JP5790622B2 - 塗布膜形成方法、塗布膜形成装置及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、凹形パターンの形成された基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する技術分野に関する。

半導体製造工程の一つであるフォトレジスト工程においては、半導体ウエハなどの基板の表面にレジスト液を塗布し、露光、現像を行ってレジストパターンを形成する工程が行われ、レジスト液の塗布は通常スピンコーティング法により塗布される。
近年の半導体回路の高集積化に伴い、より複雑な３次元構造を持つデバイスが検討されている。このようなデバイスを製造する場合、基板に形成された凹形パターン内に局部的にエッチングを行う工程が含まれる場合があり、凹形パターン内部にレジスト液を塗布することが行われる。

また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り、この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４００ｃＰ以上もの高粘度のものを用いる必要がある。しかしながら流動性が小さいレジスト液を、基板に形成された微細な凹形パターンに対して塗布する場合には、遠心力による展伸作用だけでは、凹形パターンの内部まで埋まりにくく、空隙が残ってしまう場合がある。
このように塗布膜の下側の凹形パターンに空隙が残ってしまうと、塗布膜の厚さムラが生じたり、基板を加熱処理した際に空隙の中の気体が膨張して、塗布膜内に気泡が混入するなど不具合が生じる虞があった。

特許文献1には、凹形パターンの形成された基板に対して粘度の高い塗布液を塗布した後、減圧雰囲気とすることで凹形パターン内の気泡を除去する技術が記載されている。しかしながらこのような方法では、減圧のための機構が必要となるため装置が大型化してしまう問題があった。

特開２００９−１０１４７

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、表面に凹形パターンが形成された基板に対して高粘度の塗布液により塗布膜を形成するにあたり、塗布液が凹形パターン内まで行き渡って、良好な塗布膜が得られる手法を提供することにある。

本発明の塗布膜形成方法は、表面に凹形パターンが形成された基板に、スピンコーティングにより塗布膜を形成する塗布膜形成方法において、
基板を基板保持部に水平に保持する工程と、
続いて基板の中心部に溶剤ノズルから溶剤を供給すると共に基板を第１の回転速度で回転させて遠心力により溶剤を広げて、少なくとも凹形パターン内を除く基板の表面を濡らす第１の溶剤供給工程と、
その後基板の中心部に溶剤ノズルから溶剤を供給すると共に基板を第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で回転させて、凹形パターン内を溶剤により濡らす第２の溶剤供給工程と、
しかる後基板の中心部に塗布液ノズルから塗布液を供給すると共に基板を回転させて遠心力により塗布液を広げる工程と
を含むことを特徴とする。

本発明の塗布膜形成装置は、表面に凹形パターンが形成された基板に、スピンコーティングにより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、
前記基板に溶剤を供給する溶剤ノズルと、
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、
前記基板の中心部に溶剤を供給すると共に基板を第１の回転速度で回転させて遠心力により溶剤を広げて、少なくとも凹形パターン内を除く基板の表面を濡らす第１の溶剤供給ステップと、続いて基板の中心部に溶剤を供給すると共に基板を第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で回転させて、凹形パターン内を溶剤により濡らす第２の溶剤の供給ステップと、しかる後基板の中心部に塗布液を供給すると共に基板を回転させて遠心力により塗布液を広げるステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、基板保持部、溶剤ノズル及び塗布液ノズルを備え、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、凹形パターンの形成された基板に高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、塗布液を塗布する前に、基板を高速回転して溶剤をプリウェットし、次いで基板を低速回転してプリウェットをするようにしている。このような２段階のプリウェットを行うことにより、溶剤が凹形パターン内に満たされた状態となる。このため続いて塗布液をウエハＷの表面に展伸すると、凹形パターン内で、既に満たされている溶剤と混合されることで塗布液の粘度が低下し、凹形パターン内に入り込みやすくなる。そのため塗布膜の塗布後に凹形パターン内に空隙が残ることがなく、良好な塗布膜が得られる

本発明の実施の形態に用いられる基板の表面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るレジスト塗布装置を示す構成図である。 本発明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。 本発明の塗布膜形成方法の溶剤供給工程を示す説明図である。 本発明の塗布膜形成方法の溶剤供給工程を示す説明図である。 本発明の塗布膜形成方法の溶剤供給工程を示す説明図である。 本発明の塗布膜形成方法の溶剤供給工程を示す説明図である。 本発明の塗布膜形成方法のレジスト塗布工程を示す説明図である。 本発明の塗布膜形成方法のレジスト塗布工程を示す説明図である。 溶剤の供給された凹形パターンを示す説明図である。 塗布液が凹形パターンに侵入する様子示す説明図である。 凹形パターンに埋め込まれた塗布膜を示す説明図である。 ウエハに形成されたレジストパターンを示す断面図である。 ウエハに形成されたスルーホールを示す断面図である。

本発明の塗布膜形成方法を用いた実施の形態として、３次元半導体集積回路の製造プロセスの途中段階におけるレジストパターンの形成方法に適用した実施の形態について説明する。図１は３次元半導体集積回路の製造プロセスの途中段階の基板の表面構造を示している。
この基板について簡単に述べておくと、基板はガラス支持層１４の上に接着剤（ラミネート剤）層１３を介して、例えば厚さ１００μｍのシリコン基板１０が積層され１２インチのウエハＷとして構成されている。１６はスルーホールであり、１１は銅またはアルミニウムからなるメタルパッド、１２はＬＳＩ（デバイス）、１５はＳｉＯ_２膜である。スルーホールは、開口径が７０μｍで深さが１００μｍの円柱状に形成され、その配列については、格子状に（格子の交点に位置するように）互いの離間間隔が３００μｍ間隔に設定されている。本発明の実施の形態で用いる基板は、凹形パターンを有する基板を対象としているが、この例ではスルーホール１６、つまりウエハＷから見ればホール（凹部）が凹形パターンに相当する。本明細書では、凹形パターンとはホールや溝などが挙げられる。

本発明の塗布膜形成方法を実施する一例について、ウエハＷに対してレジスト液を塗布するレジスト塗布装置を用いて行われる方法について説明する。まずレジスト塗布装置（本発明の塗布膜形成装置の実施の形態に相当する）の構成について説明すると、レジスト塗布装置は、カップモジュール２とノズルユニット３とを備えている。カップモジュール２は、図２及び図３に示すようにウエハＷの裏面中央部を吸着して水平に保持する基板保持部であるスピンチャック２１を備え、スピンチャック２１は垂直に伸びる回転軸２２を介して回転機構２３と接続されている。回転機構２３は図示しない回転モータ等の回転駆動源を備えており、所定の速度で回転できるように構成されている。スピンチャック２１の周囲には、スピンチャック２１上のウエハＷを囲むようにして、上方側に開口部を備えたカップ体（詳しくはカップ組立体）２４が設けられている。カップ体２４はウエハＷから振り切られた溶剤を受け止め、下部の排液路２５から排出すると共に、下部の排気路２６から排気してミストが処理雰囲気に飛散しないように構成されている。

ノズルユニット３は、図３に示すようにアーム３７、移動体３８、図示しない昇降機構及びガイドレール３９を含む移動機構により、ウエハＷの中央部上方の吐出位置とカップ体２４の外の待機バス４１との間で移動するように構成されている。ノズルユニット３の先端部には、溶剤ノズル３１と、塗布液ノズルであるレジストノズル３２と、が設けられている。溶剤ノズル３１及びレジストノズル３２は、夫々供給管３３、３４を介して溶剤供給機構３５、レジスト供給機構３５に接続されている。溶剤供給機構３５及びレジスト供給機構３６は、例えばポンプ、バルブ、フィルタなどの機器を備えており、溶剤ノズル３１及びレジストノズル３２の先端から夫々溶剤及びレジスト液を所定量吐出するように構成されている。なお図３中ノズルユニット３の上部に伸ばされる供給管３３、３４、溶剤供給機構３５及びレジスト供給機構３５は、記載が煩雑になるのを避けるために省略している。本発明の実施の形態では、塗布膜を形成するレジスト液として、例えば４００ｃＰの高い粘度を有するレジスト液が用いられ、後述するレジスト塗布工程により、膜厚が１００μｍ程度の厚い塗布膜が形成される。溶剤としては、例えばＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノメチルエーテル）や、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）、またはその混合物等が用いられる。

レジスト塗布装置には、例えばコンピュータからなる制御部９が設けられている。制御部９は、プログラム格納部を有しており、プログラム格納部には、外部の搬送アームと、スピンチャック２１と、の間のウエハＷの受け渡しや、スピンチャック２１の回転、レジスト液や溶剤の供給シーケンスが実施されるように命令が組まれた、プログラムが格納される。このプログラムは、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）、メモリーカードなどの記憶媒体により格納されて制御部９にインストールされる。

続いて上述のレジスト塗布装置を用いた本発明の実施の形態の塗布膜形成方法の作用について述べる。図１に示すような凹形パターン１（この例ではホール）が形成されたウエハ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、スピンチャック２１より突没する、図示しない３本の昇降ピンと、の協同作用により、スピンチャック２１に載置される。続いて、ノズルユニット３が移動し、溶剤ノズル３１がウエハＷの中心部の上方に位置する。

その後、図４に示すように、ウエハＷを例えば３０００ｒｐｍの第１の回転速度で回転させながら、溶剤ノズル３１から、ウエハＷの中心部に溶剤５を、例えば１０秒間供給する第１の溶剤供給工程が行われる。供給された溶剤５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。なお、溶剤ノズル３１から溶剤をウエハＷの中心部に供給した後、ウエハＷを回転させるようにしてもよい。

第1の回転速度が遅すぎるとウエハＷの表面の凹凸により、全面に高い均一性を持って広がりにくいことから、第1の回転速度は例えば１５００ｒｐｍ以上であることが好ましい。第1の回転速度の上限値は決められないが、あまり速すぎるとウエハＷの外縁付近で乱流の程度が大きくなるので、均一に溶剤５が濡れなくなる虞があり、この点を考慮して設定することが好ましい。また溶剤を供給しながらウエハＷを第1の回転速度で回転させる時間は、溶剤がウエハＷの表面全体に広がるのに十分な時間であればよく、例えば１０秒以上であればよい。

第1の溶剤供給工程が終了した段階では、少なくとも凹形パターン１の内部を除いたウエハＷの表面が濡れた状態、即ち溶剤５の液膜が形成された状態となる。溶剤５をウエハＷの全面に広げてウエハＷ上に溶剤５の液膜が形成されるように第１の溶剤供給工程を行うと、凹形パターン１内に溶剤５を満たすことはできず、このため次工程である第２の溶剤供給工程が必要となる。従って第１の溶剤供給工程は、少なくとも凹形パターン１の内部を除いたウエハＷの表面全体を濡らすための工程であるといえる。
この例では、凹形パターン１は既述のようにホールであり、ホールの開口径は、例えば７０μｍと小さいため、溶剤５がウエハＷの表面を高速で広がると凹形パターン１内に落ちる前に当該凹形パターン（ホール）１の上を通り過ぎてしまう。従って微視的に見れば、凹形パターン１内に溶剤５が入り込んでいない部位、あるいは入り込んでいても凹形パターン１内における溶剤５の占める割合が小さい部位が存在する。

そこで次に図５に示すようにウエハＷの中心部に溶剤ノズル３１から溶剤５の供給を続けたまま、ウエハＷの回転速度を例えば１０ｒｐｍの第２の回転速度まで下げる第２の溶剤供給工程を行う。ウエハＷの回転速度を低下させることにより、溶剤５にかかる遠心力が低下し、ウエハＷ上に溶剤５が、液盛りされた状態となり、この液盛り部分が緩やかに広がって行く。そのためウエハＷの表面における単位面積当たりの溶剤５の滞留時間が長くなり、溶剤５が凹形パターン１の内部に入り込みやすくなり、凹形パターン１内に溶剤５が満たされることになる。第1の溶剤供給工程において、ウエハＷに吐出された溶剤５に加わる遠心力が小さすぎると溶剤５の液盛り部分がウエハＷの外縁に向かって均等に広がらなくなる。また逆に溶剤５に加わる遠心力が大きすぎると、ウエハＷの外縁に向かう溶剤５の流れが速すぎて、凹形パターン１内に溶剤５が入り込みにくくなる。このため第２の回転速度は、例えば１０〜１００ｒｐｍであることが好ましい。さらに第２の溶剤供給工程の実施時間は、溶剤の液盛り部分がウエハＷの外縁に達する時間よりも長ければよく、したがって例えば１０秒以上であればよい。

第２の溶剤供給工程においては、溶剤５は、ウエハＷの上方に設けられた溶剤ノズル３１から、ウエハＷの中心部に向かって吐出されている。そのためウエハＷの中心部付近では、溶剤５の供給量が多くなり、溶剤５は凹形パターン１の内部に入り込みやすい。一方ウエハＷの中心から遠い部位ほど溶剤の供給量が少なくなることから、ウエハＷの周縁付近に形成される凹形パターン１の大きさや深さ、さらには配列密度等によっては、凹形パターン１の内部まで溶剤５が十分に入り込まない虞がある。

そのため以下に述べる第３の溶剤供給工程及び第４の溶剤供給構成を行うことが好ましく、この実施の形態においてもこれらの工程を実施することとして説明を進める。第３の溶剤供給工程は、第２の溶剤供給工程に続いて、図６に示すように溶剤５を吐出した状態で溶剤ノズル３１をウエハＷの中心部から周縁側に移動させる。
溶剤ノズル３１をウエハＷの周縁側に移動させた後、ウエハＷの回転速度を、例えば１００ｒｐｍまで上昇させ、例えば１０秒間この状態で維持する。第３の溶剤供給工程は、既述のような第２の溶剤供給工程におけるウエハＷの周縁部付近の溶剤５の供給量不足を補償するために行っており、そのため溶剤５の吐出位置をウエハＷの周縁側に置いている。従って溶剤５の吐出位置は、溶剤５の供給量不足が目立つ領域をカバーすることが好ましく、この観点からすれば、１２インチウエハＷの場合、ウエハＷの周縁から例えば０．５ｃｍ程度寄った部位である。
このようにウエハＷの周縁側の部位に上方の溶剤ノズル３１から溶剤５を供給することで、ウエハＷの周縁側の部位の溶剤５の供給量が増えるため、ウエハＷの周縁付近の凹形パターン１の内部にも溶剤が入り込みやすくなる。

その後図7に示すように溶剤ノズル３１を溶剤５を吐出したままで、ウエハＷの周縁部側から中心部の上方に移動させ、続いてウエハＷの回転速度を前記第２の回転速度である１０ｒｐｍに下げて、ウエハＷの中心部に溶剤５を供給する第４の溶剤供給工程を行う。この第４の溶剤供給工程は別の言い方をすれば、第２の溶剤供給工程を再度行うということである。さらに続いてこの例では、第３の溶剤供給工程、第４の溶剤供給工程を例えば２回繰り返す。

第４の溶剤供給工程を行うことで特にウエハＷの中央領域における凹形パターン１内への溶剤５の侵入をより確実に行うことができ、またウエハＷの周縁付近においても凹形パターン１内へ溶剤を満たすという作用の後押しにもなっている。このように第３の溶剤供給工程、あるいは第３の溶剤供給工程に続いて第４の溶剤供給工程、さらには第３の溶剤供給工程、第４の溶剤供給工程の繰り返し、のいずれを行うのかの判断は、ウエハＷの表面の凹形パターン１の大きさ、深さ、配列密度などの他、溶剤５のプリウェットに続いて行われる塗布工程時の塗布液の粘度、塗布膜の目標膜厚（段差のない部分であるウエハＷの表面からの膜厚）などに応じて行われる。なお本発明者は、事前の評価実験により第３の溶剤供給工程、第４の溶剤供給工程が有効であることを把握している。

溶剤５の供給処理の終了後は、ウエハＷの回転速度を例えば５００ｒｐｍに上げて、過剰な溶剤５を振り切り、プリウェットが終了となる。前述した工程により溶剤５がウエハＷに供給されると、凹形パターン１の内部が溶剤５で満たされ、さらにウエハＷの凹形パターン１の内部を含めた表面全体が溶剤５に覆われた状態となっている。その状態のウエハＷの回転速度を上昇させて余分な溶剤５の振り切ると、凹形パターン１の中に溶剤５が残った状態で、ウエハＷの表面が溶剤５で濡れた状態となる。プリウェット後に続いて行われる塗布工程に用いられるレジスト液が溶剤５と混ざり合うと、粘度が下がりレジスト液のスピンコーティングを行った際のレジスト液の振り切られる量やレジスト膜を加熱した場合の膜減りが増加する虞がある。そのため凹形パターン１に十分に溶剤５を侵入させた後、余分な溶剤５を振り切ることで、レジスト膜の粘度が低くなることを抑えるようにしている。

プリウェットの終了後は、レジスト膜のスピンコーティングが行われる。図８に示すように、レジスト液ノズル５がウエハＷの中央部上方に位置するように移動され、ウエハＷの中心部にレジスト液６の吐出を行う。レジスト液６の供給を開始した後、ウエハＷの回転速度を上昇させて、例えば１５００ｒｐｍまで上昇させて１０秒間この状態で維持する。このプロセスによりレジスト液６は遠心力により展伸されてウエハＷの表面を覆っていく。レジスト液６を広げた後、図９に示すようにレジスト液６の供給を停止して、ウエハＷの回転速度を１００ｒｐｍに低下させ、１０秒間回転させる。

ここでプリウェットを行ったウエハＷにレジスト液６を供給した際の、レジスト液６が凹形パターン１に埋め込まれる推定メカニズムについて説明する。なお図１０〜図１２に示すウエハＷは凹形パターン１の形状のみを示しており、詳細な構成の記載は省略している。
プリウェットの行われたウエハＷは、図１０に示すように凹形パターン１の中に溶剤５が残り、ウエハＷの表面は溶剤５で濡れた状態となっている。ウエハＷに高粘度のレジスト液６を供給して、回転させると、図１１に示すようにレジスト液６は、ブランケット部を濡らしている溶剤５となじむことにより流動性が増し、ウエハＷ上を流れやすくなるため、ウエハＷの表面を均一に広がって行く。ウエハＷの表面を広がるレジスト液６は、ウエハＷに形成された凹形パターン１内にも流れ込むが、凹形パターン１内には、溶剤５が存在するので、当該溶剤と混ざり合うことにより、さらに流動性が増し、凹形パターン１内の隅々まで広がりやすくなる。そして前述のプリウェットにおいて、予め凹形パターン１を空隙ができないように溶剤５で満たしているため、図１２に示すようにレジスト液６は凹形パターン１の内部を空隙を作らずに、埋めていくことになる。

またレジスト液６を塗布してウエハＷの表面に広げた後、レジスト液６の供給を止めて、例えば１００ｒｐｍの低速回転で１０秒間回転させる。回転速度が速く遠心力が大きい場合には、レジスト液６が凹形パターン１内に入り込まずに、ウエハＷの表面を流れてしまう虞があるが、回転速度を下げて、遠心力を小さくすることで、レジスト液６はより凹形パターン１に入り込みやすくなる。またウエハＷをゆっくり回転させることにより、レジスト液６の液膜が平坦化される。その後ウエハＷの回転速度を、例えば５００ｒｐｍまで上昇させてレジスト膜を、いわゆる振り切り乾燥させる。

レジスト膜が形成されたウエハＷは、その後加熱されてレジスト膜中の余分な溶剤５が揮発された後、露光、現像処理が行われ、例えば図１３に示すような凹形パターン１の底部のＳｉＯ_２膜１５を貫通する直径２０μｍスルーホールの形状のレジストパターンが形成される。その後エッチング処理が行われることにより図１４に示すようなスルーホールが形成され、ウエハＷの下層に設けられたメタルパッド１１が露出する。

上述の実施の形態によれば、凹形パターン１の形成されたウエハＷに高粘度のレジスト液６をスピンコーティングにより塗布するにあたり、レジスト液６を塗布する前に、ウエハＷを高速回転して溶剤５をプリウェットし、次いでウエハＷを低速回転してプリウェットをするようにしている。ウエハＷの表面は、溶剤５の高速回転による引き伸ばしにより、溶剤５で濡れた状態となっているため、続いて供給する溶剤５が広がりやすくなる。その後ウエハＷを低速回転で回転させながら溶剤５をウエハＷの表面に展伸することで、溶剤５がウエハＷ上に液盛りされた状態となって、かつウエハＷ上の滞留時間が長くなるため、溶剤５が凹形パターン１内に満たされやすくなる。このため続いてウエハＷの表面に展伸されたレジスト液６は、既に満たされている溶剤５と混合されて粘度が低下し、凹形パターン１内に入り込みやすくなる。

前記第３の溶剤供給工程は、上述の実施形態では第１及び第２の溶剤供給工程に用いられた溶剤ノズル３１を用いて行っているが、当該溶剤ノズル３１とは別のノズル（以下「外側ノズル」という）を用いてもよい。この場合前記外側ノズルをウエハＷの周縁部に近い部位の上方に待機させておき、第２の溶剤供給工程が終了する直前に前記外側ノズルから溶剤をウエハＷの周縁に近い部位に吐出する。このように外側ノズルを用いる場合には、前記溶剤ノズル３１からウエハＷの中心部に溶剤５を吐出している時間帯と外側ノズルから溶剤５を吐出するタイミングとを重ねて、ウエハＷ上に溶剤５が供給されない状態が現れることを避けることが好ましい。

前記外側ノズルとしては、ノズルの先端部に多孔質体を設けて、この多孔質体から溶剤５がウエハＷに対してシャワー状に供給されるようにしてもよい。第３の溶剤供給工程を実施するウエハＷ上の溶剤供給位置としては、ウエハＷの中心と外縁とを結ぶ半径に沿った直線の２等分点よりも外縁に寄った位置が好ましいが、ウエハＷの表面状態によっては、前記２等分点よりもウエハＷの中心に寄った位置であってもよい。

また外側ノズルを使用して第３の溶剤供給工程を実施した後に、ウエハＷの中心部に溶剤５を供給する第４の溶剤供給工程を行う場合には、外側ノズルから溶剤５を吐出する時間帯と前記溶剤ノズルからウエハＷの中心部に供給するタイミングとを重ね合わせることが好ましい。なお、第４の溶剤供給工程を行う溶剤ノズルは、第１、２の溶剤供給工程を行う溶剤ノズル３１とは別体であってもよい。
さらに本発明の実施の形態では、ポジ型レジスト液の塗布方法に用いたが、ネガ型レジスト液の塗布であってもよい。またウエハＷに塗布する高粘度の塗布液としては、ポリイミドであってもよく、さらにはウエハＷを接着するための接着剤であってもよい。

本発明を評価するために本発明の実施の形態に示したレジスト塗布装置を用いて、次のような評価試験を行った。ウエハＷ（直径１２インチ）凹形パターン１として、ウエハＷ表面における開口径が７０μｍで深さが１００μｍのホールを
格子の交点に位置するように、互いの離間間隔が３００μｍ間隔に設定されている。いずれの実施例においても、レジスト液６はポジ型高粘度レジスト（１０００ｃＰ）を用い、プリウェットに用いる溶剤５は、ＰＧＭＥＡを用いた。

[実施例１]
プリウェットとして、以下の第１〜第４の溶剤供給工程をこの順番で行った後、更に第３の溶剤供給工程、第４の溶剤供給工程を一回ずつ行った。その後レジスト液６の塗布を行った。
（第１の溶剤供給工程）
ウエハＷを３０００ｒｐｍで回転させながら、ウエハＷの中心部に溶剤５を
１０ｃｃ／秒の流量で１０秒間供給した。
（第２の溶剤供給工程）
ウエハＷを１０ｒｐｍで回転させながら、ウエハＷの中心部に溶剤５を１０秒間供給した。
（第３の溶剤供給工程）
溶剤ノズル３１から溶剤５を吐出したまま、溶剤ノズル３１をウエハＷの中心から、ウエハＷの周縁から０．５ｃｍ中心側に寄った位置へ移動させた後、ウエハＷを１００ｒｐｍで回転させながら、溶剤５を１０秒間供給した。
（第４の溶剤供給工程）
溶剤ノズル３１から溶剤５を吐出したまま、溶剤ノズル３１をウエハＷの中心部上方に移動させた後、ウエハＷを１０ｒｐｍで回転させながら、溶剤５を１０秒間供給した。なお第２の溶剤供給工程、第３の溶剤供給工程及び第４の溶剤供給工程における溶剤５の吐出流量は第1の溶剤供給工程と同じである。
[実施例２]
実施例１のプリウェットのうち、第２の溶剤供給工程を行った後、レジスト液６の塗布を行った。
[比較例１]
第１の溶剤供給工程を行わなかった他は、実施例１と同様の工程でプリウェットを行った後、レジスト液６の塗布を行った。
[比較例２]
プリウェットを行わずにレジスト液６を塗布した。

[検証試験]
比較例２の処理を行ったウエハＷでは、ほぼすべての凹形パターン１で空隙ができてしまっており、レジスト膜内に気泡の発生が見られていた。実施例２の処理を行ったウエハＷでは、ウエハＷの周縁部を除いた部分の凹形パターン１では、レジスト液の埋め込み性が改善されており、空隙や気泡の発生は見られなかった。しかし、ウエハＷの周縁から５ｃｍの領域では、空隙が形成されている凹形パターン１が見られた。ウエハの中心部に溶剤５を供給しながら、ゆっくりと回転させることでレジスト膜の埋め込み性は改善されるといえる。

比較例１の処理を行ったウエハＷでは、ほとんどすべての凹形パターン１で埋め込み性の改善が見られたが、溶剤５を供給したまま溶剤ノズル３１をウエハＷの周縁方向に移動させて、溶剤５の供給を行うことにより、より確実にレジスト膜の埋め込み性を全面に亘って改善できる。
実施例１の処理を行ったウエハＷでは、ほとんどすべての凹形パターン１で埋め込み性の改善が見られており、比較例１と比較してもさらに埋め込み性は良くなっていた。ウエハＷの凹形パターン１に溶剤を埋め込む前に、ウエハＷの表面全体を溶剤５で濡らしておくことで、さらにレジスト膜の埋め込み性は良くなるといえる。本発明の実施の形態に掛かる塗布膜形成方法を用いて、高粘度の塗布液を塗布して塗布膜の形成を行った場合には、塗布膜の埋め込み性を大きく改善できるといえる。

１ 凹形パターン
２ カップモジュール
３ ノズルユニット
５ 溶剤
６ レジスト液
９ 制御部
２１ スピンチャック
２３ 回転機構
３１ 溶剤ノズル
３２ レジストノズル
Ｗ ウエハ

Claims (21)

1. 表面に凹形パターンが形成された基板に、スピンコーティングにより塗布膜を形成する塗布膜形成方法において、
   基板を基板保持部に水平に保持する工程と、
   続いて基板の中心部に溶剤ノズルから溶剤を供給すると共に基板を第１の回転速度で回転させて遠心力により溶剤を広げて、少なくとも凹形パターン内を除く基板の表面を濡らす第１の溶剤供給工程と、
   その後基板の中心部に溶剤ノズルから溶剤を供給すると共に基板を第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で回転させて、凹形パターン内を溶剤により濡らす第２の溶剤供給工程と、
   しかる後基板の中心部に塗布液ノズルから塗布液を供給すると共に基板を回転させて遠心力により塗布液を広げる工程と
   を含むことを特徴とする塗布膜形成方法。
2. 前記塗布液の粘度は４００ｃＰ以上であることを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成方法。
3. 前記塗布膜の目標膜厚は、１μｍ以上である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. 前記第１の回転速度は、１０００〜４０００ｒｐｍである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. 前記第２の回転速度は、１０〜１００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の塗布膜形成方法。
6. 前記第２の溶剤供給工程に続いて、基板を回転させながら基板の中心部から周縁に寄った位置に溶剤を吐出させる第３の溶剤供給工程を含む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. 前記第３の溶剤供給工程は、前記第２の溶剤供給工程に続いて、前記溶剤ノズルから溶剤を吐出したまま溶剤の供給部位を基板の中心部から周縁側に移動させ、当該溶剤ノズルにより行うことを特徴とする請求項６に記載の塗布膜形成方法。
8. 前記第３の溶剤供給工程に続いて、基板を回転させながら基板の中心部に溶剤を吐出させる第４の溶剤供給工程を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の塗布膜形成方法。
9. 前記第３の溶剤供給工程に続いて前記溶剤ノズルから溶剤を吐出したまま溶剤の供給部位を基板の周縁側から中心部に移動させる第４の溶剤供給工程を行うことを特徴とする請求項７に記載の塗布膜形成方法。
10. 前記第４の溶剤供給工程の後、前記第３の溶剤供給工程を更に行うことを特徴とする請求項８または９に記載の塗布膜形成方法。
11. 表面に凹形パターンが形成された基板に、スピンコーティングにより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、
    前記基板に溶剤を供給する溶剤ノズルと、
    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、
    前記基板の中心部に溶剤を供給すると共に基板を第１の回転速度で回転させて遠心力により溶剤を広げて、少なくとも凹形パターン内を除く基板の表面を濡らす第１の溶剤供給ステップと、続いて基板の中心部に溶剤を供給すると共に基板を第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で回転させて、凹形パターン内を溶剤により濡らす第２の溶剤供給ステップと、しかる後基板の中心部に塗布液を供給すると共に基板を回転させて遠心力により塗布液を広げるステップと、を実行するための制御部と、を備えたことを特徴とする塗布膜形成装置。
12. 前記塗布液の粘度は４００ｃＰ以上であることを特徴とする請求項１１記載の塗布膜形成装置。
13. 前記塗布膜の目標膜厚は、１μｍ以上であることを特徴とする請求項１１または１２記載の塗布膜形成装置。
14. 前記第１の回転速度は、１０００〜４０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の塗布膜形成装置。
15. 前記第２の回転速度は、１０〜１００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか一項に記載の塗布膜形成装置。
16. 前記制御部は、前記第２の溶剤供給ステップに続いて、基板を回転させながら基板の中心部から周縁に寄った位置に溶剤を吐出させる第３の溶剤供給ステップを実行することを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか一項に記載の塗布膜形成装置。
17. 前記第３の溶剤供給ステップは、前記第２の溶剤供給ステップに続いて、前記溶剤ノズルから溶剤を吐出したまま溶剤の供給部位を基板の中心部から周縁側に移動させ、当該溶剤ノズルにより行うステップであることを特徴とする請求項１６に記載の塗布膜形成装置。
18. 前記制御部は、第３の溶剤供給ステップに続いて、基板を回転させながら基板の中心部に溶剤を吐出させる第４の溶剤供給ステップを実行することを特徴とする請求項１６または１７に記載の塗布膜形成装置。
19. 前記制御部は、前記第３の溶剤供給ステップに続いて前記溶剤ノズルから溶剤を吐出したまま溶剤の供給部位を基板の周縁側から中心部に移動させる第４の溶剤供給ステップを実行することを特徴とする請求項１７に記載の塗布膜形成装置。
20. 前記制御部は、前記第４の溶剤供給ステップの後、前記第３の溶剤供給ステップを更に行うことを特徴とする請求項１８または１９に記載の塗布膜形成装置。
21. 基板保持部、溶剤ノズル及び塗布液ノズルを備え、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１０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。

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