JP4542977B2 - 塗布膜の成膜方法及びその装置 - Google Patents

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Description

この発明は、塗布膜の成膜方法及びその装置に関するもので、更に詳細には、例えば半導体ウエハやＬＣＤ基板等の基板に塗布液を塗布し、基板表面に塗布膜を成膜する塗布膜の成膜方法及びその装置に関するものである。
従来、半導体デバイスの高集積化に伴って基板上に多層配線する技術が採用されており、多層配線における配線すなわち回路パターン同士を絶縁する膜として、ＳＯＧ（Spin On Glass）と称せられるシリコン酸化膜系ガラスが使用されている。
上記ＳＯＧ膜を成膜する方法は、一般にスピンコート法により、有機溶媒中に溶かされたガラス成分を基板上に塗布し、その後の乾燥，ベーク，キュア等の熱処理で焼成することで、ガラス成分を結合させて成膜する方法である。
ところで、基板の表面には凹凸の回路パターンが形成されているため、通常のスピン塗布方法・熱乾燥を行うと、凹凸の段差形状に合わせた膜表面の形状不均一性が生じ、後の工程に支障をきたす。例えば、リソグラフィがあった場合には、焦点深度が異なることによる線幅（ＣＤ）の悪化や、膜の積み重ねに伴って段差が大きくなるなどの様々な不具合を生じさせるという問題があった。
そのため、塗布膜を平坦化する必要がある。この塗布膜を平坦化する方法として、塗布膜を熱処理によって硬化させた後、研磨部材である研磨布の表面に機械的研磨粒子及び化学的研磨粒子を含む研磨液を滴下し、この研磨布の表面を基板の塗布膜に押し付けて、塗布膜の一部を除去する化学機械研磨｛ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）｝技術が知られている。
また、上記ＣＭＰのような高負荷プロセスを経ることのない別の平坦化方法として、凹凸面を有する基板表面に塗布液を供給し、塗布膜をスキャナプレートで基板の表面に薄く押し広げて塗布すると共に、スリット状ノズルからエア圧によって均等に押圧する塗布方法（装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、別の手段として、基板の表面に塗布液を供給した後に、溶剤蒸気を含む気体を供給して、塗布膜を薄く均一にする塗布方法（装置）が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−４７３２４号公報（特許請求の範囲、図１，図２，図４） 特開平１１−３２９９３８号公報（段落番号０１４２、図８，図１３）
しかしながら、前者すなわち特開平７−４７３２４号公報に記載の技術においては、塗布液に向かってエアを吹き付けるため、塗布液が揮発して硬化し、その結果、流動性が低下するので、塗布膜の均一化が十分に図れないという問題があった。
また、後者すなわち特開平１１−３２９９３８号公報に記載の技術においては、塗布液に溶剤蒸気を送るため、前者に比べて塗布液の揮発を抑制することができるが、処理部の周囲の環境の影響によって前者と同様に、塗布膜が揮発して硬化し、その結果、流動性が低下する。したがって、この技術においても塗布膜の均一化が十分に図れないという問題があった。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＣＭＰのような高負荷プロセスを経ることなく、均一かつ高精度な塗布膜の平坦化を図れるようにした塗布膜の成膜方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、この塗布膜の成膜方法は、表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜方法を前提とし、請求項１記載の発明は、上記塗布液の塗布膜が形成された被処理基板を、溶剤ガス雰囲気下においた状態で、上記溶剤ガス雰囲気を吸引して溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを被処理基板の表面に向かって噴射すると共に、被処理基板と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動させて、上記塗布液の塗布膜を平坦化する、ことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の塗布膜の成膜方法において、上記溶剤ガス雰囲気内の圧力を溶剤ガスの飽和蒸気圧以上に保持する、ことを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、被処理基板の表面に塗布膜を形成する塗布工程と、 上記塗布膜が形成された上記被処理基板を外気から遮断された処理室内に搬入する工程と、 上記処理室内に溶剤ガスを供給して処理室内を溶剤ガス雰囲気にする工程と、 上記溶剤ガス雰囲気を吸引して溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを上記被処理基板の表面に向けて噴射すると共に、溶剤ガス供給ノズルと被処理基板を相対的に平行移動させる工程と、を有することを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、外気から遮断された処理室内に収容された、表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、被処理基板の表面に塗布膜を形成する塗布工程と、 上記処理室内に溶剤ガスを供給して処理室内を溶剤ガス雰囲気にする工程と、 上記溶剤ガス雰囲気を吸引して溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを上記被処理基板の表面に向けて噴射すると共に、溶剤ガス供給ノズルと被処理基板を相対的に平行移動させる工程と、を有することを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、 請求項１ないし４のいずれかに記載の塗布膜の成膜方法において、 上記被処理基板と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動させる工程は、１又は複数回の往復移動を含む、ことを特徴とする。この際、上記被処理基板と溶剤ガス供給ノズルの平行移動が複数回の往復移動の場合に、１回目の往復移動における上記被処理基板と溶剤ガス供給ノズルの距離に対して、２回目以降の距離を漸次長くする方が好ましい（請求項６）。
また、請求項７記載の発明は、請求項３又は４記載の塗布膜の成膜方法において、上記処理室内を、溶剤ガスの飽和蒸気圧以上の圧力に保持する工程を更に有することを特徴とする。
また、請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の塗布膜の成膜方法において、上記溶剤ガスが塗布液の溶媒を含有するガスである、ことを特徴とする。
また、この発明の塗布膜の成膜装置は、表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜装置を前提とし、請求項９記載の発明は、請求項１記載の塗布膜の成膜方法を具現化するもので、 上記塗布液の塗布膜が形成された被処理基板を外気から遮断して収容する処理室と、 上記処理室内に配設されて上記被処理基板を保持する保持手段と、 上記処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段と、 上記処理室内の圧力を調整する圧力調整手段と、 上記被処理基板の表面に向かって溶剤ガスを噴射する溶剤ガス供給ノズルと、 上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動する移動手段と、を具備することを特徴とする。
また、請求項１０記載の発明は、請求項３記載の塗布膜の成膜方法を具現化するもので、 上記被処理基板を水平に回転可能に保持する回転保持手段と、 上記保持手段に保持された上記被処理基板に対して塗布液を供給する塗布液供給ノズルと、 上記塗布液の塗布膜が形成された被処理基板を外気から遮断して収容する処理室と、 上記処理室内に配設されて上記被処理基板を保持する保持手段と、 上記処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段と、 上記処理室内の圧力を調整する圧力調整手段と、 上記被処理基板の表面に向かって溶剤ガスを噴射する溶剤ガス供給ノズルと、 上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動する移動手段と、を具備することを特徴とする。
また、請求項１１記載の発明は、請求項４記載の塗布膜の成膜方法を具現化するもので、上記被処理基板を外気から遮断して収容する処理室と、 上記処理室内に配設されて、上記被処理基板を水平に回転可能に保持する保持手段と、 上記保持手段に保持された上記被処理基板に対して塗布液を供給する塗布液供給ノズルと、 上記処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段と、 上記処理室内の圧力を調整する圧力調整手段と、 上記被処理基板の表面に向かって溶剤ガスを噴射する溶剤ガス供給ノズルと、 上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動する移動手段と、を具備することを特徴とする。
また、請求項１２記載の発明は、請求項５，６記載の塗布膜の成膜方法を具現化するもので、 請求項９ないし１１のいずれかに記載の塗布膜の成膜装置において、 上記移動手段は、上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルの平行移動を１又は複数回の往復移動可能に形成され、 上記溶剤ガス供給ノズルは、上記被処理基板に対する距離が調整可能に形成され、上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルが複数回の往復移動を行う際に、１回目の往復移動における上記被処理基板と溶剤ガス供給ノズルの距離に対して、２回目以降の距離を漸次長くするように形成してなる、ことを特徴とする。
また、請求項１３記載の発明は、請求項２，７記載の塗布膜の成膜方法を具現化するもので、請求項９ないし１２のいずれかに記載の塗布膜の成膜装置において、上記処理室内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段からの検出信号に基づいて圧力調整手段を制御する制御手段を更に具備する、ことを特徴とする。
請求項１，９記載の発明においては、塗布液の塗布膜が形成された被処理基板を、溶剤ガス雰囲気下においた状態で、溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを被処理基板の表面に向かって噴射すると共に、被処理基板と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動させて、塗布液の塗布膜を平坦化することにより、塗布液を揮発させて硬化させることなく、塗布液の粘性を維持した状態で塗布膜の平坦化を行うことができる。
請求項３，１０記載の発明においては、被処理基板に対して塗布液を供給して塗布膜を形成した後、被処理基板を、溶剤ガス雰囲気下においた状態で、溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを被処理基板の表面に向かって噴射すると共に、被処理基板と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動させて、塗布液の塗布膜を平坦化することにより、塗布液を揮発させて硬化させることなく、塗布液の粘性を維持した状態で塗布膜の平坦化を行うことができる。
請求項４，１１記載の発明においては、外気から遮断された処理室内に被処理基板を収容した状態で、被処理基板に対して塗布液を供給し、被処理基板の表面に塗布膜を形成し、その後、処理室内に溶剤ガスを供給して処理室内を溶剤ガス雰囲気にした状態で、溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを被処理基板の表面に向けて噴射すると共に、溶剤ガス供給ノズルと被処理基板を相対的に平行移動させることにより、塗布液を揮発させて硬化させることなく、塗布液の粘性を維持した状態で塗布膜の平坦化を行うことができる。
請求項５，６，１２記載の発明においては、被処理基板と溶剤ガス供給ノズルを往復移動させて、塗布液の塗布膜を平坦化することができる。この際、往復移動を複数回行う場合に、１回目の往復移動における被処理基板と溶剤ガス供給ノズルの距離に対して、２回目以降の距離を漸次長くすることにより、１回目で塗布膜をほぼ平坦化させて、２回目以降で塗布膜の表面の凹凸を更になじませることができる（請求項６，１２）。
請求項２，１３記載の発明においては、溶剤ガス雰囲気内の圧力を溶剤ガスの飽和蒸気圧以上に保持することにより、塗布液の乾燥を抑制することができる。
請求項８記載の発明においては、溶剤ガスに塗布液の溶媒を含有するガスを使用することにより、塗布液の質的変化を抑制することができる。
この発明は、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。
（１）請求項１，９記載の発明によれば、塗布液を揮発させて硬化させることなく、塗布液の粘性を維持した状態で塗布膜の平坦化を行うことができるので、塗布膜を均一かつ高精度に成膜することができる。
（２）請求項３，１０記載の発明によれば、被処理基板に対して塗布液を供給して塗布膜を形成した後、請求項１，９記載の発明と同様に、塗布液を揮発させて硬化させることなく、塗布液の粘性を維持した状態で塗布膜の平坦化を行うことができる。したがって、上記（１）に加えて更に成膜処理を迅速に行うことができる。
（３）請求項４，１１記載の発明によれば、外気から遮断された処理室内に被処理基板を収容した状態で、上記塗布液の塗布処理と請求項１，９記載の発明と同様に成膜処理を行うことができるので、上記（１），（２）に加えて更に成膜処理の迅速化が図れると共に、装置の小型化が図れる。
（４）請求項５，６，１２記載の発明によれば、被処理基板と溶剤ガス供給ノズルを往復移動させて、塗布液の塗布膜を平坦化することができるので、上記（１）〜（３）に加えて更に塗布膜を均一かつ高精度に成膜することができる。また、往復移動を複数回行う場合に、１回目の往復移動における被処理基板と溶剤ガス供給ノズルの距離に対して、２回目以降の距離を漸次長くすることにより、１回目で塗布膜をほぼ平坦化させて、２回目以降で塗布膜の表面の凹凸を更になじませることができるので、塗布膜への溶剤ガスの衝撃を低減させることができ、更に塗布膜の均一性の向上が図れる（請求項６，１２）。
（５）請求項２，１３記載の発明によれば、溶剤ガス雰囲気内の圧力を溶剤ガスの飽和蒸気圧以上に保持することにより、塗布液の乾燥を抑制することができるので、上記（１）〜（４）に加えて更に均一かつ高精度の成膜を行うことができ、また、装置の信頼性の向上を図ることができる。
（６）請求項８記載の発明によれば、溶剤ガスに塗布液の溶媒を含有するガスを使用することにより、塗布液の質的変化を抑制することができるので、上記（１）〜（５）に加えて更に均一かつ高精度の成膜を行うことができ、また、装置の信頼性の向上を図ることができる。
以下に、この発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る成膜装置を半導体ウエハにおけるＳＯＧの成膜装置に適用した場合について説明する。
◎第１実施形態
図１は、上記成膜装置の第１実施形態を示す概略断面図である。
上記成膜装置は、凹凸面を有する被処理基板である半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）に塗布液であるＳＯＧ液例えばポリシラザンの塗布膜を形成する塗布ユニット１と、塗布膜が形成されたウエハＷの塗布膜を平坦化する成膜ユニット２とを具備している。
上記塗布ユニット１は、図示しない搬送アームによって搬送されるウエハＷを収容する塗布処理室３と、この塗布処理室３内に配設されて、ウエハＷを保持して水平に回転させる回転保持手段であるスピンチャック４と、ウエハＷの表面に塗布液例えばＳＯＧ液を滴下（供給）する塗布液供給ノズル５と、を具備している。
上記のように構成される塗布ユニット１において、塗布処理室３内に収容されたウエハＷの表面に対して塗布液供給ノズル５から塗布液を滴下し、スピンチャック４を回転させることによって、ウエハＷの表面に塗布液の塗布膜が形成される。
上記成膜ユニット２は、塗布膜が形成されたウエハＷを外気から遮断して収容する処理室６と、この処理室６内に配設されてウエハＷを保持する保持手段である載置プレート７と、処理室６内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段８と、処理室６内の圧力を調整する圧力調整手段９と、ウエハＷの表面に向かって溶剤ガス例えばＳＯＧの溶媒例えばブチルエーテルを噴射する溶剤ガス供給ノズル１０と、載置プレート７と溶剤ガス供給ノズル１０を相対的に平行移動する移動手段２０と、で主に構成されている。また、成膜ユニット２には、処理室６内の圧力を検出する圧力検出手段である圧力計３０と、この圧力計３０からの検出信号に基づいて圧力調整手段９を制御する制御手段であるコントローラ４０が具備されている。
この場合、処理室６は、載置プレート７を設置する固定ベース部６ａと、この固定ベース部６ａに対して図示しない昇降手段によって昇降可能に開閉する箱状の蓋体６ｂとで構成されている。なお、処理室６を固定ベース部６ａと昇降可能な蓋体６ｂとで構成する代わりに、側壁にウエハＷの搬入出口を設け、この搬入出口をシャッタによって開閉する構造としてもよい。
また、載置プレート７は、ウエハＷを吸着保持し得るように構成されており、また、同心円状に例えば３個の貫通孔７ａが設けられ、各貫通孔７ａ内を貫通する支持ピン７ｂが保持部材７ｃに保持されると共に、支持ピン昇降シリンダ７ｄの駆動によって支持ピン７ｂが載置プレート７の表面に出没可能に構成されている。
また、載置プレート７には、載置保持されたウエハＷの温度を所定の温度例えば１５〜２３℃に温度調整する温度調整手段５０が設けられている。
このように温度調整手段５０を設けてウエハＷを低温側に温度設定する理由は、良好な膜を形成するためである。すなわち、減圧下においては、溶媒の沸点が下がり、揮発が促進され、その揮発が早い場合は、形成する膜が顕著にその揮発の影響を受けて面荒れを生じてしまう。そこで、ウエハＷの温度を低温化させることにより、溶媒の揮発速度を抑制することができるので、良好な膜を形成することができる。
上記溶剤ガス供給手段８は、処理室６の蓋体６ｂの一側端側に設けられた供給口６ｃに一端が接続する供給管８ａの他端に接続する、溶剤ガス生成機能を有する気化器８０によって形成されている。供給管８ａには開閉弁Ｖ1が介設されており、この開閉弁Ｖ1は、コントローラ４０からの制御信号に基づいて開閉し得るようになっている。この溶剤ガス供給手段によって例えば１ｇ／ｍｉｎの溶剤ガスが処理室６内に供給されるようになっている。
上記圧力調整手段９は、処理室６の蓋体６ｂの他側端側に設けられた排気口６ｄに、排気管９ａを介して接続する減圧ポンプ９０と、排気管９ａに介設されて上記コントローラ４０からの制御信号に基づいて開閉動作する例えばバタフライ式の開閉弁Ｖ2と、処理室６内の圧力を検出し、その検出信号をコントローラ４０に伝達する圧力計３０とで構成されている。このように構成される圧力調整手段９によって処理室６内が所定圧力すなわち溶剤の飽和蒸気圧以上に設定されるようになっている。
一方、上記溶剤ガス供給ノズル１０は、ウエハＷの直径より若干長い寸法のスリット状のノズル孔１１を有するノズルヘッド１２を具備している。また、ノズル孔１１に連通する連通路１３に伸縮及び可撓性を有するガス供給管１４を介してブロア１５が接続されており、ブロア１５の駆動によって処理室６内に供給された溶剤ガスをウエハＷ表面に向かって噴射し得るように構成されている。
上記説明では、ガス供給管１４を介して溶剤ガス供給ノズル１０とブロア１５とを接続する場合について説明したが、図２に示すように、ガス供給管１４のノズルヘッド１２自体にブロア１５Ａを取り付けるようにしてもよい。
また、溶剤ガス供給ノズル１０のノズルヘッド１２は移動手段２０によって載置プレート７に対して相対的に平行に往復移動可能に形成されている。この場合、移動手段２０は、処理室６の蓋体６ｂに横架されるボールねじ軸２１と、このボールねじ軸２１を正逆回転自在に回転する駆動モータ２２とからなるボールねじ機構によって形成されている。このボールねじ機構のボールねじ軸２１と該ボールねじ軸２１に平行なガイド軸（図示せず）に、ノズルヘッド１２が摺動可能に嵌装されている。したがって、ボールねじ機構の駆動モータ２２を正逆回転駆動することにより、溶剤ガス供給ノズル１０が載置プレート７上に載置保持されたウエハＷに対して平行に往復移動することができる。なお、移動手段２０をボールねじ機構以外のリニア駆動機構やタイミングベルトやプーリを用いたベルト駆動機構等によって形成してもよい。
なお、上記説明では移動手段２０によって溶剤ガス供給ノズル１０を載置プレート７に対して平行移動する場合について述べたが、溶剤ガス供給ノズル１０を固定し、載置プレート７を溶剤ガス供給ノズル１０に対して平行移動してもよく、あるいは、溶剤ガス供給ノズル１０と載置プレート７の双方を平行移動してもよい。
上記のように構成される溶剤ガス供給ノズル１０によれば、塗布液の塗布膜Ｔが形成されたウエハＷに対して、図３（ａ）に示すように、溶剤ガス供給ノズル１０から溶剤ガスＧを噴射しつつ溶剤ガス供給ノズル１０とウエハＷとを相対的に平行移動（スキャン）することにより、溶剤ガスＧによって塗布膜Ｔの表面が押圧されて、膜厚の厚い部分の塗布膜ＴがウエハＷに設けられた凹部Ｗａ側の膜厚の薄い部分に流動して、塗布膜Ｔの表面が平坦化される（図３（ｂ）参照）。なお、この場合、図４に示すように、溶剤ガス供給ノズル１０のノズル孔１１を溶剤ガス供給ノズル１０の移動方向に向けて傾斜させるようにしてもよい。このようにノズル孔１１を溶剤ガス供給ノズル１０の移動方向に向けて傾斜させることにより、塗布膜Ｔの膜厚部を膜薄部に円滑に流動することができる。
次に、上記のように構成されるこの発明に係る成膜装置の動作態様について、図１，図３及び図５に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、未処理のウエハＷを図示しない搬送アームによって塗布ユニット１に搬入してスピンチャック４にウエハＷを受け渡す。そして、ウエハＷの表面に対して塗布液供給ノズル５から塗布液を滴下し、スピンチャック４を回転させることによって、ウエハＷの表面に塗布液の塗布膜を形成する（塗布工程：ステップ５−１）。
次に、塗布膜が形成されたウエハＷを搬送アーム（図示せず）が受け取って、ウエハＷを成膜ユニット２の処理室６内に搬入する（ウエハ搬入工程：ステップ５−２）。この際、処理室６を構成する蓋体６ｂが上昇して、ウエハＷを載置プレート７上に載置した状態で、蓋体６ｂが下降して処理室６を外気と遮断する。次に、コントローラ４０からの制御信号に基づいて溶剤ガス供給手段８の開閉弁Ｖ1が開放して、気化器８０によって生成された溶剤ガスが処理室６内に供給（パージ）される（溶剤ガス供給工程：ステップ５−３）。溶剤ガスの供給（パージ）によって変化する処理室６内の圧力は圧力計３０によって検出され、処理室６内が所定圧力以上になった時点で、コントローラ４０からの制御信号に基づいて開閉弁Ｖ2が所定の開度開いて処理室６内を減圧し、処理室６内を成膜処理に適した圧力例えば１回処理の場合は４５０Ｐａ（パスカル）、又は、２回処理の場合は例えば４００Ｐａ（パスカル）に保持する（減圧・圧力保持工程：ステップ５−４）。この際、処理室６内の圧力は少なくとも溶剤の飽和蒸気圧例えば３５０Ｐａ以上に設定する必要がある。その理由は、処理室６内の圧力が溶剤の飽和蒸気圧以下であると、塗布膜が乾燥してしまい、十分な平坦化ができなくなるためである。
処理室６内が所定圧の溶剤ガス雰囲気におかれた状態で、溶剤ガス供給ノズル１０と載置プレート７によって保持されたウエハＷとを相対的に平行移動しつつ溶剤ガス供給ノズル１０からウエハＷの表面に向かって溶剤ガスを噴射例えば０．５ｍ3／ｍｉｎの流量を噴射して、図３に示すように、ウエハＷに形成された塗布膜Ｔを平坦化する（スキャン工程：ステップ５−５）。このスキャン工程において、溶剤ガス供給ノズル１０をウエハＷの一端から他端に向かって移動（スキャン）する（１回処理）するか、あるいは、溶剤ガス供給ノズル１０をウエハＷの一端から他端に向かって往復移動（スキャン）する（２回処理）。この場合のスキャン速度は、例えば１ｍｍ／ｓｅｃに設定される。
スキャン工程によってウエハＷ表面の塗布膜を平坦化した後、開閉弁Ｖ1を閉じ、圧力調整手段９の開閉弁Ｖ2の開度を調整して処理室６内を減圧例えば５０Ｐａに減圧した後、大気に開放する（減圧・大気開放工程：ステップ５−６）。そして、蓋体６ｂを開放（上昇）した後、又は、上昇と共に支持ピン７ｂが上昇してウエハＷを載置プレート７面の上方に押し上げた状態で、搬送アーム（図示せず）がウエハＷを受け取って搬出する（ウエハ搬出工程：ステップ５−７）。
なお、上記説明では、溶剤ガス供給ノズル１０を１往復移動（スキャン）させる場合について述べたが、溶剤ガス供給ノズル１０を複数回スキャンさせてもよい。この場合、溶剤ガス供給ノズル１０とウエハＷとの距離すなわち溶剤ガス供給ノズル１０の高さを可変可能に形成、例えば溶剤ガス供給ノズル１０を図示しない上下移動機構によって上下移動可能に形成する。そして、１回目のスキャンにおける液面と溶剤ガス供給ノズル１０の距離（高さ）を例えば０．５ｍｍにし、２回目のスキャンにおける液面と溶剤ガス供給ノズル１０の距離（高さ）を例えば１．５ｍｍにし、また、３回目のスキャンにおける液面と溶剤ガス供給ノズル１０の距離（高さ）を例えば３ｍｍにするように、１回目のスキャン時に対して、２回目以降のスキャン時における溶剤ガス供給ノズル１０とウエハＷとの距離（高さ）を漸次長く（高く）することにより、１回目のスキャンで塗布膜をほぼ平坦化させて、２回目以降のスキャンで塗布膜の表面の凹凸を更になじませることができるので、塗布膜への溶剤ガスの衝撃を低減させることができ、更に塗布膜の均一性の向上を図ることができる。
◎第２実施形態
図６は、この発明に係る成膜装置の第２実施形態を示す概略断面図である。
第２実施形態は、塗布ユニットと成膜ユニットを一体化して、同一の処理室６Ａ内で塗布処理と成膜処理を行うようにした場合である。
第２実施形態に係る成膜装置は、ウエハＷを外気から遮断して収容する処理室６Ａと、この処理室６Ａ内に配設されて、ウエハを水平に回転可能に保持する保持手段であるスピンチャック４Ａと、このスピンチャック４Ａに保持されたウエハＷに対して塗布液を供給する塗布液供給ノズル５Ａと、スピンチャック４Ａと溶剤ガス供給ノズル１０Ａを相対的に平行移動する移動手段２０Ａを具備する点で第1実施形態と相違している。なお、第２実施形態におけるその他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
第２実施形態において、処理室６Ａは、側壁にウエハＷの搬入出口６ｅが設けられており、この搬入出口６ｅが、図示しない昇降機構によって昇降するシャッタ６ｆによって開閉されるように構成されている。また、溶剤ガス供給ノズル１０Ａはブロア１５を取り付けた形態で処理室６Ａ内に固定されている。
また、スピンチャック４Ａは、処理室６Ａの下部に配置された基台６０上に敷設された案内レール６１に摺動可能に嵌装される可動台６２上に設置されており、図示しないモータによって水平方向に回転自在に形成されている。また、スピンチャック４Ａを設置する可動台６２は、基台６０の下部に配設された移動手段であるボールねじ機構２０Ａのボールねじ軸２１Ａに摺動可能に嵌装される摺動ブロック２３Ａを介して連結されている。したがって、ボールねじ機構２０Ａの駆動モータ２２Ａの駆動によって可動台６２及びスピンチャック４Ａが固定された溶剤ガス供給ノズル１０Ａに対して平行に移動する。
なお、スピンチャック４Ａを移動させずに溶剤ガス供給ノズル１０Ａをスピンチャック４Ａに対して平行移動してもよく、あるいは、溶剤ガス供給ノズル１０Ａとスピンチャック４Ａの双方を平行移動してもよい。
次に、第２実施形態の成膜装置の動作態様について、図６及び図７に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、未処理のウエハＷを図示しない搬送アームによって保持し、シャッタ６ｆが開放された搬入出口６ｅを介して処理室６Ａ内に搬入してスピンチャック４ＡにウエハＷを受け渡す（ウエハ搬入工程：ステップ７−１）。そして、ウエハＷの表面に対して塗布液供給ノズル５Ａから塗布液を滴下し、スピンチャック４Ａを回転させることによって、ウエハＷの表面に塗布液の塗布膜を形成する（塗布工程：ステップ７−２）。
次に、コントローラ４０からの制御信号に基づいて溶剤ガス供給手段８の開閉弁Ｖ1が開放して、気化器８０によって生成された溶剤ガスが処理室６Ａ内に供給（パージ）される（溶剤ガス供給工程：ステップ７−３）。溶剤ガスの供給（パージ）によって変化する処理室６内の圧力は圧力計３０によって検出され、処理室６内が所定圧力以上になった時点で、コントローラ４０からの制御信号に基づいて開閉弁Ｖ2が所定の開度開いて処理室６内を減圧し、処理室６内を成膜処理に適した圧力例えば１回処理の場合は４５０Ｐａ（パスカル）、又は、２回処理の場合は例えば４００Ｐａ（パスカル）に保持する（減圧・圧力保持工程：ステップ７−４）。この際、上述したように、処理室６内の圧力は少なくとも溶剤の飽和蒸気圧例えば３５０Ｐａ以上に設定する必要がある。
処理室６Ａ内が所定圧の溶剤ガス雰囲気におかれた状態で、溶剤ガス供給ノズル１０Ａとスピンチャック４Ａによって保持されたウエハＷとを相対的に平行移動しつつ溶剤ガス供給ノズル１０ＡからウエハＷの表面に向かって溶剤ガスを噴射して、図３に示すように、ウエハＷに形成された塗布膜Ｔを平坦化する（スキャン工程：ステップ７−５）。このスキャン工程において、溶剤ガス供給ノズル１０Ａに対してウエハＷは、該ウエハＷの一端から他端に向かって移動する（１回処理）するか、あるいは、スピンチャック４ＡをウエハＷの一端から他端に向かって往復移動する（２回処理）。
スキャン工程によってウエハＷ表面の塗布膜を平坦化した後、開閉弁Ｖ1を閉じ、圧力調整手段９の開閉弁Ｖ2の開度を調整して処理室６内を減圧例えば５０Ｐａに減圧した後、大気に開放する（減圧・大気開放工程：ステップ７−６）。そして、スピンチャック４Ａに設けられた図示しない支持ピンが上昇してウエハＷをスピンチャック４Ａ面の上方に押し上げた状態で、搬送アーム（図示せず）がウエハＷを受け取って搬出する（ウエハ搬出工程：ステップ７−７）。
なお、上記実施形態では、塗布液がＳＯＧ液である場合について説明したが、この発明に係る成膜技術は、ＳＯＧ液以外の塗布液例えばレジストにも適用でき、また、ウエハＷ以外の被処理基板例えばＬＣＤ基板にも適用できることは勿論である。
この発明に係る成膜装置の第１実施形態を示す概略断面図である。 この発明における溶剤ガス供給ノズルの別の形態を示す概略断面図（ａ）及び（ａ）の側面図（ｂ）である。 上記溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを噴射して塗布膜を平坦化する状態を示す拡大断面図である。 上記溶剤ガス供給ノズルを傾斜した場合における溶剤ガスを噴射して塗布膜を平坦化する状態を示す拡大断面図である。 この発明に係る成膜装置の第１実施形態の動作態様を示すフローチャートである。 この発明に係る成膜装置の第２実施形態を示す概略断面図である。 この発明に係る成膜装置の第２実施形態の動作態様を示すフローチャートである。
符号の説明
１ 塗布ユニット
２ 成膜ユニット
３ 塗布処理室
４，４Ａ スピンチャック（回転保持手段）
５，５Ａ 塗布液供給ノズル
６，６Ａ 処理室
７ 載置プレート（保持手段）
８ 溶剤供給手段
９ 圧力調整手段
１０，１０Ａ 溶剤ガス供給ノズル
２０，２０Ａ 移動手段
３０ 圧力計
４０ コントローラ（制御手段）
８０ 気化器
９０ 減圧ポンプ
Ｗ 半導体ウエハ（被処理基板）
Ｖ1，Ｖ2 開閉弁
Ｔ 塗布膜
Ｇ 溶剤ガス

Claims (13)

  1. 表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜方法であって、
    上記塗布液の塗布膜が形成された被処理基板を、溶剤ガス雰囲気下においた状態で、上記溶剤ガス雰囲気を吸引して溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを被処理基板の表面に向かって噴射すると共に、被処理基板と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動させて、上記塗布液の塗布膜を平坦化する、ことを特徴とする塗布膜の成膜方法。
  2. 請求項１記載の塗布膜の成膜方法において、
    上記溶剤ガス雰囲気内の圧力を溶剤ガスの飽和蒸気圧以上に保持する、ことを特徴とする塗布膜の成膜方法。
  3. 表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、被処理基板の表面に塗布膜を形成する塗布工程と、
    上記塗布膜が形成された上記被処理基板を外気から遮断された処理室内に搬入する工程と、
    上記処理室内に溶剤ガスを供給して処理室内を溶剤ガス雰囲気にする工程と、
    上記溶剤ガス雰囲気を吸引して溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを上記被処理基板の表面に向けて噴射すると共に、溶剤ガス供給ノズルと被処理基板を相対的に平行移動させる工程と、
    を有することを特徴とする塗布膜の成膜方法。
  4. 外気から遮断された処理室内に収容された、表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、被処理基板の表面に塗布膜を形成する塗布工程と、
    上記処理室内に溶剤ガスを供給して処理室内を溶剤ガス雰囲気にする工程と、
    上記溶剤ガス雰囲気を吸引して溶剤ガス供給ノズルから溶剤ガスを上記被処理基板の表面に向けて噴射すると共に、溶剤ガス供給ノズルと被処理基板を相対的に平行移動させる工程と、
    を有することを特徴とする塗布膜の成膜方法。
  5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の塗布膜の成膜方法において、
    上記被処理基板と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動させる工程は、１又は複数回の往復移動を含む、ことを特徴とする塗布膜の成膜方法。
  6. 請求項５記載の塗布膜の成膜方法において、
    上記被処理基板と溶剤ガス供給ノズルの平行移動が複数回の往復移動の場合に、１回目の往復移動における上記被処理基板と溶剤ガス供給ノズルの距離に対して、２回目以降の距離を漸次長くする、ことを特徴とする塗布膜の成膜方法。
  7. 請求項３又は４記載の塗布膜の成膜方法において、
    上記処理室内を、溶剤ガスの飽和蒸気圧以上の圧力に保持する工程を更に有することを特徴とする塗布膜の成膜方法。
  8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の塗布膜の成膜方法において、
    上記溶剤ガスが塗布液の溶媒を含有するガスである、ことを特徴とする塗布膜の成膜方法。
  9. 表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜装置であって、
    上記塗布液の塗布膜が形成された被処理基板を外気から遮断して収容する処理室と、
    上記処理室内に配設されて上記被処理基板を保持する保持手段と、
    上記処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段と、
    上記処理室内の圧力を調整する圧力調整手段と、
    上記被処理基板の表面に向かって溶剤ガスを噴射する溶剤ガス供給ノズルと、
    上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動する移動手段と、
    を具備することを特徴とする塗布膜の成膜装置。
  10. 表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜装置であって、
    上記被処理基板を水平に回転可能に保持する回転保持手段と、
    上記保持手段に保持された上記被処理基板に対して塗布液を供給する塗布液供給ノズルと、
    上記塗布液の塗布膜が形成された被処理基板を外気から遮断して収容する処理室と、
    上記処理室内に配設されて上記被処理基板を保持する保持手段と、
    上記処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段と、
    上記処理室内の圧力を調整する圧力調整手段と、
    上記被処理基板の表面に向かって溶剤ガスを噴射する溶剤ガス供給ノズルと、
    上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動する移動手段と、
    を具備することを特徴とする塗布膜の成膜装置。
  11. 表面に凹凸を有する被処理基板に対して塗布液を供給し、上記被処理基板の表面に塗布膜を成膜する成膜装置であって、
    上記被処理基板を外気から遮断して収容する処理室と、
    上記処理室内に配設されて、上記被処理基板を水平に回転可能に保持する保持手段と、
    上記保持手段に保持された上記被処理基板に対して塗布液を供給する塗布液供給ノズルと、
    上記処理室内に溶剤ガスを供給する溶剤ガス供給手段と、
    上記処理室内の圧力を調整する圧力調整手段と、
    上記被処理基板の表面に向かって溶剤ガスを噴射する溶剤ガス供給ノズルと、
    上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルを相対的に平行移動する移動手段と、
    を具備することを特徴とする塗布膜の成膜装置。
  12. 請求項９ないし１１のいずれかに記載の塗布膜の成膜装置において、
    上記移動手段は、上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルの平行移動を１又は複数回の往復移動可能に形成され、
    上記溶剤ガス供給ノズルは、上記被処理基板に対する距離が調整可能に形成され、上記保持手段と溶剤ガス供給ノズルが複数回の往復移動を行う際に、１回目の往復移動における上記被処理基板と溶剤ガス供給ノズルの距離に対して、２回目以降の距離を漸次長くするように形成してなる、ことを特徴とする塗布膜の成膜装置。
  13. 請求項９ないし１２のいずれかに記載の塗布膜の成膜装置において、
    上記処理室内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段からの検出信号に基づいて圧力調整手段を制御する制御手段を更に具備する、ことを特徴とする塗布膜の成膜装置。
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