JP7392740B2

JP7392740B2 - 塗布膜形成装置、及び塗布膜形成方法

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Publication number: JP7392740B2
Application number: JP2021572805A
Authority: JP
Inventors: 剛下青木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2023-12-06
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Description

本開示は、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。

半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に塗布液を塗布して塗布膜を形成する処理が行われる。塗布膜としては、例えば特許文献１に記載されているようにレジストパターンを形成するためのレジスト膜が知られている。レジスト膜は、例えばスピンチャックに保持されたウエハを回転させながら、このウエハの中心部にノズルからレジスト液を吐出することによりレジスト液がウエハの表面全体に塗り広げられて形成される。

特許文献１には、基板に塗布液を塗布する塗布装置において、ウエハの表面に雰囲気ガスよりも動粘性係数（動粘度）の大きい層流形成用ガスを供給するガスノズルを設けた装置が記載されている。そしてウエハの表面に雰囲気ガスのダウンフローを形成し、ウエハ雰囲気ガスの表面を流れる雰囲気ガスに層流形成用ガスを混合するようにしている。これによりウエハの表面の雰囲気の動粘度を上昇させ、ウエハの表面の層流が形成される領域を広げている。ウエハの表面を塗布液で被覆した後、このように層流を形成し、塗布液の乾燥により形成される塗布膜に塗布ムラ（風車マーク）が形成されることが抑制されるように装置が構成されている。

特開２００７－１８９１８５号公報

本開示は、基板に形成された凹部パターンを埋め込むように塗布膜を形成するにあたって、塗布膜の埋め込み性を改善する技術を提供する。

本開示の塗布膜形成装置は、基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
表面に凹部パターンが形成された前記基板を載置する載置部と、
前記載置部に載置された基板の表面に、空気よりも動粘度が高い第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記凹部内を第１のガスから前記基板の表面における前記塗布液のぬれ性を高める改質液に置換するために、前記基板の表面に当該改質液を供給する改質液供給部と、
前記凹部内に充填されると共に前記基板の表面を被覆する前記塗布膜を形成するために、前記改質液が供給された基板に前記塗布液を供給する塗布液供給部と、
前記第１のガスが供給され、且つ前記改質液が供給される前の前記基板に、前記第１のガスよりも動粘度が低い第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
を備える。

本開示によれば基板に形成された凹部パターンを埋め込むように塗布膜を形成するにあたって、塗布膜の埋め込み性を改善する技術を提供することができる。

第１の実施形態に係るレジスト膜形成装置を示す縦断側面図である。第１の実施形態に係るレジスト膜形成装置を示す平面図である。第１の実施形態に用いられる基板の表面構造を示す縦断側面図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第１の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。レジスト膜形成装置の他の例を示す側面図である。レジスト膜形成装置の他の例を示す平面図である。レジスト膜形成装置の他の例を示す側面図である。レジスト膜形成装置の他の例を示す平面図である。レジスト膜形成装置の他の例を示す平面図である。レジスト膜形成装置の他の例を示す平面図である。レジスト膜形成装置の他の例を示す平面図である。第２の実施形態に係るレジスト膜形成装置を示す縦断面図である。第２の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第２の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第２の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第２の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。第２の実施形態に係る塗布膜形成方法を示す説明図である。実施例に係る基板の表面の様子を示す断面図である。比較例に係る基板の表面の様子を示す断面図である。

［第１実施の形態］
第１の実施形態にかかる塗布膜形成方法を実施し、基板であるウエハＷにレジスト膜を形成するレジスト膜形成装置について説明する。図１、図２に示すようにレジスト膜形成装置１は、ウエハＷの裏面側中央部を吸着し、ウエハＷが水平に載置される載置部であるスピンチャック３１を備えている。このスピンチャック３１は軸部３２を介して回転機構である駆動部３３に接続されており、この駆動部３３を介してウエハＷを保持した状態で鉛直軸周りに回転自在かつ昇降自在に構成されている。

図１中の符号３４は、前記スピンチャック３１に保持されたウエハＷの周縁外側に当該ウエハＷを囲むように設けられた、上部側が開口したカップである。カップ３４の底部側には凹部状をなす液受け部３５がウエハＷの周縁下方側において全周に亘って設けられている。この液受け部３５は外側領域と内側領域とに区画されており、外側領域の底部には排液口３６が設けられている。また前記内側領域の底部には排気口３７が設けられており、排気口３７には夫々排気管３９の一端が接続されている。排気管３９の他端は、バルブＶ１を介して例えば工場の排気路などの排気手段に接続されている。またカップ３４の上方には、下方に空気を供給して、ダウンフローを形成するためのフィルタユニット８０が設けられている。従って、カップ３４の周囲は、大気雰囲気である。

レジスト膜形成装置１は、ウエハＷに粘度が５０ｃＰ以上、例えば粘度１００ｃＰのレジスト液を供給するレジストノズル４を備えている。またレジスト膜形成装置１は、レジスト液などの塗布液のウエハＷ表面におけるぬれ性を高める改質液であるシンナーを供給する改質液供給部であるシンナーノズル５が設けられている。さらにレジスト膜形成装置１には、ウエハＷに向けて第１のガスであるヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給する第１のガス供給部であるＨｅガスノズル６、ウエハＷに向けて第２のガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する第２のガス供給部であるＡｒガスノズル７が設けられている。

レジストノズル４にはレジスト供給管４１の一端が接続されている。またレジスト供給管４１の他端はバルブＶ２及び流量制御部４２を介してレジスト液が貯留されたレジスト供給源４３に接続されている。シンナーノズル５にはシンナー供給管５１の一端が接続されている。またシンナー供給管５１の他端はバルブＶ３及び流量制御部５２を介してシンナーが貯留されたシンナー供給源５３に接続されている。Ｈｅガスノズル６にはＨｅガス供給管６１の一端が接続されている。またＨｅガス供給管６１の他端はバルブＶ４及び流量制御部６２を介してＨｅガスが貯留されたＨｅガス供給源６３に接続されている。Ａｒガスノズル７にはＡｒガス供給管７１の一端が接続されている。またＡｒガス供給管７１の他端はバルブＶ５及び流量制御部７２を介してＡｒガスが貯留されたＡｒガス供給源７３に接続されている。

図２に示すようにレジストノズル４、シンナーノズル５は、夫々アーム４４、５４の先端に支持されている。アーム４４、５４の基端側は、夫々ガイドレール８に沿って移動自在に構成された移動体４５、５５に昇降自在に接続され、レジストノズル４、シンナーノズル５はウエハＷの中心部の上方位置とカップ３４の外部の図示しない待機位置との間で移動自在に構成されている。

またＨｅガスノズル６、及びＡｒガスノズル７も夫々同様にアーム６４、７４の先端に支持されている。各アーム６４、７４の基端側は、夫々移動体６５、７５に昇降自在に接続されている。そして移動体６５、７５は、ガイドレール８１に沿って移動し、ウエハＷの中心部の上方位置とカップ３４の外部における図示しない待機位置との間で移動自在に構成されている。アーム６４、移動体６５、及びガイドレール８１は、基板の表面における第１のガスの供給位置を、当該基板の表面に対して移動させる第１のガス供給部移動機構に相当する。また第１のガス供給部移動機構と、スピンチャック３１の駆動部３３と、は、基板の表面に対して基板の表面における第１のガスの供給位置を相対的に移動させる相対移動機構に相当する。なお第１の実施形態に係るレジスト膜形成装置１は、同様の構成のＨｅガスノズル６、及びＡｒガスノズル７を２本ずつ備えているが、図１、図２では、２本のうち１本を省略した。

レジスト膜形成装置１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、外部の搬送機構と、スピンチャック３１と、の間のウエハＷの受け渡しや、スピンチャック３１の回転、Ｈｅガス、Ａｒガス、レジスト液やシンナー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より格納されて制御部９にインストールされる。

図３は、塗布膜形成装置であるレジスト膜形成装置１で処理するウエハＷの表面の一例を示す縦断側面図である。このウエハＷの表面には、凹部１００によって構成されるパターン（凹部パターン）が形成されている。この凹部パターンは、例えば複数並ぶ溝を含む。当該ウエハＷは、例えば３ＤＮＡＮＤ構造のデバイスの製造工程に用いられ、凹部１００のアスペクト比は比較的大きい。凹部１００の高さ、幅を夫々Ｌ１、Ｌ２とすると、例えば当該アスペクト比（Ｌ１／Ｌ２）は、２０以上である。

レジスト膜形成装置１では、シンナーによりウエハＷの表面を濡らし、レジスト液のウエハＷの表面におけるぬれ性が向上するように改質する、いわゆるプリウエットが行われる。プリウエットは、ウエハＷの中心部に供給した液を、当該ウエハＷの回転により周縁部に広げるスピンコーティングによって行われる。このシンナーのプリウエット後に、レジスト液がスピンコーティングによって塗布される。プリウエットを行うことで、レジスト液は、スピンコーティングによりウエハＷ表面を淀まずに速やかに展伸される。このプリウエットを行わないとした場合は、スピンコーティング時のレジスト液の展伸性が低いことにより、レジスト液がウエハＷ表面の空気を巻き込み、レジスト膜が気泡を含んでしまうおそれがある。つまり、プリウエットにより、そのようなレジスト膜への気泡の混入が抑制される。

レジスト膜形成装置１では、ＨｅガスをウエハＷに供給してから上記のプリウエットを行うが、仮にこのＨｅガスをウエハＷに供給せずに、プリウエットを行うものとする。ウエハＷの凹部１００については、例えば上記のようなアスペクト比が比較的大きい形状とされる場合が有る。凹部１００内は、レジスト膜形成装置１の雰囲気を形成する空気で満たされている。その状態でプリウエットを行うとすると、シンナーは凹部１００内に進入して、当該凹部１００内の空気を押し出しつつ、ウエハＷの周縁部へ向けて流れることになるが、上記のような凹部１００の形状によって、押し出される空気の流れは乱れる。その結果、シンナーが空気を巻き込んだ状態で凹部１００に留まり、プリウエット後の凹部１００内に気泡が残ってしまうおそれが有る。その状態でレジストの塗布を行えば、その気泡がレジスト膜にも残ってしまう。

そこで、上記したようにレジスト膜形成装置１ではウエハＷにＨｅガスを供給し、凹部１００内の空気を、当該空気よりも動粘度が高いＨｅガスに置換する。動粘度が高いと、流体における流れを示す指標であるレイノルズ数Ｒｅ＝ｖＬ／νが小さくなる（流体の相対的な平均速度ｖ、流体の流れる距離Ｌ、動粘度ν）。また動粘度ν＝μ／ρであり（粘性係数μ、密度ρ）、動粘度が高いことは、密度が比較的小さい傾向を持つことになる。従って、動粘度が高いＨｅガスについては、凹部１００からシンナーに押し出されてウエハＷ表面を流れるにあたり、Ｒｅが低いことにより流れに乱れが生じることが抑制され、且つその密度の小ささにより、ウエハＷの表面を移動しやすい。つまり、シンナーに巻き込まれて凹部１００内に気泡として残ることが抑制される。

またレジスト膜形成装置１では、Ｈｅガスの供給後、プリウエットの前にＡｒガスを供給する。このＡｒガスは、Ｈｅガスよりも動粘度が低いため、ウエハＷ表面に供給された後、Ｈｅガスに比べてウエハＷ表面を流れ難い。即ち、ウエハ表面に留まりやすいことから、当該Ａｒガスは、凹部１００を塞ぐように層を形成する。即ち、Ｈｅガスの当該凹部１００からの放出を抑制する蓋の役割を果たす。また、このＡｒガスは、空気よりも動粘度が低い。従って、上記のようにカップ３４にはＦＦＵ８０により空気が供給されるが、その空気の流れに影響され、ウエハＷの表面から除去されることが抑制されるので、上記した蓋のように用いるにあたり、好ましい。なお、動粘度が高い、低いとは、ウエハＷに処理が行われる同じ温度環境下で比較した場合に動粘度が高い、低いということである。

なお、説明の理解を容易にするために、凹部１００のアスペクト比が比較的大きいウエハＷをレジスト膜形成装置１で処理するように説明したが、レジスト膜形成装置１による処理で、アスペクト比が小さいウエハＷについても、より確実に気泡が残ることを防ぐことができる。つまり、ウエハＷの凹部パターンの形状によらず、処理を行うことができる。

以下、レジスト膜形成装置１にて行われる処理を、順を追って説明する。カップ３４内が比較的小さい第１の排気量で排気された状態で、図示しない搬送機構によってウエハＷがスピンチャック３１に載置され、裏面側中心部が吸着される。続いて、２本のＨｅガスノズル６がカップ３４の外側から移動し、ウエハＷの中心部上方、周縁部上方に夫々位置する。また、２本のＡｒガスノズル７もカップ３４の外側から移動し、Ｈｅガスノズル６の近傍に位置する。

各ガスノズルが移動する一方で、ウエハＷは所定の回転数で回転し、周囲の雰囲気の温度になじみ、面内各部の温度が均一化される。然る後、図４に示すようにウエハＷを比較的低い第１の回転数、例えば０ｒｐｍ～１００ｒｐｍ、より具体的には例えば１０ｒｐｍの回転数で回転させると共に、各Ｈｅガスノズル６から、ウエハＷの中心部及び周縁部にＨｅガス１０１を吐出する。Ｈｅガス１０１は、遠心力によるウエハＷの周縁部へ向けた広がりと、ウエハＷの回転による供給位置の変更と、によって、ウエハＷの表面全体に供給される。そして、図５に示すように、ウエハＷの凹部１００内の空気が当該Ｈｅガス１０１により置換され、当該凹部１００内にＨｅガス１０１が充填される。

例えば５秒間、２本のＨｅガスノズル６併せてＨｅガスを５～１００Ｌ供給すると、Ｈｅガスの供給が停止し、Ｈｅガスノズル６がウエハＷの中心部上、周縁部上から夫々退避する。そのＨｅガスノズル６の移動と共に、Ａｒガスノズル７が当該ウエハＷの中心部上、周縁部上に位置し、図６に示すようにウエハＷの中心部及び周縁部にＡｒガス１０２を供給すると共に、ウエハＷの回転数が比較的高い第２の回転数、例えば１００ｒｐｍ～３００ｒｐｍ、より具体的には例えば２００ｒｐｍとなるように上昇する。Ａｒガス１０２は、遠心力によるウエハＷの周縁部へ向けた広がりと、ウエハＷの回転による供給位置の変更と、によって、ウエハＷの表面全体に供給され、図７に示すように、凹部１００を塞ぐようにウエハＷ表面に滞留する。例えば１秒間、２本のＡｒガスノズル７併せてＡｒガスを０．５～２Ｌ供給すると、Ａｒガス１０２の供給が停止し、Ａｒガスノズル７はカップ３４外に退避する。

続いて図８に示すようにシンナーノズル５をウエハＷの中心部上に位置させ、シンナー１０３をウエハＷの中心部上に吐出すると共に、例えばウエハＷの回転数を第２の回転数より低く、第１の回転数より大きい第３の回転数、例えば３０ｒｐｍとする。また、そのように回転数を変更すると共にバルブＶ１の開度を大きくし、カップ３４内の排気量を大きくして、第２の排気量で排気する。遠心力によりシンナー１０３は、ウエハＷの中心部から周縁部へ向けて広がる。このように広がる際に、凹部１００内のＨｅガス１０１を凹部１００から押し出すと共にウエハＷの周縁部へ押しやる。Ａｒガス１０２についてもＨｅガス１０１と共に、ウエハＷの周縁へ押しやる。Ｈｅガス１０１については、流れが乱れることなく凹部１００内から速やかに押し出され、図９に示すように凹部１００内のＨｅガス１０１はシンナー１０３に置換される。なお、Ｈｅガス１０１についてそのように流れが乱れないことは、このＨｅガス１０１に接するシンナー１０３についても流れが乱れないということである。そして、シンナー１０３はウエハＷの周縁部に達し、ウエハＷの表面全体を被覆すると共に各凹部１００内に気泡が残らないように充填される。

続いて、シンナーノズル５からのシンナー１０３の供給が停止し、レジストノズル４がウエハＷの中心部上に移動する。そして、図１０に示すようにウエハＷの中心部にレジスト液１０４を吐出すると共にウエハＷの回転数が上昇する。スピンコーティングにより、レジスト液１０４はシンナー１０３によって改質されたウエハＷの表面を周縁部へ向けて広がり、ウエハＷの表面全体に塗布される。塗布されたレジスト液１０４は、凹部１００内のシンナー１０３と混ざり合うことで、凹部１００内に進入する。上記のように、予め凹部１００内を空隙ができないようにシンナー１０３で満たしているため、図１１に示すようにレジスト液１０４が凹部１００内に、空隙が形成されないように充填される。

その後、レジスト液１０４の供給が停止した後、ウエハＷの面内のレジスト液１０４の液膜の厚さを均一化するために当該ウエハＷが比較的低い回転数、例えば１００ｒｐｍで回転した後、図１２に示すようにウエハＷの回転数が上昇して例えば１５００ｒｐｍとなり、レジスト液１０４の乾燥が進行する。この回転数の上昇と共に、バルブＶ１の開度が小さくなり、カップ３４内の排気量が、再び比較的低い第１の排気量となる。上記のように凹部１００内には、レジスト液１０４が気泡を含まないように充填されている。従って、当該レジスト液１０４が乾燥することで、凹部１００内に隙間無く埋め込まれるように、ウエハＷの表面全体を覆うレジスト膜が形成される。その後、ウエハＷの回転が停止し、ウエハＷは、図示しない搬送機構に受け渡されて、レジスト膜形成装置１から取り出される。

この第１の実施形態のレジスト膜形成装置１によれば、ウエハＷの表面の凹部１００に、空気よりも動粘度が高いＨｅガス１０１を充填した上で、ウエハＷの中心部に供給したシンナー１０３をウエハＷ表面に展伸させ、凹部１００内をＨｅガス１０１からシンナー１０３に置換する。その後に、レジスト液１０４の塗布を行っている。従って、凹部１００から排出されるガスの流れ、このガスに接するシンナー１０３の流れが夫々安定する。これにより凹部１００に流れ込むシンナー１０３にガスが巻き込まれにくくなり、凹部１００がシンナー１０３により隙間なく充填される。従って、続いてレジスト液１０４を塗布したときに当該レジスト液１０４を凹部１００内に隙間なく満たすことができ、凹部１００におけるレジスト膜の埋め込み性（充填性）を高くすることができる。また、レジスト膜形成装置１によれば、Ａｒガス１０２を供給することで、上記のＨｅガス１０１の凹部１００内からの離脱が抑制されるため、好ましい。なお、Ｈｅガスの供給後、速やかにシンナープリウエットを行うことで、このＡｒガスの供給が行われないように処理を行ってもよい。

また、Ｈｅガスノズル６、Ａｒガスノズル７を複数設けており、Ｈｅガス１０１、Ａｒガス１０２を夫々ウエハＷの複数箇所に吐出する。従って、速やかにウエハＷの表面全体にこれらの各ガスを供給することができるので、プリウエット時にＨｅガスが凹部１００内により確実に滞留した状態となる。つまり、凹部１００内のレジスト膜の充填性を、より確実に高くすることができるので好ましい。

また、上記のようにＨｅガスのウエハＷへの供給量は、ＡｒガスのウエハＷへの供給量よりも多い。そのように供給量を設定しているため、Ｈｅガス１０１は、より確実に凹部１００内に供給されると共に、そのＨｅガス１０１がＡｒガス１０２によって凹部１００内から押し出されて除去されてしまうことが防止されるので好ましい。またＨｅガス１０１を供給した後は、時間経過に従い、徐々に凹部１００からＨｅガス１０１が離脱することも考えられる。そのためＡｒガス１０２を速やか供給することが好ましく、Ａｒガス１０２の供給時間について、上記のようにＨｅガス１０１の供給時間よりも短くすることが好ましい。

さらに、Ｈｅガス１０１のウエハＷへの供給時の第１の回転数は、Ａｒガス１０２のウエハＷへの供給時の第２の回転数よりも低い。従って、Ｈｅガス１０１についてウエハＷの回転の遠心力によりウエハＷから除去されてしまうことが抑制され、且つＡｒガス１０２については、ウエハＷの表面を遠心力によって速やかに広がり、当該表面を被覆してＨｅガス１０１の凹部１００内からの放出を抑制するため好ましい。

さらにＨｅガス１０１及びＡｒガス１０２を供給するときには、凹部１００を満たすＨｅガス１０１及び凹部１００の上部に滞留するＡｒガス１０２が拡散してしまうことを避けるため、シンナー１０３及びレジスト液１０４を供給するときの第２の排気量よりも少ない第１の排気量で排気しているので、好ましい。この第１の排気量としては、排気量を０とする、即ち排気を停止するようにしてもよい。
なお、比較的厚い膜厚のレジスト膜を形成するには、レジスト液の粘度を高くする必要が有る。一般的にレジスト液の粘度が高いほど、凹部１００への充填が難しくなるが、レジスト膜形成装置１では、上記のようにシンナーを確実性高く凹部１００に充填し、レジスト膜の凹部１００への充填性を高くすることができる。つまり、例えば既述した比較的高い粘度のレジスト液を用いて、比較的膜厚が大きいレジスト膜を形成できるという利点も有る。

Ｈｅガスノズル６及びＡｒガスノズル７については、図１、図２に示した例では互いに分離しているが、このような構成例とすることには限られない。図１３、図１４に示すようにＨｅガスノズル６と、Ａｒガスノズル７、とを一体化したガス供給ユニット７０としてもよい。具体的には、ガス供給ユニット７０は１本のＨｅガスノズル６と、１本のＡｒガスノズル７とがウエハＷの径方向に沿うように、横方向に連接されて構成されている。そして、ウエハＷの周縁部へのガス供給用、及びウエハＷの中心部へのガス供給用に、ガス供給ユニット７０は２つ設けられ、図２に示したアーム６４に各々接続される。このように各ノズルが連接された構成とされることで、Ｈｅガスノズル６からのガス吐出後、当該Ｈｅガスノズル６がＨｅガスを吐出した位置へ、Ａｒガスノズル７が速やかに移動し、Ａｒガスを吐出することができる。

またＨｅガス及びＡｒガスを供給するガス供給部としては、シャワー状に供給するガス供給部６０としてもよい。つまり、ガス供給部としてはノズルに限られず、シャワーヘッドとして構成してもよい。図１５、図１６に示すように、例えばガス供給部６０の下面に第１のガス供給口６６、及び第２のガス供給口７６を各々複数並べて配置する。図１６では、第１のガス供給口６６及び第２のガス供給口７６を白塗り、及び影塗りで区別している。なお以下図１７から図１９においても第１のガス供給口６６、及び第２のガス供給口７６を白塗り、及び影塗りで区別する。

そしてガス供給部６０の内部に互いに区画されたＨｅガス流路６７、Ａｒガス流路７７を形成し、Ｈｅガス流路６７、Ａｒガス流路７７の下流端を、各々上記の第１のガス供給口６６、及び第２のガス供給口７６に夫々接続する。またＨｅガス流路６７、Ａｒガス流路７７の上流端に、第１の実施形態にて説明したＨｅガス供給管６１及びＡｒガス供給管７１を接続する。さらにガス供給部６０を既述のアーム６４の先端に接続し、ガス供給部６０を昇降自在、移動自在に構成する。ガス供給部６０は昇降体に相当する。このガス供給部６０を設けた場合の装置の動作例について、後に説明する。

またＨｅガス及びＡｒガスをシャワー状に供給するガス供給部６０は、図１７に示すように、例えばウエハＷを径方向に横断する領域に向けてガスを吐出する構成でも良い。あるいは、図１８に示すようにガス供給部６０からウエハＷの全面に向けてガスを供給するように構成してもよい。

さらには、図１９に示すように例えばウエハＷの中心に向けてガスを供給するＨｅガスノズル６及びＡｒガスノズル７と、ウエハＷの周縁寄りの領域にシャワー状にガスを供給するガス供給部６０と、を組み合わせた構成でも良い。ところで、ガス供給部を図１８に示すようにウエハＷの表面全体にＨｅガス及びＡｒガスを供給する構成とした場合、Ａｒガス及びＨｅガスをウエハＷに供給するにあたり、ウエハＷを回転させなくてもよい。また、後に第２の実施形態で示すようなガス供給中のガス供給部６０の移動も行わなくてよい。つまり、各ガスをウエハＷに供給するにあたり、ウエハＷに対してガス供給部６０を移動させる構成とすることには限られない。そして、図１８のガス供給部６０のように、ウエハＷを回転させずに当該ウエハＷ表面全体にガスを供給できる構成とする場合、遠心力によってＨｅガス及びＡｒガスがウエハＷの表面から外側に拡散してしまうことが防止されるので、好ましい。なお、図１９の構成においても、ウエハＷの中心部についてはＨｅガスノズル６及びＡｒガスノズル７から吐出された各ガスの広がりを利用して各ガスを供給することで、ウエハＷを回転させなくてもよい。ところで、各ガス供給部についてＨｅガスの流路と、Ａｒガスの流路とが別個に形成されているが、共通の流路として構成してもよい。

［第２の実施形態］
続いて第２の実施形態に係るレジスト膜形成装置１０について、レジスト膜形成装置１との構成の差異点を中心に説明する。レジスト膜形成装置１０は、図２０に示すようにウエハＷを加熱するための加熱機構として、ウエハＷに光を照射して加熱する光照射部であるＬＥＤ（light emitting diode）光源群９１を備える点でレジスト膜形成装置１と異なる。また第２実施形態にかかるレジスト膜形成装置は、Ｈｅガスノズル６、Ａｒガスノズル７に代えてガス供給部６０が設けられている。

ＬＥＤ光源群９１は例えば、スピンチャック３１に載置されたウエハＷの上側、下側に夫々配置される上側ＬＥＤ光源群９１Ａと、下側ＬＥＤ光源群９１Ｂとからなる。例えば、これらの光源群９１Ａ、９１Ｂは、各々多数のＬＥＤ光源９０により構成されている。上側ＬＥＤ光源群９１Ａは、ウエハＷの径方向に沿って並んだ多数のＬＥＤ光源９０の列が、ウエハＷの周方向に間隔を空けて設けられることで構成されている。下側ＬＥＤ光源群９１Ｂは、上側ＬＥＤ光源群９１Ｂと同様に、ウエハＷの径方向に沿って並んだ多数のＬＥＤ光源９０の列が、ウエハＷの周方向に間隔を空けて設けられることで構成されており、当該列はスピンチャック３１を囲むように設けられている。ウエハＷの回転中、上側ＬＥＤ光源群９１Ａ、下側ＬＥＤ光源群９１Ｂによって夫々ウエハＷの表面、裏面に光が照射され、ウエハＷの面内全体が加熱される。

ＬＥＤ光源群９１は、ウエハＷをカップ２１内の雰囲気の温度、例えば２３℃よりも若干高い温度、例えば３０℃以下の温度になるように加熱する。そのようにウエハＷを加熱することで、既述のようにウエハＷに供給されるＨｅガスを加熱する。ガスは一般的に温度が上昇することで粘性係数μが高くなる。動粘度νは、ν＝μ／ρで示され、温度の上昇に従い粘性係数μが上昇することで動粘度νが上昇する。つまり、Ｈｅガスを加熱し、その動粘度を上昇させることができる。それにより、凹部１００を満たすＨｅガスの流れをより安定させ、凹部１００に流れ込むシンナー１０３の埋め込み性をさらに向上させる。なお、ウエハＷの温度が高くなりすぎると、シンナー及びレジスト液を供給したときに、これらの薬液の気化量が大きくなってしまうので、ウエハＷの処理に要するこれらの薬液の量が多くなってしまう。そのため、上記した周囲の雰囲気よりも若干高い温度となるように、ウエハＷを加熱することが好ましい。

以下、レジスト膜形成装置１０による処理について、レジスト膜形成装置１による処理との差異点を中心に説明する。ウエハＷがスピンチャック３１に受け渡された後、レジスト膜形成装置１と同様に所定の回転数で回転して、ウエハＷの面内各部の温度が均一化される。その後、図２１に示すようにＬＥＤ光源群９１から光が照射されると共に、ウエハＷが所定の回転数、例えば１０００ｒｐｍで回転し、当該ウエハＷが加熱される。

ウエハＷが加熱される一方で、ガス供給部６０がカップ３４の外部からウエハＷの中心部上方に移動し、ウエハＷの表面との間隔が比較的狭い高さに位置する。そしてＬＥＤ光源群９１からの光照射が停止し、図２２に示すようにウエハＷが例えば１０ｒｐｍの回転数で回転すると共に、ガス供給部６０が第１のガス供給口６６からＨｅガスを供給しながら、ウエハＷの周縁部上に向かって水平移動する。このＨｅガス供給時のガス供給部６０における第１の供給口６６とウエハＷの表面との距離を第１の距離とすると、上記のようにガス供給部６０とウエハＷとの間隔が狭いため、当該第１の距離は比較的小さい。そのため、供給されたＨｅガスはウエハＷの外側へ放出されてしまうことが抑制され、凹部１００内により確実に進入する。

ガス供給部６０がウエハＷの周縁部上に移動し、ウエハＷの表面全体にＨｅガスが供給されると、Ｈｅガスの供給が停止し、ガス供給部６０がウエハＷの中心部上方に移動する。そして、ガス供給部６０が上昇し、ウエハＷの表面とガス供給部６０との間隔が大きくなる。そして図２３に示すようにウエハＷを例えば２００ｒｐｍの回転数で回転させ、第２のガス供給口７６からＡｒガスを供給しながら、ガス供給部６０がウエハＷの周縁部上に向かって水平移動する。このＡｒガス供給時のガス供給部６０における第２の供給口７６とウエハＷの表面との距離を第２の距離とすると、この第２の距離は上記の第１の距離よりも大きい。そのように第２の距離が比較的大きいため、ＡｒガスがウエハＷに衝突する勢いは小さいことから、Ａｒガスによる凹部１００からのＨｅガスの押し出しが抑制される。従って、Ａｒガスの供給後、より確実に凹部１００内にＨｅガスが充填された状態となる。

Ａｒガスを供給するガス供給部６０がウエハＷの周縁部上に移動し、ウエハＷの表面全体にＡｒガスが供給されると、Ａｒガスの供給が停止し、ガス供給部６０はカップ３４外へ退避する。以降、第１の実施形態と同様に、ウエハＷにシンナーが供給され、プリウエットが行われる（図２４）。その際に既述のようにウエハＷに供給されたＨｅガスの動粘度νが高められている。そのためＨｅガスの流れがより安定し、シンナー１０３が凹部１００内に、より確実に充填される。その後、第１の実施形態と同様に、レジスト液がウエハＷの表面全体に塗布され、レジスト液のウエハＷへの供給が停止した後、ウエハＷの回転数がウエハＷの面内のレジスト液膜の厚さを均一化するための比較的低い回転数となる。その後、ウエハＷの回転数が、比較的高い回転数、例えば１５００ｒｐｍとなるように上昇する。この回転数の上昇と共に、ＬＥＤ光源群９１からウエハＷへの光照射が再開され、ウエハＷが再度加熱される（図２５）。このウエハＷの加熱によってレジスト液が加熱されて、その流動性が高くなり、当該レジスト液が凹部１００内、及び凹部１００外から凹部１００内において移動し、より確実に凹部１００内に隙間無く充填される。そして、ウエハＷの加熱とウエハＷの回転とにより、レジスト液が次第に乾燥して、レジスト膜が形成される。

このように第２の実施形態によれば、ウエハＷの温度が調整されることで、レジスト膜の凹部１００への埋め込みを、より確実に行うことができる。また、この第２の実施形態によればウエハＷの回転と、ガス供給部６０との移動により、ウエハＷの面内でＨｅガス及びＡｒガスが供給される位置を移動させることで、Ｈｅガスの凹部１００への充填、ＡｒガスによるウエハＷ表面の被覆がより確実且つ速やかに行われる。また、上記した各高さのＨｅガスの供給口６６及びＡｒガスの供給口７６からガスを供給することで、さらに確実にＨｅガスを凹部１００内に充填することができる。この第２の実施形態で用いられるガス供給部６０以外の、図１４～図１９で示した他のガス供給部や第１の実施形態で述べた各ノズルについても、この第２の実施形態と同様に高さを調整して用いることができる。なお、ウエハＷとＨｅガスの供給口６６及びＡｒガスの供給口７６との距離を調整するにあたり、ガス供給部６０のウエハＷに対する高さを調整しているが、ウエハＷのガス供給部６０に対する高さを調整してもよい。つまり、スピンチャック３１及び駆動部３３を昇降機構に接続して、ガス供給部６０に対するウエハＷの高さが変更されるようにしてもよい。

ところで、上記の処理例でＬＥＤ光源群９１による光照射をウエハＷへのＨｅガスの供給前に停止しているが、これらＨｅガスの供給中においても光照射を行い、ウエハＷを加熱してもよい。Ｈｅガスの供給前または当該Ｈｅガス供給中の期間を第１の期間とする。また、シンナーのウエハＷへの供給開始からレジスト液のウエハＷへの供給を終えるまでの期間を第２の期間とする。レジスト液の吐出終了後の期間を第３の期間とする。シンナー及びレジストの気化を防ぐために、上記の処理例のように第２の期間におけるＬＥＤ群９１からの光照射は停止するか、あるいは低い光強度とすることが好ましい。従って、第１の期間及び第３の期間の光強度よりも、第２の期間の光強度が小さくなるようにすることが好ましい。

また加熱機構は、ＬＥＤ光源群９１に限らず、例えば電熱線により加熱するヒータでも良い。ただし光照射による加熱とすることで、ウエハＷを速やかに昇温させることができるので、装置のスループットを向上させる観点から、当該光照射による加熱を行うことが好ましい。またＬＥＤ光源群９１は、ＬＥＤ光源群９１を点灯、消灯させたり光強度を調整するための設備の設置に大きな領域を必要とせず装置の大型化を抑制できる効果もある。なお、レジスト膜形成装置１０の外部の加熱装置においてウエハＷを加熱し、加熱されたウエハＷをレジスト膜形成装置１０に搬送して、Ｈｅガスを供給してもよい。ただし、Ｈｅガスを供給する装置においてＬＥＤによる加熱を行うレジスト膜形成装置１０の構成とすることで、処理に要する設備の大型化を防ぐことができる。

また第１のガスは、空気よりも動粘度νが高いガスであればよく、例えば水素ガスでも良い。また第２のガスは、空気よりも動粘度νが低いガスであればよく、例えばクリプトン（Ｋｒ）ガスを用いてもよい。
また第１のガスをガス供給部から基板に向けて供給する構成に限らない。例えば、既述のレジスト膜形成装置１において、第１のガスノズル６を設けることに代えて、当該レジスト膜形成装置１を密閉されたチャンバ内に設けてもよい。そしてチャンバ内に第１のガスを供給できるように構成して、チャンバ内の雰囲気を第１のガスに置換することにより、凹部１００内に第１のガスを満たす。その後ウエハＷに改質液の塗布と、塗布液の塗布とを行うように構成してもよい。

さらに本開示にかかる塗布膜形成装置は、レジスト膜を形成する装置に限らず、例えば層間絶縁膜などを形成する装置であってもよい。つまり、塗布液として層間絶縁膜形成用の薬液を塗布するようにしてもよい。その他に反射防止膜形成用の薬液などを塗布するようにしてもよい。
なお、Ｈｅガスの供給後、シンナーを塗布するにあたっては、既述のようにウエハＷの中心部から周縁部に広げることに限られない。例えば、長尺な吐出口を有するノズルからウエハＷの半径に沿ってシンナーを吐出すると共にウエハＷを回転させて、ウエハＷ表面全体にシンナーを供給してもよい。その他、ウエハＷの直径よりも長い吐出口を備えるノズルからシンナーを吐出しながら、ウエハＷの一端から他端に当該ノズルを移動させて、ウエハＷ表面全体にシンナーを供給してもよい。例えば、レジスト液についてもシンナーと同様に供給することができ、第１及び第２の実施形態で述べたようにレジスト液をウエハＷに供給することには限られない。

なお、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、変更及び組み合わせが行われてもよい。

本開示の効果を検証するために図１、２に示したレジスト膜形成装置を用い、図３に示す凹部１００が形成されたウエハＷに実施の形態に示したレジスト液の塗布膜形成方法を行いウエハＷの表面部の断面を電子顕微鏡にて撮影した例を実施例とした。
またウエハＷに第１のガスを供給する工程と、第２のガスを供給する工程と、を含まないことを除いて実施例と同様に塗布膜形成処理を行った例を比較例とした。図２６、図２７は、夫々実施例及び比較例におけるウエハＷの表面部の断面の様子を示している。
図２６に示すように実施例においては、レジスト液１０４を凹部１００に隙間なく充填することができた。一方図２７に示すように比較例においては、凹部１００の内部のレジスト液１０４が十分に充填されず空隙１０５が形成されていた。

この結果によれば、ウエハＷに改質液及び塗布液を塗布する前に、ウエハＷに第１のガスを供給する工程と、次いでウエハＷに第２のガスを供給する工程と、を行うことにより凹部１００における塗布膜の埋め込み性が良くなることが分かる。従って本開示によれば、凹部１００が形成された基板に塗布液を塗布するにあたって、凹部１００における塗布液の埋め込み性を改善できると言える。

１レジスト膜形成装置
３１スピンチャック
１００凹部
１０１Ｈｅガス
１０３シンナー
１０４レジスト液
Ｗウエハ

Claims

基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
表面に凹部パターンが形成された前記基板を載置する載置部と、
前記載置部に載置された基板の表面に、空気よりも動粘度が高い第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記凹部内を第１のガスから前記基板の表面における前記塗布液のぬれ性を高める改質液に置換するために、前記基板の表面に当該改質液を供給する改質液供給部と、
前記凹部内に充填されると共に前記基板の表面を被覆する前記塗布膜を形成するために、前記改質液が供給された基板に前記塗布液を供給する塗布液供給部と、
前記第１のガスが供給され、且つ前記改質液が供給される前の前記基板に、前記第１のガスよりも動粘度が低い第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
を備える塗布膜形成装置。
前記第２のガスは、空気より動粘度が高いガスである請求項１記載の塗布膜形成装置。
前記基板に供給される第１のガスの供給量が、前記基板に供給される第２のガスの供給量よりも多くなるように、前記第１のガス供給部、前記第２のガス供給部は、夫々前記第１のガス、前記第２のガスを供給する請求項１または２記載の塗布膜形成装置。
前記第１のガス供給部は、前記基板の表面に対する距離が第１の距離となる位置で第１のガスを供給する第１の供給口を備え、
前記第２のガス供給部は、前記基板の表面に対する距離が、前記第１の距離よりも大きい第２の距離となる位置で第２のガスを供給する第２の供給口を備える請求項１ないし３のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
前記第１の供給口及び前記第２の供給口は、当該第１の供給口及び第２の供給口に共通して設けられると共に前記基板に対して相対的に昇降する昇降体に開口する請求項４記載の塗布膜形成装置。
基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
表面に凹部パターンが形成された前記基板を載置する載置部と、
前記載置部に載置された基板の表面に、空気よりも動粘度が高い第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記凹部内を第１のガスから前記基板の表面における前記塗布液のぬれ性を高める改質液に置換するために、前記基板の表面に当該改質液を供給する改質液供給部と、
前記凹部内に充填されると共に前記基板の表面を被覆する前記塗布膜を形成するために、前記改質液が供給された基板に前記塗布液を供給する塗布液供給部と、
を備え、
前記第１のガス供給部は、前記基板の表面における前記第１のガスの供給位置を、当該基板の表面に対して相対的に移動させる相対移動機構を備え、
前記基板を回転させるために前記載置部を回転させると共に、前記相対移動機構を構成する回転機構を備え、
前記第１のガスが供給され、且つ前記改質液が供給される前の前記基板に、前記第１のガスよりも動粘度が高い第２のガスを供給する第２のガス供給部が設けられ、
前記回転機構により、前記第１のガスの供給中に前記基板が第１の回転数で回転し、
前記回転機構により、前記第２のガスの供給中に前記基板が前記第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転する塗布膜形成装置。
前記相対移動機構を備え、当該相対移動機構は前記基板に対して第１のガス供給部を移動させる第１のガス供給部移動機構を含む請求項６記載の塗布膜形成装置。
基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
表面に凹部パターンが形成された前記基板を載置する載置部と、
前記載置部に載置された基板の表面に、空気よりも動粘度が高い第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記凹部内を第１のガスから前記基板の表面における前記塗布液のぬれ性を高める改質液に置換するために、前記基板の表面に当該改質液を供給する改質液供給部と、
前記凹部内に充填されると共に前記基板の表面を被覆する前記塗布膜を形成するために、前記改質液が供給された基板に前記塗布液を供給する塗布液供給部と、
前記第１のガスの動粘度を上昇させるために、前記第１のガスの供給前または当該第１のガスの供給中の第１の期間に、前記載置部に載置された基板を加熱する加熱機構と、
を備える塗布膜形成装置。
前記加熱機構は、前記基板に光照射して加熱する光照射部を備える請求項８記載の塗布膜形成装置。
前記光照射部は、前記改質液の前記基板への供給開始から前記基板への塗布液の供給を終了するまでの第２期間の光強度が、前記第１の期間及び前記基板への塗布液の供給停止後の第３の期間の光強度より小さくなるように光照射を行う請求項９記載の塗布膜形成装置。
前記第１のガスはヘリウムガスである請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
表面に凹部パターンが形成された前記基板を載置する載置部と、
前記載置部に載置された基板の表面に、空気よりも動粘度が高い第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記凹部内を第１のガスから前記基板の表面における前記塗布液のぬれ性を高める改質液に置換するために、前記基板の表面に当該改質液を供給する改質液供給部と、
前記凹部内に充填されると共に前記基板の表面を被覆する前記塗布膜を形成するために、前記改質液が供給された基板に前記塗布液を供給する塗布液供給部と、
前記第１のガスが供給され、且つ前記改質液が供給される前の前記基板に、前記第１のガスよりも動粘度が高い第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
を備え、
前記第２のガスはアルゴンガスである塗布膜形成装置。
基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布膜形成方法において、
表面に凹部パターンが形成された前記基板を載置部に載置する工程と、
前記載置部に載置された当該基板の表面に、空気よりも動粘度が高い第１のガスを供給する工程と、
前記基板の表面に、前記基板の表面における前記塗布液のぬれ性を高める改質液を供給して、前記凹部内を第１のガスから当該改質液に置換する工程と、
前記改質液が供給された前記基板に前記塗布液を供給し、前記凹部内に充填されると共に前記基板の表面を被覆する前記塗布膜を形成する工程と、
前記第１のガスが供給され、且つ前記改質液が供給される前の前記基板に、前記第１のガスよりも動粘度が低い第２のガスを供給する工程と、
を備える塗布膜形成方法。