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JP3364155B2 - 塗布膜形成装置及びその方法 - Google Patents

塗布膜形成装置及びその方法

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Publication number
JP3364155B2
JP3364155B2 JP17397498A JP17397498A JP3364155B2 JP 3364155 B2 JP3364155 B2 JP 3364155B2 JP 17397498 A JP17397498 A JP 17397498A JP 17397498 A JP17397498 A JP 17397498A JP 3364155 B2 JP3364155 B2 JP 3364155B2
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JP
Japan
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substrate
coating liquid
coating
coating film
discharge
Prior art date
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JP17397498A
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English (en)
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JPH11354426A (ja
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雅敏 出口
孝介 吉原
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP17397498A priority Critical patent/JP3364155B2/ja
Priority to US09/312,542 priority patent/US6281145B1/en
Publication of JPH11354426A publication Critical patent/JPH11354426A/ja
Priority to US09/905,504 priority patent/US6821550B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3364155B2 publication Critical patent/JP3364155B2/ja
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    • H10P72/0448
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/16Coating processes; Apparatus therefor
    • G03F7/162Coating on a rotating support, e.g. using a whirler or a spinner
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05CAPPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/02Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface
    • B05C11/08Spreading liquid or other fluent material by manipulating the work, e.g. tilting

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板の表面
にレジスト膜等を形成する塗布膜形成装置及びその方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、被処理基板である半導体ウエハ(以下、ウエハとす
る)にレジスト液を塗布し、フォトマスクを用いてその
レジスト膜を露光し、それを現像することによって所望
のパターンを有するレジストマスクをウエハ上に作製す
るフォトリソグラフィ技術が用いられている。その際レ
ジスト液の塗布法として、一般にスピンコーティング法
が用いられている。この塗布方法は、図9に示すように
ウエハWをスピンチャック11に真空吸着させた状態で
モータMにより回転させながら、ウエハWの上方に配置
したノズル12からレジスト液を滴下し、回転による遠
心力によりそのレジスト液をウエハWの表面上に均一に
広げることによって行われる。
【0003】レジスト液を吐出するためには、例えばベ
ローズを用いたポンプ13によりレジストタンク14か
らレジスト液を吸い上げ、バルブ15を開いてポンプ1
3から常に一定量レジスト液を押し出してノズル12か
ら吐出するようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところでデバイスのパ
ターンの微細化に伴い、露光時に正確に焦点を合わせる
ためには、予定とする膜厚で高い均一性をもってレジス
ト液の塗布膜を形成する必要がある。一方レジスト液の
温度や雰囲気温度によって膜厚の面内分布特性(周縁部
の膜厚が中央部に比べて大きいなど)が左右されるた
め、これらを制御パラメータとして取り込み、膜厚の面
内均一性を確保するようにしている。
【0005】一方レジスト液は高価であることから、レ
ジスト液の吐出量の削減つまりウエハ1枚当りに滴下す
るレジスト液量をできるだけ少なくすることを検討して
いる。しかしながらレジスト液の吐出量を削減すると、
レジスト液の吐出速度(レジスト液の供給時間)によっ
て膜厚の均一性が左右され、しかもその左右のされ方が
レジスト液の種類によってまちまちであり、このためレ
ジスト液の種類にかかわらず一律の量でレジスト液を吐
出する方法では、レジスト膜(塗布膜)の膜厚について
高い面内均一性が得られないという問題があった。
【0006】本発明はこのような目的の下になされたも
のであり、その目的は、塗布膜の膜厚について高い面内
均一性が得られる塗布膜形成装置及びその方法を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板を基板保
持部に保持させて回転させると共に、塗布液をポンプに
より送り出してノズルから吐出させて前記基板に供給
し、基板の回転による遠心力により塗布液を引き伸ばし
て基板に塗布膜を形成する装置において、塗布液の種類
と、塗布膜について高い面内膜厚均一性が得られる、塗
布液の種類に応じた適切な塗布液の吐出速度と、を対応
付けて記憶する記憶部と、塗布液の種類を選択する塗布
液選択部と、この塗布液選択部にて選択された塗布液の
種類に応じた吐出速度を前記記憶部から読み出し、読み
出した吐出速度に基づいて前記ポンプを制御する制御部
と、を備えたことを特徴とする。この場合基板一枚あた
りの塗布液の吐出量は例えば2.0ml以下である。ま
たポンプは、例えばポンプ室と、ポンプ室の容積を変え
る手段と、この手段を動作させるステッピングモ−タと
を含み、このステッピングモ−タの回転数を調整するこ
とにより吐出速度を制御するものが用いられる。
【0008】また本発明の塗布膜形成方法は、基板を基
板保持部に保持させて回転させると共に、塗布液をポン
プにより送り出してノズルから吐出させて前記基板に供
給し、基板の回転による遠心力により塗布液を引き伸ば
して基板に塗布膜を形成する方法において、2.0ml
以下の吐出量で、かつ塗布膜について高い面内膜厚均一
性が得られる、塗布液の種類に応じた適切な吐出速度で
塗布液をノズルから吐出させて基板に供給することを特
徴とする。また他の発明にかかる塗布膜形成方法は、複
数種の塗布液に対応する吐出速度を記憶部に記憶する工
程と、前記複数種のうちの1種の塗布液を選択する工程
と、選択された塗布液に対応する吐出速度を前記記憶部
から読み出す工程と、読み出された吐出速度に基づいて
基板に塗布液をノズルから供給する工程と、を含むこと
を特徴とする。更にまた他の発明は、基板を基板保持部
に保持させて回転させると共に、塗布液を送り出してノ
ズルから吐出させて前記基板に供給し、基板の回転によ
る遠心力により塗布液を引き伸ばして基板に塗布膜を形
成する方法において、複数種の塗布液に対応する吐出速
度を記憶部に記憶する工程と、前記複数種のうちの1種
の塗布液を選択する工程と、選択された塗布液に対応す
る吐出速度を前記記憶部から読み出す工程と、 読み出さ
れた吐出速度に基づいて基板に塗布液を供給する工程
と、を含み、各塗布液が供給される基板の回転数は同一
であることを特徴とする。
【0009】この発明によれば、塗布液の種類毎に最適
な吐出速度で塗布液を吐出しているため、塗布液の吐出
量が少なくても膜厚について面内均一性の高い塗布膜を
形成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明をレジスト膜を形成
する装置に適用した実施の形態について説明する。図1
及び図2はこの実施の形態に係る塗布膜形成装置の全体
構成を示す断面図及び平面図、図3はこの実施の形態の
要部を示す説明図である。
【0011】この塗布膜形成装置は、モータM及び昇降
手段21により回転自在かつ昇降自在に支持されてなる
基板保持部であるスピンチャック22と、そのスピンチ
ャック22に真空吸着されたウエハWの上方に配置され
得るノズル3と、そのノズル3と塗布液供給源である例
えばレジスト液タンク31との間を連通接続し、塗布液
であるレジスト液の流路となるフレキシブルな供給管3
2と、その供給管32の途中に上流側(図1の下側)か
ら順に設けられたポンプ4及びバルブVと、を備えてい
る。スピンチャック2の周囲には、ウエハWがスピン中
に飛散する余分なレジスト液を受けるカップ23が設け
られており、飛散したレジスト液はドレイン管24から
排出されるようになっている。
【0012】ノズル3は、図1及び図2に示すように鉛
直に延びる支持柱33の上端から水平に延びる支持アー
ム34の先端のホルダ35に取り付けられている。塗布
膜形成装置の底板25には、一方向(図2のY方向)に
沿って案内レール36が敷設されており、支持柱33
は、その案内レール36に沿って図示しない駆動機構に
より水平移動自在になっている。また支持アーム34
は、図示しない駆動機構によりY方向と直交するX方向
に水平移動自在になっており、こうしてノズル3はX、
Y方向に移動することができる。
【0013】ここでこの塗布膜形装置は、レジスト液タ
ンク31からノズル3までをレジスト液供給系と呼ぶこ
とにすると、複数例えば4個のレジスト液供給系を備え
ている。即ちこの装置は、4種類のレジスト液が供給で
きるようになっており、カップ23の隣に設けられてい
るノズル待機部37には4個のノズル3A〜3Dが収納
できる。この図ではノズル3Aが支持アーム34のホル
ダ35により支持されている状態を示している。なおホ
ルダ35によるノズル3の支持は、例えばノズル3に取
り付けられた係合片とホルダとが上下方向に係合するこ
とによって行われる。案内レール36上にはリンスノズ
ル支持柱37がY方向に移動自在に設けられており、こ
のリンスノズル支持柱37には水平に延びるリンスノズ
ル支持アーム38を介してリンスノズル39が設けられ
ている。なお26はウエハWの搬入出用窓であり、その
窓26を介してウエハ搬送アーム27によりウエハWが
搬入及び搬出される。
【0014】次にこの実施の形態の主要部について図3
を参照しながら説明する。図3は一例として4個のレジ
スト液供給系とポンプ4(4A〜4D)の制御系とを組
み合わせた図である。図中VA〜VDはバルブ、31A
〜31Dはレジスト液タンクである。制御系は、例えば
4種類のレジスト液(AAA、BBB、CCC、DD
D)のいずれかを選択するレジスト液選択部5と、レジ
スト液の種類とレジスト液の吐出速度とを対応付けて記
憶する記憶部51と、レジスト液選択部5で選択された
レジスト液の供給系のポンプ4に制御信号を出力する制
御部52とを備えている。レジスト液選択部5でレジス
ト液が選択されると、制御部52は、選択されたレジス
ト液の種類に応じた吐出速度を前記記憶部51から読み
出し、読み出した吐出速度に応じて、対応するポンプ4
に対して制御信号を出力する。この制御部52は例えば
CPU、及び各ポンプ4毎のコントロ−ラなどを含めて
概念的に記載したものである。
【0015】ポンプ4の構造の一例と吐出速度制御とに
ついて述べると、ポンプ4としては例えば図4に示すべ
ローズ型のポンプを用いることができる。図4中、61
はポンプ室、71はレジスト液供給管32の一部である
吸入配管、72はレジスト液供給管32の一部である吐
出配管、73は泡抜き用ベント、62はフィルタ、63
は流体が封入されているチューブフラム、64はベロー
ズ部である。ベローズ部64の伸長によってポンプ室6
1内壁面が膨脹、収縮し、ベローズ部64を矢印方向へ
引き伸ばすとレジストタンク31内のレジスト液が吸入
配管71を通じてポンプ室61内に吸入され、ベローズ
部64を圧縮するとポンプ室61内のレジスト液が吐出
配管72を通じて押し出され、ノズル3から吐出する。
なお配管71、72には図示しないが逆流防止弁が設け
られている。
【0016】またベローズ部64はステッピングモータ
65の動力によって高精度に伸縮駆動されるように構成
され、既述の制御系からの制御信号に基づいて、ステッ
ピングモータ65が動作し、これによってレジスト液の
吸入、吐出のタイミングや吐出速度が制御される。66
はステッピングモータ65の動作を制御系にフィードバ
ックするためのエンコーダ、67はベローズ部64の伸
縮位置(端部の位置)を検出して制御系にフィードバッ
クするための光センサである。
【0017】次にレジスト液の吐出速度の最適値の決め
方について説明する。水平回転するウエハの表面にレジ
スト液を塗布する場合、レジスト液を吐出する速度は、
レジスト液の吐出量がそれ程少なくなければ、膜厚に影
響しないが、レジスト液の吐出量が例えば2.0ml程
度と少ないと膜厚に影響を与える。
【0018】図5及び図6はレジスト液としてPFI3
8A9(8cp)を用い、1回の吐出量を1.5mlと
し、吐出速度と膜厚との関係及び吐出速度と膜厚分布と
の関係を示している。ただしこの実験における変数であ
る吐出速度は、吐出時間として示してある(吐出量が同
じなのでこれは速度に対応する)。図5において丸印は
3枚のウエハに対して調べた平均膜厚の平均値であり、
縦に伸びる線の両端はその最大値と最小値に相当する。
また図6において横軸はウエハの中心からの距離を表わ
している。
【0019】図5及び図6から分かるようにレジスト液
の吐出量が少ないと、平均膜厚については、レジスト液
の吐出速度が大きい程(吐出時間が短い程)膜厚が薄く
なる傾向にある。またウエハ面内の膜厚分布については
レジスト液の吐出速度が大きいと(吐出時間が短い
と)、ウエハ周縁部の膜厚が中央部に比べて薄くなり、
レジスト液の吐出速度が小さいと(吐出時間が長い
と)、ウエハ周縁部の膜厚が中央部に比べて厚くなる傾
向にあるが、吐出速度がある値のときに、この場合吐出
時間が1.5秒のときにウエハの中央部と周縁部との膜
厚が揃う。即ちレジスト液の吐出量が少ない場合には膜
厚の面内均一性が高い吐出速度の最適値があり、この値
から外れると膜厚の面内均一性が悪くなる。そしてこの
最適値はレジスト液の粘度によって異なり、従ってレジ
スト液の種類毎に吐出速度の最適値を求めておくことが
必要である。既述の図3に示す記憶部51内のデータ
は、上述のような実験を行って求めた吐出速度の最適値
である。
【0020】次に上述の装置を用いて塗布膜であるレジ
スト膜を基板例えばウエハに形成する方法について述べ
る。まず搬送ア−ム27によりウエハWが搬入出用窓2
6を介して塗布膜形成装置内に搬入され、上昇されたス
ピンチャック22に真空吸着される。その後スピンチャ
ック22が下降して例えば4000rpm程度で回転す
ると共に、レジスト液選択部5にて選択されたレジスト
液に対応するノズル3が前記支持ア−ム34のホルダ3
5に保持されてウエハWの中心部の上方に移動し、ここ
から回転しているウエハW上にレジスト液が例えば2.
0ml滴下(供給)される。この場合、選択されたレジ
スト液の種類に対応する吐出速度が記憶部51から読み
出され、この読み出したデ−タに基づいてポンプ4のス
テッピングモ−タ65が動作する。こうしてレジスト液
に見合う予め定められた吐出速度でノズル3からレジス
トが吐出される。ウエハW上に滴下されたレジスト液は
遠心力により引き伸ばされてレジスト膜となる。
【0021】このような実施例によれば、ウエハW一枚
あたりのレジスト液の吐出量が少ない場合にはレジスト
液の吐出速度が膜厚の面内均一性に効いてくるという知
見に基づいて、レジスト液の種類毎に最適な吐出速度を
予め把握して記憶部51に記憶しておき、レジスト液を
塗布するときには最適な吐出速度を読み出してポンプ4
を制御するようにしているため、高価なレジスト液を削
減しながら面内均一性の高いレジスト膜(塗布膜)を形
成することができる。またステッピングモ−タを制御す
ることにより吐出速度を調整しているので高い精度で吐
出速度を調整することができ、従って本発明を実施する
上で好適である。
【0022】次に本発明に係る塗布膜形成方法の実施に
使用される塗布膜形成装置を組み込んだ塗布・現像装置
の一例の概略について図7及び図8を参照しながら説明
する。
【0023】図7中8はウエハカセットを搬入出するた
めのカセット搬入出ステージであり、例えば25枚収納
されたカセットCが例えば自動搬送ロボットにより載置
される。搬入出ステージ8の奥側には、例えば搬入出ス
テージ8から奥を見て例えば左側には塗布・現像系のユ
ニットが、右側には加熱・冷却系のユニットが夫々配置
されている。
【0024】塗布・現像系のユニットにおいては、例え
ば上段に2個の現像ユニット81が、下段に2個の塗布
ユニット82が設けられている。加熱・冷却系のユニッ
トにおいては、図8に示すように加熱ユニット91、冷
却ユニット92などが上下に設けられており、これらユ
ニットの配列の中にウエハの受け渡しユニット90が設
けられている。なお実際には加熱・冷却系のユニットの
中には、疎水化処理ユニットなども含まれるが、図示の
便宜上記載していない。
【0025】また塗布・現像系ユニットと加熱・冷却系
ユニットとの間には、ウエハ搬送アーム83が設けられ
ている。このウエハ搬送アーム83は、例えば昇降自
在、左右、前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在
に構成され、塗布・現像系ユニット、加熱・冷却系ユニ
ット、搬入出ステージ8及び後述のインターフェイスユ
ニット84の間でウエハWの受け渡しを行う。
【0026】インターフェイスユニット84は、塗布・
現像系ユニットや加熱・冷却系ユニットを含む上述の部
分をクリーントラックと呼ぶことにすると、このクリー
ントラックと露光装置85との間に介在し、図示しない
搬送系により両装置の間でウエハの受け渡しを行う。
【0027】この装置のウエハの流れについて説明する
と、先ず外部からウエハWが収納されたウエハカセット
Cが前記搬入出ステージ8に搬入され、図示しない搬送
アームがカセットC内からウエハWを取り出し、受け渡
しユニット90及び前記搬送ア−ム83を介して既述の
加熱・冷却ユニット91、92の配列の中の図示しない
疎水化ユニットに搬送され、疎水化処理などが行われた
後、塗布ユニット82にてレジスト液が塗布され、レジ
スト膜が形成される。レジスト膜が塗布されたウエハは
加熱ユニット91で加熱された後インターフェイスユニ
ット84を介して露光装置85に送られ、ここでパター
ンに対応するマスクを介して露光が行われる。
【0028】その後ウエハWは加熱ユニット91で加熱
された後、冷却ユニット92で冷却され、続いて現像ユ
ニット81に送られて現像処理され、レジストマスクが
形成される。しかる後ウエハWは搬入出ステージ8上の
カセットC内に戻される。
【0029】なお基板としては、液晶ディスプレイ用の
ガラス基板であってもよいし、塗布液としては、シリコ
ン酸化膜の前駆物質を含んだ溶液であってもよい。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、塗布液の種類毎に最適
な吐出速度で塗布液を吐出しているため、塗布液の吐出
量が少なくても膜厚について面内均一性の高い塗布膜を
形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る塗布形成装置の全体
構成を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る塗布形成装置の全体
構成を示す平面図である。
【図3】本発明の実施の形態の要部を示す説明図であ
る。
【図4】ポンプの一例を示す断面図である。
【図5】レジスト液の吐出時間と膜厚との関係を示す説
明図である。
【図6】レジスト液の吐出時間をパラメータとしたウエ
ハ上の膜厚分布を示す説明図である。
【図7】本発明装置を適用した塗布、現像装置の全体構
成の一例を示す概略斜視図である。
【図8】図7の装置を横に展開して概略を示す側面展開
図である
【図9】従来の塗布形成装置を概略的に示す説明図であ
る。
【符号の説明】
22 スピンチャック 23 カップ 3、3A〜3D 31 レジスト液タンク 32 供給管 4 4A〜4D ポンプ 5 レジスト液選択部 51 記憶部 52 駆動制御部 61 ポンプ室 63 チューブフラム 64 ベローズ 65 ステッピングモータ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−27735(JP,A) 特開 平2−158122(JP,A) 特開 平9−17723(JP,A) 特開 平7−320999(JP,A) 実開 平2−73727(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 B05C 11/08

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板を基板保持部に保持させて回転させ
    ると共に、塗布液をポンプにより送り出してノズルから
    吐出させて前記基板に供給し、基板の回転による遠心力
    により塗布液を引き伸ばして基板に塗布膜を形成する装
    置において、 塗布液の種類と、塗布膜について高い面内膜厚均一性が
    得られる、塗布液の種類に応じた適切な塗布液の吐出速
    度と、を対応付けて記憶する記憶部と、 塗布液の種類を選択する塗布液選択部と、 この塗布液選択部にて選択された塗布液の種類に応じた
    吐出速度を前記記憶部から読み出し、読み出した吐出速
    度に基づいて前記ポンプを制御する制御部と、を備えた
    ことを特徴とする塗布膜形成装置。
  2. 【請求項2】 基板一枚あたりの塗布液の吐出量が2.
    0ml以下であることを特徴とする請求項1記載の塗布
    膜形成装置。
  3. 【請求項3】 ポンプは、ポンプ室と、ポンプ室の容積
    を変える手段と、この手段を動作させるステッピングモ
    −タとを含み、このステッピングモ−タの回転数を調整
    することにより吐出速度を制御することを特徴とする請
    求項1または2記載の塗布膜形成装置。
  4. 【請求項4】 基板を基板保持部に保持させて回転させ
    ると共に、塗布液を送り出してノズルから吐出させて前
    記基板に供給し、基板の回転による遠心力により塗布液
    を引き伸ばして基板に塗布膜を形成する方法において、
    2.0ml以下の吐出量で、かつ塗布膜について高い面
    内膜厚均一性が得られる、塗布液の種類に応じた適切な
    吐出速度で塗布液をノズルから吐出させて基板に供給す
    ることを特徴とする塗布膜形成方法。
  5. 【請求項5】 複数種の塗布液に対応する吐出速度を記
    憶部に記憶する工程と、 前記複数種のうちの1種の塗布液を選択する工程と、 選択された塗布液に対応する吐出速度を前記記憶部から
    読み出す工程と、 読み出された吐出速度に基づいて基板に塗布液をノズル
    から供給する工程と、 を含むことを特徴とする塗布膜形
    成方法。
  6. 【請求項6】 基板を基板保持部に保持させて回転させ
    ると共に、塗布液を送り出してノズルから吐出させて前
    記基板に供給し、基板の回転による遠心力により塗布液
    を引き伸ばして基板に塗布膜を形成する方法において、 複数種の塗布液に対応する吐出速度を記憶部に記憶する
    工程と、 前記複数種のうちの1種の塗布液を選択する工程と、 選択された塗布液に対応する吐出速度を前記記憶部から
    読み出す工程と、 読み出された吐出速度に基づいて基板に塗布液を供給す
    る工程と、を含み、 各塗布液が供給される基板の回転数は同一であることを
    特徴とする塗布膜形成方法。
JP17397498A 1998-06-05 1998-06-05 塗布膜形成装置及びその方法 Expired - Lifetime JP3364155B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17397498A JP3364155B2 (ja) 1998-06-05 1998-06-05 塗布膜形成装置及びその方法
US09/312,542 US6281145B1 (en) 1998-06-05 1999-05-14 Apparatus and method for applying process solution
US09/905,504 US6821550B2 (en) 1998-06-05 2001-07-12 Apparatus and method for applying process solution

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