KR20120084683A

KR20120084683A - 도포 처리 장치, 도포 처리 방법 및 기억 매체

Info

Publication number: KR20120084683A
Application number: KR1020120006250A
Authority: KR
Inventors: 고오조오 다찌바나; 다까히사 오오쯔까; 아끼라 니시야
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2012-07-30
Also published as: JP5327238B2; KR101724766B1; US8871301B2; JP2012151348A; US20120189773A1

Abstract

본 발명의 과제는, 도포막을 기판의 면내에 균일하게 형성할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
기판의 표면에 노즐로부터 기판의 중심부에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 동시에, 제1 회전 속도로 기판을 회전시켜, 도포액을 기판의 주연부로 원심력에 의해 확산시키고, 이어서, 상기 도포액의 공급을 계속한 채, 당해 기판의 중심부측의 액막을 주연부측의 액막에 비해 융기시켜, 액 저류부를 형성하기 위해, 상기 제1 회전 속도보다도 작은 제2 회전 속도로 기판을 회전시킨 상태에서 도포액의 공급 위치를 기판의 중심 위치로부터 상기 편심 위치를 향해 이동시키고, 이어서, 액 저류부의 두께를 크게 하여, 노즐의 액 끊김시에 당해 액 저류부에 떨어지는 액적을 융합시키기 위해, 기판의 회전 속도를 상기 제2 회전 속도보다도 작은 제3 회전 속도로 감속시킨 상태에서, 노즐로부터 상기 편심 위치로의 도포액의 공급을 정지한다.

Description

도포 처리 장치, 도포 처리 방법 및 기억 매체{COATING PROCESSING APPARATUS, COATING PROCESSING METHOD AND STORAGE MEDIUM}

본 발명은, 기판에 도포액을 공급하여 도포막을 형성하는 도포 처리 장치, 도포 처리 방법 및 기억 매체에 관한 것이다.

반도체 제조 공정의 하나인 포토리소그래피 공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 함)의 표면에 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성하는 공정이 포함된다. 이 레지스트막의 형성은, 고속 회전하는 웨이퍼의 중심부 상에 노즐로부터 레지스트액을 토출하여, 당해 레지스트액을 원심력에 의해 주연부로 확산시키는, 이른바 스핀 코팅에 의해 행해진다.

고가인 레지스트액의 사용량을 저감하여, 소량의 레지스트액으로 레지스트막을 형성하는 것이 검토되고 있다. 이와 같이 소량의 레지스트액을 사용하는 경우, 형성되는 레지스트막은, 레지스트액의 토출 상태의 영향을 받기 쉬워져, 레지스트액의 토출 상태가 약간 흐트러졌다고 해도, 웨이퍼 표면에 주위와 두께가 다른 도포 불균일이 형성되어 버릴 우려가 있다. 이와 같이 도포 불균일이 형성되면, 예를 들어 노광 처리에 있어서의 초점이 어긋나, 원하는 치수의 레지스트 패턴이 얻어지지 않게 되는 경우가 있다.

그리고 도 19 내지 도 21에 도시하는 바와 같이 상기 스핀 코팅에 있어서는, 노즐(101)로부터 웨이퍼(W)로의 레지스트액(R)의 토출을 정지시킬 때에 레지스트액(R)의 끊김이 나빠, 액적(R1)이 낙하해 버리는 경우가 있다. 이 액적(R1)에 의해, 상기 도포 불균일이 형성되어 버릴 우려가 있다.

특허 문헌 1에는, 액적(R1)에 의한 도포 불균일의 발생을 방지하기 위한 스핀 코팅의 일례가 개시되어 있다. 이 스핀 코팅에서는, 고속 회전한 웨이퍼의 중심 위치에 노즐로부터 레지스트액을 공급하고, 노즐로부터 레지스트액의 공급을 계속한 상태에서 웨이퍼의 회전 속도를 저하시켜 저속 회전으로 하는 동시에, 레지스트액의 토출 위치를 웨이퍼(W)의 중심 위치로부터 벗어난 편심 위치로 이동시켜, 레지스트액의 토출을 정지시킨다. 그 후, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 상승시켜 레지스트의 건조를 행한다. 이 방법을 이용하면, 웨이퍼의 회전 속도가 낮기 때문에 웨이퍼(W)의 액적(R1)의 신속한 건조가 방지되는 것 및 액적(R1)의 낙하 위치가 웨이퍼(W)의 중심으로부터 벗어나 있기 때문에 원심력이 강하게 작용함으로써, 액적이 주위의 레지스트와 융합되면서 확산되어, 도포 불균일의 형성이 방지된다고 되어 있다.

그러나 이 특허 문헌 1의 방법에 의해서도 레지스트의 종류에 따라서는 도포 불균일이 형성되어 버릴 우려가 있는 것을 알 수 있었다. 도 22는, 레지스트액(R)의 공급이 정지될 때의 웨이퍼(W)의 표면 상태를 도시하고 있다. 도면 중 부호 102는 상기 고속 회전시에 공급된 레지스트액의 층, 103은 상기 저속 회전시에 공급된 레지스트액의 층이다. 레지스트액층(103)의 하측 영역(104)에서는 이미 건조가 진행되고 있어, 낙하하여 하측 영역(104) 부근에 도달한 액적(R1)은, 레지스트액층(102)에 융합되지 않고 존재한다(도 23). 그리고 액적(R1)은 건조되어 도포 불균일을 형성하는 핵으로 되어, 웨이퍼(W)의 회전에 수반하여 건조가 진행된 하측 영역(104)에 부착된다(도 24). 상기한 바와 같이 웨이퍼(W)의 회전 속도가 상승하면, 이 핵이 웨이퍼(W)를 직경 방향으로 확산된다. 그리고 레지스트액층(102, 103)이 건조되고, 레지스트막(105)이 형성되었을 때에, 선 형상의 도포 불균일(106)이 형성되어 버린다(도 25). 도 26은 도포 불균일(106)이 형성된 웨이퍼(W)의 표면을 도시하고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2008-253986(단락 0006 및 단락 0010)

본 발명은 이러한 사정하에 이루어진 것이며, 그 목적은, 도포막을 기판의 면내에 균일하게 형성할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 도포 처리 장치는, 기판을 수평으로 유지하여 회전시키는 회전 유지부와,

상기 기판의 표면에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 노즐과,

도포액의 공급 위치를, 기판의 중심 위치와 당해 중심 위치로부터 벗어난 편심 위치 사이에서 기판의 직경 방향을 따라 이동시키기 위해 상기 노즐을 이동시키는 이동 기구와,

상기 회전 유지부에 의한 기판의 회전과, 상기 노즐로부터의 도포액의 토출과, 이동 기구에 의한 노즐의 이동을 제어하기 위해 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고,

상기 제어부는,

기판의 중심부에 도포액을 공급하는 동시에, 원심력에 의해 상기 도포액을 기판의 주연부로 확산시키기 위해 제1 회전 속도로 기판을 회전시키고,

이어서, 상기 도포액의 공급을 계속한 채, 당해 기판의 중심부측의 액막을 주연부측의 액막에 비해 융기시켜, 액 저류부를 형성하기 위해, 상기 제1 회전 속도보다도 작은 제2 회전 속도로 기판을 회전시킨 상태에서 도포액의 공급 위치를 기판의 중심 위치로부터 상기 편심 위치를 향해 이동시키고,

이어서, 액 저류부의 두께를 크게 하여, 노즐의 액 끊김시에 당해 액 저류부에 떨어지는 액적을 융합시키기 위해, 기판의 회전 속도를 상기 제2 회전 속도보다도 작은 제3 회전 속도로 감속시킨 상태에서, 노즐로부터 상기 편심 위치로의 도포액의 공급을 정지하고,

그 후, 액 저류부를 기판의 주연부로 확산시켜 도포막을 형성하기 위해, 기판의 회전 속도가 상기 제3 회전 속도보다도 높아지도록 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기한 도포 처리 장치의 구체적인 형태로서는 예를 들어 하기와 같다.

(a) 기판이 상기 제2 회전 속도로 회전하고 있는 동안에, 도포액의 공급 위치가 편심 위치에서 정지한다. 제2 회전 속도로 회전하고 있는 동안에는, 제2 회전 속도로부터 제3 회전 속도로 전환을 행하는 시점도 포함된다

(b) 상기 제3 회전 속도는, 0rpm 내지 30rpm이다.

(c) 상기 제2 회전 속도는, 50rpm 내지 1000rpm이다.

본 발명의 도포 처리 방법은, 기판을 회전 유지부에 의해 수평으로 유지하는 공정과,

기판의 표면에 노즐로부터 기판의 중심부에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 동시에, 제1 회전 속도로 기판을 회전시켜, 도포액을 기판의 주연부로 원심력에 의해 확산시키는 공정과,

이어서, 상기 도포액의 공급을 계속한 채, 당해 기판의 중심부측의 액막을 주연부측의 액막에 비해 융기시켜, 액 저류부를 형성하기 위해, 상기 제1 회전 속도보다도 작은 제2 회전 속도로 기판을 회전시킨 상태에서 도포액의 공급 위치를 기판의 중심 위치로부터 상기 편심 위치를 향해 이동시키는 공정과,

이어서, 액 저류부의 두께를 크게 하여, 노즐의 액 끊김시에 당해 액 저류부에 떨어지는 액적을 융합시키기 위해, 기판의 회전 속도를 상기 제2 회전 속도보다도 작은 제3 회전 속도로 감속시킨 상태에서, 노즐로부터 상기 편심 위치로의 도포액의 공급을 정지하는 공정과,

그 후, 액 저류부를 기판의 주연부로 확산시켜 도포막을 형성하기 위해 기판의 회전 속도를 상기 제3 회전 속도보다도 높게 하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기억 매체는, 기판에 대한 도포 처리를 행하는 도포 처리 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램이 기억된 기억 매체이며,

상기 컴퓨터 프로그램은, 상술한 도포 처리 방법을 실시하기 위한 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 도포액의 공급 위치를 기판의 중심 위치로부터 편심 위치로 이동시키고, 도포액의 공급을 정지할 때에, 기판의 회전 속도를 저하시켜 액 저류부의 두께를 크게 하고 있다. 노즐로부터 떨어지는 액적이 상기 액 저류부에 융합되기 쉬워지는 동시에 액 저류부의 형상이 변형되는 것이 억제되므로, 기판의 면내에 균일성 높게 도포막을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 레지스트 도포 장치의 종단 측면도.
도 2는 상기 레지스트 도포 장치의 평면도.
도 3은 레지스트 도포 처리를 행하는 공정도.
도 4는 레지스트 도포 처리를 행하는 공정도.
도 5는 레지스트 도포 처리를 행하는 공정도.
도 6은 레지스트 도포 처리를 행하는 공정도.
도 7은 레지스트 도포 처리를 행하는 공정도.
도 8은 레지스트 도포 처리를 행하는 공정도.
도 9는 레지스트가 도포되는 웨이퍼의 평면도.
도 10은 레지스트가 도포되는 웨이퍼의 평면도.
도 11은 웨이퍼의 회전 속도의 변화를 나타내는 그래프도.
도 12는 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 13은 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 14는 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 15는 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 16은 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 17은 레지스트막의 막 두께를 조사하는 실험 결과를 나타내는 그래프도.
도 18은 레지스트막의 막 두께의 편차를 조사하는 실험 결과를 나타내는 그래프도.
도 19는 노즐로부터의 액 끊김의 모습을 도시하는 설명도.
도 20은 노즐로부터의 액 끊김의 모습을 도시하는 설명도.
도 21은 노즐로부터의 액 끊김의 모습을 도시하는 설명도.
도 22는 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 23은 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 24는 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 25는 웨이퍼에 낙하한 액적의 변화를 도시하는 설명도.
도 26은 액적에 의해 웨이퍼에 형성되는 도포 불균일을 도시하는 평면도.

본 발명의 도포 처리 장치에 관한, 레지스트 도포 장치(1)에 대해 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 1, 도 2는 각각 레지스트 도포 장치(1)의 종단 측면도, 평면도이다. 레지스트 도포 장치(1)는, 스핀 척(11)을 구비하고 있고, 진공 흡착에 의해 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하도록 구성되어 있다. 스핀 척(11)에는, 회전 모터 등을 포함하는 회전 구동부(12)가 접속되어 있다. 회전 구동부(12)는, 후술하는 제어부(4)로부터 출력되는 제어 신호에 따른 회전 속도로, 스핀 척(11)을 연직 주위로 회전시킨다.

도면 중 부호 13은, 웨이퍼(W)의 이면을 지지하는 3개의 지지 핀(도시 편의상 2개만 나타내고 있음)이며, 승강 기구(14)에 의해 승강 가능하게 구성되어 있다. 지지 핀(13)에 의해 웨이퍼(W)의 반송 기구(10)와 스핀 척(11) 사이에서 웨이퍼(W)가 전달된다.

스핀 척(11)의 하방측에는 단면 형상이 산형(山形)인 가이드 링(15)이 설치되어 있고, 이 가이드 링(15)의 외주연은 하방측으로 굴곡되어 연장되어 있다. 상기 스핀 척(11) 및 가이드 링(15)을 둘러싸도록 도포액인 레지스트액의 비산을 억제하기 위한 컵(16)이 설치되어 있다.

이 컵(16)은 상측이 개방되어, 스핀 척(11)에 웨이퍼(W)를 전달할 수 있도록 되어 있고, 컵(16)의 측주면과 가이드 링(15)의 외주연 사이에 배출로를 이루는 간극(17)이 형성되어 있다. 상기 컵(16)의 하방측에는 기립한 배기관(18)이 설치되고, 배기관(18) 내는 배기구(18a)로서 구성되어 있다. 또한 컵(16)의 저부에는 액체 배출구(19)가 개방되어 있다.

레지스트 도포 장치(1)는 레지스트액 노즐(21)을 구비하고 있고, 레지스트액 노즐(21)은 연직 하방으로 레지스트액을 토출한다. 상기 레지스트액 노즐(21)은, 레지스트액 공급관(22)을 통해, 레지스트액이 저류된 레지스트액 공급원(23)에 접속되어 있다. 레지스트액 공급원(23)은 펌프를 구비하고, 레지스트액을 하류측으로 압송한다. 상기 레지스트액 공급관(22)에는 밸브나 유량 조정부 등을 포함하는 공급 기기군(24)이 개재 설치되고, 제어부(4)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 레지스트액의 급단(給斷)을 제어한다.

상기 레지스트액 노즐(21)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 수평 방향으로 신장된 아암(25)을 통해 이동 기구(26)에 접속되어 있다. 이동 기구(26)는, 횡방향으로 신장된 가이드 레일(20)을 따라 이동하고, 또한 아암(25)을 승강시킬 수 있다. 이에 의해, 레지스트액 노즐(21)은 웨이퍼(W)의 직경을 따라 레지스트액을 공급할 수 있고, 또한 컵(16)의 외부에 형성된 대기 영역(27)과 웨이퍼(W) 상의 사이에서 이동할 수 있다.

레지스트 도포 장치(1)는 용제 노즐(31)을 구비하고 있고, 용제 노즐(31)은 연직 하방으로 용제, 예를 들어 시너를 공급한다. 용제 노즐(31)은, 용제 공급관(32)을 통해 시너가 저류된 용제 공급원(33)에 접속되어 있다. 도면 중 부호 34는, 공급 기기군이며, 상기 공급 기기군(24)과 마찬가지로 구성되어 있다. 용제 노즐(31)은, 레지스트액 노즐(21)과 마찬가지로 아암(35)을 통해 이동 기구(36)에 접속되고, 컵(16)의 외부의 대기 영역(37)과 웨이퍼(W) 상의 사이에서 이동 가능하게 구성되어 있다.

계속해서 제어부(4)에 대해 설명한다. 제어부(4)는 컴퓨터에 의해 구성되고, 프로그램 저장부를 구비하고 있다. 이 프로그램 저장부에는, 후술하는 작용에서 설명하는 도포 처리가 행해지도록 명령이 짜여진 프로그램이 저장된다. 상기 프로그램 저장부에 저장된 프로그램이 제어부(4)에 판독되고, 제어부(4)는 레지스트 도포 장치(1)의 각 부로 제어 신호를 송신한다. 그것에 의해, 각 노즐(21, 31)의 이동, 레지스트액 노즐(21)로부터의 레지스트액의 토출 및 웨이퍼(W)의 회전 속도 등이 제어되고, 후술하는 스텝군이 실시된다. 이 프로그램은, 예를 들어 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그네토 옵티컬 디스크 또는 메모리 카드 등의 기억 매체에 수납된 상태에서 프로그램 저장부에 저장된다.

계속해서, 이 레지스트 도포 장치(1)의 작용에 대해, 도 3 내지 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 3 내지 도 8은, 각 스텝에 있어서의 웨이퍼(W)의 변화를 나타내고 있다. 도 9 및 도 10은 웨이퍼(W)의 평면도로, 웨이퍼(W) 표면의 변화를 나타내고 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 회전 속도인 rpm(1분당 회전수)의 변화를 나타낸 도 11도 적절하게 참조하면서 설명한다. 도 11의 그래프의 횡축, 종축은 시간, 상기 회전 속도를 각각 나타내고 있고, 횡축에는 0.1초 간격으로 눈금을 부여하고 있다. 또한, 도 11의 그래프 중에 있어서, 화살표 A1은 레지스트액(R)이 토출되는 구간을 나타내고, 화살표 A2는 레지스트액 노즐(21)이 이동하여, 레지스트액(R)의 공급 위치가 웨이퍼(W)의 중심 위치로부터 편심 위치로 이동하는 구간을 나타내고 있다.

반송 기구(10)에 의해, 웨이퍼(W)가 레지스트 도포 장치(1)로 반송되고, 지지 핀(13)에 의해 스핀 척(11)에 전달된다. 용제 노즐(31)이 대기 영역(37)으로부터 웨이퍼(W)의 중심부 상으로 이동하고, 웨이퍼(W)의 회전이 예를 들어 30rpm으로 회전한다. 용제 노즐(31)로부터 웨이퍼(W)의 중심부로 시너(T)가 공급되는 동시에 웨이퍼(W)의 회전 속도가 예를 들어 2000rpm으로 회전한다. 원심력에 의해 상기 시너(T)가 웨이퍼(W)의 주연부로 고루 퍼진다.

웨이퍼(W)의 회전 속도가 500rpm으로 감소하여, 용제 노즐(31)이 대기 영역(37)으로 복귀되는 동시에 레지스트액 노즐(21)이 대기 영역(27)으로부터 웨이퍼(W)의 중심부 상으로 이동하여, 웨이퍼(W)의 중심부에 레지스트액(R)이 공급되는(그래프 중 시각 t1) 동시에 웨이퍼(W)의 회전 속도가 상승한다. 레지스트액(R)은 원심력에 의해 시너(T)에 의해 젖은 웨이퍼(W)의 표면 상을 주연부를 향해 확산시켜, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 레지스트액(R)이 도포된다(도 3, 스텝 S1). 웨이퍼(W)의 회전 속도가 제1 회전 속도인 예를 들어 3000rpm으로 되면, 회전 속도가 저하되는 동시에, 레지스트액 노즐(21)이 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 주연부측을 향해 이동을 개시한다(시각 t2)(도 4, 스텝 S2).

웨이퍼(W) 표면에서는, 웨이퍼(W)의 감속에 의해, 레지스트액(R)이 웨이퍼(W)의 중앙부를 향해 끌어 당겨져, 당해 중앙부에 원형의 액 저류부(41)가 형성된다. 웨이퍼(W)의 회전 속도가 예를 들어 200rpm으로 되면(시각 t3), 회전 속도의 저하가 멈추고, 회전 속도가 200rpm으로 유지된다. 시각 t1로부터 시각 t3까지의 간격은 예를 들어 1.8초이다. 계속해서, 레지스트액 노즐(21)이 이동하지만, 이때, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 받는 힘에 의해 액 저류부(41)는 원형으로 유지된다(도 9). 200rpm 이상이고 3000rpm보다 낮은 회전 속도는 특허청구범위에서 말하는 제2 회전 속도이다.

시각 t3로부터 예를 들어 0.1초 경과하면, 웨이퍼(W)의 중심부 상으로부터 예를 들어 5㎜ 벗어난 위치에서 레지스트액 노즐(21)의 이동이 정지하는 동시에, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 더욱 저하되어(시각 t4), 액 저류부(41)의 두께가 커진다(도 5, 스텝 S3). 웨이퍼(W)의 회전 속도가 제3 회전 속도인 예를 들어 10rpm으로 되면, 회전 속도의 저하가 멈추고(시각 t5), 10rpm으로 회전이 계속되고, 레지스트액 노즐(21)로부터 레지스트액(R)의 토출이 정지한다(시각 t6)(도 6, 스텝 S4).

이 레지스트 토출 정지시에 레지스트액 노즐(21)로부터 액 저류부(41)에 떨어지는 액적(R1)의 거동에 대해, 웨이퍼(W)의 표면의 상태를 도시한 도 12 내지 도 16도 참조하면서 설명한다. 도 12 중 부호 42는, 시각 t1 내지 시각 t2에 레지스트액 노즐(21)로부터 토출된 레지스트액(R)으로 이루어지는 층이며, 토출되었을 때에 웨이퍼(W)의 회전이 고속이므로, 건조가 진행되고 있다. 또한, 도면 중 부호 43은 시각 t2 내지 시각 t6에서 공급된 레지스트액(R)으로 이루어지는 층이다. 이 레지스트액층(43)에 있어서도, 먼저 공급된 레지스트액(R)으로 이루어지는 하방 영역(44)은, 비교적 건조가 진행되어 있다. 그러나 상기한 바와 같이 10rpm으로 회전 속도를 떨어뜨려, 액 저류부(41)의 두께가 커졌기 때문에, 레지스트액층(43)에 있어서 비교적 건조가 진행되어 있지 않은 상방 영역(45)의 두께가 크다.

따라서, 도 13에 도시하는 바와 같이 낙하한 액적(R1)은, 하방 영역(44)에 부착되지 않고 상기 상방 영역(45)에 머무르게 된다. 그리고 웨이퍼(W)의 회전 속도가 비교적 느리기 때문에, 상방 영역(45)의 건조 정도는, 액적(R1)의 건조 정도와 비교하여 큰 차이가 없으므로, 액적(R1)은 이 상방 영역(45)의 레지스트액(R)에 융합되어, 점차 소실을 개시한다(도 14).

레지스트액(R)의 토출 정지 후, 레지스트액 노즐(21)이 대기 영역(27)으로 복귀되는 동시에 웨이퍼(W)의 회전이 상승하고(시각 t7), 액 저류부(41)는 원심력의 작용에 의해 웨이퍼(W)의 주연부로 확산된다(도 7 및 도 10, 스텝 S5). 이때 원심력의 작용을 받아, 액적(R1)은 주위의 레지스트액(R)과 혼합되어, 소실된다(도 15, 도 16). 시각 t5로부터 시각 t7까지의 간격은, 예를 들어 0.8초이다.

웨이퍼(W)의 회전 속도가 예를 들어 1500rpm으로 되면, 회전 속도의 상승이 멈추고, 1500rpm의 상태로 회전이 계속되어, 웨이퍼(W) 표면의 레지스트액(R) 중의 용제가 휘발한다. 그것에 의해, 레지스트막(R2)이 형성된다(도 8, 스텝 S6). 시각 t7로부터 소정의 시간 경과 후에 웨이퍼(W)의 회전이 정지하고, 지지 핀(13)에 의해 웨이퍼(W)는 밀어 올려져, 반송 기구(10)에 전달되어, 레지스트 도포 장치(1)로부터 반출된다.

이 레지스트 도포 장치(1)에 따르면, 웨이퍼(W)에 레지스트액을 공급 중에 웨이퍼(W)의 회전 속도를 떨어뜨려, 원형의 액 저류부(41)를 형성하고, 또한 액 저류부(41)의 두께를 크게 하기 위해 회전 속도를 떨어뜨린 후, 레지스트액 노즐(21)로부터 레지스트액의 토출을 정지하고 있다. 이에 의해, 레지스트액 노즐(21)로부터 떨어진 액적이 액 저류부(41)에 융합되므로, 레지스트막(R2)이 형성되었을 때에 도포 불균일의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 레지스트액 노즐(21)의 이동시에는, 웨이퍼(W)는 액 저류부(41)의 형상이 변형되는 것이 억제되는 회전 속도로 제어되므로, 상기한 스텝 S5에서 액 저류부(41)는 대략 원형인 상태에서 웨이퍼(W)의 주연부를 향해 확산된다. 즉, 레지스트액이 균일성 높게 웨이퍼(W)의 주연부를 향해 확산된다. 이 결과로서, 웨이퍼(W)의 면내에 균일성 높은 막 두께로 레지스트막을 형성할 수 있다.

스텝 S2에 있어서의 회전 속도는, 적어도 상기한 액 저류부(41)가 형성되는 회전 속도이며, 따라서 0rpm보다도 큰 회전 속도이다. 그리고 상기한 바와 같이 레지스트액 노즐(21)의 이동에 의한 외란이 억제되어, 액 저류부(41)가 평면에서 볼 때 진원에 가까운 형상으로 유지되도록 제어되는 회전 속도인 것이 바람직하고, 예를 들어 50rpm 내지 1000rpm으로 제어된다. 또한, 스텝 S4에서 레지스트액의 공급 정지를 행할 때의 회전 속도는, 상기 스텝 S2의 회전 속도보다도 작고, 액적에 의한 도포 불균일을 억제할 수 있는 회전 속도이며, 후술하는 실험에서 0rpm 내지 30rpm인 것이 바람직하다.

또한, 상기한 실시 형태에 있어서, 레지스트액 노즐(21)의 이동 개시 및 이동 정지의 타이밍으로서는 시각 t2보다도 후, 또한 시각 t4보다도 전이라도 좋다. 시각 t2보다도 전에 레지스트액을 토출한 상태에서 레지스트액 노즐(21)이 이동하면, 레지스트액(R)에 의한 웨이퍼(W)의 피복성 및 레지스트막의 균일성이 저하되어 버린다. 또한 시각 t4보다 후에 레지스트액을 토출한 상태에서 레지스트액 노즐(21)의 이동이 행해지면, 액 저류부(41)의 형상이 변형되기 쉬워져, 막 두께의 균일성이 저하되어 버린다. 또한, 레지스트액의 공급을 정지하는 타이밍으로서는, 액적에 의한 도포 불균일의 발생을 억제할 수 있도록 액 저류부가 두꺼워진 상태에서 상기 공급의 정지가 행해지면 좋고, 예를 들어 회전 속도가 저하 중인 시각 t4 내지 t5 사이에서 공급을 정지시켜도 좋다.

이 레지스트 도포 장치(1)에서는 도포액으로서 레지스트액을 공급하고 있지만, 도포액으로서는 레지스트액에 한정되지 않는다. 예를 들어, 레지스트막의 하층 또는 상층에 반사 방지막을 형성하기 위한 약액이나, 액침 노광시에 레지스트막을 보호하는 보호막 형성용 약액을 공급해도 좋다.

이하, 본 발명에 관련하여 행한 평가 시험에 대해 설명한다.

[평가 시험 1]

상기한 실시 형태에 따라서 웨이퍼 W1에 레지스트막을 성막하였다. 그리고 웨이퍼 W1의 직경을 따라 간격을 둔 다수의 위치에서 레지스트막의 막 두께를 측정하였다. 또한, 웨이퍼 W2에 레지스트막을 형성하였다. 이 레지스트막의 형성 처리는, 상기한 실시 형태와 대략 마찬가지이지만, 차이점으로서 스텝 S2에서 회전 속도를 200rpm으로 한 후, 스텝 S3에서 웨이퍼 W2의 회전 속도의 감속을 행하지 않고, 0.2초간 회전 속도를 200rpm으로 유지하고 있다. 200rpm으로 유지하고 있는 동안에 스텝 S4를 행하고, 그런 연후에 상기한 실시 형태와 마찬가지로 스텝 S5를 행하고 있다. 이와 같이 처리한 웨이퍼 W2의 레지스트막에 대해, 웨이퍼 W1과 마찬가지로 직경 방향의 다수의 위치에서 막 두께의 측정을 행하였다.

또한, 웨이퍼 W3에 레지스트막을 형성하였다. 이 레지스트막의 형성 처리는, 상기한 실시 형태와 대략 마찬가지이지만, 차이점으로서 스텝 S2에서 회전 속도를 10rpm으로 낮추고, 10rpm으로 유지한 상태에서 스텝 S3, S4의 레지스트액 노즐(21)의 이동 정지 및 레지스트액의 공급 정지를 행하고 있다. 따라서, 웨이퍼 W3에의 처리에서는, 액 저류부의 막 두께를 단계적으로 변화시키고 있지 않다. 이 웨이퍼 W3의 레지스트막에 대해서도, 웨이퍼 W1과 마찬가지로 직경 방향의 다수의 위치에서 막 두께의 측정을 행하였다.

도 17은 웨이퍼 W1 내지 W3의 직경 방향을 따른 막 두께의 데이터를 나타낸 그래프이며, 실선, 쇄선, 점선으로 각각 웨이퍼 W1, W2, W3의 측정 결과를 나타내고 있다. 그래프의 종축은 막 두께의 크기(단위 ㎚)를 나타내고 있다. 그래프의 횡축은 측정 위치를 나타내고 있고, 웨이퍼(W)의 일단부를 0, 타단부를 50으로 하여, 측정 위치를 수치화하고 있다. 이 결과로 나타내어지는 바와 같이, 웨이퍼 W3에서는 웨이퍼(W)의 일단부와 타단부에서 막 두께의 차가 컸다. 이것은 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 액 저류부(41)의 형상이, 레지스트액의 토출 위치의 이동에 의해 흐트러졌기 때문이라고 생각된다.

[평가 시험 2]

상기한 웨이퍼 W1 내지 W3을 각각 복수매 준비하여, 각각의 주연부에 있어서, 주위 방향을 따라 간격을 둔 25개소의 레지스트막의 막 두께를 측정하고, 3시그마를 측정하였다. 또한, 웨이퍼 W1, W2, W3 각각에 대해, 3시그마의 평균을 연산하였다. 도 18의 그래프는, 웨이퍼(W)마다 얻어진 3시그마의 값을 플롯하여 나타내고 있고, 그래프의 종축은 3시그마의 값을 나타내고 있다. 웨이퍼 W1의 3시그마의 평균은 0.99, 웨이퍼 W2의 3시그마의 평균은 0.51, 웨이퍼 W3의 3시그마의 평균은 1.36이었다.

상기한 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 액적의 낙하시에 웨이퍼(W)의 회전 속도를 억제함으로써, 액적을 주위의 레지스트액에 융합시켜 도포 불균일의 발생을 억제할 수 있다. 그러나 상기한 평가 시험 1, 2로부터 웨이퍼(W)의 주연부의 면내 균일성은 웨이퍼 W2＞웨이퍼 W1＞웨이퍼 W3의 순으로 높았다. 이 결과로부터, 레지스트액을 확산시키기 위해 회전 속도를 상승시킨 후, 회전 속도를 급격히 낮추어 10rpm으로 하면, 액적 이외의 요인에 의해 막 두께의 편차가 커져 버리는 것을 알 수 있다. 그리고 웨이퍼 W2에서는, 배경 기술의 항목에서 서술한 바와 같이 액적에 기인한 도포 불균일이 발생할 우려가 있으므로, 웨이퍼의 막 두께의 면내 균일성의 저하를 방지하고, 또한 액적에 의한 도포 불균일의 발생을 방지하기 위해서는, 상기한 실시 형태와 같이 레지스트의 토출 위치의 변경시와, 액 끊김시에 회전 속도를 변화시키는 것이 유효하다고 할 수 있다.

[평가 시험 3]

상기한 실시 형태의 스텝 S3~S4에 있어서, 10rpm으로 되도록 회전 속도를 저하시킨 후, 회전 속도가 10rpm으로 유지되어 있는 시각 t4로부터 t7의 간격을 변화시켜 각 웨이퍼(W)에 처리를 행하여, 도포 불균일의 발생 빈도를 조사하였다. 또한, 이 스텝 S3 내지 S4에 있어서, 회전 속도를 10rpm으로 하는 대신에 10rpm과는 다른 회전 속도로 제어하여 웨이퍼(W)를 처리하여, 도포 불균일의 발생 빈도를 조사하였다. 이 평가 시험 3에서는 레지스트액의 토출량을 0.55mL로 설정하고, 레지스트액의 토출 시간을 1.9초로 설정하였다. 하기하는 표 1은, 이 평가 시험 3의 결과를 나타내고 있다.

표 1에 나타내는 바와 같이 회전 속도를 10rpm으로 설정하고, 또한 스텝 S3~S4의 실행 시간을 0.2초, 0.4초로 설정한 실험에서는, 웨이퍼(W) 25매당 1매의 비율로 도포 불균일이 발생되어 있었다. 회전 속도를 10rpm으로 설정하고, 또한 스텝 S3~S4의 실행 시간을 0.6초, 0.8초로 설정한 실험에서는, 웨이퍼(W) 50매 중, 모든 웨이퍼(W)에 도포 불균일의 발생이 보이지 않았다. 회전 속도를 30rpm으로 설정하고, 또한 스텝 S3~S4의 실행 시간을 0.6초로 설정한 실험에서는 웨이퍼(W) 50매중, 모든 웨이퍼(W)에 도포 불균일의 발생은 보이지 않았다. 회전 속도를 50rpm으로 설정하고, 또한 스텝 S3~S4의 실행 시간을 0.6초로 설정한 실험에서는 웨이퍼(W) 25매당 1매의 비율로 도포 불균일이 발생되어 있었다.

이 평가 시험 3의 결과로부터, 스텝 S3, S4의 회전 속도가 작을수록 도포 불균일의 발생이 억제되고, 또한 스텝 S3~S4의 시간이 길수록 도포 불균일의 발생이 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 상기한 바와 같이 스텝 S3~S4의 실행 시간을 0.6초로 설정한 실험에서는, 웨이퍼(W)의 회전수가 10rpm, 30rpm인 것에 대해서는 도포 불균일이 관찰되어 있지 않다. 스텝 S3~S4의 실행 시간을 0.8초로 설정한 실험에서는, 웨이퍼(W)의 회전수를 10rpm로 설정하여 도포 불균일이 관찰되어 있지 않다. 이들 실험에 있어서, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 10rpm보다 낮게 설정한 경우에는, 액 저류부(41)의 표면의 건조가 보다 억제되어, 액적이 액 저류부(41)에 의해 융합되기 쉬워진다고 생각된다. 따라서, 이 평가 시험 3으로부터, 스텝 S3, S4에서 바람직한 회전 속도는 0rpm 내지 30rpm이라고 할 수 있다.

R : 레지스트액
R1 : 액적
W : 웨이퍼
1 : 레지스트 도포 장치
11 : 스핀 척
12 : 회전 구동부
21 : 레지스트액 노즐
26 : 이동 기구
4 : 제어부
41 : 액 저류부
43 : 레지스트액층
45 : 상방 영역

Claims

기판을 수평으로 유지하여 회전시키는 회전 유지부와,
상기 기판의 표면에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 노즐과,
도포액의 공급 위치를, 기판의 중심 위치와 당해 중심 위치로부터 벗어난 편심 위치 사이에서 기판의 직경 방향을 따라 이동시키기 위해 상기 노즐을 이동시키는 이동 기구와,
상기 회전 유지부에 의한 기판의 회전과, 상기 노즐로부터의 도포액의 토출과, 이동 기구에 의한 노즐의 이동을 제어하기 위해 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
기판의 중심부에 도포액을 공급하는 동시에, 원심력에 의해 상기 도포액을 기판의 주연부로 확산시키기 위해 제1 회전 속도로 기판을 회전시키고,
이어서, 상기 도포액의 공급을 계속한 채, 당해 기판의 중심부측의 액막을 주연부측의 액막에 비해 융기시켜, 액 저류부를 형성하기 위해, 상기 제1 회전 속도보다도 작은 제2 회전 속도로 기판을 회전시킨 상태에서 도포액의 공급 위치를 기판의 중심 위치로부터 상기 편심 위치를 향해 이동시키고,
이어서, 액 저류부의 두께를 크게 하여, 노즐의 액 끊김시에 당해 액 저류부에 떨어지는 액적을 융합시키기 위해, 기판의 회전 속도를 상기 제2 회전 속도보다도 작은 제3 회전 속도로 감속시킨 상태에서, 노즐로부터 상기 편심 위치로의 도포액의 공급을 정지하고,
그 후, 액 저류부를 기판의 주연부로 확산시켜 도포막을 형성하기 위해, 기판의 회전 속도가 상기 제3 회전 속도보다도 높아지도록 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 도포 처리 장치.
제1항에 있어서, 기판이 상기 제2 회전 속도로 회전하고 있는 동안에, 도포액의 공급 위치가 편심 위치에서 정지하는 것을 특징으로 하는, 도포 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3 회전 속도는, 0rpm 내지 30rpm인 것을 특징으로 하는, 도포 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 회전 속도는, 50rpm 내지 1000rpm인 것을 특징으로 하는, 도포 처리 장치.
기판을 회전 유지부에 의해 수평으로 유지하는 공정과,
기판의 표면에 노즐로부터 기판의 중심부에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 동시에, 제1 회전 속도로 기판을 회전시켜, 도포액을 기판의 주연부로 원심력에 의해 확산시키는 공정과,
이어서, 상기 도포액의 공급을 계속한 채, 당해 기판의 중심부측의 액막을 주연부측의 액막에 비해 융기시켜, 액 저류부를 형성하기 위해, 상기 제1 회전 속도보다도 작은 제2 회전 속도로 기판을 회전시킨 상태에서 도포액의 공급 위치를 기판의 중심 위치로부터 상기 편심 위치를 향해 이동시키는 공정과,
이어서, 액 저류부의 두께를 크게 하여, 노즐의 액 끊김시에 당해 액 저류부에 흐르는 액적을 융합시키기 위해, 기판의 회전 속도를 상기 제2 회전 속도보다도 작은 제3 회전 속도로 감속시킨 상태에서, 노즐로부터 상기 편심 위치로의 도포액의 공급을 정지하는 공정과,
그 후, 액 저류부를 기판의 주연부로 확산시켜 도포막을 형성하기 위해 기판의 회전 속도를 상기 제3 회전 속도보다도 높게 하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는, 도포 처리 방법.
제5항에 있어서, 기판이 상기 제2 회전 속도로 회전하고 있는 동안에, 도포액의 공급 위치가 편심 위치에서 정지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 도포 처리 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제3 회전 속도는, 0rpm 내지 30rpm인 것을 특징으로 하는, 도포 처리 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2 회전 속도는, 50rpm 내지 1000rpm인 것을 특징으로 하는, 도포 처리 방법.
기판에 대한 도포 처리를 행하는 도포 처리 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램이 기억된 기억 매체이며,
상기 컴퓨터 프로그램은, 제5항 또는 제6항에 기재된 도포 처리 방법을 실시하기 위한 것인 것을 특징으로 하는, 기억 매체.