JP4749829B2

JP4749829B2 - レジスト塗布方法およびレジスト塗布装置

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Publication number: JP4749829B2
Application number: JP2005305999A
Authority: JP
Inventors: 孝介吉原; 智弘井関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: US8225738B2; US20110146572A1; JP2007115907A; US7906173B2; US20070092643A1

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にレジスト液を塗布するレジスト塗布方法およびレジスト塗布装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表面にレジスト膜を形成するレジスト塗布処理と、レジスト塗布後のウエハに対して露光処理を行った後に当該ウエハを現像する現像処理とが行われている。この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等が多用されている。

このスピンコーティング法は、スピンチャックに真空吸着によってウエハを固定保持した状態で、回転駆動手段によりスピンチャックと共にウエハを回転させ、ウエハの上方に配置されたレジストノズルからウエハ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の径方向外方に向かって広がり、その後レジスト液の滴下は停止するが、回転速度を落としつつ回転を継続してウエハの表面に広がったレジスト液の振り切り乾燥を行っている。

ところで、最近では、製造コストの削減等の理由によりレジスト消費量を減らすこと、すなわち、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。ウエハへのレジスト液の滴下量が比較的多い場合には、塗布した膜の膜厚調整は容易であり、膜厚を均一にすることができる。しかし、ウエハへのレジスト液の滴下量を減らした場合、従来のスピンコーティング法では、ウエハ全面にレジスト液を塗布することができたとしても、塗布した膜の膜厚の調整が難しく、膜厚を均一にすることが困難であった。具体的には、ウエハへのレジスト液の滴下量が少ない場合には、滴下したレジスト液がウエハの径方向外方に十分に拡がる前にレジスト液の乾燥が速く進行するため、塗布した膜の膜厚分布は、ウエハの外周部が中央部に比べて薄くなるといった問題があり、膜厚の調整が難しく、均一でかつ所定の膜厚にすることが困難であった。

このため、レジスト液の滴下量を少なくした場合であっても塗布した膜の膜厚を均一な厚さに調整できる方法として、被処理基板を第１の回転速度で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て、レジスト液を被処理基板の径方向外方に拡げながら塗布する工程と、レジスト液の供給停止後、被処理基板の回転速度を第１の回転速度より遅い第２の回転速度に減速して膜厚を整える工程と、被処理基板の回転速度を、第２の回転速度より速い第３の回転速度まで加速して、残余のレジスト液を振り切る工程と、を行うレジスト塗布方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−２６０７１７号公報

上記特許文献１の方法は、レジスト液の供給量をかなり少なくしても、レジスト膜の厚さを被処理基板全域に亘って均一にすることができる優れた方法である。しかしながら、最近では省レジスト化の要望が従来にも増して強まっており、たとえ１／１０ｍＬ単位の僅かな量でもレジスト供給量を削減することが求められるようになっている。ところが、上記特許文献１の方法では、第１の回転速度から第２の回転速度へ急激な減速を行うことから、その際の衝撃で、ウエハ表面に広がりつつあるレジストが外周側から内側へ引き戻される現象が生じ、僅かな量ながら（例えば０．１ｍＬ程度）レジスト供給量を増加させる原因となっていた。つまり、特許文献１の方法は、塗布膜厚の均一化を実現するために、極少量ではあるが余分なレジスト液の供給を許容する方法であり、省レジスト化という観点からすると改善の余地が残されていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、塗布膜厚の均一化を図りつつ、レジスト供給量を極力削減することが可能なレジスト塗布方法およびレジスト塗布装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、被処理基板を第１の回転速度で回転させつつ被処理基板の略中央にレジスト液の供給を開始して、レジスト液を被処理基板の径方向外方に拡げながら塗布する工程と、
レジスト液の供給を停止した直後、被処理基板の回転速度を前記第１の回転速度より遅く、かつレジスト液の引き戻しが顕著に現れずレジスト液の乾燥を急速に進行させない第２の回転速度に減速して第２の回転速度で短時間保持する工程と、
さらに塗布されたレジスト液の流動性を保ちつつ第２の回転速度より遅い第３の回転速度まで減速または回転を停止して膜厚を整える工程と、
被処理基板の回転速度を、前記第３の回転速度より速い第４の回転速度まで加速して、残余のレジスト液を振り切る工程と
を具備し、
前記第２の回転速度は、５００〜２０００ｒｐｍであり、
前記第３の回転速度は、０〜５００ｒｐｍであり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度へ減速する際の加速度が２００００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第２の回転速度から前記第３の回転速度へ減速する際の加速度が５０００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度への減速時間と、前記第２の回転速度の保持時間と、前記第２の回転速度から前記第３の回転速度への減速時間と、の合計が、０秒を超え１．５秒以下であることを特徴とする、レジスト塗布方法を提供する。

また、本発明の第２の観点は、回転する被処理基板にレジスト液を供給して塗布するレジスト塗布装置であって、
被処理基板を保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材を速度可変に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の略中央にレジスト液を供給するレジスト液ノズルと、
被処理基板を保持した基板保持部材を第１の回転速度で回転させつつレジスト液の供給を開始させ、レジスト液の供給停止直後に、基板保持部材の回転速度を前記第１の回転速度より遅く、かつレジスト液の引き戻しが顕著に現れずレジスト液の乾燥を急速に進行させない第２の回転速度に減速して、この第２の回転速度で短時間保持し、さらに塗布されたレジスト液の流動性を保ちつつ第２の回転速度より遅い第３の回転速度まで減速または回転を停止させ、その後、基板保持部材の回転速度を、前記第３の回転速度より速い第４の回転速度まで加速させ、残余のレジスト液を振り切るように基板保持部材の回転を制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第２の回転速度が、５００〜２０００ｒｐｍであり、
前記第３の回転速度が、０〜５００ｒｐｍであり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度へ減速する際の加速度が２００００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第２の回転速度から前記第３の回転速度へ減速する際の加速度が５０００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度への減速時間と、前記第２の回転速度の保持時間と、前記第２の回転速度から前記第３の回転速度への減速時間と、の合計が、０秒を超え１．５秒以下となるように制御することを特徴とする、レジスト塗布装置。

また、本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１の観点のレジスト塗布方法が行なわれるようにレジスト塗布装置を制御することを特徴とする、制御プログラムを提供する。

また、本発明の第４の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点のレジスト塗布方法が行なわれるようにレジスト塗布装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体を提供する。

本発明によれば、被処理基板を回転してレジスト塗布を行うにあたり、レジスト液供給終了後、被処理基板の回転速度を少なくとも２段階に分けて減速することにより、膜厚の均一化を実現しつつ、ほぼ極限に近いレベルまでレジストの使用量を節減できる。
すなわち、第１の回転速度から膜厚を整えるための第３の回転速度へ減速する途中で、一旦第２の回転速度に短時間保持することにより、急激な減速に伴いレジストが被処理基板の表面で該基板の内側へ引き戻される引き戻し現象を抑制し、余分なレジストの消費を回避することが可能になる。また、第３の回転速度または回転停止状態で膜厚を整えることによって膜厚の均一化を図ることができる。したがって、レジスト液の供給量を極力削減しながら、均一な膜厚でレジストを塗布することが可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態に係るレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１の全体構成を示す略断面図および略平面図である。このレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１の中央部には環状のカップＣＰが配置され、カップＣＰの内側にはスピンチャック２が配置されている。スピンチャック２は真空吸着によってウエハＷを固定保持した状態で駆動モータ３によって回転駆動される。駆動モータ３は、ユニット底板４に設けられた開口４ａに昇降移動可能に配置され、たとえばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材５を介してたとえばエアシリンダからなる昇降駆動手段６および昇降ガイド手段７と結合されている。駆動モータ３の側面にはたとえばＳＵＳからなる筒状の冷却ジャケット８が取り付けられ、フランジ部材５は、この冷却ジャケット８の上半部を覆うように取り付けられている。

レジスト塗布時、フランジ部材５の下端５ａは、開口４ａの外周付近でユニット底板４に密着し、これによってユニット内部が密閉される。スピンチャック２と図示しないウエハ搬送機構の保持部材９との間でウエハＷの受け渡しが行われる時は、昇降駆動手段６が駆動モータ３ないしスピンチャック２を上方へ持ち上げることでフランジ部材５の下端がユニット底板４から浮くようになっている。

ウエハＷの表面にレジスト液を供給するためのレジストノズル１０は、レジスト供給管１１を介してレジスト供給部（後述する）に接続されている。このレジストノズル１１はレジストノズルスキャンアーム１２の先端部にノズル保持体１３を介して着脱可能に取り付けられている。このレジストノズルスキャンアーム１２は、ユニット底板４の上に一方向（Ｙ方向）に敷設されたガイドレール１４上で水平移動可能な垂直支持部材１５の上端部に取り付けられており、図示しないＹ方向駆動機構によって垂直支持部材１５と一体にＹ方向に移動するようになっている。

また、レジストノズルスキャンアーム１２は、レジストノズル待機部１６でレジストノズル１０を選択的に取り付けるためにＹ方向と直角なＸ方向にも移動可能であり、図示しないＸ方向駆動機構によってＸ方向にも移動するようになっている。

さらに、レジストノズル待機部１６でレジストノズル１０の吐出口が溶媒雰囲気室の開口１６ａに挿入され、中で溶媒の雰囲気に晒されることで、ノズル先端のレジスト液が固化または劣化しないようになっている。また、複数本のレジストノズル１０が設けられ、例えばレジスト液の種類に応じてそれらのノズルが使い分けられるようになっている。

また、レジストノズルスキャンアーム１２の先端部（ノズル保持体１３）には、ウエハ表面へのレジスト液の供給に先立ってウエハ表面を濡らすための溶剤例えばシンナーをウエハ表面に供給する溶剤ノズル１７が取り付けられている。この溶剤ノズル１７は図示しない溶剤供給管を介して溶剤供給部（後述する）に接続されている。溶剤ノズル１７とレジストノズル１０はレジストノズルスキャンアーム１２のＹ移動方向に沿う直線上に各々の吐出口が位置するように取り付けられている。

さらに、ガイドレール１４上には、レジストノズルスキャンアーム１２を支持する垂直支持部材１５だけでなく、リンスノズルスキャンアーム１８を支持しＹ方向に移動可能な垂直支持部材（図示せず）も設けられている。このリンスノズルスキャンアーム１８の先端部にはサイドリンス用のリンスノズル１９が取り付けられている。Ｙ方向駆動機構（図示せず）によってリンスノズルスキャンアーム１８およびリンスノズル１９はカップＣＰの側方に設定されたリンスノズル待機位置（実線の位置）とスピンチャック２に設置されているウエハＷの周辺部の真上に設定されたリンス液吐出位置（点線の位置）との間で並進または直線移動するようになっている。
さらに、ウエハＷの上部には、高集塵フィルタ４１が配備されている。そして、温度・湿度調節器４２にて温度および湿度が調節された空気は、高集塵フィルタ４１を通過することにより除塵され、クリーンな空気がレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１内に供給される。なお、空気の代わりに例えばレジスト用溶剤を含む気体を導入することもできる。

図３はレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１の制御系の構成を示す図である。レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１の各構成部は、制御部２０に接続されて制御される構成となっている。
制御部２０は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ２１と、ユーザーインターフェース２２と、記憶部２３とを備えている。プロセスコントローラ２１に接続されたユーザーインターフェース２２は、工程管理者がレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成される。プロセスコントローラ２１に接続された記憶部２３は、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１で実行される各種処理をプロセスコントローラ２１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピを格納している。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース２２からの指示等にて任意のレシピを記憶部２３から呼び出してプロセスコントローラ２１に実行させることで、プロセスコントローラ２１の制御下で、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１での所望の処理が行われる。例えば、制御部２０は、駆動モータ３の駆動を制御する他、レジスト供給部３１や溶剤供給部３２等を制御する。具体的には、制御部２０は、駆動モータ３の回転速度を数段階、例えば後述するようにレジスト塗布時に４段階に制御する。また、制御部２０は、レジスト供給部３１からレジストノズル１０へのレジスト液の供給や、溶剤供給部３２から溶剤ノズル１７への溶剤、例えばシンナーの供給を制御している。

また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

次に、このように構成されたレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１におけるレジスト塗布の動作を説明する。
図示しないウエハ搬送機構の保持部材９によってレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１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、例えばエアシリンダからなる昇降駆動手段６および昇降ガイド手段７によって上昇してきたスピンチャック２によって真空吸着される。ウエハ搬送機構はウエハＷをスピンチャック２に真空吸着せしめた後、保持部材９をレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１内から引き戻し、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１へのウエハＷの受け渡しを終える。

次いで、スピンチャック２をウエハＷがカップＣＰ内の定位置になるまで下降させ、駆動モータ３によってスピンチャック２の回転駆動が開始される。その後、レジストノズル待機部１６からのノズル保持体１３の移動が開始される。このノズル保持体１３の移動はＹ方向に沿って行われる。

溶剤ノズル１７の吐出口がスピンチャック２の中心（ウエハＷの中心）上に到達したところで、溶剤、例えばシンナーを、回転するウエハＷの表面に供給する。ウエハ表面に供給された溶剤は遠心力によってウエハ中心からその周囲全域にむらなく広がる。

続いて、ノズル保持体１３は、レジストノズル１０の吐出口がスピンチャック２の中心（ウエハＷの中心）上に到達するまでＹ方向に移動され、レジストノズル１０の吐出口からレジスト液が、回転するウエハＷの表面の中心に滴下されてウエハ表面へのレジスト塗布が行われる。

本実施の形態では、制御部２０によりウエハＷの回転速度（即ち、駆動モータ３の回転数）を制御し、例えば図４のタイミングチャートにも示すように、以下の工程ａ〜工程ｄを実施する。
工程ａ：
ウエハＷを第１の回転速度Ｒ_１で回転させながら、レジストノズル１０からウエハＷの略中央にレジスト液を滴下してウエハＷの径方向外方に拡げながら塗布する。この際のレジスト吐出時間をＴ_１とする。
工程ｂ：
次いで、レジスト液の滴下終了後、ウエハＷの回転速度を所定時間だけ第１の回転速度Ｒ_１より遅い第２の回転速度Ｒ_２に減速し、その状態を一定時間保持する。
工程ｃ：
さらに、ウエハＷの回転速度を第３の回転速度Ｒ_３に減速し、その状態を一定時間保持する。
工程ｄ：
その後、ウエハＷの回転速度を、第３の回転速度Ｒ_３より速い第４の回転速度Ｒ_４まで加速して、残余のレジスト液を振り切る。

工程ａは、ウエハＷを回転させながらレジスト液をウエハＷの中央付近に供給して塗布を行う、いわゆるダイナミック塗布であり、高速でウエハＷを回転させながらレジストを塗布することにより、極めて少ないレジスト量でウエハＷ表面にむらなくレジスト膜を形成することが可能になる。

工程ｂでは、レジスト液の滴下終了後、ウエハＷの回転速度を所定時間だけ第１の回転速度Ｒ_１より遅い第２の回転速度Ｒ_２に減速し、その回転速度を一定時間保持することによりレジスト膜の表面を整える。第１の回転速度Ｒ_１から一気に低速の第３の回転速度Ｒ_３に減速すると、この減速の際の加速度によりウエハＷ上のレジスト液に中心へ向かう力が作用するため、僅かであるがレジスト液を余分に供給する必要があり、その分だけレジスト液を多く消費することになる。しかし、ウエハＷを一旦第２の回転速度Ｒ_２に減速しておき、その状態からさらに第３の回転速度Ｒ_３に減速する多段階の減速工程を経ることにより、減速の加速度によってウエハＷ上のレジスト液が中心へ向かう引き戻し作用が緩和され、レジストの供給量を節減することが可能になる。

また、工程ｃでは、第２の回転速度Ｒ_２から第３の回転速度Ｒ_３に減速し、その回転速度に一定時間保持する。この第３の回転速度Ｒ_３では、ウエハＷの回転が低速であることからレジスト液の乾燥が遅く、レジスト液は流動性を有した状態であるため、膜厚を整える機能が発揮され、ウエハＷの膜厚、特にウエハＷの外周部の膜厚が調整される。少量のレジスト液で塗布を行う場合、一般的にはウエハＷの中心部に対し、外周部の膜厚が薄くなる。このため、第３の回転速度Ｒ_３で、ウエハＷを一定時間低速度で回転させることにより、ウエハＷ中心部のレジスト液を外周部へ広げ、ウエハＷ面内の膜厚分布を整える。
なお、第３の回転速度Ｒ_３は、回転停止状態（Ｒ_３＝０ｒｐｍ）としてもよい。この場合、ウエハＷ上部の高集塵フィルタ４１を介して供給される清浄空気の風量を制御することにより、その風量によって膜厚を調整することが可能になる。また、高集塵フィルタ４１を介して供給される気体は、空気に限定されず、例えばレジスト用の溶剤を含む気体（例えば、空気やＮ_２ガスなど）を用いることが可能であり、この場合、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１内を溶剤雰囲気にすることができるので、レジスト液の乾燥をさらに遅らせることができる。

また、工程ｄは、ウエハＷの回転速度を第３の回転速度Ｒ_３より速い第４の回転速度Ｒ_４まで加速して、残余のレジスト液を振り切る工程である。

レジスト液の滴下終了後、減速せずウエハＷの回転速度を維持したまま残余のレジスト液の振り切りを行う従来のスピンコーティング法では、ウエハＷへのレジスト液の滴下量を少なくした場合には、滴下したレジスト液がウエハの径方向外方に十分に拡がる前に、レジスト液の乾燥が速く進行するため、塗布膜の膜厚分布は、ウエハの外周部が中央部に比べて薄くなり、膜厚の調整が難しいといった不都合があった。このような不都合を解消するため、例えば前記特許文献１のように、第１の回転速度Ｒ_１から一気に低速または回転停止状態の第３の回転速度Ｒ_３に減速すると、この減速の際の加速度によりウエハＷ上のレジスト液に中心へ向かう引き戻し力が作用してレジスト液が薄く広がることを抑制するように働くため、その分だけレジスト液の供給量を多くせざるを得なくなる。

これに対して、本実施形態に係るスピンコーティング法では、上述のように、塗布過程で一旦第２の回転速度Ｒ_２に減速してから第３の回転速度Ｒ_３まで減速または回転を停止する２段階の減速を行うことによって引き戻しが抑制されるため、レジスト液の供給量を多めに設定する必要がない。また、低速回転または回転停止状態の第３の回転速度Ｒ_３でウエハＷの膜厚を調整するので、ウエハＷの外周部の膜厚を厚くすることができる。そのため、塗布したレジスト液は、ウエハＷの外周部にも中央部と同様に溜まることになり、レジスト膜をウエハＷ全域にわたって均一で且つ所定の厚みに分布させることができる。したがって、各ウエハＷへのレジスト液の滴下量を極力削減しながら、塗布した膜の膜厚を均一でかつ所定の厚みに調整することができる。このように、減速を多段階で行う本実施形態のスピンコーティング方法は、レジスト液の消費量を極限まで削減できる極めて有益な方法である。

ここで、図５に示すように、第１の回転速度Ｒ_１から第２の回転速度Ｒ_２に減速する際の加速度をＡｃｃｅｌ１、この減速に要する時間をＴ_２、第２の回転速度Ｒ_２に保持する時間をＴ_３、第２の回転速度Ｒ_２から第３の回転速度Ｒ_３に減速する際の加速度をＡｃｃｅｌ２、この減速に要する時間をＴ_４、第３の回転速度Ｒ_３に保持する時間をＴ_５、第３の回転速度Ｒ_３から第４の回転速度Ｒ_４まで加速する際の加速度をＡｃｃｅｌ３、この加速に要する時間をＴ_６とする。

第１〜第４の回転速度は、レジスト液の種類、溶剤プリコートの有無、ウエハＷの径などに応じて適宜設定することができるが、以下のように設定することが好ましい。
第１の回転速度Ｒ_１は、回転中のウエハＷの中央付近に吐出されたレジスト液が遠心力で一気に振り切られることなくウエハＷの表面を均等に広がっていくような回転速度に設定される。ウエハＷの直径が２００ｍｍである場合には、例えば第１の回転速度Ｒ_１を３０００〜６０００ｒｐｍとすることが好ましい。また、ウエハＷの直径が３００ｍｍである場合には、例えば第１の回転速度Ｒ_１を２０００〜４０００ｒｐｍとすることが好ましい。

第２の回転速度Ｒ_２は、第１の回転速度Ｒ_１からの減速によってレジスト液の引き戻し現象が顕著に現れず、かつウエハＷ上のレジスト膜の乾燥をある程度のレベルに抑えられる回転速度に設定される。このような観点から、第２の回転速度Ｒ_２としては、２０００ｒｐｍ以下、例えば５００〜２０００ｒｐｍとすることが好ましい。

前記のように第３の回転速度Ｒ_３を時間Ｔ_５にわたって保持する目的は、ウエハＷ表面のレジスト液が乾燥しない程度（つまり、流動性を失わない程度）の緩やかな回転速度で適度な遠心力を与えることにより、乾燥前のレジストの塗布膜厚を整えることにある。従って、第３の回転速度Ｒ_３が速すぎる場合には、レジスト液が乾燥し流動性をなくしてしまうため、膜厚調整機能がうまく機能しない。このような観点から、第３の回転速度Ｒ_３は、５００ｒｐｍ以下、例えば１００〜５００ｒｐｍとすることが好ましい。
なお、前記のように、第３の回転速度Ｒ_３は回転停止状態（Ｒ_３＝０ｒｐｍ）としてもよく、この際にはウエハＷ上部の高集塵フィルタ４１を介してレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）１内に導入される清浄空気の風量を制御することにより、膜厚を調整することが可能になる。

第４の回転速度Ｒ_４は、ウエハＷ表面の余分なレジスト液をウエハＷの周縁から振り切るために十分な遠心力が得られるように設定される。この観点から、第４の回転速度Ｒ_４は、ウエハＷの直径が２００ｍｍである場合には、例えば１５００〜４０００ｒｐｍとすることが好ましい。また、ウエハＷの直径が３００ｍｍである場合には、第４の回転速度Ｒ_４は７５０〜２０００ｒｐｍとすることが好ましい。このように第４の回転速度Ｒ_４は、通常第１の回転速度Ｒ_１よりも遅いが、第１の回転速度Ｒ_１よりも速くすることも可能である。

第１の回転速度Ｒ_１では、レジスト吐出後のレジスト膜の乾燥が急速に進む。このため、後で行なわれる工程ｃにおける第３の回転速度Ｒ_３での膜厚の調節作用を有効に機能させるためには、レジスト液の吐出後、速やかに第２の回転速度へ移行させる必要がある。従って、第１の回転速度Ｒ_１から第２の回転速度Ｒ_２への減速の加速度Ａｃｃｅｌ１は、２００００ｒｐｍ／秒以上、例えば２００００〜５００００ｒｐｍ／秒とすることが好ましく、かつ減速時間Ｔ_２は０．２秒以下とすることが好ましい。

また、第２の回転速度Ｒ_２の保持時間Ｔ_３は、第３の回転速度Ｒ_３への移行の際の引き戻しを抑えるために、ある程度の時間が必要である。その一方で、第３の回転速度Ｒ_３への移行前にレジスト膜が乾燥してしまわぬように所定の時間内に抑える必要がある。このため、第２の回転速度Ｒ_２の保持時間Ｔ_３は、例えば０．５秒以下に設定することが好ましく、０．２〜０．５秒とすることが望ましい。

また、第３の回転速度Ｒ_３の保持時間Ｔ_５は、ウエハＷ表面に吐出され第３の回転速度Ｒ_３によって緩やかに径外方向に展延されながら膜厚を整えつつあるレジスト液がウエハＷの全面に広がって乾燥しない程度の時間内で、かつスループットを損なわない程度の時間に設定される。このため、第３の回転速度Ｒ_３の保持時間Ｔ_５は、例えば３秒以下とすることが好ましく、１〜２秒に設定することがより好ましい。

また、ウエハＷ上に吐出されたレジスト液が乾燥するまでの間に、上記工程ａ〜工程ｄを実施しなければならないこと考慮すると、第１の回転速度Ｒ_１から第２の回転速度Ｒ_２への減速時間Ｔ_２と、第２の回転速度Ｒ_２の保持時間Ｔ_３と、第２の回転速度Ｒ_２から第３の回転速度Ｒ_３への減速時間Ｔ_４の合計時間は、１．５秒以下とすることが好ましい。

以上のように、第１の回転速度Ｒ_１、第２の回転速度Ｒ_２、第３の回転速度Ｒ_３、時間Ｔ_２〜Ｔ_５、減速の加速度Ａｃｃｅｌ１およびＡｃｃｅｌ２をパラメータとして、塗布条件を制御することにより、自由度の高い膜厚調整を行うことができる。

また、第３の回転速度Ｒ_３から第４の回転速度Ｒ_４に加速する際の加速度Ａｃｃｅｌ３を変化させることによっても膜厚を調整することができる。すなわち、第３の回転速度Ｒ_３での回転終了後、レジストはまだ乾燥していないため、Ａｃｃｅｌ３を変化させることにより膜厚が変化する。具体的には、Ａｃｃｅｌ３を小さくするほど、ウエハ外周部の膜厚を厚くすることができる。したがって、上記パラメータに加えてＡｃｃｅｌ３についてもパラメータとして膜厚を制御することにより、一層自由度の高い膜厚調整を行うことができる。このＡｃｃｅｌ３は、第３の回転速度Ｒ_３から第４の回転速度Ｒ_４への回転速度の増加分と時間Ｔ_６とにより調整できる。

ウエハの回転速度を第１の回転速度Ｒ_１から第２の回転速度Ｒ_２へ減速するタイミングは、通常レジスト吐出が終了した後であるが、図４に示すように、レジストの吐出終了直後であることが好ましい。つまり、レジスト吐出工程の時間Ｔ_１とレジストの実吐出時間Ｔ_１’が等しく、したがってレジストの吐出終了とほぼ同時に減速することが好ましい。吐出終了後高い回転速度を保っていると、レジストの乾燥が進行し、膜厚調整機能を有効に発揮させることができなくなる場合が生じるが、レジスト液の供給を停止した直後に被処理基板の回転速度を減速することにより、レジストの乾燥を抑制することができ、膜厚の調整を一層容易に行うことができるとともに、表面のむらを防止することもできる。

また、このようなレジストの塗布に先立ってシンナー等の溶剤で半導体ウエハＷ表面の表面全体を濡らす、いわゆるプリウエット処理を行うことにより、レジストがより拡散しやすくなり、結果としてより少量のレジスト液量で均一なレジスト膜を形成することができ、より一層レジストの消費量を削減することができる。

次に、実施例、比較例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。
ここでは、図６（ａ）に示すように、レジスト塗布後に回転速度を１段階の減速で下げ、その後回転速度を上げて振り切り乾燥を行う方法（比較方法）、図６（ｂ）に示すように、レジスト塗布後に回転速度を２段階の減速で下げ、その後回転速度を上げて振り切り乾燥を行う方法（本発明方法）の２通りの塗布方法を比較検討した。なお、図６（ａ）、（ｂ）は模式図であり、各実施例、比較例の回転速度や工程時間を正確に描写しているものではない。

まず、径２００ｍｍ（８インチ）のウエハＷをスピンチャックにセットし、静止状態のウエハＷ上にシンナーを２．０ｍＬ供給し、１０００ｒｐｍの回転速度で０．１秒間かけてこれを広げ、プリウエット処理を行った。その後、ウエハの回転速度を３０００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍまたは５０００ｒｐｍまで上げ（加速度１００００ｒｐｍ／秒）、その状態で１．５秒間かけてレジスト液（ＭＭＰ溶剤とｉ線レジストを含む液；粘度９ｃｐ）を供給した。

レジスト液の供給量は、表１に示すように、０．４ｍＬ、０．５ｍＬ、０．６ｍＬ、０．７ｍＬ、０．８ｍＬまたは０．９ｍＬとした。

表１中、比較方法は、レジスト液供給後、ウエハの回転速度を１００ｒｐｍに減速し（減速の加速度５００００ｒｐｍ／秒）、１．５秒間維持した後、ウエハの回転速度を３０００ｒｐｍに上げ（加速度１００００ｒｐｍ／秒）、３０秒間かけてレジストを振り切り乾燥した場合の塗布性能を示している。本発明方法は、レジスト液供給後、ウエハの回転速度を一旦２０００ｒｐｍに減速し（減速の加速度５００００ｒｐｍ／秒）、０．５秒保持した後、さらに１００ｒｐｍに減速し（減速の加速度５００００ｒｐｍ／秒）、その後ウエハの回転速度を３０００ｒｐｍに上げ（加速度１００００ｒｐｍ／秒）、３０秒間かけてレジストを振り切り乾燥した場合の塗布性能を示している。なお、表１中、「○」は塗布性能が良好であったことを示し、「×」はウエハ表面の全部を覆う塗布膜が形成できなかったことを示している。また、表１中に示す３０００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍ、５０００ｒｐｍの数字は、レジスト供給時の回転数（第１の回転速度）を示している。

表１から、本発明方法の場合には、回転速度３０００ｒｐｍおよび４０００ｒｐｍの区分において、比較方法と比べて０．１ｍＬ程度のレジスト節減効果が確認された。また、本発明方法の中では、第１の回転速度と第２の回転速度との間に２０００〜３０００ｒｐｍの差がある方が、省レジスト効果が大きかった。

次に、径３００ｍｍ（１２インチ）のウエハＷをスピンチャックにセットし、静止状態のウエハＷ上にシンナーを３．０ｍＬ供給し、１０００ｒｐｍで０．１秒間かけてこれを広げ、プリウエット処理を行った。その後、ウエハの回転速度を３０００ｒｐｍまで上げ（加速度１００００ｒｐｍ／秒）、その状態で２．０秒間かけてレジスト液（ＥＬ溶剤とＫｒＦ系レジストを含む液；粘度６ｃｐ）を供給した。

レジスト液の供給量は、表２に示すように、１．０ｍＬ、１．１ｍＬ、１．２ｍＬ、１．３ｍＬ、１．４ｍＬまたは１．５ｍＬとした。

表２中、比較方法は、レジスト液供給後、ウエハの回転速度を１００ｒｐｍに減速し（減速の加速度３００００ｒｐｍ／秒）、１．５秒間維持した後、ウエハの回転速度を１６００ｒｐｍに上げ（加速度１００００ｒｐｍ／秒）、３５秒間かけてレジストを振り切り乾燥した場合の塗布性能を示している。本発明方法は、レジスト液供給後、ウエハの回転速度を一旦２０００ｒｐｍに減速し（減速の加速度３００００ｒｐｍ／秒）、０．５秒保持した後、さらに１００ｒｐｍに減速し（減速の加速度３００００ｒｐｍ／秒）、その後ウエハの回転速度を１６００ｒｐｍに上げ（加速度１００００ｒｐｍ／秒）、３５秒間かけてレジストを振り切り乾燥した場合の塗布性能を示している。なお、表２中の「○」、「×」は前記表１と同様の評価内容を示している。

表２から、比較方法は、塗布膜厚の均一性は得られるが、省レジストという点では劣っており、改善の余地があることが理解される。これに対し、本発明方法の場合には、比較方法と比べて０．１ｍＬ程度のレジスト節減効果がみられ、より少ないレジスト供給量でレジスト塗布が可能であることが示された。

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、レジスト液の供給を停止した直後に第２の回転速度に減速したが、必ずしも供給停止直後に減速する必要はない。ただし、上述したようにレジスト液の供給を停止した直後に減速したほうが、膜厚調整機能をより有効に発揮することができ、より省レジストを促進することができる。

また、上記実施形態では、第１の回転速度Ｒ_１から第２の回転速度Ｒ_２への減速と、第２の回転速度Ｒ_２から第３の回転速度Ｒ_３への減速という２段階の減速を行ったが、急激な減速によるレジストの引き戻し作用を抑制できればよいため、減速工程は２段階に限らず、３段階以上でもよい。

また、上記実施の形態ではシンナーによるプリウエット処理を行ったが、プリウエット処理を行わない場合でも本発明の効果を奏することができる。

さらに、上記実施の形態では、半導体ウエハにレジスト液を塗布する塗布装置について説明したが、半導体ウエハ以外の他の被処理基板、例えばＬＣＤ基板にレジスト液を塗布する場合にも本発明を適用することができる。

レジスト塗布装置の全体構成を示す断面図。図１に示したレジスト塗布装置の平面図。図１に示したレジスト塗布装置の制御系の構成を示す図。図１に示したレジスト塗布装置の回転制御の状態を示すタイミングチャート。図４のタイミングチャートの要部拡大図。レジスト塗布方法を模式的に示す図面であり、（ａ）は比較方法、（ｂ）は本発明方法を示す。

符号の説明

１；レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）
２；スピンチャック
３；駆動モータ（回転駆動手段）
１０；レジストノズル
１７；溶剤ノズル
２０；制御部
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）

Claims

被処理基板を第１の回転速度で回転させつつ被処理基板の略中央にレジスト液の供給を開始して、レジスト液を被処理基板の径方向外方に拡げながら塗布する工程と、
レジスト液の供給を停止した直後、被処理基板の回転速度を前記第１の回転速度より遅く、かつレジスト液の引き戻しが顕著に現れずレジスト液の乾燥を急速に進行させない第２の回転速度に減速して第２の回転速度で短時間保持する工程と、
さらに塗布されたレジスト液の流動性を保ちつつ第２の回転速度より遅い第３の回転速度まで減速または回転を停止して膜厚を整える工程と、
被処理基板の回転速度を、前記第３の回転速度より速い第４の回転速度まで加速して、残余のレジスト液を振り切る工程と
を具備し、
前記第２の回転速度は、５００〜２０００ｒｐｍであり、
前記第３の回転速度は、０〜５００ｒｐｍであり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度へ減速する際の加速度が２００００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第２の回転速度から前記第３の回転速度へ減速する際の加速度が５０００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度への減速時間と、前記第２の回転速度の保持時間と、前記第２の回転速度から前記第３の回転速度への減速時間と、の合計が、０秒を超え１．５秒以下であることを特徴とする、レジスト塗布方法。
被処理基板を第１の回転速度で回転させつつ被処理基板の略中央にレジスト液の供給を開始して、レジスト液を被処理基板の径方向外方に拡げながら塗布する工程と、
レジスト液の供給を停止した直後、被処理基板の回転速度を前記第１の回転速度より遅い第２の回転速度に減速して第２の回転速度で短時間保持する工程と、
さらに第２の回転速度より遅い第３の回転速度まで減速または回転を停止して膜厚を整える工程と、
被処理基板の回転速度を、前記第３の回転速度より速い第４の回転速度まで加速して、残余のレジスト液を振り切る工程と
を具備し、
前記第２の回転速度は、５００〜２０００ｒｐｍであり、
前記第３の回転速度は、０〜５００ｒｐｍであり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度へ減速する際の加速度が２００００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第２の回転速度から前記第３の回転速度へ減速する際の加速度が５０００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度への減速時間と、前記第２の回転速度の保持時間と、前記第２の回転速度から前記第３の回転速度への減速時間と、の合計が、０秒を超え１．５秒以下であることを特徴とするレジスト塗布方法。
前記第２の回転速度の保持時間が０．２〜０．５秒であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のレジスト塗布方法。
前記第３の回転速度の保持時間が１〜３秒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項に記載のレジスト塗布方法。
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度へ減速する際の減速時間が０秒を超え０．２秒以下であることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレジスト塗布方法。
前記第２の回転速度から前記第３の回転速度へ減速する際の減速時間が０秒を超え０．５秒以下であ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項に記載のレジスト塗布方法。
被処理基板が直径２００ｍｍの円板であり、前記第１の回転速度は、３０００〜６０００ｒｐｍであることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレジスト塗布方法。
前記第４の回転速度は、１５００〜４０００ｒｐｍであることを特徴とする、請求項７に記載のレジスト塗布方法。
被処理基板が直径３００ｍｍの円板であり、前記第１の回転速度は、２０００〜４０００ｒｐｍであることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のレジスト塗布方法。
前記第４の回転速度は、７５０〜２０００ｒｐｍであることを特徴とする、請求項９に記載のレジスト塗布方法。
さらに、レジスト塗布に先立って、被処理基板の表面に、その表面を濡らすための液剤を供給する工程を具備することを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のレジスト塗布方法。
回転する被処理基板にレジスト液を供給して塗布するレジスト塗布装置であって、
被処理基板を保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材を速度可変に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の略中央にレジスト液を供給するレジスト液ノズルと、
被処理基板を保持した基板保持部材を第１の回転速度で回転させつつレジスト液の供給を開始させ、レジスト液の供給停止直後に、基板保持部材の回転速度を前記第１の回転速度より遅く、かつレジスト液の引き戻しが顕著に現れずレジスト液の乾燥を急速に進行させない第２の回転速度に減速して、この第２の回転速度で短時間保持し、さらに塗布されたレジスト液の流動性を保ちつつ第２の回転速度より遅い第３の回転速度まで減速または回転を停止させ、その後、基板保持部材の回転速度を、前記第３の回転速度より速い第４の回転速度まで加速させ、残余のレジスト液を振り切るように基板保持部材の回転を制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第２の回転速度が、５００〜２０００ｒｐｍであり、
前記第３の回転速度が、０〜５００ｒｐｍであり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度へ減速する際の加速度が２００００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第２の回転速度から前記第３の回転速度へ減速する際の加速度が５０００〜５００００ｒｐｍ／秒であり、
前記第１の回転速度から前記第２の回転速度への減速時間と、前記第２の回転速度の保持時間と、前記第２の回転速度から前記第３の回転速度への減速時間と、の合計が、０秒を超え１．５秒以下となるように制御することを特徴とする、レジスト塗布装置。
前記基板保持部材に保持された被処理基板の略中央にレジスト液供給に先立ってその表面を濡らすための液剤を供給する液剤ノズルをさらに有することを特徴とする、請求項１２に記載のレジスト塗布装置。
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載されたレジスト塗布方法が行なわれるようにレジスト塗布装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載されたレジスト塗布方法が行なわれるようにレジスト塗布装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。