JP6897849B2

JP6897849B2 - 塗布膜形成装置及び塗布膜形成方法

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Publication number: JP6897849B2
Application number: JP2020103877A
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Inventors: 柴田　直樹; 直樹柴田; 真一畠山
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Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2021-07-07
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Description

本発明は、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。

半導体製造工程におけるフォトリソグラフィにおいては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）の表面に各種の塗布液が供給されて、塗布膜が形成される。一般的に、この塗布膜の形成は、ウエハの中心部に供給された塗布液をウエハの回転による遠心力でウエハの周縁部に展伸させる、いわゆるスピンコーティングにより行われる。上記の塗布液としては例えばレジストが有る。このレジストは、例えば比較的大きい膜厚を得るために、例えば、粘度が比較的高いものが用いられる場合が有る。

しかし、そのように比較的粘度が高いレジストをスピンコーティングにより塗布すると、形成されたレジスト膜の周縁部に気泡が混入してしまう場合が有ることが確認された。この不具合は、レジストがウエハの周縁部に展伸される際に、当該レジストに含まれる溶剤の乾燥が進行し、レジストの粘度がより高くなる結果、fingeringと呼ばれる枝分かれして広がる現象が発生し、そのようにレジストが広がるにあたって、ウエハ表面の空気が気泡として巻込まれることで発生したものと考えられる。また、レジストの塗布時に、ウエハの表面には凹部が形成されている場合が有る。その場合、上記のように展伸時に粘度が上昇したレジストは、凹部内に十分に進入することができず、その結果、凹部内の空気がレジスト膜中に気泡として残ってしまうおそれがある。

特許文献１には、ウエハの中心部に塗布液を供給した後、ウエハの中心部に希釈液を供給して混合液を形成することで、ウエハの周縁部に塗布液の濃度が高い混合液が、ウエハの中心部に塗布液の濃度が低い混合液が各々存在する状態を形成した後、ウエハの回転によって、ウエハ表面における塗布液の濃度を均一化させて塗布膜を形成することについて記載されている。ただし、この特許文献１では塗布液の液溜まり全体を覆うように希釈液を供給している。このような手法では塗布液の粘度が過度に低下するので塗布膜の膜厚の制御が難しく、特に塗布膜の膜厚を比較的大きくすることは困難であると考えられる。特許文献２には、角形の基板にレジスト膜を形成するにあたり、レジストの塗布時に基板に溶剤のミストまたは溶剤の蒸気を供給して、基板の隅部上における気流の溶剤の濃度を調整することについて記載されている。この溶剤の供給は角形基板の隅部上のみに行われており、スピンコーティングによってレジストを基板に塗布するにあたり、基板の周縁部において発生する上記の気泡の問題に対する着眼は無く、当該問題を解決できるものではない。

特開２０１０−２２５８７１号公報特開２００５−２３５９５０号公報

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その課題は、基板に塗布膜を形成するにあたり、塗布膜における気泡の混入を抑えることができる技術を提供することである。

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前記基板を回転させる回転機構と、
前記基板の表面に塗布膜を形成するための塗布液を前記基板の中心部に供給する塗布液供給ノズルと、
前記塗布液の粘度を低下させるための希釈液を前記基板に供給し、前記塗布液が希釈された混合液を形成するための希釈液供給ノズルと、
前記基板に前記塗布液を供給して当該基板の中心部に局所的な液溜まりを形成する第１のステップと、次いで前記液溜まりの周縁部に限定的に希釈液を供給して混合液を形成する第２のステップと、続いて前記基板を回転させ、遠心力によって前記混合液を前記基板の周縁部に向けて展伸させて基板の周縁部を当該混合液により被覆し、前記液溜まりを当該混合液に被覆された基板の周縁部に向けて展伸させて前記塗布膜を形成する第３のステップと、が行われるように制御信号を出力する制御部と、を含み、
前記第２のステップは、前記希釈液供給ノズルの吐出口が前記液溜まりの周縁部に向かう状態で当該吐出口から前記希釈液を供給して前記混合液を形成する。

本発明の塗布膜形成方法は、
基板保持部により基板を水平に保持する工程と、
次いで、塗布液供給ノズルにより、基板の表面に塗布膜を形成するための塗布液を前記基板に供給して、当該基板の中心部に局所的な液溜まりを形成する工程と、
その後、希釈液供給ノズルにより、前記塗布液の粘度を低下させるための希釈液を前記液溜まりの周縁部に限定的に供給して、前記塗布液が希釈された混合液を形成する工程と、
然る後、前記基板保持部を介して基板を回転させる回転機構により前記基板を回転させ、遠心力によって前記混合液を前記基板の周縁部に向けて展伸させて基板の周縁部を当該混合液により被覆し、前記液溜まりを当該混合液に被覆された基板の周縁部に向けて展伸させて前記塗布膜を形成する工程と、
を含み、
前記混合液を形成する工程は、前記希釈液供給ノズルの吐出口が前記液溜まりの周縁部に向かう状態で当該吐出口から前記希釈液を供給して前記混合液を形成する工程を含む。

本発明の記憶媒体は、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記憶する記憶媒体であって、
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施するためのステップ群が組み込まれていることを特徴とする。

本発明によれば、基板の中心部に塗布液の液溜まりを形成した後、液溜まりの周縁部に限定的に希釈液を供給して混合液を形成し、その後、基板の回転の遠心力によって混合液で基板の周縁部を被覆し、さらに塗布液で混合液が供給された基板の周縁部を被覆することで塗布膜を形成する。先に基板の周縁部に供給された混合液と混ざりながら、塗布液は当該基板の周縁部を広がるため、当該塗布液の乾燥を抑えることができ、その結果として当該塗布液の基板に対する被覆性の低下を抑えることができるため、塗布膜に気泡が混入することを抑えることができる。

本発明の実施の形態に係るレジスト膜形成装置の斜視図である。前記レジスト膜形成装置の平面図である。前記レジスト膜形成装置により処理されるウエハの一例を示す平面図である。前記ウエハの縦断側面図である。前記ウエハにおいてレジスト膜が形成される工程を示す概略斜視図である。前記ウエハにおいてレジスト膜が形成される工程を示す概略斜視図である。前記ウエハにおいてレジスト膜が形成される工程を示す概略斜視図である。前記ウエハにおいてレジスト膜が形成される工程を示す概略斜視図である。前記ウエハにおいてレジスト膜が形成される工程を示す概略斜視図である。前記ウエハにおいてレジスト膜が形成される工程を示す概略斜視図である。レジストが展伸される様子を示すためのウエハの縦断側面図である。レジストが展伸される様子を示すためのウエハの縦断側面図である。レジストが展伸される様子を示すためのウエハの縦断側面図である。レジストが展伸される様子を示すためのウエハの縦断側面図である。比較例における処理を説明するためのウエハの縦断側面図である。比較例における処理を説明するためのウエハの縦断側面図である。レジストを希釈する様子を示すためのウエハの縦断側面図である。レジストを希釈する様子を示すためのウエハの縦断側面図である。レジストを希釈する様子を示すためのウエハの縦断側面図である。レジストを希釈する様子を示すためのウエハの縦断側面図である。評価試験の結果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の形態に係るレジスト膜形成装置１について、図１の斜視図及び図２の縦断側面図を参照しながら説明する。このレジスト膜形成装置１は、基板であるウエハＷの表面に塗布液としてレジストを供給し、塗布膜としてレジスト膜を形成する。図中１１は基板保持部であるスピンチャックであり、ウエハＷの裏面中央部を吸着し、当該ウエハＷを水平に保持する。図中１２は回転機構であり、軸部１３を介してスピンチャック１１に接続されている。回転機構１２によって、スピンチャック１１に保持されたウエハＷがその中心軸周りに回転するように、当該スピンチャック１１が回転する。

図２中１４は水平な円形板であり、スピンチャック１１の下方側において、軸部１３を取り囲むように設けられている。図中１５は、円形板１４を貫通するように設けられた昇降ピンであり、ウエハＷを支持できるように３本設けられている（図２では２本のみ表示している）。これらの昇降ピン１５は昇降機構１６により昇降自在に構成され、当該昇降により、レジスト膜形成装置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の受け渡しが行われる。

図中２はカップであり、スピンチャック１１を取り囲むように設けられている。カップ２は、回転するウエハＷより飛散したり、こぼれ落ちた排液を受け止め、当該排液をレジスト膜形成装置１の外部に排出する役割を有する。カップ２は、上記の円形板１４の周囲に、リング状に設けられた断面形状が山型の山型ガイド部２１を備え、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。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。

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中間ガイド部２４とが設けられている。中間ガイド部２４には、周方向に複数の開口部２５が設けられている。また中間ガイド部２４の基端側周縁から上方に伸びるように筒状部２６が設けられ、この筒状部２６の上縁から内側上方へ伸び出すように傾斜壁２７が設けられる。

また、筒状部２３の下方側は、山型ガイド部２１及び垂直壁２２の下方に断面が凹部型となるリング状の液受け部３１として形成されている。この液受け部３１においては、外周側に排液路３２が接続され、ウエハＷの回転により飛散した液は、上記の傾斜壁２７、中間ガイド部２４及び筒状部２３により受け止められて排液路３２に導入される。液受け部３１において、排液路３２よりも内周側には、排気管３３が下方から突入する形で設けられており、ウエハＷの処理中は、カップ２内が排気される。

図中４１は垂直な円筒状のレジスト供給ノズルであり、垂直下方にレジストを吐出する。図２中４２はレジスト供給部である。このレジスト供給部４２は、例えばレジストを貯留するタンク、ポンプ、フィルタ、及びバルブなどを備えており、当該タンクから所定の流量でレジストをレジスト供給ノズル４１に供給することができる。このレジスト供給部４２からレジスト供給ノズル４１に供給され、ウエハＷに吐出されるレジストの粘度は、例えば５００ｃＰ〜５０００ｃＰである。

図１中４３はその先端側にてレジスト供給ノズル４１を支持するアームであり、アーム４３の基端側は移動機構４４に接続されている。移動機構４４はアーム４３を昇降させることができ、且つガイドレール４５に沿って水平方向に移動できるように構成されている。図中４６は、ウエハＷに処理を行わないときに、レジスト供給ノズル４１を待機させる待機部である。

図中５１は垂直な円筒状のシンナー供給ノズルであり、垂直下方に上記のレジストの溶剤であるシンナーを吐出する。図２中５２はシンナー供給部である。このシンナー供給部５２は、例えばシンナーを貯留するタンク、ポンプ、フィルタ、及びバルブなどを備えており、当該タンクから所定の流量でシンナーをシンナー供給ノズル５１に供給することができる。このシンナーは例えば上記のレジストに含まれる溶媒であり、レジストを希釈するための希釈液として、且つ、レジスト及び希釈されたレジストのウエハＷ表面における濡れ性の向上（プリウエット）のための処理液として用いられる。

図１中５３はその先端側にてシンナー供給ノズル５１を支持するアームであり、アーム５３の基端側は移動機構５４に接続されている。移動機構５４はアーム５３を昇降させることができ、且つガイドレール５５に沿って水平方向に移動できるように構成されている。この移動機構５４の水平移動により、ウエハＷ表面の直径上においてシンナーが吐出される位置をウエハＷの径方向に沿って移動させることができる。図中５６は、ウエハＷに処理を行わないときに、シンナー供給ノズル５１を待機させる待機部である。なお図１中においては、カップ２及び待機部４６、５６が各々配置される間隔について、誇張して表示している。

図２に示すように、レジスト膜形成装置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、レジスト膜形成装置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、回転機構１２によるウエハＷの回転数の変更、移動機構４４、５４によるレジスト供給ノズル４１及びシンナー供給ノズル５１の移動、レジスト供給部４２からレジスト供給ノズル４１へのレジストの給断、シンナー供給部５２からシンナー供給ノズル５１へのシンナーの給断などの動作がプログラムにより制御される。

次に、レジスト膜形成装置１により処理が行われるウエハＷの一例について、ウエハＷの表面を示す図３を参照して説明する。ウエハＷは、例えば直径が３００ｍｍの円形基板である。この図３に示すように、ウエハＷの表面には多数の溝６１が格子状に形成されている。図４は、ウエハＷの縦断側面である。Ｈ１で示す溝６１の深さは例えば５μｍ〜１００μｍであり、Ｌ０で示す溝６１の幅は例えば５０μｍ〜５００μｍである。

続いて、レジスト膜形成装置１により、ウエハＷにレジスト膜が形成される処理工程について、ウエハＷの表面の状態及び各ノズル４１、５１の動作を示す概略斜視図である図５〜図１０を参照して説明する。また、ウエハＷの縦断側面の概略図である図１１〜図１４も適宜参照する。

先ず、搬送機構によって図３で説明したウエハＷがレジスト膜形成装置１に搬送され、昇降ピン１５を介して当該ウエハＷの裏面中央部がスピンチャック１１に吸着されて保持される。そして、ウエハＷが例えば１００ｒｐｍで回転し、ウエハＷの中心部上に位置したシンナー供給ノズル５１からシンナー５０がウエハＷの中心部に吐出される。そして、ウエハＷの回転数が例えば１０００ｒｐｍに上昇し、遠心力によってシンナー５０はウエハＷの周縁部に展伸されて、プリウエットが行われる（図５）。

その後、シンナー供給ノズル５１からシンナー５０の吐出が停止し、シンナー供給ノズル５１がウエハＷの周縁部寄りに移動すると共に、レジスト供給ノズル４１がウエハＷの中心部上に配置される。そして、ウエハＷが例えば１０ｒｐｍで回転すると共に、レジスト供給ノズル４１からレジスト４０がウエハＷの中心部上に吐出され、このレジスト４０によって平面視円形の液溜まりＡ１がウエハＷの中心部に局所的に形成される（図６）。その後、供給ノズル４１からレジスト４０の吐出が停止すると共に、ウエハＷの回転数が例えば２００ｒｐｍに上昇し、遠心力によって液溜まりＡ１の表面が平坦化される（図７、図１１）。このとき、ウエハＷの回転数が比較的低いことから、液溜まりＡ１の広がりは抑えられ、当該液溜まりＡ１の周端はウエハＷの周端に達していない。図１１に示す、ウエハＷの中心から液溜まりＡ１の周端までの距離Ｌ１は、例えば５０ｍｍである。また、液溜まりＡ１を構成するレジスト４０は、液溜まりＡ１の下方の溝６１内にプリウエットによって供給されたシンナー５０と混合され、当該溝６１内に進入する。

続いて、ウエハＷの回転数が例えば６０ｒｐｍに下降し、シンナー供給ノズル５１から液溜まりＡ１の周縁部にシンナー５０が供給される。ウエハＷは回転しているため、遠心力の作用によってシンナー５０は液溜まりＡ１に供給された位置からウエハＷの中心部側へは流れず、供給された位置からウエハＷの周縁部側へ流れる。それによって、液溜まりＡ１の周縁部を構成するレジスト４０が限定的にシンナー５０によって希釈され、レジスト４０よりも粘度が低く、流動性が高い状態となる。この希釈されたレジスト４０を混合液Ａ２として示す。従って、レジスト４０の液溜まりＡ１の周囲に混合液Ａ２が存在した状態となる（図８、図１２）。図１２に示すウエハＷの中心からシンナー５０が供給される位置までの距離Ｌ２は、例えば４０ｍｍである。なお、より詳しくは、このシンナー５０が供給される位置とは、シンナー供給ノズル５１に設けられる吐出口についての、シンナーの吐出方向におけるウエハＷへの投影領域である。なお、図の煩雑化を避けるため図１１、図１２では、プリウエットによってウエハＷの周縁部に供給されたシンナー５０の表示は省略している。

続いてシンナー５０の吐出が停止すると共に、ウエハＷの回転数が上昇して例えば１８００ｒｐｍとなる。上記の混合液Ａ２は、液溜まりＡ１を構成するレジスト４０よりも粘度が低いため、この回転数の上昇による遠心力の増大によって、プリウエットのシンナー５０によって被覆されたウエハＷの周縁部を、ウエハＷの周端へ向けて速やかに展伸される。この展伸中において、混合液Ａ２はそのように粘度が比較的低いことからfingering、つまり枝別れした広がりは起らず、ウエハＷの周方向に見て均一性高く広がる。さらに、ストリエーションと呼ばれる模様の形成も抑制される。また、そのように粘度が比較的低いことにより、混合液Ａ２は、凹部である溝６１内に進入し、溝６１内が当該混合液Ａ２で満たされる。より詳しくは、プリウエットによって溝６１内に進入しているシンナー５０と混ざることで、混合液Ａ２は溝６１内に進入する。

このように混合液Ａ２の展伸が進行して、ウエハＷの周縁部全体が混合液Ａ２に被覆される（図９、図１３）。この混合液Ａ２による被覆が進行する一方で、レジスト４０により構成される液溜まりＡ１もウエハＷの周端へ向けて展伸される。混合液Ａ２の粘度に比べてレジスト４０の粘度は高いため、当該液溜まりＡ１の外縁が移動する速度は、混合液Ａ２が移動する速度よりも遅い。従って、レジスト４０は既に混合液Ａ２に被覆されたウエハＷの周縁部を展伸するため、当該液溜まりＡ１の外縁は、混合液Ａ２と混ざりながらウエハＷの周端へと向かうことになる。従って、展伸中における液溜まりＡ１の乾燥は抑えられ、当該液溜まりＡ１は、枝別れすることなく、ウエハＷの周方向において均一性高く広がる。このように展伸が進む途中、溝６１上に位置した液溜まりＡ１を構成するレジスト４０は、溝６１内の混合液Ａ２と混ざり合うことで、溝６１内に進入する。

図１４に示すように液溜まりＡ１の外縁がウエハＷの周端まで達して、ウエハＷ表面全体がレジスト４０に被覆された後もウエハＷの回転が続けられ、レジスト４０が乾燥し、レジスト膜６０が形成される（図１０）。然る後、ウエハＷの回転が停止し、成膜処理が終了する。その後、ウエハＷは、昇降ピン１５及び搬送機構の動作によって、レジスト膜形成装置１から搬出される。

上記の図５〜図１４で説明した処理（発明の実施例の処理）の効果を明確に示すために、比較例の処理として、上記のレジスト４０の液溜まりＡ１の形成後、当該液溜まりＡ１の周縁部へのシンナー５０の供給を行わずにレジスト膜を形成する処理について、レジスト４０の状態を示した図１５、図１６を用いて説明する。この比較例の処理は、液溜まりＡ１の周縁部へのシンナー５０の供給が行われないことを除いて、発明の実施例の処理と同様であるものとする。

図５〜図７で説明したようにプリウエット後にレジスト４０の液溜まりＡ１を形成した後、当該液溜まりＡ１を展伸させるためにウエハＷの回転数を上昇させる（図１５）。液溜まりＡ１の展伸中、液溜まりＡ１の外縁は乾燥し、レジスト４０の粘度が上昇することで上記の枝別れが発生する。図１６の一点鎖線の枠内には、ウエハＷの周端から中心部に向かって見た、枝別れにより生じたレジスト４０の枝を示している。このレジスト４０の枝が広がる際にウエハＷ表面の空気が巻き込まれる。また、レジスト４０の粘度が高いため、溝６１内に十分にレジスト４０が満たされずに空気が含まれたまま当該溝６１の上部が塞がれてしまう。これらのレジスト４０に巻き込まれた空気及び溝６１内に残留した空気が、気泡６２となって、レジスト膜６０に含まれてしまうことになる。なお、この比較例の処理においては、液溜まりＡ１の形成前にプリウエットによってウエハＷの周縁部にシンナー５０が供給されるが、後述の評価試験で示すように十分に気泡６２の混入を抑制することはできないことが確認されている。これは、液溜まりＡ１を展伸させる際に比較的高い回転数でウエハＷを回転させることにより、当該シンナー５０の揮発が進行してしまうためであると考えられる。

上記の図５〜図１４で説明した発明の実施例の処理によれば、ウエハＷの中心部にレジスト４０の液溜まりＡ１を形成した後、液溜まりＡ１の周縁部に限定的にシンナー５０を供給して混合液Ａ２を形成し、その後、ウエハＷの回転の遠心力によって混合液Ａ２でウエハＷの周縁部を被覆し、さらに液溜まりＡ１の中心部を構成するレジスト４０をウエハＷの周縁部に展伸させることで、レジスト膜６０を形成する。液溜まりＡ１を構成するレジスト４０は、先にウエハＷの周縁部に供給された混合液Ａ２と混ざりながら、ウエハＷの周端へ向けて展伸されるため、乾燥によるレジスト４０の粘度の上昇を抑えることができる。従って、図１５、図１６で説明したように、レジスト４０が枝別れして不規則に広がることによって当該レジスト４０に空気が混入したり、溝６１への進入が不十分のために溝６１内に空気が残留したりする不具合を防ぐことができる。その結果として、レジスト膜６０に気泡が混入することを防ぐことができる。また、レジスト４０の液溜まりＡ１の周縁部に限定的にシンナー５０が供給されるため、レジスト４０の過剰な希釈を防ぐことができる。従って、レジスト膜６０の膜厚の制御性を高くすることができ、比較的大きい膜厚を持つようにレジスト膜６０を形成することもできる。

なお、シンナー５０の代わりに混合液Ａ２でプリウエットすることで、混合液Ａ２をウエハＷの周縁部に供給し、このプリウエット後、図１５、図１６で説明したようにレジスト４０の液溜まりＡ１にシンナー５０を供給せずに当該液溜まりＡ１をウエハＷの周縁部に展伸させることが考えられる。しかし、その場合は混合液Ａ２がウエハＷへ供給されてから、レジスト４０がウエハＷに吐出されてウエハＷの周縁部へ展伸されるまでに、混合液Ａ２中のシンナー５０が揮発してしまうおそれがある。また、タンクに混合液Ａ２を貯留しておき、そのタンクの混合液Ａ２をノズルからウエハＷに吐出して、そのようにプリウエットを行う場合、タンクに貯留する前にこの混合液Ａ２の調整を行っておく必要があるため手間である。それに対して、図５〜図１４で説明した発明の実施例の処理は、レジスト４０が既にウエハＷに供給された状態で混合液Ａ２を形成し、その後、速やかに混合液Ａ２及びレジスト４０をウエハＷの周縁部へ展伸させることができる。従って、混合液Ａ２中のシンナー５０の揮発を抑え、展伸されるレジスト４０の粘度の上昇を確実に抑えることができ、且つレジスト４０の塗布処理前における混合液Ａ２の調整の手間が不要になるという点で、上記の発明の実施例の処理は有利である。

ところで上記の発明の実施例の処理において、シンナー５０の吐出時間が長すぎると、混合液Ａ２がウエハＷ表面から除去されてしまい、シンナー５０に被覆されたウエハＷの周縁部をレジスト４０が展伸することになるが、混合液Ａ２に比べるとシンナー５０は揮発しやすいので、上記の効果を得ることが難しくなってしまう。また、シンナー５０の吐出時間が短すぎると、混合液Ａ２の粘度が十分に低下せず、当該混合液Ａ２がウエハＷに対して十分な被覆性を持たないおそれがある。これらの不具合の発生を防ぐことができるように、シンナー５０の吐出時間は適切に設定され、例えばこの吐出時間は１秒〜３０秒であり、上記の処理では２０秒シンナーを吐出している。

また、上記した発明の実施例の処理では、シンナー５０の吐出を停止させた後、混合液Ａ２及びレジスト４０を展伸させるためにウエハＷの回転数を上昇させているが、この回転数の上昇中も引き続きシンナー５０の吐出を行い、展伸中のレジスト４０の液溜まりＡ１にシンナーが供給されてもよい。このようにウエハＷの回転数の上昇中もシンナーを供給する場合、例えば展伸された混合液Ａ２がウエハＷの周端に達した時点、あるいは当該周端に達した時点より後にシンナー５０の吐出を停止するようにして、確実に混合液Ａ２がウエハＷの周縁部を被覆するようにしてもよい。

また、上記した発明の実施例の処理においては、レジスト４０の液溜まりＡ１の表面を均すためにウエハＷの回転数を２００ｒｐｍにした後、シンナー５０をレジスト４０の液溜まりＡ１へ供給して混合液Ａ２を形成するにあたり、６０ｒｐｍでウエハＷを回転させている。このように回転数を低下させているのは、シンナー５０の供給時のウエハＷの回転数が大きすぎると、形成された混合液Ａ２の乾燥が進行してしまい、レジスト４０の液溜まりＡ１を展伸させる際に、液溜まりＡ１の粘度を十分に低下させることができなくなってしまうためである。ところで、このシンナー５０の供給時のウエハＷの回転数は、６０ｒｐｍであることには限られないが、このように混合液Ａ２の乾燥を抑える観点から５００ｒｐｍ以下とすることが好ましい。例えば、レジストの粘度が５００ｃＰの場合に２０ｒｐｍでも良く、５０００ｃＰの場合に５００ｒｐｍでも良い。

なお、このシンナー５０の供給後、混合液Ａ２及び液溜まりＡ１を展伸させる際には、遠心力を大きくしてそのような展伸を行うために、既述のようにウエハＷの回転数を上昇させる。つまり、混合液Ａ２を形成するためにシンナー５０を吐出する際のウエハＷの回転数（第１の回転数）は、混合液Ａ２及び液溜まりＡ１を展伸させる際の回転数（第２の回転数）よりも低い。

ところで上記の発明の実施例の処理では、混合液Ａ２を形成するためにシンナー５０を吐出する際にシンナー供給ノズル５１を静止させているが、そのように静止させず、移動機構５４によって当該シンナー供給ノズル５１を移動させ、ウエハＷの径方向（即ち、液溜まりＡ１、混合液Ａ２の径方向）に沿ってシンナー５０が吐出される位置を移動させてもよい。具体的には例えば図１７に示すように、シンナー供給ノズル５１から回転するウエハＷに対してシンナー５０を吐出した状態で、液溜まりＡ１の周縁部上において、当該シンナー供給ノズル５１をウエハＷの周端側から中心側へと移動させることで、液溜まりＡ１の周縁部に限定的にシンナー５０を供給して、混合液Ａ２を形成することができる。このようにシンナー供給ノズル５１を移動させてシンナー５０の液流を移動させることで、液溜まりＡ１の周縁部を構成するレジスト４０がシンナー５０と共に、より撹拌され、形成される混合液Ａ２の粘度を確実に低下させることができる。その結果として、より確実にウエハＷの周縁部全体を当該混合液Ａ２によって被覆し、レジスト膜６０への気泡の混入を抑えることができる。

この図１７に示す例では、液溜まりＡ１の近傍で当該液溜まりＡ１の外側においてシンナー５０の吐出が開始され、シンナー供給ノズル５１はシンナー５０を吐出したまま、液溜まりＡ１の周縁部上へ移動し、当該周縁部にシンナー５０が供給されるようにしている。このようにシンナー５０の吐出の開始位置を液溜まりＡ１の外側に設定しているのは、シンナー供給ノズル５１とウエハＷとの間の空気が、シンナー供給ノズル５１から吐出開始されたシンナー５０によって押されて液溜まりＡ１に混入してしまうことを確実に防ぐことを目的としている。また、混合液Ａ２を形成するにあたり、シンナー５０を吐出した状態のシンナー供給ノズル５１をウエハＷの中心側から周端部側に移動させるようにしてもよい。つまり、図１７に示す方向とは逆方向にシンナー供給ノズル５１を移動させてもよい。

また、混合液Ａ２及び液溜まりＡ１をウエハＷの周縁部に展伸させるときにも、シンナー供給ノズル５１からのシンナー５０の吐出及びシンナー供給ノズル５１の移動を行うことができる。その場合、例えば以下のようにシンナー供給ノズル５１の動作を制御することができる。先ず、図１２で説明したようにレジスト４０の液溜まりＡ１の周縁部にシンナー５０を吐出し、混合液Ａ２を形成する。その後、シンナー５０を吐出した状態のまま、既述の処理例と同様にウエハＷの回転数を上昇させ、液溜まりＡ１をウエハＷの周端に向けて展伸させる。

このとき、ウエハＷにおいてシンナー５０が供給される位置が、展伸される前記液溜まりＡ１の端部の位置に対応するように、シンナー供給ノズル５１を移動させるようにする。具体的には、例えば図１８、図１９に示すように、液溜まりＡ１の端部の移動速度と等速でシンナー供給ノズル５１をウエハＷの周縁部側へ移動させ、展伸される液溜まりＡ１の端部にシンナー５０が吐出され続けるようにする。このようにシンナー供給ノズル５１を移動させることで、ウエハＷ上におけるシンナー５０の吐出位置に追従するように液溜まりＡ１の端部が移動し、液溜まりＡ１の展伸中は、当該液溜まりＡ１から見てすぐ前方には新規な混合液Ａ２が生成され続ける。このようにシンナー５０を供給することで、展伸中の液溜まりＡ１の乾燥を、より確実に抑えることができる。

また、図２０に示すように、シンナー供給ノズル５１の移動速度が、液溜まりＡ１の端部の移動速度より大きくなるように設定した場合も、移動する液溜まりＡ１の端部の前方の混合液Ａ２はシンナー５０を多く含むことになるので、液溜まりＡ１の乾燥を抑えることができる。これら図１８〜図２０のように、シンナー供給ノズル５１を移動させる場合、シンナー５０の吐出位置がウエハＷの周端に達するまでシンナー５０の吐出を行ってもよいし、当該周端に達する前にシンナー５０の吐出を停止してもよい。なお、このようにウエハＷの径方向に沿ってシンナー５０が吐出される位置を変更するためにはシンナー供給ノズル５１を横方向に移動させることには限られず、例えばアーム５３にシンナー供給ノズル５１の傾きを変更する傾き調整機構を設け、当該シンナー供給ノズル５１の傾きを変更することで行うようにしてもよい。

ところでレジストの希釈液についてより詳しく説明すると、この希釈液としては、レジストを構成する化学成分に対する溶解性を有し、レジストと混合することが可能であり、混合されることによってレジストの粘度を低下させる液体であればよい。また、プリウエットの処理液について詳しく説明すると、ウエハＷの中心部に供給されたレジスト４０のウエハＷ表面における濡れ性を高めると共に、当該レジストが溝６１内に進入することができるように、上記の希釈液と同じく、レジストを構成する化学成分に対する溶解性を有し、レジストと混合することが可能であり、混合されることによってレジストの粘度を低下させる性質を有する液体を用いることができる。従って、希釈液、プリウエット用の処理液としては、例えば各々レジストに含まれていない有機溶剤を用いてもよい。また、これら希釈液及びプリウエット用の処理液は、互いに異なる化合物により構成された液体であってもよい。

上記した発明の実施例の処理では、凹部として溝６１が形成されたウエハＷの表面にレジスト膜の形成を行っているが、当該凹部が形成されていないウエハＷの表面にレジスト膜を形成する場合にも当該実施例の処理が有効である。シンナー供給ノズル５１からは、既述の例のようにシンナー５０の液流が吐出されることに限られず、ミスト状のシンナー５０あるいはシンナー５０の蒸気が吐出されてもよい。ただし、速やかに且つ十分にレジストを希釈するためには、液流が吐出されることが好ましい。また、シンナーは連続的に供給することに限られず、間欠的に供給されてもよい。さらに、液溜まりＡ１の周縁部にシンナーを供給するにあたっては、ウエハＷの周方向に沿って配置された複数のノズルからシンナーを供給してもよく、従ってシンナーの供給時においてはウエハＷを静止した状態にしていてもよい。

また、本発明はレジスト膜以外の塗布膜を形成する場合にも適用することができる。例えば反射防止膜形成用の塗布液や、絶縁膜形成用の塗布液などを基板の表面に塗布して、反射防止膜や絶縁膜を形成する場合にも本発明を適用することができる。なお、上記した各種の実施形態は適宜変更したり、互いに組み合わせることが可能である。

（評価試験）
・評価試験１
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１−１として、上記した発明の実施例の処理として説明した手順に沿って、ウエハＷにレジスト膜６０を形成した。評価試験１−２として、図５〜図７で説明したプリウエット、レジスト４０の液溜まりＡ１の形成を順次行った後、液溜まりＡ１の外側にシンナー５０を供給し、然る後、ウエハＷの回転数を上昇させて液溜まりＡ１をウエハＷの周縁部へ展伸させて、レジスト膜６０を形成した。つまり、評価試験１−２では、混合液Ａ２の代わりに、液溜まりＡ１の形成後に供給されたシンナー５０によってウエハＷの周縁部が被覆された状態で、液溜まりＡ１がウエハＷの周縁部へと展伸されて、レジスト膜６０が形成されるようにした。また、評価試験１−３として、図１５、図１６で説明した、液溜まりＡ１の形成後にウエハＷへのシンナー５０の供給が行われない比較例の処理を行い、レジスト膜６０を形成した。

評価試験１−１〜１−３で形成されたレジスト膜６０に含まれる気泡について調べたところ、評価試験１−３ではウエハＷの周縁部において、レジスト膜６０中に比較的多くの気泡が含まれていた。評価試験１−２では評価試験１−３に比べると少ないものの、ウエハＷの周縁部においてはレジスト膜６０中に気泡が含まれていた。評価試験１−１ではレジスト膜６０中に気泡は殆ど見られなかった。従ってこの評価試験から、上記した発明の実施例の処理が、レジスト膜６０中の気泡の混入を抑えるために有効であることが確認された。

また、評価試験１−１で形成されたレジスト膜６０及び評価試験１−３で形成されたレジスト膜６０について、ウエハＷの直径方向に沿った多数の位置における膜厚を夫々測定した。図２１のグラフにおいて、実線で評価試験１−１のウエハＷの測定結果を、点線で評価試験１−３のウエハＷの測定結果を夫々示している。グラフの縦軸は測定された膜厚（単位：μｍ）を示し、グラフの横軸は０〜５０の数値で膜厚が測定されたウエハＷの直径の各位置を示している。横軸についてさらに説明すると、数値が小さいほどウエハＷの一端側の位置であることを示し、０がウエハＷの一端であり、５０がウエハＷの他端である。このグラフに示すように、評価試験１−１と評価試験１−３との間で、各測定位置における膜厚について大きな差は見られない。従って、評価試験１−１のシンナーを液溜まりＡ１に供給する処理による、膜厚の低下は抑えられていることが分かる。

また、評価試験１−１で形成されたレジスト膜６０、評価試験１−３で形成されたレジスト膜６０について、夫々面内の多数箇所の膜厚を測定し、膜厚の不均一性を算出した。具体的に、この膜厚の不均一性は下記の式１で算出した。この膜厚の不均一性の値が小さいほど、ウエハＷの面内において膜厚のばらつきが小さい。評価試験１−１で形成されたレジスト膜の膜厚の不均一性は４.４３％であり、評価試験１−３で形成されたレジスト膜の膜厚の不均一性である８．０％よりも小さかった。従って、評価試験１−１の手法によれば、ウエハＷの面内のレジスト膜６０の膜厚の均一性の向上を図ることができることが示された。
膜厚の不均一性（％）＝（（測定された膜厚の最大値−測定された膜厚の最小値）／測定された膜厚の平均値）×１００・・・式１

Ａ１液溜まり
Ａ２混合液
Ｗウエハ
１レジスト膜形成装置
１０制御部
１１スピンチャック
１２回転機構
４０レジスト
４１レジスト供給ノズル
５１シンナー供給ノズル

Claims

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前記基板を回転させる回転機構と、
前記基板の表面に塗布膜を形成するための塗布液を前記基板の中心部に供給する塗布液供給ノズルと、
前記塗布液の粘度を低下させるための希釈液を前記基板に供給し、前記塗布液が希釈された混合液を形成するための希釈液供給ノズルと、
前記基板に前記塗布液を供給して当該基板の中心部に局所的な液溜まりを形成する第１のステップと、次いで前記液溜まりの周縁部に限定的に希釈液を供給して混合液を形成する第２のステップと、続いて前記基板を回転させ、遠心力によって前記混合液を前記基板の周縁部に向けて展伸させて基板の周縁部を当該混合液により被覆し、前記液溜まりを当該混合液に被覆された基板の周縁部に向けて展伸させて前記塗布膜を形成する第３のステップと、が行われるように制御信号を出力する制御部と、を含み、
前記第２のステップは、前記希釈液供給ノズルの吐出口が前記液溜まりの周縁部に向かう状態で当該吐出口から前記希釈液を供給して前記混合液を形成する塗布膜形成装置。
基板保持部により基板を水平に保持する工程と、
次いで、塗布液供給ノズルにより、基板の表面に塗布膜を形成するための塗布液を前記基板に供給して、当該基板の中心部に局所的な液溜まりを形成する工程と、
その後、希釈液供給ノズルにより、前記塗布液の粘度を低下させるための希釈液を前記液溜まりの周縁部に限定的に供給して、前記塗布液が希釈された混合液を形成する工程と、
然る後、前記基板保持部を介して基板を回転させる回転機構により前記基板を回転させ、遠心力によって前記混合液を前記基板の周縁部に向けて展伸させて基板の周縁部を当該混合液により被覆し、前記液溜まりを当該混合液に被覆された基板の周縁部に向けて展伸させて前記塗布膜を形成する工程と、
を含み、
前記混合液を形成する工程は、前記希釈液供給ノズルの吐出口が前記液溜まりの周縁部に向かう状態で当該吐出口から前記希釈液を供給して前記混合液を形成する工程を含む塗布膜形成方法。