JP3599323B2

JP3599323B2 - 基板処理装置

Info

Publication number: JP3599323B2
Application number: JP2000305233A
Authority: JP
Inventors: 孝介吉原; 昭浩藤本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2020-10-04
Also published as: JP2001189266A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板の表面にレジスト液等の処理液を塗布する基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス（ＩＣチップ）やＬＣＤの製造プロセスにおいては、フォトリソグラフィー技術を利用することで、半導体ウエハやガラス基板等の被処理基板の表面に微細なパターンを高精度かつ高密度に形成する。
【０００３】
例えば、半導体デバイスの製造においては、半導体ウエハの表面にレジスト液を塗布した後、これを所定のパターンに露光し、さらに現像処理・エッチング処理することにより所定の回路パターンを形成するようにしている。
【０００４】
近年、フォトリソグラフィ技術によって形成するべき半導体回路の線幅がますます微細化する傾向にあり、これに伴いレジスト膜の薄膜化及び膜厚の均一化が厳しく要求されている。すなわち、形成される回路の線幅は、このレジスト液の膜厚と、露光波長とに比例することから、レジスト液の膜厚はできる限り薄くかつ均一にすることが好ましい。
【０００５】
スピンコーティング法では、ウエハ回転速度を調整することによりレジスト膜厚を制御することができる。このため、例えば３００ｍｍウエハの場合、２０００〜４０００ｒｐｍと、かなりの高速でウエハを回転させることによって薄膜化を図るようにしている。
【０００６】
このスピンコーティング法では、ウエハを高速で回転させるため、ウエハの縁部からこのウエハ外に飛散するレジスト液の量が非常に多い。スピンコーティング法では、この飛散するレジスト液を受け止めるため、ウエハをカップ内で回転させている。
【０００７】
また、この場合、ウエハの縁部から飛散したレジスト液がミスト状となってカップの上方に舞い上がって他の装置を汚染することがないように、カップの底部から排気を行なうようにしている。すなわち、これにによりクリーンルーム内のダウンフローをカップ上側から引き込み、カップ内に上側から下側に向かう気流を形成することによってレジスト液のミストがカップの上側に飛散する防止するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにウエハを高速で回転させるレジスト塗布装置の場合、ウエハの周縁部のレジスト膜のみが他の部分と比較して盛り上がる現象（膜厚跳ね上がり現象）が生じる場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、被処理基板上に塗布された塗布膜を遠心力で広げて薄膜化を図る工程において、被処理基板の外縁部の塗布膜の膜厚が跳ね上がることを有効に防止できる基板処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、第１の面と第２の面を有する基板を処理する基板処理装置において、前記基板の第１の面を保持して回転させる保持・回転部と、前記基板の第２の面に液を供給する液供給部と、前記保持・回転部を収容し、底部から排気を行うことで、前記基板周辺の雰囲気を強制排気する容器と、前記保持されて回転される基板の外周を囲うように、かつ、前記容器の内周面に外周部が固定されるように配置され、前記第２の面とほぼ同一の高さの第３の面を有し、該第３の面には通孔が設けられた気流制御板とを具備し、前記気流制御板の、前記保持されて回転される基板の外周方向の断面形状は、基板の外周から離れるに従って下方に向けて厚みが増加するように形成され、前記通孔は、前記基板の外周から所定寸法離間して、前記気流制御板に所定の間隔で設けられるとともに当該気流制御板の外周側に設けられ、前記気流制御板の下部まで貫通する複数の孔である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明を、半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という）の表面にレジスト液を塗布するレジスト液塗布装置に適用した例を示す概略構成図である。また、図２は、この装置を上方から見た平面図である。
【００１５】
図１に示すように、この装置は、その上面にウエハＷを吸着保持し、かつこのウエハＷを回転駆動及び昇降駆動するスピンチャック１０を有する。このスピンチャック１０の上方には、このウエハＷに対向位置決め可能に保持され、ウエハＷ上にレジスト膜を滴下するための供給ノズル１１が配置されている。このノズル１１は、供給管１２及び制御弁１３を介してレジスト液タンク１４に接続されている。
【００１６】
また、ノズル１１は、図に示すようにＬ字状に構成されたＺ駆動機構１５の先端にホルダ１７を介して保持されている。Ｚ駆動機構１５の基端部は、Ｙ方向移動機構１６によって保持されている。図２に示すように、このＹ駆動機構１６は、Ｙ方向に沿って前記カップ１の外側にまで延出されたＹレール２０を有し、前記ノズル１１を前記ウエハＷとノズル待機部２１との間で移動できるようになっている。このノズル待機部２１は、ノズル１１を収納できるように構成されていると共に、このノズル１１の先端部を洗浄できるように構成されている。
【００１７】
また、前記スピンチャック１０の周囲には、ウエハＷが回転駆動されている最中に飛散する余分なレジスト液を受けるカップ２４が設けられており、飛散したレジスト液は図示しないドレイン管から強制排出されるようになっている。
【００１８】
また、図１に示すように、前記スピンチャック１０に保持されたウエハＷと前記カップ２４の内周面との隙間には、この発明の要部である気流制御板２５が配置されている。この気流制御板２５は、ウエハＷと対向する側を前記ウエハＷと略同じ高さに配置され、外周部に向かって次第に増加する傾斜率で下方向に落ち込むように曲成されている。そして、この気流制御板２５は、外周部を前記カップ２４の内周面に固定させることでこのカップ１内で保持されている。
【００１９】
また、この気流制御板２５は、図２に示すように、前記ウエハＷの周囲を囲むようにドーナツ状に形成され、かつ、周方向に沿って所定の間隔で複数の排気孔２７が形成されている。なお、この図は、便宜上、前記カップ２４の上部を切断した状態で示している。
【００２０】
また、図３は、ウエハＷの外縁部と前記気流制御板２５の関係を拡大して示す縦断面図である。この気流制御板２５とウエハＷとの隙間ｔ１は気流を乱さないように近接して設けられ、例えば１ｍｍ〜２ｍｍに保持されている。また、ウエハＷの外縁部と前記排気孔２７までの距離ｔ２はウエハ外縁部の気流が他の表面部と比較して特殊な形状とならないように、例えば１０ｍｍ以上と前記隙間ｔ１と比較して大きく離されて設けられている。このことで、ウエハＷの表面に沿って流れる気流は、前記気流制御板２５の表面に連続的に流通し、前記ウエハＷの外縁部から離れた位置に設けられた排気孔２７から下方向に流通する。
【００２１】
また、図１に示すように、前記カップ２４の底部には、カップ内雰囲気の排気を行うための排気管３０が設けられている。この排気管３０は、制御弁３１を介してポンプ３２に接続され、このポンプ３２を作動させることで強制排気を行うようにしている。このことで、カップ２４内が負圧となるから、クリーンルーム内のダウンフローＤが前記カップ２４の上方からこのカップ２４内に引き込まれるようになっている。そして、このダウンフローＤは、上述したように、前記気流制御板２５の排気孔２７を通ってカップ２４の底部に導入され、前記排気管３０を通して外部に排気されるようになっている。
【００２２】
このような構成によれば、前記ウエハＷの外縁部で生じていた特殊な気流状態を解消することが可能である。即ち、本発明の発明者らは、被処理基板の外縁部で膜厚が跳ね上がるのは、処理基板の外縁部では特有な気流が生じることに一因があると考えた。
【００２３】
図８は、カップ１内で回転するウエハＷと、ウエハＷ付近の気流の状態を示した従来装置の平面図である。ウエハＷをスピンチャック２上に保持し、図に矢印αで示す方向に回転させると、カップ１の上方（紙面手前）から導入されたダウンフローは、ウエハＷの上面に衝突することで、紙面に対して略平行な方向βの気流に変換される。そして、ウエハＷの回転に伴う回転遠心力によって渦巻き状に拡散してウエハＷの外縁部４に案内される。そして、このウエハＷの外縁部４とカップ１の内周面との間の隙間３からカップ１の底部に導かれる。
【００２４】
図９は、図８のウエハＷの外縁部４付近の気流状態を示す縦断拡大図である。上記のような気流の流れが生じる場合、ウエハＷの外縁部４では、ウエハＷの表面全域に供給されたダウンフローの全てが合流し、かつ絞られて通過する。この図から分かるように、ウエハＷの外縁部４の気流は、ウエハＷの他の表面部と異なる特有な流れとなる。
【００２５】
発明者らは、このウエハＷの外縁部４の特有な気流状態がレジスト膜厚の跳ね上がりを引き起こすと考え、この特有の気流の流れを解消することで、膜厚の均一化が図れると考えるに至り、上記のように装置を構成した。
【００２６】
図４は、この構成により直径３００ｍｍのウエハＷに対してレジスト液の塗布を行った場合の膜厚分布の測定結果を示すチャートである。同じチャートに重ねて記入した従来構成による膜厚分布と比較すると、ウエハＷの外縁部（チャートの両端部）における膜厚の跳ね上がりを、従来の２０オングストロームから５オングストロームに低減できることが理解される。
【００２７】
したがって、近年の半導体回路の微細化及び高精細化の要求に十分に応えることができる処理装置を得ることができる効果がある。
【００２８】
なお、この処理装置は、図５〜図７に示す塗布現像処理システムに適用されることが好ましい。
【００２９】
図５に示すように、この塗布現像処理システムは、ウエハＷが収容されたカセットＣＲからウエハＷを順次取り出すカセット部６０と、カセット部６０によって取り出されたウエハＷに対しレジスト液塗布及び現像のプロセス処理を行なうプロセス処理部６１と、レジスト液が塗布されたウエハＷを図示しない露光装置に受け渡すインタフェース部６２とを備えている。
【００３０】
前記カセット部６０には、カセットＣＲを位置決め保持するための４つの突起部７０ａと、この突起部７０ａによって保持されたカセット内からウエハＷを取り出す第１のサブアーム機構７１とが設けられている。このサブアーム機構７１は、ウエハＷを取り出したならば、θ方向に回転して向きを変え、このウエハＷを前記プロセス処理部６１に設けられたメインアーム機構７２に受け渡すことができるようになっている。
【００３１】
カセット部６０とプロセス処理部６１間でのウエハＷの受け渡しは第３の処理ユニット群Ｇ３を介して行われる。この第３の処理ユニット群Ｇ３は、図７に示すように複数のプロセス処理ユニットを縦形に積み上げて構成したものである。すなわち、この処理ユニット群Ｇ３は、ウエハＷを冷却処理するクーリングユニット（ＣＯＬ）、ウエハＷに対するレジスト液の定着性を高める疎水化処理を行なうアドヒージョンユニット（ＡＤ）、ウエハＷの位置合わせをするアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷを待機させておくためのエクステンションユニット（ＥＸＴ）、レジスト塗布後のシンナー溶剤を乾燥させる２つのプリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）、及び露光処理後の加熱処理を行なうポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）及びポストエキスポージャーベークユニット（ＰＥＢ）を順次下から上へと積み上げて構成されている。
【００３２】
そして、前記ウエハＷのメインアーム機構７２への受け渡しは、前記エクステンションユニット（ＥＸＴ）及びアライメントユニット（ＡＬＩＭ）を介して行われる。
【００３３】
また、図５に示すように、このメインアーム機構７２の周囲には、前記第３の処理ユニット群Ｇ３を含む第１〜第５の処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ５がこのメインアーム機構７２を囲むように設けられている。前述した第３の処理ユニット群Ｇ３と同様に、他の処理ユニット群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ４，Ｇ５も各種の処理ユニットを上下方向に積み上げ的に構成されている。
【００３４】
前記第１、第２の処理ユニット群Ｇ１、Ｇ２には、現像処理装置（ＤＥＶ）及びこの実施形態のレジスト液塗布装置（ＣＯＴ）が設けられている。図６に示すように、この第１、第２の処理ユニット群Ｇ１，Ｇ２は、レジスト塗布装置（ＣＯＴ）と現像処理装置（ＤＥＶ）とを上下方向に積み上げ構成したものである。
【００３５】
一方、前記メインアーム機構７２は、図７に示すように、上下方向に延接された筒状のガイド７９と、ガイド７９に沿って上下駆動されるメインアーム７８を備えている。また、このメインアーム７８は平面方向に回転し、かつ進退駆動されるように構成されている。したがって、このメインアーム７８を、上下方向に駆動することで、ウエハＷを前記各処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ５の各処理ユニットに対して任意にアクセスさせることができるようになっている。
【００３６】
前記カセット部６０から第３の処理ユニット群Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してウエハＷを受け取ったメインアーム機構７２は、先ず、このウエハＷを第３の処理ユニット群Ｇ３のアドヒージョンユニット（ＡＤ）に搬入し、疎水化処理を行なう。ついで、アドヒージョンユニット（ＡＤ）からウエハＷを搬出し、クーリングユニット（ＣＯＬ）で冷却処理する。
【００３７】
冷却処理されたウエハＷは、前記メインアーム機構７２によって前記第１の処理ユニット群Ｇ１（若しくは第２の処理ユニット群Ｇ２）のレジスト液塗布装置（ＣＯＴ）に対向位置決めされ、搬入される。このレジスト液塗布装置（ＣＯＴ）によりレジスト液が塗布されたウエハＷは、メインアーム機構７２によってアンロードされ、第４の処理ユニット群Ｇ４を介して前記インタフェース部６２に受け渡される。
【００３８】
この第４の処理ユニット群Ｇ４は、図７に示すように、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（ＥＸＴ・ＣＯＬ）、イクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、２つのプリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）、及び２つのポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）を下から上へと順次積み上げて構成したものである。
【００３９】
前記レジスト液塗布装置（ＣＯＴ）から取り出されたウエハＷは、先ず、プリベーキングユニット（ＰＲＥＢＡＫＥ）に挿入され、レジスト液から溶剤（シンナー）を飛ばして乾燥される。
【００４０】
また、このポストベーキングユニットはレジスト液塗布装置（ＣＯＴ）と別に設置しても良いし、レジスト液塗布装置内に設置されていても良い。
【００４１】
次に、このウエハＷはクーリングユニット（ＣＯＬ）で冷却された後、エクステンションユニット（ＥＸＴ）を介して前記インタフェース部６２に設けられた第２のサブアーム機構６４に受け渡される。
【００４２】
ウエハＷを受け取った第２のサブアーム機構６４は、受け取ったウエハＷを順次カセットＣＲ内に収納する。このインターフェース部は、前記ウエハＷをカセットＣＲに収納した状態で図示しない露光装置に受け渡し、露光処理後のウエハＷが収納されたカセットＣＲを受け取る。
【００４３】
露光処理された後のウエハＷは、前記とは逆に第４の処理ユニット群Ｇ４を介してメインアーム機構７２に受け渡され、このメインアーム機構７２は、この露光後のウエハＷを必要であればポストベーキングユニット（ＰＯＢＡＫＥ）に挿入した後、この実施形態の現像装置（ＤＥＶ）に挿入し現像処理を行なわせる。現像処理後のウエハＷは、いずれかのベーキングユニットに搬送され、加熱乾燥した後、この第３の処理ユニット群Ｇ３のエクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセット部６０に排出される。
【００４４】
なお、前記第５の処理ユニット群Ｇ５は、選択的に設けられるもので、この例では前記第４の処理ユニット群Ｇ４と同様に構成されている。また、この第５の処理ユニット群Ｇ５はレール６５によって移動可能に保持され、前記メインアーム機構７２及び前記第１〜第４の処理ユニット群Ｇ１〜Ｇ４に対するメンテナンス処理を容易に行ない得るようになっている。
【００４５】
この発明の塗布膜除去装置を、図５〜図７に示した塗布現像ユニットに適用した場合、複数のウエハの並行処理が容易に行なえるから、ウエハＷの塗布現像処理工程を非常に効率的に行なうことができる。また、各処理ユニットが上下に積上げ式に構成されているから装置の設置面積を著しく減少させることができる。
【００４６】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００４７】
この実施形態では、気流制御板１２５を図１０に示すような構成としたものである。
【００４８】
この気流制御板１２５では、ウエハＷの外周方向１２６の断面形状がウエハＷの外周１２７から離れるに従って下方１２８に向けて厚みｔ３が増加するようになっている。例えば、気流制御板１２５の断面形状は、３角形とされ、３角形の気流制御板１２５のウエハＷ近傍の頂部１２９の内角θは、ほぼ１８°〜ほぼ３５°、より好ましくは２０°とされている。
【００４９】
気流制御板１２５の表面１３０とウエハＷの表面とは、ほぼ同一の高さとされているが、気流制御板１２５の表面１３０をウエハＷの表面より若干ｔ４、例えばほぼ０．５ｍｍ〜ほぼ１．０ｍｍ程度高くした方が好ましい。これにより、ウエハＷの外周１２７と気流制御板１２５との間には所定の隙間が設けられている。また、ウエハＷの外周１２７から外側に流れる気体１３１を気流制御板１２５の表面１３０上を通過させ、ウエハＷの外周１２７から外側に流れる液体１３２を気流制御板１２５の裏面１３３上を通過させることができる。即ち、本発明に係る気流制御板１２５は気液分離板として機能させることができる。
【００５０】
この気流制御板１２５の複数の通孔１２５ｃは、図１１に示すように、ウエハＷの外周１２７から所定寸法離間して設けられ、所定の間隔で設けられ、それぞれが気流制御板１２５の裏面１３３（下部）まで貫通している。なお、図１２に示すように、通孔１２６ａを、ウエハＷの外周１２７から所定寸法離間して設けたリング状のスリットとしてもよい。図１２中１２６ｂは、スリット状の通孔１２６ａにより内外に２分割された気流制御板１２５ａ、１２５ｂとを連通させる連通部材である。
【００５１】
本実施形態では、特に気流制御板１２５の通孔１２５ｃを通過する気流１４０が気流制御板１２５の裏面１３３側を通過する気流１４１を巻き込み、気流１４１が下方に向けて流れるようになり、排気管３０（図１参照）から排気されることになる。これにより、気流制御板１２５の裏面１３３側の空間を舞うミストを効果的に除去することができる。
【００５２】
本発明の更に他の実施形態として、図１３に示すように、気流制御板２５を回転駆動する回転駆動部２０１を更に設け、制御部２０２の制御のもとで、図１４に示すように、回転駆動部２０１がウエハＷの回転と同期して（同一方向且つ同一速度）気流制御板２５を回転させるようにしている。これにより、ウエハＷの外周の塗布ムラが更に少なくなり、レジスト液を塗布する際のウエハＷの回転速度を遅くできるようになり、例えばレジスト液の種類（特にレジスト液の粘度）の選択の幅が広がることになる。
【００５３】
なお、この実施形態は、このような塗布現像ユニット以外の装置にも適用可能であることはもちろんである。また、上記一実施形態は、その他発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
【００５４】
例えば、上記一実施形態は、半導体ウエハにレジスト液を塗布するレジスト液塗布装置を例にとって説明したが、半導体ウエハに限定されるものではなく、ＬＣＤ製造に用いる矩形状のガラス基板にレジスト液を塗布する装置であってもよい。また、レジスト液ばかりでなく、例えば現像液を基板に供給する基板処理装置にも本発明を適用できる。これにより、特にミストを効果的に低減させることができる。
【００５５】
さらに、前記一実施形態では、基板を回転させるものであったが、基板を回転させるものでなくても良い。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、以上説明したように、この発明によれば、被処理基板の外縁部に生じていた塗布膜の跳ね上がりを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレジスト液塗布装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示したレジスト液塗布装置の平面図である。
【図３】一実施形態に係るウエハＷの外縁部と気流制御板とを拡大して示す縦断面図である。
【図４】一実施形態に係る３００ｍｍウエハについて膜厚の跳ね上がりを検証した結果を示すチャートである。
【図５】本発明に係るレジスト液塗布装置を適用した塗布現像処理装置の平面図である。
【図６】図５に示した塗布現像処理装置の側面図である。
【図７】図５に示した塗布現像処理装置における機能を説明するための正面図である。
【図８】従来のレジスト液塗布装置を示す平面図である。
【図９】従来のレジスト液塗布装置におけるウエハ外縁部における気流の状態示す模式図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るレジスト液塗布装置の拡大断面図である。
【図１１】図１０に示したレジスト液塗布装置の平面図である。
【図１２】図１０及び図１１に示したレジスト液塗布装置の変形例を示す平面図である。
【図１３】本発明の更に他の実施形態に係るレジスト液塗布装置の側面図である。
【図１４】図１３に示したレジスト液塗布装置の説明図である。
【符号の説明】
Ｗ…ウエハ（被処理基板）
Ｄ…ダウンフロー
Ｇ１〜Ｇ５…第１〜第５の処理ユニット群
１…カップ（容器）
２…スピンチャック（基板保持機構）
３…隙間
４…外縁部
１０…スピンチャック
１１…供給ノズル
１２…供給管
１３…制御弁
１４…レジスト液タンク
１５…Ｚ駆動機構
１６…Ｙ方向移動機構
１７…ホルダ
２０…Ｙレール
２１…ノズル待機部
２４…カップ
２５…気流制御板
２７…排気孔
３０…排気管
３１…制御弁
３２…ポンプ
６０…カセット部
６１…プロセス処理部
６２…インタフェース部
６４…第２のサブアーム機構
６５…レール
７０ａ…突起部
７１…第１のサブアーム機構
７２…メインアーム機構
７８…メインアーム
７９…ガイド

Claims

第１の面と第２の面を有する基板を処理する基板処理装置において、
前記基板の第１の面を保持して回転させる保持・回転部と、
前記基板の第２の面に液を供給する液供給部と、
前記保持・回転部を収容し、底部から排気を行うことで、前記基板周辺の雰囲気を強制排気する容器と、
前記保持されて回転される基板の外周を囲うように、かつ、前記容器の内周面に外周部が固定されるように配置され、前記第２の面とほぼ同一の高さの第３の面を有し、該第３の面には通孔が設けられた気流制御板と
を具備し、
前記気流制御板の、前記保持されて回転される基板の外周方向の断面形状は、基板の外周から離れるに従って下方に向けて厚みが増加するように形成され、
前記通孔は、前記基板の外周から所定寸法離間して、前記気流制御板に所定の間隔で設けられるとともに当該気流制御板の外周側に設けられ、前記気流制御板の下部まで貫通する複数の孔であることを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記第３の面は、前記第２の面よりも高い位置にあることを特徴とする基板処理装置。
請求項２に記載の基板処理装置において、
前記第３の面と前記第２の面との高さの差が、ほぼ０．５ｍｍ〜ほぼ１．０ｍｍであることを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記保持されて回転される基板の外周と前記気流制御板との間には所定の隙間が設けられていることを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記断面形状は、３角形であることを特徴とする基板処理装置。
請求項５に記載の基板処理装置において、
前記断面形状が３角形の前記気流制御板の基板近傍の頂部の内角は、ほぼ１８°〜ほぼ３５°であることを特徴とする基板処理装置。