KR100998837B1 - 도포 장치 및 도포 방법 - Google Patents

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이쿠오 사와다
가즈요시 마츠자키
다카시 다나카
미츠아키 이와시타
미즈에 무나카타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 기판을 수평으로 보지하는 기판 보지부와, 기판 보지부에 수평으로 보지된 기판의 중심부에 약액을 공급하는 약액 노즐과, 원심력에 의해 기판의 전체 표면에 약액을 확장하여 도포하기 위해, 기판 보지부를 회전시키는 회전 기구와, 기판 보지부에 수평으로 보지된 기판의 표면에, 분위기 가스의 다운 플로우를 형성하는 기류 형성 유닛과, 기판 주위의 분위기를 배기하는 배기 유닛과, 분위기 가스보다도 동적 점성 계수가 큰 층류 형성용 가스를 기판 표면에 공급하는 가스 노즐을 구비하고, 상기 분위기 가스 또는 상기 층류 형성용 가스는 기판 중심부에 공급되게 되어 있는 것을 특징으로 하는 도포 장치이다.

Description

도포 장치 및 도포 방법{COATING APPARATUS AND COATING METHOD}
본 발명은 기판에 레지스트 등의 약액을 도포하는 도포 장치 및 도포 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함), 액정 디스플레이용 유리 기판, 컬러 필터용 기판 등의 기판에 약액을 도포하는 기술로서, 도포막의 두께를 대략 균일하게 하는 것 및 막 두께를 얇게 하는 것을 목적으로 하여, 스핀 도포법이 널리 이용되고 있다.
이 스핀 도포법에 대하여, 웨이퍼에 레지스트액을 도포하는 경우를 예로 들어 설명한다. 우선, 웨이퍼를 탑재하는 스핀 척이 내부에 마련된 챔버에 있어서, 챔버의 상부로부터 공기가 공급됨과 아울러, 챔버의 하부로부터 배기가 행해진다. 이에 따라, 챔버 내에, 파티클의 비산을 방지하는 것을 목적으로 한 공기의 다운 플로우가 형성된다. 계속해서, 스핀 척 상에 웨이퍼가 탑재되어, 상기 웨이퍼가 수평으로 보지된다. 그 후, 스핀 척을 거쳐 웨이퍼가, 예컨대, 2000rpm 정도로 수직축 중심으로 회전되면서, 웨이퍼의 위쪽에 마련된 노즐로부터 웨이퍼의 중심부에 레지스트액이 공급된다.
웨이퍼에 적하된 레지스트액은, 원심력에 의해, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 웨이퍼(W)의 외주부를 향하여 확산된다. 그 후, 웨이퍼의 회전수가, 예컨대, 100rpm 정도로 저하되는 것에 의해, 확산된 레지스트액이 레벨링된다. 이 레벨링 후, 웨이퍼의 회전수가, 예컨대, 2500rpm 정도까지 상승되어, 웨이퍼 상의 여분의 레지스트액이 이탈되어 제거된다. 또한, 웨이퍼 상의 레지스트액 중에 포함되는 용제가, 웨이퍼의 회전에 의해 웨이퍼 상에 발생하는 기류에 노출되어, 레벨링 후에 웨이퍼의 회전수가 상승하고 나서 10초 정도 지나면, 그 대부분이 증발한다. 이 용제의 증발 후에도, 잠시, 예컨대, 레지스트액을 공급하고 나서 1분 정도가 경과할 때까지, 웨이퍼가 계속 회전될 수 있다. 이에 따라, 레지스트액이 건조되어, 웨이퍼 상에 레지스트막이 형성된다.
이러한 도포 방법에 대해, 최근, 기술적으로 더욱 고도의 요구가 있다. 그 중에서도, 도포막을 더욱 박막화하거나 도포 공정에 요하는 시간을 단축화하는 요구가, 특히 증대하고 있다. 상술한 스핀 도포법에 있어서, 도포막의 박막화 및 공정 시간의 단축화를 달성하기 위해서는, 기판의 회전수를 증대시키는 것이 생각된다. 그러나, 대형의, 예컨대, 사이즈가 12인치인 웨이퍼에 레지스트액을 도포하는 경우, 웨이퍼의 회전수를 상승시키면, 도 25a에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼의 가장자리에 가까운 영역에서, 레지스트의 표면에, 예컨대, 30개 전후의 주름 형상의, 막 두께가 불균일하게 되는 부분이 형성될 우려가 있다.
이들 주름은 「풍차 마크(windmill-like tracks)」라고 부르고 있다. 「풍차 마크」는 기판 상의 공기의 속도 경계층이 층류(a laminar flow)로부터 천이류(a transition flow)로 변화되는 단계에서 발생하는 기판 둘레 방향의 속도 불균 일이, 증발 과정을 거쳐, 레지스트막 두께로 전사되는 것에 의해 발생하는 것이다. 이 속도 불균일은, 학술적으로는, 에크맨·스핀(Ekman spin)이라 불리는 유명한 현상이다. 이에 대해서는, J.Appl.Phys. 77(6), 15(1995), pp.2297-2308에 자세히 설명되어 있고, 회전하는 기판의 Re(Reynolds)수가 일정한 값을 초과할 때에 출현하는 자연 현상이다. 이 Re수는 기판의 중심으로부터의 거리를 r(㎜), 기판의 각속도를 ω(rad/s), 기판 주위의 가스 동적 점성 계수(coefficient of kinematic viscosity)를 ν(㎟/s)라고 하면, 하기의 (1)식에 의해 산출된다.
Re수=rω2/ν (1)
그리고, 예컨대, 웨이퍼가 회전할 때는, 그 웨이퍼 표면에서, Re수<80000인 장소에는 층류가 형성되고, 80000<Re수<3×105가 되는 장소에는 천이류가 형성되며, Re수>3×105가 되는 장소에는 난류가 발생한다.
(1)식에 나타내는 바와 같이, Re수는 r에 비례하여 커진다. 이 때문에, 예컨대, 소정의 크기를 갖는 웨이퍼를 소정의 속도로 회전시키는 경우에는, 도 25a 및 도 25b에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼의 중심으로부터 상기 회전수에 의해 결정되는 소정 거리만큼 직경 방향으로 떨어진 위치까지, 상기 층류가 형성되는 영역이 출현하고, 이 층류의 외측은 난류 영역으로 되고, 양자의 경계에, 층류로부터 난류로 이행하는 천이류가 형성되는 영역이 출현한다. 그리고, 상술한 바와 같이, 레지스트액에 포함되는 대부분의 용제가 증발하는 과정에서, 레지스트액이 이 속도 불균일인 천이류에 노출되면, 유속이 높은 기류에 노출된 개소는 유속이 낮은 기류 에 노출된 개소보다 용제가 빠르게 증발한다. 이에 따라, 불균일한 기류의 흐름이 레지스트막에 전사된다. 그 결과로, 레지스트의 막 두께가 불균일하게 되어, 풍차 마크가 웨이퍼의 둘레 방향에 형성되는 것이다.
또한, 용제가 증발하는 과정에서 난류에 노출된 레지스트액은 레지스트액의 표면의 용제가 너무 빠르게 증발되게 된다. 그 경우, 도포 처리 후의 레지스트막의 표면에 레지스트액의 폴리머의 박막이 형성되어 버려, 그 박막의 하층에 용제가 잔류한 「딱지 형상 구조(crust-like structure)」로 되어 버린다. 이 경우, 그 전체의 막 두께가, 층류가 형성되는 영역의 막 두께에 비해, 커져 버릴 우려가 있다.
이상으로부터, 레지스트막의 막 두께가 균일한 영역을 넓히기 위해서는, Re수를 작게 해야 한다.
한편, 가스의 동적 점성 계수 ν의 값은, 하기의 (2)식에 의해 구해진다. (2)식 중, μ는 웨이퍼 주위의 가스의 점성 계수(Pas·s)이며, p는 상기 가스의 밀도(㎏/㎥)이다.
v=μ/p (2)
또한, 상기 (1)식에서, 웨이퍼의 각속도를 일정으로 한 경우, 층류의 반경, 즉 Re수가 80000이 될 때의 (1)식의 r의 값은 ν의 값을 작게 하면 작아져, 도 26a에 나타내는 바와 같이, 층류가 형성되는 영역이 좁아진다. 한편, ν의 값을 크게 하면, Re수가 80000이 될 때의 (1)식의 r의 값은 커져, 도 26b에 나타내는 바와 같이, 층류가 형성되는 영역이 넓어져, 천이류의 발생 위치가 웨이퍼의 가장자리부 쪽으로 근접하게 된다.
따라서, 레지스트막의 막 두께가 균일해지는 영역을 확장하기 위해서는, 가스 동적 점성 계수 ν의 값을 상승시키면 좋다. 그리고, ν의 값을 상승시키기 위해서는, (2)식보다, 밀도 ρ가 낮은 가스를 이용하면 좋다.
스핀 도포법이 행해지는 경우, 통상, 스핀 척에 탑재된 기판의 주위에는, 도포액의 비산을 억제하기 위해, 상부가 개구된 컵이 마련된다. 일본 공개 특허 공보 평5-283331호에는, 상기 컵의 상부를 뚜껑으로 덮고, 컵과 뚜껑에 의해 둘러싸이는 공간의 공기를 He(헬륨) 가스로 치환하여 회전 도포를 행하는 도포 장치가 개시되어 있다. 또한, 그 밖의 도포 장치로서, 일본 공개 특허 공보 평5-283331호 및 일본 공개 특허 공보 소61-150126호에는, 스핀 척 상에 탑재된 기판의 수㎜ 정도 위쪽에, 상기 기판과 대향함과 아울러 상기 기판의 표면 전체를 덮는 뚜껑을 마련하여, 기판과 뚜껑 사이에서의 공간의 공기를 He 가스 등의 공기보다 밀도가 낮은 가스로 치환하여 회전 도포를 행하는 도포 장치가 개시되어 있다. 이들 공개 공보에 기재된 도포 장치를 이용하여 기판 주위의 공기를 He 가스로 치환한 경우, ν의 값은 9배 정도로 된다.
또한, 일본 공개 특허 공보 평3-245870호에는, 스핀 척이 마련된 챔버 내에, He 가스와 공기로 이루어지는 혼합 기체의 다운 플로우를 형성하여, 챔버 내의 공기를 상기 혼합 기체로 치환하여 회전 도포를 행하는 도포 장치가 개시되어 있다.
그러나, 일본 공개 특허 공보 평5-283331호에 기재된 뚜껑과 컵에 의해 둘러싸이는 공간의 공기를 He 가스로 치환하는 도포 장치에 대해서는, He 가스의 공급 이 시작되고 나서 뚜껑과 컵에 의해 둘러싸이는 공간의 가스 밀도를 저하시킬 정도로 충분히 상기 He 가스가 저장될 때까지 시간 지연이 발생하는 것이 우려된다.
또한, 통상의 회전 도포 장치에 있어서는, 기판의 회전 시에 비산하여 미스트 형상으로 된 도포액을 조속히 배기(배출)하기 위해, 회전하는 기판의 주변에, 예컨대, 1㎥/분 이상의 배기량(배출량)으로 가스(미스트)를 배기하는 배기 기구가 마련되게 되어 있다.
따라서, 일본 공개 특허 공보 평5-283331호에 기재된 스핀 도포 장치에 의해 도포 처리를 행하는 경우는, 도포 처리 전에 컵과 뚜껑으로 둘러싸이는 공간을 He 가스로 치환해 두어야 하고, 또한, 도포 처리 중에도 그 사이의 가스 배기량에 적합한 양의 He 가스를 계속 공급해야 한다. 즉, 도포 공정을 통하여 필요한 He 가스의 양이 많아져, 비용이 고가로 된다.
또한, 일본 공개 특허 공보 평3-245870호에 기재된 도포 장치도, 챔버 내 전체에 He 가스를 포함한 혼합 가스를 공급해야 하기 때문에, 일본 공개 특허 공보 평5-283331호에 기재된 도포 장치와 마찬가지로, 혼합 가스가 저장되기까지의 시간 지연이 발생할 우려가 있고, 또한, 사용되는 He 가스가 많아지는 것에 의해 비용이 고가로 된다.
또한, 일본 공개 특허 공보 평5-283331호 및 일본 공개 특허 공보 소61-150126호에 기재된 바와 같이, 회전하는 기판의 표면 전체를 덮는 것과 같은 뚜껑이 마련되는 경우, 기판의 회전에 의해 비산하여 미스트 형상으로 된 도포액이 상기 뚜껑에 부착되어 파티클로 되고, 이 파티클이 기판에 낙하하여 부착된다고 하는 우려가 있다. 이러한 뚜껑의 부착물을 제거하고, 기판에의 파티클의 부착을 막기 위해서는, 상기 뚜껑을 세정해야 하지만, 상기 세정에는 비용이 든다. 또한, 상기 뚜껑은 기판의 표면 전체를 덮고 있기 때문에, 기판 주위에 상술한 다운 플로우를 형성할 수 없다. 이 때문에, 기판 주위에 파티클이 비산할 우려가 잔존하게 된다.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여, 이것을 효과적으로 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 기판에 약액의 스핀 도포를 행할 때에, 층류가 형성되는 영역을 확장하고, 풍차 마크의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 도포 장치 및 도포 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 도포 장치는, 기판을 수평으로 보지하는 기판 보지부와, 기판 보지부에 수평으로 보지된 기판의 중심부에 약액을 공급하는 약액 노즐과, 원심력에 의해 기판의 전체 표면에 약액을 확장하여 도포하기 위해, 기판 보지부를 회전시키는 회전 기구와, 기판 보지부에 수평으로 보지된 기판의 표면에, 분위기 가스의 다운 플로우를 형성하는 기류 형성 유닛과, 기판 주위의 분위기를 배기하는 배기 유닛과, 분위기 가스보다도 동적 점성 계수가 큰 층류 형성용 가스를 기판의 표면에 공급하는 가스 노즐을 구비하고, 상기 분위기 가스 또는 상기 층류 형성용 가스는 기판의 중심부에 공급되게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 층류 형성용 가스를 기판 표면에 공급한다는 것은, 상기 가스를 기판에 대하여 수직 방향으로부터 공급하는 것에 한정되지 않고, 경사 방향으로부터 공급하는 것도 포함하고, 또한, 수평 방향으로부터 기판의 표면을 따라 공급하는 것도 포함한다.
본 발명에 따르면, 기판의 표면에 대하여 약액에 의해 스핀 코팅을 행하고 그 후 스핀 건조할 때에, 분위기 가스에 의한 다운 플로우를 행하면서, 그 분위기 가스보다도 동적 점성 계수가 큰 층류 형성용 가스를 공급함으로써, 기판의 표면을 따라 외측으로 넓어지는 분위기 가스의 기류 중에 층류 형성용 가스가 혼합된다. 이에 따라, 기판의 표면에 형성되는 기류의 동적 점성 계수가 커져, 기판의 표면에 형성되는 층류의 반경은 가스의 동적 점성 계수에 비례하기 때문에, 결과적으로 기판표면에서의 층류 영역이 넓어진다. 따라서, 기판 표면에서의 풍차 마크의 생성을 억제할 수 있어, 양호한 도포 처리를 행할 수 있다.
또한, 기판의 표면에 대한 층류 형성용 가스의 공급을 노즐에 의해 행하고 있기 때문에, 기판이 놓여져 있는 분위기 전체를 층류 형성용 가스에 의해 치환하는 기술과 비교하여, 상기 가스의 소비량이 적어지고, 가스의 치환에 긴 시간이 필요하지도 않다. 또한, 다운 플로우의 분위기 중에 기판을 배치하고, 기판의 주위로부터 배기하도록 하고 있으므로, 기판 위에 뚜껑을 마련하여 폐 공간을 형성하는 수법과 같이 기판으로부터 비산한 미스트가 뚜껑에 부착되어 파티클 발생의 요인이 된다고 하는 문제도 없다.
본 발명에 있어서, 예컨대, 상기 가스 노즐은, 기판 중심부의 상방의 위치로부터 기판의 직경 방향을 따라 개구하는 가스 토출부를 갖고 있다. 또는, 상기 가스 노즐은 기판 중심부의 상방의 위치로부터 기판의 직경 방향을 따라 배열된 다수의 구멍으로 이루어지는 가스 토출부를 갖고 있다.
바람직하게는, 상기 가스 노즐은 다공질체를 갖고 있다. 또한, 바람직하게는, 상기 가스 노즐은 기판의 가장자리로부터 가까운 영역에서, 토출 유량이 보다 커지고 있다. 예컨대, 기판의 중앙부로부터 가장자리로 향함에 따라, 토출 유량이 단계적으로 또는 연속적으로 커지는 것이 바람직하다.
또한, 예컨대, 상기 가스 노즐은 기판의 중심부와 상기 중심부로부터 떨어져 있는 영역과의 양쪽에, 층류 형성용 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 또는, 상기 가스 노즐은 기판의 중심부로부터 떨어져 있는 영역에 층류 형성용 가스를 공급하도록 구성되어 있고, 기판의 중심부는 분위기 가스의 다운 플로우에 노출되도록 구성되어 있다.
또한, 예컨대, 상기 가스 노즐과는 별개로, 기판의 중심부에 층류 형성용 가스 또는 분위기 가스를 공급하기 위한 제 2 가스 노즐이 마련된다.
또한, 본 발명의 도포 방법은, 기판을 기판 보지부에 수평으로 보지시키는 공정과, 기판 보지부에 보지된 기판의 표면에 분위기 가스의 다운 플로우를 형성하면서 기판 주위의 분위기를 배기하는 공정과, 기판의 중심부에 약액 노즐로부터 약액을 공급하고, 기판 보지부를 회전시켜, 원심력에 의해 기판의 전체 표면에 약액을 확장하여 도포하는 도포 공정과, 상기 도포 공정 후, 기판을 회전시키고 있는 상태에서, 상기 분위기 가스보다도 동적 점성 계수가 큰 층류 형성용 가스를 가스 노즐로부터 기판의 표면에 공급함과 아울러, 기판의 중심부에 상기 분위기 가스 또는 상기 층류 형성용 가스를 공급하여, 약액을 건조시키는 건조 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 기판에 대한 약액의 도포 방법이다.
본 방법에 있어서, 층류 형성용 가스를 기판의 표면에 공급함과 아울러 기판의 중심부에 상기 분위기 가스 또는 상기 층류 형성용 가스를 공급하는 타이밍은, 예컨대, 약액을 건조시키는데 바람직한 회전수로 기판이 회전하기 시작한 시점, 또는 상기 시점보다 이전이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 대한 도포 장치를 나타내는 종단 측면도이다.
도 1b는 도 1a의 도포 장치의 횡단 평면도이다.
도 2는 도 1a의 도포 장치에 마련된 각 노즐의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3a는 도 1a의 도포 장치에 마련된 헬륨 가스를 토출하는 가스 노즐의 구성의 일례를 나타내는 정면도이다.
도 3b는 도 3a의 가스 노즐의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3a의 가스 노즐 측주벽(side peripheral wall)의 구성의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1a의 도포 장치에 의해 레지스트액을 웨이퍼에 도포하는 모양을 나타내는 공정도이다.
도 6a는 가스 노즐의 경사를 변경하여 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 세로 정면도이다.
도 6b는 가스 노즐의 경사를 변경하여 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 평면도이다.
도 7a는 헬륨 가스를 토출하는 가스 노즐의 구성의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
도 7b는 도 7a의 가스 노즐의 구성을 나타내는 저면도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7a의 가스 노즐을 이용하여 웨이퍼에 가스를 토출하는 모양을 나타내는 사시도이다.
도 9a는 헬륨 가스를 토출하는 가스 노즐의 구성의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
도 9b는 도 9a의 가스 노즐의 구성을 나타내는 저면도이다.
도 10a는 도 9a의 가스 노즐을 이용하여 웨이퍼에 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 사시도이다.
도 10b는 도 9a의 가스 노즐을 이용하여 웨이퍼에 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 평면도이다.
도 11a는 헬륨 가스를 토출하는 가스 노즐의 구성의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
도 11b는 도 11a의 가스 노즐의 구성을 나타내는 횡단 평면도이다.
도 11c는 도 11a의 가스 노즐을 이용하여 웨이퍼에 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 사시도이다.
도 12a는 헬륨 가스를 토출하는 가스 노즐의 구성의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
도 12b는 도 12a의 가스 노즐의 구성을 나타내는 저면도이다.
도 13a는 다른 구성의 가스 노즐을 이용하여 웨이퍼에 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 사시도이다.
도 13b는 도 13a의 요부 단면도이다.
도 14a는 다른 구성의 가스 노즐을 이용하여 웨이퍼에 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 사시도이다.
도 14b는 다른 구성의 가스 노즐을 이용하여 웨이퍼에 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 사시도이다.
도 15a 및 도 15b는 가스 노즐의 웨이퍼에 대한 각도 및 높이를 변경하여 웨이퍼에 유막(oil film)을 형성했을 때의, 유막의 상태를 설명하는 도면 및 표이다.
도 16a 내지 도 16d는, 각각, 다른 구성의 가스 노즐을 이용하여 각 웨이퍼에 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 설명도이다.
도 17a 및 도 17b는, 각각, 다른 구성의 가스 노즐을 이용하여 각 웨이퍼에 가스 토출을 행하는 모양을 나타내는 설명도이다.
도 18a 내지 도 18c는 각 웨이퍼의 표면의 모양을 나타내는 사시도이다.
도 19는 웨이퍼의 회전수와 각 공정을 시작하는 타이밍과 헬륨 가스를 토출하는 타이밍의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 건조 공정에서의 웨이퍼의 회전수와 웨이퍼의 표면의 모양과의 관계를 나타내는 표이다.
도 21a 및 도 21b는 실시예에서 이용되는 가스 노즐의 구성 개략도이다.
도 22a 내지 도 22c는, 실시예에 있어서의, 각 가스 노즐로부터 웨이퍼에 가 스를 토출하는 모양을 나타내는 설명도이다.
도 23은 건조 공정에서의 웨이퍼의 회전수와 웨이퍼 표면의 모양의 관계를 나타내는 표이다.
도 24는 웨이퍼의 중심으로부터의 거리와 웨이퍼 표면의 레지스트의 막 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25a 및 도 25b는 웨이퍼(W)에 천이류가 형성되는 모양을 나타내는 설명도이다.
도 26a 및 도 26b는 웨이퍼 주위의 가스 동적 점성 계수가 변화되었을 때의 층류가 형성되는 영역의 변화를 나타내는 설명도이다.
본 발명의 일 실시예로서, 기판인 웨이퍼(W)에 약액(액체)으로서 레지스트액(액체)을 도포하는 도포 장치(2)에 대하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는, 각각, 본 실시예의 도포 장치(2)의 종단 측면도 및 횡단 평면도이다. 도면 중 도면부호(20)는 하우징이다. 도면 중 도면부호(21)는, 예컨대, 도시하지 않은 반송 기구에 의해 웨이퍼(W)의 반송이 행해지는 반송용 통로에 면하도록 마련된 웨이퍼(W)의 반송구이다. 도면 중 도면부호(21a)는 반송구(21)에 마련된 개폐가 자유로운 셔터이다. 셔터(21a)는 웨이퍼(W)가 상기 반송 기구에 의해 하우징(20) 내에 반입되는 경우 및 웨이퍼(W)가 하우징(20) 내로부터 반송 기구에 의해 반출되는 경우를 제외하고, 폐쇄되도록 구성되어 있다. 이에 따라, 반송용 통로로부터 하우징(20) 내로의 기체의 유입이 억제되게 되어 있다.
도면 중 도면부호(31)는 하우징(20) 내에 마련된 웨이퍼(W)의 이면 측 중앙부를 흡입 흡착하여 웨이퍼(W)를 수평으로 보지하기 위한 기판 보지부인 스핀 척이다. 이 스핀 척(31)은 축부(32)를 거쳐 구동부(33)에 접속되어 있다. 스핀 척(31)은 이 구동부(33)를 거쳐, 웨이퍼(W)를 보지한 상태로, 수직축 중심으로 회전이 자유롭고 또한 승강도 자유롭다.
도면 중 도면부호(34)는 스핀 척(31)에 보지된 웨이퍼(W)의 가장자리 외측에 상기 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 마련된 상부 쪽이 개구된 컵이다. 컵(34)의 측주면(側周面) 상단쪽은 내측으로 경사져 있다. 컵(34)의 바닥부 쪽에는, 오목부 형상을 한 액받이부(liquid-receiving part)(35)가, 웨이퍼(W)의 가장자리 아래쪽에서 웨이퍼(W)의 전체 주위에 걸쳐 마련된다. 이 액받이부(35)는 외측 영역과 내측 영역으로 구획되어 있다. 외측 영역의 바닥부에는, 저장된 레지스트액의 드레인을 배출하기 위한 액체 배출구(36)가 마련된다.
또한, 내측 영역의 바닥부에는 2개의 배기구(37, 38)가 마련된다. 배기구(37, 38)에는, 각각, 배기관(39)의 일단이 접속되어 있다. 배기관(39)의 타단은 합류하여, 밸브(V1)를 거쳐, 예컨대, 배기 펌프 등의 배기 유닛(30)에 접속되어 있다. 이에 따라, 예컨대, 밸브(V1)의 개방도를 조절하는 것에 의해, 컵(34) 내의 기체를, 예컨대, 1㎥/분∼3㎥/분의 배기량으로 배기할 수 있게 되어 있다. 이와 같이, 밸브(V1)를 열어 배기가 행해지면, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에 토출된 He 가스 및 웨이퍼(W)의 주위로 공급된 공기가, 배기구(37, 38)를 거쳐 배기관(39) 내로 유입되어 하우징(20) 내로부터 제거된다. 또한, 이와 같이 형성되는 배기류에 편승하여, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 비산한 미스트 형상의 레지스트액이, 액받이부(35)를 거쳐, 액체 배출구(36)로부터 배출되게 되어 있다.
또한, 스핀 척(31)에 보지된 웨이퍼(W)의 아래쪽에는, 원형판(3A)이 마련된다. 또한, 원형판(3A)의 외측을 둘러싸도록 하여, 단면이 산 형상의 링 부재(3B)가 마련된다. 또한, 링 부재(3B)의 외단에는, 아래쪽으로 신장하는 단판(3C)이, 상기 액받이부(35)의 외측 영역 내로 진입하도록 마련된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)로부터 흘러 넘쳐 떨어지는 레지스트액은 링 부재(3B) 및 단판(3C)의 표면을 타고, 액받이부(35)의 외측 영역으로 안내되게 되어 있다.
다음에, 하우징(20) 내에 마련된 각 노즐의 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 도면 중 도면부호(41)는 웨이퍼(W)에 레지스트액을 토출하기 위한 약액 노즐로서 마련된 레지스트액 공급 노즐이다. 레지스트액 공급 노즐(41)에는, 레지스트액 공급관(42)의 일단이 접속되어 있다. 레지스트액 공급관(42)의 타단은 밸브(V2) 및 액체 유량 제어부(43)를 거쳐, 레지스트액이 저장된 레지스트액 공급원(44)에 접속되어 있다. 또한, 레지스트액 공급 노즐(41)에는, 상기 레지스트액 공급 노즐(41)을 지지하는 아암 본체(arm body)(45)의 일단이 접속되어 있다. 이 아암 본체(45)의 타단은 구동부(46)에 접속되어 있다. 구동부(46)는, 예컨대, 수평으로, 하우징(20)의 길이 방향을 따라 부설된 가이드 레일(47)을 따라 이동할 수 있도록 구성되어 있다.
도 1b 중 도면부호(22)는 컵(34)의 외측에 마련된 각 노즐의 대기 영역이다. 대기 영역(22)은 레지스트액 공급 노즐(41)의 대기용 버스(22a)를 구비하고 있다. 스핀 척(31)과 반송 기구 사이에서 웨이퍼(W)의 교환이 행하여질 때, 레지스트액 공급 노즐(41) 및 후술의 가스 노즐(51)은 이 대기 영역(22)에서 대기하게 되어 있다. 상술한 구동부(46)의 이동에 따라, 레지스트액 공급 노즐(41)은 아암 본체(45)를 거쳐, 대기 영역(22)으로부터 스핀 척(31)에 탑재된 웨이퍼(W)의 중심부 상까지 이동이 자유롭도록 구성되어 있다. 그리고, 레지스트액 공급 노즐(41)이 웨이퍼(W)의 중심부 상으로 이동하면, 밸브(V2)가 열려, 레지스트액 공급원(44)으로부터 레지스트액 공급관(42)으로 흘러 들어오는 레지스트액이 액체 유량 제어부(43)에 의해 유량 제어되어, 소정의 유량의 레지스트액이 레지스트액 공급 노즐(41)로부터 웨이퍼(W)의 중심부 상으로 토출되게 되어 있다.
또한, 도면 중 도면부호(51)는 웨이퍼(W)에 층류 형성용 가스인 He 가스를 토출하기 위한 가스 노즐이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면서 설명하면, 이 가스 노즐(51)은 일단 쪽을 막을 수 있는 원통형으로 구성되어 있고, 예컨대, 웨이퍼(W)의 반경보다 약간 길게 형성되어 있다(예컨대, 150㎜ 이상). 상기 가스 노즐(51)의 타단 쪽에는 가스 유입구(52)가 마련된다. 가스 유입구(52)는 가스 노즐(51) 내에 상기 가스 노즐(51)의 길이 방향을 따라 마련된 가스 유로(53)에 연통되어 있다.
도 4는 가스 노즐(51)의 측주벽을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 4 중 도면부호(501)는 이 측주벽의 골격부를 이루는, 예컨대, 알루미나 세라믹으로 이루어지는 본체부이며, 다공질체를 이루고, 상기 가스 유로(53)에 인접하고 있다. 본체부(501)에는, 미세한 다수의 기공(502)이 형성되어 있다. 이들 기공(502)의 대부 분은 서로 연통하는 것에 의해, 본체부(501) 전체에서 삼차원 그물눈 형상의 기체의 유로(503)를 형성하고 있다.
가스 노즐(51)의 가스 유입구(52)에는, 가스 공급관(54)의 일단이 접속되어 있다. 가스 공급관(54)의 타단은 밸브(V3) 및 가스 유량 제어부(55)를 거쳐, He 가스가 저장된 가스 공급원(56)에 접속되어 있다. 밸브(V3)가 열리면, 가스 공급원(56)으로부터 가스 공급관(54)에 He 가스가 유입된다. 이 He 가스는 가스 유량 제어부(55)에 의해 유량 제어되면서, 가스 노즐(51)의 가스 유로(53)에 유입된다. 가스 유로(53)에 유입된 He 가스는 본체부(501)의 가스 유로(503)에 유입되고, 이 가스 유로(503)를 거쳐 노즐(51)의 외부로 향한다. 상술한 바와 같이, 가스 유로(503)는 본체부(501) 전체에서 그물코 형상으로 형성되어 있기 때문에, 본체부(501)를 통과한 상기 He 가스는, 도 3a 및 도 3b에 화살표로 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(51)의 측주벽의 대략 전체로부터 대략 균일한 유속으로 가스 노즐(51)의 외부로 토출된다. 또, 본체부(501)의 기공(502)은 특허 청구의 범위에서 말하는 가스 노즐의 토출부에 대응한다.
또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(51)은, 예컨대, 수평 방향으로 신장하도록, 지지 부재(57a)를 거쳐 아암 본체(57)의 일단에 접속되어 있다. 아암 본체(57)의 타단은 이동이 자유롭게 구성된 구동부(58)에 접속되어 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 레지스트액의 도포를 행할 때에는, 구동부(58)와 함께 가스 노즐(51)이, 아암 본체(57) 및 지지 부재(57a)를 거쳐, 대기 영역(22)으로부터, 예컨대, 도 1b 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 스핀 척(31) 에 탑재된 웨이퍼(W)의 중심부 및 그 직경 방향을 커버하는 He 가스의 토출 위치로 이동하고, 상기 중심부를 포함한 직경 방향을 따라 웨이퍼(W) 상에 He 가스가 토출된다. 또, 도 1 중 도면부호(100)는 제어부이며, 구동부(33) 및 밸브(V3)에 접속되어 있고, 예컨대, 구동부(33)를 거쳐 레지스트액을 건조시키기 위한 회전수로 웨이퍼(W)를 회전하기 시작한 시점 또는 그보다 이전에 상기 밸브(V3)를 열고, 또한, 예컨대, 밸브(V3)가 열리고 나서 소정 시간 경과한 후에 상기 밸브(V3)를 닫는 것으로 하도록 구동부(33) 및 밸브(V3)를 제어한다.
또, He 가스의 토출 위치로는 이러한 위치에 한정되지 않는다. 예컨대, 가스 노즐(51)의 길이 방향의 중심이 웨이퍼(W)의 중심부 상에 위치하는 것으로 하도록 설정하여도 좋다. 다만, 후술하는 레지스트액의 건조 공정의 초기, 예컨대, 건조 공정의 개시 후 10초 정도의 동안은 웨이퍼(W)의 중심부에 He 가스가 공급되어야 한다. 또, 웨이퍼(W)를 향하여 다운 플로우되는 공기는, 웨이퍼(W)의 원심력에 의해, 웨이퍼(W)의 중심 쪽으로부터 가장자리 쪽을 향하여 소용돌이 형상으로 흐른다. 그리고, 웨이퍼(W)의 중심에 He 가스가 토출되면, 그 토출된 He 가스는 상기 공기의 흐름과 합류하여 웨이퍼(W)의 가장자리 쪽으로 골고루 퍼진다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 공기와 He 가스의 혼합 기체에 의해 구성되는 층이 형성된다. 이 층에서의 동적 점성 계수는 공기 단독의 동적 점성 계수보다 높게 된다. 이 때문에, 웨이퍼(W) 상에서의 천이류의 발생을 억제할 수 있다.
또, 가스 노즐(51)이 He 가스를 토출하는 위치로 이동했을 때, 도 1에 나타내는 노즐(51)의 하단으로부터 웨이퍼(W)의 표면까지의 높이 h는 혼합 기체층 중의 공기와 He 가스의 혼합비에도 의하지만, 예컨대, 웨이퍼(W)에 공급된 레지스트액의 건조를 행할 때에 웨이퍼(W)를 2600rpm 또는 3000rpm으로 회전시키는 경우, 0.2㎜∼70㎜인 것이 바람직하다. h가 0.2㎜보다 작으면, 가스 노즐(51)이 웨이퍼(W)에 접촉할 우려가 있고, 또한, 가스 노즐(51)에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성되는 기류가 교란되어, 웨이퍼(W)의 각 부분에서 레지스트액의 증발 건조 속도가 불안정 내지 불균일하게 되어, 형성되는 레지스트막의 막 두께가 불균일하게 될 우려가 있다. 한편, h가 70㎜를 초과하는 경우는, 웨이퍼(W) 상의 공기가 He로 치환되는 시간이 길게 될 우려가 있는 외에, He 가스를 웨이퍼(W)에 공급하여도 웨이퍼(W)의 가장자리부에서의 가스의 동적 점성 계수의 값을 충분히 상승시킬 수 없어, 본 발명의 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 하우징(20) 내의 상부에는, 파티클을 제거하기 위한 필터(61)가 마련된다. 필터(61)의 상부에는, 구획된(폐쇄된) 공간인 통풍실(62)이 마련된다. 통풍실(62)에는, 가스 공급관(63)의 일단이 개구되어 있고, 가스 공급관(63)의 타단은 밸브(V4)를 거쳐, 분위기 가스인 공기가 저장된 공기 공급원(64)에 접속되어 있다. 밸브(V4)를 열면, 공기 공급원(64)의 공기가, 예컨대, 소정의 유량으로 가스 공급관(63)을 거쳐 통풍실(62)에 유입된다. 이 통풍실(62)에 유입된 공기는 필터(61)를 통과하여 상기 공기에 포함되어 있던 파티클이 제거된 후에, 하우징(20) 내에 공급되게 되어 있다. 또, 필터(61), 가스 공급관(63) 및 공기 공급원(64)은 특허 청구의 범위에서 말하는 기류 형성 유닛에 대응하는 것이다.
또한, 도시는 생략하고 있지만, 예컨대, 하우징(20)의 하부에는, 하우징(20) 내의 기체를 배기하는 배기부가 마련된다. 상술한 바와 같이, 필터(61)로부터 공기가 공급됨과 아울러, 상기 배기부가 상기 배기 유닛(30)과는 별도로, 예컨대, 소정의 유량으로, 배기를 행하는 것에 의해, 하우징(20) 내에 공기의 다운 플로우가 형성되게 되어 있다.
다음에, 본 실시예의 도포 장치(2)의 작용에 대하여, 도 5a 내지 도 5d를 참조하면서 설명한다.
우선, 밸브(V4) 및 밸브(V1)가 열리고, 또한 하우징(20)의 하부의 배기부로부터 배기가 행해지고, 하우징(20) 내에 도 5a 내지 도 5d에 실선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 공기의 다운 플로우가 형성된다. 계속해서, 도시되지 않은 반송 기구가, 웨이퍼(W)를 보지한 상태로, 반송구(21)를 거쳐 하우징(20) 내로 진입하는 한편, 구동부(33)를 거쳐 스핀 척(31)이, 예컨대, 컵(34)의 외부로 상승한다. 그리고, 스핀 척(31)이 웨이퍼(W)의 이면 중앙부를 흡착하여 웨이퍼(W)를 수평으로 보지한 후, 상기 스핀 척(31)은 하강하고, 이에 따라 웨이퍼(W)가 컵(34) 내에 수납된다. 그 후, 구동부(46)를 거쳐 레지스트액 공급 노즐(41)이 웨이퍼(W)의 중심부 상으로 이동함과 아울러, 구동부(58)를 거쳐 가스 노즐(51)이 웨이퍼(W)의 가장자리 부근으로 이동한다.
계속해서, 구동부(33)를 거쳐 스핀 척(31)에 보지된 웨이퍼(W)가 수직축 중심으로, 예컨대, 2000rpm으로 회전된다. 이에 따라, 다운 플로우로 웨이퍼(W) 상으로 내려오는 공기는 이 회전하는 웨이퍼(W) 상을 가장자리부를 향해 원심력에 의 해 소용돌이 형상으로 넓어진다. 이어서, 밸브(V2)가 열리고, 레지스트액 공급 노즐(41)로부터 공급된 레지스트액(4A)이 웨이퍼(W)의 중심부로 토출된다. 웨이퍼(W)에 공급된 레지스트액(4A)은 원심력에 의해 확산하는, 이른바 스핀 코팅에 의해, 웨이퍼(W) 상의 중심부로부터 가장자리부로 확장된다(도 5a).
웨이퍼(W)의 표면 전체가 레지스트액(4A)으로 덮이면, 밸브(V2)가 닫혀지고, 레지스트액 공급 노즐(41)로부터의 레지스트액(4A)의 공급이 정지되고, 스핀 척(31)의 회전수가, 예컨대, 100rpm으로 저하된다. 이에 따라, 도포된 레지스트액(4A)의 레벨링(두께가 균일하게 되도록 레지스트액을 평준화하는 것)이 행해진다. 또한 이 때, 레지스트액 공급 노즐(41)이 구동부(46)를 거쳐 웨이퍼(W)의 중심으로부터 후퇴함과 아울러, 가스 노즐(51)이 상술한 He 가스 토출 위치로 이동된다(도 5b).
가스 노즐(51)의 이동 후, 밸브(V3)가 열리고, He 가스 공급원(56)으로부터 가스 공급관(54)에 공급되는 He 가스의 유량이 유량 제어부(55)에 의해 제어되면서, 가스 노즐(51)인 다공질체의 주면(周面)으로부터 He 가스가 샤워 형상으로 토출된다. 상기 He 가스는 웨이퍼(W)의 중심부를 포함하는 직경 방향을 따라, 예컨대, 40L/분의 유량으로 공급된다. 이 He 가스의 토출과, 예컨대, 동시이거나 또는 그 토출보다 약간 늦게, 웨이퍼(W)의 회전수가, 예컨대, 2600rpm으로 상승되고, 레지스트액(4A)의 이탈 건조가 행해진다(도 5c 참조). 도 6a 및 도 6b는 이와 같이 He 가스가 웨이퍼(W)에 토출되었을 때의 웨이퍼(W) 주변의 각 기체의 흐름을 나타내는 도면이고, He 가스의 흐름을 점선으로, 공기의 흐름을 실선으로 각각 나타내 고 있다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에 공급된 He 가스는 웨이퍼(W)의 표면을 따라 중심으로부터 소용돌이 형상으로 넓어지는 공기와 합류하여, He 가스와 공기의 혼합 기체로 이루어지는 층이 웨이퍼(W) 상을 가장자리부를 향해 넓어지도록 와권류를 형성한다. 이 와권류에 의해 웨이퍼(W) 상의 레지스트액으로부터 용제가 활발하게 증발하고, 레지스트액(4A)의 건조가 행해져, 도포막인 레지스트막이 형성된다. 또한, 도 5c 중 점선은 혼합 기체의 층을 나타내고 있다.
레지스트액 중의 용제가 증발하는데 필요한 시간이 경과한 후, 예컨대, 10초 후에, 웨이퍼의 회전은 그대로 보지되면서, 밸브(V3)가 닫혀져 He 가스의 공급이 정지된다(도 5d 참조). He 가스의 공급 정지 후에도, 당분간은 스핀 척(31)은 그대로의 스피드로 회전되어, 레지스트액(4A)을 계속 건조시킬 수 있다. 그 후, 건조를 위한 회전수에서의 회전을 최초로부터 60초 지난 후에, 상기 스핀 척(31)의 회전이 정지된다. 그 후, 상술한 웨이퍼(W)의 반입 시와는 역의 순서로 웨이퍼가 상기 반송 기구로 수수되고, 이 반송 기구에 의해 웨이퍼(W)가 하우징(20)으로부터 반출된다.
본 실시예의 도포 장치(2)는 웨이퍼(W)의 표면에 레지스트액에 의한 스핀 코팅을 행하고, 그 후, 레지스트막을 건조하는데 있어서, 공기에 의한 다운 플로우를 행하는 한편, 웨이퍼(W)를, 레지스트막을 건조시키기 위한 회전수(이 예에서는 2600rpm)로 회전시키기 이전부터 웨이퍼(W)의 표면의 중심을 포함하는 직경 방향을 따라 공기보다 동적 점성 계수가 큰 층류 형성용 가스인 He 가스를 공급한다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 중심부를 향해 다운 플로우로 되어 웨이퍼(W)의 표면을 따라 중심부로부터 가장자리부로 넓어지는 공기 중에, He 가스가 혼합되고, 이 혼합 기체가 웨이퍼(W)의 표면 전체에 널리 퍼진다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 표면의 기류의 동적 점성 계수가 공기뿐인 경우에 비해, 예컨대, 1.5∼4배 정도 커진다. 웨이퍼(W)의 표면에 형성되는 층류 영역의 반경은 가스의 동적 점성 계수에 비례하기 때문에, 층류 영역이 넓어져, 12인치 크기의 웨이퍼이면 층류 영역 내에 충분히 들어가게 된다.
또한, 레지스트막의 용제는 웨이퍼(W)의 회전수를 건조하기 위한 회전수로 상승시킨 직후에 활발하게 증발하고, 또한 웨이퍼(W)의 표면을 따라 흐르는 와권류에서 웨이퍼(W)의 표면에 가까운 부분의 기류는 웨이퍼(W)의 중심부에 공급되는 가스에 의해 형성되고, 이 기류 상에 웨이퍼(W)의 중심부보다 외측 부분에 공급되는 가스의 기류가 적층되는 모습으로 된다. 따라서, 레지스트막 표면의 마무리는 웨이퍼(W)의 회전수가 건조를 위한 회전수로 된 직후에, 웨이퍼(W)의 중심부에 공급된 기체에 의한 기류에 의해 대개 결정된다. 본 실시예에서는, 웨이퍼(W)가 건조를 위한 회전수로 회전하기 시작했을 때에는, 웨이퍼(W)의 중심부에는 He 가스가 공급되어 있으므로, 웨이퍼(W)의 표면에서의 풍차 마크의 생성을 효과적으로 억제할 수 있어, 양호한 도포 처리를 행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 웨이퍼(W)의 크기가 대형화하여도, 풍차 마크의 생성을 억제 또는 회피할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 층류 형성용 가스의 공급을 가스 노즐에 의해 행하고 있기 때문에, 웨이퍼(W)가 놓여져 있는 분위기 전체를 He 가스 등에 의해 치환하는 경우에 비해, 가스의 소비량이 적게 된다. 또한, 가스의 치환에 긴 시간을 필요로 하지도 않는다. 또한, 다운 플로우의 분위기 중에 웨이퍼(W)를 배치하고, 웨이퍼(W)의 주위로부터 배기하도록 하고 있으므로, 웨이퍼(W) 상에 뚜껑을 마련하여 폐공간을 형성하는 수법과 같이 웨이퍼(W)로부터 비산한 미스트가 뚜껑에 부착되어 파티클 발생의 요인이 된다고 하는 문제도 없다.
또한, 가스 노즐(51)은 다공질을 거쳐 가스가 토출하도록 구성되어 있으므로(다공질에 의해 형성된 공간을 가스 토출 구멍으로 하고 있으므로), He 가스가 샤워 형상으로 웨이퍼(W)의 표면에 균일하게 공급된다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 표면에서의 He 가스의 압력 분포가 균일해져, 이 점으로부터도, 건조된 레지스트막의 표면이 원활하게 되어, 즉, 건조의 마무리가 양호하게 된다.
또, 공급원(64)에 저장되는 분위기 가스로는, 공기에 한정되지 않는다. 예컨대, 질소 가스나 Ar(아르곤) 가스가 저장되어, 이들 질소 가스나 Ar 가스에 의한 다운 플로우가 하우징(20) 내에 형성되어도 좋다.
또한, 층류 형성용 가스로서 가스 노즐(51)로부터 토출되는 가스는 분위기 가스로서 이용되는 가스보다도 동적 점성 계수가 큰 가스이면 좋고, He 가스 대신, 예컨대, 수소 등의 가스를 이용하여도 좋다. 또한, 층류 형성용 가스로서, He 가스와 공기의 혼합 가스, He 가스와 질소 가스의 혼합 가스 등을 이용하여도 좋다.
상술한 실시예에 있어서는, 웨이퍼(W)에 공급된 레지스트액을 레벨링한 후, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 상승시켰을 때에 He 가스를 공급하고 있다. 그러나, 레벨링 후, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 상승하고 나서 용제의 대부분이 증발하기까지의 동안에, 웨이퍼(W)의 표면에 상술한 He 가스와 공기의 혼합 기체에 의한 층이 형성 되어 있으면, 본 발명의 효과를 달성할 수 있다. 이 때문에, 예컨대, 레벨링의 도중부터 용제의 거의가 증발하기까지의 동안에 웨이퍼(W)에 He 가스를 토출하도록 하여도 좋다. 단, 레벨링 시에 웨이퍼(W)에의 He 가스의 토출을 시작하는 것보다, 상술한 실시예와 같이, 레벨링 종료 후에 건조 공정을 위해 웨이퍼(W)의 회전 속도를 상승시켜, 상기 건조 공정의 개시 시 또는 개시의 직전에 He 가스의 토출을 시작하는 편이, He 가스에 의한 웨이퍼(W)의 온도에의 영향이 억제되고, 보다 면내 균일성이 높은 레지스트막를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또, 도포 처리를 행하는 웨이퍼(W)의 표면의 면적을 S1로 하고, He 가스를 웨이퍼(W)에 공급할 때의 노즐(51)의 웨이퍼에의 투영 영역의 크기를 S2로 한 경우, 본 실시예에 있어서는, 투영 영역의 크기 S2는 노즐(51)의 하단면의 크기이다. S1에 대한 S2의 비 S2/S1은 보다 작을수록, 회전 도포를 행할 때에 비산하여 미스트 형상으로 된 레지스트액이 부착되기 어렵게 되고, 상기 레지스트액이 파티클로 되어 웨이퍼(W)에 낙하하는 것이 방지되기 때문에 바람직하다. 따라서, S2를 크게 했다고 해도, S2/S1은 1/2 이하인 것이 바람직하다.
또, 가스 노즐로는, 상술한 바와 같이 다공질을 이용한 가스 노즐(51)을 이용하는 것이 바람직하지만, 예컨대, 도 7a 이후에 나타내는 바와 같은 구성을 갖는 것을 이용하여도 좋다. 도 7a 및 도 7b는, 각각, 다른 가스 노즐(65)의 측면도 및 저면도를 나타내고 있다. 이 가스 노즐(65)은 원통형으로 구성되어 있다. 도면 중 도면부호(66)는 토출부이다. 도면 중 도면부호(67)는 가스 유로이며, 가스 노즐(65) 내에 상기 노즐(65)의 길이 방향을 따라 마련되고, 토출부(66)와 연통하고 있다. 이 가스 노즐(65)에 있어서는, 가스 유로(67)에 가스 공급관(54)의 일단이 접속되고, 웨이퍼(W)에 He 가스를 토출할 때에 토출부(66)가 웨이퍼(W)의 중심부를 향하도록 아암 본체(57)에 접속된다. 또, 가스 노즐(65)은, 예컨대, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 토출부(66)로부터 토출되는 가스가 웨이퍼(W)의 표면의 중심부에 수직하게 향하도록 수직으로 기립한 자세로 마련되어도 좋고, 또는, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 위쪽으로부터 경사져 아래쪽으로 향하는 자세로, 가스를 상기 중심부를 향해 토출하도록 마련되어도 좋다.
또한, He 가스를 공급하는 가스 노즐은, 예컨대, 도 9a 및 도 9b에 나타내는 가스 노즐(7)과 같은 구성으로 하여도 좋다. 도 9a 및 도 9b는, 각각, 가스 노즐(7)의 정면도 및 저면도를 나타내고 있다. 이 가스 노즐(7)은 상술한 가스 공급관(54)에 접속되는 가스 유로를 이루는 원통형의 수직 베이스부(71)와, 그 길이 방향의 중앙부에 상기 베이스부(71)의 하단이 접속된 수평관인 가스 공급부(72)를 구비한 역 T자 형상으로 구성되어 있다. 가스 공급부(72)의 하면에서는, 상기 가스 공급부(72)의 길이 방향 전체에 걸쳐, 다수의 구멍부로 이루어지는 토출부(73)가 간격을 두고 마련된다.
가스 노즐(7)은, 예컨대, 도 10a 및 도 10b에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)에 He 가스를 토출할 때에 각 토출부(73)가 웨이퍼(W)의 표면에 대향하고, 가스 공급부(72)의 일단 쪽이 웨이퍼(W)의 중심부 상에 위치하고, 또한 타단 쪽이 웨이퍼(W)의 가장자리부 상에 위치하여 가스 공급부(72)가 웨이퍼(W)의 반경을 커버하도록 마련된다. 그리고, 가스 공급관(54)으로부터 가스 노즐(7)에 공급되는 He 가스가, 토출부(73)로부터 도 10a 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 바로 아래를 향해 토출되고, 웨이퍼(W)의 중심부를 포함한 직경 방향을 따라 공급되게 되어 있다.
또, 가스 노즐은, 예컨대, 도 11a 및 도 11b에 나타내는 바와 같은 구성으로 하여도 좋다. 도 11a 및 도 11b는, 각각, 가스 노즐(74)의 정면도 및 횡단 평면도를 나타내고 있다. 이 가스 노즐(74)은 상술한 가스 노즐(7)과 대략 마찬가지로 구성되지만, 가스 공급부(72)의 하면에는 토출부(75)가 마련되지 않고, 그 대신, 가스 공급부(72)의 양 측면에, 가스 공급부(72)의 길이 방향 전체에 걸쳐, 다수의 구멍부로 이루어지는 토출부(75)가 간격을 두고 배열되어 있다. 이 가스 노즐(74)은 He 가스를 웨이퍼(W)로 토출할 때에, 예컨대, 도 11c에 나타내는 바와 같이, 각 토출부(75)로부터 He 가스가 수평으로 토출되고, 토출된 He 가스가 웨이퍼(W)의 표면을 따라 웨이퍼(W)의 중심부 상을 통과하도록 마련된다. 단, 토출부(75)와 웨이퍼(W)의 거리가 멀면, 본 발명의 작용 효과를 얻을 수 없다. 이 때문에, 토출부(75)의 중심과 웨이퍼(W)의 거리는, 예컨대, 5㎜∼15㎜로 된다.
또한, 가스 노즐은, 예컨대, 도 12에 나타내는 바와 같은 구성으로 하여도 좋다. 도 12a 및 도 12b는, 각각, 가스 노즐(76)의 정면도 및 저면도를 나타내고 있다. 이 가스 노즐(76)은, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 가스 노즐(7)과 대략 마찬가지로 구성되지만, 가스 토출부(73)에 부가하여, 가스 공급부(72)의 양 측면에도, 가스 공급부(72)의 길이 방향 전체에 걸쳐, 다수의 구멍부로 이루어지는 토출부(75)가 간격을 두고 배열되어 있다. 이 가스 노즐(76)도, 예컨대, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 가스 노즐(7)과 마찬가지로, 웨이퍼(W)에 He 가스를 공급할 때에 가스 공급부(72)가 웨이퍼(W)의 중심 및 그 반경을 커버하도록 마련되고, 토출부(75)로부터 He 가스가 수평 방향으로 토출되는 동시에 토출부(73)로부터 He 가스가 바로 아래를 향해 토출하게 되어 있다.
그런데, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 가장자리부를 향함에 따라, 웨이퍼(W)의 둘레 방향의 길이는 커진다. 이 때문에, He 가스의 밀도를 웨이퍼(W)의 면내에서 일률적으로 하기 위해서는, 웨이퍼(W)의 중앙 쪽으로부터 가장자리 쪽을 향함에 따라 He 가스의 유량을 크게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예컨대, 도 13a에 나타내는 바와 같은 가스 노즐(8)에 의해 웨이퍼(W)에 He 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 가스 노즐(8)은, 상술한 가스 노즐(7)과 대략 마찬가지로 구성되어 있고, 즉, 가스 노즐(7)과 마찬가지로 웨이퍼(W)에 He 가스를 토출할 때는 그 가스 공급부(72)가 웨이퍼(W)의 적어도 하나의 반경을 커버하도록 구성되어 있지만, 토출부(73)가 균일하게 마련되는 대신, 같은 구경을 갖는 토출부(81)가 웨이퍼(W)의 가장자리 쪽으로 갈수록 그 배열 밀도가 커지도록 가스 공급부(72)의 길이 방향을 따라 마련된다. 또, 이 예에서는, 도 13a 및 도 13b에 나타내는 바와 같이, 각 토출부(81)가, 웨이퍼(W)의 회전 방향을 따라, 아래쪽으로 경사지게 He 가스를 토출하도록 마련되지만, 웨이퍼(W)의 회전 방향과는 반대 방향으로 He 가스를 토출하도록 마련되어도 좋다. 또한, He 가스는 아래쪽으로 경사지게 토출되는 것에 한정되지 않고, 예컨대, 바로 아래를 향해 토출되어, 웨이퍼(W)의 중심부를 포함하는 직경 방향으로 공급되게 되어 있어도 좋다. 또, 예컨대, 웨이퍼(W)의 각 부분에 공 급되는 He 가스의 유량이 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리에 비례하도록, 토출부(81)의 배열 밀도가 설정될 수 있다.
또, 예컨대, 도 14a에 나타내는 바와 같은 가스 노즐(83)을 이용하여도 좋다. 이 가스 노즐(83)은 중공의 부채형의 블럭 형상으로 형성되어 있고, 그 상부에 가스 공급관(54)이 접속된다. 그리고, 부채형 블럭의 하면 전체에 걸쳐, 예컨대, 부채형 블럭의 직경 방향 및 둘레 방향으로 각각 간격을 두고, 같은 구경을 갖는 다수의 구멍부로 이루어지는 토출부(84)가 개구하고 있다. 여기서, 둘레 방향에서의 토출부(84)의 수는 내측 방향으로부터 외측 방향으로 향함에 따라, 증가하게 되어 있다. 또한, 가장 내측에 마련된 토출부(84)가 웨이퍼(W)의 중심부에 He 가스를 토출하게 되어 있다.
또한, 도 14b에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 회전 방향에 대하여 순방향의 소용돌이 형상으로 감는 것과 같은 중공의 블럭 형상으로 형성된 가스 노즐(85)을 이용하여도 좋다. 이 가스 노즐(85)의 하면에는, 예컨대, 간격을 두고, 다수의, 예컨대, 같은 구경의 구멍부로 이루어지는 토출부(86)가 마련된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 가장자리 쪽을 향할수록, He 가스의 토출 유량이 불어나게 되어 있다.
또, 웨이퍼(W)의 가장자리 쪽을 향할수록 He 가스의 토출 유량을 늘리기 위해서는, 같은 구경의 토출부를 가장자리 쪽으로 향할수록 배열 밀도가 커지도록 배열하는 것 외에, 예컨대, 가장자리 쪽에 배열된 토출부만큼 직경이 커지도록 각 가스 노즐을 구성하여도 좋다. 또한, 작은 구멍부를 나열하는 대신, 가스 공급부(예 컨대, 가스 공급부(72))의 길이 방향으로 신장하는 슬릿을 토출부로 형성하여도 좋다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 가장자리 쪽을 향할수록 He 가스의 토출 유량을 늘리기 위해서는, 웨이퍼(W)의 가장자리로 향할수록 슬릿 폭을 연속적으로 또는 단계적으로 크게 하면 좋다.
또는, 도 14a 및 도 14b에 나타낸 가스 노즐(83, 85)에서, 웨이퍼(W)에 면하는 하측의 벽부를 상술한 가스 노즐(51)의 측주벽과 마찬가지의 다공질 구조로 하여, 그들 벽부의 대략 전체로부터 아래쪽을 향해 대략 균일한 유속으로 He 가스가 토출되도록 하여도 좋다.
또한, 예컨대, 상술한 가스 노즐(65)에 의해 He 가스를 웨이퍼(W)에 공급할 때에, He 가스의 공급 위치를 중심부로부터 가장자리부로 이동시키도록 하여도 좋다. 구체적으로는, 예컨대, 건조 공정을 시작하고 나서 10초 후까지의 동안은, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심부 상에 가스 노즐(65)이 위치하여, 웨이퍼(W)의 중심부에 He 가스가 공급되는 한편, 그 후, 예컨대, 가스 노즐(65)이 수평 방향으로 이동하여 웨이퍼(W)의 가장자리부 상에서 정지하여, 상기 가장자리부에 He 가스가 공급되는 것으로 하여도 좋다. 또한, 가스 노즐(65)을, 예컨대, 수평면 내에서 회전 이동이 자유롭게 구성하여, He 가스가 공급되는 포인트를 웨이퍼(W)의 중심부로부터 웨이퍼(W)의 가장자리부로 이동할 수 있도록 하여도 좋다.
또, 본 실시예의 도포 장치(2)는 기판에 레지스트액을 공급하여 성막하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대, 약액으로서, 실리콘 산화막 등의 절연막을 성막하기 위해 절연막의 전구체를 포함하는 약액 등을 기판에 도포하는 경우에도 이용할 수 있다. 즉, 본 실시예의 도포 장치(2)는 널리 일반적인 약액을 도포하는 경우에도 적용 가능하다.
<실시예>
실시예 1에서는, 시판의 먹물과 시판의 중성 세제(상품명: Mama lemon)를 각각 1대1의 비율로 혼합하여 조제된 유액이, 레지스트액 대신, 공급원(44)에 저장되어, 액체 공급 노즐(41)로부터, 레지스트액 대신, 상기 유액이 웨이퍼(W)에 공급되는 도포 장치가 준비되었다. 상기 도포 장치의 그 밖의 구성은 상술한 도포 장치(2)와 마찬가지이다.
그리고, 상술한 실시예에 있어서의 레지스트액을 도포하는 순서에 따라, 상기 유액이 웨이퍼(W) 상에 도포되고, 상기 유액에 의한 유막이 형성되었다.
웨이퍼(W)는 그 직경이 300㎜인 것(12인치 사이즈 웨이퍼)이 이용된다(이후 설명되는 각 실시예의 웨이퍼(W)의 크기는 전부 직경 300㎜임). He 가스를 토출하는 가스 노즐로는, 도 7a에 나타낸 가스 노즐(65)이 사용되었다. 또한, 유액의 도포 처리 중에 있어서의 하우징(20) 내의 배기 유량은 2㎥/분으로 되었다. 그리고, 상술한 실시예와 대략 마찬가지의 순서로, 액체 공급 노즐(41)로부터 유액이 적하되고, 웨이퍼(W)에 유막이 형성되었다. 단, 유액의 적하를 시작하고 나서 레벨링을 종료하기까지의 시간은 20초로 되고, 또한, 레벨링 후의 건조 공정은 웨이퍼(W)의 회전수를 3000rpm으로 설정하여, 60초간 행해지고, 상기 건조 공정의 개시로부터 종료까지의 동안, 도 8a에 나타내는 위치에 가스 노즐(65)이 배치되어, 웨이퍼(W)의 중심부에 60초간 He 가스가 토출되었다. 또한, 가스 노즐(65)이 He 가스 를 토출할 때의 웨이퍼(W)의 표면으로부터 가스 노즐(65)의 토출부(66)까지의 높이는 2.5㎜로 되고, He 가스의 유량 Qin은 33L/분으로 되었다.
형성된 유막을 평가한 결과, 그 표면에는 풍차 마크도 He 가스의 토출 흔적도 관찰되지 않았다.
계속하여, 실시예 2로서, 도 11a 및 도 11b에 나타낸 가스 노즐(74)을 이용하여, 웨이퍼(W)에 He 가스를 공급할 때는, 도 11c에 나타내는 바와 같이, He 가스가 웨이퍼(W)의 표면을 따라 웨이퍼(W)의 중심부 상을 지나 토출되도록 하고, 실시예 1과 마찬가지로, 유액을 웨이퍼(W)에 공급하여, 유막이 형성되었다.
실시예 2에 있어서는, 웨이퍼(W)에 공급되는 He 가스의 유량 Qin의 값은 19L/분 또는 38L/분으로 되고, 각각 도포 처리가 행하여져, 형성된 유막의 평가가 행해졌다. 그 결과, Qin이 19L/분의 경우에는 풍차 마크가 유막에 형성되었지만, Qin이 38L/분의 경우에는 유막에 풍차 마크의 형성도 He 가스의 토출 흔적도 보이지 않았다.
계속하여, 실시예 3에서, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 가스 노즐(7)을 이용하여, 도 15a에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(7)의 하단으로부터 웨이퍼(W)의 표면까지의 높이 h2 및 토출부(73)의 중심 방향과 웨이퍼(W)가 회전하는 방향이 이루는 각 α을 각각 변화시켜, 각 웨이퍼(W)에, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 유막이 형성되었다. 이들 각 유막을 평가한 결과가 도 15b의 표에 표시되어 있다. 도 15b의 표에서, 횡축에는 상기 α의 값이, 종축에는 상기 h2의 값이 각각 기재되어 있다. 표 중 원(○)은, 형성된 유막에 풍차 마크도 He 가스의 토출 흔적도 형성되어 있지 않은 것을 나타내고, 사각형(□)은 풍차 마크는 형성되지 않았지만 He 가스의 토출 흔적이 형성되어 있는 것을 나타내고, 삼각형(▲)은 He 가스의 토출 흔적은 형성되지 않았지만 풍차 마크가 형성되어 있는 것을 나타내고 있다. 또, 실시예 3에 있어서, α를 50°, h2를 1㎜로 했을 때에 웨이퍼(W)에 공급된 He 가스의 유량은 19L/분으로 되고, α를 60°, h2를 8㎜로 했을 때의 He 가스의 유량은 30L/분으로 되었다. 또한, α을 90°, h2를 20㎜로 했을 때의 He 가스의 유량은 60L/분으로 되었다. 또한, α 및 h2가 그 외의 값인 경우는 He 가스의 유량은 27L/분으로 되었다.
도 15b의 표에 나타내는 바와 같이, h2가 1㎜∼20㎜의 범위로 각 α나 He 가스의 유량을 조절함으로써, 풍차 마크의 형성을 방지할 수 있었다. 또한, 표 중에 나타내는 바와 같이, h2와 α의 크기에 따라서는, He 가스의 토출 흔적이 웨이퍼(W)의 둘레 방향에 홈 형상으로 형성되었다. 단, 이러한 토출 흔적은 He 가스가 웨이퍼(W)에 충돌하는 포인트에 압력이 걸리는 것에 의해 형성되기 때문에, 예컨대, 토출부(73)를 슬릿 형상으로 형성하고, 이 슬릿으로부터 He 가스가 웨이퍼(W)의 중심부 및 그 반경을 커버하기 위해 토출되도록 하거나, 토출부(73)를 마련하는 대신 수평관인 가스 공급부(72)의 주벽을 상술한 가스 노즐(51)과 같이 다공질 구조로 하여, 그 구멍으로부터 He 가스를 토출하거나 하는 것에 의해, 이러한 토출 흔적의 부착은 막을 수 있다고 생각된다.
계속해서, 실시예 4-1로서, 상술한 실시예에서 나타낸 도포 장치(2)를 이용하여, 상술한 실시예의 순서와 대략 마찬가지의 순서로, 웨이퍼(W)에 대하여 ArF의 레지스트막의 성막 처리가 행해졌다. 적하된 레지스트액을 레벨링한 후의 건조 공정에서는, 도 16a에 나타내는 바와 같이, 상술한 실시예에서 설명된 가스 노즐(51)(도 1 내지 도 3 참조)을 이용하여, He 가스가 웨이퍼(W)의 중심부로부터 가장자리부에 걸쳐 직경 방향을 따라 토출되었다. 또한, 이 건조 공정에서의 웨이퍼(W)의 회전수는 2600rpm으로 되고, He 가스의 유량은 40L/분으로 되었다. 또한, 도 1에 h로 나타낸 가스 노즐(51)의 하단과 웨이퍼(W)의 거리는 2㎜로 되었다.
또한, 실시예 4-2로서, 상술한 실시예 4-1과 대략 마찬가지의 순서로, 웨이퍼(W)에 대하여 레지스트막의 성막 처리가 행해졌다. 단, 이 실시예 4-2의 가스 노즐(51)은, 도 16b에 나타내는 바와 같이, He 가스를 토출할 때에 가스 노즐(51)의 웨이퍼(W)의 가장자리부 상에 위치하는 단부가 커버(91)로 덮여, 웨이퍼(W)의 가장자리부를 향해서는 He 가스가 토출되지 않도록 했다.
다음에, 실시예 4-3으로서, 상술한 실시예 4-1 및 4-2와 대략 마찬가지로, 웨이퍼(W)에 대하여 레지스트막의 성막 처리가 행해졌다. 이 실시예 4-3에서는, 가스 노즐(51) 대신, 가스 노즐(92)이 이용되었다. 이 가스 노즐(92)은 가스 노즐(51)보다 그 주벽이 긴 것을 제외하고, 가스 노즐(51)과 마찬가지로 구성되어 있다. 웨이퍼(W)에 He 가스를 토출할 때에, 이 가스 노즐(92)은, 도 16c에 나타내는 바와 같이, 그 일단이 웨이퍼(W)의 가장자리부 상에 위치함과 아울러, 그 타단이 중심부 상을 충분히 지나도록 길게 구성되고, 웨이퍼(W)의 직경 상에 수평 방향으로 마련된다.
또한, 실시예 4-4로서, 실시예 4-3과 마찬가지로 가스 노즐(92)을 이용하여, 실시예 4-3과 마찬가지로 레지스트막의 성막 처리가 행해졌다. 단, He 가스를 토출할 때에, 가스 노즐(92)은, 도 16d에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 가장자리 상에 위치하는 그 일단보다 웨이퍼(W) 중앙 쪽의 그 타단이 높게 되도록 경사져 마련되었다.
계속해서, 비교예 4-1로서, 실시예 4-1과 마찬가지로, 도포 장치(2)를 이용하여 웨이퍼(W)에 레지스트막의 성막 처리가 행해졌다. 단, 도 17a에 나타내는 바와 같이, He 가스를 토출할 때에 가스 노즐(51)의 웨이퍼(W)의 중심부 상에 위치하는 쪽의 단부가 커버(91)로 덮여지고, 중심부를 향해서는 He 가스가 토출되지 않도록 했다.
또한, 비교예 4-2로서, 도 17b에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(51)의 양단이 커버(91)로 덮여지고, 웨이퍼(W)의 중심부 및 가장자리부를 향해 He 가스가 토출되지 않도록 했다.
도 18a 내지 도 18c는 실시예 4-1 내지 실시예 4-4 및 비교예 4-1 내지 4-2로 성막 처리된 웨이퍼(W)를 나타내는 도면이다.
실시예 4-1 내지 실시예 4-3에 있어서는, 도 18a에 나타내는 바와 같이, 각 웨이퍼(W)의 중심부 상에 He 가스의 토출 흔적(93)이 형성되고, 또한, 각 웨이퍼(W)의 가장자리부에 풍차 마크는 형성되지 않았다.
실시예 4-4에 있어서는, 도 18b에 나타내는 바와 같이, 풍차 마크도 He 가스의 토출 흔적(93)도 보이지 않았다.
비교예 4-1 및 비교예 4-2의 웨이퍼(W)에 있어서는, 도 18c에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 내측 영역에 풍차 마크(94)가 형성되어 있었다. 또한, 풍차 마크(94)가 형성된 부분의 외측의 부분은 난류에 노출되어, 이 난류의 흐름이 전사된 것에 의한 흔적이 다수 보였다.
따라서, 이들 실시예 4-1 내지 실시예 4-4 및 비교예 4-1 내지 비교예 4-2로부터, 중심부를 포함한 영역에 He 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(W)의 표면 근방의 기체의 동적 점성 계수가 상승하고, 층류의 형성 영역이 증대하여, 풍차 마크의 형성이 방지되고, 레지스트막의 막 두께가 균일해지는 영역을 확장할 수 있다는 것이 확인되었다.
또한, 실시예 4-1 내지 실시예 4-4로부터 명백한 바와 같이, 실시예 4-1 내지 실시예 4-3에서의 He 가스의 토출 흔적(93)에 대해서는, 가스 노즐(51)과 웨이퍼(W)의 거리를 조절하는 것에 의해 개선할 수 있다. 또, 이 토출 흔적(93)은 중심부에 공급되는 He 가스의 유량이 많기 때문에 압력이 걸리는 것에 의해 형성된 것이고, He 가스의 유량을 조절함으로써 개선할 수도 있다고 생각된다.
또한, 도포 장치(2)를 이용하여, He 가스의 공급 개시 타이밍과 공급 정지의 타이밍을 각각 변화시키고, 각 웨이퍼(W)에 레지스트막이 성막되었다. 도 19는 그 He 가스의 토출 및 정지의 타이밍, 웨이퍼(W)에 레지스트를 적하하는 타이밍, 레벨링을 시작하는 타이밍 및 레지스트액의 건조를 시작하는 타이밍을 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래프에서, 횡축은 시간을, 종축은 웨이퍼(W)의 회전수를 각각 나타내고 있다.
이 그래프에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 회전수를 2000rpm로 하여 웨 이퍼(W)에 레지스트액을 적하하고, 레지스트액을 적하하고 나서 3초 후에 웨이퍼(W)의 회전수를 100rpm으로 하여 레벨링을 10초간 실행하고, 그 후 웨이퍼(W)의 회전수를 2600rpm으로 하여 60초간 레지스트액의 건조가 행해졌다. 가스 노즐로는, 상술한 실시예와 마찬가지로, 가스 노즐(51)이 이용되고, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 가장자리부에 걸쳐 직경 방향으로 He 가스가 토출되도록 했다. 또한, 이 건조 공정에서의 He 가스의 유량은 40L/분으로 되었다. 또한, 도 1에 h로 나타낸 가스 노즐(51)의 하단과 웨이퍼(W) 거리는 2㎜로 되었다.
이상과 같은 조건에서, 실시예 5-1로서, 레벨링 개시로부터 5초 후에 He 가스의 토출이 시작되고, 건조 공정을 시작하고 나서 10초 후에 가스의 토출이 정지되었다. 실시예 5-2로는, 레벨링 공정의 개시와 동시에 He 가스가 토출되고, 건조 공정을 시작하고 나서 10초 후에 He 가스의 공급이 정지되었다. 실시예 5-3으로는, 레벨링 공정의 개시로부터 5초 전에 He 가스가 토출되고, 건조 공정을 시작하고 나서 10초 후에 He 가스의 공급이 정지되었다. 실시예 5-4로서는, 건조 공정의 개시와 동시에 He 가스가 토출되고, 토출하고 나서 5초 후에 He 가스의 공급이 정지되었다. 실시예 5-5로는, 건조 공정의 개시와 동시에 He 가스가 토출되고, 토출하고 나서 10초 후에 He 가스의 공급이 정지되었다. 실시예 5-6으로는, 건조 공정의 개시와 동시에 He 가스가 토출되고, 토출하고 나서 15초 후에 He 가스의 공급이 정지되었다.
결과적으로는, 실시예 5-1 내지 실시예 5-3 및 실시예 5-5 내지 실시예 5-6에 있어서, 도 18a에서 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 가장자리부에 토출 흔 적(93)이 형성되어 있었다. 한편, 실시예 5-4에 있어서는, 도 18c에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 내측 영역에 풍차 마크가 형성되어 있었다. 상술한 바와 같이, 건조 공정에서 He 가스를 공급하는 것이, 레지스트막의 균일성을 높이기 위해서는 바람직하다. 이들 실시예 5-1 내지 실시예 5-6으로부터, 건조 공정에서만 He 가스를 공급하여도, 충분한 시간 He 가스를 공급하면, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또, 실시예 5-4에 있어서는, He 가스의 공급 시간이 짧고, 레지스트막이 경화하기까지의 기간에 걸쳐 가스가 공급되지 않았기 때문에, 풍차 마크가 형성된 것으로 생각된다.
계속하여, 도포 장치(2)에서, 가스 노즐(51)의 높이(도 1에 나타내는 h의 크기), 가스 노즐(51)로부터 토출되는 He 가스의 유량 및 건조 공정에서의 웨이퍼(W)의 회전수를 각각 변화시켜, 상술한 실시예의 순서에 따라 각 웨이퍼(W)에 레지스트막을 성막했다. 실시예 6-1로서, h=5㎜, He 가스 유량=20L/분으로 설정했다. 실시예 6-2로서, h=5㎜, He 가스 유량=40L/분으로 설정했다. 실시예 6-3으로서, h=2㎜, He 가스 유량=20L/분으로 설정했다. 실시예 6-4로서, h=2㎜, He 가스 유량=40L/분으로 설정했다. 그리고, 실시예 6-1 내지 실시예 6-4의 건조 공정에서, 처리를 하는 웨이퍼마다, 그 회전수를 1600rpm∼3000rpm의 범위에서 100rpm마다 변화시켜, 성막 처리가 행해졌다. 또한, 비교예 6-1로서, 가스 노즐(51)로부터 He 가스 대신 N2 가스를 웨이퍼(W)에 대하여 유량40L/분으로 토출한 외에는 실시예 6-1과 마찬가지로, 성막 처리가 행해졌다. 가스 노즐(51)과 웨이퍼(W)의 거리 h는 5㎜로 되었다.
도 20의 표는 실시예 6-1 내지 실시예 6-4의 결과 및 비교예 6-1의 결과를 나타낸 것이다. 표 중 ○는 웨이퍼(W)에 풍차 마크가 형성되어 있지 않은 것을 나타내고 있다. 또한 ×는 풍차 마크가 형성되어 있는 것, ××은 풍차 마크 및 풍차 마크의 외측에 난류에 노출된 것에 의한 흔적이 형성되어 있는 것을 나타내고 있다. 이 표에 나타내는 바와 같이, 실시예 6-1에서는 2200rpm까지, 실시예 6-2에서는 2200rpm까지, 실시예 6-3에서는 2300rpm까지, 실시예 6-4에서는 2600rpm까지, 각각 풍차 마크의 형성이 억제되고, 양호한 성막 처리가 행해졌다. 또한, 실시예 6-1에서는 2500rpm까지, 실시예 6-2에서는 2500rpm까지, 실시예 6-3에서는 2800rpm까지, 실시예 6-4에서는 2900rpm까지, 웨이퍼(W) 상에서 난류의 형성이 억제되는 것을 알 수 있다. 그에 비해, 비교예 6-1에서는, 1800rpm까지만 풍차 마크의 형성이 억제되고, 2400rpm 이상의 회전수에서 난류가 발생한 것을 알 수 있다. 이상으로부터, He 가스를 웨이퍼(W)에 공급함으로써, 층류의 형성 영역이 확장되고, 웨이퍼(W)의 표면에서의 천이류 및 난류의 형성이 억제된다는 것을 알 수 있다.
계속해서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해, 비교예 7-1, 실시예 7-1 내지 실시예 7-3의 성막이 행해졌다. 도 21a는 이들 비교예 7-1, 실시예 7-1 내지 실시예 7-3에서 사용된 가스 노즐(101)의 구성에 대하여 나타내고 있다. 도면 중 도면부호(102)는 하면이 개구하고 있는 편평한 원통 형상으로 구성된 가스 공급 헤드이다. 그리고, 가스 공급 헤드(102)의 개구부를 덮도록, 예컨대, 다공질의 세라믹으로 구성된 가스 공급판(103)이 마련된다. 도 21b에 나타내는 바와 같이, 가스 공 급판(103)은 원형이며, 그 직경은 50㎜이다. 도면 중 도면부호(104)는 가스 공급 헤드(102) 및 가스 공급판(103)에 의해 둘러싸이는 통풍실이며, 가스 공급 헤드(102)의 상부 중앙에 접속된 가스 공급관(54)에 연통되어 있다. 가스 공급관(54)으로부터 통풍실(104)에 공급되는 He 가스는 가스 공급판(103)에 마련된 구멍을 통과하여, 도면 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 가스 공급판(103)의 하면 전체로부터 아래쪽을 향해 샤워 형상으로 토출된다.
계속해서, 비교예 7-1로서, 도 22a에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(51) 대신 가스 노즐(101)이 이용되고, 실시예 6-1 내지 실시예 6-4와 마찬가지의 순서에 따라, 레지스트의 건조 공정에서 각각 회전수를 변화시킨 웨이퍼(W)에 대하여, He 가스를 공급하면서 레지스트막의 성막이 행해졌다. 단, 비교예 7-1에 있어서는, He 가스를 웨이퍼(W)에 공급할 때, 가스 노즐(101)은 도면 중 도면부호(h3)로 나타낸 그 하단과 웨이퍼(W)의 표면과의 거리가 25㎜로 되는 높이 위치에 마련되었다. 또, 상기 높이 위치에서, 가스 노즐(101)의 가스 공급판(103)은 웨이퍼(W)에 대하여 평행이며, 웨이퍼(W)의 중심부를 덮고 있다. 또한, He 가스의 유량은 10L/분으로 설정되었다.
계속해서, 실시예 7-1로서, He 가스의 유량이 30L/분으로 된 이외에는 비교예 7-1과 마찬가지의 순서 및 마찬가지의 처리 조건으로, 각 웨이퍼(W)에 다른 회전수로 성막 처리가 행해졌다.
또한, 실시예 7-2로서, 도 22b에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(101) 대신 가스 노즐(95)이 이용되고, 상기 가스 노즐(95)로부터 He 가스가 공급되면서, 실시 예 7-1과 마찬가지로 각 웨이퍼(W)마다 그 레지스트의 건조 공정에서의 회전수를 변화시켜 레지스트막의 성막이 행해졌다. 이 가스 노즐(95)은 실시예 6-1 내지 실시예 6-4에서 이용되는 가스 노즐(51)과 대략 마찬가지로 구성되어 있지만, 그 길이는 가스 노즐(51)보다 짧고, 100㎜이었다. 또한, 가스 노즐(95)은 He 가스를 공급할 때에는 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따르도록 마련되지만, 도 22b에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심부 및 단부를 커버하지 않아, 웨이퍼(W)의 중심부에는 다운 플로우된 공기가 공급되게 되어 있다. 또한, 도면 중 도면부호(h4)로 나타낸 웨이퍼(W)의 표면으로부터 He 가스를 공급할 때의 가스 노즐(95)의 하단까지의 높이는 2㎜로 설정되고, He 가스의 유량은 30L/분으로 설정되었다.
또한, 실시예 7-3으로서, 도 22c에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(101) 및 가스 노즐(95)로부터 각각 He 가스를 공급하면서, 각 웨이퍼(W)마다 레지스트의 건조 공정에서의 회전수를 변화시켜, 레지스트막을 성막했다. 이 실시예 7-3에서는, 웨이퍼(W)에 He 가스를 공급할 때의 가스 노즐(101) 및 가스 노즐(95)의 위치가, 각각, 실시예 7-1 및 실시예 7-2와 마찬가지로 설정되었다. 또한, 가스 노즐(101)로부터의 He 가스의 유량, 가스 노즐(95)부터의 He 가스의 유량은 각각 10L/분, 30L/분으로 설정되었다.
비교예 7-1, 및 실시예 7-1 내지 실시예 7-3의 결과가, 표로서 도 23에 나타내어져 있다. 표 중 ○, ×, ××의 각 기호는, 도 20에서 이용된 각 기호와 동일한 의미를 나타내고 있다. 도 23의 표에 나타내는 바와 같이, 실시예 7-1에서는 2200rpm까지, 실시예 7-2에서는 2200rpm까지, 실시예 7-3에서는 2400rpm까지, 각각 풍차 마크의 형성이 억제되고, 양호한 성막 처리가 행해졌다. 또한, 비교예 7-1에 대해서는, 비교예 6-1과 같은 데이터를 나타내고, 이로부터, h3=25㎜에서 He 유량이 10L/분인 경우에는, 실질적으로 He를 흘리는 효과가 없다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 7-2의 결과로부터, He 가스는, 상술한 실시예 6-1 내지 실시예 6-4와 같이 웨이퍼(W)의 중심부에 공급되지 않아도, 풍차 마크의 발생을 억제한다는 것을 알 수 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 중심 위쪽 공간에 층류가 형성되어 있고, 또한 웨이퍼 표면이 분위기 가스(예컨대, 공기)로 채워져 있어 He가 없는 상태에서, 천이류가 발생하는 장소보다 상류측(웨이퍼의 중심 주변)의 위치로부터 He를 흘리면, 풍차 마크의 발생을 억제할 수 있는 것으로 생각된다.
또한, 상술한 비교예 4-1 및 비교예 4-2의 웨이퍼(W)의 표면에서는, 도 18c에 나타내는 바와 같이, 풍차 마크가 형성되어 레지스트의 막 두께가 불균일하게 되었다. 이것은 필터(61)로부터 다운 플로우된 공기도 커버(91)에 가려지게 되어 버려, 웨이퍼(W)의 중심 위쪽 공간에 층류가 공급되지 않았기 때문이라고 생각된다.
또한, 실시예 7-3과 마찬가지로, 가스 노즐(95)과 노즐(101)로부터 He 가스가 각각 웨이퍼(W)의 다른 위치, 이 예에서는 중심부와 중심부보다 외측의 영역에 공급되도록 구성된 경우에는, He 가스를 공급하는 가스 노즐(95) 및 노즐(101)로부터 웨이퍼(W)까지의 거리나, 각 노즐로부터 공급되는 가스 유량에 대하여, 이들 파라미터를 각각 독립적으로 조정할 수 있다. 이 때문에, 레지스트의 막 두께의 균일성을 보다 한층 향상시킬 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 중심부로부터 실시예 4-1 내지 실시예 4-3에서 볼 수 있는 것과 같은 He 가스의 토출 흔적(93)이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또, 실시예 7-2로부터 명백한 바와 같이, 가스 노즐(101)로부터는, He 가스 대신 공기를 토출하도록 하여도 좋다.
계속해서, 실시예 6-3 및 실시예 7-3에서 각각 동일한 회전수(2200rpm)로 처리된 웨이퍼(W)를 선택하고, 이들 웨이퍼(W)의 레지스트의 막 두께를 측정했다. 도 24는 각 웨이퍼에 대한 중심으로부터의 위치와, 상기 위치에서의 레지스트의 막 두께의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 그래프에 나타내는 바와 같이, 실시예 7-3에서 처리된 웨이퍼(W) 쪽이 레지스트막의 막 두께의 균일성은 높았다.
또, 상술한 각 실시예 및 각 비교예에서 나타내어진 He 가스의 유량은 공기 및 N2 가스의 유량을 측정하기 위한 간이(휴대형) 플로우미터에 의해 측정된 것이다. 따라서, He 가스의 실제의 유량은 각각 표시된 유량의 1.4배 정도로 큰 것으로 생각된다.

Claims (14)

  1. 도포 장치에 있어서,
    기판을 수평으로 보지하는 기판 보지부와,
    기판 보지부에 수평으로 보지된 기판의 중심부에 약액을 공급하는 약액 노즐과,
    원심력에 의해 기판의 전체 표면에 약액을 확장하여 도포하기 위해, 기판 보지부를 회전시키는 회전 기구와,
    기판 보지부에 수평으로 보지된 기판의 표면에, 분위기 가스의 다운 플로우를 형성하는 기류 형성 유닛과,
    기판 주위의 분위기를 배기하는 배기 유닛과,
    분위기 가스보다도 동적 점성 계수(coefficient of kinematic viscosity)가 큰 층류 형성용 가스를 기판의 표면에 공급하는 가스 노즐을 구비하고,
    상기 분위기 가스 또는 상기 층류 형성용 가스는 기판의 중심부에 공급되게 되어 있는 것을 특징으로 하는
    도포 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 기판 중심부의 상방의 위치로부터 기판의 직경 방향을 따라 개구하는 가스 토출부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    도포 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 기판 중심부의 상방의 위치로부터 기판의 직경 방향을 따라 배열된 다수의 구멍으로 이루어지는 가스 토출부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    도포 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 다공질체를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    도포 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 기판의 중심부보다 기판의 가장자리에 가까운 영역에서, 토출 유량이 더 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는
    도포 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 기판의 중심부와 상기 중심부로부터 떨어져 있는 영역의 양쪽에, 층류 형성용 가스를 공급하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    도포 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 기판의 중심부로부터 떨어져 있는 영역에 층류 형성용 가스를 공급하도록 구성되어 있고,
    상기 기판의 중심부는 분위기 가스의 다운 플로우에 노출되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    도포 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 노즐과는 별개로, 기판의 중심부에 층류 형성용 가스 또는 분위기 가스를 공급하기 위한 제 2 가스 노즐이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    도포 장치.
  9. 기판에 약액을 도포하는 방법에 있어서,
    기판을 기판 보지부에 수평으로 보지시키는 공정과,
    기판 보지부에 보지된 기판의 표면에 분위기 가스의 다운 플로우를 형성하면서 기판 주위의 분위기를 배기하는 공정과,
    기판의 중심부에 약액 노즐로부터 약액을 공급하고, 기판 보지부를 회전시켜, 원심력에 의해 기판의 표면에 약액을 확장하여 도포하는 도포 공정과,
    상기 도포 공정 후, 기판을 회전시키고 있는 상태에서, 상기 분위기 가스보다도 동적 점성 계수가 큰 층류 형성용 가스를 가스 노즐로부터 기판의 표면에 공급함과 아울러, 기판 보지부에 보지된 기판의 표면에 분위기 가스의 다운 플로우를 형성하면서 기판의 중심부에 상기 분위기 가스 또는 상기 층류 형성용 가스를 공급하여, 약액을 건조시키는 건조 공정을 구비한 것을 특징으로 하는
    도포 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    층류 형성용 가스를 기판의 표면에 공급함과 아울러 기판의 중심부에 상기 분위기 가스 또는 상기 층류 형성용 가스를 공급하는 타이밍은 약액을 건조시키기 위한 회전수로 기판이 회전하기 시작한 시점 또는 상기 시점보다 이전인 것을 특징으로 하는
    도포 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 기판 중심부의 상방의 위치로부터 기판의 직경 방향을 따라 개구하는 가스 토출부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    도포 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 기판 중심부의 상방의 위치로부터 기판의 직경 방향을 따 라 배열된 다수의 구멍으로 이루어지는 가스 토출부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    도포 방법.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 다공질체를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    도포 방법.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은 기판의 중심부보다 기판의 가장자리에 가까운 영역에서, 토출 유량이 더 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는
    도포 방법.
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