JP7240944B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
特許文献1には、ウェハの表面にノズルから塗布液を吐出して塗布膜を形成した後、当該ウェハの表面のうち周縁部に対してノズルから有機溶剤を吐出し、さらにウェハを短時間且つ高速回転させる方法が開示されている。
特開2017-191853号公報
本開示にかかる技術は、基板の表面周縁部に形成される塗布膜の凸部を除去し、当該塗布膜を基板面内で均一に形成する。
本開示の一態様は、基板を処理する基板処理方法であって、(a)スピン塗布法により基板の表面に塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、(b)前記(a)工程において基板の表面周縁部に形成された前記塗布膜の凸部に対し、前記塗布液の溶剤を供給する工程と、(c)前記溶剤の供給を停止した状態で、基板を回転させ、前記凸部の頂点を基板の径方向外側に移動させる工程と、を有し、前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行い、前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行うにあたり、前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向に移動させる
本開示によれば、基板の表面周縁部に形成される塗布膜の凸部を除去し、当該塗布膜を基板面内で均一に形成することができる。
本実施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。 塗布処理の各工程におけるウェハ上の液膜の状態を模式的に示す説明図である。 従来の塗布処理方法を行った場合の、ウェハの表面周縁部における液膜状態を示す説明図である。 第1の実施形態にかかる塗布処理方法を行った場合の、ウェハの表面周縁部における液膜状態を示す説明図である。 ループ回数を変化させた場合の、ウェハの表面周縁部における塗布膜の膜厚変化を示すグラフである。 溶剤の供給時間を変化させた場合の、ウェハの表面周縁部における塗布膜の膜厚変化を示すグラフである。 溶剤の供給位置を変化させた場合の、ウェハの表面周縁部における塗布膜の膜厚変化を示すグラフである。 第2の実施形態にかかる塗布処理方法を行った場合の、ウェハの表面周縁部における液膜状態を示す説明図である。 第3の実施形態にかかる塗布処理方法を行った場合の、ウェハの表面周縁部における液膜状態を示す説明図である。 第4の実施形態にかかる塗布処理方法を行った場合の、ウェハの表面周縁部における液膜状態を示す説明図である。
半導体デバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィー処理では、基板としての半導体ウェハ(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。
上述したレジスト塗布処理では、回転中のウェハの中心部にノズルからレジスト液を供給し、遠心力によりウェハ上でレジスト液を拡散することよってウェハ上にレジスト液を塗布する、いわゆるスピン塗布法が多く用いられている。
ところで、近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等の製造するにあたり、例えば20μm~80μm程度の膜厚の大きいレジスト膜をウェハの表面に形成することがある。この際、レジスト膜の材料としては、例えば1000cp~10000cp程度の高い粘度のレジスト液が用いられる。
このように高膜厚のレジスト膜を形成する際に高粘度のレジスト液を用いた場合、ウェハの表面でレジスト液が流動し難く、当該ウェハの表面周縁部において凸状の盛り上がり(いわゆるハンプ)が生じてレジスト膜が特に厚くなる。そこで、例えば上述した特許文献1に記載された方法では、ウェハの表面のうち周縁部に対してノズルから有機溶剤を吐出することで、レジスト膜の周縁部のハンプを除去することを図っている。またその後、ウェハを短時間且つ高速回転させる(いわゆるショートスピン)ことにより、レジスト膜の表面に残っている有機溶剤及び有機溶剤によって溶解した残渣が、レジスト膜の表面から排出される。
また、半導体デバイスの製造工程では、ウェハの表面にデバイスを形成した後、当該デバイスを保護する保護膜を形成する。この保護膜も例えば20μm~80μm程度の高膜厚であり、また保護膜の材料には例えば1000cp~10000cp程度の高い粘度の塗布液、例えば感光性ポリイミドが用いられる。
そして、スピン塗布法により高粘度の塗布液を用いて高膜厚の保護膜を形成する場合、上述したレジスト膜と同様に、やはりウェハの表面周縁部にハンプが生じる。この対策としては、例えば、ウェハの表面周縁部への有機溶剤の供給及びショートスピンによってハンプを除去することが考えられる。
しかしながら、このように有機溶剤を用いてレジスト膜や保護膜などの塗布膜のハンプを除去する場合、当該有機溶剤の供給時間や供給位置を最適化するのは困難である。すなわち、有機溶剤の供給時間や供給位置を変化させると、周縁部における塗布膜の膜厚が複雑に変化し、その挙動の予測が難しいため、試行錯誤を繰り返して有機溶剤の供給時間や供給位置を設定する必要がある。したがって、従来の塗布膜形成方法には改善の余地がある。
そこで、本開示にかかる技術は、基板の表面周縁部に形成される塗布膜の凸部を除去し、当該塗布膜を基板面内で均一に形成する。
以下、本実施形態にかかる基板処理装置及び基板処理方法を、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<塗布処理装置1の構成>
図1は、本実施形態にかかる基板処理装置としての塗布処理装置1の構成の概略を示す縦断面図である。図2は、本実施形態にかかる塗布処理装置1の構成の概略を示す横断面図である。本実施形態の塗布処理装置1では、スピン塗布法によってウェハの表面に塗布液を塗布して塗布膜を形成する。以下では、塗布膜がウェハWの表面に形成されたデバイス(図示せず)を保護する保護膜であり、塗布液が例えば1000cp~10000cp程度の高粘度の感光性ポリイミドである場合について説明する。
図1に示すように塗布処理装置1は、内部を閉鎖可能な処理容器10を有している。図2に示すように処理容器10の側面には、ウェハWの搬入出口11が形成され、搬入出口11には、開閉シャッタ12が設けられている。
図1に示すように処理容器10内の中央部には、ウェハWを保持して回転させる基板保持部としてのスピンチャック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の下方には、例えばモータなどを備えたチャック駆動部21が設けられている。スピンチャック20は、チャック駆動部21により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部21には、例えば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は昇降自在になっている。
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2本のアーム31、32が取り付けられている。
図1及び図2に示すように第1のアーム31には、ウェハWに塗布液を供給する塗布液供給部としての塗布液ノズル40が支持されている。第1のアーム31は、図2に示すノズル駆動部41により、レール30上を移動自在である。これにより、塗布液ノズル40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42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41によって昇降自在であり、塗布液ノズル40の高さを調整できる。
図1に示すように塗布液ノズル40には、当該塗布液ノズル40に塗布液を供給する供給管43が接続されている。供給管43は、内部に塗布液を貯留する塗布液供給源44に連通している。また、供給管43には、塗布液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。
図1及び図2に示すように第2のアーム32には、塗布液の溶剤、例えばシンナーを供給する溶剤供給部(第1の溶剤供給部)としての第1の溶剤ノズル50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51によってレール30上を移動自在であり、第1の溶剤ノズル50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52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、ノズル駆動部51によって、第2のアーム32は昇降自在であり、第1の溶剤ノズル50の高さを調節できる。なお、本実施形態では、レール30、第2のアーム32及びノズル駆動部51が、本開示における移動機構を構成している。
図1に示すように第1の溶剤ノズル50には、当該第1の溶剤ノズル50に溶剤を供給する供給管53が接続されている。供給管53は、内部に溶剤を貯留する溶剤供給源54に連通している。また、供給管53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55が設けられている。
なお、本実施形態では、塗布液ノズル40を支持する第1のアーム31と第1の溶剤ノズル50を支持する第2のアーム32はそれぞれ同じレール30に取り付けられていたが、別々のレールに取り付けられていてもよい。また、塗布液ノズル40と第1の溶剤ノズル50はそれぞれ別々のアーム31、32に支持されていたが、同じアームに支持されていてもよい。
図1に示すようにスピンチャック20の下方には、塗布液の溶剤、例えばシンナーを供給する他の溶剤供給部(第2の溶剤供給部)としての第2の溶剤ノズル60が設けられている。第2の溶剤ノズル60は、スピンチャック20に保持されたウェハWに対し、例えば2箇所に設けられている。
第2の溶剤ノズル60には、当該第2の溶剤ノズル60に溶剤を供給する供給管61が接続されている。供給管61は、内部に溶剤を貯留する溶剤供給源62に連通している。また、供給管61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63が設けられている。なお、本実施形態では、溶剤供給源54と溶剤供給源62は別々に設けられていたが、共通の溶剤供給源を用いてもよい。
以上の塗布処理装置1には、図1に示すように制御部100が設けられている。制御部100は、例えばCPUやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、塗布処理装置1におけるウェハWの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、塗布処理装置1の動作を制御して、塗布処理装置1における後述の塗布処理を実現させるためのプログラムも格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Hに記録されていたものであって、当該記憶媒体Hから制御部100にインストールされたものであってもよい。
<塗布処理装置1の動作>
次に、以上のように構成された塗布処理装置1において行われる塗布処理について説明する。本実施形態の塗布処理では、ウェハW上に例えば20μm~80μm程度の高膜厚の塗布膜を形成する。図3は、塗布処理の各工程におけるウェハW上の液膜の状態を模式的に示している。
塗布処理装置1に搬入されたウェハWは、先ず、スピンチャック20に吸着保持される。続いて第1のアーム31により待機部42の塗布液ノズル40がウェハWの中心部の上方まで移動する。このとき、第1の溶剤ノズル50は待機部52に待機している。
次に、図3(a)に示すようにウェハWを回転させた状態で、塗布液ノズル40からウェハWの中心部に塗布液Lが供給される。そうすると、ウェハWの回転による遠心力により、塗布液LはウェハW上を拡散し、図3(b)に示すようにウェハWの表面に塗布膜Fが形成される。なお、塗布液Lの供給が終了すると、塗布液ノズル40は待機部42に移動する。
ここで、高粘度の塗布液Lを用いた場合、ウェハWの表面で塗布液Lが流動し難く、当該ウェハWの表面周縁部において、平面視環状に、凸状の盛り上がり(以下、ハンプHという。)が生じて塗布膜Fが厚くなる。特に高膜厚の塗布膜Fを形成する場合、塗布液Lの供給量が多い分、このハンプHも大きくなる。そこで、塗布膜Fをウェハ面内で均一に形成すべく、ハンプHを除去するため、当該ハンプHに対して塗布液L(塗布膜F)の溶剤を供給する。
具体的には、第2のアーム32により待機部52の第1の溶剤ノズル50がウェハWの周縁部の上方まで移動する。続いて、図3(c)に示すように第1の溶剤ノズル50から、すなわちウェハWの表面側からハンプHに対して溶剤S1が供給される。この際、第2の溶剤ノズル60から、すなわちウェハWの裏面側からもハンプHに対して溶剤S2を供給してもよい。そして、図3(d)に示すように溶剤S1(溶剤S2)によりハンプHが溶解して除去される。なお、このハンプHの除去処理については、後述において詳細に説明する。
こうしてウェハ面内で均一な膜厚の塗布膜Fが形成され、塗布処理装置1における一連の塗布処理が終了する。
<ハンプHの除去処理>
次に、上述したウェハWの表面周縁部のハンプHの除去処理について説明する。なお、本実施形態において周縁部とは、例えばウェハWの半径が150mmの場合に、当該ウェハWの中心から半径140mmより外側の範囲の円環部をいう。
(従来の方法)
本実施形態のように高粘度の塗布液Lを用いて高膜厚の塗布膜Fを形成する場合、ハンプHが大きくなる。このため、従来の特許文献1に記載された塗布処理方法のように、単にハンプHへの溶剤を供給する工程(以下、溶剤供給工程という場合がある。)と、ウェハWを短時間且つ高速回転させる工程(以下、ショートスピン工程という場合がある。)とを行うだけでは、当該ハンプHを完全に除去するのが難しかった。この点について、図4を用いて説明する。図4は、従来の塗布処理方法を行った場合の、ウェハWの表面周縁部における液膜状態を示す。
図4(a)に示すように塗布処理を行うと、ウェハWの表面周縁部に塗布膜FのハンプHが形成される。その後、図4(b)に示すようにウェハWを回転させながら、第1の溶剤ノズル50からハンプHに溶剤Sを供給すると、ハンプHの全周に亘って溶剤Sが供給される。そして、この溶剤SによってハンプHの一部が溶解する。以下、このハンプHにおいて溶解した部分を残渣Mという。その後、ウェハWを短時間(例えば0.5秒間)且つ高速回転(例えば1050rpm)させると、図4(c)に示すように塗布膜Fの表面に残っている溶剤S及び残渣Mが、遠心力により、塗布膜Fの表面から排出される。
しかしながら、このように単に溶剤供給工程とショートスピン工程を行っただけでは、図4(c)に示すようにハンプHが小さくなるものの、依然としてハンプHが残る。図4(a)に示した元々のハンプHが大きいため、1回の溶剤Sの供給だけでは除去しきれない。加えて、図4(c)に示したように、ハンプHの外側の残渣Mは塗布膜Fの表面から排出されるが、ハンプHの内側の残渣Mは外側に向かって流れ(図4(c)中の矢印参照)、塗布膜Fの表面に留まって再びハンプHを形成する。したがって、溶剤供給工程とショートスピン工程を行うと、ハンプHはその頂点位置が径方向外側に移動しつつ、ウェハWの表面周縁部に残存する。
(第1の実施形態)
そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、溶剤供給工程とショートスピン工程を繰り返し行うことを想到した。以下の説明においては、溶剤供給工程とショートスピン工程の連続した1回の処理をループ処理(Loop処理)といい、ループ処理の繰り返し回数をループ回数という場合がある。図5は、第1の実施形態にかかる塗布処理方法を行った場合の、ウェハWの表面周縁部における液膜状態を示す。
図5(a)に示すように塗布処理を行うと、ウェハWの表面周縁部に塗布膜FのハンプHが形成される。なお、塗布処理終了時において、第1の溶剤ノズル50は、例えばウェハWの外縁部から1mmの位置に移動して配置されている。
その後、図5(b)に示すようにウェハWを回転させながら、第1の溶剤ノズル50からハンプHに溶剤Sを供給すると、ハンプHの全周に亘って溶剤Sが供給される。この際、溶剤Sの供給位置は例えばウェハWの外縁部から7mmであり、溶剤供給工程において、第1の溶剤ノズル50はこの溶剤Sの供給位置まで移動する。また、溶剤Sの供給時間は例えば10秒であり、ウェハWの回転速度は例えば200rpmである。そして、溶剤SによってハンプHの一部が溶解する。
なお、溶剤供給工程におけるウェハWの回転速度は500rpm以下が好ましく、また溶剤Sの供給時間は10秒以下が好ましい。塗布膜Fの目標膜厚は高膜厚であるため、溶剤Sによって溶解させ過ぎないようにするには、ウェハWの回転速度と溶剤Sの供給時間を低くするのが良い。
その後、溶剤Sの供給を停止するとともに、ウェハWの回転を加速させる。そして、ウェハWを短時間且つ高速回転させる。この際、ウェハWの回転時間は例えば0.5秒であり、回転速度は例えば2000rpmである。ショートスピン工程を行うと、図5(c)に示すように塗布膜Fの表面に残っている溶剤S及び残渣Mが、遠心力により、塗布膜Fの表面から排出される。そして、ハンプHはその頂点位置が径方向外側に移動しつつ、しかも小さくなる。なお、ショートスピン工程では、第1の溶剤ノズル50は、例えば元のウェハWの外縁部から1mmの位置に戻っている。
なお、ショートスピン工程におけるウェハWの回転速度は2000rpm以下が好ましい。例えば、2000rpmを超える回転速度でウェハWを高速回転すると、残渣Mが移動しやすくなり、残存するハンプHが大きくなる。また、ウェハWを高速回転させると、塗布膜F中に気泡が発生しやすくなる。そこで、本実施形態ではウェハWの回転速度を2000rpmとしている。
図4に示したように従来の塗布処理方法では、溶剤供給工程とショートスピン工程を1回で終了していたが、本実施形態では、これら溶剤供給工程とショートスピン工程を繰り返し行う。すなわち、図5(d)に示す溶剤供給工程と図5(e)に示すショートスピン工程のループ処理を繰り返し行う。各ループ処理における溶剤供給工程とショートスピン工程はそれぞれ、図5(b)と図5(c)を用いて説明した方法と同じである。
なお、ループ処理間、すなわちショートスピン工程が終了してから次の溶剤供給工程を行うまでの間、ウェハWの回転は継続した状態で、その回転速度を500rpm以下にするのが好ましい。ループ処理間でウェハWを高速回転させると、塗布膜Fの膜厚が全体的に小さくなるおそれがある。
そして、図5(d)と図5(e)に示したようにループ処理を繰り返し行うと、ループ処理毎にハンプHの頂点位置が径方向外側に移動しつつ、徐々にハンプHが除去される。その結果、図5(f)に示すように塗布膜Fの周縁部を平坦化することができる。したがって、本実施形態によれば、ウェハWの表面に均一な膜厚の塗布膜Fを形成することができる。
また、図4に示した従来の塗布処理方法では、溶剤Sの供給時間や溶剤Sの径方向供給位置を変化させると、周縁部における塗布膜Fの膜厚が複雑に変化し、その挙動の予測が難しい試行錯誤を繰り返して有機溶剤の供給時間や供給位置を設定する必要があった。このため、これら溶剤Sの供給時間や供給位置の最適化して条件出しをするのは困難であった。
この点、本実施形態のようにループ処理を繰り返し行う方法では、条件出しの際のパラメータを最小限にすることができ、処理条件の最適化を簡易的にできる。具体的に条件出しの際のパラメータは、ループ回数、溶剤Sの供給時間、溶剤Sの径方向供給位置の3つである。図6~図8はそれぞれ、ループ回数、溶剤Sの供給時間、溶剤Sの供給位置を変化させた場合の、ウェハWの表面周縁部における塗布膜Fの膜厚変化を示すグラフである。図6~図8において、横軸はウェハWの径方向位置を示し、縦軸は塗布膜Fの膜厚を示す。本実施形態では、ウェハWの半径は150mmであり、横軸150mmの位置はウェハWの外縁部を示す。
図7に示すように、ループ回数を5回で一定にし、溶剤Sの供給位置をウェハWの外縁部から7mmの位置に一定にした条件で、溶剤Sの供給時間を4秒、5秒、6秒、7秒に変化させる。かかる場合、溶剤Sの供給時間を長くすると、溶剤Sの供給位置より径方向外側における塗布膜Fの膜厚が減少する。
図8に示すように、ループ回数を4回で一定にし、溶剤Sの供給時間を4秒で一定にした条件で、溶剤Sの供給位置をウェハWの外縁部から5mm、7mm、9mmに変化させる。かかる場合、溶剤Sの供給位置を径方向内側に移動させるにつれ、ハンプHの頂点位置も径方向内側に移動する。
このように溶剤Sの供給時間又は供給位置を変化させると、周縁部における塗布膜Fの膜厚が複雑に変化する。
一方、図6に示すように、溶剤Sの供給時間を4秒で一定にし、溶剤Sの供給位置をウェハWの外縁部から7mmの位置に一定にした条件で、ループ回数を4回、5回、6回に変化させる。かかる場合、ループ回数を増やすと、周縁部における塗布膜Fの膜厚が全体的に減少する。すなわち、溶剤Sの供給時間又は供給位置を変化させた場合のように、塗布膜Fが局所的に変化するのではなく、ループ回数を制御することで、周縁部における塗布膜Fを全体的に変化させることができる。
以上により、溶剤Sの供給時間と供給位置に応じてループ回数を制御することで、周縁部における塗布膜Fを全体的に変化させて、ハンプHを除去することができる。このように本実施形態では、条件出しの最適化を簡易的に行うことができる。
次に、ハンプHの除去処理の他の実施形態について説明する。上記第1の実施形態ではループ処理を繰り返し行ったが、他の第2~第4の実施形態でもループ処理を繰り返し行ったうえで、さらに異なる処理を行う。以下の説明においては、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。図9は、第2の実施形態にかかる塗布処理方法を行った場合の、ウェハWの表面周縁部における液膜状態を示す。上記第1の実施形態では、ループ処理における溶剤供給工程を行う際、ウェハWの表面側からハンプHに溶剤Sを供給したが、第2の実施形態では、ウェハWの表面側と裏面側の両方からハンプHに溶剤Sを供給する。
図9(b)に示すようにウェハWを回転させながら、ウェハWの表面側の第1の溶剤ノズル50からハンプHに溶剤S1を供給するとともに、ウェハWの裏面側の第2の溶剤ノズル60からハンプHに溶剤S2を供給する。この際、溶剤S1と溶剤S2の供給時間はともに例えば10秒であり、ウェハWの回転速度は例えば200rpmである。第1の溶剤ノズル50からの溶剤S1は、ハンプHの上部を溶解させる。図9(b)では、溶剤S1によって溶解した部分を残渣M1で図示している。第2の溶剤ノズル60からの溶剤S2は、ウェハWの裏面から外側面に沿って表面に回り込み、ハンプHの下部を溶解させる。特に溶剤供給工程では、ウェハWを低速回転させているため、裏面側からの溶剤S2は表面側のハンプHに回り込みやすい。図9(b)では、溶剤S2によって溶解した部分を残渣M2で図示している。
その後、溶剤S1と溶剤S2の供給を停止し、ウェハWを短時間且つ高速回転させる。この際、ウェハWの回転時間は例えば0.5秒であり、回転速度は例えば2000rpmである。ショートスピン工程を行うと、図9(c)に示すように塗布膜Fの表面に残っている溶剤S1、S2及び残渣M1、M2が、遠心力により、塗布膜Fの表面から排出される。そして、ハンプHはその頂点位置が径方向外側に移動しつつ、しかも小さくなる。
その後、図9(d)に示す溶剤供給工程と図9(e)に示すショートスピン工程のループ処理を繰り返し行う。各ループ処理における溶剤供給工程とショートスピン工程はそれぞれ、図9(b)と図9(c)を用いて説明した方法と同じである。そしてループ処理を繰り返し行うと、ループ処理毎にハンプHの頂点位置が径方向外側に移動しつつ、徐々にハンプHが除去される。その結果、図9(f)に示すように塗布膜Fの周縁部を平坦化することができる。
本実施形態においても、ウェハWの表面に均一な膜厚の塗布膜Fを形成することができる。しかも、各ループ処理において溶剤供給工程を行う際、ウェハWの表面側と裏面側の両方からハンプHに溶剤S1、S2を供給するので、ハンプHの溶解度をより向上させることができる。特に溶剤供給工程では、ウェハWを低速回転させ、且つ溶剤S1、S2の供給時間が短いため、溶剤S1、S2によるハンプHの溶解度向上の効果は大きい。さらにハンプHの溶解度が向上するので、残渣M1、M2の流動性が高くなり、ショートスピン工程において残渣M1、M2を排出しやすくなる。したがって、塗布膜Fの平坦性をさらに向上させることができる。
なお、本実施形態ではハンプHに対して、溶剤S1と溶剤S2を同時に供給していたが、その供給タイミングは異なっていてもよい。例えば、第1の溶剤ノズル50からハンプHに溶剤S1を供給した後、第2の溶剤ノズル60からハンプHに溶剤S2してもよい。かかる場合でも、ハンプHを溶剤S1と溶剤S2の両方で溶解させることができる。ただし、溶剤S1と溶剤S2を同時に供給することで、ハンプHの溶解度は高くなる。
また、本実施形態において、第1の溶剤ノズル50から溶剤S1を供給する位置と、第2の溶剤ノズル60から溶剤S2を供給する位置とは、周方向にずれていてもよい。
(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。図10は、第3の実施形態にかかる塗布処理方法を行った場合の、ウェハWの表面周縁部における液膜状態を示す。第3の実施形態では、ループ処理を繰り返し行うにあたり、溶剤供給工程毎における溶剤Sの供給位置を径方向内側から外側に移動させる。
図10(a)に示すように塗布処理を行った後、ウェハWの表面外周部にはハンプHが幅広で径方向内側まで広がっている。なお、このハンプHの形状及び位置は、塗布液Lの種類に応じて決定される。
また、塗布処理終了時において、第1の溶剤ノズル50は、例えばウェハWの外縁部から1mmの位置に配置されている。以下、この第1の溶剤ノズル50の位置をホーム位置P0という。
その後、図10(b)に示すように、ウェハWを回転させながら、第1の溶剤ノズル50からハンプHに溶剤Sを供給する。この際、溶剤Sの供給位置P1は、例えばウェハWの外縁部から7mmである。すなわち、この溶剤供給工程では、第1の溶剤ノズル50は、ホーム位置P0から供給位置P1に移動し、さらに供給位置P1からホーム位置P0に戻る。そして、このホーム位置P0→供給位置P1→ホーム位置P0の移動中、第1の溶剤ノズル50から溶剤Sを供給する。
なお、本実施形態の溶剤供給工程では、第1の溶剤ノズル50の移動中も溶剤Sを供給していたが、第1の溶剤ノズル50が供給位置P1に停止している場合のみ、溶剤Sを供給してもよい。ただし、第1の溶剤ノズル50が供給位置P1に停止した状態から溶剤Sを供給し始めると、ハンプHの一箇所へ影響が大きく溶剤Sが飛び散る(スプラッシュ)おそれもある。そこで、第1の溶剤ノズル50を径方向外側から内側に移動させる際にも溶剤Sを供給することで、かかるスプラッシュを確実に防止することができる。
その後、溶剤Sの供給を停止し、ウェハWを短時間且つ高速回転させる。ショートスピン工程を行うと、図10(c)に示すように塗布膜Fの表面に残っている溶剤S及び残渣Mが、遠心力により、塗布膜Fの表面から排出される。そして、ハンプHはその頂点位置が径方向外側に移動しつつ、しかも小さくなる。なお、ショートスピン工程では、第1の溶剤ノズル50はホーム位置P0に戻っている。
そして、本実施形態では、図10(b)に示す溶剤供給工程と図10(c)に示すショートスピン工程のループ処理を2回繰り返す。
その後、図10(d)に示す溶剤供給工程を行う。この際、溶剤Sの供給位置P2を供給位置P1より外側にし、例えばウェハWの外縁部から5mmとする。また、この溶剤供給工程でも、第1の溶剤ノズル50は、ホーム位置P0から供給位置P2に移動し、さらに供給位置P2からホーム位置P0に戻る。そして、このホーム位置P0→供給位置P2→ホーム位置P0の移動中、第1の溶剤ノズル50から溶剤Sを供給する。
その後、図10(e)に示すショートスピン工程を行う。そして、図10(d)に示す溶剤供給工程と図10(e)に示すショートスピン工程のループ処理を3回繰り返す。
本実施形態では、このように溶剤Sの供給位置を径方向内側(供給位置P1)から外側(供給位置P2)に移動させることで、図10(a)に示した幅広で径方向内側に広がるハンプHに対して、先に内側部分のハンプHを除去し、その後全体的にならしてハンプHを除去することができる。換言すれば、塗布処理後のハンプHの形状に応じて、溶剤Sの供給位置を調整することで、当該ハンプHを適切に除去することができる。
しかも、ループ処理を繰り返し行うと、ハンプHは頂点位置が径方向外側に移動する。この点、溶剤Sの供給位置を径方向内側から外側に移動させることで、ハンプHに対して溶剤Sを確実に供給することができる。
そしてその結果、図10(f)に示すように塗布膜Fの周縁部を平坦化することができる。したがって、本実施形態によれば、ウェハWの表面に均一な膜厚の塗布膜Fを形成することができる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態について説明する。図11は、第4の実施形態にかかる塗布処理方法を行った場合の、ウェハWの表面周縁部における液膜状態を示す。上記第3の実施形態では、溶剤供給工程毎における溶剤Sの供給位置を径方向内側から外側に移動させたが、第4の実施形態では、溶剤供給工程毎における溶剤Sの供給位置を径方向外側から内側に移動させる。
図11(a)に示すように塗布処理を行った後、ウェハWの表面外周部にはハンプHが幅狭で径方向外側にのみ存在している。
その後、図11(b)に示すように、ウェハWを回転させながら、第1の溶剤ノズル50からハンプHに溶剤Sを供給する。この際、溶剤Sの供給位置P3は、例えばウェハWの外縁部から3mmである。そして、第1の溶剤ノズル50は、ホーム位置P0から供給位置P3に移動し、さらに供給位置P3からホーム位置P0に移動し、移動中に溶剤Sを供給する。
その後、溶剤Sの供給を停止し、ウェハWを短時間且つ高速回転させる。ショートスピン工程を行うと、図11(c)に示すように塗布膜Fの表面に残っている溶剤S及び残渣Mが、遠心力により、塗布膜Fの表面から排出される。そして、ハンプHはその頂点位置が径方向外側に移動しつつ、しかも小さくなる。なお、ショートスピン工程では、第1の溶剤ノズル50はホーム位置P0に戻っている。
そして、本実施形態では、図11(b)に示す溶剤供給工程と図11(c)に示すショートスピン工程のループ処理を2回繰り返す。
その後、図11(d)に示す溶剤供給工程を行う。この際、溶剤Sの供給位置P4を供給位置P3より内側にし、例えばウェハWの外縁部から7mmとする。また、この溶剤供給工程でも、第1の溶剤ノズル50は、ホーム位置P0から供給位置P4に移動し、さらに供給位置P4からホーム位置P0に移動し、移動中に溶剤Sを供給する。
その後、図10(e)に示すショートスピン工程を行う。そして、図10(d)に示す溶剤供給工程と図10(e)に示すショートスピン工程のループ処理を3回繰り返す。
本実施形態では、このように溶剤Sの供給位置を径方向外側(供給位置P3)から内側(供給位置P4)に移動させることで、図11(a)に示した幅狭で径方向外側にのみにあるハンプHに対して、先に外側部分のハンプHを除去し、その後全体的にならしてハンプHを除去することができる。換言すれば、塗布処理後のハンプHの形状に応じて、溶剤Sの供給位置を調整することで、当該ハンプHを適切に除去することができる。
そしてその結果、図11(f)に示すように塗布膜Fの周縁部を平坦化することができる。したがって、本実施形態によれば、ウェハWの表面に均一な膜厚の塗布膜Fを形成することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上述した実施形態では、ウェハの表面に保護膜を形成する例について説明したが、本開示は、ウェハの表面に他の塗布液、例えばレジスト液を塗布してレジスト膜を形成する塗布処理にも適用できる。また、上述した実施形態は、ウェハに塗布処理を行う例であったが、本開示は、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。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)基板を処理する基板処理方法であって、
(a)スピン塗布法により基板の表面に塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、
(b)前記(a)工程において基板の表面周縁部に形成された前記塗布膜の凸部に対し、前記塗布液の溶剤を供給する工程と、
(c)前記溶剤の供給を停止した状態で、基板を回転させ、前記凸部の頂点を基板の径方向外側に移動させる工程と、を有し、
前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行う、基板処理方法。
前記(1)によれば、(b)工程と(c)工程の連続したループ処理を繰り返し行うと、ループ処理毎に凸部の頂点位置が径方向外側に移動しつつ、徐々に凸部が除去される。その結果、塗布膜の周縁部を平坦化することができ、基板の表面に均一な膜厚の塗布膜Fを形成することができる。また、このようにループ処理を繰り返し行うと、条件出しの際のパラメータを最小限にすることができ、処理条件の最適化を簡易的にすることができる。
(2)前記(b)工程において、基板の表面側から前記凸部に前記溶剤を供給し、さらに基板の裏面側から前記凸部に前記溶剤を供給する、前記(1)に記載の基板処理方法。
前記(2)によれば、基板の表面側と裏面側の両方から凸部に溶剤を供給するため、凸部の溶解度をより向上させることができる。さらに凸部の溶解度が向上するため、凸部が溶解した残渣の流動性が高くなり、(c)工程において残渣を排出しやすくなる。したがって、塗布膜の平坦性をさらに向上させることができる。
(3)前記(b)工程において、基板の表面側からの前記溶剤の供給と、基板の裏面側からの前記溶剤の供給とを同時に行う、前記(2)に記載の基板処理方法。
(4)前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行うにあたり、前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向に移動させる、前記(1)~(3)のいずれか1に記載の基板処理方法。
前記(4)によれば、凸部の形状に応じて、(b)工程における溶剤の供給位置を基板の径方向に移動させるため、当該凸部を適切に除去することができる。
(5)前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向内側から外側に移動させる、前記(4)に記載の基板処理方法。
(6)前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向外側から内側に移動させる、前記(4)に記載の基板処理方法。
(7)前記(b)工程における前記溶剤の供給時間と供給位置に応じて、前記(b)工程と前記(c)工程の繰り返し回数を制御して、前記塗布膜の膜厚を制御する、前記(1)~(6)のいずれか1に記載の基板処理方法。
(8)前記(b)工程における前記溶剤の供給は、基板を回転させながら行われ、
前記(c)工程における基板の回転速度は、前記(b)工程における基板の回転速度より大きく、
前記(c)工程における基板の回転速度は2000rpm以下である、前記(1)~(7)のいずれか1に記載の基板処理方法。
(9)前記塗布液の粘度は1000cp~10000cpである、前記(1)~(8)のいずれか1に記載の基板処理方法。
(10)基板に塗布液を塗布する塗布処理装置であって、
基板を保持して回転させるように構成される基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板に対して塗布液を塗布するように構成される塗布液供給部と、
前記基板保持部に保持された基板の周縁部に対して基板の表面側から前記塗布液の溶剤を供給するように構成される溶剤供給部と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、
(a)スピン塗布法により基板の表面に塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、
(b)前記(a)工程において基板の表面周縁部に形成された前記塗布膜の凸部に対し、前記塗布液の溶剤を供給する工程と、
(c)前記溶剤の供給を停止した状態で、基板を回転させ、前記凸部の頂点を基板の径方向外側に移動させる工程と、を有し、
前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行うように、前記基板保持部、前記塗布液供給部及び前記溶剤供給部を制御するように構成される、基板処理装置。
(11)前記基板保持部に保持された基板の周縁部に対して基板の裏面側から前記溶剤を供給するように構成される他の溶剤供給部材をさらに有し、
前記制御部は、前記(b)工程において、基板の表面側から前記凸部に前記溶剤を供給し、さらに基板の裏面側から前記凸部に前記溶剤を供給するように、前記溶剤供給部と前記他の溶剤供給部を制御するように構成される、前記(10)に記載の基板処理装置。
(12)前記溶剤供給部を水平方向に移動させるように構成される移動機構をさらに有し、
前記制御部は、前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行うにあたり、前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向に移動させるように、前記溶剤供給部と前記移動機構を制御するように構成される、前記(10)又は(11)に記載の基板処理装置。
1 塗布処理装置
20 スピンチャック
40 塗布液ノズル
50 第1の溶剤ノズル
100 制御部
W ウェハ

Claims (11)

  1. 基板を処理する基板処理方法であって、
    (a)スピン塗布法により基板の表面に塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、
    (b)前記(a)工程において基板の表面周縁部に形成された前記塗布膜の凸部に対し、前記塗布液の溶剤を供給する工程と、
    (c)前記溶剤の供給を停止した状態で、基板を回転させ、前記凸部の頂点を基板の径方向外側に移動させる工程と、を有し、
    前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行い、
    前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行うにあたり、前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向に移動させる、基板処理方法。
  2. 基板を処理する基板処理方法であって、
    (a)スピン塗布法により基板の表面に塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、
    (b)前記(a)工程において基板の表面周縁部に形成された前記塗布膜の凸部に対し、前記塗布液の溶剤を供給する工程と、
    (c)前記溶剤の供給を停止した状態で、基板を回転させ、前記凸部の頂点を基板の径方向外側に移動させる工程と、を有し、
    前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行い、
    前記(b)工程における前記溶剤の供給時間と供給位置に応じて、前記(b)工程と前記(c)工程の繰り返し回数を制御して、前記塗布膜の膜厚を制御する、基板処理方法。
  3. 前記(b)工程において、基板の表面側から前記凸部に前記溶剤を供給し、さらに基板の裏面側から前記凸部に前記溶剤を供給する、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
  4. 前記(b)工程において、基板の表面側からの前記溶剤の供給と、基板の裏面側からの前記溶剤の供給とを同時に行う、請求項に記載の基板処理方法。
  5. 前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向内側から外側に移動させる、請求項1~4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向外側から内側に移動させる、請求項1~4のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記(b)工程における前記溶剤の供給は、基板を回転させながら行われ、
    前記(c)工程における基板の回転速度は、前記(b)工程における基板の回転速度より大きく、
    前記(c)工程における基板の回転速度は2000rpm以下である、請求項1~のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 前記塗布液の粘度は1000cp~10000cpである、請求項1~のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. 基板に塗布液を塗布する塗布処理装置であって、
    基板を保持して回転させるように構成される基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された基板に対して塗布液を塗布するように構成される塗布液供給部と、
    前記基板保持部に保持された基板の周縁部に対して基板の表面側から前記塗布液の溶剤を供給するように構成される溶剤供給部と、
    前記溶剤供給部を水平方向に移動させるように構成される移動機構と、
    制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    (a)スピン塗布法により基板の表面に塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、
    (b)前記(a)工程において基板の表面周縁部に形成された前記塗布膜の凸部に対し、前記塗布液の溶剤を供給する工程と、
    (c)前記溶剤の供給を停止した状態で、基板を回転させ、前記凸部の頂点を基板の径方向外側に移動させる工程と、を有し、
    前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行うように、前記基板保持部、前記塗布液供給部及び前記溶剤供給部を制御するように構成され
    前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行うにあたり、前記(b)工程における前記溶剤の供給位置を基板の径方向に移動させるように、前記溶剤供給部と前記移動機構を制御するように構成される、基板処理装置。
  10. 基板に塗布液を塗布する塗布処理装置であって、
    基板を保持して回転させるように構成される基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された基板に対して塗布液を塗布するように構成される塗布液供給部と、
    前記基板保持部に保持された基板の周縁部に対して基板の表面側から前記塗布液の溶剤を供給するように構成される溶剤供給部と、
    制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    (a)スピン塗布法により基板の表面に塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、
    (b)前記(a)工程において基板の表面周縁部に形成された前記塗布膜の凸部に対し、前記塗布液の溶剤を供給する工程と、
    (c)前記溶剤の供給を停止した状態で、基板を回転させ、前記凸部の頂点を基板の径方向外側に移動させる工程と、を有し、
    前記(b)工程と前記(c)工程を繰り返し行うように、前記基板保持部、前記塗布液供給部及び前記溶剤供給部を制御するように構成され
    前記(b)工程における前記溶剤の供給時間と供給位置に応じて、前記(b)工程と前記(c)工程の繰り返し回数を制御して、前記塗布膜の膜厚を制御する、基板処理装置。
  11. 前記基板保持部に保持された基板の周縁部に対して基板の裏面側から前記溶剤を供給するように構成される他の溶剤供給部をさらに有し、
    前記制御部は、前記(b)工程において、基板の表面側から前記凸部に前記溶剤を供給し、さらに基板の裏面側から前記凸部に前記溶剤を供給するように、前記溶剤供給部と前記他の溶剤供給部を制御するように構成される、請求項9又は10に記載の基板処理装置。
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