JPH021113A - レジスト処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、レジスト処理装置に関する。

（従来の技術） 被処理体としての半導体ウェハに対してレジストを塗布
する場合の方法として、例えば特開昭５２−１４４９７
１号公報に示すものが知られている。この方法は、クリ
ーンルーム内に設置されたスピンコータにより半導体に
レジストを塗布するもので。

クリーンルームの垂直層流を入れる入口を上側に有する
カップ内に設けられたスピンチャックに、半導体ウェハ
を被塗布面を上に向けた状態で真空吸着させ、スピンチ
ャックに連結されたモータによりウェハを高速回転しつ
つ、ウェハの被塗布面中心部にレジストを滴下し、その
際の遠心力によりレジストを被塗布面全面に塗布する。

しかし、上述のような装置によりウェハにレジストを塗
布する場合には、レジストの温度変化によりウェハに塗
布されたレジストの膜厚が不均一になるという欠点があ
る。

このような欠点を解消するために、塗布の際にレジスト
温度を調整してレジストの温度変化を抑制しつつ、半導
体ウェハの表面にレジストを滴下して塗布する技術が、
例えば特開昭６１−１２５０１７号公報に開示されてい
る。

また、被処理体として例えば半導体ウェハを用い、その
表面のパターン露光されたレジスト膜を現像処理する場
合、クリーンルームの垂直層流を入れる入口を上側に有
するカップ内に設けられたスピンチャックに、半導体ウ
ェハを被塗布面を上に向けた状態で真空吸着させ、スピ
ンチャックに連結されたモータによりウェハを低速回転
しつつ、又は停止させた状態で、ウェハの被現像面に現
像液をスプレーノズル等により供給して塗布し、その後
、モータによりウェハを高速回転させて、遠心力により
処理後に残存する現像液を排除する方法が採用されてい
る。この場合にも、上述のレジスト塗布の際と同様、現
像液の温度変化によりウェハ上の現像パターンが不均一
になるという問題点があり、現像液の温度を調整してレ
ジストの温度変化を抑制しつつ、現像液を塗布する方法
が採用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のようにカップ内で、クリーンルー
ムの垂直層流を入れつつ、レジスト塗布又は現像液塗布
を行なう場合には、たとえレジスト又は現像液の温度調
整を行なったとしても、ウェハに供給された後のレジス
ト及び現像液がカップ内の雰囲気温度及び湿度の影響を
受ける。従って、カップ内の温度及び湿度の変動により
、所望のレジスト膜厚や現像パターンが得られなかった
り、レジスト膜厚又は現像の所望の均一性が得られない
場合があり１歩留り及び生産性が低くなってしまう。

ウェハ周囲の雰囲気を安定させる技術としては、特開昭
６０−１５２０２９号公報に開示されたものがある。

この技術について、第５図を参照しながら説明する。第
５図において、スピンチャック５に吸着された半導体ウ
ェハ１は、下カップ３及び上カップ２からなるカバー４
により囲まれ、密閉状態になっている。この状態で、滴
下ノズル６からウェハ１の中心部にレジストを滴下させ
る。そうすると、レジストに含有された溶剤が揮発し、
カバー４内が溶剤の飽和状態となるので、ウェハ１の周
囲の温度・湿度は一定となる。従って、この状態でウェ
ハ１をモータ７により回転させることにより。

ウェハ１表面への均一なレジスト膜形成が期待できる。

しかし、このような技術においては、ウェハ１の回転に
より飛散したレジストや現像液がカバー４の内壁に固着
し、この固着物が高く積み重なると、わずかな力で剥が
れてカップ内の雰囲気が汚染され、ウェハ１に塵が付着
するおそれがある。

ウェハ１が２５６にビットから１Ｍビット、４Ｍビット
と高集積化されるにつれて、雰囲気のクリーン度をより
高める必要があるが、上述の技術ではウェハへの塵の付
着により必要なりリーン度が保てず５歩留り及び生産性
が低下するという問題点がある。

この発明は、このような従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的は、所望のクリーン
度を保持した状態で、雰囲気の温度及び湿度の影響を受
けずに被処理体のレジスト処理を行なうことができるレ
ジスト処理装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、垂直層流を流入させる入口を有するカップ内
で被処理体を回転して処理するレジスト処理装置におい
て、上記カップ内に流入させる垂直層流の温度及び湿度
をコントロールする手段を設けたことを特徴とするレジ
スト処理装置を得るものである。

（作　用） 即ち、カップ内に流入させる垂直層流の温度及び湿度を
コントロールする手段を設けたことにより、カップ内に
所望の温度及び湿度にコントロールされた垂直層流が流
入され、カップ内の被処理体をレジスト処理する場合の
カップ内雰囲気温湿度による影響を防止できる。

（実施例） 以下、本発明装置を半導体製造工程における半導体ウェ
ハのレジスト塗布に適用した一実施例につき、図面を参
照して説明する。

第１図は、この実施例に係る塗布設備の設置状態を説明
するための図である。第１図中、参照符号１０はクリー
ンルームであり、このクリーンルーム１０内に塗布設備
２０が設置されている。クリーンルーム１０は、その天
井に沿って設けられたエアー通路１２を有しており、ブ
ロアー（図示せず）からのエアーが通路１２に供給され
るようになっている。

通路１２の直下にはフィルター１３が設けられており、
通路１２に供給されたエアーがこのフィルター１３を通
過してクリーンルーム１０の本体ｌｌ内の全面に亘って
導入され、垂直層流１５となる。

塗布設備２０は、第２図に示すように、被処理体として
の半導体ウェハにレジストを塗布する塗布装置３０と、
ウェハに対して垂直に供給される垂直層流１５の温度・
湿度をコントロールする手段である温度／湿度コントロ
ール装置５０とを備えている。

塗布装置３０は、真空吸着によってウェハ４０を水平か
つ回転可能に支持するためのスピンチャック３１を備え
ている。スピンチャック３１はスピンモータ３２の出力
軸３３に連結されており、このモータ３２により例えば
８０００ｒｐｍまでの範囲の所定の回転速度で回転され
る。なお、このようなモータ３２としては、例えばＡＣ
サーボモータを用いることができる。

スピンチャック３１上のウェハ４０の周囲には、ウェハ
４０を囲繞するように、樹脂又はステンレス鋼でつくら
れた略円筒状のカップ３４が設けられている。このカッ
プ３４の上部には、上述したクリーンルーム１０の垂直
層流１５を入れる導入口３５が形成されている。また、
カップ３４の周壁土部は、その底壁となす角度が鋭角と
なるように傾斜して設けられている。

カップ３４の底部には垂直層流を形成する如く、上記カ
ップ３４内の排気を行なうための排気装置（図示せず）
に接続された排気パイプ３６、及び使用後のレジストを
カップ３４から排出するためのドレインパイプ３７が設
けられている。ドレインパイプ３７は１例えば塩化ビニ
ル製の立方形状をなすドレインボックス３８に接続され
ており、このドレインボックス３８にドレインパイプ３
７を通流してきた使用後のレジスト廃液が収容される。

スピンチャック３１に支持されたウェハ４０の上方には
、ウェハ４０のほぼ中心にレジスト液を滴下させるため
のレジスト滴下ノズル３９が設けられている。このレジ
ストノズル３９は、レジスト液を収容したレジスト容器
（図示せず）に至るパイプ（図示せず）に連結されてお
り、このパイプの途中に設けられたベローズポンプ（図
示せず）を作動させることにより、パイプを介してノズ
ル３９にレジスト液が供給される。ノズル３９は、例え
ば四フッ化エチレン樹脂、又はステンレス鋼でつくられ
ている。

レジスト滴下ノズル３９には、ノズル３９の一部分を囲
むように、二重管構造の温度調節器４１が設けられてい
る。この温度調節器４１内には恒温槽（図示せず）から
所定温度に設定された恒温水がパイプ４２．４３を通流
して循環され、これによりレジスト滴下ノズル３９を通
流するレジスト液が一定温度に保持される。

温度／湿度コントロール装置５０は、第３図に示すよう
にカップ３４の導入口３５の直上に設けられている。こ
の温度／湿度コントロール装置５０は、上下に夫々開口
部５２及び５３を有する角筒状のハウジング５１を備え
ており、開口部５２より垂直層流１５を取込み、取込ん
だ垂直層流１５の温度及び湿度をコントロールして開口
部５３から排出するようになっている。

ハウジング５１内の開口部５２近傍には、２つのファン
５４が設けられており、これによりハウジング５１内に
垂直層流１５を強制的に導入することができる。ファン
５４の下には風量調節用のダンパー５５が設けられ、更
にその下に層流１５内の塵の静電気を解消して層流１５
の清浄度を向上させるイオナイザー５６が設けられてい
る。

イオナイザー５６の下には、冷却水通流パイプ５８とフ
ィン５９とを備えた第１の熱交換器５７が設けられてお
り、この熱交換器５７によりハウジング５１内に取込ま
れた垂直層流１５を冷却してその中の水分を結露させ、
その湿度を低下させる。この第１の熱交換器５７のパイ
プ５８は、冷却用の水を貯留する第１の貯留槽６０に連
結されており、またパイプ５８にはポンプ６１が接続さ
れていて、ポンプ６１を作動させることにより貯留Ｍｊ
６０の水がパイプ５８内を循環する。第１の貯留Ｊｒｖ
Ｊ６０には冷却水を加熱・冷却可能の第１の温度調節装
置６２が接続されており、この第１の温度調節装置６２
によりパイプ５８を循環する冷却水の温度を所定値に設
定する。

第１の熱交換器５７の下には、複数の孔６４が設けられ
た加湿管６３が設けられている。加湿管６３は、ハウジ
ング５１外に設けられた加湿器６５に連結されている。

加湿器６５は、例えばフォトレジストの溶媒等の蒸気を
超音波等により発生させるもので。

この蒸気が加湿管６３を通って孔６４からハウジング５
１内に供給される。加湿器６５には、コントローラ６６
が接続されており、コントローラ６６にはケーブル６８
を介して後述する第２の熱交換器６９の下方に設けられ
た湿度センサ６７が接続されている。従って、湿度セン
サ６７が検出した湿度に応じた信号がコントローラ６６
に出力され、コントローラ６６はその信号に基づいて加
湿器６５にコントロール信号を出力して、ハウジング５
１から塗布装置３０に供給される垂直層流１５の湿度が
所望の値になるようにフィードバック制御を行なう。

加湿管６３の下方には、温度調節水通流パイプ７０とフ
ィン７１とを備えた第２の熱交換器６９が設けられてお
り、これによりハウジング５１から塗布装置３０に供給
される垂直層流１５の温度を所定温度に設定する。この
第２の熱交換器６９のパイプ７０は、温度調節用の水を
貯留する第２の貯留槽７２に連結されており、またパイ
プ７０にはポンプ７３が接続されていて、ポンプ７３を
作動させることにより貯留槽７２の水がパイプ７０内を
循環する。第２の貯留槽７２には温度調節水を加熱・冷
却可能の第２の温度調節装置７４が接続されており、こ
の温度調節装置７４にはコントローラ７５が接続されて
いる。コントローラ７５にはケーブル７７を介して第２
の熱交換器６９の下方に設けられた温度センサ７６が接
続されている。従って、温度センサ７６が検出した温度
に応じた信号がコントローラ７５に出力され、コントロ
ーラ７５はその信号に基づいて第２の温度調節装置７４
にコントロール信号を出力してパイプ７０を循環する水
の温度を調節し、ハウジング５１から塗布装置３０に供
給される垂直層流１５の温度が所望の値になるようにフ
ィードバック制御を行なう。

湿度センサ６７及び温度センサ７６の下のハウジング５
１の出口である開口部５３近傍には、フィルタ７８が設
けられており、垂直層流１５がこのフィルタ７８を通過
することにより、垂直層流１５のクリーン度が更に向上
する。なお、フィルタ７８としては、例えばＨＥＰＡフ
ィルタを用いることができる。

なお、この塗布設備２０は、図示しない制御部で動作設
定及び制御が行なわれる。

次に、上述のように構成された塗布設備２０におけるレ
ジスト塗布動作について説明する。

被処理体としての半導体ウェハ４０を例えばベルト搬送
を行なう搬送機構（図示せず）によりスピンチャック３
１上方に搬送し、ウェハ４０の中心とスピンチャック３
１の中心とを合せて、ウェハ４０をスピンチャック３１
上に載置する。この場合に、ウェハ４０の外周にフィツ
トする外形を有する２つの挟持部材（図示せず）でウェ
ハを挟持し、スピンチャック３１の中心にウェハ４０の
中心を合せることができる。

スピンチャック３１上に載置されたウェハ４０は、真空
機構（図示せず）によりチャック３１に真空吸着される
。

なお、このようにウェハ４０がチャック３１上に搬送さ
れる際には、カップ３４はウェハ４０の搬送の妨げとな
らないように、昇降装置（図示せず）により下方に退避
しており、ウェハ４０がチャック３１上、に保持された
後に第１図の位置まで上昇する。

次いで、チャック３１上に保持されたウェハ４０の中心
部に、レジスト滴下ノズル３９からレジストを滴下する
。このレジストは、前述したように図示しないレジスト
容器からパイプを通って先ず温度調節器４１に供給され
る。そして、温度調節器４１に恒温槽から所定温度に設
定された恒温水をパイプ４２、４３を通って循環させる
ことにより、レジスト滴下ノズル３９を通流してウェハ
４０上に滴下されるレジストを例えば２４℃の一定温度
に調節する。この場合、１回に温度調節可能なレジスト
量は、１つのウェハのレジスト量を例えば３ｃｃとする
と、例えばその３倍程度の１０ｃｃである。

なお、温度調節器４１内のレジストの通路を蛇管状又は
螺旋状にすることにより、−度に温度調節できるレジス
ト量を増加させて・温度調節を高効率で行なうことがで
きる。

このように温度調節されたレジストをノズル３９からウ
ェハ４０の表面に、例えば３ｃｃ滴下し、モータ３２に
よりウェハ４０を例えば５００００ｒｐｍ／　ｓｅｅで
加速させ、回転数例えば４０００ｒｐｍで高速回転させ
て、滴下されたレジストを拡散させる。その後、ウェハ
４０を更に回転させ、拡散されたレジストを乾燥させる
。

このような塗布処理の間、カップ３４内は、予め設定さ
れたプログラムに従って、図示しない排気装置により排
気パイプ３６を介して排気される。

ウェハ４０の回転により飛散したレジストは、カップ３
４の周壁土部の傾斜部の内側部分に付着し、ウェハ４０
の外側に落下する。すなわち、カップ３４周壁の傾斜部
により、飛散したレジストがウェハ４０に跳返ることが
防止される。飛散したレジストは、ドレインパイプ３７
を通ってドレインボックス３８に収容される。

このようなレジスト塗布処理中、カップ３４内は上述の
ように、排気装置により排気されるので。

温度／湿度コントロール装置５０で温度・湿度がコント
ロールされた垂直層流１５が常にカップ３４内に供給さ
れる。すなわち、ハウジング５１の上部開口部５２から
ファン５４によりクリーンルームｌＯの垂直層流１５を
ハウジング５１内に強制的に取込み、これをダンパー５
５及びイオナイザー５６を介して第１の熱交換器５７に
供給して除湿する。その後、前述したように、湿度セン
サ６７及び温度センサ７６が検出した値に基づいて、コ
ントローラ６６、７５を動作させることにより、加湿器
６５からの蒸気量及び第２の熱交換器６９を通流する温
度調節水がコントロールされ、結果として垂直層流１５
の温度及び湿度がコントロールされる。このように温度
及び湿度が所望の値にコントロールされた垂直層流１５
は、フィルター７８を通過してカップ３４内に供給され
る。

従って、カップ３４内は常に所望の雰囲気が維持される
こととなり、レジスト塗布の際にウェハ４０周囲の温度
及び湿度変化によって生じる不都合が解消される。すな
わち、ウェハ４０に塗布されるレジスト膜の厚みを所望
の値にすることができ、しかも、レジスト膜厚の均一性
が向上する。このため、歩留り及び生産性を著しく向上
させることができる。また、クリーンルーム内の温度又
は湿度が変動した場合でも、上述のように温度及び湿度
をコントロールすることにより、その影響を回避するこ
とができる。

更に、イオナイザー５６及びフィルタ７８により清浄化
された層流１５がカップ３４内に供給されるので、カッ
プ３４を極めてクリーンな状態に保つことができ、半導
体ウェハ４０の塵等による汚染を防止することができ、
歩留り及び生産性を一層向上させることができる。

更に、上記実施例においては、ファン５４により強制的
に垂直層流１５を取入れるので、カップ３４からの排気
量と、カップ３４内に供給される垂直層流１５の流量と
をバランスさせることができる。従って、カップ３４内
での気流の乱れを防止することができ、飛散したレジス
トがウェハ４０に付着するおそれを極めて少なくするこ
とができ・る。排気パイプ３６にバタフライ状のダンパ
を設置し、このダンパを回転させて排気パイプ３６の排
気面積を変化させ、排気量を制御することもできる。こ
の場合には、カップ３４内の気流の乱れを一層小さくす
ることができる。ダンパの回転は、ロータリシリンダ等
のロータリアクチュエータで行なうことができる。ダン
パは目的に応じて、排気の可否を自動的に選択するオー
トダンパ、排気変動による影響を防止するためのりニア
ダンパ、排気量を多段階に変更可能なシーケンシャルダ
ンパ等を用いることができ、これらを組合わせて使用す
ることもできる。

このようにしてウェハ４０に対するレジスト塗布動作が
終了した後、前述の図示しない搬送機構によりウェハ４
０を塗布装置３０から装置外へ搬送し、一連の処理が終
了する。

次に、　この発明を第４図に示す塗布装置１００に適用
した実施例について説明する。この塗布装置１００は半
導体ウェハの搬送から一連の塗布に関する処理を全て行
なうことができる装置であり、基台１０１と、夫々基台
１０１に設けられた予備加熱機構１０３、冷却機構１０
４．第１の加熱機構１０５、第２の加熱機構１０６、第
１の塗布機構１０７．及び第２の塗布機構１０８とを備
えている。また、基台１０１の中央部には、矢印Ｙ方向
（横方向）に延長する通路１０２が設けられており、そ
の一方の側に予備加熱機構１０３、冷却機構１０４、第
１の加熱機構１０５、及び第２の加熱機構１０６が設け
られており、他方の側に第１の塗布機構１０７、及び第
２の塗布機＋Ｒ１０８が設けられている。なお、第４図
では予備加熱機構１０３と冷却機構１０４とが並列に記
載されているが、実際には冷却機構１０４は予備加熱機
構１０３の下に設けられている。

通路１０２には、その中を移動するウェハ搬送装置１１
０が設けられている。この搬送袋ｒ１１１１０は、本体
１１１及び２つのウェハ吸着保持用ピンセット１１２゜
１１３を有している。本体１１１は通路１０２をＹ方向
に移動可能であり、ピンセット１１２．１１３は、Ｙ方
向（横方向）、Ｘ方向（縦方向）、Ｚ方向（垂直方向）
、及びθ方向（回転移動）に、夫々独立して移動するこ
とが可能となっている。そして、これらピンセット１１
２．１１３により前記各処理機構（１０３〜１０８）の
うち任意の機構に対するウェハＷの搬出・搬入、及び後
述するウェハ搬出・搬入機構からのウェハＷの授受を行
なう。

基台１０１の側方には、ウェハ搬出搬入機構１２０が設
けられている。　この搬出搬入機構１２０には、処理前
の、ウェハＷＢを収容したウェハカセット１２２゜及び
処理後のウェハＷＦを収容するウェハカセット１２３が
設けられている。また、搬出搬入機構１２０はウェハＷ
を吸着保持し、ｘ、ｙ方向に移動が可能なピンセット１
２１を備えており、　このピンセット１２１により処理
前のウェハをカセット１２２から取出し、　また処理済
みのウェハを搬送装置１１０のピンセットから受取る。

通路１０２と搬出搬入機構１２０とのインターフェイス
において、搬送装置１１０のピンセット１１２．１１３
とピンセット１２１　との間でウェハＷの受渡しができ
るようになっている。

第１及び第２の塗布機構１０７．１０８は、前述の塗布
装置３０と同様の構造を有しており、ウェハＷに例えば
レジストを実際に塗布するものである。

このような塗布装置１００を垂直層流の存在下。

例えばダウンフローを有するクリーンルーム内に設置し
、この装置の上方に前述した温度／湿度コントロール装
置５０と同様の装置を設置する。この場合に、温度及び
湿度がコントロールされた層流は、必ずしも塗布装置１
００の全面に供給される必要はなく、少なくとも第１及
び第２の塗布機構１０７、１０８に設置されたウェハに
垂直に供給されるようにすればよい。

このような塗布装置１００によれば、予備加熱−冷却−
プリベーク−レジスト等の塗布処理−ボストベークとい
った、一連の塗布動作を行なうことができ、しかも、工
程の順序等を任意に設定することができる。また、２つ
のピンセット１１２．１１３を独立に動作させることが
でき、しかも熱処理機構及び塗布機構が夫々２つ設けら
れているので。

複数のウェハを同時に処理することができ、極めて迅速
な塗布処理を行なうことができる。

以上説明したように、これら実施例によれば。

塗布装置にセットされたウェハ等の被処理体に、温度／
湿度コントロール装置により温度及び湿度がコントロー
ルされた垂直層流が常に供給されるので、被処理体雰囲
気の温度及び湿度が変動することによる塗布処理への悪
影響を防止することができ、しかも被処理体の清浄度を
著しく向上させることができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されることなく、種
々変形することが可能である。例えば。

温度／湿度コントロール装置において、熱交換器及び超
音波を用いた加湿器により温度及び湿度をコントロール
したが、これに限らず温度・湿度をコントロールできる
ものであればどのようなものであってもよい。例えば、
熱交換はペルチェ素子等を用いることもでき、加湿はバ
ブリング等により行なってもよい。

また、上記実施例における塗布装置は、半導体ウェハの
レジスト塗布を行なうものであるが、これに限らすウェ
ハ表面のパターン露光されたレジスト膜を現像する場合
の塗布処理に適用することもできる。要するに、スピン
法によって被処理体をレジスト処理する装置であればこ
の発明を適用することができる。なお、前述の塗布装置
１００において、第２の塗布機構１０８を基本的に塗布
装置３０と同様の構造を有する現像機構に適用し、通路
１０２の右端において露光装置との間でウェハの授受を
できるようにすることにより、レジスト塗布から現像ま
での一連の動作が可能な塗布装置を得ることができ、こ
の発明はこのような装置にも適用することができる。

更に、被処理体としてウェハを用いた場合について示し
たが、これに限らずマスク等地のものに塗布材を塗布す
るものであってもよい。

以上述べたように、この実施例によれば、カップ内で被
処理体を回転してレジスト処理を行なうのに、カップ上
側より垂直層流を入れることによりカップ内の被処理体
のクリーン度を向上することができ、このカップ内に充
満させる垂直層流の温度及び湿度をカップの上方に設け
た部屋でコントロールするので、カップ内の被処理体を
レジスト及び現像液で処理する場合のカップ内雰囲気温
湿度による影響を防止でき、このことにより所望のレジ
スト膜厚や現像パターンを得られ、膜厚や現像の不均一
の発生も防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、クリーン度を保っ
た状態で、所望の処理及び処理の均一性が得られ、歩留
り及び生産性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための塗布設
備の構成図、第２図は第１図の塗布装置の説明図、第３
図は第２図の温湿度コントロール装置の説明図、第４図
は本発明装置の他の実施例を説明するための塗布装置の
構成図、第５図は従来の塗布装置の説明図である。 １５・・・垂直層流　　　　３０・・・塗布装置４０・
・・ウェハ　５０・・・温度／湿度コントロール装置５
７・・・第１の熱交換器　６５・・・加湿器６９・・・
第２の熱交換器 特許出願人　東京エレクトロン株式会社第１図 第３図 七 第２図 爲

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 垂直層流を流入させる入口を有するカップ内で被処理体
   を回転して処理するレジスト処理装置において、上記カ
   ップ内に流入させる垂直層流の温度及び湿度をコントロ
   ールする手段を設けたことを特徴とするレジスト処理装
   置。