チャンバ内に固定するステップと、
   キャリヤガスを溶剤蒸気と混合させて、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせ、前記塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させるステップと、
   過剰な溶剤が基板上に落下するのを防止するために、溶剤蒸気に変換されない過剰な溶剤を除去するステップと、
   前記塗布チャンバをキャリヤ−溶剤蒸気混合物で充満させながら、ポリマー溶液を基板の上に小出しするステップと、
   基板を回転させて、ポリマー溶液を基板の表面全体に広げるステップとを有し、
   前記塗布チャンバ内の塗布領域の上方に位置し且つ過剰な溶剤が前記塗布領域内にこぼれるのを防止する隆起縁部を有する収集装置内に、過剰な溶剤を収集するステップと、
   過剰な溶剤を除去するために、過剰な溶剤を、前記収集装置と連通状態をなす除去ラインを通して除去するステップとを有する、方法。
10. 複数の開口を備えたシャワーヘッドを用いて、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を前記塗布領域に流入させるステップを有し、
    前記シャワーヘッドは、前記塗布チャンバ内の塗布領域の上方に配置され、
    キャリヤ−溶剤蒸気混合物を前記複数の開口を通して前記塗布領域内に流入させ、前記塗布領域を充満させる、請求項９記載の方法。
11. キャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせることを含む前記ステップは、
    溶剤を溶剤蒸気に変換させる溶剤蒸気発生器を有する蒸気分配装置の第１の導管内に、溶剤蒸気に変換すべき溶剤を導入するステップと、
    キャリヤガスを前記蒸気分配装置の第２の導管内に導入するステップと、
    溶剤を蒸発させて溶剤蒸気を生じさせるステップと、
    溶剤蒸気とキャリヤガスを混合して、キャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせるステップと、
    キャリヤ−溶剤蒸気混合物を前記塗布チャンバ内に導入して、前記塗布チャンバを充満させるステップとを含む、請求項９又は１０記載の方法。
12. 更に、基板の表面の上に小出しされたポリマー溶液から溶剤を蒸発させて、基板の前記表面の上にポリマー層を形成するステップを有する、請求項９ないし１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記ポリマー溶液は、フォトレジスト溶液であり、前記ポリマー層は、フォトレジスト膜である、請求項１２記載の方法。
14. キャリヤ−溶剤蒸気混合物を生じさせることを含む前記ステップは、噴霧器及び超音波装置のうちの一方を用いて実施される、請求項９ないし１３のいずれかに記載の方法。
15. 溶剤蒸気に変換されない過剰な溶剤を除去する前記ステップは、噴霧器及び超音波装置のうちの一方を用いて実施される、請求項９ないし１４のいずれかに記載の方法。

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