JPH05310412A

JPH05310412A - 有機溶液の回転塗布装置

Info

Publication number: JPH05310412A
Application number: JP11716892A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Murai; 洋一村井; Nobuo Tsumaki; 伸夫妻木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】有機溶液を回転塗布する際、塗布膜の欠陥を低
減し、膜厚が均一な塗布膜を製作する。【構成】有機溶媒が蒸発することによって固体を生じる
有機溶液１１を回転塗布する装置において、単結晶ダイ
ヤモンドやサファイヤ等の低発塵材料や多結晶ダイヤモ
ンド膜又は硬質炭素膜等の低発塵材料膜３３の部材でス
ピナ１を製作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、有機溶液を回転塗布す
る回転塗布装置に係り、特に、半導体製造装置に好適な
有機溶液回転塗布装置に関する。

【従来の技術】現在、薄膜の形成方法の一つとして、有
機溶液を回転塗布した後熱処理する方法が用いられてい
る。この例は、特開平2−119226 号公報に記載のものが
ある。この方法では、熱処理において所定の材質の薄膜
を形成できる溶質を有機溶媒に溶かして用いる。例え
ば、ＳｉＯ₂膜を形成する方法として、シラノールSi(O
H)₄を主成分とした溶質をエタノール等の溶媒に溶かし
た溶液を回転塗布した後、熱処理する方法が用いられ、
一般にＳＯＧ法と呼ばれる。ＳＯＧ法では、熱処理する
ことにより、溶媒の蒸発，Ｓｉ(ＯＨ)₄からの脱水によ
るＳｉＯ₂の形成，膜の焼き締めを行う。他に、溶質と
してＳｉ(ＯＨ)₄ 以外にベンゼン環等を持つ有機物とＳ
ｉが結合した物質を用いる場合もある。また、ポリイミ
ドを用いてＳＯＧ法と同様の方法も用いられている。従
来の装置は、スピナの回転により発生する遠心力により
有機溶液や塗布液を基板全体に均等に塗布されるように
なっている。この時、回転を加速する際に発生する力に
より、スピナと基板とが摺動し、スピナと基板の一方又
は両方が摩耗する。この摩耗により摩耗粒子が発生し回
転塗布室内で舞い上がる。また、基板上に滴下された有
機溶液や塗布液の一部は基板上から遠心力によって飛ば
され、塗布室内壁に付着する。この付着した有機溶液中
の溶媒は、時間が経過するにつれて蒸発し、この溶質の
みが塗布室内壁に残る。すると、この塗布装置で塗布作
業を行うごとに、この溶質の堆積物が特定の場所に堆積
して、塗布装置の回転時の振動などにより、塗布内壁５
からこの堆積物から異物が離脱する。また、従来のスピ
ナは、ポリアセタール樹脂などで作られており、このス
ピナと基板との間で真空吸引を行うので、基板の裏面は
ポリアセタール樹脂と直接接触している。また、目的の
塗布膜を作る溶質により、使用される溶媒も異なる。す
ると、使用される溶媒によって、その蒸発速度が異な
り、大気圧中で均一な膜厚をもつ塗布膜を作ることは困
難である。

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、基板上に滴下された有機溶液は、スピナの回転によ
り発生する遠心力により基板全体に塗布される。この
時、基板をスピナに載せて、スピナの回転を加速させ
る。この際に、発生する遠心力により、基板とスピナが
摺動し、スピナと基板が摩耗する。この摩耗により、微
小な摩耗粒子が発生し、その摩耗粒子が回転と共に塗布
室内に舞い上がるという点について考慮されていない。
また、基板上に滴下された有機溶液の一部は基板上から
遠心力によって飛ばされ、塗布室内壁に付着する。この
付着した有機溶液の溶媒は、時間が経過するにつれて蒸
発し、溶質のみが塗布室内壁に残る。すると、この塗布
装置で塗布作業を行うごとに、この溶質の堆積物が特定
の場所に堆積していく。このように堆積した固化物は、
塗布室内壁との密着性も良くなく、塗布装置の回転時の
振動などで、内壁面よりはがれて異物となり、回転と共
に舞い上がるという点について考慮されていない。この
ような異物や摩耗粒子は基板に付着すると、形成中の膜
に取り込まれたり、また、膜上に付着すると、ホトレジ
スト膜内の欠陥となる。特に、半導体を製造する工程で
は、ホトレジスト膜を形成した後、ウエハ上にパターン
を形成する行程がある。この時、完全なホトレジスト膜
ができていないと、非常に微細なパターンを加工するこ
とが不可能である。つまり、ホトレジスト膜への異物の
付着は、半導体製造で重大な不良原因になるという問題
があった。特に、将来、半導体の高集積化，高密度化を
達成するために、より微細な加工を行う必要があり、こ
のような異物や摩耗粒子の影響はさらに重大になる。ま
た、従来のスピナでは、ウエハの接触部材として、ポリ
アセタール樹脂が使用されているものがある。基板がス
ピナに吸引接触すると基板の裏面に異物が転写されると
いう点に考慮されていない。この裏面の異物は、半導体
製造中に基板裏面より離脱して半導体製造面にまわり込
み、半導体の不良欠陥を発生させたり、他の半導体製造
装置に転写し、他の基板に転写され、半導体の不良欠陥
を発生させたりして、半導体製造の歩留まりを低下させ
たりするという問題があった。また、将来、高集積化，
高密度化のため、基板表面だけでなく基板裏面にも半導
体を製造する際に、この基板裏面への異物の転写は表面
と同様に抑えなければならない。従来の回転塗布装置で
は、溶媒の蒸発速度に関して考慮されておらず、いろい
ろな溶媒を使用した塗布液や有機溶液を用いて、大気中
で均一な膜厚をもつ塗布膜を作成することができないと
いう問題があった。本発明の目的は、有機溶液回転塗布
装置において、基板をスピナ上に載せ、回転を加速する
際に、摺動によって発生する摩耗粒子を低減し、半導体
製造で必要な欠陥のないホトレジスト膜を製作すること
にある。

【課題を解決するための手段】上記の摩耗粒子や転写異
物を低減するという目的を達成するために、本発明は有
機溶液塗布装置において、シリコンウエハ等の基板に直
接接触するスピナ面を単結晶ダイヤモンド，多結晶ダイ
ヤモンド，サファイヤ，ダイヤモンドライクカーボン膜
や硬質炭素膜等の低発塵材料の膜で覆ったスピナや単結
晶ダイヤモンドやサファイヤ等の低発塵材料で製作した
スピナを使用した。

【作用】本発明では、単結晶ダイヤモンド，サファイヤ
等の低発塵材料をシリコンウエハ等の基板の裏面と接触
するスピナの部材として使用する。真空吸引によって、
シリコンウエハ等の基板をスピナに固定する際やスピナ
の回転加速時にシリコンウエハ等の基板の裏面とスピナ
が摺動する。この時、スピナにこれらの低発塵材料を使
用していると、この摺動によって発生する摩耗粒子を低
減させる作用がある。また、物質同士が接触し、離れる
際、相手に自分の物質を移着させたり、自分に付いてい
る異物を相手に移着させる現象を転写というが、低発塵
材料をシリコンウエハ等の基板の接触部材として使用す
ると、接触することによって、相手に転写する異物を低
減する作用がある。また、この低発塵材料の代わりに、
低発塵材料膜を用いても同様な作用が達成される。ここ
で、低発塵材料膜とは、例えば、多結晶ダイヤモンド
膜，ダイヤモンドライクカーボン膜や硬質炭素膜等のこ
とである。低発塵材料膜を生成する基板として、シリコ
ンウエハ等の基板と接触しても基板汚染の心配のない材
料を使用すると、低発塵材料膜が摩耗等の損傷を受け
て、下地の基板とシリコンウエハ等の基板とが接触して
もシリコンウエハ等の基板を汚染することを防ぐ作用が
ある。例えば、シリコンウエハ基板に対しては、下地基
板として単結晶シリコンを使用する。また、本発明につ
いて、有機溶媒が蒸発することによって溶質等の固体が
塗布装置壁面から再離脱しないようにその壁面を通気性
のある多孔質物質にすると以下のような作用がある。回
転塗布後、余分な有機溶液や塗布液が、清浄な気体と共
に、塗布室内部から塗布室外部へと通気性のある多孔質
物質を通過する。このとき、余分な有機溶液や塗布液
は、多孔質物質内に捕集される。この多孔質物質内に捕
集された、有機溶液や塗布液から、有機溶媒が蒸発して
溶質等の固体ができても、多孔質物質内に捕らえられ
て、多孔質物質の外に出ることができなくなる。また、
清浄な気体の流れは、常に、塗布室内部から、塗布室外
部に流れ出し、多孔質物質内部で発生した異物を、塗布
室内部に発塵させることを抑える作用がある。また、冷
却管によって通気性のある多孔質物質を冷却することに
より、通気性のある多孔質物質に捕らえた余分な有機溶
液や塗布液の溶媒を蒸発しにくくする作用がある。これ
は、次の事実によるものである。すなわち、ある物質の
液体であるとき、その物質の蒸気圧が低ければ蒸発量は
小さくなる。物質の蒸気圧は、温度及び物質固有の係数
によって決まる。例えば、メタノールの場合２４℃で約
１１３mmＨｇ、０℃で約２８mmＨｇであり、ｎ−プロパ
ノールの場合、２４℃で約１８mmＨｇ、０℃で約３.３m
mＨｇの蒸気圧である。前述のように物質の蒸気圧は、
温度の関数になっている。物質の蒸発量を低減するに
は、液体の温度を下げて蒸気圧を低くする。また、塗布
室内を密閉し、圧力発生装置を用いて、塗布室内に正圧
を付加することは、真空吸引で、シリコンウエハ等の基
板を保持する際、この保持力を向上させる作用がある。
また、塗布する有機溶液や塗布液の溶媒の蒸気圧が高い
場合、常圧では、溶媒の蒸発速度は大きいが、正圧を付
加することにより、溶媒の蒸発速度が小さくなり、塗布
膜の膜厚の均一性を向上させる作用がある。ここで、圧
力発生装置とは、例えば、不活性なガスを詰めた高圧ボ
ンベや圧縮機である。また、塗布室内を密閉し、真空ポ
ンプ等により塗布室内を負圧にすることにより、塗布す
る有機溶液や塗布液の溶媒の蒸気圧が低い場合、常圧で
は、溶媒の蒸発速度は小さいが、負圧にすることによ
り、溶媒の蒸発速度が大きくなり、塗布膜の膜厚の均一
性を向上させる作用がある。また、塗布室の隙間にフィ
ルタを設けることによって、塗布室内が負圧の時には、
塗布室外部から塗布室内への塵埃や異物の侵入や軸受か
ら発生した異物の侵入を防ぐ作用がある。排気口に設け
たフィルタには、シリコンウエハ等の基板上に有機溶液
や塗布液を回転塗布した後、基板の縁から飛散した余分
な有機溶液や塗布液を回収する作用がある。また、塗布
室内が正圧の時には、塗布室の隙間や排気口に設けたフ
ィルタは、シリコンウエハ等の基板上に有機溶液や塗布
液を回転塗布した後、基板の縁から飛散した余分な有機
溶液や塗布液を回収する作用がある。また、フィルタの
かわりに通気性のある多孔質物質を用いても、同様な作
用が達成される。さらに、圧力発生装置と塗布室との間
のフィルタは、圧力発生装置からの異物を防ぐ作用があ
る。また、本発明について、有機溶液回収装置を排気口
下流に設けることによって、シリコンウエハ等の基板上
に有機溶液や塗布液を回転塗布した後、基板の縁から飛
散した余分な有機溶液や塗布液を回収する作用がある。

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１により説
明する。図１は、有機溶液回転塗布装置の断面図であ
る。この有機溶液回転塗布装置は、シリコンウエハ等の
基板５が接触する部分を低発塵材料の膜３３を付けた基
板３９にし、脱着可能にした、ウエハ等の基板５を固定
するスピナ１，真空吸着用の真空ポンプ２５，回転用の
駆動モータ２１，スピナ１を覆う密閉された塗布室９，
有機溶液１１を供給するノズル７，回転するスピナ１を
支持する軸受１３，軸受の上部に設けられた軸受等から
発生する塵埃や異物を取り除くフィルタ５５，塗布室内
を低圧にするポンプ２７，塗布室を排気する口に取り付
けたフィルタ５７及び塗布室上部に取り付けたフィルタ
５３から構成される。回転中のスピナ１の真空を保持す
るためにＯ−リング４５を設けている。ここで、塗布室
内を低圧にするポンプ２７により、塗布室内の圧力Ｐ₁
は、塗布室外の大気圧より低くなる。ただし、ウエハ等
の基板５を固定するための真空吸着用のポンプ２５で発
生させる低圧Ｐ₃ よりも高いものとする。この圧力の調
整は、塗布室を排気する口に取り付けたフィルタ５７の
厚さや塗布室内を低圧にするポンプ２７の上流にバルブ
を設けて、このバルブを調節することで行う。塗布室内
圧力が、大気圧より低いので、塗布室外から大気の流れ
込みがあるが、この大気の流れ込みのある塗布室上面の
隙間とスピナ支持軸受上部に設けられたフィルタ５３，
５５は、大気と共に入り込む塵埃や異物を防ぎ、塗布室
内に存在する異物や塵埃を低減する効果がある。ウエハ
等の基板５は、低発塵材料の膜３３のついた基板３９を
取り付けたスピナ１に載せられ、真空吸着用のポンプ２
５によって真空吸引され、スピナ１に固定される。この
時、ウエハ等の基板５の裏面は、低発塵材料の膜３３と
接触しているだけである。低発塵材料の膜３３は、真空
吸引時のずれや回転加速時のずれ等の摺動による、ウエ
ハ裏面の接触部分からの発塵を抑える効果がある。有機
溶液や塗布液１１は、ウエハ等の基板２を真空吸引で固
定した後、ノズル７より適量滴下される。その後、スピ
ナ１が回転して、ウエハ等の基板５表面全体に有機溶液
や塗布液１１を塗布する。余分な有機溶液や塗布液は、
ウエハ等の基板５の縁から飛散する。飛散した余分な有
機溶液や塗布液は、塗布室中の清浄な気体の流れに乗っ
て、塗布室外に排気される。その途中にあるフィルタ５
７によって余分な有機溶液や塗布液は捕集される。これ
により、その下流にあるポンプ２７に余分な有機溶液や
塗布液が入らないので、ポンプ２７の故障等の問題が低
減される。このような塗布装置を用いれば、欠陥の少な
い有機膜や塗布膜をシリコンウエハ等の基板５に製作す
ることが可能になる。また、フィルタ５７の代わりに、
通気性のある多孔質物質を用いても、余分な有機溶液や
塗布液を捕集することが可能である。このとき、塗布室
内圧力Ｐ₁の方が、排気用配管内圧力Ｐ₂より高いので、
気体の流れは、塗布室内部から配管へと流れるので、多
孔質物質から塗布室内部に発塵しない。また、このフィ
ルタや通気性のある多孔質物質を脱着可能にすると、こ
のフィルタや多孔質物質が汚れ、塗布室内の清浄な環境
を保つことが困難になった時、このフィルタや多孔質物
質を取り替えることにより、常に、塗布室内を清浄な環
境にし、異物等の欠陥を含まない有機膜や塗布膜を作れ
る環境にすることが可能である。以下、本発明の第２の
実施例を図２により説明する。図２は、有機溶液回転塗
布装置の断面図である。この実施例は、第１の実施例と
以下の点で異なる。この有機溶液回転塗布装置は、塗布
室内圧力を上げる圧力発生装置６３，圧力発生装置６３
から発生する異物を取り除くフィルタ５９と塗布室上部
に塗布室内の密閉性を向上するためＯ−リング４７から
構成される。ここで、圧力発生装置６３により、塗布室
内の圧力Ｐ₁ は、塗布室外の大気圧より高くなる。これ
により、真空吸着用のポンプ２５によりウエハ等の基板
５を真空吸引した時、発生する保持力が向上する。する
と、スピナ１の回転加速時のウエハ等の基板５の裏面と
スピナ１とのずれ等を低減することになり、接触部分か
らの発塵を抑える効果がある。また、塗布室内の圧力Ｐ
₁を大気圧より高くすると、有機溶液や塗布液の溶媒の
蒸気圧が低い場合、溶媒の蒸発を抑え、均一な膜厚をも
つ塗布膜を作ることができる。この圧力の調整は、圧力
発生装置６３にある圧力調節用バルブ，塗布室を排気す
る口に取り付けたフィルタ５７の厚さを調節することで
行う。ただし、圧力発生装置６３とは、例えば、不活性
なガスを詰めた高圧ボンベや圧縮機のことである。ま
た、圧力発生装置６３と塗布室の間には、フィルタ５９
があり、圧力発生装置６３から発生する気体は、清浄に
され、塗布室内に送り込まれる。これは、塗布室内を、
清浄な環境に保つ効果がある。このような塗布装置を用
いれば、欠陥の少ない有機膜や塗布膜をウエハ等の基板
５に製作することが可能になる。また、フィルタ５９
を、脱着可能な構造にすると、フィルタが汚れた際の交
換が容易になる。以下、本発明の第３の実施例を図３に
より説明する。図３は、有機溶液回転塗布装置の断面図
である。この実施例は、以下の点で、第２の実施例と異
なる。この有機溶液回転塗布装置は、塗布室内の圧力を
上げる圧力発生装置６３，圧力発生装置６３から発生す
る異物を取り除くフィルタ５９，塗布室内を排気するポ
ンプ２７及び塗布室を排気する口に取り付けたフィルタ
５７から構成される。ここで、圧力発生装置６３と排気
用のポンプ２７により、塗布室内の圧力Ｐ₁ を、塗布室
外の大気圧より高くしたり、低くしたり、制御すること
ができる。塗布室圧力を大気圧より高くすれば、有機溶
液や塗布液の溶媒の蒸気圧が低い場合、溶媒の蒸発を抑
え、均一な膜厚をもつ塗布膜を作ることができる。ま
た、大気圧よりも低くすれば、有機溶液や塗布液の溶媒
の蒸気圧が高い場合、溶媒の蒸発を促進し、均一な膜を
作ることができる。つまり、使用する有機溶液や塗布液
により、圧力を調節すれば、均一な膜厚をもつ塗布膜を
作ることができる。このような塗布装置を用いれば、欠
陥の少ない有機膜や塗布膜をウエハ等の基板５に製作す
ることが可能になる。以下、本発明の第４の実施例を図
４により説明する。図４は、有機溶液回転塗布装置の断
面図である。この実施例は、以下の点で第２の実施例と
異なる。この有機溶液回転塗布装置は、排気用配管の下
流にある有機溶液回収装置６５を設けた。塗布室から出
る排気用配管の下流に有機溶液回収装置６５を設けて、
余分な有機溶液や塗布液を積極的に回収し、再利用する
ことにより、資源を有効利用することができる。以下、
本発明の第５の実施例を図５により説明する。図５は、
有機溶液回転塗布装置の断面図である。この実施例は、
以下の点で第２の実施例と異なる。この有機溶液回転塗
布装置は、余分な有機溶液や塗布液を回収する通気性の
ある多孔質物質６１及び多孔質物質６１を冷す冷却管６
７から構成される。この有機溶液回転塗布装置では、飛
散した余分な有機溶液や塗布液は、塗布室中の清浄な気
体の流れに乗って、塗布室壁に取り付けられた通気性の
ある多孔質物質６１を通って塗布室外部に排気される。
このとき、多孔質物質６１の大気側に、冷却管６７を設
ける。この冷却管６７の内部に冷媒を流して、多孔質物
質６１を冷す。すると、清浄な気体とともに飛散してき
た余分な有機溶液や塗布液は、多孔質物質６１中で捕集
される。しかし、多孔質物質６１が冷されているので、
有機溶液や塗布液の溶媒の蒸気圧が下がり、蒸発しにく
くなり、有機溶液や塗布液として、多孔質物質６１中で
捕集される。溶質が異物として、多孔質物質６１から再
離脱することを防ぐ効果がある。これにより、溶媒の蒸
発した溶質が、多孔質物質６１から、発塵することが抑
えられ、毛管現象により、有機溶液も捕集されるので、
塗布室内の環境を汚染せず、清浄な状態に保持する。ま
た、清浄な気体の流れは、常に、塗布室内部から塗布室
外部に流れ出し、多孔質物質６１内部で発生した異物
を、塗布室内部に発塵させることを抑えるので、塗布室
内の清浄な環境を保つ効果がある。このような塗布装置
を用いれば、欠陥の少ない有機膜や塗布膜をウエハ等の
基板５に生成することが可能になる。

【発明の効果】本発明によれば、単結晶ダイヤモンド，
サファイヤ等の低発塵材料や多結晶ダイヤモンド膜，ダ
イヤモンドライクカーボン膜や硬質炭素膜等の低発塵材
料膜を付けた下地基板でシリコンウエハ等の基板の裏面
と接触するスピナを製作することにより、シリコンウエ
ハ等の基板をスピナに真空吸引する際やスピナが回転加
速する際に、シリコンウエハ等の基板の裏面とスピナが
摺動し、摩耗粒子の発生を抑えることができる。さら
に、接触することによって、相手に転写する異物を低減
し、シリコンウエハ等の基板の裏面を汚染することを防
ぐことができる。また、余分な有機溶液や塗布溶液が塗
布室壁面に付着する部分に通気性のある多孔質物質を設
けることにより、余分な有機溶液や塗布溶液を確実に捕
集し、溶質等の固体が異物として塗布装置壁面から再離
脱することを抑えることができる。また、塗布室内を正
圧や負圧に制御することにより、膜厚の均一な有機膜や
塗布膜を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の有機溶液回転塗布装置の断
面図。

【図２】本発明の第二の実施例の有機溶液回転塗布装置
の断面図。

【図３】本発明の第三の実施例の有機溶液回転塗布装置
の断面図。

【図４】本発明の第四の実施例の有機溶液回転塗布装置
の断面図。

【図５】本発明の第五の実施例の有機溶液回転塗布装置
の断面図。

【符号の説明】

１…スピナ、５…シリコンウエハ等の基板、７…ノズ
ル、９…塗布室、１１…有機溶液や塗布液、１３…スピ
ナ支持軸受、２１…駆動モータ、２５，２７…ポンプ、
３３…低発塵材料の膜、３７…多結晶ダイヤモンド膜、
３９…基板、４５…Ｏ−リング、５３，５５，５７…フ
ィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被塗布物を載せるスピナ、前記被塗布物を
前記スピナに保持する保持装置、前記スピナを回転させ
る回転装置及び前記被塗布物上部より有機溶液や塗布液
を滴下する滴下装置からなり、前記有機溶液や前記塗布
液を前記被塗布物に塗布する回転塗布装置において、前
記被塗布物と接触する前記スピナに、低発塵材料を用い
たことを特徴とする有機溶液の回転塗布装置。