JP2017094324A - 塗布膜形成方法、塗布膜形成装置及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハに２００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下の粘度のレジスト液を供給してレジスト膜を形成するにあたって、レジスト膜中の気泡を抑制する技術を提供すること。【解決手段】レジスト液ノズル５の先端側に、自重で落下しないレジスト液の液玉を形成している状態で、ウエハＷの中心部に当該液玉を接触させる。次いでレジスト液ノズル５から吐出するレジスト液が途切れないようにレジスト液ノズル５を女プ称させる。続いてレジスト液ノズル５から吐出するレジスト液が途切れないようにかつレジスト液ノズル５の先端部がウエハＷ上の液溜まりに埋没しないように当レジスト液ノズル５を上昇させ、当該レジスト液ノズル５からレジスト液を吐出して液溜まりを形成する。その後、ウエハＷを回転させて液溜まりをウエハＷの表面全体に広げる。【選択図】図５

Description

本発明は、基板に２００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液を供給して塗布膜を形成する技術分野に関する。

半導体製造工程におけるエッチング工程において、レジスト膜に対するエッチング対象のエッチング選択比が小さい場合があるため、レジスト膜を例えばμｍオーダーもの厚い膜とする要請がある。このようにレジスト膜を厚膜とするためには、レジスト液として例えば２００ｃＰ以上もの高粘度のものを用いる必要がある。

レジスト液の塗布は通常いわゆるスピンコーティング法により行われるが、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）にレジスト液ノズルからレジスト液を供給するときにレジスト液が勢いよくウエハに衝突すると、レジスト液中に気泡を巻き込むことがある。レジスト液の粘度が高いと、この気泡がレジスト液から抜けずにレジスト液の液溜まり中に留まってしまい、気泡が混入したまま塗布膜であるレジスト膜を形成してしまうと、斑や、コメット斑などの塗布不良が発生するおそれがある。

従来は、ウエハを回転させながらレジスト液を供給するにあたって、レジスト液ノズルをウエハの周縁側に位置させ、レジスト液を吐出しながらウエハの中心側に移動させて中心部に液溜まりを形成し、中心部の液溜まりに気泡が巻き込まれないようにしていた。しかしながらこの手法は、レジスト液の量も多く、またウエハ表面にレジスト液が螺旋状に供給されるため、レジスト膜の膜厚について良好な均一性を得ることが難しい。さらにまたウエハの表面をレジスト液の供給前に十分に溶剤により濡らす必要があった。

特許文献１には、供給ノズルと、基板面との間隔を調節して塗布液の基板への衝突の衝撃度を変えて膜厚分布を調整する塗布装置が記載されているが、塗布液中の気泡の巻き込みの抑制については、記載されていない。

特開２０００−５１７７０号公報

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、基板に２００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液を供給して塗布膜を形成するにあたって、塗布膜中の気泡の巻き込みを抑制する技術を提供することにある。

本発明の塗布膜形成方法は、２００ｃＰ以上、８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成方法において、
基板を鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に水平に保持する工程と、
塗布液ノズルの先端側に、自重で落下しない塗布液の液玉を形成している状態で、基板の中心部に当該液玉を接触させる工程と、
次いで前記塗布液ノズルから吐出する塗布液が途切れないようにかつ当該塗布液ノズルの先端部が基板上の塗布液に埋没しないように当該塗布液ノズルを動作させ、当該塗布液ノズルから塗布液を吐出して液溜まりを形成する工程と、
その後、基板を回転させて基板上の前記液溜まりを基板の表面全体に広げる工程と、を含むことを特徴とする。

また本発明の塗布膜形成方法は、２００ｃＰ以上、８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成方法において、
基板を鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に水平に保持する工程と、
塗布液ノズルの先端側に塗布液の液玉を形成する工程と、
前記液玉を塗布液ノズルとの間の塗布液の液柱が途切れないように下降させて基板の中心部に塗布液を接触させる工程と、
次いで前記塗布液ノズルから塗布液を途切れないように吐出して液溜まりを形成する工程と、
その後、基板を回転させて基板上の前記液溜まりを基板の表面全体に広げる工程と、を含み、
前記基板の中心部に塗布液を接触させる工程は、塗布液の吐出を停止した状態、または前記液溜まりを形成する工程における塗布液の吐出流量よりも少ない流量であって、液玉を基板に接触させたときに塗布液中に気泡を巻き込まない流量で塗布液を吐出した状態で行うことを特徴とする。

本発明の塗布膜形成装置は、２００ｃＰ以上、８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
前記基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部を鉛直軸周りに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の塗布液を供給する塗布液ノズルと、
前記塗布液ノズルを移動させる移動機構と、
塗布液ノズルの先端側に、自重で落下しない塗布液の液玉を形成している状態で、基板の中心部に当該液玉を接触させるステップと、次いで前記塗布液ノズルから吐出する塗布液が途切れないようにかつ当該塗布液ノズルの先端部が基板上の塗布液に埋没しないように当該塗布液ノズルを動作させ、当該塗布液ノズルから塗布液を吐出して液溜まりを形成するステップと、その後、基板を回転させて基板上の前記液溜まりを基板の表面全体に広げるステップと、を実行する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、基板保持部に基板を保持させてスピンコーティングにより塗布液を基板に塗布する装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述の塗布膜形成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。

本発明によれば、基板に２００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液をスピンコーティングにより塗布するにあたり、自重にて塗布液ノズルから落下しない量の塗布液を吐出して塗布液ノズルの先端に液玉を形成すると共に、塗布液ノズルを静かに下降して、液玉を基板の表面に接液している。そのため塗布液が基板に勢いよく衝突することを避けることができ、気泡の巻き込みを抑制することができる。
また他の発明によれば塗布液ノズルの先端に形成した液玉を塗布液ノズルとの間の塗布液の液柱が途切れないように下降させて基板の中心部に塗布液を接触させるため、塗布液が基板に勢いよく衝突することを避けることができ、同様の効果を得ることができる。

第１の実施の形態に係るレジスト塗布装置を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係るレジスト塗布装置を示す縦断面図である。 サックバックバルブを示す縦断側面図である。 第１の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第１の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第１の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第１の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第１の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第１の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第１の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第１の実施の形態の他の例に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第１の実施の形態のさらに他の例に係るアームを示す斜視図である。 第２の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第２の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第２の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第２の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第２の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。 第２の実施の形態に係るレジスト液の塗布工程を示す説明図である。

［第１の実施の形態］

本発明の塗布膜形成装置を塗布液であるレジスト液をウエハＷに塗布するレジスト塗布装置に適用した第１の実施の形態について説明する。図１、図２に示すようにレジスト塗布装置は、例えば直径３００ｍｍのウエハ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１３に接続されており、当該回転機構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を隙間を介して取り囲むように円形板１４が設けられる。また円形板１４を貫通するように周方向等間隔に３本の昇降ピン１５が設けられ、昇降ピン１５の昇降によりレジスト塗布装置の外部の搬送アームとスピンチャック１１との間で、ウエハＷを受け渡す。図中１６は、昇降ピン１５を昇降させる昇降機構である。

またスピンチャック１１を取り囲むようにカップ体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、こぼれ落ちた排液を受け止め、当該排液をレジスト塗布装置外に排出する。カップ体２は、前記円形板１４の周囲に断面形状が山型のリング状に設けられた山型ガイド部２１を備え、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２３が設けられている。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。

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２２と、この筒状部２２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２２の下方側は、山型ガイド部２１及び垂直壁２３の下方に断面が凹部型となるリング状の液受け部２６が形成されている。この液受け部２６においては、外周側に排液路２７が接続されると共に、排液路２７よりも内周側には、排気管２８が下方から突入する形で設けられている。

また上側ガイド部２４の基端側周縁から上方に伸びるように筒状部３１が設けられ、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。当該ウエハＷの回転により飛散した液は、傾斜壁３２、上側ガイド部２４及び垂直壁２３、３１により受け止められて排液路２７に導入される。上述のカップ体２及び後述のレジスト液ノズル５及び溶剤ノズル６の移動領域は、図示しない筐体の中に設けられている。

レジスト塗布装置は、２００〜８０００ｃＰの粘度、例えば５００ｃＰの粘度のレジスト液を供給するためのレジスト液ノズル５を備えている。レジスト液ノズル５は、例えば内径６ｍｍの円筒状に形成され、その先端から垂直下方に向けて、レジスト液を吐出する。レジスト液ノズル５は、アーム５６、移動体５７、図示しない昇降機構及びガイドレール５８を含む移動機構により、ウエハＷの上方領域の吐出位置とカップ体２の外の待機バス５９との間で移動するように構成されている。

図２に示すようにレジスト液ノズル５は、レジスト液供給管５１を介して、例えばフィルタ、ポンプ、バルブ及びレジスト液供給源などにより構成されるレジスト液供給部５３に接続されている。またレジスト液供給管５１には、レジスト液ノズル５の先端に液玉を形成するためのサックバックバルブ５２が設けられている。サックバックバルブ５２は、図３（ａ）に示すように、筐体７０の内部に仕切り壁７１が設けられると共に、仕切り壁７１の下部側にダイヤフラム７２が設置されており、仕切り壁７１とダイヤフラム７２とにより囲まれる気圧調整空間７８が形成されている。この気圧調整空間７８には筐体７０外部より加圧空気を供給する加圧配管７４と気圧調整空間７８内を吸引する吸引管７５が接続されている。加圧配管７４における筐体７０と接続される部位には、オリフィス７９が設けられ、加圧空気の供給速度を抑えるように構成されている。

加圧配管７４、吸引管７５は工場内の加圧用の配管及び減圧用の配管に夫々接続され、加圧配管７４、吸引管７５の途中には夫々電磁弁７６、７７が設けられ、制御部１０からの制御信号により開閉時間が制御されることで気圧調整空間７８の圧力調整が行われるようになっている。ダイヤフラム７２の下部側はレジスト液供給管５１と連通するようにベローズ体７３により囲まれており、気圧調整空間７８の吸引をすることで図３（ｂ）に示すように、ダイヤフラム７２が上方に屈曲して、ベローズ体７３の内側の容積が広くなる。これによりレジスト液供給管５１を流れるレジスト液がサックバックバルブ５２内に引き込まれる。またレジスト液を引き込んだ後、気圧調整空間７８を加圧することで図３（ｃ）に示すように、ダイヤフラム７２が下降し、ベローズ体７３の内側の容積が狭くなる。これによりサックバックバルブ５２内に引き込まれていたレジスト液がレジスト液供給管５１に押し出される。

そして後述する制御部１０によりサックバックバルブ５２は、レジスト液ノズル５の先端に自重では落下しない大きさの液玉を形成する量のレジスト液をレジスト液供給管５１に押し出すように制御される。レジスト液は５００ｃＰと粘度が高いため、レジスト液ノズル５の先端から吐出される量が少ないときには、自重にてレジスト液ノズル５の先端から落下せず、レジスト液ノズル５の先端にて液玉となる。従って、レジスト液の液面が、レジスト液ノズル５の先端に位置し、レジスト液供給部５３からのレジスト液の供給を止めた状態で、サックバックバルブ５２を駆動することで、レジスト液ノズル５の先端に自重では落下しない大きさの液玉が形成される。

図１、２に戻って、レジスト塗布装置は、ウエハＷにプリウェット処理を行うための溶剤を供給する溶剤ノズル６を備えている。溶剤ノズル６は、溶剤供給管６１を介して、溶剤供給部６２と接続されている。溶剤供給部６２は、ポンプ、フィルタ、バルブなどにより溶剤ノズル６の先端から、所定の量の溶剤を吐出できるように構成されている。溶剤ノズル６はアーム６６により支持されており、このアーム６６は移動体６７に図示しない昇降機構により昇降されるように設けられている。移動体６７は、ガイドレール６８にガイドされるように移動し、溶剤ノズル６がウエハＷの外部に設けられた待機バス６９とウエハＷの上方領域との間を移動できるように構成されている。なお図１中においては、カップ体２、溶剤ノズル６及びレジスト液ノズル５の配置される間隔については、誇張して記載している。

レジスト塗布装置には、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。なおここでいうプログラムとは処理手順を記述したレシピも含まれる。具体的には、回転機構１３によるウエハＷの回転数の変更、レジスト液ノズル５の移動、レジスト液供給部５３から、レジスト液ノズル５へのレジスト液の給断などの動作、サックバックバルブ５２の駆動などがプログラムにより制御される。

続いてレジスト塗布装置の作用について図４〜図１０を参照して説明する。なお図４〜図１０中において、ウエハＷとレジスト液ノズル５との距離は誇張して記載している。まずウエハＷが、レジスト塗布装置の外部に設けられた図示しない搬送アームにより、レジスト塗布装置内に搬入される。ウエハＷは搬送アームと、昇降ピン１５と、の協同作用により、スピンチャック１１に載置される。続いて、溶剤ノズル６が移動し、ウエハＷの中心部の上方に位置する。

次いでウエハＷを例えば１０００ｒｐｍの回転数で回転させながら、溶剤ノズル６から、ウエハＷの中心部に溶剤を供給する。供給された溶剤はウエハＷの高速回転による遠心力によりウエハＷの中心から周縁部に向かって一気に展伸され、ウエハＷの表面全体が濡れた状態となる。

その後ウエハＷの回転を停止し、溶剤ノズル６をウエハＷの外に退避させると共に、例えば予めウエハＷ上に待機させておいたレジスト液ノズル５を図４に示すように移動させ、レジスト液ノズル５の先端をウエハＷの中心部上方、ウエハＷの表面から３ｍｍの高さに位置させる。その後サックバックバルブ５２を駆動して、サックバックバルブ５２からレジスト液供給管５１に、レジスト液を押し出す。上述したようにサックバックバルブ５２は、レジスト液ノズル５の先端に自重では落下しない大きさの液玉を形成する量のレジスト液を押し出すように制御される。

レジスト液は、例えば予め待機バス５９にて、ダミーディスペンスを行うことにより、レジスト液ノズル５の先端に液面が位置するように調整されており、サックバックバルブ５２からレジスト液を押し出すと、レジスト液ノズル５の先端に表面張力により、自重では落下しない大きさの半球状の液玉が形成される。レジスト液ノズル５の先端に形成される液玉は、レジスト液ノズル５の口径やレジスト液の粘度などにより、半球よりも球に近く形成されたり、半球まで達しないこともあるが、レジスト液ノズル５の先端から突出するように形成されていればよい。この時例えば、液玉は、その先端がレジスト液ノズル５の先端から２ｍｍ突出するように形成される。

続いて図５に示すようにウエハＷの回転を停止したまま、レジスト液ノズル５を例えば１ｍｍ／秒以下の速度で降下させて、レジスト液ノズル５の先端をウエハＷの表面から１ｍｍの高さに位置させる。レジスト液ノズル５の先端には、レジスト液ノズル５から２ｍｍ突出するように液玉が形成されているため、液玉がウエハＷの中心部表面に接液する。この時のレジスト液ノズル５が移動する高さ位置は、予め自重では落下しない液玉を形成し、例えばレジスト液ノズル５の先端部から液玉の先端までの高さ寸法の測定することで決定しておき、制御部１０に書き込まれている。

その後図６に示すようにウエハＷの回転を停止したまま、レジスト液ノズル５を例えば３ｍｍ／秒以下の速度で上昇させて、レジスト液ノズル５の先端をウエハＷの表面から３ｍｍの高さに位置させる。レジスト液ノズル５の先端の液玉は、一部がウエハＷの表面に接液し、その表面張力によりウエハＷに吸着しており、レジスト液ノズル５を上昇させたときに、レジスト液ノズル５側のレジスト液と、ウエハＷ表面に接液しているレジスト液とが途切れずに引き延ばされる。

さらに続いて、ウエハＷを２００ｒｐｍの回転数で回転させ、回転数を維持しながらレジスト液ノズル５からウエハＷに向けてレジスト液を吐出する。レジスト液ノズル５からレジスト液の吐出開始前には、レジスト液ノズル５側のレジスト液と、ウエハＷ表面に接液しているレジスト液とが途切れていないため、レジスト液ノズル５から吐出されるレジスト液は、引き延ばされたレジスト液を伝わり静かにウエハＷに供給される。
レジスト液が供給されると、ウエハＷの表面に図７に示すようにレジスト液の液溜まりが形成される。レジスト液は粘度が高いため、流動性が低い。そのためレジスト液の吐出を開始すると、ウエハＷの表面の液溜まりにおけるレジスト液の供給される部分の液膜が急激に厚くなる。
レジスト液の吐出を開始したときに、レジスト液ノズル５の高さ位置が低いと、ウエハＷの表面に形成される液溜まりにレジスト液ノズル５の先端が埋没するおそれがある。そしてレジスト液ノズル５の先端部にレジスト液が付着してしまうと、パーティクルの発生の要因となる。

従ってレジスト液の液玉をウエハＷに接液させた後、ウエハＷに向けてレジスト液の吐出する前に、レジスト液ノズル５側のレジスト液と、ウエハＷ表面に接液しているレジスト液と、が途切れないようにレジスト液ノズル５を上昇させることで、レジスト液の吐出を開始した時にレジスト液ノズル５の先端が液溜まりに埋没することを避けることができる。なおレジスト液の粘度が低く、レジスト液の吐出を開始したときに、レジスト液ノズル５の先端が液溜まりに埋没しない場合には、レジスト液の吐出を開始する前にレジスト液ノズル５を上昇させなくてもよい。

続けてレジスト液の吐出を継続し、ウエハＷに例えば合計レジスト液を１５ｃｃのレジスト液を供給する。この時レジスト液の吐出の開始から、ウエハＷ側のレジスト液の液溜まりは、徐々に大きくなり、レジスト液の供給される部分、即ちウエハＷの中心部上方における液溜まりの厚さは徐々に厚くなっていく。そのため図８に示すようにレジスト液ノズル５からレジスト液の吐出を行いながら、レジスト液ノズル５を、例えば１ｍｍ／秒の速度で上昇させて、レジスト液ノズル５の液溜まりへ接触、即ちレジスト液ノズル５の液溜まりへの埋没を回避させる。またこの時レジスト液ノズル５の上昇速度を徐々に遅くすることにより、レジスト液ノズル５側のレジスト液と、ウエハＷ表面に接液しているレジスト液とが途切れないように上昇させる。

その後レジスト液の吐出が終了すると、レジスト液ノズル５をウエハＷの外に退避させる。この時図９に示すようにウエハＷの表面には、レジスト液の液溜まりが形成される。その後ウエハＷの回転数を例えば６００〜２０００ｒｐｍに上昇させると、図１０に示すようにウエハＷの表面にレジスト液が拡がる。続けてウエハＷを回転させて、ウエハＷの表面のレジスト液を振り切ると共にレジスト液の液膜を乾燥させることでレジストの塗布膜が得られる。

上述の実施の形態は、ウエハＷに２００ｃＰ以上８０００ｃＰ以下の粘度のレジスト液を塗布するにあたり、レジスト液ノズル５の先端に自重にて落下しない大きさの液玉を形成した後、レジスト液ノズル５を静かに下降させ、液玉をウエハＷの表面に接液させている。そのためレジスト液がウエハＷに勢いよく衝突することを避けることができ、気泡の巻き込みを抑制することができる。従ってレジスト液中の気泡の混入によるレジスト膜の不具合を避けることができる。

さらにウエハＷの表面に形成される液溜まりは、ウエハＷの周縁に向けて広がる傾向にあるため、液溜まりの表面高さは平均化される傾向にある。しかしながらレジスト液の粘度が高いときには、レジスト液を供給した後、液溜まりの表面高さの平均化が遅いため、レジスト液の供給される部位が徐々に高くなる。上述の実施の形態においては、ウエハＷに液を吐出して液溜まりを形成しながら、レジスト液ノズル５をレジスト液ノズル５側のレジスト液と、ウエハＷ表面に接液しているレジスト液とが途切れないように上昇させている。そのためウエハＷに液を吐出することで、徐々に高くなる液溜まりにレジスト液ノズル５が接触することを防ぐことができる。

またレジスト液ノズル５側のレジスト液と、ウエハＷ表面に接液しているレジスト液と、が途切れた後、続けてレジスト液を吐出してウエハＷに供給すると、レジスト液ノズル５からレジスト液が液溜まりに向かって勢いよく落下してしまい、レジスト液中に気泡が巻き込まれてしまうおそれがある。そのためレジスト液ノズル５の先端側に、形成された自重で落下しない塗布液の液玉をウエハＷ表面に接液した後、ウエハＷへのレジスト液の供給が終了するまでの間、レジスト液ノズル５側のレジスト液と、ウエハＷ表面に接液しているレジスト液と、が途切れないようにすることで、レジスト液がレジスト液の流れを伝わって静かに流れる。従ってレジスト液が勢いよく落下することを防ぐことができるため、レジスト液中の気泡の巻き込みを防ぐことができる

また本発明は、ウエハＷにレジスト液の吐出を行い液溜まりを形成するときに、レジスト液ノズル５を水平方向に移動させてレジスト液ノズル５の先端が液だまりに埋没しないようにしてもよい。例えば図１１に示すようにウエハＷにレジスト液を吐出して液溜まりを形成するときに、レジスト液ノズル５をウエハＷの中心部から周縁方向に向けて、水平方向に移動させて液溜まりにおけるレジスト液の供給位置を変える。上述したようにレジスト液の粘度が高いため、液溜まりにおけるレジスト液の供給される部位が徐々に高くなるが、レジスト液の供給位置を変えることで、液溜まりの高さが局所的に高くなることを避けることができ、液溜まりにレジスト液ノズル５が埋没することを防ぐことができる。

また本発明は、ウエハＷにレジスト液を供給するにあたって、まずレジスト液ノズル５をウエハＷの中心部の上方であって、先端がウエハＷの表面の１ｍｍ上方の高さまで降下させた後、サックバックバルブ５２を操作し、レジスト液ノズル５の先端に液玉を形成してもよい。このように操作を行った場合にも液玉が静かにウエハＷの表面に接液するため、レジスト液中の気泡の巻き込みを防ぐことができ、同様の効果を得ることができる。

さらにウエハＷに液を吐出して液溜まりを形成し始めてから、液溜まりを形成が完了するまでの間、ウエハＷを停止させていても効果を得ることができるが、ウエハＷを回転させながらウエハＷにレジスト液を供給すると、ウエハＷの回転により、液溜まりの表面の高さが均されやすくなる。そのため、液溜まりが局所的に厚くなることを防ぐことができるため、液溜まりにレジスト液ノズル５が埋没することをより確実に抑制することができる。更に液溜まりが均されることにより、ウエハＷの回転数を上昇させて、レジスト液をウエハＷの表面に広げたときに膜厚の面内均一性が良好になる。

高粘度のレジスト液は液溜まりを形成した後、６００〜２０００ｒｐｍの速度で一気に広げるようにすることでウエハＷの表面に均一に塗布膜を形成できる。ウエハＷにレジスト液を吐出して液溜まりを形成する工程の時に回転数が高すぎると液溜まりが広がりすぎてしまい乾燥が速くなり、回転数を上昇させたときに十分に広がりきらないおそれがある。そのためレジスト液ノズル５の先端に形成された液玉をウエハＷの表面に接液させる工程から、レジスト液の吐出を終了して液溜まりの形成を完了するまでの間の回転数は、２００ｒｐｍ以下であることが好ましい。

またレジスト液ノズル５の先端側に、液玉を形成する工程から、ウエハＷに向けたレジスト液の供給までの間にウエハＷを回転させていてもよい。
さらにウエハＷにレジスト液を吐出して液溜まりを形成する工程において、ウエハＷの回転数を徐々に上げるようにしてもよい。例えばウエハＷにレジスト液を吐出して液溜まりを形成するときにウエハＷの回転数を、１０、３０、６０及び１５０ｒｐｍの回転数に設定して、この順で各々１０秒づつ回転させるようにしてもよい。ウエハＷの表面において外周側は速度が速く乾燥しやすい。そのため液溜まりを速く広げてしまうと、外周側に速く広がってしまい乾燥が速くなってしまうおそれがある。ウエハＷの回転速度を徐々に速くすることで、液溜まりが徐々に広がるため、外周側の乾燥を抑制することができる。
またレジスト液ノズル５の先端側に、自重で落下しないレジスト液の液玉を形成する工程は、レジスト液供給部５３に設けられたポンプの制御により行ってもよい。

また本発明は、レジスト液の液玉を形成した後、レジスト液ノズル５を下降させて液玉をウエハＷの表面に接液させるにあたって、レジスト液ノズル５の先端に形成された液玉の大きさを調べて、液玉をウエハＷに接液させる時のレジスト液ノズル５の高さ位置を調整するようにしてもよい。例えば図１２に示すように、レジスト液ノズル５を支持するアーム５６の裏面側にレジスト液ノズル５の先端部の画像を取得するためのイメージセンサ（撮像部）であるＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどのカメラ９を設ける。そして図４に示す例えばレジスト液ノズル５の先端に液玉を形成する工程後、レジスト液ノズル５の先端部の撮影を行い、レジスト液ノズル５の先端から突出している液玉の大きさを計測する。

そして液玉の大きさ、例えばレジスト液ノズル５の先端から液玉の先端までの長さの測定を行い、図５に示す液玉をウエハＷの表面に接液させる時のレジスト液ノズル５の高さ位置を調整する。高さとしては、例えばレジスト液ノズル５の先端から液玉の先端までの長さから、１ｍｍ差し引いた値を求め、レジスト液ノズル５の先端からウエハＷの表面までの距離とするように設定すればよい。
また液玉の大きさを測定した後、サックバックバルブ５２により、レジスト液の吸引や押し出しを行い、液玉の大きさを調整するようにしてもよい。

また液玉の大きさが大きすぎる場合には、液玉をウエハＷの表面に接液させたときに強い衝撃で衝突して気泡を混入しやすくなる。更に液玉が小さすぎる場合には、所定の高さの位置にレジスト液ノズル５を移動したときにウエハＷの表面に液玉が十分に接液せず、レジスト液ノズル５を上昇させたときにウエハＷ表面にレジスト液が吸着しないおそれがあり、ウエハＷにレジスト液を吐出して液溜まりを形成する工程において気泡を巻き込むおそれがある。そのため予め液玉の大きさの許容範囲を設定し、液玉の大きさが設定値の範囲を外れたときには、アラームを発して、レジスト塗布装置を停止するようにしてもよい。このように構成することで、レジスト膜中の気泡の混入を抑制することができ、レジスト膜の不具合を抑制することができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る塗布膜形成方法について図１３〜図１８を参照して説明する。この例では、図２に示すレジスト塗布装置において、レジスト液ノズル５の内径を４．５ｍｍに設定する。なお図１３〜図１８中の５３Ａは、レジスト液供給部５３に設けられたバルブであり、閉じられたバルブ５３Ａについて、ハッチングを付けて示している。ウエハＷにレジスト液を塗布するにあたっては、予めサックバックバルブ５２にレジスト液を引き込み、さらにレジスト液供給部５３からレジスト液の供給を停止、例えばレジスト液供給部５３におけるバルブ５３Ａを閉じた状態とする。次いでウエハＷを停止した状態で、レジスト液ノズル５の先端をウエハＷの中心部上方、ウエハＷの表面から１０〜２０ｍｍの高さに位置させる。その後図１３に示すようにバルブ５３Ａを閉じた状態でサックバックバルブ５２からレジスト液供給管５１に、例えば１秒間レジスト液を押し出す。これによりレジスト液ノズル５の先端部に液玉が形成される。この時サックバックバルブ５２から押し出す液量、即ち液玉を形成するためにレジスト液ノズル５の先端から吐出する液量は、レジスト液の吐出を停止したときに、液玉がレジスト液が途切れずにウエハＷに落下する量に設定される。具体的には、レジスト液ノズル５の内径が４．５ｍｍの場合には、処理液の粘度にもよるが５〜１０ｍｌに設定される。

次いでバルブ５３Ａを閉じたまま、サックバックバルブ５２を停止して、レジスト液の吐出を１秒間停止する。これにより図１４に示すように液玉はレジスト液が途切れずにレジスト液の粘性と自重とが相俟って緩やかに下降し、先端が徐々に細くなりウエハＷに静かに接液する。その後レジスト液ノズル５から吐出された分のレジスト液が、ウエハＷ表面に接液したレジスト液とレジスト液ノズル５側とが途切れずに、その自重にてウエハＷの表面に落下し、ウエハＷの表面に拡がる。これにより図１５に示すようにウエハＷの表面にレジスト液ノズル５の開口の面積よりも広い範囲に亘ってレジスト液が拡がり、かつウエハＷ表面のレジスト液とレジスト液ノズル５のレジスト液とが途切れていない状態となる。

その後、図１６に示すようにウエハＷの表面のレジスト液とレジスト液ノズル５のレジスト液とが途切れていない状態のまま、バルブ５３Ａを開き、レジスト液ノズル５から、例えば５ｍｌ／秒の流量でウエハＷにレジスト液を１５ｍｌ吐出する。これにより、レジスト液は、図１６、図１７に示すようにウエハＷの表面のレジスト液とレジスト液ノズル５のレジスト液とが途切れていない状態を保ちながらウエハＷの表面に向けて静かに落下し、図１８に示すようにウエハＷの表面に拡がりレジスト液の液溜まりが形成される。なおバルブ５３Ａを開き、ウエハＷにレジスト液を供給して液溜まりを形成する工程においては、ウエハＷを２００ｒｐｍ以下の回転速度で回転させてもよい。
その後レジスト液を停止し、レジスト液ノズル５のレジスト液とウエハＷ表面のレジスト液が途切れた後、レジスト液ノズル５をウエハＷの上方から退避させると共に、ウエハＷを例えば６００〜２０００ｒｐｍの回転数で回転させる。これにより液溜まりを形成するレジスト液がウエハＷの表面全体に広がる。

第２の実施の形態に係る塗布膜形成方法においては、レジスト液ノズル５の先端に形成した液玉をレジスト液が途切れないように自重にて落下させて、ウエハＷの表面に接液させるため、レジスト液がウエハＷに勢いよく衝突することを避けることができ、気泡の巻き込みを防ぐことができる。また続いてレジスト液を供給するときにレジスト液ノズル５側のレジスト液と、ウエハＷ表面に接液しているレジスト液と、が途切れないようにすることで、レジスト液がウエハＷに静かに落下する。そのためレジスト液が勢いよく落下せず、ウエハＷにレジスト液が強く衝突することによる気泡の巻き込みを抑制することができる。さらにレジスト液の液玉をウエハＷに接液させた後、ウエハＷの表面のレジスト液の液溜まりが、レジスト液ノズル５の開口径よりも広くなった後、レジスト液の供給を行っている。バルブ５３Ａを開いてレジスト液を供給するときには、レジスト液の供給量が多く、レジスト液の速度が速くなる傾向にあるが、レジスト液がウエハＷ上の液溜まりに載るように供給される。そのため速い速度のレジスト液がウエハＷに直接衝突しないため、レジスト液中の気泡の巻き込みを抑制することができる。

また第２の実施の形態に係る塗布膜形成方法においては、レジスト液ノズル５の先端に形成した、液玉を落下させて、ウエハＷに接液させる工程（図１４）において、レジスト液を吐出してもよい。この時レジスト液の吐出流量が多い場合には、液玉の落下速度が速くなると共に、液玉が細くなった状態でウエハＷに接液しにくくなり、レジスト液中に気泡を巻き込みやすくなる。そのため例えばウエハＷにレジスト液を供給する前にサックバックバルブ５２に液玉を形成するレジスト液の量に加えて、液玉の落下時に吐出する分のレジスト液を吸引しておく。そして液玉を形成する量のレジスト液を吐出してレジスト液ノズル５の先端に液玉を形成した後、液玉をウエハＷに落下させる時にバルブ５３Ａを閉じた状態で、サックバックバルブ５２内に残るレジスト液を例えば１秒間かけて押し出す。このように構成することで液玉落下時のレジスト液の吐出流量を例えば、０．３ｍｌ／秒以下に制限することができるため、液玉の落下速度が速くなり過ぎることがない。

本発明の実施の形態の効果を検証するため以下の試験を行った。
（比較例１）
図２に示したレジスト塗布装置において、レジスト液ノズル５を先端がウエハＷの中心部上方１０〜２０ｍｍの高さに位置させてバルブ５３Ａを開いて１５ｍｌのレジスト液を吐出し、ウエハＷの表面にレジスト液を供給した。続いてウエハＷを１０００ｒｐｍの回転数で回転させてウエハＷの表面にレジスト液を広げた例を比較例１とした。
（比較例２）
レジスト液ノズル５の内径を４．５ｍｍとしたことを除いて比較例１と同様に操作した例を比較例２とした。
（実施例）
第２の実施の形態に従いウエハＷにレジスト液を供給してレジスト膜を成膜した例を実施例とした。

比較例１、２及び実施例の各々２５枚のウエハＷについてレジスト膜の塗布を行い、レジスト膜中の気泡の有無について調べた。
比較例１においては、２５枚中１５枚のウエハＷにおいてレジスト膜中の気泡が確認された。また比較例２においては、２５枚中９枚のウエハＷにおいてレジスト膜中の気泡が確認された。これに対して実施例においては、すべてのウエハＷにおいてレジスト膜中の気泡は確認されなかった。

この結果によれば、本発明の塗布膜形成方法を適用することで塗布膜中の気泡の発生を抑えることができると言える。

２ カップ体
５ レジスト液ノズル
９ カメラ
１０ 制御部
１１ スピンチャック
１３ 回転機構
３１ 溶剤ノズル
５２ サックバックバルブ
５７ 移動機構
Ｗ ウエハ

Claims (9)

1. ２００ｃＰ以上、８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成方法において、
   基板を鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に水平に保持する工程と、
   塗布液ノズルの先端側に、自重で落下しない塗布液の液玉を形成している状態で、基板の中心部に当該液玉を接触させる工程と、
   次いで前記塗布液ノズルから吐出する塗布液が途切れないようにかつ当該塗布液ノズルの先端部が基板上の塗布液に埋没しないように当該塗布液ノズルを動作させ、当該塗布液ノズルから塗布液を吐出して液溜まりを形成する工程と、
   その後、基板を回転させて基板上の前記液溜まりを基板の表面全体に広げる工程と、を含むことを特徴とする塗布膜形成方法。
2. 前記基板の中心部に液玉を接触させる工程は、塗布液ノズルの先端側に自重で落下しない塗布液の液玉を形成する工程と、次いで前記塗布液ノズルを下降させて当該液玉を基板に接触させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成方法。
3. 前記液溜まりを形成する工程は、前記液玉を接触させた後、前記塗布液ノズルを上昇させた位置で塗布液を吐出する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の塗布膜形成方法。
4. 前記液溜まりを形成する工程は、前記液玉を接触させた後、前記塗布液ノズルを上昇させた位置にて塗布液を吐出して基板上に液溜まりを形成する工程と、次いで前記塗布液ノズルを更に上昇させた位置にて塗布液の吐出を継続する工程と、を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の塗布膜形成方法。
5. 前記液溜まりを形成する工程は、前記液玉を接触させた後、前記塗布液ノズルを上昇させた位置にて塗布液を吐出して基板上に液溜まりを形成する工程と、次いで前記塗布液ノズルを基板の周縁側に移動させながら塗布液の吐出を継続する工程と、を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の塗布膜形成方法。
6. 前記液溜まりを形成する工程は、基板を２００ｒｐｍ以下の回転数で回転させながら行う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形成方法。
7. ２００ｃＰ以上、８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成方法において、
   基板を鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に水平に保持する工程と、
   塗布液ノズルの先端側に塗布液の液玉を形成する工程と、
   前記液玉を塗布液ノズルとの間の塗布液の液柱が途切れないように下降させて基板の中心部に塗布液を接触させる工程と、
   次いで前記塗布液ノズルから塗布液を途切れないように吐出して液溜まりを形成する工程と、
   その後、基板を回転させて基板上の前記液溜まりを基板の表面全体に広げる工程と、を含み、
   前記基板の中心部に塗布液を接触させる工程は、塗布液の吐出を停止した状態、または前記液溜まりを形成する工程における塗布液の吐出流量よりも少ない流量であって、液玉を基板に接触させたときに塗布液中に気泡を巻き込まない流量で塗布液を吐出した状態で行うことを特徴とする塗布膜形成方法。
8. ２００ｃＰ以上、８０００ｃＰ以下の粘度の塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
   前記基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部を鉛直軸周りに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の塗布液を供給する塗布液ノズルと、
   前記塗布液ノズルを移動させる移動機構と、
   塗布液ノズルの先端側に、自重で落下しない塗布液の液玉を形成している状態で、基板の中心部に当該液玉を接触させるステップと、次いで前記塗布液ノズルから吐出する塗布液が途切れないようにかつ当該塗布液ノズルの先端部が基板上の塗布液に埋没しないように当該塗布液ノズルを動作させ、当該塗布液ノズルから塗布液を吐出して液溜まりを形成するステップと、その後、基板を回転させて基板上の前記液溜まりを基板の表面全体に広げるステップと、を実行する制御部と、を備えることを特徴とする塗布膜形成装置。
9. 基板保持部に基板を保持させてスピンコーティングにより塗布液を基板に塗布する装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
   前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし７のいずれか一項に記載された塗布膜形成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。

Images