JPS6258653B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ウエハの両面にホトレジスト液
（以下、レジスト液と言う）を均一に塗布する装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ウエハにレジスト液を塗布する装置は一
般に片面ずつ塗布する構造であつたため、塗布し
たレジスト被膜の均一性に関しては一方の面内の
均一性を良くする工夫のみが為されており、ウエ
ハの両面のレジスト被膜を相互に均等にするため
の工夫は為されていなかつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らはウエハを回転させながらその両面
に同時にレジスト液を吹きつけてレジスト膜を形
成する方法及び同装置を研究開発したが、このよ
うな両面同時塗布を実用化するためには、片面ず
つのレジスト膜厚を均一にするのみでなく、双方
のレジスト膜厚を均等ならしめ得ることが必要で
ある。

本発明は上記の事情に鑑みて為され、ウエハ両
面に同時にレジスト液を塗布することができ、し
かも両面のレジスト膜厚を均一かつ均等ならしめ
得る塗布装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明者らは、ウ
エハ両面のレジスト膜厚を均等ならしめるために
はウエハ両面に接する空気の流れ状態を同様にし
なければならぬことを実験的に発見、確認した
上、上記の空気流れ状態に及ぼす諸要因の影響力
を詳細に研究した結果、レジスト膜厚の不均一を
生じる大きい要因として、ウエハ上、下面の空気
の流れ状態の相違に着目した。

即ち、チヤツク機構に把持されているウエハの
両面には、それぞれ空気の「つれ回り」による渦
流を生じるが、このウエハの片面が静止部材に対
向し、他面が回転部材に対向していると、上記の
渦流の状態が異なる。これが膜厚不均等の重大原
因の一つである。

ウエハの両面それぞれの対向部材による影響を
軽減するために、最も簡単な方法は対向部材との
間隔を広くすることである。

そこで本発明は上記の間隔寸法を種々に変えて
実験した結果、該間隔寸法が、ウエハの直径／５
を境として、影響度が著しく異なることを発見
し、確認した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述の原理に基づいて為されたもの
で、チヤツク機構に把持されたウエハの片面が回
転部材に対向し、該ウエハの他面が静止部材に対
向して回転せしめられる構造のウエハ両面レジス
ト塗布装置に適用されウエハの直径をＤとし、ウ
エハと前記回転部材とが平行に対向する間隔、及
び、ウエハと前記静止部材とが平行に対向する間
隔をそれぞれＤ／５以上とし、かつ、ウエハ上面
中央及び下面中央に向けて、それぞれレジスト吹
きつけノズルを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

上記の構成によればウエハに対する空気の流れ
状態が、ウエハの上面側も下面側も同様になるの
で、両面ともに均等な塗布膜厚が得られる。

更に、ウエハ上面の中央に向けて、及びウエハ
下面の中央に向けて、それぞれノズルを設けてい
るので、ウエハ上、下面の同時吹きつけができ、
作業能率が高い。

その上、レジストはウエハの中央部に吹きつけ
られるので、遠心力によつて直ちにウエハ全面に
広げられ、前述の空気流れ状態の斉一性と相俟つ
て均一な膜厚が形成される。

〔実施例〕

第１図Ａおよび同Ｂはレジストを塗布すべきウ
エハ１の平面図および同側面図である。本実施例
において用いたウエハ１は切欠部１ａを形成した
直径75mmの薄円板状である。

第２図は両面塗布を行ない得るように構成した
レジスト塗布装置の一例を示す一部断面正面図で
ある。

３はウエハ１を把持する３本の爪９（２本のみ
図示す）を備えたチヤツク機構であり、このチヤ
ツク機構３は円筒状の回転部６の下端に固着して
ある。上記の回転部６はプーリ４およびタイミン
グベルト５を介して直流モータ（図示せず）によ
り回転駆動される。

チヤツク用の爪９，９に把持されて回転部６と
共に回転しているウエハ１の上面にレジスト液を
吹きつけるための上ノズル１０を、回転部６の中
心孔の中に貫通設置する。またウエハ１の下面に
レジスト液を吹きつける下ノズル１１をカツプ１
２の底面中央に貫通固着する。

上記のカツプ１２は回転中のウエハ１から遠心
力で飛散するレジスト液をうけるためその周囲を
覆うための部材で、シリンダ８により上下に移動
せしめ得る構造である。７は上下動の案内部材で
ある。

前記の３本の爪９，９は、回転部６に固着され
たプレート１３に回転自在に軸支されている。以
上のような構成により、ウエハ１を爪９，９で水
平に把持して回転させながらその上、下両面に向
けて上、下ノズル１０，１１からレジスト液を吹
きつけることができる。

爪９，９に把持されている状態で、ウエハ１の
上面は前記プレート１３と平行に対向し、ウエハ
１の下面は前記のカツプ１２の底面と平行に対向
する。

最初はウエハ１を把持したチヤツク機構３を比
較的低速（例えば500〜1000rpm）で回転させな
がらその上面中央及び下面中央にそれぞれ上ノズ
ル１０及び下ノズル１１からレジスト液を吹きつ
けると、レジスト液は容易にウエハ１の全面に広
がる。次いで回転速度を比較的高速（例えば3000
〜5000rpm）にすると、余分のレジスト液は遠心
力で振り切られて飛散し、レジスト液の膜厚が回
転速度に応じて薄くなる。

第３図Ａはチヤツク機構３付近の拡大図、第３
図Ｂはチヤツク機構３の爪９，９に把持されたウ
エハ１を下方から見た図である。

ウエハ１の上方にプレート１３が平行に対向
し、これら両部材が一緒に回転するのでその間に
挾まれた空気も同方向に回転せしめられ、矢印
Ｄ，D′のようにウエハ１の外周方向に渦流をな
して流動する。その流れの状態は両部材の間隔寸
法ｌの変化に伴つて変わる。

また、ウエハ１の下面とこれに対向するカツプ
１２の底面Ｅとの間にも同様に空気の渦流を生
じ、この渦流の状態は両部材の間隔寸法ｍに変化
に伴つて変わるが、この部分の渦流の状態は回転
部材であるウエハ１と静止部材であるカツプ１２
の底面との間で生じる現象であるため、前述のウ
エハ上面における渦流の状態と異なる。また間隔
寸法ｌの大小が渦流に及ぼす影響と、間隔寸法ｍ
の大小が渦流に及ぼす影響とは同様でない。

次に、これらの諸条件が空気の流動に及ぼす影
響、並びにその結果としてのレジスト膜厚の変化
状態を、第４図乃至第７図について説明する。

これらの図表において〇印はウエハ上面におけ
る膜厚を表わし、●印はウエハ下面の膜厚を表わ
す。

測定個所は第４図Ａに示すごとくウエハ１の中
央の点イと、周辺に近い点ハと、両者の中間の点
ロとの３点である。これらの実験に用いたレジス
ト液は粘度60cpのものである。

第４図Ｂ及び同Ｃは、ウエハ１の上面とこれに
対向する構成部材（本例においてはプレート１
３）との間隔寸法ｌを種々に変えた場合の膜厚分
布の例を示し、第４図Ｂはｌ＝５mmの場合、第４
図Ｃはｌ＝30mmの場合である。

両図を対比ひて明瞭に理解されるように、ｌ寸
法が過少（５mm）のときウエハ上面の膜厚分布は
中心部と周辺部との差が大きい。そして、ｌ寸法
を適正にするとウエハ中心部と同周辺部との膜厚
の差が減少し、かつウエハ下面の膜厚に比して大
差が無くなる。

こうした現象を生じる理由は、ｌ寸法が小さい
と二つの回転部材（ウエハ１とプレート１３）に
挾まれた空気の流れが早く、従つてレジスト液の
溶媒の蒸発速度が早く、ウエハ上面のレジスト液
がウエハ１下面のレジスト液よりも早く凝固して
膜厚が厚くなり、この傾向がウエハの中心部にお
いて特に著しく現れるものと考えられる。

ｌ＝５mmの場合（第４図Ｂ）とｌ＝30mmの場合
（第４図Ｃ）との中間状態は、図示を省略した
が、この間隔寸法ｌがウエハ１の直径の1/5（本
例において15mm）以下のとき膜厚の不均一が顕著
になり、1/5以上の場合は実用上許容し得る程度
に膜厚が均一となる。

第５図Ａ及び同Ｂはウエハ１の下面とこれに対
向する部材（本例においてはカツプ１２の底面
Ｅ）との間隔寸法ｍを種々に変えた場合の膜厚分
布の例を示し、第５図Ａはｍ＝10mmの場合、第５
図Ｂはｍ＝30mmの場合である。

両図を対比して明瞭に理解されるように、ｍ寸
法が過少（10mm）のときウエハ下面の膜厚分布は
中心部と周辺部との差が大きい。そしてｍ寸法が
適正値になるとウエハ下面中心部と同周辺部との
膜厚差が減少し、かつウエハ上面の膜厚に比して
大差が無くなる。

こうした現象を生じる理由は、ｍ寸法が小さく
なると空気の流れが遅くなり、従つてレジスト液
の溶媒の蒸発速度が遅く、レジスト液が凝固しに
くいために膜厚が薄くなり、この傾向がウエハの
中心部において特に著しく現れるものと考えられ
る。

ｍ＝10mmの場合（第５図Ａ）とｍ＝30mmの場合
（第５図Ｂ）との中間状態は図示を省略したが、
この間隔寸法ｍがウエハ１の直径の1/5（本例に
おいて15mm）以下のとき膜厚の不均一が顕著
（0.5μｍ以上）になり、1/5以上の場合は実用上
許容し得る程度（0.5μｍ以下）に膜厚が均一に
なる。

上記の実施例はウエハの直径Ｄが75mmの場合に
ついて述べたが、ウエハ直径Ｄが75mm以外の場合
については次の如くである。

水平な円板（ウエハ）を中心の回りに回転させ
たとき、表面の液体（レジスト）の膜厚ｈは次式
の如くであることが公知である。

ρ：レジストの密度（ｇ／cm³） η：レジストの粘度（poise） ω：ウエハの角速度（rad／sec） ｔ：ウエハの回転時間（sec） ho：ｔ＝０のときの膜厚 上記の関係から となり、膜厚はウエハの半径ｒと比例することに
なる。

これにより、Ｄ寸法が変化してもｌ／Ｄ、ｍ／
Ｄの関係が一定に保たれるであろうことが理論的
に予測されるので、本発明者はＤの値を種々に変
えて実験した結果、 ｌ／Ｄ＞1/5、ｍ／Ｄ＞1/5の関係を両立せしめ
ると膜厚不均一が0.5μｍ以下に収まることを確
認した。

以上に説明したように、(イ)ウエハ１の上面と回
転部材である対向部材との間の距離がウエハ径の
1/5以上になると対向部材の影響を受けなくな
り、又、(ロ)ウエハ１の下面と静止部材である対向
部材との間の距離がウエハ径の1/5以上になると
対向部材の影響を受けなくなる。上記(イ)、(ロ)を総
合してウエハ１の上面及び下面をそれぞれ対向部
材からウエハ径の1/5以上離間させてその影響を
無視し得るようにすると、ウエハ１の上面の膜厚
とウエハ１の下面の膜厚とがほぼ均等になる。

第６図は前記のｌ寸法およびｍ寸法をそれぞれ
ウエハ直径の1/5以上とし、ウエハ１の回転速度
を変えた場合のレジスト膜厚分布を示し、第６図
Ａは回転速度500rpmでレジスト液の吹付拡散操
作（以下スプレツドと言う）を行つた後、
3000rpmに増速して膜厚調整を行つた場合を示
し、第６図Ｂは回転速度1000rpmでスプレツドし
た後3000rpmに増速して膜厚調整を行つた場合を
示す。これにより、スプレツドを1000rpm程度の
比較的高速で行つた方が上下両面の膜厚寸法を均
一化し得ることがわかる。

第７図はスプレツドの時間を変化させた場合の
膜厚変化を示し、第７図Ａはスプレツト時間３秒
間の場合、第７図Ｂはスプレツド時間10秒間の場
合である。これにより、スプレツド操作は比較的
短時間で済ませた方が膜厚分布の均一化について
好結果が得られることがわかる。

以上の各実験結果を活用して構成したレジスト
膜均一塗布装置の一実施例を第３図Ａについて次
に述べる。この塗布装置はスプリング１４，１４
の付勢力によつて爪９，９の下端部でウエハ１を
挾持するチヤツク機構３と、第２図について説明
したようにこのチヤツク機構３を回動させる手段
と、ウエハ１の両面にレジスト液を吹きつける上
ノズル１０及び下ノズル１１とを備えている。そ
して、本発明を適用してウエハ１とプレート１３
との間隔寸法ｌをウエハ１の直径（75mm）の＝1/
５よりも若干大きく20mmとし、かつ、ウエハ１と
カツプ１２の底面Ｅとの間隔寸法ｍをウエハ１の
直径の1/5よりもかなり大きく25mmにしてある。
また、爪９，９が空気を撹拌して空気流を乱すこ
とを軽減するよう、その断面形状を薄くかつなめ
らかにすることが望ましい。

本発明装置は以上のように構成してあるので、
チヤツク機構３の爪９，９にうえは１を把持させ
て回転させながらレジスト液をウエハ１の両面に
吹きつけてスプレツドし、その直後に高速回転
（例えば3000rpm）させると、第４図Ｃおよび第
５図Ｂについて説明した作用により、ウエハ１の
上面及び下面それぞれにレジスト膜厚が均一とな
り、その上、上面のレジスト膜厚と下面のレジス
ト膜厚とが均等になる。

本発明に係るレジスト膜均一塗布装置を使用す
る際は、第６図及び第７図について説明した作用
を活用すべく、スプレツド操作を比較的高速（例
えば1000rpm）で、比較的短時間（例えば３秒
間）行なうと本発明装置によるレジスト被膜厚さ
の均一化がいつそう良好となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、ウエハ両面レ
ジスト塗布装置において、チヤツク機構によつて
把持された状態のウエハの上、下面とこれに対向
するレジスト塗布装置の構成部材（回転部材及び
静止部材のそれぞれ）との間隔寸法を、上記ウエ
ハの直径1/5以上とすることにより、ウエハに対
向している部材による空気の流れに対する影響を
軽減し、ウエハの上面に接する空気の流れ状態と
ウエハの下面に接する空気の流れ状態とを同様な
らしめて、ウエハ上面及び下面に同時にレジスト
液を塗布し、両面のレジスト膜厚を均等ならしめ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明に係るウエハ両面の
レジスト均一塗布装置の一実施例を示し、第１図
Ａはウエハの平面図、第１図Ｂは同側面図、第２
図は一部を断面とした全体的な正面図、第３図Ａ
はチヤツク機構部分断面正面図、第３図Ｂは同底
面図である。第４図乃至第７図は本発明装置の作
用原理を説明するための図表であり、第４図Ａは
レジスト膜厚測定点を示し、第４図Ｂ及び第４図
Ｃは第３図Ａに示したｌ寸法によるレジスト膜厚
の変化を示し、第５図Ａ及び第５図Ｂは第３図Ａ
に示したｍ寸法によるレジスト膜の変化を示し、
第６図Ａ及び第６図Ｂはスプレツド回転速度によ
るレジスト膜厚の変化を示し、第７図Ａ及び第７
図Ｂはスプレツド時間によるレジスト膜厚の変化
を示す。 １……ウエハ、３……チヤツク機構、４……プ
ーリ、５……タイミングベルト、６……回転部、
７……案内部材、８……シリンダ、９……爪、１
０……上ノズル、１１……下ノズル、１２……カ
ツプ、１３……プレート、１４……スプリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) ウエハの外周を把持する爪を備えたチヤ
   ツク機構と、上記チヤツク機構を支承して回転
   させる手段と、前記チヤツク機構によつて把持
   されたウエハの両面に液状のレジストを吹きつ
   ける手段とよりなり、チヤツク機構に把持され
   たウエハの片面が回転部材に対向し、該ウエハ
   の他面が静止部材に対向して回転せしめられる
   構造のウエハ両面レジスト塗布装置において、 (b) ウエハの直径をＤとし、回転部材であるチヤ
   ツク機構は、該ウエハと平行に対向する平面を
   有するものとして、上記チヤツク機構とウエハ
   との間隔をＤ／５以上とし、 (c) ウエハに対向する静止部材は、該ウエハと平
   行な面を有するものとして、該ウエハと静止部
   材との間隔をＤ／５以上とし、 (d) 前記ウエハの上面に液状のレジストを吹きつ
   ける手段は、チヤツク機構の中央に設けられた
   ノズルを有するものであり、 (e) 前記ウエハの下面に液状のレジストを吹きつ
   ける手段は、ウエハ下面の中央に対向するノズ
   ルを有するものであることを特徴とする、ウエ
   ハ両面のレジスト膜均一塗布装置。