JP3811100B2

JP3811100B2 - 塗布膜形成方法および塗布膜形成装置

Info

Publication number: JP3811100B2
Application number: JP2002167829A
Authority: JP
Inventors: 孝介吉原; 裕一寺下; 堀　　真也
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: JP2003059825A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にレジスト液等の塗布液を塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成方法および塗布膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面にレジスト液を供給してレジスト膜を形成し、レジスト塗布後のウエハに対して所定のパターンに対応して露光処理を行った後に当該ウエハのレジスト膜に形成された露光パターンを現像するという、いわゆるフォトリソグラフィー技術により所定のパターンを形成するためのマスクとしてレジストパターンが形成される。そして、上記工程のうちレジスト塗布処理においては、ウエハ表面にレジスト液を均一に塗布するための方法としてスピンコーティング法が多用されている。
【０００３】
図１０は、このスピンコーティング法の概要を示すものである。例えばスピンチャック１４１により真空吸着によってウエハＷを固定保持した状態で、図示しない回転駆動手段によりスピンチャック１４１とともにウエハＷを回転させ、ウエハＷの上方に配置されたレジストノズル１４２からウエハＷ表面の中央にレジスト液を滴下する。滴下されたレジスト液は、遠心力によってウエハＷの径方向外方に向かって広がり、ウエハＷの表面全体にレジスト膜が形成される。その後レジスト液の滴下を停止し、ウエハの回転を継続してウエハＷの表面の余分なレジスト液を振り切って膜厚を整えるとともに乾燥を行う。
【０００４】
しかしながら、従来のスピンコーティングの場合、ウエハの略中心にレジスト液を滴下し、ウエハを回転させた際の遠心力によりレジスト液を拡散させているため、中心位置よりも周速が著しく大きい外周部から相当量のレジストが飛散され、実際にレジスト膜となる量は供給したレジスト液の１０〜２０％程度であり、レジスト消費量が著しく多くなってしまう。したがって、近時、製造コストの削減等の観点からレジスト消費量を減らすこと、すなわち、各ウエハに対するレジスト液の滴下量を減らすことが要望されている。
【０００５】
このための方法として、レジスト液の滴下前にシンナー等の溶剤を基板に滴下し、レジスト液の拡散を容易にしてレジスト供給量を減少させる方法（プリウェット方式）が提案されている（特開平７−３２０９９９号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その効果は溶剤の種類によって異なり、使用する溶剤によっては必ずしも十分な効果が得られない。この点を解消するためには、効果がある溶剤を選択して用いることができればよいのであるが、ユーザーによって使用する溶剤は限定されるため、溶剤の種類によらず安定してレジスト液等の塗布液の使用量を減少させることができる塗布膜形成方法が望まれている。また、最近では反射防止膜やサーマルシュリンクプロセスで使用されるシュリンク剤等には水溶性の塗布液が用いられる場合もあり、塗布液の種類が多岐に亘っていることから、塗布液の種類に合わせた使用量の削減方法が望まれている。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プリウエット方式を前提とし、使用する溶剤の種類によらず安定して塗布液の使用量を少なくすることができる塗布膜形成方法および塗布膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために種々検討した結果、溶剤の種類によってプリウェット方式を採用した際の省レジスト効果が異なるのは、揮発速度の大きい溶剤の場合に十分なプリウェット効果を発揮する前に揮発してしまうためであること、およびこのようなことを防止するためには、溶剤とともにその溶剤の揮発を抑制する物質を用いればよいことを見出した。
【０００９】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、第１に、被処理基板の表面に、塗布液が溶解する溶剤とその溶剤の揮発を抑制する、水素結合を有する揮発抑制物質との混合液を供給する工程と、前記混合液を前記被処理基板表面の全面に拡げる工程と、前記混合液が供給された被処理基板を回転させつつ被処理基板の略中央に塗布液を供給し、塗布液を被処理基板の径方向外方に拡げて塗布膜を形成する工程とを具備することを特徴とする塗布膜形成方法を提供する。
【００１０】
このような構成によれば、溶剤とその溶剤の揮発を抑制する、水素結合を有する揮発抑制物質との混合液を用いてプリウェットを行うので、使用する溶剤が高揮発性のものであってもその揮発が抑制され、十分なプリウェット効果を発揮させることができ、用いる溶剤によらず安定して塗布液の使用量を少なくすることができる。
【００１１】
上記塗布膜形成方法において、前記揮発抑制物質として、水、メチルアルコール、エチルアルコールから選択された少なくとも１種を用いることができる。これらの中でも水が好ましい。前記溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチルアセテート、エチルラクテート、エチルセロソルブアセテート、メチルメトキシプロピオネートから選択される少なくとも１種を用いることができる。前記揮発抑制物質の量は前記混合液全体の５質量％以上５０質量％未満であることが好ましい。
【００１２】
前記混合液は、予め容器内で前記溶剤と前記揮発抑制物質とを混合して生成し、その状態で該容器内に貯留させておき、そこから混合液を被処理基板に供給するようにすることができる。また、前記溶剤と前記揮発抑制物質とをスタティックミキサにより混合して混合液とした後、ノズルを介して被処理基板に供給してもよいし、前記溶剤と前記揮発抑制物質とをノズル内で混合し、そのノズルから混合液を前記被処理基板の表面に供給するようにしてもよいし、前記溶剤と前記揮発抑制物質とを別個に前記被処理基板上に供給し、該被処理基板上でこれらを混合して混合液としてもよい。また、前記被処理基板に供給される混合液は温調されていることが好ましい。
【００１３】
また、上記塗布膜形成方法において、前記混合液の供給を被処理基板を停止させた状態で行い、前記混合液を前記被処理基板表面の全面に拡げる工程を被処理基板を回転させることによって行うようにしてもよいし、前記混合液の供給を被処理基板を回転させた状態で行うようにしてもよい。
【００１４】
さらに、上記塗布膜形成方法において、前記塗布膜を形成した後、塗布液供給停止後に、被処理基板の回転速度を一旦減速する工程をさらに具備することが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、第２に、被処理基板の表面に、レジスト液が溶解する溶剤と水との混合液を供給する工程と、前記被処理基板を回転させて、前記混合液を前記被処理基板表面の全面に拡げる工程と、前記混合液が供給された被処理基板を回転させつつ被処理基板の略中央にレジスト液を供給し、レジスト液を被処理基板の径方向外方に拡げてレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を形成する工程の後、残余のレジスト液を振り切って膜厚を調整する工程と、を具備することを特徴とする塗布膜形成方法を提供する。
【００１６】
前記溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチルアセテート、エチルラクテート、エチルセロソルブアセテート、メチルメトキシプロピオネートから選択される少なくとも１種を用いることができる。これらの中で、プロピレングリコールモノメチルエーテルおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの少なくとも１種を用いた場合に本発明の効果が大きい。また、混合液中の前記水の割合は前記混合液全体の５質量％以上５０質量％未満であることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明は、第３に、回転する被処理基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成装置であって、被処理基板を略水平に保持する基板保持部材と、前記基板保持部材を回転させる回転手段と、前記基板保持部材に保持された被処理基板に塗布液が溶解する溶剤とその溶剤の揮発を抑制する、水素結合を有する揮発抑制物質との混合液を供給する混合液供給手段と、前記基板保持部材に保持された被処理基板の略中央に塗布液を供給する塗布液供給手段とを具備し、前記塗布膜の形成に先だって、前記混合液供給ノズルから被処理基板に混合液が供給され、前記回転手段により被処理基板が回転されることにより被処理基板の全面に混合液が拡散されることを特徴とする塗布膜形成装置を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の塗布膜形成方法を実施するためのレジスト塗布ユニットを搭載したレジスト塗布現像処理システムを示す概略平面図、図２はその正面図、図３はその背面図である。
【００１９】
このレジスト塗布現像処理システム１は、搬送ステーションであるカセットステーション１０と、複数の処理ユニットを有する処理ステーション１１と、処理ステーション１１と隣接して設けられる図示しない露光装置との間でウエハＷを受け渡すためのインターフェイス部１２とを具備している。
【００２０】
上記カセットステーション１０は、被処理体としてのウエハＷを複数枚例えば２５枚単位でウエハカセットＣＲに搭載された状態で他のシステムからこのシステムへ搬入またはこのシステムから他のシステムへ搬出したり、ウエハカセットＣＲと処理ステーション１１との間でウエハＷの搬送を行うためのものである。
【００２１】
このカセットステーション１０においては、図１に示すように、カセットＣを載置する載置台２０上に図中Ｘ方向に沿って複数（図では４個）の位置決め突起２０ａが形成されており、この突起２０ａの位置にウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ステーション１１側に向けて一列に載置可能となっている。ウエハカセットＣＲにおいてはウエハＷが垂直方向（Ｚ方向）に配列されている。また、カセットステーション１０は、載置台２０と処理ステーション１１との間に位置するウエハ搬送機構２１を有している。このウエハ搬送機構２１は、カセット配列方向（Ｘ方向）およびその中のウエハＷのウエハ配列方向（Ｚ方向）に移動可能なウエハ搬送用アーム２１ａを有しており、この搬送アーム２１ａによりいずれかのウエハカセットＣＲに対して選択的にアクセス可能となっている。また、ウエハ搬送用アーム２１ａは、θ方向に回転可能に構成されており、後述する処理ステーション１１側の第３の処理ユニット群Ｇ_３に属するアライメントユニット（ＡＬＩＭ）およびエクステンションユニット（ＥＸＴ）にもアクセスできるようになっている。
【００２２】
上記処理ステーション１１は、ウエハＷへ対して塗布・現像を行う際の一連の工程を実施するための複数の処理ユニットを備え、これらが所定位置に多段に配置されており、これらによりウエハＷが一枚ずつ処理される。この処理ステーション１１は、図１に示すように、中心部に搬送路２２ａを有し、この中に主ウエハ搬送機構２２が設けられ、搬送路２２ａの周りに全ての処理ユニットが配置されている。これら複数の処理ユニットは、複数の処理ユニット群に分かれており、各処理ユニット群は複数の処理ユニットが鉛直方向に沿って多段に配置されている。
【００２３】
主ウエハ搬送機構２２は、図３に示すように、筒状支持体４９の内側に、ウエハ搬送装置４６を上下方向（Ｚ方向）に昇降自在に装備している。筒状支持体４９はモータ（図示せず）の回転駆動力によって回転可能となっており、それにともなってウエハ搬送装置４６も一体的に回転可能となっている。
【００２４】
ウエハ搬送装置４６は、搬送基台４７の前後方向に移動自在な複数本の保持部材４８を備え、これらの保持部材４８によって各処理ユニット間でのウエハＷの受け渡しを実現している。
【００２５】
また、図１に示すように、この実施の形態においては、４個の処理ユニット群Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４が搬送路２２ａの周囲に配置されており、処理ユニット群Ｇ_５は必要に応じて配置可能となっている。
【００２６】
これらのうち、第１および第２の処理ユニット群Ｇ_１，Ｇ_２はシステム正面（図１において手前）側に並列に配置され、第３の処理ユニット群Ｇ_３はカセットステーション１０に隣接して配置され、第４の処理ユニット群Ｇ_４はインターフェイス部１２に隣接して配置されている。また、第５の処理ユニット群Ｇ_５は背面部に配置可能となっている。
【００２７】
第１の処理ユニット群Ｇ_１では、カップＣＰ内でウエハＷをスピンチャック（図示せず）に載置してウエハＷにレジストを塗布するレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）および同様にカップＣＰ内でレジストのパターンを現像する現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。第２の処理ユニット群Ｇ_２も同様に、２台のスピナ型処理ユニットとしてレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）および現像処理ユニット（ＤＥＶ）が下から順に２段に重ねられている。
【００２８】
第３の処理ユニット群Ｇ_３においては、図３に示すように、ウエハＷを載置台ＳＰに載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、レジストの定着性を高めるためのいわゆる疎水化処理を行うアドヒージョンユニット（ＡＤ）、ウエハＷの位置合わせを行うアライメントユニット（ＡＬＩＭ）、ウエハＷの搬入出を行うエクステンションユニット（ＥＸＴ）、冷却処理を行うクーリングユニット（ＣＯＬ）、露光処理前や露光処理後、さらには現像処理後にウエハＷに対して加熱処理を行う４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。なお、アライメントユニット（ＡＬＩＭ）の代わりにクーリングユニット（ＣＯＬ）を設け、クーリングユニット（ＣＯＬ）にアライメント機能を持たせてもよい。
【００２９】
第４の処理ユニット群Ｇ_４も、オーブン型の処理ユニットが多段に重ねられている。すなわち、クーリングユニット（ＣＯＬ）、クーリングプレートを備えたウエハ搬入出部であるエクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）、エクステンションユニット（ＥＸＴ）、クーリングユニット（ＣＯＬ）、および４つのホットプレートユニット（ＨＰ）が下から順に８段に重ねられている。
【００３０】
主ウエハ搬送機構２２の背部側に第５の処理ユニット群Ｇ_５を設ける場合には、案内レール２５に沿って主ウエハ搬送機構２２から見て側方へ移動できるようになっている。したがって、第５の処理ユニット群Ｇ_５を設けた場合でも、これを案内レール２５に沿ってスライドすることにより空間部が確保されるので、主ウエハ搬送機構２２に対して背後からメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００３１】
上記インターフェイス部１２は、奥行方向（Ｘ方向）の長さが処理ステーション１１と同じであり、図１、図２に示すように、このインターフェイス部１２の正面部には、可搬性のピックアップカセットＣＲと定置型のバッファカセットＢＲが２段に配置され、背面部には周辺露光装置２３が配設され、中央部には、ウエハ搬送機構２４が配設されている。このウエハ搬送機構２４は、ウエハ搬送用アーム２４ａを有しており、このウエハ搬送用アーム２４ａは、Ｘ方向、Ｚ方向に移動して両カセットＣＲ，ＢＲおよび周辺露光装置２３にアクセス可能となっている。また、このウエハ搬送用アーム２４ａは、θ方向に回転可能であり、処理ステーション１１の第４の処理ユニット群Ｇ_４に属するエクステンションユニット（ＥＸＴ）や、さらには隣接する露光装置側のウエハ受け渡し台（図示せず）にもアクセス可能となっている。
【００３２】
このように構成されるレジスト塗布現像処理システム１においては、ウエハカセットＣＲから処理前のウエハＷを１枚ずつウエハ搬送機構２１によって取り出し、処理ステーション１１のアライメントユニット（ＡＬＩＭ）へ搬入する。次いで、ここで位置決めされたウエハＷを主ウエハ搬送機構２２により搬出し、アドヒージョンユニット（ＡＤ）に搬入してアドヒージョン処理を施す。このアドヒージョン処理の終了後、ウエハＷを主ウエハ搬送機構２２により搬出し、クーリングユニット（ＣＯＬ）に搬送して、ここで冷却する。次いで、ウエハＷをレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）に搬送してレジスト塗布を行い、さらに、ホットプレートユニット（ＨＰ）でプリベーク処理を行って、エクステンション・クーリングユニット（ＥＸＴＣＯＬ）を介して、インターフェース部１２に搬送し、そこからウエハ搬送機構２４により隣接する露光装置に搬送する。さらに、露光装置にて露光処理のなされたウエハＷを、ウエハ搬送機構２４によりインターフェイス部１２、エクステンションユニット（ＥＸＴ）を介して処理ステーション１１に搬送する。処理ステーション１１において、主ウエハ搬送機構２２によりウエハＷをホットプレートユニット（ＨＰ）に搬送してポストエクスポージャー処理を施し、さらに現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送して現像処理を施した後、ホットプレートユニット（ＨＰ）でポストベーク処理を行い、クーリングユニット（ＣＯＬ）において冷却した後、エクステンションユニット（ＥＸＴ）を介してカセットステーション１０に搬送する。以上のようにして所定の処理がなされたウエハＷを、ウエハ搬送機構２２がウエハカセットＣＲに収納する。
【００３３】
次に、本発明の塗布膜形成方法を実施するためのレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）について図４および図５を参照しながら説明する。
このレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）は、主ウエハ搬送機構２２の保持部材４８が進入するための開口５０ａを有するケーシング５０を有し、その中にウエハＷを収容する収容容器であるカップＣＰが設けられ、そのカップ内にウエハＷを真空吸着によって水平に保持するスピンチャック５１が設けられている。このスピンチャック５１は、カップＣＰの下方に設けられたパルスモーターなどの駆動モータ５２によって回転可能となっており、その回転速度も任意に制御可能となっている。カップＣＰの底部の中央寄りの部分には排気管５３が接続され、また外側よりの部分には排液管５４が接続されている。そして、排気管５３からカップＣＰ内の気体が排気されるとともに、排液管５４からは、塗布処理にともなって飛散したレジスト液や溶剤が排出される。なお、スピンチャック５１は、図示しないエアシリンダー等の昇降機構により昇降可能となっている。
【００３４】
スピンチャック５１の上方には、スピンチャック５１の直上位置と退避位置との間で移動可能に噴頭６０が設けられており、この噴頭６０はアーム６１を介して駆動機構７０に連結され、駆動機構７０により図４および５に示したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動されるようになっている。なお、噴頭６０はアーム６１に対して着脱自在となっている。
【００３５】
噴頭６０は、ベース部材６２を有し、塗布液が溶解可能な溶剤とその溶剤の揮発を抑制する揮発抑制物質とが混合された混合液を供給する混合液供給ノズル８０と塗布液であるレジスト液を供給するレジスト液供給ノズル９０とを近接させた状態でベース部材６１に取り付けた構造を有している。ここで、塗布液が溶解可能な溶剤とは、塗布液の溶媒であってもよいが、それに限らず塗布液を溶解可能なものであればよいことはいうまでもない。
【００３６】
噴頭６０には、レジスト液供給ノズル９０から吐出されるレジスト液の温度が一定になるように温度調節するために温度調節流体を循環するチューブ６５ａ，６５ｂ、および、混合液供給ノズル８０から吐出される溶剤の温度が一定になるように温度調節するために温度調節流体を循環するチューブ６６ａ，６６ｂが設けられている。チューブ６５ａはレジスト液供給ノズル９０に連続する配管の周囲に設けられて往路を構成し、チューブ６５ｂは復路を構成している。また、チューブ６６ａは混合液供給ノズル８０に連続する配管の周囲に設けられて往路を構成し、チューブ６６ｂは復路を構成している。
【００３７】
上記混合液供給ノズル８０は、混合液供給配管８１を介して中間タンク８３に接続されており、混合液供給配管８１にはバルブ８２が設けられている。また、中間タンク８３にはその中に溶剤を供給する溶剤供給配管８４と揮発抑制物質を供給する揮発抑制物質供給配管８６とが接続されており、これら配管８４および８６にはそれぞれバルブ８５および８７が設けられている。そして、配管８４および８６を介して中間タンク８３内に供給された溶剤および揮発抑制物質は図示しない攪拌機構により攪拌されて混合液となり、中間タンク８３内にはこの混合液が貯留された状態となっている。この混合液は中間タンク８３内に窒素（Ｎ_２）ガス等の圧送ガスを供給することによって混合液供給配管８１および混合液供給ノズル８０を介してウエハＷ上に供給される。この場合にＮ_２ガスの加圧力を制御することによって混合液の流量が制御される。
【００３８】
レジスト液供給ノズル９０は、レジスト液供給配管９１を介してレジスト液を収容するレジスト液タンク９２に連通されている。このレジスト液供給配管９１には、サックバックバルブ９３、エアーオペレーションバルブ９４、レジスト液中の気泡を分離除去するための気泡除去機構９５、フィルタ９６およびベローズポンプ９７が下流側からその順に設けられている。このベローズポンプ９７は伸縮可能に構成され、この伸縮が制御されることにより所定量のレジスト液がレジスト液供給ノズル９０を介してウエハＷの表面に供給される。このベローズポンプ９７により極めて少量のレジスト液の供給量制御が可能となる。この駆動部は、一端がベローズポンプの一端に取り付けられたネジ９８ａと、このネジに螺合されるナット９８ｂとからなるボールネジ機構９８と、このナット９８ｂを回転させることによりネジ９８ａを直線動させるステッピングモータ９９とにより構成されている。
【００３９】
上記レジスト液供給系に設けられたサックバックバルブ９３は、レジスト液供給ノズル９０からのレジスト液吐出後、レジスト液供給ノズル９０先端内壁部に表面張力によって残留しているレジスト液をレジスト液供給ノズル９０内に引き戻し、これによって残留レジスト液の固化を阻止するためのものである。
【００４０】
図５に示すように、ケーシング５０内のカップＣＰの外側部分には、基本的に同一の構造を有する４つの噴頭６０を保持可能な保持部５５が設けられている。保持部５５には各ノズルのノズル口を乾燥固化させないように、各ノズルのノズル口を溶剤雰囲気に置くための挿入部（図示せず）が設けられている。各噴頭６０は、取り付け部６３によりアーム６１の先端部に取り付け可能となっており、それぞれ異なる種類のレジスト液を供給するようになっている。そして、これらのうち選択された一つがアーム６１に取り付けられて保持部５５から取り出される。上述したように、アーム６１は駆動機構７０により三次元移動、すなわちＸ、Ｙ、Ｚ方向への移動が可能であり、保持部５５から取り出されてアーム６１に装着された噴頭６０が、処理に際してウエハＷの直上の所定位置まで移動される。なお、ここでは、混合液供給ノズル８０とレジスト液供給ノズル９０とを噴頭６０に取り付け、この噴頭６０を４つ準備して保持部５５に設けているが、１つまたはそれ以上の混合液供給ノズル８０をアーム６１に直接固定し、噴頭６０にはレジスト液供給ノズル９０のみを設けるようにしてもよい。
【００４１】
次に、このように構成されるレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）における処理について図６の工程図を参照しながら詳細に説明する。
【００４２】
主ウエハ搬送機構２２の保持部材４８によってケーシング５０の開口５０ａを通ってレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）内のカップＣＰの真上までウエハＷが搬送されると、そのウエハＷは、図示しない昇降機構によって上昇してきたスピンチャック５１によって真空吸着される。主ウエハ搬送機構２２はウエハＷをスピンチャック５１に真空吸着せしめた後、保持部材４８をレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）内から引き戻し、レジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）へのウエハＷの受け渡しを終える（ＳＴ１）。
【００４３】
次いで、スピンチャック５１はウエハＷがカップＣＰ内の定位置になるまで下降される。次いで、駆動モータ５２によってスピンチャック５１を１０００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させ、ウエハＷの温度を均一にする（ＳＴ２）。
【００４４】
その後、スピンチャック５１の回転を停止させ、駆動機構７０によって噴頭６０をＹ方向に沿ってウエハＷの直上位置まで移動させ、混合液供給ノズル８０の吐出口がスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）上に到達したところで、レジストが溶解する所定の溶剤とその溶剤の揮発を抑制する揮発抑制物質との混合液を静止しているウエハＷ表面の略中心に供給する（ＳＴ３）。この際に、溶剤供給配管８４および揮発抑制物質供給配管８６を介して所望の割合で溶剤および揮発抑制物質を中間タンク８３に供給し、バルブ８５および８７を閉じて図示しない攪拌機構により攪拌することにより所定量の混合液が形成され、中間タンク８３内で形成され貯留されている混合液がＮ_２ガス等の圧送ガスにより混合液供給配管８１および混合液供給ノズル８０を介してウエハＷ上に圧送される。この場合にＮ_２ガスの加圧力を制御することによって混合液の流量が制御される。
【００４５】
このようにして混合液を供給した後、好ましくは１０００ｒｐｍ以下の所定の回転速度でウエハＷを回転させる（ＳＴ４）。これにより、ウエハＷ表面に供給された混合液は遠心力によってウエハＷの中心からその周囲に拡散し、ウエハＷの全面にむらなく広がる。なお、ウエハＷを回転させながら混合液をウエハＷ上に供給する、すなわち、上記ＳＴ３工程とＳＴ４工程とを同時に行うようにしてもよい。また、スプレーを用いてウエハ全面に塗布することができる。この場合に、スプレーはウエハＷを回転しながら行ってもよいしウエハＷを停止した状態で行ってもよい。
【００４６】
続いて、駆動機構７０によりレジスト液供給ノズル９０の吐出口がスピンチャック５１の中心（ウエハＷの中心）上に到達するまで噴頭６０をＹ方向に移動し、ウエハＷの回転速度を所定値まで上昇させて、レジスト液供給ノズル９０の吐出口からレジスト液を回転するウエハＷ表面の略中心に供給し、遠心力によりレジスト液を外方に拡散させ、ウエハＷ表面へのレジスト塗布を行う（ＳＴ５）。この際の回転速度は、２００ｍｍウエハの場合には２０００〜６０００ｒｐｍ、３００ｍｍウエハの場合には１０００〜４０００ｒｐｍであることが好ましい。
【００４７】
このようにしてウエハＷを回転させながらレジスト液を供給した後、レジスト液の供給を停止した後に、ウエハＷの回転速度を減速する（ＳＴ６）。これにより、膜厚調整機能が発揮され、ウエハＷ面内の膜厚が均一化される。このような効果を奏するのは、ウエハＷの回転速度を減速した際には、この減速の際の加速度により半導体ウエハＷ上のレジスト液に中心へ向かう力が作用し、しかも、被処理基板の回転が低速であることからレジスト液の乾燥が遅く、結果として膜厚を整える機能が発揮されるからである。すなわち、この減速によって作用する内側へ向かう力により、ウエハＷ外方へ飛散するレジスト量が抑制され、外周部にも中央部と同様にレジストが保持されてレジスト膜の膜厚がより均一化することとなる。この際の回転速度は５０〜１０００ｒｐｍが好ましい。特に、５００ｒｐｍ以下であれば、レジストの乾燥がほとんど進行せず、膜厚調整の自由度が高い。この際の保持時間は、例えば、３秒までの適宜の時間に設定される。なお、このＳＴ６工程は必須なものではなく、必要に応じて行われる。
【００４８】
その後、ウエハＷの回転速度を上昇させて、残余のレジスト液を振り切る（ＳＴ７）。この際の回転速度は、２００ｍｍウエハの場合には１５００〜４０００ｒｐｍ、３００ｍｍウエハの場合には１０００〜３０００ｒｐｍであることが好ましい。
【００４９】
その後、ウエハＷの回転を継続させレジスト膜の乾燥を行う（ＳＴ８）。この際の回転速度は、２００ｍｍウエハの場合には１０００〜２０００ｒｐｍ、３００ｍｍウエハの場合には５００〜１５００ｒｐｍであることが好ましい。この工程を所定時間行った後、レジスト塗布工程が終了する。
【００５０】
以上のように、レジスト液の塗布に先だって、レジストが溶解する溶剤とその溶剤の揮発を抑制する揮発抑制物質との混合液をウエハＷの全面に塗布するので、使用する溶剤が高揮発性のものであっても揮発抑制物質によりその揮発が抑制され、その後のレジスト液塗布の際に十分にレジスト液を拡散させる効果を発揮させることができる。したがって、用いる溶剤によらず安定してレジスト液の使用量を少なくすることができる。
【００５１】
ここで、混合液の溶剤としては、レジストが溶解するもの典型的にはシンナーが用いられ、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチルアセテート、エチルラクテート、エチルセロソルブアセテート、メチルメトキシプロピオネートから選択される少なくとも１種が用いられる。これらの中で、プロピレングリコールモノメチルエーテルおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの少なくとも１種を用いた場合に本発明の効果が大きい。もちろんレジストが溶解する他の溶剤であってもよい。
【００５２】
揮発抑制物質としては、水素結合を有するものが好ましく、このような水素結合を有する物質としては、水、メチルアルコール、エチルアルコールから選択された少なくとも１種が好適に用いられる。中でも水が特に好ましい。水としては純水が好ましい。もちろん使用される溶剤の揮発を有効に抑制することができれば他の物質であってもよい。
【００５３】
このような揮発抑制物質の量は前記混合液全体の５質量％以上５０質量％未満であることが好ましい。５質量％未満であれば揮発抑制効果が不十分になるおそれがあり、一方５０質量％以上では溶剤によるレジスト液拡散効果が不十分になるおそれがある。混合液の供給量は、例えば、２００ｍｍウエハの場合２ｍｌ、３００ｍｍウエハの場合３ｍｌである。
【００５４】
次に、実際に本発明の効果を確認した実験について説明する。
最初に、２００ｍｍウエハを用い、プリウェットを行う溶剤として、ブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、エチルラクテートの３種類を使用した場合と、プリウェットのない場合とについて、ウエハ全面に塗布可能なレジストの最小量を比較した。レジスト液としてはＥＬ溶剤のＫｒＦレジスト（粘度７ＣＰ程度）を用いた。レジスト液滴下時のウエハ回転速度を３０００〜６０００ｒｐｍとし、溶剤供給量は２ｍｌとした。その結果、ウエハ全面に塗布可能なレジスト液の最小量は、表１に示すとおりプリウェットを行うことによりレジスト液の量が大幅に減少した。ただし、溶剤の種類によって効果の程度が異なることがわかる。これは溶剤の揮発速度の差によるものと思われ、揮発速度が遅い溶剤ほどレジスト滴下時にウエハ上に残存する量が多くレジストの拡散効果がより高いものと考えられる。
【００５５】
【表１】

【００５６】
次に、３００ｍｍウエハを用い、上記３種類の溶剤によりプリウェットを行って同様のレジスト塗布実験を行った。レジスト液滴下時のウエハ回転速度を２０００〜４０００ｒｐｍとし、溶剤供給量は３ｍｌとした。その結果、表２に示すように、溶剤の種類により全面塗布に必要なレジスト液の最小量が２００ｍｍウエハの場合よりも大きく異なることが判明した。また、表２に示すように、現在最も多く使用されているＰＧＭＥ系シンナーの主成分であるＰＧＭＥは３００ｍｍウエハでは十分な省レジスト効果が得られないことがわかる。
【００５７】
【表２】

【００５８】
次に、２００ｍｍウエハおよび３００ｍｍウエハについて、上記ＰＧＭＥでプリウェットを行った場合と、ＰＧＭＥに揮発抑制物質としての純水を混合した混合液でプリウェットを行った本発明の場合とでウエハ全面に塗布可能なレジスト液の最小量を比較した。混合液はＰＧＭＥ：純水＝５：１（純水１６．７質量％）とした。レジスト液および塗布条件は上記実験と同様とした。その結果、表３に示すように、２００ｍｍウエハおよび３００ｍｍウエハのいずれも、ＰＧＭＥ＋純水の混合液でプリウェットを行うことにより、全面塗布に必要なレジスト液の最小量がＰＧＭＥ単独でプリウェットを行う場合の半分以下になることが確認された。これは、純水を加えることにより溶剤分子と水分子とが水素結合し、その結果溶剤の揮発が抑制され、レジスト滴下時にウエハ上に残存する溶剤の量が多いためと考えられる。汎用のシンナーであるＯＫ７３（ＰＧＭＥ：ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）＝７：３）に同様の割合で純水を混合した混合液も同様の結果を示した。以上、本発明の範囲内である溶剤＋純水の混合液でプリウェットを行った場合に顕著な省レジスト効果があることが確認された。
【００５９】
【表３】

【００６０】
次に、上記溶剤と揮発抑制物質との混合液の供給手段の他の例について説明する。上記例では中間タンク８３で混合液を生成し、混合液をガス圧送する場合について示したが、図７に示すように、図示しない中間タンクから延びる溶剤供給配管１０１を介して供給された溶剤と、同様に図示しない中間タンクから延びる揮発抑制物質供給配管１０２を介して所定の流量で供給された揮発抑制物質とをスタティックミキサー１０３により混合し、そこから混合液供給配管８１を介して混合液供給ノズル８０へ混合液を供給するようにすることもできる。
【００６１】
また、図８に示すように、混合部１１１を有する混合液供給ノズル１１０を設け、混合部１１１に図示しない中間タンクから延びる溶剤供給配管１１２および同様に図示しない中間タンクから延びる揮発抑制物質供給配管１１３を接続し、配管１１２，１１３を介して供給された溶剤および揮発抑制物質を混合部１１１で混合するようにしてもよい。
【００６２】
さらに、図９に示すように、溶剤供給ノズル１２１および揮発抑制物質供給ノズル１２２を設け、図示しない中間タンクから延びる溶剤供給配管１２３および同様に図示しない中間タンクから延びる揮発抑制物質供給配管１２４をそれぞれ溶剤供給ノズル１２１および揮発抑制物質供給ノズル１２２に接続し、溶剤供給ノズル１２１および揮発抑制物質供給ノズル１２２からそれぞれ吐出された溶剤および揮発抑制物質をウエハ上で混合して混合液を生成するようにしてもよい。
【００６３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、塗布液としてレジスト液を用いた場合について示したが、必ずしもレジスト液に限らず反射防止膜や層間絶縁膜等の回転塗布処理を行って形成する膜のための塗布液等、他の塗布液であってもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態では、塗布液として揮発性の溶剤を含むレジスト液を用いた場合について示したが、揮発性の溶剤を含む塗布液に限らず、例えば反射防止膜やサーマルシュリンクプロセスで使用されるシュリンク剤等の水溶液の塗布液であってもよい。水溶性の塗布液を用いた場合は、塗布液の溶剤が純水となるため、プリウェットは主に純水で行うことになるが、プリウェットに用いた純水が揮発することが考えられるので、その際には揮発抑制物質が有効に作用する。この際には、揮発抑制物質として、プリウェットに用いる純水よりも低温の純水を用い、これを被処理基板上に供給してもよい。純水の揮発が懸念されない場合には、揮発抑制剤を用いずにプリウェット用の純水のみを供給すればよい。この場合、図４、図７、図８および図９に示す揮発抑制物質の供給配管８６，１０２，１１３および１２４からの供給を停止すればよい。さらに、プリウエット用として純水のみを使用することが明確な場合は、図４、図７、図８および図９における揮発抑制物質の供給系統を省略した装置構成としてもよい。
【００６５】
さらに、上記実施の形態では、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、例えばＬＣＤ基板やマスク用レチクル基板等他の被処理基板であってもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶剤とその溶剤の揮発を抑制する揮発抑制物質との混合液を用いてプリウェットを行うので、使用する溶剤が高揮発性のものであってもその揮発が抑制される。したがって、塗布液を塗布する際に溶剤の残存量が多く、十分なプリウェット効果を発揮させることができるので、用いる溶剤によらず安定して塗布液の使用量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塗布膜形成方法を実施するためのレジスト塗布ユニットを搭載した半導体ウエハのレジスト塗布現像処理システムの全体構成の平面図。
【図２】図１に示す塗布現像処理システムの正面図。
【図３】図１に示す塗布現像処理システムの背面図。
【図４】図１に示したレジスト塗布現像処理システムに装着したレジスト塗布ユニットの全体構成を示す断面図。
【図５】図４に示したレジスト塗布ユニットの平面図。
【図６】レジスト塗布ユニットにおける処理工程を示す工程図。
【図７】レジスト塗布ユニットに用いられる混合液供給手段の他の例を示す断面図。
【図８】レジスト塗布ユニットに用いられる混合液供給手段のさらに他の例を示す断面図。
【図９】レジスト塗布ユニットに用いられる混合液供給手段の別の例を示す断面図。
【図１０】従来のレジスト塗布装置の概略構成図。
【符号の説明】
５１……スピンチャック（基板保持部材）
５２……駆動モータ（回転手段）
６０……噴頭
７０……駆動機構
８０……混合液供給ノズル（混合液供給手段）
９０……レジスト液供給ノズル（塗布液供給手段）
Ｗ……半導体ウエハ（被処理基板）

Claims

被処理基板の表面に、塗布液が溶解する溶剤とその溶剤の揮発を抑制する、水素結合を有する揮発抑制物質との混合液を供給する工程と、
前記混合液を前記被処理基板表面の全面に拡げる工程と、
前記混合液が供給された被処理基板を回転させつつ被処理基板の略中央に塗布液を供給し、塗布液を被処理基板の径方向外方に拡げて塗布膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする塗布膜形成方法。
前記揮発抑制物質は、水、メチルアルコール、エチルアルコールから選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の塗布膜形成方法。
前記塗布膜を形成する工程の後、残余の塗布液を振り切る工程をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗布膜形成方法。
前記溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチルアセテート、エチルラクテート、エチルセロソルブアセテート、メチルメトキシプロピオネートから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
前記揮発抑制物質の量は前記混合液全体の５質量％以上５０質量％未満であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
前記混合液は、予め容器内で前記溶剤と前記揮発抑制物質とを混合して生成され、該容器内に貯留されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
前記混合液は、前記溶剤と前記揮発抑制物質とをスタティックミキサにより混合してからノズルを介して被処理基板に供給されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
前記溶剤と前記揮発抑制物質とをノズル内で混合し、そのノズルから混合液を前記被処理基板の表面に供給することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
前記溶剤と前記揮発抑制物質とを別個に前記被処理基板上に供給し、該被処理基板上でこれらを混合して混合液とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
前記被処理基板に供給される混合液は温調されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
前記混合液の供給を被処理基板を停止させた状態で行い、前記混合液を前記被処理基板表面の全面に拡げる工程は、被処理基板を回転させることによって行うことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
前記混合液の供給を被処理基板を回転させた状態で行うことを特徴とする請求項１から請求項１１に記載の塗布膜形成方法。
前記塗布膜を形成した後、塗布液供給停止後に、被処理基板の回転速度を一旦減速する工程をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
被処理基板の表面に、レジスト液が溶解する溶剤と水との混合液を供給する工程と、
前記被処理基板を回転させて、前記混合液を前記被処理基板表面の全面に拡げる工程と、
前記混合液が供給された被処理基板を回転させつつ被処理基板の略中央にレジスト液を供給し、レジスト液を被処理基板の径方向外方に拡げてレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を形成する工程の後、残余のレジスト液を振り切って膜厚を調整する工程と、
を具備することを特徴とする塗布膜形成方法。
前記溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチルアセテート、エチルラクテート、エチルセロソルブアセテート、メチルメトキシプロピオネートから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１４に記載の塗布膜形成方法。
前記溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１５に記載の塗布膜形成方法。
前記水の量は前記混合液全体の５質量％以上５０質量％未満であることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の塗布膜形成方法。
回転する被処理基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成装置であって、
被処理基板を略水平に保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材を回転させる回転手段と、
前記基板保持部材に保持された被処理基板に塗布液が溶解する溶剤とその溶剤の揮発を抑制する、水素結合を有する揮発抑制物質との混合液を供給する混合液供給手段と、
前記基板保持部材に保持された被処理基板の略中央に塗布液を供給する塗布液供給手段と
を具備し、
前記塗布膜の形成に先だって、前記混合液供給ノズルから被処理基板に混合液が供給され、前記回転手段により被処理基板が回転されることにより被処理基板の全面に混合液が拡散されることを特徴とする塗布膜形成装置。
前記揮発抑制物質は、水、メチルアルコール、エチルアルコールから選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１８に記載の塗布膜形成装置。
前記混合液供給手段は、前記溶剤と前記揮発抑制物質とを混合して前記混合液を予め生成して貯留しておく容器と、この容器から供給された前記混合液を被処理基板に供給する混合液供給ノズルとを有することを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の塗布膜形成装置。
前記混合液供給手段は、前記溶剤と前記揮発抑制物質とを混合するスタティックミキサと、このスタティックミキサから供給された前記混合液を被処理基板に供給する混合液供給ノズルとを有することを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の塗布膜形成装置。
前記混合液供給手段は、前記溶剤と前記揮発抑制物質とを混合して混合液を生成する混合部を有する混合液供給ノズルを備えたことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の塗布膜形成装置。
前記混合液供給手段は、前記溶剤を被処理基板に供給する溶剤供給ノズルと、前記揮発抑制物質を被処理基板に供給する揮発抑制物質供給ノズルとを有し、これら溶剤供給ノズルと揮発抑制物質供給ノズルとから前記溶剤と前記揮発抑制物質とを別個に前記被処理基板上に供給し、該被処理基板上でこれらを混合して混合液とすることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の塗布膜形成装置。
前記被処理基板に供給される混合液を温調する温調機構をさらに具備することを特徴とする請求項１８から請求項２３のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。