JPS6342768A - 被膜形成装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体製造装置に関し、特に板状物上に被膜
形成剤を塗布することにより被膜を形成させる被膜形成
装置に関する。

［従来の技術］ 膜形成、特にウェハ上にレジスト膜を形成させる装置の
１つに回転塗布装置（以下、コータと呼ぶ）がある。こ
れは回転するウェハの上からレジスト溶液を滴下し遠心
力によりレジストを均一に塗布していくものである。従
来、この種のコータは、装置側の条件例えば回転数を常
に一定にして用いていた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、レジスト溶液は温度やレジスト溶液ルのロッ
トが変化することにより粘度か変化し、レジスト膜形成
後の膜厚に大きな影響を与える。

このような膜厚への影響は、特に塗布するレジスト溶液
を補充する際、前のレジスト溶液と後のレジスト溶液と
て条件に差がある場合顕著である。

例えは、粘性２０ｃｐの成るレジストではロット間許容
値として±１．５ｃｐ程度の差は充分にありうる。この
ときのレジスト膜厚の最大変化量は、コータの成る条件
下では４００人程度にもなり、これは微細化の進む半導
体装置にとって問題となる数値である。従来の装置では
、この膜厚差を補正できなかった。

本発明の目的は、前述従来例の欠点を除去し、レジスト
溶液等の被膜形成剤例えば粘度が変化しても膜厚誤差に
よる板状部材例えばウェハ等の不良品ロスを最小限にす
ることが可能な回転塗布装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］以下、実施
例に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図〜第３図は、本発明の一実施例に係るレジスト膜
形成装置の概略構成図を示す。

図中、１．２はウェハを多段に収納するインデクサ、３
はウェハを各ユニット間搬送するハンドリングメカ、４
はコータ、７はウェハ受は渡しチャック、８はウェハを
一段ずつ上げるためのステップアップビーム、９は多段
熱処理機、１０はウェハを多段熱処理機９の最上段から
チャック７上に降ろすためのステップダウンビーム、５
１はレジスト膜形成装置本体を外部から遮断するチャン
バ、１２１はＣＰＵを備えた制御部である。第１図中、
破線はチャンバ５１上部の形状を示す。ハンドリングメ
カ３は特開昭６０−１８３７３６号公報に記載されたも
のに図示のようなＵ型のウェハ保持部３ａを設けて使用
する。なお、このようなハンドリングメカ３としては、
Ｕ型のウェハ保持部を有し、該保持部を上下する動作、
各ユニット部に挿入および引き出しする動作、および各
ユニットの方向へ向ける動作ができ、これらの動作をＣ
ＰＵ等で制御できるものであれば他の形式のものを用い
ても構わない。

インデクサ１．２は、ウェハの取り出しまたは挿入時に
上下できるようにエレベータユニットｌａ、　２ａに支
持され、ユニットｌａ、　２ａは全体の向きを変えられ
るようにそれぞれ回転機構１ｂ、　２ｂを備えている。

これらエレベータユニットｌａ、　２ａはチャンバ５１
の正面手前側に配置されており、これらを作業員やイン
デクサ交換用ロボットの通路に面して装置を設置するこ
とによりインデクサ交換作業を容易にすることができる
ようになっている。

次に、これらの図面を参照しながらこのレジスト膜形成
装置の動作方法を説明する。

エレベータユニットｌａ、　２ａはインデクサ１．２交
換時には、第１図に示すように、インデクサ交換が容易
なように通路側に対してまっすぐに向いている。また、
インデクサ１，２の交換が終了し、レジスト膜形成作業
が開始される時には、第２図の点線で示すように、ウェ
ハ取り出し／挿入方向をハンドリングメカ３の方向に向
けるよう、エレベータユニットｌａ、　２ａの下に設け
られた回転機構１ｂ、　２ｂにより回転させられる。つ
まり、回転機構１ｂ、　２ｂは作業開始および終了時に
制御部１２１のＣＰＵから指令を受けて、エレベータユ
ニットｌａ、　２ａを回転させる。この装置において、
ハンドリングメカ３、エレベータユニットｌａ、　２ａ
、ステップアップビーム８、ステップダウンビーム１０
の動作、ならびにコータ４のウェハ受は渡しおよび処理
動作はすべて制御部１２１のｃｐｕからの指令に基づい
て行なわれる。

インデクサ１がエレベータユニットｌａ上に載置され、
回転機構１ｂによりウェハ取り出し／挿入方向をハンド
リングメカ３の方向に向けられると、次にエレベータユ
ニットｌａが昇降してインデクサ１の高さを処理すべき
ウェハを取り出すための位置に設定する。そして、ハン
ドリングメカ３が回転してインデクサ１の方向を向き、
Ｕ型保持部３ａを下げた状態でハンドを伸ばし、インデ
クサ１から取り出すべきウェハの下部に保持部３ａを挿
入する。次いで、ハンド（保持部３ａ）を上昇してウェ
ハを持ち上げハンドを縮めてインデクサ１よりウェハを
引き出す。ハンドリングメカ３はこのウェハを保持した
まま、今度はコータ４側を向く。この時コータ４の内部
のチャック４ａが受は渡し位置まで上昇し、ハンドリン
グメカ３がＵ型保持部３ａを下げて中央のすき間からチ
ャック４ａを通すようにしてチャック４ａ上にウェハを
載置する。この後ハンドリングメカ３のハンドを縮め、
ざらにコータ４のチャック４ａを降ろしてウェハをコー
タカップ４ｂ内のコーティング位置に設置しレジスト塗
布処理を行なう。

コータ４の構成概略図を第４図に示す。チャック４ａは
上下機構４１によって前述のウェハ受は渡し時に上下駆
動され、サーボモータ４２によってコーティング時に回
転駆動される。ウェハがコーティング位置に設置される
と、不図示のノズル移動機構がウェハの上部にレジスト
滴下ノズル４３を持ってくる。ノズル４３はレジスト滴
下ポンプ４５、レジストびん４６につながっている。コ
ーティングを開始する時は、サーボモータ４２を回転さ
せるようサーボモータの電源装置４７のスタート信号が
入り、同時にポンプ４５が始動してレジストびん４６か
らノズル４３ヘレジストを送る。これにより、ウェハ上
にノズル４３からレジストが滴下され、ウェハの回転に
よりレジストがほぼ均一に拡がってコーティングが行な
われる。一定時間後ポンプ４５が停止し、さらに一定時
間後、電源装置４７にストップ信号カ入り、ノズル移動
機構がノズル４３をウェハ上から取り除いてコーティン
グ処理を終了する。

第１〜３図に戻って、コーティング処理終了後は、チャ
ック４ａを再び受は渡し位置まで上昇させ、ハンドリン
グメカ３のハンドを下げた状態で伸ばし、Ｕ型保持部３
ａを上げて中央のすき間からチャック４ａ上のウェハを
持ち上げ、ハンドを縮めてウェハを引き出し、チャック
４ａを下げる。ハンドリングメカ３はこの後ウェハ受は
渡しチャック７側を向く。

続いて、ハンドリングメカ３がハンドを伸ばしてウェハ
をウェハ受は渡しチャック７の上部位置に持っていき、
次にハンドを降ろしてウェハをＵ型保持部３ａの中央の
すき間からウェハ受は渡しチャック７上に載置し、ウェ
ハと保持部３ａが離れた後ハンドを縮める。ウニ八載置
時にウェハ受は渡しチャック７上の不図示の吸着部でク
エへをチャッキングする。この後ステップアップビーム
８に多段熱処理機９内のウェハ移し換え動作を行なわせ
、同時にステップダウンビーム１０により、多段熱処理
機９の１番上の段にウェハがある時、そこからウェハを
降ろす動作も行なわせる。制御部１２１が、ウェハ移し
換え動作のためステップアップビーム８にウェハ受は渡
しチャック７上のウェハを持ち上げるよう指令信号を発
した時は、同時に吸着部もチャキングを解除する。ステ
ップアップビーム８がウェハ受は渡しチャック７から熱
処理前のウェハを移動させた後、ステップダウンビーム
１０が熱処理後のウェハをウェハ受は渡しチャック７上
に載置する。吸着部は、制御部１２１がステップダウン
ビーム１０に受は渡しチャック７の上にウェハを降ろす
よう指令信号を発した時、同時に吸引動作を開始する。

ステップダウンビーム１０が元の位置に戻った時、ハン
ドリングメカ３は保持部３ａを下に降ろした状態でウェ
ハ受は渡しチャック７を中央部に挟む形でウェハ下部に
挿入する。この後チャキングが解除すると共にハンドリ
ングメカ３の保持部３ａが上昇し、ウェハがチャック７
から離れて保持部３ａの上に載置する。続いてハンドリ
ングメカ３がハンドを縮めて処理完了後のウェハを取り
出す。

この後、ハンドリングメカ３はインデクサ１または２の
方を向き、インデクサ１のこのウェハを取り出した位置
、またはレシーバの役目をするインデクサ２の空の位置
に、取出し時とは逆の動作でウェハを挿入する。

多段熱処理機９周辺部の詳細を第５〜１ｏ図に示す。

第５図はステップアップビーム８と多段熱処理機９の正
面図、第６および７図はそれぞれステップアップビーム
８の背面図および側面図である。

第５〜７図において、８ａ〜８ｅはウェハを下から支持
して搬送するためのビームで、このビームは上下方向に
等間隔に並んでいる。１０２は各ビームを支持する支持
体、１０３は支持体を第５図で左右方向に平行にスライ
ドさせるためのレール、１０４はレール１０３　と一体
構造をなす上下ステージ、１０５（第７図参照）は上下
ステージ１０４に設けられた第１モータ、１０５ａはモ
ータ１０５の回転軸、１０６は回転軸１０５ａに固定さ
れた回転アーム、１０７は回転アーム１０６の先端に軸
１０７ａを中心として回転可能に設けられた環状のアー
ム用スライダ、１０８は支持体１０２に固定されたバー
で、このバー１０８にはスライダ１０７が長さ方向にス
ライド可能に嵌まっている。１０９（第６図参照）は上
下ステージ１０４と一体で上下方向にスライド可能なス
ライダ、１１０はスライダ１０９をガイドする上下ガイ
ド、１１１はスライダ１０９を上下方向に往復運動させ
るためのクランク機構、１１２はクランク機構１１１か
らの力をスライダ１０９に伝えるロット、１１３はクラ
ンク機構Ｉｌｌを回転させる第２モータ、　１１４は第
２モータ１１３を支持し上下ガイド＋１０に沿ってスラ
イド可能なモータ用スライダ、＋１５はモータ用スライ
ダ１１４を押し上げるためのてこ機構、１１６は固定部
に設けられたてこ機構１１５の支点である。１１７はて
こ機構１１５を介してモータ用スライド１１４を押し上
げるためのピストン機構て、不図示のピストン駆動部よ
り流体を供給されて駆動される。第１モータ１０５、第
２モータ１１３はそれぞれ不図示の電源からの通電状態
に応じて回転および停止し、これらのピストン駆動部お
よび電源は制御部１２１により流体供給および通電状態
を制御される。

ステップアップビーム８は、最下降非挿入時に多段熱処
理機９に対し第５図の実線の位置にあり、最下降非挿入
時は２点鎖線の位置にある。多段熱処理機９の各段９ｂ
〜９ｆの底面にはビーム８ａ〜８ｅが通過できるような
溝１３２が設けである。

次にステップアップビーム８の作動方法を説明する。ウ
ェハは、それぞれ１３３ａ、　１３３ｂ、　１３３ｃ。

１３３ｄ、　１３３ｅ、１３３ｆの位置にあり、ウェハ
１３３ｆはステップタウンビーム１０によりステップア
ップビーム８の作動開始にともない外部に出されること
になる。制御部１２１が不図示の第１モータ用電源に指
令信号を出し、第１モータ１０５を第５図中の矢印Ａの
方向に約１８０°回転させる。その時アーム１０６はモ
ータ１０５の回転方向に振り子運動をし、アーム用スラ
イダ１０７は半円周一トを移動する。ア一ム用スライダ
１０７はバー１０８上を図の上下方向にのみ移動可能な
ので、モータ１０５のスライダ１０７に与える力の上下
方向成分はアーム用スライダ＋０７かバー１０８に沿フ
て相対的に上下に動くことにより吸収され、左方向成分
のみがバー１０８に伝えられる。したかって、アーム用
スライダ１０７の左方向位置移動とともにバー１０８と
一体の支持体１０２も左方向に移動し、これによってビ
ーム８ｂ〜８ｅはオーブンの各段の溝１３２を通って前
進し、最下部のビーム８ａはウェハ受は渡しチーツク７
を挟むような状態で前進して、各ウェハの下に来る。第
１モータ１０５の１８０”回転が終了すると、フォトカ
ブラ１４１ａがアーム１０６についた遮光板１４２を検
知して検知信号を制御部１２１に送る。フォトカブラ１
４１ａより信号を受けた制御部１２１は第１モータ１０
５を停止させ、次にピストン駆動部に指令信号を発する
。ピストン機構１１７の上端は固定部１１８に固定され
ている。制御部１２１はピストン機構１１７を作動させ
てモータ用スライド１１４を上昇させる。この時クラン
ク機構１１１は第６図の位置で停止状態にあり、ロッド
１１２によってスライダ１０９も押し上げられる。これ
により、各ビーム８８〜８ｅもスライダ１０９が押し上
げられた分だけ上昇し、この時、各ビーム８８〜８ｅは
一部が溝１３２より上に出て各ウェハを持ち上げる。こ
の状態で今度は制御部１２１が第１モータ用電源に指令
信号を出し、第１モータ１０５を矢印Ａと反対方向に１
８０°回転させる。これにより各ビーム８ａ〜８ｅは各
ウェハを下から支持したまま右方向に後退して以前の横
方向位置まで戻る。フォトカブラ１４１ｂは第１モータ
の停止位置を検知するためのものである。これか終了し
た後、制御部１２１は不図示の第２モータ用電源に指令
信号を発し、第２モータ１１３を第６図の位置から　１
８０°回転させる。モータ回転情報は同図のフォトカブ
ラ１４３と溝付ディスク１４４により検知され制御部１
２１に送られる。

この時クランク機構１１１の回転で、スライダ１０９は
ロッド１１２によりさらに押し上げられる。この時押し
上げられる距離は多段熱処理機９の各段間の間隔、すな
わち各ビーム８８〜８ｅの上下方向設置間隔にほぼ等し
い。この時の各ビーム位置は第５図の２点鎖線で示され
る。各ウェハはここまで持ち上げられることになる。こ
の後、制御部１２１は再び第１モータ１０５か矢印Ａ方
向に　１８０”回転するよう第１モータ用電源に指令信
号を発する。各ビーム８８〜８ｅはそれぞれの高さに対
応する段９ｂ〜９ｆに各ウェハを支持した状態で挿入さ
れ、各ウェハは前の載置段より一段高い段に持っていか
れることになる。モータ１０５の１８０°回転終了後、
制御部１２１はピストン駆動部に指令信号を発し、ピス
トン機構１１７を元の状態に戻すようにする。てこ機構
１１５により押し上げられていたモータ用スライダ１１
４は元の位置まで下がり、この下った距離だけビーム８
８〜８ｅも溝１３２の中へ下がる。ビーム８ａ〜８ｅ上
の各ウェハはビームが下がり終えた時点では各段９ｂ〜
９ｆの底面上に載置されており、ビーム８ａ〜８ｅとは
離れた状態となる。制御部１２１は再び第１モータ１０
５が矢印Ａと逆方向に　１８０°回転するよう第１千−
タ用電源に指令信号を発する。ビーム８ａ〜８ｅは各ウ
ェハの下を溝１３２中を通って右方向に移動し、元の横
方向位置に戻る。最後に制御部１２１は第２モータ１１
３が再び１８０”回転するように第２モータ用電源に指
令信号を発する。クランク機構１１１は第６図の位置に
戻り、各ビーム８８〜８ｅは元の位置、すなわち第５図
の実線位置に戻る。以上の一連の動作てウェハは１つ上
の段９ｂ〜９ｆに搬送される。これを所定時間ごとに繰
り返すことでウェハは多段熱処理機９の各段９ｂ〜９ｆ
を順番に上まで経由して搬送されることになる。

第８〜１０図は、それぞれステップダウンビーム１０の
正面図、側面図および背面図である。ステップダウンビ
ーム１０の構成と動作原理はステップアップビーム８と
ほとんど同じである。たたしステップダウンビーム１０
は一番上の段からウェハ受は渡しチャック７までウェハ
を搬送するものであるためビーム１０ｂは一組のみが設
けられており、搬送枚数が少ないのでガイド１０３ｂも
一木になっている。また、このステップダウンビーム１
０の搬送ストロークはステップアップビーム８の約５倍
と犬きいのでクランク機構１１１の代わりに動滑車機構
を有している。

動滑車機構の原理図を第１１図に示す。ワイヤ１５０は
一端が第１スライダ１０９ｂに固定され、固定部１６０
に取り付けられた２つの固定滑車１４５゜１４５と第２
スライダ１４８に設けられた２つの動滑車１４６　、１
４６に図のようにかけられた後もう一端を固定部１６０
に固定されている。第２スライダ１４Ｂは第２上下ガイ
ド１４７に沿って上下可能で、左右溝１４８ａを有して
おり、この溝１４８ａにはモータ１１３ｂによって回転
される不図示の回転部に設けられた棒１４９が回転およ
び溝内の左右運動可能に挿入されている。図の状態から
棒１４９がモータ軸のまわりを１８０′″回転すると、
棒１４９により第２スライダ１４８が持ち上げられ、同
時に動滑車１４６゜１４６も上昇する。これによりスラ
イダ１０９ｂは第１上下ガイド１１０ｂに沿って第２ス
ライダ１４８の上昇分の４倍下降する。これによってク
ランク機構１１１より大きなストロークがステップアッ
プビーム８と同様の駆動源により達成される。モータ１
１３ｂの回転時期、他のモータやシリンタとの動作関係
はステップアップビーム８の時と同じである。またウェ
ハ搬送動作はステップアップビーム８とは上下逆になる
。

次に、ウェハの加熱処理および膜厚測定処理を説明する
。

第５図を参照して、多段熱処理機９のうちオーブンは３
段であり、その上に１段の強制コールドユニット９ｅが
設置されている。オーブンと強制コールドユニット９ｅ
との間には充分な断熱処理が施されている。オーブン９
ｂ〜９ｄによって加熱処理を受りたウェハはステップア
ップビーム８によって上の強制コールドユニット９ｅに
搬送され冷却される。強制コールドユニット９ｅの上に
は膜厚測定ユニット９ｆが設けられており、冷却後のウ
ェハはステップアップビーム８によりこの膜厚測定ユニ
ット９ｆに搬送される。強制コールドユニット９ｅと膜
厚測定ユニット９ｆの底面は、オーブン９ｂ〜９ｄと同
様で溝１３２を有しており、またこれら底面は上下方向
に等間隔である。このように構成することて冷却処理の
終わったウェハなすぐに膜厚測定することができる。膜
厚測定の終わったウェハはステップダウンビーム１０に
より反対側の開口より取り出される。

次に、膜厚補正行程の原理を説明する。膜厚測定ユニッ
ト９ｆ中のウェハは膜厚検出部１３５により膜厚検出さ
れる。この膜厚検出部１３５はよく知られている一般の
膜厚検出装置でよい。検出された膜厚のデータは制御部
１２１に送られる。制御部１２１ではまず検出膜厚が規
定された膜厚許容範囲かどうかを判断する。膜厚が許容
範囲外で本発明の特徴とする膜厚補正処理を実行する。

制御部１２１には、コータ４の現在の回転数と、その回
転数に対応する、レジスト粘度対処理後のレジスト膜厚
のデータがインプットされている。膜厚はコータの処理
時間にはあまり影響されず、コータの回転数で大きく変
化する。各回転数におけるレジスト粘度とレジスト膜厚
の関係の一例を第１２図に示す。制御部１２１では、こ
のデータよりレジストの現在の粘度が算出される。また
上記データは、レジストの各粘度に対応するレジスト膜
厚とそれに必要なコータの回転数のデータでもあり、制
御部１２１ではこれに基づいて膜厚を規定膜厚にするの
に必要なコータの回転数を算出する。各粘度におけるコ
ータ回転数とレジスト膜厚の関係の一例を第１３図に示
す。制御部は算出されたデータを基にコータのウェハ回
転用モータの電源装置に指令信号を送る。これにより、
電源装置ではモータの回転数を必要回転数にするよう与
える電圧を変化させる。

このようにしてコータ処理中にレジストびん４６に溶液
を補充した時、粘度が変化しても、このためにおこる膜
厚誤差を作業中に自動的に補正できる。また膜厚の変化
を早く確実に検知して補正できるので膜厚誤差によるウ
ェハロスを少なくできる。

［発明の効果コ 以上のように本発明によると、被膜形成剤の粘度変化に
よる形成膜厚変化の悪影響を最小限にし、被塗布物であ
る板状物例えばウェハごとの膜厚誤差を補正しながら塗
布処理を行なうことが可能となり、膜厚誤差による板状
物のロスを最小限にすることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るレジスト膜形成装置
の斜視図、 第２図は、同装置のインデクサ部の斜視図、第３図は、
同装置の全体の構成を示す主要部斜視図、 第４図は、コータの構成を示す斜視図、第５図は、ステ
ップアップビームと多段熱処理機の正面図、 第６および７図は、ステップアップビームのそれぞれ背
面図および側面図、 第８〜ｌＯ図は、それぞれステップダウンビームの正面
図、側面図および背面図、 第１１図は、ステップダウンビームの動滑車機構の原理
を示す概略図、 第１２図は、コータの各回転数におけるレジスト粘度と
膜厚の関係を表わすグラフ、そして第１３図は、レジス
トの各粘度におけるコータ回転数と膜厚の関係を表わす
グラフである。 １．２：インデクサ、３：ハンドリングメカ、４：コー
タ、４２：モータ、１２１　　：制御部、１３５、膜厚
測定部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、板状物を回転させながら該板状物上に被膜形成剤を
   滴下して該板状物の全面に拡散塗布する回転塗布装置、
   および塗布により該板状物上に形成された被膜の膜厚に
   基づき該回転塗布装置における板状物の回転速度を制御
   する制御装置を具備することを特徴とする被膜形成装置
   。 ２、前記制御装置が、板状物の回転数と膜厚と被膜形成
   剤の粘度との関係を表わすデータを記憶する手段、およ
   び前記被膜形成剤塗布時の板状物の回転数と形成された
   被膜の膜厚と目標とする膜厚とを変数として上記データ
   を参照し該目標膜厚を得るための回転数を算出する演算
   手段を具備するものである特許請求の範囲第１項記載の
   被膜形成装置。