JPH0638394B2 - レジスト塗布装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレジスト塗布装置、詳しくは半導体ウエハ、半
導体マスク、光ディスク等の被塗布体の上に、レジスト
を塗布するためのレジスト塗布装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種のレジスト塗布装置としては、所謂スピン
ナー法によるものが一般的に用いられ、塗布処理槽内に
設けた真空チャック等の保持手段に、半導体ウエハ等の
被塗布体を吸着し、該ウエハにレジスト液を滴下させた
後、前記チャックを高速回転させることにより、ウエハ
上にレジストを塗布するごとくしている。

（発明が解決しようとする問題点） 所で、上記スピンナー法によるレジスト塗布装置を用い
て被塗布体の上にレジストの塗布処理を行う場合、ウエ
ハ周りの環境温度の変化は、個々のウエハ間のレジスト
平均膜厚、及び、一枚のウエハにおけるレジスト膜厚の
均一性に大きな影響を与えることが知られており、近年
の半導体の高集積度化などの微細加工技術の進展に伴う
精度要求とその製品歩留とに十分対応するには、レジス
ト塗布処理の環境温度を高精度に温度制御する必要があ
る。

すなわち、環境温度と個々のウエハにおける平均膜厚と
の関係、及び、環境温度と一枚のウエハにおけるレジス
ト膜厚との関係は、例えば、昭和６１年４月１０日、株
式会社リアライズ社主催の研究集会（於 総評会館）で
頒布された刊行物「超ＬＳＩレジストプロセスの動向と
新しいレジスト技術の開発動向」中、北川 勝著「新し
いレジストコータの開発動向」に記載され、また、第３
図及び第４図にそれぞれ示すごとく変化するものであっ
て、環境温度を２３℃の条件で最適な塗布が行えるよう
に設定したレジスト（この例ではＯＦＰＲ ８００ ２
０ＣＰ）にあっては、環境温度の上昇に伴いレジストの
溶媒の揮発が促進されて、約６５Å／℃の割合で平均膜
厚が増大してしまうこととなるのであるし（第３図）、
また逆に、環境温度の低下に伴って、ウエハ中心とウエ
ハ外周との膜厚が増大して、ドーナツ状に膜厚の薄い部
分ができ、一枚のウエハにおいてその膜厚が不均一とな
るのである。（第４図）。

しかしながら、従来のレジスト塗布装置にあっては、被
塗布体周りの環境温度を高精度に制御できるようにした
ものは未だ提案されておらず、個々の膜厚間にバラツキ
がなく、しかも、一つのものにおいて均一な膜厚を得る
という要求に十分に対応できていない問題があった。

因みに、近年の半導体技術分野の要求としては、ウエハ
間の平均膜厚変動を３０Å以下に抑えたいという非常に
シビアなものがあり、この要求に対応するためには、少
なくとも、前記環境温度を±０．１℃のオーダーで管理
する必要があるのである。

尚、前記環境温度を管理するにあたっては、例えば冷却
器を用いて、該環境温度を塗布装置の置かれる外気温度
に対して、画一的に温度低下させて行うことも考えられ
るが、塗布に用いるレジストはその設定いかんによっ
て、つまり構成成分やその成分比、又溶媒等によって、
最適環境温度が変わるため、単に冷却器を用いるもので
は、最適環境温度が外気温度よりも高い場合には管理不
能となってしまい、不十分であるのは云うまでもない。
同様にヒータを用いて画一的に温度上昇を図るものにつ
いても然りである。

本発明の目的は、塗布処理室内の温度を任意に設定でき
ると共に、設定温度に正確に保持できるようにして、被
塗布体周りの環境温度を高精度に制御し、微細化技術へ
の対応との製品歩留の向上とを実現したレジスト塗布装
置を提供する点にある。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、内部に塗布処理室（１０）を形成する
塗布処理槽（１）に、被塗布体（Ｗ）の保持手段を回転
自由に内装すると共に、この保持手段で保持される被塗
布体（Ｗ）にレジスト液を放出する放出手段（２）を設
けたレジスト塗布装置であって、前記塗布処理槽（１）
の胴体（１１）を、内壁と外壁との間に空間をもつ二重
壁構造に形成して、この塗布処理槽（１）の二重壁構造
により、前記塗布処理室（１０）に臨む熱交換チャンバ
ー（１４）を形成すると共に、加熱源（７１）と冷却源
（７２）とを備え、任意の設定温度の恒温熱媒を発生さ
せる恒温熱媒発生装置（７）を形成して、この恒温熱媒
発生装置（７）を前記熱交換チャンバー（１４）に配管
（７６，７７）を介して連結する一方、前記熱交換チャ
ンバー（１４）と恒温熱媒発生装置（７）との間に、前
記熱交換チャンバー（１４）に恒温熱媒を循環させる熱
媒ポンプ（７５）を設けたことを特徴とするものであ
る。

（作用） 塗布処理槽（１）の胴体（１１）を内壁と外壁との間に
空間をもつ二重壁構造に形成し、この塗布処理槽（１）
の二重壁構造により、塗布処理室（１０）に臨む熱交換
チャンバー（１４）を形成するから、該チャンバー（１
４）をその円周上及び高さ方向に相互に連通した筒状と
でき、塗布処理室（１０）を、熱的な覆いで広くすっぽ
りと包み込むことができるのである。

そして、このような熱交換チャンバー（１４）に、加熱
源（７１）と冷却源（７２）をもつ恒温熱媒発生装置
（７）で生成する任意の設定温度の恒温熱媒を熱媒ポン
プ（７５）で強制循環させ、次々と新しい熱媒を、熱交
換チャンバー（１４）の円周上及び高さ方向に供給する
から、塗布処理室（１０）内の温度を、迅速且つ変動少
なく、狙いとする最適温度に高精度に制御することがで
きるのである。

（実施例） 第１図において（１）は塗布処理槽であって、この塗布
処理槽（１）は二重壁構造とした胴体（１１）と、底壁
（１２）及び蓋体（１３）とから成り、内部に塗布処理
室（１０）を形成すると共に、前記胴体（１１）の二重
壁構造により、前記塗布処理室（１０）を取囲む熱交換
チャンバー（１４）を形成するのである。

また、前記底壁（１２）には支持筒（１５）を立設し
て、その内部に、上端に被塗布体として例えば半導体ウ
エハ（Ｗ）を固定状に保持するスピンチャック（１６）
をもった回転軸（１７）を回転自由に支持するのであ
り、また、前記蓋体（１３）には、前記チャック（１
６）に保持される前記ウエハ（Ｗ）に、レジスト液を放
出する放出手段（２）を配設するのである。

前記放出手段（２）は、前記ウエハ（Ｗ）の中心上方に
開口する長尺状のノズルなどを用いて構成するものであ
り、この放出手段（２）（以下単にノズルという）は、
レジスト液容器（３）に、送液ポンプ（４）及び温調部
（５）介装した送液管（６）を介して接続され、前記容
器（３）から温度調整されたレジスト液が前記ノズル
（２）に供給され、該ノズル（２）から前記ウエハ
（Ｗ）に前記レジスト液を放出するようになっている。

前記温調部（５）は特に必要でないが、前記ノズル
（２）から前記ウエハ（Ｗ）に放出するレジスト液の温
度を一定に制御するものであって、例えば恒温水により
温調可能である。

又、前記送液管（６）には、前記ウエハ（Ｗ）へのレジ
スト液の出停を制御するための制御弁（６１）及びレジ
スト液中の微小なゴミを除去するためのストレーナ（６
２）を介装している。

次に恒温熱媒発生装置（７）について説明する。尚、こ
の実施例では、恒温熱媒として恒温水を用いている。

この発生装置（７）は、断熱構造とした恒温槽（７０）
に、ヒータ（７１）及び冷凍装置の蒸発器（７２）を内
装して構成するのであって、前記恒温槽（７０）の底面
近くにストレーナー（７３）をもった取出管（７４）を
配設し、熱媒ポンプ（７５）及び送液配管（７６）を介
して前記熱交換チャンバー（１４）の底部に設ける注液
口（１８）に接続すると共に、前記熱交換チャンバー
（１４）の上部に設ける排液口（１９）を、戻液配管
（７７）を介して前記恒温槽（７０）に接続するのであ
る。

前記恒温槽（７０）に内装する前記ヒータ（７１）及び
蒸発器（７２）の運転は前記塗布処理室（１０）の室内
環境温度又は熱交換チャンバー（１４）内の水温（熱媒
温度）などを検出し、予じめ任意に設定した設定温度と
の比較を行なうコントローラ（８）により制御されるの
であって、前記ヒータ（７１）及び蒸発器（７２）の運
転制御により５℃乃至４０℃で誤差±０．１℃以下の一
定の恒温水（恒温熱媒）を形成できるのである。

また、前記蒸発器（７２）に対応する冷凍装置における
凝縮器（７８）は、圧縮機と共にコンデンシングユニッ
ト（９）に設けるのであって、前記蒸発器（７２）の運
転制御は前記圧縮機の発停又は容量制御により行なうの
である。

尚、第１図において（２０）は、前記塗布処理槽（１）
の胴体（１１）に設けるウエハ出入口であって、この出
入口（２０）には扉（２１）を開閉自由に取付けてい
る。

また、（２２）は前記蓋体（１３）に取付けるファンで
あって、このファン（２２）を設けることにより、前記
塗布処理室（１０）の室内の温度分布を均一化できると
共に、前記熱交換チャンバー（１４）を構成する胴体内
壁との熱伝達率を向上させることができるのである。

以上の構成において、半導体ウエハ（Ｗ）の面上にレジ
スト液を塗布して該ウエハ（Ｗ）の面上にレジスト層を
形成する作業を行なう場合、先ず、前記恒温熱媒発生装
置（７）の運転を先行させ、恒温槽（７０）と熱交換チ
ャンバー（１４）とを循環する恒温熱媒を予じめセット
する設定温度に制御するのである。

この設定温度は、前記コントローラ（８）の入力器によ
り任意に設定できるし、任意に選択した設定温度に正確
に制御できるのであって、前記塗布処理室（１０）は、
前記恒温水により設定した設定温度に確実に保持できる
のである。

そして、斯くの如く前記発生装置（７）と熱交換チャン
バー（１４）とを循環する恒温熱媒の温度が設定温度に
なった後、前記ノズル（２）からレジスト液を放出して
前記ウエハ（Ｗ）の面上にレジスト液を滴下せしめ、そ
の後、前記スピンチャック（１６）を前記回転軸（１
７）の駆動により例えば５００〜１０００ｒｐｍ程度で
回転させて前記ウエハ（Ｗ）の面上にレジストを拡げ、
さらに前記回転軸（１７）の回転を例えば５００〜１０
０００ｒｐｍ程度まで上げて前記ウエハ（Ｗ）の面上に
レジストを均一に塗布せしめるのである。

しかして、前記塗布処理室（１０）は、恒温熱媒の循環
により予じめ定める所定の温度に一定に保持されて、前
記ウエハ（Ｗ）周りの環境温度がレジストの設定条件に
合致した温度に制御できるのであるから、レジスト塗布
処理の開始当初から精度の良い、すなわち、所定の膜厚
で均一な塗布が可能となるのである。

また、前記ノズル（２）からのレジスト液の放出により
レジストを構成する溶媒を揮発して前記塗布処理室（１
０）の温度は変化しようとするが、前記塗布処理室（１
０）は密閉状となっているから、該処理室（１０）はレ
ジスト液の放出と同時にレジスト溶媒の飽和圧力となる
し、塗布処理槽（１）の壁が熱交換チャンバー（１４）
により形成されていて、この熱交換チャンバー（１４）
により、外部からの侵入熱は無視できるから、塗布処理
室（１０）の温度変化はなく、所定の設定温度に高精度
に制御できるのであって、１枚目からＮ枚目の各ウエハ
（Ｗ）のレジスト塗布を一定の環境温度のもとで行なえ
るのであり、従って、形成レジスト塗布膜の平均膜厚並
びにその膜厚の均一性にバラツキが生じることもなくき
わめて良好なレジスト塗布処理が行なえるのである。

尚、第１図の実施例では、前記胴体（１１）のみを二重
壁構造とすることにより、前記塗布処理槽（１）の側周
部のみに前記熱交換チャンバー（１４）を形成する如く
したが、第２図の如く、前記蓋体（１３）に代えて、例
えば二重壁構造の蓋体（１３ａ）を用いることにより、
上部熱交換チャンバー（１４ａ）を形成し、さらにこの
上部熱交換チャンバー（１４ａ）を、胴体（１１）の二
重壁構造による側周部熱交換チャンバー（１４ｂ）に連
通させることによって、塗布処理槽（１）の上部と側周
部とに熱交換チャンバー（１４）を形成する如くしても
よい。

さらに、第２図中仮想線で示す如く、底壁（１２）を、
例えば二重壁構造とすることにより、下部熱交換チャン
バー（１４ｃ）を形成し、該下部熱交換チャンバー（１
４ｃ）を、前記側周部熱交換チャンバー（１４ｂ）に接
続することにより、前記塗布処理槽（１）の上下部及び
側周部に、すなわち前記塗布処理槽（１）の外壁全部に
熱交換チャンバー（１４）を形成する如くしてもよい。

尚、前記した上部及び下部熱交換チャンバー（１４ａ）
（１４ｃ）は、何れか一方のみを側周部熱交換チャンバ
ー（１４ｂ）と組み合わせてもよい。

（発明の効果） 本発明は以上の如く塗布処理槽（１）の二重壁構造によ
り熱交換チャンバー（１４）を形成しており、該チャン
バー（１４）に、加熱源（７１）と冷却源（７２）をも
つ恒温熱媒発生装置（７）で任意の設定温度に温調する
恒温熱媒を熱媒ポンプ（７５）で強制循環させたから前
記塗布処理室（１０）の温度を任意に設定できると共
に、設定した温度に高精度に保持できるのである。

従って、レジスト塗布における被塗布体（Ｗ）周りの環
境温度の変化を最小限に抑制でき、形成レジストの膜厚
及びその均一性を精度よく管理でき、微細化技術への対
応とその製品歩留の向上とに十分に対応できるに至った
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レジスト塗布装置の第一実施例を示す概
略説明図、第２図は第二実施例を示す塗布処理槽のみの
説明図、第３図は環境温度とレジストの平均膜厚との関
係を示す図面、第４図は環境温度とレジスト膜厚の均一
性との関係を示す図面である。 （１）……塗布処理槽 （２）……放出手段 （７）……恒温熱媒発生装置 （１０）……塗布処理室 （１４）……熱交換チャンバー （７６）（７７）……配管 （１１）……胴体 （７１）……ヒータ（加熱源） （７２）……蒸発器（冷却源） （７５）……熱媒ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に塗布処理室（１０）を形成する塗布
   処理槽（１）に、被塗布体（Ｗ）の保持手段を回転自由
   に内装すると共に、この保持手段で保持される被塗布体
   （Ｗ）にレジスト液を放出する放出手段（２）を設けた
   レジスト塗布装置であって、前記塗布処理槽（１）の胴
   体（１１）を、内壁と外壁との間に空間をもつ二重壁構
   造に形成して、この塗布処理槽（１）の二重壁構造によ
   り、前記塗布処理室（１０）に臨む熱交換チャンバー
   （１４）を形成すると共に、加熱源（７１）と冷却源
   （７２）とを備え、任意の設定温度の恒温熱媒を発生さ
   せる恒温熱媒発生装置（７）を形成して、この恒温熱媒
   発生装置（７）を前記熱交換チャンバー（１４）に配管
   （７６，７７）を介して連結する一方、前記熱交換チャ
   ンバー（１４）と恒温熱媒発生装置（７）との間に、前
   記熱交換チャンバー（１４）に恒温熱媒を循環させる熱
   媒ポンプ（７５）を設けたことを特徴とするレジスト塗
   布装置。