JP2015009180A - 塗布膜形成装置、塗布膜形成方法、記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に塗布膜を形成するにあたり、スループットを高くすると共に基板の面内における塗布膜の膜厚の均一性を高くすること。
【解決手段】基板を水平に保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板を回転させる回転機構と、前記基板に塗布膜を形成するために塗布液を供給する塗布液供給機構と、前記基板の回転による塗布液の液膜の乾燥時に基板の周縁部上方の気流を整流するために、基板の周縁部上方を覆うように基板の周方向に沿う環状に設けられた環状部材と、前記環状部材の内周端近傍における気流の真下に向かう成分を低減するために、前記環状部材の内周縁部に周方向に沿って設けられ、上方に突出する突起部と、を備えるように装置を構成して、前記膜厚の均一性を高くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に塗布膜を形成する塗布膜形成装置、塗布膜形成方法及び前記装置に用いられるコンピュータプログラムを含む記憶媒体に関する。

基板への塗布膜の形成処理、例えばレジスト膜の形成処理を行うにあたり、速やかに成膜を行えることからスピンコーティングと呼ばれる手法が広く用いられている。このスピンコーティングでは、基板の裏面をスピンチャックに保持し、基板の表面の中心部にレジストを供給する。そして、基板を回転させて、遠心力によりレジストを基板の周縁部へと広げる。その後も基板の回転を続けて基板表面のレジストを乾燥させて、レジスト膜を形成する。

前記レジストの乾燥を速やかに行うためには基板の回転数を高くして、レジスト中の溶剤の揮発を促進することが考えられる。しかし基板上の気流のレイノルズ数により、この回転数の上限が制限される。具体的に説明すると、基板の回転数を高くするほど前記レイノルズ数が高くなり、レイノルズ数が所定値を超えると基板上の気流が乱流となる。すると、レジスト膜表面に乱流化した気流が転写される。つまり、レジスト膜に気流に沿った凹凸が形成され、基板の面内におけるレジスト膜の面内均一性が低下する。

基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）については大型化が進行しており、例えばその径が４５０ｍｍであるものを用いることが検討されている。このようにウエハが大きくなると、後述の評価試験で示すように、ウエハの周縁部において前記凹凸の形成を抑制できる回転数の上限が低くなる。即ち、レジスト塗布後の乾燥工程に長い時間を要することになり、スループットの低下が予測される。

特許文献１には、角型の基板の隅部と対向するように当該基板の上方にリング状のプレートを設けて、上記のようにレジストが塗布された基板上の気流を整流する技術について記載されている。しかし実施の形態において詳しく説明するように、このようなプレートを設けると、当該プレートの開口部へ向かう気流が当該プレートの内周端近傍で急激に変化して下方へ向かう。このように下方へ向かう気流に曝されて乾燥が進行することで、基板の面内における前記プレートの内周端近傍の乾燥速度が、他の箇所の乾燥速度と異なる結果、乾燥後のレジスト膜が当該内周端近傍で、局所的に大きくなるという問題がある。

特開２００５−２３５９５０号公報

本発明はこのような事情においてなされたものであり、その目的は、基板に塗布膜を形成するにあたり、スループットを高くすると共に基板の面内における塗布膜の膜厚の均一性を高くすることである。

本発明の塗布膜形成装置は、基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板を回転させる回転機構と、
前記基板に塗布膜を形成するために塗布液を供給する塗布液供給機構と、
前記基板の回転による塗布液の液膜の乾燥時に基板の周縁部上方の気流を整流するために、基板の周縁部上方を覆うように基板の周方向に沿う環状に設けられた環状部材と、
前記環状部材の内周端近傍における気流の真下に向かう成分を低減するために、前記環状部材の内周縁部に周方向に沿って設けられ、上方に突出する突起部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、基板保持部に保持された基板の周縁部上方を覆い、当該周縁部上の気流を整流させるために環状部材が設けられ、この環状部材の内周縁部において、周方向に沿って上方に突出した突起部が設けられる。前記整流部材によって、基板の回転数を高くしたときに基板の周縁部上に乱流が形成されることが抑えられる。そして、前記突起部によって内周端近傍における気流の真下に向かう成分を低減し、当該内周端近傍において基板の塗布膜の局所的な盛り上がりを抑えることができる。その結果として、スループットを高くすることができ、且つ塗布膜の膜厚の均一性を高くすることができる。

レジスト塗布装置の縦断側面図である。 前記レジスト塗布装置の平面図である。 前記レジスト塗布装置の斜視図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記レジスト塗布装置におけるリングプレートの周囲の気流の模式図である。 比較例における前記レジスト塗布装置におけるリングプレートの周囲の気流の模式図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 図９のリングプレートの周囲における気流の模式図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 図１０のリングプレートの周囲における気流の模式図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す平面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 他のリングプレートの構成を示す縦断側面図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。

本発明の塗布膜形成装置の一実施形態であり、ウエハＷにレジストを供給してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置１について、図１の縦断側面図と、図２の平面図とを参照して説明する。レジスト塗布装置１は、ウエハＷの裏面中央部を真空吸着することにより、当該ウエハＷを水平に保持する基板保持部であるスピンチャック１１を備えている。このスピンチャック１１は、下方より軸部１２を介して回転機構である回転駆動部１３に接続されており、当該回転駆動部１３により鉛直軸回りに回転することができる。

スピンチャック１１の下方側には、軸部１２を取り囲んで円形板１４が設けられる。円形板１４に設けられる孔を介して３本の昇降ピン１５が昇降する（図１では昇降ピン１５は、２つのみ表示している）。レジスト塗布装置１の外部の搬送機構とスピンチャック１１との間で、ウエハＷを受け渡すことができる。図中１６は、昇降ピン１５を昇降させるピン昇降機構である。

前記スピンチャック１１を取り囲むようにしてカップ体２が設けられている。カップ体２は、回転するウエハＷより飛散したり、こぼれ落ちた廃液を受け止めると共に、当該廃液をレジスト塗布装置１外に排出するためにガイドする。カップ体２は、前記円形板１４の周囲にリング状に設けられた山型ガイド部２１を備えている。山型ガイド部２１は、ウエハＷよりこぼれ落ちた液を、ウエハＷの外側下方へとガイドする役割を有し、その断面形状が山型に形成されている。山型ガイド部２１の外周端から下方に伸びるように環状の垂直壁２２が設けられている。

また、山型ガイド部２１の外側を取り囲むように垂直な筒状部２３と、この筒状部２３の上縁から内側上方へ向けて斜めに伸びる上側ガイド部２４とが設けられている。上側ガイド部２４には、周方向に複数の開口部２５が設けられている。また、筒状部２３の下方側は凹部状に形成され、山型ガイド部２１の下方に環状の液受け部２６を形成する。この液受け部２６においては、排液路２７が接続されると共に、排気管２８が下方から突入する形で設けられている。

上側ガイド部２４の基端から垂直な筒状部３１が上方へ伸びるように設けられ、この筒状部３１の上縁から内側上方へ伸び出すように傾斜壁３２が設けられる。傾斜壁３２、上側ガイド部２４及び筒状部２３、３１により、ウエハＷから当該ウエハＷの回転により飛散した液が受け止められ、受け止められた液がウエハＷの外側下方へガイドされて排液路２７に導入される。カップ体２の上方にはファンフィルタユニット１６が設けられている。ウエハＷの処理中は、このファンフィルタユニット１６から、下方のカップ体２に向けて清浄な気体が供給されると共に、前記排気管２８によりカップ体２内の排気が行われている。

このレジスト塗布装置１には、レジストノズル３３が設けられている。レジストノズル３３はレジスト供給源３４に接続される。図２に示すように、レジストノズル３３はアーム３５の先端に設けられている。アーム３５の基端は、当該アーム３５を昇降させ、且つガイド３６に沿って水平方向に移動自在な移動機構３７に接続されている。移動機構３７によりレジストノズル３３は、ウエハＷの上方の所定位置とカップ体２の外側における待機領域３８との間で移動することができる。

レジスト塗布装置１は、整流部材であるリングプレート４１を備えている。図３にリングプレート４１の斜視図を示している。このリングプレート４１は円形で平板である環状部材として形成され、スピンチャック１１に保持されたウエハＷの周縁部を覆うように当該周縁部に沿って形成されている。リングプレート４１は、支持部材４２によって水平に支持される。支持部材４２は昇降部材４３に接続されており、この昇降部材４３はリングプレート４１を、図１に鎖線で示す上昇位置と実線で示す下降位置との間で昇降させる。ウエハＷに塗布したレジストを乾燥させるときには、リングプレート４１は前記下降位置に位置する。この下降位置におけるリングプレート４１の下面とウエハＷ表面との距離ｄ１（図１参照）は、例えば０．５ｍｍ〜５０ｍｍである。ウエハＷの搬送機構とスピンチャック１１との間でウエハＷを受け渡すときには、前記搬送機構及びウエハＷに干渉しないように、リングプレート４１は上昇位置に位置する。

リングプレート４１の内側に設けられる開口部を４４とする。この開口部４４は円形に形成されている。ウエハＷが回転し、その周囲が負圧雰囲気になるときに、開口部４４を介して開口部４４の上方からウエハＷの周囲へ気体が流れ込む。この気体の流入によって、前記負圧雰囲気が形成されることによるウエハＷの周囲の気流の乱れが防がれる。

この開口部４４の中心とリングプレート４１の中心とは、スピンチャック１１の回転軸上に位置している。ウエハＷの直径は、例えば４５０ｍｍであり、この場合、開口部４４の直径は例えば１５０ｍｍ〜３００ｍｍであり、この装置１では２００ｍｍとされている。リングプレート４１の内周縁部には、上方に突出する突起部４５が設けられている。この突起部４５は、前記内周縁部に沿って平面視リング状に形成されている。また、この例では突起部４５は、リングプレート４１の縦断側面で見て矩形とされている。突起部４５の役割については後に詳述する。

レジスト塗布装置１には、コンピュータである制御部１０が設けられている。制御部１０には、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）及びメモリーカードなどの記憶媒体に格納されたプログラムがインストールされる。インストールされたプログラムは、レジスト塗布装置１の各部に制御信号を送信してその動作を制御するように命令（各ステップ）が組み込まれている。具体的には、回転駆動部１３によるウエハＷの回転数の変更、レジストノズル３３の移動、及びレジスト供給源３４からレジストノズル３３へのレジストの給断及びリングプレート４１の昇降などの動作が、プログラムにより制御される。

次に上述のレジスト塗布装置１を用いた処理について、図４〜図６の工程図を用いて説明する。リングプレート４１が上昇位置に位置する状態で、図示しない搬送機構によりウエハＷがレジスト塗布装置１に搬送される。昇降ピン１５により、ウエハＷはスピンチャック１１に受け渡され、その裏面の中央部がスピンチャック１１に吸着されて保持される（図４）。ウエハＷが例えば３０００ｒｐｍで回転すると共に、待機領域３８からウエハＷの中心部上に移動したレジストノズル３３により当該ウエハＷの中心部にレジストが吐出される。吐出されたレジストは、遠心力によりウエハＷの周縁部へ展伸されてレジスト膜３０を形成し、余剰のレジストはウエハＷの周縁部から振り切られる（図５）。このレジストの吐出及び振り切りを行う際に、ウエハＷから飛散したレジストがリングプレート４１へ付着することを防ぐために、リングプレート４１は上昇位置に位置したままとされる。

レジストの吐出が停止し、ウエハＷの回転数が低下して例えば１００ｒｐｍとされ、ウエハＷ面内のレジスト３０の膜厚が調整される。然る後、レジスト３０を乾燥させるために回転数が上昇すると共に、リングプレート４１が下降位置へ移動する（図６）。ウエハＷの回転数が例えば１５００ｒｐｍに達し、この１５００ｒｐｍで回転が続けられる。レジストノズル３３は待機領域３８に退避する。

図７は、この乾燥工程が行われているときのリングプレート４１の周囲における気流の向きを矢印で模式的に示したものである。上記のようにファンフィルタユニット１６から下方のウエハＷに向けて気体が供給されている。また、ウエハＷが高速で回転しているため、ウエハＷの周囲は負圧雰囲気になる。それによって前記ユニット１６から供給された気体は、リングプレート４１の開口部４４を介してウエハＷ表面の中央部に供給され、ウエハＷの周縁部へ向けて流れる気流を形成する。ウエハＷの下方の排気管２８により排気が行われていることから、ウエハＷの周縁部へ流れた前記気流は、ウエハＷの下方へと向かい、当該排気管２８により排気される。

リングプレート４１の下面により、ウエハＷの中央部から周縁部へ向かう気流の流路の高さが制限される。これによって、リングプレート４１の下面を通過する気流のレイノズル数は小さく抑えられる。従って、前記ウエハＷの中央部から周縁部へ向かう気流は、乱流となることなく層流として流れ、上記のように排気管２８に排気される。このように層流に曝されることにより、リングプレート４１の下面では均一性高くレジスト膜３０の乾燥が進行する。

また、ウエハＷの周囲が負圧になることにより、ファンフィルタユニット１６からリングプレート４１上に供給された気体は、リングプレート４１表面をその外側から開口部４４へ向かって流れる気流を形成する。この気流は、図７に示すように突起部４５の外側面に衝突することで、この外側面に沿って上方へ向かう気流と、突起部４５を乗り越えて開口部４４内の縁部に流入し、ウエハＷへ向かう気流とに分かれる。そして、突起部４５を乗り越えた気流は、ウエハＷに供給されるまでの間に、ウエハＷの遠心力及び排気管２８からの排気の作用を受け、ウエハＷの周縁部側へと曲げられ、当該周縁部へ向かって流れる。上記のように気流が分散されることで、開口部２４へ流れ込む気流の量が抑えられるので、流入した気流は、前記遠心力及び排気の作用を比較的強く受けて、上記のようにウエハＷの周縁部へと曲げられる。つまり突起部４５により、リングプレート４１の内周端近傍にて、気流の真下のウエハＷに向かう成分が低減される。

図８も参照して説明する。この図８ではリングプレート４１に代えて、リングプレート１００を用いてウエハＷを乾燥させる場合に、当該リングプレート１００の周囲に形成される気流を図７と同様に模式的に示している。リングプレート１００は、リングプレート４１の比較例であり、突起部４５が設けられないことを除いて、リングプレート４１と同様に構成されている。

リングプレート１００を用いた場合、リングプレート１００上をその外側から開口部４４へ向かって流れる気流は、突起部４５により分散されずに開口部４４の縁部から下方に引き込まれる。つまり、リングプレート４１を用いる場合よりも、多くの気流が開口部４４内に流入するので、上記の遠心力や排気による作用を受けても、引き込まれた気流はウエハＷに達するまでにウエハＷの周縁部に向けて曲がり切らず、ウエハＷに衝突し、その後にウエハＷの周縁部に向けて流れる。即ち、リングプレート４１の内周端近傍のウエハＷ表面に対して、真下に向かう成分を多く有する気流が作用する。気流に真下に向かう成分が多く含まれると、レジスト膜３０に対する乾燥作用が大きくなる。そのため、前記プレート１００の内周端近傍のレジスト膜３０は乾燥しやすく、結果として、後述の評価試験でも示すように、乾燥工程終了後に比較的大きな膜厚を有することになる。

図７に戻って、リングプレート４１を用いた場合は、上記のように前記内周端近傍の気流の真下に向かう成分が低減される。そのため、この内周端近傍と、他の箇所とで乾燥具合がばらつくことが抑えられる。さらに、上記のようにリングプレート４１により、ウエハＷの周縁部上では乱流の発生が抑制されているので、ウエハＷ表面全体が層流に曝されて、ウエハＷの面内で均一性高くレジスト膜の乾燥が進行する。そして、レジストの吐出を終えてから所定の時間経過後に、ウエハＷの回転が停止する。然る後、リングプレート４１が上昇位置に移動し、ウエハＷがスピンチャック１１から図示しない搬送機構に受け渡され、装置１の外部へ搬送される。

このレジスト塗布装置１によれば、ウエハＷの周縁部上に当該周縁部に沿って形成されたリングプレート４１が設けられ、このリングプレート４１の内周縁部に沿って、上方に向かう突起部４５が設けられている。このように構成されることで、レジスト膜を乾燥させるためにウエハＷを比較的高い回転数で回転させても、ウエハＷの周縁部上の気流が整流され、乱流となることが抑制される。そしてこの回転時に、リングプレート４１の内周端近傍に真下に向かう成分を有する気流が集まることが抑えられるので、ウエハＷの面内において、前記リングプレート４１の前記内周端近傍におけるレジスト膜の膜厚が局所的に大きくなることを防ぐことができる。従って、乾燥工程に要する時間を抑えてスループットの向上を図ることができると共に、レジスト膜の膜厚の面内均一性が低下することを防ぐことができる。

リングプレートの他の例を説明する。図９に示すリングプレート５１は、その縦断面の形状について、リングプレート４１と異なっている。説明のためにリングプレートの上面を５２とすると、この上面５２はリングプレート５１の外周縁部側から内周縁部側に向かうにつれて、水平面に対する高さが次第に大きくなるように構成されている。

このように上面５２を構成する理由を図１０も参照して説明する。図１０では、リングプレート４１の代わりにリングプレート５１を用いて上記の乾燥工程を行ったときに、リングプレート５１の周囲に形成される気流を矢印で示している。上記のようにレジスト膜の乾燥工程中、リングプレート５１の外周縁部側から内周縁部側（突起部側）に向かう気流が形成される。前記上面５２を既述のように形成することで、前記気流が上方へ向けてガイドされ、開口部４４への当該気流の流入をより確実に抑えることができる。従って、プレート５１の内周端近傍で上記のウエハＷに対して真下に向かう気流の成分をより低減させて、膜厚の均一性を高くすることができる。この例では上面５２は、プレート５１の縦断面で見て曲線状に形成されているが、直線状に構成してもよい。そのように直線状に構成する場合、リングプレート５１の外周端から、突起部に至るまでを一直線状に構成してもよいし、折れ線状に構成してもよい。

リングプレート５１には、前記突起部４５の代わりに突起部５３が設けられている。この突起部５３は、前記縦断面で見て概ね円形に構成されている。以降、説明の便宜のため、突起部についての外側面を５４、内側面を５５として説明する。上記のように突起部５３の縦断面が円形であるため、その外側面５４は、リングプレート５１の内側（中央部側）へ向かって下る傾斜面を有するように構成される。なお、前記上面５２の開口部４４側の端部も突起部を構成するものと見ると、この突起部５３の外側面５４は、内側に窪んだ部分を有し、この窪みによって前記傾斜面が形成されている。

上記の内側へ向かって下るように形成された傾斜面により、リングプレート５１の外周縁部側から突起部５３に向かって流れた気流が、前記外周縁部に向けて還流されるようにガイドされる（図１０参照）。それによって、より確実に開口部４４へ流入する気流の量を抑えることができる。このように気流を還流させるためには、前記傾斜面を曲面とする代わりに平面としてもよい。また、前記図１の突起部４５の外側面のように、垂直面を備えるように外側面５４を構成してもよい。この垂直面によって気流を上方へガイドできるので、前記傾斜面を備える場合と同様に開口部４４への気流の流入を抑えることができる。

上記のように突起部５３は、前記縦断面で見て概ね円形であるため、その内側面５５は、リングプレート５１の内側に突出するように構成され、その下部側は、外側に向かって下がる傾斜面を構成する。開口部４４に流入した気流は、当該傾斜面によってウエハＷの周縁部側へ向けてガイドされる。従って、レジスト膜が気流から真下に強い作用を受けることを、より確実に抑えることができる。この内側面５５の傾斜面は、この例では曲面であるが、平面として構成してもよい。

ところで、リングプレート５１に設けられる突起部としては、リングプレート５１の外側から内側に向かう気流を遮る目的から、リングプレート５１の内周縁部にて急峻に突出していることが好ましい。突起部が急峻であることを、図９により具体的に説明する。リングプレート５１の内周端（この例では、突起部５３の内周端）の点をＰ１とし、この点Ｐ１からリングプレート５１の３０ｍｍ外側に至るまでの領域をＬ１とする。この領域Ｌ１において頂部をＰ２、この頂部Ｐ２よりも外方側領域における最も低い部位Ｐ３との差Ｈ１が３０ｍｍ以上であることを、ここでは突起部が急峻であるものとする。

図１１には、リングプレート６１を示している。このリングプレート６１は、突起部６２を備えており、リングプレート６１の上面５２と、突起部６２の外側面５４とが互いに連続する曲面として構成されている。突起部６２の内側面は垂直面として構成され、突起部６２の頂部は水平面として構成されている。リングプレート５１と異なり、リングプレート６１では、前記高さの差Ｈ１は３０ｍｍより小さいものとする。つまり、この突起部６２は急峻に構成されていない。

図１２において、ウエハＷの乾燥工程時にリングプレート６１の周囲に形成される気流を矢印で示している。上記のように突起部６２を設けていることにより、リングプレート６１では、既述のリングプレート１００に比べて、開口部４４へ流入する気流を抑えることができる。しかし、リングプレート５１を用いる方が、リングプレートの外周縁部から開口部４４へ向けて横方向に流れる気流の当該開口部４４への流入を、より確実に突起部５３により遮ることで抑えることができるため、より高い膜厚均一性を得ることができる。

図１３には、その他のリングプレートの構成例について示している。図１３のリングプレート７１は、前記図１２で説明したリングプレート６１と略同様に構成されており、差異点としては、突起部６２の内周縁がさらに上方へ突出し、その断面の幅が薄いリング状の突起部７２を形成していることである。突起部７２の内側面５５、外側面５４は垂直に形成されている。図１３では、図１０、図１２と同様に、レジスト膜の乾燥工程時に形成される気流を矢印で示している。図１３の突起部７２の前記幅Ｌ２は、例えば０．０１ｍｍ〜２０ｍｍである。

図１４のリングプレート７３は、突起部の形状を除いて図１３のリングプレート７１と同様に構成されており、突起部７２の代わりに突起部７４が設けられている。突起部７４は断面視三角形状に構成されており、その外側面５４は外側に下がる傾斜面をなし、内側面５５は垂直に夫々構成されている。図１５のリングプレート７５も、突起部の形状を除いて図１３のリングプレート７１と同様に構成されており、リングプレート７５には突起部７６が設けられている。突起部７６は断面視扇状に構成されており、その外側面５４は垂直面をなし、内側面５５は曲面を構成している。このように外側面５４が垂直なため、既述したように開口部４４への気流の流入を抑える効果が大きい。

図１６に示すリングプレート７７は、突起部６２上に、断面視半円状の突起部７８が設けられた構成とされ、プレートの上面５２、突起部７８の外側面５４、内側面５５が連続した曲面として構成されている。図１７のリングプレート８１は、断面視三角形状の突起部８２が設けられている。プレートの上面５２の外周端部が垂直に引き出されて突起部８２の外側面５４を形成し、突起部８２の内側面５５は内側に向かって下がる傾斜面を構成している。ただし、図９、図１０で説明したように、内側面５５はプレートの外側に向かって下がる傾斜面を備えるように構成することがより好ましい。

図１８のリングプレート８３は突起部８４を備え、図１３のリングプレート７１と略同様に構成される。差異点としてはリングプレートの径方向における突起部８４の厚さが、リングプレート７１の突起部７２の当該厚さよりも大きいことである。図１９のリングプレート８５は、突起部８６を備える。この突起部８６の前記図１８の突起部８４に対する差異点としては、突起部８６の外側面５４はプレートの内側に向けて下る傾斜面をなすことであり、図１０で説明したリングプレート５１と同様に、開口部４４へと流れる気流をリングプレート８５の外周縁部側に還流することができる。

突起部の頂部は、図１８、図１９に示す突起部８４、８６のように、リングプレートの径方向についての長さが大きくなるように構成するよりも、当該長さが小さくなるように構成することが好ましい。即ち、図１３に示す突起部７２のように断面で見た幅が小さい矩形状に構成したり、図１４〜図１７に示す突起部７４、７６、７８、８２のように、断面で見て先細るように構成することが好ましい。これは、前記頂部に供給された気流は、突起部に遮られずに開口部４４へと流れ込むことになる。つまり、前記頂部の径方向の長さが大きいと、突起部により規制される気流の量が少なくなるためである。

図２０に、更に他のリングプレートの構成例を示す。このリングプレート９１の下面について縦断面で見ると、当該リングプレート９１の外周縁部側は直線状に構成され、内周縁部側は曲線状に構成されている。そして、このリングプレート９１の下面は、外周縁部側に向かうにつれてウエハＷ表面との距離が小さくなるように構成されている。それによって、ウエハＷの周縁部において気流の流路をより小さくして、気流の乱れをより確実に抑えることができる。また、ウエハＷの中央部側では、前記下面とウエハＷとの距離が大きいため、開口部４４へ進入してから下方へ向かう気流がウエハＷに到達するまでに、既述の遠心力及び排気によって、ウエハＷの周縁部に向かって曲がりやすく、ウエハＷに真下に向かう気流成分が供給されることが、より確実に抑えられる。

また、リングプレート９１は、突起部９２を備えている。突起部９２は断面視概ね円形に構成されている。そして、突起部９２の内側面５５、その下方の前記リングプレート９１の内側面、及びリングプレート９１の下面が、連続する曲面をなすように形成され、それによって当該突起部９２の内側面５５からリングプレート９１の下面に至るまでに角部が形成されないように構成されている。当該角部によって、気流が乱れることを防いでいる。突起部９２の外側面５４は垂直面を備えている。

図２１には、リングプレート９３を示している。このリングプレート９３はその下面の形状が異なることを除いて、リングプレート９１と同様に構成されている。このリングプレート９３の下面は、断面で見てプレートの径方向に沿って互いに離れた複数箇所で屈曲され、折れ線状に構成されている。これら図２０、２１の例に示したように、リングプレートを径方向に見て、その下面の少なくとも一箇所が屈曲または湾曲し、それによって、ウエハＷ表面から前記下面までの距離がウエハＷの周縁部に向かうに従って小さくなるような構成とすることができる。

上記の各例では、突起部は平面視リング状に形成されているが、このようなリング状に構成することに限られず、リングプレートの内周縁部に沿って形成されていればよい。図２２はリングプレート９４の平面図である。図中の突起部９５は、例えば図１、図２の突起部４５と略同様に構成されている。ただし、突起部９５は図２２に示すようにリング状には形成されておらず、プレート９４の周方向に間隔をおいて複数設けられている。

ところで、図１７に示したリングプレート８１では、突起部８２においてリングプレートの外方側に臨む外側面５４について、下降する垂直面と、この垂直面に連続するように、前記外方側に向かって下がる傾斜面を備え、この傾斜面はリングプレート８１の上面５２に連続するように形成されている。前記外方側に向かって下がる傾斜面は曲面であり、断面で見てリングプレート８１の内側下方に突き出る弧をなすように構成されているが、そのように構成することに限られない。図２３に示すリングプレート９６は、前記傾斜面についてリングプレート８１と異なっている。このリングプレート９６における傾斜面は曲面として構成されるが、図示するように断面で見て、リングプレートの外側上方に突き出る弧をなすように構成されている。また、外側面５４において前記外方側に向かって下がる傾斜面は、リングプレート８１、９６のように曲面とすることには限られず、平面としてもよい。

また、図９に示したリングプレート５１では、リングプレート５１の中央部側に臨む内側面５５が内側に向かって下がる傾斜面を備えるように形成されている。この傾斜面は、断面で見てリングプレート５１の前記中央部側上方に突き出る弧をなすように形成されているが、そのように構成することに限られない。図２４に示すリングプレート９７は突起９８を備える。この突起９８の内側面５５は、前記リングプレート５１の内側面５５と同様、内側に向かって下がるように形成された曲面である傾斜面を備える。ただしこの傾斜面は、図示するように断面で見て、リングプレート９７の外側下方に突き出る弧をなすように構成されている。また、内側面５５において、このように内側に向かって下がる傾斜面は平面として構成されてもよい。

リングプレート４１を既述の下降位置に移動させるタイミングについては、上記の例に限られず、レジスト吐出時に当該下降位置に移動させてもよい。また、スピンチャック１１を昇降自在に構成し、スピンチャック１１の昇降によって、ウエハＷへのレジスト吐出時と、ウエハＷ上のレジスト乾燥時とで、ウエハＷとリングプレート４１の下面との距離が変化するように構成してもよい。

塗布液としてレジストを用いる場合について説明したが、反射防止膜形成用の薬液や絶縁膜形成用の薬液を基板に塗布する場合にも、本発明を適用することができる。また、基板は円形基板に限られず、角型基板を用いてもよい。開口部４４についても角型に形成してもよく、その場合、角型の開口部４４に沿って突起部を形成する。また、これまで説明したリングプレートの各構成は、互いに組み合わせることができる。

ところで、既述の各突起部は、リングプレートの内周端の真下から、プレートの径方向に沿って内側３５ｍｍの位置と、外側３５ｍｍの位置との間の領域における膜厚分布が２％以内となるように構成されることが好ましい。前記膜厚分布は、{（前記領域における膜厚の最大値−前記領域における膜厚の最小値）／前記領域で測定された膜厚の平均値}×１００である。

（評価試験）
評価試験１
既述のレジスト塗布装置１と略同様の装置を用いて、複数のウエハＷにレジスト膜を形成した。ただし、この評価試験１で用いるレジスト塗布装置には、既述のリングプレートは設けられていない。ウエハＷとしては直径が３００ｍｍのウエハＷ（以降、３００ｍｍウエハＷと記載）と、４５０ｍｍのウエハＷ（以降、４５０ｍｍウエハＷと記載）とを用い、ウエハＷごとに乾燥工程時における回転数を変更して、レジスト膜が乾燥するために要する時間（膜乾燥時間とする）を調べた。また、レジスト膜が形成された各３００ｍｍウエハＷ、４５０ｍｍウエハＷについて、ウエハＷの面内における複数箇所の膜厚の３シグマを調べた。

図２５のグラフに、この評価試験１の結果を示している。グラフの縦軸は前記膜乾燥時間及び３シグマを示し、グラフの横軸は乾燥工程時のウエハＷの回転数を示している。このグラフに示されるように、乾燥工程時のウエハＷの回転数を上昇させるほど、前記膜乾燥時間を短縮させることができる。３シグマについて見ると、３００ｍｍウエハＷに比べて、４５０ｍｍウエハＷは、前記回転数が低くても３シグマが大きい、即ち面内均一性が低くなっていることが分かる。この結果より、ウエハＷ上に実施の形態で説明した各リングプレートを配置し、ウエハＷの周縁部上における気体の流路を小さくすることで、当該気体のレイノルズ数の上昇を抑え、それによって乱流の発生を抑えることが有効であると考えられる。

評価試験２
評価試験１と同様に、複数のウエハＷについて乾燥工程時における回転数を変更してレジスト膜の形成を行い、これらの各ウエハＷについて、複数箇所の膜厚を測定し、３シグマを算出した。ウエハＷとしては、評価試験１と同様に３００ｍｍウエハＷと、４５０ｍｍウエハＷとを用いた。３００ｍｍウエハＷについては、評価試験１と同じく、リングプレートを設けないレジスト塗布装置により処理を行った。この３００ｍｍウエハＷを用いて行う試験を、評価試験２−１とする。４５０ｍｍウエハＷについては、リングプレートを備えたレジスト塗布装置と、リングプレートを備えていない装置とを各々用いて試験を行った。４５０ｍｍウエハＷについて、前記リングプレートを備えていないレジスト塗布装置１を用いて行った試験を評価試験２−２、リングプレートを備えた装置１を用いて行った試験を評価試験２−３とする。

図２６のグラフは、この評価試験２の結果を示している。グラフの縦軸は前記膜厚の３シグマを示し、グラフの横軸は乾燥工程時におけるウエハＷの回転数を示している。また、評価試験２−２、２−３については、試験の結果を、黒字に白抜きのプロットと、白抜きしていない黒字のプロットとにより示している。白抜きのプロットは、ウエハＷの周縁部のレジスト膜に、気流の転写による風切りと呼ばれるマークが確認されたことを示す。この風切りマークは、ウエハＷの中心部側から周縁部側へ向かう筋状のマークである。白抜きをしていないプロットは、前記風切りマークが確認されなかったことを示す。

乾燥工程時の回転数が５００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍの範囲では評価試験２−１、２−２の３シグマは同程度であるが、前記回転数が９００ｒｐｍ以上になると、評価試験２−２の３シグマは、評価試験２−１の３シグマに比べて大きくなっている。また、乾燥工程時における回転数が９００ｒｐｍ以上になると、評価試験２−２では前記風切りマークが確認された。評価試験２−１では乾燥時における回転数が５００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍの範囲で、風切りマークが確認されなかった。また、前記回転数が８００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲において、評価試験２−３の３シグマは、評価試験２−１、２−２の３シグマよりも小さい。そして、評価試験２−３では、前記回転数が８００ｒｐｍ〜１１００ｒｐｍの範囲において、風切りマークが確認されなかった。

乾燥工程時の回転数を１２００ｒｐｍとした評価試験２−１のウエハＷについて、その径方向の膜厚分布を図２７のグラフに示す。乾燥工程時の回転数を１１００ｒｐｍとした評価試験２−２、２−３のウエハＷについて、その径方向の膜厚分布を図２８のグラフに示す。つまり、評価試験２−２のうち風切りマークが確認されたウエハＷの膜厚分布、評価試験２−３のうち風切りマークが確認されなかったウエハＷの膜厚分布を、グラフ中に示している。各図２７、２８のグラフの横軸は、ウエハＷの中心からの距離を示し、縦軸は測定されたレジスト膜の膜厚を示している。これらのグラフに示されるように、評価試験２−３のウエハＷは、評価試験２−１のウエハＷと同程度に、各部の膜厚のばらつきが抑えられている。特に、評価試験２−２のウエハＷに比べて、評価試験２−３のウエハＷは、周縁部における膜厚のばらつきが抑えられていることが分かる。

この評価試験２の結果より、リングプレートを設けることで、径が比較的大きいウエハＷを用い、乾燥工程時における当該ウエハＷの回転数を高くしても、当該ウエハＷの周縁部に風切りマークが形成されることを抑制し、ウエハＷの面内における膜厚のばらつきを抑えることができることが分かる。

評価試験３
レジスト塗布装置１を用いて、直径が４５０ｍｍのウエハＷにレジスト膜を形成し、ウエハＷの径方向に沿ってレジスト膜の膜厚を測定した。乾燥時の回転数は１２００ｒｐｍとした。このレジスト塗布装置１としては、図１１、１２に示したものと同様のリングプレートを備えるように構成した。つまり、この評価試験３では、急峻に構成されていない突起部６２を備えたリングプレート６１を用いた。使用したリングプレート６１の開口部４４の半径は１００ｍｍである。

図２９は、評価試験３の結果を示している。グラフの横軸は、ウエハＷの中心からの距離を示している。グラフの縦軸はレジスト膜の膜厚と、ウエハＷの表面からリングプレート６１の下面までの高さと、を示している。グラフに示されるように、リングプレート６１の内周縁部下方において、数ｎｍほどではあるが、局所的なレジスト膜の盛り上がりが確認された。

評価試験４
レジスト塗布装置を用いて直径が４５０ｍｍのウエハＷにレジスト膜を形成した。このレジスト塗布装置としては２種類の装置を用いた。一方の装置は、評価試験３で用いた装置と同様に、急峻に形成されていない突起部６２を備えたリングプレートを備えている。この一方の装置を用いる試験を評価試験４−１とする。リングプレートの開口部４４の半径は１００ｍｍである。他方の装置は、図２０で示した突起部９２を備えたリングプレートを備えており、この突起部９２は急峻に構成されている。突起部の構成が異なることを除いて、一方の装置と他方の装置とは同様に構成されており、当該他方の装置を用いる試験を評価試験４−２とする。評価試験４−１、４−２共に、乾燥工程時の回転数をウエハＷごとに変更し、複数のウエハＷにレジスト膜を形成した。そして、各ウエハＷにおいて風切りマークの有無を確認すると共に、径方向に沿った複数箇所における膜厚について測定した。

評価試験４−１、４−２共に、乾燥工程時の回転数を各々８００、１０００、１１００ｒｐｍとしたウエハＷについて、前記風切りのマークは確認されなかった。このことから突起部が急峻であるか否かに関わらず、いずれのリングプレートもウエハＷの周縁部の乱流を抑えることができると考えられる。

評価試験４−１、４−２において、乾燥工程の回転数が１１００ｒｐｍに設定したウエハＷにおける膜厚分布のグラフを図３０に示す。グラフの縦軸が膜厚を示し、横軸がウエハＷの中心からの距離を示している。このグラフに示すように、評価試験４−２では、評価試験４−１に比べて、ウエハＷの径方向における膜厚の変動が小さい。特にリングプレートの内周縁部下方において、局所的に膜厚が大きくなることが防がれている。また、このように前記回転数が１１００ｒｐｍのウエハＷについて、各測定箇所における膜厚の３シグマを計算したところ、評価試験４−１では３．４ｎｍ、評価試験４−２では１．１ｎｍであった。従って、突起部を急峻に構成することで、リングプレートの開口縁部下方における膜厚の上昇をより確実に抑え、ウエハＷの面内における膜厚の均一性を高くすることができることが示された。

図３１は、各回転数におけるウエハＷの膜厚の測定結果を示す棒グラフである。グラフの縦軸は、ウエハＷの面内で測定された膜厚の最大値−最小値（膜厚差として表示）を示す。乾燥時におけるウエハＷの回転数が８００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、１１００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、１４００ｒｐｍであるとき、いずれも膜厚差は、評価試験４−１の方が評価試験４−２よりも大きい。この結果から、突起部を急峻に構成することで、乾燥工程時の回転数を変化させてもウエハＷの膜厚の均一性を高くすることができると考えられる。

Ｗ ウエハ
１ レジスト塗布装置
１０ 制御部
１１ スピンチャック
１３ 回転駆動部
１６ ファンフィルタユニット
２ カップ体
３３ レジストノズル
４１ リングプレート
４５ 突起部

Claims (15)

1. 基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板を回転させる回転機構と、
   前記基板に塗布膜を形成するために塗布液を供給する塗布液供給機構と、
   前記基板の回転による塗布液の液膜の乾燥時に基板の周縁部上方の気流を整流するために、基板の周縁部上方を覆うように基板の周方向に沿う環状に設けられた環状部材と、
   前記環状部材の内周端近傍における気流の真下に向かう成分を低減するために、前記環状部材の内周縁部に周方向に沿って設けられ、上方に突出する突起部と、
   を備えたことを特徴とする塗布膜形成装置。
2. 前記環状部材の内周端から３０ｍｍ外側に至るまでの領域において頂部と、頂部よりも外方側領域における最も低い部位との高さの差が３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成装置。
3. 前記突起部における前記環状部材の外方側に臨む外側面は、垂直面を含むか、あるいは内側及び外側のうちいずれかに向かって下がる傾斜面を含むことを特徴とする請求項１または２記載の塗布膜形成装置。
4. 前記傾斜面は、曲面であることを特徴とする請求項３記載の塗布膜形成装置。
5. 前記突起部における前記環状部材の外方側に臨む外側面は、内側に窪んでいる部分を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
6. 前記突起部における前記環状部材の中央部側に臨む内側面は、垂直面または内側に向かって下がる傾斜面を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
7. 前記傾斜面は、曲面であることを特徴とする請求項６記載の塗布膜形成装置。
8. 前記突起部における前記環状部材の中央部側に臨む内側面は、内側に突出する突出面を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
9. 前記突出面は、外方側に向かうに従って下がる傾斜面を含むことを特徴とする請求項８記載の塗布膜形成装置。
10. 前記環状部材の上面は、当該環状部材の外周縁部側から前記突起部に向かうにつれて高くなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
11. 前記環状部材を前記基板に対して相対的に昇降させる昇降機構が設けられ、
    前記昇降機構は、前記塗布液供給機構により基板に塗布液が供給されるときに、前記環状部材を第１の位置に位置させ、
    塗布液の供給終了後は前記環状部材を、回転する基板に対して前記第１の位置よりも当該基板に近接した第２の位置に位置させることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
12. 基板保持部に基板を水平に保持する工程と、
    回転機構により前記基板保持部に保持された基板を回転させる工程と、
    塗布液供給機構により前記基板に塗布膜を形成するための塗布液を供給する工程と、
    前記基板の回転による塗布液の液膜の乾燥時に、基板の周縁部上方を覆うように基板の周方向に沿う環状に設けられた環状部材基板の周縁部上方の気流を整流する工程と、
    前記環状部材の内周縁部に、周方向に沿って上方に突出して設けられる突起部により、前記環状部材の内周端近傍における気流の真下に向かう成分を低減する工程と、
    を備えたことを特徴とする塗布膜形成方法。
13. 前記環状部材の内周端から３０ｍｍ外側に至るまでの領域において頂部と、頂部よりも外方側領域における最も低い部位との高さの差が３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１２記載の塗布膜形成方法。
14. 前記塗布液供給機構により基板に塗布液が供給されるときに、前記環状部材を第１の位置に位置させる工程と、
    塗布液の供給終了後、昇降機構により前記環状部材を、回転する基板に対して前記第１の位置よりも基板に近接した第２の位置に位置させる工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１２または１３記載の塗布膜形成方法。
15. 基板に塗布膜を形成する塗布膜形成装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムは請求項１２ないし１４のいずれか一つに記載された塗布膜形成方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

Images