JP2000068182A

JP2000068182A - 塗布方法及び塗布装置

Info

Publication number: JP2000068182A
Application number: JP10232899A
Authority: JP
Inventors: Tomohide Minami; 朋秀南
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】レジスト中に含まれる溶剤量を減少させるこ
とができる塗布方法や塗布装置を提供する。【解決手段】スピンチャック５１上に保持したウエハ
Ｗ上面中心付近にレジスト液を供給し、まずウエハＷを
低速で回転させてレジスト液をウエハＷ上面上にある程
度まで拡散させる。しかる後にウエハＷを急激な加速度
で一気に高速まで回転数を上昇させ、強大な遠心力を発
生させる。この強大な遠心力で余分のレジスト液を振り
切り除去するとともにウエハＷ上面に残ったレジスト液
を更に拡散させて薄い塗膜を形成させる。強大な遠心力
でレジスト液の拡散と薄膜化とを図るのでレジスト中に
含まれる溶剤使用量を大幅に削減することができる。ま
たスループットも向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィー技術による半導体の製造工程において、シリコンウ
エハなどの被処理基板上にレジスト材料などを塗布する
ための塗布方法及び塗布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、シリコンウエハなどの基板に
レジスト材料などの塗布剤を塗布する方法としては、ス
ピンコート法と呼ばれる方法を用いるのが一般的に用い
られている。

【０００３】このスピンコート法とは、シリコンウエハ
などの基板をスピンチャックと呼ばれる円盤状の保持部
材上に吸着保持し、この基板のほぼ中心に溶液状のレジ
スト材料を吐出し、しかる後、このスピンチャックを高
速回転する方法である。スピンチャックを高速回転する
ことにより、中心に置かれたレジスト材料には遠心力が
作用し、この遠心力によりレジスト材料は基板表面上を
中心から半径方向外側に拡散し、基板表面全体を覆う。
更に高速回転を続けると、余分なレジスト材料は遠心力
で振り切り除去され、基板上には膜厚が均一で薄い塗膜
が形成される。ところで、このスピンコート法で用いる
レジスト材料は感光性樹脂などを溶剤に溶かした溶液で
ある。集積度の高い集積回路を形成するためにはレジス
ト膜を薄く形成する必要があるので、樹脂に対して多量
の溶剤を使用した希薄なレジスト溶液が用いられること
が多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、環境保護の
対策が社会的に求められている今日では、半導体メーカ
ー側から半導体製造時に用いられる有機溶剤の使用量を
低下したいとの要望がある。

【０００５】また、レジスト溶液の基板上への吐出に先
立ち、基板表面を予め溶剤で濡らしておき、レジスト溶
液と基板との濡れ性を改良するプリウェット処理を施す
場合がある。このプリウェット処理を施す場合、レジス
ト溶液の吐出工程の他に溶剤を供給する工程が余計に必
要となり、原材料の投入から製品が出来上がるまでの時
間が長期化したり、スループットが低下し、生産コスト
の上昇に繋がっている。

【０００６】更に、このプリウェット処理の施工により
溶剤使用量が増大し、それに伴い廃液量が増大するとい
う問題もあった。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものである。即ち、本発明は、レジスト中に
含まれる溶剤量を減少させることのできる塗布方法や塗
布装置を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明は、溶剤使用量の削減により
スループットを向上させることのできる塗布方法や塗布
装置を提供することを目的とする。

【０００９】更に、本発明は、半導体製造時の溶剤使用
量の総量を減少させることのできる塗布方法や塗布装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１記載の塗布方法は、被処理基板上に塗布剤
を供給する工程と、前記被処理基板を第１の速度で回転
する工程と、前記被処理基板を第２の速度まで所定の加
速度で加速する工程と、を具備する。

【００１１】請求項２記載の塗布方法は、請求項１記載
の塗布方法であって、前記第２の速度まで所定の加速度
で加速後に、前記被処理基板を第３の速度で回転する工
程を更に具備することを特徴とする。

【００１２】請求項３記載の塗布方法は、被処理基板上
に塗布剤を供給する工程と、前記被処理基板を第１の速
度で回転する工程と、前記被処理基板を第２の速度まで
所定の加速度で加速する工程と、前記被処理基板上の塗
布剤層の膜厚を検出する工程と、前記検出した膜厚に基
づいて、前記被処理基板を回転する第３の速度を決定す
る工程と、前記決定した第３の速度で前記被処理基板を
回転する工程と、を具備する。

【００１３】請求項４記載の塗布方法は、被処理基板上
に塗布剤を供給する工程と、前記被処理基板を第１の速
度で回転する工程と、前記被処理基板を第２の速度まで
所定の第１加速度で加速する工程と、前記被処理基板上
の塗布剤層の膜厚を検出する工程と、前記検出した膜厚
に基づいて、前記被処理基板を回転する第３の速度及び
この第３の速度に至るまでの第２加速度を決定する工程
と、前記決定した第３の速度及び第２加速度で前記被処
理基板を回転する工程と、を具備する。

【００１４】請求項５記載の塗布方法は、請求項１〜４
のいずれかに記載の塗布方法であって、前記第１の速度
が１００〜５００ｒ．ｐ．ｍ．であることを特徴とす
る。

【００１５】請求項６記載の塗布方法は、請求項１〜５
のいずれかに記載の塗布方法であって、前記第２の速度
が３０００〜６０００ｒ．ｐ．ｍ．であることを特徴と
する。

【００１６】請求項７記載の塗布方法は、請求項１〜６
のいずれかに記載の塗布方法であって、前記第１加速度
が３００００〜６００００ｒ．ｐ．ｍ．／ｓｅｃである
ことを特徴とする。

【００１７】請求項８記載の塗布方法は、請求項４に記
載の塗布方法であって、前記第３の速度が１０００〜４
０００ｒ．ｐ．ｍ．であることを特徴とする。

【００１８】請求項９記載の塗布装置は、被処理基板を
保持する保持手段と、前記保持手段を回転させる回転駆
動手段と、前記被処理基板に塗布剤を供給する手段と、
前記被処理基板上の塗布剤層の膜厚を検出する手段と、
前記検出した塗布剤層の膜厚に基づいて、前記回転駆動
手段の回転速度及び回転加速度を制御する手段と、を具
備する。

【００１９】請求項１０記載の塗布装置は、被処理基板
を保持するスピンチャックと、前記保持手段を回転させ
る回転駆動機構と、前記被処理基板に塗布剤を供給する
塗布剤供給機構と、前記被処理基板上の塗布剤層の膜厚
を検出するセンサと、前記検出した塗布剤層の膜厚に基
づいて、前記回転駆動機構の回転速度及び回転加速度を
制御する制御部と、を具備する。

【００２０】請求項１１記載の塗布装置は、被処理基板
を保持するスピンチャックと、前記保持手段を回転させ
る回転駆動機構と、前記被処理基板に塗布剤を供給する
塗布剤供給機構と、前記被処理基板上の塗布剤層の重量
を検出するセンサと、前記検出した塗布剤層の重量に基
づいて、前記回転駆動機構の回転速度及び回転加速度を
制御する制御部と、を具備する。

【００２１】請求項１２記載の塗布装置は、被処理基板
を保持するスピンチャックと、前記保持手段を回転させ
る回転駆動機構と、前記被処理基板に塗布剤を供給する
塗布剤供給機構と、前記被処理基板上の塗布剤層の屈折
率変化を検出するセンサと、前記検出した塗布剤層の屈
折率変化に基づいて、前記回転駆動機構の回転速度及び
回転加速度を制御する制御部と、を具備する。

【００２２】請求項１や請求項２の塗布方法では、被処
理基板を第１の速度で回転した後第２の速度で回転する
までの間に大きな加速度で加速する際に作用する大きな
遠心力を利用して被処理基板上に供給した塗布剤を薄膜
化するので、塗布剤中の溶剤量を大幅に削減することが
できる。また、プリウェット処理を省略できるので、ス
ループットを向上させることができ、プリウェット処理
のための溶剤が不要になるので廃液処理の問題もない。

【００２３】請求項３の塗布方法では、前記所定の加速
度で加速して被処理基板上の塗布剤を薄膜化した後、前
記被処理基板上の塗布剤層の膜厚を検出し、この検出し
た膜厚に基づいて、後続の第３の速度を決定し、この決
定した第３の速度で前記被処理基板を回転するようにし
ているので、最終的な塗膜の膜厚をより正確に形成する
ことができる。

【００２４】請求項４の塗布方法では、上記請求項３の
第３の速度に加え、上記第２加速度についても前記検出
した膜厚に基づいて第２加速度を決定し、この決定した
第２加速度で前記被処理基板の回転速度を加速するよう
にしているので、より強い遠心力を作用させることによ
り、最終的な塗膜の膜厚をより正確かつ迅速に形成する
ことができる。

【００２５】請求項５の塗布方法では、請求項１〜４の
いずれかに記載の塗布方法において、前記第１の速度と
して、１００〜５００ｒ．ｐ．ｍ．を採用しているの
で、被処理基板上に供給した塗布剤を確実に被処理基板
の半径方向外向きに拡散させることができる。

【００２６】請求項６の塗布方法では、請求項１〜５の
いずれかに記載の塗布方法において、前記第２の速度と
して、３０００〜６０００ｒ．ｐ．ｍ．を採用している
ので、被処理基板上に供給した塗布剤を確実に薄膜化す
ることができる。

【００２７】請求項７の塗布方法では、請求項１〜６の
いずれかに記載の塗布方法において、前記第１加速度と
して、３００００〜６００００ｒ．ｐ．ｍ．／ｓｅｃを
採用しているので、被処理基板上に供給した塗布剤を確
実に薄膜化することができる。

【００２８】請求項８の塗布方法では、請求項４に記載
の塗布方法において、前記第３の速度として、１０００
〜４０００ｒ．ｐ．ｍ．を採用しているので、被処理基
板上に供給した塗布剤を確実に薄膜化することができ
る。

【００２９】請求項９の塗布装置では、前記検出した塗
布剤層の膜厚に基づいて、前記回転駆動手段の回転速度
や回転加速度を制御するように構成されているので、最
終的に得られる塗膜の膜厚を正確に形成することができ
る。

【００３０】請求項１０の塗布装置では、前記センサで
検出した塗布剤層の膜厚に基づいて、前記回転駆動機構
の回転速度や回転加速度を制御するように構成されてい
るので、最終的に得られる塗膜の膜厚を正確に形成する
ことができる。

【００３１】請求項１１の塗布装置では、前記センサで
検出した塗布剤層の重量に基づいて、前記回転駆動機構
の回転速度や回転加速度を制御するように構成されてい
るので、最終的に得られる塗膜の膜厚を正確に形成する
ことができる。

【００３２】請求項１２の塗布装置では、前記センサで
検出した塗布剤層の屈折率変化に基づいて、前記回転駆
動機構の回転速度や回転加速度を制御するように構成さ
れているので、最終的に得られる塗膜の膜厚を正確に形
成することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の詳細を
図面に基づいて説明する。

【００３４】図１は本発明の一実施形態に係るレジスト
塗布ユニット（ＣＯＴ）を備えた半導体ウエハ（以下、
「ウエハ」という）の塗布現像処理システム１全体を示
した平面図である。

【００３５】この塗布現像処理システム１では、被処理
体としてのウエハＷをウエハカセットＣＲで複数枚、例
えば２５枚単位で外部からシステムに搬入・搬出した
り、ウエハカセットＣＲに対してウエハＷを搬入・搬出
したりするためのカセットステーション１０と、塗布現
像工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉
式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置した処理ス
テーション１１と、この処理ステーション１１に隣接し
て設けられる露光装置（図示せず）との間でウエハＷを
受け渡しするためのインタフェース部１２とが一体的に
接続されている。このカセットステーション１０では、
カセット載置台２０上の位置決め突起２０ａの位置に、
複数個例えば４個までのウエハカセットＣＲが、夫々の
ウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けてＸ方向
（図１中の上下方向）一列に載置され、このカセット配
列方向（Ｘ方向）およびウエハカセッ卜ＣＲ内に収納さ
れたウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向；垂直方向）に
移動可能なウエハ搬送体２１が各ウエハカセットＣＲに
選択的にアクセスする。

【００３６】このウエハ搬送体２１はθ方向に回転自在
であり、後述するように処理ステーション１１側の第３
の処理ユニット群Ｇ₃の多段ユニット部に配設されたア
ライメントユニット（ＡＬＩＭ）やイクステンションユ
ニット（ＥＸＴ）にもアクセスできる。

【００３７】処理ステーション１１には、ウエハ搬送装
置を備えた垂直搬送型のメインアーム２２が設けられ、
その周りに全ての処理ユニットが１組または複数の組に
亙って多段に配置されている。

【００３８】図２は上記塗布現像処理システム１の正面
図である。

【００３９】第１の処理ユニット群Ｇ₁では、カップＣ
Ｐ内でウエハＷをスピンチャックに載せて所定の処理を
行う２台のスピンナ型処理ユニット、例えばレジスト塗
布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（ＤＥＶ）が
下から順に２段に重ねられている。第２の処理ユニット
群Ｇ₂では、２台のスピンナ型処理ユニット、例えばレ
ジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）および現像ユニット（Ｄ
ＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。これらレジ
スト塗布ユニット（ＣＯＴ）は、レジスト液の排液が機
構的にもメンテナンスの上でも面倒であることから、こ
のように下段に配置するのが好ましい。しかし、必要に
応じて適宜上段に配置することももちろん可能である。

【００４０】図３は上記塗布現像処理システム１の背面
図である。

【００４１】メインアーム２２では、筒状支持体４９の
内側に、ウエハ搬送装置４６が上下方向（Ｚ方向）に昇
降自在に装備されている。筒状支持体４９はモータ（図
示せず）の回転軸に接続されており、このモータの回転
駆動力によって、前記回転軸を中心としてウエハ搬送装
置４６と一体に回転し、それによりこのウエハ搬送装置
４６はθ方向に回転自在となっている。なお筒状支持体
４９は前記モータによって回転される別の回転軸（図示
せず）に接続するように構成してもよい。

【００４２】ウエハ搬送装置４６には、搬送基台４７の
前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８が配設され
ており、これらの保持部材４８は各処理ユニット間での
ウエハＷの受け渡しを可能にしている。

【００４３】また、図１に示すようにこの塗布現像処理
システム１では、５つの処理ユニット群Ｇ₁、Ｇ₂、Ｇ
₃、Ｇ₄、Ｇ₅が配置可能であり、第１および第２の処
理ユニット群Ｇ₁、Ｇ₂の多段ユニットは、システム正
面（図１において手前）側に配置され、第３の処理ユニ
ット群Ｇ₃の多段ユニットはカセットステーション１０
に隣接して配置され、第４の処理ユニット群Ｇ₄の多段
ユニットはインタフェース部１２に隣接して配置され、
第５の処理ユニット群Ｇ₅の多段ユニットは背面側に配
置されることが可能である。

【００４４】図３に示すように、第３の処理ユニット群
Ｇ₃では、ウエハＷを保持台（図示せず）に載せて所定
の処理を行うオーブン型の処理ユニット、例えば冷却処
理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、レジストの定
着性を高めるためのいわゆる疏水化処理を行うアドヒー
ジョンユニット（ＡＤ）、位置合わせを行うアライメン
トユニット（ＡＬＩＭ）、イクステンションユニット
（ＥＸＴ）、露光処理前の加熱処理を行うプリベーキン
グユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）および露光処理後の加熱
処理を行うポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）
が、下から順に例えば８段に重ねられている。第４の処
理ユニット群Ｇ₄でも、オーブン型の処理ユニット、例
えばクーリングユニット（ＣＯＬ）、イクステンション
・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、イクステンシ
ョンユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニッ卜（ＣＯ
Ｌ）、プリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）およ
びポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）が下から
順に、例えば８段に重ねられている。

【００４５】このように処理温度の低いクーリングユニ
ット（ＣＯＬ）、イクステンション・クーリングユニッ
ト（ＥＸＴＣＯＬ）を下段に配置し、処理温度の高いベ
ーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）、ポストベーキン
グユニット（ＰＯＢＡＫＥ）およびアドヒージョンユニ
ット（ＡＤ）を上段に配置することで、ユニット間の熱
的な相互干渉を少なくすることができる。もちろん、ラ
ンダムな多段配置としてもよい。

【００４６】図１に示すように、インタフェース部１２
では、奥行方向（Ｘ方向）は前記処理ステーション１１
と同じ寸法を有するが、幅方向（Ｙ方向）はより小さな
サイズである。このインタフェース部１２の正面部に
は、可搬性のピックアップカセットＣＲと、定置型のバ
ッファカセットＢＲとが２段に配置され、他方背面部に
は周辺露光装置２３が配設され、さらに中央部にはウエ
ハ搬送体２４が設けられている。このウエハ搬送体２４
は、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ、ＢＲお
よび周辺露光装置２３にアクセスする。

【００４７】ウエハ搬送体２４は、θ方向にも回転自在
であり、処理ステーション１１側の第４の処理ユニット
群Ｇ₄の多段ユニットに配設されたイクステンションユ
ニット（ＥＸＴ）や、隣接する露光装置側のウエハ受渡
し台（図示せず）にもアクセスできる。

【００４８】また塗布現像処理システム１では、既述の
如くメインアーム２２の背面側にも図１中破線で示した
第５の処理ユニット群Ｇ₅の多段ユニットを配置できる
が、この第５の処理ユニット群Ｇ₅の多段ユニットは、
案内レール２５に沿ってＹ方向へ移動可能である。従っ
て、この第５の処理ユニット群Ｇ₅の多段ユニットを図
示の如く設けた場合でも、前記案内レール２５に沿って
移動することにより、空間部が確保されるので、メイン
アーム２２に対して背後からメンテナンス作業が容易に
行える。

【００４９】次に、本実施形態に係るレジスト塗布ユニ
ット（ＣＯＴ）について説明する。図４は本実施形態に
係るレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）の概略断面図であ
る。

【００５０】このレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）の中
央部には環状のカップＣΡが配設され、カップＣΡの内
側にはスピンチャック５１が配置されている。スピンチ
ャック５１は真空吸着によってウエハＷを固定保持した
状態で駆動モータ５２によって回転駆動される。

【００５１】駆動モータ５２は、ユニット底板５０に設
けられた開口５０ａに昇降移動可能に配置され、たとえ
ばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材５３
を介してたとえばエアシリンダからなる昇降駆動手段５
４および昇降ガイド手段５５と結合されている。

【００５２】ウエハＷ表面に塗布液としてのレジスト液
を吐出するためのレジストノズル６０は、レジストノズ
ルスキャンアーム６１の先端部にノズル保持体６２を介
して着脱可能に取り付けられている。このレジストノズ
ルスキャンアーム６１は、ユニット底板５０の上に一方
向（Ｙ方向）に敷設されたガイドレール６３上で水平移
動可能な垂直支持部材６４の上端部に取り付けられてお
り、図示しないＹ方向駆動機構によって垂直支持部材６
４と一体にＹ方向に移動するようになっている。

【００５３】図５は、本実施形態に係るレジスト塗布ユ
ニット（ＣＯＴ）の概略平面図である。

【００５４】レジストノズルスキャンアーム６１は、レ
ジストノズル待機部６５でレジストノズル６０を選択的
に取り付けるためにＹ方向と直角なΧ方向にも移動可能
であり、図示しないΧ方向駆動機構によってΧ方向にも
移動できる。

【００５５】さらに、レジストノズル待機部６５でレジ
ストノズル６０の吐出口が溶媒雰囲気室の口６５ａに挿
入され、中で溶媒の雰囲気に晒されることで、レジスト
ノズル６０先端のレジスト液が固化または劣化しないよ
うになっている。また、複数本のレジストノズル６０，
６０，…が設けられ、レジスト液の種類・粘度に応じて
それらのレジストノズル６０が使い分けられるようにな
っている。

【００５６】さらに、ガイドレール６３上には、レジス
トノズルスキャンアーム６１を支持する垂直支持部材６
４だけでなく、リンスノズルスキャンアーム７０を支持
しＹ方向に移動可能な垂直支持部材７１も設けられてい
る。

【００５７】Ｙ方向駆動機構（図示せず）によってリン
スノズルスキャンアーム７０はカップＣＰの側方に設定
されたリンスノズル待機位置（実線の位置）とスピンチ
ャック５１に設置されている半導体ウエハＷの周辺部の
真上に設定されたリンス液吐出位置（点線の位置）との
間で並進または直線移動するようになっている。

【００５８】図４に示すように、レジストノズル６０
は、レジスト供給管６６を介してレジスト塗布ユニット
（ＣＯＴ）の下方室内に配設されたレジスト液供給機構
に接続されている。

【００５９】図６は本実施形態に係るレジスト塗布ユニ
ット（ＣＯＴ）の制御系を示したブロック図である。図
６に示したように、このレジスト塗布ユニット（ＣＯ
Ｔ）ではスピンチャック５１を回転させる駆動モータ５
２、及びレジストノズル６０にレジストを供給するレジ
スト供給系がそれぞれ制御部１００に接続されており、
この制御部１００により統括的に制御されている。

【００６０】次に上記のように構成された塗布現像処理
システム１の動作を説明する。

【００６１】本実施形態のレジスト塗布ユニット（ＣＯ
Ｔ）を備えた塗布現像処理システム１を起動すると、ウ
エハカセットＣＲからウエハＷが取り出され、メインア
ーム２２により搬送されてレジスト塗布ユニット（ＣＯ
Ｔ）内にアクセスする。しかる後に以下のレジスト塗布
操作が開始される。

【００６２】図７は本実施形態に係るレジスト塗布ユニ
ット（ＣＯＴ）で塗布処理を行う場合の手順を示したフ
ローチャートであり、図８は同手順を示したタイミング
チャートである。図９〜図１１は各手順での状態を模式
的に示した斜視図と断面図である。

【００６３】まず、メインアーム２２は、ウエハＷを塗
布ユニット（ＣＯＴ）内のスピンチャック５１のリフタ
ー（図示省略）に引き渡し、このリフターが下降するこ
とによりスピンチャック５１上にウエハＷをセットする
（ステップ１／時間ｔ₀）。次に、レジストノズルスキ
ャンアーム６１が移動してこのスピンチャック５１に保
持された回転前のウエハＷのほぼ中心の位置にレジスト
ノズル６０を移動させ、時間ｔ₁〜ｔ₂にわたってレジ
ストノズル６０からウエハＷ上にレジスト液を吐出する
（ステップ２）。この状態を示したのが図９である。図
９に示すように、この時点ではウエハＷは回転前の静止
した状態であり、吐出されたレジスト液はウエハＷの中
心付近で厚い層を形成している。

【００６４】時間ｔ₃になるとスピンチャック５１が回
転を開始し（ステップ３）、第１加速度で加速して時間
ｔ₄になると第１の速度で定速回転する（ステップ
４）。

【００６５】このときの回転速度、即ち第１の速度の値
は、レジスト液の粘度や種類、ウエハＷの直径、塗布時
の温度や湿度などにより異なる、いわゆる設計事項であ
り、一義的に特定することはできない。但し、一例とし
て挙げるならば、この第１の速度は１００〜５００ｒ．
ｐ．ｍ．の範囲が好ましい。

【００６６】ここでこの第１の速度の好ましい範囲の上
限を５００ｒ．ｐ．ｍ．にしたのは、この第１の速度が
上記上限値を越えると、外周部にレジストが広がってし
まい、均一に薄膜化ができない、という弊害を生じるか
らである。

【００６７】一方、この第１の速度の好ましい範囲の下
限を１００ｒ．ｐ．ｍ．にしたのは、この第１の速度が
上記下限値を下回ると、レジストの粘度によってはウエ
ハＷ上を広がっていない場合が有り得るという弊害を生
じるからである。

【００６８】この時間ｔ₃〜ｔ₅の回転により、ウエハ
Ｗ上に吐出されたレジスト液には遠心力が作用する。こ
の遠心力によりレジスト液はウエハＷの半径方向外側に
向けて拡散されて広がる。それとともに膜厚が減少して
レジスト液が薄膜化されてゆく。この状態を示したのが
図１０である。図１０に示すように、この時点ではウエ
ハＷ上面の外周縁側の部分が露出したままの状態となっ
ており、レジスト液の塗膜は最終的な目標値よりまだか
なり厚い。

【００６９】次に、時間ｔ₅〜ｔ₆にかけて所定の加速
度、即ち第１加速度でスピンチャック５１の回転を加速
する（ステップ５）。この加速度的な回転により大きな
遠心力が生じ、この大きな遠心力がウエハＷ上のレジス
ト液に作用する。この状態を示したのが図１１である。
図１１に示したように、この加速度的な回転により生じ
る大きな遠心力の作用により、ウエハＷ上のレジスト液
は一気にウエハＷ上面全体に広がり、ウエハＷ上面を完
全に覆う。そして更にこの遠心力の作用により、余分な
レジスト液はウエハＷ上面から降り飛ばされ、ウエハＷ
上面から除去される。その結果、ウエハＷ上面には目的
とする膜厚の塗膜を形成するのに必要十分な量のレジス
ト液だけが残され、それ以外は除去される。そのため、
ウエハＷ上面には目的とする膜厚の塗膜が均一に形成さ
れる。

【００７０】この第１加速度の値は、レジスト液の粘度
や種類、ウエハＷの直径、塗布時の温度や湿度などによ
り異なる、いわゆる設計事項であり、一義的に特定する
ことはできない。但し、一例として挙げるならば、３０
０００〜６００００ｒ．ｐ．ｍ．／ｓｅｃの範囲が好ま
しい。

【００７１】ここでこの第１加速度の上限を６００００
ｒ．ｐ．ｍ．／ｓｅｃにしたのは、この第１加速度が上
記上限値を越えると、チャック上のウエハＷが回転中に
外れてしまったり、またスピンモータのスペックの限界
であるため正常に動作しないという弊害を生じるからで
ある。

【００７２】一方、この第１加速度の下限を３００００
ｒ．ｐ．ｍ．にしたのは、この第１加速度が上記下限値
を下回ると、レジストがウエハＷの外周部に広がらず、
ウエハＷ外周部にレジストが塗布されていない、という
弊害を生じるからである。

【００７３】次に加速後の速度、即ち第２の速度で所定
時間（ｔ₆〜ｔ₇）回転する（ステップ６）。

【００７４】ここで第２の速度で回転させるのは、ウエ
ハＷ上面全体にわたってレジスト塗膜を確実に拡散させ
るためである。

【００７５】この第２の速度の値は、レジスト液の粘度
や種類、ウエハＷの直径、塗布時の温度や湿度などによ
り異なる、いわゆる設計事項であり、一義的に特定する
ことはできない。但し、一例として挙げるならば、この
第２の速度は３０００〜６０００ｒ．ｐ．ｍ．の範囲が
好ましい。

【００７６】ここでこの第２の速度の上限を６０００
ｒ．ｐ．ｍ．にしたのは、この第２の速度が上記上限値
を越えると、チャック上のウエハＷが回転中にチャック
より外れてしまう、という弊害を生じるからである。

【００７７】一方、この第２の速度の下限を３０００
ｒ．ｐ．ｍ．にしたのは、この第２の速度が上記下限値
を下回ると、レジストがウエハＷ外周にまで広がらな
い、という弊害を生じるからである。しかる後、時間ｔ
₇〜ｔ₈で減速する（ステップ７）。

【００７８】そして時間ｔ₈〜ｔ₉で所定速度、即ち第
３の速度で回転させる（ステップ８）。

【００７９】ここで第３の速度で回転させるのは、ウエ
ハＷ上面全体にわたって広げたレジスト塗膜の厚さを均
一にするためであり、また、塗膜の乾燥を促進するため
である。

【００８０】この第３の速度の値は、レジスト液の粘度
や種類、ウエハＷの直径、塗布時の温度や湿度などによ
り異なる、いわゆる設計事項であり、一義的に特定する
ことはできない。但し、一例として挙げるならば、この
第３の速度は１０００〜４０００ｒ．ｐ．ｍ．の範囲が
好ましい。

【００８１】ここでこの第３の速度の上限を４０００
ｒ．ｐ．ｍ．にしたのは、この第３の速度が上記上限値
を越えると、ウエハＷ外周部にて風切りと呼ばれる縞状
のむらが発生する、という弊害を生じるからである。

【００８２】一方、この第３の速度の下限を１０００
ｒ．ｐ．ｍ．にしたのは、この第３の速度が上記下限値
を下回ると、揮発が進まずにウエハＷ外周部にてレジス
トの膜厚が大きくなってしまう、即ち、外周部が盛り上
がる、という弊害を生じるからである。

【００８３】所定時間、即ち時間ｔ₈〜ｔ₉での定速回
転が終了すると、時間ｔ₉〜ｔ₁₀で減速し時間ｔ₁₀で停
止する（ステップ９）。

【００８４】このようにして塗布処理の終えたウエハＷ
はメインアーム２２により塗布ユニット（ＣＯＴ）から
取り出され、後続処理を行うユニット、例えばベーキン
グユニットへ搬送されて加熱処理が施される。

【００８５】このように本実施形態に係る塗布ユニット
（ＣＯＴ）では、第１の速度という比較的低速でウエハ
Ｗ上にレジスト液を広げるので溶剤で予めウエハＷ上面
を濡らすプリウェット工程が不要となる。そのため溶剤
使用量を減少することができ、廃液処理の問題も軽減す
ることができる。

【００８６】また、プリウェット工程が不要となるので
スループットを向上させることができ、生産効率ひいて
は製造コストを低減することができる。

【００８７】更に、本実施形態に係る塗布ユニット（Ｃ
ＯＴ）では、第１の加速度という強い加速度を用いて大
きな遠心力を発生させ、この大きな遠心力でレジスト液
をウエハＷの半径方向外側に拡散させて薄膜化を図るよ
うにしているので、レジスト液が溶剤をあまり含んでい
なくても薄くて均一な塗膜を形成することができる。な
お、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
従って、本実施形態では半導体素子製造用のシリコンウ
エハＷを用いて説明したが、液晶表示装置（ＬＣＤ）用
ガラス基板の製造にも応用できることはいうまでもな
い。

【００８８】（実施例）以下、本発明の実施例について
説明する。

【００８９】この実施例では、上記第１の実施形態で説
明した塗布処理ユニットを用いて塗布処理を行った。

【００９０】処理条件は以下に示した通りであった。

【００９１】ステップ時間（秒）回転数（r.p.m.）加速度（r.p.m.／秒）２１．００１００００３〜４１．０１００１００００５〜６０．５４５００５００００７〜８２０．０２５００１００００吐出容積０．５ｍｌ吐出速度１．０ｍｌ／秒ポンプＲＲＣポンプ型式Ｆ−Ｔ２００（koganei 社製）エアオペレーションバルブＸ−２５（ＣＫＤ社製）使用薬液ＰＦＩ−３８Ａ４（粘度３ｃＰ／住友化学工業社製）上記の条件で塗布処理したウエハについて下記の要領で
膜厚測定したところ、次のような測定結果が得られた。
図１２はこの測定結果をグラフ化したものである。膜厚
測定は１ロットの製品からサンプルを１枚抽出し、この
サンプルの３９箇所について測定した。塗布装置はＡＣ
Ｔ−ＳＯＧ（東京エレクトロン社製）を使用した。また
膜厚測定にはナノスペックＭ５１００−Ｌ１２（ナノメ
トリクスジャパン社製）を使用した。

【００９２】 range ３９ stdev １３．２５ 3sigma ３９．７５ average ５０８８．０５ max ５１０２ min ５０６３上記結果が示すように、膜厚の一番薄い部分と厚い部分
との差は３９オングストロームであり、膜厚が薄く、し
かもその分布が極めて均一である。

【００９３】（２の実施形態）以下、本発明の第２の実
施形態に係る塗布処理ユニットについて説明する。

【００９４】なお、上記第１の実施形態と重複する部分
については説明を省略する。

【００９５】本実施形態に係る塗布処理ユニットでは、
ウエハＷ上面に形成された塗膜の膜厚を検出するセンサ
Ｓを備えており、このセンサＳで検出した塗膜の膜厚に
基づいてスピンチャック５１の回転を制御する。

【００９６】図１３は本実施形態に係る塗布処理ユニッ
トの制御系を示したブロック図である。

【００９７】図１３に示すように本実施形態に係る塗布
処理ユニットでは、スピンチャック５１に保持された状
態のウエハＷの上側にセンサＳが配設されており、ウエ
ハＷ上面の塗膜の膜厚を検出する。このセンサＳはスピ
ンチャック５１を回転させるモータ５２及びレジスト供
給系とともに制御部１００に接続されており、この制御
部１００により制御されている。

【００９８】図１４は本実施形態に係る塗布処理ユニッ
トで塗布処理を行う場合の工程を示したフローチャート
である。

【００９９】図１４に示すように、本実施形態に係る塗
布処理ユニットでは、上記第１の実施形態と同様に、ス
テップ２でレジスト吐出した後、加速と定速回転（ステ
ップ３，４）である程度レジストをウエハＷ上に拡散し
た後、更に高い加速度で加速後（ステップ５）定速回転
して（ステップ６）レジストをウエハＷ上で薄膜化す
る。

【０１００】そしてこの塗布処理ユニットでは、しかる
後に上述したセンサＳで薄膜化されたウエハＷ上の塗膜
の膜厚を検出し（ステップ７）、所期の膜厚が形成され
ているか否かをチェックする（ステップ８，９）。

【０１０１】具体的には検出した膜厚が適正な値まで薄
くなっていれば、上記第１の実施形態で説明したよう
に、比較的低速で回転させることにより膜厚の均一化を
図る（ステップ１０）。

【０１０２】一方、ステップ６及び７の高速回転を施し
たにも拘らず、膜厚が十分薄くなっていない場合には、
第３の回転処理の回転速度を調節、具体的には回転数を
上げて（ステップ１２）、この上げた回転数で第３の回
転処理を施し（ステップ１０）、塗膜の薄膜化を図る。

【０１０３】なお、この第３の回転処理の際の回転数を
上げる場合に、いくら上げるかは予め実験を行い、その
結果に基づいてデータベースを形成し、このデータベー
スに基づいていくら上昇させるかを決定する。

【０１０４】このように本実施形態に係る塗布処理ユニ
ットでは、ステップ５，６の高速回転処理を施した後
に、膜厚を検出し、この検出した膜厚の値に基づいて第
３の回転処理の回転数を制御しているので、より膜厚を
高精度に管理することができる。

【０１０５】なお、本実施形態では、ステップ５，６の
高速回転処理後に検出した膜厚に基づいて第３の回転処
理の回転数を下限して膜厚を制御しているが、これ以外
にも上記検出した膜厚に基づいてステップ５，６の高速
回転の回転数をフィードバック的に制御することも可能
である。

【０１０６】更に上記検出した膜厚に基づいて、第１の
速度、第２の速度、第３の速度、第１加速度、及び第２
加速度のうちの１又は２以上を組み合わせて制御するこ
とも可能である。

【０１０７】また、本実施形態では、センサＳを用いて
膜厚の値を直接検出する構成としたが、これ以外にも、
ウエハＷの重量を検出することにより塗膜の膜厚を求め
たり、ウエハＷ表面の屈折率の変化から塗膜の膜厚を求
めるようにすることも可能である。

【０１０８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１や請求項
２に記載の発明によれば、被処理基板を第１の速度で回
転した後第２の速度で回転するまでの間に大きな加速度
で加速する際に作用する大きな遠心力を利用して被処理
基板上に供給した塗布剤を薄膜化するので、塗布剤中の
溶剤量を大幅に削減することができる。また、プリウェ
ット処理を省略できるので、スループットを短縮化で
き、プリウェット処理のための溶剤が不要になるので廃
液処理の問題もない。

【０１０９】請求項３に記載の発明によれば、前記所定
の加速度で加速して被処理基板上の塗布剤を薄膜化した
後、前記被処理基板上の塗布剤層の膜厚を検出し、この
検出した膜厚に基づいて、後続の第３の速度を決定し、
この決定した第３の速度で前記被処理基板を回転するよ
うにしているので、最終的な塗膜の膜厚をより正確に形
成することができる。

【０１１０】請求項４に記載の発明によれば、上記請求
項３の第３の速度に加え、上記第２加速度についても前
記検出した膜厚に基づいて、第２加速度を決定し、この
決定した第２加速度で前記被処理基板の回転速度を加速
するようにしているので、より強い遠心力を作用させる
ことにより、最終的な塗膜の膜厚をより正確かつ迅速に
形成することができる。

【０１１１】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜４のいずれかに記載の塗布方法において、前記第１の
速度として、１００〜５００ｒ．ｐ．ｍ．を採用してい
るので、被処理基板上に供給した塗布剤を確実に被処理
基板の半径方向外向きに拡散させることができる。

【０１１２】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜５のいずれかに記載の塗布方法において、前記第２の
速度として、３０００〜６０００ｒ．ｐ．ｍ．を採用し
ているので、被処理基板上に供給した塗布剤を確実に薄
膜化することができる。

【０１１３】請求項７に記載の発明によれば、請求項１
〜６のいずれかに記載の塗布方法において、前記第１加
速度として、３００００〜６００００ｒ．ｐ．ｍ．／ｓ
ｅｃを採用しているので、被処理基板上に供給した塗布
剤を確実に薄膜化することができる。

【０１１４】請求項８の塗布方法では、請求項４に記載
の塗布方法において、前記第３の速度として、１０００
〜４０００ｒ．ｐ．ｍ．を採用しているので、被処理基
板上に供給した塗布剤を確実に薄膜化することができ
る。

【０１１５】請求項９に記載の発明によれば、前記検出
した塗布剤層の膜厚に基づいて、前記回転駆動手段の回
転速度や回転加速度を制御するように構成されているの
で、最終的に得られる塗膜の膜厚を正確に形成すること
ができる。

【０１１６】請求項１０に記載の発明によれば、前記セ
ンサで検出した塗布剤層の膜厚に基づいて、前記回転駆
動機構の回転速度や回転加速度を制御するように構成さ
れているので、最終的に得られる塗膜の膜厚を正確に形
成することができる。

【０１１７】請求項１１に記載の発明によれば、前記セ
ンサで検出した塗布剤層の重量に基づいて、前記回転駆
動機構の回転速度や回転加速度を制御するように構成さ
れているので、最終的に得られる塗膜の膜厚を正確に形
成することができる。

【０１１８】請求項１２に記載の発明によれば、前記セ
ンサで検出した塗布剤層の屈折率変化に基づいて、前記
回転駆動機構の回転速度や回転加速度を制御するように
構成されているので、最終的に得られる塗膜の膜厚を正
確に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
を備えた塗布現像処理システムの平面図である。

【図２】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
を備えた塗布現像処理システムの正面図である。

【図３】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
を備えた塗布現像処理システムの背面図である。

【図４】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
の断面図である。

【図５】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
の平面図である。

【図６】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
の制御系を示したブロック図である。

【図７】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
の塗布処理工程を示したフローチャートである。

【図８】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
の塗布処理工程を示したタイミングチャートである。

【図９】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニット
の塗布処理工程を模式的に示した図である。

【図１０】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニッ
トの塗布処理工程を模式的に示した図である。

【図１１】本発明の実施形態に係るレジスト塗布ユニッ
トの塗布処理工程を模式的に示した図である。

【図１２】本実施形態に係るレジスト塗布ユニットの塗
布処理工程を施して形成した塗膜の膜厚分布を示すグラ
フである。

【図１３】本発明の第２の実施形態に係るレジスト塗布
ユニットの制御系を示したブロック図である。

【図１４】本発明の第２の実施形態に係るレジスト塗布
ユニットの塗布処理工程を示したフローチャートであ
る。

【符号の説明】

Ｗウエハ５１スピンチャック５２モータＳセンサ１００制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板上に塗布剤を供給する工程
と、前記被処理基板を第１の速度で回転する工程と、前記被処理基板を第２の速度まで所定の加速度で加速す
る工程と、を具備することを特徴とする塗布方法。
【請求項２】請求項１記載の塗布方法であって、前記
第２の速度まで所定の加速度で加速後に、前記被処理基
板を第３の速度で回転する工程を更に具備することを特
徴とする塗布方法。
【請求項３】被処理基板上に塗布剤を供給する工程
と、前記被処理基板を第１の速度で回転する工程と、前記被処理基板を第２の速度まで所定の加速度で加速す
る工程と、前記被処理基板上の塗布剤層の膜厚を検出する工程と、前記検出した膜厚に基づいて、前記被処理基板を回転す
る第３の速度を決定する工程と、前記決定した第３の速度で前記被処理基板を回転する工
程と、を具備することを特徴とする塗布方法。
【請求項４】被処理基板上に塗布剤を供給する工程
と、前記被処理基板を第１の速度で回転する工程と、前記被処理基板を第２の速度まで所定の第１加速度で加
速する工程と、前記被処理基板上の塗布剤層の膜厚を検出する工程と、前記検出した膜厚に基づいて、前記被処理基板を回転す
る第３の速度及びこの第３の速度に至るまでの第２加速
度を決定する工程と、前記決定した第３の速度及び第２加速度で前記被処理基
板を回転する工程と、を具備することを特徴とする塗布
方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の塗布方
法であって、前記第１の速度が１００〜５００ｒ．ｐ．
ｍ．であることを特徴とする塗布方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の塗布方
法であって、前記第２の速度が３０００〜６０００ｒ．
ｐ．ｍ．であることを特徴とする塗布方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の塗布方
法であって、前記第１加速度が３００００〜５００００
ｒ．ｐ．ｍ．／ｓｅｃであることを特徴とする塗布方
法。
【請求項８】請求項４に記載の塗布方法であって、前
記第３の速度が１０００〜４０００ｒ．ｐ．ｍ．である
ことを特徴とする塗布方法。
【請求項９】被処理基板を保持する保持手段と、前記保持手段を回転させる回転駆動手段と、前記被処理基板に塗布剤を供給する手段と、前記被処理基板上の塗布剤層の膜厚を検出する手段と、前記検出した塗布剤層の膜厚に基づいて、前記回転駆動
手段の回転速度及び回転加速度を制御する手段と、を具備することを特徴とする塗布装置。
【請求項１０】被処理基板を保持するスピンチャック
と、前記保持手段を回転させる回転駆動機構と、前記被処理基板に塗布剤を供給する塗布剤供給機構と、前記被処理基板上の塗布剤層の膜厚を検出するセンサ
と、前記検出した塗布剤層の膜厚に基づいて、前記回転駆動
機構の回転速度及び回転加速度を制御する制御部と、を具備することを特徴とする塗布装置。
【請求項１１】被処理基板を保持するスピンチャック
と、前記保持手段を回転させる回転駆動機構と、前記被処理基板に塗布剤を供給する塗布剤供給機構と、前記被処理基板上の塗布剤層の重量を検出するセンサ
と、前記検出した塗布剤層の重量に基づいて、前記回転駆動
機構の回転速度及び回転加速度を制御する制御部と、を具備することを特徴とする塗布装置。
【請求項１２】被処理基板を保持するスピンチャック
と、前記保持手段を回転させる回転駆動機構と、前記被処理基板に塗布剤を供給する塗布剤供給機構と、前記被処理基板上の塗布剤層の屈折率変化を検出するセ
ンサと、前記検出した塗布剤層の屈折率変化に基づいて、前記回
転駆動機構の回転速度及び回転加速度を制御する制御部
と、を具備することを特徴とする塗布装置。