JPH06326014A - 回転塗布装置及び回転塗布方法 - Google Patents

回転塗布装置及び回転塗布方法

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JPH06326014A
JPH06326014A JP5111749A JP11174993A JPH06326014A JP H06326014 A JPH06326014 A JP H06326014A JP 5111749 A JP5111749 A JP 5111749A JP 11174993 A JP11174993 A JP 11174993A JP H06326014 A JPH06326014 A JP H06326014A
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wafer mounting
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coating liquid
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健司 菊地
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、半導体装置の製造におけるレジスト
膜,SOG膜及びポリイミド膜等を回転塗布により形成
する回転塗布装置に関し、塗布液の吐出量が少量の場合
でも、ウエハ上に薄く、かつ均一な膜厚の塗布膜を形成
することができる回転塗布装置を提供する。 【構成】ウエハ載置部21と、前記ウエハ載置部21の
ウエハ載置面に垂直な軸に沿って前記ウエハ載置部21
に取り付けられた回転軸22と、前記回転軸22と接続
され、前記回転軸22を中心として前記回転軸22に垂
直な面内で前記ウエハ載置部21を回転させる回転手段
23と、前記ウエハ載置面に載置されるウエハ20の表
面上の中央部の上方に設置され、前記ウエハ20の表面
に溶媒を含む塗布液を吐出する塗布液吐出手段28と、
前記ウエハ載置面に載置されたウエハ20の表面上の周
辺部の上方に設置され、かつ前記ウエハ20の表面に溶
媒を吐出する溶媒吐出手段29とを含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (目次) ・産業上の利用分野 ・従来の技術(図9,図10) ・発明が解決しようとする課題 ・課題を解決するための手段 ・作用 ・実施例 (1)本発明の実施例に係る回転塗布装置(図1) (2)本発明の実施例に係る回転塗布方法(図1〜図
6) (A)実施例 第1の実施例(図1〜図4,図6) 第2の実施例(図5) (B)比較例(図7,図8) ・発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は、回転塗布装置及び回転
塗布方法に関し、更に詳しく言えば、半導体装置の製造
において用いるレジスト膜,SOG膜及びポリイミド膜
等を回転塗布により形成する回転塗布装置及び回転塗布
方法に関する。半導体装置の製造において、絶縁膜や導
電膜をパターニングする際の耐エッチング性マスクとし
てレジスト膜を形成し、また、3層レジスト法における
中間層としてSOG膜を形成し、更に、カバー絶縁膜と
してポリイミド膜を形成している。
【0003】これらの各種の膜は回転塗布により形成さ
れる場合が多く、膜厚の均一化が望まれている。特に、
耐エッチング性マスクとしてのレジスト膜や3層レジス
ト法の中間層としてのSOG膜については、微細パター
ンの形成を行う場合、膜厚を薄く、かつ均一に形成する
ことが必要である。従って、回転塗布装置及び回転塗布
方法の改善が望まれている。
【0004】
【従来の技術】図9(a)は、従来例の、レジスト膜の
回転塗布装置を示す構成図である。図9(a)におい
て、1は円板状のウエハ載置部で、ウエハ載置部1のウ
エハ載置面に垂直に回転軸2が一体的に取り付けられ、
回転軸2はスピンモータ3と連結されている。そして、
スピンモータ3の回転によりウエハ載置面が回転軸2に
垂直な面で回転するようになっている。また、吸引によ
りウエハ11をウエハ載置部1に固定するための不図示
の吸引口をウエハ載置面に有している。
【0005】4はウエハ載置部1の周囲に設けられた処
理カップで、ウエハ11上にレジストを塗布する際に飛
散する、余分なレジストの排出口5と、レジスト中の溶
媒の蒸発を調整して均一な膜厚のレジスト膜を形成する
ため、処理カップ4内の気流を調整する気流整流板6、
及び不図示の排気装置と接続された排気口7が処理カッ
プ4の底部に形成されている。
【0006】8はレジスト吐出ノズルで、配管9により
吐出機構部10と接続されている。これにより、必要な
ときにレジスト溶液が一定量レジスト吐出ノズル8に送
られ、ウエハ11の表面の中央部に吐出される。次に、
上記の回転塗布装置を用いてウエハ11上にレジスト膜
を形成する方法について図9(a),(b)を参照しな
がら説明する。図9(b)は処理シーケンスを示すタイ
ムチャートである。
【0007】まず、吸引によりウエハ11をウエハ載置
部1に固定する。続いて、排気口7から処理カップ4内
を排気し、気流整流板6を補助手段として処理カップ4
内の気流を調整する。次いで、レジスト吐出ノズル8か
ら2〜3ccのレジストをウエハ11のほぼ中央部に吐
出した後、スピンモータ3によりウエハ載置部1を回転
する。これにより、レジスト溶液は遠心力によりウエハ
11の中央部から周辺部に広がる。続いて、ウエハ載置
部1の回転数を上げると、更に大きい遠心力によりレジ
スト溶液がウエハ11上で広がってレジスト膜は一層薄
くなるとともに、レジスト溶液中の溶媒が蒸発してレジ
スト膜が形成されていく。なお、2段階に回転速度を変
化させることにより、レジスト吐出時の急加速による膜
厚のばらつきを抑制している。
【0008】所定時間の後、ウエハ載置部1の回転を停
止すると、図10(a)に示すように、ウエハ11上に
均一な膜厚のレジスト膜が形成される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の塗布
方法においては、レジスト溶液中の溶媒を蒸発させなが
らレジスト膜が形成されていくと考えられるので、レ
ジスト吐出直後のスピンモータ3の立ち上がり加速度,
回転数及び回転期間、回転塗布時の排気量、各部の
環境温度、環境湿度等の条件により、レジスト溶液塗布
状態、即ちレジスト膜の膜厚が変動する。
【0010】従って、薄い膜厚のレジスト膜を形成する
ために、或いはコスト削減のために、レジスト溶液の吐
出量を少量にした場合、ウエハ載置部1を回転させる
と、ウエハ11中央部から周辺部に十分にレジスト溶液
が達する前に、レジスト溶液中の溶媒の蒸発が終わって
しまう。このため、ウエハ11表面上の周辺部では所定
の膜厚が得られず、形成されるレジスト膜の膜厚がばら
つく。従って、このようなレジスト膜を露光・現像して
形成されるレジストパターン膜の寸法がばらついてしま
うという問題がある。
【0011】また、極端な場合には、図10(b)に示
すように、ウエハ11表面上の周辺部においてレジスト
膜12が形成されない領域が存在するようになり、ウエ
ハ11の周辺部ではパターニングが不可能になるという
問題がある。本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
て創作されたものであり、塗布液の吐出量が少量の場合
でも、ウエハ上に薄く、かつ均一な膜厚の塗布膜を形成
することができる回転塗布装置及び回転塗布方法の提供
を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第1に、図
1に示すように、ウエハ載置部21と、前記ウエハ載置
部21のウエハ載置面に垂直な軸に沿って前記ウエハ載
置部21に取り付けられた回転軸22と、前記回転軸2
2と接続され、前記回転軸22を中心として前記回転軸
22に垂直な面内で前記ウエハ載置部21を回転させる
回転手段23と、前記ウエハ載置面に載置されるウエハ
20の表面上の中央部の上方に設置され、前記ウエハ2
0の表面に溶媒を含む塗布液を吐出する塗布液吐出手段
28と、前記ウエハ載置面に載置されたウエハ20の表
面上の周辺部の上方に設置され、かつ前記ウエハ20の
表面に溶媒を吐出する溶媒吐出手段29とを有する回転
塗布装置によって達成され、第2に、図1に示すよう
に、ウエハ載置部21と、前記ウエハ載置部21のウエ
ハ載置面に垂直な軸に沿って前記ウエハ載置部21に取
り付けられた回転軸22と、前記回転軸22と接続さ
れ、前記回転軸22を中心として前記回転軸22に垂直
な面内で前記ウエハ載置部21を回転させる回転手段2
3と、前記ウエハ載置面に載置されるウエハ20の表面
上の中央部の上方に設置され、前記ウエハ20の表面に
溶媒を含む塗布液を吐出する塗布液吐出手段28と、前
記ウエハ載置面に載置されるウエハ20の表面上方で前
記ウエハ20の表面に対向して移動し、前記ウエハ20
の表面上の周辺部に溶媒を吐出する溶媒吐出手段29
と、前記溶媒吐出手段29を移動させる移動手段32と
を有する回転塗布装置によって達成され、第3に、図1
に示すように、前記回転手段23,前記塗布液吐出手段
28,前記溶媒吐出手段29及び前記移動手段32に制
御信号を送り、前記回転手段23の作動時期,作動期間
及び回転数,前記移動手段32の作動時期,作動期間及
び移動距離を制御し、かつ前記塗布液吐出手段28及び
前記溶媒吐出手段29からそれぞれ吐出される塗布液及
び溶媒の吐出時期,吐出期間及び吐出量を制御する制御
手段とを有する第2の発明に記載の回転塗布装置によっ
て達成され、第4に、図1に示すように、前記塗布液及
び前記溶媒の種類,前記塗布液及び前記溶媒の粘度,該
溶媒の揮発レート,前記ウエハ20の直径,及び前記ウ
エハ載置部21周辺の温度のうち少なくともいずれか1
つの情報が入力され、かつ該情報を前記制御手段33に
伝達する入力手段34を有する第3の発明に記載の回転
塗布装置によって達成され、第5に、前記塗布液は、レ
ジスト溶液,SOG溶液又はポリイミド溶液であること
を特徴とする第1乃至第4の発明のいずれかに記載の回
転塗布装置によって達成され、第6に、図2(a)〜
(c)に示すように、ウエハ20の表面上の周辺部に溶
媒35を吐出し、前記ウエハ20の表面に垂直な軸の回
りに前記ウエハ20を回転させることにより、前記ウエ
ハ20の表面上の周辺部に前記溶媒35を広げて前記ウ
エハ20の表面上の周辺部を前記溶媒35で被覆した
後、前記溶媒35が乾燥する前に、溶媒を含む塗布液3
6を前記ウエハ20の表面上の中央部に吐出し、前記ウ
エハ20を回転させることにより、前記ウエハ20の表
面上、中央部から周辺部にわたって前記塗布液36を広
げて前記溶媒35と混合させ、かつ溶融させ、前記溶媒
が除去されるまで回転を続けて塗布膜36aを形成するこ
とを特徴とする回転塗布方法によって達成され、第7
に、前記塗布液36は、レジスト溶液,SOG溶液又は
ポリイミド溶液であることを特徴とする第6の発明に記
載の回転塗布方法によって達成される。
【0013】
【作 用】本発明の回転塗布装置によれば、図1に示す
ように、回転可能なウエハ載置部21に載置されるウエ
ハ20の表面上の中央部の上方に設置され、塗布液、例
えばレジスト溶液等を吐出する塗布液吐出手段28と、
前記ウエハ20の表面上の周辺部の上方に設置され、溶
媒を吐出する溶媒吐出手段29を有する。
【0014】従って、図2(a)〜(c)に示す本発明
の回転塗布方法のように、予めウエハ20の表面上の周
辺部に溶媒35を吐出し、ウエハ20の回転により前記
溶媒35を広げることによりウエハ20の表面上の周辺
部を適量な溶媒35で被覆しておき、前記溶媒35が乾
燥する前に溶媒を含む塗布液36をウエハ20の中心部
に吐出し、ウエハ20を回転させることにより、塗布液
36はウエハ20の表面上の周辺部の溶媒被覆領域に到
達して、周辺部の溶媒35と混合し、かつ周辺部の溶媒
35に溶融する。溶媒被覆領域に到達するまでに塗布液
36中の溶媒が揮発するため、塗布液36の粘度は少し
高くなっているが、周辺部の溶媒35が補充されること
により希釈されて、粘度が再び低くなるため、塗布液3
6は更に端部に広がっていく。これにより、溶媒が乾燥
しやすく、かつ塗布液36の吐出量が少量の場合でも、
十分な量の塗布液36がウエハ20周辺部まで均一に供
給されるので、ウエハ20上に薄く、かつ均一な膜厚の
塗布膜36a、例えばレジスト膜,SOG膜またはポリイ
ミド膜を形成することができる。
【0015】また、図1に示すように、溶媒吐出手段2
9を移動させる移動手段32を有するので、塗布液及び
溶媒の種類や粘度,溶媒の揮発レート,ウエハ20の直
径,及びウエハ載置部21周辺の温度等を勘案してウエ
ハ20の表面上の周辺部の上方の適切な位置にセットす
ることができる。従って、図2(a)に示すように、適
量の溶媒35がウエハ20の表面上の周辺部の適切な位
置から適切な範囲にわたって残存する。これにより、図
2(b)に示すように、塗布液36が確実に周辺部の溶
媒被覆領域に到達し、かつ塗布液36の粘度の再調整が
適切になされるため、図2(c)に示すように、ウエハ
20の中央部と周辺部との間で均一な膜厚の塗布膜36a
を形成することができる。
【0016】更に、図1に示すように、回転手段23,
塗布液吐出手段28,溶媒吐出手段29及び移動手段3
2に制御信号を送り、回転手段23の作動時期,作動期
間及び回転数,移動手段32の作動時期,作動期間及び
移動距離を制御し、かつ塗布液吐出手段28及び溶媒吐
出手段29からそれぞれ吐出される塗布液及び溶媒の吐
出時期,吐出期間及び吐出量を制御する制御手段33を
有するため、上記の塗布液及び溶媒の種類や粘度,溶媒
の揮発レート,ウエハの直径,及びウエハ載置部周辺の
温度等の情報を予め制御手段33に入力しておくことに
より、最少の塗布液の量で均一な膜厚の塗布膜を形成す
るための条件設定が自動的に行われ、かつこの設定条件
に従って回転手段23,塗布液吐出手段28,溶媒吐出
手段29及び移動手段32の作動が自動的に行われる。
【0017】
【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。 (1)本発明の実施例に係る回転塗布装置 図1は、本発明の実施例に係る回転塗布装置について説
明する構成図である。図1において、21は円板状のウ
エハ載置部で、ウエハ載置部21のウエハ載置面に垂直
に回転軸22が一体的に取り付けられ、回転軸22はス
ピンモータ(回転手段)23と連結されている。そし
て、スピンモータ23の回転によりウエハ載置面が回転
軸22に垂直な面で回転するようになっている。また、
吸引によりウエハ20をウエハ載置部21に固定するた
めの不図示の吸引口をウエハ載置面に有している。
【0018】24はウエハ載置部21の周囲に設けられ
た処理カップで、ウエハ20上にレジスト溶液(塗布
液)を塗布する際に飛散する余分なレジスト溶液の排出
口25と、レジスト溶液中の揮発性の溶媒、例えば乳酸
エチル液の蒸発を調整して均一な膜厚のレジスト膜を形
成するため、処理カップ24内の気流を調整する気流整
流板26と、不図示の排気装置と接続された排気口27
とが処理カップ24の底部に形成されている。
【0019】28はレジスト溶液吐出ノズルで、配管30
aにより吐出機構部31aと接続されている。これによ
り、一定量のレジスト溶液がレジスト溶液吐出ノズル2
8に送られ、ウエハ20上に吐出される。また、29は
溶媒吐出ノズルで、配管30bにより吐出機構部31bと接
続されている。これにより、一定量の乳酸エチル液が溶
媒吐出ノズル29に送られ、ウエハ20上に吐出され
る。更に、32は溶媒吐出ノズル29を水平方向に往復
直線移動させるモータ等の移動手段である。
【0020】33は、スピンモータ23,吐出機構部31
a,31b及び移動手段32に制御信号を送り、スピンモ
ータ23の作動時期,作動期間及び回転数,移動手段3
2の作動時期,作動期間及び移動距離を制御し、かつレ
ジスト溶液吐出ノズル28及び溶媒吐出ノズル29から
それぞれ吐出されるレジスト溶液及び溶媒の吐出時期,
吐出期間及び吐出量を制御する制御手段である。
【0021】34はレジスト溶液及び溶媒の種類又は粘
度,溶媒の揮発レート,ウエハ20の直径,及びウエハ
載置部21周辺の温度等の情報を予め制御手段33に入
力するための入力手段である。各情報と各制御項目との
間には次のような関係がある。例えば、レジスト溶液及
び溶媒の種類又は粘度,溶媒の揮発レート,ウエハ載置
部21周辺の温度によりスピンモータ23の作動期間及
び回転数,レジスト溶液及び溶媒の吐出期間等が決定さ
れ、ウエハ20周辺部の溶媒の残存量や粘度,最終的な
レジスト膜厚が定まる。また、レジスト溶液の種類又は
粘度,ウエハ20の直径により移動手段32の移動距離
等が決定され、ウエハ20周辺部の溶媒の被覆領域の位
置や範囲が定まる。更に、ウエハ載置部21が静止して
いるときにレジスト溶液が滴下される静止滴下回転塗布
法か、ウエハ載置部21が回転しているときにレジスト
溶液が滴下される回転滴下回転塗布法かにより、スピン
モータ23の作動時期,移動手段32の作動時期,レジ
スト溶液及び溶媒の吐出時期等が決定される。
【0022】従って、上記のレジスト溶液及び溶媒の種
類や粘度,溶媒の揮発レート,ウエハ20の直径,及び
ウエハ載置部21周辺の温度等の情報を予め制御手段3
3に入力しておくことにより、最少のレジスト溶液の量
で均一な膜厚のレジスト膜を形成するための条件設定が
自動的に行われ、かつこの設定条件に従ってスピンモー
タ23,吐出機構部31a,31b及び移動手段32の作動
も自動的に行われる。
【0023】以上のように、本発明の実施例に係る回転
塗布装置においては、回転可能なウエハ載置部21に載
置されるウエハ20表面上の中央部の上方に設置され、
レジスト溶液等を吐出するレジスト溶液吐出ノズル28
と、ウエハ20表面の上方で水平方向に移動可能であ
り、レジスト溶液に含まれる乳酸エチル液をウエハ20
表面上の周辺部に吐出する溶媒吐出ノズル29とを有す
る。
【0024】従って、予めウエハ20表面上の周辺部に
溶媒である乳酸エチル液を吐出してウエハ20の回転に
より乳酸エチル液を広げることによりウエハ20表面上
の周辺部を適量の乳酸エチル液で被覆しておき、かつ乳
酸エチル液が乾燥する前にレジスト溶液をウエハ20の
中心部に吐出すると、ウエハ20の回転によりレジスト
溶液は外方に広がり、ウエハ20表面上の周辺部の溶媒
被覆領域に到達する。そして、レジスト溶液は周辺部の
乳酸エチル液と混合し、かつ乳酸エチル液に溶融する。
溶媒被覆領域に到達するまでにレジスト溶液中の乳酸エ
チル液が揮発するため、レジスト溶液の粘度は少し高く
なっているが、周辺部の乳酸エチル液が補充されること
により希釈されて、粘度が再び低くなるため、レジスト
溶液は更に端部に均一に広がっていく。これにより、乳
酸エチル液が乾燥しやすく、かつレジスト溶液の吐出量
が少量の場合でも、十分な量のレジスト溶液がウエハ2
0周辺部まで均一に供給されるので、ウエハ20上に薄
く、かつ均一な膜厚のレジスト膜を形成することができ
る。
【0025】また、溶媒吐出ノズル29を移動させる移
動手段32を有するので、レジスト溶液及び乳酸エチル
液の粘度,乳酸エチル液の揮発レート,ウエハ20の直
径,及びウエハ載置部21周辺の温度等を勘案して溶媒
吐出ノズル29をウエハ20表面上の周辺部の上方の適
切な位置にセットすることができる。従って、適量の乳
酸エチル液が、ウエハ20表面上の周辺部の適切な位置
から適切な範囲にわたって残存する。これにより、レジ
スト溶液が確実に周辺部の乳酸エチル液の被覆領域に到
達し、かつレジスト溶液の粘度の再調整が適切になされ
るため、ウエハ20の中央部と周辺部との間で均一な膜
厚のレジスト膜を形成することができる。
【0026】更に、移動手段32,制御手段33及び入
力手段34を有するため、自動的に条件設定が行われ、
かつスピンモータ23等の作動・停止が自動的に行われ
る。なお、上記実施例の回転塗布装置は、移動手段3
2,制御手段33及び入力手段34を有しているが、こ
れらを有しなくてもよい。即ち、使用するレジスト溶液
及び溶媒の種類や粘度,ウエハ20の直径等が変わると
きに、これらの条件の変更に応じて溶媒吐出ノズル29
の位置や吐出量,スピンモータ23の回転数等を予め手
動で調整しておくことにより、レジスト溶液の吐出量が
少量の場合でも、ウエハ20上に薄く、かつ均一な膜厚
のレジスト膜を形成することができる。
【0027】また、本発明をレジスト溶液の回転塗布装
置に適用しているが、SOG溶液やポリイミド溶液の回
転塗布装置に適用することも可能である。更に、レジス
ト溶液中の溶媒と溶媒吐出ノズル29から吐出される溶
媒として、ともに乳酸エチル液を用いているが、他の溶
媒を用いてもよいし、これらが互いに異なっていてもよ
い。 (2)本発明の実施例に係る回転塗布方法 (A)実施例 次に、上記の回転塗布装置を用いてウエハ上にレジスト
膜を形成する、本発明の実施例に係る回転塗布方法につ
いて図1,図2(a)〜(c)及び図3を参照しながら
説明する。図2(a)〜(c)はウエハ表面上の溶媒及
び塗布液の様子を示す断面図、図3は処理シーケンスを
示すタイムチャートで、ウエハの静止時にレジスト溶液
を滴下する静止滴下回転塗布法による例である。実施例
の場合、t8 =0、即ち、レジスト溶液滴下後、プリス
ピン期間(t8 )を経ずに直ちに最終回転数まで回転数
を上げている。また、ウエハは直径6インチのウエハ2
0を用いる。
【0028】(I)第1の実施例 第1の実施例では、溶媒滴下後の溶媒拡張期間(t3
をパラメータとして3種類のレジスト膜を形成する。即
ち、溶媒滴下後の溶媒拡張期間(t3 )に対するレジス
ト膜厚のバラツキを比較するため、t3 =0,4,5秒
の3条件に振っている。ここで、t3 =0の場合は、溶
媒のプリスピン期間(t2 )から溶媒拡張期間(t3
を経ずに直ちにレジスト滴下期間(t5 )に移行するこ
とを示す。
【0029】まず、入力手段34にレジスト溶液及び溶
媒の種類又は粘度,溶媒の揮発レート,ウエハ20の直
径,及びウエハ載置部21周辺の温度等の情報を予め制
御手段33に入力する。これにより、レジスト溶液及び
溶媒の種類又は粘度,溶媒の揮発レート,ウエハ載置部
21周辺の温度によりスピンモータ23の作動期間及び
回転数,レジスト溶液及び溶媒の吐出期間等が決定さ
れ、ウエハ20周辺部の溶媒の残存量や粘度,最終的な
レジスト膜厚が定まる。また、レジスト溶液の種類又は
粘度,ウエハ20の直径により移動手段32の移動距離
等が決定され、ウエハ20周辺部の溶媒の被覆領域の位
置や範囲が定まる。更に、静止滴下回転塗布法なので、
図3に示すタイミングチャートに従い、スピンモータ2
3の作動時期,移動手段32の作動時期,レジスト溶液
及び溶媒の吐出時期等が決定される。
【0030】次に、図1に示すように、吸引によりウエ
ハ20をウエハ載置部21に固定する。続いて、排気口
27から処理カップ24内を排気し、気流整流板26の
補助により処理カップ24内の気流を調整する。また、
ウエハ載置部21の周辺部の温度を23℃一定とする。
次いで、スピンモータ23を低い回転速度240rpm
で回転させて、ウエハ載置部21を回転する。続いて、
ウエハ20表面上のウエハ20端部から内側に25mm
までの周辺部に、塗布すべきレジスト溶液に含まれる揮
発性の乳酸エチル液(溶媒)と同じ種類の乳酸エチル液
(溶媒)を約2ccほど溶媒吐出ノズル29から吐出し
た(図3のt1 )後、1秒間保持する(図3のt2 )。
これにより、図2(a)に示すように、乳酸エチル液3
5は遠心力によりウエハ20表面上の周辺部で広がる。
【0031】次いで、スピンモータ23の回転速度を上
げて、回転速度1000rpmでウエハ載置部21を回
転させ、4秒間保持する(図3のt3 )。これにより、
乳酸エチル液35は更にウエハ20の中央部から周辺部
に広がるとともに、揮発が進み、ウエハ20表面上に残
存する乳酸エチル液量はレジスト膜厚の目標値が得られ
るような、かつレジスト膜厚のバラツキが最小になるよ
うな適度の量になる。
【0032】次に、スピンモータ23を止めて(図3の
4 )、乳酸エチル液が揮発により除去される前に、即
ち、スピンモータ23を停止してから直ちにレジスト溶
液吐出ノズル28から約0.5ccのレジスト溶液36
をウエハ20表面上のほぼ中央部に吐出する(図3のt
5 )。次いで、約1秒経過した(図3のt6 )後に、再
び加速度10000 rpm/秒でスピンモータ23の回転を
始め、回転速度3560rpmに達したら(図3のt 7
〜t9 )、その回転速度を保持してウエハ載置部21を
回転する。ウエハ20の回転が始まると、図2(b)に
示すように、吐出されたレジスト溶液36は遠心力によ
り直ちにウエハ20の中央部から周辺部に広がって溶媒
被覆領域に到達する。溶媒被覆領域に到達するまでにレ
ジスト溶液36中の乳酸エチル液35が揮発するため、
レジスト溶液36は少し粘度が高くなっているが、乳酸
エチル液35により希釈されて、粘度が再び低くなるた
め、更に端部に広がっていくとともに、乳酸エチル液3
5は揮発が進む。
【0033】なお、図3のように、レジスト拡張期間
(図3のt10)の前に、スピンモータ23の回転数を1
000rpmに数秒間保持するプリスピン期間(図3の
8 )を設けてもよい。このように2段階に回転速度を
変化させることにより、レジスト溶液36の吐出時の急
加速による膜厚のばらつきを抑制することができる。上
記ウエハ載置部21の回転は、少なくとも乳酸エチル液
35が揮発により除去されるまで保持される。回転の開
始から約20秒後、乳酸エチル液35が揮発により除去
された後、スピンモータ23の回転を停止すると、図2
(c)に示すように、ウエハ20表面上に所定の膜厚の
レジスト膜(塗布膜)36aが形成される。
【0034】図4(a)〜(c)は、上記の回転塗布方
法により形成された3種類のレジスト膜の膜厚のウエハ
20面内分布を調査したものである。図4(a)はt3
=0秒の場合、図4(b)はt3 =4秒の場合、図4
(c)はt3 =5秒の場合をそれぞれ示す。ともに、縦
軸は膜厚(Å)を表し、横軸はウエハ内位置を表す。 t3 =0秒の場合 膜厚の平均値=11850 Å σ=114Å t3 =4秒の場合 膜厚の平均値=11740 Å σ=76Å t3 =5秒の場合 膜厚の平均値=11725 Å σ=59Å が得られた。上記の結果によれば、溶媒拡張期間
(t3 )が長くなるに従い、レジスト膜厚は薄くなると
ともに、レジスト膜厚のバラツキも減少する。なお、t
3 =5秒以上に長くなると、ウエハ20の周辺部でのレ
ジスト膜36aの膜厚が薄くなるとともに、中央部での膜
厚が厚くなり、逆にバラツキは増加する。極端な場合、
図10(b)に示す従来例のようになる。
【0035】以上から、溶媒拡張期間(t3 )は4〜5
秒が適当であった。これは、適量の溶媒が適切な位置か
ら適切な範囲にわたってウエハの周辺部に残存していた
ためだと考えられる。以上のように、本発明の実施例に
係る回転塗布方法によれば、僅か0.5ccのレジスト
溶液の量で、従来例の場合に比較して、バラツキを大幅
に低減することができた。
【0036】また、同じ膜厚で、かつ膜厚の均一性の良
いレジスト膜を得るために、従来の方法では約3cc必
要だったレジスト溶液の量を実施例の回転塗布方法では
0.5ccに低減することができた。これは、溶媒であ
る乳酸エチル液35でウエハ20表面上の周辺部を被覆
しているため、ウエハ20表面上の中央部に塗布された
レジスト溶液36が回転による遠心力により周辺に広が
り、乳酸メチル液35により被覆された周辺部に達する
と、周辺部の適量の乳酸メチル液35により希釈され、
従って、均一にウエハ20の表面上の周辺部に広がり、
レジスト溶液36を有効に使用することができるためで
あると考えられる。
【0037】これにより、乳酸エチル液が乾燥しやす
く、かつレジスト溶液36の吐出量が少量の場合でも、
十分な量のレジスト溶液36がウエハ20周辺部まで均
一に供給されるので、ウエハ20上に薄く、かつ均一な
膜厚のレジスト膜36aを形成することができる。更に、
上記のレジスト溶液及び溶媒の種類や粘度,溶媒の揮発
レート,ウエハ20の直径,及びウエハ載置部21周辺
の温度等の情報を予め制御手段33に入力しておくこと
により、最少のレジスト溶液の量で均一な膜厚のレジス
ト膜を形成するための条件設定が自動的に行われ、かつ
この設定条件に従ってスピンモータ23,吐出機構部31
a,31b及び移動手段32の作動も自動的に行われる。
【0038】なお、実施例では塗布液としてレジスト溶
液36を用いているが、SOG溶液やポリイミド溶液を
用いることも可能である。また、溶媒として乳酸エチル
液を用いているが、他の溶媒を用いてもよい。更に、静
止滴下回転塗布法を用いてレジスト溶液を塗布している
が、図6に示すように、スピンモータの加速期間にレジ
スト溶液を塗布する回転滴下回転塗布法を用いることも
できる。また、図6において、溶媒拡張期間(t3 )の
後、休止期間(t5 )を経ずに直ちにレジスト滴下期間
(t6 )に移行してもよい。
【0039】(II) 第2の実施例 第2の実施例では、ウエハ載置部の周辺部の温度をパラ
メータとして3種類のレジスト膜を形成する。図5
(a)〜(c)は、ウエハ載置部21の周辺部の温度
(T)を21℃,23℃,25℃の3条件に振り、溶媒
拡張期間(t3 )を4秒として、上記と同様な方法で形
成されたレジスト膜の膜厚及びそのバラツキを比較した
ものである。
【0040】図5(a)はT=21℃の場合、図5
(b)はT=23℃の場合、図5(c)はT=25℃の
場合をそれぞれ示す。ともに、縦軸は膜厚(Å)を表
し、横軸はウエハ内位置を表す。 T=21℃の場合 膜厚の平均値=11750 Å σ=62Å T=23℃の場合 膜厚の平均値=11800 Å σ=44Å T=25℃の場合 膜厚の平均値=11850 Å σ=39Å が得られた。上記の結果によれば、ウエハ載置部21の
周辺部の温度が高くなるに従い、レジスト膜の膜厚が厚
くなるとともに、バラツキも減少する。これは、乳酸エ
チル液の粘度が温度により影響を受け、高温になる程粘
度が低下し、流動しやすくなったためだと考えられる。
【0041】なお、図4(b)と図5(b)とは同じ条
件で行ったものであるので、同じ結果になるはずである
が、膜厚もバラツキも異なっている。これは、評価の難
しい処理カップ24内の気流の流れ等の影響によるもの
と考えられる。 (B)比較例 図7(a)は、比較例の回転塗布装置の構成を示す側面
図である。図1に示す本発明の実施例に係る回転塗布装
置と比較して異なるところは、レジスト溶液吐出手段28
aと溶媒吐出手段29aとがともにウエハ20a表面上の中
央部の上方に位置しており、かつともにその位置に固定
されていることである。なお、図中符号について、数字
が図1の数字と対応するものは図1と同等のものを示
す。
【0042】また、図7(b)は比較例の回転塗布装置
を用いた回転塗布法による処理シーケンスを示すタイミ
ングチャートである。図7(a)に示す比較例の回転塗
布装置を用い、かつ図7(b)のタイミングチャートに
従って、ウエハ20a上にレジスト膜を形成した。まず、
吸引によりウエハ20aをウエハ載置部21aに固定し、処
理カップ24a内の気流を調整する。
【0043】次いで、スピンモータ23aを低い回転速度
1500rpmで回転させて、ウエハ載置部21aを回転
する。続いて、塗布すべきレジスト溶液に含まれる揮発
性の乳酸エチル液と同じ種類の乳酸エチル液を約10c
cほど溶媒吐出ノズル29aからウエハ20a上に吐出した
後、スピンモータ23aを低い回転速度1500rpmで
回転させて、ウエハ載置部21aを回転する。これによ
り、乳酸エチル液は遠心力によりウエハ20aの中央部か
ら周辺部に広がる。
【0044】次に、乳酸エチル液がウエハ20aの表面に
十分広がり、かつ揮発により除去される前に、即ち、ス
ピンモータ23aの回転開始から約3秒後にレジスト溶液
吐出ノズル28aから約0.5ccのレジスト溶液をウエ
ハ20aのほぼ中央部に吐出する。吐出されたレジスト溶
液は遠心力により直ちにウエハ20aの中央部から周辺部
に広がる。
【0045】続いて、レジスト溶液の吐出から約3秒後
に、スピンモータ23aの回転数を3000rpmに上げ
る。これにより、更に大きい遠心力によりレジスト溶液
がウエハ20a上で広がってレジスト膜は一層薄くなると
ともに、レジスト溶液中の乳酸エチル液が蒸発してレジ
スト膜が形成されていく。なお、2段階に回転速度を変
化させることにより、レジスト溶液の吐出時の急加速に
よる膜厚のばらつきを抑制している。
【0046】そして、少なくとも乳酸エチル液が揮発に
より除去されるまでウエハ載置部21aを回転する。回転
数を上げてから約11秒後、少なくとも乳酸エチル液が
揮発により除去された後、スピンモータ23aの回転を停
止すると、ウエハ20a上に所定の膜厚のレジスト膜(塗
布膜)が形成される。図8は、上記の回転塗布方法によ
り形成されたレジスト膜の膜厚のウエハ20a面内分布を
調査したものである。縦軸は膜厚(Å)を表し、横軸は
ウエハ内位置を表す。図8によれば、ウエハの中央部で
厚く、周辺部で薄くなっている。
【0047】膜厚の平均値=11580 Å σ=643Å が得られた。実施例の回転塗布方法と比較してバラツキ
はかなり大きかった。
【0048】
【発明の効果】以上のように、本発明の回転塗布装置に
よれば、回転可能なウエハ載置部に載置されるウエハの
表面上の中央部の上方に設置され、塗布液、例えばレジ
スト溶液等を吐出する塗布液吐出手段と、前記ウエハの
表面上の周辺部の上方に設置され、溶媒を吐出する溶媒
吐出手段を有する。
【0049】従って、本発明の回転塗布方法のように、
予めウエハ表面上の周辺部に溶媒を吐出して適量な溶媒
で被覆しておき、前記溶媒が乾燥する前に溶媒を含む塗
布液をウエハの中心部に吐出し、ウエハを回転させるこ
とにより、塗布液はウエハ表面上の周辺部の溶媒被覆領
域に到達して周辺部の溶媒と混合し、かつ周辺部の溶媒
に溶融する。
【0050】これにより、溶媒が乾燥しやすく、かつ塗
布液の吐出量が少量の場合でも、十分な量の塗布液がウ
エハ周辺部まで均一に供給されるので、ウエハ上に薄
く、かつ均一な膜厚の塗布膜、例えばレジスト膜,SO
G膜またはポリイミド膜を形成することができる。ま
た、溶媒吐出手段を移動させる移動手段を有するので、
溶媒吐出手段が調節されることにより、適量の溶媒がウ
エハ表面上の周辺部の適切な位置から適切な範囲にわた
って残存する。これにより、塗布液が確実に周辺部の溶
媒被覆領域に到達し、かつ塗布液の粘度の再調整が適切
になされるため、ウエハの中央部と周辺部との間で均一
な膜厚の塗布膜を形成することができる。
【0051】更に、回転手段,塗布液吐出手段,溶媒吐
出手段及び移動手段に制御信号を送り、回転手段の作動
時期,作動期間及び回転数,移動手段の作動時期,作動
期間及び移動距離を制御し、かつ塗布液吐出手段及び溶
媒吐出手段からそれぞれ吐出される塗布液及び溶媒の吐
出時期,吐出期間及び吐出量を制御する制御手段を有す
るため、上記の塗布液及び溶媒の種類や粘度,溶媒の揮
発レート,ウエハの直径,及びウエハ載置部周辺の温度
等の情報を予め制御手段に入力しておくことにより、最
少の塗布液の量で均一な膜厚の塗布膜を形成するための
条件設定が自動的に行われ、かつこの設定条件に従って
回転手段,塗布液吐出手段,溶媒吐出手段及び移動手段
の作動が自動的に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る回転塗布装置について説
明する構成図である。
【図2】本発明の実施例に係る回転塗布装置を用いた静
止滴下回転塗布方法について説明する断面図である。
【図3】本発明の実施例に係る回転塗布装置を用いた静
止滴下回転塗布方法について説明するタイミングチャー
トである。
【図4】本発明の実施例に係る回転塗布装置を用いた静
止滴下回転塗布方法により形成されたレジスト膜の膜厚
の面内分布図である。
【図5】本発明の実施例に係る回転塗布装置を用いた静
止滴下回転塗布方法により形成されたレジスト膜の膜厚
の面内分布図である。
【図6】本発明の実施例に係る回転塗布装置を用いた回
転滴下回転塗布方法について説明するタイミングチャー
トである。
【図7】比較例の回転塗布装置の構成及び比較例の回転
滴下回転塗布方法について説明する図である。
【図8】比較例に係る回転塗布装置を用いた回転滴下回
転塗布方法により形成されたレジスト膜の膜厚の面内分
布図である。
【図9】従来例の回転塗布装置の構成及び回転滴下回転
塗布方法について説明する図である。
【図10】従来例に係る回転塗布装置を用いた回転滴下
回転塗布方法により形成されたレジスト膜の膜厚の面内
分布図である。
【符号の説明】
20 ウエハ、 21 ウエハ載置部、 22 回転軸、 23 スピンモータ(回転手段)、 24 処理カップ、 25 排出口、 26 気流整流板、 27 排気口、 28,28a レジスト溶液吐出ノズル(塗布液吐出ノズ
ル)、 29,29a 溶媒吐出ノズル、 30a,30b 配管、 31a〜31d 吐出機構部、 32 移動手段、 33 制御手段、 34 入力手段、 35 乳酸エチル液(溶媒)、 36 レジスト溶液(塗布液)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03F 7/16 502 H01L 21/312 A 7352−4M // B05C 11/08 6804−4D

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウエハ載置部(21)と、 前記ウエハ載置部(21)のウエハ載置面に垂直な軸に
    沿って前記ウエハ載置部(21)に取り付けられた回転
    軸(22)と、 前記回転軸(22)と接続され、前記回転軸(22)を
    中心として前記回転軸(22)に垂直な面内で前記ウエ
    ハ載置部(21)を回転させる回転手段(23)と、 前記ウエハ載置面に載置されるウエハ(20)の表面上
    の中央部の上方に設置され、前記ウエハ(20)の表面
    に溶媒を含む塗布液を吐出する塗布液吐出手段(28)
    と、 前記ウエハ載置面に載置されるウエハ(20)の表面上
    の周辺部の上方に設置され、かつ前記ウエハ(20)の
    表面に溶媒を吐出する溶媒吐出手段(29)とを有する
    回転塗布装置。
  2. 【請求項2】 ウエハ載置部(21)と、 前記ウエハ載置部(21)のウエハ載置面に垂直な軸に
    沿って前記ウエハ載置部(21)に取り付けられた回転
    軸(22)と、 前記回転軸(22)と接続され、前記回転軸(22)を
    中心として前記回転軸(22)に垂直な面内で前記ウエ
    ハ載置部(21)を回転させる回転手段(23)と、 前記ウエハ載置面に載置されるウエハ(20)の表面上
    の中央部の上方に設置され、前記ウエハ(20)の表面
    に溶媒を含む塗布液を吐出する塗布液吐出手段(28)
    と、 前記ウエハ載置面に載置されるウエハ(20)の表面上
    方で前記ウエハ(20)の表面に対向して移動し、前記
    ウエハ(20)の表面上の周辺部に溶媒を吐出する溶媒
    吐出手段(29)と、 前記溶媒吐出手段(29)を移動させる移動手段(3
    2)とを有する回転塗布装置。
  3. 【請求項3】 前記回転手段(23),前記塗布液吐出
    手段(28),前記溶媒吐出手段(29)及び前記移動
    手段(32)に制御信号を送り、前記回転手段(23)
    の作動時期,作動期間及び回転数,前記移動手段(3
    2)の作動時期,作動期間及び移動距離を制御し、かつ
    前記塗布液吐出手段(28)及び前記溶媒吐出手段(2
    9)からそれぞれ吐出される塗布液及び溶媒の吐出時
    期,吐出期間及び吐出量を制御する制御手段(33)と
    を有する請求項2記載の回転塗布装置。
  4. 【請求項4】 前記塗布液及び前記溶媒の種類,前記塗
    布液及び前記溶媒の粘度,該溶媒の揮発レート,前記ウ
    エハ(20)の直径,及び前記ウエハ載置部(21)周
    辺の温度のうち少なくともいずれか1つの情報が入力さ
    れ、かつ該情報を前記制御手段(33)に伝達する入力
    手段(34)を有する請求項3記載の回転塗布装置。
  5. 【請求項5】 前記塗布液は、レジスト溶液,SOG溶
    液又はポリイミド溶液であることを特徴とする請求項1
    乃至請求項4のいずれかに記載の回転塗布装置。
  6. 【請求項6】 ウエハ(20)の表面上の周辺部に溶媒
    (35)を吐出し、前記ウエハ(20)表面に垂直な軸
    の回りに前記ウエハ(20)を回転させることにより、
    前記ウエハ(20)の表面上の周辺部に前記溶媒(3
    5)を広げて前記ウエハ(20)の表面上の周辺部を前
    記溶媒(35)で被覆した後、前記溶媒(35)が乾燥
    する前に、溶媒を含む塗布液(36)を前記ウエハ(2
    0)の表面上の中央部に吐出し、前記ウエハ(20)を
    回転させることにより、前記ウエハ(20)の表面上、
    中央部から周辺部にわたって前記塗布液(36)を広げ
    て前記溶媒(35)と混合させ、かつ溶融させ、前記溶
    媒が除去されるまで回転を続けて塗布膜(36a)を形成
    することを特徴とする回転塗布方法。
  7. 【請求項7】 前記塗布液(36)は、レジスト溶液,
    SOG溶液又はポリイミド溶液であることを特徴とする
    請求項6記載の回転塗布方法。
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