JP5065071B2 - 塗布処理方法、塗布処理装置及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板の塗布処理方法、基板の塗布処理装置及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えばウェハ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、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ている。

上述のレジスト塗布処理では、高速回転された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によってウェハの表面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。また、このスピン塗布法において、レジスト液をより均一に塗布する方法として、例えば高速回転されたウェハに対するレジスト液の供給が終了した後に、ウェハの回転を一旦減速して、ウェハ上のレジスト液を平坦化し、その後ウェハの回転を再び上げて、ウェハ上のレジスト液を乾燥させる方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−２６０７１７号公報

ところで、半導体デバイスの回路のさらなる微細化に伴い、フォトリソグラフィー工程におけるレジスト膜の薄膜化が進められている。上述のスピン塗布法を用いて、従来より薄い例えば１５０ｎｍ以下のレジスト膜を形成するためには、ウェハの表面で拡散しやすい比較的低粘度のレジスト液を用いることが考えられる。しかしながら、低粘度のレジスト液は、溶剤の割合が多く、広がりやすい一方で乾燥しやすいので、ウェハ表面で拡散中に急速に乾燥が進むことになる。このため、最終的なレジスト液の塗布状態が、ノズルからのレジスト液の吐出状態などに影響を受けやすくなり、例えばレジスト液の吐出状態が僅かに乱れたような場合であっても、ウェハ表面に厚みの異なる塗布斑ができると考えられる。特に、高価なレジスト液の使用量を低減するために、少量のレジスト液を用いて塗布する場合には塗布斑が顕著に現れることになる。

実際、発明者が低粘度のレジスト液を用いてウェハ上にレジスト液を塗布し、そのときのレジスト液のウェハ面内の厚みを測定する実験を行ったところ、図１６に示すようにウェハの中心付近にレジスト液の厚みの大きな乱れが生じることが確認された。これは、低粘度のレジスト液のため、例えば図１７に示すようにノズルＮからレジスト液Ｒの吐出が終了する際に、レジスト液Ｒの切れが悪くなり、例えば最後にレジスト液の液滴Ｒ１がウェハＷの中心部に落下することに起因していると考えられる。このように、低粘度のレジスト液を用いた場合には、レジスト液の吐出終了間際の吐出状態が不安定になり、それに起因して塗布斑ができると考えられる。

ウェハ上にレジスト液が均一に斑なく塗布されないと、例えば露光処理における焦点がずれて最終的にウェハ上に所望の寸法のレジストパターンが形成されなくなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、スピン塗布法を用いて低粘度のレジスト液などの塗布液をウェハなどの基板に塗布する場合においても、塗布液を基板面内に均一に塗布することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、基板の塗布処理方法であって、相対的に高速で基板を回転した状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出して、基板上に塗布液を塗布する第１の工程と、その後、基板の回転を減速し、相対的に低速で基板を回転させる第２の工程と、その後、基板の回転を加速して、基板上の塗布液を乾燥させる第３の工程と、を有し、前記第１の工程におけるノズルによる塗布液の吐出は、前記第２の工程の途中まで継続して行われ、少なくとも前記第１の工程から前記第２の工程において基板の回転を減速中に、前記ノズルの移動により塗布液の吐出位置が基板の中心部からずらされることを特徴とする。

本発明によれば、ノズルから落下する最後の塗布液が液滴になっているような場合であっても、その液滴の落下時の基板の回転速度が低速であるので、液滴の塗布液が直ちに乾燥することがない。加えて、その塗布液の液滴の落下位置が基板の中心部からずらされており、遠心力が強く作用するので、落下した液滴が基板上で適正に広げられる。この結果、塗布液の液滴の落下に起因する塗布斑が抑制され、最終的に塗布液を基板面内に均一に塗布することができる。

前記ノズルの移動は、前記第１の工程の終了と同時に開始するようにしてもよい。なお、ここでいう「同時」には、第１の工程の終了時の前後の０．５秒以内のほぼ同時のものも含まれる。また、前記ノズルの移動は、前記第１の工程の終了前であって、前記第１の工程の５０％が終了した後に開始するようにしてもよい。

また、前記ノズルの移動時の基板の回転速度は、１０００ｒｐｍ以下に設定されるようにしてもよい。また、前記第１の工程における基板の回転速度は、２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍに設定されるようにしてもよい。さらに、前記塗布液の吐出位置は、基板の中心部から５ｍｍ以上ずらされるようにしてもよい。

また、前記第１の工程の前に、前記第１の工程における基板の回転速度よりも低速で基板を回転させた状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出する第４の工程をさらに有していてもよい。さらに、この第４の工程における基板の回転速度は、前記第２の工程における基板の回転速度よりも低速であってもよい。また、前記ノズルから基板の中心部に塗布液を吐出する前に、基板を回転させながら、その基板の中心部に塗布液の溶剤が吐出されるようにしてもよい。なお、前記第３の工程後に基板上に形成される塗布膜の膜厚は、１５０ｎｍ以下であってもよい。

別な観点による本発明は、基板の塗布処理方法であって、相対的に高速になるまで一定の加速度で基板を加速回転した状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出して、基板上に塗布液を塗布する第１の工程と、基板の回転速度が相対的に高速になった直後、基板の回転を減速し、相対的に低速で基板を回転させる第２の工程と、その後、基板の回転を加速して、基板上の塗布液を乾燥させる第３の工程と、を有し、前記第１の工程におけるノズルによる塗布液の吐出は、前記第２の工程の途中まで継続して行われ、少なくとも前記第１の工程から前記第２の工程において基板の回転を減速中に、前記ノズルの移動により塗布液の吐出位置が基板の中心部からずらされることを特徴としている。

別の観点による本発明は、基板の塗布処理装置であって、基板を保持して基板を所定の速度で回転させる回転保持部と、基板に所定のタイミングで塗布液を吐出するノズルと、前記ノズルを、基板の中心部の上方から基板の径方向に移動させるノズル移動機構と、前記回転保持部により相対的に高速で基板を回転させた状態で、その基板の中心部に前記ノズルから塗布液を吐出して、基板上の塗布液を塗布する第１の工程と、その後基板の回転を減速して、相対的に低速で基板を回転させる第２の工程と、その後基板の回転を加速して、基板上の塗布液を乾燥させる第３の工程を実行し、前記第１の工程におけるノズルによる塗布液の吐出を、前記第２の工程の途中まで継続して行い、少なくとも前記第１の工程から前記第２の工程において基板の回転を減速中に、前記ノズルを移動させて塗布液の吐出位置を基板の中心部からずらすように、前記回転保持部、前記ノズル及び前記ノズル移動機構の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

前記塗布処理装置における前記ノズルの移動は、前記第１の工程の終了と同時に開始するようにしてもよい。また、前記ノズルの移動は、前記第１の工程の終了前であって、前記第１の工程の５０％が終了した後に開始するようにしてもよい。また、前記ノズルの移動時の基板の回転速度は、１０００ｒｐｍ以下に設定されるようにしてもよい。また、前記第１の工程における基板の回転速度は、２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍに設定されるようにしてもよい。さらに、前記塗布液の吐出位置は、基板の中心部から５ｍｍ以上ずらされるようにしてもよい。

また、前記制御部は、前記第１の工程の前に、前記第１の工程における基板の回転速度よりも低速で基板を回転させた状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出する第４の工程をさらに実行してもよい。さらに、この第４の工程における基板の回転速度は、前記第２の工程における基板の回転速度よりも低速であってもよい。また、前記塗布処理装置は、基板に所定のタイミングで塗布液の溶剤を吐出する他のノズルを有し、前記制御部は、前記ノズルから基板の中心部に塗布液を吐出する前に、基板を回転させた状態で、その基板の中心部に前記他のノズルから溶剤を吐出する工程を実行してもよい。なお、前記第３の工程後に基板上に形成される塗布膜の膜厚は、１５０ｎｍ以下であってもよい。

別な観点による本発明は、基板の塗布処理装置であって、基板を保持して基板を所定の速度で回転させる回転保持部と、基板に所定のタイミングで塗布液を吐出するノズルと、前記ノズルを、基板の中心部の上方から基板の径方向に移動させるノズル移動機構と、前記回転保持部により相対的に高速になるまで一定の加速度で基板を加速回転した状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出して、基板上に塗布液を塗布する第１の工程と、基板の回転速度が相対的に高速になった直後、基板の回転を減速し、相対的に低速で基板を回転させる第２の工程と、その後基板の回転を加速して、基板上の塗布液を乾燥させる第３の工程を実行し、前記第１の工程におけるノズルによる塗布液の吐出を、前記第２の工程の途中まで継続して行い、少なくとも前記第１の工程から前記第２の工程において基板の回転を減速中に、前記ノズルを移動させて塗布液の吐出位置を基板の中心部からずらすように、前記回転保持部、前記ノズル及び前記ノズル移動機構の動作を制御する制御部と、を有することを特徴としている。

別の観点による本発明によれば、上述の塗布処理方法を塗布処理装置によって実行させるために、当該塗布処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。

本発明によれば、基板上に均一な塗布膜を形成できるので、その塗布膜に対する後工程の処理が適正に行われ、最終的に基板製品の歩留まりを向上できる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる塗布処理装置が搭載された塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図であり、図２は、塗布現像処理システム１の正面図であり、図３は、塗布現像処理システム１の背面図である。

塗布現像処理システム１は、図１に示すように例えば外部から塗布現像処理システム１に対して複数枚のウェハＷをカセット単位で搬入出するためのカセットステーション２と、フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション３と、処理ステーション３に隣接する露光装置４との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション５とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２には、カセット載置台１０が設けられ、当該カセット載置台１０には、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置できる。カセットステーション２には、搬送路１１上をＸ方向に沿って移動可能なウェハ搬送体１２が設けられている。ウェハ搬送体１２は、カセットＣに収容されたウェハＷの配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、カセットＣ内の複数枚のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。またウェハ搬送体１２は、鉛直方向の軸周り（θ方向）に回転可能であり、後述する処理ステーション３の第３の処理装置群Ｇ３の各処理装置に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

処理ステーション３は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション３のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には、カセットステーション２側からインターフェイスステーション５側に向けて第１の処理装置群Ｇ１と、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には、カセットステーション２側からインターフェイスステーション５側に向けて第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置２０が設けられている。第１の搬送装置２０は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各装置に対し選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置２１が設けられている。第２の搬送装置２１は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各装置に対して選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

図２に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えば本実施の形態にかかる塗布処理装置としてのレジスト塗布装置３０、３１、３２と、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置３３、３４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置４０〜４４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の前記液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室５０、５１がそれぞれ設けられている。

例えば図３に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、ウェハＷを温調板上に載置してウェハＷの温度調節を行う温調装置６０、ウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置６１、温調装置６２〜６４及びウェハＷを加熱処理する加熱処理装置６５〜６８が下から順に９段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４では、例えば温調装置７０、レジスト塗布処理後にウェハＷを加熱処理するプリベーク装置７１〜７４及び現像処理後にウェハＷを加熱処理するポストベーク装置７５〜７９が下から順に１０段に重ねられている。

第５の処理装置群Ｇ５では、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば温調装置８０〜８３、露光後にウェハＷを加熱処理する露光後ベーク装置８４〜８９が下から順に１０段に重ねられている。

図１に示すように第１の搬送装置２０のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、例えば図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置９０、９１が下から順に２段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置２１のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置９２が配置されている。

インターフェイスステーション５には、例えば図１に示すようにＸ方向に延伸する搬送路１００上を移動するウェハ搬送体１０１と、バッファカセット１０２が設けられている。ウェハ搬送体１０１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション５に隣接した露光装置４と、バッファカセット１０２及び第５の処理装置群Ｇ５の各装置に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

なお、本実施の形態における露光装置４は、例えば液浸露光処理を行うものであり、ウェハＷの表面に液体、例えば純水の液膜を滞留させた状態で、当該純水の液膜を介在してウェハＷの表面のレジスト膜を露光できる。

次に、上述したレジスト塗布装置３０〜３２の構成について説明する。図４は、レジスト塗布装置３０の構成の概略を示す縦断面の説明図であり、図５は、レジスト塗布装置３０の構成の概略を示す横断面の説明図である。

レジスト塗布装置３０は、例えば図４に示すようにケーシング１２０を有し、そのケーシング１２０内の中央部には、ウェハＷを保持して回転させる回転保持部としてのスピンチャック１３０が設けられている。スピンチャック１３０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１３０上に吸着保持できる。

スピンチャック１３０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動機構１３１を有し、そのチャック駆動機構１３１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動機構１３１には、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１３０は上下動可能である。

スピンチャック１３０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１３２が設けられている。カップ１３２の下面には、回収した液体を排出する排出管１３３と、カップ１３２内の雰囲気を排気する排気管１３４が接続されている。

図５に示すようにカップ１３２のＸ方向負方向（図５の下方向）側には、Ｙ方向（図５の左右方向）に沿って延伸するレール１４０が形成されている。レール１４０は、例えばカップ１３２のＹ方向負方向（図５の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図５の右方向）側の外方まで形成されている。レール１４０には、例えば二本のアーム１４１、１４２が取り付けられている。

第１のアーム１４１には、図４及び図５に示すように塗布液としてのレジスト液を吐出する第１のノズル１４３が支持されている。第１のアーム１４１は、図５に示すノズル駆動部１４４により、レール１４０上を移動自在である。これにより、第１のノズル１４３は、カップ１３２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１４５からカップ１３２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１４１は、ノズル駆動部１４４によって昇降自在であり、第１のノズル１４３の高さを調整できる。なお、本実施の形態においては、上記第１のアーム１４１とノズル駆動部１４４により「ノズル移動機構」が構成されている。

第１のノズル１４３には、図４に示すようにレジスト液供給源１４６に連通する供給管１４７が接続されている。本実施の形態におけるレジスト液供給源１４６には、例えば薄いレジスト膜例えば１５０ｎｍ以下のレジスト膜を形成するための低粘度のレジスト液が貯留されている。また、供給管１４７には、バルブ１４８が設けられており、このバルブ１４８の開閉により、レジスト液の吐出をＯＮ・ＯＦＦできる。

第２のアーム１４２には、レジスト液の溶剤を吐出する第２のノズル１５０が支持されている。第２のアーム１４２は、例えば図５に示すノズル駆動部１５１によってレール１４０上を移動自在であり、第２のノズル１５０を、カップ１３２のＹ方向負方向側の外方に設けられた待機部１５２からカップ１３２内のウェハＷの中心部上方まで移動させることができる。また、ノズル駆動部１５１によって、第２のアーム１４２は昇降自在であり、第２のノズル１５０の高さを調節できる。

第２のノズル１５０には、図４に示すように溶剤供給源１５３に連通する供給管１５４が接続されている。なお、以上の構成では、レジスト液を吐出する第１のノズル１４３と溶剤を吐出する第２のノズル１５０が別々のアームに支持されていたが、同じアームに支持され、そのアームの移動の制御により、第１のノズル１４３と第２のノズル１５０の移動と吐出タイミングを制御してもよい。

上述のスピンチャック１３０の回転動作、ノズル駆動部１４４による第１のノズル１４３の移動動作、バルブ１４８による第１のノズル１４３のレジスト液の吐出のＯＮ・ＯＦＦ動作、ノズル駆動部１５１による第２のノズル１５０の移動動作などの駆動系の動作は、制御部１６０により制御されている。制御部１６０は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、例えばメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、レジスト塗布装置３０におけるレジスト塗布処理を実現できる。なお、レジスト塗布装置３０におけるレジスト塗布処理を実現するための各種プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なＣＤなどの記憶媒体Ｈに記憶されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部１６０にインストールされたものが用いられている。

なお、レジスト塗布装置３１、３２の構成は、上述のレジスト塗布装置３０と同じであるので、説明を省略する。

次に、以上のように構成されたレジスト塗布装置３０で行われる塗布処理プロセスを、塗布現像処理システム１全体で行われるウェハ処理のプロセスと共に説明する。

先ず図１に示すウェハ搬送体１２によって、カセット載置台１０上のカセットＣ内から未処理のウェハＷが一枚ずつ取り出され、処理ステーション３に順次搬送される。ウェハＷは、処理ステーション３の第３の処理装置群Ｇ３に属する温調装置６０に搬送され、所定温度に温度調節される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置２０によって例えばボトムコーティング装置３４に搬送されて、反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置２０によって例えば加熱処理装置６５、温調装置７０に順次搬送され、各処理装置において所定の処理が施される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置２０によって例えばレジスト塗布装置３０に搬送される。

図６は、レジスト塗布装置３０における塗布処理プロセスの主な工程を示すフローチャートである。図７は、この塗布処理プロセスの各工程におけるウェハＷの回転速度と、レジスト液の吐出タイミングを示すグラフである。

先ず、レジスト塗布装置３０に搬入後、ウェハＷは、図４に示すようにスピンチャック１３０に吸着保持される。続いて第２のアーム１４２により待機部１５２の第２のノズル１５０がウェハＷの中心部の上方まで移動する。次に、ウェハＷが停止している状態で、第２のノズル１５０から所定量の溶剤が吐出され、ウェハＷの中心部に溶剤が供給される（図６及び図７の工程Ｓ１）。その後、図７に示すようにスピンチャック１３０によりウェハＷが中速の例えば２０００ｒｐｍ程度に回転され、ウェハＷ上の溶剤がウェハＷの表面の全面に拡散されて、ウェハＷの表面に溶剤が塗布される（図６及び図７の工程Ｓ２）。例えばこのとき、第１のアーム１４１により待機部１４５の第１のノズル１４３がウェハＷの中心部の上方まで移動する。

その後、例えば図７に示すようにウェハＷの回転が高速の例えば２５００ｒｐｍ程度に加速され、それと同時にバルブ１４８が開放されて、第１のノズル１４３からレジスト液の吐出が開始される。これにより、図８に示すように高速回転されたウェハＷの中心部Ａに第１のノズル１４３からレジスト液Ｒが吐出され、レジスト液Ｒが遠心力によりウェハＷの表面の全面に拡散されて、ウェハＷの表面にレジスト液Ｒが塗布される（図６及び図７の工程Ｓ３（本発明における第１の工程））。なお、このときのレジスト液には、例えば薄膜塗布用の例えば粘度が２ｃｐ以下のものが用いられる。

所定時間のレジスト液の塗布工程Ｓ３が終了すると、図７に示すようにウェハＷの回転が低速の例えば１０００ｒｐｍ以下、より好ましくは１００ｒｐｍ程度に減速され、ウェハＷ上のレジスト液が均されて平坦化される（図６及び図７の工程Ｓ４（本発明における第２の工程））。

また、レジスト液の塗布工程Ｓ３の終了と同時に、第１のアーム１４１により第１のノズル１４３が図９に示すようにレジスト液Ｒを引き続き吐出した状態で、ウェハＷの中心部Ａの上方からウェハＷの径方向に所定距離、例えば５ｍｍ以上、より好ましくは５〜３０ｍｍ程度移動する。これにより、ウェハＷの表面におけるレジスト液の吐出位置ＰがウェハＷの中心部Ａからずらされる。なお、このときのウェハＷの回転速度は、低速の１００ｒｐｍに維持されている。第１のノズル１４３は、ウェハＷの中心部Ａ上方から所定距離ずれたところで停止し、このときバルブ１４８が閉鎖されてレジスト液の吐出が停止される。その後、引き続きウェハＷが低速で回転され、ウェハＷ上のレジスト液が均されて平坦化される。つまり、図７に示すようにレジスト液の吐出は、レジスト液の塗布工程Ｓ３からレジスト液の平坦化工程Ｓ４の途中まで行われ、その平坦化工程Ｓ４においてレジスト液の吐出が終了する際に、第１のノズル１４３が移動してレジスト液の吐出位置ＰがウェハＷの中心部Ａからずらされる。

所定時間のレジスト液の平坦化工程Ｓ４が終了すると、図７に示すようにウェハＷの回転が中速の例えば１５００ｒｐｍ程度に加速され、ウェハＷ上のレジスト液が乾燥される（図６及び図７の工程Ｓ５（本発明における第３の工程））。こうして、ウェハＷ上に例えば１５０ｎｍ以下の薄いレジスト膜が形成される。

ウェハＷの乾燥終了後、ウェハＷの回転が停止されて、スピンチャック１３０上からウェハＷが搬出されて、一連のレジスト塗布処理が終了する。

レジスト塗布処理後、ウェハＷは、第１の搬送装置２０によって例えばプリベーク装置７１に搬送され、プリベークされる。続いてウェハＷは、第２の搬送装置２１によって周辺露光装置９２、温調装置８３に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後、ウェハＷは、インターフェイスステーション５のウェハ搬送体１０１によって露光装置４に搬送され、液浸露光される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送体１０１によって例えば露光後ベーク装置８４に搬送され、露光後ベークされ、その後第２の搬送装置２１によって温調装置８１に搬送されて温度調節される。その後、ウェハＷは、現像処理装置４０に搬送され、ウェハＷ上のレジスト膜が現像される。現像後、ウェハＷは、第２の搬送装置２１によってポストベーキング装置７５に搬送されポストベークされる。その後ウェハＷは、温調装置６３に搬送され温度調節される。そしてウェハＷは、第１の搬送装置２０によってトランジション装置６１に搬送され、ウェハ搬送体１２によってカセットＣに戻されて、一連のウェハ処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、レジスト液の塗布工程Ｓ３における第１のノズル１４３によるレジスト液の吐出を、レジスト液の平坦化工程Ｓ４の途中まで継続して行い、そのレジスト液の吐出の終了の際には、第１のノズル１４３の移動によりレジスト液の吐出位置ＰをウェハＷの中心部Ａからずらすようにした。これにより、第１のノズル１４３の吐出終了時にレジスト液の液滴が落下したような場合でも、その液滴が平坦化工程Ｓ４の低速度で回転しているウェハＷに落下するので、その液滴の急激な乾燥が防止される。加えてそのレジスト液の液滴がウェハＷの中心部Ａよりずれた位置Ｐに落下するので、ウェハＷの中心部よりも強い遠心力によりウェハ面内に適正に広げられる。この結果、従来のようにウェハＷの中心部付近に塗布斑ができることなく、最終的にウェハＷの表面の全面において均一なレジスト膜を形成できる。以下に、この効果を実証する実験結果を示す。

図１０には、本実施の形態の塗布処理プロセスを用いた場合のウェハ面内のレジスト膜の厚みを測定した実験結果を示す。この実験結果から、従来のように塗布工程Ｓ１でレジスト液の吐出を終了しノズルをウェハＷの中心部から移動させない場合（図１６に示す従来例）と比べて、ウェハＷの中心部にレジスト膜の厚みの乱れがなく、レジスト膜がウェハ面内で均一に形成されていることが確認できる。また、図１１は、各種塗布処理プロセスを用いた場合のウェハ中心付近のレジスト膜の厚みのばらつき度（３σ）を示すグラフである。図１１からも、本実施の形態の塗布処理プロセスを用いた場合（本発明の場合）には、従来例の場合に比べてレジスト膜の厚みのばらつきが０．５ｎｍ以下に飛躍的に小さくなっていることが確認できる。

ここで、本実施の形態では、レジスト液の吐出終了タイミングを平坦化工程Ｓ４の途中に設定し、そのレジスト液の吐出終了の間際に第１のノズル１４３の移動によりレジスト液の吐出位置Ｐをずらしたが、この場合のレジスト液の吐出終了タイミングの適否と、レジスト液の吐出位置Ｐのずらしの要否について検証する。

図１２には、塗布工程Ｓ３中にノズルを移動させてレジスト液の吐出位置ＰをウェハＷの中心部からずらし、塗布工程Ｓ３の終了と同時にレジスト液の吐出を終了させた場合、つまりレジスト液の吐出終了タイミングを塗布工程Ｓ３の終了時とし、レジスト液の吐出位置Ｐのずらしを行った場合のウェハ面内のレジスト膜の厚みを測定した実験結果を示す。また、図１１には、この場合（検証例１）のウェハ中心付近のレジスト膜の厚みのばらつき度（３σ）を示す。

図１３には、ノズルをウェハＷの中心部の上方に固定した状態で、塗布工程Ｓ３から平坦化工程Ｓ４の途中までレジスト液の吐出を行った場合、つまりレジスト液の吐出終了タイミングを平坦化工程Ｓ４の途中とし、レジスト液の吐出位置Ｐのずらしを行わなかった場合のウェハ面内のレジスト膜の厚みを測定した実験結果を示す。図１１には、この場合（検証例２）のウェハ中心付近のレジスト膜の厚みのばらつき度（３σ）を示す。

図１１及び図１２に示す検証例１によれば、塗布工程Ｓ３中にレジスト液の吐出位置Ｐをずらして、なおかつレジスト液の吐出を終了させると、ウェハＷの中心付近のレジスト液の膜厚が顕著にばらつき、ウェハ面内の膜厚ばらつき度も極端に大きくなることが確認できる。これは、ウェハの中心部に吐出されたレジスト液が十分に広がらずに乾燥することが起因していると考えられる。

図１１及び図１３に示す検証例２によれば、レジスト液の吐出位置Ｐをずらさずに、平坦化工程Ｓ４の途中までレジスト液の吐出を行うと、ウェハＷの中心付近のレジスト液の膜厚について従来例と比べて変わらず、ウェハ面内の膜厚ばらつき度も改善されないことが確認できる。

したがって、本実施の形態のように、レジスト液の吐出を平坦化工程Ｓ４の途中まで行い、なおかつレジスト液の吐出終了の間際にレジスト液の吐出位置ＰをウェハＷの中心部からずらすことにより、初めてウェハ面内のレジスト膜の均一性を飛躍的に向上できることが確認できる。

図１４は、第１のノズル１４３の移動時のウェハＷの回転速度を変えた場合のウェハ中心付近のレジスト膜の厚みのばらつき度（３σ）を示す実験結果である。図１４に示すように１０００ｒｐｍ以下にした場合に、レジスト膜の厚みのばらつき度が０．５ｎｍ以下の極めて小さい値になることが分かる。したがって、以上の実施の形態のようにノズル１４３をウェハＷの中心部Ａ上からずらす時にウェハＷの回転速度を１０００ｒｐｍ以下にすることにより、レジスト膜の厚みのばらつきを飛躍的に改善できる。なお、ノズル移動時のウェハＷの回転速度は、平坦化工程Ｓ４において膜を平坦化することを考慮すると、５０ｒｐｍ以上が好ましい、

また、図１５は、第１のノズル１４３のずらし量を変えた場合のウェハ中心付近のレジスト膜の厚みのばらつき度（３σ）を示す実験結果である。図１５に示すように５ｍｍ以上ずらした場合に、レジスト膜の厚みのばらつき度が０．５ｎｍ以下の極めて小さい値になることが分かる。したがって、以上の実施の形態のようにレジスト液の吐出位置ＰをウェハＷの中心部Ａから５ｍｍ以上ずらすことにより、ウェハＷ面内のレジスト膜のばらつきを飛躍的に改善できる。

以上の実施の形態では、第１のノズル１４３の移動開始時が塗布工程Ｓ３の終了と同時であったが、その移動開始タイミングは、塗布工程Ｓ３の終了前であってもよい。こうすることにより、より早い段階で第１のノズル１４３の移動を終了させることができ、その分平坦化工程Ｓ４時のより早い段階でレジスト液の吐出を終了させることができる。この結果、プロセス全体のレジスト液の使用量を減らすことができるので、コストを低減できる。なお、第１のノズル１４３の移動は、ウェハ全面へのレジスト液の拡散を考慮すると、塗布工程Ｓ３の５０％以上が終了した後に開始するとなおよい。

以上の実施の形態では、レジスト液の塗布工程Ｓ３において、ウェハＷの回転が高速まで加速されると同時にレジスト液の吐出が開始されていたが、図１８に示すようにウェハＷが高速回転する前に、ウェハＷを低速で回転させ、この低速回転中のウェハＷにレジスト液の吐出を開始してもよい。例えば溶剤の吐出工程Ｓ１及び拡散工程Ｓ２が終了した後、ウェハＷの回転が低速の、例えば１００ｒｐｍ以下、より好ましくは５０ｒｐｍまで減速される。それと同時に、第１のノズル１４３からレジスト液の吐出が開始され、レジスト液が所定の時間吐出される（図１８の工程Ｓ３−１（本発明における第４の工程））。その後、ウェハＷの回転が高速の、例えば４０００ｒｐｍ以下、より好ましくは３０００ｒｐｍまで加速され、これによってレジスト液が遠心力によりウェハＷの表面の全面に拡散される。このとき、高速回転中のウェハＷには、レジスト液が吐出され続けている（図１８の工程Ｓ３−２）。その後、ウェハＷにレジスト液の平坦化工程Ｓ４及びレジスト液の乾燥工程Ｓ５が行われる。なお、本実施の形態における溶剤の吐出工程Ｓ１及び拡散工程Ｓ２、レジスト液の平坦化工程Ｓ４、レジスト液の乾燥工程Ｓ５は、例えば前記実施の形態と同じレシピでそれぞれ行われる。また、第１のノズル１４３の移動についても前記実施の形態と同様であり、第１のノズル１４３は、塗布工程Ｓ３−１の終了後に移動を開始し、平坦化工程Ｓ４においてウェハＷ上の所定の位置まで移動する。

ここで、本実施の形態においてレジスト液がウェハＷ上を拡がる様子を、前記実施の形態と比較して説明する。図１９は、前記実施の形態におけるウェハＷ上のレジスト液Ｒの拡がり方を示し、図２０は、本実施の形態におけるウェハＷ上のレジスト液Ｒの拡がり方を示している。

例えば前記実施の形態の塗布工程Ｓ３のように、ウェハＷの回転速度を一気に上昇させ、ウェハＷを初めから高速回転させた場合、レジスト液ＲがウェハＷの中心部に吐出された直後に、当該レジスト液Ｒに強い遠心力がかかる。このため、レジスト液Ｒが外側方向に不規則にスジ状に拡げられ、先鋭化した長いスジＬが放射線状に出現する（図１９（ａ））。その後、レジスト液ＲがウェハＷ上を外側方向に拡げられる（図１９（ｂ）及び図１９（ｃ））。そして、ウェハＷ上からスジＬが消滅するまでレジスト液Ｒが吐出され、ウェハＷ上にレジスト液Ｒが均一に塗布される（図１９（ｄ））。

一方、本実施の形態の塗布工程Ｓ３−１及びＳ３−２のように、ウェハＷを一旦低速回転させた後、ウェハＷを高速回転させた場合、塗布工程Ｓ３−１においてレジスト液ＲがウェハＷの中心部に吐出された直後には、ウェハＷの回転速度が低速であるので、ウェハＷのレジスト液Ｒに強い遠心力がかからない。このため、レジスト液Ｒが外側方向にほぼ均等に拡げられる（図２０（ａ））。そうすると、その後塗布工程Ｓ３−２においてウェハＷが高速回転され、レジスト液Ｒが外側方向に拡げられても、レジスト液Ｒにかかる遠心力によって出現するスジＬ’は前記実施の形態のスジＬよりも短くなり、スジＬ’自体の形状も先端が緩慢化したものとなる（図２０（ｂ）及び図２０（ｃ））。そして、ウェハＷ上からスジＬが消滅するまでレジスト液Ｒが吐出され、ウェハＷ上にレジスト液Ｒが均一に塗布される（図２０（ｄ））。

以上の実施の形態によれば、レジスト液Ｒに出現するスジＬ’を前記実施の形態のスジＬよりも短くすることができるので、レジスト液Ｒの使用量を前記実施の形態よりもさらに少量にすることができる。

以上の実施の形態では、レジスト液の塗布工程Ｓ３において、ウェハＷの回転が高速まで加速されると同時にレジスト液の吐出が開始されていたが、図２１に示すようにウェハＷの回転が高速に達する前に、ウェハＷの回転を一旦停止し、この停止と同時にウェハＷにレジスト液の吐出を開始してもよい。例えば溶剤の吐出工程Ｓ１及び拡散工程Ｓ２が終了した後、ウェハＷの回転を一旦停止し、その後ウェハＷの回転を一定の加速度で加速させる。このウェハＷの回転の停止と同時に、第１のノズル１４３からレジスト液の吐出が開始され、ウェハＷの回転が高速の、例えば４０００ｒｐｍ以下、より好ましくは３０００ｒｐｍまで加速される間、レジスト液を吐出し続ける（図２１の工程Ｓ３）。その後、ウェハＷの回転が高速に達した後、ただちに低速に減速され、ウェハＷにレジスト液の平坦化工程Ｓ４及びレジスト液の乾燥工程Ｓ５が行われる。なお、本実施の形態における溶剤の吐出工程Ｓ１及び拡散工程Ｓ２、レジスト液の平坦化工程Ｓ４、レジスト液の乾燥工程Ｓ５は、例えば前記実施の形態と同じレシピでそれぞれ行われる。また、第１のノズル１４３の移動についても前記実施の形態と同様であり、第１のノズル１４３は、塗布工程Ｓ３の終了後に移動を開始し、平坦化工程Ｓ４においてウェハＷ上の所定の位置まで移動する。

かかる場合でも、レジスト液の塗布工程Ｓ３において、ウェハＷの回転を停止すると同時に当該ウェハＷ上へのレジスト液の吐出を開始し、その後ウェハＷの回転を一定の加速度で加速させているので、レジスト液が吐出された直後のウェハＷの回転速度は低速となり、レジスト液が外側方向にほぼ均一に拡げられる。したがって、レジスト液の使用量を前記実施の形態よりもさらに少量にすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば以上の実施の形態では、１５０ｎｍ以下の比較的薄いレジスト膜を形成するための低粘度のレジスト液を用いていたが、本発明は、１５０ｎｍより厚いレジスト膜を形成する比較的粘度の高いレジスト液を用いる場合にも適用できる。また、以上の実施の形態では、レジスト液の塗布処理を例に採って説明したが、本発明は、レジスト液以外の他の塗布液、例えば反射防止膜、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜、ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜などを形成する塗布液の塗布処理にも適用できる。また、以上の実施の形態では、ウェハＷに塗布処理を行う例であったが、本発明は、ウェハ以外の例えば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の塗布処理にも適用できる。

本発明は、基板面内に均一に塗布液を塗布する際に有用である。

塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。 塗布現像処理システムの正面図である。 塗布現像処理システムの背面図である。 レジスト塗布装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 レジスト塗布装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。 レジスト塗布処理の主な工程を示すフロー図である。 レジスト塗布処理の各工程おけるウェハの回転速度を示すグラフである。 第１のノズルからウェハの中心部にレジスト液を吐出している状態を示す説明図である。 第１のノズルを移動させてレジスト液の吐出位置をウェハの中心部からずらした状態を示す説明図である。 本実施の形態における塗布処理プロセスを用いた場合のウェハ面内のレジスト膜の厚みの測定結果を示すグラフである。 各種塗布処理プロセスを用いた場合のウェハ面内のレジスト膜の厚みのばらつき度を示すグラフである。 検証例１の塗布処理プロセスを用いた場合のウェハ面内のレジスト膜の厚みの測定結果を示すグラフである。 検証例２の塗布処理プロセスを用いた場合のウェハ面内のレジスト膜の厚みの測定結果を示すグラフである。 ノズル移動時のウェハの回転速度を変えた場合のウェハ中心付近のレジスト膜の厚みのばらつき度を示すグラフである。 ノズルのずらし距離を変えた場合のウェハ中心付近のレジスト膜の厚みのばらつき度を示すグラフである。 従来例の塗布処理プロセスを用いた場合のウェハ面内のレジスト膜の厚みの測定結果を示すグラフである。 ノズルからレジスト液が液滴となって落下する様子を示す説明図である。 レジスト塗布処理の各工程おけるウェハの回転速度を示すグラフである。 ウェハ上のレジスト液の拡がり方を示す説明図である。 ウェハ上のレジスト液の拡がり方を示す説明図である。 レジスト塗布処理の各工程おけるウェハの回転速度を示すグラフである。

符号の説明

１ 塗布現像処理システム
３０ レジスト塗布装置
１３０ スピンチャック
１４３ 第１のノズル
１６０ 制御部
Ｗ ウェハ

Claims (23)

1. 基板の塗布処理方法であって、
   相対的に高速で基板を回転した状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出して、基板上に塗布液を塗布する第１の工程と、
   その後、基板の回転を減速し、相対的に低速で基板を回転させる第２の工程と、
   その後、基板の回転を加速して、基板上の塗布液を乾燥させる第３の工程と、を有し、
   前記第１の工程におけるノズルによる塗布液の吐出は、前記第２の工程の途中まで継続して行われ、少なくとも前記第１の工程から前記第２の工程において基板の回転を減速中に、前記ノズルの移動により塗布液の吐出位置が基板の中心部からずらされることを特徴とする、塗布処理方法。
2. 前記第１の工程の前に、前記第１の工程における基板の回転速度よりも低速で基板を回転させた状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出する第４の工程をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の塗布処理方法。
3. 前記第４の工程における基板の回転速度は、前記第２の工程における基板の回転速度よりも低速であることを特徴とする、請求項２に記載の塗布処理方法。
4. 基板の塗布処理方法であって、
   相対的に高速になるまで一定の加速度で基板を加速回転した状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出して、基板上に塗布液を塗布する第１の工程と、
   基板の回転速度が相対的に高速になった直後、基板の回転を減速し、相対的に低速で基板を回転させる第２の工程と、
   その後、基板の回転を加速して、基板上の塗布液を乾燥させる第３の工程と、を有し、
   前記第１の工程におけるノズルによる塗布液の吐出は、前記第２の工程の途中まで継続して行われ、少なくとも前記第１の工程から前記第２の工程において基板の回転を減速中に、前記ノズルの移動により塗布液の吐出位置が基板の中心部からずらされることを特徴とする、塗布処理方法。
5. 前記ノズルの移動は、前記第１の工程の終了と同時に開始することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の塗布処理方法。
6. 前記ノズルの移動は、前記第１の工程の終了前であって、前記第１の工程の５０％が終了した後に開始することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の塗布処理方法。
7. 前記ノズルの移動時の基板の回転速度は、１０００ｒｐｍ以下に設定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の塗布処理方法。
8. 前記第１の工程における基板の回転速度は、２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍに設定されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の塗布処理方法。
9. 前記塗布液の吐出位置は、基板の中心部から５ｍｍ以上ずらされることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の塗布処理方法。
10. 前記ノズルから基板の中心部に塗布液を吐出する前に、基板を回転させながら、その基板の中心部に塗布液の溶剤が吐出されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の塗布処理方法。
11. 前記第３の工程後に基板上に形成される塗布膜の膜厚は、１５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の塗布処理方法。
12. 基板の塗布処理装置であって、
    基板を保持して基板を所定の速度で回転させる回転保持部と、
    基板に所定のタイミングで塗布液を吐出するノズルと、
    前記ノズルを、基板の中心部の上方から基板の径方向に移動させるノズル移動機構と、
    前記回転保持部により相対的に高速で基板を回転させた状態で、その基板の中心部に前記ノズルから塗布液を吐出して、基板上の塗布液を塗布する第１の工程と、その後基板の回転を減速して、相対的に低速で基板を回転させる第２の工程と、その後基板の回転を加速して、基板上の塗布液を乾燥させる第３の工程を実行し、前記第１の工程におけるノズルによる塗布液の吐出を、前記第２の工程の途中まで継続して行い、少なくとも前記第１の工程から前記第２の工程において基板の回転を減速中に、前記ノズルを移動させて塗布液の吐出位置を基板の中心部からずらすように、前記回転保持部、前記ノズル及び前記ノズル移動機構の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする、塗布処理装置。
13. 前記制御部は、前記第１の工程の前に、前記第１の工程における基板の回転速度よりも低速で基板を回転させた状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出する第４の工程をさらに実行することを特徴とする、請求項１２に記載の塗布処理装置。
14. 前記第４の工程における基板の回転速度は、前記第２の工程における基板の回転速度よりも低速であることを特徴とする、請求項１３に記載の塗布処理装置。
15. 基板の塗布処理装置であって、
    基板を保持して基板を所定の速度で回転させる回転保持部と、
    基板に所定のタイミングで塗布液を吐出するノズルと、
    前記ノズルを、基板の中心部の上方から基板の径方向に移動させるノズル移動機構と、
    前記回転保持部により相対的に高速になるまで一定の加速度で基板を加速回転した状態で、その基板の中心部にノズルから塗布液を吐出して、基板上に塗布液を塗布する第１の工程と、基板の回転速度が相対的に高速になった直後、基板の回転を減速し、相対的に低速で基板を回転させる第２の工程と、その後基板の回転を加速して、基板上の塗布液を乾燥させる第３の工程を実行し、前記第１の工程におけるノズルによる塗布液の吐出を、前記第２の工程の途中まで継続して行い、少なくとも前記第１の工程から前記第２の工程において基板の回転を減速中に、前記ノズルを移動させて塗布液の吐出位置を基板の中心部からずらすように、前記回転保持部、前記ノズル及び前記ノズル移動機構の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする、塗布処理装置。
16. 前記ノズルの移動は、前記第１の工程の終了と同時に開始することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載の塗布処理装置。
17. 前記ノズルの移動は、前記第１の工程の終了前であって、前記第１の工程の５０％が終了した後に開始することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれかに記載の塗布処理装置。
18. 前記ノズルの移動時の基板の回転速度は、１０００ｒｐｍ以下に設定されることを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれかに記載の塗布処理装置。
19. 前記第１の工程における基板の回転速度は、２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍに設定されることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれかに記載の塗布処理装置。
20. 前記塗布液の吐出位置は、基板の中心部から５ｍｍ以上ずらされることを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれかに記載の塗布処理装置。
21. 基板に所定のタイミングで塗布液の溶剤を吐出する他のノズルを有し、
    前記制御部は、前記ノズルから基板の中心部に塗布液を吐出する前に、基板を回転させた状態で、その基板の中心部に前記他のノズルから溶剤を吐出する工程を実行することを特徴とする、請求項１２〜２０のいずれかに記載の塗布処理装置。
22. 前記第３の工程後に基板上に形成される塗布膜の膜厚は、１５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１２〜２１のいずれかに記載の塗布処理装置。
23. 請求項１〜１１のいずれかに記載の塗布処理方法を塗布処理装置によって実行させるために、当該塗布処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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