WO2004059709A1

WO2004059709A1 - 塗布処理装置および塗布膜形成方法

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Publication number: WO2004059709A1
Application number: PCT/JP2003/016154
Authority: WO
Inventors: Hideo Shite
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2004-07-15
Also published as: US7575634B2; US7790227B2; US20060068093A1; CN100380584C; AU2003289383A1; JP4318913B2; EP1577930A1; CN1732555A; US20090258139A1; JP2004207573A; KR100954901B1; KR20050086941A; EP1577930A4

Abstract

レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）は、レジスト液が供給されるウエハを保持するスピンチャック（４１）と、スピンチャック（４１）を収容し、ウエハＷの周囲の雰囲気を底部から排気する処理カップ（５０）とを具備する。処理カップ（５０）は、外周壁（６１ａ）を有する第１カップ（５１）と、第１カップ（５１）の内側においてウエハＷに近接してウエハＷを囲うように配置された気流制御部材（５２）を有する。気流制御部材（５２）は断面略三角形で上に凸である上リング部材（６２ａ）と断面略三角形で下に凸である下リング部材（６２ｂ）から構成された断面略四角形の形状を有し、外周壁（６１ａ）と気流制御部材（５２）との間に実質的にウエハＷの周囲の雰囲気を排気するための排気流路（５５）を形成する。

Description

明細書塗布処理装置および塗布膜形成方法 [技術分野]

本発明は、被処理基板に塗布液を塗布して塗布膜を形成する塗布処理装置および塗布膜形成方法に関する。

[背景技術]

例えば、半導体デバイスの製造工程においては、フォトリソグラフィ一技術を用いて、半導体ウェハに所定の回路パターンを形成している。このフォトリソグラフィ一工程においては、ウェハにレジスト膜を形成し、このレジスト膜を所定のパターンで露光し、露光処理されたウェハを現像処理することによって、回路パターンが形成される。

ここで、ウェハにレジスト膜を形成する方法としては、略水平姿勢で保持されたウェハの中心部に所定量のレジスト液を供給した後に、ゥェハを高速回転させることによってレジスト液をウェハ全体に拡げる、所謂、スピンコート法が広く用いられている。

このようなスピンコート法による成膜を行う装置として、例えば、特開 2 0 0 1— 1 8 9 2 6 6号公報には、ウェハの周囲を囲うように配置され、底部から強制的に排気を行うことによってウェハの周囲の雰囲気を強制的に排気する処理カップと、この処理カップの内側においてゥェハの外周を囲うように配置され、ウェハ付近に生ずる気流を制御する気流制御板と、を有する塗布処理装置が開示されている。

しかし、この塗布処理装置においては、排気流路の雰囲気採取口がゥェハの端面の近傍に位置しているために、排気流路に流れ込む気流によつてウェハ周縁部でのレジスト液の乾燥が速くなる。これにより、ゥェハの中心から周縁に向かって流れるレジスト液はウェハの周縁で堆積しやすくなるために、レジスト膜の厚さはウェハの周縁部の方が中央部よりも厚くなる。

近年、回路パターンの微細化と高集積化が進むにつれて形成すべきレジスト膜の厚さが薄くなつてきており、このような僅かなレジスト膜の厚さの不均一が、歩留まりと製品の品質に大きな影響を与えるようになつてきている。

[発明の開示]

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、厚さ均一性に優れた塗布膜の形成を可能とする塗布処理装置および塗布膜形成方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明の第 1の観点によれば、被処理基板に塗布膜を形成する塗布処理装置であって、

被処理基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、

前記保持機構に保持された被処理基板の表面に所定の塗布液を供給する塗布液供給機構と、

前記保持機構に保持された被処理基板を回転させる回転機構と、前記被処理基板に近接して前記被処理基板の外周を囲うように配置され、その鉛直断面形状が内側から外側に向かうにしたがって上方に向けて厚みが増加している気流制御部材と、

を具備する塗布処理装置、が提供される。

本発明の第 2の観点によれば、被処理基板に塗布膜を形成する塗布処理装置であって、

被処理基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、

前記保持機構に保持された被処理基板の表面に所定の塗布液を供給する塗布液供給機構と、前記保持機構に保持された被処理基板を回転させる回転機構と、前記保持機構を収容し、前記被処理基板の周囲の雰囲気を底部から排気可能な処理容器と、

を具備し、

前記処理容器は、

前記被処理基板の外側を囲う外周壁部を有する第 1カップと、断面略三角形で上に凸である上リング部と断面略三角形で下に凸である下リング部とから構成された断面略四角形の形状を有し、前記被処理基板の端面に近接して前記被処理基板の外周を囲うように記第 1カップの内側に配置された気流制御部材と、

を有し、

前記気流制御部材と前記第 1カップの外周壁部との間に実質的に前記被処理基板の周囲の雰囲気を排気するための排気流路が形成され、前記上リング部の頂点と前記外周壁部の上端との間が前記排気流路の雰囲気採取口となっている塗布処理装置、が提供される。

この第 2の観点に係る塗布処理装置において、気流制御部材における上リング部の内側の底角は 2 4度以上 3 4度以下であることが好ましく、上リング部の高さは 1 O mm以上 1 8 mm以下がであることが好ましく、また、気流制御部材における下リング部の内側の底角は 2 5度以上 3 5 度以下であることが好ましい。上リング部と下リング部は一体であることが好ましい。

第 1カップの外周壁部は、筒状の鉛直壁部およびこの鉛直壁部の上端に連設されて内側上方に傾倒した傾斜壁部とを有していることが好ましく、この傾斜壁部と気流制御部材の上リング部の外側斜面とは略平行であることが好ましい。また、第 1カップの外周壁部を構成する傾斜壁部の上端部内側には、排気流路に流れ込んだ気流の逆流を抑制するための突起部を設けることが好ましい。

処理容器は、被処理基板の下側から斜め下に外方に向けて拡がる傾斜壁部を備えた第 2カップをさらに具備し、実質的に被処理基板から振り切られる塗布液を下方に向けて排出する排液流路が気流制御部材と第 2 カップの傾斜壁部との間に形成され、気流制御部材と被処理基板との間の間隙部が排液流路における排液採取口となっている構成を有していることが好ましい。さらに、この第 2カップは傾斜壁部の下端から下方に伸びる筒状の鉛直壁部を有し、排気流路と排液流路とが第 1カップの外周壁部と第 2カップの鉛直壁部との間に形成される間隙部で合流し、処理容器の底部から排気および排液が行われる構成となっていることが好ましい。

被処理基板から振り切られた塗布液が実質的に下リング部の内側の傾斜面に衝突することによって排液流路に導かれるように、また、被処理基板の周縁近傍を流れる気流が実質的に上リング部の内側の傾斜面に沿つて上昇した後に雰囲気採取口から排気流路に流れ込むように、上リング部の内側の角と下リング部の内側の角とが合わされた頂点が被処理基板の表面よりも高い位置にあるように気流制御部材を配置することが好ましい。

本発明の第 3の観点によれば、被処理基板に塗布膜を形成する塗布処理装置であって、

被処理基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、

前記保持機構に保持された被処理基板を回転させる回転機構と、前記保持機構を収容し、前記被処理基板の周囲の雰囲気を底部から排気可能な処理容器と、を具備し、

前記処理容器は、

前記被処理基板の外側を囲う外周壁部を有する第 1力ップと、鉛直断面略三角形で上に凸である上リング部と、前記上リング部の内側頂点から外側下方に所定長さ傾斜する第 1傾斜部および前記第 1傾斜部の下端から水平方向に外方に延在する水平面部ならびに前記水平面部から外側下方に傾斜する第 2傾斜部とを有する下リング部とから構成され、前記被処理基板の端面に近接して前記被処理基板の外周を囲うように記第 1カップの内側に配置された気流制御部材と、

を有し、

この第 3の観点に係る塗布処理装置においては、気流制御部材以外の構成は、第 2の観点に係る塗布処理装置と同じとすることができる。また第 3の観点に係る塗布処理装置に用いられている気流制御部材の上リング部は、第 2の観点に係る塗布処理装置に用いられている気流制御部材の上リング部と同じ構造とすることができる。

本発明によれば、上記塗布処理装置による塗布膜形成方法が提供される。すなわち、本発明の第 4の観点によれば、被処理基板を略水平姿勢で保持する工程と、

鉛直断面形状が内側から外側に向かうにしたがって上方に向けて厚みが増加している略リング状の気流制御部材が前記被処理基板の外周に近接し、かつ、前記被処理基板の外周を囲うように、前記被処理基板と前記気流制御部材の位置を相対的に調整する工程と、前記被処理基板の表面に所定の塗布液を供給し、前記被処理基板を回転させることによって前記塗布液を前記被処理基板全体に拡げて、前記被処理基板に塗布膜を形成する工程と、

を有する塗布膜形成方法、が提供される。

この塗布膜形成方法では、気流制御部材として断面略三角形で上に凸である上リング部と断面略三角形で下に凸である下リング部とから構成された断面略四角形のものを用い、被処理基板と気流制御部材の位置を調整する工程では、被処理基板および気流制御部材を、被処理基板の外側を囲う外周壁部を有し、その底部から排気が可能な処理容器の内部に収容し、また、被処理基板を回転させて塗布膜を形成する工程では、被処理基板の上側の雰囲気を気流制御部材と外周壁部との間から処理容器内に取り込むことが好ましい。さらに、被処理基板と気流制御部材の位置を調整する工程では、上リング部の内側の角と下リング部の内側の角とが合わされた頂点が被処理基板の表面よりも高い位置にあるように気流制御部材を配置することが好ましく、これにより被処理基板から振り切られる塗布液を下リング部の内側の斜面に衝突させて処理容器の下方に導くことができる。

上記本発明に係る塗布処理装置および塗布膜形成方法によれば、被処理基板の周囲の雰囲気を排気する際に発生する気流の被処理基板の周縁部への影響を小さくすることができるために、基板全体で厚さ分布の均一な塗布膜を形成することができる。

[図面の簡単な説明]

図 1は、レジス卜塗布 ·現像処理システムの概略構造を示す平面図であり、

図 2は、レジスト塗布 ·現像処理システムの概略構造を示す正面図であり、図 3は、レジスト塗布 ·現像処理システムの概略構造を示す背面図であり、

図 4は、レジスト塗布処理ュニットの概略構造を示す断面図であり、図 5は、図 4に示す領域 Aの拡大図であり、

図 6 Aは、比較例 1の処理カップの概略構造を示す説明図であり、図 6 Bは、比較例 2の処理力ップの概略構造を示す説明図であり、図 6 Cは、実施例の処理カップの概略構造を示す説明図であり、図 7は、比較例 1と実施例の処理カップを用いて成膜されたレジスト膜のレンジと 3 0の値を示すグラフであり、

図 8は、比較例 1、比較例 2および実施例の処理カップを用いて成膜された各レジスト膜のウェハの径方向における膜厚変化を示すグラフであり、

図 9は、実施例の処理カップを用いて排気圧を変化させた場合のゥェハの径方向におけるレジスト膜の膜厚変化を示すグラフであり、図 1 0は、別のレジスト塗布処理ユニットの概略構造を示す断面図、である。

[発明を実施するための最良の形態] 以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは、半導体ウェハにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理ユニットを備え、レジスト膜の形成から現像処理までの一連の処理を行うレジスト塗布 ·現像処理装置を例に挙げることとする。

図 1はレジスト塗布 ·現像処理システム 1を示す概略平面図、図 2はその正面図、図 3はその背面図である。レジスト塗布 ·現像処理システム 1は、搬送ステーションであるカセットステーション 1 0と、複数の処理ュニットを有する処理ステ一ション 1 1と、処理ステーション 1 1 に隣接して設けられる図示しない露光装置との間でウェハ Wを受け渡すためのィンタ一フェイスステーション 1 2と、を具備している。

カセットステーション 1 0は、ウェハ Wを複数枚（例えば 2 5枚）収容可能なウェハカセッ卜 C Rを載置するカセット載置台 2 0を有している。レジスト塗布 ·現像処理システム 1において処理すべきウェハ Wが収容されたウェハカセット C Rは、他のシステムからカセットステーシヨン 1 0のカセット載置台 2 0へ搬入される。逆に、レジスト塗布 ·現像処理システム 1における処理を終えたウェハ Wが収容されたウェハ W が収容されたウェハ力セット C Rは、カセット載置台 2 0から他のシステムへ搬出される。

カセット載置台 2 0上には、図 1に示す X方向に沿って、複数（図 1 では 4個）の位置決め突起 2 0 aが形成されている。ウェハカセット C Rはこれら位置決め突起 2 0 aの位置に、それぞれのウェハ出入口を処理ステーション 1 1側に向けて、 1列に載置される。ウェハカセット C Rの内部においては、ゥェ八 Wは略水平姿勢で鉛直方向（Z方向）に所定間隔で配列されている。

カセットステーション 1 0はまたカセット載置台 2 0と処理ステーシヨン 1 1との間でウェハ Wを搬送するウェハ搬送機構 2 1を備えている。このウェハ搬送機構 2 1は、ウェハカセット C R内のウェハ Wの配列方向（Z方向）およびカセット配列方向（X方向）に移動可能であり、これら Z方向と X方向とに垂直な Y方向に進退自在であり、かつ、水平面 ( X— Y面）内で回転自在なウェハ搬送用ピック 2 1 aを備えている。したがって、ウェハ搬送用ピック 2 1 aは、カセット載置台 2 0に載置されたウェハカセット C Rの所定位置に収容されたゥェ八 Wに対して選択的にアクセスすることができ、さらに後述する処理ステ一シヨン 1 1 側の第 3の処理部 G ₃に属するァライメントュニット（A L I M) およびエクステンションユニット（E X T ) にもアクセスできるようになっている。

処理ステーション 1 1は、ウェハ Wに対してレジスト液の塗布および現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ュニットを備えている。これら複数の処理ュニットは所定位置に多段に配置されている。各処理ュニットにおいてウェハ Wは 1枚ずつ処理される。図 1に示すように、この処理ステーション 1 1は、中心部にウェハ搬送路 2 2 aを有し、この中に主ウェハ搬送機構 2 2が設けられ、ウェハ搬送路 2 2 aの周りに全ての処理ュニットが配置された構成となっている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理部に分かれており、各処理部には複数の処理ュニッ卜が鉛直方向に沿って多段に配置されている。

図 3に示すように、主ウェハ搬送機構 2 2は、鉛直方向に昇降自在なウェハ搬送装置 7 6を筒状支持体 7 9の内側に備えた構造を有している。筒状支持体 7 9は図示しないモータの回転駆動力によって回転自在となつており、ウェハ搬送装置 7 6は筒状支持体 7 9と一体的に回転可能となっている。ウェハ搬送装置 7 6は、搬送基台 7 7の前後方向に移動自在な複数本の保持アーム 7 8を備えており、これら保持アーム 7 8によつて各処理ュニット間でのウェハ Wの受け渡しを実現している。

図 1に示すように、レジスト塗布 ·現像処理システム 1においては、 4個の処理部 · G ₂ · G ₃ · G ₄がウェハ搬送路 2 2 aの周囲に実際に配置されている。これらのうち、第 1および第 2の処理部 · G ₂はレジスト塗布 ·現像処理システム 1の正面側（図 1における手前側）に並列に配置され、第 3の処理部 G ₃はカセットステーション 1 0に隣接して配置され、第 4の処理部 G ₄はィンターフェイスステーション 1 2に隣接して配置されている。また、レジスト塗布 ·現像処理システム 1においては、背面部に第 5の処理部 G ₅を配置することができるようになつている。

第 1の処理部では、図 2に示すように、コ一夕カップ（CP) 内でウェハ Wをスピンチャック（図示せず）に乗せて所定の処理を行う 2台のスピナ型処理ュニットであるレジスト塗布処理ュニット（COT)と、レジストのパターンを現像する現像処理ユニット（DEV) とが、下から順に 2段に重ねられている。第 2の処理部 G₂でも同様に、 2台のスピナ型処理ユニットであるレジスト塗布処理ユニット（COT) および現像処理ユニット（DEV) が下から順に 2段に重ねられている。なお、レジスト塗布処理ユニット（COT) の構造については後に詳細に説明する。

第 3の処理部 G₃では、図 3に示すように、ウェハ Wを載置台 S Pに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ュニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒ一ジョンユニット（AD) 、位置合わせを行うァライメントユニット（AL I M) 、ウェハ Wの搬入出を行うエクステンションュニット（EXT)、冷却処理を行うクーリングプレートュニット（COL)、レジスト液が塗布されたウェハ Wまたは露光処理後のウェハ Wに対して加熱処理を行う 4つのホットプレートユニット（HP) が下から順に 8 段に重ねられている。なお、ァライメントユニット（AL I M) の代わりにクーリングプレートユニット（COL) を設け、クーリングプレートユニット（COL) にァライメント機能を持たせてもよい。

第 4の処理部 G₄では、第 3の処理部 G₃と同様に、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、ク一リングプレートュニット（COL) 、クーリングプレートを備えたウェハ搬入出部であるェクステンション · クーリングプレートユニット ( E X T C 0 L ) 、ェクステンションュニッ卜 (EXT) 、クーリングプレートユニット (CO L ) 、および 4つのホットプレートユニット（H P ) が下から順に 8段に重ねられている。

主ウェハ搬送機構 2 2の背部側に第 5の処理部 G ₅を設けた場合、第 5 の処理部 G ₅は、案内レール 2 5に沿って主ウェハ搬送機構 2 2から見て側方へ移動可能である。これにより、第 5の処理部 G ₅を設けた場合でも、これを案内レール 2 5に沿ってスライドさせることによって空間部を確保することができるために、主ウェハ搬送機構 2 2に対するメンテナンス作業をその後ろ側から容易に行うことができる。

ィンタ一フェイスステーション 1 2は、図 1および図 2に示すように、その正面部に可搬性のピックアップカセット P Rと定置型のバッファ力セット B Rが 2段に配置され、その背面部に周辺露光装置 2 3が配置され、その中央部にウェハ搬送機構 2 4が配置された構造を有している。

このウェハ搬送機構 2 はウェハ搬送用アーム 2 4 aを有している。ウェハ搬送用アーム 2 4 aは、両カセット P R ' B Rと、周辺露光装置 2 3と、処理ステ一ション 1 1の第 4の処理部 G ₄に属するェクステンシヨンユニット（E X T ) と、インターフェイスステーション 1 2に隣接する露光装置のウェハ受け渡し台（図示せず）とに、それぞれアクセスでさるように、 Z方向に移動可能であり、かつ、水平面内で回転自在であり、さらに水平面内で進退自在である。

上述したレジスト塗布 ·現像処理システム 1においては、まず、未処理のウェハ Wを収容しているウェハカセット C Rがカセット載置台 2 0 上に載置され、次にウェハ搬送機構 2 1のウェハ搬送用ピック 2 1 a力このウェハカセット C Rにアクセスしてそこから 1枚のウェハ Wを取り出し、第 3の処理部 G ₃のェクステンションュニット（E X T ) に搬送する。

このウェハ Wは、主ウェハ搬送機構 2 2のウェハ搬送装置 7 6によつて、ェクステンションュニット（EXT) から処理ステ一ション 1 1に搬入される。次いで、このウェハ Wは、第 3の処理部 G₃のァライメントユニット（AL I M) においてァライメン卜された後、アドヒージョン処理ユニット（AD) に搬送され、そこでレジストの定着性を高めるための疎水化処理（HMD S処理）が行われる。この HMDS処理は加熱を伴うため、 HMD S処理後のウェハ Wは、ウェハ搬送装置 7 6によつてクーリングプレートユニット（COL) に搬送され、そこで冷却される。

こうしてアドヒージョン処理ユニット（AD) での処理後にクーリングプレートユニット（COL) で冷却されたウェハ W、またはアドヒージョン処理ュニット（AD)での処理を行わないウェハ Wは、引き続き、ウェハ搬送装置 76によりレジスト塗布処理ユニット（COT) に搬送され、そこでウェハ Wの表面にレジスト液が塗布され、レジスト膜（塗布膜）が形成される。

この塗布処理終了後、ウェハ Wは、第 3の処理部 G₃または第 4の処理部 G₄のホットプレートユニット（HP) へ搬送されて、そこでプリべ一ク処理され、次いでいずれかのクーリングプレートユニット（COL) に搬送されて、そこで冷却される。

続いてウェハ Wは、第 3の処理部 G₃のァライメントュニット（AL I M) に搬送され、そこでァライメントされた後、第 4の処理部 G₄のェクステンションュニッ卜 (EXT) を介してィンタ一フェイスステーション 1 2に搬送される。

インターフェイスステーション 1 2において、ウェハ Wには周辺露光装置 2 3により周辺露光処理が施され、これにより余分なレジス卜が除去される。その後、ウェハ Wはインタ一フェイスステーション 1 2に隣接して設けられた露光装置（図示せず）に搬送され、そこでウェハ Wのレジスト膜に所定のパターンで露光処理が施される。

露光処理が終了したウェハ Wは、再びィンターフェイスステーション 1 2に戻され、ウェハ搬送機構 24によって第 4の処理部 G₄に属するェクステンションユニット（EXT) に搬送される。そしてウェハ Wは、ウェハ搬送装置 76により第 3の処理部 G₃または第 4の処理部 G₄のホットプレートユニット（HP) へ搬送されて、そこでウェハ Wにポストェクスポージャーべ一ク処理が施される。ポストェクスポ一ジャーべ一ク処理において、ウェハ Wは所定温度まで冷却されるが、ウェハ Wは、その後に必要に応じてクーリングプレートユニット（COL) に搬送され、そこでさらに冷却処理される。

その後、ウェハ Wは現像処理ユニット（DEV) に搬送され、そこで露光パターンの現像が行われる。現像終了後、ウェハ Wは第 3の処理部 G₃のホットプレートュニット（HP) へ搬送されて、そこでボストベーク処理が施される。このような一連の処理が終了したウェハ Wは、第 3 の処理部 G₃のェクステンションュニット（E XT) を介してカセットステ一ション 1 0に戻され、ウェハカセット C Rの所定位置に収容される。次に、レジスト塗布処理ュニット（COT) について詳細に説明する。図 4はレジスト塗布処理ユニット（COT) の一実施形態を示す概略断面図であり、図 5は図 4中に示す領域 Aの拡大図である。レジスト塗布処理ユニット（COT) は、ウェハ Wを略水平姿勢で保持するスピンチャック 4 1と、スピンチャック 41を回転させる回転機構 42と、スピンチャック 41を昇降させる昇降機構 43と、スピンチャック 41を収容する処理力ップ 50と、スピンチヤック 4 1に保持されたウェハ Wの表面にレジスト液を供給するレジスト塗布ノズル 9 1と/を具備している。処理カップ 5 0の上方からは、フィルターファンュニット（F FU) (図示せず）から清浄な空気がダウンフローとして処理カップ 5 0に向けて供給されるようになっている。

レジスト塗布ノズル 9 1はノズル保持ァ一ム 9 2に保持されている。ノズル保持アーム 9 2は、スライド機構や回動機構等の水平方向移動機構と昇降機構（鉛直方向移動機構）とからなるノズル移動機構 9 3によつてウェハ Wの中心部と処理容器の外側の待避位置（図示せず）との間で移動自在であり、かつ、ウェハ Wの表面に近接または離隔自在となつている。なお、レジスト塗布ノズル 9 1には、レジスト液がレジスト送液装置 9 4から送られる。

スピンチャック 4 1は、図示しない吸引機構によってウェハ Wを減圧吸着して保持する。スピンチャック 4 1にウェハ Wを吸着保持し、ゥェハ Wのほぼ中心に所定量のレジスト液を供給した後にスピンチャック 4 1を回転機構 4 2によって回転させることにより、ウェハ Wにレジスト膜が形成される。このとき、ウェハ Wから周囲に飛散する余分なレジスト液を処理カップ 5 0によって回収する。

処理カップ 5 0は、大略的に、ウェハ Wの外側を囲うように配置された第 1カップ 5 1と、第 1カップ 5 1の内側においてウェハ Wに近接してウェハ Wを囲うように配置された気流制御部材 5 2と、ウェハ Wの下側に配置された第 2カップ 5 3と、から構成されている。なお、気流制御部材 5 2は、その外周の複数箇所に設けられた連結部材（図示せず）によって第 1カップ 5 1に連結保持されている。

第 1カップ 5 1は、筒状の第 1鉛直壁 7 1 aおよびこの第 1鉛直壁 7 1 aの上端に連設されて内側上方に向けて傾倒した第 1傾斜壁 7 1 bからなる外周壁 6 1 aと、第 1鉛直壁 7 1 aの内側に設けられた円筒状の中間壁 6 1 bと、底壁 6 1 cとを有している。気流制御部材 5 2は、断面略三角形で上に凸である上リング部材 6 2 aおよび断面略三角形で下に凸である下リング部材 6 2 bから構成された断面略四角形の形状を有している。上リング部材 6 2 aと下リング部材 6 2 bは一体的に構成されていてもよい。第 2カップ 5 3は、ウェハ Wの下側から斜め下に外方に向けて拡がる第 2傾斜壁 6 3 aと、この第 2傾斜壁 6 3 aの下端に連通する筒状の第 2鉛直壁 6 3 bと、第 1カップ 5 1の中間壁 6 1 bの内側に配置された円筒状の内周壁 6 3 cとを有している。

処理カップ 5 0においては、外周壁 6 1 aと気流制御部材 5 2との間に排気流路 5 5が、下リング部材 6 2 bと第 2傾斜壁 6 3 aとの間に排液流路 5 6が、第 1鉛直壁 7 1 aと第 2鉛直壁 6 3 bとの間に排気流路 5 5と排液流路 5 6が合流する排気 Z排液流路 5 7が、外周壁 6 1 aと中間壁 6 1 bとの間に排液室 5 8が、中間壁 6 1 bと内周壁 6 3 cとの間に排気室 5 9が、それぞれ形成されている。また、底壁 6 1 cの排液室 5 8が形成されている部分には排液口 7 4が形成され、底壁 6 1 cの排気室 5 9が形成されている部分には排気口 7 2が形成されている。この排液口 7 4には排液管 7 5が取り付けられ、排気口 7 2には排気管 7 3が取り付けられている。

排気管 7 3の下流には図示しない排気装置が設けられており、ウェハ Wの周囲の雰囲気は、この排気装置を稼働することによって排気口 7 2 を通して底部から排気される。レジスト塗布処理ユニット（C O T ) においては、このウェハ Wの周囲の雰囲気の排気は実質的に排気流路 5 5 を通して行われ、ウェハ Wを回転させた際にウェハ Wから振り切られるレジスト液の排液は実質的に排液流路 5 6を通して行われる。次にこのことについてさらに詳細に説明する。

図 5に示されるように、排気流路 5 5における排気の採り入れ口（以下「雰囲気採取口」という） 5 5 aは、第 1カップ 5 1の第 1·傾斜壁 7 1 bの上端部と気流制御部材 5 2の上リング部材 6 2 aの頂点との間に形成される。つまり、レジスト塗布処理ユニット（C O T ) では、雰囲気採取口 5 5 aはウェハ Wの外方上部に設けられる。また、排液流路 5 6へレジスト液が流れ込むためのレジスト液採取口 5 6 aは、ウェハ W と気流制御部材 5 2との間に形成される。

レジスト液採取口 5 6 aの幅ァは雰囲気採取口 5 5 aの幅ひよりも狭くなるように、気流制御部材 5 2はウェハ Wに近接して配置されている。このために、ウェハ Wの周辺の雰囲気は、雰囲気採取口 5 5 aから排気流路 5 5へと流れ込みやすいが、レジスト液採取口 5 6 aを通して排液流路 5 6へは流れ込み難くなる。このようにして実質的にウェハ W の周辺の雰囲気の排気は排気流路 5 5を通して行われる。

排気流路 5 5に雰囲気（ガス）が流れ込む際には、雰囲気採取口 5 5 aの近傍で強い排気気流が発生する。しかし、雰囲気採取口 5 5 aはゥェハ Wから離れた位置に形成されているために、排気流路 5 5に流れ込む排気気流のウェハ Wの周縁部への影響は小さくなる。また、レジスト液採取口 5 6 aへは気流が流れ込み難いから、レジスト液採取口 5 6 a の近傍では強い排気気流は発生しなくなる。こうしてレジスト塗布処理ユニット（C O T ) を用いたレジスト膜の成膜工程においては、排気気流によるレジスト膜の周縁部の乾燥が抑制されるため、膜厚分布の均一性に優れたレジスト膜を得ることができる。

スピンチャック 4 1を回転させた際にウェハ Wから振り切られたレジスト液は実質的に下リング部材 6 2 bの内側の傾斜面に衝突することによって排液流路 5 6に導かれるように、また、ウェハ Wの周縁部の近傍を流れる気流は実質的に上リング部材 6 2 aの内側の傾斜面に沿って上昇した後に雰囲気採取口 5 5 aから排気流路 5 5に流れ込むように、上リング部材 6 2 aの内側の角と下リング部材 6 2 bの内側の角とが合わされて形成される頂点の高さ位置が、スピンチャック 4 1に保持されたウェハ Wの表面の高さ位置よりも、例えば 0 . l mm〜 l mm程度高くなるように、気流制御部材 5 2は配置されることが好ましい。これにより、前述した膜厚分布を均一にする効果をより顕著に得ることができる。また、ウェハ W側からの気流が雰囲気採取口 5 5 aへ流れ込みやすくなるように、気流制御部材 5 2は、気流制御部材 5 2の頂点（上リング部材 6 2 aの頂点）が第 1カップ 5 1の頂点（第 1傾斜壁 7 1 bの最上部）よりも低い位置にくるように、配置される。

気流制御部材 5 2を構成する上リング部材 6 2 aの内側の底角 Θェは、 2 4度以上 3 4度以下とすることが好ましい。上リング部材 6 2 aの底角 0 iが 2 4度よりも小さくなると、雰囲気採取口 5 5 aの位置が下がつてウェハ Wに近づくために、排気流路 5 5に流れ込む気流のウェハ Wの周縁部への影響が大きくなり、これによつてウェハ Wの周縁部でレジスト膜が厚くなり易くなる。逆に、上リング部材 6 2 aの底角 Sェが 3 4度よりも大きくなると、ウェハ Wの'中央部から外周に向かう気流が上リング部材 6 2 aの内側の傾斜面に衝突して中央部に戻るような気流が発生し易くなり、この気流に含まれるレジスト液のミストがレジスト膜に付着することによるレジスト膜の汚染が起こり易くなる。

上リング部材 6 2 aの外側の底角 θ ₃は、排気流路 5 5に一定の幅が確保されるように第 1傾斜壁 7 1 bの傾斜角度に適合させて定められ、例えば、 2 2度以上 3 2度以下の範囲とすることができる。また、気流制御部材 5 2の内径および外径は処理するウェハ Wの直径によって変化するため、上リング部材 6 2 aの高さもウェハ Wの大きさに応じて、適宜、好適な値に設定される。例えば、ウェハ Wの直径が 3 0 O mmである場合には、上リング部材 6 2 aの高さ α ₂は 1 0 mm以上 1 8 mm以下（例えば、 1 4 mm) とすることができる。

気流制御部材 5 2を構成する下リング部材 6 2 bの内側の底角 θ ₂は、 2 5度以上 3 5度以下とすることが好ましい。下リング部材 6 2 bの底角 θ ₂が 3 5度よりも大きくなると、ウェハ Wから振り切られたレジスト液が下リング部材 6 2 bの内側の傾斜壁に衝突して跳ね返り、ウェハ W の周縁部を汚し易くなる。一方、底角 0 ₂が 2 5度よりも小さくなると、ウェハ Wから振り切られたレジスト液とこのレジスト液の飛散に伴って生ずる気流が排気流路 5 5に達することによって排気流路 5 5における気流が乱され、排気流路 5 5を流れる排気気流が逆流するおそれが生ずる。

排気 Z排液流路 5 7の幅 /3 ₃は、排気流路 5 5の一部であって第 1鉛直壁 7 1 aと下リング部材 6 2 bの間に形成されている部分の幅^ェよりも狭くすることが好ましい。また排気 Z排液流路 5 7の幅 i3 ₃は、排液流路 5 6の幅 )3 ₂よりも狭いことが好ましい。これは、排気 Z排液流路 5 7 の幅] 3 ₃の幅を広くすると、排気 Z排液流路 5 7における吸引力が弱くなり、これによつて排気流路 5 5や排液流路 5 6において気流の乱れが生じやすくなるから、それを防止するためである。

排気流路 5 5において排気気流が逆流し、雰囲気採取口 5 5 aからゥェハ Wの上空への排気が戻される事態が生じた場合には、排気気流に含まれるレジスト液のミストがウェハ Wの表面に付着して、レジスト膜の表面が汚染される問題を生ずる。そこで、第 1カップ 5 1の第 1傾斜壁 7 1 bの上端に雰囲気採取口 5 5 a側に突出した突起部 6 1 dを設けることによって、排気流路 5 5に流れ込んだ気流の逆流を抑制することが好ましい。

上述した構成を有するレジスト塗布処理ユニット（C O T ) におけるウェハ wの処理は以下に説明する工程によって行われる。まず、ウェハ Wを保持した保持ァ一ム 7 8をスピンチャック 4 1上に進入させ、その後にスピンチャック 4 1を上昇させることによって、ウェハ Wはスピンチャック 4 1に保持される。保持ァ一ム 7 8を待避させた後にスピンチャック 4 1を降下させて、ウェハ Wを処理高さで保持する。

レジスト塗布ノズル 9 1をウェハ Wの中心に移動させて、所定量のレジスト液をウェハ Wの表面に供給し、スピンチャック 4 1を回転させる。これによりレジスト液は遠心力によってウェハ Wの周縁に拡げられ、ゥェハ Wにあたるダウンフローおよびウェハ Wの周囲に発生する気流によつてレジスト膜の乾燥が進む。

スピンチャック 4 1を回転させる際に、ウェハ Wの外周から飛散する余分なレジスト液の多くは、レジスト液採取口 5 6 aから排液流路 5 6 へ入った後に気流制御部材 5 2の下リング部材 6 2 bの内側斜面にあたつて、排液流路 5 6と排気 Z排液流路 5 7を通って排液室 5 8に達し、排液口 7 4と排液管 7 5を通して外部へ排出される。ウェハ Wの周辺の雰囲気は雰囲気採取口 5 5 aから排気流路 5 5へ流れ込み、順次、排気ノ排液流路 5 7、排液室 5 8、排気室 5 9を経た後、排気口 7 2と排気管 7 3を通して外部へ排出される。

なお、ウェハ Wから振り切られるレジスト液の一部が、気流制御部材 5 2の上リング部材 6 2 aの内側斜面に付着する場合があるが、こうして気流制御部材 5 2に付着したレジスト液は、処理カップ 5 0を洗浄する際に除去される。また、ウェハ Wにレジスト液を塗布する前に、レジスト液がウェハ Wの表面を拡がりやすくなるように、シンナ一等の溶剤をウェハ Wの表面に塗布する等の前処理を行うことが好ましい。

スピンチャック 4 1の回転を停止した後に、スピンチャック 4 1を所定の高さまで上昇させて、保持アーム 7 8をスピンチヤック 4 1の下側に進入させる。次いでスピンチャック 4 1を降下させと、その途中でゥェハ Wはスピンチャック 4 1から保持アーム 7 8に受け渡される。保持アーム 7 8は保持したウェハ Wをいずれかのホットプレートュニット ( H P ) に搬送し、そこでウェハ Wにプリべーク処理が施される。表 1と図 7および図 8に、図 6 A〜図 6 Cに示す種々の処理力ップを用い、スピンチャック 4 1の回転数を変化させて 3 0 0 mm φのウェハ Wにレジスト膜を形成した場合の膜厚分布等の結果を示す。

図 6 A〜図 6 Cは図 5と同様にウェハ Wの外側近傍部を示しており、その他の部分の構成は同じである。図 6 Aに示す比較例 1の処理カップは、概略、処理カップ 5 0から気流制御部材 5 2を取り外してさらに第 1カップ 5 1の第 1傾斜壁 7 1 bの先端をウェハ Wの周縁に近づけるように、処理カップ 5 0を変形させた構造を有している。比較例 1の処理カップを構成する第 1カップを図 6 Aでは符号 8 9で示す。図 6 Bに示す比較例 2の処理カップは、概略、処理カップ 5 0を、処理カップ 5 0 から気流制御部材 5 2の上リング部材 6 2 aを取り外して下リング部材 6 2 bを残し、かつ、図 4に示した第 1カップ 5 1の第 1傾斜壁 7 1 b の先端をウェハ Wの周縁に近づけるように変形させたもの（これを「第 1カップ 8 9 '」とする）を有している。図 6 Cに示す実施例の処理力ップは、図 4および図 5に示す本発明に係る処理カップ 5 0と同じである。

表 1

ウェハ Wに形成されたレジスト膜の膜厚測定は、ウェハ Wの外周端面から 3 mm内側の円周上の点を最外周測定点とし、この円周内の直径上の複数箇所で行った。表 1はその測定結果のレンジおよび 3 σの値を示している。ここで、「レンジ」は測定した値の最大値と最小値の差を示しており、また、膜厚の最大値は最外周（つまりウェハ Wの外周端面から 3 mm内側の円周上）の値であることから、このレンジの値が小さいということは、レジスト膜の外周部の跳ね上がりが小さいということを示している。また、「3 ひ」は膜厚分布の標準偏差であり、この値が小さいことはレジスト膜の厚さ均一性に優れていることを示している。この表 1に示されるように、比較例 1よりも比較例 2の場合でレンジおよび 3 σの値は小さく、さらに実施例の場合にレンジおよび 3 σの値がさらに小さくなつていることが分かる。比較例 1および比較例 2では、実施例と比較して雰囲気採取口がウェハ Wの端面に近い位置にあるために、ウェハ Wの周縁部では排気気流の影響によってレジスト膜が乾燥し易くなり、これによつてレジスト膜が厚くなつたと考えられる。なお、比較例 1は、比較例 2と比べて、鉛直方向に流れる気流がウェハ Wの周縁部にあたってレジスト膜を乾燥させることにより、ウェハ W周縁部でレジスト膜が厚くなるものと考えられる。

図 7は、比較例 2と実施例について、ウェハ Wの外周端面から 2 mm、 3 mm , 5 mmの位置でのレンジと 3 σの値を示したグラフである。この図 7から、実施例では、ウェハ Wの周縁部におけるレジスト膜の跳ね上がりが抑制されていることがわかる。

図 8は、スピンチヤック 4 1の回転数を 8 0 0 r p mとした場合のゥェハ Wの径方向におけるレジスト膜の膜厚変化を示している。図 8から、実施例の場合に、ウェハ Wの周縁部におけるレジスト膜の跳ね上がりが抑制されていることがわかる。これら図 7および図 8からも、実施例の処理カップ 5 0を用いることによって、ウェハ W全体で膜厚が均一なレジスト膜を形成することができることがわかる。なお、図 8に示されるように、実施例の場合には比較例 1 · 2と比較すると全体的に膜厚が 1 0 n m薄くなつているが、これは回転数や回転時間を調節することによつて、所定の膜厚に絞り込むことができる。

図 9は、スピンチャック 4 1の回転数を一定として、排気口 7 2における排気圧を変化させた場合のレジスト膜の膜厚を、ウェハ Wの外周端面から 3 mm内側の円周上の点を最外周測定点としてこの円周内の直径上の複数箇所で測定した結果（レンジおよび 3 σ ) を示している。排気口 7 2における排気圧を変化させると、排気流路 5 5と排液流路 5 6における排気圧が変化するが、図 9に示されるように、レジスト膜の厚さには、このような排気圧の変化の影響は殆ど現れないことが確認された。このことは、レジスト膜の厚さを一定に維持しながら、確実にウェハ W の周囲の雰囲気の排気を行うことができることを示している。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。

例えば、気流制御部材の形状は図 4および図 5に示した形状に限定されるものではない。図 1 0は、気流制御部材 5 2 'を備えた処理カップ

5 0 'を有するレジス卜塗布処理ユニット（C O T ) 'の概略断面図である。このレジスト塗布処理ユニット（C O T ) 'と先に説明したレジスト塗布処理ユニット（C O T ) とは、処理カップが具備する気流制御部材の形状が異なる以外は同じ構造を有している。処理カップ 5 0 'が具備する気流制御部材 5 2 'は、鉛直断面略三角形で上に凸である上リング部材 6 2 aと、上リング部材 6 2 aの内側頂点から外側下方に所定長さ傾斜する第 1傾斜部 8 1 aおよびこの第 1傾斜部 8 1 aの下端から水平方向に外方に延在する水平面部 8 1 bならびにこの水平面部 8 1 b の外側端から外側下方に傾斜する第 2傾斜部 8 1 cを有する下リング部材 6 2 b 'とから構成されている。上リング部材 6 2 aと下リング部材

6 2 b 'とは一体であることが好ましい。

上リング部材 6 2 aは、処理カップ 5 0と処理カップ 5 0 ' とで共通である。下リング部材 6 2 b 'の第 1傾斜部 8 1 aは、ウェハ Wから振り切られたレジスト液を下方に導く働きをする。処理カップ 5 0 'では、処理カップ 5 0と比較すると、第 2カップ 5 3と下リング部材 6 2 b一との間に形成される排液流路 5 6 'の幅が広くなる。このことは、先に説明したように処理カップ 5 0において排気/排液流路 5 7の幅 ]3 ₃は排液流路 5 6の幅 )S ₂よりも狭いことが好ましいことを考慮すれば、排液 Z排気特性に悪影響を与えるものではない。したがって、気流制御部材 5 2 'を有する処理力ップ 5 0 'を備えたレジスト塗布処理ュニット ( C O T ) 'を用いることによつても、ウェハ Wに形成されるレジスト膜の膜厚均一性を高めることができる。

また、例えば、レジスト塗布処理ユニット（C O T ) 等においては、保持アーム 7 8が昇降自在であるから、スピンチャック 4 1を昇降させることなくウェハ Wを保持する位置を一定に固定し、スピンチヤック 4 1と保持アーム 7 8との間でウェハ Wの受け渡しをする際に、処理カツプ 5 0をウェハ Wの受け渡しの障害とならないように昇降させてもよい。基板は半導体ウェハに限定されず、 F P D (フラットパネルディスプレイ）用のガラス基板であってもよい。また、塗布液はレジスト液に限定されるものではなく、例えば、層間絶縁膜をスピンコート法によって形成するために使用される薬液であってもよい。

[産業上の利用可能性]

以上説明したように、本発明の塗布処理装置は、半導体ウェハ等の基板にレジスト膜等の塗布膜形成に好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 被処理基板に塗布膜を形成する塗布処理装置であって、被処理基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、

を具備する塗布処理装置。

2 . 被処理基板に塗布膜を形成する塗布処理装置であって、被処理基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、

前記保持機構に保持された被処理基板を回転させる回転機構と、前記保持機構を収容し、前記被処理基板の周囲の雰囲気を底部から排気可能な処理容器と、

を具備し、

前記処理容器は、

を有し、

前記気流制御部材と前記第 1カップの外周壁部との間に実質的に前記被処理基板の周囲の雰囲気を排気するための排気流路が形成され、前記上リング部の頂点と前記外周壁部の上端との間が前記排気流路の雰囲気採取口となっている塗布処理装置。

3 . 前記気流制御部材における上リング部の内側の底角は 2 4度以上 3 4度以下である請求の範囲第 2項に記載の塗布処理装置。

4 . 前記気流制御部材における上リング部の高さは、 1 0 01111以上 1 8 mm以下である請求の範囲第 2項に記載の塗布処理装置。

5 . 前記気流制御部材における下リング部の内側の底角は、 2 5度以上 3 5度以下である請求の範囲第 2項に記載の塗布処理装置

6 . 前記上リング部と前記下リング部は一体である請求の範囲第 2項に記載の塗布処理装置。

7 . 前記第 1カップの外周壁部は、筒状の鉛直壁部および前記鉛直壁部の上端に連設されて内側上方に傾倒した傾斜壁部とを有する請求の範囲第 2項に記載の塗布処理装置。

8 . 前記傾斜壁部は前記上リング部の外側斜面と略平行である請求の範囲第 7項に記載の塗布処理装置。

9 . 前記第 1カップの外周壁部を構成する前記傾斜壁部の上端部内側に、前記排気流路に流れ込んだ気流の逆流を抑制するための突起部が設けられている請求の範囲第 8項に記載の塗布処理装置。

1 0 . 前記処理容器は、前記被処理基板の下側から斜め下に外方に向けて拡がる傾斜壁部を備えた第 2カップをさらに具備し、

実質的に前記被処理基板から振り切られる塗布液を下方に向けて排出する排液流路が前記気流制御部材と前記第 2カツプの傾斜壁部との間に形成され、前記気流制御部材と前記被処理基板との間の間隙部が前記排液流路における排液採取口となっている請求の範囲第 2項に記載の塗布処理装置。

1 1 . 前記第 2カップは、前記傾斜壁部の下端から下方に伸びる筒状の鉛直壁部をさらに有し、

前記排気流路と前記排液流路とが、前記第 1カップの外周壁部と前記第 2カップの鉛直壁部との間に形成される間隙部で合流し、前記処理容器の底部から排気および排液が行われる請求の範囲第 1 0項に記載の塗布処理装置。 .

1 2 . 前記被処理基板から振り切られた塗布液が実質的に前記下リング部の内側の傾斜面に衝突することによって前記排液流路に導かれるように、前記上リング部の内側の角と前記下リング部の内側の角とが合わされた頂点が前記被処理基板の表面よりも高い位置にあるように前記気流制御部材が配置されている請求の範囲第 1 0項に記載の塗布処理装置。

1 3 . 前記被処理基板の周縁近傍を流れる気流が実質的に前記上リング部の内側の傾斜面に沿って上昇した後に前記雰囲気採取口から前記排気流路に流れ込むように、前記上リング部の内側の角と前記下リング部の内側の角とが合わされた頂点が前記被処理基板の表面よりも高い位置にあるように前記気流制御部材が配置されている請求の範囲第 1 0項に記載の塗布処理装置。

1 4 . 被処理基板に塗布膜を形成する塗布処理装置であって、被処理基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、

を具備し、

前記処理容器は、前記被処理基板の外側を囲う外周壁部を有する第 1カップと、鉛直断面略三角形で上に凸である上リング部と、前記上リング部の内側頂点から外側下方に所定長さ傾斜する第 1傾斜部および前記第 1傾斜部の下端から水平方向に外方に延在する水平面部ならびに前記水平面部から外側下方に傾斜する第 2傾斜部とを有する下リング部とから構成され、前記被処理基板の端面に近接して前記被処理基板の外周を囲うように記第 1カップの内側に配置された気流制御部材と、

を有し、

1 5 . 被処理基板を略水平姿勢で保持する工程と、

鉛直断面形状が内側から外側に向かうにしたがって上方に向けて厚みが増加している略リング状の気流制御部材が前記被処理基板の外周に近接し、かつ、前記被処理基板の外周を囲うように、前記被処理基板と前記気流制御部材の位置を相対的に調整する工程と、

前記被処理基板の表面に所定の塗布液を供給し、前記被処理基板を回転させることによって前記塗布液を前記被処理基板全体に拡げて、前記被処理基板に塗布膜を形成する工程と、

を有する塗布膜形成方法。

1 6 . 前記気流制御部材として断面略三角形で上に凸である上リング部と断面略三角形で下に凸である下リング部とから構成された断面略四角形のものを用いて、

前記被処理基板と前記気流制御部材の位置を調整する工程では、前記被処理基板および前記気流制御部材を、前記被処理基板の外側を囲う外周壁部を有し、その底部から排気が可能な処理容器の内部に収容し、前記被処理基板を回転させて塗布膜を形成する工程では、前記被処理基板の上側の雰囲気を前記気流制御部材と前記外周壁部との間から前記処理容器内に取り込む、請求の範囲第 1 5項に記載の塗布膜形成方法。

1 7 . 前記被処理基板と前記気流制御部材の位置を調整する工程では、前記気流制御部材を前記上リング部の内側の角と前記下リング部の内側の角とが合わされた頂点が前記被処理基板の表面よりも高い位置にあるように配置する、請求の範囲第 1 6項に記載の塗布膜形成方法。