塗布処理装置、塗布処理方法及び記憶媒体
【課題】塗布膜を基板の面内に均一に形成することができる技術を提供すること。
【解決手段】基板の表面にノズルから基板の中心部に塗布膜を形成するための塗布液を供給すると共に、第１の回転速度で基板を回転させて、塗布液を基板の周縁部に遠心力によって広げ、次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させ、次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止する。
【解決手段】基板の表面にノズルから基板の中心部に塗布膜を形成するための塗布液を供給すると共に、第１の回転速度で基板を回転させて、塗布液を基板の周縁部に遠心力によって広げ、次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させ、次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布処理装置、塗布処理方法及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面にレジストを塗布してレジスト膜を形成する工程が含まれる。このレジスト膜の形成は、高速回転するウエハの中心部上にノズルからレジスト液を吐出して、当該レジスト液を遠心力により周縁部へ広げる、いわゆるスピンコーティングにより行われる。
【０００３】
高価なレジスト液の使用量を低減し、少量のレジスト液でレジスト膜を形成することが検討されている。このように少量のレジスト液を用いる場合、形成されるレジスト膜は、レジスト液の吐出状態の影響を受けやすくなり、レジスト液の吐出状態が僅かに乱れたとしても、ウエハ表面に周囲と厚みが異なる塗布斑が形成されてしまうおそれがある。このように塗布斑が形成されると、例えば露光処理における焦点がずれて、所望の寸法のレジストパターンが得られなくなる場合がある。
【０００４】
そして、図１９〜図２１に示すように前記スピンコーティングにおいては、ノズル１０１からウエハＷへのレジスト液Ｒの吐出を停止させる際にレジスト液Ｒの切れが悪く、液滴Ｒ１が落下してしまう場合がある。この液滴Ｒ１により、前記塗布斑が形成されてしまうおそれがある。
【０００５】
特許文献１には、液滴Ｒ１による塗布斑の発生を防ぐためのスピンコーティングの一例が示されている。このスピンコーティングでは、高速回転したウエハの中心位置にノズルからレジスト液を供給し、ノズルからレジスト液の供給を続けた状態でウエハの回転速度を低下させて低速回転にすると共に、レジスト液の吐出位置をウエハＷの中心位置からずれた偏心位置に移動させ、レジスト液の吐出を停止させる。その後、ウエハＷの回転速度を上昇させてレジストの乾燥を行う。この手法を用いれば、ウエハの回転速度が低いためウエハＷの液滴Ｒ１の速やかな乾燥が防がれること、及び液滴Ｒ１の落下位置がウエハＷの中心からずれているため遠心力が強く作用することにより、液滴が周囲のレジストと馴染みながら広がり、塗布斑の形成が防がれるとしている。
【０００６】
しかし、この特許文献１の手法によってもレジストの種類によっては塗布斑が形成されてしまうおそれがあることが分かった。図２２は、レジスト液Ｒの供給が停止するときのウエハＷの表面状態を示している。図中１０２は前記高速回転時に供給されたレジスト液の層、１０３は前記低速回転時に供給されたレジスト液の層である。レジスト液層１０３の下側領域１０４ではすでに乾燥が進行しており、落下して下側領域１０４付近に達した液滴Ｒ１は、レジスト液層１０２に馴染まずに存在する（図２３）。そして、液滴Ｒ１は乾燥して塗布斑を形成する核となり、ウエハＷの回転に伴って乾燥が進んだ下側領域１０４に付着する。（図２４）、上記のようにウエハＷの回転速度が上昇すると、この核がウエハＷを径方向に広がる。そして、レジスト液層１０２、１０３が乾燥し、レジスト膜１０５が形成されたときに、線状の塗布斑１０６が形成されてしまう（図２５）。図２６は塗布斑１０６が形成されたウエハＷの表面を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５３９８６（段落０００６及び段落００１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、塗布膜を基板の面内に均一に形成することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の塗布処理装置は、基板を水平に保持して回転させる回転保持部と、
前記基板の表面に塗布膜を形成するための塗布液を供給するノズルと、
塗布液の供給位置を、基板の中心位置と当該中心位置からずれた偏心位置との間で基板の径方向に沿って移動させるために前記ノズルを移動させる移動機構と、
前記回転保持部による基板の回転と、前記ノズルからの塗布液の吐出と、移動機構によるノズルの移動とを制御するために制御信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
基板の中心部に塗布液を供給すると共に、遠心力により前記塗布液を基板の周縁部に広げるために第１の回転速度で基板を回転させ、
次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させ、
次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止し、
その後、液溜まりを基板の周縁部に広げて塗布膜を形成するために、基板の回転速度が前記第３の回転速度よりも高くなるように制御信号を出力することを特徴とする。
【００１０】
上記の塗布処理装置の具体的な態様としては例えば下記の通りである。
（ａ）基板が前記第２の回転速度で回転している間に、塗布液の供給位置が偏心位置で停止する。第２の回転速度で回転している間には、第２の回転速度から第３の回転速度に切り替えを行う時点も含む
（ｂ）前記第３の回転速度は、０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍである。
（ｃ）前記第２の回転速度は、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍである。
【００１１】
本発明の塗布処理方法は、基板を回転保持部により水平に保持する工程と、
基板の表面にノズルから基板の中心部に塗布膜を形成するための塗布液を供給すると共に、第１の回転速度で基板を回転させて、塗布液を基板の周縁部に遠心力によって広げる工程と、
次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させる工程と、
次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止する工程と、
その後、液溜まりを基板の周縁部に広げて塗布膜を形成するために基板の回転速度を前記第３の回転速度よりも高くする工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の記憶媒体は、基板に対する塗布処理を行う塗布処理装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述の塗布処理方法を実施するためのものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、塗布液の供給位置を基板の中心位置から偏心位置に移動させ、塗布液の供給を停止するときに、基板の回転速度を低下させて液だまりの厚さを大きくしている。ノズルから垂れる液滴が前記液だまりになじみやすくなると共に液溜まりの形状が歪むことが抑えられるので、基板の面内に均一性高く塗布膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るレジスト塗布装置の縦断側面図である。
【図２】前記レジスト塗布装置の平面図である。
【図３】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図４】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図５】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図６】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図７】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図８】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図９】レジストが塗布されるウエハの平面図である。
【図１０】レジストが塗布されるウエハの平面図である。
【図１１】ウエハの回転速度の変化を示すグラフ図である。
【図１２】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１３】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１４】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１５】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１６】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１７】レジスト膜の膜厚を調べる実験結果を示すグラフ図である。
【図１８】レジスト膜の膜厚のばらつきを調べる実験結果を示すグラフ図である。
【図１９】ノズルからの液切れの様子を示す説明図である。
【図２０】ノズルからの液切れの様子を示す説明図である。
【図２１】ノズルからの液切れの様子を示す説明図である。
【図２２】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図２３】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図２４】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図２５】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図２６】液滴によりウエハに形成される塗布斑を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の塗布処理装置に係る、レジスト塗布装置１について図１及び図２を参照しながら説明する。図１、図２は夫々レジスト塗布装置１の縦断側面図、平面図である。レジスト塗布装置１は、スピンチャック１１を備えており、真空吸着によりウエハＷを水平に保持するように構成されている。スピンチャック１１には、回転モータなどを含む回転駆動部１２に接続されている。回転駆動部１２は、後述の制御部４から出力される制御信号に応じた回転速度で、スピンチャック１１を鉛直回りに回転させる。
【００１６】
図中１３は、ウエハＷの裏面を支持する３本の支持ピン（図示の便宜上２本のみ示している）であり、昇降機構１４により昇降自在に構成されている。支持ピン１３によりウエハＷの搬送機構１０とスピンチャック１１との間でウエハＷが受け渡される。
【００１７】
スピンチャック１１の下方側には断面形状が山形のガイドリング１５が設けられており、このガイドリング１５の外周縁は下方側に屈曲して延びている。前記スピンチャック１１及びガイドリング１５を囲むように塗布液であるレジスト液の飛散を抑えるためのカップ１６が設けられている。
【００１８】
このカップ１６は上側が開口し、スピンチャック１１にウエハＷを受け渡すことができるようになっており、カップ１６の側周面とガイドリング１５の外周縁との間に排出路をなす隙間１７が形成されている。前記カップ１６の下方側には起立した排気管１８が設けられ、排気管１８内は排気口１８ａとして構成されている。またカップ１６の底部には排液口１９が開口している。
【００１９】
レジスト塗布装置１はレジスト液ノズル２１を備えており、レジスト液ノズル２１は鉛直下方にレジスト液を吐出する。前記レジスト液ノズル２１は、レジスト液供給管２２を介して、レジスト液が貯留されたレジスト液供給源２３に接続されている。レジスト液供給源２３はポンプを備え、レジスト液を下流側へ圧送する。前記レジスト液供給管２２にはバルブや流量調整部等を含む供給機器群２４が介設され、制御部４から出力される制御信号に基づいてレジスト液の給断を制御する。
【００２０】
前記レジスト液ノズル２１は、図２に示すように水平方向に伸びたアーム２５を介して移動機構２６に接続されている。移動機構２６は、横方向に伸びたガイドレール２０に沿って移動し、また、アーム２５を昇降させることができる。これによって、レジスト液ノズル２１はウエハＷの直径に沿ってレジスト液を供給することができ、また、カップ１６の外部に設けられた待機領域２７とウエハＷ上との間で移動することができる。
【００２１】
レジスト塗布装置１は溶剤ノズル３１を備えており、溶剤ノズル３１は鉛直下方に溶剤例えばシンナーを供給する。溶剤ノズル３１は、溶剤供給管３２を介してシンナーが貯留された溶剤供給源３３に接続されている。図中３４は、供給機器群であり、前記供給機器群２４と同様に構成されている。溶剤ノズル３１は、レジスト液ノズル２１と同様にアーム３５を介して移動機構３６に接続され、カップ１６の外部の待機領域３７とウエハＷ上との間で移動自在に構成されている。
【００２２】
続いて制御部４について説明する。制御部４はコンピュータにより構成され、プログラム格納部を備えている。このプログラム格納部には、後述の作用で説明する塗布処理が行われるように命令が組まれたプログラムが格納される。前記プログラム格納部に格納されたプログラムが制御部４に読み出され、制御部４はレジスト塗布装置１の各部へ制御信号を送信する。それによって、各ノズル２１、３１の移動、レジスト液ノズル２１からのレジスト液の吐出及びウエハＷの回転速度などが制御され、後述のステップ群が実施される。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。
【００２３】
続いて、このレジスト塗布装置１の作用について、図３〜図１０を参照しながら説明する。図３〜図８は、各ステップにおけるウエハＷの変化を示している。図９及び図１０はウエハＷの平面図であり、ウエハＷ表面の変化を示している。また、ウエハＷの回転速度であるｒｐｍ（１分あたりの回転数）の変化を示した図１１も適宜参照しながら説明する。図１１のグラフの横軸、縦軸は時間、前記回転速度を夫々示しており、横軸には０．１秒間隔で目盛りを付している。なお、図１１のグラフ中において、矢印Ａ１はレジスト液Ｒが吐出される区間を示し、矢印Ａ２はレジスト液ノズル２１が移動し、レジスト液Ｒの供給位置がウエハＷの中心位置から偏心位置へ移動する区間を示している。
【００２４】
搬送機構１０により、ウエハＷがレジスト塗布装置１に搬送され、支持ピン１３によりスピンチャック１１に受け渡される。溶剤ノズル３１が待機領域３７からウエハＷの中心部上に移動し、ウエハＷの回転が例えば３０ｒｐｍで回転する。溶剤ノズル３１からウエハＷの中心部にシンナーＴが供給されると共にウエハＷの回転速度が例えば２０００ｒｐｍで回転する。遠心力により前記シンナーＴがウエハＷの周縁部に行き渡る。
【００２５】
ウエハＷの回転速度が５００ｒｐｍに減少し、溶剤ノズル３１が待機領域３７へ戻ると共にレジスト液ノズル２１が待機領域２７からウエハＷの中心部上に移動し、ウエハＷの中心部にレジスト液Ｒが供給される（グラフ中時刻ｔ１）と共にウエハＷの回転速度が上昇する。レジスト液Ｒは遠心力によりシンナーＴで濡れたウエハＷの表面上を周縁部に向かって広がり、ウエハＷの表面全体にレジスト液Ｒが塗布される（図３、ステップＳ１）。ウエハＷの回転速度が第１の回転速度である例えば３０００ｒｐｍになると、回転速度が低下すると同時に、レジスト液ノズル４１がウエハＷの径方向に沿って周縁部側に向かって移動を開始する（時刻ｔ２）（図４、ステップＳ２）。
【００２６】
ウエハＷ表面では、ウエハＷの減速により、レジスト液ＲがウエハＷの中央部に向かって引き寄せられ、当該中央部に円形の液溜まり４１が形成される。ウエハＷの回転速度が例えば２００ｒｐｍになると（時刻ｔ３）、回転速度の低下が止まり、回転速度が２００ｒｐｍに維持される。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間隔は例えば１．８秒である。引き続き、レジスト液ノズル２１が移動するが、このとき、ウエハＷの回転により受ける力により液溜まり４１は円形に保たれる（図９）。２００ｒｐｍ以上で３０００ｒｐｍより低い回転速度は特許請求の範囲で言う第２の回転速度である。
【００２７】
時刻ｔ３から例えば０．１秒経過すると、ウエハＷの中心部上から例えば５ｍｍずれた位置でレジスト液ノズル２１の移動が停止すると同時に、ウエハＷの回転速度がさらに低下し（時刻ｔ４）、液溜まり４１の厚さが大きくなる（図５、ステップＳ３）。ウエハＷの回転速度が第３の回転速度である例えば１０ｒｐｍになると、回転速度の低下が停止して（時刻ｔ５）、１０ｒｐｍで回転が続けられ、レジスト液ノズル２１からレジスト液Ｒの吐出が停止する（時刻ｔ６）（図６、ステップＳ４）。
【００２８】
このレジスト吐出停止時にレジスト液ノズル２１から液溜まり４１に垂れる液滴Ｒ１の挙動について、ウエハＷの表面の状態を示した図１２〜図１６も参照しながら説明する。図１２中４２は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２にレジスト液ノズル２１から吐出されたレジスト液Ｒからなる層であり、吐出された時にウエハＷの回転が高速であるため、乾燥が進んでいる。また、図中４３は時刻ｔ２〜時刻ｔ６で供給されたレジスト液Ｒからなる層である。このレジスト液層４３においても、先に供給されたレジスト液Ｒからなる下方領域４４は、比較的乾燥が進んでいる。しかし、上記のように１０ｒｐｍに回転速度を落とし、液溜まり４１の厚さが大きくなったため、レジスト液層４３において比較的乾燥が進んでいない上方領域４５の厚さが大きい。
【００２９】
従って、図１３に示すように落下した液滴Ｒ１は、下方領域４４に付着せずに前記上方領域４５に留められる。そして、ウエハＷの回転速度が比較的遅いので、上方領域４５の乾燥度合いは、液滴Ｒ１の乾燥度合いと比べて大きな差が無いため、液滴Ｒ１はこの上方領域４５のレジスト液Ｒに馴染み、次第に消失を始める（図１４）
【００３０】
レジスト液Ｒの吐出停止後、レジスト液ノズル２１が待機領域２７に戻ると共にウエハＷの回転が上昇し（時刻ｔ７）、液溜まり４１は遠心力の作用によりウエハＷの周縁部へ広げられる（図７及び図１０、ステップＳ５）。このとき遠心力の作用を受けて、液滴Ｒ１は周囲のレジスト液Ｒと混ざり合い、消失する（図１５、図１６）。時刻ｔ５から時刻ｔ７までの間隔は、例えば０．８秒である。
【００３１】
ウエハＷの回転速度が例えば１５００ｒｐｍになると、回転速度の上昇が停止し、１５００ｒｐｍのまま回転が続けられて、ウエハＷ表面のレジスト液Ｒ中の溶剤が揮発する。それによって、レジスト膜Ｒ２が形成される（図８、ステップＳ６）。時刻ｔ７から所定の時間経過後にウエハＷの回転が停止し、支持ピン１３によりウエハＷは突き上げられ、搬送機構１０に受け渡されて、レジスト塗布装置１から搬出される。
【００３２】
このレジスト塗布装置１によれば、ウエハＷにレジスト液供給中にウエハＷの回転速度を落として、円形の液溜まり４１を形成し、さらに液溜まり４１の厚さを大きくするために回転速度を落とした後、レジスト液ノズル２１からレジスト液の吐出を停止している。これにより、レジスト液ノズル２１から垂れた液滴が液溜まり４１に馴染むため、レジスト膜Ｒ２が形成されたときに塗布斑の発生を抑えることができる。また、レジスト液ノズル２１の移動時には、ウエハＷは、液溜まり４１の形状が歪むことが抑えられる回転速度に制御されるので、上記のステップＳ５で液溜まり４１は略円形のままウエハＷの周縁部へ向けて広げられる。つまり、レジスト液が均一性高くウエハＷの周縁部に向けて広げられる。この結果として、ウエハＷの面内に均一性高い膜厚でレジスト膜を形成することができる。
【００３３】
ステップＳ２における回転速度は、少なくとも上記の液溜まり４１が形成される回転速度であり、従って０ｒｐｍよりも大きい回転速度である。そして、上記のようにレジスト液ノズル２１の移動による外乱が抑えられ、液溜まり４１が平面で見て正円に近い形状に保たれるように制御される回転速度であることが好ましく、例えば５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍに制御される。また、ステップＳ４でレジスト液の供給停止を行うときの回転速度は、前記ステップＳ２の回転速度よりも小さく、液滴による塗布斑を抑えることができる回転速度であり、後述の実験から０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであることが好ましい。
【００３４】
また、上記の実施形態において、レジスト液ノズル２１の移動開始及び移動停止のタイミングとしては時刻ｔ２よりも後、且つ時刻ｔ４よりも前であってもよい。時刻ｔ２よりも前にレジスト液を吐出した状態でレジスト液ノズル２１が移動すると、レジスト液ＲによるウエハＷの被覆性及びレジスト膜の均一性が低下してしまう。また時刻ｔ４より後にレジスト液を吐出した状態でレジスト液ノズル２１の移動が行われると、液溜まり４１の形状が歪みやすくなり、膜厚の均一性が低下してしまう。また、レジスト液の供給を停止するタイミングとしては、液滴による塗布斑の発生を抑えることができるように液溜まりが厚くなった状態で前記供給の停止が行われればよく、例えば回転速度が低下中の時刻ｔ４〜ｔ５間で供給を停止させてもよい。
【００３５】
このレジスト塗布装置１では塗布液としてレジスト液を供給しているが、塗布液としてはレジスト液に限られない。例えばレジスト膜の下層または上層に反射防止膜を形成するための薬液や、液浸露光時にレジスト膜を保護する保護膜形成用の薬液を供給してもよい。
【００３６】
以下、本発明に関連して行った評価試験について説明する。
［評価試験１］
上記の実施形態に従ってウエハＷ１にレジスト膜を成膜した。そして、ウエハＷ１の直径に沿って間隔をおいた多数の位置でレジスト膜の膜厚を測定した。また、ウエハＷ２にレジスト膜を形成した。このレジスト膜の形成処理は、上記の実施形態と略同様であるが、差異点としてステップＳ２で回転速度を２００ｒｐｍにした後、ステップＳ３でウエハＷの回転速度の減速を行わず、０．２秒間回転速度を２００ｒｐｍに維持している。２００ｒｐｍに維持している間にステップＳ４を行い、然る後上記の実施形態と同様にステップＳ５を行っている。このように処理したウエハＷ２のレジスト膜について、ウエハＷ１と同様に直径方向の多数の位置で膜厚の測定を行った。
【００３７】
また、ウエハＷ３にレジスト膜を形成した。このレジスト膜の形成処理は、上記の実施形態と略同様であるが、差異点としてステップＳ２で回転速度を１０ｒｐｍに下げ、１０ｒｐｍに維持した状態でステップＳ３、Ｓ４のレジスト液ノズル２１の移動停止及びレジスト液の供給停止を行っている。従って、ウエハＷ３への処理では、液溜まりの膜厚を段階的に変化させていない。このウエハＷ３のレジスト膜についても、ウエハＷ１と同様に直径方向の多数の位置で膜厚の測定を行った。
【００３８】
図１７はウエハＷ１〜Ｗ３の直径方向に沿った膜厚のデータを示したグラフであり、実線、鎖線、点線で夫々ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３の測定結果を示している。グラフの縦軸は膜厚の大きさ（単位ｎｍ）を示している。グラフの横軸は測定位置を示しており、ウエハＷの一端を０、他端を５０として、測定位置を数値化している。この結果に示されるように、ウエハＷ３ではウエハＷの一端と他端とで膜厚の差が大きかった。これは実施の形態で説明したように、液溜まり４１の形状が、レジスト液の吐出位置の移動により乱れたためであると考えられる。
【００３９】
［評価試験２］
上記のウエハＷ１〜Ｗ３を各々複数枚用意し、夫々の周縁部において、周方向に沿って間隔をおいた２５箇所のレジスト膜の膜厚を測定し、３シグマを測定した。また、ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３夫々について、３シグマの平均を演算した。図１８のグラフは、ウエハＷごとに得られた３シグマの値をプロットして示しており、グラフの縦軸は３シグマの値を示している。ウエハＷ１の３シグマの平均は０．９９、ウエハＷ２の３シグマの平均は０．５１、ウエハＷ３の３シグマの平均は１．３６であった。
【００４０】
上記の実施形態で説明したように、液滴の落下時にウエハＷの回転速度を抑えることで、液滴を周囲のレジスト液に馴染ませて塗布斑の発生を抑えることができる。しかし、上記の評価試験１、２からウエハＷの周縁部の面内均一性はウエハＷ２＞ウエハＷ１＞ウエハＷ３の順で高かった。この結果から、レジスト液を広げるために回転速度を上昇させた後、回転速度を急激に下げて１０ｒｐｍにすると、液滴以外の要因により膜厚のばらつきが大きくなってしまうことが分かる。そして、ウエハＷ２では、背景技術の項目で述べたように液滴に起因した塗布斑が発生するおそれがあることから、ウエハの膜厚の面内均一性の低下を防ぎ、且つ液滴による塗布斑の発生を防ぐためには、上記の実施形態のようにレジストの吐出位置の変更時と、液切れ時とで回転速度を変化させることが有効であると言える。
【００４１】
［評価試験３］
上記の実施形態のステップＳ３〜Ｓ４において、１０ｒｐｍになるように回転速度を低下させた後、回転速度が１０ｒｐｍに維持されている時刻ｔ４からｔ７の間隔を変化させて各ウエハＷに処理を行い、塗布斑の発生頻度を調べた。さらに、このステップＳ３〜Ｓ４において、回転速度を１０ｒｐｍにする代わりに１０ｒｐｍとは異なる回転速度に制御してウエハＷを処理し、塗布斑の発生頻度を調べた。この評価試験３ではレジスト液の吐出量を０．５５ｍＬに設定し、レジスト液の吐出時間を１．９秒に設定した。下記の表１は、この評価試験３の結果を示している。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１に示すように回転速度を１０ｒｐｍに設定し、且つステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．２秒、０．４秒に設定した実験では、ウエハＷ２５枚あたり１枚の割合で塗布斑が発生していた。回転速度を１０ｒｐｍに設定し、且つステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．６秒、０．８秒に設定した実験では、ウエハＷ５０枚のうち、すべてのウエハＷに塗布斑の発生が見られなかった。回転速度を３０ｒｐｍに設定し、且つステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．６秒に設定した実験ではウエハＷ５０枚中、すべてのウエハＷに塗布斑の発生は見られなかった。回転速度を５０ｒｐｍに設定し、且つステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．６秒に設定した実験ではウエハＷ２５枚あたり１枚の割合で塗布斑が発生していた。
【００４４】
この評価試験３の結果から、ステップＳ３、Ｓ４の回転速度が小さいほど塗布斑の発生が抑えられ、またステップＳ３、Ｓ４の時間が長いほど塗布斑の発生が抑えられていることが分かる。上記のようにステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．６秒に設定した実験では、ウエハＷの回転数が１０ｒｐｍ、３０ｒｐｍであるものについては塗布斑が観察されていない。ステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．８秒に設定した実験では、ウエハＷの回転数が１０ｒｐｍに設定して塗布斑が観察されていない。これらの実験において、ウエハＷの回転速度を１０ｒｐｍより低く設定した場合には、液溜まり４１の表面の乾燥がより抑えられ、液滴が液溜まり４１により馴染みやすくなると考えられる。従って、この評価試験３より、ステップＳ３、Ｓ４で好ましい回転速度は０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであると言える。
【符号の説明】
【００４５】
Ｒ レジスト液
Ｒ１ 液滴
Ｗ ウエハ
１ レジスト塗布装置
１１ スピンチャック
１２ 回転駆動部
２１ レジスト液ノズル
２６ 移動機構
４ 制御部
４１ 液溜まり
４３ レジスト液層
４５ 上方領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布処理装置、塗布処理方法及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面にレジストを塗布してレジスト膜を形成する工程が含まれる。このレジスト膜の形成は、高速回転するウエハの中心部上にノズルからレジスト液を吐出して、当該レジスト液を遠心力により周縁部へ広げる、いわゆるスピンコーティングにより行われる。
【０００３】
高価なレジスト液の使用量を低減し、少量のレジスト液でレジスト膜を形成することが検討されている。このように少量のレジスト液を用いる場合、形成されるレジスト膜は、レジスト液の吐出状態の影響を受けやすくなり、レジスト液の吐出状態が僅かに乱れたとしても、ウエハ表面に周囲と厚みが異なる塗布斑が形成されてしまうおそれがある。このように塗布斑が形成されると、例えば露光処理における焦点がずれて、所望の寸法のレジストパターンが得られなくなる場合がある。
【０００４】
そして、図１９〜図２１に示すように前記スピンコーティングにおいては、ノズル１０１からウエハＷへのレジスト液Ｒの吐出を停止させる際にレジスト液Ｒの切れが悪く、液滴Ｒ１が落下してしまう場合がある。この液滴Ｒ１により、前記塗布斑が形成されてしまうおそれがある。
【０００５】
特許文献１には、液滴Ｒ１による塗布斑の発生を防ぐためのスピンコーティングの一例が示されている。このスピンコーティングでは、高速回転したウエハの中心位置にノズルからレジスト液を供給し、ノズルからレジスト液の供給を続けた状態でウエハの回転速度を低下させて低速回転にすると共に、レジスト液の吐出位置をウエハＷの中心位置からずれた偏心位置に移動させ、レジスト液の吐出を停止させる。その後、ウエハＷの回転速度を上昇させてレジストの乾燥を行う。この手法を用いれば、ウエハの回転速度が低いためウエハＷの液滴Ｒ１の速やかな乾燥が防がれること、及び液滴Ｒ１の落下位置がウエハＷの中心からずれているため遠心力が強く作用することにより、液滴が周囲のレジストと馴染みながら広がり、塗布斑の形成が防がれるとしている。
【０００６】
しかし、この特許文献１の手法によってもレジストの種類によっては塗布斑が形成されてしまうおそれがあることが分かった。図２２は、レジスト液Ｒの供給が停止するときのウエハＷの表面状態を示している。図中１０２は前記高速回転時に供給されたレジスト液の層、１０３は前記低速回転時に供給されたレジスト液の層である。レジスト液層１０３の下側領域１０４ではすでに乾燥が進行しており、落下して下側領域１０４付近に達した液滴Ｒ１は、レジスト液層１０２に馴染まずに存在する（図２３）。そして、液滴Ｒ１は乾燥して塗布斑を形成する核となり、ウエハＷの回転に伴って乾燥が進んだ下側領域１０４に付着する。（図２４）、上記のようにウエハＷの回転速度が上昇すると、この核がウエハＷを径方向に広がる。そして、レジスト液層１０２、１０３が乾燥し、レジスト膜１０５が形成されたときに、線状の塗布斑１０６が形成されてしまう（図２５）。図２６は塗布斑１０６が形成されたウエハＷの表面を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５３９８６（段落０００６及び段落００１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、塗布膜を基板の面内に均一に形成することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の塗布処理装置は、基板を水平に保持して回転させる回転保持部と、
前記基板の表面に塗布膜を形成するための塗布液を供給するノズルと、
塗布液の供給位置を、基板の中心位置と当該中心位置からずれた偏心位置との間で基板の径方向に沿って移動させるために前記ノズルを移動させる移動機構と、
前記回転保持部による基板の回転と、前記ノズルからの塗布液の吐出と、移動機構によるノズルの移動とを制御するために制御信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
基板の中心部に塗布液を供給すると共に、遠心力により前記塗布液を基板の周縁部に広げるために第１の回転速度で基板を回転させ、
次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させ、
次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止し、
その後、液溜まりを基板の周縁部に広げて塗布膜を形成するために、基板の回転速度が前記第３の回転速度よりも高くなるように制御信号を出力することを特徴とする。
【００１０】
上記の塗布処理装置の具体的な態様としては例えば下記の通りである。
（ａ）基板が前記第２の回転速度で回転している間に、塗布液の供給位置が偏心位置で停止する。第２の回転速度で回転している間には、第２の回転速度から第３の回転速度に切り替えを行う時点も含む
（ｂ）前記第３の回転速度は、０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍである。
（ｃ）前記第２の回転速度は、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍである。
【００１１】
本発明の塗布処理方法は、基板を回転保持部により水平に保持する工程と、
基板の表面にノズルから基板の中心部に塗布膜を形成するための塗布液を供給すると共に、第１の回転速度で基板を回転させて、塗布液を基板の周縁部に遠心力によって広げる工程と、
次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させる工程と、
次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止する工程と、
その後、液溜まりを基板の周縁部に広げて塗布膜を形成するために基板の回転速度を前記第３の回転速度よりも高くする工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の記憶媒体は、基板に対する塗布処理を行う塗布処理装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述の塗布処理方法を実施するためのものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、塗布液の供給位置を基板の中心位置から偏心位置に移動させ、塗布液の供給を停止するときに、基板の回転速度を低下させて液だまりの厚さを大きくしている。ノズルから垂れる液滴が前記液だまりになじみやすくなると共に液溜まりの形状が歪むことが抑えられるので、基板の面内に均一性高く塗布膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るレジスト塗布装置の縦断側面図である。
【図２】前記レジスト塗布装置の平面図である。
【図３】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図４】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図５】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図６】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図７】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図８】レジスト塗布処理を行う工程図である。
【図９】レジストが塗布されるウエハの平面図である。
【図１０】レジストが塗布されるウエハの平面図である。
【図１１】ウエハの回転速度の変化を示すグラフ図である。
【図１２】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１３】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１４】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１５】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１６】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図１７】レジスト膜の膜厚を調べる実験結果を示すグラフ図である。
【図１８】レジスト膜の膜厚のばらつきを調べる実験結果を示すグラフ図である。
【図１９】ノズルからの液切れの様子を示す説明図である。
【図２０】ノズルからの液切れの様子を示す説明図である。
【図２１】ノズルからの液切れの様子を示す説明図である。
【図２２】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図２３】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図２４】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図２５】ウエハに落下した液滴の変化を示す説明図である。
【図２６】液滴によりウエハに形成される塗布斑を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の塗布処理装置に係る、レジスト塗布装置１について図１及び図２を参照しながら説明する。図１、図２は夫々レジスト塗布装置１の縦断側面図、平面図である。レジスト塗布装置１は、スピンチャック１１を備えており、真空吸着によりウエハＷを水平に保持するように構成されている。スピンチャック１１には、回転モータなどを含む回転駆動部１２に接続されている。回転駆動部１２は、後述の制御部４から出力される制御信号に応じた回転速度で、スピンチャック１１を鉛直回りに回転させる。
【００１６】
図中１３は、ウエハＷの裏面を支持する３本の支持ピン（図示の便宜上２本のみ示している）であり、昇降機構１４により昇降自在に構成されている。支持ピン１３によりウエハＷの搬送機構１０とスピンチャック１１との間でウエハＷが受け渡される。
【００１７】
スピンチャック１１の下方側には断面形状が山形のガイドリング１５が設けられており、このガイドリング１５の外周縁は下方側に屈曲して延びている。前記スピンチャック１１及びガイドリング１５を囲むように塗布液であるレジスト液の飛散を抑えるためのカップ１６が設けられている。
【００１８】
このカップ１６は上側が開口し、スピンチャック１１にウエハＷを受け渡すことができるようになっており、カップ１６の側周面とガイドリング１５の外周縁との間に排出路をなす隙間１７が形成されている。前記カップ１６の下方側には起立した排気管１８が設けられ、排気管１８内は排気口１８ａとして構成されている。またカップ１６の底部には排液口１９が開口している。
【００１９】
レジスト塗布装置１はレジスト液ノズル２１を備えており、レジスト液ノズル２１は鉛直下方にレジスト液を吐出する。前記レジスト液ノズル２１は、レジスト液供給管２２を介して、レジスト液が貯留されたレジスト液供給源２３に接続されている。レジスト液供給源２３はポンプを備え、レジスト液を下流側へ圧送する。前記レジスト液供給管２２にはバルブや流量調整部等を含む供給機器群２４が介設され、制御部４から出力される制御信号に基づいてレジスト液の給断を制御する。
【００２０】
前記レジスト液ノズル２１は、図２に示すように水平方向に伸びたアーム２５を介して移動機構２６に接続されている。移動機構２６は、横方向に伸びたガイドレール２０に沿って移動し、また、アーム２５を昇降させることができる。これによって、レジスト液ノズル２１はウエハＷの直径に沿ってレジスト液を供給することができ、また、カップ１６の外部に設けられた待機領域２７とウエハＷ上との間で移動することができる。
【００２１】
レジスト塗布装置１は溶剤ノズル３１を備えており、溶剤ノズル３１は鉛直下方に溶剤例えばシンナーを供給する。溶剤ノズル３１は、溶剤供給管３２を介してシンナーが貯留された溶剤供給源３３に接続されている。図中３４は、供給機器群であり、前記供給機器群２４と同様に構成されている。溶剤ノズル３１は、レジスト液ノズル２１と同様にアーム３５を介して移動機構３６に接続され、カップ１６の外部の待機領域３７とウエハＷ上との間で移動自在に構成されている。
【００２２】
続いて制御部４について説明する。制御部４はコンピュータにより構成され、プログラム格納部を備えている。このプログラム格納部には、後述の作用で説明する塗布処理が行われるように命令が組まれたプログラムが格納される。前記プログラム格納部に格納されたプログラムが制御部４に読み出され、制御部４はレジスト塗布装置１の各部へ制御信号を送信する。それによって、各ノズル２１、３１の移動、レジスト液ノズル２１からのレジスト液の吐出及びウエハＷの回転速度などが制御され、後述のステップ群が実施される。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。
【００２３】
続いて、このレジスト塗布装置１の作用について、図３〜図１０を参照しながら説明する。図３〜図８は、各ステップにおけるウエハＷの変化を示している。図９及び図１０はウエハＷの平面図であり、ウエハＷ表面の変化を示している。また、ウエハＷの回転速度であるｒｐｍ（１分あたりの回転数）の変化を示した図１１も適宜参照しながら説明する。図１１のグラフの横軸、縦軸は時間、前記回転速度を夫々示しており、横軸には０．１秒間隔で目盛りを付している。なお、図１１のグラフ中において、矢印Ａ１はレジスト液Ｒが吐出される区間を示し、矢印Ａ２はレジスト液ノズル２１が移動し、レジスト液Ｒの供給位置がウエハＷの中心位置から偏心位置へ移動する区間を示している。
【００２４】
搬送機構１０により、ウエハＷがレジスト塗布装置１に搬送され、支持ピン１３によりスピンチャック１１に受け渡される。溶剤ノズル３１が待機領域３７からウエハＷの中心部上に移動し、ウエハＷの回転が例えば３０ｒｐｍで回転する。溶剤ノズル３１からウエハＷの中心部にシンナーＴが供給されると共にウエハＷの回転速度が例えば２０００ｒｐｍで回転する。遠心力により前記シンナーＴがウエハＷの周縁部に行き渡る。
【００２５】
ウエハＷの回転速度が５００ｒｐｍに減少し、溶剤ノズル３１が待機領域３７へ戻ると共にレジスト液ノズル２１が待機領域２７からウエハＷの中心部上に移動し、ウエハＷの中心部にレジスト液Ｒが供給される（グラフ中時刻ｔ１）と共にウエハＷの回転速度が上昇する。レジスト液Ｒは遠心力によりシンナーＴで濡れたウエハＷの表面上を周縁部に向かって広がり、ウエハＷの表面全体にレジスト液Ｒが塗布される（図３、ステップＳ１）。ウエハＷの回転速度が第１の回転速度である例えば３０００ｒｐｍになると、回転速度が低下すると同時に、レジスト液ノズル４１がウエハＷの径方向に沿って周縁部側に向かって移動を開始する（時刻ｔ２）（図４、ステップＳ２）。
【００２６】
ウエハＷ表面では、ウエハＷの減速により、レジスト液ＲがウエハＷの中央部に向かって引き寄せられ、当該中央部に円形の液溜まり４１が形成される。ウエハＷの回転速度が例えば２００ｒｐｍになると（時刻ｔ３）、回転速度の低下が止まり、回転速度が２００ｒｐｍに維持される。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間隔は例えば１．８秒である。引き続き、レジスト液ノズル２１が移動するが、このとき、ウエハＷの回転により受ける力により液溜まり４１は円形に保たれる（図９）。２００ｒｐｍ以上で３０００ｒｐｍより低い回転速度は特許請求の範囲で言う第２の回転速度である。
【００２７】
時刻ｔ３から例えば０．１秒経過すると、ウエハＷの中心部上から例えば５ｍｍずれた位置でレジスト液ノズル２１の移動が停止すると同時に、ウエハＷの回転速度がさらに低下し（時刻ｔ４）、液溜まり４１の厚さが大きくなる（図５、ステップＳ３）。ウエハＷの回転速度が第３の回転速度である例えば１０ｒｐｍになると、回転速度の低下が停止して（時刻ｔ５）、１０ｒｐｍで回転が続けられ、レジスト液ノズル２１からレジスト液Ｒの吐出が停止する（時刻ｔ６）（図６、ステップＳ４）。
【００２８】
このレジスト吐出停止時にレジスト液ノズル２１から液溜まり４１に垂れる液滴Ｒ１の挙動について、ウエハＷの表面の状態を示した図１２〜図１６も参照しながら説明する。図１２中４２は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２にレジスト液ノズル２１から吐出されたレジスト液Ｒからなる層であり、吐出された時にウエハＷの回転が高速であるため、乾燥が進んでいる。また、図中４３は時刻ｔ２〜時刻ｔ６で供給されたレジスト液Ｒからなる層である。このレジスト液層４３においても、先に供給されたレジスト液Ｒからなる下方領域４４は、比較的乾燥が進んでいる。しかし、上記のように１０ｒｐｍに回転速度を落とし、液溜まり４１の厚さが大きくなったため、レジスト液層４３において比較的乾燥が進んでいない上方領域４５の厚さが大きい。
【００２９】
従って、図１３に示すように落下した液滴Ｒ１は、下方領域４４に付着せずに前記上方領域４５に留められる。そして、ウエハＷの回転速度が比較的遅いので、上方領域４５の乾燥度合いは、液滴Ｒ１の乾燥度合いと比べて大きな差が無いため、液滴Ｒ１はこの上方領域４５のレジスト液Ｒに馴染み、次第に消失を始める（図１４）
【００３０】
レジスト液Ｒの吐出停止後、レジスト液ノズル２１が待機領域２７に戻ると共にウエハＷの回転が上昇し（時刻ｔ７）、液溜まり４１は遠心力の作用によりウエハＷの周縁部へ広げられる（図７及び図１０、ステップＳ５）。このとき遠心力の作用を受けて、液滴Ｒ１は周囲のレジスト液Ｒと混ざり合い、消失する（図１５、図１６）。時刻ｔ５から時刻ｔ７までの間隔は、例えば０．８秒である。
【００３１】
ウエハＷの回転速度が例えば１５００ｒｐｍになると、回転速度の上昇が停止し、１５００ｒｐｍのまま回転が続けられて、ウエハＷ表面のレジスト液Ｒ中の溶剤が揮発する。それによって、レジスト膜Ｒ２が形成される（図８、ステップＳ６）。時刻ｔ７から所定の時間経過後にウエハＷの回転が停止し、支持ピン１３によりウエハＷは突き上げられ、搬送機構１０に受け渡されて、レジスト塗布装置１から搬出される。
【００３２】
このレジスト塗布装置１によれば、ウエハＷにレジスト液供給中にウエハＷの回転速度を落として、円形の液溜まり４１を形成し、さらに液溜まり４１の厚さを大きくするために回転速度を落とした後、レジスト液ノズル２１からレジスト液の吐出を停止している。これにより、レジスト液ノズル２１から垂れた液滴が液溜まり４１に馴染むため、レジスト膜Ｒ２が形成されたときに塗布斑の発生を抑えることができる。また、レジスト液ノズル２１の移動時には、ウエハＷは、液溜まり４１の形状が歪むことが抑えられる回転速度に制御されるので、上記のステップＳ５で液溜まり４１は略円形のままウエハＷの周縁部へ向けて広げられる。つまり、レジスト液が均一性高くウエハＷの周縁部に向けて広げられる。この結果として、ウエハＷの面内に均一性高い膜厚でレジスト膜を形成することができる。
【００３３】
ステップＳ２における回転速度は、少なくとも上記の液溜まり４１が形成される回転速度であり、従って０ｒｐｍよりも大きい回転速度である。そして、上記のようにレジスト液ノズル２１の移動による外乱が抑えられ、液溜まり４１が平面で見て正円に近い形状に保たれるように制御される回転速度であることが好ましく、例えば５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍに制御される。また、ステップＳ４でレジスト液の供給停止を行うときの回転速度は、前記ステップＳ２の回転速度よりも小さく、液滴による塗布斑を抑えることができる回転速度であり、後述の実験から０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであることが好ましい。
【００３４】
また、上記の実施形態において、レジスト液ノズル２１の移動開始及び移動停止のタイミングとしては時刻ｔ２よりも後、且つ時刻ｔ４よりも前であってもよい。時刻ｔ２よりも前にレジスト液を吐出した状態でレジスト液ノズル２１が移動すると、レジスト液ＲによるウエハＷの被覆性及びレジスト膜の均一性が低下してしまう。また時刻ｔ４より後にレジスト液を吐出した状態でレジスト液ノズル２１の移動が行われると、液溜まり４１の形状が歪みやすくなり、膜厚の均一性が低下してしまう。また、レジスト液の供給を停止するタイミングとしては、液滴による塗布斑の発生を抑えることができるように液溜まりが厚くなった状態で前記供給の停止が行われればよく、例えば回転速度が低下中の時刻ｔ４〜ｔ５間で供給を停止させてもよい。
【００３５】
このレジスト塗布装置１では塗布液としてレジスト液を供給しているが、塗布液としてはレジスト液に限られない。例えばレジスト膜の下層または上層に反射防止膜を形成するための薬液や、液浸露光時にレジスト膜を保護する保護膜形成用の薬液を供給してもよい。
【００３６】
以下、本発明に関連して行った評価試験について説明する。
［評価試験１］
上記の実施形態に従ってウエハＷ１にレジスト膜を成膜した。そして、ウエハＷ１の直径に沿って間隔をおいた多数の位置でレジスト膜の膜厚を測定した。また、ウエハＷ２にレジスト膜を形成した。このレジスト膜の形成処理は、上記の実施形態と略同様であるが、差異点としてステップＳ２で回転速度を２００ｒｐｍにした後、ステップＳ３でウエハＷの回転速度の減速を行わず、０．２秒間回転速度を２００ｒｐｍに維持している。２００ｒｐｍに維持している間にステップＳ４を行い、然る後上記の実施形態と同様にステップＳ５を行っている。このように処理したウエハＷ２のレジスト膜について、ウエハＷ１と同様に直径方向の多数の位置で膜厚の測定を行った。
【００３７】
また、ウエハＷ３にレジスト膜を形成した。このレジスト膜の形成処理は、上記の実施形態と略同様であるが、差異点としてステップＳ２で回転速度を１０ｒｐｍに下げ、１０ｒｐｍに維持した状態でステップＳ３、Ｓ４のレジスト液ノズル２１の移動停止及びレジスト液の供給停止を行っている。従って、ウエハＷ３への処理では、液溜まりの膜厚を段階的に変化させていない。このウエハＷ３のレジスト膜についても、ウエハＷ１と同様に直径方向の多数の位置で膜厚の測定を行った。
【００３８】
図１７はウエハＷ１〜Ｗ３の直径方向に沿った膜厚のデータを示したグラフであり、実線、鎖線、点線で夫々ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３の測定結果を示している。グラフの縦軸は膜厚の大きさ（単位ｎｍ）を示している。グラフの横軸は測定位置を示しており、ウエハＷの一端を０、他端を５０として、測定位置を数値化している。この結果に示されるように、ウエハＷ３ではウエハＷの一端と他端とで膜厚の差が大きかった。これは実施の形態で説明したように、液溜まり４１の形状が、レジスト液の吐出位置の移動により乱れたためであると考えられる。
【００３９】
［評価試験２］
上記のウエハＷ１〜Ｗ３を各々複数枚用意し、夫々の周縁部において、周方向に沿って間隔をおいた２５箇所のレジスト膜の膜厚を測定し、３シグマを測定した。また、ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３夫々について、３シグマの平均を演算した。図１８のグラフは、ウエハＷごとに得られた３シグマの値をプロットして示しており、グラフの縦軸は３シグマの値を示している。ウエハＷ１の３シグマの平均は０．９９、ウエハＷ２の３シグマの平均は０．５１、ウエハＷ３の３シグマの平均は１．３６であった。
【００４０】
上記の実施形態で説明したように、液滴の落下時にウエハＷの回転速度を抑えることで、液滴を周囲のレジスト液に馴染ませて塗布斑の発生を抑えることができる。しかし、上記の評価試験１、２からウエハＷの周縁部の面内均一性はウエハＷ２＞ウエハＷ１＞ウエハＷ３の順で高かった。この結果から、レジスト液を広げるために回転速度を上昇させた後、回転速度を急激に下げて１０ｒｐｍにすると、液滴以外の要因により膜厚のばらつきが大きくなってしまうことが分かる。そして、ウエハＷ２では、背景技術の項目で述べたように液滴に起因した塗布斑が発生するおそれがあることから、ウエハの膜厚の面内均一性の低下を防ぎ、且つ液滴による塗布斑の発生を防ぐためには、上記の実施形態のようにレジストの吐出位置の変更時と、液切れ時とで回転速度を変化させることが有効であると言える。
【００４１】
［評価試験３］
上記の実施形態のステップＳ３〜Ｓ４において、１０ｒｐｍになるように回転速度を低下させた後、回転速度が１０ｒｐｍに維持されている時刻ｔ４からｔ７の間隔を変化させて各ウエハＷに処理を行い、塗布斑の発生頻度を調べた。さらに、このステップＳ３〜Ｓ４において、回転速度を１０ｒｐｍにする代わりに１０ｒｐｍとは異なる回転速度に制御してウエハＷを処理し、塗布斑の発生頻度を調べた。この評価試験３ではレジスト液の吐出量を０．５５ｍＬに設定し、レジスト液の吐出時間を１．９秒に設定した。下記の表１は、この評価試験３の結果を示している。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１に示すように回転速度を１０ｒｐｍに設定し、且つステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．２秒、０．４秒に設定した実験では、ウエハＷ２５枚あたり１枚の割合で塗布斑が発生していた。回転速度を１０ｒｐｍに設定し、且つステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．６秒、０．８秒に設定した実験では、ウエハＷ５０枚のうち、すべてのウエハＷに塗布斑の発生が見られなかった。回転速度を３０ｒｐｍに設定し、且つステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．６秒に設定した実験ではウエハＷ５０枚中、すべてのウエハＷに塗布斑の発生は見られなかった。回転速度を５０ｒｐｍに設定し、且つステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．６秒に設定した実験ではウエハＷ２５枚あたり１枚の割合で塗布斑が発生していた。
【００４４】
この評価試験３の結果から、ステップＳ３、Ｓ４の回転速度が小さいほど塗布斑の発生が抑えられ、またステップＳ３、Ｓ４の時間が長いほど塗布斑の発生が抑えられていることが分かる。上記のようにステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．６秒に設定した実験では、ウエハＷの回転数が１０ｒｐｍ、３０ｒｐｍであるものについては塗布斑が観察されていない。ステップＳ３、Ｓ４の実行時間を０．８秒に設定した実験では、ウエハＷの回転数が１０ｒｐｍに設定して塗布斑が観察されていない。これらの実験において、ウエハＷの回転速度を１０ｒｐｍより低く設定した場合には、液溜まり４１の表面の乾燥がより抑えられ、液滴が液溜まり４１により馴染みやすくなると考えられる。従って、この評価試験３より、ステップＳ３、Ｓ４で好ましい回転速度は０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであると言える。
【符号の説明】
【００４５】
Ｒ レジスト液
Ｒ１ 液滴
Ｗ ウエハ
１ レジスト塗布装置
１１ スピンチャック
１２ 回転駆動部
２１ レジスト液ノズル
２６ 移動機構
４ 制御部
４１ 液溜まり
４３ レジスト液層
４５ 上方領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を水平に保持して回転させる回転保持部と、
前記基板の表面に塗布膜を形成するための塗布液を供給するノズルと、
塗布液の供給位置を、基板の中心位置と当該中心位置からずれた偏心位置との間で基板の径方向に沿って移動させるために前記ノズルを移動させる移動機構と、
前記回転保持部による基板の回転と、前記ノズルからの塗布液の吐出と、移動機構によるノズルの移動とを制御するために制御信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
基板の中心部に塗布液を供給すると共に、遠心力により前記塗布液を基板の周縁部に広げるために第１の回転速度で基板を回転させ、
次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させ、
次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止し、
その後、液溜まりを基板の周縁部に広げて塗布膜を形成するために、基板の回転速度が前記第３の回転速度よりも高くなるように制御信号を出力することを特徴とする塗布処理装置。
【請求項２】
基板が前記第２の回転速度で回転している間に、塗布液の供給位置が偏心位置で停止することを特徴とする請求項１記載の塗布処理装置。
【請求項３】
前記第３の回転速度は、０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１または２記載の塗布処理装置。
【請求項４】
前記第２の回転速度は、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１または２記載の塗布処理装置。
【請求項５】
基板を回転保持部により水平に保持する工程と、
基板の表面にノズルから基板の中心部に塗布膜を形成するための塗布液を供給すると共に、第１の回転速度で基板を回転させて、塗布液を基板の周縁部に遠心力によって広げる工程と、
次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させる工程と、
次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止する工程と、
その後、液溜まりを基板の周縁部に広げて塗布膜を形成するために基板の回転速度を前記第３の回転速度よりも高くする工程と、
を備えたことを特徴とする塗布処理方法。
【請求項６】
基板が前記第２の回転速度で回転している間に、塗布液の供給位置が偏心位置で停止する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の塗布処理方法。
【請求項７】
前記第３の回転速度は、０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであることを特徴とする請求項５または６記載の塗布処理方法。
【請求項８】
前記第２の回転速度は、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の塗布処理方法。
【請求項９】
基板に対する塗布処理を行う塗布処理装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項５ないし８のいずれか一つに記載の塗布処理方法を実施するためのものであることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１】
基板を水平に保持して回転させる回転保持部と、
前記基板の表面に塗布膜を形成するための塗布液を供給するノズルと、
塗布液の供給位置を、基板の中心位置と当該中心位置からずれた偏心位置との間で基板の径方向に沿って移動させるために前記ノズルを移動させる移動機構と、
前記回転保持部による基板の回転と、前記ノズルからの塗布液の吐出と、移動機構によるノズルの移動とを制御するために制御信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
基板の中心部に塗布液を供給すると共に、遠心力により前記塗布液を基板の周縁部に広げるために第１の回転速度で基板を回転させ、
次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させ、
次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止し、
その後、液溜まりを基板の周縁部に広げて塗布膜を形成するために、基板の回転速度が前記第３の回転速度よりも高くなるように制御信号を出力することを特徴とする塗布処理装置。
【請求項２】
基板が前記第２の回転速度で回転している間に、塗布液の供給位置が偏心位置で停止することを特徴とする請求項１記載の塗布処理装置。
【請求項３】
前記第３の回転速度は、０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１または２記載の塗布処理装置。
【請求項４】
前記第２の回転速度は、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１または２記載の塗布処理装置。
【請求項５】
基板を回転保持部により水平に保持する工程と、
基板の表面にノズルから基板の中心部に塗布膜を形成するための塗布液を供給すると共に、第１の回転速度で基板を回転させて、塗布液を基板の周縁部に遠心力によって広げる工程と、
次いで、前記塗布液の供給を続けたまま、当該基板の中心部側の液膜を周縁部側の液膜に比べて盛り上げて、液溜まりを形成するために、前記第１の回転速度よりも小さい第２の回転速度で基板を回転させた状態で塗布液の供給位置を基板の中心位置から前記偏心位置に向けて移動させる工程と、
次いで、液溜まりの厚さを大きくして、ノズルの液切れ時に当該液溜まりに垂れる液滴を馴染ませるために、基板の回転速度を前記第２の回転速度よりも小さい第３の回転速度に減速させた状態で、ノズルから前記偏心位置への塗布液の供給を停止する工程と、
その後、液溜まりを基板の周縁部に広げて塗布膜を形成するために基板の回転速度を前記第３の回転速度よりも高くする工程と、
を備えたことを特徴とする塗布処理方法。
【請求項６】
基板が前記第２の回転速度で回転している間に、塗布液の供給位置が偏心位置で停止する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の塗布処理方法。
【請求項７】
前記第３の回転速度は、０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍであることを特徴とする請求項５または６記載の塗布処理方法。
【請求項８】
前記第２の回転速度は、５０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の塗布処理方法。
【請求項９】
基板に対する塗布処理を行う塗布処理装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項５ないし８のいずれか一つに記載の塗布処理方法を実施するためのものであることを特徴とする記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−１５１３４８（Ｐ２０１２−１５１３４８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９８６４（Ｐ２０１１−９８６４）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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