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JP2972970B2 - 処理装置 - Google Patents

処理装置

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JP2972970B2
JP2972970B2 JP4129925A JP12992592A JP2972970B2 JP 2972970 B2 JP2972970 B2 JP 2972970B2 JP 4129925 A JP4129925 A JP 4129925A JP 12992592 A JP12992592 A JP 12992592A JP 2972970 B2 JP2972970 B2 JP 2972970B2
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Japan
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liquid
resist
processing
bottle
wafer
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正巳 飽本
一幸 後藤
康司 伊藤
勝弥 奥村
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Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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    • G03F7/162—Coating on a rotating support, e.g. using a whirler or a spinner
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウェハ等の被
処理体の表面にレジスト液，現像液等の処理液を供給す
る処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体ウェハに対するフォトレジ
スト液の塗布装置は、図５に示すように、被処理体であ
る半導体ウェハ４１を回転可能なスピンチャック４２上
に吸着保持し、スピンチャックの上方のレジスト供給ノ
ズル４４から回転中の半導体ウェハ４１上に処理液たる
レジスト液を滴下し、低速回転でレジスト液をウェハ全
面に広げ、高速回転で振り切り・乾燥を行ってレジスト
膜を形成する。なお、レジスト液の飛散はスピンチャッ
ク４２の周囲のカップ４３により防止される。
【０００３】また、上記レジスト供給ノズル４４へのレ
ジスト液の供給は、液面センサ４８，及び順に圧送ポン
プ４９，フィルタ５０，バルブ５１を介装したレジスト
供給配管４５により行われる。すなわち、液面センサ４
８で液切れを監視しつつ、圧送ポンプ４９で所定量ずつ
レジストボトル４７内のレジスト液４６を送出し、更に
フィルタ５０を通すことにより、圧送ポンプ４９内等で
発生したパーティクルが半導体ウェハ４１に供給される
のを防止する。バルブ５１は、開閉バルブ５１ａ及びサ
ックバックバルブ５１ｂを一体化したものからなり、サ
ックバックバルブ５１ｂは、開閉バルブ５１ａを閉じて
レジスト液４６の供給を停止した際に、レジスト供給ノ
ズル４４内のレジスト液４６を吸引して半導体ウェハ４
１の表面にいわゆるボタ落ちするのを防ぐ。
【０００４】このような塗布液の供給機構は、液を滴下
する形式の塗布装置だけでなく、液を噴霧する形式の塗
布装置、例えば、特開昭60-85524号公報，特開昭60-144
735号公報，特開昭61-4576 号公報，特開昭62-119922
号公報，特開昭63-299117 号公報，特公昭63-29406号公
報等に開示されている装置においても前提となるもので
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た塗布装置における従来の塗布液供給機構では、圧送ポ
ンプにより液をレジスト供給ノズルまで供給するため、
原理的にパーティクルや気泡がレジスト液等の塗布液中
に混入しやすい。
【０００６】また、圧送ポンプ，フィルタ等を供給配管
に挿入する必要があるため、これらの機器と供給配管と
の間に配管接続機構いわゆるフィッテイングを設ける必
要がある。従って、このフィッテイング部分で液漏れを
起こす等のトラブルが発生することが多く、また、この
ような液漏れを起こさせないようにフィッテイングを接
続するには多くの労力と時間とを要するという問題があ
った。また、例えばレジスト塗布装置等では、このフィ
ッテイング部分内側に形成される段差や間隙等にレジス
ト液が溜り、変質（例えばゲル化）してしまう等の問題
があった。
【０００７】一方、塗布液の送出にポンプを用いず、不
活性気体例えば窒素ガスにより塗布液を圧送するように
構成した塗布装置もあるが、このような塗布装置では、
レジスト液等の塗布液を収容するボトル等が常に加圧さ
れた状態となるため、危険であり、また、窒素ガス等が
塗布液に溶け込んで気泡発生の原因となったり塗布液を
変質させる等の問題がある。
【０００８】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、圧送ポンプや加圧用ガスを用いることなく、従って
原理的にパーティクルや気泡が処理液中へに混入するこ
となしに、処理液を所定量ずつ供給することができ、処
理液の供給配管を簡素化してメンテナンス性の向上を図
ることができる処理装置を提供しようとするものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の処理装置は、液溜用容器に収容された処
理液を供給配管を介してノズルから所定量ずつ被処理体
の表面に供給する処理装置を前提とし、上記液溜用容器
を上記ノズルより高所に保持すると共に、上記液溜用容
器を配管を介して上記液溜用容器とは別の液容器に接続
する一方、上記液溜用容器を負圧源に接続するものであ
る。
【００１０】この発明において、上記液溜用容器内の処
理液の液面を上記ノズルからほぼ一定の高さに保持する
液面レベル制御手段を設けることが好ましく、この液面
レベル制御手段は、消費した分だけの処理液を容器に補
充する液補充装置によるもの、或いは、容器の高さを調
節する容器昇降機構によるもののいずれであってもよ
い。この発明の処理装置で取り扱い得る処理液として
は、レジスト液や現像液等があるが特にこれに限定され
るものではない。
【００１１】
【作用】上記のように構成されるこの発明の処理装置で
は、液容器に収容されているレジスト液等の処理液は、
吸引・通気切換手段を負圧源側に切り換えて液溜用容器
内上部に負圧を作用させることにより、一旦上方に吸い
上げられ液溜用容器内に貯蔵される。その後、例えば自
重により自然落下させることにより、下方の半導体ウェ
ハ等の被処理体に供給される。
【００１２】圧送ポンプや加圧用ガスを用いることなく
処理液を負圧吸引するものであるため、従来圧送ポンプ
等で発生していたパーテイクルの処理液への混入がな
く、また負圧吸引により液の泡抜きも行われる。従って
原理的にパーティクルや気泡の処理液中への混入がな
く、処理液の吐出状態が安定し、フィルター無しでもク
リーンな処理液を所定量ずつ供給することができる。
【００１３】また、ポンプ及びフィルタ等の機構を必要
としないため、処理液の供給配管，導入配管を簡素化し
てメンテナンス性の向上を図ることができる。すなわ
ち、液漏れ等を起こし易いフィッテイングの数を削減す
ることができ、またポンプ，フィルタ等のメンテナンス
も不要となりメンテナンス性の向上を図ることができ
る。また、加圧用ガスを用いないので、加圧用ガスの塗
布液への溶け込み等も発生せず、加圧による破損等も発
生することがない。
【００１４】更に、液面レベル制御手段を設けることに
よって、ノズルから処理液を吐出中にあっても、容器内
の処理液の液面をノズルから一定の高さに保持されるの
で、処理液の量が減った場合でも処理液の供給量を一定
に保つことができる。
【００１５】
【実施例】以下、この発明を図示の一実施例に基づいて
説明する。この実施例は、半導体ウェハにレジスト液を
塗布するレジスト塗布装置に適用したものである。
【００１６】図１はレジスト塗布装置を含むレジスト塗
布現像装置全体を示したもので、被処理体である半導体
ウェハＷ（以下、単にウェハという）に種々の処理を施
す処理機構が配設された処理機構ユニット１０と、処理
機構ユニット１０にウェハＷを自動的に搬入・搬出する
ための搬入・搬出機構１とで主要部が構成されている。
【００１７】搬入・搬出機構１は、処理前のウェハＷを
収納するウェハキャリア２と、処理後のウェハＷを収納
するウェハキャリア３と、ウェハＷを吸着保持するアー
ム４と、このアーム４をＸ，Ｙ，Ｚ（垂直）及びθ（回
転）方向に移動させる移動機構５と、ウェハＷがアライ
メントされかつ処理機構ユニット１０との間でウェハＷ
の受け渡しがなされるアライメントステージ６とを備え
ている。
【００１８】処理機構ユニット１０には、アライメント
ステージ６よりＸ方向に形成された搬送路１１に沿って
移動自在に搬送機構１２が設けられている。搬送機構１
２にはＹ，Ｚ及びθ方向に移動自在にメインアーム１３
が設けられている。搬送路１１の一方の側には、ウェハ
Ｗとレジスト膜との密着性を向上させるためのアドヒー
ジョン処理を行うアドヒージョン処理機構１４と、ウェ
ハＷに塗布されたレジスト中に残存する溶剤を加熱蒸発
させるためのプリベーク機構１５と、加熱処理されたウ
ェハＷを冷却する冷却機構１６とが配設されている。ま
た、搬送路１１の他方の側には、ウェハＷの表面に処理
液例えば現像液を塗布する現像機構１７と、ウェハＷ上
にレジスト膜を塗布形成する塗布機構１８（処理装置）
とが配設されている。
【００１９】上記レジスト塗布現像装置において、ま
ず、処理前のウェハＷは、搬入・搬出機構１のアーム４
によってウェハキャリア２から搬出されてアライメント
ステージ６上に載置され位置決めされる。次いで、アラ
イメントステージ６上のウェハＷは、搬送機構１２のメ
インアーム１３に保持されて、各処理機構１４〜１８そ
の他ステッパー装置等（図示せず）へと搬送され、レジ
スト塗布及び現像処理される。そして、処理後のウェハ
Ｗはメインアーム１３によってアライメントステージ６
に戻され、更にアーム４により搬送されてウェハキャリ
ア３に収納されることになる。
【００２０】次に、この発明の処理装置１８について説
明する。この処理装置１８は、図２に示すように、被処
理体であるウェハＷを真空チャック等で吸着保持し、高
速回転させることができるように構成されたスピンチャ
ック１９が設けられており、このスピンチャック１９の
周囲を囲むごとく、処理液であるレジスト液の飛散を防
止するためのカップ２０が設けられている。また、スピ
ンチャック１９の上方には、処理液供給ノズル２１が設
けられ、レジスト供給配管２２の下端に接続されてい
る。このレジスト供給配管２２の上端は、内部のレジス
ト液２４の液面レベルが処理液供給ノズル２１の先端か
ら所定高さｈ（例えば 500〜1000mm）となるように高所
に保持された密閉構造の液溜用容器２５（以下にレジス
トボトルという）の底部に接続されている。液面レベル
制御手段としては、例えばレジストボトル２５の外側に
光学的な液面センサ３９を配置し、液面レベルの上限、
下限等を検出し、この検出結果に対応して制御部３９ａ
により、バルブ２３，２７，三方弁３１等を開閉・切り
換え制御する。なお、レジスト供給配管２２には、開閉
バルブ２３ａとサックバックバルブ２３ｂが一体化され
たバルブ２３のみが介装され、ボタ落ちのないレジスト
液２４の滴下を可能としている。
【００２１】レジストボトル２５は、その内部が、レジ
スト導入配管２６及びその途中に設けた開閉バルブ２７
を介して上記レジストボトル２５とは別のレジスト液容
器２８に接続されている。また、レジストボトル２５内
の上部は、吸引・通気配管３０及び吸引・通気切換手段
である三方弁３１を介して、負圧源であるＶＡＣ真空装
置（図示せず）に接続された吸引配管３２又は通気配管
３３に切り換え可能に接続されている。
【００２２】レジストボトル２５へ液を補充する際に
は、制御部３９ａの制御により自動的にレジスト供給配
管２２のバルブ２３が閉じられ、レジスト導入配管２６
のバルブ２７が開かれる。そして、三方弁３１が負圧源
ＶＡＣに接続された吸引配管３２側に切り換えられ、負
圧源ＶＡＣの負圧による吸引作用により、レジスト液容
器２８中のレジスト液２９がレジストボトル２５内に送
り込まれる。ほぼ所定の液面レベルｈまでレジスト液２
４がレジストボトル２５に貯溜された時点で、レジスト
導入配管２６のバルブ２７は閉じられ、三方弁３１によ
り吸引配管３２との接続も切られる。その後、レジスト
ボトル２５から落差ｈによりレジスト液２４を滴下する
際には、三方弁３１により吸引・通気配管３０が通気配
管３３に切り換えられ、レジストボトル２５の内部が大
気に開放される。しかし、吸引・通気配管３０を通気配
管３３に切り換えるのはレジスト液２４の自重により自
然落下を行わせるのが目的であるので、通気配管３３に
空気を導入して大気に開放させる代わりに、通気配管３
３から大気と同じ圧力下で窒素ガス等の不活性ガスを供
給し、レジストボトル２５内の雰囲気を維持することも
できる。
【００２３】上記構成のレジスト塗布装置では、図１の
メインアーム１３により、ウェハＷをスピンチャック１
９上にロードする。次に、開閉バルブ２３ａを一定時間
開とすることにより、落差によってレジストボトル２５
内のフォットレジスト液２４を所定量ずつ、回転してい
るスピンチャック１９上のウェハＷに供給する。スピン
チヤック１９は、ウェハ１上に滴下するレジスト液をま
ず低速回転でウェハ全面に広げ、高速回転で振り切り・
乾燥を行ってレジスト膜を形成する。なお、開閉バルブ
２３ａを閉じると共にサックバックバルブ２３ｂを作動
させ、処理液供給ノズル２１内に残ったレジスト液２４
を吸引してレジスト液２４のウェハＷ上へのボタ落ちを
防止する。また、レジスト液２４の供給量は、開閉バル
ブ２３ａの開時間によって調節する。塗布の終了したウ
ェハＷは、メインアーム１３によりスピンチャック１９
上からアンロードされる。
【００２４】このように、図１のレジスト塗布装置によ
れば、ポンプや加圧用ガスを用いることなく、フォット
レジスト液２４を所定量ずつ供給することができる。こ
れにより、従来主に圧送ポンプで発生していたパーテイ
クルの混入をなくすことができ、また負圧吸引によりレ
ジスト液２４の泡抜きも行われ、レジスト液の吐出状態
が安定する。また、ポンプ及びフィルタ等の機構を必要
としないため、処理液の供給配管，導入配管を簡素化し
てメンテナンス性の向上を図ることができる。すなわ
ち、液洩れ等を起こし易いフィッティングの数を削減す
ることができ、またポンプ，フィルタ等のメンテナンス
も不要となり、メンテナンス性の向上を図ることができ
る。更に、装置を上下方向に構成することにより、設置
面積の削減を図ることができ、スペースの有効利用を図
ることができる。
【００２５】ところで、上記図１の実施例では、吐出前
に、ノズル先端からレジストボトル２５中のレジスト液
面までの高さｈを一定に設定しておき、バルブ２３を開
にして液補充無しの状態で所定量吐出させる構成とし
た。しかし、吐出中も上記液面高さｈが常に一定になる
ように制御しつつ吐出させるようにしてもよい。この液
面レベル制御手段には大別して２つある。１つは、レジ
ストボトル２５に消費した分だけのレジスト液を随時補
充する液補充装置によるものである。他の１つは、レジ
ストボトル２５の高さを調節することにより高さｈを一
定にするボトル昇降機構によるものである。
【００２６】前者の液補充装置としては、上述した三方
弁３１を切り換え、負圧吸引により上記レジスト液を補
充する方法が考えられる。しかし、レジスト液を単に負
圧吸引により補充するのでは、補充中はバルブ２３を閉
じる必要があり、塗布処理が停止状態となる。そこで、
液補充装置としては、図２に想像線で示すように、レジ
ストボトル２５の上方に更に１段又は２段の液補充用の
貯溜部２５ａをタンデム式に直列接続して設け、それら
から最下位のレジストボトル２５に対しレジスト液を補
充するように構成し、常にレジストボトル２５内のレジ
スト液の液面レベルが高さｈに維持されるようにする。
この追加する液補充用の貯溜部２５ａは、レジストボト
ル２５と同様に、レジスト容器２８から負圧吸引してレ
ジスト液を貯蔵する構造とすればよい。この場合には、
滴下するレジスト液量を一定にできるだけでなく、半導
体ウエハＷ面へのレジスト液の落下速度、衝撃も一定に
することができる。
【００２７】一方、後者のボトル昇降機構は、例えば図
３又は図４に示すような構造のものが考えられる。
【００２８】図３に示すボトル昇降機構において、レジ
スト供給配管２２及びレジスト導入配管２６は、少なく
とも一部が折り曲げ可能な柔軟な配管例えば樹脂性配管
等にて形成されている。また、レジストボトル２５はボ
トル保持機構３４により保持されている。このボトル保
持機構３４には、ボトル高さ調節機構としてコイルスプ
リング３５が設けてあり、ボトル保持機構３４は、この
コイルスプリング３５を介して支持部３６から吊り下げ
られている。ここでコイルスプリング３５のばね定数を
適宜選択しておくと、レジスト液２４が減少してレジス
トボトル２５内の液面が低下するにつれ、ボトル全体の
重量が軽くなってコイルスプリング３５が収縮し、コイ
ルスプリング３５がレジストボトル２５を引き上げるの
で、レジストボトル２５内の液面の高さｈが、ほぼ一定
に保たれる。このとき、レジスト供給配管２２はその一
部の折れ曲げ可能な屈曲部分２２ａが変形することによ
り、レジストボトル２５の上下動を許容する。
【００２９】レジスト液２４の供給量は、開閉バルブ２
３ａの開時間，レジストボトル２５（液面）の高さによ
って調節する。スピンチヤック１９によってウェハＷを
回転させ、滴下したレジスト液２４を遠心力で拡散さ
せ、ウェハＷの全面に均一に塗布する。そして、塗布の
終了したウェハＷを、スピンチャック１９上からアンロ
ードする。
【００３０】このような手順を繰り返すことにより、次
々とウェハＷにレジスト液２４を塗布することができ
る。この時、次第にレジストボトル２５内のレジスト液
２４は減少することになるが液面の低下を補正するよう
に、コイルスプリング３５によってレジストボトル２５
が引き上げられ、レジストボトル２５内の液面の高さｈ
がほぼ一定に保たれるので、落差によるレジスト液２４
の供給量を常に一定に保つことができる。
【００３１】なお、レジスト液２４の供給量の誤差を判
定したところ、上述したように液面高さを調節すること
により、2.0 ccずつレジスト液２４を供給する場合で、
誤差を± 6％程度とすることができた。これは図５に示
したようなポンプを用いた従来のレジスト塗布装置と同
じ程度の誤差である。
【００３２】図４に示す別のボトル昇降機構において
も、レジスト供給配管２２及びレジスト導入配管２６
は、少なくとも一部が折り曲げ可能な柔軟な樹脂性配管
等にて形成される。また、この実施例では、レジストボ
トル２５が、例えばモータ，エアシリンダ等の駆動機構
３７によって上下動可能に構成された載置台３８上に設
けられている。そして、レジストボトル２５内の液面の
高さを、例えば光学的な液面センサ３９で検出し、その
検出信号によって駆動機構３７を駆動し、載置台３８を
徐々に自動的に上昇させてレジストボトル２５内の液面
の高さｈをほぼ一定に保つように構成されている。
【００３３】この実施例のように、コイルスプリング等
を用いずに、液面センサ３９あるいは重量センサ等のセ
ンサからの信号をフィードバックして、モータ，エアシ
リンダ等を駆動し、レジストボトル２５を上下動させて
もよい。この場合、装置コストは上昇するが、比重が異
なるレジスト液２４を用いた場合等でも、より正確に液
面の高さを制御することができる。なお、サイフォン式
にレジストボトル２５の上部からレジスト供給配管２２
を引き出してもよい。
【００３４】なお、上記実施例では被処理体が半導体ウ
ェハである場合について説明したが、被処理体は半導体
ウェハに限られるものではなく、例えばＬＣＤ用基板，
ガラス基板あるいはプリント基板などについて同様に処
理液を被着するものにも適用できるものである。また、
上記実施例ではレジスト塗布装置の場合について説明し
たが、他の処理装置、例えば現像液塗布処理、エッチン
グ液塗布処理、磁性液塗布処理、洗浄処理などを行う装
置にも同様にして適用することができる。
【００３５】なお、上記液面までの高さｈは、技術レベ
ルが許す限り正確に設定するのが好ましいことは言うま
でもない。
【００３６】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明の処理
装置によれば、上記のように構成されているので、以下
のような優れた効果が得られる。
【００３７】１）請求項１記載の処理装置によれば、液
溜用容器をノズルより高所に保持すると共に、液溜用容
器を配管を介して液溜用容器とは別の液容器に接続する
一方、液溜用容器を負圧源に接続するので、圧送ポンプ
や加圧用ガスを用いることなく、液容器内の処理液を負
圧吸引して液溜用容器内に貯蔵し、液溜用容器から被処
理体に処理液を所定量ずつ供給することができる。圧送
ポンプや加圧用ガスを用いないためパーテイクルの混入
がなく、また負圧吸引により液の泡抜きも行われる。従
って原理的にパーティクルや気泡の処理液中への混入が
ない。また、ポンプ及びフィルタ等の機構を必要としな
いため、処理液の供給配管，導入配管を簡素化してメン
テナンス性の向上を図ることができる。
【００３８】２）請求項２記載の処理装置によれば、液
溜用容器内の処理液の液面をノズルから一定の高さに保
持する液面レベル制御手段を有するので、ノズルから処
理液を吐出中にあっても、液溜用容器内の処理液の液面
がほぼ一定の高さに保持されるので、処理液の量が減っ
た場合でも処理液の供給量を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の処理装置を含むレジスト塗布現像装
置を示す概略平面図である。
【図２】この発明の一実施例の処理装置を示す概略構成
図である。
【図３】他の実施例の処理装置を示す概略構成図であ
る。
【図４】更に他の実施例の処理装置を示す概略構成図で
ある。
【図５】従来のレジスト塗布装置を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
２１ 処理液供給ノズル ２４ レジスト液（処理液） ２５ レジストボトル（液溜用容器） ２６ レジスト導入配管 ２８ レジスト液容器 ３０ 吸引・通気配管 ３１ 三方弁（吸引・通気切換手段） ３２ 吸引配管 ３３ 通気配管 ３４ ボトル保持機構（液面レベル制御手段） ３５ コイルスプリング（ボトル高さ調整機構） ３７ 駆動機構（液面レベル制御手段）
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 康司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−211920（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−61476（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−37923（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/16 502

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液溜用容器に収容された処理液を供給配
    管を介してノズルから所定量ずつ被処理体の表面に供給
    する処理装置において、 上記液溜用容器を上記ノズルより高所に保持すると共
    に、上記液溜用容器を配管を介して上記液溜用容器とは
    別の液容器に接続する一方、上記液溜用容器を負圧源に
    接続してなることを特徴とする処理装置。
  2. 【請求項２】 上記液溜用容器内の処理液の液面を上記
    ノズルから一定の高さに保持する液面レベル制御手段を
    設けたことを特徴とする請求項１記載の処理装置。
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