CN101331588A - 涂敷设备和涂敷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种涂覆设备，其包括：水平地固定衬底的衬底固定部件；将化学物质供应至被衬底固定部件水平固定的衬底的中心部分的化学物质喷嘴；使衬底固定部件旋转以便通过离心力使化学物质在衬底表面散开从而使化学物质涂敷在整个表面上的旋转机构；在被衬底固定部件水平固定的衬底表面上形成常压气体(atmospheric gas)的下降气流的气流形成单元；绕衬底排放大气的气体排放单元；以及将层流形成气体供应至衬底表面的气体喷嘴，该层流形成气体的运动粘度系数大于该常压气体；其中该常压气体或层流形成气体被供应至衬底的中心部分。

Description

涂敷设备和涂敷方法
技术领域
本发明涉及使用如抗蚀剂的化学物质涂覆衬底的涂敷设备和涂敷方法。
背景技术
作为如半导体晶片(下文称为晶片)的衬底、液晶显示器用玻璃衬底和滤色镜用衬底的涂敷技术，过去广泛地使用旋涂方法以使涂膜厚度基本均匀且更薄。
这里给出的作为说明旋涂方法的实例是抗蚀剂液体施用于晶片的例子。首先，在包括其上可放置晶片的旋转夹盘的隔室内，空气从隔室的上部提供，且空气从隔室的下部排出。因此，隔室内形成了避免颗粒散开的空气下降气流。之后，晶片置于旋转卡盘上，并将晶片水平固定。其后，抗蚀剂液体从置于晶片上方的喷嘴供应至晶片的中心部分，同时通过旋转卡盘以约2000rpm绕竖轴旋转晶片。
已被供应至晶片上的抗蚀剂液体通过离心力从晶片W的中心部分向其周围部分散开。之后，通过减少晶片的转速至如100rpm，使散开的抗蚀剂液体平整。平整后，晶片的转速增加至如约2500rpm，使得晶片上的多余抗蚀剂液体被抛出并移除。另外，由于晶片上抗蚀剂内包含的溶剂暴露于由晶片旋转在晶片上产生的气流，几乎所有的溶剂自平整后转速增加时起约10秒内蒸发。溶剂蒸发后，晶片持续旋转一段时间，如自提供抗蚀剂液体时起约1分钟。因此，抗蚀剂液体干燥，并在晶片上形成抗蚀膜。
最近，已出现改进此种涂敷方法的技术需求。特别是需要进一步减少涂膜的厚度并减少涂敷工艺所需时间段。在前述旋涂方法中，为实现涂膜厚度的减少以及加工时间的减少，可考虑增加衬底的转速。但是，当向较大晶片如12英寸晶片施加抗蚀剂液体时，增加晶片的转速可导致如图25A所示在靠近晶片外周边缘区域的涂敷抗蚀剂表面上形成约30条褶皱，使得膜厚度不均匀。
这些褶皱被称为“风车状轨迹”。“风车状轨迹”的产生是因为在衬底上空气速度分界层从层流变为过渡流的区域处所引起的沿衬底圆周方向的空气流速度的不一致性经过蒸发步骤被转移至抗蚀剂膜的厚度。此空气流速度的不一致性是被称为“Ekman旋转”的科学著名现象。该现象是在旋转衬底的Re(雷诺)数超出特定值时出现的自然现象，详见J.Appl.Phys.77(6)，15(1995)，第2297-2308页。Re数是通过以下表达式(1)计算的，其中距衬底中心的距离是r(mm)，衬底的角速度是ω(rad/s(弧度/秒))，且衬底周围气体的运动粘度系数是v(mm2/s)。
Re数＝rω2/v…(1)
例如，在正在旋转的晶片表面上，在Re数＜80000的区域形成层流，80000＜R数＜3×105的区域形成过渡流，且在Re数＞3×105的区域产生湍流。
如表达式(1)所示，Re数与r成比例增加。因此，如图25A和25B所示，预定尺寸的晶片以预定速度旋转时，出现其上形成层流的区域，该区域延伸至径向远离晶片中心预定距离的位置，该距离通过晶片的转速确定。在层流的外侧，出现其上产生湍流的区域。在这些区域间的分界处，出现其上形成从层流向湍流改变的过渡流的区域。如上所述，在其中蒸发掉抗蚀剂液体内包含的几乎所有溶剂的步骤，当抗蚀剂液体暴露于速度不一致的过渡流时，暴露于较高流速空气流的部件上的溶剂比暴露于较低流速空气流的部件上的溶剂更快蒸发。因此，空气流的不均匀流动传递至抗蚀膜。因而抗蚀剂的膜厚度不均匀，且沿晶片的圆周方向形成风车状轨迹。
当在蒸发溶剂的步骤中抗蚀剂液体暴露于湍流时，抗蚀剂液体表面上的溶剂蒸发过快。在此情况下，形成了所谓的“硬壳状结构”，其中抗蚀剂液体的聚合物薄膜在涂敷抗蚀膜表面上形成，溶剂留在薄膜下方。这时，可能总体结构的厚度大于其上形成层流的区域的厚度。
鉴于以上所述，必须降低Re数以扩大其上抗蚀膜厚度一致的区域。
另一方面，气体的运动粘度系数v的值可根据以下表达式(2)计算。在表达式(2)中，μ表示晶片周围气体的粘度系数(Pas·s(帕斯卡·秒))，且ρ表示气体的密度(kg/m3)。
v＝μ/ρ…(2)
在表达式(1)中，当晶片的角速度保持恒定时，层流的半径即表达式(1)中Re数取80000时r的值随v的值减少而减少。即如图26A所示，其上形成层流的区域缩小。另一方面，v的值增加，表达式(1)中Re数取80000时r的值也增加。即如图26B所示，其上形成层流的区域扩大，使得开始产生过渡流的位置更靠近晶片的外周边缘。
因此，为扩大抗蚀膜厚度均匀的区域，优选增加气体的运动粘度系数v的值。要增加v的值，优选使用密度ρ值较低的气体，根据表达式(2)可以得知。
执行旋涂法时，为避免涂敷液体散开，通常将上部开放的杯子绕衬底置于旋转卡盘上。JP5-283331A公开了用于执行旋转涂敷的涂敷设备，其中杯子的上部盖有盖子，杯子和盖子环绕空间内的空气替换为He(氦)气。作为另一种涂敷设备，JP5-283331A和JP61-150126A分别公开了用于执行旋转涂敷的涂敷设备，其中盖子置于位于旋转卡盘上的衬底上方几毫米的位置使得盖子与衬底对置以覆盖衬底的整个表面，且衬底和盖子之间空间内的空气替换为He气等密度低于空气的气体。使用这些出版物中所述的涂敷设备以使用He气替代衬底周围的空气，v的值可增加约9倍。
另外，JP3-245870A公开了用于执行旋转涂敷的涂敷设备，其中在安装旋转卡盘的隔室内形成He气和空气形成的混合气体的下降气流，使得隔室内的空气被混合气体替代。
但是，在使用He气替代盖子和杯子环绕空间内空气的JP5-283331A所述涂敷设备中，开始供应He气的时间点和存储足量He气以降低盖子和杯子环绕空间内气体密度的时间点之间可能存在时滞。
另外，为快速排出随衬底旋转散开的雾状涂敷液体，普通旋转涂敷设备在旋转衬底附近配有可以不小于1m3/min(立方米/分)的排放(排气)量排放气体(雾)的排气机构。
因此，当由JP5-283331A所述旋转涂敷设备执行涂敷工艺时，必须在涂敷工艺前使用He气替代杯子和盖子环绕空间内的常压气体，且涂敷工艺期间必须以与排放量对应的流速持续供应He气。即整个涂敷工艺中所需的He气量增加，使得成本增加。
也参照JP3-245870A所述的涂敷设备，其必须将含有He气的混合气体供应至整个隔室内。因此，与JP5-283331A所述涂敷设备相似，混合气体充分供应前可能出现时滞，因此需使用的He气量的增加可导致成本增加。
如JP5-283331A和JP61-150126A所述，当提供覆盖旋转衬底的整个表面的盖子时，因衬底旋转散开并成为雾状的涂敷液体可能附于盖子并成为颗粒，且颗粒可能掉落并附于衬底上。为移除盖子上的附着物以避免颗粒附于衬底，必须冲洗盖子。但是该冲洗工艺需要额外的成本。另外，由于盖子覆盖衬底的整个表面，前述向下气流不能绕衬底形成。因此，颗粒仍有可能绕衬底散开。
发明内容
鉴于上述问题并为有效解决该问题，我们实现了本发明。因此，本发明的目的是要提供一种涂敷设备和涂敷方法，其中当使用化学物质对衬底进行旋涂时通过扩大其中形成层流的区域而有效抑制风车状轨迹的产生。
本发明的涂敷设备是包括以下部件的涂敷设备：水平地固定衬底的衬底固定部件；将化学物质供应至被衬底固定部件水平固定的衬底的中心部分的化学物质喷嘴；使衬底固定部件旋转以便通过离心力使化学物质在衬底表面散开从而使用化学物质涂敷在整个表面上的旋转机构；在被衬底固定部件水平固定的衬底表面上形成常压气体的下降气流的气流形成单元；绕衬底排放大气的气体排放单元；以及将层流形成气体供应至衬底表面的气体喷嘴，该层流形成气体的运动粘度系数大于该常压气体；其中常压气体或层流形成气体被供应至衬底的中心部分。
在此，将层流形成气体供应至衬底的表面不限于沿垂直方向将气体供应至衬底，而且包括沿对角线方向供应气体，且还包括沿衬底表面从水平方向供应气体。
根据上述本发明，当将已旋涂化学物质的衬底表面旋转干燥，同时通过提供运动粘度系数大于常压气体的层流形成气体而形成常压气体的下降气流时，层流形成气体混入沿衬底表面向外散开的常压气体的气流中。因此，增加了衬底表面上形成的气流的运动粘度系数。由于要在衬底表面上形成的层流半径与气体的运动粘度系数成比例，扩大了衬底表面上的层流区域。因此，可抑制衬底表面上风车状轨迹的产生，从而改进涂敷工艺。
另外，由于向衬底表面供应层流形成气体是由喷嘴执行的，与使用层流形成气体替代衬底放置处的整个常压气体的技术相比，可减少层流形成气体的消耗，因此节省了替换气体所需的较长时间段。另外，由于衬底位于大气的下降气流中，且大气绕衬底排放，因此可消除与在衬底上方提供盖子以形成封闭空间的方法有关的问题。即从衬底散开的雾不可能附于盖子并成为颗粒。
例如，本发明中，气体喷嘴具有沿衬底径向方向从衬底中心部分上方位置开放的气体喷射部件。可选的是，气体喷嘴具有由从衬底中心部分上方位置沿衬底径向方向排列的大量孔洞组成的气体喷射部件。
气体喷嘴优选具有多孔体。另外，在更靠近衬底外周边缘的区域处从气体喷嘴喷射的流速优选较大。例如，取决于位置，经从衬底中心部分沿朝向其外周部分的方向的距离，从气体喷嘴喷射的气体流速以步进或连续方式增大。
另外，例如，气体喷嘴可配置为将层流形成气体供应至衬底的中心部分和中心部分之外的衬底区域。可选的是，气体喷嘴可将层流形成气体供应至中心部分外的衬底区域，且衬底的中心部分被配置以暴露于常压气体的下降气流。
另外，例如，独立于该气体喷嘴提供第二气体喷嘴，该第二气体喷嘴可将层流形成气体或常压气体供应至衬底的中心部分。
可选的是，本发明的涂敷方法是一种使用化学物质的衬底涂敷方法，该涂敷方法包括：使衬底固定部件水平地固定衬底的步骤；绕衬底排放大气同时在被该衬底固定部件固定的所述衬底表面上形成常压气体的下降气流的步骤；通过将化学物质从化学物质喷嘴供应至衬底中心部分、并使该衬底固定部件旋转，并因此通过离心力使化学物质在该衬底的表面上散开从而使用该化学物质涂敷整个表面的涂敷步骤；以及在该涂敷步骤后通过在使衬底旋转的状态下从气体喷嘴将层流形成气体供应至该衬底表面，并将该常压气体或层流形成气体供应至该衬底的中心部分以干燥该化学物质的干燥步骤，该层流形成气体的运动粘度系数大于该常压气体。
在此方法中，例如，层流形成气体被供应至衬底表面且常压气体或层流形成气体被供应至衬底的中心部分的时间与以适合干燥该化学物质的旋转转数开始旋转衬底的时间相同或先于后者。
附图说明
图1A是显示根据本发明实施方案的涂敷设备的纵向剖视图；
图1B是图1A所示涂敷设备的横向剖视图；
图2是显示图1A所示涂敷设备的喷嘴结构的透视图；
图3A是显示图1A所示涂敷设备的用于喷射氦气的气体喷嘴结构实施例的正视图；
图3B是显示图3A所示气体喷嘴结构的剖视图；
图4是显示图3A所示气体喷嘴的外周侧壁结构实施例的纵向剖视图；
图5A至5D是显示由图1A所示涂敷设备执行的使用抗蚀剂涂敷晶片的工艺的流程图；
图6A是显示气体喷嘴的斜度改变的气体喷射工艺的纵向正视图；
图6B是显示气体喷嘴的斜度改变的气体喷射工艺的平面图；
图7A是显示喷射氦气的气体喷嘴结构另一实施例的平面图；
图7B是显示图7A所示气体喷嘴结构的仰视图；
图8A和8B是显示通过使用图7A所示气体喷嘴向晶片喷射气体的工艺的透视图；
图9A是显示用于喷射氦气的气体喷嘴结构另一实施例的正视图；
图9B是显示图9A所示气体喷嘴结构的仰视图；
图10A是通过使用图9A所示气体喷嘴向晶片喷射气体的工艺的透视图；
图10B是通过使用图9A所示气体喷嘴向晶片喷射气体的工艺的平面图；
图11A是显示用于喷射氦气的气体喷嘴结构另一实施例正视图；
图11B是显示图11A所示气体喷嘴结构的横向剖视图；
图11C是通过使用图11A所示气体喷嘴向晶片喷射气体的工艺的透视图；
图12A是显示用于喷射氦气的气体喷嘴结构另一实施例的正视图；
图12B是显示图12A所示气体喷嘴结构的仰视图；
图13A是通过使用另一结构的气体喷嘴向晶片喷射气体的工艺的透视图；
图13B是显示图13A的主要部件的剖视图；
图14A是通过使用另一结构的气体喷嘴向晶片喷射气体的工艺的透视图；
图14B是通过使用另一结构的气体喷嘴向晶片喷射气体的工艺的透视图；
图15A和15B是解释晶片上形成的油膜条件的视图和表格，气体喷嘴相对晶片的角度和高度改变；
图16A至16D是解释通过使用不同结构的气体喷嘴喷射气体至各晶片的工艺的视图；
图17A和17B是解释通过使用不同结构的气体喷嘴喷射气体至各晶片的工艺的视图；
图18A至18C是显示各晶片表面的条件的透视图；
图19是显示晶片的转速、各步骤开始的时间以及喷射氦气的时间之间关系的曲线图；
图20是显示干燥步骤时晶片的转速和晶片表面条件间关系的表格；
图21A和21B是显示实施例中使用的气体喷嘴结构的示意图；
图22A至22C是解释实施例中从各气体喷嘴喷射气体至晶片的视图；
图23是显示干燥步骤时晶片的转速和晶片表面条件间关系的表格；
图24是显示距晶片中心的距离和晶片表面上抗蚀剂的薄膜厚度之间关系的曲线图；
图25A和25B是解释晶片W上过渡流的形成的视图；以及
图26A和26B是解释其上形成层流的区域随晶片周围气体运动粘度系数变化而变化的视图。
具体实施方式
解释了本发明实施例的使用抗蚀剂(液体)作为化学物质(液体)涂敷作为衬底的晶片W的涂敷设备2。
在本实施方案中图1A和1B是涂敷设备2的纵向剖视图和横向剖视图。在图1A和1B内，参照数字20指外壳。参照数字21是晶片W的传送口，其形成以面向传送通道，例如，通过该通道晶片W由未示出的传送机构传送。参照数字21a指位于传送口21上可打开且可闭合的闸门。闸门21a的配置使得闸门21a除了在晶片W通过传送机构装载入外壳20以及通过传送机构从外壳20卸载晶片W以外的情况下闭合。因此，可限制气体从传送通道流入外壳20。
参照数字31指位于外壳20内作为衬底支架的旋转卡盘。旋转卡盘31可抽吸并吸住晶片W后表面的中心部分以水平固定晶片W。旋转卡盘31通过轴杆部件32连于驱动部件33。固定晶片W后，旋转卡盘31可通过驱动部件33绕竖轴旋转并上下移动。
参照数字34示出了具有上开口的杯子，其位于由旋转卡盘31固定的晶片外周边缘外侧以环绕晶片W。杯子34的外周侧壁的上部内倾。杯子34的底侧上，凹陷形的液体接收部件35位于晶片W外周边缘下方以覆盖晶片W的整个圆周。液体接收部件35分为外侧区域和内侧区域。排泄口36形成于外侧区域的底部以排放储存的抗蚀剂。
两个排气口37和38形成于内侧区域的底部。排气管道39的分叉侧的末端连于各排气口37和38。排气管道39汇合侧的另一端经阀V1连于排气单元30，如排气泵。因此，例如通过调整阀V1的开放程度，杯子34内的气体可以介于1m3/min和3m3/min之间的排放量排放。当通过打开阀V1排放气体时，已经喷射至晶片W上的He气和已供应至晶片W周围的空气经排气口37和38流入排气管道39以从外壳20移除，如下所述。另外，由此形成的排气流与已通过晶片W的旋转散开的雾状抗蚀剂可从排水口36通过液体接收部件35排出。
圆形板3A位于由旋转卡盘31固定的晶片W下方。另外，提供剖面为人字形的环构件以环绕圆形板3A的外侧。另外，向下方延伸以进入液体接收部件35外侧区域的端板3C位于环构件3B的外边缘上。因此，从晶片W落下的抗蚀剂可沿环构件3B和端板3C的表面移动从而被引导至液体接收部件35的外侧区域。
接下来，也参照图2说明位于外壳20内的喷嘴结构。参照数字41指作为化学物质喷嘴设置的抗蚀剂供应喷嘴，其喷射抗蚀剂至晶片W。抗蚀剂供应管道42一端连于抗蚀剂供应喷嘴41。抗蚀剂供应管道42的另一端经阀V2和液体流速控制部件43连至存储抗蚀剂的抗蚀剂供应源44。支撑抗蚀剂供应喷嘴41的臂体45的一端也连于抗蚀剂供应喷嘴41。臂体45的另一端连于驱动部件46。驱动部件46被配置为能够沿着沿外壳20纵向水平排列的导轨47移动。
在图1B中，参照数字22示出了位于杯子34外侧的各喷嘴的等待区域。等待区域22具有等待抗蚀剂供应喷嘴41的运载舱22a。当晶片w在旋转卡盘31和传送机构之间传送时，抗蚀剂供应喷嘴41和下文所述气体喷嘴51被配置为在等待区域22等待。根据驱动部件46的移动，抗蚀剂供应喷嘴41构造为能够通过臂体45从等待区域22移动至置于旋转卡盘31上的晶片W中心部分上方的位置。抗蚀剂供应喷嘴41移至晶片W中心部分上方的位置后，阀V2打开，且从抗蚀剂供应源44流入抗蚀剂供应管道42的抗蚀剂的流速通过液体流速控制部件43控制。因此，抗蚀剂可以预定流速从抗蚀剂供应喷嘴41喷射至晶片W的中心部分。
参照数字51示出了将He气作为层流形成气体喷射至晶片W的气体喷嘴。同样参照图3A和3B，一端闭合的圆柱形气体喷嘴51形成的长度(如不超过150mm)，例如，稍大于晶片W的半径。进气口52形成于气体喷嘴51的另一端。进气口52与沿气体喷嘴51的纵向在气体喷嘴51内形成的气体通道53相交通。
图4是示意性显示气体喷嘴51外周侧壁的视图。图4中，参照数字501示出了由例如氧化铝陶瓷制造的主体部件，其组成外周侧壁的骨干结构。主体部件501是多孔体，且靠近气体通道53。多个孔洞502在主体部件501中形成。许多孔洞502相互交通，使得在整个主体部件501内形成三维网状气体通道503。
气体供应管道54的一端连于气体喷嘴51的进气口52。气体供应管道54的另一端通过阀V3和气体流速控制部件55连于存储He气的气体供应源56。通过打开阀V3，He气从气体供应源56流入气体供应管道54。尽管He气的流速由气体流速控制部件55控制，但He气流入气体喷嘴51的气体通道53内。已流入气体通道53内的He气流入主体部件501的气体通道503中并通过该气体通道503移出喷嘴51。如上所述，气体通道503的形成使得整个主体部件501内具有网状结构。因此，如图3A和3B中箭头所示，已通过主体部件501的He气以基本一致的流速从气体喷嘴51的总外侧壁基本上喷射至气体喷嘴51的外侧。主体部件501内的孔洞502相当于权利要求中所述气体喷嘴的喷射部件。
如图1和2所示，气体喷嘴51通过支撑构件57a连于臂体57的一端使得气体喷嘴51水平延伸。臂体57的另一端连于被配置能够移动的驱动部件58。如下所述，当使用抗蚀剂涂敷晶片W时，通过臂体57和支撑构件57a从等待区域22将气体喷嘴51和驱动部件58移动至He气的喷射位置，覆盖置于旋转卡盘31上的晶片W的中心部分和径向方向，如图1B和2所示。然后，He气沿包括晶片W的中心部分的径向方向喷射至晶片W上。在图1中，参照数字100示出了连于驱动部件33和阀V3的控制部件。控制部件100控制驱动部件33和阀V3使得阀V3在晶片W开始通过驱动部件33以适于干燥抗蚀剂的转速旋转的时间或先于该时间开放，且阀V3在自阀V3开放的时间起经过预定时间段后关闭。
He气的喷射位置不限于上述位置。气体喷嘴51在其纵向上的中心可设定位于晶片W中心位置上方。但，在干燥抗蚀剂步骤的最初阶段，如干燥步骤开始后约10秒，He气必须供应至晶片W的中心位置，如下所述。向下流向晶片W的空气通过晶片W的离心力从晶片W的中心侧螺旋地流向晶片W的外周侧。当He气喷射至晶片W中心时，喷射的He气混入空气流并流向晶片W的外周侧。因此，在晶片W的整个表面上形成了包含空气和He气的混合气体层。该气体层的运动粘度系数大于单独空气的运动粘度系数。因此，可限制晶片W上过渡流的产生。
当气体喷嘴51移向喷射He气的位置时，例如晶片W以2600rpm或3000rpm旋转以干燥已供应至晶片W上的抗蚀剂时，从喷嘴51的下端至晶片W的表面的高度h，如图1所示，例如，优选介于0.2mm和70mm之间，尽管高度h可根据混合气体层中空气和He气的混合比例变化。当h小于0.2mm时，气体喷嘴51可能接触晶片W。另外，晶片W上形成的气流可能受到气体喷嘴51的干扰，使得晶片各部分中抗蚀剂的蒸发和干燥速度变得不稳定或不一致。这可造成要形成的抗蚀剂膜厚度不均匀。另一方面，当h大于70mm时，晶片W上方的空气被He气替换之前可能要求较长的时间段。另外，当He气供应至晶片W时，晶片W外周部分上的气体的运动粘度系数可能不能充分增加，不能充分地达到本发明的效果。
如图1A所示，移除颗粒的过滤器61位于外壳20的上部。在过滤器61的上部形成作为限定(闭合)空间的通风室62。气体供应管道63的一端向通风室62开放。气体供应通道63的另一端通过阀V4连于将空气作为常压气体存储的空气供应源64。通过打开阀V4，空气供应源64内的空气，例如，以预定流速通过气体供应管道63流入通风室62内。在已流入通风室62内的空气穿过过滤器61使得空气中包含的颗粒被移除后，空气用于供应至外壳20。过滤器61、气体供应管道63和气体供应源64对应于权利要求中所述的气流形成单元。
另外，尽管未显示，排放外壳20内排放任何气体的排气部件位于外壳20的下部。如上所述，空气从过滤器61供应，且独立于排气单元30的排气部件，例如，以预定流速排放空气使得外壳20中可形成下降的空气流。
接下来参照图5A至5D说明本实施方案中涂敷设备2的运行。
首先，打开阀V4和V1，从外壳20下部的排气部件排放空气，使得外壳20内形成如图5A至5D实线箭头所指的下降空气流。其后，固定晶片W的传送机构(未显示)，通过传送口21进入外壳20。同时，例如，通过驱动部件33升高旋转卡盘31至杯子34的外侧。之后，旋转卡盘31吸住晶片W后表面的中心部分，并水平地固定晶片W。其后，降低旋转卡盘31使得晶片W被容纳杯子34内。之后，通过驱动部件46移动抗蚀剂供应喷嘴41移至晶片W中心部分上方的位置，且通过驱动部件58将气体喷嘴51移动至靠近晶片W外周边缘的位置。
随后，通过驱动部件33例如以2000rpm绕竖轴旋转被固定于旋转卡盘31上的晶片W。因此，落于晶片W上的下降空气流因离心力在旋转晶片W上朝向其外周部分螺旋散开。之后，打开阀V2，使得从抗蚀剂供应喷嘴41供应的抗蚀剂4A喷射至晶片W的中心部分。通过用于延展抗蚀剂的所谓旋涂法通过离心力使已供应至晶片W的抗蚀剂4A从晶片W的中心部分向其外周部分散开。
抗蚀剂4A覆盖晶片W的整个表面后，关闭阀V2以停止从抗蚀剂供应喷嘴41供应抗蚀剂4A，并将旋转卡盘31的转速降低至，如100rpm。因此，执行涂敷抗蚀剂4A的平整(以平整涂敷的抗蚀剂从而使其厚度均匀)。另外，此时，抗蚀剂供应喷嘴41通过驱动部件46从晶片W中心上方的位置缩回，并将气体喷嘴51移至前述的He气喷射位置(图5B)。
移动气体喷嘴51后，打开阀V3，并同时由流速控制部件55控制要从He气供应源56供应至气体供应管道54的He气的流速，He气以簇射方式从作为气体喷嘴51的多孔体外周表面喷射。沿包括其中心部分的晶片W的径向方向以如40L/min的流速供应He气。喷射He气的同时或喷射稍后，晶片W的转速增加至如2600rpm，使得抗蚀剂4A旋转散开并干燥(见图5C)。图6A和6B是显示He气喷射至晶片W时晶片W附近各气体流的视图。He气流由虚线表示，空气流由实线表示。如这些附图所示，已供应至晶片W上的He气混入已沿晶片W表层从其中心螺旋散开的空气中，并形成螺旋流，使得由He气和空气形成的混合气体层在晶片W上朝向其外周部分散开。因螺旋气流，溶剂从晶片W上的抗蚀剂被有效蒸发使得抗蚀剂4A干燥。因此，形成作为涂膜的抗蚀膜。图5C中，虚线表示混合气体层。
经过足以使抗蚀剂内溶剂蒸发的时间后，如又经过10秒后，关闭阀V3以停止供应He气，同时保持晶片的旋转(见图5D)。停止供应He气后，以相同速度使旋转卡盘31旋转一段时间以延续抗蚀剂4A的干燥工艺。之后，自以适于干燥的转速开始旋转经过60秒后，停止旋转卡盘31的旋转。其后，以与上述装载晶片W相反方式传递晶片至传送机构，并通过该传送机构从外壳20卸载晶片W。
本实施例中的涂敷设备2执行晶片W表面上抗蚀剂的旋涂。之后，为干燥抗蚀膜，在形成下降空气流的同时，在以适于干燥抗蚀膜的转速(本实施例中为2600rpm)旋转晶片W之前，涂敷设备2沿包括晶片W的表面中心的晶片W径向方向将He气作为层流形成气体供应，该层流形成气体的运动粘度系数大于空气。因此，He气混入流向晶片W的中心部分并沿晶片W表面从中心部分向其外周部分散开的空气中，且因此混合的气体在晶片W的整个表面上方扩散。因此，晶片W表面上气流的运动粘度系数比单独空气大1.5至4倍。由于晶片W表面上形成的层流区域的半径与气体的运动粘度系数成比例，层流区域扩大使得甚至12英寸的晶片可完全覆盖于层流区域内。
另外，抗蚀膜的溶剂在晶片W的转速增至用于干燥的转速后立即有效蒸发。同时，在沿晶片W表面流动的螺旋流中，靠近晶片W表面的气流是由供应至晶片W中心部分的气体形成，且供应至晶片W中心部分外侧部分的另一气流在该气流上堆叠。因此抗蚀膜的成品状态一般由晶片W的转速达到用于干燥的转速后立即供应至晶片W的中心部分的气流决定。在此实施例中，当晶片开始以用于干燥的转速旋转时，He气已供应至晶片W的中心部分，因此，有效限制了晶片W表面上风车状轨迹的产生，从而实现了改进的涂敷工艺。即，根据本发明，甚至在使用较大晶片W时，可限制或避免风车状轨迹的产生。
另外，由于至晶片W表面的层流形成气体的供应是由气体喷嘴执行的，因此，与使用He气或类似物替换晶片W放置处整个大气的情况相比，可减少气体的消耗。另外，可节省替换气体所需的较长时间段。而且，晶片W位于下降的大气流中，且晶片W周围的空气被排出。因此，可消除与在晶片W上方放置盖子以形成封闭空间的方法有关的问题，即从晶片W散开的雾不可能附于盖子上形成颗粒。
另外，由于气体喷嘴51被配置为通过多孔体喷射气体(多孔体形成的孔隙用作气体喷射部件)，He气可以簇射方式均匀地供应至晶片W的表面。因此，晶片W表面上He气的压力分布可保持均匀。同样由此，干燥的抗蚀膜可具有平滑表面，有助于干燥的完成。
存储于供应源64的常压气体不限于空气。例如，可存储氮气或Ar(氩)气，且在外壳20内形成氮气或Ar气的下降气流。
另外，作为层流形成气体从气体喷嘴51喷射的气体可为运动粘度系数大于用作常压气体的另一气体的任何气体。因此，例如氢气等气体可代替He气使用。另外，He气和空气形成的混合气体或由He气和氮气形成的混合气体可作为层流形成气体来使用。
在上述实施例中，He气在已供应至晶片W的抗蚀剂平整后当晶片W的转速增加时供应。但是，只要晶片W的转速在平整后增加后，几乎所有溶剂蒸发前，晶片W表面上形成包括He气和空气的混合气体层，就可实现本发明的效果。因此，有可能在平整过程中开始喷射He气至晶片W并在几乎所有溶剂蒸发后停止喷射。但是，如上述实施例，平整后为干燥步骤增加晶片W的转速且之后在开始干燥步骤时或之前立即开始喷射He气的实施例比平整期间开始喷射He气至晶片W的实施例更佳。这是因为可限制He气对于晶片W的温度的影响，使得可获得平面内均匀性更佳的抗蚀膜。
假设需涂敷的晶片W的平面面积(尺寸)为S1，且He气供应至晶片W时晶片上喷嘴51的投影面积为S2，则在本实施方案的情况下，投影面积S2等于喷嘴51的下端表面的面积。S2和S1的比例(S2/S1)越小，可使旋涂工艺中散开且形成雾状的抗蚀剂附着越少。即，由于避免抗蚀剂作为颗粒落于晶片W上，优选S2和S1的比例(S2/S1)较小。因此，当增加S2的值时，S2/S1优选不大于1/2。
作为气体喷嘴，优选使用由多孔体制成的气体喷嘴51，如上所述。但是，也可使用具有图7A所示结构等的气体喷嘴。图7A和7B分别显示了另一气体喷嘴65的侧视图和仰视图。气体喷嘴65形成为圆柱形。参照数字66指喷射部件。参照数字67示出了沿气体喷嘴65纵向形成于气体喷嘴65内的气体通道。气体通道67与喷射部件66相连通。气体喷嘴65连于臂体57使得气体供应管道54的一端连于气体通道67且气体喷嘴65喷射He气至晶片W时喷射部件66面对晶片W的中心部分。如图8A所示，例如，气体喷嘴65可采用直立姿势使得从喷射部件66喷射的气体竖直导向晶片W表面的中心部分。可选的是，如图8B所示，例如，气体喷嘴65可采用沿对角线向下倾斜于晶片W上方以朝向中心部分喷射气体的姿势。
供应He气的气体喷嘴可为具有例如图9A和9B所示结构的气体喷嘴7。图9A和9B分别显示了气体喷嘴7的正视图和仰视图。气体喷嘴7为倒T形，其包括形成连于前述气体供应管道54的气体通道的圆柱形竖直底座部件71和作为水平管道的气体供应部件72。底座部件71的下端沿其纵向方向连于气体供应部件72的中心部分。在气体供应部件72的下表面内，形成了沿气体供应部件72整个长度间隔排列的大量孔洞组成的喷射部件73。
如图10A和10B所示，气体喷嘴7的设置使得当喷嘴7喷射He气至晶片W时，喷射部件73的各孔位于晶片W表面对面，气体供应部件72的一端位于晶片W的中心部分上方，其另一端位于晶片W外周部分上方以覆盖晶片W的半径。因此，从气体供应管道54供应至气体喷嘴7的He气从喷射部件73直接向下喷射，如图10A箭头所指，以沿包括晶片W中心部分的晶片W径向方向供应。
可选的是，气体喷嘴可具有例如图11A和11B所示结构。图11A和11B分别显示了气体喷嘴74的正视图和横向平面图。气体喷嘴74的结构与上述气体喷嘴7基本相同。但是喷射部件73不形成于气体供应部件72的下表面，但包括沿气体供应部件72整个纵向间隔排列的大量孔洞的喷射部分75形成于气体供应部件72的相反侧面表面。如图11C所示，例如，气体喷嘴74的位置使得当气体喷嘴74喷射He气至晶片W时，He气从喷射部件75的各孔水平喷射，且喷射的He气沿晶片W表面经过晶片W的中心部分上方。这里，当各喷射部件75和晶片W间距离较大时，不能获得本发明的效果。因此，各喷射部件75的中心和晶片W之间的距离设定为例如5mm和15mm之间。
可选的是，气体喷嘴可具有例如图12所示结构。图12A和12B分别显示了气体喷嘴76的正视图和仰视图。气体喷嘴76的构造与图9A和9B所示气体喷嘴7基本相同。但是，除了气体喷射部件73外，具有沿气体供应部件72的整个纵向方向间隔排列的大量孔洞的喷射部件75形成于气体供应部件72的相反侧面表面。与图9A和9B所示气体喷嘴7类似，气体喷嘴76的位置使得当气体喷嘴76供应He气至晶片W时，气体供应部件72覆盖晶片W的中心及其半径。因此，在He气从喷射部件75水平喷射的同时，He气从喷射部件73直接向下喷射。
这里，在距晶片W中心部分较远且距其外周部分较近的位置，沿圆周方向上的晶片W的长度较大。因此，为使晶片W的平面内He气的密度均匀，优选根据从晶片W的中心位置至其外周部分的距离根据位置增大He气的流速。具体地说，优选通过图13A所示气体喷嘴8供应He气至晶片W。气体喷嘴8的结构与上面的气体喷嘴7基本上类似。也就是说，与气体喷嘴7相似，气体喷嘴8被配置为当气体喷嘴8喷射He气至晶片W时，气体供应部件72覆盖晶片W的至少一个半径。但是，提供了包括相同内径的孔洞的喷射部件81代替均匀排列的喷射部件73的孔洞，使得孔洞沿气体供应部件72的纵向排列，但孔洞的排列密度不同，靠近晶片W外周侧位置越多。在此实施例中，如图13A和13B所示，喷射部件81的各孔洞的排列使得He气沿晶片W的旋转方向沿对角线向下喷射。但是，喷射部件81各孔洞可被排列为使得He气沿与晶片W旋转方向相反的方向喷射。另外，不限于对角线向下喷射，He气可向下直接喷射以沿包括晶片W中心部分的晶片W径向方向供应至晶片W。而且，可设置喷射部件81的孔洞的排列密度使得需供应至晶片W各部分的He气的流速与距晶片W的中心的距离成比例。
另外，可使用图14A所示气体喷嘴83。气体喷嘴83具有空心扇形块结构。气体供应管道54连于气体喷嘴83的上部。提供的喷射部件84具有内径相同的大量孔洞，如沿扇形块的径向和圆周方向在扇形块的整个下表面上间隔开放。从内侧到外侧，沿圆周方向逐渐增加喷射部件84的孔洞的数量。排列于最内侧的喷射部件84的孔洞被配置为喷射He气至晶片W的中心部分。
另外，如图14B所示，可使用具有空心块结构以沿相对晶片W的旋转方向的前进方向形成螺旋形状的气体喷嘴85。气体喷嘴85的下表面提供了喷射部件86，后者具有例如间隔排列的内径相同的大量孔洞。越靠近晶片W外周侧的区域，He气的喷射流速越大。
为增加He气在较靠近晶片W外周侧位置的喷射流速，除了采用其中较靠近外周侧排列的内径相同的孔洞具有较大排列密度的结构外，可采用例如如下制造各气体喷嘴使得较靠近外周侧排列的喷射部件的孔洞具有较大的直径。而且，可形成沿气体供应部件(如气体供应部件72)纵向方向延伸的狭槽代替成行排列的小孔洞。在此情况下，为增加在较靠近晶片W的外周侧位置处的He气喷射流速，狭槽的宽度优选朝向晶片W的外周边缘无级或逐步扩大。
可选的是，在图14A和14B所示气体喷嘴83和85中，有可能将将面对晶片W的下壁部分形成多孔结构，与前述气体喷嘴51的外周侧壁相似，使得He气可以基本一致的流速从基本上整个下壁部分向下喷射。
另外，当He气通过前述气体喷嘴65供应至晶片W时，He气的供应位置可从中心部分移向外周部分。具体地说，如图8A所示，自干燥步骤开始以及经过10秒时完成的时间段内，气体喷嘴65可位于晶片W中心部分上方位置从而供应He气至晶片W的中心部分，且其后，气体喷嘴65可水平移至晶片W外周部分上方位置并停止在此，例如，以供应He气至外周部分。另外，有可能使气体喷嘴65沿水平平面旋转，使得供应He气的点从晶片W中心部分移向晶片W的外周部分。
不限于供应抗蚀剂至衬底以在其上沉积为薄膜的情况，当使用包括绝缘膜前体的化学物质涂覆衬底时，可使用本实施方案的涂覆设备2以在衬底上沉积如二氧化硅膜的绝缘膜。即，本实施方案中的涂覆设备2可广泛应用于使用一般化学物质涂覆衬底的任何情况中。
<实施例>
在实施例1中，准备了涂覆设备，其中通过以1∶1的比例混合市售的液体墨水和市售的中性洗涤剂(商品名：mama lemon)形成油液代替抗蚀剂存储于供应源44中，且由此形成的油液代替抗蚀剂从液体供应喷嘴41供应至晶片W。涂覆设备的其它结构与前述涂覆设备2相同。
按照前述实施方案中施加抗蚀剂的步骤，油液被施于晶片W，且通过油液形成油膜。
使用300mm晶片(12英寸晶片)作为晶片W(以下实施例中使用的所有晶片W的直径均为300mm)。使用图7A所示气体喷嘴65作为喷射He气的气体喷嘴。油液的涂覆工艺期间外壳20内排气流速为2m3/min。根据与前述实施方案基本相同的步骤，油滴从液体供应喷嘴41落下并在晶片W上形成油膜。自油滴落下开始和完成平整时完成的时间段为20秒。平整后干燥步骤执行60秒，W的转速设定为3000rpm。从干燥步骤的开始至结束，气体喷嘴65位于图8A所示位置，且喷射He气至晶片W的中心部分60秒。当气体喷嘴65喷射He气时晶片W的表面至气体喷嘴65的喷射口66的高度为2.5mm，且He气的流速Qin为33L/min。
评估因而形成的油膜，表面上没有观察到风车状轨迹或He气的喷射轨道。
接下来，如实施例2，通过以与实施例1相同的方式供应油液至晶片W形成油膜，使用如图11A和11B所示气体喷嘴74。当供应He气至晶片W时，喷射He气沿晶片W表面经过晶片W中心部分上方的位置，如图11C所述。
在实施例2中，执行了需供应至晶片W的He气的流速值Qin设为19L/min的涂覆工艺和流速值Qin设为38L/min的涂覆工艺，并评估由此形成的油膜。当流速Qin设为19L/min时，油膜上形成了风车状轨迹。另一方面，当流速Qin为38L/min时，油膜上没有观察到风车状轨迹或He气的喷射轨道。
接下来，如实施例3，按照与实施例1相同的步骤使用图9A和9B中所示气体喷嘴7，在晶片W上形成油膜，气体喷嘴7的下端至晶片W表面的高度h2以及喷射部件73中心的取向和晶片W的旋转取向之间的角度α变化，如图15A所示。各油膜的评估结果见图15B所示表格。在图15B所示表格中，横坐标轴表示角度α的值，纵坐标轴表示高度h2的值。表格中标记O表示形成的油膜上没有形成风车状轨迹或He气的喷射轨道。标记□表示没有形成风车状轨迹，但形成了He气的喷射轨道。标记▲表示没有形成He气的喷射轨道，但形成了风车状轨迹。在实施例3中，当角度α为50°且高度h2为1mm时，He气的流速为19L/min。当角度α为60°且高度h2为8mm时，He气的流速为30L/min。当角度α为90°且高度h2为20mm时，He气的流速为60L/min。当角度α和高度h2为其它值时，He气的流速为27L/min。
如图15B所示，通过调节高度h2介于1mm和20mm之间时角度α和He气的流速，可避免形成风车状轨迹。如表格所示，根据高度h2和角度α的值，一些晶片W上沿其圆周放下形成了He气的沟槽状喷射轨道。该喷射轨道形成的点在通过He气与晶片W碰撞所施加压力处。因此，可认为该喷射轨道的形成可通过将喷射部件73制造为狭槽形状而避免，这种形状使得He气可从其中喷射以覆盖晶片W的中心部分及其半径，或如在前述气体喷嘴51中通过将气体供应部件72的外周壁作为水平管道形成至多孔结构中代替喷射部件73，从而使得He气可从多孔结构的孔洞中喷射而避免。
接下来，如实施例4-1中，通过使用前述实施方案所示涂覆设备2，按照与前述实施方案基本相同的步骤将氟化氩(ArF)抗蚀膜沉积于晶片W上。在平整落下的抗蚀剂后的干燥步骤，如图16A所示，使用前述实施方案中所述气体喷嘴51(见图1至3)，He气在从晶片W中心部分至外周部分的长度上方沿其径向方向喷射。干燥步骤中晶片W的转速为2600rpm，且He气的流速为40L/min。气体喷嘴51下端和晶片W的距离，图1中示为h，为2mm。
另外，如实施例4-2中，按照与上述实施例4-1基本相同的步骤将抗蚀膜沉积于晶片W上。但是如图16B所示，当在气体喷嘴51喷射He气时，位于晶片W外周部分上方的实施例4-2中的气体喷嘴51的末端被盖罩91覆盖，使得He气不能喷射至晶片W的外周部分。
接下来，如实施例4-3中，按照与上述实施例4-1和4-2基本相同的方式将抗蚀膜沉积于晶片W上。在实施例4-3中，使用气体喷嘴92代替气体喷嘴51。气体喷嘴92的结构与气体喷嘴51相同，除了气体喷嘴92的外周壁比气体喷嘴51更长。如图16C所示，气体喷嘴92的长度足以使当气体喷嘴92喷射He气至晶片W时，气体喷嘴92的一端位于晶片W的外周部分上方的位置，且其另一端完全覆盖晶片W的中心部分。气体喷嘴92水平地置于晶片W直径上方。
另外，如实施例4-4，通过使用与实施例4-3相似的气体喷嘴92以与实施例4-3相似方式执行薄膜沉积工艺。但是如图16D所示，当气体喷嘴92喷射He时，气体喷嘴92位置倾斜使得其位于晶片W中心部分上方的一端高于其位于晶片W外周边缘上方的另一端。
其后，如比较实施例4-1，通过使用涂覆设备2以与实施例4-1相似方式将抗蚀膜沉积于晶片W上。但是如图17A所示，当气体喷嘴51喷射气体时，位于晶片W中心部分上方的气体喷嘴51的末端被盖罩91覆盖，使得He气不能喷向中心部分。
另外，如实施例4-2中，如图17B所示，气体喷嘴51的相反末端被盖罩91覆盖，使得He气不能喷向晶片W的中心部分和外周部分。
图18A至18C是显示实施例4-1至4-4和比较实施例4-1和4-2中所示被施加薄膜沉积工艺的晶片W。
在实施例4-1至4-3中，如图18A所示，各晶片W的中心部分上形成He气的喷射轨道93，但各晶片W的外周部分上没有形成风车状轨迹。
在实施例4-4中，如图18B所示，没有观察到风车状轨迹和He气的喷射轨道93。
至于比较实施例4-1和4-2所示晶片W，如图18C所示，晶片W内侧区域形成了风车状轨迹94。另外，形成风车状轨迹94的部件外侧的另一部件暴露于湍流，且观察到因湍流流动传递产生大量的线。
因此，根据实施例4-1至4-4与比较实施例4-1和4-2可以确认，通过供应He气至包括中心部分的区域，增加了晶片W表面附近的气体的运动粘度系数，并扩大了形成层流的区域，从而避免形成风车状轨迹同时扩展了其中具有均匀厚度的抗蚀膜的区域。
另外，根据实施例4-1至4-4，很明显通过调整气体喷嘴51和晶片W之间的距离改进实施例4-1至4-3中He气的喷射轨道93。喷射轨道93的形成是因为大量He气供应至中心部分，从而对其施加压力。因此，认为可通过调整He气的流速来改进喷射轨道93。
另外，使用涂覆设备2将抗蚀膜沉积于晶片W上，变化开始供应He气的时间和停止供应He气的时间。图19的图显示了He气的喷射与停止的时间、抗蚀剂落于晶片W上的时间和开始平整抗蚀剂的时间以及开始干燥抗蚀剂的时间。在此图中，横坐标轴显示了时间段，纵坐标轴显示了晶片W的转速。
如图所示，抗蚀剂落于以转速2000rpm旋转的晶片W上。从抗蚀剂落下起经过3秒后，晶片W的旋转速度减少至100rpm以执行抗蚀剂的平整10秒。其后，晶片W的转速增加至2600rpm以执行抗蚀剂的干燥60秒。与上述实施例相似，通过使用气体喷嘴51作为气体喷嘴，He气从晶片W的中心部分径向喷射至其外周部分。干燥步骤是He气的流速为40L/min。气体喷嘴51的下端和晶片W之间的距离，图1中示为h，为2mm。
在上述状态下，如实施例5-1，平整开始后5秒开始喷射He气，且在干燥步骤开始后10秒停止气体喷射。如实施例5-2，在平整步骤开始的同时喷射He气，且在干燥步骤开始后10秒停止供应He气。如实施例5-3，在平整步骤开始前5秒喷射He气，并在干燥步骤开始后10秒停止供应He气。如实施例5-4，在干燥步骤开始的同时喷射He气，并在喷射开始后5秒停止供应He气。如实施例5-5，在干燥步骤开始的同时喷射He气，并在喷射开始后10秒停止供应He气。如实施例5-6，在干燥步骤开始的同时喷射He气，并在喷射开始后15秒停止供应He气。
结果如下。在实施例5-1至5-3以及实施例5-5至5-6中，如图18A所示，喷射轨道93形成于晶片W的外周部分。另一方面，在实施例5-4中，如图18C所示，风车状轨迹形成于晶片W的内侧区域。如已经描述的那样，优选在干燥步骤时供应He气以提升抗蚀膜的均匀性。根据实施例5-1至5-6，发现甚至当仅在干燥步骤时供应He气时也能获得本发明的效果，只要供应He气的时间段充分。在实施例5-4中，认为由于供应He气的时间过短且He气的供应不能持续至抗蚀膜被固化，因此形成了风车状轨迹。
接下来，在涂覆设备2中，按照上述步骤将抗蚀膜沉积于晶片W上，变化气体喷嘴51的高度(图1示为h的高度)、从气体喷嘴喷射He气的流速以及干燥步骤时晶片W的转速。如实施例6-1，h设定为5mm，且He气流速设定为20L/min。如实施例6-2，h设定为5mm，且He气流速设定为40L/min。如实施例6-3，h设定为2mm，且He气流速设定为20L/min。如实施例6-4，h设定为2mm，且He气流速设定为40L/min。在各实施例6-1至6-4的干燥步骤中，对各晶片执行薄膜沉积工艺，同时在1600rpm至3000rpm的范围内以每次100rpm的增量改变晶片W的转速。如比较实施例6-1，以与实施例6-1相同的方式执行薄膜沉积工艺，除了使用N2气代替He气以40L/min的流速从气体喷嘴51喷射至晶片W。气体喷嘴51和晶片W之间的距离h设为5mm。
图20的表格显示了实施例6-1至6-4的结果和比较实施例6-1的结果。标记O表示晶片W上没有形成风车状轨迹。标记×表示形成了风车状轨迹。标记××表示形成了风车状轨迹和因暴露于湍流形成的风车状轨迹外侧的线。如表格所示，当在实施例6-1中晶片W的转速不大于2200rpm、在实施例6-2中不大于2200rpm、在实施例6-3中不大于2300rpm以及在实施例6-4中不大于2600rpm时可限制风车状轨迹的形成且可沉积满意的薄膜。另外，可以理解当晶片W的转速在实施例6-1中不大于2500rpm、在实施例6-2中不大于2500rpm、在实施例6-3中不大于2800rpm以及在实施例6-4中不大于2900rpm时可限制晶片W上湍流的形成。另一方面，在比较实施例6-1中，可以理解仅在转速不大于1800rpm时可限制风车状轨迹的形成，且在转速不小于2400rpm时产生湍流。从上述结果，可以理解，通过施加He气至晶片W，可扩大其上形成层流的区域，并可限制晶片W表面上过渡流和湍流的产生。
其后，为确认本发明的效果，在比较实施7-1和实施例7-1至7-3中沉积薄膜。图21A显示了用于比较实施例7-1和实施例7-1至7-3的气体喷嘴101。参照数字102示出了制为平头圆柱形的气体供应头，其下表面打开。例如由多孔陶瓷制造的气体供应板103的位置阻挡气体供应头102的开放。如图21B所示，气体供应板103为圆形，且直径为50mm。参照数字104示出了被气体供应头102和气体供应板103包绕的通风室。通风室104与连于气体供应头102上部中心的气体供应管道54相连通。已从气体供应管道54供应至通风室104的He气经过气体供应板102内形成的孔洞以簇射方式从气体供应板103的整个下表面喷射，如图21A箭头所示。
接下来，如比较实施例7-1，如图22A所示，使用气体喷嘴101代替气体喷嘴51，沉积抗蚀膜，同时按照与实施例6-1至6-4相似的步骤供应He气于晶片W上，在干燥抗蚀剂的步骤时改变转速。但是，在比较实施例7-1中，当He气供应至晶片W时，气体喷嘴101所在高度位置使得图22A中h3所指气体喷嘴101的下端和晶片W表面之间的距离为25mm。在此高度位置，气体喷嘴101的气体供应板103与晶片W平行且覆盖晶片W的中心部分。He气的流速设定为10L/min。
随后，如实施例7-1，除了He气的流速设定为30L/min外，按照与比较实施例7-1相同的步骤并在相同工艺状态下以各种转速在晶片W上沉积薄膜。
另外，如实施例7-2，如图22B所示，使用气体喷嘴95代替气体喷嘴101，且从气体喷嘴95供应He气的同时，以与实施例7-1相似方式在干燥抗蚀剂的步骤时以各种转速将抗蚀膜沉积于晶片W上。气体喷嘴95的结构与实施例6-1至6-4中使用的气体喷嘴51相似，但气体喷嘴95的长度小于气体喷嘴51的长度，即，气体喷嘴95的长度为100mm。当气体喷嘴供应He气时，气体喷嘴95沿晶片W的径向方向放置。但是，如图22B所示，气体喷嘴95不覆盖晶片W的中心部分及其外周部分，且向下流动的空气被供应至晶片W的中心部分。当气体喷嘴95供应He气时，晶片W的表面和气体喷嘴95下端之间的高度，即图22B中h4所指，设定为2mm。He气的流速设定为30L/min。
此外，实施例7-3中，如图22C所示，从气体喷嘴101和气体喷嘴95供应He气的同时将抗蚀膜于晶片W上，改变干燥抗蚀剂的步骤时的转速。在实施例7-3中，当气体喷嘴101和95供应He气至晶片W时气体喷嘴101的位置和气体喷嘴95的位置在实施例7-1和实施例7-2中的设定分别相同。从气体喷嘴101喷射的He气的流速和从气体喷嘴95喷射的He气的流速分别设定为10L/min和30L/min。
图23的表格中显示了比较实施例7-1和实施例7-1至7-3的结果。表格中标记○、×和××的意义与图20中使用的标记相同。如图23的表格所示，当晶片W的转速在实施例7-1中不大于2200rpm、在实施例7-2中不大于2200rpm以及在实施例7-3中不大于2400rpm时可限制风车状轨迹的形成且沉积的薄膜令人满意。由于比较实施例7-1的数据与比较实施例6-1的相同，可以理解在h3为25mm且He流速为10L/min的情况下供应He气基本没有作用。
从实施例7-2的结果，可以理解，即使当如前述实施例6-1至6-4中He气不供应至晶片W的中心部分时，He气可限制风车状轨迹的产生。也就是说，在晶片W中心上方空间内形成层流且晶片的表面充满常压气体(例如，空气)而没有He气的状态下，认为可通过从比产生过渡流的位置更上游(更靠近晶片的中心)的位置供应He气可限制风车状轨迹的产生。
在前述比较实施例4-1和比较实施例4-2中晶片W的表面内，如图18C所示，形成了风车状轨迹，且抗蚀剂薄膜厚度不均匀。该原因被认为在于因从过滤器61向下流动的空气也受盖罩91的阻挡，层流没有供应至晶片W的中心上方。
另外，如实施例7-3，当He气出气体喷嘴95和喷嘴101供应至晶片W的不同位置，即在本实施例中的中心部分和中心部分外侧区域，如距供应He气的气体喷嘴95和喷嘴101至晶片W的距离，以及从各喷嘴供应的气体流速的参数可独立调节。因此，可进一步提高抗蚀剂薄膜厚度的均匀性。因此，可限制晶片W中心部分上He气喷射轨道93的形成，如实施例4-1至4-3所见。如从实施例7-2可清楚地理解，可使用空气代替He气从气体喷嘴101喷射。
接下来，选择以相同旋转转速(2200rpm)的实施例6-3和实施例7-3中加工的晶片W，并测量晶片W上抗蚀剂薄膜的厚度。图24是显示距各晶片中心的位置和在此位置抗蚀剂薄膜的厚度之间关系的图。如图所示，在实施例7-3中加工的晶片W中抗蚀膜厚度的均匀性较佳。
上述实施例和比较实施例中所示He气的流速通过用于测量空气和N2气流速的简易便携式流量计进行测量。因此，认为He气的实际流速比所示流速大1.4倍左右。

Claims (14)

1.一种涂覆设备，其包括：
水平地固定衬底的衬底固定部件；
将化学物质供应至被衬底固定部件水平固定的衬底的中心部分的化学物质喷嘴；
使衬底固定部件旋转以便通过离心力使化学物质在衬底表面散开从而使用化学物质涂敷在整个表面上的旋转机构；
在被衬底固定部件水平固定的衬底表面上形成常压气体的下降气流的气流形成单元；
绕衬底排放大气的气体排放单元；
以及将层流形成气体供应至衬底表面的气体喷嘴，所述层流形成气体的运动粘度系数大于所述常压气体；
其中
所述常压气体或所述层流形成气体被供应至衬底的中心部分。
2.根据权利要求1所述的涂覆设备，其中
所述气体喷嘴具有沿衬底径向方向从衬底中心部分上方位置开放的气体喷射部件。
3.根据权利要求1所述的涂覆设备，其中
所述气体喷嘴具有由从衬底中心部分上方位置沿衬底径向方向排列的大量孔洞组成的气体喷射部件。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的涂覆设备，其中
所述气体喷嘴具有多孔体。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的涂覆设备，其中
在靠近衬底外周边缘的区域处从所述气体喷嘴喷射的流速较大。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的涂覆设备，其中
所述气体喷嘴被配置为将层流形成气体供应至衬底的中心部分和所述衬底中心部分之外的衬底区域。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的涂覆设备，其中
所述气体喷嘴被配置为将层流形成气体供应至所述衬底中心部分外的衬底区域，且
所述衬底的中心部分被配置以暴露于常压气体的下降气流。
8.根据权利要求1至5任意一项所述的涂覆设备，其中
提供独立于所述气体喷嘴的第二气体喷嘴，所述第二气体喷嘴被配置为将层流形成气体或常压气体供应至所述衬底的中心部分。
9.一种使用化学物质的衬底涂敷方法，所述涂敷方法包括：
使衬底固定部件水平地固定衬底的步骤；
绕衬底排放大气同时在被所述衬底固定部件固定的所述衬底表面上形成常压气体的下降气流的步骤；
通过将化学物质从化学物质喷嘴供应至衬底中心部分、并使所述衬底固定部件旋转，并因此通过离心力使化学物质在所述衬底的表面上散开从而使用所述化学物质涂敷整个表面的涂敷步骤；以及
在所述涂敷步骤后通过在使衬底旋转的状态下从气体喷嘴将层流形成气体供应至所述衬底表面，并将常压气体或层流形成气体供应至所述衬底的中心部分以干燥所述化学物质的干燥步骤，所述层流形成气体的运动粘度系数大于所述常压气体。
10.根据权利要求9所述的涂覆方法，其中
所述层流形成气体被供应至所述衬底表面且常压气体或层流形成气体被供应至所述衬底的中心部分的时间与以适合干燥所述化学物质的旋转转数开始旋转所述衬底的时间相同或先于后者。
11.根据权利要求9或10所述的涂覆方法，其中
所述气体喷嘴具有沿衬底径向方向从衬底中心部分上方位置开放的气体喷射部件。
12.根据权利要求9或10所述的涂覆方法，其中
所述气体喷嘴具有由从衬底中心部分上方位置沿衬底径向方向排列的大量孔洞组成的气体喷射部件。
13.根据权利要求9至12任意一项所述的涂覆方法，其中
所述气体喷嘴具有多孔体。
14.根据权利要求9至13任意一项所述的涂覆方法，其中
在靠近衬底外周边缘的区域处从所述气体喷嘴喷射的流速较大。
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