JP2007189185A - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板に薬液の回転塗布を行う際に層流が形成される領域を広げて風車マークの発生を抑えることができる塗布装置を提供すること。
【解決手段】前記基板保持部に保持された基板の表面に雰囲気ガスのダウンフローを形成する気流形成手段と、基板の周囲の雰囲気を排気するための排気手段と、雰囲気ガスよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを、基板の表面に供給するためのガスノズルと、を備え、基板の中心部には前記雰囲気ガスあるいは前記層流形成用ガスが供給されるように塗布装置を構成する。基板表面を流れる雰囲気ガスに層流形成用ガスが混合されて基板表面の動粘性係数が上昇することにより層流の形成領域が広がる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板にレジストなどの薬液を塗布する塗布装置、塗布方法に関する。
従来、半導体ウエハ（以下ウエハとする）、液晶ディスプレイ用ガラス基板、カラーフィルタ用基板などの基板に薬液を塗布する技術として塗布膜の厚さを略均一にすること及び膜厚を薄くすることを目的として回転塗布（スピンコーティング）法が広く用いられている。この回転塗布法を例えばウエハにレジスト液を塗布する場合を例にして説明する。先ずウエハを載置するスピンチャックが内部に設けられたチャンバにおいて、チャンバの上部から空気を供給するとともにチャンバの下部から排気を行うことによりチャンバ内にパーティクルの飛散を防止することを目的として空気のダウンフローを形成する。続いてスピンチャック上にウエハを載置して当該ウエハを水平に保持する。その後スピンチャックを介してウエハを例えば２０００ｒｐｍ程度で鉛直軸周りに回転させながら前記ウエハの上方に設けられたノズルからウエハの中央部にレジスト液を供給する。
ウエハに滴下されたレジスト液は、遠心力によりウエハＷの中央部からウエハＷの外周部に向かって伸展され、その後ウエハの回転数を例えば１００ｒｐｍ程度に低下させることにより伸展されたレジスト液がレベリングされる。このレベリング後、ウエハの回転数を例えば２５００ｒｐｍ程度にまで上昇させてウエハ上の余分なレジスト液が振り切られて除去され、またウエハ上のレジスト液中に含まれる溶剤が、ウエハの回転によりウエハ上に生じる気流に曝されてレベリング後に回転数が上昇してから１０秒程度でそのほとんどが蒸発する。そしてこの溶剤の蒸発後もしばらく例えばレジスト液を供給してからから１分程度経過するまでウエハの回転が続けられ、レジスト液が乾燥してウエハ上にレジスト膜が形成される。
しかし近年このような塗布工程に対して技術的に高度なニーズがあり、その中でも例えば塗布膜の更なる薄膜化や塗布工程に要する時間の短縮化の要求が増大している。既述の回転塗布法においてこれらの薄膜化及び時間の短縮化を達成するためには基板の回転数を増大させることが考えられるが基板が大型化し、例えばサイズが１２インチのウエハにレジスト液の塗布を行う場合、回転数を上昇させると図２５（ａ）に示すようにウエハの周縁に近い領域にてレジストの表面を周方向に沿って例えば３０本前後のしわ状の、膜厚が不均一となる部位が形成されるおそれがある。
これらのしわは風車マークと呼ばれており、基板上の空気の速度境界層が層流から遷移流に変化する段階で生じる周方向の速度不均一が蒸発過程を経て膜厚に転写することにより生じるものである。速度不均一のことは学術的には、エクマン・スピンと呼ばれている有名な現象である。これについては非特許文献１に詳しく説明されており、回転する基板のＲｅ（レイノズル）数が一定の値を超えると出現する自然現象である。このＲｅ数は基板の中心からの距離をｒ（ｍｍ）、基板の角速度をω（ｒａｄ／ｓ）、基板の周囲のガス動粘性係数をν（ｍｍ２／ｓ）とすると下記の（１）式により算出される。
Ｒｅ数＝ｒω２／ν −−−（１）
そして例えばウエハが回転する際にはそのウエハ表面においてＲｅ数＜８００００である場所には層流が形成され、８００００＜Ｒｅ数＜３×１０５となる場所には遷移流が形成され、Ｒｅ数＞３×１０５となる場所には乱流が発生する。（１）式に示されるようにＲｅ数はｒに比例して大きくなるため例えば所定の大きさを有するウエハを所定の速度で回転させた場合は、図２５（ａ）、（ｂ）に示すようにウエハの中心から回転数で決まる所定距離だけ径方向に離れた位置には前記層流が形成される領域が出現し、この層流の外側は乱流領域となり、両者の境界には、層流から乱流に移行する遷移流が形成される領域が出現する。そして既述のようにレジスト液に含まれるほとんどの溶剤が蒸発する過程においてレジスト液がこの速度不均一な遷移流に曝されると流速の高い気流に曝された箇所は流速の低い気流に曝された箇所よりも溶剤が速く蒸発して、不均一な気流の流れがレジスト膜に転写されることになる。その結果としてレジストの膜厚が不均一になり、既述のように風車マークがウエハの周方向に形成されることになる。
なおこのような溶剤が蒸発する過程で乱流に曝されたレジスト液は、レジスト液の表面の溶剤が速く蒸発しすぎることになる。それによって塗布処理後のレジスト膜が、表面にレジスト液のポリマーの薄膜が形成され、その薄膜の下層には溶剤が残留したかさぶた状構造となり、全体の膜厚も層流が形成される領域の膜厚に比べて大きくなってしまうおそれがある。従ってレジスト膜の膜厚が均一な領域を広くするためにＲｅ数を小さくすることが必要になる。
ガスの動粘性係数νの値は下記の（２）式で求められる。（２）式中μはウエハの周囲のガスの粘性係数（Ｐａｓ・ｓ）であり、ρは前記ガスの密度（ｋｇ／ｍ３）である。
ν＝μ／ρ −−−（２）
また前記（１）式よりウエハの角速度を一定とした場合、層流の半径、つまりＲｅ数が８００００になるときの（１）式のｒの値は、νの値を小さくすると小さくなり図２６（ａ）に示すように層流が形成される領域が狭くなるが、νの値を大きくすると大きくなって図２６（ｂ）に示すように層流が形成される領域が広くなり、遷移流の発生位置がウエハの周縁部側に寄っていくことになる。従ってレジスト膜の膜厚が均一となる領域を広げるためにはガス動粘性係数νの値を上昇させればよく、そしてνの値を上昇させるためには（２）式より密度ρの低いガスを用いればよい。
回転塗布法が行われる場合、通常スピンチャックに載置された基板の周囲には塗布液の飛散を抑えるための上部が開口したカップが設けられるが、例えば特許文献１には前記カップの上部を蓋で覆い、カップと蓋とにより囲まれる空間の空気をＨｅ（ヘリウム）ガスにより置換して回転塗布を行う塗布装置が示されている。またこの他の塗布装置として特許文献１及び特許文献２にはスピンチャックに載置された基板の数ｍｍ程度上方に前記基板と対向し、基板の表面全体を覆うように蓋を設けて、基板と蓋との間における空間の空気をＨｅガス等の空気より密度の低いガスに置換して回転塗布を行う塗布装置が示されている。これら特許文献１、２に記載の塗布装置を用いて基板の周囲の空気をＨｅガスで置換した場合νの値は９倍程度になる。
また特許文献３にはスピンチャックが設けられたチャンバ内にＨｅガスと空気とからなる混合気体のダウンフローを形成してチャンバ内の空気を前記混合ガスに置換して回転塗布を行う塗布装置について示されている。
しかしながら特許文献１に記載の蓋とカップとにより囲まれる空間の空気をＨｅガスにより置換する塗布装置については、Ｈｅガスの供給を開始してから当該Ｈｅガスが十分に蓋とカップとにより囲まれる空間のガス密度を低下させる程度に貯留されるまでに時間遅れが生じることが懸念される。
また通常回転塗布装置においては基板の回転時に飛散してミスト状になった塗布液を速やかに排気するために回転する基板の周辺に例えば１ｍ３/ｍｉｎ以上の排気量でガスを排気する排気機構が設けられるようになっている。従ってこの特許文献１に記載の回転塗布装置により塗布処理を行う場合は塗布処理前に前記カップと蓋とにより囲まれる空間をＨｅガスにより置換する必要があり、さらに塗布処理中この排気量に見合うだけのＨｅガスを供給し続ける必要があることを考慮すると塗布工程を通じて必要なＨｅガスの量が多くなり、コストが高くなる。
なお特許文献３に記載の塗布装置もチャンバ内全体にＨｅガスを含んだ混合ガスを供給する必要があることからこの特許文献１記載の塗布装置と同様に混合ガスが貯留されるまでの時間遅れが発生するおそれがあり、また使用するＨｅガスが多くなることでコスト高になるという懸念がある。
また特許文献１及び特許文献２に記載されるように回転する基板の表面全体を覆う蓋を設ける場合、基板の回転により飛散してミスト状になった塗布液が前記蓋に付着してパーティクルとなりこのパーティクルが基板に落下して付着するおそれがある。またこのような蓋の付着物を取り除き、基板へのパーティクルの付着を防ぐためにはこの蓋を洗浄することが必要になる。従ってこの洗浄によるコストがかかることになるという問題がある。さらに前記蓋は基板の表面全体を覆っているため基板の周囲に既述のダウンフローが形成できなくなり、基板の周囲にパーティクルが飛散するおそれがあるという問題がある。
特開平５−２８３３３１ 特開昭６１−１５０１２６ 特開平３−２４５８７０ J.Appl.Phys.77 (6), 15(1995), pp.2297-2308
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、基板に薬液の回転塗布を行う際に層流が形成される領域を広げて風車マークの発生を抑えることができる塗布装置および塗布方法を提供することである。
本発明の塗布装置は、基板を基板保持部に水平に保持させ、薬液ノズルから基板の中心部に薬液を供給し、基板保持部を回転させて遠心力により基板の表面に薬液を広げて塗布する塗布装置において、前記基板保持部に保持された基板の表面に雰囲気ガスのダウンフローを形成する気流形成手段と、基板の周囲の雰囲気を排気するための排気手段と、雰囲気ガスよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを、基板の表面に供給するためのガスノズルと、を備え、基板の中心部には前記雰囲気ガスあるいは前記層流形成用ガスが供給されることを特徴とする。
なお層流形成用ガスを基板の表面に供給するとは、前記ガスを基板に対し鉛直方向から供給することに限らず斜めから供給することも含み、また水平方向から基板の表面に沿って供給することも含む。
本発明の塗布方法は、基板を基板保持部に水平に保持させる工程と、前記基板保持部に保持された基板の表面に雰囲気ガスのダウンフローを形成しながら基板の周囲の雰囲気を排気する工程と、基板の中心部に薬液ノズルから薬液を供給し、基板保持部を回転させて遠心力により基板の表面に薬液を広げて塗布する工程と、基板の表面に薬液を塗布した後、基板を回転させている状態でガスノズルから雰囲気ガスよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを、基板の表面に供給すると共に基板の中心部に前記雰囲気ガスまたは前記層流形成用ガスを供給しながら薬液を乾燥させる工程と、を備えたことを特徴とする。この方法において層流形成用ガスを基板の表面に供給すると共に基板の中心部に前記雰囲気ガスまたは層流形成用ガスを供給するタイミングは、例えば薬液を乾燥させるための回転数で基板が回転し始めた時点あるいはそれよりも前である。
このような塗布装置および塗布方法におけるガスノズルは、横方向に伸び、基板の回転中心を中心とする円の径方向に沿って形成されたガス吐出口を備えていてもよく、この場合例えば長さ方向に配列された多数の孔からなるガス吐出口を備えていてもよい。また前記ガスノズルは、ガス吐出口をなす多孔質体を備え、この多孔質体を通ってガスが吐出されるように構成されていてもよい。さらに前記ガスノズルは、基板の周縁に近いガス吐出口ほど吐出流量が大きくてもよい。これは中央部側から周縁部側に向かうにつれて段階的にあるいは連続的に大きくなるということである。さらに前記ガスノズルは、基板の中心部と当該中心部から離れている領域との両方に層流形成用のガスを供給するように構成されていてもよく、また前記ガスノズルは、基板の中心部から離れている領域に層流形成用のガスを供給するように構成され、基板の中心部は、雰囲気ガスのダウンフローに曝されていてもよく、さらに前記ガスノズルとは別個に、基板の中心部に層流形成用のガスまたは雰囲気ガスを供給するためのガスノズルが設けられていてもよい。
本発明は、基板の表面に対して薬液によりスピンコーティングを行い、その後スピン乾燥するときに、雰囲気ガスによるダウンフローを行いながら、その雰囲気ガスよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを供給しているため、基板の表面に沿って外側に広がる雰囲気ガスの気流中に層流形成用ガスが混合される。このため基板の表面に形成される気流の動粘性係数が大きくなり、基板の表面に形成される層流の半径はガスの動粘性係数に比例することから基板表面における層流領域が広がる。従って基板の表面における風車マークの生成を抑えることができ、良好な塗布処理を行うことができる。
そして基板の表面に対する層流形成用ガスの供給をノズルにより行っているため、基板が置かれている雰囲気全体を層流形成用ガスにより置換する場合に比べて当該ガスの消費量が少なくて済み、またガスの置換に長い時間を要するという課題も解決される。またダウンフローの雰囲気中に基板を配置し、基板の周囲から排気するようにしているので基板の上に蓋を設けて閉空間を形成する手法のように、基板から飛散したミストが蓋に付着してパーティクル発生の要因になるといった問題もない。
本発明を基板であるウエハＷに薬液としてレジスト液を塗布する塗布装置に適用した実施の形態である塗布装置２について説明する。図１（ａ）、（ｂ）には夫々この塗布装置２の縦断側面図、横断平面図を示している。図中２０は筺体であり、図中２１は例えば不図示の搬送機構によりウエハＷの搬送が行われる搬送用通路に面するように設けられたウエハＷの搬送口、２１ａは搬送口２１に設けられた開閉自在なシャッタであり、シャッタ２１ａはウエハＷが前記搬送機構により筺体２０内に搬入される場合及びウエハＷが筺体２０内から搬送機構により搬出される場合を除いて閉鎖されるように構成されることで、搬送用通路から筺体２０内への気体の流入が抑えられるようになっている。
図中３１は筺体２０内に設けられたウエハＷの裏面側中央部を吸引吸着してウエハＷを水平に保持するための基板保持部であるスピンチャックである。このスピンチャック３１は軸部３２を介して駆動部３３に接続されており、この駆動部３３を介してウエハＷを保持した状態で鉛直軸周りに回転自在かつ昇降自在に構成されている。
図中３４は、前記スピンチャック３１に保持されたウエハＷの周縁外側に当該ウエハＷを囲むように設けられた、上部側が開口したカップである。カップ３４の側周面上端側は内側に傾斜しており、カップ３４の底部側には凹部状をなす液受け部３５がウエハＷの周縁下方側において全周に亘って設けられている。この液受け部３５は外側領域と内側領域とに区画されており、外側領域の底部には貯留されたレジスト液のドレインを排出するための排液口３６が設けられている。
また前記内側領域の底部には２つの排気口３７，３８が設けられており、排気口３７，３８には夫々排気管３９の一端が接続されている。排気管３９の他端は夫々合流し、バルブＶ１を介して例えば排気ポンプなどの排気手段３０に接続されており、例えば前記バルブＶ１の開度を調節することでカップ３４内の気体を例えば１ｍ３／ｍｉｎ〜３ｍ３／ｍｉｎの排気量で排気できるようになっている。このようにバルブＶ１を開くことで排気が行われると、後述するようにウエハＷ上に吐出されたＨｅガス及びウエハＷの周囲に供給された空気が前記排気口３７，３８を介して排気管３９内に流入して筺体２０内から除去されるようになっており、またこのように形成される排気流に乗って、ウエハＷの回転により飛散したミスト状のレジスト液が前記液受け部３５を介して排液口３６から排出されるようになっている。
またスピンチャック３１に保持されたウエハＷの下方側には円形板３Ａが設けられており、この円形板３Ａの外側を囲むようにして山形のリング部材３Ｂが設けられている。さらにリング部材３Ｂの外端には下方に伸びる端板３Ｃが前記液受け部３５の外側領域内に進入するように設けられており、この端板３Ｃ及びリング部材３Ｂの表面を伝ってウエハＷからこぼれ落ちたレジスト液が液受け部３５の外側領域にガイドされるようになっている。
次に筺体２０内に設けられた各ノズルの構成について図２をも用いて説明する。図中４１は前記ウエハＷにレジスト液を吐出するための薬液ノズルとして設けられたレジスト液供給ノズルであり、このレジスト液供給ノズル４１にはレジスト液供給管４２の一端が接続されている。またレジスト液供給管４２の他端はバルブＶ２及び液体流量制御部４３を介してレジスト液が貯留されたレジスト液供給源４４に接続されている。またレジスト液供給ノズル４１にはこのレジスト液供給ノズル４１を支持するアーム体４５の一端が接続されており、このアーム体４５の他端は駆動部４６に接続されている。駆動部４６は例えば水平に、筺体２０の長さ方向に沿って敷設されたガイドレール４７に沿って移動できるように構成されている。
図１（ｂ）中２２はカップ３４の外側に設けられた各ノズルの待機領域であり、レジスト液供給ノズル４１の待機用バス２２ａを備え、スピンチャック３１と搬送機構との間でウエハＷの受け渡しが行われる際にレジスト液供給ノズル４１及び後述のガスノズル５１はこの待機領域２２にて待機するようになっている。既述の駆動部４６の移動に伴って前記レジスト液供給ノズル４１はアーム体４５を介して前記待機領域２２からスピンチャック３１に載置されたウエハＷの中心部上に移動自在に構成されている。そしてレジスト液供給ノズル４１がウエハＷの中心部上に移動するとバルブＶ２が開かれ、レジスト液供給源４４からレジスト液供給管４２に流れ込んだレジスト液が液体流量制御部４３により流量制御されて、所定の流量のレジスト液がレジスト液供給ノズル４１からウエハＷの中心部上に吐出されるようになっている。
また図中５１は、ウエハＷに層流形成用ガスであるＨｅガスを吐出するためのガスノズルである。図３（ａ）、（ｂ）をも参照しながら説明するとこのガスノズル５１は、一端側が塞がれた円筒状に構成されており、例えばウエハＷの半径よりも若干長く形成されている（例えば１５０ｍｍ以上）。当該ガスノズル５１の他端側には、ガス流入口５２が設けられており、このガス流入口５２は、ガスノズル５１内に当該ガスノズル５１の長さ方向に沿って設けられたガス流路５３に連通している。
図４は、ガスノズル５１の側周壁を模式的に示した図である。図４中５０１は、この側周壁の骨格部をなす例えばアルミナセラミックスからなる本体部であり、多孔質体をなし、前記ガス流路５３に隣接している。この本体部５０１には細かい多数の気孔５０２が形成されており、これら隣接する気孔５０２の多くは互いに連通することで、本体部５０１全体において三次元網目状に気体の流路５０３が形成されている。
前記ガスノズル５１のガス流入口５２にはガス供給管５４の一端が接続されている。ガス供給管５４の他端は、バルブＶ３及びガス流量制御部５５を介してＨｅガスが貯留されたガス供給源５６に接続されている。そしてバルブＶ３が開かれるとガス供給源５６からガス供給管５４にＨｅガスが流れ込み、このＨｅガスはガス流量制御部５５により流量制御されてガスノズル５１のガス流路５３に流入する。ガス流路５３に流入したＨｅガスは、本体部５０１のガス流路５０３に流入し、このガス流路５０３からノズル５１の外部に向かう。既述のようにガス流路５０３は、本体部５０１全体において網目状に形成されているため、本体部５０１を通過した前記Ｈｅガスは、図３（ａ）、（ｂ）に矢印で示すようにガスノズル５１の側周壁の略全体から略均一な流速でガスノズル５１の外部に吐出される。なお本体部５０１の気孔５０２は、特許請求の範囲でいうガスノズルの吐出口に相当する。
また図１及び図２に示すようにガスノズル５１は、例えば水平方向に伸長するように支持部材５７ａを介してアーム体５７の一端に接続されている。アーム体５７の他端は、移動自在に構成された駆動部５８に接続されている。そして後述するようにウエハＷにレジスト液の塗布を行う際には駆動部５８に従ってガスノズル５１が、アーム体５７及び支持部材５７ａを介して待機領域２２から例えば図１（ｂ）及び図２に示すようにスピンチャック３１に載置されたウエハＷの中心部及び径方向をカバーするＨｅガスの吐出位置に移動し、当該中心部を含んだ径方向に沿ってウエハＷにＨｅガスが吐出される。なお図１中１００は制御部であり、駆動部３３及びバルブＶ３に接続されており、例えばこの塗布装置２の作用で説明するように駆動部３３を介してレジスト液を乾燥させるための回転数でウエハＷが回転し始めた時点あるいはそれよりも前において前記バルブＶ３を開き、また例えばバルブＶ３が開かれてから所定時間経過後に当該バルブＶ３を閉じるように制御する。
なおＨｅガスの吐出位置としてはこのような位置に限られず、例えばガスノズル５１の長さ方向の中心が、ウエハＷの中心部上に位置するように設定してもよいが後述するレジスト液の乾燥工程の初期例えば乾燥工程の開始後１０秒程度の間ウエハＷの中心部にＨｅガスが供給されるよう設定されることが必要である。この実施形態の作用でも説明するようにウエハＷに向かいダウンフローされた空気は、ウエハＷの遠心力によりウエハＷの中心側から周縁側へ向かって渦巻き状に流れる。そしてウエハＷの中心にＨｅガスが吐出されるとその吐出されたＨｅガスは前記空気の流れと合流してウエハＷの周縁側へ行き渡り、ウエハＷ表面全体に空気とＨｅガスとの混合気体により構成される層が形成される。この層における動粘性係数は、空気単独の動粘性係数よりも高くなるためウエハＷ上における遷移流の発生を抑えることができる。
なおガスノズル５１がＨｅガスを吐出する位置に移動したときに図１で示すノズル５１の下端からウエハＷの表面までの高さｈは、混合気体層中の空気とＨｅガスの混合比にもよるが、また後述するようにこの実施形態においてはウエハＷに供給されたレジスト液の乾燥を行う際にウエハＷを２６００ｒｐｍあるいは３０００ｒｐｍで回転させるがこの回転数である場合、０．２ｍｍ〜７０ｍｍであることが好ましい。ｈが０．２ｍｍよりも小さいとガスノズル５１がウエハＷに接触するおそれがあり、またガスノズル５１によりウエハＷ上に形成される気流が撹乱されてウエハＷの各部においてレジスト液の蒸発乾燥速度が不安定、不均一になり、形成されるレジスト膜の膜厚が不均一になるおそれがある。またｈが７０ｍｍを超える場合はウエハＷ上の空気がＨｅに置換される時間が長くなるおそれがある他に、ＨｅガスをウエハＷに供給した際にウエハＷの周縁部におけるガスの動粘性係数の値を十分に上昇させることができず本発明の十分な効果が得られなくなるおそれがある。
図１に示すように筺体２０内の上部にはパーティクルを除去するためのフィルタ６１が設けられており、フィルタ６１の上部には区画された空間である通気室６２が設けられている。通気室６２にはガス供給管６３の一端が開口しており、ガス供給管６３の他端はバルブＶ４を介して雰囲気ガスである空気が貯留された空気供給源６４に接続されている。バルブＶ４を開くと空気供給源６４の空気が例えば所定の流量でガス供給管６３を介して通気室６２に流入し、この通気室６２に流入した空気はフィルタ６１を通過してその空気に含まれるパーティクルが除去された後に筺体２０内に供給されるようになっている。なおフィルタ６１、ガス供給管６３及び空気供給源６４は請求の範囲で言う気流形成手段を形成する。
また図示は省略しているが例えば筺体２０の下部には筺体２０内の気体を排気する排気部が設けられており、既述のようにフィルタ６１から空気が供給されるとともに当該排気部が前記排気手段３０とは別途、例えば所定の流量で排気を行うことで筺体２０内に空気のダウンフローが形成されるようになっている。
次に既述の塗布装置２の作用について図５を参照しながら説明する。先ずバルブＶ４及びバルブＶ１を開き、さらに筺体２０の下部の排気部から排気を行い筺体２０内に図５中実線の矢印で示すように空気のダウンフローを形成する。続いて図示しない搬送機構がウエハＷを保持した状態で搬送口２１を介して筺体２０内に進入し、駆動部３３を介してスピンチャック３１が例えばカップ３４の外へ上昇する。スピンチャック３１がウエハＷの裏面中央部を吸着してウエハＷを水平に保持した後、このスピンチャック３１は下降してウエハＷがカップ３４内に収まる。その後駆動部４６を介してレジスト液供給ノズル４１が、ウエハＷの中心部上に移動するとともに駆動部５８を介してガスノズル５１が、ウエハＷの周縁付近に移動する。
続いて駆動部３３を介してスピンチャック３１に保持されたウエハＷが鉛直軸周りに例えば２０００ｒｐｍで回転し、ダウンフローでウエハＷ上に降りてきた空気は、この回転するウエハＷ上を周縁部に向けて遠心力により渦巻き状に広がる。次いでバルブＶ２が開かれ、レジスト液供給ノズル４１から供給されたレジスト液４ＡがウエハＷの中心部に吐出される。ウエハＷに供給されたレジスト液４Ａは遠心力により伸展するいわゆるスピンコーティングによってウエハＷ上の中心部から周縁部に広げられる（図５（ａ））。
ウエハＷの表面全体がレジスト液４Ａに覆われるとバルブＶ２が閉じられ、レジスト液供給ノズル４１からのレジスト液４Ａの供給が停止し、スピンチャック３１の回転数が例えば１００ｒｐｍに低下して、塗布されたレジスト液４Ａのレベリング（厚さが均一になるようにレジスト液をならすこと）が行われる。またこのときレジスト液供給ノズル４１が、駆動部４６を介してウエハＷの中心から退避すると共にガスノズル５１が、既述のＨｅガスを吐出する位置へ移動する（図５（ｂ））。
ガスノズル５１の移動後、バルブＶ３が開かれＨｅガス供給源５６からガス供給管５４に供給されたＨｅガスが流量制御部５５により流量が制御され、ガスノズル５１である多孔質体の周面からシャワー状に吐出され、当該Ｈｅガスが、ウエハＷの中心部を含む径方向に沿って例えば４０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給される。このＨｅガスの吐出と例えば同時かあるいはその吐出に若干遅れてウエハＷの回転数が例えば２６００ｒｐｍに上昇して、レジスト液４Ａの振り切り乾燥が行われる（図５（ｃ））。図６（ａ）、（ｂ）は、このＨｅガスがウエハＷに吐出されたときのウエハＷ周辺の各気体の流れを示したものであり、Ｈｅガスの流れを点線で、空気の流れを実線で夫々示している。この図に示すようにウエハＷ上に供給されたＨｅガスは、ウエハＷ表面に沿って中心から渦巻き状に広がる空気に合流して、Ｈｅガスと空気との混合気体からなる層がウエハＷ上を周縁部へと向かって広がるように渦巻流を形成し、この渦巻流によりウエハＷ上のレジスト液から溶剤が盛んに蒸発してレジスト液４Ａの乾燥が行われ、塗布膜であるレジスト膜が形成される。なお図５（ｃ）中の点線はこの混合気体層を示している。
レジスト液中の溶剤が蒸発する時間が経過した後、回転数はそのまま維持して例えば１０秒後にバルブＶ３を閉じてＨｅガスの供給を停止する（図５（ｄ））。Ｈｅガスの供給停止後もしばらくスピンチャック３１はそのままのスピードで回転させてレジスト液４Ａの乾燥を続けた後、乾燥のための回転数で回転を始めてから６０秒後に当該スピンチャック３１の回転を停止させる。その後既述のウエハＷの搬入時とは逆の手順でウエハが前記搬送機構に受け渡され、この搬送機構によりウエハＷは筺体２０から搬出される。
本実施形態の塗布装置２は、ウエハＷの表面にレジスト液によりスピンコーティングが行われ、その後レジスト膜を乾燥するにあたって空気によるダウンフローを行いながら、ウエハＷをレジスト膜の乾燥を行うための回転数（この例では２６００ｒｐｍ）で回転させる前からウエハＷの表面の中心を含む径方向に沿って空気よりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスであるＨｅガスを供給しているため、ウエハＷの中心部に向けてダウンフローされウエハＷの表面に沿って中心部から周縁部に広がる空気中にＨｅガスが混合され、この混合気体はウエハＷの表面全体に行き渡る。このためウエハＷ表面の気流の動粘性係数が空気だけの場合に比べて例えば１．５〜４倍程度大きくなる。ウエハＷの表面に形成される層流の半径はガスの動粘性係数に比例することから層流領域が広がり、１２インチサイズのウエハであれば層流領域内に十分収まる。レジスト膜からの溶剤の蒸発は、ウエハＷの回転数を乾燥のための回転数に上げたときの直後に盛んに蒸発し、またダウンフローによりウエハＷの表面に沿って流れる渦巻流においてウエハＷの表面に近い部位の気流はウエハＷの中心部に供給されたダウンフローにより形成され、この気流の上に中心部よりも外側の部位に供給された気流が積層された格好になる。従ってレジスト膜の表面の仕上がりは、ウエハＷの回転数が乾燥のための回転数になった直後において、ウエハＷの中心部に供給された気体による気流により概ね決定される。この例ではウエハＷが乾燥のための回転数で回転し始めたときにはウエハＷの中心部にＨｅガスが供給されているので、ウエハＷの表面における風車マークの生成を抑えることができ、良好な塗布処理を行うことができる。従ってこの実施の形態によればウエハＷのサイズが大型化しても風車マークの生成を抑えることあるいは回避することができる。
そしてウエハＷの表面に対する層流形成用ガスの供給をガスノズルにより行っているため、ウエハＷが置かれている雰囲気全体をＨｅガス等により置換する場合に比べてガスの消費が少なくて済み、またガスの置換に長い時間を要するという課題も解決される。またダウンフローの雰囲気中にウエハＷを配置し、ウエハＷの周囲から排気するようにしているのでウエハＷの上に蓋を設けて閉空間を形成する手法のように、ウエハＷから飛散したミストが蓋に付着してパーティクル発生の要因になるといった問題もない。
またガスノズル５１は、多孔質を介してガスが吐出するように構成されているので、つまり多孔質に形成された空隙をガス吐出孔としているので、Ｈｅガスがシャワー状にウエハＷの表面に均一に供給され、このためウエハＷの表面におけるＨｅガスの圧力分布が均一であり、この点からも乾燥されたレジスト膜の表面が滑らかであり、乾燥の仕上がりが良好である。
なお供給源６４に貯留される雰囲気ガスとしては空気に限らず、例えば窒素ガスやＡｒ（アルゴン）ガスを貯留し、この窒素ガスやＡｒガスによるダウンフローが筺体２０内に形成されてもよい。
また既述の層流形成用ガスとしてガスノズル５１から吐出されるガスは、雰囲気ガスとして用いられるガスよりも動粘性係数が大きいガスであればよく、例えばＨｅガスに代えて例えば水素などのガスを用いてもよい。また層流形成用ガスとして、Ｈｅガスと空気との混合ガス、Ｈｅガスと窒素ガスとの混合ガスなどであってもよい。
既述の実施形態においてはウエハＷに供給されたレジスト液をレベリングした後、ウエハＷの回転速度を上昇させたときにＨｅガスを供給しているが、そのレベリング後、ウエハＷの回転速度が上昇してから溶剤の殆どが蒸発するまでの間にウエハＷの表面に既述のＨｅガスと空気との混合気体による層が形成されていれば本発明の効果を達成できるため例えばレベリングの途中から溶剤の殆どが蒸発するまでの間ウエハＷにＨｅガスを吐出するようにしてもよい。ただしレベリング時にウエハＷへのＨｅガスの吐出を開始するよりも既述の実施形態のようにレベリング終了後にウエハＷの回転速度を上昇させ、乾燥工程の開始時にＨｅガスの吐出を開始する方がＨｅガスによるウエハＷの温度への影響が抑えられ、より面内均一性の高いレジスト膜が得られるため好ましい。
なお塗布処理を行うウエハＷの表面の面積の大きさをＳ１とし、ＨｅガスをウエハＷに供給する際におけるノズル５１のウエハへの投影領域の大きさをＳ２とした場合、この実施形態においては前記投影領域の大きさはノズル５１の下端面の大きさである。Ｓ１に対するＳ２の比Ｓ２／Ｓ１は小さくなるほど回転塗布を行う際に飛散してミスト状になったレジスト液が付着しにくくなり、当該レジスト液がパーティクルとなってウエハＷに落下することが防がれるため好ましく、従ってＳ２を大きくしたとしてもＳ２／Ｓ１は１／２以下であることが望ましいといえる。
なおガスノズルとしては、既述のように多孔質を用いたガスノズル５１を用いることが好ましいが例えば図７以降に示すような構成を有するものを用いてもよい。図７（ａ）、（ｂ）は夫々このガスノズル６５の側面、下面を示しており、このガスノズル６５は円筒状に構成されている。図中６６は吐出口である。図中６７は、ガス流路であり、ガスノズル６５内に当該ノズル６５の長さ方向に沿って設けられ、吐出口６６と連通している。このガスノズル６５は、前記ガス流路６７にガス供給管５４の一端が接続され、ウエハＷにＨｅガスを吐出する際には吐出口６６がウエハＷの中心部に向かうようにアーム体５７に接続される。なおガスノズル６５は、例えば図８（ａ）に示すように吐出口６６から吐出するガスがウエハＷの表面の中心部に垂直に向かうように鉛直に起立した姿勢で設けられていてもよいし、あるいはまた図８（ｂ）に示すようにウエハＷの上方から斜め下方に向かう姿勢で、ガスを前記中心部に向けて吐出するように設けられていてもよい。
またＨｅガスを供給するガスノズルは例えば図９に示すガスノズル７のような構成としてもよい。図９（ａ）、（ｂ）は夫々ガスノズル７の正面、下面を示している。このガスノズル７は既述のガス供給管５４に接続されるガス流路をなす円筒状の垂直基部７１と、その長さ方向の中央部に前記基部７１の下端が接続された水平管であるガス供給部７２とを備えた逆Ｔ字状に構成されている。ガス供給部７２の下面においては当該ガス供給部７２の長さ方向に沿って多数の孔部からなる吐出口７３が間隔をおいて前記下面全体に亘って設けられている。
ガスノズル７は例えば図１０（ａ）、（ｂ）に示すようにウエハＷにＨｅガスを吐出する際に各吐出口７３がウエハＷの表面に対向し、ガス供給部７２の一端側がウエハＷの中心部上に、他端側がウエハＷの周縁部上に位置してガス供給部７２がウエハＷの半径をカバーするように設けられ、そしてガス供給管５４からこのガスノズル７に供給されたＨｅガスは吐出口７３から図１０（ａ）中矢印で示すように真下に向けて吐出され、ウエハＷの中心部を含んだ径方向に沿って供給されるようになっている。
またガスノズルは例えば図１１に示すような構成としてもよい。図１１（ａ）、（ｂ）は夫々ガスノズル７４の正面、横断平面を示しており、このガスノズル７４は既述のガスノズル７と略同様に構成されるが、ガス供給部７２の下面には吐出口７５が設けられておらず、その代わりにガス供給部７２の両側全体に亘り、多数の吐出口７５がそのガス供給部７２の長さ方向に沿って夫々間隔をおいて配列されている。このガスノズル７４は、ＨｅガスをウエハＷに吐出する際に例えば図１１（ｃ）に示すように各吐出口７５からＨｅガスが水平に吐出され、吐出されたガスがウエハＷの表面に沿ってウエハＷの中心部上を通過するように設けられている。ただし吐出口７５とウエハＷとの距離が大きいと本発明の作用効果が得られないため前記吐出口７５の中心とウエハＷとの距離は例えば５ｍｍ〜１５ｍｍとする。
またガスノズルは例えば図１２に示すような構成としてもよい。図１２（ａ）、（ｂ）は夫々ガスノズル７６の正面、下面を示している。このガスノズル７６は図９に示すガスノズル７と略同様に構成されるが、ガス吐出口７３の他にガス供給部７２の両側全体に亘り、多数の孔部からなる吐出口７５がそのガス供給部７２の長さ方向に沿って夫々間隔をおいて配列されている。例えばこのガスノズル７６も図９に示すガスノズル７と同様にウエハＷにＨｅガスを供給する際にガス供給部７２が、ウエハＷの中心及び半径をカバーするように設けられ、吐出口７５からＨｅガスが水平方向に吐出されると同時に吐出口７３からＨｅガスが真下に向けて吐出されるようになっている。
ところでウエハＷの中心部から周縁部に向かうに従いそのウエハＷの周方向の長さが大きくなることからＨｅガスの密度をウエハＷの面内で揃えるためにウエハＷの中央側から周縁側に向かうに従いＨｅガスの流量が大きくなることが好ましい。具体的には例えば図１３（ａ）に示すようなガスノズル８によりウエハＷにＨｅガスを供給する。このガスノズル８は既述のガスノズル７と略同様に構成されており、またそのガスノズル７と同様にウエハＷにＨｅガスを吐出する際にはそのガス供給部７２がウエハＷの少なくとも半径をカバーするように構成されているが、吐出口７３が設けられる代わりに同じ大きさの口径を持つ吐出口８１がガス供給部７２の長手方向に沿って設けられており、これらの吐出口８１はウエハＷの周縁側に行くほどその配列密度が大きくなっている。なおこの例では図１３（ａ）、（ｂ）に示すように各吐出口８１はウエハＷの回転方向に沿って、斜め下に向けてＨｅガスを吐出するように設けられているが、ウエハＷの回転方向とは逆向きにＨｅガスが吐出されるように設けられていてもよく、またＨｅガスは斜め下方に向けて吐出されることに限らず例えば真下に向けて吐出されてウエハＷの中心部を含む径方向に供給されるようになっていてもよい。また例えばウエハＷの各所に供給されるＨｅガスの流量が、ウエハＷの中心からの距離に比例するように吐出口８１の配列密度を設定してもよい。
例えば図１４（ａ）に示すようなガスノズル８３を用いてもよい。このガスノズル８３は中空の扇形のブロック状に形成されており、その上部にはガス供給管５４が接続されている。そして扇形ブロックの下面全体に亘り例えば夫々間隔をおいて前記扇形ブロックの周方向に沿って多数の同じ口径を有する孔部からなる吐出口８４が開口している。前記周方向における吐出口８４の数は、内側方向から外側方向へ向かうに従って増加するようになっており、内側に設けられた吐出口８４はウエハＷの中心部にＨｅガスを吐出する。
また図１４（ｂ）に示すようにウエハＷの回転方向に対して順方向に渦を巻くような中空のブロック状に形成されたガスノズル８５を用いてもよい。このガスノズル８５の下面には例えば間隔をおいて多数の例えば同じ口径の孔部からなる吐出口８６が設けられており、ウエハＷの周縁側に向かうほどＨｅガスの吐出流量が増えるようになっている。
なおウエハＷの周縁側に向かうほどＨｅガスの吐出流量を増やすためには同じ口径の吐出口を周縁側に向かうほど配列密度が大きくなるように配列する他に例えば周縁側に配列された吐出口ほど径が大きくなるように各ガスノズルを構成してもよい。さらにまた小さな孔部を並べる代わりに、ガス供給部（例えばガス供給部７２）の長さ方向に伸びるスリットを吐出口として形成してもよく、この場合ウエハＷの周縁に向かうほど、スリット幅を連続的にあるいは段階的に大きくしてもよい。なお図１４（ａ）、（ｂ）に示すガスノズル８３，８５においてウエハＷに面する下側の壁部を既述のガスノズル５１の側周壁と同様な多孔質構造として、それら壁部の略全体から下方に向かい略均一な流速でＨｅガスが吐出されるようにしてもよい。
また例えば既述のガスノズル６５によりＨｅガスをウエハＷに供給する際に、Ｈｅガスの供給位置を中心部から周縁部に移動させるようにしてもよい。具体的には例えば乾燥工程を開始してから１０秒後までの間は図８（ａ）に示すようにウエハＷの中心部上にガスノズル６５が位置し、ウエハＷの中心部にＨｅガスが供給され、その後例えばガスノズル６５が水平方向に移動してウエハＷの周縁部上で停止し、当該周縁部にＨｅガスが供給されるようにしてもよい。またガスノズル６５を例えば水平軸周りに回動自在に構成してＨｅガスが供給されるポイントをウエハＷの中心部からウエハＷの周縁部に移動できるようにしてもよい。
なおこの塗布装置２は、基板にレジスト液を供給して成膜する場合に限らず、例えば薬液としてシリコン酸化膜などの絶縁膜を成膜するために絶縁膜の前駆体を含む薬液などを基板に塗布する場合にも用いることができ、さらに広く一般的な薬液を塗布する場合にも適用可能である。
実施例１としてレジスト液の代わりに市販の墨汁と市販の中性洗剤（商品名：ママレモン）とを夫々１対１の割合で混合して調製された油液が供給源４４に貯留されており、液供給ノズル４１からはレジスト液の代わりにその油液がウエハＷに供給されるようになっている他は既述の塗布装置２と同様に構成された塗布装置を用いて、既述の実施形態におけるレジスト液を塗布する手順に従って前記油液をウエハＷ上に塗布し、この油液による油膜を形成した。ウエハＷはその直径が３００ｍｍであるもの（１２インチサイズウエハ）を用い、Ｈｅガスを吐出するガスノズルは図７に示すガスノズル６５を使用した。なお以降説明する実施例のウエハＷのサイズはすべて直径３００ｍｍのものを用いている。またこの実施例１では油液の塗布処理中における筺体２０内の排気流量は２ｍ３／ｍｉｎとした。そして既述の実施形態と略同様の手順で液供給ノズル４１からの油液を滴下し、ウエハＷに油膜を形成した。ただし油液を滴下してからレベリングを終了するまでの時間は２０秒とし、またレベリング後の乾燥工程は、ウエハＷの回転数を３０００ｒｐｍに設定して６０秒間行い、この乾燥工程の開始から終わりまでの間、図８（ａ）に示すようにガスノズル６５を配置してウエハＷの中心部に６０秒間Ｈｅガスを吐出した。またガスノズル６５がＨｅガスを吐出する際におけるウエハＷ表面からガスノズル６５の吐出口６６までの高さは２．５ｍｍとし、Ｈｅガスの流量Ｑｉｎは３３Ｌ／ｍｉｎとした。形成された油膜を評価した結果、その表面には風車マークもＨｅガスの吐出跡も観察されなかった。
続けて実施例２として図１１（ａ）、（ｂ）に示したガスノズル７４を用い、ウエハＷにＨｅガスを供給する際には図１１（ｃ）に示すようにＨｅガスがウエハＷの表面に沿ってウエハＷの中心部上を含むように吐出されるようにして前記実施例１と同様に油液をウエハＷに供給して油膜を形成した。なおこの実施例２においてはウエハＷに供給するＨｅガスの流量Ｑｉｎの値を１９Ｌ／ｍｉｎまたは３８Ｌ／ｍｉｎにして夫々塗布処理を行い、形成された油膜の評価を行った。その結果Ｑｉｎが１９Ｌ／ｍｉｎの場合には風車マークが油膜に形成されたがＱｉｎが３８Ｌ／ｍｉｎの場合には油膜に風車マークの形成もＨｅガスの吐出跡も見られなかった。
続けて実施例３として図９に示すガスノズル７を用いて図１５（ａ）に示すガスノズル７の下端からウエハＷの表面までの高さｈ２及び吐出口７３の中心の向きとウエハＷの回転する向きとのなす角αを夫々変化させて各ウエハＷに実施例１と同様の手順で油膜を形成し、これらの各油膜を評価した結果を図１５（ｂ）の表に示した。この図１５（ｂ）の表において横軸には前記αの値を、縦軸には前記ｈ２の値を夫々記載している。表中の丸は形成された油膜に風車マークもＨｅガスの吐出跡も形成されていなかったこと、四角は、風車マークは形成されていなかったがＨｅガスの吐出跡が形成されていたこと、三角はＨｅガスの吐出跡は形成されていなかったが風車マークが形成されていたことを夫々示している。なおこの実施例３においては夫々前記αを５０°、ｈ２を１ｍｍとしたときのウエハＷに供給するＨｅガスの流量を１９Ｌ／ｍｉｎとし、夫々αを６０°、ｈ２を８ｍｍとしたときのＨｅガスの流量を３０Ｌ／ｍｉｎとした。またαを９０°、ｈ２を２０ｍｍとしたときのＨｅガスの流速をＨｅガスの６０Ｌ／ｍｉｎとした。α及びｈ２がその他の値の場合はＨｅガスの流量を２７Ｌ／ｍｉｎとした。
図１５（ｂ）の表に示されるようにｈ２が１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で前記角αやＨｅガスの流速を調節することにより風車マークの形成を防ぐことができた。また表中に示されるようにｈ２とαとの大きさによってはＨｅガスの吐出跡がウエハＷの周方向に溝状に形成されているものがあった。ただしこのような吐出跡はＨｅガスがウエハＷに衝突するポイントに圧力がかかることで形成されるため発明者は例えば吐出口７３をスリット状に形成して、このスリットからＨｅガスがウエハＷの中心部及び半径をカバーするように吐出されるようにしたり、吐出口７３を設ける代わりに水平管であるガス供給部７２の周壁を既述のガスノズル５１のように多孔質構造としてその孔からＨｅガスを吐出したりすることでこのような吐出跡の付着を防ぐことができると考えている。
続いて実施例４−１として既述の実施形態で示した塗布装置２を用いて、既述の実施形態の手順と略同様の手順でウエハＷにＡｒＦのレジスト膜の成膜処理を行った。滴下したレジスト液をレベリングした後の乾燥工程においては、図１６（ａ）にも示すように既述の実施形態で使用したガスノズル５１（図１〜図３参照）を用いてＨｅガスをウエハＷの中心部から周縁部に亘り径方向に沿って吐出した。またこの乾燥工程におけるウエハＷの回転数は２６００ｒｐｍとし、Ｈｅガスの流量は４０Ｌ／ｍｉｎとした。また図１にｈで示すガスノズル５１の下端とウエハＷとの距離は２ｍｍとした。
また実施例４−２として既述の実施例４−１と略同様の手順でウエハＷにレジスト膜の成膜処理を行った。ただしこの実施例４−２のガスノズル５１において、図１６（ｂ）に示すようにＨｅガスを吐出する際にガスノズル５１のウエハＷの周縁部上に位置する端部をカバー９１で覆うことでウエハＷの周縁部に向けてＨｅガスが吐出されないようにした。
次に実施例４−３として既述の実施例４−１及び４−２と略同様にウエハＷにレジスト膜の成膜処理を行った。この実施例４−３においてはガスノズル５１の代わりにガスノズル９２を用いた。このガスノズル９２は、前記ガスノズル５１よりもその周壁が長いことを除いてガスノズル５１と同様に構成されている。ウエハＷにＨｅガスを吐出する際において、このガスノズル９２は、図１６（ｃ）に示すようにその一端がウエハＷの周縁部上に位置するとともにその他端が中心部上を十分通るように長く構成され、ウエハＷの直径上に水平方向に設けられている。
さらに実施例４−４として実施例４−３と同様にガスノズル９２を用いて実施例４−３と同様にレジスト膜の成膜処理を行った。ただしＨｅガスを吐出する際にガスノズル９２は、図１６（ｄ）に示すようにウエハＷの周縁上に位置するその一端よりもウエハＷの中央に向かうその他端が高くなるように傾いて設けられている。
続いて比較例４−１として実施例４−１と同様に塗布装置２を用いてウエハＷにレジスト膜の成膜処理を行った。ただし図１７（ａ）に示すようにガスノズル５１のＨｅガスを吐出する際にウエハＷの中心部上に位置する側の端部をカバー９１で覆い、中心部に向けてＨｅガスが吐出されないようにした。
また比較例４−２として図１７（ｂ）に示すようにガスノズル５１の両端をカバー９１で覆いウエハＷの中心部及び周縁部に向けてＨｅガスが吐出されないようにした。
図１８（ａ）〜（ｃ）は実施例４−１〜４−４及び比較例４−１〜４−２で成膜処理されたウエハＷを示した図である。実施例４−１〜４−３においては図１８（ａ）に示すように各ウエハＷの中心部上にＨｅガスの吐出跡９３が形成されており、また各ウエハＷの周縁部に風車マークは形成されていなかった。実施例４−４においては図１８（ｂ）に示すように風車マークもＨｅガスの吐出跡９３も見られなかった。比較例４−１及び比較例４−２のウエハＷについては図１８（ｃ）で示すようにウエハＷの内側領域に風車マーク９４が形成されていた。また風車マーク９４が形成された部位の外側の部位は乱流に曝され、この乱流の流れが転写したことによる筋が多数見られた。
従ってこれらの実施例４−１〜実施例４−４及び比較例４−１〜比較例４−２から中心部を含んだ領域にＨｅガスを供給することでウエハＷの表面近傍の気体の動粘性係数が上昇し、層流の形成領域が増大して風車マークの形成が防止されレジスト膜の膜厚が均一となる領域を広げることができることが確認された。
また実施例４−１〜実施例４−４から明らかなように実施例４−１〜実施例４−３におけるＨｅガスの吐出跡９３については、ガスノズル５１とウエハＷとの距離とを調節することで改善できる。なおこの吐出跡９３は、中心部に供給されるＨｅガスの流量が多いために圧力がかかることによって形成されたものであり、Ｈｅガスの流量を調節することによっても改善できると考えられる。
また塗布装置２を用いてＨｅガスの供給開始のタイミングと供給停止のタイミングとを夫々変化させて各ウエハＷにレジスト膜を成膜した。図１９は、そのＨｅガスの吐出及び停止のタイミング、ウエハＷにレジストを滴下するタイミング、レベリングを開始するタイミング及びレジスト液の乾燥を開始するタイミングをグラフに表したものであり、このグラフの横軸は時間を、縦軸はウエハＷの回転数を夫々示している。このグラフに示すようにウエハＷの回転数を２０００ｒｐｍにしてウエハＷにレジスト液を滴下し、レジスト液を滴下してから３秒後にウエハＷの回転数を１００ｒｐｍにしてレベリングを１０秒間行い、その後ウエハＷの回転数を２６００ｒｐｍにして６０秒間レジスト液の乾燥を行った。ガスノズルとしては既述の実施形態と同様にガスノズル５１を用いてウエハＷの中心部から周縁部にかけて径方向にＨｅガスが吐出されるようにした。またこの乾燥工程におけるＨｅガスの流量は４０Ｌ／ｍｉｎとした。また図１にｈで示すガスノズル５１の下端とウエハＷとの距離は２ｍｍとした。
以上のような条件において実施例５−１としてレベリング開始から５秒後にＨｅガスの吐出を開始し、乾燥工程を開始してから１０秒後にガスの吐出を停止した。実施例５−２としてはレベリング工程の開始と同時にＨｅガスを吐出し、乾燥工程を開始してから１０秒後にＨｅガスを停止した。実施例５−３としてはレベリング工程の開始から５秒前にＨｅガスを吐出し、乾燥工程を開始してから１０秒後にＨｅガスを停止した。実施例５−４としては乾燥工程の開始と同時にＨｅガスを吐出し、吐出してから５秒後にＨｅガスを停止した。実施例５−５としては乾燥工程の開始と同時にＨｅガスを吐出し、吐出してから１０秒後にＨｅガスを停止した。実施例５−６としては乾燥工程の開始と同時にＨｅガスを吐出し、吐出してから１５秒後にＨｅガスを停止した。
結果としては実施例５−１〜実施例５−３及び実施例５−５〜実施例５−６においては図１８（ａ）で示すようにウエハＷの周縁部に吐出跡９３が形成されていたが、実施例５−４においては図１８（ｃ）に示すようにウエハＷの内側領域に風車マークが形成されていた。既述のように乾燥工程においてＨｅガスを供給することがレジスト膜の均一性を高めるためには好ましく、これらの実施例５−１〜実施例５−６から乾燥工程においてのみＨｅガスを供給しても十分な時間Ｈｅガスを供給すれば本発明の効果が得られることが分かる。なお実施例５−４においてはＨｅガスの供給時間が短く、レジスト膜が硬化するまでの期間に渡ってガスを供給しなかったために風車マークが形成されたと考えられる。
続けて塗布装置２においてガスノズル５１の高さ（図１で示すｈの大きさ）、ガスノズル５１から吐出されるＨｅガスの流量及び乾燥工程におけるウエハＷの回転数を夫々変化させて既述の実施形態の手順に従い各ウエハＷにレジスト膜の成膜を行った。実施例６−１としてｈ＝５ｍｍ、Ｈｅガス流量を２０Ｌ／ｍｉｎに設定した。実施例６−２としてはｈ＝５ｍｍ、Ｈｅガス流量を４０Ｌ／ｍｉｎに設定した。実施例６−３としてｈ＝２ｍｍ、Ｈｅガス流量を２０Ｌ／ｍｉｎに設定した。実施例６−４としてｈ＝２ｍｍ、Ｈｅガス流量を４０Ｌ／ｍｉｎに設定した。そして実施例６−１〜実施例６−４の乾燥工程において処理を行うウエハ毎にその回転数を１６００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの範囲で１００ｒｐｍ毎に変化させて成膜処理を行った。また比較例６−１としてガスノズル５１からＨｅガスの代わりにＮ2ガスをウエハＷに流量４０Ｌ／ｍｉｎで吐出した他は実施例６−１と同様に成膜処理を行った。ガスノズル５１とウエハＷとの距離ｈは５ｍｍとした。
図２０の表は、実施例６−１〜実施例６−４の結果及び比較例６−１の結果を示したものであり表中の○は、ウエハＷに風車マークが形成されていなかったことを示す。また×は風車マークが形成されていたこと、××は風車マーク及び風車マークの外側に乱流に曝されたことによる筋が形成されていたことを示す。この表に示すように実施例６−１では２２００ｒｐｍまで、実施例６−２では２２００ｒｐｍまで、実施例６−３では２３００ｒｐｍまで、実施例６−４では２６００ｒｐｍまで夫々風車マークの形成が抑えられ、良好な成膜処理が行われた。また実施例６−１では２５００ｒｐｍまで、実施例６−２では２５００ｒｐｍまで、実施例６−３では２８００ｒｐｍまで、実施例６−４では２９００ｒｐｍまでウエハＷ上において乱流の形成が抑えられていることが分かる。それに対して比較例６−１では１８００ｒｐｍまでしか風車マークの形成が抑えられず２４００ｒｐｍ以上の回転数で乱流が発生したことが分かる。従ってＨｅガスをウエハＷに供給することで層流の形成領域を広げ、ウエハＷ表面における遷移流及び乱流の形成が抑制されることが分かる。
続いて本発明の効果を確認するために比較例７−１、実施例７−１〜７−３の成膜を行った。図２１（ａ）は、これらの比較例７−１、実施例７−１、７−３で使用するガスノズル１０１の構成について示している。図中１０２は、下面が開口している偏平な円筒形状に構成されたガス供給ヘッドである。またガス供給ヘッド１０２の開口部を塞ぐように例えば多孔質のセラミックスにより構成されるガス供給板１０３が設けられている。図２１（ｂ）に示すようにガス供給板１０３は円形であり、その直径は５０ｍｍである。図中１０４は、ガス供給ヘッド１０２及びガス供給板１０３により囲まれる通気室であり、ガス供給ヘッド１０２の上部中央に接続されたガス供給管５４に連通している。ガス供給管５４から通気室１０４に供給されたＨｅガスは、ガス供給板１０３に設けられた孔を通過し、図中矢印で示すように当該ガス供給板１０３の下面全体から下方に向けてシャワー状に吐出される。
続いて比較例７−１として図２２（ａ）に示すようにガスノズル５１に代えてガスノズル１０１を用いて実施例６−１〜実施例６−４と同様の手順に従い、レジストの乾燥工程において夫々回転数を変化させたウエハＷに対してＨｅガスを供給しながらレジスト膜の成膜を行った。ただしこの比較例７−１においてＨｅガスをウエハＷに供給する際にガスノズル１０１は、図中ｈ３で示された、その下端とウエハＷ表面との距離が２５ｍｍになる高さ位置に設けられている。なお前記高さ位置においてガスノズル１０１のガス供給板１０３はウエハＷに平行であり、ウエハＷの中心部を覆っている。またＨｅガスの流量は１０Ｌ／ｍｉｎに設定した。
続いて実施例７−１としてＨｅガスの流量を３０Ｌ／ｍｉｎにした他は比較例７−１と同様の手順及び同様の処理条件で各ウエハＷに異なる回転数で成膜処理を行った。
また実施例７−２として図２２（ｂ）に示すようにガスノズル１０１の代わりにガスノズル９５を用いて、このガスノズル９５からＨｅガスを供給しながら実施例７−１と同様に各ウエハＷ毎にそのレジストの乾燥工程における回転数を変化させてレジスト膜の成膜を行った。このガスノズル９５は実施例６−１〜６−４で用いたガスノズル５１と略同様に構成されているが、その長さはガスノズル５１よりも短く１００ｍｍである。またガスノズル９５はＨｅガスを供給する際にはウエハＷの径方向に沿うように設けられるが、図２２（ｂ）に示すようにそのガス供給時にはウエハＷの中心部及び端部をカバーしておらず、ウエハＷの中心部にはダウンフローされた空気が供給される。また図中ｈ４で示された、ウエハＷ表面からＨｅガスを供給する際のガスノズル９５の下端までの高さは２ｍｍに設定し、Ｈｅガスの流量は３０Ｌ／ｍｉｎに設定した。
さらに実施例７−３として図２２（ｃ）に示すようにガスノズル１０１、ガスノズル９５から夫々Ｈｅガスを供給しながら各ウエハＷ毎にレジストの乾燥工程における回転数を変化させてレジスト膜の成膜を行った。この実施例７−３においてはウエハＷにＨｅガスを供給する際のガスノズル１０１、ガスノズル９５の位置は夫々、実施例７−１、実施例７−２と同様に設定した。またガスノズル１０１からのＨｅガスの流量、ガスノズル９５からのＨｅガスの流量は夫々１０Ｌ／ｍｉｎ、３０Ｌ／ｍｉｎに設定した。
比較例７−１、実施例７−１〜実施例７−３の結果を表として図２３に示した。表中の○、×、××の各記号は図２０に用いられている各記号と同一の意味を表している。この表に示すように実施例７−１では２２００ｒｐｍまで、実施例７−２では２２００ｒｐｍまで、実施例７−３では２４００ｒｐｍまで夫々風車マークの形成が抑えられ、良好な成膜処理が行われた。また比較例７−１では比較例６−１と同じデータを示しており、このことからｈ３＝２５ｍｍでＨｅ流量が１０Ｌ／ｍｉｎの場合においては、実質的にＨｅを流す効果がないことが判る。
また実施例７−２の結果からＨｅガスは、既述の実施例６−１〜６−４のようにウエハＷの中心部に供給されなくても風車マークの発生を抑えることが分かる。このことから、ウエハＷの中心の上方空間には層流が形成されており、かつ、ウエハ表面が雰囲気ガス（例えば空気）で満たされていてＨｅが無い状態において遷移流が発生する場所より上流側（ウエハの中心寄り）の位置からＨｅを流すことにより、風車マークの発生を抑制することが出来るものと考えられる。
また既述の比較例４−１及び比較例４−２のウエハＷの表面において図１８（ｃ）に示すように風車マークが形成されてレジストの膜厚が不均一となったのは、フィルタ６１からダウンフローされた空気もカバー９１に遮られてウエハＷの中心上方空間に層流が供給されなかったためと考えられる。
さらに実施例７−３のようにガスノズル９５、ノズル１０１からＨｅガスが夫々ウエハＷの異なる位置、この例では中心部と中心部よりも外側の領域とに供給されるように構成された場合、Ｈｅガスを供給するノズル９５，１０１からウエハＷまでの距離や各ノズルから供給されるガス流量について、これらのパラメータを夫々独立して調整することができるためレジストの膜厚の均一性をより向上させることができ、従ってウエハＷの中心部において実施例４−１〜４−３でみられたようなＨｅガスの吐出跡９３が形成されることを抑えることができる。なお実施例７−２から明らかなように、ガスノズル１０１からはＨｅガスに代えて空気を吐出するようにしてもよい。
続いて実施例６−３、実施例７−３において各々同一の回転数（２２００ｒｐｍ）で処理されたウエハＷを選択し、これらのウエハＷのレジストの膜厚を測定した。図２４は各ウエハについての中心からの位置とその位置におけるレジストの膜厚との関係を示したグラフであり、このグラフに示すように実施例７−３において処理されたウエハＷの方がレジスト膜の膜厚の均一性は高かった。
なお上述の各実施例、各比較例において示したＨｅガスの流量は、空気及びＮ2ガスの流量を測定するための簡易フローメータにより測定したものであり、Ｈｅガスの実際の流量は示した流量の１．４倍程度に大きくなると考えられる。
本発明の塗布装置の一例を示す縦断側面図及び横断平面図である。 前記塗布装置に設けられた各ノズルの構成を示した斜視図である。 前記塗布装置に設けられたヘリウムガスを吐出するガスノズルの構成を示した説明図である。 前記ガスノズルの側周壁の構成の一例を示した縦断面図である。 前記塗布装置によりレジスト液をウエハに塗布する様子を示した工程図である。 前記ガスノズルの傾きを変えてガス吐出を行う様子を示した説明図である。 ヘリウムガスを吐出するガスノズルの他の構成の一例を示した説明図である。 前記ガスノズルを用いてウエハにガス吐出を行う様子を示した説明図である。 ヘリウムガスを吐出するガスノズルの他の構成の一例を示した説明図である。 前記ガスノズルを用いてウエハにガス吐出を行う様子を示した説明図である。 ヘリウムガスを吐出するガスノズルの他の構成の一例を示した説明図である。 ヘリウムガスを吐出するガスノズルの他の構成の一例を示した説明図である。 他の構成のガスノズルを用いてウエハにガス吐出を行う様子を示した説明図である。 他の構成のガスノズルを用いてウエハにガス吐出を行う様子を示した説明図である。 ガスノズルのウエハに対する角度及び高さを変えてウエハに油膜を形成した際の油膜の状態を示した表である。 ガスノズルの構成を夫々変えて各ウエハにガス吐出を行う様子を示した説明図である。 ガスノズルの構成を夫々変えて各ウエハにガス吐出を行う様子を示した説明図である。 各ウエハの表面の様子を示した斜視図である ウエハの回転数と各工程を開始するタイミングとヘリウムガスを吐出するタイミングとを示したグラフである。 乾燥工程におけるウエハの回転数とウエハの表面の様子との関係を示した表である。 実施例で用いられるガスノズルの構成図である。 実施例において各ガスノズルからウエハにガスを吐出する様子を示した説明図である 乾燥工程におけるウエハの回転数とウエハの表面の様子との関係を示した表である。 ウエハの中心からの距離とウエハ表面のレジストの膜厚との関係を示したグラフである。 ウエハＷに遷移流が形成される様子を示した説明図である。 ウエハの周囲のガス動粘性係数が変化したときの層流が形成される領域の変化を示した説明図である。
符号の説明
Ｗ 半導体ウエハ
２ 塗布装置
３０ 排気手段
３１ スピンチャック
３３ 駆動部
４１ レジスト液供給ノズル
５１ ガスノズル
６１ フィルタ

Claims (14)

  1. 基板を基板保持部に水平に保持させ、薬液ノズルから基板の中心部に薬液を供給し、基板保持部を回転させて遠心力により基板の表面に薬液を広げて塗布する塗布装置において、
    前記基板保持部に保持された基板の表面に雰囲気ガスのダウンフローを形成する気流形成手段と、
    基板の周囲の雰囲気を排気するための排気手段と、
    雰囲気ガスよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを、基板の表面に供給するためのガスノズルと、を備え、
    基板の中心部には前記雰囲気ガスあるいは前記層流形成用ガスが供給されることを特徴とする塗布装置。
  2. 前記ガスノズルは、横方向に伸び、基板の回転中心を中心とする円の径方向に沿って形成されたガス吐出口を備えていることを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
  3. 前記ガスノズルは、ガス吐出口をなす多孔質体を備え、この多孔質体を通ってガスが吐出されるように構成されている請求項１または２記載の塗布装置。
  4. 前記ガスノズルは、長さ方向に配列された多数の孔からなるガス吐出口を備えている請求項２記載の塗布装置。
  5. 前記ガスノズルは、基板の周縁に近いガス吐出口ほど吐出流量が大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の塗布装置。
  6. 前記ガスノズルは、基板の中心部と当該中心部から離れている領域との両方に層流形成用のガスを供給するように構成されている請求項１ないし５のいずれか一に記載の塗布装置。
  7. 前記ガスノズルは、基板の中心部から離れている領域に層流形成用のガスを供給するように構成され、基板の中心部は、雰囲気ガスのダウンフローに曝されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載の塗布装置。
  8. 前記ガスノズルとは別個に、基板の中心部に層流形成用のガスまたは雰囲気ガスを供給するためのガスノズルを備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載の塗布装置。
  9. 基板を基板保持部に水平に保持させる工程と、
    前記基板保持部に保持された基板の表面に雰囲気ガスのダウンフローを形成しながら基板の周囲の雰囲気を排気する工程と、
    基板の中心部に薬液ノズルから薬液を供給し、基板保持部を回転させて遠心力により基板の表面に薬液を広げて塗布する工程と、
    基板の表面に薬液を塗布した後、基板を回転させている状態でガスノズルから雰囲気ガスよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを、基板の表面に供給すると共に基板の中心部に前記雰囲気ガスまたは前記層流形成用ガスを供給しながら薬液を乾燥させる工程と、を備えたことを特徴とする塗布方法。
  10. 層流形成用ガスを基板の表面に供給すると共に基板の中心部に前記雰囲気ガスまたは層流形成用ガスを供給するタイミングは、薬液を乾燥させるための回転数で基板が回転し始めた時点あるいはそれよりも前であることを特徴とする請求項９記載の塗布方法。
  11. 前記ガスノズルは、横方向に伸び、基板の回転中心を中心とする円の径方向に沿って形成されたガス吐出口を備えていることを特徴とする請求項９または１０記載の塗布方法。
  12. 前記ガスノズルは、ガス吐出口をなす多孔質体を備え、この多孔質体を通ってガスが吐出されるように構成されている請求項９ないし１１のいずれか一に記載の塗布方法。
  13. 前記ガスノズルは、長さ方向に配列された多数の孔からなるガス吐出口を備えている請求項９ないし１１のいずれか一に記載の塗布方法。
  14. 前記ガスノズルは、基板の周縁に近いガス吐出口ほど吐出流量が大きいことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一に記載の塗布方法。
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