JP5507523B2 - 塗布処理装置、塗布処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板に塗布液を塗布する塗布処理装置、塗布処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

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では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布しレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜を所定のパターンに露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。

上述したレジスト膜を形成する方法としては、ウェハを回転させた状態でウェハの中心部にノズルからレジスト液を滴下し、遠心力によりウェハ上でレジスト液を拡散させることよってウェハ上にレジスト膜を塗り広げる、いわゆるスピンコートが広く知られている。

ところで、スピンコートによるレジスト膜の形成においては、滴下したレジストを高速回転で広げるため、滴下されたレジストのうち、大部分はウェハ外周縁部から飛散してしまい無駄になってしまう。

そのため、例えば特許文献１には、レジスト液を無駄なく使用するために、ノズルとウェハとの間に液溜りを形成しながら塗布する方法が提案されている。具体的には、例えば図１８に示すように、ノズル１００の下端面に形成されたスリット状の吐出口１０１をウェハＷに接近させ、当該吐出口１０１とウェハＷとの間に所定の隙間が形成された状態を維持する。その状態で、ノズル１００内部に形成された貯留部１０２に連通するバルブ１０３を開操作する。これにより、貯留部１０２内に貯留されたレジスト液１０４が自重及び毛細管現象により吐出され、ウェハＷと吐出口１０１との間に液膜が形成される。

そして、ウェハＷと吐出口１０１との間に液膜が形成された状態のまま、ノズル１００をウェハＷの例えば直径方向に沿って移動させる。これにより、レジスト液１０４は自重と毛細管現象によりスリット状の吐出口１０１から吐出され、その結果、ウェハＷの全面に無駄なくレジスト液１０４が塗布される。

特開平８−１７３８７５号公報

上述の特許文献１による塗布処理方法は、数十ｍＰａ・ｓ程度の比較的粘度の低い塗布液に対しては有効である。しかしながら、例えば粘度が１００ｍＰａ・ｓ以上のレジスト液や、ポリイミドといった、高粘度の塗布液においては、吐出口１０１の流路抵抗が大きくなるため、自重や毛細管現象により塗布液を塗布することが困難となる。

流路の抵抗を低減するには、例えば吐出口１０１のスリット幅を大きくすることが考えられる。ところが、スリット幅を大きくすると、塗布液を吐出口１０１で保持できなくなり、液だれや塗布時の膜厚不良が生じてしまうという問題がある。

また、本発明者らが検証したところ、特許文献１による塗布処理方法においては、塗布を開始した側の基板の端部と、塗布を終了した側の基板の端部とでは、塗布液の膜厚に違いがでてしまい、基板面内において均一な膜厚を得ることができなかった。これは、塗布の進行に従い貯留部に貯留される塗布液の液面が低下することにより、吐出口１０１に作用する塗布液の水頭圧が減少し、吐出量が徐々に減少してしまうことが原因である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高粘度の塗布液を、無駄なく均一に基板上に塗布することを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板と塗布ノズルの吐出口との間に当該吐出口から吐出された塗布液の液溜りを形成し、その状態で基板と前記塗布ノズルを水平方向に相対的に移動させることで基板に塗布液を塗布する塗布処理装置であって、前記吐出口に連通し、その内部に塗布液を貯留する貯留室を備えた塗布ノズルと、バルブを備えた供給管を介して前記塗布ノズルに接続された、前記塗布液を貯留する塗布液貯槽と、前記貯留室内部の圧力を調整する圧力調整機構と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記貯留室内の圧力を、当該貯留室内の外部の圧力に対して負圧となる第１の圧力にした状態で前記バルブを開けて、塗布液を前記塗布液貯槽から前記貯留室に供給し、次いで前記バルブを閉じ、その後前記貯留室内部の圧力を前記第１の圧力よりも高い第２の圧力にして前記塗布ノズルから塗布液を基板に滴下し、基板と前記塗布ノズルの吐出口との間に液溜りを形成し、前記圧力調整機構を制御して、当該基板表面に塗布液を塗布する間、前記貯留室の内部の圧力を当該貯留室の外部の圧力に対して負圧にし、さらに、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように前記貯留室内部の圧力を徐々に上昇させることを特徴としている。

本発明によれば、塗布ノズルと基板とを相対的に移動させて当該基板に塗布液を塗布する間、圧力調整機構を制御して、前記貯留室の内部の圧力を吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように調整するので、基板面内に均一な塗布膜を形成することができる。また、前記貯留室の内部の圧力を調整することで、例えば吐出口に形成される液溜りを貯留室側に吸い上げることもできる。したがって、例えば高粘度の塗布液を扱うために吐出口の幅を広げた場合であっても、吐出口からの液だれや、塗布時の膜厚不良を防ぐことができる。これにより、高粘度の塗布液を、無駄なく均一に基板上に塗布することができる。

前記貯留室内部に貯留された塗布液の液面高さを測定する液面高さ測定機構を有し、前記制御部は、前記貯留室内の圧力を、前記液面高さ測定機構で測定された液面高さの減少分に応じて上昇させることで、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように前記圧力調整機構を制御してもよい。

前記貯留室内部の圧力と当該貯留室の外部の圧力との差圧を測定する圧力測定機構を有し、前制御部は、前記差圧を、前記液面高さ測定機構で測定された液面高さの減少分に応じて減少させることで、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、前記圧力調整機構を制御してもよい。

前記圧力調整機構は、排気機構とガス供給源を備え、前記制御部は、前記塗布ノズルと基板との相対的な移動に伴い、前記貯留室の内部の圧力を所定の振幅、所定の周期に従って変化させるように前記圧力調整機構を制御してもよい。

別な観点による本発明は、基板と塗布ノズルの吐出口との間に当該吐出口から吐出された塗布液の液溜りを形成し、その状態で基板と前記塗布ノズルを水平方向に相対的に移動させることで基板に塗布液を塗布する塗布処理方法において、前記塗布ノズルは、前記吐出口に連通し、その内部に塗布液を貯留する貯留室を備え、前記塗布ノズルには、バルブを備えた供給管を介して、前記塗布液を貯留する塗布液貯槽が接続され、前記貯留室内の圧力を、当該貯留室内の外部の圧力に対して負圧となる第１の圧力にした状態で前記バルブを開けて、塗布液を前記塗布液貯槽から前記貯留室に供給し、次いで前記バルブを閉じ、その後前記貯留室内部の圧力を前記第１の圧力よりも高い第２の圧力にして前記塗布ノズルから塗布液を基板に滴下し、基板と前記塗布ノズルの吐出口との間に液溜りを形成し、当該基板表面に塗布液を塗布する間、前記貯留室の内部の圧力を当該貯留室の外部の圧力に対して負圧にし、さらに、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、前記貯留室内部の圧力を徐々に上昇させることを特徴としている。

前記貯留室内部に貯留された塗布液の液面高さを測定し、前記貯留室内の圧力を、前記液面高さの減少分に応じて上昇させることで、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、前記貯留室内部の圧力を調整してもよい。

前記貯留室内部の圧力と当該貯留室の外部の圧力との差圧を測定し、前記差圧を、前記液面高さ測定機構で測定された液面高さの減少分に応じて減少させることで、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、前記貯留室内部の圧力を調整してもよい。

前記貯留室内部の圧力の調整は、排気機構による前記貯留室内からの排気量またはガス供給源による前記貯留室内へのガスの供給量の少なくともいずれかを調整して行われ、前記塗布ノズルと基板との相対的な移動に伴い、前記貯留室の内部の圧力を所定の振幅、所定の周期に従って変化させてもよい。

別な観点による本発明によれば、前記塗布処理方法を塗布処理装置によって実行させるために、当該塗布処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、高粘度の塗布液を、無駄なく均一に基板上に塗布することができる。

本実施の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本実施の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略を示す横断面図である。 塗布ノズルの原理に関する説明図である。 塗布ノズルの原理に関する説明図である。 塗布ノズルの原理に関する説明図である。 塗布ノズルの構成の概略を示す斜視図である。 塗布ノズルの長手方向に直交する平面から見た、塗布ノズルの構成の概略を示す縦断面図である。 塗布処理の主な工程を示すフローチャートである。 塗布処理における各機器の状態の変化を示すタイムチャートである。 塗布ノズルをウェハ端部上方に移動させた状態を示す説明図である。 塗布ノズルとウェハ端部との間にレジスト液の液溜りを形成した状態を示す説明図である。 塗布ノズルによりウェハ表面にレジスト液を塗布する様子を示す説明図である。 塗布ノズルの移動距離と密閉空間内の圧力設定値との相関関係を示すグラフである。 他の実施の形態の圧力制御方法にかかる、密閉空間の圧力変化を示すタイムチャートである。 比較例におけるウェハ上のレジスト膜の膜厚を示すグラフである。 本実施の形態にかかる実施例におけるウェハ上のレジスト膜の膜厚を示すグラフである。 他の実施の形態にかかる実施例におけるウェハ上のレジスト膜の膜厚を示すグラフである。 従来の塗布ノズルの構成の概略を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる、塗布処理装置としてのレジスト塗布装置１の構成の概略を示す縦断面図である。図２は、レジスト塗布装置１の構成の概略を示す横断面図である。

レジスト塗布装置１は、図１に示すように処理容器１０を有している。処理容器１０内部には、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャック２０が設けられている。スピンチャック２０は、水平な上面を有し、当該上面の中心部には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをスピンチャック２０上に吸着保持できる。

スピンチャック２０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動機構２１を有し、そのチャック駆動機構２１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動機構２１には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック２０は上下動可能になっている。

スピンチャック２０の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ２２が設けられている。カップ２２の下面には、回収した液体を排出する排出管２３と、カップ２２内の雰囲気を排気する排気管２４が接続されている。

図２に示すようにカップ２２のＸ方向負方向（図２の下方向）側には、Ｙ方向（図２の左右方向）に沿って延伸するレール３０が形成されている。レール３０は、例えばカップ２２のＹ方向負方向（図２の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図２の右方向）側の外方まで形成されている。レール３０には、例えば二本のアーム３１、３２が取り付けられている。

第１のアーム３１には、図１及び図２に示すようにウェハＷに塗布液としての、例えばレジスト液を供給する塗布ノズル３３が支持されている。塗布ノズル３３の構成については後述する。

第１のアーム３１は、図２に示す移動機構としてのノズル駆動部３４により、レール３０上を移動自在である。これにより、塗布ノズル３３は、カップ２２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部３５からカップ２２内のウェハＷの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷの表面上をウェハＷの径方向に移動できる。また、第１のアーム３１は、ノズル駆動部３４によって昇降自在であり、塗布ノズル３３の高さを調整できる。ノズル駆動部３４には当該ノズル駆動部３４の位置情報を検出するための、例えばロータリーエンコーダ（図示せず）が内蔵されている。

塗布ノズル３３には、図１に示すように、内部にレジスト液が貯留されたレジスト貯槽３６が供給管３７を介して接続されている。供給管３７にはバルブ３８が設けられている。

第２のアーム３２には、レジスト液の溶剤、例えばシンナーを供給する溶剤ノズル４０が支持されている。第２のアーム３２は、図２に示すノズル駆動部４１によってレール３０上を移動自在であり、溶剤ノズル４０を、カップ２２のＹ方向負方向側の外方に設けられた待機部４２からカップ２２内のウェハＷの中心部上方まで移動させることができる。また、第２のアーム３２はノズル駆動部４１により昇降自在であり、溶剤ノズル４０の高さを調節できる。

溶剤ノズル４０には、図１に示すように、当該溶剤ノズル４０に溶剤を供給する溶剤供給源４３が供給管４４を介して接続されている。供給管４４には、溶剤の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群４５が設けられている。

次に塗布ノズル３３の構成について説明するにあたり、先ず本発明の原理について簡単に説明する。

例えば図３に示すように、所定の長さＣの隙間で並べた２枚の平行な平板５０、５０により所定の粘度の液体Ｌを挟み込んだ場合、当該液体Ｌに作用する重力Ｆ１と液体Ｌの有する表面張力Ｆ２とが釣り合っていれば、液体Ｌは平板５０、５０間の下端に、下向きに凸状の液溜りＬａを形成した状態で保持される。

また、平板５０、５０間に挟みこまれた液体Ｌの液溜りＬａの部分を、例えば基板などの被塗工物５１に接触させると、接触した部分で液体Ｌの表面張力が失われて液体Ｌが被塗工物５１の表面に流れ出し、例えば図４に示すように、平板５０、５０と被塗工物５１との間に液溜りＬａが形成される。そして、この状態で平板５０、５０と被塗工物５１とを相対的に移動させると、当該平板５０、５０の隙間Ｃから被塗工物５１に対して連続的に液体Ｌが流れ出し、被塗工物５１の表面に液体Ｌを塗布することができる。

ところが、液体Ｌの粘度が高いと、液体Ｌと平板５０、５０の間から液体Ｌが落下しにくくなる。そのため、平板５０、５０を移動させても液体Ｌがうまく流れ出さず、塗布むらが生じてしまうことがある。かかる場合には、平板５０、５０の隙間の長さＣを広げることで液体Ｌの流れは改善できる。

しかしながら、平板５０、５０間の隙間長さＣを広げると液体Ｌの表面張力Ｆ２が低下する。そして、表面張力Ｆ２が重力Ｆ１より小さくなると、平板５０、５０により液体Ｌを保持できなくなる。その結果、液体Ｌは平板５０、５０間から滴下してしまう。

そこで、本発明者らは、外部から液体Ｌを上方向に持ち上げる力を付与して、この付与した力と表面張力Ｆ２との和が重力Ｆ１と釣り合うように外部から付与する力の大きさを調整すれば、液体Ｌの流れと平板５０、５０による液体Ｌの保持を両立させられる点に着目した。具体的には、例えば図５に示すように、平板５０、５０間の上端部、及び側端部（図示せず）を蓋５２で塞ぎ、当該蓋５２、平板５０、５０、及び液体Ｌで囲まれた領域Ｍの内部の圧力Ｐｘ１を、この領域Ｍの外部の圧力Ｐｘ２よりも小さくする。そうすることで、液体Ｌに領域Ｍの外部から内部に向かって大きさ（Ｐｘ２−Ｐｘ１）の圧力を作用させることができる。そして、この上向きの圧力と表面張力Ｆ２との和が、液体Ｌに作用する重力Ｆ１と釣り合うように圧力の大きさ（Ｐｘ２−Ｐｘ１）を調整することで、平板５０、５０間の下端に、下向きに凸状の液溜りＬａを形成した状態で液体Ｌを保持できる。

また、本発明者らの検証によれば、上述の方法を用いて塗布を行ったところ、被塗工物５１における塗布を開始した側の端部と、塗布を終了した側の端部とでは、塗布された液体Ｌの膜厚に違いが生じていることが確認された。これは、塗布の進行に従い平板５０、５０間に保持される液体Ｌの液面が低下することにより、平板５０の下端部における液体Ｌの水頭圧が減少し、平板５０、５０間から流れ出る液体Ｌの量が徐々に減少してしまうことが原因である。

そこで、この点について本発明者らは、平板５０、５０間に保持される液体Ｌの領域Ｍの内部の圧力Ｐｘ１を、液体Ｌの液面の低下に合わせて徐々に減少させることで、平板５０、５０の下端部における液体Ｌの水頭圧を一定に保ち、それにより平板５０、５０間から流れ出る液体Ｌの量を一定に保つことができる点に着目した。

本発明のレジスト塗布装置１にかかる塗布ノズル３３は、このような着想に基づくものであり、次に塗布ノズル３３の構成について説明する。

塗布ノズル３３は、例えば図２、図６に示すように、全体として細長の形状をしており、その長さＪが、例えば少なくともウェハＷの直径よりも大きい本体部６０を有している。本体部６０の下端面には、当該本体部６０の長手方向に沿って例えばウェハＷの直径よりも大きい所定の長さＤで所定の幅Ｇのスリット状の吐出口６１が形成されている。

本体部６０の長手方向に直交する平面で当該本体部６０を切断した場合の断面形状は、例えば図７に示すように、略Ｕ字形状をしている。本体部６０の内部には、レジスト液Ｒを貯留する貯留室６２が形成されている。貯留室６２の、本体部６０の長手方向に沿った長さは、吐出口６１の長さＤと同じである。貯留室６２の下端部には、鉛直方向に延伸し吐出口６１と連通する、レジスト液流路６３が連通している。レジスト液流路６３の幅は吐出口６１の幅Ｇと同じである。また、レジスト液流路６３における本体部６０の長手方向に沿った長さも、吐出口６１及び貯留室６２の長さＤと同じである。そして、所定の幅Ｇで形成されたこの吐出口６１とレジスト液流路６３が、上述の平板５０と同様に機能し、貯留室６２から自重によりレジスト液流路６３に落下したレジスト液Ｒは、吐出口６１とレジスト液流路６３との間に挟み込まれる。なお、本体部６０は、レジスト液Ｒとの濡れ性のよい、例えばステンレススチールなどにより構成されている。また、レジスト液Ｒとの濡れ性をさらによくするために、本体部６０の内面、即ち吐出口６１、貯留室６２及びレジスト液流路６３の内表面に、樹脂層を形成してもよい。

また、吐出口６１の幅Ｇは、貯留室６２の内部の圧力を当該貯留室６２の外部の圧力と等しくした状態では、レジスト液Ｒの表面張力が当該レジスト液Ｒに作用する重力より小さくなり、所定の流量でレジスト液Ｒが吐出口６１から滴下するような値に設定されている。なお、この所定の幅Ｇは、予め行われる試験において、当該幅Ｇ、レジスト液Ｒの粘度、本体部６０の材質を変化させ、その場合のレジスト液Ｒの状態を評価することにより求められる。

例えば図７に示すように、貯留室６２の断面形状は、所定の幅Ｋ、高さＨの矩形状に形成されている。したがって、貯留室６２は、「幅Ｋ×高さＨ×長さＤ」の容量のレジスト液Ｒを一時的に貯留することができる。また、本体部６０の上端には、貯留室６２を塞ぐようにして蓋体６４が設けられている。これにより、貯留室６２に貯留されたレジスト液Ｒの液面、貯留室６２の内壁面及び蓋体６４により囲まれた領域には、密閉空間Ｓが形成される。なお、貯留室６２で貯留するレジスト液Ｒの容量は、ウェハＷの全面に少なくとも一回以上レジスト液Ｒを塗布できる量以上であれば、任意に設定が可能である。なお、貯留室６２の形状は、ウェハＷの全面に少なくとも一回以上レジスト液Ｒを塗布できる容量であれば、矩形状に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。

蓋体６４には、密閉空間Ｓ内の圧力を測定する圧力測定機構７０と、密閉空間Ｓ内の圧力を調整する圧力調整機構７１に接続された圧力調整管７２と、貯留室６２内のレジスト液Ｒの液面高さを測定する液面高さ測定機構７３が、例えば当該蓋体６４を貫通してそれぞれ設けられている。圧力測定機構７０及び液面高さ測定機構７３は、後述する制御部１５０に電気的に接続され、測定結果は順次制御部１５０に入力される。なお、圧力測定機構７０や圧力調整管７２は、密閉空間Ｓと連通していればどのような配置であってもよく、例えば本体部６０の側面を貫通して設けてもよい。また、液面高さ測定機構７３も、レジスト液Ｒの液面高さを測定できれば、形式や配置は任意に選択が可能である。

圧力調整機構７１は、図７に示すように、例えば真空ポンプなどの排気機構８０と、例えば窒素などのガスを供給するガス供給源８１を、切り替えバルブ８２を介して圧力調整管７２に接続した構成となっている。圧力調整機構７１も後述する制御部１５０に電気的に接続されている。そして、制御部１５０からの指令により切り替えバルブ８２の開度を調整することで、排気機構８０またはガス供給源８１のいずれかを圧力調整管７２に接続して、貯留室６２内部からの排気量を調整したり、貯留室６２内に供給するガスの量を調整したりできる。これにより、圧力調整機構７１は、圧力測定機構７０の指示値、即ち貯留室６２内の圧力が所定の値となるように調整することができる。

かかる場合、貯留室６２の内部を排気して当該貯留室６２内の圧力を当該貯留室６２外部の圧力に対して負圧とすることで、貯留室６２内のレジスト液Ｒを上方に引き上げ、吐出口６１からレジスト液Ｒが滴下するのを防ぐことができる。また、貯留室６２内にガスを供給することで、レジスト塗布後に当該貯留室６２内に残留するレジスト液Ｒを加圧して押し出したりパージしたりすることができる。なお、圧力調整機構６１内の圧力調整管７２や切り替えバルブ８２などの構成については、本実施の形態に限定されるものではなく、貯留室６２内の圧力を制御できれば、その構成は任意に設定できる。例えば、排気機構８０とガス供給源８１のそれぞれに圧力調整管７２と圧力調整弁を設け、それぞれ個別に蓋体６４に接続するようにしてもよい。

また、本体部６０には上述の供給管３７が、貯留室６２に連通して設けられている。したがって、供給管３７に設けられたバルブ３８を開け、その状態で排気機構８０により貯留室６２の内部の圧力、即ち密閉空間Ｓの圧力を本体部６０の外部の圧力に対して負圧にすることで、レジスト貯槽３６に貯留されているレジスト液を貯留室６２の内部に引き込むことができる。

レジスト塗布装置１には、上述のスピンチャック２０の回転動作と上下動作、ノズル駆動部３４による塗布ノズル３３の移動動作、圧力調整機構７１による貯留室６２内の圧力調整といった各種の制御を行う制御部１５０が設けられている。制御部１５０は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、例えばメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、レジスト塗布装置１における塗布処理を実現できる。なお、レジスト塗布装置１における塗布処理を実現するための各種プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどの記憶媒体Ｈに記憶されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部１５０にインストールされたものが用いられる。

次に、以上のように構成されたレジスト塗布装置１で行われる塗布処理のプロセスについて説明する。図８は、かかる塗布処理の主な工程の例を示すフローチャートである。図９は、縦軸を塗布処理における各機器の状態、横軸を時間の経過とし、各機器の状態の変化を時系列に表したタイムチャートである。

塗布処理を行うにあたっては、先ずウェハＷがレジスト塗布装置１の処理容器１０内に図示しない搬送機構により搬入される。レジスト塗布装置１に搬入されたウェハＷは、スピンチャック２０に吸着保持される。

続いて第２のアーム３２により待機部４２の溶剤ノズル４０がウェハＷの中心部の上方まで移動して、溶剤がウェハＷの上面に供給される（図８の工程Ｓ１）。その後、チャック駆動機構２１を制御してスピンチャック２０によりウェハＷを例えば５００ｒｐｍの回転数で回転させ、ウェハＷの中心部に供給された溶剤をウェハＷの外周部に向かって拡散させる（図８の工程Ｓ２）。これにより、ウェハＷの表面が溶剤で濡れた状態になる。その後、溶剤がウェハＷの表面の全面に拡散すると、溶剤ノズル４０がウェハＷの中心部上方から待機部４２に退避する。それと共に、スピンチャック２０の回転も停止する。

次いで、第１のアーム３１により待機部３５の塗布ノズル３３を、ウェハＷの例えば図２のＹ方向正方向側の端部の上方まで移動させる（図８の工程Ｓ３、及び図９の時間Ｔ１）。この際、塗布ノズル３３の貯留室６２の内部は、貯留室６２の外部の圧力に対して負圧となるように、予め圧力調整機構７１により所定の圧力Ｐ０に調整されている。なお、本実施の形態においては、貯留室６２の外部の圧力は、例えば大気圧一定であるものとして説明する。

次に、供給管３７に設けられたバルブ３８を開ける。これにより、供給管３７を介してレジスト貯槽３６から塗布ノズル３３の貯留室６２へレジスト液Ｒが引き込まれる。これにより、引き込み前は例えば高さＨ０で貯留されていたレジスト液Ｒの液面が高さＨ１に上昇し、貯留室６２に所定量のレジスト液Ｒが貯留される（図８の工程Ｓ４、及び図９の時間Ｔ２）。この際、貯留室６２に貯留するレジスト液Ｒの量は、ウェハＷの全面に少なくとも一回以上のレジスト塗布を行える量である。貯留室６２に引き込まれたレジスト液Ｒの量は、液面高さ測定機構７３により測定されたレジスト液Ｒの液面高さと、貯留室６２の幅Ｋ及び長さＤから求められる。なお、レジスト液流路６３の容積は、貯留室６２の容積に比較して非常に小さい。したがって、レジスト液流路６３内に溜まるレジスト液Ｒの量は考慮しなくてもよい。また、直径が３００ｍｍのウェハＷの場合、一回のレジスト塗布に用いられるレジスト液は、例えば７ｃｃである。

貯留室６２に所定量のレジスト液が貯留された後、バルブ３８を閉じる（図９の時間Ｔ３）。なお、貯留室６２へのレジスト液Ｒの補充は、塗布ノズル３３をウェハＷの端部に移動させる前に予め行っていてもよい。

次に、塗布ノズル３３をウェハＷに対して下降させ、例えば図１０に示すように、吐出口６１とウェハＷを所定の距離Ｚ１まで近づける（図９の時間Ｔ４）。次いで、圧力調整機構７１により貯留室６２内の密閉空間Ｓの圧力を所定の値Ｐ１まで上昇（真空度は低下）させる（図９の時間Ｔ５）。これにより、レジスト液Ｒの表面張力と密閉空間Ｓ内の負圧とにより、レジスト液流路６３と吐出口６１とに保持されていたレジスト液Ｒが滴下し、例えば図１１に示すように、ウェハＷの端部と吐出口６１との間にレジスト液Ｒの液溜りＲａが形成される（図８の工程Ｓ５）。

その後、吐出口６１からレジスト液ＲがウェハＷ上に流れ出ないように、直ちに密閉空間Ｓの圧力をＰ２まで低下（真空度は上昇）させる。それと共に、塗布ノズル３３を上昇させて、吐出口６１とウェハＷとの間の距離をＺ２とする（図９の時間Ｔ６）。なお、この距離Ｚ２は、ウェハＷと本体部６０の下端面との間に形成されたレジスト液Ｒの液溜りＲａが千切れずに維持される距離であり、予め行われる試験等により求められる。

その後、第１のアーム３１により塗布ノズル３３を所定の速度で、図１２に示すように、ウェハＷの待機部４２側（図２のＹ方向負方向側）の端部まで移動させる（図８の工程Ｓ６、及び図９の時間Ｔ６〜Ｔ７）。これにより、貯留室６２のレジスト液Rが吐出口６１から流れ出し、ウェハWの表面にレジスト液Rが塗布される。この際、貯留室６２内のレジスト液Rの液面の低下に合わせて、圧力調整機構７１により密閉空間Ｓの圧力を、Ｐ２からＰ３まで徐々に上昇させる。

上述のとおり、貯留室６２内のレジスト液Ｒの液面が低下すると、吐出口６１に作用するレジスト液Ｒによる水頭圧が減少する。この間、貯留室６２の密閉空間Ｓの圧力と、貯留室６２の外部の圧力とが変化せず一定であるとすると、水頭圧が減少した分だけレジスト液Ｒを吐出口６１から押し出す力が減少するので、レジスト液Ｒの吐出量は減少する。

したがって、本実施の形態においては、貯留室６２内のレジスト液Ｒの液面高さの低下に合わせて圧力調整機構７１により密閉空間Ｓの圧力を例えばＰ３まで徐々に上昇（真空度は低下）させることで、液面低下による吐出口６１における水頭圧の減少が補われる。その結果、吐出口６１からのレジスト液Ｒの吐出量が一定に保たれ、ウェハＷの面内に均一な膜厚のレジスト膜が形成される。この際、圧力調整機構７１により上昇されるべき密閉空間Ｓ内の圧力の値は、例えば液面高さ測定機構７３により測定されたレジスト液Ｒの液面の高さに基づいて求められる。具体的には、塗布開始前の状態（例えば、図９の時間Ｔ６）におけるレジスト液Ｒの液面高さと、塗布開始後、塗布ノズル３３をウェハＷに対して所定の距離移動させてレジスト液Ｒを塗布したことにより、貯留室６２内のレジスト液Ｒが減少した状態におけるレジスト液Ｒの液面高さの差分を求める。そして、当該高さの差分にレジスト液Ｒの密度を乗ずることで、吐出口６１にかかる水頭圧の減少分を求めることができる。したがって、圧力調整機構７１により、この水頭圧の減少分だけ密閉空間Ｓ内の圧力を上昇させることで、吐出口６１にかかる水頭圧が時間Ｔ６〜時間Ｔ７の間で一定となる。これにより、吐出口６１からのレジスト液Ｒの吐出量が一定となり、ウェハＷの面内に均一な膜厚のレジスト膜が形成される。

なお、密閉空間Ｓ内の圧力の調整は、必ずしも貯留室６２内のレジスト液Ｒの液面高さに応じて行う必要はなく、例えば塗布ノズル３３とウェハWとの相対的な移動距離に応じて密閉空間Ｓ内の圧力を調整するようにしてもよい。かかる場合、図１３に示すように、塗布ノズル３３の移動距離と密閉空間Ｓ内の圧力設定値との相関関係を予め求めておき、この相関関係に基づいて密閉空間Ｓ内の圧力を調整するようにしてもよい。

図１３のような相関を予め求めておくことで、塗布ノズル３３のウェハWにおける所定位置でのレジスト液Rの消費量から水頭圧の減少分を求め、これにより密閉空間Ｓ内の圧力を調整することができる。また、吐出口６１からのレジスト液Ｒの吐出量を一定にする方法としては、例えばレジスト液流路６３に他の圧力測定機構を設け、レジスト液流路６３のレジスト液Ｒに作用する水頭圧を直接求め、この水頭圧が一定となるように圧力調整機構７１により密閉空間Ｓ内の圧力を調整することも考えられる。いずれの場合においても、圧力調整機構７１により、吐出口６１からのレジスト液Ｒの吐出量が一定となるように、換言すれば吐出口６１のレジスト液Ｒに作用する水頭圧が一定となるように貯留室６２内部の圧力を調整するので、ウェハＷの面内に均一な膜厚のレジスト膜を形成することができる。

塗布ノズル３３がウェハＷの待機部４２側（図２のＹ方向負方向側）の端部まで移動すると（図９の時間Ｔ７）、塗布ノズル３３を下降させて吐出口６１とウェハＷを距離Ｚ１まで近づける。それと共に、圧力調整機構７１により密閉空間Ｓの圧力を例えばＰ０まで低下（真空度は上昇）させて貯留室６２側にレジスト液を引き込む。これにより、ウェハＷと本体部６０の下端面との間に形成されていた液溜りＲａを消滅させ、吐出口６１からウェハＷへのレジスト液の供給を停止させる。

その後、密閉空間Ｓの圧力を、例えばＰ３まで再び上昇（真空度は低下）させ、それと共に塗布ノズル３３を所定の高さまで上昇させる（図９の時間Ｔ８）。次いで、塗布ノズル３３を待機部３５に退避させる（図８の工程Ｓ７、及び図９の時間Ｔ９）。なお、時間Ｔ８において密閉空間Ｓの圧力を再度Ｐ３まで上昇させるのは、ウェハＷに一旦塗布されたレジスト液Ｒが貯留室６２側に引き込まれ、塗布欠陥が生じるのを防止するためである。

その後、スピンチャック２０を例えば、１０００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍ、本実施の形態においては１５００ｒｐｍで回転させ、ウェハＷ表面の全面に塗布されたレジスト液の乾燥を行う（図５の工程Ｓ８）。これにより、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。

その後、ウェハＷは搬送機構（図示せず）により処理容器１０から搬出され、一連の塗布処理が終了し、この塗布処理が繰り返し行われる。

以上の実施の形態によれば、塗布ノズル３３とウェハＷとを相対的に移動させて当該ウェハにレジスト液Ｒを塗布する間、吐出口６１からのレジスト液Ｒの吐出量が一定となるように、圧力調整機構７１により貯留室６２内部の圧力を調整するので、ウェハＷの面内に均一な膜厚のレジスト膜を形成することができる。また、貯留室６２内部の圧力を調整することにより、スリット状の吐出口６１に形成される液溜りを貯留室６２側に吸い上げて適切に保持することができる。したがって、吐出口からの液だれや、レジスト塗布時の膜厚不良を防ぐことができる。

特に、液面高さ測定機構７３により実際の液面高さを測定し、当該貯留室６２のレジスト液Ｒの液面高さの減少に応じて、圧力調整機構７１により貯留室６２の内部の圧力、即ち密閉空間Ｓの圧力を増加させるので、より精密にレジスト液の供給量を制御することができる。

以上の実施の形態においては、塗布ノズル３３を移動させることで塗布ノズル３３とウェハＷとを相対的に移動させたが、例えば塗布ノズル３３の水平方向の位置を固定した状態で、ウェハＷを塗布ノズル３３に対して移動させてもよい。

以上の実施の形態では、例えば貯留室６２の液面高さに応じて密閉空間Ｓの圧力を調整していたが、液面高さに応じた圧力制御に加えて、例えば図１４に示すように、所定の振幅、所定の周期に従って密閉空間Ｓの圧力を変化させてもよい。密閉空間Ｓの圧力を周期関数状に変化させた場合、貯留室６２内のレジスト液Ｒには、当該レジスト液Ｒを上方に引き上げる力と下方に押し込む力が交互に作用することになる。これにより、例えば本体部６０を上下方向に振動させた場合と同様に、貯留室６２内のレジスト液Ｒの、特に貯留室６２及びレジスト液流路６３との接触面における流動性を向上させ、吐出口６１からスムーズにレジスト液Ｒを供給することができる。その結果、高い粘度の塗布液を用いた場合であっても、塗布むらが生じることを抑制できる。

なお、以上の実施の形態では、レジスト液Ｒの塗布後、例えば時間Ｔ７において、ウェハＷの端部で一旦塗布ノズル３３を低下させるとともに密閉空間Ｓの圧力をＰ０まで低下させて液溜りＲａを消滅させたが、例えば塗布ノズル３３の高さを変えず、塗布ノズル３３をそのままウェハＷの端部を通過させることで液溜りＲａを消滅させてもよい。

以上の実施の形態では、レジスト液流路６３は、鉛直方向に沿って設けられていたが、例えば所定の角度傾けて設けてもよい。こうすることで、レジスト液流路６３を通過する際のレジスト液Ｒの抵抗が増加するので、密閉空間Ｓ内の圧力の変化に対する吐出口６１から流れるレジスト液Ｒの流量変化を小さくすることができる。換言すれば、圧力調整機構７１による、塗布ノズル３３からの吐出量の制御の感度を低下させることができる。仮に、制御の感度が高すぎる場合、例えば貯留室６２内のレジスト液Ｒの液面高さに厳密に一致した圧力設定を行う必要があるが、制御の感度を低下させれば、密閉空間Ｓ内の圧力が多少設定値からはずれている場合でも、塗布ノズル３３からの吐出量に与える影響が小さいため、吐出口６１からの吐出量を滑らかに変化させることができる。

なお、以上の実施の形態では、貯留室６２外部の圧力は大気圧一定の場合について説明したが、例えばレジスト塗布装置１が配置される雰囲気の圧力、例えばクリーンルーム内の気圧は、例えば気温や天候により変化するため、常に一定であるとは限らない。そして、貯留室６２内部、即ち密閉空間Ｓの圧力を所定の値に調整しても、外部の圧力が変動すると、吐出口６１からのレジスト液Ｒの吐出量が所望の値とならない。したがって、圧力測定機構７０として、貯留室６２の内部と貯留室６２の外部との差圧を測定する差圧計を用いてもよい。かかる場合、圧力調整機構７１は、レジスト塗布時の貯留室６２内のレジスト液Ｒの液面低下に比例して、貯留室６２内外の差圧を減少させるように貯留室６２内の圧力、即ち密閉空間Ｓの圧力を調整する。

実施例として、本実施の形態にかかる塗布処理装置１を用いてレジスト塗布を行うにあたり、例えば貯留室６２内のレジスト液Ｒの液面高さに合わせて密閉空間Ｓ内の圧力を変化させた場合について、塗布後のレジスト膜の膜厚を確認する試験を行った。また、比較例として、塗布中に貯留室６２内の圧力、即ち密閉空間Ｓ内の圧力を一定に維持した場合についても確認試験を行った。その際、塗布ノズル３３による塗布処理の際の吐出口６１とウェハＷとの間の距離Ｚ２は、例えば６０μｍとし、ウェハＷは３００ｍｍ径のものを用いた。塗布液としてのレジスト液Ｒの粘度は、例えば１８００ｍＰａ・ｓである。

試験の結果を図１５及び図１６に示す。図１５、図１６の縦軸は、膜厚、横軸は、ウェハＷの直径方向の位置である。図１５は、密閉空間Ｓ内の圧力を塗布中一定とした場合のレジスト膜の膜厚を示すグラフである。図１６は、密閉空間Ｓ内の圧力をレジスト液Ｒの液面高さに合わせて変化させた場合のレジスト膜の膜厚を示すグラフである。また、他の実施例として、図１４に示すように密閉空間Ｓ内の圧力を所定の振幅、所定の周期で、周期関数状に変化させた場合についてもレジスト膜の膜厚を確認する試験を行った。圧力変化の振幅は、１００Ｐａ、周期は約１秒とした。その結果を図１７に示す。なお、図１５、図１６及び図１７に示すグラフＡは、塗布ノズル３３の移動方向に沿ってレジスト膜の膜厚を測定したものである。グラフＢは、塗布ノズル３３の移動方向に直交、即ち塗布ノズル３３の長手方向に沿ってレジスト膜の膜厚を測定したものである。

図１５に示すように、密閉空間Ｓ内の圧力を塗布中一定に保った場合は、グラフＡが右肩下がりとなっており、貯留室６２内のレジスト液Ｒの減少に伴い、吐出口６１からのレジスト液Ｒの吐出量が減少していることが確認できる。なお、グラフＢ、即ち塗布ノズル３３の長手方向に沿った膜厚についてはほぼ均一となっている。

その一方、密閉空間Ｓ内の圧力をレジスト液Ｒの液面高さに合わせて変化させた場合、グラフＡ、ＢのいずれもウェハＷの面内で均一な膜厚を得られることが確認できた。

また、密閉空間Ｓ内の圧力を周期関数状に変化させた場合についても、ウェハＷの端部で若干膜厚のばらつきが見られるものの、密閉空間Ｓ内の圧力を塗布中一定に保った場合と比較して、良好な結果が得られることを確認できた。したがって、本実施の形態にかかるレジスト塗布装置１によれば、高粘度の塗布液を、無駄なく均一にウェハＷ上に塗布できることが確認できた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば、レジスト液に代えて、他の高粘度の塗布液、例えばポリイミドなどを用いる場合にも本発明は適用できる。また、上述した実施の形態は、ウェハに塗布処理を行う例であったが、本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板上に高粘度の塗布液を塗布する際に有用である。

１ レジスト塗布装置
１０ 処理容器
２０ スピンチャック
２１ チャック駆動機構
２２ カップ
２３ 排出管
２４ 排気管
３０ レール
３１、３２ アーム
３３ 塗布ノズル
３４ ノズル駆動部
３５ 待機部
３６ レジスト貯槽
３７ 供給管
３８ バルブ
４０ 純水ノズル
４１ ノズル駆動部
４２ 待機部
４３ 純水供給源
４４ 供給管
５０ 平板
５１ 被塗工物
５２ 蓋
６０ 本体部
６１ 吐出口
６２ 貯留室
６３ レジスト液流路
６４ 蓋体
７０ 圧力測定機構
７１ 圧力調整機構
７２ 圧力調整管
７３ 液面高さ測定機構
８０ 排気機構
８１ ガス供給源
８２ 切り替えバルブ
１５０ 制御部
Ａ 長さ
Ｃ 長さ
Ｄ 長さ
Ｇ 幅
Ｊ 長さ
Ｋ 幅
Ｌ 液体
Ｒ レジスト液
Ｗ ウェハ
Ｚ 距離

Claims (10)

1. 基板と塗布ノズルの吐出口との間に当該吐出口から吐出された塗布液の液溜りを形成し、その状態で基板と前記塗布ノズルを水平方向に相対的に移動させることで基板に塗布液を塗布する塗布処理装置であって、
   前記吐出口に連通し、その内部に塗布液を貯留する貯留室を備えた塗布ノズルと、
   バルブを備えた供給管を介して前記塗布ノズルに接続された、前記塗布液を貯留する塗布液貯槽と、
   前記貯留室内部の圧力を調整する圧力調整機構と、
   制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記貯留室内の圧力を、当該貯留室内の外部の圧力に対して負圧となる第１の圧力にした状態で前記バルブを開けて、塗布液を前記塗布液貯槽から前記貯留室に供給し、
   次いで前記バルブを閉じ、その後前記貯留室内部の圧力を前記第１の圧力よりも高い第２の圧力にして前記塗布ノズルから塗布液を基板に滴下し、基板と前記塗布ノズルの吐出口との間に液溜りを形成し、
   前記圧力調整機構を制御して、当該基板表面に塗布液を塗布する間、前記貯留室の内部の圧力を当該貯留室の外部の圧力に対して負圧にし、さらに、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように前記貯留室内部の圧力を徐々に上昇させることを特徴とする、塗布処理装置。
2. 前記貯留室内部に貯留された塗布液の液面高さを測定する液面高さ測定機構を有し、
   前記制御部は、前記貯留室内の圧力を、前記液面高さ測定機構で測定された液面高さの減少分に応じて上昇させることで、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように前記圧力調整機構を制御することを特徴とする、請求項１に記載の塗布処理装置。
3. 前記貯留室内部の圧力と当該貯留室の外部の圧力との差圧を測定する圧力測定機構を有し、
   前制御部は、前記差圧を、前記液面高さ測定機構で測定された液面高さの減少分に応じて減少させることで、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、前記圧力調整機構を制御することを特徴とする、請求項２に記載の塗布処理装置。
4. 前記圧力調整機構は、排気機構とガス供給源を備え、
   前記制御部は、前記塗布ノズルと基板との相対的な移動に伴い、前記貯留室の内部の圧力を所定の振幅、所定の周期に従って変化させるように前記圧力調整機構を制御することを特徴とする、請求項１に記載の塗布処理装置。
5. 基板と塗布ノズルの吐出口との間に当該吐出口から吐出された塗布液の液溜りを形成し、その状態で基板と前記塗布ノズルを水平方向に相対的に移動させることで基板に塗布液を塗布する塗布処理方法において、
   前記塗布ノズルは、前記吐出口に連通し、その内部に塗布液を貯留する貯留室を備え、
   前記塗布ノズルには、バルブを備えた供給管を介して、前記塗布液を貯留する塗布液貯槽が接続され、
   前記貯留室内の圧力を、当該貯留室内の外部の圧力に対して負圧となる第１の圧力にした状態で前記バルブを開けて、塗布液を前記塗布液貯槽から前記貯留室に供給し、
   次いで前記バルブを閉じ、その後前記貯留室内部の圧力を前記第１の圧力よりも高い第２の圧力にして前記塗布ノズルから塗布液を基板に滴下し、基板と前記塗布ノズルの吐出口との間に液溜りを形成し、当該基板表面に塗布液を塗布する間、前記貯留室の内部の圧力を当該貯留室の外部の圧力に対して負圧にし、さらに、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、前記貯留室内部の圧力を徐々に上昇させることを特徴とする、塗布処理方法。
6. 前記貯留室内部に貯留された塗布液の液面高さを測定し、
   前記貯留室内の圧力を、前記液面高さの減少分に応じて上昇させることで、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、前記貯留室内部の圧力を調整することを特徴とする、請求項５に記載の塗布処理方法。
7. 前記貯留室内部の圧力と当該貯留室の外部の圧力との差圧を測定し、
   前記差圧を、前記液面高さ測定機構で測定された液面高さの減少分に応じて減少させることで、前記吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、前記貯留室内部の圧力を調整することを特徴とする、請求項６に記載の塗布処理方法。
8. 前記貯留室内部の圧力の調整は、排気機構による前記貯留室内からの排気量またはガス供給源による前記貯留室内へのガスの供給量の少なくともいずれかを調整して行われ、
   前記塗布ノズルと基板との相対的な移動に伴い、前記貯留室の内部の圧力を所定の振幅、所定の周期に従って変化させることを特徴とする、請求項５に記載の塗布処理方法。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載の塗布処理方法を塗布処理装置によって実行させるために、当該塗布処理装置を制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
    

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