JPS6372373A - 回転塗布機 - 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、基板上に膜材を含んでなる塗布液を滴下して
基板を回転し、その基板上に塗膜を形成する回転塗布機
に関し、特に塗膜の厚みを均一化するに好適な回転塗布
機に関する。

〔従来の技術〕

斯かる回転塗布機として、例えば基板としての半導体ウ
ェハに、塗布液としてのフォトレジスト液やシリカフィ
ルム液を滴下し、半導体ウェハを高速回転させて生じる
遠心力により、フォトレジスト液やシリカフィルム液を
半導体ウェハ上に塗布して、フォトレジスト膜やシリカ
フィルム膜を形成するものが知られている。以下、半導
体ウェハ上にフォトレジスト膜を形成する場合を例にと
って説明する。

フォトレジスト液（以下レジスト液と略す）は、溶剤中
に必要な膜材（溶質）を混合させたものであり、回転塗
布中に溶剤が蒸発してレジスト液中の溶剤含有率が変化
すると、それにともなって、レジスト液の粘性が変化す
る。この溶剤蒸発による粘性変化は、回転塗布中のレジ
スト液の流動性変化の原因となり、結果的に、膜厚分布
を支配する重要な因子となる９回転塗布中のレジスト液
からの溶剤の蒸発は、回転している基板近傍の気流分布
に影響され、気流分布によっては、形成した塗膜の膜厚
に不均一な分布を生じることになる。

従来、膜厚を均一にする方法としては、特開昭６０−９
２６１８号公報あるいは特開昭５９−１４１２２０号公
報に見られるように、塗布カップ内部の気体に溶剤蒸気
を飽和させることによって、レジスト塗膜からの溶剤の
蒸発をなくして、気流分布の影響を受けないようにする
ことがなされていた。

また、上記従来例とは少し異なるが、米国特許第４，４
８５，７５８で提案された方法がある。これは、磁気デ
ィスク上に磁性粉混合液を回転塗布するものであり、半
導体ウェハ上にレジスト液を回転塗布するものとは少し
異なるが、溶剤の蒸発を制御しようとする点では共通す
る。この方式によれば１回転している基板から極くわず
か離して静止円盤を配置し、その静止円盤に半径方向溝
を設けることにより、回転している基板上の気流を制御
するとともに、溶剤の蒸発量を制御しようとするもので
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の技術にあっては１次のような
問題点がある。

前二者の公報に記載されたものについては、（ｉ）半導
体ウェハ上にレジスト液を滴下した直後のレジスト塗膜
の膜厚分布は、ウェハ中心部で最も厚く、外周へ向うに
従って薄くなると考えられる。このような状態で、レジ
スト液の粘度が一様の場合には、最終的な膜厚もまた中
心部で最も厚くなるような不均一分布を生ずる。

（ｉｔ）レジスト液によっては、非ニユートン性が強い
ものがある。このような場合には溶剤の蒸発を抑さえて
レジスト液粘度を一様に保つことは。

必ずしも膜厚の均一化につながらない。

また、前記米国特許公報のものにあっては、気流の状態
が基板の回転数、基板と静止円盤の間の距離、静止円盤
に設けた半径方向溝の寸法等で決まってしまうことから
、塗布液の物性、溶剤の蒸気圧や拡散係数、初期膜厚分
布等が変化する時に対応し切れないという問題がある。

しかも、この方式では、基板から飛散した塗付液が静止
円盤にぶつかり、微小粒子となって再び基板上に異物と
して付着し、薄膜上の欠陥になることが考えられる。こ
のような、飛散した塗布液が微小粒子の異物として基板
上に再付着する問題は、膜厚の不均一分布とともに、回
転塗付機の問題としてよく知られていることである。

上述したように、従来の技術は、塗布液および初期膜厚
分布があるものに特定された場合に一定の効果はあるが
、塗布液や溶剤の物性あるいは初期膜厚が異なる場合に
は、膜厚が不均一に形成されるおそれがある等の問題が
あった。

本発明の目−的は、上記従来の問題点を解決すること、
言い換えれば、基板面近傍の気流分布を制御できるよう
にして、塗布液や溶剤の物性あるいは初期膜厚分布の変
化に対応して均一な膜厚の塗膜を形成することができる
回転塗布機を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、基材を保持して回
転させる回転手段と、回転される基板表面の回転中心・
部に異材を含んでなる塗布液を滴下するノズルと、この
塗布液が滴下される基板の塗布面に吹きつける気流を案
内する気流ガイド手段とを有してなり、この気流ガイド
手段は前記塗布面の回転軸と同軸同心状に配設されたガ
イドベーンにより複数の流路に分割され、かつ各流路の
気流流量を調整する流量調節手段を含んでなるものとし
たことを特徴とする。

〔作用〕 このように構成することにより、各流路の流量調節手段
を独立に調節して、回転する塗布面の径方向各部位にお
ける気流の流量（気流分布）を調節し、塗布液の溶剤蒸
発量を各部位に応じた適切なものに調整する。すなわち
、気流流量を径方向各部位ごとに調節し、塗布液や溶剤
の物性あるいは初期膜厚分布の変化に対応した気流分布
が容易に形成されることになる。その結果、均一な膜厚
を有する塗膜を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

（第１実施例） 第１図に本発明の一実施例の断面構成図を示し。

第２図にその平面図を示す、それらの図に示すように、
半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）１は吸着チャック
２に吸着保持され１回転軸３を介して図示されていない
モータによって回転されるようになっている。ウェハ１
の塗布面上方にはその回転中心に位置させて、塗布液の
滴下ノズル４が配設されてｉす、ポンプ５からレジスト
液が供給されるようになっている。また、ウェハ１の上
部はその塗布面に向って拡径され、同軸に配された円錐
台筒状の塗布カップ６によっておおわれている。塗布カ
ップ６内には円錐台筒状のガイドベーン７が同心状に配
設され、これらによって気流ガイド手段が形成されてい
る。

塗布カップ６の下端径はウェハ１の外径よりも大きな径
とされ、ガイドベーン７の下端はウェハ１の塗布面上方
に一定の間隔を保持して設けられており、その下端径は
ガイドベーン７の延長線とウェハ１が交叉する仮想円の
半径が、例えばウェハ１の半径の０．９になるように設
定される。

また、塗布カップ６とガイドベーン７の上端は開口され
ており、これらによってウェハ１の塗布面に吹きつける
気流の流路８ａ、８ｂが同心状に画成されている。これ
らの流路８ａ、８ｂの上端部には気流の流量を調節可能
にする流路抵抗９ａ。

９ｂが設けられている。

一方、塗布カップ６の下部には底カバー１２が設けられ
ている。底カバー１２の内側端部はウェハ１の下面に近
接させて設けられ、かつウェハ１の外周と塗布カップ６
下端との間の底カバー１２には気流の排気流路１３が形
成されている。この排気流路１３は管路１４を介して排
気ポンプ１５に連通されている。なお、符号１６は支持
部材であり、これによってガイドベーン７が塗布カップ
６に支持されている。

このように構成される実施例の動作について次に説明す
る。まず、ウェハ１を回転するとともに排気ポンプ１５
を駆動すると、流路８ａ、８ｂには流路抵抗９ａ、９ｂ
によって定まる一定流量の定常気流ｆａ、ｆｂが生じ、
それらの気流はウェハ１の外周部で合流した後、排気流
路１３を介して排気される。一方、滴下ノズル４からウ
ェハ１の上面中心部に滴下されたレジスト液は、遠心力
によってウェハ１の外周方向に移送され、ウェハ１上に
レジスト液の塗膜を形成する。

この回転塗布の行程において、塗膜中の溶剤が気流ｆａ
、ｆｂによって蒸発されるが、その蒸発の程度やその分
布は、ウェハ１の半径方向位置および気流の分布によっ
て異なり、これが最終的に形成される膜厚に影響を及ぼ
す、そこで、流路抵抗９ａ、９ｂを調節して流路８ａ、
８ｂの気流ｆａ、ｆｂの流量を制御し、均一な膜厚が得
られる条件を予め選定しておくことにより、レジスト液
の物性、滴下量、回転数などの他の回転塗布条件に対応
させて、再現性よく均一な膜厚のレジスト膜を形成する
ことができることになる。

ここで、上記第１図実施例を用い、気流分布が膜厚分布
に及ぼす影響について、第３図と第４図に示した実測値
に基づいて説明する。なお、ウェハ１の外径は６〜８イ
ンチ、回転数は４０００〜５０００ｒｐｍ、レジスト液
の溶剤の蒸気圧は常温で３５ｍ　Ｈｇ程度のもので、レ
ジスト液の挙動はほぼニュートン流体と考えられる。ま
た、それらの図において、ケース１は、流路抵抗９ｂを
Ｏｌすなわち抵抗無しとし、流路抵抗９ａとして抵抗Ｏ
の時に比べて流量が２０％程度小さくなるような抵抗を
設けた場合である。ケース２は、流路抵抗９ａ。

９ｂともに抵抗１、すなわち、全開とした場合であり、
塗布カップ６には外部から気流が流入しない、ケース３
は、逆に、流路抵抗９ａ、９ｂともに０、すなわち全開
とした場合であり、これは、ガイドベーン７が無い従来
例にほぼ相当する。

第３図に示したように、ケース１では膜厚分布が半径方
向に亘ってほぼ均一となるが、ケース２では中心が厚く
外周側はど薄くなる不均一分布となり、ケース３では、
逆に、外周側はど厚くなるような不均一分布となること
を示している。このように各ケースで膜厚分布が異なる
のは、各ケースでの気流の流速分布が異なり、結果とし
て、レジスト液中の溶剤の蒸発量分布が異なることに起
因する。

第４図に、ウェハ近傍の気流の半径方向流速分布と溶剤
蒸発量の半径方向分布の実測値を示す。

まず流速分布についてみてみると、３ケースとも外周近
くまでの流速分布はほぼ同じで、外周近傍で相異が生じ
ていることがわかる。外周近傍においては、ケース３が
最も流速が大きく、次いでケース１、ケース２の順に流
速が小さくなっている。

第１図において外周縁付近で２つに分けた流路８ａ、８
ｂの気Ａｆａとｆｂが合流するが、ケース３では流路抵
抗９ａが０のためｆｂが大きく、ケース１ではそれに比
べてｆｂが小さくなり、ケース２の場合は、外からの気
流の流入が無いため、静止流体中で円板が回転した時の
円板近傍の流速分布と近い状態となることから、上記の
ような傾向となるのである。一方、溶剤の蒸発量分布を
みてみると、ケース１とケース３においては、気流流速
分布からも推察されるように、外周近傍で蒸発量分布に
差異が生じており、ケース３の場合は。

ケース１に比べて外周近傍での溶剤の蒸発量が大きくな
っている。ケース２の場合は、塗付カップ６内の気体が
循環しているだけなので、全体として気体内の溶剤蒸気
濃度が均一化され、そのために蒸発量が均一化されてい
るのである。

これらのことをまとめてみると、ケース１においては、
はぼ均一な膜厚分布のものが得られており、これは塗布
カップ６内の各流路８ａ、８ｂの気流流量が適切である
ことを示している。これに対し、ケース２すなわち塗布
カップ６内を単一流路として気流を流した従来例に相当
する場合は。

ウェハ外周近傍での溶剤蒸発量が大きすぎ、これにより
外周近傍のレジスト液の流動が遅くなりすぎるために、
外周側はど膜厚が厚くなってしまうことを示している。

一方、ケース３においては。

溶剤の蒸発量を半径方向一様にしたことがかえって逆効
果となり、中心はど厚い膜厚分布になっている。このケ
ース３の極端な場合が、塗布カップ６内の気体に溶剤蒸
気を飽和させて、レジスト液からの溶剤蒸発をＯになる
従来の方式である。

なお、上述の結果は、レジスト液がニュートン流体的挙
動を示し、溶剤含有量が少ない程、粘度が高くなるもの
で、蒸気圧が比較的小さい溶剤を用い、さらにレジスト
液滴下直後の膜厚分布が中心で最も厚くなるような場合
に対して得られたものである。そして、流路抵抗９ａに
よって気流ｆｂの流量が、流路抵抗９ａがＯのときに比
べて２０％程度小さくなるようにすることで、均一な膜
厚分布（例えば、１０’Ａ程度）を得ることができる。

なおまた、上述のレジスト液及び溶剤の物性、滴下直後
の膜厚分布などの条件は、レジスト液塗布のほとんどの
場合について成立するものであるが、これらが異なる場
合もあり得る。その場合、上記第１図実施例によれば、
流路抵抗９ａ、９ｂを調節し、塗布カップ６内の気流の
流量分布を変えるという簡単な操作により、レジスト液
滴下方法の変更による初期膜厚分布の相異や、他の塗布
条件変更に対して、容易に対応し得る。

（第２実施例） 第５図に本発明の他の一実施例を示す。本実施例が第１
図実施例と異なる点は、外側の流路８ａに強制的に気体
（空気）を送入して、ウェハ１の外周近傍の流速を大き
くし、これによりウェハ１から半径方向外向きに飛散し
たレジスト液が、微粒子異物としてウェハ１に再付着す
ることを防止することにある。また単に、外側流路８ａ
の気流流速を大きくすると、ウェハ外周近傍の膜厚が厚
くなってしまうので、外側流路８ａの気流に、溶剤蒸気
を適宜混入する事によって、ウェハ外径近傍でのレジス
ト液からの溶剤蒸発量が大きくなりすぎないようにして
いる。

すなわち、塗布カップ６の外側流路８ａの上端部に環状
チャンバ２０を設け、環状チャンバ２０には、所定量の
溶剤蒸気が混入された気体を送入するようになっている
。気体に溶剤蒸気を混入する方法は、溶剤容器２１の溶
剤２２中にポンプ２３により加圧された気体を圧入して
得られる溶剤の飽和気体と、ポンプ２４により加圧され
た気体とを、それぞれバルブ２５．２６を介して混合す
るようになっている。この混合気体がバルブ２７を介し
て前記環状チャンバ２０に送入されるようになっている
。そして、その混合気体の流量と溶剤蒸気の濃度は、バ
ルブ２５，２６，２７を調整して制御される。

したがって、第５図実施例によれば、前記第１図実施例
の効果に加え、ウェハ１の外周部から飛散されたレジス
ト液が、外側の流路８ａの速い気流によって排気流路１
３に速やかに導びかれることがら、飛散レジスト液がウ
ェハ１の塗膜に再付着するのを防止できる。また、外側
流路８ａの流速が遅くなるとウェハ外周部の蒸発が促進
されることになるが、これについてはその気体中に溶剤
蒸気を所定量混入することにより、蒸発分布を適切に調
節することができる。

（第３実施例） 第６図に本発明のさらに他の実施例を示す。

本実施例が第１図実施例と異なる点は、塗布カップ６内
に押込みファン３０によって気体を送入するようにする
とともに、その気体をコロナ放電グリッド３１を通過さ
せることによってイオン化した後、フィルタ３２を介し
て塗布カップ６に送給するようにしたことにある。なお
、塗布カップ６の上端部には流路８ａ、８ｂに連通され
たチャンバ３３が設けられ、上記のイオン化された気体
はこのチャンバ３３と流路抵抗９ａ、９ｂを介して、そ
れぞれの流路８ａと８ｂに流入される。

このように構成されることから、第６図実施例によれば
、前記第１図実施例の効果に加えて、ウェハ１に吹きつ
けられる気体のイオンにより、ウェハ１表面に生ずる静
電気が中和されるため、この静電気に起因する異物の付
着が低減されることになる。

（第４実施例） 第７図に前述した第１図実施例の変形例を示す。

すなわち、塗布カップ６内に２つのガイドベーン７ａ、
７ｂを配設し、気流ガイド手段を３つの流路８ａ、８ｂ
、８ｃから成るものとし、それらに対応させて流路抵抗
９ａ、９ｂ、９ｃを設けたことにある。なお、ガイドベ
ーン７ａの下端はその延長線がウェハ１の外周縁に略一
致するように、ガイドベーン７ｂの下端はその延長線が
ウェハ１の半径の０．８〜０．９位置になるように形成
配置されている。

このように構成されることから、本実施例によれば、第
１図実施例の効果に加えて、さらに細かい流量分布制御
を行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、基材上面の気流
流量分布を容易に制御できるため、塗布液や溶剤の物性
、あるいは塗膜の初期膜厚分布に対応して、塗膜の最終
膜厚分布が均一となるような、最適な気流流量分布を得
ることができ、これによって均一な塗膜を形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面構成図、第２図は第１
図実施例の平面図、第３図と第４図は第１図実施例の作
用・効果を説明するための線図。 第５図〜第７図はそれぞれ本発明の他の実施例の断面構
成図である。 １・・半導体ウェハ、２・・・吸着チャック、４・・・
滴下ノズル、６・・・塗布カップ、７．７ａ、７ｂ・・
・ガイドベーン。 ８　ａ　、　８　ｂ　、　８　ｃ　−流路、９ａ、９ｂ
、９ｃ・・・流路抵抗。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材を保持して回転させる回転手段と、回転され
   る基板表面の回転中心部に膜材を含んでなる塗布液を滴
   下するノズルと、 この塗布液が滴下される基板の塗布面に吹きつける気流
   を案内する気流ガイド手段とを有してなり、 この気流ガイド手段は前記塗布面の回転軸と同軸同心状
   に配設されたガイドベーンにより複数の流路に分割され
   、 かつ各流路の気流流量を調整する流量調節手段を含んで
   なるものとしたことを特徴とする回転塗布機。
2. （２）前記流路のうち基材塗布面の外周縁部に気流を案
   内する流路に塗布液の蒸気を注入することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の回転塗布機。