JP2015023257A - 基板処理方法、及び、基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハＷの外周部において適切な厚さの膜ＲＡを形成する。
【解決手段】 ウェハＷの表面にレジスト液を供給してレジスト液の膜を形成する基板処理方法は、冷却剤供給工程と、薬液供給工程と、薬液拡散工程とを有する。冷却剤供給工程は、レジスト液がウェハＷの外周部に到達する前に行われるものであり、ウェハＷを回転させながらウェハＷの外周部の下面又は／及び上面から冷却液を供給して外周部の温度を下げる。薬液供給工程は、ウェハＷの表面上にレジスト液を供給する。薬液拡散工程は、レジスト液をウェハＷ上で外周部まで拡散させてレジスト液の膜を形成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、基板の表面上に膜を形成する基板処理方法、及び、基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスでは、例えば、基板の表面上にレジスト液を塗布し、レジスト液の膜を形成することがある。このようなレジスト膜を形成する基板処理装置は、基板を回転させて遠心力によってレジスト液を拡散させ、基板の表面上にレジスト膜を形成する。

また、基板を回転させてレジスト液等の薬液を拡散させる場合には、多量の薬液が飛散するため、薬液の使用量が多くなる。このため、薬液の使用量を削減することが望まれている。しかしながら、単に、基板に供給する薬液を少なくしただけでは、薬液が基板上を拡散している途中に薬液中の溶剤が揮発するため粘性が高くなり、基板の外周部おいて適切な厚さの膜を形成することが困難であった。そこで、例えば、特許文献１に記載された基板処理装置では、基板上に供給された薬液に溶剤蒸気を吹き付けて薬液の粘性の上昇を抑制することで、適切な厚さの膜を形成することが記載されている。

特開２００１‐３０７９９１号公報

ここで、半導体の製造効率を高めるために、基板の大口径化が求められている。基板を大口径化すると、例えば直径３００ｍｍの基板サイズよりもさらに大きい直径４５０ｍｍの基板サイズの方が表面積も大きく製造効率も高くなり、より多くの半導体チップが製造できる。しかしながら、例えば直径４５０ｍｍの基板を用いる場合は、直径３００ｍｍの基板に対して半径が１．５倍大きくなり、大口径化に伴い基板の外周部まで薬液を拡散させることがより困難となる。この様な場合であっても、基板の外周部においてもより一層、適切な厚さの膜を形成することができる基板処理装置が望まれている。

そこで、本発明は、基板の大小に関わらず基板の外周部において適切な厚さの膜を形成可能な基板処理方法、及び、基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る基板処理方法は、基板の表面に薬液を供給して薬液の膜を形成する方法であって、冷却剤供給工程と、薬液供給工程と、薬液拡散工程とを有する。冷却剤供給工程は、薬液が基板の外周部に到達する前に行われるものであり、基板を回転させながら基板の外周部の下面又は／及び上面から冷却剤を供給して外周部の温度を下げる。薬液供給工程は、基板の表面上に薬液を供給する。薬液拡散工程は、薬液を基板上で外周部まで拡散させて薬液の膜を形成する。

この基板処理方法では、薬液が基板の外周部に到達する前に、基板の外周部が冷却される。即ち、拡散させられる薬液は、冷却された基板の外周部の表面上を流れ、粘性の上昇が抑制される。このように、薬液が冷却されながら広がることにより、広げられた後の薬液の一部分が局所的に冷却されて粘性が局所的に変化してしまうことがない。これにより、基板の大小に関わらず基板の外周部において薬液を適切に拡散させることができ、適切な厚さの膜を形成することができる。

冷却剤供給工程が行われた後、薬液供給工程が行われる前に、基板に供給される薬液の拡散を促進させるプリウェット液を基板の表面上に供給して広げるプリウェット液拡散工程が更に行われてもよい。この場合には、基板の表面上において薬液が拡散し易くなる。これにより、少量の薬液であっても、基板の表面全体に亘って膜を形成することができる。

冷却剤供給工程では、基板の表面上に薬液が供給される前に基板の外周部を冷却してもよい。この場合には、薬液が基板の外周部に到達する前に、確実に基板の外周部のみを冷却することができる。これにより、意図せずに、基板の外周部を冷却するための冷却剤によって、広げられた後の薬液が局所的に冷却されてしまうことを防止できる。

冷却剤供給工程は、薬液拡散工程で薬液が基板の外周部に到達した後、更に基板の下面から冷却液を供給する工程を有していてもよい。このように、基板の外周部に薬液が広げられた状態で更に冷却剤を供給することで、広げられた後の薬液が局所的に冷却され、薬液の粘性を局所的に変化させることができる。従って、薬液を冷却しながら基板の外周部まで広げた後、更に、基板の外周部に冷却剤を供給することで、薬液を局所的に冷却することが可能となり、基板の外周部に形成される薬液の膜の厚さを更に制御することができる。

冷却剤供給工程の冷却剤は、ガス及び液体のいずれか一方又は両方であってもよい。この場合には、ガス及び液体のいずれか一方又は両方を用いて、基板の外周部を容易に冷却することができる。

基板処理方法は、液体による冷却剤供給工程の後、液体の蒸発を促進させるガスを基板の外周部に供給する工程を有していてもよい。この場合には、液体の蒸発をより一層促進させて、基板の外周部をより一層冷却することができる。

冷却剤供給工程の冷却剤は、互いに蒸気圧の異なる複数の液体によって構成されていてもよい。この場合には、蒸気圧が異なることにより、液体ごとに、基板を冷却する際の性能が異なる。従って、冷却剤を互いに蒸気圧の異なる複数の液体によって構成することで、例えば、冷却の持続時間或は冷却温度等、基板の外周部の温度状態を所望の状態にすることができる。

本発明の他の一側面に係る基板処理装置は、基板の表面上で薬液を拡散させて薬液の膜を形成する装置であって、薬液供給部と、冷却部とを備える。薬液供給部は、基板の表面上に薬液を供給する。冷却部は、薬液供給部から供給された薬液が基板の外周部に到達する前に、基板の外周部の下面又は／及び上面から冷却剤を供給して基板の外周部を冷却する。

この基板処理装置では、薬液供給部から供給された薬液が基板の外周部に到達する前に、基板の外周部が冷却される。即ち、拡散させられる薬液は、冷却された基板の外周部の表面上を流れ、粘性の上昇が抑制される。このように、薬液が冷却されながら広がることにより、広げられた後の薬液の一部分が局所的に冷却されて粘性が局所的に変化してしまうことがない。これにより、基板の大小に関わらず基板の外周部において薬液を適切に拡散させることができ、適切な厚さの膜を形成することができる。

基板処理装置は、基板を回転させて基板の表面上の薬液を拡散させる回転部を更に備えていてもよい。また、回転部は、冷却部によって基板を冷却する際に基板を回転させてもよい。このように、基板を冷却する際にも回転部によって基板を回転させることで、冷却剤の揮発性を高めることが可能となり、より一層効率よく基板を冷却することができる。

薬液供給部は、薬液を供給する前に、薬液の拡散を促進させるプリウェット液を基板の表面上に供給してもよい。この場合には、基板の表面上において薬液が拡散し易くなる。これにより、少量の薬液であっても、基板の表面全体に亘って膜を形成することができる。

冷却部は、基板の表面上に薬液が供給される前に基板の外周部を冷却してもよい。この場合には、薬液が基板の外周部に到達する前に、確実に基板の外周部のみを冷却することができる。これにより、意図せずに、基板の外周部を冷却するための冷却剤によって、広げられた後の薬液が局所的に冷却されてしまうことを防止できる。

冷却部は、薬液が基板の外周部に到達した後、更に、基板の外周部に冷却剤を供給してもよい。このように、基板の外周部に薬液が広げられた状態で更に冷却剤を供給することで、広げられた後の薬液が局所的に冷却され、薬液の粘性を局所的に変化させることができる。従って、薬液を冷却しながら基板の外周部まで広げた後、更に、基板の外周部に冷却剤を供給することで、薬液を局所的に冷却することが可能となり、基板の外周部に形成される薬液の膜の厚さを更に制御することができる。

冷却剤として、ガス及び液体のいずれか一方又は両方を用いてもよい。この場合には、ガス及び液体のいずれか一方又は両方を用いて、基板の外周部を容易に冷却することができる。

冷却部は、冷却剤を基板に供給するノズル位置を可変させる駆動機構を更に備えていてもよい。ノズル位置を可変させることにより、基板の広範囲に亘って冷却剤を供給することができる。これにより、基板の外周部の広範囲に亘って冷却することができる。

本発明の一側面及び他の一側面によれば、基板の大小に関わらず基板の外周部において適切な厚さの膜を形成することができる。

一実施形態に係る塗布・現像装置を示す斜視図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図２のIII−III線に沿った断面図である。 図３の塗布ユニットの内部構造を示す断面図である。 レジスト液の塗布工程を示すフローチャートである。 （ａ）から（ｄ）は、塗布工程における各部の動作を示す図である。 （ａ）から（ｄ）は、塗布工程におけるウェハの温度分布を示す図である。 ウェハを冷却した場合における、冷却液毎のウェハの温度変化を示すグラフである。 （ａ）から（ｄ）は、ノズルの変形例を示す図である。 （ａ）から（ｃ）は、ノズルの変形例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１から図３に示されるように、塗布・現像装置１は、キャリアブロックＳ１と、キャリアブロックＳ１に隣接する処理ブロックＳ２と、処理ブロックＳ２に隣接するインターフェースブロックＳ３とを備えている。以下の説明における「前後左右」は、インターフェースブロックＳ３側を前側、キャリアブロックＳ１側を後側とした方向を意味するものとする。

キャリアブロックＳ１は、複数のキャリア２を設置するためのキャリアステーション３と、キャリアステーション３と処理ブロックＳ２との間に介在する搬入・搬出部４とを有している。キャリア２は、複数枚のウェハ（基板）Ｗを密封状態で収容し、キャリアステーション３上に着脱自在に設置される。本実施形態では、一例として、直径が４５０ｍｍのウェハＷを用いることができる。キャリア２の一側面２ａ側には、ウェハＷを出し入れするための開閉扉が設けられている。搬入・搬出部４には、キャリアステーション３に設置された複数のキャリア２にそれぞれ対応する開閉扉４ａが設けられている。搬入・搬出部４内には、キャリアステーション３に設置されたキャリア２からウェハＷを取り出して処理ブロックＳ２に渡し、処理ブロックＳ２からウェハＷを受け取ってキャリア２内に戻す受け渡しアームＡ１が収容されている。

処理ブロックＳ２は、ウェハＷの表面上に下層の反射防止膜を形成する下層反射防止膜形成（ＢＣＴ）ブロック５と、下層の反射防止膜の上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成（ＣＯＴ）ブロック６と、レジスト膜の上に上層の反射防止膜を形成する上層反射防止膜形成（ＴＣＴ）ブロック７と、現像処理を行う現像処理（ＤＥＶ）ブロック８とを有している。これらのブロックは、床面側からＤＥＶブロック８、ＢＣＴブロック５、ＣＯＴブロック６、ＴＣＴブロック７の順に積層されている。

ＢＣＴブロック５には、反射防止膜形成用の薬液を塗布する塗布ユニットと、加熱・冷却ユニットと、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ２とが収容されている。ＴＣＴブロック７にも同様に、塗布ユニットと、加熱・冷却ユニットと、搬送アームＡ４とが収容されている。ＤＥＶブロック８には、複数の現像処理ユニットと、塗布ユニットと、複数の加熱・冷却ユニットと、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ５と、これらのユニットを経ずに処理ブロックＳ２の前後間でウェハＷを搬送する直接搬送アームＡ６とが収容されている。

図２及び図３に示されるように、ＣＯＴブロック６には、レジスト膜形成用の薬液を塗布する塗布ユニット（基板処理装置）Ｕ１と、加熱・冷却ユニットＵ２と、これらのユニットにウェハＷを搬送する搬送アームＡ３とが収容されている。塗布ユニットＵ１は、レジスト膜形成用の薬液（レジスト液）を下層膜の上に塗布してレジスト液の膜を形成する。加熱・冷却ユニットＵ２は、例えば熱板によりウェハＷを加熱してレジスト液を加熱し、加熱後のウェハＷを冷却板により冷却することで、レジスト液の硬化等のための熱処理を行い、レジスト膜を形成する。複数の塗布ユニットＵ１は、ＣＯＴブロック６の右側で、前後方向に並べられている。複数の加熱・冷却ユニットＵ２は、ＣＯＴブロック６の左側で、前後方向に並べられている。搬送アームＡ３は、塗布ユニットＵ１と加熱・冷却ユニットＵ２との間に設けられ、前後方向及び上下方向に移動可能とされている。

処理ブロックＳ２の後側には、床面からＴＣＴブロック７に亘るように棚ユニットＵ３が設けられている。棚ユニットＵ３は、上下方向に並ぶ複数のセルＣ３０からＣ３８に区画されている。棚ユニットＵ３の近傍には、セルＣ３０からＣ３８間でウェハＷを搬送する昇降自在な昇降アームＡ７が設けられている。処理ブロックＳ２の前側には、床面からＤＥＶブロック８の上部に亘るように棚ユニットＵ４が設けられている。棚ユニットＵ４は、上下方向に並ぶ複数のセルＣ４０からＣ４２に区画されている。

インターフェースブロックＳ３は、露光装置Ｅ１に接続される。インターフェースブロックＳ３には、処理ブロックＳ２の棚ユニットＵ４から露光装置Ｅ１にウェハＷを渡し、露光装置Ｅ１からウェハＷを受け取り棚ユニットＵ４に戻す受け渡しアームＡ８が収容されている。

このような塗布・現像装置１では、まず、複数のウェハＷを収容したキャリア２がキャリアステーション３に設置される。このとき、キャリア２の一側面２ａは搬入・搬出部４の開閉扉４ａに向けられる。次に、キャリア２の開閉扉と搬入・搬出部４の開閉扉４ａとが共に開放され、受け渡しアームＡ１により、キャリア２内のウェハＷが取り出され、処理ブロックＳ２の棚ユニットＵ３のいずれかのセルに順次搬送される。

受け渡しアームＡ１により棚ユニットＵ３のいずれかのセルに搬送されたウェハＷは、昇降アームＡ７により、ＢＣＴブロック５に対応するセルＣ３３に順次搬送される。セルＣ３３に搬送されたウェハＷは、搬送アームＡ２によってＢＣＴブロック５内の各ユニットに搬送され、このウェハＷの表面上に下層反射防止膜が形成される。

下層反射防止膜が形成されたウェハＷは、搬送アームＡ２によってセルＣ３３の上のセルＣ３４に搬送される。セルＣ３４に搬送されたウェハＷは、昇降アームＡ７によって、ＣＯＴブロック６に対応するセルＣ３５に搬送される。セルＣ３５に搬送されたウェハＷは、搬送アームＡ３によりＣＯＴブロック６内の各ユニットに搬送され、このウェハＷの下層反射防止膜の上にレジスト膜が形成される。

レジスト膜が形成されたウェハＷは、搬送アームＡ３によってセルＣ３５の上のセルＣ３６に搬送される。セルＣ３６に搬送されたウェハＷは、昇降アームＡ７によって、ＴＣＴブロック７に対応するセルＣ３７に搬送される。セルＣ３７に搬送されたウェハＷは、搬送アームＡ４によってＴＣＴブロック７内の各ユニットに搬送され、このウェハＷのレジスト膜の上に上層反射防止膜が形成される。

上層反射防止膜が形成されたウェハＷは、搬送アームＡ４によってセルＣ３７の上のセルＣ３８に搬送される。セルＣ３８に搬送されたウェハＷは、昇降アームＡ７によって直接搬送アームＡ６に対応するセルＣ３２に搬送され、直接搬送アームＡ６によって棚ユニットＵ４のセルＣ４２に搬送される。セルＣ４２に搬送されたウェハＷは、インターフェースブロックＳ３の受け渡しアームＡ８により露光装置Ｅ１に渡され、レジスト膜の露光処理が行われる。露光処理後のウェハＷは、受け渡しアームＡ８によりセルＣ４２の下のセルＣ４０又はＣ４１に搬送される。

セルＣ４０又はＣ４１に搬送されたウェハＷは、搬送アームＡ５によりＤＥＶブロック８内の各ユニットに搬送され、現像処理が行われることで、ウェハＷの表面上にレジストパターン及びレジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されたウェハＷは、搬送アームＡ５により、棚ユニットＵ３のうちＤＥＶブロック８に対応したセルＣ３０又はＣ３１に搬送される。セルＣ３０又はＣ３１に搬送されたウェハＷは、受け渡しアームＡ１がアクセス可能なセルに昇降アームＡ７によって搬送され、受け渡しアームＡ１によってキャリア２内に戻される。

なお、塗布・現像装置１の構成は一例に過ぎない。塗布・現像装置は、塗布ユニット、現像処理ユニット、周縁部塗布ユニット等の液処理ユニットと、加熱・冷却ユニット等の前処理・後処理ユニットとを備えるものであればよく、これら各ユニットの個数や種類、レイアウト等は適宜変更可能である。

続いて、塗布ユニットＵ１について、更に詳細に説明する。図４に示されるように、塗布ユニットＵ１は、ウェハＷを水平に保持して回転させる回転保持部１１と、ウェハＷを昇降させる昇降部１２と、薬液ノズル４１からレジスト液及びプリウェット液を供給する薬液供給部４０と、薬液ノズル４１を水平方向に移動させる水平移送部４５と、冷却液ノズル３１から冷却液（冷却剤）を供給する冷却液供給部（冷却部）３０と、制御部５０とを備えている。

回転保持部１１は、回転部１５とチャック１６とを有する。回転部１５は、上方に突出する回転軸１５ａを含み、電動モータ等の動力源により回転軸１５ａを回転させる。チャック１６は、水平に配置されたウェハＷの中心部を支持し、吸引吸着等によりウェハＷを保持する。

昇降部１２は、回転軸１５ａを囲むように水平に配置された円環状の昇降ディスク１７と、昇降ディスク１７の周縁部から上方に突出した複数の昇降ピン１７ａと、昇降ディスク１７を昇降させる昇降シリンダ１８とを有している。複数の昇降ピン１７ａは、回転軸１５ａを囲むように配置されている。昇降部１２は、昇降ピン１７ａを上昇させ、搬送アームＡ３から昇降ピン１７ａの先端部でウェハＷを受け取り、昇降ピン１７ａを下降させてチャック１６上にウェハＷを設置する。また、昇降部１２は、昇降ピン１７ａを上昇させ、昇降ピン１７ａの先端部でチャック１６上のウェハＷを押し上げ、ウェハＷを上昇させて搬送アームＡ３に渡す。

回転部１５の周囲には、ウェハＷ上から外側に振り切られて落下する液体を受け止める収容器であるカップ１９が設けられている。カップ１９は、回転部１５を囲む円環状の底板２０と、底板２０の外縁に沿って上方に突出した円筒状の外壁２１と、底板２０の内縁に沿って上方に突出した円筒状の内壁２２とを有している。外壁２１は、チャック１６に保持されたウェハＷの周縁Ｗｂに対し、平面視で外側に位置する。外壁２１の上端部には、上方に向かうに従い内径が小さくなる傾斜壁部２１ａが形成されている。傾斜壁部２１ａの上端２１ｂは、チャック１６に保持されたウェハＷよりも上方に位置する。内壁２２は、チャック１６に保持されたウェハＷの周縁Ｗｂに対し、平面視で内側に位置する。内壁２２の上端２２ａは、チャック１６に保持されたウェハＷより下方に位置する。

内壁２２に囲まれた空間の上部は、カバー板２３により塞がれており、回転軸１５ａ及び昇降ピン１７ａはカバー板２３に挿通されている。カバー板２３の周縁部には、内壁２２から外壁２１側に張り出した傘状部２３ａが形成されている。傘状部２３ａの外周には、外壁２１と内壁２２の間を仕切るように下方に延在する筒状の仕切壁２４が設けられている。仕切壁２４の下端部と底板２０は離間している。底板２０には、液体排出用の液体排出孔部２０ａと、気体排出用の気体排出孔部２０ｂとが形成されている。液体排出孔部２０ａには、液体排出用の排液管２５が接続されている。気体排出孔部２０ｂには、気体排出用の排気管２６が挿入されている。排気管２６の上端部は、仕切壁２４の下端部の近傍に位置している。

ウェハＷ上から外側に振り切られた液体は、外壁２１及び傘状部２３ａにより、外壁２１と仕切壁２４との間に導かれ、排液管２５を通って排出される。仕切壁２４と内壁２２の間には、液体から発生したガス等が進入し、そのガスが排気管２６を通って排出される。

薬液供給部４０は、レジスト液及びプリウェット液を吐出する薬液ノズル４１と、薬液ノズル４１にプリウェット液を圧送するプリウェット液供給源４３と、薬液ノズル４１にレジスト液を圧送するレジスト液供給源４４とを有している。薬液ノズル４１とプリウェット液供給源４３及びレジスト液供給源４４との間には、バルブ４２が設けられている。このプリウェット液として、例えば、レジストに含まれる溶媒シンナー、γ−ブチルラクトン、乳酸エチル、ＰＧＭＥＡ（propylene glycol methyl ether acetate）、或は、ＯＫ７３シンナー（東京応化工業製品）などを用いることができる。

水平移送部４５は、ウェハＷよりも上方の位置において、ウェハＷの中心に対向する位置とウェハＷ外との間で薬液ノズル４１を移動させる。薬液ノズル４１は、バルブ４２が切り替えられることにより、プリウェット液供給源４３から圧送されたプリウェット液、又は、レジスト液供給源４４から圧送されたレジスト液をウェハＷ上面の中心位置に吐出する。

冷却液供給部３０は、冷却液を吐出する冷却液ノズル３１と、冷却液ノズル３１に冷却液を圧送する冷却液供給源３３とを有している。冷却液ノズル３１と冷却液供給源３３との間には、バルブ３２が設けられている。

冷却液ノズル３１は、ウェハＷよりも下方の位置に設けられる。冷却液ノズル３１は、バルブ３２が切り替えられることにより、冷却液供給源３３から圧送された冷却液をウェハＷの下面の外周部に吐出する。ここで、ウェハＷの下面とは、ウェハＷにおける薬液ノズル４１からレジスト液が供給される面（上面）に対して反対側の面をいう。また、冷却液ノズル３１は、ウェハＷの内側から外側に向かって、ウェハＷの外周部に冷却液を吐出する。

ここで、冷却液ノズル３１から吐出される冷却液として、一例として、アセトン等のシンナー、水、ＰＧＭＥ又はＰＧＭＥＡ、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等を用いることができる。また、これらの冷却液を混ぜて使用してもよい。

制御部５０は、塗布ユニットＵ１の各部の動作を制御するための制御用のコンピュータであり、冷却液供給条件及びレジスト液塗布条件等の設定画面を表示する表示部と、冷却液供給条件及びレジスト液塗布条件等を入力する入力部と、コンピュータ読み取り可能な記録媒体からプログラムを読み取る読取部とを有している。記録媒体には、制御部５０にレジスト液の塗布制御等を実行させるプログラムが記録されており、このプログラムが制御部５０の読取部によって読み取られる。記録媒体としては、例えば、ハードディスク、コンパクトディスク、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、メモリカード等が挙げられる。

制御部５０は、入力部に入力された冷却液供給条件及びレジスト液塗布条件と、読取部により読み取られたプログラムとに応じて、回転保持部１１、昇降部１２、冷却液供給部３０、薬液供給部４０、水平移送部４５を制御し、周縁部塗布処理を実行する。

次に、制御部５０によって制御される塗布ユニットＵ１の動作手順について、図５のフローチャートを用いて説明する。ここでは、制御部５０が昇降シリンダ１８等を制御することによって、塗布ユニットＵ１内に搬送されたウェハＷが昇降ピン１７ａによって受け取られ、チャック１６によってウェハＷが保持されている状態以降の動作手順を説明する。また、ウェハＷが塗布ユニットＵ１内に搬入されたときに、薬液ノズル４１は、ウェハＷの外側に位置しているものとする。

図６（ａ）に示すように、まず、制御部５０は、バルブ３２を制御し、ウェハＷの下面の外周部に向けて冷却液ノズル３１から冷却液を吐出させる（図５のステップＳ１０１：冷却液供給工程（冷却剤供給工程））。これにより、ウェハＷの下面の外周部の例えば基板端から内方２０ｍｍが、冷却液によって濡れた状態となる。

冷却液の吐出の制御と同時に、制御部５０は、回転部１５を制御してウェハＷを回転させる。ウェハＷの回転数は、例えば、１０ｒｐｍから１００ｒｐｍとすることができる。冷却液の吐出時にウェハＷを回転させることにより、ウェハＷの外周部の全周に亘って冷却液Ｃ（図６（ｂ）参照）を塗布することができる。この時のウェハＷの温度は、図７（ａ）に示すように、ウェハＷの全体に亘って一定となっている。但し、冷却液がウェハＷの外周部に供給された直後から、冷却液が蒸発することでウェハＷの外周部の温度が低下する場合もあり得る。

また、制御部５０は、冷却液の吐出の制御と共に、水平移送部４５を制御し、ウェハＷ外からウェハＷの中心位置に薬液ノズル４１を移動させる。このように、薬液ノズル４１の移動動作と共に冷却液の吐出動作を行うことで、冷却液の吐出動作を行うためだけの時間を確保することが不要となり、レジスト液の塗布処理の時間を短縮することができる。

冷却液の吐出後、制御部５０は、バルブ４２を制御し、図６（ｂ）に示すようにウェハＷ上面の中心位置に薬液ノズル４１からプリウェット液Ｐを吐出させる（ステップＳ１０２：プリウェット液供給工程（プリウェット液拡散工程））。これにより、ウェハＷの上面の中心位置がプリウェット液Ｐで濡れた状態となる。この時、制御部５０は、ウェハＷの回転を停止させていてもよく、回転部１５を制御してウェハＷを例えば１００ｒｐｍ以下で回転させていてもよい。この時のウェハＷの温度は、図７（ｂ）に示すように、ウェハＷの全体に亘って一定となっている。

プリウェット液Ｐの供給後、制御部５０は、プリウェット液Ｐを拡散させるために、回転部１５を制御してウェハＷを回転させる（ステップＳ１０３：プリウェット液拡散工程）。これにより、プリウェット液Ｐが拡散され、ウェハＷの上面がプリウェット液Ｐで濡れた状態となる。ウェハＷの回転数は、例えば、５００ｒｐｍから４０００ｒｐｍとすることができる。プリウェット液Ｐを拡散させるためにウェハＷを回転させることにより、ウェハＷの下面の外周部に塗布された冷却液Ｃが蒸発及びウェハＷ外に振り切られ、ウェハＷの外周部の温度が低下する。この時のウェハＷの温度は、図７（ｃ）に示すように、ウェハＷの外周部の温度が中心部分に比べて低くなっている。

プリウェット液を拡散させた後、制御部５０は、バルブ４２を制御し、図６（ｃ）に示すようにウェハＷ上面の中心位置に薬液ノズル４１からレジスト液Ｒを吐出させる。（ステップＳ１０４：レジスト液供給工程（薬液供給工程））。レジスト液Ｒの供給後、制御部５０は、レジスト液Ｒを拡散させるために、回転部１５を制御してウェハＷを回転させる（ステップＳ１０５：レジスト液拡散工程（薬液拡散工程））。ウェハＷの回転数は、例えば、５００ｒｐｍから４０００ｒｐｍとすることができる。これにより、レジスト液Ｒが拡散され、図６（ｄ）に示すように、レジスト液の膜ＲＡが形成される（ステップＳ１０６：膜形成工程（薬液拡散工程））。レジスト液の膜ＲＡが形成される際、ウェハＷの温度は、図７（ｄ）に示すように、ウェハＷの外周部の温度が中心部分に比べて低くなっている。このように、レジスト液Ｒを拡散させる工程では、冷却液Ｃによって冷却されたウェハＷの外周部の上面をレジスト液Ｒが移動する。

このようにして、ウェハＷの上面にレジスト液Ｒを塗布することにより、ウェハＷの上面にレジスト液の膜ＲＡが形成される。レジスト液の膜ＲＡが形成された後、塗布処理の一般的な工程である洗浄工程、乾燥工程等を経て、レジスト液Ｒの塗布処理が終了する。

本実施形態は以上のように構成され、塗布ユニットＵ１では、薬液供給部４０から供給されたレジスト液ＲがウェハＷの外周部に到達する前に、冷却液供給部３０から供給される冷却液ＣによってウェハＷの外周部が冷却される。即ち、拡散させられるレジスト液Ｒは、冷却されたウェハＷの外周部の表面上を流れ、粘性の上昇が抑制される。このように、レジスト液Ｒが冷却されながら広がることにより、広げられた後のレジスト液Ｒの一部分が局所的に冷却されて粘性が局所的に変化してしまうことがない。これにより、ウェハＷの大小に関わらずウェハＷの外周部においてレジスト液Ｒを適切に拡散させることができ、適切な厚さのレジスト液の膜ＲＡ形成することができる。

例えば、直径が４５０ｍｍのウェハＷを用いた場合のように、ウェハＷの大口径化に伴ってウェハＷが厚くなる傾向がある。このため、ウェハの直径が大きい場合には直径が小さい場合に比べてウェハの熱容量が大きくなる。このように、ウェハＷの熱容量が大きい場合であっても、ウェハＷの外周部に冷却液Ｃを供給することで、ウェハＷの外周部においても適切な厚さのレジスト液の膜ＲＡを形成することができる。

ウェハＷの冷却を塗布ユニットＵ１内で行うことができるため、レジスト液Ｒの塗布処理の直前にウェハＷを冷却することができる。従って、ウェハＷの冷却を塗布ユニットＵ１以外の装置で行う場合に比べて、ウェハＷの温度管理が容易となり、ウェハＷごとの温度のばらつき等を抑制することができる。

ウェハＷを冷却液Ｃによって冷却する際に回転部１５によってウェハＷを回転させることで、冷却液Ｃの揮発性を高めることが可能となり、より一層効率よくウェハＷを冷却することができる。

薬液供給部４０は、レジスト液Ｒを供給する前に、レジスト液Ｒの拡散を促進させるプリウェット液Ｐを基板の表面上に供給する。この場合には、ウェハＷ基板の表面がプリウェット液Ｐで濡らされた後、レジスト液Ｒが広がることとなり、レジスト液Ｒが拡散し易くなる。これにより、少量のレジスト液Ｒであっても、ウェハＷの表面全体に亘ってレジスト液の膜ＲＡを形成することができる。

冷却液供給部３０は、ウェハＷの上面にレジスト液Ｒが供給される前に、ウェハＷの下面の外周部に冷却液Ｃを供給する。これにより、レジスト液ＲがウェハＷの外周部に到達する前に、確実にウェハＷの外周部のみを冷却することができる。これにより、意図せずに、ウェハＷの外周部を冷却するための冷却液Ｃによって、広げられた後のレジスト液Ｒが局所的に冷却されてしまうことを防止できる。

冷却液供給部３０は、ウェハＷの下面、即ち、ウェハＷにおけるレジスト液Ｒが供給される面に対して反対側の面に冷却液Ｃを供給する。これにより、冷却液Ｃとレジスト液Ｒとが混ざることを確実に防止できる。

ウェハＷの外周部を冷却するための冷却剤として、冷却液Ｃを用いることで、ウェハＷの外周部を容易に冷却することができる。

例えば、冷却液Ｃの一例として挙げた水、ＰＧＭＥ／ＰＧＭＥＡ、アセトン、ＩＰＡは、互いに蒸気圧が異なる。このため、ウェハＷの外周部にこれらの冷却液Ｃを付着させた時に、ウェハＷの外周部の温度を低下させる速度、温度を低下させる際の持続時間、温度の低下量等が互いに異なる。

一例として、図８に、これらの液体をウェハＷの表面に塗布し、ウェハＷを１０００ｒｐｍで回転させた場合の温度変化を示す。ここでは、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、冷却液ＣをウェハＷに塗布し、時刻ｔ１からウェハＷを回転させた場合を示している。例えば、水を塗布した場合、図８の曲線Ｘ１に示すように、ウェハＷを回転させた時刻ｔ１以降、徐々にウェハＷの温度が低下し、その後、ウェハＷの温度が元の温度付近まで上昇する。ＰＧＭＥ／ＰＧＭＥＡを塗布した場合、曲線Ｘ２に示すように、時刻ｔ１以降、水を用いた場合よりも緩やかにウェハＷの温度が低下し、その後、ウェハＷの温度が元の温度付近まで上昇する。

アセトンを用いた場合、曲線Ｘ３に示すように、ウェハＷにアセトンを塗布した直後からウェハＷの温度が低下し、時刻ｔ１以降、より一層急激にウェハＷの温度が低下する。その後、ウェハＷの温度が急激に元の温度付近まで上昇する。ＩＰＡを塗布した場合、曲線Ｘ４に示すように、時刻ｔ１以降、急激に温度が低下し、その後、ウェハＷの下の温度付近まで急激に上昇する。

このように、冷却液Ｃの種類によって、ウェハＷの外周部を冷却する際の特性が異なる。従って、用いる冷却液Ｃの種類によってウェハＷの外周部におけるレジスト液Ｒの冷却の特性が異なるため、レジスト液Ｒの粘性も異なる。このため、用いる冷却液Ｃの種類によって、ウェハＷの外周部におけるレジスト液の膜ＲＡの厚さを制御することが可能となる。

また、蒸気圧の低い冷却液Ｃを用いる場合には、冷却液Ｃが長時間ウェハＷに留まり、ウェハＷの温度が徐々に低下する。この場合、図５の膜形成工程においてレジスト液の膜ＲＡを形成している途中においても、徐々にウェハＷを冷却することができる。従って、レジスト液の膜ＲＡが形成されている途中においてもレジスト液Ｒの粘性を変化させることができ、レジスト液の膜ＲＡの厚さをより一層適切に制御することができる。

また、これらの冷却液Ｃを複数混ぜて使用することで、冷却の持続時間或は冷却温度等、ウェハＷの外周部の温度状態を所望の状態にすることができ、ウェハＷの外周部におけるレジスト液の膜ＲＡの厚さをより一層適切に制御することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、薬液供給部４０が冷却液ＣをウェハＷに供給するタイミングは、プリウェット液Ｐが供給される前のみに限定されない。一例として、薬液供給部４０は、図５の冷却液供給工程からプリウェット液拡散工程にかけて、冷却液Ｃを供給してもよい。また、薬液供給部４０は、図５の冷却液供給工程からレジスト液拡散工程にかけて、冷却液Ｃを供給してもよい。これらの場合、薬液供給部４０は、各工程を跨いで冷却液Ｃを連続的に供給してもよく、工程毎に断続的に供給してもよい。

更に、薬液供給部４０は、ウェハＷを回転させてレジスト液の膜ＲＡを形成する工程（図５の膜形成工程）においても、ウェハＷの外周部に冷却液Ｃを供給してもよい（薬液が基板の外周部に到達した後、更に冷却液を供給する工程）。このように、ウェハＷの外周部にレジスト液Ｒが広げられた状態で更に冷却液Ｃを供給することで、広げられたレジスト液Ｒが局所的に冷却され、広げられたレジスト液Ｒの粘性を局所的に変化させることができる。従って、レジスト液Ｒを冷却しながらウェハＷの外周部まで広げた後、更に、ウェハＷの外周部に冷却液Ｃを供給することで、レジスト液Ｒを局所的に冷却することが可能となり、ウェハＷの外周部に形成されるレジスト液の膜ＲＡの厚さを更に制御することができる。

次に、冷却液Ｃを吐出する薬液ノズルの変形例について説明する。図９（ａ）に示すように、冷却液Ｃを吐出する冷却液ノズル３１Ａを、駆動機構３５によってウェハＷの径方向に沿って移動させてもよい。このように、冷却液ノズル３１Ａの位置を可変させながら冷却液Ｃを吐出することにより、ウェハＷの外周部の広範囲に亘って冷却液Ｃを付着させ、ウェハＷの外周部を広範囲に亘って冷却することができる。

図９（ｂ）に示すように、冷却液Ｃを吐出する冷却液ノズル３１Ｂを複数設けてもよい。この場合には、短時間でウェハＷの下面の全周に亘って冷却液Ｃを付着させることができる。図９（ｃ）に示すように、冷却液Ｃを吐出する冷却液ノズル３１Ｃを複数設ける場合、ウェハＷの中心からの距離が互いに異なる位置に向けてそれぞれの冷却液ノズル３１Ｃから冷却液Ｃを吐出させてもよい。この場合には、冷却液ノズル３１Ｃを移動させることなく、ウェハＷの外周部分の広範囲に亘って冷却液Ｃを付着させることができる。

図９（ｄ）に示すように、ウェハＷの上面の外周部に向けて、冷却液ノズル３１Ｄから冷却液Ｃを吐出させてもよい。この場合、レジスト液ＲがウェハＷの外周部に到達する前に、冷却液ノズル３１ＤからウェハＷの上面に冷却液Ｃを供給する。このように、レジスト液ＲがウェハＷの外周部に到達する前に冷却液Ｃを供給することで、レジスト液Ｒと冷却液Ｃとが混ざることが抑制される。また、ウェハＷにおける冷却液Ｃによって冷却された側の面上をレジスト液Ｒが移動するため、レジスト液Ｒを効率よく冷却し、粘性の上昇を抑制してレジスト液Ｒの拡散を促進させることができる。

図１０（ａ）に示すように、ウェハＷの外周部の上面に冷却液Ｃを吐出する冷却液ノズル３１Ｅと、ウェハＷの外周部の下面に冷却液Ｃを吐出する冷却液ノズル３１Ｆとを設けてもよい。この場合には、ウェハＷの両面からより一層効率よくウェハＷの外周部を冷却することができる。

図１０（ｂ）に示すように、冷却剤としての冷却ガスＧ１を吐出する冷却ガスノズル３１Ｇを設けてもよい。この場合、ウェハＷの外周部の上面に向けて冷却ガスノズル３１Ｇから冷却ガスＧ１を吐出してもよく、ウェハＷの外周部の下面に向けて冷却ガスノズル３１Ｇから冷却ガスを吐出してもよい。この場合には、冷却ガスを用いてウェハＷの外周部を容易に冷却することができる。

図１０（ｃ）に示すように、ウェハＷの外周部の下面に冷却液Ｃを吐出する冷却液ノズル３１Ｊを設け、更に、ガスＧ２をウェハＷの外周部の下面に吐出するガスノズル３１Ｈを設けてもよい。この場合、ガスＧ２は、ガスノズル３１ＨからウェハＷの外周部に付着する冷却液Ｃに向けて吐出される（液体の蒸発を促進させるガスを基板の外周部に供給する工程）。ガスＧ２は、ウェハＷの外周部の下面に付着する冷却液Ｃの蒸発を促進させるためのものである。このように、冷却液Ｃの蒸発を促進させるガスＧ２を吐出するガスノズル３１Ｈを設けることで、冷却液Ｃの蒸発が促進され、より一層効率よくウェハＷを冷却することができる。

また、図９（ａ）から図９（ｄ）及び図１０（ａ）から図１０（ｃ）を用いて説明した冷却液Ｃを吐出する冷却液ノズル、及び、冷却ガスＧ１或はガスＧ２を吐出するガスノズルを、適宜組み合わせてもよい。

上記実施形態では、レジスト膜を形成するためのレジスト液Ｒを塗布する塗布ユニットＵ１を例に説明したが、例えば、反射防止膜を形成するための薬液を塗布する塗布ユニットなど、レジスト液Ｒ以外の薬液を塗布して膜を形成するユニットに本発明の一実施形態を適用してもよい。

１５…回転部、３０…冷却液供給部（冷却部）、３５…駆動機構、４０…薬液供給部、Ｃ…冷却液（冷却剤）、Ｇ２…ガス（蒸発を促進させるガス）、Ｐ…プリウェット液、Ｒ…レジスト液（薬液）、ＲＡ…レジスト液の膜、Ｕ１…塗布ユニット（基板処理装置）、Ｗ…ウェハ（基板）。

Claims (14)

1. 基板の表面に薬液を供給して前記薬液の膜を形成する基板処理方法であって、
   前記基板を回転させながら前記基板の外周部の下面又は／及び上面から冷却剤を供給して前記外周部の温度を下げる冷却剤供給工程と
   前記基板の表面上に前記薬液を供給する薬液供給工程と、
   前記薬液を前記基板上で前記外周部まで拡散させて前記薬液の膜を形成する薬液拡散工程と、
   を有し、
   前記冷却剤供給工程は、前記薬液が前記基板の外周部に到達する前に行われる、基板処理方法。
2. 前記冷却剤供給工程が行われた後、前記薬液供給工程が行われる前に、前記基板に供給される前記薬液の拡散を促進させるプリウェット液を前記基板の表面上に供給して広げるプリウェット液拡散工程が更に行われる、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記冷却剤供給工程では、前記基板の表面上に前記薬液が供給される前に前記基板の外周部を冷却する、請求項１又は２に記載の基板処理方法。
4. 前記冷却剤供給工程は、前記薬液拡散工程で薬液が前記基板の前記外周部に到達した後、更に基板の下面から冷却液を供給する工程を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
5. 前記冷却剤供給工程の前記冷却剤は、ガス及び液体のいずれか一方又は両方である、請求項１から４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
6. 前記液体による前記冷却剤供給工程の後、前記液体の蒸発を促進させるガスを前記基板の外周部に供給する工程を有する、請求項５に記載の基板処理方法。
7. 前記冷却剤供給工程の前記冷却剤は、互いに蒸気圧の異なる複数の液体によって構成される、請求項５に記載の基板処理方法。
8. 基板の表面上で薬液を広げて前記薬液の膜を形成する基板処理装置であって、
   前記基板の表面上に薬液を供給する薬液供給部と、
   前記薬液供給部から供給された前記薬液が前記基板の外周部に到達する前に、前記基板の外周部の下面又は／及び上面から冷却剤を供給して前記基板の外周部を冷却する冷却部と、
   を備える基板処理装置。
9. 前記基板を回転させて前記基板の表面上の薬液を拡散させる回転部を更に備え、
   前記回転部は、前記冷却部によって前記基板を冷却する際に前記基板を回転させる、
   請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記薬液供給部は、前記薬液を供給する前に、前記薬液の拡散を促進させるプリウェット液を前記基板の表面上に供給する、請求項８又は９に記載の基板処理装置。
11. 前記冷却部は、前記基板の表面上に前記薬液が供給される前に前記基板の外周部を冷却する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
12. 前記冷却部は、前記薬液が前記基板の外周部に到達した後、更に、前記基板の外周部に前記冷却剤を供給する、請求項８から１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
13. 前記冷却剤は、ガス及び液体のいずれか一方又は両方である、請求項８から１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
14. 前記冷却部は、前記冷却剤を前記基板に供給するノズル位置を可変させる駆動機構を更に備える、請求項８から１３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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