JP2007299941A - レジスト塗布方法、レジスト塗布装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】レジスト液をスピンコーティングにより塗布するにあたって、レジスト液の消費量を抑え、かつレジスト膜の膜厚について高い面内均一性を得ること
【解決手段】基板の表面を予め溶剤により濡らしておき、次いで基板を、基板の表面に乱流が発生する回転数領域よりも低い第1の回転数例えば3200rpmまで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布する。その後、第2の回転数例えば500rpm以下まで減速し、レジスト液の膜厚の面内分布を整え、第1の回転数よりも低く、第2の回転数よりも高い第3の回転数例えば1400rpmまで加速して残余のレジスト液を振り切る。
【選択図】図3
【解決手段】基板の表面を予め溶剤により濡らしておき、次いで基板を、基板の表面に乱流が発生する回転数領域よりも低い第1の回転数例えば3200rpmまで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布する。その後、第2の回転数例えば500rpm以下まで減速し、レジスト液の膜厚の面内分布を整え、第1の回転数よりも低く、第2の回転数よりも高い第3の回転数例えば1400rpmまで加速して残余のレジスト液を振り切る。
【選択図】図3
Description
本発明は、半導体ウエハ等の基板にレジスト液を塗布するレジスト塗布方法及びレジスト塗布装置に関する。
半導体デバイスの製造プロセスにおけ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)の表面にレジスト膜を形成するレジスト塗布処理が行われるが、この塗布処理としては、一般にスピンコーティング法が採用されている。スピンコーティング方法は、図14に示すようにスピンチャック10にウエハWを吸着した状態で、レジスト液をノズル11からウエハWの表面の中心部に供給すると共にスピンチャック10を高速回転させ、レジスト液を遠心力によってウエハWの径方向外方に向かって広げる手法である。
このようなレジスト塗布を行うにあたっては、高い面内均一性をもってレジスト液をウエハ上に塗布すること必要である。またスピンコーティング法は、ウエハ上に供給されたレジスト液の大部分が振り切られてしまい、そしてレジスト液は極めて高価であることから、ウエハ上へのレジスト液の供給量を少なくすることも重要である。
そこで特許文献1には、フォトレジストを基板上に回転塗布する際に基板をフォトレジストの成膜回転数より高い回転数で回転させながらフォトレジストを滴下して基板の表面にフォトレジストを広げた後、基板の回転数を減速して、所定の膜厚になる成膜回転数とすることが記載され、成膜回転数以上の回転数とは、例えば加速中の回転数であることが記載されている。より具体的には、ウエハを乱流発生回転数以上の回転数例えば7000rpmまで加速する途中でレジスト液をウエハ上に滴下し、滴下終了直後に成膜回転数である3000rpm程度まで減速することが記載されている。
しかしながら、回転数の加速中にレジスト液をウエハ塗布すると、レジスト液の供給開始初期においては回転数が低いので、レジスト液がウエハ表面上をスムースに拡散せず、液膜に筋が入りやすく、一旦筋が入ると回転数が高くなってもその筋に沿ってレジスト液が広がろうとするので、塗布むらが発生してしまい、到底採用できる手法ではない。
また特許文献2には、停止しているウエハ上にシンナーをプリウエットし、次いでウエハを第1の回転数である4500rpm(実際の実験では3500rpmである)で回転させ、その後第2の回転数である500rpmまで減速し、更に第3の回転数である3000rpmで回転させることが記載されている。この手法では、予めシンナーによりウエハ表面をプリウエットしていることから、レジストがより拡散しやすくなり、結果として少量のレジスト液量で均一なレジスト膜を形成することができるかもしれない。
ところで、半導体デバイスのパターンの微細化と薄膜化とが要求されることから、そのようなフォトリソグラフィーに適応できるレジスト液が種々開発されているが、レジスト液に厳しい物性が要求されることから、レジスト液のコストが以前に増して高騰しつつあり、現状ではレジスト液は極めて高価のものとなっている。このためレジストの消費量をより一層抑えなければならない状況にあり、今まで以上に省レジスト化を図ることができ、かつ膜厚について高い面内均一性を確保できる塗布方法が望まれている。
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、レジスト液をスピンコーティングにより塗布するにあたって、レジスト液の消費量を抑え、かつレジスト膜の膜厚について高い面内均一性を得ることのできる技術を提供することにある。
本発明のレジスト塗布方法は、基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させる工程と、
続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布する工程と、
基板の回転数が第1の回転数に達した後、第2の回転数まで減速し、この第2の回転数で基板を回転させることによりレジスト液の膜厚の面内分布を整える工程と、
前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止する工程と、
その後第2の回転数よりも高い第3の回転数まで加速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする。
この場合、第2の回転数は、例えば1000rpm以下である。また第3の回転数は例えば第1の回転数よりも低くてもよいが、高くてもよい。
他の発明のレジスト塗布方法は、基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させる工程と、
続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中央部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布する工程と、
基板の回転数が第1の回転数に達した後、第3の回転数まで減速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させる工程と、
前記基板を第1の回転数まで加速する間にレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止する工程と、を含むことを特徴とする。
続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布する工程と、
基板の回転数が第1の回転数に達した後、第2の回転数まで減速し、この第2の回転数で基板を回転させることによりレジスト液の膜厚の面内分布を整える工程と、
前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止する工程と、
その後第2の回転数よりも高い第3の回転数まで加速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする。
この場合、第2の回転数は、例えば1000rpm以下である。また第3の回転数は例えば第1の回転数よりも低くてもよいが、高くてもよい。
他の発明のレジスト塗布方法は、基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させる工程と、
続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中央部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布する工程と、
基板の回転数が第1の回転数に達した後、第3の回転数まで減速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させる工程と、
前記基板を第1の回転数まで加速する間にレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止する工程と、を含むことを特徴とする。
以上において、基板が第3の回転数よりも低い回転数のときにレジスト液の塗布を開始することが好ましい。
本発明のレジスト塗布装置は、基板を水平に保持する基板保持部と、
この基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記基板保持部に保持された基板に、表面を濡らすための液剤を液剤ノズルを介して供給する液剤供給部と、
前記基板保持部に保持された基板の中心部にレジスト液ノズルを介して供給するレジスト液供給部と、
基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させるステップと、続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布するステップと、基板の回転数が第1の回転数に達した後、第2の回転数まで減速し、この第2の回転数で基板を回転させることによりレジスト液の膜厚の面内分布を整えるステップと、前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止するステップと、その後第2の回転数よりも高い第3の回転数まで加速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させるステップと、を実行するように、回転駆動部、液剤供給部及びレジスト液供給部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
この基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記基板保持部に保持された基板に、表面を濡らすための液剤を液剤ノズルを介して供給する液剤供給部と、
前記基板保持部に保持された基板の中心部にレジスト液ノズルを介して供給するレジスト液供給部と、
基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させるステップと、続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布するステップと、基板の回転数が第1の回転数に達した後、第2の回転数まで減速し、この第2の回転数で基板を回転させることによりレジスト液の膜厚の面内分布を整えるステップと、前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止するステップと、その後第2の回転数よりも高い第3の回転数まで加速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させるステップと、を実行するように、回転駆動部、液剤供給部及びレジスト液供給部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
他の発明のレジスト塗布装置は、基板を水平に保持する基板保持部と、
この基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記基板保持部に保持された基板に、表面を濡らすための液剤を液剤ノズルを介して供給する液剤供給部と、
前記基板保持部に保持された基板の中心部にレジスト液ノズルを介して供給するレジスト液供給部と、
基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させるステップと、続いて基板を、基板の表面に乱流が発生する回転数領域よりも低い第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布するステップと、基板の回転数が第1の回転数に達した後、第3の回転数まで減速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させるステップと、前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止するステップと、を実行するように、回転駆動部、液剤供給部及びレジスト液供給部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
更に他の発明は、回転する基板にレジスト液を供給して塗布するレジスト塗布装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、前記プログラムは、本発明の上記のレジスト塗布方法を実施するためのステップ群が組み込まれていることを特徴とする。
この基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記基板保持部に保持された基板に、表面を濡らすための液剤を液剤ノズルを介して供給する液剤供給部と、
前記基板保持部に保持された基板の中心部にレジスト液ノズルを介して供給するレジスト液供給部と、
基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させるステップと、続いて基板を、基板の表面に乱流が発生する回転数領域よりも低い第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布するステップと、基板の回転数が第1の回転数に達した後、第3の回転数まで減速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させるステップと、前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止するステップと、を実行するように、回転駆動部、液剤供給部及びレジスト液供給部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
更に他の発明は、回転する基板にレジスト液を供給して塗布するレジスト塗布装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、前記プログラムは、本発明の上記のレジスト塗布方法を実施するためのステップ群が組み込まれていることを特徴とする。
本発明によれば、基板の表面を予め溶剤により濡らしておくことによりレジスト液が拡散しやすい状態としておき、続いて基板の回転の加速中にレジスト液の全部あるいは大部分を塗布しているので、レジスト液が高い均一性をもって広がる。そして後述の評価実験からも明らかなように第1の回転数で基板を回転させている間にレジスト液を基板上に供給する場合に比べて(特許文献2の手法に比べて)、レジスト液をより効率的に基板の外周まで広げることができ、従ってレジスト液の消費量を少なくすることができる。即ち、少量のレジスト液でありながら膜厚の面内均一性の高い塗布処理を行うことができる。
本発明の実施の形態に係るレジスト塗布装置について図1及び図2を参照しながら説明する。図1中の20は基板保持部をなすスピンチャックであり、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。このスピンチャック20はモータなどを含む回転駆動部21により鉛直回りに回転でき、かつ昇降できるようになっている。またスピンチャック20の下方側には断面形状が山形のガイドリング22が設けられており、このガイドリング22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20及びガイドリング22を囲むようにカップ体23が設けられている。
このカップ体23は上面にスピンチャック20が昇降できるようにウエハWよりも大きい開口部が形成されていると共に、側周面とガイドリング22の外周縁との間に排出路をなす隙間24が形成されている。前記カップ体23の下方側は、ガイドリング22の外周縁部分と共に屈曲路を形成して気液分離部を構成している。また前記カップ体23の底部の内側領域には排気口25が形成されており、この排気口25には排気管25aが接続されている。さらに前記カップ体24の底部の外側領域には排液口26が形成されており、この排液口26には排液管26aが接続されている。
またレジスト塗布装置は、ウエハW表面の中心部にレジスト液を供給するためのレジスト液ノズル30とウエハW表面の中心部に液剤例えば溶剤(シンナー)を供給するための溶剤ノズル40を備えている。前記レジスト液ノズル30は、レジスト液供給管31を介してレジスト液を供給するレジスト液供給源32に接続されている。また前記レジスト液供給管31にはバルブや流量調整部等を含む供給機器群33が介設されている。前記溶剤ノズル40は、溶剤供給管41を介して溶剤例えばシンナーを供給する溶剤供給源42に接続されている。また前記溶剤供給管41にはバルブや流量調整部等を含む供給機器群43が介設されている。この例では、レジスト液供給源32及び供給機器群33がレジスト液供給部に相当し、また溶剤供給源42及び供給機器群43が液剤供給部に相当する。
また前記レジスト液ノズル30は、図2に示すようにL字状に屈曲したアーム34を介して移動機構35に接続されている。前記アーム34は移動機構35により処理容器50の長さ方向(Y方向)に沿って設けられたガイドレール36に沿って、カップ体23の一端側(図2では右側)の外側に設けられた待機領域37から他端側に向かって移動できると共に上下方向に移動できるように構成されている。また前記溶剤ノズル40は、図2に示すようにL字状に屈曲したアーム44を介して移動機構45に接続されている。前記アーム44は移動機構45により前記ガイドレール36に沿ってカップ体23の他端側(図2では左側)の外側に設けられた待機領域47から一端側に向かって移動できると共に上下方向に移動できるように構成されている。また図2中の51は搬送手段である搬送アームの搬入領域に臨む面に形成されたウエハWの搬入出口であり、開閉シャッタ52が設けられている。
また上記レジスト塗布装置は、図1に示すように後述する一連の動作を制御するコンピュータプログラムを有する制御部6を備えており、前記回転駆動部21、供給機器群33,43等を制御するように構成されている。前記プログラムは、記憶媒体例えばフレキシブルディスク(FD)、メモリーカード、コンパクトディスク(CD)、マグネットオプティカルデスク(MO)、ハードディスク等に格納され、制御部8であるコンピュータにインストールされている。
次に上述の実施の形態の作用について説明を行う。図3は、本発明の実施の形態の塗布方法に係るウエハWの回転数のプロファイル(レシピ)を示し、図4は、図3に示した各タイミングにおけるウエハ表面上の液膜の状態を模式的に示している。なお図3における各プロセスの時間の長さは、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の時間の長さに対応していない。
先ずウエハWを保持した、レジスト塗布装置の外部の搬送アーム(例えば図12の搬送アームA12、A13)が搬送口51(図2参照)を介して容器50内に進入し、その搬送アームからスピンチャック20に12インチサイズのウエハWを受け渡す。この受け渡しはスピンチャック20を上昇させてもよいが、図示しない昇降ピンを介して行ってもよい。そしてウエハWをスピンチャック20に吸着して保持すると共に溶剤ノズル40がウエハWの中心部の上方に移動し、当該溶剤ノズル40から停止しているウエハWの中心部に、液剤である溶剤(シンナー)を例えば2.0ml供給する。
続いて溶剤ノズル40をウエハWの中心部上方から変位させ、代わりにレジストノズル30をウエハWの中心部上方に移動させると共に、回転駆動部21を制御してウエハWを回転させ、その回転数を10000rpm/秒の加速度で1000rpmまで上昇させる。回転数が1000rpmになった時点で、レジストノズル30からウエハWの中心部にレジスト液の吐出を開始しかつ1500rpm/秒の加速度で3200rpmまで上昇させる。
ここまでのウエハWの表面上の状態を図4(a)、(b)に示すと、ウエハWの回転数が1000rpmに至るまでの時間は0.1秒であり、ウエハWはこのように一瞬で1000rpmで回転するため、ウエハWの中心部に供給された溶剤は外部に向かって広げられ、即ちプリウエットが行われ、ウエハWの表面が溶剤で濡れた状態になる。そしてこの時点からウエハWの中心部へレジスト液が滴下されるので、レジスト液は円滑に無理なく拡散され、筋状に広がることに基づく塗布むらが起こりにくくなると共に、ウエハWの回転数は更に上昇し、この上昇過程(加速中)にてレジスト液がウエハWの中心部に滴下され続ける。ウエハWの回転数が1000rpmから3200rpmに至るまでの時間は1.47秒であり、一方レジストノズル40からは0.5mlのレジスト液を1.5秒かけて吐出することから、装置の機構部分の動作誤差などを考慮すると実質ウエハWの加速中にレジスト液の全てがウエハWの表面に供給されることになる。
ウエハWの回転数が3200rpmになったときにはレジスト液は図4(c)に示すように全面に高い面内均一をもって広がった状態になる。回転数が3200rpmに達した後、制御上は瞬時に減速状態に移行し、第2の回転数まで減速する。このように減速する理由は、ウエハW上にレジスト液がむらなく行き渡った後は、そのまま高速回転を維持すると乾燥してしまうので、その前に低速回転にして膜厚の面内分布を整えるためである。即ち第1の回転数においてウエハWの表面にレジスト液が塗布された時点においては、詳しくはウエハWの外周部側の膜厚が大きくなっており、レジスト液が乾燥する前、つまりまだレジスト液に流動性がある状態で、乾燥が殆ど進まない低速回転にすることで、外周部側で盛り上がっているレジスト液が中央部に引き寄せられようとして膜厚の均一化が図られる(図4(d))。
このため減速はできるだけ早く行うことが好ましく、例えば30000rpmの加速度(負の加速度)で第2の回転数例えば100rpmまで減速される。第1の回転数から第2の回転数まで減速する時間は、例えば0.2秒以内であることが好ましい。なお第2の回転数は、100rpmに限られないが、1000rpm以下であることが好ましい。また第2の回転数が維持される時間は、例えば1秒であるが、この時間はレジスト液の粘度などに応じて調整すればよい。
ここでレジストの吐出の終了時点は第1の回転数に至る前であってもよいが、少量化を図る観点からすれば、第1の回転数にできるだけ近付いた時点が望ましい。また後述の評価試験の結果から、第1の回転数から第2の回転数に向かう減速中にレジスト液を吐出することは不利であるため、レジストの吐出の終了時点が減速工程にかからないことが好ましい。しかしハード部品の動作の誤差などでレジスト液の吐出が減速工程に多少食い込むことが避けられない場合でも、本発明の効果を得るためには、ウエハWを第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止することが必要であると考えられる。なお本発明を実施する場合には、積極的に減速工程にレジスト液を吐出するレシピを組む利点は考えられないが、第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上であれば、本発明の技術的範囲に属する。
ウエハWを第2の回転数で回転した後、ウエハWの回転数を例えば第1の回転数よりも低い第3の回転数まで加速し、第3の回転数にしばらく例えば20秒間維持する。第3の回転数でウエハWを回転させる理由は、この回転によりレジスト膜を乾燥させるためであるが、このとき残余のレジスト液も振り切られ、膜厚が調整される。第3の回転数及びその維持時間は、目標膜厚やレジスト液の粘度などに応じて決定されるが、12インチサイズウエハであれば2000rpm以下であることが好ましく例えば1000rpm〜1800rpmに設定される。その後、ウエハWは、裏面のリンス処理が行われた後、先の搬入と逆の動作により外部の搬送アームに受け渡される。
ここで既述の特許文献2のように第1の回転数中にレジスト液をウエハWに供給する手法と、第1の回転数に向かって加速する途中にレジスト液をウエハWに供給する本発明方法とを比較する。今、レジスト液の供給量をある量に設定した場合、本発明では、図5にAで示すようにウエハWの周縁部の膜厚が大きくなる膜厚分布となり、特許文献2では、同図のBで示すように全面の膜厚が均一になる膜厚分布になる。このことは次のことを意味する。即ち、周縁部の膜厚が中央部よりも大きくなる場合には、レジスト液の吐出量を少なくしたり、第1の回転数を調整したりあるいは第2の回転数で回転させる時間などを調整することにより、膜厚の面内均一化を図ることができるが、全面の膜厚が均一になるということは、それ以上調整することができず、言い換えれば当該レジストの量が少量化を図る上で限界の量であり、それ以上少なくすると、周縁部の膜厚が図5の点線Cで示すように中央部よりも小さくなってしまう。従って本発明は、特許文献2の方法よりもレジスト液を少量にしても、依然として膜厚について高い面内均一性が得られることになる。
この理由について本発明者は次のように考えている。回転しているウエハWの中心部にレジスト液を吐出すると、ウエハW上のレジスト液をリング状部分の集合と見た場合、図6に示すようにリング状部分である液の固まりR(便宜上先のレジスト液の符号Rを付す)は、中心部から周縁部に向かうにつれて徐々に小さくなり、その量が少なすぎると遠心力により液の固まりRが千切れて線状化してしまい筋状になってしまう。図7(a)、(b)は、レジスト液の広がる様子について、夫々液の固まりRが千切れない場合と、千切れた場合とについて模式的に示したものである。このため特許文献2のように第1の回転数中にレジスト液をウエハWに供給する場合には、レジスト液の吐出量を少なくすると、液の千切れ現象が起こるが、本発明のように加速中にレジスト液の供給を行う場合には、レジスト液の供給途中では、まだウエハWの回転数が小さいので、液の固まりRが大きいまま(液膜が厚いまま)ウエハWの周縁部まで移動し、この結果少量であっても液の千切れ現象が起きにくいのではないかと推測される。
またレジスト液の吐出開始時点は、ウエハWの回転が第3の回転数よりも低い時点であることが好ましい。その理由は次の通りである。第3の回転数は、残余のレジスト液を振り切ると共に乾燥が進む回転数領域であり、使用するレジスト液の粘度に応じて決まってくる。このため第3の回転数よりも高い回転数になると、プリウエットした溶剤の蒸発が進み、ウエハW全面の濡れ性が確保しにくくなってプリウエットの効果が薄れてしまい、レジスト液の塗布むらが発生しやすくなる。
上述の実施の形態によれば、ウエハWの表面を予め溶剤により濡らしておくことによりレジスト液が拡散しやすい状態としておき、続いてウエハWの回転の加速中にレジスト液の全部あるいは大部分を塗布しているので、レジスト液が高い均一性をもって広がり、塗布むらが起こりにくくなる。そして後述の評価実験からも明らかなように第1の回転数で基板を回転させている間にレジスト液をウエハW上に供給する場合に比べて(特許文献2の手法に比べて)、レジスト液をウエハWの外周まで効率的に広げることができ、レジスト液の消費量を少なくすることができる。即ち、少量のレジスト液でありながら膜厚の面内均一性の高い塗布処理を行うことができ、パターンの微細化、薄膜化、レジスト液の高騰化が進む半導体デバイスの製造に好適な手法である。
本発明では、ウエハWの回転数が第1の回転数に達した後、直ちに第2の回転数まで減速することに限定されるものではなく、第1の回転数を少しの時間維持するようにしてもよい。しかし先の実施の形態のように第1の回転数に達すると同時にウエハWの供給を終了する場合には、第1の回転数に達した後、直ちに第2の回転数まで減速することが好ましい。図8の例は、第1の回転数を少しの間維持し、レジスト液の吐出が第1の回転数に達した後、しばらく続いている場合を示している。このように第1の回転数に達した後までレジスト液の供給が続く場合には、レジスト液の供給を停止した後、例えば0.2秒以内に第2の回転数まで減速することが好ましい。なおレジスト液の供給の停止が第1の回転数に至るまでの加速途中の場合あるいは第1の回転数に至ると同時の場合には、第1の回転数に達した時点から0.2秒以内に第2の回転数まで減速することが好ましい。なお第2の回転数に続く第3の回転数は、第1の回転数より低いことに限らず、高くてもよい。
更にまたレジスト液の吐出を終了した時点において、レジスト液の膜厚の面内均一性が高い場合には、ウエハWの回転を必ずしも第2の回転数まで減速することなく、図9に示すように第3の回転数まで減速し、第2の回転数の減速工程を省略してもよい。
なお12インチサイズのウエハWにおいては、第1の回転数は4000rpm以下であることが好ましく、1500rpm〜3500rpmであることがより好ましい。また8インチサイズのウエハWにおいては、第1の回転数は6000rpm以下であることが好ましく、3000rpm〜5000rpmであることがより好ましい。更に8インチサイズのウエハWにおいては、第3の回転数は4000rpm以下であることが好ましい。
次ぎに本発明の効果を確認するための評価実験について述べておく。回転数及びレジスト液の塗布のレシピとして、以下のように実施例1、比較例1、比較例2の3通り用意した。
(実施例1)
既述の実施の形態である図3に示すとおりである。
(比較例1)
図10に示すように、実施例1のレシピにおいて、第1の回転数を2100rpm(この回転数の意味は後述する)とし、この第1の回転数を1.5秒維持すると共にこの1.5秒の間に0.5mlのレジスト液をウエハWに供給したこと、及びプリウェットを行って10000rpm/秒の加速度で第1の回転数まで上昇したことの他は実施例1と同様のレシピとした。
(比較例2)
実施例1において、第1の回転数から1500rpm/秒の加速度で1000rpmまで減速し、この減速途中にレジスト液をウエハWに供給すると共に、その後、30000rpm/秒の加速度で第2の回転数に減速した。その他は第1の実施例と同様のレシピである。
(実験結果)
各レシピを終了した後、ウエハW上のレジスト膜の膜厚分布を調べたところ、図11に示す結果が得られた。なおこのような実験を行う場合には、レジスト液を吐出している時間帯において、回転数を時間で積分した値(例えば図10におけるレジスト吐出時間帯における面積)を各レシピの間で揃えるようにしないと、塗布の状態を正しく比較することができないこと、つまりレシピの評価を正しく行えないことを経験的に把握しており、この点に基づいて比較例1では、第1の回転数を2100rpmに設定している。
(実施例1)
既述の実施の形態である図3に示すとおりである。
(比較例1)
図10に示すように、実施例1のレシピにおいて、第1の回転数を2100rpm(この回転数の意味は後述する)とし、この第1の回転数を1.5秒維持すると共にこの1.5秒の間に0.5mlのレジスト液をウエハWに供給したこと、及びプリウェットを行って10000rpm/秒の加速度で第1の回転数まで上昇したことの他は実施例1と同様のレシピとした。
(比較例2)
実施例1において、第1の回転数から1500rpm/秒の加速度で1000rpmまで減速し、この減速途中にレジスト液をウエハWに供給すると共に、その後、30000rpm/秒の加速度で第2の回転数に減速した。その他は第1の実施例と同様のレシピである。
(実験結果)
各レシピを終了した後、ウエハW上のレジスト膜の膜厚分布を調べたところ、図11に示す結果が得られた。なおこのような実験を行う場合には、レジスト液を吐出している時間帯において、回転数を時間で積分した値(例えば図10におけるレジスト吐出時間帯における面積)を各レシピの間で揃えるようにしないと、塗布の状態を正しく比較することができないこと、つまりレシピの評価を正しく行えないことを経験的に把握しており、この点に基づいて比較例1では、第1の回転数を2100rpmに設定している。
上述の結果から本発明では、ウエハWの周縁部の膜厚が中央部よりも高く、第1の回転数で回転させているときにレジスト液を供給する比較例1では、ウエハWの全面に亘って均一な膜厚であった。従って既述のように比較例1では、既にマージンがなくなっており、結果として本発明の方がレジスト液の少量化を図れることが分かる。なお減速途中でレジスト液を供給する比較例2では、ウエハWの周縁部の膜厚が中央部よりも低くなっており、0.5mlのレジスト液では、面内均一性の高いレジスト液の塗布を行えないことが伺える。
(レジスト塗布装置の適用例)
続いて上述のレジスト塗布装置が組み込まれる露光装置が接続された塗布、現像装置の全体構成について図12及び図13を参照しながら簡単に説明する。図12及び図13中B1は基板例えば13枚密閉収納されたキャリア8を搬入出するためのキャリアステーションであり、このキャリアステーションB1にはキャリア8を複数個並べて載置可能な載置部80と、前記載置部80から見て前方の壁面に設けられる開閉部81と、開閉部81を介してキャリア8からウエハWを取り出すための受け渡し手段A1とが設けられている。
(レジスト塗布装置の適用例)
続いて上述のレジスト塗布装置が組み込まれる露光装置が接続された塗布、現像装置の全体構成について図12及び図13を参照しながら簡単に説明する。図12及び図13中B1は基板例えば13枚密閉収納されたキャリア8を搬入出するためのキャリアステーションであり、このキャリアステーションB1にはキャリア8を複数個並べて載置可能な載置部80と、前記載置部80から見て前方の壁面に設けられる開閉部81と、開閉部81を介してキャリア8からウエハWを取り出すための受け渡し手段A1とが設けられている。
前記キャリアステーションB1の奥側には筐体82にて囲まれる処理ブロックB2が接続されており、この処理ブロックB2には手前側から順に加熱・冷却系等のユニットを多段化した棚ユニットU1,U2,U3及び液処理ユニットU4,U5の各ユニット間のウエハWの受け渡しを行う基板搬送手段をなすメインアームA2,A3とが交互に配列して設けられている。また主搬送手段A2,A3は、キャリアステーションB1から見て前後方向に配置される棚ユニットU1,U2,U3側の一面部と、後述する例えば右側の液処理ユニットU4,U5側の一面側と、左側の一面側をなす背面部とで構成される区画壁83により囲まれる空間内に置かれている。また図12及び図13中84,85は各ユニットで用いられる処理液の温度調節装置や温湿度調節用のダクト等を備えた温湿度調節ユニットである。
前記液処理ユニットU4,U5は、例えば図13に示すようにレジスト液や現像液等の薬液収納部86の上に、ウエハWの表面にレジスト液を塗布するための上述したレジスト塗布装置(COT)90、ウエハWの表面に現像液を塗布するための現像ユニット(DEV)87及び反射防止膜形成ユニット(BARC)等を複数段例えば5段に積層した構成にある。また既述の棚ユニットU1,U2,U3は、液処理ユニットU4,U5にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば10段に積層した構成にあり、その組み合わせはウエハWを加熱(ベーク)する加熱ユニット、ウエハWを冷却する冷却ユニット等が含まれる。
前記液処理ユニットU4,U5は、例えば図13に示すようにレジスト液や現像液等の薬液収納部86の上に、ウエハWの表面にレジスト液を塗布するための上述したレジスト塗布装置(COT)90、ウエハWの表面に現像液を塗布するための現像ユニット(DEV)87及び反射防止膜形成ユニット(BARC)等を複数段例えば5段に積層した構成にある。また既述の棚ユニットU1,U2,U3は、液処理ユニットU4,U5にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば10段に積層した構成にあり、その組み合わせはウエハWを加熱(ベーク)する加熱ユニット、ウエハWを冷却する冷却ユニット等が含まれる。
前記処理ブロックB2における棚ユニットU3の奥側には、第1の搬送室88a及び第2の搬送室88bからなるインターフェイス部B3を介して露光装置B4が接続されている。インターフェイス部B3の内部には、処理ブロックB2と露光装置B4との間でウエハWの受け渡しを行うための2つの受け渡し手段A4,A5の他、ウエハWのエッジ部のみを選択的に露光するための周縁露光装置(WEE)、複数枚例えば25枚のウエハWを一次的に収納するバッファカセット(SBU)、ウエハWを受け渡すための受け渡しユニット(TRS2)、例えば冷却プレートを有する高精度温調ユニット(CPL)等が設けられている。
この装置におけるウエハWの流れについて一例を示すと、先ず外部からウエハWの収納されたキャリア8が載置台80に載置されると、開閉部81と共にキャリア8の蓋体が外されて受け渡し手段A1によりウエハWが取り出される。そしてウエハWは棚ユニットU1の一段をなす受け渡しユニット(図示せず)を介して主搬送手段A2へと受け渡され、棚ユニットU1〜U3内の一の棚にて、塗布処理の前処理として例えば疎水化処理、冷却処理が行われ、しかる後、レジスト塗布装置(COT)90にてウエハWの表面にレジスト液が塗布された後、保護膜形成部である保護膜形成ユニット(TC)3にてレジスト膜が形成されたウエハWの表面に撥水性の保護膜が成膜される。次いでウエハWは棚ユニットU1〜U3の一の棚をなす加熱ユニット(PAB)で加熱(ベーク処理)され、更に冷却された後、棚ユニットU3の受け渡しユニット(TRS1)を経由してインターフェイス部B3へと搬入される。このインターフェイス部B3においてウエハWは受け渡し手段A4によって例えば周縁露光装置(WEE)→バッファカセット(SBU) 高精度温調ユニット(CPL)と搬送され、高精度温調ユニット(CPL)に載置されたウエハWは受け渡し手段A5によって露光装置B4へ搬送され、当該露光装置B4で露光処理が行われる。露光されたウエハWは受け渡し手段A5によって受け渡しユニット(TRS2)に搬送され、続いて受け渡し手段A5よって受け渡しユニット(TRS2)から棚ユニットU3の加熱ユニット(PEB)に搬送される。そしてウエハWは棚ユニットU5の一の棚をなす現像ユニット(DEV)にてウエハWの表面に現像液を供給してレジストが現像されることで所定のパターン形状のレジストマスクが形成される。しかる後、受け渡し手段A1によりウエハWは載置台80上の元のキャリア8へと戻される。
W ウエハ
20 スピンチャック
21 回転駆動部
23 カップ体
30 レジストノズル
32 レジスト供給源
33 供給機器群
40 溶剤ノズル
42 溶剤供給源
43 供給機器群
6 制御部
R レジスト液(あるいはレジスト膜)
S 溶剤
90 レジスト塗布装置
20 スピンチャック
21 回転駆動部
23 カップ体
30 レジストノズル
32 レジスト供給源
33 供給機器群
40 溶剤ノズル
42 溶剤供給源
43 供給機器群
6 制御部
R レジスト液(あるいはレジスト膜)
S 溶剤
90 レジスト塗布装置
Claims (9)
- 基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させる工程と、
続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布する工程と、
基板の回転数が第1の回転数に達した後、第2の回転数まで減速し、この第2の回転数で基板を回転させることによりレジスト液の膜厚の面内分布を整える工程と、
前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止する工程と、
その後、前記基板を第2の回転数よりも高い第3の回転数まで加速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とするレジスト塗布方法。 - 第2の回転数は、1000rpm以下であることを特徴とする請求項1記載のレジスト塗布方法。
- 基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させる工程と、
続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中央部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布する工程と、
基板の回転数が第1の回転数に達した後、第3の回転数まで減速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させる工程と、
前記基板を第1の回転数まで加速する間にレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止する工程と、を含むことを特徴とするレジスト塗布方法。 - 基板が第3の回転数よりも低い回転数のときにレジスト液の塗布を開始することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載のレジスト塗布方法。
- 基板を水平に保持する基板保持部と、
この基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記基板保持部に保持された基板に、表面を濡らすための液剤を液剤ノズルを介して供給する液剤供給部と、
前記基板保持部に保持された基板の中心部にレジスト液ノズルを介して供給するレジスト液供給部と、
基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させるステップと、続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布するステップと、基板の回転数が第1の回転数に達した後、第2の回転数まで減速し、この第2の回転数で基板を回転させることによりレジスト液の膜厚の面内分布を整えるステップと、前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止するステップと、その後前記基板を第2の回転数よりも高い第3の回転数まで加速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させるステップと、を実行するように、回転駆動部、液剤供給部及びレジスト液供給部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするレジスト塗布装置。 - 第2の回転数は、1000rpm以下であることを特徴とする請求項5記載のレジスト塗布装置。
- 基板を水平に保持する基板保持部と、
この基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記基板保持部に保持された基板に、表面を濡らすための液剤を液剤ノズルを介して供給する液剤供給部と、
前記基板保持部に保持された基板の中心部にレジスト液ノズルを介して供給するレジスト液供給部と、
基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給すると共に当該基板を回転させるステップと、続いて基板を第1の回転数まで加速させ、この加速中に基板の中心部へのレジスト液の供給を開始し、これによりレジスト液を基板の外側に広げながら塗布するステップと、基板の回転数が第1の回転数に達した後、第3の回転数まで減速し、この第3の回転数で基板を回転させることによりレジスト膜を乾燥させるステップと、前記基板を第1の回転数まで加速する間のレジスト液の供給量が供給量全体の80%以上となるタイミングでレジスト液の供給を停止するステップと、を実行するように、回転駆動部、液剤供給部及びレジスト液供給部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするレジスト塗布装置。 - 基板が第3の回転数よりも低い回転数のときにレジスト液の塗布を開始することを特徴とする請求項5ないし7のいずれか一つに記載のレジスト塗布装置。
- 回転する基板にレジスト液を供給して塗布するレジスト塗布装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記プログラムは、請求項1ないし4のいずれか一に記載のレジスト塗布方法を実施するためのステップ群が組み込まれていることを特徴とする記憶媒体。
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