JP6206316B2 - 塗布装置、塗布方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、被処理体に塗布膜を形成する塗布装置、塗布方法及びこの塗布方法が記録された記憶媒体に関する。

半導体デバイスを製造する一連の工程の中で、基板（被処理体）である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）に対して、レジスト膜、ポリイミド膜、接着膜（接着剤からなる膜）などの塗布膜を形成する工程がある。このような塗布膜は、当該塗布膜を構成する有機材料を例えばシンナーなどの溶剤により希釈した塗布液として使用される。そして、この塗布液をウエハの中央部に吐出した後、ウエハを鉛直軸周りに回転させることにより、当該ウエハの周縁に向かって液膜を広げて、続いてこの液膜を乾燥させて（溶剤を揮発させて）塗布膜が形成される。

ここで、近年の半導体デバイスにおける小型化の要求に対応するために、いわゆる「３Ｄ ＮＡＮＤ」と呼ばれる、メモリの縦積み構造（積層構造）が検討されている。このような構造では、炭素を含む有機膜とシリコン系の無機膜とを交互に積層した積層体に対して連続してエッチング処理が行われるため、この積層体の上層側に配置されるレジスト膜については、例えば数μｍもの厚膜となるように形成される。

ところで、レジスト液を遠心力により広げてウエハ上に塗布する手法は、ウエハの中央部よりも周縁部において膜厚が厚くなりやすい。即ち、ウエハを鉛直軸周りに回転させて当該ウエハの周縁から塗布液を振り切るにあたり、ウエハの外周端では中央側よりも外気に触れやすい。そのため、ウエハの中央側から外周側に向かって塗布液が遠心力によって流れていく時、当該外周側では溶剤が速やかに揮発して塗布液が流動しにくくなるので、厚膜用のレジスト液では薄膜用のレジスト液よりも高粘度となっていることも加わって、ウエハの外周部にいわば液盛りされてしまう。言い換えると、遠心力により余分な塗布液をウエハの外周部から液切りしようとしても、当該外周部にこの余分な塗布液が残ってしまう。そのため塗布膜の面内均一性がより一層悪化してしまう。
特許文献１には、ウエハの外周部に対向するように開閉自在な羽根板を設けた塗布処理装置について記載されているが、塗布膜の均一性を更に改善できる手法が求められている。

特開２００３−１７９０４１

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、基板の面内における膜厚の均一性に優れた塗布膜を形成できる技術を提供することにある。

本発明は、清浄気体の下降気流が形成される雰囲気に配置され、溶剤を含む塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する装置において、
基板を水平に保持し、鉛直軸周りに回転自在な基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板の表面に塗布液を吐出する塗布液ノズルと、
前記基板保持部に保持された基板の下方側の領域を囲むように設けられた筒状部と当該筒状部の上縁から全周に亘って基板の外周端に近接するように内側に向かって伸び出した屈曲部とからなる中間カップと、
前記中間カップの屈曲部に周方向に沿って複数形成され、各々当該屈曲部を上下方向に貫通する連通口と、
前記中間カップの筒状部の上縁から上方に向かって伸びだし更に上縁が内側に屈曲して前記基板よりも高い位置まで伸び出すと共に前記基板の周方向に沿って環状に形成された外カップと、
前記中間カップの内部雰囲気を排気するために基板よりも下方側に設けられた排気路と、
前記基板よりも下方側に設けられ、前記基板保持部に保持された基板の外周端よりも内側寄りの位置から前記外周端よりも外側に外れた位置に向かって下方側に伸びだし、前記中間カップとの間に前記排気路に向かう排気流の通路を形成するガイド部と、
前記基板の回転により塗布液が塗布されるときには、前記排気路により排気を行い、前記基板上の塗布液を乾燥させるために基板が回転するときには、前記排気路による排気を停止するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

他の発明は、清浄気体の下降気流が形成される雰囲気にて、溶剤を含む塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する方法において、
鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に保持された基板の下方側の領域を囲むように設けられた筒状部と当該筒状部の上縁から全周に亘って基板の外周端に近接するように内側に向かって伸び出した屈曲部とからなる中間カップと、
前記中間カップの屈曲部に周方向に沿って複数形成され、各々当該屈曲部を上下方向に貫通する連通口と、
前記中間カップの筒状部の上縁から上方に向かって伸びだし更に上縁が内側に屈曲して前記基板よりも高い位置まで伸び出すと共に前記基板の周方向に沿って環状に形成された外カップと、
前記基板よりも下方側に設けられ、前記基板保持部に保持された基板の外周端よりも内側寄りの位置から前記外周端よりも外側に外れた位置に向かって下方側に伸びだし、前記中間カップとの間に前記排気路に向かう排気流の通路を形成するガイド部と、を備えた塗布装置を用い、
基板を基板保持部に水平に保持する工程と、
前記基板の中央部に塗布液を供給すると共に基板保持部を鉛直軸周りに回転させて基板上に塗布液を広げて塗布液の塗布を行いながら、前記排気路により前記中間カップの内部雰囲気を排気する工程と、
次いで、前記排気路による排気を停止し、溶剤雰囲気が前記連通口を介して前記中間カップの屈曲部の上面側と下面側との間で循環する状態で、前記基板保持部を回転させて前記基板上の塗布液を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする。
更に他の発明は、コンピュータ上で動作す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、前記コンピュータプログラムは、既述の塗布方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。

本発明は、基板に塗布液を塗布して塗布膜を形成するにあたって、塗布液ノズルから塗布液を吐出して塗布液を塗布する時は基板が置かれる雰囲気を排気する一方、基板上における塗布膜を乾燥させる時は、塗布液の吐出時よりも排気量を減らしている。そのため、塗布液の乾燥を行う時は、塗布液に含まれる溶剤の雰囲気を基板の周縁部に形成できる。従って、基板の周縁部では、塗布液から溶剤が揮発しにくくなるので、遠心力により基板の中央部から周縁部に向かって流れる塗布液を当該周縁部から速やかに排出できるので、膜厚の均一性に優れた塗布膜を形成できる。

本発明のレジスト塗布装置を示す斜視図である。 前記塗布装置を示す縦断面図である。 前記塗布装置を示す平面図である。 前記塗布装置の作用を示す概略図である。 前記塗布装置に設けられる制御部の一例を示す概略図である。 前記塗布装置における各処理のタイムチャートを示す概念図である。 前記塗布装置の作用を示す縦断面図である。 前記塗布装置の作用を示す縦断面図である。 前記塗布装置の作用を示す縦断面図である。 前記塗布装置の作用を示す縦断面図である。 前記塗布装置の他の例を示す縦断面図である。 前記他の例における塗布装置の一部を拡大して示す縦断面図である。 前記塗布装置の別の例を示す縦断面である。 本発明の実施例にて得られる結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られる結果を示す特性図である。

本発明の実施の形態に係る塗布装置（レジスト塗布装置）の一例について、図１〜図５を参照して説明する。このレジスト塗布装置には、図１に示すように、基板（被処理体）であるウエハＷに対してレジスト液（処理液）を塗布してレジスト膜（塗布膜）の形成処理を行う処理部１１が横並びに複数箇所この例では２箇所に設けられている。各々の処理部１１には、ウエハＷが置かれる処理雰囲気の排気を行うための排気路３１が設けられており、これら排気路３１には、後で詳述するように、当該排気路３１内における流路の開閉及び圧力（流速）の調整を行うための開閉部であるダンパー４８が介設されている。そして、本発明では、ダンパー４８における開度を調整することによって、ウエハＷの表面に塗布されるレジスト膜の膜厚寸法について、面内に亘って均一化するようにしている。続いて、レジスト塗布装置の詳細及びレジスト液の塗布方法について以下に説明する。図１中１０は各処理部１１が置かれる基部である。また、図１中４９は、工場全体に共通に設けられる排気ダクトであり、従って各々の処理部１１にて共用されている。尚、図１では各処理部１１について模式的に簡略化して描画している。

基部１０上には、各処理部１１の並びに沿って形成されたレール２２が設けられており、このレール２２上にはアーム２１によって支持された集合ノズル１が当該アーム２１を介して水平方向に移動自在に配置されている。集合ノズル１の下面側には、複数種類のレジスト液やシンナーなどの溶剤を夫々吐出する吐出部であるノズル２４が設けられている。レジスト液を吐出するノズル２４の上流側には、レジスト液が貯留された貯留部２１ａが設けられており、このレジスト液は、シンナーなどの溶剤により希釈された状態となっている。貯留部２１ａにおける希釈済みのレジスト液の粘度は、例えば２５℃において、１ｃＰ〜３００ｃＰとなっている。図１中２１ｂは、溶剤の貯留部である。尚、図１では、レジスト液の貯留部２１ａについては複数の貯留部２１ａのうち一つだけ代表して描画している。

また、図１に示すように、各々の処理部１１を臨む位置における基部１０上には、レール１８が形成されており、このレール１８には上端部に補助ノズル１５が取り付けられたアーム１７が水平方向に移動自在に配置されている。この補助ノズル１５は、レジスト膜が形成されたウエハＷの周縁部から当該レジスト膜を除去するために溶剤（シンナー）を吐出するためのものである。図１中１６ａは、補助ノズル１５を退避させるノズルバスであり、１６ｂは集合ノズル１を退避させるノズルバスである。以上のノズル１５、２４、貯留部２１ａに組み合わされた送液ポンプや各バルブあるいは流量調整部は、後述の薬液供給機器１１０をなしている。また、図１中７２はウエハＷを昇降させるための昇降ピンである。尚、図２では集合ノズル１や補助ノズル１５について簡略化して描画しており、昇降ピン７２については図示を省略している。

続いて、処理部１１について説明する。処理部１１には、図２に示すように、ウエハＷを裏面側から水平に吸引保持するためのスピンチャック１４が基板保持部として設けられており、このスピンチャック１４は、スピンチャックモータなどの回転機構１４ａによって鉛直軸周りに回転自在に構成されている。図２中７１はカップ体である。尚、各処理部１１は、互いに同じ構成となっている。また、図２では昇降ピン７２の記載を省略している。

図２に示すように、カップ体７１は、この例では概略３つの部材により構成されている。具体的には、カップ体７１は、ウエハＷの裏面側周縁部を臨むように配置された内側カップ４１と、この内側カップ４１の外側に配置された中間カップ４２と、中間カップ４２の上側に積層された外側カップ４３とにより構成されている。内側カップ４１は、スピンチャック１４上におけるウエハＷの外周端よりも内側寄りの位置と前記外周端よりも外側に外れた位置との間を周方向に亘って結ぶように概略リング状に形成されたリング体（ガイド部）４１ａと、このリング体４１ａの外周端から下方側に向かって周方向に亘って伸び出す垂直壁４１ｂとにより構成されている。リング体４１ａの上面は、中央側から周縁側に向かうにつれて下方側に向かって傾斜しており、ウエハＷの外周部から振り切られたレジスト液を重力により落下させる（流れ落とす）ための傾斜面をなしている。リング体４１ａの上面には、ウエハＷの裏面側周縁部に向けて溶剤を吐出するためのベベル洗浄ノズル４１ｃが設けられており、このベベル洗浄ノズル４１ｃは、ウエハＷの半径方向に進退自在に配置されている。

中間カップ４２は、前記垂直壁４１ｂから落下するレジスト液を受け止めるための凹部が周方向に亘って形成された概略環状の部材をなしている。中間カップ４２の床面における垂直壁４１ｂの概略下方側の位置には、当該垂直壁４１ｂから落下したレジスト液を排出するための排液路４５の一端側が接続されている。排液路４５の他端側は、図示しない排液部に接続されている。

そして、中間カップ４２の底面において前記排液路４５の開口端に対して側方側（平面で見たときにウエハＷの半径方向外側）に寄った位置には、図２に示すように、溶剤を貯留するために、上面側が開口する概略溝状の貯留部６１が当該ウエハＷを周方向に亘って囲むように配置されている。この貯留部６１は、後述するように、レジスト膜を乾燥させる時、ウエハＷの外周部に溶剤雰囲気を形成するためのものである。この貯留部６１には、溶剤補給路（供給路）６２の一端側が接続されており、この溶剤補給路６２の他端側は、バルブ６３及び流量調整部６４を介して溶剤の貯留源６５に接続されている。バルブ６３及び流量調整部６４により後述の溶剤補充部１１１が構成される。

中間カップ４２における排液路４５の開口端に対してウエハＷの中央側に寄った位置には、中間カップ４２の内部を介してウエハＷが置かれる処理雰囲気を排気するための排気口４６が形成されている。前記排液路４５の開口端と排気口４６との間には、中間カップ４２の床面から上方側に向かって周方向に亘って伸びる分離壁４７が設けられており、この分離壁４７によって処理雰囲気から気液の分離が行われる。言い換えると、後述の排気路３１の基端側が下方側から中間カップ４２の内部に気密に挿入されており、この排気路３１の壁面の一部が前記分離壁４７をなしている。排気口４６は、平面で見て互いに離間するように例えば２箇所に形成されている。この排気口４６から伸びる排気路３１については、後で詳述する。

中間カップ４２における上端側外縁部は、上方側に向かって伸び出すと共に、内側に屈曲して屈曲部４２ａをなしており、当該屈曲部４２ａにおける先端部がスピンチャック１４上におけるウエハＷの外周端に近接するように水平に延伸されている。中間カップ４２の屈曲部４２ａにおける上端側の水平面の高さ位置と、スピンチャック１４におけるウエハＷの表面の高さ位置とは、ほぼ同じ高さ位置となっている。屈曲部４２ａにおける下端側には、図２に示すように、当該屈曲部４２ａの上方側の雰囲気と下方側の雰囲気とを連通させるための連通口４２ｂが形成されている。

この連通口４２ｂは、図３に示すように、平面で見た時に概略楕円形状となるように形成されており、周方向に沿って複数箇所この例では８箇所に互いに等間隔に配置されている。従って、スピンチャック１４によりウエハＷが鉛直軸周りに回転すると、ウエハＷの周縁部から振り切られるレジスト液や溶剤と、このウエハＷの遠心力により当該ウエハＷの外周部側に向かう気流とが既述の屈曲部４２ａの下方側に排気流として入り込み、リング体４１ａの表面に沿って排液路４５や排気口４６に向かって流れていく。そして、後述するように、処理雰囲気の排気を停止する（ダンパー４８を閉じる）と、いわば排気口４６が閉じられるので、前記排気流のうち気体雰囲気は、レジスト液に含まれる溶剤が揮発して生成する揮発成分と共に、連通口４２ｂを介してウエハＷの外周部側に回り込む。

既述の排気口４６から各々伸びる２本の排気路３１は、中間カップ４２よりも下流側にて互いに合流して、既述の図１にも示すように、当該排気路３１内の流路の開閉及び流量調整を行うための概略板型のダンパー（開閉体）４８を介して、工場の排気ダクト４９に接続されている。即ち、排気ダクト４９は、既に説明したように、工場全体に共通に設けられており、図示しない排気ポンプによって常時一定量の排気流を形成するように構成されている。言い換えると、排気路３１は、工場全体の排気量のうち、一部の排気量を割り当てられている。ダンパー４８及び当該ダンパー４８が設けられた排気路３１により開閉機構が構成される。尚、図１では、排気ダクト４９を一部切り欠いて描画している。

従って、既述のダンパー４８は、排気路３１内の流路を閉止した場合であっても、図２に示すように、他の処理部１１あるいは別の半導体製造装置に悪影響を及ぼさないように（あるいは前記悪影響がなるべく小さくなるように）構成されている。即ち、ダンパー４８が配置された排気路３１は、図１に示すように、概略箱型となっており、例えば上面側には開口部５１が形成されている。そして、ダンパー４８は、図４（ａ）に示すように、この開口部５１を気密に塞ぐと共に排気路３１内の流路を開放する位置と、図４（ｂ）に示すように、前記開口部５１から離間すると共に前記流路を閉止する位置と、の間で開閉できるように構成されている。

そのため、ダンパー４８が図４（ａ）のように開口部５１を塞ぐと、ウエハＷが置かれる処理雰囲気が排気ダクト４９に向かって例えば流量（第１の排気量）Ｖ０にて排気される。そして、ダンパー４８が図４（ｂ）のように排気路３１内の流路を塞ぐと、処理雰囲気の排気が停止される一方、塗布装置の外部の雰囲気（クリーンルーム内の雰囲気あるいは処理部１１が置かれる塗布現像装置内の雰囲気）が排気ダクト４９に向かって流量Ｖ０にて排気される。即ち、ダンパー４８を閉止すると、処理雰囲気から排気される排気量（第２の排気量）は、既述の第１の排気量よりも少なくなるように調整され、具体的にはゼロとなる。

更に、既述の図２に示すように、ダンパー４８が排気路３１内を通流する気流に干渉する位置（前記開放する位置と閉止する位置との間の位置）では、排気ダクト４９には、処理雰囲気と外部の雰囲気とが夫々流量Ｖａ及びＶｂにて流入する。そして、既述のように、排気ダクト４９では各処理部１１から排気する排気量が予め割り振られていることから、流量Ｖａと流量Ｖｂとの合計値は、流量Ｖ０となる。言い換えると、排気路３１内の気流に干渉するようにダンパー４８を位置させると、処理雰囲気から排気ダクト４９に排気される流量Ｖａが既述の流量Ｖ０よりも少なくなり、この減少分（Ｖ０−Ｖａ＝Ｖｂ）だけ、外部の雰囲気が排気ダクト４９に引き込まれる。

そのため、排気ダクト４９には、ダンパー４８の位置に依らずに、ほぼ一定の流量Ｖ０の排気流が流れ込むので、他の処理部１１や半導体製造装置に影響を及ぼさずに済む。即ち、この処理部１１の排気路３１に開口部５１を設けていない場合には、当該排気路３１内の流路をダンパー４８により塞いで排気を停止すると、他の処理部１１や半導体製造装置では、排気を停止した処理部１１の分だけ排気量が増えようとする。一方、排気路３１に開口部５１を設けておくと、処理部１１に割り当てられた流量Ｖ０の排気が排気ダクト４９に向かって流れ込む。このダンパー４８について、既述の図１では奥側のダンパー４８を開放した状態、手前側のダンパー４８を半開にした状態を示している。以下の説明においては、ダンパー４８を開放した状態を「高排気」、ダンパー４８を半開にした状態を「低排気」と呼ぶものとする。

既述の図２に示すように、外側カップ４３は、中間カップ４２における連通口４２ｂよりも外周側の位置から上方に向かって伸び出すと共に、ウエハＷの外周端に対して上方側から対向するように屈曲している。外側カップ４３の上方側には、処理雰囲気に清浄気体（クリーンエアー）のダウンフローの気流を形成するためのファンユニット５５が配置されている。

以上説明した塗布装置には、既述の図１及び図５に示すように、装置全体に対して制御信号を出力する制御部１００が設けられている。この制御部１００は、後述するレジスト膜の形成処理を行うように構成されたプログラムを格納した格納部１０１を備えており、既述の薬液供給機器１１０、溶剤補充部１１１及びダンパー４８に制御信号を出力して、膜厚寸法の均一性に優れたレジスト膜をウエハＷの表面に形成するように構成されている。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部１２１から制御部１００内にインストールされる。前記プログラムは、例えば手順を記載したプロセスレシピも含まれる。

続いて、塗布装置の作用について、図６〜図１０を参照して説明する。先ず、図示しない搬送アームと既述の昇降ピン７２とによりウエハＷをスピンチャック１４上に載置すると共に真空吸着する（ｔ０）。また、貯留部６１には、溶剤を予め満たしておき、例えば任意の設定時間が経過する度に、溶剤が揮発によって残量がなくならないように、既述の溶剤補給路６２を介して溶剤を補給しておく。中間カップ４２の底面では、常温雰囲気によって溶剤が速やかに揮発して、溶剤雰囲気が形成される。ウエハＷが置かれる処理雰囲気では、ファンユニット５５によりダウンフローの気流が形成されており、この気流が排気路３１に向かって排気されている。従って、溶剤の揮発により貯留部６１から発生する溶剤雰囲気は、前記気流と共に排気される。ダンパー４８は、図６（ｂ）に示すように、排気路３１における流路に干渉するように位置して（半開きの状態となって）いる。従って、処理雰囲気と共に外部の雰囲気についても排気ダクト４９に流れ込んでいるため、当該処理雰囲気における排気の状態は、図６（ｃ）に示すように、いわば低排気となっている。

次いで、スピンチャック１４の回転を開始して、図６（ａ）に示すように、当該スピンチャック１４の回転数を例えば１５００ｒｐｍまで上昇させる（ｔ１）と共に、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、ダンパー４８を全開にして、処理雰囲気を高排気の状態にする。そして、集合ノズル１のノズル２４をウエハＷの中央部に対向する位置まで移動させて、ノズル２４から溶剤を吐出してプリウエット処理を行う。即ち、ノズル２４から吐出された溶剤は、ウエハＷの中央部に衝突した後、当該ウエハＷの外周部側に向かって広がっていき、ウエハＷの表面に亘って溶剤からなる液膜を形成すると共に、余分な溶剤がウエハＷの外周縁から液切りされる。

ウエハＷの外周縁から液切りされた溶剤は、内側カップ４１と中間カップ４２との間の領域を介して中間カップ４２の底面に落下して、その後液溜まりを形成すると排液路４５に排出される。中間カップ４２の底面における溶剤の液溜まりでは、処理部１１が置かれる常温雰囲気により溶剤が揮発して、溶剤雰囲気が形成される。この溶剤雰囲気は、既述のようにダンパー４８を全開に設定していることから、ウエハＷの上方側の雰囲気及び貯留部６１から発生する溶剤雰囲気と共に排気路３１に排気される。

続いて、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダンパー４８については全開に設定したまま、スピンチャック１４の回転数を第１の回転数（例えば２５００ｒｐｍ）まで増加させる（ｔ２）と共に、レジスト液をウエハＷの中央部に向かって吐出する。レジスト液は、ウエハＷの遠心力により中央側から周縁側に向かって伸展されると共に、図７に示すように、余分な液量が当該ウエハＷの外周縁から液切りされる。ウエハＷの外周縁から液切りされたレジスト液についても、内側カップ４１と中間カップ４２との間の領域を介して当該中間カップ４２の底面に落下する。このレジスト液には既述のように溶剤が含まれていることから、中間カップ４２内では、レジスト液から揮発した溶剤雰囲気が形成され、処理雰囲気から通流する排気流に乗って排気路３１に排気される。

次いで、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダンパー４８を低排気（半開き）の状態に設定すると共に、スピンチャック１４の回転数を第２の回転数（例えば１００ｒｐｍ）まで低下させる（ｔ３）。こうしてウエハＷの表面におけるレジスト膜の平坦化を行った後、スピンチャック１４の回転数を例えば１５００ｒｐｍに上昇させると共に、ダンパー４８を閉止する（ｔ４）。

ウエハＷの表面では、余分なレジスト液が当該ウエハＷの外周縁から更に液切りされて、レジスト膜の平坦化がより一層進行する。また、ウエハＷの表面では、レジスト膜から溶剤が揮発して、溶剤雰囲気が形成される。この溶剤雰囲気は、ウエハＷの遠心力により外側に向かって広がり、中間カップ４２と内側カップ４１との間の領域に流れ込んでいく。しかしながら、ダンパー４８を閉止しているので、前記溶剤雰囲気は、図８に示すように、中間カップ４２における連通口４２ｂを介してウエハＷの外周縁に向かって戻っていく。

また、ウエハＷの外周縁から液切りされたレジスト液は、中間カップ４２の底面あるいは内側カップ４１におけるリング体４１ａに付着する。そして、中間カップ４２や内側カップ４１に付着したレジスト液から、同様に溶剤が揮発して溶剤雰囲気が形成され、この溶剤雰囲気は処理雰囲気から流れ込む溶剤雰囲気と合流して、同様に連通口４２ｂを経由した循環経路に乗る。また、貯留部６１から発生する溶剤雰囲気についても、同様に連通口４２ｂを介してウエハＷの端部に向かって通流する。

ここで、既に詳述したように、ウエハＷの中央部に対向する領域では、図９に示すように、レジスト膜から揮発した溶剤により溶剤雰囲気が形成されており、従って当該溶剤雰囲気に接するレジスト膜では、溶剤が揮発しにくくなる（乾燥しにくくなる）。一方、ウエハＷの外周部側では、当該ウエハＷの上方側からウエハＷの遠心力により大気雰囲気（溶剤が含まれていない雰囲気）が流れ込もうとする。しかしながら、ダンパー４８を閉止して、溶剤雰囲気が連通口４２ｂを介してウエハＷの外周縁に流れ込むようにしている。そのため、ウエハＷの外周縁に対向する領域においても溶剤雰囲気が形成され、レジスト膜が乾燥しにくくなる。従って、遠心力によりウエハＷの中央部側から周縁部側に向かって流れるレジスト液は、当該ウエハＷの外周縁から速やかに液切りされる。

こうしてウエハＷの表面におけるレジスト膜は、後述の実施例からも分かるように、面内に亘って膜厚寸法が均一化する。この膜厚寸法の具体的数値を挙げると、３０ｎｍ〜１５０００ｎｍであり、この例では７０００ｎｍである。また、ウエハＷに対して吐出したレジスト液の液量Ｌ１と、当該ウエハＷの表面に残るレジスト液の液量Ｌ２との差分（Ｌ１−Ｌ２）は、レジスト液の使用量をなるべく少なくするために、ほぼゼロとなっており、詳しくは０．０５ｍｌ〜７．５ｍｌである。これら液量Ｌ１、Ｌ２の関係について数式で説明すると、Ｌ２＝Ｌ１×１２０％〜１０００％である。

その後、ダンパー４８を低排気の状態に切り替えると共に、ウエハＷの回転数を増加させて、ベベル洗浄ノズル４１ｃによるウエハＷの裏面側周縁部におけるレジスト膜の除去や、集合ノズル１の溶剤吐出用のノズル２４を用いたウエハＷの表面側周縁部のレジスト膜の除去を行う。

上述の実施の形態によれば、ウエハＷの表面にレジスト液からなる塗布膜を形成した後、余分なレジスト液を振り切りながら乾燥させるにあたって、ダンパー４８を閉止することにより、処理雰囲気の排気を停止している。また、中間カップ４２の底面に貯留部６１を設けておき、溶剤雰囲気を強制的に発生させて、ウエハＷの周縁部に通流させている。そのため、ウエハＷの外周部近傍に溶剤雰囲気を形成できるので、ウエハＷの外周側におけるレジスト液がウエハＷの中央側におけるレジスト液よりも乾燥しすぎることを抑制できる。従って、遠心力により前記中央側のレジスト液が外周側に寄って来た時、このレジスト液を良好にウエハＷの外周端から排出できる。

即ち、レジスト液を振り切りながら乾燥させる時、ダンパー４８を開放したままだと（本発明の手法を採らないと）、図１０に示すように、内側カップ４１と中間カップ４２との間から処理雰囲気が排気されるので、ウエハＷの外周部側には当該ウエハＷの上方側から流れ込む清浄な（溶剤を含まない）雰囲気が接触する。また、内側カップ４１の底面におけるレジスト液や溶剤の液溜まりから発生する溶剤雰囲気についても、同様にウエハＷの外周部側を経由せずに排気される。従って、ウエハＷの外周部側では、中央側よりもレジスト液が乾燥しやすく（溶剤が揮発しやすく）なる。そして、レジスト液の乾燥が進行すると、当該レジスト液の粘度が高くなるので、流動しにくくなる。そのため、ウエハＷの中央側からレジスト液が遠心力により外周側に到達しても、ウエハＷの外周縁から液切りされにくくなり、従ってレジスト液は当該外周側にいわば液盛りされてしまう。言い換えると、ダンパー４８を開放したままレジスト液を乾燥させようとすると、レジスト膜はウエハＷの中央側よりも周縁側にて膜厚寸法が厚くなる。従って、本発明は、ウエハＷの遠心力により生じる余分なレジスト液を当該ウエハＷの外縁から良好に排出する手法であると言える。

そして、ダンパー４８について、既述のように処理雰囲気の排気を閉止しても、外部の雰囲気が排気ダクト４９に流入するように構成しているので、他の処理部１１や半導体製造装置に悪影響を及ぼさずに済む。

ここで、レジスト液を乾燥させる時にダンパー４８を閉止するにあたって、当該ダンパー４８を開閉自在に構成して、レジスト液の吐出中は処理雰囲気を排気している。そのため、レジスト液のミストによって例えば隣接する他の処理部１１が汚染されることを抑制できる。

そして、以上のようにレジスト膜の膜厚寸法が厚い程、またレジスト液の粘度が高い程、当該膜厚寸法の均一性が得られにくくなる。即ち、厚膜となるようにレジスト膜を形成しようとすると、当該レジスト膜の高さレベルは、面内に亘ってばらつきやすくなる。また、レジスト液の粘度が高い程、当該レジスト膜は流動しにくくなる。従って、本発明は、高粘度のレジスト液を用いて厚膜のレジスト膜を形成する手法に好適に用いられる。これら「高粘度」及び「厚膜」とは、具体的には既に説明した数値範囲内を意味している。
また排気量がゼロとは、流量Ｖａがほぼゼロとなる場合を含み、例えば排気流量が１．３ｍ^３／分未満（排気口４６の排気圧が２５Ｐａ未満）となる場合も含むものとする。

既述の例において、貯留部６１を設けずに、ウエハＷの周縁部から振り切られる溶剤やレジスト液により溶剤雰囲気を形成しても良い。この場合には、ダンパー４８を閉止すると、内側カップ４１や中間カップ４２の表面に付着した溶剤やレジスト液から溶剤が揮発して溶剤雰囲気が形成され、ウエハＷの周縁部におけるレジスト膜の乾燥が抑制される。
このように貯留部６１を設けない場合には、ウエハＷに対してレジスト液の吐出を行う前に、例えばダミーウエハ（ダミー基板）に溶剤を吐出すると共に、内側カップ４１や中間カップ４２の表面に溶剤を予め付着させても良い。即ち、後述の実施例からも分かるように、レジスト液の乾燥を行う時、ダンパー４８を閉止したとしても、内側カップ４１や中間カップ４２の表面にレジスト液や溶剤が付着していないと、当該ウエハＷの外周部側に溶剤雰囲気を形成しにくい。従って、既述のダミーウエハへの溶剤の吐出処理は、製品ウエハＷに対してレジスト膜を形成するにあたっての前処理となる。そのため、既述のプリウエット処理は、この前処理に相当すると言える。

以下に、本発明の他の例について、図１１を参照して説明する。図１１は、既述の貯留部６１について、中間カップ４２の底面に設けることに代えて、外側カップ４３におけるウエハＷの外周端に対向する位置に配置した例を示している。この例では、外側カップ４３は、中間カップ４２の外周側の位置から周方向に亘って上方に向かって伸びるように形成された垂直面部１３１と、この垂直面部１３１の上端縁からウエハＷの周縁部に向かって傾斜する傾斜面部１３２とにより構成されている。この例においても、貯留部６１は、ウエハＷの周囲を囲むように当該ウエハＷの全周に亘って環状に設けられている。従って、ウエハＷの遠心力により当該ウエハＷ側に引き込まれる雰囲気は、図１２に示すように、前記傾斜面部１３２に沿ってウエハＷの周縁部に向かって通流すると共に、傾斜面部１３２に沿って通流する途中位置において、貯留部６１から発生する溶剤雰囲気を巻き込んで当該周縁部に到達する。そのため、この例においても、既述の例と同様の効果が得られる。
以上のように貯留部６１を設ける場合には、既述の図２と図１１とを組み合わせても良く、具体的には外側カップ４３の先端部と内側カップ４１の底面との双方に貯留部６１を配置しても良い。
従って、特許明細書における「溶剤蒸気が行き渡る位置」とは、内側カップ４１と中間カップ４２との間の環状の空間と、中間カップ４２の底面から連通孔４２ｂを介して外側カップ４３の下方側の環状の空間（中間カップ４２の外側の空間）と、の少なくとも一方を意味している。即ち、既述のように、ダンパー４８を閉止すると、前記２つの環状の空間では、気流が行き来する（循環する）ので、これら２つの環状の空間の少なくとも一方に貯留部６１を設けることにより、当該貯留部６１は「溶剤蒸気が行き渡る位置に配置された」と言える。

図１３は、ウエハＷの周縁部に溶剤雰囲気を強制的に形成するにあたって、貯留部６１を設ける代わりに、当該周縁部に対して溶剤雰囲気を吐出する吐出部であるノズル１４１を設けた例を示している。このノズル１４１は、一端側の開口端がスピンチャック１４上におけるウエハＷの外周端を臨むように配置されており、他端側はバルブ１４２及び流量調整部１４３を介して、液体状の溶剤が貯留された溶剤発生部１４４に接続されている。この溶剤発生部１４４の上面には、窒素ガスなどの不活性ガスを供給するための供給管１４５が挿入されており、この供給管１４５の下端部は、溶剤の液面の高さレベルよりも下方側にて開口している。従って、例えば常温程度に加熱（加温）された不活性ガスを供給管１４５から溶剤発生部１４４に供給することにより、溶剤の内部にてフッ化性ガスがバブリングされて、溶剤を含む不活性雰囲気がウエハＷの周縁部に形成される。
このように溶剤発生部１４４を設ける場合には、既述の供給管１４５における下面側開口端を溶剤の液面の高さレベルよりも上方側に位置させて、常温程度の雰囲気を当該液面に吹き付けても良いし、あるいは常温雰囲気により自然蒸発した溶剤雰囲気をノズル４１を介してウエハＷの周縁部に供給しても良い。

本発明の手法によりウエハＷ上に形成する塗布膜としては、既述のレジスト膜に代えて、ポリイミド膜や接着剤からなる接着膜でも良い。このような塗布膜であっても、当該塗布膜を構成する有機材料をシンナーなどの溶剤により希釈した塗布液がウエハＷに供給されて、同様にウエハＷの周縁部にて乾燥が抑制されながら余分な塗布液が液切りされる。

以上のようにダンパー４８を閉止するタイミングとしては、早すぎるとレジスト液のミストが処理雰囲気に舞うおそれがあり、一方遅すぎるとウエハＷの外周部側におけるレジスト膜が流動しにくくなる（乾燥が進行しすぎる）。従って、前記タイミングは、レジスト液をウエハＷに吐出し終えた後、レジスト液の乾燥が完了するまでの間に設定することが好ましく、具体的には既述の図６における時刻ｔ３と時刻ｔ４との間において予め設定された時点である。

（実験例１）
続いて、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。図１４は、本発明と従来の手法とにより夫々得られたレジスト膜について、膜厚寸法をウエハＷの直径方向に測定した結果を示している。図１４から分かるように、従来ではウエハＷの外縁部では中央部よりも膜厚寸法が５０ｎｍ以上も厚くなっていた。一方、本発明ではウエハＷの外縁部では中央部と同レベルの膜厚寸法となっていた。

（実験例２）
この実験では、カップ４１〜４３に付着したレジスト液や溶剤を拭き取った後、５枚のウエハＷに対して連続して本発明の手法によりレジスト膜の形成処理を行い、その後これら５枚のウエハＷについてレジスト膜の膜厚寸法を測定した結果を示している。即ち、これら５枚のウエハＷのうち、１枚目のウエハＷに対してレジスト液を吐出する時、カップ４１〜４３にはレジスト液や溶剤は付着していない。一方、後続の２枚目以降のウエハＷについては、レジスト液を吐出する時、内側カップ４１や中間カップ４２にはレジスト液が付着している。

この結果、図１５に示すように、１枚目のウエハＷでは、ウエハＷの外周端におけるレジスト膜の膜厚寸法が中央側よりも厚くなっており、膜厚寸法の均一性が悪化していた。これに対して２枚目以降のウエハＷでは、１枚目のウエハＷよりも膜厚寸法の均一性が改善されていた。従って、レジスト液の乾燥を行う時、ダンパー４８を閉止するだけでなく、カップ４１、４２に溶剤を予め付着させておくことが好ましいと言える。そのため、製品ウエハＷに対してレジスト液の吐出処理を行う前に、既に説明したように、ダミーウエハを用いた前処理やプリウエット処理を行っておくことが好ましい。尚、図１５では１枚目のウエハＷを実線にて示しており、後続の２枚目以降のウエハＷについては破線にて示している。

Ｗ ウエハ
１１ 処理部
１４ スピンチャック
４２ｂ 連通口
４８ ダンパー
４９ 排気ダクト

Claims (11)

1. 清浄気体の下降気流が形成される雰囲気に配置され、溶剤を含む塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する装置において、
   基板を水平に保持し、鉛直軸周りに回転自在な基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板の表面に塗布液を吐出する塗布液ノズルと、
   前記基板保持部に保持された基板の下方側の領域を囲むように設けられた筒状部と当該筒状部の上縁から全周に亘って基板の外周端に近接するように内側に向かって伸び出した屈曲部とからなる中間カップと、
   前記中間カップの屈曲部に周方向に沿って複数形成され、各々当該屈曲部を上下方向に貫通する連通口と、
   前記中間カップの筒状部の上縁から上方に向かって伸びだし更に上縁が内側に屈曲して前記基板よりも高い位置まで伸び出すと共に前記基板の周方向に沿って環状に形成された外カップと、
   前記中間カップの内部雰囲気を排気するために基板よりも下方側に設けられた排気路と、
   前記基板よりも下方側に設けられ、前記基板保持部に保持された基板の外周端よりも内側寄りの位置から前記外周端よりも外側に外れた位置に向かって下方側に伸びだし、前記中間カップとの間に前記排気路に向かう排気流の通路を形成するガイド部と、
   前記基板の回転により塗布液が塗布されるときには、前記排気路により排気を行い、前記基板上の塗布液を乾燥させるために基板が回転するときには、前記排気路による排気を停止するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする塗布装置。
2. 前記排気路には、当該排気路を開閉するための開閉機構が設けられ、
   前記制御部は、前記開閉機構を開閉して排気路の排気量を制御するための制御信号を出力するものである請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記開閉機構は、前記中間カップの内部に開口する流路及び前記中間カップの外に開口する流路について、一方の流路を塞ぎ、他方の流路を開く位置と、一方の流路を開き、他方の流路を塞ぐ位置と、の間で開閉する開閉体を備えていることを特徴とする請求項２に記載の塗布装置。
4. 前記基板上の塗布液を乾燥させるために基板が回転するときに、前記基板の周縁部に溶剤の蒸気を供給するための溶剤蒸気供給部を備えてい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装置。
5. 前記溶剤蒸気供給部は、前記中間カップの内側に設けられた溶剤貯留部であることを特徴とする請求項４に記載の塗布装置。
6. 前記溶剤蒸気供給部は、前記外カップの上部の開口部を囲むように設けられた溶剤貯留部であることを特徴とする請求項４に記載の塗布装置。
7. 前記制御部は、基板上に塗布液が塗布されるときには基板を第１の回転数で回転させ、次に基板を第１の回転数よりも低い第２の回転数で回転させ、更に塗布液を乾燥させるために第２の回転数よりも高い回転数で回転させるように制御信号を出力し、また基板が第２の回転数で回転した後における設定された時点で、塗布液が塗布されるときの排気量よりも少ない排気量となるように制御信号を出力するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の塗布装置。
8. 清浄気体の下降気流が形成される雰囲気にて、溶剤を含む塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する方法において、
   鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に保持された基板の下方側の領域を囲むように設けられた筒状部と当該筒状部の上縁から全周に亘って基板の外周端に近接するように内側に向かって伸び出した屈曲部とからなる中間カップと、
   前記中間カップの屈曲部に周方向に沿って複数形成され、各々当該屈曲部を上下方向に貫通する連通口と、
   前記中間カップの筒状部の上縁から上方に向かって伸びだし更に上縁が内側に屈曲して前記基板よりも高い位置まで伸び出すと共に前記基板の周方向に沿って環状に形成された外カップと、
   前記基板よりも下方側に設けられ、前記基板保持部に保持された基板の外周端よりも内側寄りの位置から前記外周端よりも外側に外れた位置に向かって下方側に伸びだし、前記中間カップとの間に前記排気路に向かう排気流の通路を形成するガイド部と、を備えた塗布装置を用い、
   基板を基板保持部に水平に保持する工程と、
   前記基板の中央部に塗布液を供給すると共に基板保持部を鉛直軸周りに回転させて基板上に塗布液を広げて塗布液の塗布を行いながら、前記排気路により前記中間カップの内部雰囲気を排気する工程と、
   次いで、前記排気路による排気を停止し、溶剤雰囲気が前記連通口を介して前記中間カップの屈曲部の上面側と下面側との間で循環する状態で、前記基板保持部を回転させて前記基板上の塗布液を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とする塗布方法。
9. 前記排気量の調整は、排気路に設けられた開閉機構により行われ、
   前記開閉機構は、前記中間カップの内部に開口する流路及び前記中間カップの外に開口する流路について、一方の流路を塞ぎ、他方の流路を開く位置と、一方の流路を開き、他方の流路を塞ぐ位置と、の間で開閉する開閉体を備えていることを特徴とする請求項８に記載の塗布方法。
10. 前記基板上の塗布液を乾燥させるために基板が回転するときに、前記基板の周縁部に溶剤の蒸気を供給する工程を行うことを特徴とする請求項８または９に記載の塗布方法。
11. コンピュータ上で動作す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、
    前記コンピュータプログラムは、請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の塗布方法を実施するよう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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