(57)【要約】基板に高分子溶液をコーティングして均一な厚さの膜を形成する方法及び装置は、密閉ハウジング内に基板を装着し、溶剤蒸気を含むガスであっても良い制御ガスを流入口を通じてハウジング内に導入することを含んでいる。ハウジング内の基板の表面上に高分子溶液が付与され、その後、基板が回転される。制御ガス、制御ガス中に浮遊する粒子状汚染物と溶剤蒸気とは、流出口を通じて、前記ハウジングから排出され、また、ハウジングの温度と、溶剤蒸気を含むガスを生成する溶剤の温度とを制御することにより、溶剤蒸気濃度が制御される。あるいは、溶剤濃度が異なる複数のガスを混合することにより、溶剤蒸気濃度を制御できる。また、ガスの湿度を制御しても良い。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に高分子溶液をコーティングする方法であって、
密閉ハウジング内に基板を装着し、
制御ガスの溶剤蒸気濃度を飽和の約５０％よりも高くなるように制御し、
流入口を通じて前記ハウジング内に前記制御ガスを導入し、
前記ハウジング内の前記基板の表面上に前記高分子溶液を送り出し、
前記基板を回転させ、
流出口を通じて、前記ハウジングから、制御ガスと、制御ガス中に浮遊する粒子状汚染物と溶剤蒸気とを排出する、方法。
【請求項２】
前記基板は、上面と、中心と、外縁とを有するウエハであり、
前記高分子溶液の送出しでは、フォトレジストのリボンを送り出し、このリボンは、所定の幅を有するとともに、前記基板の上面全体を螺旋状のパターンで覆い、前記フォトレジストは、一定の送出し速度である所定の速度で送出しスロットから送り出され、前記基板が所定の回転速度で回転した状態で、送出しヘッドが所定の径方向速度で移動し、回転する前記基板に対して径方向に移動する前記送出しヘッドの動きは、一定の接線速度である所定の接線速度を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フォトレジストの前記リボンは、前記ウエハの外縁から始まりウエハの中心で終わる螺旋状のパターンで送り出される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
フォトレジストの前記リボンは、前記ウエハの中心から始まりウエハの外縁で終わる螺旋状のパターンで送り出される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記フォトレジストリボンの幅は、ウエハの直径の約１／１０〜１／３である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記基板は、上面と、中心と、所定の直径と、外縁とを有するウエハであり、
密閉ハウジング内への基板の装着では、ウエハをチャック上に装着し、ウエハの上面を水平に位置合わせするとともに上向きとし、
前記高分子溶液の送出しにおいては、
前記送出しヘッドを前記ウエハの外縁近傍で且つウエハの上面の上側に位置決めし、前記送出しヘッドは、送出しスロットからフォトレジストを送り出すように構成され、前記送出しスロットは、第１の端部及び第２の端部によって境界付けられる長さを有し、前記送出しヘッドは、前記送出しスロットがウエハに対して径方向に位置合わせされた状態で位置決めされ、前記送出しスロットの前記第１の端部は、ウエハの外縁近傍に配置され、送出しスロットの前記第２の端部は、ウエハの外縁の外側に配置され、
ウエハをその中心を回転軸として回転させ、この場合、ウエハを所定の回転速度で回転させた状態で、前記送出しヘッドを所定の径方向速度で移動させ、回転するウエハに対して径方向に移動する前記送出しヘッドの動きは、一定の接線速度である所定の接線速度を有しており、
前記送出しスロットからフォトレジストのリボンを送り出し、このリボンは、前記送出しスロットの長さとほぼ等しい幅を有し、前記フォトレジストは、一定の送出し速度である所定の速度で送出しスロットから送り出され、
前記送出しスロットからフォトレジストを送り出している間、前記送出しスロットをウエハに対して径方向に位置合わせしたまま、フォトレジストがウエハの上面全体を覆うまで、前記送出しヘッドをウエハの外縁からウエハの中心に向って径方向内側に移動させる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記送出しスロットの長さは、半導体ウエハの直径の約１／１０〜１／３である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記送出しスロットをウエハに対して径方向に位置合わせしたままにしておくことは、更に、前記送出しスロットをウエハの上面から上側に所定距離だけ一様に離間させた状態で維持することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記送出しスロットをウエハに対して径方向に位置合わせしたままにしておくことは、更に、前記送出しスロットとウエハの上面との間の距離を測定することと、その距離を維持するために前記送出しスロットの位置を調整することとを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記送出しスロットをウエハに対して径方向に位置合わせしたままにしておくことは、更に、光センサを用いて、前記送出しスロットとウエハの上面との間の距離を測定することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フォトレジストリボンは、ウエハの上面全体を覆う螺旋状のパターンでウエハ上にコーティングされる、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記送出しヘッドを退去させるステップと、
ウエハを高速で回転させるステップと、
を備えている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板は、上面と、中心と、所定の直径と、外縁とを有するウエハであり、
密閉ハウジング内への基板の装着では、ウエハをチャック上に装着し、
前記高分子溶液の送出しにおいては、
前記送出しヘッドを前記ウエハの中心で且つウエハの上面の上側に位置決めし、前記送出しヘッドは、送出しスロットからフォトレジストを送り出すように構成され、前記送出しスロットは、第１の端部及び第２の端部によって境界付けられる長さを有し、前記送出しヘッドは、前記送出しスロットがウエハに対して径方向に位置合わせされた状態で位置決めされ、前記送出しスロットの前記第１の端部は、ウエハの中心に配置され、送出しスロットの前記第２の端部は、ウエハの中心とウエハの外縁との間に配置され、
ウエハをその中心を回転軸として回転させ、この場合、ウエハを所定の回転速度で回転させた状態で、前記送出しヘッドを所定の径方向速度で移動させ、回転するウエハに対して径方向に移動する前記送出しヘッドの動きは、一定の接線速度である所定の接線速度を有しており、
前記送出しスロットからフォトレジストのリボンを送り出し、このリボンは、前記送出しスロットの長さとほぼ等しい幅を有し、前記フォトレジストは、一定の送出し速度である所定の速度で送出しスロットから送り出され、
前記送出しスロットからフォトレジストを送り出している間、前記送出しスロットをウエハに対して径方向に位置合わせしたまま、フォトレジストがウエハの上面全体を覆うまで、前記送出しヘッドをウエハの外縁へ向けて径方向外側に移動させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
溶剤蒸気濃度を制御することは、溶剤蒸気を含む前記第１のガス及び前記第２のガスを、電気的に制御される弁が取り付けられた管路に沿って前記ハウジングに流すことを含んでおり、前記弁は、前記ハウジング内へのガス流量と、前記ハウジング内へ流れる前記制御ガスの組成とを制御する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
溶剤蒸気濃度を制御することは、溶剤蒸気を含む前記第１のガス及び前記第２のガスを、電気的に制御される弁が取り付けられた管路に沿って前記ハウジングに流すことを含んでおり、前記弁は、前記ハウジング内へのガス流量と、前記ハウジング内へ流れる前記制御ガスの組成とを制御する、請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
溶剤蒸気濃度を制御することは、溶剤蒸気を含む前記第１のガス及び前記第２のガスを、電気的に制御される弁が取り付けられた管路に沿って前記ハウジングに流すことを含んでおり、前記弁は、前記ハウジング内へのガス流量と、前記ハウジング内へ流れる前記制御ガスの組成とを制御する、請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
溶剤蒸気濃度を制御することは、溶剤蒸気を含む前記第１のガス及び前記第２のガスを、電気的に制御される弁が取り付けられた管路に沿って前記ハウジングに流すことを含んでおり、前記弁は、前記ハウジング内へのガス流量と、前記ハウジング内へ流れる前記制御ガスの組成とを制御する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記制御ガスは、空気、窒素及び希ガスから成るグループから選択される少なくとも１つの種を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記制御ガスは、空気、窒素及び希ガスから成るグループから選択される少なくとも１つの種を含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
前記制御ガスは、空気、窒素及び希ガスから成るグループから選択される少なくとも１つの種を含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項２１】
前記制御ガスは、空気、窒素及び希ガスから成るグループから選択される少なくとも１つの種を含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記高分子溶液は、フォトレジストポリマーを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記高分子溶液は、フォトレジストポリマーを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項２４】
前記高分子溶液は、フォトレジストポリマーを含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項２５】
前記高分子溶液は、フォトレジストポリマーを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２６】
コーティングされた基板上に、溶剤を含まない湿度の高いガスを流す、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
コーティングされた基板上に、溶剤を含まない湿度の高いガスを流す、請求項２に記載の方法。
【請求項２８】
コーティングされた基板上に、溶剤を含まない湿度の高いガスを流す、請求項６に記載の方法。
【請求項２９】
コーティングされた基板上に、溶剤を含まない湿度の高いガスを流す、請求項１３に記載の方法。
【請求項３０】
湿度の高い前記ガスの湿度は、温度・湿度コントローラによって制御される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
湿度の高い前記ガスの湿度は、４０％〜４５％の範囲の相対湿度を有するように制御される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
湿度の高い前記ガスの温度は、温度・湿度コントローラによって制御される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
集積回路の製造では、マスク上の幾何学的形状が半導体ウエハの表面に転写される。その後、幾何学的な形状に対応する又は幾何学的な形状間の領域に対応する半導体ウエハがエッチングされる。マスクから半導体ウエハへの前記形状の転写は、一般に、リソグラフィープロセスを含んでいる。このプロセスでは、半導体ウエハに感光性プレポリマー溶液が塗布される。プレポリマー溶液中の溶剤は、蒸発によって除去され、その後、残る高分子膜がベーキング処理される。前記膜は、所望の幾何学的パターンを有するフォトマスクを介して、例えば紫外光等の放射線に晒される。その後、現像溶液中にウエハを浸すことにより、感光性材料中に像が形成される。感光性材料の性質に応じて、露光された領域又は露光されていない領域が現像プロセスで除去される。その後、ウエハがエッチング溶液中に配置され、感光性材料によって保護されていない領域がエッチングされる。また、感光性材料は、エッチングプロセスに対するその耐性により、フォトレジストとして知られている。これらは、例えば紫外光、電子ビーム、ｘ線、イオンビ−ムに感受性がある。
【０００２】
フォトレジストプレポリマー溶液はコストが高いため、コーティングプロセスの効率を高める方法を考案して、高分子溶液の消費量を最小限に抑えることが望ましい。また、集積回路の製造において、フォトレジスト層の厚さの均一性は重要な基準である。それは、幾何学的なパターンを半導体ウエハに十分に再現することができる。
【０００３】
フォトレジスト中の溶剤は、塗布中に蒸発し易く、そのため、高分子溶液の粘性が高まって、結果として生じる膜の平坦性が妨げられる。これにより、膜厚が不均一になる。したがって、高分子溶液からの溶剤の蒸発速度を制御できることが望ましい。
【０００４】
環境の湿度は、フォトレジスト層の厚さに影響を与える要因の１つである。一般に、１枚のウエハ中では、１５〜２０オングストロームのオーダーのフォトレジストコーティングの均一性が必要であり、一方のウエハから他方のウエハ、バッチからバッチ、その日と次の日とで、２０〜２５オングストロームのオーダーのフォトレジストコーティングの均一性が必要である。これは、相対湿度１％の差の影響よりも少ない。また、感光性のジアゾキノン化合物を使用する一般に利用されるポジフォトレジストにおいては、光分解反応の生成物と反応して、必要な水溶性カルボン酸を形成するために、幾らかの含水量が必要とされる。
【発明の目的及び概要】
【０００５】
本発明の目的は、半導体ウエハ等の基板の表面に塗布される高分子溶液の膜厚均一性を向上させることができる方法及び装置を提供することである。
【０００６】
本発明の更なる目的は、基板のコーティングで使用されるフォトレジストプレポリマー溶液等の高分子溶液の消費量を改善することである。
【０００７】
本発明においては、基板の表面に高分子溶液をコーティングする方法であって、密閉ハウジング内に基板を装着し、流入口を通じて前記ハウジング内に前記制御ガスを導入して、前記ハウジング内の基板の表面上に高分子溶液を付与し、前記基板を回転させ、流出口を通じて、前記ハウジングから、制御ガスと、制御ガス中に浮遊する粒子状汚染物と溶剤蒸気とを排出する方法が提供される。
【０００８】
前記制御ガスは、溶剤を含むガスであっても良く、あるいは、溶剤を含まないガスであっても良い。
【０００９】
制御ガス、溶剤蒸気、汚染物を排出する工程は、付与工程の前、付与工程中、あるいは、付与工程の後に行なうことができる。
【００１０】
溶剤蒸気を含むガスは、一般に、溶剤を通じてガスをバブリングする（泡立てる）ことによって形成され、溶剤の温度を制御することにより溶剤蒸気を含むガスの溶剤蒸気濃度を制御する工程を含むことができる。また、前記ハウジングの温度を制御することにより、あるいは、溶剤蒸気を含むガスと溶剤蒸気濃度が異なる第２のガスとを混合することにより、溶剤蒸気を含むガスの溶剤蒸気濃度を制御することもできる。
【００１１】
溶剤蒸気を含むガスは、一般に、空気又は窒素等の不活性ガスを含んでいる。
【００１２】
連続する制御された層状のガス流をウエハにわたって形成するため、前記制御ガスは、基板の真上に配置されたシャワーヘッドディスペンサを通じて前記ハウジング内に導入することができる。
【００１３】
高分子溶液は、フォトレジストポリマー、例えば遠紫外線フォトレジストポリマーを含んでいても良い。
【００１４】
前記方法は、温度制御された溶剤を含まないドライでフィルタ処理されたガスを、コーティングされた基板上に流す工程を含んでいても良い。また、前記方法は、溶剤を含まない湿度の高いガスを、コーティングされた基板上に流す工程を含んでいても良い。この場合、湿度の高いガスの湿度は、高分子溶液によって必要とされる相対湿度を有するように制御することができる。相対湿度は、一般に、４０％〜４５％の範囲となる。また、湿度の高いガスの温度は、温度・湿度コントローラによって制御することもできる。
【００１５】
ハウジング内に基板を装着する工程は、例えば、基板と回転可能なチャックとの間に真空を形成することにより、基板を前記チャックに固定することを含んでいても良い。
【００１６】
基板は、一般に、半導体ウエハを含んでおり、高分子溶液中の溶質含有量は、一般に、重量で１０％〜５０％である。
【００１７】
また、本発明においては、基板の表面に高分子溶液をコーティングするコーティング装置であって、密閉ハウジングと、このハウジング内に装着され且つ基板を支持する回転可能なチャックと、前記ハウジング内の基板の表面上に高分子溶液を付与する付与手段と、前記ハウジングと流体連通状態で接続され且つ制御ガスを前記ハウジング内に供給する制御ガス供給手段と、前記ハウジングに接続され且つ制御ガスと溶剤蒸気と粒子状汚染物とをハウジングから排出する排出手段とを有するコーティング装置が提供される。
【００１８】
前記付与手段は、前記チャックの上側に装着され且つ基板の表面上に高分子溶液流を付与するための付与ヘッド手段を有していても良く、この付与ヘッド手段は基板に対して移動することができる。基板が略円形状を成している場合、前記付与ヘッド手段は、一般に、基板の表面にわたって略径方向に移動することができる。
【００１９】
あるいは、前記付与手段は、前記チャックの上側に装着され且つ基板の表面上に高分子溶液流を供給するための膜送出し手段を備えていても良い。この場合、基板が略円形状を成している場合、送出しヘッドは、一般に、基板の表面上に径方向に延びる高分子溶液流を供給するために、チャックの上側に装着される。
【００２０】
特定の実施形態は、米国特許第６，１９１，０５３号明細書、及び、サンジャン・ハン「送出しスピンコーティングのモデリング及び分析：マイクロリソグラフィーにおける効果的且つ決定的なフォトレジストコーティング方法」（Ｓａｎｊｕｎ  Ｈａｎ，“Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｃｏａｔｉｎｇ：Ａｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ａｎｄ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）博士号論文、マサセーチューセッツ工科大学、機械工学科（２００１）に開示された送出し方法及び装置を使用する。これらの文献の内容は、参照することにより、本願に組み込まれる。これらの実施形態においては、ウエハの上面全体を覆う材料から成るリボンが螺旋状のパターンで送り出される。ウエハは、チャック上に装着されて、水平に位置合わせされ、上側に向けられる。送出しヘッドは、送出しスロットがウエハに対して径方向に位置合わせされた状態で、ウエハの外縁の近傍で且つウエハの上面の上側に位置決めされる。ウエハが回転され、送出しヘッドは、材料を送出しスロットから送り出しながら、ウエハの中心に向って径方向に移動される。ウエハの回転速度及び送出しヘッドの径方向速度は、回転するウエハに対する送出しヘッドの接線速度が一定となるように制御される。
【００２１】
前述したように、回転可能なチャックは可変速度モータに接続され、また、コーティング装置は、可変速度モータの速度を制御するための制御手段を有していても良い。前記ハウジングは上流側と下流側とを有していても良く、溶剤蒸気を含むガスを供給するガス供給手段は、ハウジングの上流側に取り付けられたハウジングへの流入口を有していても良く、前記排出手段は、ハウジングの下流側に取り付けられた流出口を有していても良い。前記制御ガス供給手段は、ハウジングと流体連通状態で接続する管路と、少なくとも１つの前記管路に設けられ且つハウジング内へ流れる制御ガスの速度及び制御ガスの組成を制御する電気的に制御される弁とを有していても良い。また、前記排出手段は、ハウジングからのガス及び汚染物の排気を制御するための弁手段を有していても良い。溶剤蒸気を含むガスを供給する前記ガス供給手段は、クリーンでドライなフィルタ処理されたガスを供給するガス源と、ハウジングと流体連通状態で接続するバブラーとを有していても良い。
【００２２】
また、コーティング装置は、ハウジングと流体連通状態で接続された温度・湿度制御ガス源を有していても良い。この温度・湿度制御ガス源は、温度・湿度制御ガス源によって供給されるガスの温度及び湿度を制御するための温度制御手段及び湿度制御手段とを有していても良い。
【００２３】
この発明は、基板上に溶液を付与（供給）する場合に形成されるコーティングの厚さの均一性を向上させる方法に関する。また、本発明は、そのような溶液の浪費を低減する方法に関する。特に、集積回路の製造で使用される半導体ウエハに関連して、また、半導体ウエハの表面にフォトレジストプレポリマー溶液を塗布することに関連して、本方法を説明する。なお、集積回路の製造で使用される膜又はコーティングは、フォトレジスト層に限定されず、例えば有機平坦膜、反射防止膜、シロキサンスピンガラス膜  ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜等の材料を含んでいても良いことは理解されよう。
【００２４】
前述したように、コーティングプロセス前において、これらの材料中には、一般に重量で１０％〜５０％の範囲で溶質が含まれている。
【００２５】
以下の説明から分かるように、内部の雰囲気を少なくとも部分的に溶剤（溶媒）分子で飽和させることができるハウジング又はチャンバ内で、半導体ウエハに対してコーティングプロセスを行なうことが望ましい。これは、基板の表面上に溶剤の単層コーティングを形成することにより、キャストフィルムの湿潤性能を向上できるという利点を有している。また、チャンバ内のガス中の溶剤濃度を制御することにより、基板上における高分子溶液膜の厚さの均一性を向上させることができる。これは、スピンキャスト（回転成形）膜、スプレーコーティング膜、あるいは、他の任意の同様のコーティング方法が採用される場合である。
【００２６】
スピンキャスト法においては、基板を固定した状態、基板を直線的に移動させた状態、又は、基板を回転させた状態で、溶液が基板に付与される。その後、基板が回転されることにより、基板の表面にわたって溶液が広げられる。基板表面にわたって溶液が広げられた後、溶液中の溶剤（溶媒）は蒸発により除去され、基板の表面上に溶質層が残る。基板のサイズが大きくなるにつれて、あるいは、基板の表面に加えられる流体の量を最小限に抑えることによりコストを低減しようとする場合には、一般に、基板上の溶質層の厚さが不均一になる。これは、ある程度、基板の外周と基板の中心との間の接線速度の差に起因している。外周に沿う不均一な空気流により、溶剤の蒸発が不均一になり、これにより、コーティングの厚さが不均一になる。基板が大きいと、中心付近で均一性を得るために回転速度を高くする必要があるため、外周付近で溶液と接触する空気との不均一な相互作用により、基板の外周で螺旋又は縞が生じる。これらの形状は、エクマン・スパイラル（Ｅｋｍａｎ  ｓｐｉｒａｌｓ）として知られている。
【００２７】
また、不十分なコーティング溶液が使用されると、幾つかの問題が生じる。スピンキャスティング中に基板の表面に付与されるコーティング溶液の量を最小限に抑えることによってコストを低減しようとすると、溶剤量が少ないことに起因して、不均一性が生じる。コーティングプロセス中における溶剤の蒸発により、様々な欠点及び不規則性が生じる。同様に、スプレーコーティング膜においては、溶剤が塗布中に蒸発し易く、したがって、粘性が高まるとともに、形成される膜の平坦化が妨げられ、また、厚さも不均一になる。
【００２８】
前述したように、特定のフォトレジストは、光分解反応の生成物と反応するため、ある程度の含水量を必要とする。これらの理由により、チャンバ内の空気の湿度を制御できることが望ましい。
【００２９】
以下、スピンコーティングプロセスを使用する幾つかの実施形態に関して本発明を詳細に説明する。これらの実施形態において、基板は半導体ウエハであり、半導体ウエハに付与される溶液は、フォトレジストプレポリマー溶液である。
【００３０】
図１は、本発明の方法にしたがって使用される回転塗布装置１０の実施形態を示している。装置１０は、密閉ハウジング１４内に装着された回転可能な支持チャック１２を有している。チャック１２は、ハウジング１４の開口１８を貫通する軸１６内に延びている。ハウジング１４は、シャワーヘッド状のディスペンサ２０の形態を成す入力部を有している。これにより、ガスと特定の濃度の溶剤とから成る制御ガスをハウジング１４内に導入することができる。制御ガスは、溶剤を含まないガスであっても良く、あるいは、溶剤を含むガスであっても良い。また、制御ガスは、空気又は窒素等の不活性ガスを含んでいても良い。ディスペンサ２０は、チャック１２上に装着される基板の真上に設けられている。入力管路２４の一端がシャワーヘッド状のディスペンサ２０内へと延びている。入力管路２４には、管路２６により、温度及び湿度が制御された空気又は窒素を供給する温度・湿度制御ガス源（図示せず）が接続されている。第２の管路２８は、クリーンでドライなフィルタ処理されたガスを供給するガス源から、バブラー２１内に延びている。バブラー２１は、溶剤１５を貯留する溶剤タンク１３内に収容されている。一般に空気又は窒素を含有するクリーンでドライなフィルタ処理されたガスは、溶剤を含むガスを形成するために、バブラー２１に通される。また、溶剤を含む前記ガスは、管路３によって、管路２４へと導かれる。管路２６には弁９が取り付けられており、また、管路３には弁１１が取り付けられている。これらの弁９，１１により、温度及び湿度が制御された前記ガス及び溶剤を含む前記ガスの一方又は両方をハウジング１４へと導入することができる。一般に、弁９，１１は、ガスの流量及び組成を自動制御するために電気的に制御される弁である。バブラー２１によって供給される溶剤を含む前記ガスの温度は、管路２８によって供給されるガスの温度若しくは溶液１５の温度又はこれら両者の温度を制御する加熱／冷却コイルによって制御される。通常、蒸発に起因する熱損失を補償するために、溶剤１５に熱が供給されなければならない。また、温度及び湿度が制御された前記ガスの温度及び湿度は、冷却ユニットと、ボイラーと、温度・湿度センサとを備える特定の温度・湿度コントローラを使用して制御される。これに代え、温度及び湿度が制御された前記ガスの温度及び湿度を、バブラー装置を使用する温度・湿度コントローラによって制御しても良い。好ましい実施形態においては、管路２６が２つの分岐管路（図示せず）によって供給される。これにより、バブラー又は湿度制御源のいずれかに接続することができる。前記バブラーは、一般に、装置１０の残りの部分を収容する外側ハウジング内に取り付けられている。これに対し、前述した特定の湿度コントローラは、別個の構造を備えている。湿度の高い空気が供給されると、相対湿度は、高分子溶液によって要求されるレベル、一般には４０％〜４５％に維持される。無論、適当な状況下においては、湿度を０に維持することができる。
【００３１】
また、装置１０は、チャック１２上に装着されたウエハ７上に溶液（この場合、フォトレジスト・プレポリマー溶液）を滴下するための付与ヘッド４を有している。
【００３２】
ハウジング１４の底部には、空気又は窒素等のガスのための排気管２２と、液体のための排液管２７とを有する環状チャンネル６が形成されている。
【００３３】
一般的なプロセスにおいて、半導体ウエハ７は、任意の標準的な方法を使用して、例えばチャック１２とウエハ７との間に真空を形成することにより、チャック１２に対して固定される。その後、ハウジング１４にウエハを搬送するウエハ搬送ドア２が閉じられる。ハウジング１４は、溶剤を含まない乾燥ガスによってパージされる。その後、制御ガスがハウジング内に供給される。制御ガスの溶剤の濃度は、コーティング溶剤を基板上に付与する前、付与している間、付与した後に制御することができる。弁９，１１を操作することにより、溶剤は、弁１１を通じて管路３に沿って流れるとともに、管路２４に沿って流れ、ハウジング１４内に導入される。溶剤の分圧制御は、窒素又は空気を含むガスをバブラー２１によってバブリングすることにより行なうことができる。この実施形態において、バブラー２１は多孔質ガラスフリット（ｆｒｉｔ）を有しており、この多孔質ガラスフリットからのガスが、適当な設定温度に維持される液体の溶剤１５に通される。その結果として生じた溶剤を含むガスは、適切な濃度の溶剤を含んでおり、コーティングプロセス前及びコーティングプロセス中に半導体ウエハ上を通過する。無論、溶剤を含むガス中の溶剤濃度を所望の濃度に維持することができるように、十分な溶剤を溶剤タンク１３に収容していなければならず、あるいは、溶剤タンク１３に供給しなければならない。
【００３４】
フォトレジスト層をウエハ７上に形成させるため、付与ヘッド４により、ウエハ７の表面にわたって高分子溶液が塗布される。これは、ウエハ７を比較的低速で回転させつつ、あるいは、ウエハを静止させつつ、ノズル５からウエハ７上に連続した流れで高分子溶液を供給することにより行なわれる。好ましい実施形態において、ノズル５は、ウエハ７を略径方向に横切って移動する。あるいは、基板の中心に溶液を供給しても良く、あるいは、複数のノズルを使用しても良い。ウエハ７の回転速度、ノズル２の動き、高分子溶液の供給速度を調整することにより、溶液を適切に供給することができる。他の実施形態においては、図２に示されるように、高分子溶液は、ウエハが１回転している間、技術的に知られた従来の送出機である膜送出機２３によってウエハ上に付着される。送出機２３は、高分子溶液から成る膜をウエハ２５上に形成させる。略円形状を成さないウエハがコーティングされる場合、一般に、ウエハは、高分子溶液付着工程中に、長手方向に移動される。
【００３５】
送出しプロセスは、その他の点では、図１の実施形態と同一であるため、図１を参照しながら送出しプロセスについて説明する。溶液がウエハ７上に堆積された後、ウエハ７の回転速度が増大され、ウエハ７の上面にわたって溶液が広げられる。ウエハ７のコーティング前及びコーティング中に、溶剤を含むガスと、溶剤を含むガス中に浮遊する粒子状汚染物とを、排気管２２によって排出することにより、フォトレジスト・プレポリマー溶液の均一な層をウエハ７の上面に形成することができる。その後、管路２４を介してチャンバ内に導入されたガスは、弁９，１１により、温度及び湿度が制御された溶剤を含まない空気又は窒素等のガスに切り換えられる。弁９，１１は、一般に、マイクロプロセッサ（図示せず）によって制御される。その後、制御ガス中の溶剤の濃度を減少させ、あるいは、制御ガスの温度を高めることにより、ウエハ７上に付与された高分子溶液中の溶剤を多く除去する。一般に、溶剤を含まないガスは、高分子溶液からの溶剤の蒸発を高めるためにハウジングに供給される。所望量の蒸発が行なわれて、十分に硬いフォトレジスト層が形成されると、ウエハ７が停止されて、ウエハ搬送ドアが開き、コーティングされたウエハがハウジング１４から除去される。前述したように、乾燥したガス又は湿度の高いガス、溶剤を含まないガス又は溶剤を含むガスは、様々な工程中に、排気管２２によりハウジング１４から除去される。このようにして、ガスは、シャワーヘッドディスペンサ２０の上流側から排気管２２の下流側へとウエハ７を通り過ぎるように導かれる。弁８により排気流量を制御することができ、これにより、ハウジング７内のガス圧を制御することができる。弁８は、一般に、マイクロプロセッサ（図示せず）によって制御される。粒子状汚染物を含んで回転飛散する高分子溶液は、環状チャンネル６内に集められて、排液管２７から排出される。
【００３６】
前述したように、液体溶剤又はバブラー２１に供給されるガスの温度は調整することができる。このようにすれば、溶剤を含むガス中の溶剤の分圧を調整することができる。これは、前述したように加熱／冷却コイルを使用することにより行なうことができる。これに代え、溶剤含有濃度が異なるガスを加えることにより、濃度を調整しても良い。溶剤含有濃度が異なるこのガスは、管路３に接続された管路（図示せず）を介して供給することができる。無論、バブラーの温度及びハウジング１４の温度が同じ場合、溶剤を含むガス中の溶剤が飽和する。バブラーの温度が高い場合、ハウジング１４内の溶剤を含むガスが過飽和し、バブラーの温度が低い場合、ハウジング１４内の溶剤を含むガスは飽和しない。一般に、溶剤の飽和状態を維持するため、バブラー２１によって供給される溶剤を含むガス及びハウジング１４は、同じ温度に維持される。前述したように、装置１０は、一般に、外側ハウジング（図示せず）内に取り付けられる。外側ハウジングの温度は、外側ハウジング及び装置１０の構成部品をほぼ２２℃に維持するように制御される。
【００３７】
通常、バブラー内に収容され且つガス中に含まれる溶剤は、ウエハ上に付与される溶液中に含まれる溶剤と同じである。同様に、溶液が２つ以上の溶剤を含んでいる場合、バブラーは、同じ割合で同様の溶剤を含んでいても良い。しかしながら、特定の状況においては、ウエハ上に付与される溶液中の溶剤と異なる溶剤をバブラー中で使用することが望ましい場合もある。
【００３８】
バブラー以外の技術を使用して、溶剤を含むガスを形成できることは言うまでもない。
【００３９】
イソテニスコープを使用することにより、溶剤の蒸気圧を正確に測定することができる。あるいは、不活性ガスを溶液のサンプル中に通し且つ時間に応じて除去される溶剤の量を重量測定することにより、蒸気圧を正確に測定することができる。高分子溶液中の溶剤によって形成される平衡蒸気圧と最適に一致するように、管路３によって供給されるガス中の溶剤の分圧を調整することができる。これにより、形成された膜又はコーティングから溶剤が蒸発する割合は、ガス環境から膜によって溶剤が吸収される割合と等しくなる。
【００４０】
前述したように、ハウジング１４内における溶剤の分圧は、バブラーの温度又はガスの温度を制御することによって調整できる。あるいは、溶剤含有濃度が異なるガスを溶剤飽和ガスと混合しても良い。コーティングプロセス中におけるハウジング雰囲気内の溶剤分圧の最適な経時的形態は、経験的に決定できる。
【００４１】
溶剤を含むガスを又は湿度の高い空気を排気管２２を介して連続的に排出することにより、コーティングプロセス中にハウジング内の湿度及び溶剤分圧を簡単に調整して、均一な厚さの溶剤層を半導体ウエハの表面上に形成することができる。同様に、ウエハ７上に付与した高分子溶液から溶剤が早期に蒸発してしまうといった事態を回避できる。これにより、高分子溶液の使用量を減らすことができ、費用を低減することができる。
【実施例】
【００４２】
Ｉ．スピンコーター
直径が２００ｍｍのウエハに適したサイズのスピンコーティング装置を組み立ててウエハトラックマシンに取り付けた。ウエハ処理中に、その場の空気圧、気温、相対湿度、溶剤濃度を測定した。フォトレジストのためのキャスティング溶剤として、エチル乳酸塩を使用した。プロセスチャンバ内の溶剤濃度を、飽和値の０〜４０％の間で変化させた。
【００４３】
図３ａ及び図３ｂは、本発明に係る方法を実施することによって得られた結果を示している。図３ａ及び図３ｂに示されるように、最終的な膜厚は、回転速度に関係無く、溶剤の蒸発を制御することにより変えることができる。溶剤流量０の限界において、蒸発速度が最大となり、対流物質移動メカニズムの性質と蒸発物質移動メカニズムの性質との組み合わせにより、最も厚い膜が形成される。溶剤流量が増大するにつれて、蒸発速度が減少し、長い時間にわたる対流拡散により、レジスト膜を薄くさせ続けることができる。その結果、図３ａに示されるように、本発明を実施すると、所定の回転速度２０００ｒｐｍで最終的な膜厚を４０００Åまで変化させることができる。同様の方法で、図３ｂに示されるように、溶剤流れ時間（フロータイム）は、最終的な膜厚に影響を及ぼすことができる。これらのデータから明らかなように、本発明は、３００ｍｍ基板の乱流壁の問題を解決することができる。本発明を実施することにより、回転速度を２０００ｒｐｍ未満に維持することができ、２つのプロセス変数、すなわち、溶剤濃度及び溶剤流れ時間を最適化することにより、幅広い範囲の有用な厚さを得ることができる。
【００４４】
図４は、ウエハの均一性を示している。高空間分解能膜厚測定器によって測定すると、４．０Åの１つのシグマ均一性が定期的に得られた。
【００４５】
図５は、本発明にしたがって処理された複数のウエハから成るカセットの均一性の結果と、従来のコーターによって処理された複数のウエハから成るカセットの均一性の結果とを比較している。これらの結果に示されるように、本発明は、乱流壁の影響を最小限に抑えるとともに、従来のコーターよりも厳密に制御された均一性を有するウエハを形成することができる。
【００４６】
図６は、本発明に係るコーターのレジスト温度プロセスの許容範囲と、従来のコーターにおけるそれとの比較を示している。１σ均一性のレジスト温度感度は、従来のコーターにおいては２５Å／Ｃであり、これに対し、本発明においては１６Å／Ｃである（両方ともＳＰＲ５０８レジストを使用する）。これは、レジスト温度許容範囲が３６％増大したことを示している。
【００４７】
図７は、１σ均一性のチルプレート（ウエハ）温度感度が従来のコーターにおける７Å／Ｃから本発明においては４Å／Ｃまで下がって、ＣＰ温度許容範囲が４３％増大したことを示している。
【００４８】
総合すると、前記結果は、本発明を実施すると、蒸発に関与するプロセス変数に対する膜形態の依存性が減少することを示している。これは、スピンコーティングの重大な局面中における蒸発抑制の直接的な結果であり、本発明の実施により３００ｍｍ基板に関連する２つの主要な問題が解決されることを示している。
【００４９】
特定の実施形態によって前述した利点が得られるが、本発明は、これらの実施形態に全く限定されない。管路２８は、例えば管路３に対して直接に接続されていても良い。このようにすれば、温度・湿度制御ガス源から供給されるガスをバブラーに供給することもできる。バブラーに供給している間、温度・湿度制御ガス源の湿度は、０まで簡単に下げられる。乾燥ガス又は湿気のあるガスがハウンジング１４に供給される場合には、管路２８の弁を閉じて、管路２８へ溶剤が吸引されないようにすることができる。
【００５０】
なお、特定の次世代遠紫外線フォトレジスト材料を使用すると、水分を含まないキャスティング環境を使用することができることに注意されたい。したがって、温度及び湿度が制御されたガスの湿度が０に維持される。
【００５１】
ＩＩ．送出しコーター
本発明はスピンコーティングの実施形態に限定されない。例えば、多数の実施形態で送出しコーティングが使用される。特定の一組の実施形態では、薄いフォトレジストのリボンをウエハの全面にわたって供給するため、送出しスロットコーティングが使用される。送出しスロットコーティングの非制限的な例としては、米国特許第６，１９１，０５３号明細書、及び、サンジャン・ハン「送出しスピンコーティングのモデリング及び分析：マイクロリソグラフィーにおける効果的且つ決定的なフォトレジストコーティング方法」博士号論文、マサセーチューセッツ工科大学、機械工学科（２００１）に開示されており、これらの文献の内容は、参照することにより、本願に組み込まれるものとする。送出しスロットコーティングは、プリメーター（ｐｒｅ−ｍｅｔｅｒｅｄ）コーティング法の一種である。送出しスロットコーティングを用いると、フォトレジスト供給速度によってコーティング厚を制御することができ、効率をほぼ１００％にできるとともに、厚さの均一性が非常に良好となる。
【００５２】
送出しスロットコーティングにおいて、フォトレジストは、狭いスロットを通じて、ウエハ上に送り出される。図８〜図１５は、本発明で使用できる送出しヘッド３０の実施形態を示している。送出しヘッド３０は、送出しダイと称される場合もある。図８は、ステンレススチールのＵ字形状シム３１から構成される送出しヘッド３０の組立側面図を示している。シム３１は、ステンレススチールから成るフロントプレート３２と、ステンレススチールから成るバックプレート３３との間に挟まれている。図９、図１０及び図１１はそれぞれ、フロントプレート３２、バックプレート３３及びシム３１の正面図を示している。図１２は、バックプレート３３を背面側に位置させたシム３１の正面図を示している。図８に示されるように、フロントプレート３２及びバックプレート３３は、シム３１と対向するその内側端面が接地されて研磨されており、これにより、シム３１との良好なシールを形成するとともに、送出しのための滑らかな面を形成する。フォトレジストは、バックプレート３３の上端にあるポート３４を通じて、送出しヘッド３０内に入る。ポート３４は、管３５を通じて、フォトレジストをフローチャンネル３６（図８、図１０）へと方向付ける。フローチャンネル３６の幅は、シム３１の“Ｕ”３７（図１１、図１２）の開口の幅と同じである。
【００５３】
図１３は、図８に示される送出しヘッド３０の断面図である。シム３１のＵ字形状によって形成される空間は、フロントプレート３２とバックプレート３３との間に狭い隙間３８を残しており、この隙間３８を通じてフォトレジストを流すことができる。送出しヘッド３０の底部で、隙間３８は、フロントプレート３２及びバックプレート３３の内面を延ばした２つの狭い“リップ”４１，４２間へと下方に続いている。
【００５４】
図１４は、図８に示される送出しヘッド３０の斜視図である。隙間３８は、シム３１の“Ｕ”３７（図１１、図１２）の開口にわたって延びており、これにより、送出しヘッド３０内に送出しスロット３９を形成している。
【００５５】
図１５は、送出しヘッド３０のリップ４１，４２の断面図であり、送出しリップ４１，４２の下で基板５０が移動する状態を示している。フォトレジストは、リップ４１，４２の底部にあるスロット３９から、基板５０の上面５１上に送り出される。フロントプレート３２とバックプレート３３との間の隙間３８の幅ｄは、シム３１の厚さに等しい（図８，１３）。リップ４１，４２と基板５０との間のコーティングギャップは、スロット３９から流れるコーティング流体のビード４６で満たされる。コーティングギャップを一定に維持しながら、基板５０をスロット３９に対して垂直に移動させると、流体がビード４６から引き出され、この流体が薄膜として基板５０上に残る。送出された膜の幅ｗ（図２３，２４）は、送出しスロット３９の長さ、すなわち、シム３１の“Ｕ”３７の開口の長さにほぼ等しい（図１１，１２）。送出された膜の平均厚さｈは、
【数１】
2004527112.tif 000002
である。ここで、νはコーティング速度であり、Ｑは流体供給速度である。コーティングビード４６の前縁及び後縁にある半月部分（ｍｅｎｉｓｃｉ）４４，４５は、送出しヘッドのリップ４１，４２の角部に固定されている。半月部分４４，４５を固定状態に維持するため、送出しヘッドのリップ４１，４２の角部は、約５０  ｍ未満の曲率半径を有していなければならない。コーティングビード４６の安定性を維持するため、コーティングビード４６の毛細管圧、粘性圧、入口圧は、外圧と釣り合っていなければならない。コーティングビード４６の前縁に僅かな真空を形成すると、薄膜をコーティングする場合、あるいは、コーティング速度を高める場合に、コーティングビード４６を安定させることができる。通常、送出しヘッドのリップ４１，４２は長さが等しく（Ｇ１＝Ｇ２）、送出しヘッド３０は基板５０に対して垂直である。しかしながら、非常に薄いコーティングの場合、時として、一方のリップを他方のリップを越えるように延ばし（Ｇ１≠Ｇ２）、あるいは、送出しヘッド３０を基板５０との垂直状態から僅かに傾けることにより、コーティングスロット３９を基板５０に対して傾けることが有益である。
【００５６】
図１６、図１７及び図１８を参照しながら、送出しスピンコーティングアセンブリ１００について説明する。図１６、図１７及び図１８はそれぞれ、本発明に係る送出しスピンコーティングアセンブリ１００の正面図、平面図及び背面図を示している。図１６、図１７及び図１８に示される送出しスピンコーティングアセンブリ１００の構成要素には、コーティングモジュール１１０と、位置決めシステム１３０とが含まれる。図１６、図１７及び図１８には示されていないが、図１９を参照しながらコントロールシステム２１０について説明する。コントロールシステム２１０は、位置決めコントローラ２２０と、スピナーコントローラ２８０とを有している。
【００５７】
コーティングモジュール１１０は、垂直シャフト１１２に接続されたスピナーサーボモータ（図示せず；図１９に参照符号１１３で示されている）を有するスピナーアセンブリ１１１を備えている。垂直シャフト１１２は、テフロン真空チャック１１４を支持している。スピナーアセンブリ１１１は、チャックエレベータサーボモータ（図示せず；図１９に参照符号１１５で示されている）を使用して、垂直に移動することができる。チャックエレベータサーボモータには、エレベータモータブレーキ（図示せず；図１９に参照符号１３５で示されている）が設けられている。スピナーアセンブリ１１１が最も下側に位置された状態で、チャク１１４は、キャッチカップ１１６によって取り囲まれる（図示の断面）。キャッチカップ１１６は、開口上端１１７を有する円形のカップである。カップ壁１１８の上部１２０は、廃フォトレジストをキャッチカップ１１６内に容易に保持できるように、内側に傾斜している。キャッチカップ１１６は、３つの目的を果たす。キャッチカップ１１６は、廃フォトレジストを捕らえて液体排液管１２２から排出する。キャッチカップは排気口１１８を有しており、この排気口１１８を通じて蒸発した溶剤が除去される。キャッチカップ１１６は、空気流を回転するウエハにわたって方向付け、乱流を回避する。排気口１１８及び排液管１２２の両者は、キャッチカップ１１６の底部１２４から出る。廃フォトレジスト及び排出された蒸気を除去する手段は、当業者に良く知られており、したがって、図示していない。
【００５８】
スピナーアセンブリ１１１は、ウエハをチャック１１４上に中心付ける（センタリングする）ための８個のテフロンピン１３８と、処理前後に緩んだウエハを支持するための３個の垂直ピン（図示せず）とを有するセンタリング装置を備えている。センタリングピン１３８は、センタリングソレノイド（図示せず；図１９に参照符号１１９で示されている）によって制御される。コーターモジュール１１０上のセンサは、チャック１１４の垂直方向の定位置（図示せず；図１９に参照符号１２１で示されている）と、真空状態（ＯＮ／ＯＦＦ）（図示せず、図１９に参照符号１２３で示されている）と、センタリングピンの位置（図示せず；図１９に参照符号１２５で示されている）とを表示する。コーティングモジュール１１０のこれらの特徴は、当業者に良く知られており、したがって、図示しない。
【００５９】
本発明で使用するのに適したコーターモジュール１１０は、シリコンバレーグループ社から市販されている９０ＳＥコーターモジュールである。９０ＳＥコーターモジュールは、同じくシリコンバレーグループ社（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖａｌｌｅｙ  Ｇｒｏｕｐ，  Ｉｎｃ．）から市販されている９０ＳＥウエハプロセッシングトラック（９０ＳＥ  Ｗａｆｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｔｒａｃｋ）の１つの構成部品である。
【００６０】
位置決めシステム１３０は、コーターモジュール１１０の上側に取り付けられたアルミニウムベースプレート１３２によって支持されている。ベースプレート１３２は、コーターモジュール１１０の上側に位置された中心切取穴１３４を有している。ベースプレートの上側に取り付けられた第１及び第２の垂直支持プレート１３４，１３６は、２軸位置決めシステム１５０が装着されたクロスサポート１３７を支持している。位置決めシステム１５０は、ｘ軸位置決めテーブル１５２と、ｚ軸位置決めテーブル１６２とを有している。ｘ軸位置決めテーブル１５２は、ｘ軸テーブルモータ１５４と、ｘ軸テーブルベース１５６とを有している。同様に、ｚ軸位置決めテーブル１６２は、ｚ軸テーブルモータ１６４と、ｚ軸テーブルベース１６６とを有している。また、ｚ軸位置決めテーブル１６２は、ｚ軸ブレーキ（図示せず；図１９に参照符号１３３で示されている）を有している。ｚ軸位置決めテーブル１６２は、ｘ軸位置決めテーブル１５２のキャリッジ１５８上に装着されている。ｘ軸位置決めテーブル１５２は、チャック１１４上に取り付けられたウエハ５０の表面５１と平行な水平面内で移動するとともに、ｚ軸位置決めテーブル１６２は、チャック１１４上に取り付けられたウエハ５０の表面５１の面と垂直な方向に移動する。本発明のｘ軸及びｚ軸位置決めテーブル１５２，１６２での使用に適した位置決めシステムは、５ピッチ・ボールネジによって駆動されるパーカーダエダルモーションテーブル（Ｐａｒｋｅｒ  Ｄａｅｄａｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｔａｂｌｅ）である。
【００６１】
送出しヘッド３０は、アルミニウム送出しヘッドサポート１７２の底部に取り付けられている。送出しヘッドサポート１７２は、ｚ軸位置決めテーブル１６２に取り付けられている。ｚ軸位置決めテーブル１６２は、十分な動作範囲を有しており、ベースプレート１３２の上側の位置から、ベースプレート１３２の中心切取穴１３４を通じて、チャック１１４上のウエハ５０の近傍まで、送出しヘッド３０を下方に移動させることができる。
【００６２】
送出しヘッドサポート１７２上には、光センサ１７４が取り付けられている。この光センサ１７４は、送出しヘッド３０とチャック１１４上に取り付けられたウエハ５０との間の隙間を測定するために使用される。本発明の実施形態での使用に適したセンサは、フィルテック（Ｐｈｉｌｔｅｃ）ＲＣ１４０Ｌ反射率補償光移動センサである。光センサ１７４は、ウエハ５０の表面上に光を照射して、反射光を測定し、測定された光の強度に比例する電圧を形成する。スポットサイズのフィルテックセンサは、６ｍｍであり、ＤＣから１００Ｈｚまでの帯域幅を有している。フィルテックセンサの電圧−距離曲線は、一般に、非線形であるが、センサ−ウエハ間の距離が例えば５．５１〜６．１７ｍｍ（０．２１７〜０．２４３インチ）の間にあると、線形領域を有する。光センサ１７４は、送出しヘッドサポート１７２上に位置されており、これにより、全ての測定が光センサ１７４の線形領域内に入る。
【００６３】
フォトレジストの流れを制御するための手段は、フォトレジストポンプ（図示せず）と、フォトレジスト遮断弁１２９とを有している。そのような構成は、当業者に良く知られており、したがって、図１６、図１７又は図１８に十分に図示されていない。しかしながら、送出しスピンコーティングアセンブリ１００の制御システム２１０の以下の説明は、フォトレジストポンプ（図示せず；図１９に参照符号１２７で示されている）及びフォトレジスト遮断弁１２９の記載を含んでいる。
【００６４】
図１９は、本発明の送出しスピンコーティングアセンブリ１００を制御するのに適した制御システム２１０の一実施形態を示すブロック図である。制御システム２１０は、コンピュータ２１２と、位置決めコントローラ２２０と、スピナーコントローラ２８０とを有している。コンピュータ２１２は、シリアルインタフェース２１３，２１４，２１５を介して、位置決めコントローラ２２０と、スピナーコントローラ２８０と、フォトレジスト供給ポンプ１２７とに対してプログラムをダウンロードする。位置決めコントローラ２２０は、フォトレジスト供給ポンプ１２７にコマンドを送信してフォトレジストの流れを開始し且つ停止するとともに、フォトレジスト遮断弁１２９を制御する。また、位置決めコントローラ２２０は、ｘ軸モータ１５４を介してｘ軸位置決めテーブル１５２の位置を制御し、ｚ軸モータ１６４を介してｚ軸位置決めテーブル１６２を制御するとともに、チャックエレベータサーボモータ１１５を制御する。位置決めコトローラ２２０は、光センサ１７４から出力を受け、送出しヘッド３０とウエハ５０との間の距離を計算するとともに、その計算結果を使用することにより、ｚ軸モータ１６４を介してｚ軸位置決めテーブル１６２を制御する。
【００６５】
制御システム２１０での使用に適したコンピュータは、ＩＢＭ−互換ＰＣである。位置決めコントローラ２２０としての使用に適しているものは、光ＡＮＩアナログ入力ＰＣカードとＡＵＸボードとを有するパーカーコンピュモータＡＴ６４５０サーボコントローラ（Ｐａｒｋｅｒ  Ｃｏｍｐｕｍｏｔｏｒ  ＡＴ６４５０  Ｓｅｒｖｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。スピナーコントローラ２８０としての使用に適しているものは、パシフィックサイエンティクス（Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）ＳＣ７５５である。図１９のブロック図においては、コンピュータ２１２、位置決めコントローラ２２０、スピナーコントローラ２８０が別個に図示されているが、パーカーコンピュモータＡＴ６４５０コントローラ及びパシフィックサイエンティクスＳＣ７５５コントローラを含む実施形態において、パーカーコンピュモータＡＴ６４５０は、ＰＣのマザーボード内に差し込まれている。また、本発明は、位置決めコントローラ２２０及びスピナーコントローラ２８０の両者の機能が１つの結合されたコントローラによって与えられる実施形態を考慮している。
【００６６】
位置決めコントローラ２２０は、位置決めコントローラプロセッサと、複数の入力部及び出力部とを有している。入力部及び出力部は、１４ビットアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、複数の別個のデジタル入力部及び出力部と、サーボモータ出力部とを有している（プロセッサと入力部及び出力部は、当業者に良く知られており、したがって、個々に図示しない）。光センサ１７４の出力部は、Ａ／Ｄ変換器の入力部２２４に接続される。位置決めコントローラ２２０の別個のデジタル入力部は、光学的に孤立したインタフェースであり、チャック定位置センサ１２１に接続されたチャック定位置インジケータ入力部２４２と、真空チャック１１４上の真空ＯＮ／ＯＦＦセンサ１２３に接続された真空ＯＮ／ＯＦＦ状態インジケータ入力部２４４と、センタリングピン位置センサ１２５に接続されたセンタリングピンＩＮ／ＯＵＴ位置インジケータ入力部２４６と、オペレータ手動位置決めスイッチ１２６に接続された１又は複数の手動位置決めコマンド入力部２４８とを含んでいる。
【００６７】
位置決めコントローラ２２０の出力部は、ｘ軸サーボモータ１５４に接続されたｘ軸サーボモータ出力部２２６と、ｚ軸サーボモータ１６４に接続されたｚ軸サーボモータ出力部２２８と、エレベータサーボモータ１１５に接続されたエレベータモータ出力部２３０とを含んでいる。
【００６８】
位置決めコントローラ２２０の別個のデジタル出力部は、フォトレジスト遮断弁１２９に接続されたフォトレジスト弁ＯＮ／ＯＦＦ出力部２５４と、センタリングピン１３８を制御するセンタリングソレノイド１１９に接続されたセンタリングソレノイド出力部２５６と、真空ソレノイド１３１に接続された真空ソレノイド出力部２５８と、ｚ軸位置決めテーブル１６２のｚ軸モータブレーキ１３３に接続されたｚ軸モータブレーキ出力部２６０と、エレベータモータブレーキ１３５に接続されたエレベータモータブレーキ出力部２６２と、フォトレジスト供給ポンプ１２７に接続されたトリガ出力部２６４と、スピナーコントローラ２８０に接続された論理出力部２６６とを含んでいる。
【００６９】
スピナーコントローラ２８０は、位置決めコントローラ２２０から受ける信号に応じてコーティング及びスピンサイクルを行なう。スピナーコントローラ２８０は、スピナーコントローラプロセッサと、サーボモータ出力部と、エンコーダとを有している（プロセッサ及びエンコーダは当業者に良く知られているため、個々に図示しない）。スピナーコントローラ２８０の出力部は、スピナーモータ１１３に接続されたスピナーモータ出力部２８６を有している。また、スピナーコントローラ２８０の出力部は、位置決めコンントローラに接続されたシミュレーテッドエンコーダ信号２８８を含んでいる。シミュレーテッドエンコーダ信号２８８により、スピナーモータ１１３速度の電子ギアリングは、位置決めコントローラ２２０によって行なわれる送出しヘッド３０のｘ軸方向の位置決めを制御することができる。
【００７０】
確実なコーティングを行なうために、送出しヘッド３０及び位置決めテーブル１５２，１６２は、チャック１１４上に取り付けられたウエハ５０に対して位置合わせされなければならない。３つの位置合わせが必要である。これらの位置合わせについて図１６、図１７及び図１８を参照しながら説明する。第１の位置合わせは、送出しスロット３９がチャック１１４上に取り付けられたウエハ５０の中心を直接通るように、送出しスロット３９の通路を調整する。この位置合わせは、ウエハ５０の中心領域を完全にカバーするために必要である。送出しヘッド３０は、ベースプレート１３２にわたって垂直支持プレート１３４，１３６を前後にスライドさせることによってウエハ５０の中心の上側に位置決めされる。垂直支持プレート１３４，１３６の動きは、ベースプレート１３２上のガイドによって拘束される。垂直支持プレートを所定の位置に固定する前に、各垂直支持プレート１３４，１３６の後方にある調整ボルトにより、垂直支持プレート１３４，１３６の位置を細かく調整することができる。
【００７１】
第２の位置合わせは、ウエハ表面５１に対するｘ軸の角度を調整する。この位置合わせは、ｘ軸位置決めテーブル１５２が位置を変える時、ウエハ５０と送出しヘッド３０との間の隙間を一定に維持する。ウエハ表面５１に対するｘ軸の角度は、クロスサポート１３７の一端にある第１のピボット１７９を中心にクロスサポート１３８回転させることにより変えることができる。細かい調整を行なう調整ボルト及び粗い調整を行なう調整ボルト１８４，１８６により、ｘ軸とウエハ表面５１との間の角度を調整することができる。この場合、細かい調整を行なう調整ボルト１８４を１回転させると、１．６４×１０−５ラジアンだけ角度を調整することができる。ウエハ表面５１に対するｘ軸の角度は、光センサ１７４を用いてウエハ表面５１にわたって走査することにより測定することができる。走査中、ｚ軸を固定した状態で、光センサ１７４の測定に伴う出力及びｘ位置が記録される。これらのデータ対の直線回帰は、ウエハ表面５１とｘ軸との間の角度を与える。
【００７２】
第３の位置合わせは、送出しヘッド３０の下端すなわち送出しスロット３９がｘ軸及びウエハ表面５１と平行になるまで、送出しヘッド３０の下端すなわち送出しスロット３９を調整する。この位置合わせは、送出しヘッド３０の幅にわたって隙間を一致に維持するために重要である。送出しヘッド３０の下端とｘ軸との間の角度は、ウエハ送出機並行調整ボルト１７６を使用して調整することができる。ウエハ送出機並行調整ボルト１７６は、ｚ軸位置決めテーブル１６２の底部にあるウエハ送出機並行調整ピボット１７８を中心に送出しヘッドサポート１７２を回動させる。ｘ軸と送出しヘッド３０の下部との間の角度は、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）センサを使用して測定することができる。ＬＶＴＤセンサは、測定チップを垂直に向けた状態で、ウエハ表面５１に対して固定されている。次に、送出しヘッド３０は、送出しヘッド３０のリップ４１，４２がＬＶＴＤセンサを基準位置へと移動させるまで下降する。ｘ軸及びｚ軸位置決めテーブル１５２，１６２の位置が記録された後、送出しヘッドのリップ４１，４２に沿う幾つかの他の位置に関して手順が繰り返される。ｘ軸に対する送出しヘッド３０の傾きは、これらのデータ対の線形回帰を使用して決定される。
【００７３】
光センサ１７４は、２段階のプロセスで較正されても良い。まず第１に、送出しヘッド３０とウエハ表面５１との間に配置された精密シムを使用して、幾つかの小さな隙間距離で光センサ１７４の出力電圧を測定することにより、電圧オフセット（すなわち、ゼロギャップバイアス）電圧が決定される。隙間距離及びセンサ電圧データの線形回帰解析を使用して、電圧オフセット（すなわち、ゼロギャップでのセンサ電圧）を計算する。第２に、選択されたインクリメントで送出しスロット３９を上昇させる（例えば、１０のエンコーダカウントは１２．７μｍに等しい）とともに、各位置でセンサ電圧を記録することにより、光センサ１７４の線形範囲で、センサ電圧と送出しヘッド３０の高さとの間の関係が決定される。データ対の線形回帰は、送出しスロット３９のｚ軸位置に対するセンサ電圧を示す曲線の傾きを与える。送出しヘッド３０とウエハ表面５１との間の角度からエラーが生じないように、光センサ１７４を較正する前に、送出しヘッド３０は、前述したように、ｘ軸及びウエハ表面に対して位置合わせされなければならない。
【００７４】
図２０〜図２３を参照しながら、送出しスピンコーティングプロセスについて説明する。前述した位置合わせ及び較正作業は、使用される装置に伴う経験に基づいて必要であると判断する場合、定期的に或は一連の実行前に行なうと良い。
【００７５】
図２０に示されるように、真空チャック１１４は、ベースプレート１３２の切取穴１３４を通じて上昇され、ウエハ５０がチャック１１４上に配置される。ウエハ５０は、センタリングピン１３８（図１７）を使用して、チャック１１４上で心出し（センタリング）される。チャックの真空（図示せず）が作用し、これにより、ウエハ５０が固定される。チャック１１４が下降され、これにより、ウエハ５０がコーティング位置まで下降される。また、送出しヘッド３０がウエハ３０の縁部の位置へと下降される。この場合、図２１に示されるように、ウエハ５０と送出しヘッドのリップ４１，４２との間に所望の隙間が形成される。その後、望ましいコーティング速度である初期回転速度でチャック１１４が回転される。フォトレジスト遮断弁１２９が開かれるとともに、フォトレジストポンプ１２７が駆動され、フォトレジストの供給が開始される。送出しヘッド３０は、ウエハ５０に対して径方向に移動される。送出しヘッド３０がウエハ５０の中心に向って移動するにつれて、チャック１１４の回転速度が増大する。また、ウエハ５０にわたる送出しヘッド３０のコーティング速度を一定に維持するために、送出しヘッドの速度は、チャックの回転速度の増大に比例した割合で増大する。図２２に示されるように送出しヘッド３０の前縁がウエハ５０の中心に達すると、送出しヘッド３０の後縁がウエハ３０の中心に達するまで、ウエハ３０の回転速度が一定に保持される。ウエハ５０の全体がフォトレジストで覆われると、フォトレジストポンプ１２７がトリガされ、フォトレジストの供給が停止されるとともに、フォトレジスト遮断弁１２９が閉じられる。一般に、ウエハ５０の全体をフォトレジストで覆うためには、送出しヘッド３０の後縁がウエハ５０の中心に達するまで、フォトレジストを送出し続けるとともに、送出しヘッド３０を移動させ続けることが必要である。フォトレジストポンプ１２７及び遮断弁１２９がトリガされて、フォトレジストの供給が停止すると、既に送出しヘッド３０内にある（あるいは、送出しヘッド３０に通じる管路内にある）フォトレジストの残量がウエハ５０上に流れ続けて付与される場合がある。そのような場合には、ウエハ５０全体を覆う前の短時間でフォトレジストポンプ１２７及び遮断弁１２９をトリガしてフォトレジストの供給を停止させ、これによって、残りのフォトレジストでウエハ５０を完全に覆うことができるようにしても良い。
【００７６】
その後、図２３に示されるように、チャック１１４は、ウエハ５０をキャッチカップ１１６内へと下降させ、送出しヘッド３０がコーティング領域から上昇される。その後、ウエハ５０が高速で回転され、これにより、余分なフォトレジストが除去されるとともに、所望のコーティング均一性が得られる。チャック１１４は、回転を停止するとともに、ベースプレート１３２の中心切取穴１３４を通じて上昇される。真空の作用が停止され、チャック１１４からウエハ５０が除去される。
【００７７】
図２４は、本発明に係る送出しスピンコーティング動作の特定のパラメータを示す図である。図２４において、ウエハ５０は、半径Ｒを有しており、その中心を回転軸としてΩの角速度で回転している。送出しヘッド３０がウエハ５０の上側に位置しており、送出しスロット３９がウエハ５０に対して径方向に位置合わせされている。送出しスロット３９は、幅ｗを有するとともに、ウエハ５０に対して速度ｕで径方向に移動している。ウエハ５０の中心と送出しヘッド３０の後縁との間の距離はｒである。
【００７８】
図２４に示される回転軸から距離ｒに位置するウエハ５０の表面上の任意の点の接線速度は、
【数２】
2004527112.tif 000003
である。回転軸から距離ｒに位置する送出しヘッド３０の後縁においては、ウエハ５０の各回転毎に送出しスロット３９の長さ分だけ送出しヘッド３０を内側に移動させることにより、螺旋状の送出しパターンを形成することができる。この時、ウエハ５０の径方向に沿う送出しヘッド３０の速度は、
【数３】
2004527112.tif 000004
である。
【００７９】
Ωについて解くと、以下の式が得られる。
【数４】
2004527112.tif 000005
ここで、径方向内側の動きに関して、ｕ＝−ｄｒ／ｄｔ及び送出しヘッドの位置に関する微分方程式は、以下のように得ることができる。
【数５】
2004527112.tif 000006
時間ｔ＝０でｒ＝ｒ０という初期条件を使用して、この方程式を積分すると、以下の式が得られる。
【数６】
2004527112.tif 000007
【００８０】
ウエハの回転速度は、時間の関数として以下のように表わされる。
【数７】
2004527112.tif 000008
また、送出しヘッドの速度は、時間の関数として以下のように表わされる。
【数８】
2004527112.tif 000009
【００８１】
図２５は、本発明の一態様に係る送出しスピンコーティングパターン２０２を示している。螺旋状のパターン２０２は、ウエハ５０の外縁５２から出発してウエハ５０の中心に向って径方向内側に移動する送出しヘッド３０によって形成される。第１の斜線領域２０４は、ウエハ５０の外縁にある廃フォトレジストを示しており、第２の斜線領域２０６は、ウエハ５０の中心領域で送出されるフォトレジストの二重厚を示している。ウエハ５０の外縁５２から離れる送出しヘッド３０を用いてプロセスを開始して、不必要な重なり、すなわち、ウエハ５０の外縁５２の周囲の二重厚を形成することなく、送出された螺旋状のパターン２０２で外縁５２全体を覆う必要がある。これにより、廃フォトレジストの第１の斜線領域２０４が生じる。同様に、送出しヘッド３０の前縁がウエハ５０の中心に達した後、ウエハ５０全体が覆われるまで、フォトレジストを送出し続けることが必要である。一般に、送出しヘッド３０の後縁が中心に達してウエハ５０の中心領域全体が覆われるまで、プロセスを続けることが必要である。送出しヘッド３０の幅は限られているため、ウエハ５０の中心の第２の斜線領域２０６での重なりは避けることができない。しかしながら、廃棄される余分なフォトレジストの量は比較的少なく、送出しスピンコーティングプロセスの効率は、従来のスピンコーティングプロセスの効率を遥かに超える。
【００８２】
図２５は、ウエハを回転させながら、ウエハの外縁で送出しヘッドを始動させ、送出しヘッドをウエハの中心に向けて径方向内側に移動させることにより形成された送出しスピンコーティング螺旋パターンを示している。これに代え、本発明の方法及び装置は、ウエハの中心で送出しヘッドを始動させ、送出しヘッドをウエハの外縁に向けて径方向外側に移動させても良い。
【００８３】
一般に、送出しコーティングは、薄い（上記方法によれば通常、２０〜４０マイクロメートル）膜材料から成る初期層となる。初期層は薄いため、初期コーティング層に含まれる溶剤濃度は、蒸発のために急激に変化する可能性がある。その結果として、ウエハ上の一点での膜材料の粘度は、当該粘度が溶剤濃度に依存するので、時間と共に変化する。ウエハ全体に膜を送出するためには有限の時間が必要とされるので、ウエハ上の膜粘度は不均一となる。次のスピン乾燥前におけるこの不均一状態は、最小の膜厚を不均一性を増加させる。
【００８４】
最終的な膜の均一性を向上させるために、本発明の実施形態は、膜を囲むガス状環境における溶剤蒸気の濃度を（飽和の）少なくとも５０％となるように制御する。他の実施形態では、溶剤蒸気の濃度は別の手段、例えば、異なる溶剤蒸気濃度を有するガス流を混合させたり、液状溶剤にガスをバブリングさせたり、噴霧機でガス流内に溶剤の小さな液滴を噴射したりすることで（これらに限定されない）、制御される。当業者であれば多くの技術があることは分かるであろう。
【００８５】
図２６は、１５００〜３０００ｒｐｍでの回転を後に行うこととした、上述の送出しコーティング方法及び装置を用いての実施形態に係る実施例とコンピュータ処理の結果を示している。図２６に示すように、ガス状環境内の溶剤濃度が飽和値に上昇していくにつれ、膜の均一性は向上する。飽和値の約５０％よりも高い溶剤蒸気濃度が好ましい。膜の均一性がウエハ全体において約１５オングストロームの範囲内となるようにするためには、飽和値の約８０％よりも高い溶剤蒸気濃度が好ましい。
【００８６】
当業者であれば簡単に分かるように、本発明は、前述した実施形態に限定されない。本発明の範囲から逸脱することなく、様々な構成及び実施形態を成すことができ、そのような様々な構成及び実施形態も請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係るスピンコーティング装置の一実施形態の概略断面図を示している。
【図２】本発明に係るスピンコーティング装置の他の実施形態の概略断面図を示している。
【図３ａ】所定の回転速度での溶剤流量に応じた膜厚を示している。
【図３ｂ】溶剤流れ時間に応じた膜厚を示している。
【図４】ウエハ全体にわたる一般的な膜厚形態を示している。
【図５】本発明と従来技術との間の膜均一性の比較を示している。
【図６】本発明と従来技術との間の温度許容範囲の比較を示している。
【図７】チルプレート(低温板)温度許容範囲に関する本発明と従来技術との間の比較を示している。
【図８】本発明の送出しヘッドの組立状態の側面図である。
【図９】本発明の送出しヘッドのフロントプレートの正面図である。
【図１０】本発明の送出しヘッドのリヤプレートの正面図である。
【図１１】本発明の送出しヘッドのシムの正面図である。
【図１２】バックプレートを背面側に位置させたシムの正面図である。
【図１３】本発明の送出しヘッドの組立状態の断面図である。
【図１４】本発明の送出しヘッドの組立状態の斜視図である。
【図１５】送出しヘッドのリップの下側で基板が移動する状態を示す送出しヘッドのリップの断面図である。
【図１６】本発明の送出しスピンコーティングアセンブリの正面図である。
【図１７】本発明の送出しスピンコーティングアセンブリの平面図である。
【図１８】本発明の送出しスピンコーティングアセンブリの背面図である。
【図１９】本発明の送出しスピンコーティングアセンブリにおける制御システムの一実施形態のブロック図である。
【図２０】本発明の送出しスピンコーティングプロセスの一工程中における送出しスピンコーティングアセンブリの配置を示している。
【図２１】本発明の送出しスピンコーティングプロセスの一工程中における送出しスピンコーティングアセンブリの配置を示している。
【図２２】本発明の送出しスピンコーティングプロセスの一工程中における送出しスピンコーティングアセンブリの配置を示している。
【図２３】本発明の送出しスピンコーティングプロセスの一工程中における送出しスピンコーティングアセンブリの配置を示している。
【図２４】本発明に係る送出しスピンコーティング動作の特定のパラメータを示す図である。
【図２５】本発明に係る送出しスピンコーティング螺旋パターンを示している。
【図２６】溶剤蒸気濃度に対する最終膜均一性の変化を示している。
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１９】
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【図２６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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