JP3453073B2 - 塗布処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レジスト液や現像
液などの塗布液を基板に塗布する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ（以下ウエハという）や液
晶ディスプレイのガラス基板（ＬＣＤ基板）の表面に所
望のパターンを形成するためのマスクは、ウエハ等の基
板表面にレジストを塗布した後、光、電子線あるいはイ
オン線などをレジスト面に照射し、現像することによっ
て得られる。このうちレジスト液の塗布工程は、図１０
に示すように真空吸着機能を備えたスピンチャック１１
の上にウエハ等の基板１０を吸着保持するとともに、ノ
ズル１２から基板１０の中心部にレジスト液Ｒを滴下
し、スピンチャック１１を回転させることにより、その
遠心力でレジスト液を伸展させるようにしている。

【０００３】また現像処理は、露光工程にて光等が照射
された部分あるいは照射されない部分をアルカリ水溶液
等により溶解するものであり、従来は図１１及び図１２
に示す現像処理装置を用いて行われている。即ち従来
は、真空吸着機能を備えたスピンチャック１３の上に基
板１０を吸着保持するとともに、多数の吐出口１４を有
する棒状の供給ノズル１５をウエハＷ等の中央部に配置
し、吐出孔１４から現像液ＤをウエハＷ等の表面に供給
しながらウエハＷ等を１８０度回転させることにより、
レジスト膜上に現像液の膜を形成し、その後洗浄液を供
給するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら塗布液つ
まりレジスト液や現像液を基板に塗布するにあたって、
基板、塗布液、処理雰囲気の各温度や塗布液の気化によ
る放熱などによって、塗布液の温度が予定としている温
度よりも高くなったりあるいは低くなったりし、更には
面内温度分布が不均一になったりして、その結果塗布膜
の膜厚の面内均一性が悪くなるおそれがある。例えばレ
ジストを塗布する場合、基板を早く回転させるためその
周縁部では気流が早くなるので放熱が大きいし、また現
像工程において現像液の温度が雰囲気温度よりも低い場
合には現像液が周囲の雰囲気から吸熱する。

【０００５】更にまた現像工程においては、現像液とレ
ジストとの組み合わせによっては、塗布した現像液の成
分とレジストの成分とが反応して発熱したり吸熱したり
することがある。発熱反応が起こると、レジストの一部
が溶解してパターン形状が崩れてしまう。今後ますます
パターンが微細化してくると、レジストパターン形状の
崩れが配線パターンに反映され、特性に悪影響を及ぼす
虞がある。また発熱反応の場合には基板周縁部からの熱
放散により、一方吸熱反応の場合には基板周縁部からの
熱の侵入により、何れの場合にも基板面内に温度分布が
生じてしまい、現像ムラや現像線幅の均一性の悪化が生
じてしまうという問題もある。

【０００６】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、塗布処理に適した温度で基板面
内温度分布をできるだけ均一に保ちながら塗布処理を行
うことができる装置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、基板を保持す
る載置台と、この載置台に保持された基板の表面に供給
管を介して塗布液を供給するノズルと、前記載置台に同
心円状に内蔵され、前記載置台を加熱または冷却する複
数の環状の温度調整部と、前記供給管内の塗布液の温度
を検出する手段と、前記載置台周囲の雰囲気の温度を検
出する手段と、 塗布液の適切な温度値、塗布液の温度検
出値及び載置台周囲の温度検出値と、前記温度調整部に
おける温度目標値と、を対応づけたデータを予め格納し
たメモリと、 前記メモリのデータを参照し、塗布液の適
切な温度値、塗布液の温度検出値及び載置台周囲の温度
検出値に対応する温度目標値を決定し、この温度目標値
に基づいて温度調整部を各々独立して制御する制御部
と、を備えたことを特徴とする塗布処理装置である。こ
の発明において、前記制御部は、例えば前記載置台の温
度分布が前記載置台の周縁部から中心部に向かって上昇
または下降するように、かつ前記中心部に達する前に略
一定となるように前記温度調整部を制御する。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の塗布処理装置の
実施の形態である現像処理装置の縦断面図である。この
現像処理装置は、モータＭ、昇降手段２１及び回転軸２
２により回転自在かつ昇降自在に支持されてなる真空吸
着機能を有する載置台３と、その載置台３に真空吸着さ
れたウエハＷの上方に、支持柱２３及び水平アーム２４
を介して配置され得るノズル２５と、そのノズル２５と
現像液貯留タンク（図示省略）との間を連通接続する供
給管２６と、を備えている。

【０００９】そして載置台３は、現像処理中、ウエハＷ
の表面に予め形成されたレジスト膜中のある成分と現像
液中のある成分とが反応して例えば発熱反応が起こった
時に、ウエハＷを冷却するように温調される。あるいは
現像処理中、吸熱反応が起こった時には、載置台３は、
ウエハＷを加熱するように温調される。

【００１０】支持柱２３は、現像処理装置の底板に敷設
された案内レール２７に沿って水平移動自在になってお
り、従ってウエハＷの搬入出時にノズル２５が邪魔にな
らないように逃げることができるようになっている。案
内レール２７は、現像終了後にウエハＷの表面に洗浄液
を供給するためのリンスノズル（図示省略）も水平移動
自在に支持している。またこの現像処理装置には、載置
台３上に吸着されたウエハＷの周囲を囲み、ウエハＷ上
に供給された現像液や洗浄液を振り切る際にそれらの液
が周囲に飛散するのを防ぐカップ２８が設けられてい
る。なお図１中、２９は排液路、２０はウエハ搬送口で
ある。

【００１１】図２及び図３は、それぞれ載置台３の一例
を示す断面図及び平面図である。載置台３は、熱伝導性
に優れた材質、例えばアルミニウムでできた載置台本体
３１に温度調整部３２が内蔵されてできている。温度調
整部３２は、例えば載置台３の中心に設けられた円形状
の温度調整部３３の外側に例えば同心円状をなして、特
に限定しないが例えば４つの環状の温度調整部３４，３
５，３６，３７が配置された構成となっている。

【００１２】各温度調整部３３，３４，３５，３６，３
７は、独立して温度コントローラ４１に接続されてお
り、その温度コントローラ４１により独立して任意の温
度に加熱または冷却するように制御されている。従って
各温度調整部３３，３４，３５，３６，３７がそれぞれ
任意の温度に加熱または冷却するように制御されること
によって、載置台３に任意の温度分布が形成され得る。
即ち任意の温度分布でウエハＷを加熱または冷却するこ
とができる。

【００１３】各温度調整部３３，３４，３５，３６，３
７は、例えばペルチェ素子で構成されていてもよい。こ
の場合には、ペルチェ素子を流れる電流の向きを温度コ
ントローラ４１より変えることによって、加熱及び冷却
を行う。従って温度コントローラ４１は、各ペルチェ素
子に対して独立して任意の量の電流を正逆両方向に流す
ことができる。または各温度調整部３３，３４，３５，
３６，３７は、例えばペルチェ素子と抵抗発熱線との組
み合わせで構成されていてもよい。この場合、温度コン
トローラ４１は、冷却時にはペルチェ素子に吸熱が生じ
るような方向に電流を流し、一方加熱時には抵抗発熱線
に電流を流す。

【００１４】温度コントローラ４１には温調モード設定
部４２が接続されており、その温調モード設定部４２に
より温調モードが加熱モードであるか冷却モードである
かが設定される。つまりレジスト膜中のある成分と現像
液中のある成分とが反応して発熱する場合には、温調モ
ード設定部４２は冷却モードに設定され、一方吸熱反応
の場合には加熱モードに設定される。

【００１５】図４に、発熱反応が起こる場合、即ち冷却
モード時に温度コントローラ４１及び温度調整部２１に
より設定される温度分布の一例を示す。図４（ａ）は、
温調制御を行わない場合に、ウエハＷの直径方向に形成
され得る温度分布を示し、図４（ｂ）は、温調制御を行
う場合に、温度コントローラ４１及び温度調整部２１に
よりウエハＷの直径方向に沿って設定される載置台３の
表面の温度分布を示す。何れのグラフも縦軸は温度、横
軸はウエハＷの直径方向の位置である（図５も同じ）。
温調制御を行わない場合、発熱反応により生じた熱はウ
エハＷの中心部よりも周縁部からより多く放散されるた
め、図４（ａ）に示すように、ウエハＷの中心部の温度
が周縁部の温度よりも高い温度分布となる。従ってその
温度分布を抑制し得るような温度分布、すなわち図４
（ｂ）に示すように、図４（ａ）の温度分布の反対の温
度分布を有するように設定する。つまりウエハＷの中心
部が周縁部よりも低温で、且つ図４（ａ）と同様の温度
変化率で変化するような温度分布とする。

【００１６】図５に、吸熱反応が起こる場合（加熱モー
ド時）に温度コントローラ４１及び温度調整部２１によ
り設定される温度分布の一例を示す。図４と同様に、図
５（ａ）は温調制御を行わない場合のウエハＷの温度分
布を示し、図５（ｂ）は温調制御時に設定される載置台
３の表面の温度分布を示す。温調制御を行わない場合、
吸熱反応によりウエハＷの温度は下がるが、周縁部から
周囲の熱が侵入するため、図５（ａ）に示すように、ウ
エハＷの中心部の温度が周縁部の温度よりも低い温度分
布となる。従ってその温度分布を抑制し得るような温度
分布、すなわち図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の
温度分布の反対の温度分布を有するように設定する。つ
まりウエハＷの中心部が周縁部よりも高温で、且つ図５
（ａ）と同様の温度変化率で変化するような温度分布と
する。

【００１７】なお図４及び図５の例では、周縁部から徐
々に温度が変化し、ウエハ中心部で最も高温または低温
になっているが、周縁部から中心部へ向かって徐々に温
度が変化し、中心部に達する前に温度が略一定になるよ
うな温度分布であってもよい。

【００１８】次に上述の実施の形態の作用について説明
する。レジスト膜が形成され露光されたウエハは、図示
しない搬送アームによりウエハ搬送口２０から装置内へ
搬入され、載置台３に組み込まれた図示しない昇降ピン
と搬送アームとの協動作用によりウエハＷを載置台３に
載置して真空吸着させる。ただしウエハＷを載置台３に
押し付ける手法は、例えばウエハＷの周縁を機械的に押
し付けるメカチャックを用いてもよい。

【００１９】図６は、加熱モードにおけるウエハＷの温
度変化を模式的に示すグラフであり、ウエハＷの現像処
理装置への搬入時には一定温度Ｔ０になっている（図６
（Ａ））。そのウエハＷが載置台３に載置されると、載
置台３は予め冷却されていて温度Ｔ０よりも低温になっ
ているため、ウエハＷの温度は下がり始める（図６
（Ｂ））。温度Ｔ１（Ｔ１＜Ｔ０）の時にウエハＷの表
面に現像液が塗布されると、現像処理の進行とともに発
熱反応が起こり、ウエハＷの温度は上昇し始める。なお
現像液の塗布は、例えばノズル２５からウエハＷの直径
方向に現像液が液盛りされ、その状態で載置台３を１８
０度回転させることによって行われる。そして徐々に温
度上昇率は鈍くなり、やがて一定温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ
０）で安定する（図６（Ｃ））。その後ウエハＷの表面
に洗浄液が供給され、ウエハＷの表面から現像液が流さ
れると、発熱反応が終了し、再びウエハＷの温度が下が
り始め、所定温度Ｔ０となる（図６（Ｄ））。なお図６
の温度プロファイルは模式的に示したものであり、実際
には発熱反応の発熱量の経時変化等の兼ね合いで決まっ
てくる。更にウエハの最高温度（図６の例ではＴ２）は
Ｔ０と同じかそれより低くてもよく、要するに現像に悪
影響を及ぼさない温度範囲に収まればよい。

【００２０】図７は、冷却モードにおけるウエハＷの温
度変化を模式的に示すグラフである。露光処理の終わっ
た温度Ｔ０のウエハＷ（図７（Ｅ））は、現像処理装置
に搬入され、載置台３に載置されると、載置台３は予め
加熱されていて温度Ｔ０よりも高温になっているため、
ウエハＷの温度は上がり始める（図７（Ｆ））。温度Ｔ
４（Ｔ４＞Ｔ０）の時にウエハＷの表面に現像液が塗布
されると、現像処理の進行とともに吸熱反応が起こり、
ウエハＷの温度は下がり始め、やがて一定温度Ｔ３（Ｔ
３＜Ｔ０）に達する（図７（Ｇ））。その後ウエハＷの
表面に洗浄液が供給され、ウエハＷの表面から現像液が
流されると、吸熱反応が終了し、再びウエハＷの温度が
上がり始め、所定温度Ｔ０となる（図７（Ｈ））。

【００２１】なお図７の温度プロファイルについても模
式的なものであり、またＴ３はＴ０と同じかそれより高
くてもよい。

【００２２】載置台３の表面温度については、発熱反応
のためウエハの温度が例えば３５℃まで上昇してしまう
場合には例えば１３℃に設定され、また吸熱反応のため
ウエハの温度が例えば１３℃まで降下してしまう場合に
は例えば３０℃に設定される。

【００２３】上述実施の形態によれば、現像処理中にレ
ジスト膜と現像液との反応により起こる発熱または吸熱
によるウエハＷの温度変化を抑制し得るような温度分布
をなすように、載置台３に内蔵された温度調整部３３，
３４，３５，３６，３７の各温度を調整して載置台３を
冷却または加熱することにより、現像処理中にウエハＷ
の温度が高くなり過ぎたり、または低くなり過ぎるのを
抑えることができるとともに、現像処理中の発熱反応ま
たは吸熱反応によるウエハＷの面内温度分布の不均一性
を緩和することができるので、現像処理中の発熱または
吸熱の影響をできるだけ小さくして、ウエハ面内温度分
布をできるだけ均一に保ちながら現像処理を行うことが
できる。

【００２４】上述の実施の形態は、現像液とレジストと
の発熱反応あるいは吸熱反応に伴うウエハの表面温度の
変化及び面内温度分布を問題としているが、このような
温度変化よりもむしろウエハと現像液との温度差や現像
液の気化に伴う温度変化を問題にする場合には、例えば
こうした温度変化について予めデータを取っておき、温
度変化を打ち消すように載置台の温度を調整するように
してもよい。

【００２５】ウエハは処理雰囲気と同じ温度であるため
現像液よりもウエハ及び処理雰囲気の温度の方が高い場
合には、このままでは現像液がウエハ及び雰囲気から吸
熱して現像液の温度が上昇するため、現像液を基板の表
面に供給する前から載置台の温度を処理雰囲気よりも低
い温度となるように温度調整部により調整しておく。ま
た逆に現像液よりもウエハ及び処理雰囲気の温度の方が
低い場合には、現像液が放熱してその温度が低くなるた
め、現像液を基板の表面に供給する前から載置台の温度
を雰囲気よりも高い温度に調整しておく。

【００２６】このような方法を実施するための構成例を
図８に示す。この例では現像液の供給管２６に設けられ
た水温計５１と雰囲気の温度を検出する温度計５２とを
用い、夫々温度検出値を温度コントローラ４１に入力
し、それらの温度検出値に基づいて載置台３上のウエハ
Ｗの温度が適切な値になるように温度調整部３２をコン
トロールする。コントロール手法については、例えば現
像液の適切な温度値と現像液及びウエハＷの温度検出値
と、温度調整部３２における温度目標値とを対応付けた
データを予めメモリに格納しておき、例えば現像液の適
切な温度値と温度検出値とに基づいて温度目標値を決定
し、この温度目標値に基づいて温度調整部をコントロー
ルすることによって行われる。更にまたこのデータの中
にはウエハＷ上の現像液からの気化に伴う発熱を考慮し
てもよい。

【００２７】この方法は現像液の塗布に限らずレジスト
の塗布を行う場合にも適用することができる。現像液や
レジストは塗布されるときの液温により膜厚の面内均一
性が左右されることから、この手法は有効である。また
レジストをウエハＷの高速回転により伸展して塗布する
いわゆるスピンコーティング法においては、ウエハＷの
周縁部では気流が速く、温度が低下するため、温度調整
部３２は、ウエハＷの中央部の温度よりも周縁部の温度
の方が高くなるようにコントロールしてもよく、この場
合目標となる載置台３側の温度分布を予めメモリに入れ
ておき、このデータを例えば先のデータに重畳してコン
トロールすることができる。

【００２８】ここで現像処理を行う場合、現像液及び雰
囲気の各温度検出値に基づいて載置台３の温度をコント
ロールする方法と先の実施の形態のように温調モード
（加熱／冷却）設定部で加熱／冷却モードを指定する方
法との両方を使い分けてもよく、例えば現像液とレジス
トとの反応熱の影響が小さい場合には前者の方法を、ま
たその影響が大きい場合には後者の方法を実施すればよ
い。なお本発明では載置台３を介してウエハＷの温度を
コントロールするので載置台３がウエハＷよりも大きい
ことが好ましいが、載置台３がウエハＷよりも小さくて
も、載置台３がウエハＷの周縁領域（集積回路が形成さ
れる領域の外縁）の付近に位置していてもよい。

【００２９】次に本発明に係る現像処理方法の実施に使
用される現像処理装置を現像ユニットに組み込んだ塗布
・現像装置の一例の概略について図９を参照しながら説
明する。図９中、６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６の奥側には、例えば搬入出ステ
ージ６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。

【００３０】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７１が、下段に２個の塗布
ユニット７２が設けられている。加熱・冷却系のユニッ
トにおいては、加熱ユニットや冷却ユニットや疎水化処
理ユニットなどが上下にある。

【００３１】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、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６及び後述のインターフェイスユニット６４の間でウ
エハＷの受け渡しを行うためのウエハ搬送アーム（図に
は現れていない）が設けられている。インターフェイス
ユニット６４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６５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。

【００３２】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６に搬入され、ウエハ搬送アー
ム（図には現れていない）によりカセットＣ内からウエ
ハＷが取り出され、既述の加熱・冷却ユニットにて疎水
化処理が行われた後、塗布ユニット７２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Ｗは加熱ユニット６１で加熱された後イ
ンターフェイスユニット６４を介して露光装置６５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。

【００３３】その後ウエハＷは加熱ユニット６１で加熱
された後、冷却ユニットで冷却され、続いて現像ユニッ
ト７１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６上のカセ
ットＣ内に戻される。

【００３４】以上において本発明は、現像処理に限ら
ず、ウエハＷの表面に液体を供給して処理するにあたっ
てその液体により発熱反応や吸熱反応が起こる場合に適
用することができる。また被処理基板としてはウエハに
限らず、液晶ディスプレイ用のガラス基板であってもよ
い。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、塗布処理
に適した温度で基板面内温度分布をできるだけ均一に保
ちながら塗布処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を現像処理装置に適用した実施の形
態の縦断面図である。

【図２】その現像処理装置の載置台の一例を示す断面図
である。

【図３】その現像処理装置の載置台の一例を示す平面図
である。

【図４】冷却モード時に設定される温度分布を説明する
ための温度勾配図である。

【図５】加熱モード時に設定される温度分布を説明する
ための温度勾配図である。

【図６】加熱モードにおけるウエハの温度変化を示す模
式図である。

【図７】冷却モードにおけるウエハの温度変化を示す模
式図である。

【図８】本発明方法を実施するための装置の一例を示す
説明図である。

【図９】本発明が適用されてなる塗布・現像装置を示す
概略斜視図である。

【図１０】レジストを塗布する様子を示す説明図であ
る。

【図１１】従来の現像処理装置を示す側面図である。

【図１２】従来の現像処理装置を示す平面図である。

【符号の説明】

Ｗ ウエハ（基板） ３ 載置台 ３１ 載置台本体 ３２，３３，３４，３５，３６，３７ 温度調整部 ４１ 温度コントローラ ４２ 温調モード設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 B05C 11/08 G03F 7/16 G03F 7/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持する載置台と、 この載置台に保持された基板の表面に供給管を介して塗
   布液を供給するノズルと、 前記載置台に同心円状に内蔵され、前記載置台を加熱ま
   たは冷却する複数の環状の温度調整部と、前記供給管内の塗布液の温度を検出する手段と、 前記載置台周囲の雰囲気の温度を検出する手段と、 塗布液の適切な温度値、塗布液の温度検出値及び載置台
   周囲の温度検出値と、前記温度調整部における温度目標
   値と、を対応づけたデータを予め格納したメモリと、 前記メモリのデータを参照し、塗布液の適切な温度値、
   塗布液の温度検出値及び載置台周囲の温度検出値に対応
   する温度目標値を決定し、この温度目標値に基づいて 温
   度調整部を各々独立して制御する制御部と、を備えたこ
   とを特徴とする塗布処理装置。
2. 【請求項２】 前記制御部は、前記載置台の温度分布が
   前記載置台の周縁部から中心部に向かって上昇または下
   降するように、かつ前記中心部に達する前に略一定とな
   るように前記温度調整部を制御することを特徴とする請
   求項１記載の塗布処理装置。