(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をコーティングするスピンコーティング装置であって、当該スピンコーティング装置は、
スピンコーティング処理時に水平方向に基板を保持するように構成された基板ホルダと、
前記基板ホルダに接続されており、回転軸について前記基板ホルダを回転させるように構成された回転機構と、
前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときに、前記基板のワーク面上に液体材料をディスペンスするように構成されている液体ディスペンサであって、前記ワーク面は、円形状を有し、平面的であり、前記基板ホルダに接触する前記基板の底面とは反対側にある、液体ディスペンサと、
基板対向面を有するリング形状の流体フロー部材であって、該流体フロー部材は、前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときに、前記基板のワーク面のリング形状部分の鉛直方向上方に前記基板対向面が位置決めされるように位置するように構成され、前記ワーク面のリング形状部分は、前記ワーク面の外側エッジから前記回転軸からの所定径方向距離まで延び、前記基板対向面は、前記基板対向面と前記ワーク面との間の所与の鉛直方向距離が前記回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっている、流体フロー部材と、
前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときであって、前記回転機構が前記基板ホルダを回転させるように作動している間、前記基板対向面と前記ワーク面との間の平均鉛直方向距離を長くする又は短くするように構成された鉛直方向移動機構と、を含み、
前記基板対向面は、外側リング形状セクションと内側リング形状セクションとを有し、該内側リング形状セクションは該外側リング形状セクションよりも前記回転軸に近くにあり、前記基板対向面の内側リング形状セクションは、前記ワーク面のリング形状部分の内側部分の上方にあり、第一曲率半径を有し、前記基板対向面の外側リング形状セクションは、前記ワーク面のリング形状部分のエッジ部分の上方にあり、第二曲率半径を有し、該第二曲率半径は該第一曲率半径とは異なり、前記基板対向面は前記ワーク面に対して凸である、スピンコーティング装置。
スピンコーティング装置。
【請求項２】
前記基板対向面と前記ワーク面との間の前記所与の鉛直方向距離は、前記所与の鉛直方向距離が前記回転軸からの径方向距離が長くなるにつれて、短くなるように変化する、請求項１に記載のスピンコーティング装置。
【請求項３】
前記流体フロー部材は、前記ワーク面の円形状部分の鉛直方向上方に円形開口を規定し、該円形開口は、前記回転軸から前記所定径方向距離まで延びる、請求項１に記載のスピンコーティング装置。
【請求項４】
前記第一曲率半径は、約２０ミリメートルと９０ミリメートルとの間にあり、
前記第二曲率半径は、約１０００ミリメートルと２０００ミリメートルとの間にある、請求項１に記載のスピンコーティング装置。
【請求項５】
前記第一曲率半径は、約５０ミリメートルと７０ミリメートルとの間にあり、
前記第二曲率半径は、約１３００ミリメートルと１５００ミリメートルとの間にある、請求項４に記載のスピンコーティング装置。
【請求項６】
前記基板対向面は、前記基板対向面と前記ワーク面との間の距離が前記ワーク面の外側エッジに向かって径方向において短くなるように、前記ワーク面に対して凸である頂部が平面で切断された円錐の形状を規定する、請求項１に記載のスピンコーティング装置。
【請求項７】
前記基板対向面は、スピンコーティング処理時の乾燥均一性を改善するように選択された曲がり具合を有する、請求項６に記載のスピンコーティング装置。
【請求項８】
前記基板対向面と前記ワーク面との間の変化する所与の鉛直方向距離は、前記ワーク面上の乱流を最小限にするように選択された、請求項７に記載のスピンコーティング装置。
【請求項９】
前記流体フロー部材は、少なくとも一つのセグメントが隣接するセグメントから離れるように移動するように構成された、２つ以上のセグメントを含む、請求項１に記載のスピンコーティング装置。
【請求項１０】
前記流体フロー部材は、各セグメントが隣接するセグメントから離れるように移動するように構成された、４つのセグメントを含む、請求項９に記載のスピンコーティング装置。
【請求項１１】
前記流体フロー部材の基板対向面は、前記流体フロー部材が複数の線形セグメントを含む断面曲率を有するように、複数の平面的径方向セグメントを含む、請求項１に記載のスピンコーティング装置。
【請求項１２】
前記流体フロー部材は、前記流体フロー部材が前記基板の上方に部分リングを形成するような開口を規定する、請求項１に記載のスピンコーティング装置。
【請求項１３】
半導体デバイスを製造する方法であって、当該方法は、
基板を基板ホルダ上に位置決めする工程であって、該基板ホルダは、該基板を水平方向に保持し、回転軸を有し、該基板は、該基板ホルダに接触する底面と、該底面とは反対側にあるワーク面を有する、工程と、
前記基板ホルダの上方に流体フロー部材を位置決めする工程であって、該流体フロー部材は基板対向面を含み、該流体フロー部材を位置決めする工程は、前記ワーク面の上方で所定平均鉛直方向距離で前記ワーク面の鉛直方向上方に該基板対向面を位置決めする工程を含み、該基板対向面の少なくとも一部は、該基板対向面と前記ワーク面との間の所与の鉛直方向距離が、前記回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっている、工程と、
前記基板の上方に位置決めされた液体ディスペンサを介して前記基板のワーク面上に液体材料をディスペンスする工程と、
前記液体材料が前記基板のワーク面にわたって広がるように前記基板ホルダに結合された回転機構を介して前記基板及び前記基板ホルダをスピンさせる工程と、
前記液体材料を前記ワーク面上にディスペンスする工程の前に、前記ワーク面の上方、前記所定平均鉛直方向距離で前記基板対向面を維持する工程と、
前記液体材料へのディスペンスの開始に続けて、鉛直方向移動機構を介して、前記所定平均鉛直方向距離を第二所定平均鉛直方向距離に短くする工程と、を含む方法。
【請求項１４】
前記基板対向面は、外側リング形状セクションと内側リング形状セクションを有し、該内側リング形状セクションは該外側リング形状セクションよりも前記回転軸に近くにあり、前記基板対向面の外側リング形状セクションが実質的に径方向に線形スロープを有する一方、前記基板対向面の該内側リング形状セクションは径方向に曲がっており、
前記所定平均鉛直方向距離を第二所定平均鉛直方向距離に短くする工程により、前記基板対向面の外側セクションは、前記ワーク面から約４ミリメートル未満に位置決めされており、
前記外側セクションは、前記ワーク面が約３００ミリメートルの直径を有するときに、前記回転軸から約８０−１２０ミリメートルの径方向距離を超えて延びており、
前記外側セクションは、前記ワーク面が約４５０ミリメートルの直径を有するときに、前記回転軸から約１００−１７０ミリメートルの径方向距離を超えて延びている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記所定平均鉛直方向距離を第二所定平均鉛直方向距離に短くする工程は、前記液体材料の前記ワーク面上へのディスペンス開始より所定時間内に起きる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
半導体デバイスを製造する方法であって、当該方法は、
基板を基板ホルダ上に位置決めする工程であって、該基板ホルダは、該基板を水平方向に保持し、回転軸を有し、該基板は、該基板ホルダに接触する底面と、該底面とは反対側にあるワーク面を有する、工程と、
前記基板ホルダの上方に流体フロー部材を位置決めする工程であって、該流体フロー部材は基板対向面を含み、該流体フロー部材を位置決めする工程は、前記ワーク面の上方で所定平均鉛直方向距離で前記ワーク面の鉛直方向上方に該基板対向面を位置決めする工程を含み、該基板対向面の少なくとも一部は、該基板対向面と前記ワーク面との間の所与の鉛直方向距離が、前記回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっている、工程と、
前記基板の上方に位置決めされた液体ディスペンサを介して前記基板のワーク面上に液体材料をディスペンスする工程と、
前記液体材料が前記基板のワーク面にわたって広がるように前記基板ホルダに結合された回転機構を介して前記基板及び前記基板ホルダをスピンさせる工程と、
前記基板対向面が前記ワーク面と実質的に同一の角速度で回転するように、前記基板ホルダと同一の回転方向に前記基板対向面を回転させる工程と、を含む方法。
【請求項１７】
前記基板ホルダの上方に前記流体フロー部材を位置決めする工程は、複数の流体フロー部材セグメントを機械的に組み合わせて、前記流体フロー部材を形成する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
半導体デバイスを製造する方法であって、当該方法は、
基板を基板ホルダ上に位置決めする工程であって、該基板ホルダは、該基板を水平方向に保持し、回転軸を有し、該基板は、該基板ホルダに接触する底面と、該底面とは反対側にあるワーク面を有する、工程と、
前記基板ホルダの上方に流体フロー部材を位置決めする工程であって、該流体フロー部材は基板対向面を含み、該流体フロー部材を位置決めする工程は、前記ワーク面の上方で所定平均鉛直方向距離で前記ワーク面の鉛直方向上方に該基板対向面を位置決めする工程を含み、該基板対向面の少なくとも一部は、該基板対向面と前記ワーク面との間の所与の鉛直方向距離が、前記回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっている、工程と、
前記基板の上方に位置決めされた液体ディスペンサを介して前記基板のワーク面上に液体材料をディスペンスする工程と、
前記液体材料が前記基板のワーク面にわたって広がるように前記基板ホルダに結合された回転機構を介して前記基板及び前記基板ホルダをスピンさせる工程と、
第一期間、前記液体材料を前記ワーク面上にディスペンスする工程の前に、前記ワーク面の上方に前記所定平均鉛直方向距離で前記基板対向面を維持する工程と、
第二期間、前記液体材料へのディスペンスの開始に続けて、鉛直方向移動機構を介して、前記所定平均鉛直方向距離を第二所定平均鉛直方向距離に短くする工程と、
第三期間、前記基板が記基板ホルダ上でスピンし続けている間に、前記所定平均鉛直方向距離を第三所定鉛直方向距離に長くする工程と、を含む方法。
【請求項１９】
基板をコーティングするスピンコーティング装置であって、当該スピンコーティング装置は、
スピンコーティング処理時に水平方向に基板を保持するように構成された基板ホルダと、
前記基板ホルダに接続されており、回転軸について前記基板ホルダを回転させるように構成された回転機構と、
前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときに、前記基板のワーク面上に液体材料をディスペンスするように構成されている液体ディスペンサであって、前記ワーク面は、平面的であり、前記基板ホルダに接触する前記基板の底面とは反対側にある、液体ディスペンサと、
基板対向面を有する流体フロー部材と、を含み、
前記基板対向面が、前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときに、前記基板のワーク面の鉛直方向上方に位置決めされ、前記流体フロー部材は前記回転軸を中心とした実質的に円形の開口を規定し、前記流体フロー部材は、規定された前記開口の直径を大きくする又は小さくすることができるように構成され、
前記流体フロー部材は、ダイヤフラム部材と、リング形状ベースプレートと、を含み、
前記ダイヤフラム部材は、互いに摺動して、規定された前記開口の直径を大きくする又は小さくするように構成された複数のブレードを含み、
前記複数のブレードは、装着リングを回転させることにより、前記ブレードが、規定された前記開口の直径を大きくする又は小さくするように、複数のロッドを介して該装着リングに取り付けられている、
スピンコーティング装置。
【請求項２０】
基板をコーティングするスピンコーティング装置であって、当該スピンコーティング装置は、
スピンコーティング処理時に水平方向に基板を保持するように構成された基板ホルダと、
前記基板ホルダに接続されており、回転軸について前記基板ホルダを回転させるように構成された回転機構と、
前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときに、前記基板のワーク面上に液体材料をディスペンスするように構成されている液体ディスペンサであって、前記ワーク面は、円形状を有し、平面的であり、前記基板ホルダに接触する前記基板の底面とは反対側にある、液体ディスペンサと、
基板対向面を有するリング形状の流体フロー部材であって、該流体フロー部材は、前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときに、前記基板のワーク面のリング形状部分の鉛直方向上方に前記基板対向面が位置決めされるように位置するように構成され、前記ワーク面のリング形状部分は、前記ワーク面の外側エッジから前記回転軸からの所定径方向距離まで延び、前記基板対向面の一部が、前記基板対向面と前記ワーク面との間の所与の鉛直方向距離が前記回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっている、流体フロー部材と、
前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときであって、前記回転機構が前記基板ホルダを回転させるように作動している間、前記基板対向面と前記ワーク面との間の平均鉛直方向距離を長くする又は短くするように構成された鉛直方向移動機構と、を含み、
前記基板対向面は、線形の外側リング形状セクションと曲がった内側リング形状セクションとを有し、曲がった該内側リング形状セクションは線形の該外側リング形状セクションよりも前記回転軸に近くにあり、前記基板対向面の曲がった内側リング形状セクションは、前記ワーク面のリング形状部分の内側部分の上方にあり、曲率半径を有し、前記基板対向面の線形の外側リング形状セクションは、前記ワーク面のリング形状部分のエッジ部分の上方にある、スピンコーティング装置。
【請求項２１】
前記基板対向面の線形の外側リング形状セクションが径方向に線形スロープを有する、請求項２０に記載のスピンコーティング装置。
【請求項２２】
前記流体フロー部材が前記基板のワーク面の鉛直方向上方に位置決めされているときに、前記ワーク面と前記基板対向面の線形の外側リング形状セクションとの間に実質的に一定の鉛直方向距離があるように、線形の前記外側リング形状セクションが平坦である、請求項２０に記載のスピンコーティング装置。
【請求項２３】
前記鉛直方向移動機構は、前記外側リング形状セクションと前記ワーク面との間の垂直距離を約５ミリメートル未満に設定する、請求項２０に記載のスピンコーティング装置。
【請求項２４】
前記基板対向面の内側リング形状セクションの曲率半径は約２０ミリメートルと９０ミリメートルとの間にある、請求項２２に記載のスピンコーティング装置。
【請求項２５】
前記基板対向面と前記ワーク面との間の前記所与の鉛直方向距離は、前記所与の鉛直方向距離が前記回転軸からの径方向距離が長くなるにつれて、短くなるように変化する、請求項２０に記載のスピンコーティング装置。
【請求項２６】
前記流体フロー部材は、前記ワーク面の円形状部分の鉛直方向上方に円形開口を規定し、該円形開口は、前記回転軸から前記所定径方向距離まで延びる、請求項２０に記載のスピンコーティング装置。
【請求項２７】
基板をコーティングするスピンコーティング装置であって、当該スピンコーティング装置は、
スピンコーティング処理時に水平方向に基板を保持するように構成された基板ホルダと、
前記基板ホルダに接続されており、回転軸について前記基板ホルダを回転させるように構成された回転機構と、
前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときに、前記基板のワーク面上に液体材料をディスペンスするように構成されている液体ディスペンサであって、前記ワーク面は、平面的であり、前記基板ホルダに接触する前記基板の底面とは反対側にある、液体ディスペンサと、
基板対向面を有する流体フロー部材と、を含み、
前記流体フロー部材は、前記基板が前記基板ホルダ上に配置されているときに、前記基板のワーク面の鉛直方向上方に前記基板対向面が位置決めされるように位置するように構成され、前記基板対向面の少なくとも一部が、前記基板対向面と前記ワーク面との間の所与の鉛直方向距離が前記回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっており、
前記基板対向面は、前記流体フロー部材が複数の線形セグメントを含む断面曲率を有するように、複数の平面的径方向セグメントを含む、スピンコーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示される技術は、半導体基板のスピンコーティングを含む、スピンコーティングシステム及び処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピンコーティングは、ポリマー、フォトレジスト、その他の化合物で平坦な表面をコーティングする方法として、数十年もの間、用いられてきた。スピンコーティングは、典型的には、溶媒溶液、ポリマー溶液、その他の液体材料を平坦な基板上に付着させることで行われる。その後、その溶液が基板のエッジに向かって外側に流れるようにする遠心力を生成するのに十分な角速度で基板を回転し、それにより、基板の全表面をコーティングする。余分な溶液は基板のエッジから追い出され、残った溶液は溶液の蒸発につれて薄く、硬くなり、薄いポリマー膜を残す。
【０００３】
そのようなスピンコーティングは、半導体デバイス製造で用いられるリソグラフィーにおいては通常行われる工程である。フォトリソグラフィー処理の例においては、レジストスピンコーティング工程を実行して、半導体ウェハ上に均一のレジスト膜を形成する。次に、典型的には、露光処理により、潜在ラインパターンを形成するマスクを通じて、レジスト膜を光、その他の放射に露光する。最終的に、現像工程により、露光工程後のレジストがコーティングされたウェハを現像して、ラインパターンを明らかにする。そのような一連の処理ステージは、典型的にはコーティング現像システム内で行われる。
【０００４】
典型的なスピンコーティング処理においては、半導体ウェハ又は他の基板は、回転駆動機構によりスピンチャックとともに回転する。ウェハは、スピンチャックに真空吸着で固定される、又は他の方法で保持されることができる。半導体ウェハ上方に位置決めされたレジストノズルは、レジスト溶液をウェハ表面の中央に滴下する。滴下されたレジスト溶液は、ウェハがスピンしている時の遠心力で半導体ウェハの周辺に向かって径方向外側に広がる。ウェハ全面にわたってレジストを広げるのは比較的早急に起きるのであるが、半導体ウェハをしばらくの間（通常、回転速度を下げて）継続して回転して、ウェハ表面に広がったレジスト溶液をスピンオフ及び乾燥させる。そのようなスピンコーティングは半導体産業では広範囲に用いられており、さらなるウェハ処理に対する準備工程として、主にウェハの表面上に薄い、均一なフォトレジストポリマーの層を形成する。
【発明の概要】
【０００５】
半導体製造及びスピンコーティングにおける共通の要望は、高いスループットを有することである。半導体製造時には、ウェハは複数のコーティング及び現像工程を経る可能性がある。したがって、ウェハの各スピンコーティングを完了するための処理時間を最小化すれば、スループットを改善することができる。言い換えると、スピンコート又はスピン処理を可能な限り短い時間で完了し、単位時間当たりに処理することのできるウェハの数を増やすことが望ましい。スループットを上げることに伴う困難性は、均一性及び品質性の要件を満たすことである。ウェハにわたって液体材料を広げることと、その液体材料を乾燥させることの両方に回転を用いる、典型的なスピンコーティング処理では、乾燥時間は広がる時間よりも実質的に長く継続する。乾燥時間をはやめるのに用いることのできる種々の技術が存在する。一つの基本的な技術は、ウェハの回転速度を上げて、今度は、ウェハの表面にわたる流体フロー速度を上げることである。つまり、ウェハがより速く回転すれば、液体レジスト又は他の液体化学がより速く乾燥する（溶媒が蒸発する）。
【０００６】
しかし、基板の回転速度をより速くすると、コーティングの不均一性及び／又は欠陥を生じる可能性がある。これらの欠陥は、典型的には、相対的により大きい回転速度によりトリガされるウェハの表面にわたる乱気流の結果である。基板のより大きい回転速度による一つの特定される問題としては、エクマン螺旋としても知られる、ウインドマークの形成がある。これは、ウェハが、ウェハ上方にある流体フロー（エア及び溶媒）が層流から乱流に移行するまで、より大きい角速度で継続的に回転するときに生じる現象である。完全な乱流が起きる直前に、フォトレジストの表面上で螺旋上のパターンを引き起こす強い二次的フローがある。これらのパターン（ウインドマーク）はレジスト厚の均一性の欠如により、後の処理工程時の欠陥を引き起こす。
【０００７】
所与の基板直径に対して、エアフローが閾値を超えて、レジスト内にウインドマークを形成せずにウェハを回転することのできる最大速度がある。ウインドマークを形成する閾値は、直径と角速度の組み合わせに基づく。ウインドマークの開始は、レイノルド数の特定の値に関連している。スピンコーティングについてのレイノルド数は、ウェハ上方のエア密度、ウェハの角速度、ウェハの中央からの径方向位置、エアの粘度を用いて、慣性力及び粘性力を定量化する。臨界レイノルド数は、不安定性が生じるポイントを特定する。ウインドマークにより、臨界レイノルド数は、所与のウェハＷのエッジ半径に基づいた角速度の限界を決める。基板の直径が大きくなると、回転軸から遠い径方向距離での接線速度の上昇のため、最大角速度を下げる必要がある。言い換えると、より大きいディスクのスピンコーティングのときは、ウェハのエッジ近くでのウインドマークを防止するためにスピン速度を下げる必要がある。
【０００８】
これは、特に、半導体産業が直径３００ｍｍのウェハから直径４５０ｍｍのウェハを処理することに移行するときの困難性となっている。例えば、３００ｍｍのウェハをコーティングするためのいくつかの従来的なスピンコーティングシステムは、１分当たり約１８００回転（ｒｐｍ）までウェハをスピンすることができ、２、３秒強で液体をディスペンス及び広げ、（化学品に依存するが）約１分未満で溶媒を十分に蒸発させる。しかし、基板直径が４５０ｍｍまで大きくなると、スピン速度は、ウインドマークを回避するために９００ｒｐｍ前後まで下げる必要がある。そのような速度の低下は２つの重要な困難性を有する。一つの困難性は、そのような相対的に低い回転速度では、液体は、均一にウェハ表面にわたって広がらない（低い遠心力）ことである。より低い回転速度にともなう他の課題は、乾燥時間が劇的に増大することである。より低い回転速度では、溶媒の蒸発に３、４分以上かかる可能性があり、これは、３００ｍｍのウェハの面積の２倍以上の４５０ｍｍのウェハであるにも関わらず、ウェハの単位面積当たりのスループット時間が実際は落ちる可能性があることを意味する。
【０００９】
本明細書で開示される技術は、ウインドマークの形成と流体乱流による他の欠陥を防止する、スピンコーティング装置及び方法を提供し、それにより、膜均一性を維持しつつ、回転速度をより大きくし、乾燥時間を縮めることが可能になる。本明細書で開示される技術は、基板ホルダ上方、むしろ、ウェハ又は他の基板の上面上方で位置決めされた、又は懸下された、リング又はカバー等の流体フロー部材を含む。流体フロー部材は、ウェハ又は他の基板の回転時のウインドマークを防止する径方向の曲がり具合（curvature）を有する。
【００１０】
一つの実施形態は、真空吸着を用いる等により、スピンコーティング処理時に水平方向に基板を保持するように構成された基板ホルダを有するスピンコーティング装置を含む。モータ等の回転機構が、基板ホルダに接続されている。回転機構は、回転軸について基板ホルダを回転させるように構成されている。装置は、液体ディスペンサを含む。液体ディスペンサは、基板が基板ホルダに配置されているときに、基板のワーク面上に液体材料をディスペンスするように構成された液体ディスペンサを含む。ワーク面は、概して、平面的であり、基板ホルダに接触する基板の底面とは反対側に位置している。装置は、基板対向面を有する流体フロー部材を含む。流体フロー部材は、基板が基板ホルダに配置されているときに、基板対向面が基板のワーク面の鉛直方向上方に位置決めされるように位置決めされて構成されている。基板対向面の少なくとも一部は、基板対向面とワーク面との間の所与の鉛直方向距離が回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっている。言い換えると、基板のワーク面は、概して平面的である一方で、上方に懸下された流体フロー部材は曲がっており、ゆえにワーク面上方の基板対向面の所与の高さは、基板の所与の半径に依存する。
【００１１】
他の実施形態は、半導体デバイスを製造する方法を含む。この方法は、基板ホルダ上に基板を位置決めすることを含む複数の工程を有する。基板ホルダは水平方向に基板を保持し、回転軸を有する。基板は基板ホルダに接触する底面と、底面とは反対側にあるワーク面と、を有する。他の工程では、流体フロー部材が基板ホルダ上方に位置決めされる。流体フロー部材は、ワーク面上方の所定平均鉛直方向距離又は平均高さで鉛直方向にワーク面上方で位置決めされた基板対向面を有する。基板対向面のすくなくとも一部は、基板対向面とワーク面との間の所与の鉛直方向距離が、回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっている。液体材料を、基板の上方に位置決めされた液体ディスペンサを介して基板のワーク面上にディスペンスする。基板及び基板ホルダを、液体材料が基板のワーク面にわたって広がり、その後、回転動作により乾燥するように、基板ホルダに結合された回転機構を介して一緒にスピンさせる。
【００１２】
当然のことながら、本明細書で開示されたような様々な工程の説明の順序は、明瞭性を目的として提示している。一般的に、これらの工程は、任意の好適な順序で行うことができる。付加的に、本明細書における様々な特徴、技術、構成等の各々は、この開示の様々な箇所で説明され得るが、各概念は互いに依存することなく、又は互いに組み合わせて実行することができる。従って、本発明は、異なるやり方で実施され、評価される。
【００１３】
この発明の概要は、本開示又はクレームされた発明の全ての実施形態及び／又は付加的な新規な観点を特定してはいないことに留意されたい。代わりに、この発明の概要は、従来技術に対する様々な実施形態及び対応する新規な点の予備的な議論を提供するにすぎない。本発明及び実施形態の付加的な詳細及び／又は可能な視点について、読者は、さらに下記に説明する本開示の詳細な説明のセクション及び対応する図面に指向される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の種々の実施形態のより全面的な理解とそれに付随する多くの効果は、添付の図面と併せて考慮される次の詳細な説明を参照すれば、容易に明らかとなるものである。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに、実施形態、原理及び概念を説明することに重点を置いている。
【００１５】
【図１】図１は、スピンコーティング装置の全体構造を示す断面図である。
【００１６】
【図２】図２は、図１のスピンコーティング装置の上面図である。
【００１７】
【図３】図３は、本明細書での実施形態に係る、流体フロー部材の拡大断面図である。
【００１８】
【図４】図４は、本明細書での実施形態に係る、流体フロー部材の拡大断面図である。
【００１９】
【図５】図５は、本明細書で記載する、流体フロー部材の別の実施形態の断面図である。
【００２０】
【図６Ａ】図６Ａは、本明細書で記載する、流体フロー部材の別の実施形態の上面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本明細書で記載する、流体フロー部材の別の実施形態の上面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本明細書で記載する、流体フロー部材の別の実施形態の上面図である。
【００２１】
【図７】図７は、本明細書で記載する、流体フロー部材の別の実施形態の上面図である。
【００２２】
【図８Ａ】図８Ａは、本明細書で記載する、流体フロー部材の別の実施形態の上面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本明細書で記載する、流体フロー部材の別の実施形態の上面図である。
【００２３】
【図９】図９は、本明細書で記載する、調整可能な開口を有する流体フロー部材の別の実施形態の上面図である。
【００２４】
【図１０】図１０は、本明細書で記載する、調整可能な開口を有する流体フロー部材の別の実施形態の側面図である。
【００２５】
【図１１】図１１は、本明細書で記載する、調整可能な開口を有する流体フロー部材の別の実施形態の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
非限定的に説明することを目的として、次の説明は、処理システムの特定のジオメトリ、種々のコンポーネントの説明及びそこで用いられる処理等の特定の詳細を明記する。しかし、本発明はそれらの特定の詳細から離れた他の実施形態において実施され得ると理解するべきである。
【００２７】
同様に、説明することを目的として、特定の数、材料及び構成を本発明の徹底した理解を提供するために明記する。それでもなお、本発明は、特定の詳細なしで実施してよい。さらに、図面に示された種々の実施形態は、説明上の表現であり、必ずしも縮尺通りではないと理解される。
【００２８】
種々の動作を、本発明を理解する際に最も有益なやり方で、順々に複数のディスクリートな動作として説明する。しかし、これらの動作が必然的に順序依存であることを示唆するものとして、説明の順序を解釈するべきではない。特に、これらの動作は提示の順序で行われることを必要としない。説明される動作は説明される実施形態でのものとは異なる順序で行われてよい。種々の追加的な動作が行われてよく、及び／又は、記載される動作が追加的な実施形態において省略されてもよい。
【００２９】
本明細書で用いられる「基板」は、概して本発明に従って処理される対象物をいう。基板は、デバイス、特には、半導体その他の電子デバイスの任意の材料部分又は構造を含んでよい。例えば、半導体ウェハ等のベース基板構造又は、薄膜などのベース基板構造上又はこれにオーバレイする層であってよい。ゆえに、基板は、パターンが形成された、又はパターンが形成されていないに関わらず、任意の特定のベース構造、下位層又はオーバレイ層に限定されることを意図しておらず、むしろ、任意のそのような層、ベース構造、層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むと考える。下記の説明は、特定のタイプの基板を参照し得るが、これは、非限定的に説明することを目的としているだけである。
【００３０】
従って、本明細書で開示される技術は、ウインドマーク及び流体乱流により引き起こされた他の欠陥の形成を防止するスピンコーティング装置及び方法を提供し、それにより、より大きな回転速度及び乾燥時間の短縮を可能にしつつ、膜均一性も維持する。本明細書で開示される技術は、カバー、リング、その他のエアフロー構造等の流体フロー部材を含む。流体フロー部材は、基板ホルダの上方又は基板ホルダ上に配置されている基板の上方に位置決め、又は懸下されている。流体フロー部材は、ウェハ又は他の基板の回転時のウインドマーク及び乱気流による他の影響を防止するように選択された径方向の曲がり具合を有する。流体フロー部材は、基板に近接して位置決めされる。流体フロー部材の形状、サイズ及び位置が、液体材料でコーティングされるウェハの表面にわたる流体層流（代表的には、溶媒及びエアー）を維持するのをアシストし、乾燥時間をはやめつつ、厚さ及びカバレッジのいずれの点においてもコーティングの均一性を維持する。
【００３１】
添付の図面を参照して、実施形態例を説明する。便宜上、ここでの実施形態は、半導体製造の一部においてレジストを用いるという状況で説明する。しかし、他の液体材料も半導体ウェハ又は他の一般的な平坦な基板のスピンコーティングに用いることができる。図１は、レジストコーティング部１００（ＣＯＴ）（スピンコーティング装置）の全体構造を示す断面図である。図２は、本発明の一つの実施形態に係る、レジストコーティング部１００（ＣＯＴ）の全体構造を示す断面上面図である。
【００３２】
円形状のカップ（ＣＰ）は、レジストコーティング部１００の中央に配置されている。基板ホルダ１０２（スピンチャック）は、カップＣＰ内に配置されている。カップＣＰは、基板の端から流れ出て、導管に流れ落ちる廃棄流体を捕える。基板ホルダ１０２は、駆動モータ１０３などの回転機構により回転しつつ、半導体ウェハなどの基板（以下、「ウェハ」と呼ぶ）Ｗは、基板ホルダ１０２上に真空吸着されている。他の半導体保持機構を用いることもできる。駆動モータ１０３は、カップＣＰ内の開口に配置することができ、基板ホルダ１０２を上下に移動させる昇降機構を任意で含むことができる。昇降機構は、例えば、エアシリンダであり、上下案内部を含むことができる。モータは、冷却部を含み、スピンコーティング処理に有利な材料から構成されることができる。
【００３３】
ウェハＷは、ウェハ転送機構（図示せず）の一部としての保持部材１０９により基板ホルダ１０２に搬送することができる。上下駆動部が、駆動モータ１０３及び／又はウェハＷを上に受ける基板ホルダ１０２を上方に持ち上げる。あるいは、カップＣＰが、上下に移動する、又は分離して広がり、ウェハＷが基板ホルダ１０２上に置かれるようにすることができる。
【００３４】
液体ディスペンサは、ウェハＷの表面上にレジスト溶液を供給するレジストノズル１１０を含む。液体ディスペンサは、レジスト供給管１１１を通じてレジストサプライヤに接続されている。レジストノズル１１０は、ノズルホルダ１１３を通じてレジストノズル走査アーム１１２の先端に着脱可能に取り付けられている。レジストノズル走査アーム１１２は、鉛直支持部材１１５の上端部に装着されている。鉛直支持部材１１５は、一方向（Ｙ方向）に案内レール１１４上で水平方向に移動可能である。レジストノズル走査アーム１１２は、このため、Ｙ方向駆動機構（図示せず）に鉛直支持部材１１５とともに、Ｙ方向に移動する。他の機構が用いられて、レジストノズル１１０をＺ方向及び／又はＸ方向に移動させる。レジストノズル１１０は、異なるタイプ又はサイズの他のレジストノズルと相互交換可能とすることができる。溶媒雰囲気を用いて、ノズルの先端でのレジスト溶液が固化又は劣化するのを防止することができる。
【００３５】
レジストの適用は、希釈剤（thinner）として機能する溶媒を、ウェハ表面にレジスト溶液を供給する前にウェハ表面をウェッティングするのに適用することを含む。この最初の溶媒は、レジストノズル１１０又はこれに隣接して装着されたノズルで適用することができる。溶媒及びレジストは、一つ以上の連結供給管（図示せず）及び一つ以上の操作アームアセンブリを介して供給することができる。
【００３６】
高効率のダスト収集フィルタ１４１は、ウェハＷの上方に設けられる。エアの温度及び湿度は温度湿度コントローラ１４２により調整される。エアは、ダストを除去する高効率のダスト収集フィルタ１４１を通過する。それにより、クリーンエアがレジストコーティング部（ＣＯＴ）１００に供給されるようにする。例えば、レジスト溶液についての溶媒を含むガスが、エアの代わりに導入されてもよいことに留意されたい。
【００３７】
レジストコーティング部（ＣＯＴ）１００の制御システム又はコントローラ（図示せず）は、種々のスピンコーティング動作を制御及び管理するのに用いることができる。コントローラは、ＣＰＵ、ユーザインタフェース及びメモリ部を有する処理コントローラを含むことができる。ユーザインタフェースは、処理コントローラに接続されており、レジストコーティング部１００の可視化された動作ステータスを示すディスプレイなどを介して、処理マネージャがコマンド入力動作などを行って、レジストコーティング部１００を制御することができるようにする入力デバイスを含む。メモリ部は、処理コントローラに接続されている。メモリ部は、処理コントローラの制御下でレジストコーティング部（ＣＯＴ）１００により実行される種々の処理を実現する制御プログラム（ソフトウェア）及び複数の処理条件データ等を有するレシピを記憶している。
【００３８】
ユーザインタフェースを通じた命令又は類似する入力により呼び出される所与のレシピとして、レジストコーティング部（ＣＯＴ）１００は、処理コントローラの制御下で所望の処理を実行する。コントローラは、例えば、駆動モータ１０３の駆動、レジストサプライヤ、溶媒サプライヤを制御する。詳細には、コントローラは、駆動モータ１０３を制御して、その回転速度を上げる又は下げるようにする。コントローラは、また、レジストサプライヤからレジストノズル１１０にレジスト溶液を供給するタイミング、溶媒サプライヤから溶媒ノズルに希釈剤（thinner）等の溶媒を供給するタイミング並びに供給されるレジスト溶液及び溶媒の量及びタイプを制御する。
【００３９】
制御プログラム及び処理条件データについてのレシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ等のコンピュータ読み取り可能媒体に記憶することができ、又は、必要に応じて、使用専用線を介して他の装置からオンラインで送信してもよい。
【００４０】
レジストコーティング部１００は、流体フロー部材１５０も含む。図１及び図２の実施形態においては、流体フロー部材１５０は、相対的に薄状の構造部材としてカップＣＰに一体化されて、表されている。しかし、この一体化は、一つの実施形態例にすぎない。他の実施形態においては、流体フロー部材１５０は、レジストノズル走査アーム１１２に取り付ける等、レジストコーティング部１００内の上位構造部材に取り付けることができる。走査アームに取り付けた場合の実施形態においては、流体フロー部材１５０は、ウェハＷが基板ホルダ１０２上に置かれているとき、又はここから除去されるときに、脇に移動することができる。他の実施形態においては、流体フロー部材は、カップＣＰに隣接して取り付けられており、独立した鉛直方向移動機構を含むことができる。
【００４１】
概して、流体フロー部材１５０は、基板対向面１５５であって、基板ホルダ１０２の回転軸１８０に対して、この表面の少なくとも一部が径方向に曲がっている基板対向面１５５を提供する。この結果、ウェハＷが基板ホルダ１０２上に配置されているときに、曲がったプレート又はリングが、ウェハＷ（基板）上方に位置決めされる。曲がり具合は、流体フロー部材１５０が、回転軸に近づく径方向距離と比較して、ウェハＷの外側のエッジ１２１でウェハＷに近づくようになっている。また、流体フロー部材１５０及びウェハＷとの間の高さ方向又は鉛直方向距離は、回転軸１８０に向けた移動を大きくする。
【００４２】
いくつかの実施形態においては、図５等のように、流体フロー部材１５０の曲がり具合を延ばして、回転軸１８０まで延長すると、流体フロー部材は円錐形状を有することになる。他の実施形態においては、図２等のように、流体フロー部材は、レジスト及びエアを受けるウェハＷ上方の開口を規定することができる。これにより、ウェハエッジでのウインドマークの形成をより良好に制御することを可能にしつつ、中央又は開口１５７への又はそれを通じたより多くのエアフローを許容する。
【００４３】
ここで、図３を参照する。完全に平坦な形状のカバー又は大きすぎる若しくは小さすぎる曲率を有する場合に生じうる、流体フロー部材が基板をカバーし始める箇所のレジスト内にバンプ（bump）を生じさせることなく、そのような基板（ウェハ）上方にある曲がった部材は、コートされた基板上方のエア及び溶媒の層流を増大させる。そのようなバンプは、増大した蒸発により、局所的に膜厚が大きくなることより形成される。流体フロー部材の曲がり具合は、著しく曲がった内側リング形状セクション１５０−２から、全体的に線形のスロープ又は平坦である、外側リング形状セクション１５０−１までの段階的な移行を提供している。
【００４４】
この流体フロー部材で用いられる技術は、流体フロー部材を上下に移動させて、欠陥を防止する処理を含む。例えば、ウェハについて流体フロー部材１５０を最適な高さにすると乱流を低減することができるが、液体材料（レジスト）拡散フェーズ時に流体フロー部材を近接させると、欠陥を引き起こす可能性があるのである。液体材料を基板上に最初にディスペンスするとき、液体が基板のエッジに向かって拡散するときにいくらかの飛び跳ねがある可能性がある。粒子が飛び跳ねて、流体フロー部材（最初は、ウェハに非常に近接している）に着地する場合、この粒子はその後基板に落ちて戻り、欠陥を生成する。最初は、液体材料のディスペンス時にはウェハＷ上方の十分高い位置に流体フロー部材を維持することによって、流体フロー部材は可能性のある飛び跳ねを回避し、その後、粒子が飛び跳ねる期間が終了した後に、流体フロー部材を最適な高さにまで低くすることができる。その後、ウェハＷは、流体フロー部材がウェハＷ上の液体材料の表面上方の流体の層流を促進しつつ、液体材料のスピン乾燥（spin  dry）を継続することができる。その結果、レジスト表面でのウインドマークを防止することになり、それによりウェハ上で形成される層の均一性を維持する。
【００４５】
いくつかの実施形態例について説明する。一つの実施形態は、ウェハＷなどの基板又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）基板等の他の基板をコーティングするスピンコーティング装置を含む。装置は、スピンコーティング処理時に水平方向に基板を保持するように構成された基板ホルダを含む。真空吸引が代表的な保持機構であるが、クランピング、基板を受ける凹みの使用、その他の保持機構を用いることができる。回転機構は、回転軸について基板ホルダを回転させるのと同時に、基板ホルダ上の基板を回転させるように構成されている。装置は、液体ディスペンサを含む。液体ディスペンサは、基板が基板ホルダ上に配置されているとき、基板のワーク面上に液体材料（レジスト等）をディスペンスするように構成されている。図３は、ワーク面１２５の例を示している。ワーク面は平面的であり、基板の底面とは反対側にある。ここで、底面は、基板ホルダに接触している。言い換えると、基板ホルダが水平方向に基板を保持する状態では、ワーク面は上面である。
【００４６】
装置は、基板対向面１５５を有する流体フロー部材を含む。基板が基板ホルダに配置されているときに、基板対向面が基板のワーク面の鉛直方向上方に位置決めされるように、流体フロー部材は位置決めされる、又は懸下されるように構成されている。基板対向面の少なくとも一部は、回転軸からの所与の径方向距離に対して、基板対向面とワーク面との間の所与の鉛直方向距離が径方向に変化するように曲がっている。言い換えると、流体フロー部材は、エッジ１２１から回転軸１８０に一致する基板の中心に向かって変化する曲がり具合を有する。
【００４７】
いくつかの実施形態においては、基板対向面とワーク面との間の所与の鉛直方向距離は、回転軸からの径方向の距離が増加するにつれて、その所与の鉛直方向距離が減少するように、変化する。言い換えると、基板の中央に向かって流体フロー部材はより高くなる一方、基板のエッジのところでは、流体フロー部材はより低くなる。基板対向面は、ワーク基板が円形状を有するときに、ワーク面のリング形状部分の上方に位置決めすることができる。リング形状は、ワーク面の外側のエッジから、回転軸からの所定径方向距離まで延びる。流体フロー部材は、回転軸から所定径方向距離まで延びるワーク面の円形状部分の鉛直方向上方に円形状の開口を規定する。ゆえに、流体フロー部材は、基板の周辺部分上方で懸下されつつ、中央開口がダスト収集フィルタ１４１等の上方からのエアフローを許容する。
【００４８】
他の実施形態においては、基板対向面は、セクション１５０−１等の外側リング形状セクションと、セクション１５０−２等の内側リング形状セクションと、を有する。内側リング形状セクションは、外側リング形状セクションよりも回転軸１８０に近い。基板対向面の内側リング形状セクションは径方向に曲がっている一方、基板対向面の外側リング形状セクションは、概ね径方向に線形のスロープを有する。ゆえに、流体フロー部材の顕著に曲がった部分が基板の中央のより近くにある一方で、基板のエッジ部分上方では、流体フロー部材は実質的に平坦であり、概ね線形に見えるように十分に大きい半径を含むことができる。
【００４９】
別の実施形態においては、基板対向面の内側リング形状セクションが径方向に曲がっている一方で、流体フロー部材が基板のワーク面の鉛直方向上方に位置決めされているときに、ワーク面と基板対向面の外側リング形状セクションとの間に実質的に一定の鉛直方向距離があるように、基板対向面の外側リング形状セクションは平坦である。言い換えると、内側部分は曲がっている一方で、流体フロー部材の外側部分は基板上方で一定の高さを有する。
【００５０】
実施形態は、基板が基板ホルダ上に配置されているときに、基板対向面１５５とワーク面１２５との間の平均鉛直方向距離を増減させるように構成された鉛直方向移動機構を含むことができる。基板対向面は、少なくとも部分的に曲がっているので、任意の所与の径方向距離での変動可能な高さがある（しかし、特定の径方向距離が同じであるところの流体フロー部材の周方向では同じ高さである。）。従って、平均鉛直方向距離は基板対向面上方の流体フロー部材の鉛直方向移動／位置を識別するに用いることができる。鉛直方向移動機構は、外側リング形状セクションとワーク面との間の垂直距離を約５ミリメートル未満又は約１０ミリメートル未満までに設定するように構成されていることができる。外側リング形状セクションを約１０ミリメートルのところに懸下すると、カバーをしていないときと比べて層流を改善することができる。また、外側リング形状セクションを約５ミリメートル未満又はさらに３、４ミリメートル未満にすると、劇的により良好な層流を生成する。基板対向面の内側リング形状セクションは、約２０ミリメートルと９０ミリメートルとの間の第一曲率半径を有することができる。
【００５１】
他の実施形態においては、液体材料をワーク面にディスペンスする前、基板対向面は、第一期間について、ワーク面上方、所定平均鉛直方向距離で維持される。これは、基板対向面上ではねる（splashing）粒子を回避するように選択された最初の高さである。第一期間は、全基板回転時間と比べて相対的に短くすることができる。例えば、この第一期間は、ほんの１から２、３秒であることができる。液体材料のディスペンス開始に続けて、所定平均鉛直方向距離を、鉛直方向移動機構を介して、第二期間について、第二所定平均鉛直方向距離にする。この第二期間は、第一期間よりも相対的に長くすることができる。非限定的な例によれば、第二期間は、５秒、１０秒、１５秒又はそれ以上であることができる。この第二期間時に、基板の回転速度を上げる(accelerated)ことができる。また、第二所定平均鉛直方向距離は、もっとも短い鉛直方向距離が２ｍｍ前後となるくらいに、基板に相対的に近いものである。次に所定平均鉛直方向距離は、基板が基板ホルダ上で回転している間の第三期間について、第三所定鉛直方向距離に増加させる。この第三期間は、実質的に第二期間よりも長くすることができる。２、３又はそれ以上の倍の長さである。第三所定平均鉛直方向距離は、基板に対する最短距離をより長くすることができる。１０又は１５ｍｍ前後等である。基板対向面を基板上方でより高く上昇させるに従って、基板の回転速度をこれに対応させて小さくすることを実装して、乱流閾値を下回るフローを保つようにしてもよい。この第三期間時のスピンは乾燥が完了するまで、又はウェハをホットプレートに移動することができるようになるまで継続することができる。ゆえに、上面又はカバーは、飛びはねを回避して、早期に乱流効果を回避するような時点で低くすることができる。上面又はカバーは膜均一性を維持するように上昇させる。本明細書で与えられる時間及び距離は例示であり、実際の期間、回転速度、距離は、用いられている所与の化学品及び／又はレシピ工程に依存してよい。
【００５２】
他の実施形態においては、基板対向面は、外側リング形状セクション及び内側リング形状セクションを有する。内側リング形状セクションは、外側リング形状セクションよりも回転軸に近い。基板対向面の内側リング形状セクションは、第一曲率半径を有し、基板対向面の外側リング形状セクションは、第二曲率半径を有する。第二曲率半径は、第一曲率半径とは異なる。図３に示すように、基板対向面はワーク面に対して凸である。第一曲率半径は、約２０ミリメータと９０ミリメータとの間にあることができる一方で、第二曲率半径は、約１０００ミリメータと２０００ミリメータとの間にあることができる。あるいは、第一曲率半径は、約５０ミリメータと７０ミリメータとの間にあることができる一方、第二曲率半径は、約１３００ミリメータと１５００ミリメータとの間にあることができる。
【００５３】
いくつかの実施形態においては、基板対向面は、基板対向面とワーク面との間の距離が径方向においてワーク面の外側のエッジに向かって短くなるように、ワーク面に対して凸である、頂部が平面で切断された円錐の形状を規定する。基板対向面が曲がっている一方で、流体フロー部材そのものは、プレートのように相対的に平坦である、又は大きな厚さを有するブロックであることができる。基板対向面は、スピンコーティング処理時に乾燥均一性を改善するように選択された曲がり具合を有することができる。つまり、特定の曲がり具合を有する形状が、スピンにより基板を乾燥するときの乾燥均一性を改善するのに選択することができる。基板対向面とワーク面との間の変動する所与の鉛直方向距離が、ワーク面上での乱流を最小限にするように選択することができる。高さが比較的大きい（例えば、１０センチメートルよりも大きい等）場合、ほとんど利得がない可能性があることに留意されたい。同様に、高さが小さすぎる（おそらく１ミリメータ未満）、いくらかの乱流及び／又は均一性の低下がある可能性がある。ゆえに、曲がり具合は均一性のために最適化され、高さは均一性と乱流とのバランスをとるように選択される。
【００５４】
図４は、図３に類似する流体フロー部材の例の拡大断面図を示す。図４の流体フロー部材は、概ね径方向の曲がり具合を有するが、断面図に示すように、基板対向面１５５が複数の平面的（線形）セグメントを含む。ゆえに、流体フロー部材の基板対向面は、基板対向面１５５の一部として示すことができるように、流体フロー部材が複数の線形セグメントを含む断面曲率を有するように、複数の平面的径方向セグメントを含むことができる。
【００５５】
他の実施形態においては、基板対向面は、図５に示すように、基板ホルダとそろって回転するように構成されていることができる。特定の材料及び処理条件に依存して、均一性と流体フロー利得が、基板と同調して回転する流体フロー部材で得ることができる。
【００５６】
図６は、流体フロー部材の種々の構成の上面図である。これらの実施形態においては、流体フロー部材は、流体フロー部材が基板ホルダ上方で部分リングを形成するような開口を規定する。非限定的な実施形態によれば、図６Ａは、角度開口を規定する流体フロー部材を示す。図６Ｂは、本質的に半円である流体フロー部材を示す。図６Ｃは、開口の線エッジが概ね互いに直角である開口の例を示す。
【００５７】
図７は、分割した流体フロー部材又は上面プレートの上面図を示す。この実施形態において、流体フロー部材は、基板ホルダから（鉛直方向又は水平方向に）機械的に移動することができる複数のセクションを含む。そのような移動は、ノズルアームの移動を許容するのみならず、基板ホルダ上に基板を置く及び取り出すのを許容するため有益である可能性がある。一つの実施形態においては、流体フロー部材の各セクションは、流体フロー部材のどの部分もウェハをカバーしないようにするように、移動することのできるアームに取り付けることができる。各アームは、他のアームと同調して移動することができ、切れ目のない流体フロー部材を形成する。セクションは、相対的に短い距離で離れるように動くこともでき、厚さ均一性と乱流制御との間のバランスをより良く最適化する。ゆえに、一つの実施形態は、少なくとも一つのセグメントが隣接するセグメントから離れるように動くように構成されているような、２つ以上のセグメント（例えば、４つのセグメント）を含む流体フロー部材を含む。そのようなセグメントは、上記に記載したような径方向の曲がり具合を有する、又は、概して、平坦な基板対向面を形成する実質的に平坦なセグメントであることができることに留意されたい。
【００５８】
図８から図１１は、動的に中央開口を変化させる流体フロー部材を説明する図である。図８Ａ及び図８Ｂは、所与の直径を備えた開口であって、この所与の直径が大きくなることで、流体フロー部材の全面積を縮小する、開口を有する流体フロー部材の上面図を示す。図９は、（基板ホルダ／ウェハの）回転軸を中心とした概ね円形の開口を規定するそのような流体フロー部材の一つの実施形態例の上面図であり、図１０は側面図を示す。流体フロー部材は、その規定された開口の直径が大きくする及び／又は小さくすることができるように構成されている。示された例は、本質的にダイヤフラム又はシャッタ型の開口のような技術を組み込む。
【００５９】
流体フロー部材は、ダイヤフラム部材と、リング形状ベースプレート１６２と、を含むことができる。ダイヤフラム部材は、ブレード１６４、ロッド１６６等の複数のコンポーネントを含むことができる。ロッド１６６は、ブレード１６４のスロット１６５を貫通し、固定具１６７を介してブレードを保持する。ロッド１６６は、装着リング１６８に取り付けることもできる。装着リング１６８の移動は、装着リングの回転により、ブレードが規定された開口の直径を増加させる、及び／又は減少させるようにする。装着リング１６８が回転するにつれて、ロッド１６６がスロット１６５を通じて移動することができ、それにより、ブレード１６４が互いに摺動することなどにより、自らの位置を変える。これにより、今度は、規定された開口を大きくする又は小さくする。ゆえに、この実施形態においては、流体フロー部材は、調整可能な内側半径又は直径を有するリングと見なすことができる。そのような調整能力により、流体フロー部材は、特定用途向けに動的に調整することができる。
【００６０】
他の実施形態は、半導体デバイスを製造する方法を含む。この方法は、複数の工程を含む。基板は、ロボットアームを用いる等により、基板ホルダ上に位置決めされる。基板ホルダは基板を水平方向に保持する。基板ホルダは回転軸を有する。基板は、基板ホルダに接触する底面を有し、底面とは反対のワーク面を有する。流体フロー部材は、基板ホルダ上方に位置決めされる。流体フロー部材は、流体フロー部材を位置決めすることが、ワーク面上方の所定平均鉛直方向距離で、鉛直方向にワーク面上方に基板対向面を位置決めすることを含むような、基板対向面を有する。基板対向面の少なくとも一部は、基板対向面とワーク面との間の所与の鉛直方向距離が、回転軸からの所与の径方向距離に対して径方向に変化するように曲がっている。レジスト等の液体材料は、基板上方に位置決めされた液体ディスペンサを介して基板のワーク面上にディスペンスされる。基板及び基板ホルダは、その後、液体材料が基板のワーク面にわたって広がるように、基板ホルダに結合された回転機構を介してスピンする。
【００６１】
他の実施形態においては、ワーク面上に液体材料をディスペンスする前に、基板対向面がワーク面上方の所定平均鉛直方向距離で維持される。液体材料のディスペンスを開始することに続いて、所定平均鉛直方向距離は、鉛直方向移動機構を介して、第二所定平均鉛直方向距離に縮められる。基板対向面は、外側リング形状セクションと、内側リング形状セクションと、を有し、内側リング形状セクションは外側リング形状セクションよりも回転軸に近い。基板対向面の内側リング形状が径方向に曲がっている一方で、基板対向面の外側リング形状は、概ね径方向に線形のスロープを有する。それにより、所定平均鉛直方向距離を第二所定鉛直方向距離に縮めることで、基板対向面の外側セクションはワーク面から約４ミリメート未満のところに位置決めされる。外側セクションは、回転軸から約８０−１２０ミリメートルの径方向距離１２７を超えて延びる。外側セクションは、ワーク面が訳４５０ミリメートルの直径を有するときは、回転軸から約１００−１７０ミリメートルの径方向距離１２７を超えて延びる。
【００６２】
流体フロー部材を用いて最大角速度に影響を与えることができるものには、複数の変数があることに留意されたい。例えば、最適圧は層流を促進するのに役立つ。圧力が低すぎると、バックフロー条件が乱流の原因を作る可能性がある。他の変数は、基板のタイプと、液体材料のタイプを含む。ウェハは、そのような形状は必要とされないのであるが、円形又はディスク形状が代表的であり、スピン装置は、矩形及び基板の他の形状で機能することができる。選択することのできレジスト及び溶媒は多数の様々なタイプがある。各溶媒は、それぞれフロー及び蒸発特性を有することができる。ゆえに、基板及びレジスト特性に基づいて、流体フロー部材、平均高さ、及び回転速度を調整し、最適な乾燥時間膜均一性を生むことを理解するべきである。例えば、半導体製造においてウェハ上のレジストに一般的に用いられるレジストについては、外側直径の相対的に大きなセクションが、ワーク面と基板対向面との間の鉛直方向距離を約３ミリメート未満で有することが有利である。非限定的な例によれば、１５０ｍｍの半径を有するウェハを処理するときは、約１１０ｍｍ（２２５ｍｍの半径を有するウェハについては約１６５ｍｍ）を超えたところの鉛直方向距離が約３ミリメートル未満、さらには約１．５ｍｍに縮められて設定されると、２８００ｒｐｍまで又はそれ以上等のより大きい回転速度に対して、劇的に改善された層流となる。
【００６３】
他の実施形態は、ワーク面への液体材料のディスペンスを開始してから、所定時間内に第一所定平均鉛直方向距離を第二所定平均鉛直方向距離に縮めることを含む。非限定的な実施形態によれば、レジストが基板にディスペンスされ、基板がスピンし、約１秒後にレジストが基板をカバーすることで、スピン乾燥の間の層流を促進するように基板対向面を低くすることができる。また、他の実施形態においては、基板対向面は、基板対向面がワーク面とほぼ同一の角速度で回転するように、基板ホルダと同一の回転方向に回転することができる。
【００６４】
他の実施形態は、様々なレシピ工程におけるカップの排気(exhaust)を変更して、乱流制御を維持しつつ、膜厚均一性と粒子生成とのバランスを最適化する方法を含む。相対的に低い排気率だと、一般的には、上面プレート（流体フロー部材）を用いたときの膜厚均一性についてはより良好になる。つまり、比較的低い排気率は、より均一の膜厚となる。しかし、対立した利害として、所定値よりも低い排気率は、処理されるウェハ上に着地する粒子が多くなるということがある。この危険性は、特定の処理工程でより高くなるので、本方法は、粒子による汚染を受ける可能性がより高い特定の処理工程時に排気を増加させることを含むことができる。さらに、排気が低すぎる場合は、圧力がスピンコーティングモジュールにかかり、ウェハ製造システムの他の部分に粒子を押し付ける可能性がある。ゆえに、代表的には、より低い排気率だとより良好な均一性となるが、代表的には、より高い排気率であれば欠陥が少なくなる。従って、本技術は、流体フロー部材を用いることと組み合わせて排気率を調整することで、所定量よりも低い欠陥を保ち、所定値よりも高い均一性を保つ。
【００６５】
本明細書における流体フロー部材及び方法は、処理条件及び液体材料プロパティに依存した種々の程度で均一性を改善することができる。例えば、本明細書における圧力、液体材料のタイプ、技術の特定の選択に基づいて、乱流効果を生じさせることなく、３００ｍｍの基板を約２８００−３０００ｒｐｍまで回転する及び、乱流効果を生じさせることなく、４５０ｍｍの基板を約１２００−１４００ｒｐｍまで回転することが可能である。
【００６６】
本発明の所定の実施形態のみが上記に記載されているが、当業者は容易に、本願の新規な教示及び効果から実質的に逸脱することなく、多くの修正物が実施形態において可能であることを理解するものである。従って、そのような全ての修正物は本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ−８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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