JPH06260404A

JPH06260404A - レジスト塗布方法及び装置

Info

Publication number: JPH06260404A
Application number: JP4510093A
Authority: JP
Inventors: Hajime Shiyaura; 肇社浦; Hiroshi Uchida; 博内田; Nobuhito Nunotani; 伸仁布谷; Tatsuhiko Kaneko; 達彦金子; Hiroshi Haraguchi; 浩志原口; Tomio Minohoshi; 富夫蓑星
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体ウエハへのフォトレジストの塗布にお
いて、塗布ムラを小さくし、歩留まりと信頼性を向上さ
せ、レジストの消費量を減少させる。【構成】半導体ウエハにフォトレジストを塗布する方
法及び装置が示されている。ウエハの中央にレジストを
滴下しこのウエハを回転させることにより、遠心力によ
りレジストを周縁部まで広げる。このウエハの周囲はカ
ップと蓋によって密閉され、レジストの乾燥を防いでい
る。又、このカップと蓋もウエハと共に回転し、内部の
気流の影響を少なくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レジスト塗布方法及び
装置に関し、特に、均一な膜厚でレジストの塗布を行う
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造における基本的な工程の主な
ものとして、熱酸化、リソグラフィ、エッチング、イオ
ン導入、熱拡散、層間絶縁、メタライゼーション等があ
る。通常のウエハの処理では、この様な工程を数十回繰
り返すことにより各種半導体装置をウエハ上に作成する
が、大部分の工程は所定のパターンに従って行われる
為、その都度フォトレジストの塗布、露光、現像が繰り
返される。特に、レジストの塗布は生産性の向上の為、
一定の厚みで速やかに行われることが要求される。

【０００３】従来、最も多く用いられているレジストの
塗布方法は、スピン塗布によるものである。その一例を
図１９に示す。塗布を行うウエハ３０１は、ＨＭＤＳ
（ヘキサメチルシラザン）３０３の蒸気で満たされた密
閉容器３０５に保持される。ＨＭＤＳは、ウエハ３０１
とレジストとの密着性を良くする働きがある。その後、
ウエハ３０１はピンセット３０６で挟まれ、塗布装置３
０７の真空チャック３０９に固定され、レジスト３１１
がポンプ３１３やバルブ３１５を経てノズル３１７から
ウエハ中央に滴下される。このウエハ３０１は、チャッ
ク３０９と共にモータ３１９によって回転し、その遠心
力によってレジストがウエハ３０１の全体に塗布され
る。レジストの一部は、遠心力によって周囲に飛ばさ
れ、カップ３１８によって受けられ排気ダクト３２０と
共用される廃液ダクトによって廃液タンク（記載ナシ）
に排出される。

【０００４】図２０は別の例を示す。ここでは、ベルト
などの搬送手段によって、ウエハ３０１はＨＭＤＳ処理
装置３２１に運ばれる。ＨＭＤＳ処理装置３２１は搬送
路をシャッター３２３で塞ぐことによって内部が密閉さ
れ、ＨＭＤＳ３０３がバルブ３２５を介して導入され、
密着強化処理が行われる。その後、ウエハ３０１は、搬
送ロボット３２７によって、塗布装置３０７に送られ上
述の通りの処理がなされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この様なスピン塗布装
置の場合、塗布ムラの原因として少なくとも次の２つが
考えられる。

【０００６】１つは、高速回転が引き起こす気流であ
る。即ち、一分間に千回転を越えるスピードの為に、ウ
エハの周縁部では乱れた気流が生じる。この気流が、通
常の遠心力で期待されるレジストの均一な延びを阻害す
るのである。

【０００７】もう一つの原因は、レジストの乾燥であ
る。塗布の途中で、レジストの乾燥がおこり、その為に
中心部と外周部で乾燥し方が異なってしまい、部分的に
乾燥すると、その部分だけが厚くなる傾向がある。特
に、ウエハ中心部と周辺部とでは、雰囲気との摩擦の度
合いが異なり、どうしても中心部で乾燥が遅れる傾向が
ある。

【０００８】レジストの乾燥に対する処置として、図２
１に示した様に、ウエハの周囲を蓋３２９によって密閉
することも考えられる。即ち、ウエハを載置し、レジス
トを滴下したら、蓋３２９を回転してしまうのである。
しかし、この場合は乾燥にかなりの時間がかかり、生産
性が落ちてしまう。又、実際に実験してみると周辺が中
心部に比べ厚くなり、場合によっては図２２に示した様
に、エッジ部分３３１に極端な盛り上がりが生じること
もあった。

【０００９】又、ウエハ表面の気流の速度が変化すれ
ば、そのままレジストの厚みのバラツキに反映される
為、排気量は常に一定に保たれなければならない。図２
３はこの問題に鑑みて用いられている従来の塗布装置の
為の排気ダクトの詳細を示す。図で溶媒蒸気を含んだ空
気は飛ばされたレジストと共に、排気液ライン３３３を
通って排気液タンク３３７へと導かれる。ここで、レジ
ストは排液タンク３３７に溜まり、溶媒蒸気を含んだ空
気は排気管３３９を経て外部へ排出される。排液タンク
３３７の排気管３３９には差圧計３４１と差圧ゲージ３
４３が設けられ、排液タンク３３７の内外圧力差を計測
する。この圧力差に応じてコントローラ３３５が、ダン
パー開閉駆動源３４５を介してダンパー３４７の開閉状
態を制御して、常に一定の気流が保たれる様にしてい
る。

【００１０】しかし、実際に問題となるのはウエハ近傍
の気流であり、この構成では十分の応答が期待出来な
い。それは、気流量変動の原因には、排気液ライン３３
３の管抵抗の違いや、この塗布装置の置かれたクリーン
ルームから流れ込む気流の変動等があり、差圧計３４１
とウエハとの距離が大きいために、ダンパー３４７の開
閉が適切にウエハ近傍の気流変動に応答していない為で
ある。

【００１１】さらに、ウエハを高速で回転させレジスト
を周辺まで塗布する場合、どうしてもレジストの多くは
ウエハの周辺から外側に飛ばされてしまう。実際には供
給したレジストの９０％以上が飛ばされている。このレ
ジストは、図１９に示す排気ダクト３２０を通じて回収
することもできるが、回収したレジストの純度は低く、
排気ダクトの管理とレジストの回収に要する手間と費用
も製造コストを上昇させる原因になってしまう。

【００１２】又、ＨＭＤＳ処理装置から塗布装置への搬
送にも問題がある。即ち、搬送途中で、ウエハにピンセ
ット傷や搬送ガイド等による外周部のチッピング等が生
じることがあった。又、搬送途中での落下は、ウエハの
全体を駄目にする可能性もある。更に、図２０に示す様
に、シャッターを用いる方法の場合、ここにウエハが挟
まって割れたり、ウエハ上のデバイスに傷が付いたりし
て、歩留まりが低下するという問題点もあった。いずれ
にせよレジスト塗布工程は全体で２０ＰＥＰから３０Ｐ
ＥＰ程度はあり、一連機の場合でも、これと同数或いは
それ以上のＨＭＤＳ処理装置が必要で、設備投資が増え
ると共に床面積もそれだけ増加してしまうものであっ
た。

【００１３】本発明は、上述の如き従来の問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、塗布ムラを小
さくし、歩留まりと信頼性を向上させ、レジストの消費
量を減少させることができるレジスト塗布方法及び装置
を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する為
に、本発明によるレジスト塗布装置は、半導体ウエハを
水平に保持する手段と、前記半導体ウエハの表面の中心
部にレジストを滴下する手段と、前記半導体ウエハを保
持する手段を前記半導体ウエハと共に回転させる手段
と、前記半導体ウエハを取り囲む手段とを備え、前記半
導体ウエハを取り囲む手段は、前記半導体ウエハと共に
回転することを第１の特徴とする。

【００１５】又、本発明によるレジスト塗布装置は、半
導体ウエハを水平に保持する手段と、前記半導体ウエハ
の表面の中心部にレジストを滴下する手段と、前記半導
体ウエハを保持する手段を前記半導体ウエハと共に回転
させ、前記レジストを前記半導体ウエハの表面で広げる
手段と、上蓋の平坦な底面を前記半導体ウエハの表面全
体に平行に且つ一定の間隔を保って近接させる手段を備
え、前記半導体ウエハが回転して前記レジストが広がっ
ている際前記上蓋は前記半導体ウエハと同じ速度で回転
していることを第２の特徴とする。

【００１６】更に、本発明によるレジスト塗布装置は、
半導体ウエハを水平に保持する手段と、前記半導体ウエ
ハの表面の中心部にレジストを滴下する手段と、前記半
導体ウエハを保持する手段を前記半導体ウエハと共に回
転させ、前記レジストを前記半導体ウエハの表面で広げ
る手段と、前記半導体ウエハの表面に垂直な方向の気流
を発生させる手段とを備えたことを第３の特徴とする。

【００１７】更に、本発明によるレジスト塗布装置は、
半導体ウエハを水平に保持する手段と、前記保持手段に
保持された半導体ウエハの表面に密着強化剤を施す手段
と、前記保持手段に保持された半導体ウエハの表面の中
心部にレジストを滴下する手段と、前記半導体ウエハを
保持する手段を前記半導体ウエハと共に回転させ、前記
レジストを前記半導体ウエハの表面で広げる手段とから
なることを第４の特徴とする。

【００１８】更に、本発明によるレジスト塗布装置は、
半導体ウエハを保持する手段と、底部に形成された溝か
らレジストを供給する手段と、前記レジスト供給手段を
前記半導体ウエハに対して相対的に移動させ、前記半導
体ウエハの少なくとも半径の全体と前記溝とを所定の間
隔で平行に近接させる手段と、前記半導体ウエハを前記
レジスト供給手段に対して前記半導体ウエハの中心を回
転の中心として相対的に回転させ、前記レジストを前記
半導体ウエハの表面で広げる手段とを備えたことを第５
の特徴とする。

【００１９】又、本発明によるレジスト塗布方法は、半
導体ウエハを保持手段に固定する工程と、前記半導体ウ
エハの表面の中心部にレジストを滴下する工程と、前記
半導体ウエハの周囲を閉じた空間とする工程と、前記半
導体ウエハを、それを取り囲み前記閉じた空間を形成す
る部材と共に回転させることにより前記レジストを前記
半導体ウエハの表面で広げる工程と、前記閉じた空間を
開放して前記半導体ウエハ上のレジストを乾燥させる工
程とからなることを第６の特徴とする。

【００２０】更に、本発明によるレジスト塗布方法は、
半導体ウエハを保持手段に固定する工程と、前記保持手
段に固定された前記半導体ウエハの表面に密着強化剤を
施す工程と、前記半導体ウエハの表面の中心部にレジス
トを滴下する工程と、前記保持手段を前記半導体ウエハ
と共に回転させることにより前記レジストを前記半導体
ウエハの表面で広げる工程とからなることを第７の特徴
とする。

【００２１】更に、本発明によるレジスト塗布装置は、
半導体ウエハを水平に保持する手段と、前記半導体ウエ
ハの表面の中心部にレジストを滴下する手段と、前記半
導体ウエハを保持する手段を前記半導体ウエハと共に回
転させ、前記レジストを前記半導体ウエハの表面で広げ
る手段と、前記レジストから蒸発する溶媒を排気する手
段と、前記半導体ウエハの表面に近接して配置され、前
記溶媒の排気に伴って発生する前記半導体ウエハ表面の
気流を整えるフィンとを備えたことを第８の特徴とす
る。

【００２２】更に、本発明によるレジスト塗布装置は、
半導体ウエハを水平に保持する手段と、前記半導体ウエ
ハの表面の中心部にレジストを滴下する手段と、前記半
導体ウエハを保持する手段を前記半導体ウエハと共に回
転させ、前記レジストを前記半導体ウエハの表面で広げ
る手段と、前記レジストから蒸発する溶媒を排気する手
段と、前記半導体ウエハの近傍に設けられ前記半導体ウ
エハ近傍での気流の速度を測定する手段と、前記測定手
段によって測定された気流の速度の変化に応じて、前記
排気手段の能力を調整し気流の速度を一定に保つ手段と
を備えたことを第９の特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明の第１の特徴によれば、半導体ウエハを
取り囲む空間がこの半導体ウエハと共に回転するので、
気流の乱れが押さえられ、レジストの塗布が均一に行わ
れる。又、この空間を密閉とすれば、レジスト溶媒の蒸
発が少なくなるのでレジスト塗布が速やかに行われる。

【００２４】本発明の第２の特徴によれば、半導体ウエ
ハの表面に接する雰囲気が、この表面と共に回転するの
で、気流の乱れが最小に押さえられると共にレジスト溶
媒の蒸発が少なくなる。従って、レジストの塗布が均一
に速やかに行われる。

【００２５】本発明の第３の特徴によれば、半導体ウエ
ハの表面に一定の気流が発生するので、レジストの塗布
ムラが減少する。

【００２６】本発明の第４の特徴によれば、密着強化剤
処理とレジスト塗布は同一の装置内で行われるので、必
要なスペースは小さくてすみ、又装置の製作コストも低
く押さえられる。

【００２７】本発明の第５の特徴によれば、レジストの
必要量が必要最小限度に押さえられ、しかも中心部と周
囲の塗布量のばらつきが無くなる。

【００２８】本発明の第６の特徴によれば、レジストを
実際に塗布する段階ではレジスト溶媒の蒸発が少なく均
一な塗布が可能となり、その後溶媒の蒸発は速やかに行
われるので、全体の処理時間が短縮される。

【００２９】本発明の第７の特徴によれば、半導体ウエ
ハを動かす事なく密着強化剤処理とレジスト塗布を行う
ので、工程の切り替えに伴う事故の発生を無くすことが
できる。

【００３０】本発明の第８の特徴によれば、半導体ウエ
ハ表面近傍の気流を制御できるので、レジストの乾燥を
均一にすることができる。

【００３１】本発明の第９の特徴によれば、半導体ウエ
ハ表面近傍の溶媒を含んだ気流の排出量を一定に制御で
きるので、レジストの乾燥の程度を常に均一に保つこと
ができる。

【００３２】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例によるレジスト
塗布装置を示す図である。この装置は、蓋１と共に密閉
空間を形成するカップ３と、このカップ３内に設けられ
ウエハ５を真空吸着して水平に保持する真空チャック７
と、このチャック７をシリコン単結晶半導体のウエハ５
と共に回転させるスピンモータ９と、蓋１の中心部に設
けられたガス供給口１１と、このガス供給口１１に夫れ
夫れ自動バルブ１３を介して通じた窒素ボンベ１５と、
ＨＭＤＳ容器１７及びレジスト溶剤容器１９と、蓋１を
上下に移動させカップ３を開閉する昇降手段としてのシ
リンダー２１と、レジスト容器２３からポンプ２５を介
して送られてくるフォトレジストを滴下するノズル２７
と、蓋１が開いた状態で、このノズル２７をウエハ５の
中央まで移動する移動手段２９とからなっている。カッ
プ３内は、排気口３１を通じて排気されると共に、余分
なレジストを回収容器３２に回収することができる。
尚、夫れ夫れのガスは、圧送方式により、カップ３に導
入されるが、自動バルブ１３を制御することによって所
望のガスを選択的に送ることができる。

【００３３】この装置によるレジストの塗布は次の様に
行われる。先ず、処理すべきウエハ５をチャック７に固
定した後、蓋１を下げカップ３内を密閉空間とする。そ
の後、カップ３内部の排気を行うと共に密着強化剤とし
てＨＭＤＳの蒸気を容器１７からガス供給口１１を通じ
て導入する。この処理の間、ウエハ５はモータ９によ
り、低速で回転させておく。一定時間経過し十分に密着
強化処理がなされた後、ＨＭＤＳに代わって、ボンベ１
５から窒素ガスが供給される。ここで窒素ガスに代え
て、他の不活性ガスを用いても良い。ＨＭＤＳが窒素ガ
スで置換されたら、蓋１を上昇させると共にノズル２７
をウエハ５の中心位置まで移動させ、ポンプ２５によっ
て一定量のレジストを滴下する。滴下後、ノズル２７は
元の位置に戻り、蓋１が再度下降してカップ３が再び密
閉空間となる。その後、レジスト溶剤の蒸気が容器１９
から導入されると共に、ウエハ５はモータ９によって１
０００−２０００ｒｐｍの回転数で回転し、レジストが
所定の厚みで塗布される。ここで導入されるレジスト溶
剤の蒸気は、レジストの乾燥を防ぎ均一な塗布を可能に
する。所定の厚みでウエハ５の全体が塗布されると、レ
ジスト溶剤の導入が止められ再び窒素ガスが導入され、
レジストの乾燥が行われる。レジストの乾燥の間もウエ
ハ５の回転は続けられるが、これは乾燥を加速させる為
である。

【００３４】図２は、本発明の第２実施例によるレジス
ト塗布装置を示す図である。密着強化剤は、図１と同じ
様な方法で施してもよいが、従来の方法をそのまま用い
ても良い。この実施例は、レジストのスピン塗布にその
特徴がある。ここでは、カップ３３はチャック３５に固
定されており、共にモータ９によって一体的に回転する
構造となっている。一方、シリンダー３７によって上下
に移動する蓋３９は、その中心軸の回りに回転可能に取
り付けられ、カップ３３に係合して内部を閉じた空間と
した場合にそれと一体的に回転する様になっている。カ
ップ３３を包囲して外囲器４１が設けられ、排気口４３
を通じて排気が行われる。その他の基本的な構造は図１
と同じなので、その説明は省略する。

【００３５】第２実施例のレジスト塗布の特徴は、次の
様なものである。図１と同じ様に、ＨＭＤＳで処理され
たウエハ５の中央にノズル２７によってレジストを滴下
した後、蓋３９を降下させカップ３３内を密閉空間とす
る。勿論、ここでの密閉空間は、完全に気密である必要
ななく、ウエハに対する影響を考えた場合に、内部の状
態が十分に保持されれば問題がない。そして、チャック
３５に固定されたウエハ５を回転させるが、その場合カ
ップ３３や蓋３９も一体的に回転する。即ち、この密閉
空間をカップ３３や蓋３９と共に回転させることによ
り、ウエハ５の回りの気流の乱れを最小にした状態でレ
ジストを広げることができる。又、この密閉空間内でレ
ジストの溶媒が揮発し、溶媒の蒸気圧の大きい状態でウ
エハの回転が行われるので蓋３９を用いない場合に比べ
レジストの乾燥が遅く、わずかなレジスト量で容易にウ
エハの周囲まで一様にレジストを広げることができる。
レジストがウエハの周囲まで広がったら、蓋３９を上昇
させウエハ５の回りを通常の雰囲気にしてやる。それと
共に、ウエハ５の回転数を上げ、レジストの乾燥を早め
る。例えば、密閉空間でレジストを広げる段階では、回
転数は１０００−２０００ｒｐｍであり、開放状態でレ
ジストを乾燥させる段階では、回転数を２０００−４０
００ｒｐｍまで上げる。

【００３６】変形例として図３から図７に示したものが
ある。図３では、カップの代わりに平坦な円盤４５を用
い蓋４７に側面を設け、丁度図２と上下逆になった様な
組み合わせで密閉空間が形成される。図４では、チャッ
ク２６とカップ３３を独立に回転可能とし、ウエハ５を
回転させるモータ９とは別にカップ３３を回転させる為
のモータ４９を設けている。この場合、カップ３３の回
転をウエハとは独立に制御できる。図５では、やはりチ
ャック２６とカップ３３は独立に回転可能であるが、動
力は共にモータ９であり、タイミングベルト５１や駆動
軸５３等の動力伝達手段が設けられている。この場合
は、カップ３３の回転をウエハと独立に制御することは
できないが、夫れ夫れの回転数を違えることができる。
図６では、シリンダー３７はカップ３３に接続してお
り、蓋３９を上下するのではなく、カップ３３を上下す
ることによって密閉空間を形成する。図７では、蓋３９
の回転軸３９ａを貫いてガス供給口１１が設けられ、前
記第１実施例に説明した様に、レジスト溶媒雰囲気や不
活性ガスが供給される。その効果は、第１実施例と同様
である。

【００３７】図８は、本発明の第３実施例によるレジス
ト塗布装置を示す図である。ここでは、ウエハ５の表面
での気流を、もっと積極的に抑制する方法が取られてい
る。上記実施例と同じ様に、ＨＭＤＳで処理されたウエ
ハ５の中央にノズル２７によってレジストを滴下する
が、その後ウエハ５の表面の全体を覆う様に、これと平
行な上蓋５５がシリンダー３７によって降下される。上
蓋５５とウエハ５との間隔は、上蓋５５の下面がレジス
トに触れることがない範囲で、出来るだけ小さく取ると
効果的である。通常の場合、この間隔は１ｍｍから３ｍ
ｍ程度の範囲で設定される。上蓋５５は、平坦な円盤で
良いが、図に示した様にレジストの飛沫を止める縁５５
ａを設けておくと都合が良いことが多い。

【００３８】これまでの実施例と同様にチャック７に固
定されたウエハ５は、モータ９によって回転されレジス
トが表面全体に広がるが、それと同時に上蓋５５もモー
タ５７によって同一回転数で同一方向に回転する。ウエ
ハ５と上蓋５５は近接している為、それらの間はほぼ密
閉空間とみなされ、レジストの乾燥は遅く、わずかなレ
ジスト量で容易にウエハの周囲まで一様にレジストを広
げることができる。これは前述の実施例と同じである
が、ここではウエハ５と上蓋５５間の雰囲気も又ほぼ同
一回転数で回転しており気流の影響が無視出来る程度に
まで押さえられているので、レジストの広がりが極めて
一様に行われる。尚、ここでモータ９、モータ５７、シ
リンダー３７やノズル２７等の制御は制御部５９によっ
て行われるが、上蓋５５とウエハ５とは接触している訳
ではないので、それらの回転は特に厳密な同期を取る必
要なない。即ち、若干の回転のずれが生じても問題はな
い。レジストがウエハの周囲まで広がったら、ウエハ５
と上蓋５５との回転数を異ならしめる。これにより、レ
ジスト溶媒の排気を促し、レジストの乾燥を促進する。
実際のウエハ５及び上蓋５５の回転数は、レジストの膜
厚やウエハの大きさ等の条件によって異なるが、ここで
一つの好適な例を挙げておく。即ち、レジストを広げる
段階で双方の回転数は共に１０００−２０００ｒｐｍと
し、レジストを乾燥させる段階では、ウエハの回転数を
２０００−４０００ｒｐｍまで上げると共に上蓋５５は
停止させるかウエハ５とは逆の向きに１０００ｒｐｍ以
下の回転数で回転させる。一般にウエハ５と上蓋５５と
の相対回転速度が大きくなると膜厚が減少するので、こ
の回転数を調節することによって、膜厚の制御を行うこ
とができる。

【００３９】上述の実施例の場合、ウエハ近傍の気流を
押さえることにより、レジストの広がりを均一にする方
法を用いていた。しかし、ウエハ近傍の気流の乱れを抑
制するという観点からすれば、それとは逆に一様な気流
を形成することによって、膜厚のばらつきを押さえるこ
ともできる。

【００４０】図９に示した第４実施例はこの観点に立っ
たレジスト塗布装置である。先ず、上記実施例と同じ様
に、ＨＭＤＳで処理されたウエハ５の中央にノズル２７
によってレジストを滴下し、スピンモータ９によりウエ
ハ５を回転させる。それと同時に、モータ６１によりリ
ング状或いはシリンダー状のカップ６３をウエハ５の回
転軸と同じ回転軸の回りで回転させる。カップ６３の内
側には螺旋状の溝６３ａが掘られており、回転によって
一様な下向きの気流が生じる。この気流は回転するウエ
ハ５の近傍に起こりやすい乱流を抑制すると共に、回転
軸を中心とする対称で定常的な流れを形成する。これに
より、常に一定の厚みを持ったレジスト膜がウエハ５の
表面全体に渡って形成される。ウエハ５やカップ６３の
回転は、制御装置６５によって制御される。この方法は
大きな径のウエハにレジストを塗布する場合に、特に有
効である。

【００４１】図１０及び図１１は、カップ６３の内部を
テーパー状にした変形例を示す。図１０では、螺旋半径
が下にいくに従って大きくなっている。この場合、カッ
プ内部の気圧は、回転によって減少する。又図１１で
は、螺旋半径が上にいくに従って大きくなっている。こ
の場合、カップ内部の気圧は、回転によって増加する。
例えば、膜厚の大きいレジスト膜を形成したい場合に
は、図１０の減圧カップを用いて気圧を下げ、レジスト
の乾燥を速めると効果がある。又、図１１の加圧カップ
を用いて気圧を上げレジストの乾燥を遅らせると、膜厚
の小さいレジスト膜を均一に形成したい場合には有効で
ある。

【００４２】図１２に示した第５実施例では、ウエハ５
の表面に近接して配されるカップ状の整流ユニット７６
が設けられている。この整流ユニット７６には、ウエハ
の中心位置から放射状に延びた適当な形状のフィン７７
が設けられており、整流ユニット７６の回転に伴って適
宜回転し、ウエハ５の表面での気流を整える。この整流
ユニット７６は、図４の塗布装置の蓋３９と同様にレジ
スト塗布装置に、回転可能と同時に上下に移動可能に設
けられている。フィン７７の形状や回転数は、ウエハ５
の大きさや回転数、塗布装置全体の構成等によってウエ
ハ５表面での気流の速度分布を適切にする様に適宜決定
される。図１２では破線に示した様にウエハ中心から周
囲に向かって気流が上方に逃げる構成をとっているが、
勿論これに限定されるものではない。又、フィン７７の
回転数はウエハ５の回転数の２倍〜回転数０の範囲で行
う。ウエハ表面での相対気流速度分布の好ましい例を、
図１３に示す。この図で、ウエハ５からの一点鎖線まで
の距離Ｄがその半径位置での相対速度を表している。こ
こで、相対速度はウエハ表面でほぼ一定となっている。

【００４３】又、ウエハ表面の気流の排気量そのものに
変動があれば、そのままレジストの厚みのバラツキに反
映される為、排気量は常に一定に保たれねばならない。
図１４に示した第６実施例はこの問題に鑑みて考案され
ている。図１４で溶媒蒸気を含んだ空気は飛ばされたレ
ジストと共に、排気液ライン８１を通って排気液タンク
８３へと導かれる。ここで、レジストは排液タンク８５
に溜まり、溶媒蒸気を含んだ空気は排気管８７を経て外
部へ排出される。排気管８７にはダンパー８９が設けら
れており、排気量の調節を行っている。又、カップ９１
のウエハ５の近傍には風量計９３が設けられており、ウ
エハ表面の気流の流れを測定する。コントローラ９５は
この風量計９３で測定された気流情報を受けて、排気管
８７の開閉を行うダンパー開閉駆動源９７を制御して、
破線で示されたウエハ表面での気流の速度を一定に保つ
様にダンパーの適切な開閉状態を維持する。

【００４４】図１５の第７実施例は、従来のスピン塗布
方法とは別の原理に基づくものである。従来のスピン塗
布方法は、遠心力によってレジストをウエハの周縁に広
げるのであるが、この実施例では遠心力を用いず、レジ
ストとウエハの濡れや表面張力によって塗布を行うもの
である。この場合、レジストを供給するノズル６９は、
レジストの滴下を行うものではなく、図１６に示した様
に底面に溝７１が形成された箱形の容器である。この溝
７１の長さは、ウエハの直径と同じか若干大きめになっ
ている。先ず、上記実施例と同じ様にＨＭＤＳで処理さ
れたウエハ５の中央にノズル６９が接近して位置決めさ
れる。これはシリンダー３７によって、ノズル６９を精
密に下降させて行う。ノズル６９の溝７１下端とウエハ
５の表面は正確に平行で、それらの間隔は所望の膜厚に
比例し例えば０．１ｍｍから１ｍｍ程度に合わせられ
る。そしてその間隔は、マイクロゲージ等で確認され
る。その後、レジスト容器７３からノズル６９内にレジ
ストが供給される。このレジストは溝７１からウエハ５
の表面に落とされる。この状態で、図１７の矢印に示し
た様に、モータ７５によってウエハ５を１８０度回転さ
せると、溝７１を介してレジストがウエハ５の表面全体
に渡って塗布される。その際の厚みは、ウエハ５とノズ
ル６９の間隔にほぼ等しい。勿論、図１８に示した様
に、ノズル６９の代わりにウエハ５を上下させても良い
し、ウエハ５は回転させずにノズルを回転させても、同
様の効果がある。又、溝の長さを、ウエハ５の半径相当
とし、３６０度の回転を行ってもウエハ５の全体に亙っ
ての塗布がなされる。この１８０度や３６０度といった
角度は最小限度の回転角度であり、場合によりそれ以
上、例えば２回転、３回転させて、塗布の完全を期して
も良い。

【００４５】

【発明の効果】本発明によるレジスト塗布技術では、一
般的に次の様な効果が期待できる。

【００４６】１）塗布ムラが小さくなる。

【００４７】２）歩留まりと信頼性が向上する。

【００４８】３）レジストの消費量が減少する。

【００４９】特に、レジストをウエハ表面で広げる時に
雰囲気をレジスト溶媒の蒸気にすることで、同一粘度で
ウエハ周辺までレジストを一様に塗布できる。そして、
乾燥させる時にはレジスト溶媒の少ない雰囲気にするこ
とで、乾燥に要する時間を短縮できる。

【００５０】又、ウエハ表面に上蓋を接近させ同一回転
数で回転させることにより、レジストと雰囲気との摩擦
を無くすことが出来る。

【００５１】更に、ウエハに垂直で安定した気流を発生
させることで、大きなウエハにレジスト塗布を行う場合
にも塗布ムラが押さえられる。又、減圧カップや加圧カ
ップを用いることによって、各種プロセス条件に適合す
ることができる。

【００５２】更に、半導体ウエハ上方にフィンを設け気
流の制御を行うことで、ウエハ表面全体に亙って乾燥の
程度を調整することができる。

【００５３】更に、ダクトを用いた排気を調整すること
により、半導体ウエハ表面での気流の量の変動を押さえ
ることができ、レジストの厚みのバラツキが最小にな
る。

【００５４】更に、底部に形成された溝からレジストを
供給するタイプのレジストノズルを用い、これをウエハ
上で回転させる方法では、レジスト消費量が最小限とな
り、ウエハの中心部と周辺部とのレジストの膜厚のばら
つきが無くなる。

【００５５】更に、密着強化処理をレジスト塗布と同じ
装置で行うことにより、設備の減少させ、ウエハの損傷
を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるレジスト塗布装置を
示す。

【図２】本発明の第２実施例によるレジスト塗布装置を
示す。

【図３】本発明の第２実施例によるレジスト塗布装置の
変形例を示す。

【図４】本発明の第２実施例によるレジスト塗布装置の
他の変形例を示す。

【図５】本発明の第２実施例によるレジスト塗布装置の
更に他の変形例を示す。

【図６】本発明の第２実施例によるレジスト塗布装置の
更に他の変形例を示す。

【図７】本発明の第２実施例によるレジスト塗布装置の
更に他の変形例を示す。

【図８】本発明の第３実施例によるレジスト塗布装置を
示す。

【図９】本発明の第４実施例によるレジスト塗布装置を
示す。

【図１０】本発明の第４実施例によるレジスト塗布装置
の変形例を示す。

【図１１】本発明の第４実施例によるレジスト塗布装置
の他の変形例を示す。

【図１２】本発明の第５実施例によるレジスト塗布装置
を示す。

【図１３】本発明の第５の実施例によるレジスト塗布装
置によって形成される、ウエハ表面での気流速度分布を
示す。

【図１４】本発明の第６の実施例によるレジスト塗布装
置を示す。

【図１５】本発明の第７の実施例によるレジスト塗布装
置を示す。

【図１６】本発明の第７の実施例によるレジスト塗布装
置のノズルを示す。

【図１７】本発明の第７実施例によるレジスト塗布装置
による塗布方法を示す。

【図１８】本発明の第７実施例によるレジスト塗布装置
の変形例を示す。

【図１９】従来のレジスト塗布装置を示す。

【図２０】従来のレジスト塗布装置の他の例を示す。

【図２１】従来のレジスト塗布装置の更に他の例を示
す。

【図２２】従来のレジスト塗布方法によるウエハエッジ
でのレジストの盛り上がを示す。

【図２３】従来のレジスト塗布装置の更に他の例を示
す。

【符号の説明】

１、３９、４７蓋３、３３、６３、９１、３１８カップ５、３０１半導体ウエハ７、２６、３５、３０９チャック９、４９、５７、６１、７５、３１９モータ１１ガス供給口１３、３１５、３２５バルブ１５窒素ボンベ１７ＨＭＤＳ容器１９レジスト溶媒容器２１、２９、３７シリンダー２５、３１３ポンプ２３、７３、３１１レジスト容器２７、６９、３１７ノズル３１、４３排気口４５円盤３９ａ回転軸４１外囲器５１タイミングベルト５３駆動軸５５上蓋５５ａ縁５９、６５制御装置７１、６３ａ溝７６整流ユニット７７フィン８１、３３３排気液ライン３２、８３排気液タンク８５、３３７排液タンク８７、３３９排気管８９、３３７、３４７ダンパー９３、３４１風量計９５、３３５コントローラ９７、３４５ダンパー開閉駆動源３０３ＨＭＤＳ３０５密閉容器３０６ピンセット３０７レジスト塗布装置３２０排気ダクト３２１ＨＭＤＳ処理装置３２９蓋３３１エッジ部分３４３差圧ゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者布谷伸仁神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者金子達彦神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者原口浩志神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者蓑星富夫神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハを水平に保持する手段と、
前記半導体ウエハの表面の中心部にレジストを滴下する
手段と、前記半導体ウエハを保持する手段を前記半導体
ウエハと共に回転させる手段と、前記半導体ウエハを取
り囲む手段とを備え、前記半導体ウエハを取り囲む手段
は、前記半導体ウエハと共に回転することを特徴とする
レジスト塗布装置。
【請求項２】前記半導体ウエハを取り囲む手段は、前
記半導体ウエハを保持する手段に固定されており、前記
半導体ウエハを保持する手段が前記半導体ウエハと共に
回転する際に、前記半導体ウエハを取り囲む手段も一体
的に回転することを特徴とする請求項１に記載のレジス
ト塗布装置。
【請求項３】前記半導体ウエハを取り囲む手段は、内
部に前記半導体ウエハを保持する手段が位置するカップ
と、前記カップを開閉する様に前記カップに対して相対
的に移動可能な蓋とからなり、前記蓋が開いた状態で前
記レジストを滴下した後、前記カップと前記蓋は係合し
て前記半導体ウエハの回りが閉じた空間となることを特
徴とする請求項１に記載のレジスト塗布装置。
【請求項４】前記蓋は回転可能に支持されており、前
記カップは前記半導体ウエハを保持する手段に固定され
ており、前記蓋と前記カップとが係合して前記閉じた空
間を形成した場合、前記カップと前記蓋とは一体的に回
転することを特徴とする請求項３に記載のレジスト塗布
装置。
【請求項５】半導体ウエハを水平に保持する手段と、
前記半導体ウエハの表面の中心部にレジストを滴下する
手段と、前記半導体ウエハを保持する手段を前記半導体
ウエハと共に回転させ前記レジストを前記半導体ウエハ
の表面で広げる手段と、上蓋の平坦な底面を前記半導体
ウエハの表面全体に平行に且つ一定の間隔を保って近接
させる手段とを備え、前記半導体ウエハが回転して前記
レジストが広がっている際前記上蓋は前記半導体ウエハ
と同じ速度で回転していることを特徴とするレジスト塗
布装置。
【請求項６】前記レジストが前記半導体ウエハの表面
で広がった後、前記上蓋は前記半導体ウエハに対して相
対的に回転することを特徴とする請求項５に記載のレジ
スト塗布装置。
【請求項７】前記レジストが前記半導体ウエハの表面
で広がった後、前記上蓋は前記半導体ウエハとは逆向き
に回転することを特徴とする請求項６に記載のレジスト
塗布装置。
【請求項８】前記上蓋はその外周に下方に延出した周
縁部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載
のレジスト塗布装置。
【請求項９】半導体ウエハを水平に保持する手段と、
前記半導体ウエハの表面の中心部にレジストを滴下する
手段と、前記半導体ウエハを保持する手段を前記半導体
ウエハと共に回転させ前記レジストを前記半導体ウエハ
の表面で広げる手段と、前記半導体ウエハの表面に垂直
な方向の気流を発生させる手段とを備えたことを特徴と
するレジスト塗布装置。
【請求項１０】前記気流発生手段は、前記半導体ウエ
ハの周囲を囲み内部に螺旋状の溝が形成された円筒状部
材と、これを回転させる装置とからなることを特徴とす
る請求項９に記載のレジスト塗布装置。
【請求項１１】前記螺旋状の溝の径は、下方に向かっ
て大きくなっていることを特徴とする請求項１０に記載
のレジスト塗布装置。
【請求項１２】前記螺旋状の溝の径は、下方に向かっ
て小さくなっていることを特徴とする請求項１０に記載
のレジスト塗布装置。
【請求項１３】半導体ウエハを水平に保持する手段
と、前記保持手段に保持された半導体ウエハの表面に密
着強化剤を施す手段と、前記保持手段に保持された半導
体ウエハの表面の中心部にレジストを滴下する手段と、
前記半導体ウエハを保持する手段を前記半導体ウエハと
共に回転させ前記レジストを前記半導体ウエハの表面で
広げる手段とからなることを特徴とするレジスト塗布装
置。
【請求項１４】内部に前記半導体ウエハを保持する手
段が位置するカップと、前記カップを開閉する様に前記
カップに対して相対的に移動可能な蓋とを更に備え、前
記蓋が開いた状態で前記レジストを滴下した後、前記カ
ップと前記蓋は係合して前記半導体ウエハの回りが閉じ
た空間となることを特徴とする請求項１３に記載のレジ
スト塗布装置。
【請求項１５】前記密着強化剤を施す手段は、前記密
着強化剤の蒸気を前記閉じた空間に導入することを特徴
とする請求項１４に記載のレジスト塗布装置。
【請求項１６】前記閉じた空間に前記レジストの溶剤
の蒸気を導入する手段を更に備えたことを特徴とする請
求項１５に記載のレジスト塗布装置。
【請求項１７】前記閉じた空間に不活性ガスを導入す
る手段を更に備えたことを特徴とする請求項１５に記載
のレジスト塗布装置。
【請求項１８】半導体ウエハを保持する手段と、底部
に形成された溝からレジストを供給する手段と、前記レ
ジスト供給手段を前記半導体ウエハに対して相対的に移
動させ、前記半導体ウエハの少なくとも半径の全体と前
記溝とを所定の間隔で平行に近接させる手段と、前記半
導体ウエハを前記レジスト供給手段に対して前記半導体
ウエハの中心を回転の中心として相対的に回転させ、前
記レジストを前記半導体ウエハの表面で広げる手段とを
備えたことを特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項１９】半導体ウエハを保持手段に固定する工
程と、前記半導体ウエハの表面の中心部にレジストを滴
下する工程と、前記半導体ウエハの周囲を閉じた空間と
する工程と、前記半導体ウエハを、それを取り囲み前記
閉じた空間を形成する部材と共に回転させることにより
前記レジストを前記半導体ウエハの表面で広げる工程
と、前記閉じた空間を開放して前記半導体ウエハ上のレ
ジストを乾燥させる工程とからなることを特徴とするレ
ジスト塗布方法。
【請求項２０】前記半導体ウエハ上のレジストを乾燥
させる工程は、前記半導体ウエハを回転させながら行う
ことを特徴とする請求項１９に記載のレジスト塗布方
法。
【請求項２１】前記乾燥させる工程での前記半導体ウ
エハの回転は、前記レジストを広げる工程での前記半導
体ウエハの回転よりも速いことを特徴とする請求項２０
に記載のレジスト塗布方法。
【請求項２２】半導体ウエハを保持手段に固定する工
程と、前記保持手段に固定された前記半導体ウエハの表
面に密着強化剤を施す工程と、前記半導体ウエハの表面
の中心部にレジストを滴下する工程と、前記保持手段を
前記半導体ウエハと共に回転させることにより前記レジ
ストを前記半導体ウエハの表面で広げる工程とからなる
ことを特徴とするレジスト塗布方法。
【請求項２３】前記半導体ウエハの周囲を閉じた空間
とする工程と、前記レジストを前記半導体ウエハの表面
で広げた後に前記閉じた空間を開放して前記半導体ウエ
ハ上のレジストを乾燥させる工程とを更に備えたことを
特徴とする請求項２２に記載のレジスト塗布方法。
【請求項２４】半導体ウエハを水平に保持する手段
と、前記半導体ウエハの表面の中心部にレジストを滴下
する手段と、前記半導体ウエハを保持する手段を前記半
導体ウエハと共に回転させ、前記レジストを前記半導体
ウエハの表面で広げる手段と、前記レジストから蒸発す
る溶媒を排気する手段と、前記半導体ウエハの表面に近
接して配置され、前記溶媒の排気に伴って発生する前記
半導体ウエハ表面の気流を整えるフィンとを備えたこと
を特徴とするレジスト塗布装置。
【請求項２５】前記フィンを回転させる手段をさらに
備えたことを特徴とする請求項２４に記載のレジスト塗
布装置。
【請求項２６】半導体ウエハを水平に保持する手段
と、前記半導体ウエハの表面の中心部にレジストを滴下
する手段と、前記半導体ウエハを保持する手段を前記半
導体ウエハと共に回転させ、前記レジストを前記半導体
ウエハの表面で広げる手段と、前記レジストから蒸発す
る溶媒を排気する手段と、前記半導体ウエハの近傍に設
けられ前記半導体ウエハ近傍での気流の速度を測定する
手段と、前記測定手段によって測定された気流の速度の
変化に応じて、前記排気手段の能力を調整し気流の速度
を一定に保つ手段とを備えたことを特徴とするレジスト
塗布装置。
【請求項２７】前記調整手段は、前記排気手段の排気
管に設けられたダンパーと、このダンパーの開閉を行う
ダンパー開閉制御駆動源と、前記測定手段から気流速度
の情報を受け、このダンパー開閉制御駆動源を制御する
コントローラとからなることを特徴とする請求項２６に
記載のレジスト塗布装置。