JP2017092445A - 塗布膜除去装置、塗布膜除去方法及び記憶媒体 - Google Patents

塗布膜除去装置、塗布膜除去方法及び記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】基板であるウエハ表面に形成された塗布膜の周縁部を除去液により除去するにあたり、塗布膜端部の形状欠陥の発生を抑制すること。【解決手段】スピンチャック１１により回転するウエハの周縁部に、除去液ノズル３から除去液を吐出すると共に、ウエハ表面の除去液の供給領域に、気流形成部５により、ウエハ表面に平行でかつウエハの中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成する。この気流と回転の遠心力とにより、ウエハ表面の除去液の液流が外側に押圧されるため、ウエハに到達したときの除去液の膜厚が低減する。塗布膜端部の形状欠陥の一例である塗布膜端部の盛り上がり（ハンプ）は、除去液ノズル３から吐出された除去液がウエハに到達したときの大きな膜厚による表面張力が原因であるため、除去液の液流が外側に押圧されることによりハンプの発生が抑えられ、形状欠陥の発生が抑制される。【選択図】図１１

Description

本発明は、円形の基板の表面に形成された塗布膜の周縁部を除去液により除去する塗布膜除去装置、塗布膜除去方法及び記憶媒体に関する。
基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に塗布膜パターンを形成するフォトリソグラフィ工程で行われる処理の一つに、表面に塗布膜が形成されたウエハに溶剤を供給して、塗布膜周縁部の不要な膜をリング状に除去する周縁部塗布膜除去（Edge Bead Removal：ＥＢＲ）処理がある。このＥＢＲ処理では、スピンチャックに載置されて回転するウエハの周縁部に、局所的に溶剤ノズルから塗布膜の溶剤が吐出される。
上記のＥＢＲ処理では、塗布膜周縁部である除去領域の膜を除去するにあたり、回路パターンの形成領域を確保して半導体装置の歩留まりを向上させるために、前記除去領域との境界近傍である塗布膜端部の形状欠陥の発生を抑制することが求められている。形状欠陥の一例としては、塗布膜端部の盛り上がり（ハンプ）などが挙げられる。回路の微細化に伴うフォトリソグラフィ工程数の増加により、ＥＢＲ処理における欠陥についての要求の厳格化が予想されることから、前記形状欠陥の発生を抑制する技術の開発が期待される。
特許文献１には、溶剤ノズルから溶剤を吐出して基板端縁の薄膜を溶解すると共に、溶剤を吐出した後の箇所にガスノズルから気体を吐出することにより、溶剤を基板端縁よりも外方に吹き飛ばして除去する技術が記載されている。この例では溶剤に対して後方斜め上方側からガスノズルにより気体を吐出しているので、この手法をＥＢＲ処理に適用すると、塗布膜の溶剤が飛散して、ウエハ周縁部以外の塗布膜も除去され、結果として塗布膜端部の形状が悪化する懸念がある。
また特許文献２には、基板の周縁部に対して処理液供給部から処理液を供給するにあたり、処理液供給部よりも基板の周縁部の内側にガス噴出部を設けて、基板の反りを矯正する技術が記載されている。この手法をＥＢＲ処理に適用すると、ガスは塗布膜の溶剤よりもウエハの外縁に近い位置から噴出されるので、溶剤の供給領域近傍の塗布膜端部の形状についての改善は見込めない。
特開平６−１９６４０１号公報（図３等） 特開２０１２−９９８３３号公報（段落００３１等）
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、円形の基板の表面に形成された塗布膜の周縁部を除去液により除去するにあたり、塗布膜の除去領域との境界近傍である塗布膜端部の形状欠陥の発生を抑制することができる技術を提供することにある。
本発明の塗布膜除去装置は、
円形の基板の表面に塗布液を供給して形成された塗布膜の周縁部を除去液により除去する塗布膜除去装置において、
基板を保持して回転させる回転保持部と、
前記回転保持部に保持された基板の表面の周縁部に、除去液が基板の回転方向の下流側に向かうようにかつ除去液の吐出位置から平面的に見て除去液の吐出軌跡の延長線が基板の外方側に向くように、除去液を吐出する除去液ノズルと、
前記基板の表面の周縁部における除去液の供給領域に、基板の表面に平行でかつ基板の中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成して、除去液の液流を外側に押圧するための気流形成部と、を備えたことを特徴とする。
また本発明の塗布膜除去方法は、
円形の基板の表面に塗布液を供給して形成された塗布膜の周縁部を除去液により除去する塗布膜除去方法において、
基板を回転保持部に保持して回転させながら、基板の表面の周縁部に、除去液が基板の回転方向の下流側に向かうようにかつ除去液の吐出位置から平面的に見て除去液の吐出軌跡の延長線が基板の外方側に向くように、除去液を吐出する工程と、
前記基板の表面の周縁部における除去液の供給領域に、基板の表面に平行でかつ基板の中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成して、除去液の液流を外側に押圧する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の記憶媒体は、塗布膜除去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、
前記プログラムは本発明の塗布膜除去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。
本発明によれば、基板表面の塗布膜の周縁部を除去液により除去するにあたり、除去液ノズルから基板表面の周縁部に除去液を吐出すると共に、基板表面における除去液の供給領域に、気流形成部によって基板表面に平行でかつ基板の中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成している。塗布膜端部の形状欠陥の一例である塗布膜端部の盛り上がりは、除去液ノズルから吐出された除去液が基板に到達したときの大きな膜厚による表面張力が原因と推察される。気流形成部によって形成された気流により、基板表面の除去液の液流が外側に押圧されるため、基板に到達したときの除去液の膜厚が低減する。これによって塗布膜端部の盛り上がりが抑えられ、結果として塗布膜端部の形状欠陥の発生が抑制される。
周縁部塗布膜除去（Edge Bead Removal：ＥＢＲ）処理の概要を説明する側面図である。 ＥＢＲ処理の概要を説明する側面図である。 ＥＢＲ処理によって発生する塗布膜の形状欠陥の例を示す縦断側面図である。 ＥＢＲ処理によって発生する塗布膜の形状欠陥の例を示す平面図である。 ＥＢＲ処理によって発生する塗布膜の形状欠陥の例を示す平面図である。 ＥＢＲ処理によって発生する塗布膜の形状欠陥の例を示す平面図である。 形状欠陥の一例の発生メカニズムを説明する縦断側面図である。 形状欠陥の一例の発生メカニズムを説明する縦断側面図である。 形状欠陥の一例の発生メカニズムを説明する縦断側面図である。 形状欠陥の他の例の発生メカニズムを説明する部分斜視図である。 塗布膜除去装置を適用した塗布装置の一実施形態を示す縦断側面図である。 塗布装置を示す平面図である。 塗布装置に設けられる気流形成部を示す縦断側面図である。 気流形成部を示す正面図である。 気流形成部と除去液ノズルと示す斜視図である。 気流形成部を示す縦断側面図である。 気流形成部を示す平面図である。 除去液とガスの供給タイミングを示す特性図である。 塗布装置の作用を示す縦断側面図である。 塗布装置の作用を示す縦断側面図である。 塗布装置の作用を示す縦断側面図である。 気流形成部の他の例を示す斜視図である。 除去液とガスの供給タイミングの他の例を示す特性図である。 形状欠陥の一例の発生メカニズムを説明する縦断側面図である。 塗布膜除去装置の他の例を示す斜視図である。 スピンチャックの回転速度と塗布膜端部の盛り上がり（ハンプ）の高さとの関係を示す特性図である。 塗布膜除去の条件と塗布膜端部の盛り上がり（ハンプ）の高さとの関係を示す特性図である。
本発明の塗布膜除去装置の説明に先立ち、本発明を成し得るに至った経緯について説明する。本発明はＥＢＲ処理を行うにあたり、塗布膜の除去領域との境界近傍である塗布膜端部の形状欠陥の発生を抑制することを目的としている。先ずＥＢＲ処理の概要について簡単に説明する。ＥＢＲ処理では、図１に示すように、表面に塗布膜１０が形成されたウエハＷを回転保持部であるスピンチャック１１に保持させて回転させた状態で、除去液ノズル３から塗布膜１０の外縁よりも設定量内側に向けて除去液が吐出される。
ウエハＷが回転していることから、ウエハＷ上に到達した除去液の吐出位置（着地位置）からウエハＷの外方側に向けて除去液が広がり、ウエハＷの周縁部の全周に亘って除去液が供給される。除去液が供給された領域では、除去液が塗布膜１０を軟化させて溶解し、溶解された塗布膜１０を含む除去液はウエハＷの外方側へ飛散して除去される。こうして図２に示すように、塗布膜１０の周縁部が除去される。塗布膜端部の形状欠陥の発生を抑制するとは、図２に示すように、除去領域１２との境界近傍である塗布膜端部１３の上面１４及び側端面（カット面）１５が平坦になるように除去することである。
本発明者らは、ＥＢＲ処理時に発生する形状欠陥の発生メカニズムを解明することにより本発明を成し得るに至ったため、形状欠陥を場合分けし、その発生メカニズムの夫々について、図３〜図１０を参照して具体的に説明する。図３は塗布膜端部１３の上面１４がこぶ（ハンプ）状に盛り上がる例（欠陥例１）を示す縦断側面図である。また図４は塗布膜端部１３の一部が除去液により部分的に浸食される例（欠陥例２）、図５は塗布膜端部１３の側端面１５が荒れる例（欠陥例３）、図６は塗布膜端部１３の内側に除去液の液滴１６が飛散する例（欠陥例４）を夫々示す平面図である。
塗布膜１０は例えばレジスト膜であり、レジスト膜とウエハＷとの間には実際には反射防止膜などが形成されているが、図３〜図６ではレジスト膜以外の膜は図示を省略している。図４、図５は光学顕微鏡により得られた像を模式的にトレースしたものであり、図６はウエハエッジ検査装置により得られた像を模式的にトレースしたものである。欠陥例１が発生すると、露光工程にてフォーカスが合わなくなってパターン幅が変化し、欠陥例２〜４が発生すると、欠陥部分には塗布液が存在しないため、塗布欠陥となり、夫々歩留りの低下を招いてしまう。
先ず欠陥例１の発生メカニズムについて、図７〜図９を参照して説明する。除去液ノズル３から吐出される除去液の挙動について考察したところ、図７に模式的に示すように、除去液がウエハＷに到達したときの吐出位置の液膜１７の厚さは、塗布膜１０に対して約３×１０３倍程度と圧倒的に大きいことが認められた。この吐出位置の液膜１７は遠心力によりウエハＷの外方側に向けて移動していくが、図８に示すように、塗布膜の除去領域１２との境界近傍では軟化した塗布膜１８が液膜１７の表面張力により持ち上げられて、こぶ状の盛り上がりを発生させる。
液膜１７の膜厚が大きい程、表面張力が大きく持ち上げ力が増大するため、図９に示すように塗布膜端部１３に盛り上がりが形成されるものと推察される。このような形状欠陥は、液膜１７の膜厚を小さくして表面張力を減少させることにより発生が抑制できると考えられる。このためには液膜１７に対して、除去液の吐出位置よりもウエハＷの中央側から外方側に向けて横方向に物理力を加えることにより、液膜１７の厚さを減少させることが有効である。
また欠陥例２の発生メカニズムについては、図１０に示すように、除去液の液膜１７からこぼれた液滴が、浸透力で塗布膜１０の中心方向に向かい、その後ウエハＷの回転方向と逆方向の風力により、ウエハＷの接線方向に押圧されることによって発生するものと推察される。この欠陥発生の抑制のためには、液膜１７からの液滴の発生自体を抑えるか、または液滴の塗布膜１０側への浸透を抑えることが必要であり、これには除去液の吐出位置よりもウエハＷの中央側から外方側に向けて横方向に物理力を加えることが有効である。なお図１０には液膜１７から塗布膜１０側に浸透した液滴で塗布膜１０が削れた様子を示している。
さらに欠陥例３の発生メカニズムについては、次のように推察される。上述の欠陥例１の検証の結果、ＥＢＲ処理の初期においては塗布膜端部１３に高く揃った盛り上がり（ハンプ）が発生し、時間の経過と共に脆い箇所から形が崩れていき、結果として塗布膜端部１３の側端面１５の荒れが発生することが認められた。従って欠陥例３の発生を抑えるためには、ＥＢＲ処理の初期時に欠陥例１のハンプ現象の発生自体を抑制することが有効である。
続いて欠陥例４については、除去液がウエハへ到達したときやウエハＷのノッチ部分を通過するとき、またはウエハが高速で回転するときに除去液の液滴１６が飛散することにより発生すると考えられる。このため飛散した液滴１６が塗布膜１０側に着地しないように、ウエハＷの中央側から外方側に向けて物理力で押し出すことが有効であると推察される。以上のように、欠陥例１〜欠陥例４ではいずれも、除去液の供給領域において、当該供給領域よりもウエハＷの中央側から外方側に向けて横方向に物理力を加えることにより、欠陥の発生が抑制できることが理解される。
続いて本発明の塗布膜除去装置を適用した塗布装置１の一実施形態について、図１１の縦断側面図及び図１２の平面図を参照しながら説明する。この塗布装置１は、基板であるウエハＷに塗布液を塗布して塗布膜を形成する処理と、ＥＢＲ処理とを行うことができるように構成されている。ウエハＷは円形であり、その直径は例えば３００ｍｍである。またウエハＷの周縁部にはウエハＷの方向を表す切り欠きとしてノッチＮが形成されている。
図中１１はウエハＷを保持して回転させる回転保持部をなすスピンチャックである。このスピンチャック１１は、ウエハＷの裏面中央部を吸着してウエハＷを水平に保持すると共に、回転機構２１により鉛直軸に沿って平面視時計回りに回転自在に構成されている。このスピンチャック１１と回転機構２１とはシャフト２１１により接続され、スピンチャック１１に保持されたウエハＷの周囲にはカップ２２が設けられている。カップ２２は、排気管２３を介して排気されると共に、排液管２４により、ウエハＷからカップ２２内にこぼれ落ちた液体が除去されるようになっている。図中２５は昇降ピンであり、昇降機構２６によって昇降することで、図示しないウエハＷの搬送機構と、スピンチャック１１との間でウエハＷの受け渡しを行うように構成されている。
塗布装置１は、塗布液を鉛直下方に向けて吐出する塗布液ノズル４１と、塗布液の溶媒である溶剤を鉛直下方に向けて吐出する溶剤ノズル４２と、を備えている。塗布液ノズル４１は、開閉バルブＶ１を備えた流路４３を介して当該ノズル４１に塗布液を供給する塗布液供給機構４４に接続されている。また溶剤ノズル４２は、ウエハＷへの塗布液を吐出する前に行う前処理に用いられるノズルであり、開閉バルブＶ２を備えた流路４５を介して当該ノズル４２に溶剤を供給する溶剤供給機構４６に接続されている。図１２に示すように、塗布液ノズル４１及び溶剤ノズル４２は、移動機構４７により昇降かつ水平方向に移動自在に構成されたアーム４８に支持されて、ウエハＷの中心部上とカップ２２の外側の退避位置との間で移動自在に構成されている。図中４９は、移動機構４７が上記のように水平方向に移動するためのガイドである。
さらに塗布装置１は、上記のＥＢＲ処理を行うために用いられる除去液ノズル３を備えている。この除去液ノズル３は、回転するウエハ表面に向けて塗布膜の除去液を局所的に吐出するものであり、ウエハＷの中心部側から周縁部側に向けて斜め下方に除去液を吐出することにより、除去液の吐出位置Ｐから平面的に見て除去液の吐出軌跡の延長線がウエハＷの外方側に向くように構成されている。この例の除去液ノズル３は直管状に形成され、その先端が除去液の吐出口３０として開口している。除去液の吐出位置Ｐとは、図１２に示すように、除去液ノズル３から吐出された除去液がウエハ表面に到達したときの着地位置であり、図１２には除去液の吐出軌跡を点線にて示している。また除去液ノズル３は、吐出された除去液の液撥ねを抑えるために、ウエハＷの回転方向上流側から下流側に向けて除去液を吐出するように構成される。
この例の除去液は塗布液の溶媒である溶剤であり、除去液ノズル３は、開閉バルブＶ３を備えた流路３１を介して上記の溶剤供給機構４６に接続され、溶剤ノズル４２及び除去液ノズル３には、共通の溶剤供給機構４６から互いに独立して溶剤（除去液）が供給されるように構成されている。また除去液ノズル３は、図１２に示すように移動機構３２により昇降かつ水平方向に移動自在に構成されたアーム３３に支持されて、ウエハ周縁部に除去液を吐出する処理位置と、カップ２２の外側の退避位置との間で移動自在に構成されている。図１２中、除去液ノズル３の移動方向をＹ方向、Ｙ方向に直交する水平方向をＸ方向として示している。図中３４は、移動機構３２が上記のように水平方向に移動するためのガイドである。
さらに塗布装置１は気流形成部５を備えている。この気流形成部５は、ウエハ表面の周縁部における除去液の供給領域に、ウエハ表面に平行でかつ当該供給領域よりもウエハＷの中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成して、除去液の液流を外側に押圧するためのものである。本発明でいうウエハ表面に平行とは、ウエハ表面に対して１０度以下の角度で上方側に傾く場合、及びウエハ表面に対して１０度以下の角度で下方側に傾く場合も含まれる。
図１３は気流形成部５の縦断側面図であり、図１４は気流形成部５をウエハＷの外方側から見たときの正面図である。気流形成部５は、ウエハ表面と対向する整流部材５１と、この整流部材５１の下方側の気流形成空間５０に、ウエハＷの周縁部よりも中央側からウエハＷの周縁部に向けてガスを吐出するガス吐出部５２と、を備えている。整流部材５１は、例えば平面的に見て四角形状に形成され、その基端側は屈曲して、略鉛直な四角柱状のガス導入部５３として構成されている。ガス導入部５３の内部にはガス流路５４が形成され、このガス流路５４の上流側は例えばガス導入部５３の背面に形成されたガス供給口５４１を介して、開閉バルブＶ４を備えた供給路５５により気流形成用のガス例えば窒素（Ｎ２）ガスのガス供給源５６に接続されている。
またガス流路５４の下流側は、ガス供給源５６側から送られたガスを圧縮して気流形成空間５０に供給するために、ガス流路５４が狭められた圧縮部位５７を備え、この圧縮部位５７の下流端が横長に開口するガス吐出部５２として構成されている。この気流形成部５は、図１２に示すように移動機構６１により昇降かつ水平方向に移動自在に構成されたアーム６２に支持されて、ＥＢＲ処理時にウエハ周縁部にガスを吐出する処理位置と、カップ２２の外側の退避位置との間で移動自在に構成されている。図１２中６３は、気流形成部５とアーム６２とを接続する接続部材、６４は移動機構６１が上記のように水平方向に移動するためのガイドであり、退避位置にある気流形成部５、除去液ノズル３などを一点鎖線により示している。
除去液ノズル３及び気流形成部５が共に処理位置にあるときには、図１２及び図１５に示すように、例えば気流形成部５は除去液ノズル３からウエハＷの周縁部に供給される除去液の吐出位置Ｐに対して、ウエハＷの回転方向の下流側に配置される。また処理位置にある気流形成部５は、この例では整流部材５１の先端はウエハＷの外縁よりも外方側に位置するように設けられ、ガス吐出部５２は除去液ノズル３から供給される除去液の供給領域３５よりもウエハＷの中央側に寄った位置に設けられる。
こうして配置された整流部材５１の左右方向（ウエハの周方向）の両側には、整流部材５１の下面から下方に突出する側壁部５８が設けられ、この側壁部５８の下端部は塗布膜１０の周縁部に供給される除去液の上方に位置するように構成されている。これにより除去液ノズル３から吐出された除去液の液流が整流部材５１の下方側の気流形成空間５０に形成される。またウエハ表面に対する整流部材５１の下面の高さｈは、例えば０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに設定される。このように構成された気流形成部５では、ガス吐出部５２から吐出されたガスが整流部材５１によりガイドされながら、ウエハＷの中央側から外方側へ向けて流れ、ウエハ表面に平行な帯状の気流が形成される。この帯状の気流の幅は、例えば１０ｍｍ〜５０ｍｍである。
気流形成部５は、塗布膜や除去液の種類、ＥＢＲ処理時におけるウエハＷの回転速度などの処理条件などに応じて、図１５〜図１７に示すように、除去液ノズル３から吐出される除去液の吐出位置Ｐと気流形成部５とのウエハＷの回転方向の距離ｄ、ウエハ表面から整流部材５１の下面までの高さｈが適宜設定される。また整流部材５１の下面と水平面とのなす角θ１、圧縮部位５７の傾斜角θ２、ガス吐出部５２の形状及び大きさ、ガス流路５４の長さ、圧縮部位５７の長さ、整流部材５１の長さ及び幅についても適宜設定される。前記傾斜角θ２は、ここではガス吐出部５２の上下方向の中心と、圧縮部位５７の上下方向の中心とを通る直線と水平面とのなす角としている。
またウエハＷに対する気流形成部５の配置位置についても処理条件に応じて適宜設定され、気流形成部５は、整流部材５１の先端がウエハＷの外縁よりも内側に位置するように設けてもよい。またガス吐出部５２であるガス吐出口が伸びている方向は、ウエハＷの直径と直交していてもよいし、あるいは当該直径と斜めに交差していてもよい。図１７は、後者の状態を示しており、ウエハＷの直径に沿ったラインと直交するウエハＷの接線をＴで表し、当該ラインと斜めに交差している上記のガス吐出口をラインＬで表している。
さらに塗布装置１は制御部７を備えている。この制御部７は例えばコンピュータからなり、不図示のプログラム格納部を有している。このプログラム格納部には、後述する塗布膜の形成処理及びＥＢＲ処理を行うことができるように命令（ステップ群）が組まれたプログラムが格納されている。そしてこのプログラムによって制御部７から塗布装置１の各部に制御信号が出力されることで、塗布装置１の各部の動作が制御される。具体的には開閉バルブＶ１〜Ｖ４の開閉制御、移動機構３２、４７、６１による除去液ノズル３、塗布液ノズル４１及び溶剤ノズル４２、気流形成部５の移動、回転機構２１によるスピンチャック１１の回転、昇降機構２６による昇降ピン２５の昇降などの各動作が制御される。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。
続いて塗布装置１にて行われる塗布膜の形成処理及びＥＢＲ処理について説明する。先ず図示しない搬送機構によりウエハＷをスピンチャック１１上に搬送して載置する。次に溶剤ノズル４２からウエハＷの中心部上に溶剤を吐出する一方、ウエハＷの回転を開始し、遠心力によって溶剤をウエハＷの表面全体に塗布して、塗布液に対するウエハＷの表面の濡れ性を向上させる。然る後ウエハＷを回転させた状態で塗布液ノズル４１からウエハＷの中心部上に塗布液を吐出し、遠心力によって塗布液をウエハＷの表面全体に塗布する。その後所定時間ウエハＷを回転させて液膜を乾燥させ、塗布膜１０を形成する。
次いでＥＢＲ処理を実行する。この処理では、先ず除去液ノズル３及び気流形成部５を処理位置に配置する。そしてウエハＷを予め設定された回転数である例えば１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍこの例では３０００ｒｐｍで例えば時計回りで回転させた状態で、除去液ノズル３から除去液を塗布膜１０の周縁部に吐出すると共に、気流形成部５のガス吐出部５２からガスを供給する。図１８に示すように、除去液及びガスは、例えば同じタイミングで供給開始及び供給停止が行われる。
除去液ノズル３からは、ウエハＷの回転方向の下流側に向かうようにかつ除去液の吐出軌跡の延長線が塗布膜の周縁部の外側に向かうように除去液が吐出される。そして気流形成部５からは、図１５に示すように、ウエハ周縁部の除去液の供給領域３５よりもウエハＷの中央寄りに設けられた横長に開口するガス吐出部５２からガスが吐出される。このガスは整流部材５１にガイドされながら、ウエハの外方側に向かって流れ、これによりウエハＷの表面に平行でかつウエハＷの中央側から外方側に向かう帯状の気流が形成される。整流部材５１の下方側の気流形成空間５０には、除去液ノズル３から吐出された除去液の液流が形成されているが、この液流は気流形成部５により形成された気流によりウエハＷの外方側に向けて押圧される。これにより除去液の液流はウエハＷの外方側に向けて押し出されるように速やかに流れていく。
また気流形成部５において、ガスは圧縮部位５７により圧縮されてからガス吐出口５２から吐出されるので、大きなガスの吐出力が得られ、こうして大きな力で除去液の液流が外側へ押し出される。さらにウエハＷは例えば３０００ｒｐｍの高回転数で回転しているので、大きな遠心力が発生する。除去液の供給領域３５では、塗布膜１０が除去液により軟化され溶解し、溶解された塗布膜の成分を含む除去液は、気流形成部５による気流と大きな遠心力により、ウエハＷの外方に向けて押し出されて除去される。
従来では、既述のように除去液の吐出位置（着地位置）Ｐでは除去液の液膜１７の膜厚が大きくなる。これに対してこの例では、図１９に示すように、気流形成部５によって除去液の吐出位置ＰよりもウエハＷの中央側から外方側に向かう気流を形成し、除去液の液流を押し出しているので、図２０に示すように、液膜１７の膜厚が小さくなる。また除去液を供給している間は、気流形成部５からの気流と大きな遠心力により、ウエハＷの中央側から外方に向かう大きな押圧力が形成されているので、除去液が外方に向かって大きな力で流れていき、液膜１７の表面張力により塗布膜端部１３を持ち上げようとする力の発生が抑えられる。
このため塗布膜端部１３における盛り上がり（ハンプ、欠陥例１）の発生が抑制され、このようにＥＢＲ処理の初期時にハンプの発生自体が抑えられることにより、欠陥例３の塗布膜端部１３の側端面１５の荒れの発生も抑制できる。さらにウエハＷの中央側から外方側に横方向に向かう大きな押圧力が作用するため、除去液の液滴１６が塗布膜１０側へ浸透することを抑えることができ、欠陥例２の塗布膜１０への除去液の浸透が抑制される。さらにまた仮に液膜１７から除去液の液滴１６が飛散したとしても、この液滴１６はウエハＷの中央側から外方に向かう気流に沿って押し出されるため、塗布膜１０側への着地が抑えられ、欠陥例４の発生が抑制される。
こうして図２１に示すように、塗布膜端部１３の形状欠陥の発生を抑えて、塗布膜１０の不要な周縁部が除去される。この後、除去液ノズル３からの除去液の吐出及び気流形成部５からのガスの供給を停止し、次いでウエハＷの回転を停止して、図示しない搬送機構により当該ウエハＷを塗布装置１から搬出する。
上述の実施形態によれば、ウエハ表面の塗布膜の周縁部に除去液を供給して、当該周縁部の不要な塗布膜を除去するにあたり、気流形成部５により、ウエハ表面の除去液の供給領域３５に、ウエハ表面に平行でかつウエハＷの中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成している。これに加えてウエハＷの回転による遠心力も作用するため、既述のように、除去液の液流がウエハＷの外方側へ押し出されて、除去液の液膜１７の厚膜化や、除去液の塗布膜１０側への浸透、飛散した除去液の液滴１６等が原因となる塗布膜１０の形状欠陥の発生が抑制される。また気流形成部５はウエハ表面に平行でかつウエハＷの中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成しているので、気流により塗布膜が荒れたり、除去液の液撥ねを招くおそれがない。これにより回路パターンの形成領域を確実に確保することができるので、歩留りの低下を抑えることができる。
さらに整流部材５１を設けることにより、ウエハ表面に平行な帯状の気流を確実に形成することができる上、除去液の液流がガイドされるので効果的に押圧力を作用させることができ、液流を確実に外方側へ向けて押し出すことができる。またウエハ表面に対する整流部材５１の下面の高さは０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに設定されているので、除去液の液流から液滴１６が飛散したとしても、整流部材５１に当たって気流により外方側へ押し出されるため、塗布膜１０側への除去液の飛散がより一層抑えられる。
さらにまたこの例では、整流部材５１の先端はウエハＷの外縁よりも外方側に位置しているので、除去液の液流は整流部材５１にガイドされてウエハＷの外方側に流出していき、ウエハＷを高回転数で回転する場合であっても、除去液が広範囲に飛び散ることを抑制できる。さらにまた気流形成部５は移動機構６１により、ＥＢＲ処理時の処理位置とカップ２２の外側の退避位置との間で移動自在に構成されているので、塗布膜の形成処理時に塗布液ノズル４１や溶剤ノズル４２からの液体の供給を阻害することがない。
さらに移動機構６１により移動自在に設けられているため、ウエハＷの外縁に対する位置を調整することができ、処理条件に応じて適切な位置に気流形成用のガスを供給することができる。また除去液ノズル３と別個に移動機構６１を設けているので、除去液ノズル３に対する距離も調整することができる。但し気流形成部５は除去液ノズル３と共通の移動機構により前記処理位置と前記退避位置との間で移動するように構成してもよい。
以上において、気流形成部は必ずしも上述の構成には限らず、ウエハ表面の除去液の供給領域に、ウエハＷの表面に平行でかつウエハＷの中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成するものであればよい。例えば図２２に示す気流形成部８は、水平面に沿って伸びる扁平なガス流路８１を備え、その先端のガス吐出部８２からガスを吐出することにより、ウエハＷの表面に平行でかつウエハＷの中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成するように構成したものである。
また除去液とガスとの吐出の開始及び停止のタイミングについては、図２３に示すように、除去液とガスとの間で互いに異なっていてもよく、塗布膜や除去液の種類、ウエハＷの回転速度などの処理条件に応じて適宜変更可能である。図２３（ａ）は、ガスの吐出開始を除去液より早め、ガスと除去液の吐出停止を揃える例、図２３（ｂ）は、ガスの吐出開始を除去液より遅くし、ガスと除去液の吐出停止を揃える例である。また図２３（ｃ）は、ガスと除去液の吐出開始を揃え、ガスの吐出停止を除去液よりも早める例、図２３（ｄ）は、ガスと除去液の吐出開始を揃え、ガスの吐出停止を除去液より遅くする例である。
以上において、塗布装置１では、外部の装置において塗布膜が形成されたウエハＷに対してもＥＢＲ処理を行うことができる。つまり上記の塗布装置１はＥＢＲ処理のみを行う専用の装置として構成してもよく、この場合には、塗布液ノズル４１及び溶剤ノズル４２を設ける必要はない。塗布液としては、溶媒に塗布膜の成分を溶解させた、例えばレジスト液やＳＯＤ材料などで、溶媒により塗布膜が軟化するタイプのものに適用できる。
次に本発明の他の実施形態について説明する。図２４は、除去液１００である例えば溶剤の表面張力が小さい場合のウエハＷ上の塗布膜１０の周縁部の状態を示している。除去液１００は表面張力が小さい場合には広がりやすいことから、除去した塗布膜１０がカット面に沿って押し上げられ、ハンプの形成を促進する。そこでこの実施形態では、塗布膜１０の溶解を抑えることで、除去される塗布膜の量を減らし、これによりハンプの高さを低減しようとするものである。
塗布膜の溶解を抑える手法としては、ウエハＷの周縁部を加熱して塗布膜の乾燥を促進する手法が挙げられる。そしてウエハＷの周縁部を加熱する手法の一例としては、既述した、ウエハＷの表面に平行でかつウエハＷの中央部から外方側に向かう帯状の気流が加熱された気流となるように構成することが挙げられる。図２５はこのような構成を備えた塗布装置を示しており、符号は図１１、図１３及び図１５と同じ符号を用い、除去液には符号を付していない。５５は、ガス管路からなるガス供給路であり、ガス供給路５５の途中には、気流形成部５に送られるガス、この例では窒素ガスを加熱する加熱部９が設けられている。加熱部９は例えば流路を囲む抵抗発熱線を備えたものなどを用いることができ、ガスの温度を例えば６０℃〜８５℃に加熱するように構成される。即ち、図２５に示す実施形態は、図１１〜図２２に示した実施形態において、加熱部９を更に備えた構成例である。
このような実施形態では、ウエハＷ上に塗布膜１０を形成した後、除去液ノズル３及び気流形成部５を処理位置に配置すると共にウエハＷを既述のように回転させ、次いで先ず気流形成部５からガスを供給し、その後、除去液ノズル３から除去液をウエハＷの周縁部に吐出する。気流形成部５からウエハＷに供給されるガスは加熱されていることから、周縁部の塗布膜１０の乾燥が促進され、塗布膜１０が除去液により溶かされにくい状態になっている。このため塗布膜１０がほどよく溶解して除去され、除去液の広がりに伴ってカット面に沿って押し上げられる作用が小さくなり、結果としてハンプの高さが低減する。
気流形成部５から加熱されたガスをウエハＷ上に供給するタイミングは、除去液をウエハＷの周縁部に吐出する時点よりも前であることが必要であるが、ガスの加熱温度との関係で適切なタイミングが決められる。具体的には、ガスの加熱の効果と処理効率との兼ね合いで決定されることになるが、ガスの温度が例えば６０℃〜８５℃であれば、５秒〜３０秒ぐらいが好ましい。
ウエハＷの周縁部を加熱する手法としては、気流形成部５から加熱されたガスを供給する手法に限らず、除去液ノズル３から除去液を吐出する前から例えばウエハＷの中心部に、垂直なノズルから加熱されたガス、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを吐出するようにしてもよい。この場合加熱されたガスはウエハＷの回転の遠心力により周縁部に到達して当該周縁部を加熱する。また除去液ノズル３よりもウエハＷの回転方向の上流側においてウエハＷの周縁部に局部的に加熱されたガスを供給するようにしてもよい。あるいはウエハＷの半径方向に沿った帯状の領域に、当該領域に対向して半径方向にガス吐出孔が配列されたノズルから、加熱されたガスを供給するようにしてもよい。更にはまたウエハＷの周縁部の上方側に赤外照射部を設けて当該赤外照射部からの赤外線により当該周縁部を加熱するようにしてもよい。
ここでウエハＷの周縁部に塗布膜のハンプを抑えることの効果について補充記載しておく。ハンプが高い場合には、後工程であるレジストパターンを除去するアッシング工程において、アッシングされずにレジストの一部が残る懸念がある。またハンプ付近でパターンの異常が発生し、後工程であるエッチング時あるいはアッシング時にレジストが剥がれて欠陥となる懸念がある。更にはウエハＷの表面を洗浄液で洗浄するときにハンプにより洗浄液が堰き止められて洗浄液の液残りが生じる懸念があり、これらの懸念事項は歩留まりの低下につながることから、ハンプの高さを抑えることは重要である。
なお、塗布膜１０の溶解を抑える手法としては、塗布膜１０を加熱することに代えて、除去剤を処理雰囲気の温度よりも低くなるように冷却しよもよい。この場合塗布膜１０が冷却されるので、溶解が抑えられ、同様の効果が期待できる。
（評価例１）
上述の塗布装置１に図２２に示すタイプの気流形成部８を設け、塗布膜が形成されたウエハＷをスピンチャック１１に保持して１０００ｒｐｍで回転させた状態で、その表面の周縁部に、除去液ノズル３から除去液を供給すると共に、気流形成部８からガスを吐出させてＥＢＲ処理を行った。塗布膜としてはレジスト膜、除去液としてはレジスト膜の溶媒である溶剤を用いた。この処理を複数枚のウエハＷに対して行い、処理後にウエハＷの塗布膜端部の盛り上がり（ハンプ）の形状を接触式段差測定機により測定した（実施例１）。また気流形成部８を設けない場合についても同様にＥＢＲ処理を行い、処理後にウエハＷの塗布膜端部のハンプの形状を測定した（比較例１）。
この結果、ハンプの高さの平均値は実施例１では７４．３ｎｍ、比較例１では１１７．８ｎｍであり、実施例１では比較例１に対してハンプの高さを約３５％低減できることが認められた。またハンプの幅についても、実施例１は比較例１に比べてかなり小さくなることが認められた。これによりＥＢＲ処理時において、気流形成部８によりウエハＷの中央側から外方側に向けて帯状の気流を形成することによって、塗布膜端部のハンプの発生が抑制できることが確認された。この実施例１は、整流部材を備えていない気流形成部８を用いているが、整流部材を備えた気流形成部を用いれば、ウエハＷの表面に平行な気流が形成されやすくなるため、塗布膜端部におけるハンプの発生がより一層抑えられ、塗布膜端部の形状欠陥の発生が抑制されることが理解される。
（評価例２）
塗布装置１において、気流形成部５は退避位置に退避させ、塗布膜としてレジスト膜が形成されたウエハＷをスピンチャック１１に保持して回転させた状態で、その周縁部に、除去液ノズル３から除去液を供給してＥＢＲ処理を行った。除去液としてはレジスト液の溶媒である溶剤を用いた。この処理をスピンチャック１１の回転数を変えて行い、処理後にウエハＷの塗布膜端部の盛り上がり（ハンプ）の形状を評価例１と同様に測定した。
この結果を図２６に示す。図中横軸はスピンチャック１１の回転数、縦軸はハンプの高さである。これによりスピンチャック１１の回転数が大きいほど、ハンプの高さが小さくなることが認められた。これは回転数が大きいと遠心力が増大し、除去液の供給領域において液流がウエハＷの外方に向けてより強く押圧されて除去液の液膜の膜厚が小さくなり、塗布膜端部の持ち上げ力が低減するためと推察される。この評価例２は、気流形成部を用いていないため、気流形成部によりウエハＷの中央側から外方側に向かう気流が形成することにより、除去液の液流がウエハＷの外方側に向けてより大きな力で押圧され、塗布膜端部におけるハンプの発生がより一層抑制されることが理解される。
（評価例３）
ウエハＷの周縁部を加熱して塗布膜の乾燥を促進することにより、ハンプが低減することを確認するために次のような評価試験を行った。試験装置としては、図１１に示す塗布装置において、気流形成部５を用いずに、除去液ノズル３におけるウエハＷ上の除去液供給位置よりもウエハＷの回転方向で見て少し上流側の位置であるウエハＷの周縁部と対向するように、垂直に配置されたガスノズルを設けた装置を用いた。ＥＢＲの対象となる塗布膜は、膜厚が２２０ｎｍのＳＯＣ膜（低分子量のポリマーと架橋剤とを含む有機膜）である。
そしてウエハＷに対して塗布液をスピンコーティングして塗布膜１０を形成した後、ウエハＷを１０００ｒｐｍで２５秒回転させ、その後この回転速度を維持しながらガスノズルからおよそ７０℃に加熱されたガスを前記周縁部に設定時間だけ供給した。次いで加熱されたガスの供給を停止した後、１秒経過後に除去液ノズル３から０．１秒間除去液である溶剤を塗布膜の周縁部に供給した。ガスの供給時間は、０秒（加熱されたガスを供給しない比較例）、５秒、３０秒、６０秒、１２０秒に設定し、各条件ごとにウエハＷの周縁部において周方向に等間隔な６点の位置のハンプの高さを測定した。結果は図２７に示すとおりであり、各条件ごとに示した矢印は、上記の６点のハンプの高さの範囲を示している。なお６０秒の条件においては、ハンプの高さの測定値の信憑性に疑問があった２点の測定値を外している。
またこの評価試験とは別に、ガスノズルを用いずに、同様の塗布液を同様にスピンコーティングした後、ウエハＷを１０００ｒｐｍで２５秒回転させ、その後直ちに除去液ノズル３から０．１秒間除去液を周縁部に供給してハンプの高さを測定した。更に別の評価試験として、塗布液をスピンコーティングした後、ウエハＷを１０００ｒｐｍで２５秒回転させ、その後１２０秒間ウエハＷをその回転速度を維持したまま回転させて塗布膜の乾燥を促進させ、同様にハンプの高さを測定した。
図２７から分かるように、加熱されたガスをウエハＷの周縁部に供給すると、加熱されたガスを供給しない場合に比べてハンプの高さが低減している。またガスノズルを用いない評価試験において、ウエハＷの乾燥時間が長い場合と短い場合とでは、既述のように乾燥時間に１２０秒の差があるにもかかわらず、ハンプの高さに差がない。従って、図２７の結果は、加熱されたガスの供給時間を長くするほど、ハンプの高さの低減効果が大きくなっているということを裏付けている。
１ 塗布装置
１１ スピンチャック
２１ 回転機構
３ 除去液ノズル
５、８ 気流形成部
５０ 気流形成空間
５１ 整流部材
５２、８２ ガス吐出部
５４ ガス流路
５７ 圧縮部位
６１ 移動機構
Ｗ ウエハ
Ｐ 吐出位置
９ 加熱部

Claims (14)

  1. 円形の基板の表面に塗布液を供給して形成された塗布膜の周縁部を除去液により除去する塗布膜除去装置において、
    基板を保持して回転させる回転保持部と、
    前記回転保持部に保持された基板の表面の周縁部に、除去液が基板の回転方向の下流側に向かうようにかつ除去液の吐出位置から平面的に見て除去液の吐出軌跡の延長線が基板の外方側に向くように、除去液を吐出する除去液ノズルと、
    前記基板の表面の周縁部における除去液の供給領域に、基板の表面に平行でかつ基板の中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成して、除去液の液流を外側に押圧するための気流形成部と、を備えたことを特徴とする塗布膜除去装置。
  2. 前記気流形成部は、基板の表面と対向する整流部材と、前記整流部材の下方側の気流形成空間に、基板の周縁部よりも中央側から基板の周縁部に向けてガスを吐出するガス吐出部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の塗布膜除去装置。
  3. 前記整流部材は、前記除去液ノズルから吐出された除去液の液流が当該整流部材の下方側の空間に形成されるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の塗布膜除去装置。
  4. 前記ガス吐出部は、ガス供給元側から送られたガスを圧縮して前記整流部材の下方側の空間に供給するために、ガス流路が狭められた部位が当該空間に臨むように設けられていることを特徴とする請求項２または３記載の塗布膜除去装置。
  5. 前記基板の表面に対する前記整流部材の下面の高さは、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の塗布膜除去装置。
  6. 前記気流形成部を、除去液の供給領域に帯状の気流を形成するための位置と、当該位置から退避する退避位置との間で移動させるための移動機構を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の塗布膜除去装置。
  7. 前記帯状の気流の幅は、１０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の塗布膜除去装置。
  8. 前記基板の回転数は、１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍであることを特徴とするｃ。
  9. 基板の表面の周縁部の塗布膜の乾燥を促進させるために少なくとも前記周縁部を加熱する加熱部を備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の塗布膜除去装置。
  10. 前記加熱部は、前記気流形成部により形成される帯状の気流が加熱された状態となるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の塗布膜除去装置。
  11. 円形の基板の表面に塗布液を供給して形成された塗布膜の周縁部を除去液により除去する塗布膜除去方法において、
    基板を回転保持部に保持して回転させながら、基板の表面の周縁部に、除去液が基板の回転方向の下流側に向かうようにかつ除去液の吐出位置から平面的に見て除去液の吐出軌跡の延長線が基板の外方側に向くように、除去液を吐出する工程と、
    前記基板の表面の周縁部における除去液の供給領域に、基板の表面に平行でかつ基板の中央側から外方側に向かう帯状の気流を形成して、除去液の液流を外側に押圧する工程と、を含むことを特徴とする塗布膜除去方法。
  12. 基板の表面と対向するように整流部材を配置し、前記整流部材の下方側の気流形成空間に、基板の周縁部よりも中央側から基板の周縁部に向けてガスを吐出することにより前記気流を形成することを特徴とする請求項１１記載の塗布膜除去方法。
  13. 前記除去液を吐出する工程は、少なくとも前記基板の表面の周縁部を加熱した状態で行われることを特徴とする請求項１１または１２に記載の塗布膜除去方法。
  14. 円形の基板の表面に塗布液を供給して形成された塗布膜の周縁部を除去液により除去する塗布膜除去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、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の塗布膜除去方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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