JPH04369210A - 半導体ウエハ用回転塗布装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のウエハプロ
セスにおいてウエハの表面にフォトレジスト液等の液状
物を回転塗布ないしスピンコートするための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を製造する際のウエハプロセ
ス中には周知のように半導体ウエハの表面にフォトレジ
スト膜等の薄膜を塗布する工程が含まれており、この工
程では塗布膜厚をふつうは数μｍ以下の所望値に管理し
、かつ面内の膜厚分布を均一化する必要がある。このた
めには、高速回転状態のウエハに対しフォトレジスト液
等の液状物を滴下等の手段により若干余分に与えて、余
剰分を遠心力を利用してウエハの周縁から振り切ってし
まう回転塗布法ないしスピンコート法を利用するのが通
例である。以下、よく知られていることではあるが、図
３を参照してこの回転塗布の要領を簡単に説明する。

【０００３】図３において、回転機構１０の一種の吸着
パッドである小径の回転台１１の上面にウエハ１を真空
吸着等の手段で保持した状態で、駆動機構１２によりそ
の直径等に応じたふつうは２０００〜５０００ｒ．ｐ．
ｍ．の速度で高速回転させる。フォトレジスト液等の液
状物２を回転塗布するには、その粘度を所望の塗布膜厚
に応じてあらかじめ調整して置いた上で、例えば図のよ
うにスポイドのノズル３からウエハ１の中央の部分に適
宜な量，　例えば２〜３滴だけ滴下させることでよく、
この際に余分に与えられた余剰液状物２ａが図のように
ウエハ１の周縁から振り切られて液状物２がウエハ１の
表面を均一に覆い、かつこの回転中にその溶剤が揮発し
て流動性が急速に低下するので、あらかじめ設定して置
いた時間後に回転機構１０を自動停止させてウエハ１を
取り出せばよい。

【０００４】なお、この回転塗布中に余剰液状物２ａが
ウエハ１の周縁からかなり高速で振り切られるので、周
囲への飛散防止のために適宜なカバー２０や受け皿によ
りこれを受け、かつ飛沫が回転機構１０に侵入しないよ
うに図のように駆動機構１２の軸受部を別のカバー２１
により保護するのがふつうである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように液状体を
ウエハに回転塗布することにより、従来から充分な塗布
膜厚のウエハごとの再現性とウエハ面内の均一性が得ら
れているが、半導体装置の高集積化が進んでそのパター
ンが益々微細化されて来るにつれて、回転塗布時にウエ
ハの周縁から振り切られた液状物の飛沫やミストがウエ
ハ面に再付着して塗布膜に小欠陥が発生する点が問題に
なって来た。

【０００６】これは、図３のようにウエハ１の周縁から
振り切られた余剰液状物２ａが高速で飛散中に若干はミ
スト化するほか、主にはカバー２０により受けた際に図
のように激しく跳ね返ってその飛沫２ｂやミストが発生
して、これらが回転塗布されて急速に流動性が低下しつ
つある液状物の塗布膜に再付着してその表面に微細な凹
凸を発生させるためである。

【０００７】塗布膜が例えばフォトレジスト膜であると
き、その表面にかかる微細な凹凸があってもフォトプロ
セスのパターンが数μｍルール以上の場合はほとんど問
題はないが、１μｍないしサブミクロンルールの微細パ
ターンの場合は凹凸によってパターンが乱れ、パターン
間の短絡やパターン自身の切断等による半導体装置の歩
留まり低下が発生しやすくなる。

【０００８】この対策として、余剰液状物２ａが衝突す
るカバー２０を受け皿状にして衝突面をより斜めにした
り、ウエハ１とカバー２０の間隔を広げたりすることに
より飛沫２ｂの再付着は若干は軽減できるものの余剰液
状物２ａのミスト化は全く防止できず、ミストが発生す
るとその微細粒子の帯電によってウエハ１に付きまとい
ないしは静電的に吸引されやすいので問題のごく一部し
か解決されない。

【０００９】本発明はかかる問題点の解決のため、ウエ
ハに液状物を回転塗布する際の飛沫やミストの塗布面に
対する再付着を有効に防止することができる回転塗布装
置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的は本発明によれ
ば、環状に形成された多翼形の回転羽根体をウエハを外
側から取り囲んでそれと同心に設け、液状物の回転塗布
時にウエハの周縁から振り切られた余剰液状物をその羽
根で受け、かつウエハ周辺の空気を回転羽根体の内周側
から外周側に付勢して外方に排出することにより達成さ
れる。

【００１１】上記構成にいう回転羽根体はウエハと同方
向に回転させるのがその羽根に余剰液状物を受ける際の
跳ね返りを減少させる上で有利であり、かつその羽根の
翼形をウエハの周縁から振り切られた余剰液状物をほぼ
接線方向に受けるように形成するのが望ましい。また、
回転羽根体をその回転速度がウエハの周縁の回転速度に
ほぼ比例するようウエハの回転機構と連動させて駆動す
るのがよく、さらにはこれを上面吸い込み形に形成する
のが有利である。

【００１２】

【作用】本発明は、前項の構成にいうよう液状物を回転
塗布すべきウエハを環状に取り囲んでかつそれと同心に
多翼形の回転羽根体を設けて、その羽根にウエハの周縁
から振り切られた余剰液状分を回転状態で受けることに
より跳ね返りを緩和して飛沫やミストの発生を減少させ
、かつ回転羽根体によりその内周側から外周側に向かう
空気の流れを作って飛散や跳ね返りによる余剰液状物の
ミストをウエハの周辺からこの流れに乗せて排除するこ
とによって、余剰液状物の飛沫やミストの塗布膜への再
付着を減少させることに成功したものである。

【００１３】

【実施例】以下、図を参照しながら本発明の実施例を説
明する。図１は本発明の回転塗布装置の縦断面図および
一部断面上面図であり、図２はその回転羽根体３０の羽
根３１の翼形の好ましい態様の説明図である。

【００１４】図１（ａ）　の縦断面図に示すように、本
発明においてもウエハ１を回転機構１０の回転台１１の
上面に真空吸着等の手段で保持した状態で駆動機構１２
によって例えば図１（ｂ）　に矢印Ｒ１で示す方向に高
速で回転させる。 本発明による回転羽根体３０は図１（ｂ）　に示すよう
このウエハ１を外側から同心に取り囲む環状体に形成さ
れ、その周方向に比較的密に配列された複数個の羽根３
１を図１（ａ）　に示すように下板３２と上板３２との
間に支承した多翼形のシロッコファン状構造とされる。

【００１５】この実施例では、回転羽根体３０の下板３
３の中央部におおむね筒状に形成されたプーリ体３４を
取り付けて、その内周面を軸受け３５を介して回転台１
１の首部に回転自在に支承し、かつその外周面に切った
溝に嵌まる図１（ａ）　では断面で示されたベルト３６
により回転羽根体３０を所望の回転速度で駆動できるよ
うになっている。この回転羽根体３０は、その材料に軽
量化のためにプラスチックやアルミを用いるのがよく、
かつ図１（ａ）　のようにその上板３３の開口部から空
気Ａを吸い込む上面吸い込み形とするのが有利である。

【００１６】図１（ａ）　のように高速回転中のウエハ
１上に液状体２を滴下した時、周縁から余剰液状体２ａ
が図１（ｂ）　のようにその接線方向に高速で振り切ら
れるが、本発明ではこの余剰液状体２ａを回転羽根体３
０の羽根３１によって受けるようにする。この際に余剰
液状体２ａの羽根３１への衝突速度をできるだけ低めて
跳ね返りを緩和するには、容易にわかるように羽根３１
の回転速度が余剰液状体２ａの飛散方向と同方向の分力
を持つよう、回転羽根体３０の回転方向Ｒ３を図１（ｂ
）　に示すとおりウエハ１の回転Ｒ１と同方向にするの
が有利である。

【００１７】回転羽根体３０のかかる回転に伴って、図
１（ａ）　のように上面から吸い込まれた空気Ａは羽根
３１によりその内周側から外周側に向けて付勢されるが
、その流れを案内しかつ余剰液状体２ａを受けるため回
転羽根体３０を取り囲むよう従来と同様な筒状のカバー
２０を設ける。 また、このカバー２０の上部開口に空気Ａの取り入れ口
を若干絞りかつウエハ１の周縁部の上側に空気Ａの径方
向の強い流れを作るよう図のような形状の蓋２２を配設
するのがよい。これにより、空気Ａは図示のようにウエ
ハ１の周縁部の上側から羽根３１の相互間をやや下向き
の径方向に流れた後、下板３２とカバー２０の間を経て
この実施例では下方に排出される。なお、このように排
出される空気Ａは余剰液状物２ａの飛沫やミストを含む
ので、これから前述の軸受け３５やベルト３６や駆動機
構１２の軸受け部を守る保護筒２３を例えば図のように
配設して置くのが望ましい。

【００１８】ついで、図２を参照して本発明の実施上有
利な回転羽根体３０の羽根３１の翼形について説明する
。この図の図１と同じ部分には同じ符号が付されている
。いま、ウエハ１の周縁から接線方向に振り切られる余
剰液状物２ａの速度と方向を図示のベクトルＶ１とし、
これを受ける羽根３１のある１点Ｐのウエハ１の中心Ｏ
に対する周方向速度を図のベクトルＶ３とすると、回転
中の羽根３１が余剰液状物２ａを実際に受ける相対的な
方向と速度は上述の速度ベクトルＶ１とＶ２から図示の
ベクトルＶで表されるから、羽根３１をこの速度ベクト
ルＶに接する翼形にすれば余剰液状物２ａの跳ね返りを
最低に抑えることができる。

【００１９】また、点Ｐにおける回転速度Ｖ３の大きさ
はウエハ１の中心からの半径ＯＰに比例するから、点Ｐ
が羽根３１の外径側になるに従い回転速度Ｖ３の大きさ
が増加して、ベクトル図からわかるようにベクトルＶ３
の半径ＯＰに対してなす角度θも増加することになる。 従って、羽根３１はその凸面３１ａ側に余剰液状物２ａ
を受けるよう図のようにやや曲がった翼形に形成するの
が有利である。なお、羽根３１上のある点Ｐで受けた余
剰液状物２ａは遠心力によりその凸面３１ａに沿い外径
端３１ｂに伝わった後に図のＴの方向に振り切られるが
、図のようにカバー２０に対して斜め方向から当たるの
で、本発明ではカバー２０による余剰液状物２ａの跳ね
返りの方も軽減することができる。

【００２０】以上のように構成された図１の実施例の回
転塗布装置では、蓋２２を操作棒２２ａを介して図のＭ
の方向に操作できるようにされ、回転羽根体３０の上か
らこの蓋２２をまず取り除いた状態でウエハ１を回転台
１１の上に装荷して真空吸着させ、次に蓋２２を図のよ
うに被せた状態で駆動機構１２を付勢してウエハ１を高
速回転させ、同時に回転羽根体３０をベルト３６を介し
て所定の速度で回転駆動する。この実施例では羽根３１
が図２の翼形に形成されているので、回転羽根体３０の
この回転速度はウエハ１の周縁の回転速度にほぼ比例す
るように設定され、あるいは回転機構１０の回転駆動速
度と連動される。

【００２１】液状物２の回転塗布は従来と全く同様に例
えば２〜３滴これをウエハ１に滴下した後に、あらかじ
め設定された所定時間後に回転機構１０と回転羽根体３
０を自動停止させることでよい。この回転塗布中にウエ
ハ１の周縁から振り切られる余剰液状物２ａは回転羽根
体３０の羽根３１により図２の要領で受けられるので、
羽根３１による余剰液状物２ａの跳ね返りが緩和されて
その飛沫やミストの発生が減少する。また、ウエハ１か
ら振り切られた直後の余剰液状物２ａからミストが発生
しても、回転羽根体３０によって作られる内周側から外
周側に向かう空気Ａの流れに乗ってウエハ１の周辺領域
から速やかに排除されるので、塗布膜上への余剰液状物
２ａの飛沫やミストの再付着が従来より大幅に減少する
。

【００２２】この回転塗布後は、蓋２２を回転羽根体３
０の上側から移動させた上でウエハ１を回転台１１から
取り出すことでよい。なお、回転塗布装置の長期使用後
にカバー２０や回転羽根体３０に付着した余剰液状体２
ａの除去に便利なよう、例えばカバー２０を操作棒２０
ａを介して図のＭで示す上下方向に移動可能にして置く
のがよい。

【００２３】以上説明した実施例に限らず本発明は種々
の態様で実施をすることができる。例えば、実施例では
回転羽根体３０を回転機構１０の回転台１１の方に支承
するようにしたが、駆動機構１２の方ないしは装置の固
定部に支承させるようにし、回転台１１と回転羽根体３
０の相対的位置を図１（ａ）　の上下方向に調整可能に
して回転台１１の上面より回転羽根体３０の上板３３の
位置を下げ得るようにすれば、ウエハ１の自動装入と取
り出しの自動化を容易にすることができる。実施例中の
回転羽根体３０やカバー２０等の関連部分の具体構造も
あくまで例示であって、必要ないしは場合に応じて本発
明をその要旨内で適宜な態様で実施することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のとおり本発明による回転塗布装置
では、液状物を回転塗布すべきウエハを外側から取り囲
んで環状に形成した多翼形の回転羽根体をそれと同心に
設け、その羽根により回転塗布中にウエハの周縁から振
り切られる余剰液状物を受け、かつウエハ周辺の空気を
その内周側から外周側に付勢して外方に向けて排出する
ことによって、次の効果を得ることができる。

【００２５】（ａ）　回転塗布中にウエハの周縁から振
り切られた余剰液状物を周囲を取り囲む回転状態の回転
羽根体の羽根で受けるので、余剰液状物の跳ね返りが緩
和されてその飛沫の発生が大幅に減少して塗布膜への再
付着が防止される。

【００２６】（ｂ）　余剰液状物のミストがウエハの周
辺から回転羽根体により作られた内周側から外周側に向
かう空気の流れに乗せて速やかに排除されるので、余剰
液状物のミストの塗布膜への再付着が防止される。

【００２７】本発明の回転塗布装置を用いてウエハ面に
回転塗布されたフォトレジスト膜は非常に平坦で局部的
凹凸が少なく、顕微鏡観察によっても液状物の飛沫やミ
ストの再付着はほとんど皆無で、フォトプロセス後のパ
ターン不整も非常に少ない。本発明装置はサブミクロン
ルールの微細化パターンをもつ集積回路装置の製造にと
くに適し、その高集積化を容易にしかつ製造歩留まりを
向上する効果を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転塗布装置の実施例を示し、同図（
ａ）　はその縦断面図、同図（ｂ）　は一部断面上面図
である。

【図２】本発明に用いる回転羽根体の羽根の有利な翼形
を説明する図１（ｂ）に対応する装置内の要部拡大上面
図である。

【図３】従来の回転塗布装置の概要を示すその縦断面図
である。

【符号の説明】

１　　　　　　ウエハ ２　　　　　　回転塗布すべき液状物 ２ａ　　　　　　ウエハの周縁から振り切られる余剰液
状物２ｂ　　　　　　余剰液状物の飛沫 １０　　　　　　ウエハ用回転機構 １１　　　　　　ウエハ用回転台 ３０　　　　　　回転羽根体 ３１　　　　　　羽根 Ａ　　　　　　空気ないしはその流れ Ｒ１　　　　　　ウエハの回転方向

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハに対して液状物を高速回転状
   態において余剰分をその周縁から振り切りながら塗布す
   る装置であって、環状に形成された多翼形の回転羽根体
   をウエハを外側から取り囲んでそれと同心に設け、ウエ
   ハの周縁から振り切られた余剰液状物を回転羽根体の羽
   根に受けかつウエハ周辺の空気をその内周側から外周側
   に付勢して外方に向けて排出するようにしたことを特徴
   とする半導体ウエハ用回転塗布装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の装置において、回転羽根
   体をウエハと同方向に回転させることを特徴とする半導
   体ウエハ用回転塗布装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の装置において、回転羽根
   体の羽根がウエハの周縁から振り切られた余剰液状物を
   ほぼ接線方向に受ける翼形に形成されたことを特徴とす
   る半導体ウエハ用回転塗布装置。