JP6032189B2 - 塗布膜形成装置、塗布膜形成方法、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板に塗布膜を形成する塗布膜形成装置、塗布膜形成方法及び前記装置に用いられるコンピュータプログラムを含む記憶媒体に関する。

基板への塗布膜、例えばレジスト膜の形成処理を行うにあたり、速やかに成膜を行えることからスピンコーティングと呼ばれる手法が広く用いられている。このスピンコーティングでは、基板の裏面をスピンチャックに保持し、基板の表面の中心部にレジストを供給する。そして、基板を回転させて、遠心力によりレジストを基板の周縁部へと広げると共に、当該レジストを乾燥させて、膜を形成する。

前記レジストの乾燥を速やかに行うためには基板の回転数を高くして、レジスト中の溶剤の揮発を促進することが考えられる。しかし基板の回転数を高くするほど前記当該基板上の気流のレイノルズ数が高くなり、当該レイノルズ数がしきい値を超えると基板上の気流が乱流となる。すると、レジスト膜表面に乱流化した気流が転写される。つまり、レジスト膜に気流に沿った塗布斑、即ち凹凸が形成され、膜厚の面内均一性が低下する。

基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）については大型化が進行しており、例えばその直径が４５０ｍｍであるものを用いることが検討されている。このようにウエハが大きくなると、ウエハの周縁部において前記塗布斑の形成を抑制できる回転数の上限が低くなる。当該回転数を高くしても前記塗布斑の形成を防ぐことができるように、ウエハ上にリング状の整流板を設け、当該整流板の下面側において気流が乱流となることを抑えることが検討されている。

その一方で、ウエハに供給するレジストの量が抑えられるようにレジスト膜の形成を行うことが検討されている。そのようなレジスト膜の形成処理を行うにあたり前記整流板を設けると、後述の評価試験で説明するように、ウエハの面内において周端部の膜厚が他の部分の膜厚に比べて小さくなり、それによって膜厚の面内均一性が低下してしまう場合があることが確認された。特許文献１には、角型の基板の隅部と対向するように当該基板の上方にリング状のプレートを設けて、上記のようにレジストが塗布された基板上の気流を整流する技術について記載されているが、このような問題及び当該問題を解決する手法について記載されていない。

特開２００５−２３５９５０号公報

本発明はこのような事情においてなされたものであり、その目的は、基板に塗布膜を形成するにあたり、基板に速やかに塗布膜を形成すると共に、当該基板の面内における前記塗布膜の膜厚の均一性を高くすることである。

本発明の塗布膜形成装置は、基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板を回転させる回転機構と、
前記基板に塗布膜を形成するために前記基板の中央部に塗布液を供給する塗布液供給機構と、
基板の周縁部上方を覆うために基板の周方向に沿うように環状に設けられた環状部材と、
前記基板保持部に対して前記環状部材を相対的に昇降させる昇降機構と、
前記基板の周縁部上方の気流を整流する処理位置に前記環状部材が位置する状態で、基板の中央部に供給された塗布液が遠心力により周縁部に向けて広がるように当該基板を第１の回転数で回転させるステップと、次いで前記環状部材を前記基板に対して上昇させて、前記基板の回転数の低下による当該基板の表面近傍の気流の乱れを抑えるための退避位置に退避させるステップと、然る後、前記塗布膜の膜厚分布を調整するために前記基板の回転数を前記第１の回転数よりも低い第２の回転数に低下させるステップと、が行われるように制御信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記環状部材を前記退避位置に退避させるステップと並行して、前記基板が前記第１の回転数よりも低く、前記第２の回転数よりも高い第３の回転数で回転させるステップが行われるように制御信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、基板の周縁部上方の気流を整流する処理位置に環状部材を位置させた状態で基板を回転させて塗布液を基板の周縁部に向けて広げ、基板の回転数の変化による当該基板の表面近傍の気流の乱れが抑えられる退避位置に前記環状部材を上昇させた後に、基板の回転数を低下させて膜厚分布を調整する。このような構成により、前記塗布液を基板の周縁部に向けて広げるときに、回転数を高くしても基板の周縁部上において乱流の発生を抑えることができる。そして、膜厚分布の調整時には基板の周縁部において、当該分布が十分に調整される前に前記環状部材の整流作用により塗布液の乾燥が進行してしまうことを防ぐことができる。結果として、塗布膜の形成処理に要する時間が長くなることを抑え、且つ基板の面内において前記塗布膜の膜厚の均一性の低下を抑えることができる。

レジスト塗布装置の縦断側面図である。 前記レジスト塗布装置の平面図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記レジスト塗布装置によるウエハ処理の工程図である。 前記ウエハ処理におけるウエハの回転数の変化とリングプレートの高さの変化とを示すタイムチャートである。 前記リングプレートの変形例を示す縦断側面図である。 前記リングプレートの変形例を示す縦断側面図である。 比較例のウエハ処理におけるウエハの回転数の変化とリングプレートの高さの変化とを示すタイムチャートである。 評価試験における膜厚分布を示すグラフ図である。 評価試験における膜厚分布を示すグラフ図である。

本発明の塗布膜形成装置の一実施形態であり、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）Ｗにレジストを供給してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置１について、図１の縦断側面図と、図２の平面図とを参照して説明する。レジスト塗布装置１は、ウエハＷの裏面中央部を真空吸着することにより、当該ウエハＷを水平に保持する基板保持部であるスピンチャック１１を備えている。このスピンチャック１１は、下方より軸部１２を介して回転機構である回転駆動部１３に接続されており、当該回転駆動部１３により鉛直軸回りに回転することができる。

スピンチャック１１の下方側には、軸部１２を取り囲んで円形板１４が設けられる。円形板１４に設けられる孔を介して３本の昇降ピン１５が昇降する（図１では昇降ピン１５は、２つのみ表示している）。レジスト塗布装置１の外部の搬送機構とスピンチャック１１との間で、ウエハＷを受け渡すことができる。図中１６は、昇降ピン１５を昇降させるピン昇降機構である。

前記スピンチャック１１を取り囲むようにしてカップ２が設けられている。カップ２は、回転するウエハＷより飛散したり、こぼれ落ちた廃液を受け止めると共に、当該廃液をレジスト塗布装置１外に排出するためにガイドする。カップ２は、前記円形板１４の周囲にリング状に設けられた山型ガイド部２１を備えている。山型ガイド部２１は、ウエハＷよりこぼれ落ちた液を、ウエハＷの外側下方へとガイドする役割を有し、その断面形状が山型に形成されている。山型ガイド部２１の外周端から下方に伸びるように環状の垂直壁２２が設けられている。

また、山型ガイド部２１の外側を取り囲むように垂直な筒状部２３と、この筒状部２３の上縁から内側上方へ向けて斜めに伸びる上側ガイド部２４とが設けられている。上側ガイド部２４には、周方向に複数の開口部２５が設けられている。また、筒状部２３の下方側は凹部状に形成され、山型ガイド部２１の下方に環状の液受け部２６を形成する。この液受け部２６においては、排液路２７が接続されると共に、排気管２８が下方から突入する形で設けられている。排気管２８には排気流量を調整するための排気ダンパ２９が介設されている。排気管２８には、排気圧を測定する図示しないセンサが設けられている。このセンサからの信号に基づいて、後述の制御部１０は当該排気ダンパ２９の開度を調整し、前記排気流量が調整される。

上側ガイド部２４の基端から垂直な筒状部３１が上方へ伸びるように設けられ、この筒状部３１の上縁から内側上方へ伸び出すように傾斜壁３２が設けられる。傾斜壁３２、上側ガイド部２４及び筒状部２３、３１により、ウエハＷから当該ウエハＷの回転により飛散した液が受け止められ、受け止められた液がウエハＷの外側下方へガイドされて排液路２７に導入される。カップ２の上方にはファンフィルタユニット１６が設けられている。ウエハＷの処理中は、このファンフィルタユニット１６から、下方のカップ２に向けて清浄な気体が供給されると共に、前記排気管２８によりカップ２内の排気が行われている。

このレジスト塗布装置１には、レジストノズル３３が設けられている。レジストノズル３３はレジスト供給源３４に接続される。図２に示すように、レジストノズル３３はアーム３５の先端に設けられている。アーム３５の基端は、当該アーム３５を昇降させ、且つガイド３６に沿って水平方向に移動自在な移動機構３７に接続されている。移動機構３７によりレジストノズル３３は、ウエハＷの上方の所定位置とカップ２の外側における待機領域３８との間で移動することができる。

レジスト塗布装置１は、整流部材であるリングプレート４１を備えている。このリングプレート４１は円形で平板である環状部材として形成され、スピンチャック１１に保持されたウエハＷの周縁部を覆うように当該周縁部に沿って形成されている。リングプレート４１は、支持部材４２によって水平に支持される。支持部材４２は昇降機構４３に接続されており、この昇降機構４３はリングプレート４１を、図１に鎖線で示す退避位置と実線で示す処理位置との間で昇降させる。

前記処理位置は、後述するようにウエハＷを比較的高い回転数で回転させて、レジストをウエハＷの周縁部へ広げると共に、当該レジストを乾燥させるときにおけるリングプレート４１の位置である。さらに詳しくは、ウエハＷとリングプレート４１との間を流れる気流が乱流となることを防ぐための位置である。この処理位置におけるリングプレート４１の下面とウエハＷ表面との離間距離ｄ１（図１参照）は、例えば５ｍｍ以下であり、この例では２ｍｍとしている。

前記退避位置は、ウエハＷ表面全体にレジストが塗布された後、レジストの膜厚分布を調整するためにウエハＷの回転数を低下させるにあたり、この回転数の低下によってウエハＷの表面近傍における気流の乱れが抑えられる位置である。この退避位置におけるリングプレート４１の下面とウエハＷ表面との離間距離ｄ２は、例えば１５０ｍｍ以上である。また、この退避位置におけるリングプレート４１の下面とカップ２の上端との離間距離ｄ３は、例えば１１０ｍｍ以上である。

リングプレート４１の内側に設けられる開口部を４４とする。この開口部４４は円形に形成されている。ウエハＷが回転し、その周囲が負圧雰囲気になるときに、開口部４４を介して当該開口部４４の上方からウエハＷの周囲へ気体が流れ込む。この気体の流入によって、前記負圧雰囲気が形成されることによるウエハＷの周囲の気流の乱れが防がれる。

この開口部４４の中心とリングプレート４１の中心とは、スピンチャック１１の回転軸上に位置している。ウエハＷの直径は、例えば４５０ｍｍであり、この場合、開口部４４の直径は例えば１５０ｍｍ〜３００ｍｍであり、この例では２００ｍｍとされている。

レジスト塗布装置１には、コンピュータである制御部１０が設けられている。制御部１０には、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）及びメモリーカードなどの記憶媒体に格納されたプログラムがインストールされる。インストールされたプログラムは、レジスト塗布装置１の各部に制御信号を送信してその動作を制御するように命令（各ステップ）が組み込まれている。具体的には、回転駆動部１３によるウエハＷの回転数の変更、レジストノズル３３の移動、及びレジスト供給源３４からレジストノズル３３へのレジストの給断、リングプレート４１の昇降、排気ダンパ２９による排気流量の調整などの動作が、前記プログラムにより制御される。

次に上述のレジスト塗布装置１を用いた処理について、図３〜図８の当該装置１の動作を示す作用図を用いて説明する。また、図９に示すタイミングチャートも適宜参照する。このタイミングチャートにおいては、ウエハＷの回転数の変化を実線で示し、ウエハＷの表面とリングプレート４１の下面との離間距離（以下、単に離間距離と記載する場合がある）を点線で示している。また、チャート中の横軸の数値は、所定の時刻からの経過時間（単位：秒）を示している。このレジスト塗布装置１では、ウエハＷに供給されるレジストの量が比較的少なくてもウエハＷの周端部における膜厚の低下が抑えられ、ウエハＷの面内で均一性高い膜厚を有するレジスト膜を形成することができるように処理が行われる。

ファンフィルタユニット１６からカップ２に気体が供給されると共に、前記排気管２８によりカップ２内の排気が行われた状態とされ、さらにリングプレート４１が待機位置に位置する状態で、図示しない搬送機構によりウエハＷがレジスト塗布装置１に搬送される。昇降ピン１５により、ウエハＷはスピンチャック１１に受け渡され、その裏面の中央部が当該スピンチャック１１に吸着されて保持されると、リングプレート４１が下降し、上記の処理位置の若干上方で停止する。このときウエハＷ表面とリングプレート４１の下面との離間距離が、ウエハＷから跳ねたレジストが当該下面に付着することを防ぎ、且つ速やかにリングプレートが処理位置へ移動できるように５ｍｍ以上、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍとされる。ウエハＷが塗布液供給用の回転数である８００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍ、例えば１５００ｒｐｍで回転すると共に排気管２８の排気圧が１３０Ｐａとなるように排気流量が制御され、待機領域３８からウエハＷの中心部上にレジストノズル３３が移動する。

そして、前記レジストノズル３３からウエハＷの中心部にレジストＲが吐出され（図９中、時刻ｔ１）、吐出されたレジストＲは、遠心力によりウエハＷの周縁部側へと広がる（図３）。所定の量のレジストＲが吐出されると当該吐出が停止し、ウエハＷの回転数が低下して液溜まり形成用の回転数である１００ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、例えば２００ｒｐｍになると共に、リングプレート４１が処理位置へと下降する（図４、時刻ｔ２）。回転数が低下することで、レジストＲがウエハＷ上を広がる速度が抑えられ、ウエハＷの中央部にレジストＲの液溜まりが形成される。レジストノズル３３から落下するレジストＲの液滴は、前記液溜まりと馴染み、混ざり合う。これによって、当該液滴による塗布斑の発生が抑えられる。

レジストノズル３３が待機領域３８へ戻り、ウエハＷの回転数が第１の回転数である８００ｒｐｍ〜１３００ｒｐｍ、例えば１２００ｒｐｍになるように上昇すると共に、前記排気圧が例えば２０Ｐａとなるように排気流量が低下する（時刻ｔ３）。この例では前記排気圧はウエハＷの処理終了まで２０Ｐａに維持されるように、排気流量が制御される。上記のようにファンフィルタユニット１６により下降気流が形成されている状態でウエハＷが１２００ｒｐｍと、比較的高速で回転しているため、ウエハＷの周囲は負圧雰囲気になり、前記下降気流がリングプレート４１の開口部４４を介してウエハＷ表面の中央部に供給され、リングプレート４１とウエハＷとの間の隙間に引き込まれて、ウエハＷの周縁部へと流れる。ウエハＷの下方の排気管２８により排気が行われていることから、ウエハＷの周縁部へ流れた前記気流は、ウエハＷの下方へと向かい、当該排気管２８により排気される。

ウエハＷの中央部から周縁部へ向かう気流の流路の高さは、リングプレート４１の下面により制限されているため、リングプレート４１の下面を通過する気流のレイノルズ数は小さく抑えられるので、前記ウエハＷの表面の中央部から周縁部へ向かう気流は、層流または層流とみなせる気流である。即ち、ウエハＷの周縁部上で乱流が発生することが抑えられる。図５では点線の矢印で、このようにウエハＷの周囲に形成される気流を示している。

ウエハＷの回転による遠心力で、液溜まりとなっていたレジストＲがウエハＷの周縁部へ向けて展伸される。この展伸中に上記の気流に曝され、レジストＲに含まれる溶剤が揮発し、当該レジストＲの乾燥が進行する。このようにウエハＷを比較的高い回転数で回転させると共に、ウエハＷの周縁部上で乱流の発生を抑制することで、レジストＲの乾燥速度を高くすることができると共に、レジスト膜に前記乱流による塗布斑の形成が抑えられる。

ウエハＷの回転数を上昇させてから所定の時間経過後、ウエハＷの回転数が所定の回転数になるように低下すると同時に、リングプレート４１が処理位置から退避位置に向かって上昇を開始する（時刻ｔ４、図６）。リングプレート４１を上昇させる理由については後述する。前記所定の回転数（第３の回転数）は、処理位置からリングプレート４１が離れてもウエハＷ周縁部上の気流が乱流となることが抑えられる範囲の中で、レジストＲの乾燥速度の低下を抑えることができるように高い回転数とすることが有効である。具体的には、例えば８００ｒｐｍ以下であり、ここでは８００ｒｐｍとしている。

レジストＲがウエハＷの周縁部まで広がり、ウエハＷ全体がレジストＲにより覆われると共に、レジストＲの乾燥が進行する。その一方で、リングプレート４１が前記退避位置に到達して静止し（時刻ｔ５、図７）、静止した時点から例えば１秒以上経過すると、ウエハＷの回転数が第２の回転数である５０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍ例えば１００ｒｐｍになるように低下する（時刻ｔ６）。このようにリングプレート４１の上昇停止から間隔を空けてウエハＷの回転数を低下させるのは、リングプレート４１の上昇によるウエハＷ表面近傍における気流の乱れが収まった後に前記回転数を低下させるためである。即ち、前記気流の乱れが収まる前に回転数を低下させてさらなる気流の乱れが発生することにより、レジストＲに塗布斑が形成されてしまうことを抑えることを目的とする。

ウエハＷが１００ｒｐｍと比較的低い回転数で回転を続けることで、ウエハＷ表面のレジストＲにおいて含まれる固形成分が、遠心力によりウエハＷの中心部側から周縁部側へ向かって流動する。それによって比較的小さいウエハＷの周端部の膜厚が次第に大きくなり、ウエハＷの面内における膜厚分布の均一性が高くなる（図８）。

後述の評価試験で示すように、このようにウエハＷ面内の膜厚分布を調整するためにウエハＷを比較的低い回転数で回転させるときに、リングプレート４１が処理位置に位置していると、ウエハＷの周端部における膜厚が小さくなるようにレジスト膜が形成され、膜厚分布の均一性が低くなってしまう。これは、リングプレート４１が処理位置に位置したままだと、リングプレート４１とウエハＷとの離間距離が小さいため、ウエハＷ表面を流れる気流の流速が比較的高い。このように流速が高い気流に曝されることにより、レジストＲの乾燥が速く進行し、その結果、レジストＲの流動性が速く低下してしまい、上記のレジストＲ中の固形成分の移動が十分に起こらないものと考えられる。それを防ぐために、上記のように時刻ｔ４において、前記処理位置からリングプレート４１を上昇させている。

ここで、上記のレジストＲをウエハＷに展伸させる時刻ｔ３〜ｔ４において、処理位置にリングプレート４１が位置し、比較的高い回転数でウエハＷを回転させて、ウエハＷ表面近傍の気流が安定化した状態となっていても、この状態から膜厚分布の調整を行うためにウエハＷの回転数を１００ｒｐｍに低下させるとすると、この回転数の変化によりリングプレート４１の開口部４４からウエハＷ表面に引き込まれる気流の量が変化し、ウエハＷ表面近傍の気流が乱れてしまうおそれがある。この気流の乱れを防ぐために、既述したように回転数を１００ｒｐｍに低下させる前に、そのように回転数の低下によって前記ウエハＷ表面近傍の気流が乱流となることを抑えることができる退避位置へとリングプレート４１を退避させている。そして、このようにリングプレート４１を退避させることに起因して、レジスト膜の膜厚分布が乱れることを抑えるために、時刻ｔ４〜ｔ５の動作として説明したように、そのようにリングプレート４１を退避させることに並行して、ウエハＷの回転数を８００ｒｐｍに低下させている。

レジスト塗布装置１による処理の説明に戻ると、１００ｒｐｍで所定の時間、ウエハＷが回転を続けた後、ウエハＷの回転数が８００ｒｐｍになるように上昇する（時刻ｔ７）。これによって、膜厚分布が調整されたレジストＲの乾燥が進行し、ウエハＷにレジスト膜が形成される。然る後、ウエハＷの回転が停止して処理が終了し、ウエハＷがスピンチャック１１から図示しない搬送機構に受け渡され、レジスト塗布装置１の外部へ搬送される。

このレジスト塗布装置１によれば、レジストノズル３３からウエハＷの中央部に供給されたレジストを乾燥させると共にウエハＷの周縁部へ展伸させるときには、その下面がウエハＷに近接するようにリングプレート４１を処理位置に位置させてウエハＷ表面の周縁部の気流を整流し、前記乾燥が促進されるように比較的高い回転数でウエハＷを回転させる。その後、リングプレート４１を前記処理位置から、ウエハＷの回転数の低下によるウエハＷの表面近傍の気流が乱れることが抑えられる退避位置に移動させ、然る後、ウエハＷを比較的低い回転数で回転させる。それによってリングプレート４１の前記整流作用が働かず、ウエハＷの周縁部におけるレジストの乾燥速度が抑えられた状態で、当該周縁部の膜厚が上昇するようにウエハＷの面内で膜厚分布の調整が行われる。従って、ウエハＷの処理時間が長くなることを抑え、且つウエハＷ面内でのレジスト膜の膜厚分布の均一性が低下することを抑えることができる。

また、前記処理位置から前記リングプレート４１を移動させることに並行して、ウエハＷの回転数を８００ｒｐｍに低下させているので、ウエハＷ表面の周縁部における気流の乱れをより確実に抑えることができる。従って、ウエハＷ面内におけるレジスト膜の膜厚分布の低下を、より確実に抑えることができる。

ところで、リングプレート４１が処理位置に位置する状態で、排気管２８からの排気流量を多くすれば、リングプレート４１の開口部４４からウエハＷ表面へ引き込まれ、ウエハＷの周縁部へ向かって流れる気流の量が増加し、それによってウエハＷの周縁部上において、乱流の発生をより確実に抑えることができる。つまり、前記排気流量を大きくすることで、時刻ｔ３〜ｔ４で前記乱流の発生が抑えられるように設定可能なウエハＷの回転数の上限を高くすることができる。

図９の時刻ｔ３〜ｔ４においてウエハＷに塗布斑が形成される回転数の上限は、レジストの種類によって異なる。また、均一性高い膜厚を得るために、前記排気流量は前記回転数に応じて決められる。そこで、制御部３を、当該レジストの種類と、時刻ｔ３〜ｔ４のウエハＷの回転数と、時刻ｔ３〜ｔ４の排気流量とが対応付けられたデータを備えるように構成する。前記排気流量は、例えば前記排気管２８の排気圧として記憶される。そして、ウエハＷに供給するレジストの種類に応じて、当該データに基づいて時刻ｔ３〜ｔ４の回転数及び排気流量が決定されるようにしてもよい。

例えば一のレジストを塗布するときには、上記の実施形態と同様に時刻ｔ３〜ｔ４において、排気管２８の排気圧が２０Ｐａ、ウエハＷの回転数が１２００ｒｐｍとなるように制御される。そして、一のレジストと異なる種類の他のレジストを塗布するときには時刻ｔ３〜ｔ４において、前記排気圧が３０Ｐａ、時刻ｔ３〜ｔ４間の回転数が１３００ｒｐｍとなるように制御され、時刻ｔ４以降の排気圧は、例えば上記の実施形態と同じく２０Ｐａにされる。時刻ｔ３〜ｔ４におけるウエハＷの回転数が高いほど、レジストの乾燥速度を高くしてスループットの向上を図ることができる。また、ウエハＷへのレジストの供給量を適宜調整すると共に、この時刻ｔ３〜ｔ４における前記回転数によってレジスト膜の乾燥速度を制御し、レジスト膜の膜厚を調整するようにしてもよい。即ち、一の粘度を有するレジストから、異なる膜厚を有するレジスト膜を形成することができる。

上記の例では、時刻ｔ４において、８００ｒｐｍへのウエハＷの回転数の低下と、退避位置へのリングプレート４１の上昇開始とを同時に行っているが、レジスト膜に塗布斑が形成されなければ、前記回転数の低下のタイミングと前記上昇開始のタイミングとを互いにずらしてもよい。

図１０に、他のリングプレートの構成例を示す。このリングプレート５１の下面について縦断面で見ると、当該リングプレート５１の外周縁部側は直線状に構成され、内周縁部側は曲線状に構成されている。そして、このリングプレート５１の下面は、外周縁部側に向かうにつれてウエハＷ表面との距離が小さくなるように構成されている。それによって、ウエハＷの周縁部において気流の流路をより小さくして、気流の乱れをより確実に抑えることができる。

リングプレート５１において、ウエハＷの中央部側では前記下面とウエハＷとの距離が大きいため、開口部４４へ進入してから下方へ向かう気流がウエハＷに到達するまでに、当該ウエハＷの遠心力及び排気によって、ウエハＷの周縁部に向かって曲がりやすく、ウエハＷに真下に向かう気流成分が供給されることが抑えられる。従って、リングプレート４１の開口部４４における周縁部直下のレジストＲが前記気流成分によって早く乾燥することが抑えられ、その結果としてウエハＷ面内のレジスト膜の膜厚分布がばらつくことが、より確実に抑えられる。このように径方向に沿ってウエハＷ表面との距離が変化するリングプレート５１を用いる場合、例えば前記処理位置は、リングプレート５１の下面のうちウエハＷ表面に最も近接した位置と当該ウエハＷ表面との離間距離が５ｍｍ以下になる位置とする。

図１１に、更に他のリングプレートの構成例を示す。このリングプレート５２は、開口部４４の上面の周縁部に突起部５３を有する。この突起部５３により、開口部４４からウエハＷの内側に向かおうとする気流が一旦突起部５３に乗り上げられるので、ウエハＷ表面において開口部４４の周縁部直下の気流がより分散される。結果として、ウエハＷ面内における膜厚分布の低下を抑えることができる。当該突起部５３の形状は、図１１のように断面視角形とする代わりに、断面視円形や楕円の一部をなすように構成してもよい。

塗布液としてレジストを用いる場合について説明してきたが、反射防止膜形成用の薬液や絶縁膜形成用の薬液を基板に塗布する場合も、本発明を適用することができる。なお、基板同士を貼り合わせるための接着剤を塗布する場合にも適用することができる。また、基板は円形基板に限られず、角形基板を用いてもよい。また、これまで説明したリングプレートの各構成は、互いに組み合わせることができる。また、各リングプレートの材質としては、上面部が金属、下面部が樹脂にて構成される例、あるいは全体が樹脂にて構成される例を挙げることができる。

上記の例ではウエハＷに対して、リングプレート４１を昇降させているが、ウエハＷの処理中にリングプレート４１の高さを固定し、スピンチャック１１を昇降させてウエハＷとリングプレート４１との離間距離を変更するように装置を構成してもよい。また、上記の例では退避位置にてリングプレート４１が停止した状態でウエハＷの回転数を２００ｒｐｍに低下させているが、リングプレート４１がウエハＷの膜厚分布に影響を与えない領域を上昇していれば、当該上昇中にウエハＷの回転数を低下させるようにしてもよい。

（評価試験）
以下、本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
評価試験１
評価試験１−１として、上記のレジスト塗布装置１と略同様の塗布装置を用いて直径が３００ｍｍのウエハＷにレジスト塗布処理を行った。この評価試験１−１で用いる塗布装置には、リングプレート４１が設けられていない。レジストの吐出量は前記ウエハＷ１枚あたり、０．２５ｍＬとした。処理を行うにあたり、ウエハＷの回転数は、図１２の実線で示すグラフのように制御した。この回転数の制御は上記の実施形態と略同様に行っており、回転数が変化する各タイミングについて、実施形態と同様の時刻ｔ１〜ｔ７の符号をグラフ中に表示している。ただし、この評価試験１では実施形態の時刻ｔ４における回転数の低下を行っておらず、時刻ｔ３で回転数が上昇して、回転数を１２００ｒｐｍになった後は、時刻ｔ６まで回転数を１２００ｒｐｍに維持し、時刻ｔ６で２００ｒｐｍになるように当該回転数を低下させている。

評価試験１−２として、評価試験１−１と異なるようにウエハＷの回転数を制御して処理を行った。具体的には、回転数を３０００ｒｐｍとしてウエハＷ中心部にレジストを供給し、レジストを周縁部に向けて広げた。次いで、レジストの供給停止し、回転数を１００ｒｐｍとして膜厚分布を調整して、その後回転数を２０００ｒｐｍに上昇させてレジストの乾燥を行った。このように回転数が異なる他は、評価試験１−１と同様の条件で処理を行った。

評価試験１−１、１−２で処理された各ウエハＷの直径に沿って膜厚を測定した。図１３のグラフにおいて、実線で評価試験１−１のウエハＷの膜厚分布を、点線で評価試験１−２のウエハＷの膜厚分布を、各々示している。グラフの縦軸は膜厚（単位：ｎｍ）であり、横軸はウエハＷの中心からの距離（単位：ｍｍ）である。グラフに示されるように評価試験１−２では、前記距離が１２０〜１５０ｍｍの範囲及び−１２０〜−１５０ｍｍの範囲で、ウエハＷの周端に向かうにつれて膜厚が低下している。それに対して評価試験１−１では、そのような膜厚の低下が観察されず、膜厚の均一性が高いことが分かる。

評価試験２
評価試験２−１として、上記のレジスト塗布装置１を用いて直径が４５０ｍｍのウエハＷに処理を行った。ウエハＷへのレジストの吐出量は、０．７６ｇに設定した。評価試験２−１において、ウエハＷの回転数は、評価試験１−１と同様に制御した。つまり前記図１２のグラフで示すように回転数を制御した。リングプレート４１については、図１２のグラフの鎖線で示すように、その高さを制御した。具体的にこのリングプレート４１の高さについて、上記の実施形態との差異点を説明すると、前記処理位置に位置させた後、ウエハＷの処理中は退避位置に退避させず、当該処理位置に位置させたままとした。

評価試験２−２として、評価試験１−２と同様にウエハＷの回転数を制御して処理を行った。この評価試験２−２では、評価試験１と同様にリングプレート４１が設けられていないレジスト塗布装置を用いて処理を行った。それ以外の処理条件は、評価試験２−１と同様とした。

評価試験２−１、２−２で処理された各ウエハＷの半径に沿って膜厚を測定した。図１４は、図１３のグラフと同様に、評価試験２−１、２−２のウエハＷの膜厚分布を示しており、評価試験２−１の結果を実線で、評価試験２−２の結果を鎖線で夫々示している。このグラフより、評価試験２−１では、評価試験２−２と同程度に、ウエハＷの周縁部において、膜厚が低下してしまっている。この評価試験２−１の結果と、上記の評価試験１−１の結果とから、リングプレート４１が処理位置に位置し続けることにより、膜厚分布の調整が十分に行われていないことが分かる。従って、当該膜厚分布の調整を行うときに、実施形態で説明したようにリングプレート４１を退避位置へ退避させることが有効である。

評価試験３
上記の実施形態と同様に複数のウエハＷにレジストの塗布処理を行った。ただし、時刻ｔ３〜ｔ４における排気管２８の排気圧及びウエハＷの回転数は、処理毎に変更した。処理を終えた各ウエハＷのレジスト膜について、乱流が転写されたことによる塗布斑の有無を調べた。下記の表１は、評価試験３の結果を示している。表中、前記塗布斑が観察されない処理に○を、前記塗布斑が観察された処理に×を夫々付して示している。

この表１に示すように、排気管２８の排気圧を２０Ｐａ、３０Ｐａに設定したとき、前記回転数が８００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、１１００ｒｐｍであると、塗布斑は観察されなかったが、回転数が１２００ｒｐｍであると塗布斑が観察された。排気管２８の排気圧を４０Ｐａに設定したときは、前記回転数が８００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、１１００ｒｐｍである場合に加えて、回転数が１２００ｒｐｍである場合も前記塗布斑が観察されなかった。従って、排気流量を高くすることで、時刻ｔ３〜ｔ４の回転数を高くし、実施の形態で説明したように、レジストの乾燥速度の上昇を図ることが可能であることが示された。

１ レジスト塗布装置
１０ 制御部
１１ スピンチャック
２ カップ
２８ 排気管
３３ レジストノズル
４１ リングプレート
４３ 昇降機構
４４ 開口部

Claims (11)

1. 基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板を回転させる回転機構と、
   前記基板に塗布膜を形成するために前記基板の中央部に塗布液を供給する塗布液供給機構と、
   基板の周縁部上方を覆うために基板の周方向に沿うように環状に設けられた環状部材と、
   前記基板保持部に対して前記環状部材を相対的に昇降させる昇降機構と、
   前記基板の周縁部上方の気流を整流する処理位置に前記環状部材が位置する状態で、基板の中央部に供給された塗布液が遠心力により周縁部に向けて広がるように当該基板を第１の回転数で回転させるステップと、次いで前記環状部材を前記基板に対して上昇させて、前記基板の回転数の低下による当該基板の表面近傍の気流の乱れを抑えるための退避位置に退避させるステップと、然る後、前記塗布膜の膜厚分布を調整するために前記基板の回転数を前記第１の回転数よりも低い第２の回転数に低下させるステップと、が行われるように制御信号を出力する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記環状部材を前記退避位置に退避させるステップと並行して、前記基板が前記第１の回転数よりも低く、前記第２の回転数よりも高い第３の回転数で回転させるステップが行われるように制御信号を出力することを特徴とする塗布膜形成装置。
2. 前記基板は、直径４５０ｍｍのウエハであり、前記第３の回転数は８００ｒｐｍ以下の回転数であることを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成装置。
3. 前記制御部は、前記環状部材を退避位置で静止させ、当該静止から１秒以上経過した後に、前記基板の回転数を前記第２の回転数に低下させるように制御信号を出力することを特徴とする請求項１または２記載の塗布膜形成装置。
4. 前記制御部は、
   前記塗布液供給機構から基板の中央部に塗布液を供給すると共に、塗布液供給用の回転数で基板を回転させるステップと、
   次いで、塗布液供給機構から基板への塗布液の供給を停止させると共に、前記塗布液供給用の回転数及び前記第１の回転数よりも低い液溜まり形成用の回転数で基板を回転させるステップと、が行われ、
   前記第１の回転数で基板を回転させるステップは、前記液溜まり形成用の回転数で基板を回転させるステップの後に行われるように制御信号を出力することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
5. 前記基板保持部に保持された基板を囲み、その内側が排気されるカップと、
   前記カップ内の排気流量を調整する排気流量調整機構と、
   を備え、
   前記第１の回転数及び当該第１の回転数で基板を回転させるときの前記排気流量が処理毎に変更可能であり、
   前記第１の回転数に対応した排気流量で前記カップ内の排気が行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
6. 基板保持部に基板を水平に保持する工程と、
   前記基板の周縁部上方を覆うために当該基板の周方向に沿うように環状に設けられた環状部材を、基板の周縁部上方の気流を整流する処理位置に位置させる工程と、
   前記基板に塗布膜を形成するために、前記基板の中央部に塗布液を供給する工程と、
   前記環状部材が前記処理位置に位置する状態で、前記基板保持部に保持された基板を回転機構により第１の回転数で回転させ、前記基板の遠心力により基板の中央部に供給された塗布液を当該基板の周縁部に向けて広げる工程と、
   次いで、昇降機構により前記環状部材を前記処理位置から前記基板に対して相対的に上昇させ、前記基板の回転数の変化による当該基板の表面近傍の気流の乱れを抑えるための退避位置に位置させる工程と、
   然る後、前記基板の回転数を前記第１の回転数よりも低い第２の回転数に低下させ、前記塗布膜の膜厚分布を調整する工程と、
   を備え、
   前記環状部材を前記基板に対して相対的に上昇させる工程は、前記基板を前記第１の回転数よりも低く、前記第２の回転数よりも高い第３の回転数で回転させる工程と並行して行われることを特徴とする塗布膜形成方法。
7. 前記基板は、直径４５０ｍｍのウエハであり、前記第３の回転数は８００ｒｐｍ以下の回転数であることを特徴とする請求項６記載の塗布膜形成方法。
8. 前記退避位置に移動した環状部材を静止させる工程を含み、
   前記基板の回転数を前記第２の回転数に低下させる工程は、前記環状部材の静止から１秒以上経過した後に行われる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. 基板に塗布液を供給すると共に、塗布液供給用の回転数で基板を回転させる工程と、
   次いで、基板への塗布液の供給を停止させると共に、前記塗布液供給用の回転数よりも低い液溜まり形成用の回転数で基板を回転させる工程と、
   を含み、
   前記基板を第１の回転数で回転させる工程は、前記液溜まり形成用の回転数で基板を回転させる工程の後に行われることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一つに記載の塗布膜形成方法。
10. 処理毎に互いに異なる前記第１の回転数で基板を回転させる工程と、
    前記第１の回転数で基板を回転させる工程に並行して、当該第１の回転数に対応付けられた排気流量で、前記基板保持部に保持された基板を囲むカップ内を排気する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一つに記載の塗布膜形成方法。
11. 基板に塗布膜を形成する塗布膜形成装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムは請求項６ないし１０のいずれか一つに記載された塗布膜形成方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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