KR102647064B1 - 도포막 형성 방법, 도포막 형성 장치 및 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

기판을, 연직축을 중심으로 회전 가능한 기판 유지부에 수평하게 유지하는 공정과,
기판의 중심부에 도포액을 공급함과 함께 기판을 제1 회전 속도로 회전시켜서 원심력에 의해 도포액을 확산시키는 공정과,
계속해서 기판을 제1 회전 속도로부터 제2 회전 속도를 향해서 감속하고, 당해 제2 회전 속도로 회전시켜서 도포액의 액막의 표면을 고르게 하는 공정과,
상기 기판을 제2 회전 속도로 회전시키고 있을 때 기판의 표면에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 공정과,
그 후 기판을 제2 회전 속도보다도 빠른 제3 회전 속도로 회전시켜서 건조시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도포막 형성 방법.

Description

도포막 형성 방법, 도포막 형성 장치 및 기억 매체{COATING FILM FORMING METHOD, COATING FILM FORMING APPARATUS, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 기판에 공급된 도포액을 기판의 회전에 의해 확산시켜 도포막을 형성하는 기술에 관한 것이다.
기판에 도포막, 예를 들어 레지스트막을 형성함에 있어서, 스핀 코팅이라고 불리는 방법이 널리 사용되고 있다. 이 방법에서는, 스핀 척에 유지되어 회전하는 기판의 표면의 중심부에 도포액인 레지스트를 공급하고, 그 원심력에 의해 레지스트액을 기판의 주연부로 확산시키고, 그 후에도 기판의 회전을 계속해서 기판 표면의 액막을 건조시킴으로써, 레지스트막을 형성하고 있다. 레지스트막의 완성 막 두께(목표 막 두께)는, 기판의 회전수나 레지스트액의 점도에 의해 조정된다.
공장에서는 동일한 레지스트액, 즉 레지스트액 및 용매의 종류 및 점도가 동일한 레지스트액을 사용하여, 프로세스마다 다양한 막 두께의 레지스트막을 형성하는 요청이 있다. 그런데, 기판의 표면에 스핀 코팅에 의해 성막할 때, 기판의 회전수가 너무 높으면, 기판 상에 형성되는 기류에 의해 막의 표면이 흐트러질 우려가 있다. 한편, 회전수가 너무 낮으면 건조에 필요로 하는 시간이 길어지는 문제가 있다.
이러한 것으로부터, 기판의 회전수의 사용 범위가 한정되어 있어, 동일한 레지스트액을 사용해서 형성되는 레지스트막의 막 두께의 조정 범위가 제한된다. 이 때문에, 상기 조정 범위를 초과하는 막 두께의 레지스트막을 형성할 때는, 점도가 상이한 레지스트액을 준비할 필요가 있다. 이 경우에는, 레지스트액의 점도마다 도포액 라인을 준비하거나, 공통의 도포액 라인을 사용하는 경우에는 레지스트액의 탱크의 교환이 필요해져, 장치의 대형화나 작업의 번잡함을 초래할 우려가 있다.
특허문헌 1에는, 기판에 형성된 막이 두꺼운 영역에 용제 가스를 공급하고, 막이 얇은 영역에 건조 가스를 공급하여, 막 두께를 균일화하는 기술이 기재되어 있다. 그러나, 이 특허문헌 1에는, 형성되는 도포막의 평균 막 두께를 조정하는 기술에 대해서는 기재되어 있지 않다.
일본 특허 제 4805758호 공보
본 발명은, 스핀 코팅법에 의해 기판에 도포막을 형성함에 있어서, 도포막의 막 두께를 조정할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 도포막 형성 방법은, 기판을, 연직축을 중심으로 회전 가능한 기판 유지부에 수평하게 유지하는 공정과,
기판의 중심부에 도포액을 공급함과 함께 기판을 제1 회전 속도로 회전시켜서 원심력에 의해 도포액을 확산시키는 공정과,
계속해서 기판을 제1 회전 속도로부터 제2 회전 속도를 향해서 감속하고, 당해 제2 회전 속도로 회전시켜서 도포액의 액막 표면을 고르게 하는 공정과,
상기 기판을 제2 회전 속도로 회전시키고 있을 때 기판의 표면에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 공정과,
그 후 기판을 제2 회전 속도보다도 빠른 제3 회전 속도로 회전시켜서 건조시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도포막 형성 장치는, 기판을 수평하게 유지하는 기판 유지부와,
상기 기판 유지부를 연직축을 중심으로 회전시키는 회전 기구와,
상기 기판에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 도포액 노즐과,
기판의 표면에 도포액의 유동성을 낮추기 위한 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 기판의 중심부에 도포액을 공급함과 함께 기판을 제1 회전 속도로 회전시켜서 원심력에 의해 도포액을 확산시키는 스텝과, 계속해서 기판을 제1 회전 속도로부터 제2 회전 속도를 향해서 감속하고, 당해 제2 회전 속도로 회전시켜서 기판의 표면을 고르게 하는 스텝과, 상기 기판에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 스텝과, 그 후 제2 회전 속도보다도 빠른 제3 회전 속도로 회전시켜서 건조시키는 스텝을 실행하기 위한 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기억 매체는, 기판에 도포막을 형성하는 도포막 형성 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억한 기억 매체이며,
상기 프로그램은, 상술한 도포막 형성 방법을 실행하기 위한 스텝이 짜여져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도포막 형성 방법은,
연직축을 중심으로 회전 가능한 기판 유지부에 기판을 수평하게 유지하는 공정과,
계속해서 기판을 회전시키면서 기판의 중심부에 도포액을 공급하는 공정과,
도포액의 공급의 종료 시의 기판의 회전수에 대하여 ±50rpm의 범위의 회전수로 기판을 회전시킴으로써 도포액의 액막을 고르게 하는 공정과,
상기 도포액의 액막을 고르게 하는 공정을 행하고 있을 때 기판의 표면에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 공정과,
그 후, 도포막의 막 두께를 목표 막 두께로 하기 위해서, 기판의 회전수를 도포액의 공급의 종료 시의 회전수 및 도포액의 액막을 고르게 하는 공정 시의 회전수의 어느 것보다도 높은 회전수로 유지하는 공정과,
그 후, 기판의 회전수를 감속해서 도포막을 건조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 도포막 형성 장치는,
기판을 수평하게 유지하는 기판 유지부와,
상기 기판 유지부를 연직축을 중심으로 회전시키는 회전 기구와,
상기 기판에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 도포액 노즐과,
기판의 표면에 도포액의 유동성을 낮추기 위한 가스를 공급하는 가스 공급부와,
기판을 회전시키면서 기판의 중심부에 도포액을 공급하는 스텝과, 도포액의 공급의 종료 시의 기판의 회전수에 대하여 ±50rpm의 범위의 회전수로 기판을 회전시킴으로써, 도포액의 액막을 고르게 하는 스텝과, 상기 도포액의 액막을 고르게 하는 스텝을 행할 때 기판의 표면에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 스텝과, 그 후, 도포막의 막 두께를 목표 막 두께로 하기 위해서, 기판의 회전수를 도포액의 공급의 종료 시의 회전수 및 도포액의 액막을 고르게 하는 스텝 시의 회전수의 어느 것보다도 높은 회전수로 유지하는 스텝과, 그 후, 기판의 회전수를 감속해서 도포막을 건조하는 스텝을 실행하기 위한 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 기억 매체는,
연직축을 중심으로 회전 가능한 기판 유지부에 수평하게 유지된 기판의 표면에 도포액을 공급해서 도포막을 형성하는 도포막 형성 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억하는 기억 매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램은, 본 발명의 도포막 형성 방법을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 스핀 코팅법에 있어서, 고속 회전에 의해 도포액을 기판 상에 확산시킨 후, 저속 회전으로 하고, 기판의 표면을 고르게 함과 함께 기판의 표면에 가스를 공급하고, 다음으로 기판의 회전 속도를 올려서 도포막을 건조하고 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 도포액을 기판에 공급한 후, 도포액의 공급의 종료 시의 회전수에 대하여 ±50rpm의 범위에서 기판을 회전시킴으로써, 기판 표면의 액막을 고르게 함과 함께, 기판의 표면에 가스를 공급하여, 도포액의 유동성을 낮추고 있다. 계속해서, 일단 회전수를 올려서 막 두께를 조정한 후, 감속해서 도포막을 건조함으로써 도포막을 형성하고 있다. 따라서, 기판의 회전수의 제어에 의한 막 두께의 조정 외에도, 기판의 표면에 가스를 공급함으로써 액막의 유동성을 바꾸어서 막 두께의 조정을 할 수 있기 때문에, 1개의 도포액으로 보다 넓은 범위의 막 두께의 도포막을 성막할 수 있다.
도 1은 본 발명의 도포막 형성 장치의 일 실시 형태를 나타내는 종단 측면도이다.
도 2는 도포막 형성 장치의 평면도이다.
도 3은 도포막 형성 장치에 사용되는 가스 노즐을 도시하는 측면도와 저면도이다.
도 4은 웨이퍼의 회전수의 타임차트, 용제 및 레지스트액의 공급/중단, 건조 가스의 공급의 온/오프 및 링 플레이트의 높이 위치를 도시하는 설명도이다.
도 5은 건조 가스 공급부의 다른 예를 나타내는 측면도이다.
도 6는 실시예 및 비교예에서 성막된 막의 막 두께를 도시하는 특성도이다.
도 7는 웨이퍼의 회전수, 레지스트액 및 가스의 공급의 온/오프의 타임차트를 도시하는 설명도이다.
도 8는 레지스트막의 형성 처리의 공정을 도시하는 설명도이다.
도 9은 도포막 형성 장치에 사용되는 링 플레이트의 다른 예를 나타내는 종단 측면도이다.
도 10은 링 플레이트의 다른 예를 도시하는 평면도이다.
도 11은 웨이퍼의 회전수의 타임차트의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
본 발명의 도포막 형성 장치의 일 실시 형태에 대해서, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)(W)에 대하여 도포막인 레지스트막을 형성하는 예를 사용해서 설명한다. 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 도포막 형성 장치(1)는, 예를 들어 직경이 300mm인 웨이퍼(W)를 유지해서 회전시키는 기판 유지부를 이루는 스핀 척(11)을 구비하고 있다. 이 스핀 척(11)은, 웨이퍼(W)의 이면 중앙부를 흡착해서 웨이퍼(W)를 수평하게 유지함과 함께, 샤프트(12)에 의해 접속된 회전 기구(13)에 의해 연직축을 따라 평면에서 볼 때 시계 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있다.
스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 주위에는 컵(2)이 설치되어 있다. 컵(2)은, 배기관(21)을 통해서 배기됨과 함께, 액체 배출관(22)에 의해, 웨이퍼(W)로부터 컵(2) 내에 흘러 떨어진 액체가 제거되도록 되어 있다. 도면 중 23은 승강 핀이며, 승강 기구(24)에 의해 승강함으로써, 도시하지 않은 웨이퍼(W)의 반송 기구와, 스핀 척(11)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하도록 구성되어 있다.
컵체(2)는, 상기 원형판(15)의 주위에 단면 형상이 산형의 링 형상으로 설치된 산형 가이드부(29)를 구비하고, 산형 가이드부(29)의 외주단으로부터 하방으로 신장되도록 환 형상의 수직 벽(28)이 설치되어 있다. 산형 가이드부(29)는, 웨이퍼(W)로부터 흘러 떨어진 액을, 웨이퍼(W)의 외측 하방으로 가이드한다.
또한, 산형 가이드부(29)의 외측을 둘러싸도록 수직인 통 형상부(27)와, 이 통 형상부(27)의 상부 테두리로부터 내측 상방을 향해서 비스듬히 신장되는 상측 가이드부(26)가 설치되어 있다. 상측 가이드부(26)에는, 둘레 방향으로 복수의 개구부(25)가 형성되어 있다. 또한, 통 형상부(27)의 하방측은, 산형 가이드부(29) 및 수직 벽(28)의 하방에 단면이 오목부형이 되는 링 형상의 액 수용부(19)가 형성되어 있다. 이 액 수용부(19)에서는, 외주측에 배기관(21)가 접속됨과 함께, 배기관(21)보다도 내주측에는, 액체 배출관(22)이 하방으로부터 돌입하는 형태로 설치되어 있다.
또한 상측 가이드부(26)의 기단측 주연으로부터 상방으로 신장되도록 통 형상부(18)가 설치되고, 이 통 형상부(18)의 상부 테두리로부터 내측 상방으로 신장되도록 경사 벽(17)이 설치된다. 당해 웨이퍼(W)의 회전에 의해 비산된 액은, 경사 벽(17), 상측 가이드부(26) 및 수직 벽(28)에 의해 받아들여져서 배기관(21)에 도입된다.
도포막 형성 장치(1)는, 도포액 및 용제를 공급하기 위한 노즐 유닛(3)을 구비하고 있다. 노즐 유닛(3)의 선단부에는, 도포액을 토출하기 위한 도포액 노즐(30)과, 용제를 토출하기 위한 용제 노즐(31)이 설치되어 있다. 도포액으로서는 예를 들어 점도가 1kg/m·s(1000cp) 이상인 레지스트액, 용제로서는 프리웨트용의 용제, 예를 들어 레지스트액의 용매가 각각 사용된다. 도포액 노즐(30) 및 용제 노즐(31)은, 각각 공급로(32, 34)를 통해서 도포액 공급 기구(33), 용제 공급 기구(35)에 접속되어 있다. 도포액 공급 기구(33) 및 용제 공급 기구(35)는, 예를 들어 펌프, 밸브, 필터 등의 기기를 구비하고 있고, 도포액 노즐(30) 및 용제 노즐(31)의 선단으로부터 각각 레지스트액 및 용제를 소정량 토출하도록 구성되어 있다.
이들 도포액 노즐(30) 및 용제 노즐(31)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 이동 기구(36)에 의해 승강 또한 수평 방향으로 이동 가능하게 구성된 공통의 아암(37)에 지지되어, 웨이퍼(W)의 중심부 상과 컵(2)의 외측의 퇴피 위치와의 사이에서 이동 가능하게 구성되어 있다. 도면 중 38은, 이동 기구(36)가 상기와 같이 수평 방향으로 이동하기 위한 가이드이다. 퇴피 위치에는 예를 들어 대기 버스(39)가 설치되어 있다.
또한, 도포막 형성 장치(1)는, 가스를 공급하기 위한 가스 노즐(4)을 구비하고 있다. 가스는 레지스트액의 유동성을 낮추기 위한 것으로, 예를 들어 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스가 사용된다. 도 3의 (a)는 가스 노즐(4)의 측면도, 도 3의 (b)는 가스 노즐(4)의 저면도이다. 이 도에 도시한 바와 같이, 가스 노즐(4)은, 예를 들어 편평한 원통 형상의 버퍼실(41)을 구비하고, 버퍼실(41)의 하면에는 다수의 가스 토출 구멍(42)이 분산되어 형성되어 있다. 버퍼실(41)의 상면의 중앙부에는, 예를 들어 원통 형상의 가스 도입부(43)가 설치되어 있고, 이 가스 도입부(43)는, 공급로(44)를 통해서 가스 공급 기구(45)에 접속되어 있다.
가스 공급 기구(45)는, 예를 들어 밸브나 가스의 가열 기구 등의 기기를 구비하고 있고, 가스 노즐(4)로부터 예를 들어 60℃로 가열된 가스를 샤워 형상으로 토출하도록 구성되어 있다. 가열 기구는, 예를 들어 가스의 유로의 주위에 예를 들어 히터로 이루어지는 가열부를 설치해서 구성되어, 가스가 당해 유로를 통과함으로써 가열되도록 되어 있다. 이 예의 가스 노즐(4)은, 버퍼실(41)을 통해서 복수의 가스 토출 구멍(42)으로부터 가스를 샤워 형상으로 토출하고 있기 때문에, 저유량의 가스가 높은 유속으로 광범위하게 공급된다. 가스 노즐(4), 공급로(44) 및 가스 공급 기구(45)는, 가스 공급부를 구성하는 것이다. 가스 노즐(4)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 이동 기구(46)에 의해 승강 또한 수평 방향으로 이동 가능하게 구성된 아암(47)에 지지되어, 웨이퍼(W) 상의 위치와 컵(2)의 외측의 퇴피 위치와의 사이에서 이동 가능하게 구성되어 있다. 도면 중 48은, 이동 기구(46)가 상기와 같이 수평 방향으로 이동하기 위한 가이드이다.
도포막 형성 장치(1)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 환 형상 부재인 링 플레이트(5)를 구비하고 있다. 이 링 플레이트(5)는, 원판의 중심부에 예를 들어 직경 100mm 내지 200mm의 원형의 개구부(51)가 형성된 환 형상으로 형성되어 있다. 링 플레이트(5)는, 스핀 척(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 주연부의 상방측을 덮도록 당해 주연부를 따라 형성되고, 링 플레이트(5)의 중심, 즉 개구부(51)의 중심이 스핀 척(11)의 회전축 상에 위치하도록 설치되어 있다.
이 링 플레이트(5)는, 지지 부재(52)에 의해 수평한 자세로 지지됨과 함께, 지지 부재(52)를 승강시키는 이동 기구(53)에 의해, 도 1에 쇄선으로 나타내는 상승 위치와, 실선으로 나타내는 하강 위치와의 사이에서 승강 가능하게 구성되어 있다. 이 예에서는, 하강 위치가 링 플레이트(5)가 웨이퍼(W)의 주연부 상방을 덮는 위치, 상승 위치가 대기 위치에 각각 상당한다. 하강 위치에 있어서의 링 플레이트(5)의 하면과 웨이퍼(W) 표면과의 거리는, 예를 들어 0.5mm 내지 50mm로 설정된다. 또한, 링 플레이트(5)에는, 가스 노즐(4)이 웨이퍼(W)의 반경 상을 수평 방향으로 이동하는 이동 영역을 형성하기 위해서, 그 둘레 방향의 일부에 내주로부터 외주에 걸친 절결부(54)가 형성되어 있다.
상술한 컵(2), 노즐 유닛(3) 및 가스 노즐(4)의 이동 영역은, 도시하지 않은 하우징 내에 형성되고, 하우징의 천장부에는, 도 1에 도시한 바와 같이 팬 필터 유닛(FFU)(14)이 설치되어 있다. FFU(14)는, 컵(2)을 향해서 청정한 기체를 다운 플로우로서 공급하도록 구성되어 있다.
또한, 도포막 형성 장치(1)는, 제어부(6)를 구비하고 있다. 이 제어부(6)는, 예를 들어 컴퓨터로 이루어지고, 도시하지 않은 프로그램 저장부를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 후술하는 도포막의 형성 처리를 행할 수 있도록 명령(스텝 군)이 짜여진 프로그램이 저장되어 있다. 프로그램에는 처리 수순을 앞서 설명한 레시피도 포함되고, 이 프로그램에 의해 제어부(6)로부터 도포막 형성 장치(1)의 각 부에 제어 신호가 출력됨으로써, 상기 각 부의 동작이 제어된다. 구체적으로는, 회전 기구(13)에 의한 웨이퍼(W)의 회전수의 변경, 노즐 유닛(3) 및 가스 노즐(4)의 이동, 도포액 공급 기구(33) 및 용제 공급 기구(35)로부터 도포액 노즐(30) 및 용제 노즐(31)에의 도포액(레지스트액) 및 용제의 공급/중단, 가스 공급 기구(45)로부터 가스 노즐(4)에의 가스의 공급/중단 및 링 플레이트(5)의 승강 등의 각 동작이 제어된다. 프로그램은, 예를 들어 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그네트 옵티컬 디스크 또는 메모리 카드 등의 기억 매체에 수납된 상태에서 프로그램 저장부에 저장된다.
도포막 형성방법
[제1 실시형태]
계속해서 레지스트 도포 장치의 작용에 대해서 설명한다. 도 4의 최상단은, 웨이퍼(W)의 회전 속도의 경과 시간에 대한 프로파일을 나타내고 있다. 당해 그래프의 종축의 값은, 웨이퍼(W)의 회전 속도(rpm)(회전수/분)인데, 이 그래프는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서, 속도 패턴을 시각적으로 기재한 것으로서, 실제 기기에 있어서의 회전 속도의 패턴을 충실하게 반영시킨 것은 아니다. 또한, 2단째 이후의 그래프는, 상단측으로부터 용제의 공급, 정지를 나타내는 타임차트, 레지스트액의 공급, 정지를 나타내는 타임차트, 건조 가스의 공급, 정지를 나타내는 타임차트 및 링 플레이트(5)의 위치를 나타내는 타임차트이다.
먼저 링 플레이트(5)가 상승 위치에 위치하는 상태에서, 예를 들어 직경 300mm 웨이퍼(W)가 레지스트 도포 장치의 외부에 설치된 도시하지 않은 반송 기구에 의해, 레지스트 도포 장치에 반입된다. 또한 이때 상술한 바와 같이 FFU(14)에 의해 컵(2)를 향해서, 다운 플로우가 형성된다.
그리고, 웨이퍼(W)는 외부의 반송 기구와 승강 핀(23)과의 협동 작용에 의해, 스핀 척(11)에 적재된다. 이 동작도 포함해서, 일련의 동작은 제어부(6) 내의 프로그램에 의해 실행된다.
웨이퍼(W)가 스핀 척(11)에 적재되면, 계속해서 노즐 유닛(3)이 이동하고, 용제 노즐(31)이 웨이퍼(W)의 중심부의 상방에 위치한다. 그 후, 도 4에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)를 예를 들어 1000rpm의 회전 속도로 회전시키면서, 시각 t1에서 용제 노즐(31)로부터, 웨이퍼(W)의 중심부에 용제를 공급한다. 공급된 용제는 웨이퍼(W)의 회전에 의한 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주연부를 향해서 단숨에 확산되어, 웨이퍼(W)의 표면 전체가 젖은 상태로 된다.
계속해서 시각 t2에서, 웨이퍼(W)를 예를 들어 3000rpm의 속도까지 가속한다. 또한 도포액 노즐(30)을 웨이퍼(W)의 중심부 상방에 위치시키고, 3000rpm의 회전 속도에 도달한 후, 시각 t3에서, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이 도포액 노즐(30)로부터 레지스트액을 웨이퍼(W)의 중심부를 향해서 공급한다. 이에 의해 웨이퍼(W)의 중심부에 토출된 레지스트액은, 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면을 따라 중심부로부터 주연부를 향해서 확산된다.
그 직후의 시각 t4로부터, 웨이퍼(W)의 회전 속도를, 예를 들어 500rpm까지 단숨에 감속시킨다. 또한 가스노즐(4)을 웨이퍼의 중심으로부터 예를 들어 50mm 이격된 위치에 가스를 공급하도록 이동한다. 웨이퍼(W)의 회전 속도가 500rpm에 달한 시각 t4 후, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 예를 들어 7초간 500rpm으로 유지하는 리플로우 공정을 행한다. 리플로우 공정이란, 웨이퍼(W)를 저속 회전시켜서, 도포액의 액면의 표면을 고르게 하는 공정이다. 또한 시각 t4로부터 리플로우 공정과 병행하여, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이 가스 노즐(4)을 웨이퍼(W)의 중심으로부터 50mm의 위치와 웨이퍼(W)의 주연의 위치(웨이퍼(W)의 중심으로부터 150mm)를 반복해서 왕복시키면서, 예를 들어 건조 가스를 7초간 공급한다. 이때 웨이퍼(W)의 표면에 확산된 레지스트액의 막은, 건조 가스가 분사됨으로써, 레지스트액의 막에 포함되는 용제가 휘발하여, 점도가 높아지기 때문에 유동성이 떨어진다.
그 후, 시각 t5에서, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 제3 회전 속도, 예를 들어 1800rpm까지 상승시킨다. 그리고, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 1800rpm에 도달한 시각 t6에서, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이 링 플레이트(5)를 하강 위치로 하강시켜, 예를 들어 10초간 이 상태에서 유지한다. 이때 웨이퍼(W)가 고속으로 회전하고 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 주위는 부압 분위기가 된다. 그에 의해 FFU(14)로부터 공급된 청정 분위기 형성용의 다운 플로우를 이루는 기체는, 링 플레이트(5)의 개구부(51)를 통해서 웨이퍼(W)의 표면의 중앙부에 공급되어, 웨이퍼(W)의 주연부를 향해서 흐르는 기류를 형성한다. 웨이퍼(W)의 주연부에 흐른 상기 기류는, 컵(2)에 유입되어, 액체 배출관(22)에 의해 배기된다. 이 기류에 의해 웨이퍼(W)의 표면의 레지스트액의 막은 더 건조되어, 레지스트막이 성막된다.
웨이퍼(W)의 회전 속도를 빠르게 할수록 웨이퍼(W) 상의 기류가 난류로 되기 쉬워지는데, 링 플레이트(5)의 하면에 의해, 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주연부를 향하는 기류의 유로의 높이가 제한되어 있기 때문에, 기류가 난류로 되기 어려워진다. 따라서 레지스트액의 막의 표면에 있어서, 난류에 의한 막의 흐트러짐이 억제되어, 막 두께의 균일성이 양호해진다.
또한 웨이퍼(W)의 회전 속도를 예를 들어 1800rpm까지 높임으로써, 레지스트액은 웨이퍼(W)의 표면에 더 확대되지만, 건조 가스가 분사되고 있기 때문에 유동성이 떨어져 있다. 그 때문에 웨이퍼(W)의 고속 회전에 의해, 레지스트액을 확대시키고자 했을 때, 레지스트막이 얇아지기 어렵게 되어 있다. 따라서, 일련의 스텝을 종료해서 얻어지는 레지스트막은, 건조 가스를 공급하지 않고 얻어진 레지스트막에 비하여, 막 두께가 두껍다.
상술한 실시 형태에 의하면, 스핀 코팅법에 있어서, 고속 회전에 의해 레지스트액을 웨이퍼(W) 상에 확산시킨 후, 저속 회전으로 하여, 웨이퍼의 표면을 고르게 하면서, 웨이퍼(W)의 표면에 건조 가스를 공급해서 레지스트액의 유동성을 낮추고, 그 후 웨이퍼(W)의 회전 속도를 올려서 레지스트막을 건조하고 있다. 웨이퍼(W)의 표면에 건조 가스를 공급해서 레지스트액의 유동성을 낮춤으로써, 건조 가스를 공급하지 않는 경우에 비해, 레지스트막의 막 두께를 두껍게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 회전수의 조정에 의한 막 두께의 조정 외에도, 웨이퍼(W)의 표면에 건조 가스를 공급함으로써 막 두께를 조정할 수 있어, 1종류의 레지스트액으로 보다 넓은 범위의 막 두께의 막을 성막할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)에 도포 처리를 행할 때 웨이퍼(W)의 주연부 상방을 링 플레이트(5)로 덮음으로써, 당해 주연부 상의 기류가 정류되고, 웨이퍼(W)의 회전수를 높게 했을 때 웨이퍼(W)의 주연부 상에 난류가 형성되는 것이 억제된다. 그러나, 웨이퍼(W)의 회전수를 높게 함으로써 레지스트막이 얇아진다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면을 고르게 하는 공정에서, 웨이퍼(W)의 표면에 건조 가스를 공급해서 웨이퍼(W)의 유동성을 낮춤으로써, 레지스트막의 박막화를 억제할 수 있다. 즉, 확산 건조 시에 있어서의 웨이퍼(W)의 회전 속도를 빠르게 해서 도포 처리의 시간 단축을 도모하고, 또한 레지스트막의 완성 막 두께의 범위를 넓게 취할 수 있다.
또한 건조 가스의 공급 위치의 이동 범위는, 300mm 웨이퍼(W)에 있어서, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 50mm 내지 150mm의 범위로 하고 있다. 웨이퍼(W)의 중심으로 너무 치우친 위치에 건조 가스를 토출하면, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서 건조 가스가 분사되는 범위가 좁아져, 웨이퍼(W)의 일부가 국소적으로 유동성이 떨어져버려, 웨이퍼(W)의 막 두께의 균일성의 조정이 어려워질 우려가 있다. 웨이퍼(W)의 중심으로부터 50mm보다도 외측의 영역에 건조 가스를 분사함으로써, 웨이퍼(W)가 넓은 범위에 건조 가스를 분사해서 웨이퍼(W)의 표면의 넓은 범위의 유동성을 낮추기 때문에, 막 두께의 균일성의 조정이 쉬워진다.
또한 건조 가스를 공급할 때 가스 노즐(4)을 50mm 내지 150mm를 반복해서 왕복시키도록 하고 있지만, 가스 노즐(4)을 이동시키지 않고 건조 가스를 공급해도 된다. 건조 가스의 공급 위치를 고정하는 경우에는, 당해 건조 가스가 공급되는 범위에서의 가장 웨이퍼(W)의 중심에 가까운 위치는, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 50mm 내지 120mm인 것이 바람직하다. 건조 가스의 공급 위치를 웨이퍼(W)의 주연으로 너무 치우친 위치에 고정해서 건조 가스를 공급하면, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서 건조 가스가 분사되는 영역이 주연의 좁은 범위에 한정되어버린다. 또한 가스 노즐(4)을 이동시키면서 건조 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(W) 표면의 보다 넓은 범위의 레지스트막의 유동성을 낮출 수 있기 때문에, 보다 막 두께의 균일성의 조정이 쉬워진다.
또한 웨이퍼(W)의 회전 속도가 빠른 경우에는, 건조 가스를 분사했을 때 막의 표면의 막 두께가 흐트러지기 쉬워진다. 그 때문에 리플로우 공정 시에 있어서의 회전 속도는, 레지스트막을 고르게 함과 함께 막 두께의 흐트러짐을 억제하는 관점에서 500rpm 이상, 1000rpm 이하인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 도포막 형성 장치는, 링 플레이트(5)를 설치하지 않는 구성이어도 된다. 또한 가스 노즐(4)에 가스의 토출 방향을 웨이퍼(W)의 외주측으로 기울이는, 토출 방향 조정 기구를 설치해도 된다. 예를 들어 가스 노즐(4)의 기단측을 수평하게 신장되는 축부를 통해서 아암(47)에 회동 가능하게 설치하고, 제어부(6)로부터의 제어 신호에 의해, 회동 기구를 통해서, 가스 노즐(4)의 토출 방향을 바로 아래와, 웨이퍼(W)의 외주 방향과의 사이에서 조정할 수 있도록 구성할 수 있다. 이렇게 구성함으로써, 가스 노즐(4)을 회동시켜서, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 건조 가스의 토출 각도를 가변으로 할 수 있다. 또한 건조 가스의 토출 각도를 가변으로 하고, 웨이퍼(W)에 건조 가스를 공급하는 공정에서, 처음에는 바로 아래를 향해서 가스를 토출해서 서서히 외주측으로 경사지게 하도록 해도 된다.
또한 가스 노즐(4)로부터 웨이퍼(W)를 향해서 가스를 공급하는 공정에서, 링 플레이트(5)가 하강 위치에 하강되어 있어도 되고, 가스 노즐(4)로부터, 링 플레이트(5)와 웨이퍼(W)와의 간극을 향해서 가스가 공급되는 구성이어도 된다.
또한 도 4에 도시하는 웨이퍼(W)의 회전 속도를 제3 회전 속도로 상승을 개시하는 시각 t5, 또는 링 플레이트(5)를 하강시키는 시각 t6 이후에 있어서, 건조 가스의 공급을 행해도 된다.
또한 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 건조 가스의 공급 시간을 조정함으로써, 웨이퍼(W)에 형성하는 도포막의 막 두께를 조정할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)에 대하여 도포 처리를 하기 위한 프로세스 레시피(처리 조건, 처리 수순을 기재한 사항)에 건조 가스의 공급 시간을 기입해 두어도 된다. 이와 같이 하면 웨이퍼(W)의 종별(로트)에 따른 시간만큼 건조 가스의 공급이 행하여져, 그 로트에 요구되는 막 두께의 도포막이 웨이퍼(W) 상에 형성된다. 또한 웨이퍼(W)에 건조 가스를 공급함에 있어서, 가열된 건조 가스를 공급해도 된다. 예를 들어 도 5에 도시하는 바와 같이 가스 공급 기구(45)에, 건조 가스 가열 기구(67)를 설치하고, 가스 노즐(4)로부터 가열된 건조 가스를 공급하도록 구성한 예를 들 수 있다. 후술하는 실시예에서 나타낸 바와 같이, 건조 가스를 가열해서 웨이퍼(W)에 공급함으로써, 웨이퍼(W)에 성막하는 막의 막 두께를 두껍게 할 수 있다. 따라서, 건조 가스의 가열 온도에 의해 도포막의 막 두께를 조정해도 된다. 건조 가스의 가열 온도를 올림으로써, 도포막 내의 용제의 휘발성을 높일 수 있지만, 가열 온도가 너무 높으면, 급격한 건조 촉진에 의한 막 두께의 균일성의 악화 우려가 있고, 또한 가교 반응 등의 도포막 중에 있어서의 화학 반응의 촉진을 고려하면, 건조 가스의 온도는, 25℃ 내지 60℃ 정도인 것이 바람직하다.
[실시예]
본 발명의 실시 형태의 효과를 검증하기 위해서 이하의 시험을 행하였다. 먼저 실시 형태에 나타낸 타임차트에 따라, 웨이퍼(W)를 회전시켜서 처리를 행하고, 가스 노즐(4)로부터 공급하는 건조 가스의 공급 시간을 3, 5, 7, 9, 11 및 13초로 한 예를 각각 실시예 1-1 내지 1-6으로 하였다. 또한, 건조 가스의 온도는 상온(25℃)으로 설정하였다. 또한 가스 노즐(4)로부터 건조 가스의 공급을 행하지 않은 것을 제외하고 실시예 1-1과 마찬가지로 행한 예를 비교예로 하였다.
또한 도 5에 나타낸 건조 가스 공급부를 사용하여, 건조 가스의 공급 시간을 7초로 설정하고, 50℃로 가열된 건조 가스를 공급한 예를 실시예 2로 하였다.
도 6는 비교예, 실시예 1-1 내지 1-6 및 2에서 얻어진 레지스트막의 평균 막 두께를 나타낸다. 비교예에서의 막 두께는 384nm이었지만, 실시예 1-1 내지 1-6에서는, 각각 399nm, 415nm, 432nm, 455nm, 471nm, 509nm이었다. 건조 가스의 공급 시간이 길어짐에 따라, 막 두께가 두꺼운 레지스트막이 얻어진다고 할 수 있다.
또한 실시예 2에서의 막 두께는 495nm이었다. 상온의 건조 가스를 7초간 공급한 실시예 1-3에서의 막 두께는 432nm이므로, 가열된 건조 가스를 사용함으로써 레지스트막의 막 두께를 보다 두껍게 할 수 있다고 할 수 있다.
[제2 실시형태]
계속해서, 도포막 형성 장치(1)에서 행하여지는 도포막의 형성 처리에 대해서, 도 7 및 도 8를 참조하여 설명한다. 도 7는, 웨이퍼(W)의 회전수의 경과 시간에 대한 프로파일을 나타내고 있다. 이 그래프의 종축의 값은, 웨이퍼(W)의 회전수(rpm)(회전수/분)인데, 이 그래프는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서, 패턴을 시각적으로 기재한 것으로서, 실제 기기에 있어서의 회전수의 패턴을 재현한 것은 아니다. 또한 2단째 이후의 그래프는, 상단측으로부터 레지스트액의 공급, 정지를 나타내는 타임차트, 가스의 공급, 정지를 나타내는 타임차트이다.
우선, 링 플레이트(5)를 상승 위치에 배치하고, 웨이퍼(W)를 도시하지 않은 외부의 반송 기구에 의해 도포막 형성 장치(1) 내에 반입하여, 반송 기구와 승강 핀(23)과의 협동 작업에 의해 스핀 척(11)에 전달한다. 하우징 내에는 FFU(14)에 의해 컵(2)을 향해서 불활성 가스가 공급된 상태이다. 이 동작도 포함해서, 일련의 동작은 제어부(6) 내의 프로그램에 의해 실행된다.
이어서, 퇴피 위치에 있는 노즐 유닛(3)을 웨이퍼(W)의 중심부 상방측으로 이동하고, 스핀 척(11)에 의해 회전된 웨이퍼(W)의 중심부에 용제 노즐(31)로부터 프리웨트용의 용제를 토출한다. 이렇게 해서, 원심력에 의해 용제를 웨이퍼(W)의 표면 전체에 도포하고, 도포액에 대한 웨이퍼(W)의 표면의 습윤성을 향상시킨다. 계속해서, 스핀 척(11)의 회전수를 감속하여, 예를 들어 스핀 척(11)의 회전을 정지한다.
계속해서, 웨이퍼(W)에 도포액인 레지스트액을 공급하고, 레지스트액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정을 실시한다. 이 공정에서는, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 링 플레이트(5)를 상승 위치에 배치하고, 웨이퍼(W)를 스핀 척(11)에 의해 회전시키면서, 웨이퍼(W)의 중심부에 도포액 노즐(30)로부터 레지스트액을 공급한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 이 공정에서는 스핀 척(11)의 회전수를 예를 들어 0rpm으로부터, 레지스트액의 공급의 종료 시의 회전수(제1 회전수)가 예를 들어 500rpm이 될 때까지 예를 들어 1000rpm/s의 가속도로 서서히 연속적으로 가속한 상태에서 레지스트액이 공급된다. 웨이퍼(W)의 중심부에 공급된 레지스트액은, 웨이퍼(W)의 회전의 원심력에 의해 웨이퍼 면내를 외측을 향해서 확산되어 나가, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 액막이 형성된다. 레지스트액의 공급을 종료하면, 노즐 유닛(3)은 퇴피 위치로 이동한다.
점도가 1000cp 이상으로 높은 레지스트액은, 점도가 낮은 것에 비해 유동성이 낮기 때문에, 레지스트액의 공급의 개시 시의 회전수가 크면, 웨이퍼 표면에 있어서 찌그러진 형상으로 확산되어버린다. 한편, 레지스트액의 공급의 개시 시부터 종료 시까지, 일정한 낮은 회전수로 회전시키면, 웨이퍼(W)의 주연부를 향함에 따라서 레지스트액의 유동성이 저하되어, 확산되기 어려워진다. 이것으로부터, 액막 형성 공정에서는 스핀 척(11)을 예를 들어 정지 상태에서 제1 회전수까지 서서히 가속시키면서 레지스트액을 공급함으로써, 웨이퍼 면내에 직경 방향으로 균일하게 레지스트액을 확산시키는 것이 바람직하다. 또한, 레지스트액의 공급의 종료 시의 회전수(제1 회전수)가 너무 높으면, 막의 표면이 흐트러지기 쉬워질 뿐 아니라, 목표 막 두께가 큰 레지스트막의 성막에 적합하지 않고, 제1 회전수가 너무 낮으면, 웨이퍼 전체면에 레지스트액의 액막을 형성할 때까지의 시간이 길어진다. 이것으로부터, 제1 회전수는, 예를 들어 200rpm 내지 700rpm으로 설정하는 것이 바람직하다.
이렇게 점도가 높은 레지스트액에서는, 웨이퍼 전체면에 레지스트액이 널리 퍼질 때까지 시간이 걸리기 때문에, 액막 형성 공정 동안에, 도포액 노즐(30)로부터 레지스트액을 계속해서 공급해도 되고, 당해 공정 도중에 레지스트액의 공급을 정지하고, 계속해서 웨이퍼(W)의 회전을 계속해서 레지스트액을 확산시켜도 된다. 레지스트액의 점도나 종류에 따라서, 레지스트액의 공급의 타이밍이 적절히 설정된다. 또한, 액막 형성 공정에서는, 웨이퍼(W)를 레지스트액의 공급의 종료 시에 제1 회전수까지 가속하고 나서, 레지스트액이 웨이퍼 전체면에 널리 퍼질 때까지, 제1 회전수±50rpm으로 회전시키도록 해도 된다.
계속해서, 도포액의 액막을 고르게 하는 리플로우 공정을 실시한다. 이 리플로우 공정에서는, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 링 플레이트(5)를 상승 위치에 배치한 상태에서, 웨이퍼(W)를 제2 회전수로 회전시키고, 가스 노즐(4)을 웨이퍼(W)의 상방측에 위치시켜서, 가열된 가스를 공급한다. 가스 노즐(4)은, 예를 들어 그 하면이 링 플레이트(5)의 하면과 정렬되는 높이로 설정되고, 링 플레이트(5)에 형성된 절결부(54) 내를, 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따라서 수평 이동하면서 가스를 토출한다. 도 8의 (b)는, 링 플레이트(5)의 절결부(54)를 가스 노즐(4)이 이동하는 모습을 나타내고 있다.
예를 들어 300mm 사이즈의 웨이퍼(W)에 있어서의 가스가 공급되는 영역은, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 예를 들어 50mm 외측으로 이격된 위치와, 웨이퍼(W)의 외측 테두리(웨이퍼(W)의 중심으로부터 150mm 이격된 위치)와의 사이의 영역이다. 그리고, 이 영역 내에서, 가스 노즐(4)을 반복해서 왕복시키면서, 가스를 예를 들어 7초간 공급한다.
이 리플로우 공정에서는, 웨이퍼 표면의 액막에 대하여 가스를 공급함으로써, 레지스트액에 포함되는 용제의 휘발이 촉진되어, 레지스트액의 점도가 올라간다. 이렇게 해서 웨이퍼 표면의 레지스트액의 유동성을 저하시킨 상태에서, 레지스트액의 액막이 고르게 되어, 액막의 막 두께의 면내 분포가 조정된다. 이 예에서는, 리플로우 공정의 종료 시에 가스 노즐(4)로부터의 가스의 공급을 정지하고, 가스 노즐(4)은 퇴피 위치로 이동한다.
리플로우 공정 시의 웨이퍼(W)의 회전수가 너무 높으면, 가스를 분사했을 때 막의 표면이 흐트러지기 쉬워진다. 이 때문에, 제2 회전수는, 레지스트막을 고르게 함과 함께 막 두께의 흐트러짐을 억제하는 관점에서, 제1 회전수(레지스트액의 공급의 종료 시의 회전수)에 대하여 ±50rpm의 범위이며, 또한 예를 들어 500rpm 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 리플로우 공정에서의 가스의 공급 유량은, 레지스트액 내의 용제를 휘발시키는 한편, 가스의 기류에 의한 레지스트막의 막 두께의 흐트러짐을 억제하도록 적절히 설정된다.
또한, 가스의 공급 영역을, 300mm 웨이퍼(W)에 있어서, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 예를 들어 50mm 내지 150mm의 범위로 하는 것은, 웨이퍼(W)의 중심으로 너무 치우친 위치에 가스를 토출하면, 웨이퍼 표면에 있어서 가스가 분사되는 범위가 좁아져서, 웨이퍼(W)의 유동성이 국소적으로 떨어져, 막 두께의 균일성의 조정이 어려워질 우려가 있기 때문이다. 웨이퍼(W)의 중심으로부터 예를 들어 50mm보다도 외측의 영역에 광범위하게 가스를 분사함으로써, 웨이퍼 표면의 넓은 범위의 액막의 유동성이 떨어져, 막 두께의 균일성의 조정이 쉬워진다. 또한, 가스 노즐(4)을 이동시키면서 가스를 공급함으로써, 웨이퍼 표면의 보다 넓은 범위의 레지스트막의 유동성을 낮출 수 있기 때문에, 막 두께의 균일성의 조정이 보다 한층 용이해진다.
또한, 도 7에 도시하는 프로파일에서는, 리플로우 공정 동안에 가스를 공급하고 있지만, 리플로우 공정에서는, 당해 공정 동안에, 가스를 계속해서 공급해도 되고, 당해 공정 도중에 가스의 공급을 정지해도 된다. 가스를 공급함으로써, 레지스트액의 유동성이 저하되기 때문에, 가스는 레지스트액이 웨이퍼(W)의 전체면에 널리 퍼진 후에 공급되는 것이 바람직하지만, 예를 들어 액막 형성 공정의 종료 직전부터 공급하도록 해도 된다.
또한, 상술한 예에서는 가스 노즐(4)을 이동시키면서 공급했지만, 가스 노즐(4)을 이동시키지 않고, 가스의 공급 위치를 고정하도록 해도 된다. 가스의 공급 위치를 고정하는 경우에는, 당해 가스가 공급되는 범위에서의 가장 웨이퍼(W)의 중심에 가까운 위치는, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 예를 들어 50mm 내지 130mm인 것이 바람직하다. 가스의 공급 위치를 웨이퍼(W)의 주연으로 너무 치우친 위치에 고정해서 가스를 공급하면, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서 가스가 분사되는 영역이 주연의 좁은 범위에 한정되어버린다.
이어서, 도포막의 막 두께를 목표 막 두께로 조정하는 막 두께 조정 공정을 실시한다. 이 막 두께 조정 공정은, 예를 들어 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 링 플레이트(5)를 하강 위치에 배치하고, 웨이퍼(W)를 액막 형성 공정의 제1 회전수 및 리플로우 공정의 제2 회전수의 어느 것보다도 높은 제3 회전수, 예를 들어 1000rpm으로 소정 시간, 예를 들어 1초 내지 2초 회전시킴으로써 실시된다. 이 막 두께 조정 공정에서는, 웨이퍼(W)를 순간적으로 고속 회전수로 회전시킴으로써 회전수에 따른 막 두께로 조정된다. 리플로우 공정에서 어느 정도 막 두께가 조정되어 있으므로, 회전수를 높게 하지 않아도 막 두께 조정에 시간이 걸리지 않고, 회전수가 너무 높으면 막의 표면이 흐트러질 우려가 있으므로, 제3 회전수는, 예를 들어 500rpm 내지 1200rpm으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 리플로우 공정에서 어느 정도 막 두께가 조정되어 있으므로, 막 두께 조정 공정의 실시 시간은, 예를 들어 2초 내지 10초로 설정하는 것이 바람직하다.
그 후, 도포막을 건조하는 건조 공정을 실시한다. 이 건조 공정에서는, 링 플레이트(5)를 하강 위치에 배치하고, 웨이퍼(W)를 막 두께 조정 공정 시의 제3 회전수보다도 낮은 제4 회전수로 회전시켜, 레지스트막을 건조시킨다. 제4 회전수는, 레지스트막을 건조시키고, 또한 레지스트액이 원심 탈수되지 않을 정도의 회전수, 예를 들어 5rpm 내지 200rpm으로 설정하는 것이 바람직하다. 이 예에서는 액막 형성 공정의 제1 회전수보다도 낮은 회전수, 예를 들어 10rpm으로 회전시킴으로써, 웨이퍼 표면으로부터의 레지스트액의 액 흐름을 억제하면서, 레지스트막을 건조시키고 있다.
링 플레이트(5)는, 이미 설명한 바와 같이, 용제를 공급하는 공정, 레지스트액을 공급하는 액막 형성 공정, 및 레지스트막을 고르게 하는 리플로우 공정에서는 상승 위치에 배치하고 있다. 이 때문에, 용제나 레지스트액의 공급 시나, 레지스트액의 확산 등에 의해, 웨이퍼(W)로부터 비산된 용제나 레지스트액이 링 플레이트(5)에 부착되는 것이 억제된다.
한편, 링 플레이트(5)는, 레지스트막의 막 두께 조정 공정, 및 건조 공정에서는 하강 위치에 배치된다. 이에 의해 링 플레이트(5)의 하면에 의해 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주연부를 향하는 기류의 유로의 높이가 제한되므로, 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주연부를 향하는 기류는, 난류로 되지 않고 층류로서 흘러나간다. 웨이퍼(W)의 회전수가 높을수록, 웨이퍼(W) 상의 기류가 난류로 되기 쉬워지는데, 링 플레이트(5)에 의해 웨이퍼(W)의 주연부 상방의 기류가 정류되므로, 레지스트액의 액막의 표면에 있어서, 난류에 의한 막의 흐트러짐이 억제되어, 막 두께의 면내 균일성이 양호해진다. 이렇게 해서, 건조 공정을 소정 시간 실행한 후, 웨이퍼(W)의 회전을 정지하고, 일련의 도포 처리를 종료한다.
상술한 실시 형태에서는, 스핀 코팅법에 있어서, 웨이퍼(W)에 레지스트액을 공급한 후, 레지스트액의 공급의 종료 시의 웨이퍼(W)의 회전수에 대하여 ±50rpm의 범위의 회전수로 웨이퍼(W)를 회전시킴으로써, 레지스트의 액막을 고르게 하면서, 웨이퍼(W)의 표면에 가스를 공급해서 레지스트액의 유동성을 낮추고 있다. 그 후, 웨이퍼(W)의 회전수를 올려서 막 두께 조정을 행한 후, 회전수를 감속해서 레지스트막을 건조하고 있다. 웨이퍼(W)의 표면에 가스를 공급해서 레지스트액의 유동성을 낮춤으로써, 가스를 공급하지 않는 경우에 비해, 레지스트막의 막 두께를 두껍게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 회전수의 제어에 의한 막 두께의 조정 외에도, 가스의 공급에 의한 막 두께의 조정을 행할 수 있어, 점도 및 종류가 동일한 동일 레지스트액을 사용해서 보다 넓은 범위의 막 두께의 레지스트막을 성막할 수 있다. 또한, 예를 들어 점도가 1000cp 이상인 고점도의 레지스트액(도포액)을 사용한 도포막 형성에 적합하고, 이러한 점도의 도포액을 사용함으로써, 예를 들어 막 두께가 1㎛ 이상인 도포막을 형성할 수 있다.
계속해서, 본 발명의 실시 형태의 다른 예로서, 링 플레이트(7)를 통해서 가스가 공급되는 구성예에 대해서 설명한다. 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 중앙부에 개구부(71)를 구비한 환 형상 부재를 이루는 링 플레이트(7)의 일부에는, 링 플레이트(7)를 관통하도록, 다수의 가스 토출 구멍(72)이 분산되어 형성되어 있다. 링 플레이트(7)의 표면측에는 가스 토출 구멍(72)을 덮는 버퍼실(73)이 형성되고, 버퍼실(73)의 상부 중앙에는 가스 도입부(74)가 설치되어 있다. 이 가스 도입부(74)는, 공급로(44)를 통해서 가스 공급 기구(45)에 접속되어 있다. 이렇게 구성함으로써, 공급되는 가스가, 버퍼실(73)에서 확산되어, 가스 토출 구멍(72)으로부터 웨이퍼(W)를 향해서 샤워 형상으로 공급되도록 구성해도 된다.
도 10의 (a)는, 버퍼실(73)의 상방측에서 본 평면도이며, 도 10의 (b)는, 버퍼 실(73)을 제거한 경우의 평면도이다. 이 예에서는, 링 플레이트(7)의 가스 토출 구멍(72)과 버퍼실(73), 가스 도입부(74), 공급로(44) 및 가스 공급 기구(45)에 의해 가스 공급부가 구성되어 있다. 또한, 링 플레이트(7)는, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 지지 부재(52)에 의해 수평한 자세로 지지됨과 함께, 지지 부재(52)에 접속된 이동 기구(53)에 의해 승강 가능하게 구성되어 있다.
이상에 있어서, 본 발명에서는, 도포액의 점도나 종류에 따라, 도 8의 웨이퍼(W)의 회전수의 경과 시간에 대한 프로파일에 따라서 도포막을 형성하도록 해도 된다. 도 8의 (a)의 프로파일이 도 4의 프로파일과 상이한 점은, 도포액을 공급하는 액막 형성 공정 시의 회전수를 일정한 값으로 설정하고, 계속해서 제2 회전수로 상승하고 나서, 리플로우 공정을 실시하는 것이다. 이 경우에도, 제2 회전수는, 도포액의 공급의 종료 시의 제1 회전수에 대하여 +50rpm의 범위의 회전수로 설정된다. 이렇게 액막 형성 공정의 회전수를 일정한 값으로 설정해도, 도포막의 점도 및 액막 형성 공정의 처리 시간에 따라, 웨이퍼(W) 표면에 도포액을 균일하게 확산시킬 수 있다. 도 8의 (a)와 같이, 액막 형성 공정과 리플로우 공정과의 사이에 제1 회전수에서 제2 회전수까지 상승시키는 조정 시간이 있는 경우에는, 리플로우 공정 외에도, 회전수를 상승하는 동안에 웨이퍼(W)를 향해서 가스를 공급하도록 해도 된다.
또한, 도 8의 (b)의 프로파일이 도 4의 프로파일과 상이한 점은, 액막 형성 공정 시의 도포액의 공급의 종료 시의 제1 회전수보다도 리플로우 공정의 제2 회전수가 낮은 것이다. 이 경우에도, 제2 회전수는, 제1 회전수에 대하여 -50rpm의 범위의 회전수로 설정된다. 또한, 액막 형성 공정에서 회전수를 가속시키는 경우에는, 웨이퍼(W)의 회전수의 가속은, 서서히 연속적으로 행하도록 해도 되고, 계단 형상으로 단계적으로 행하도록 해도 된다. 또한, 도 4 및 도 8의 (b)의 프로파일에서는, 액막 형성 공정은 스핀 척(11)의 회전이 정지한 상태(0rpm)로부터 서서히 회전수를 올리고 있지만, 액막 형성 공정의 개시 시의 스핀 척(11)의 회전수는 반드시 0rpm일 필요는 없다. 또한, 도포막의 건조 공정의 제4 회전수는, 리플로우 공정 및 막 두께 조정 공정에서 막 두께가 결정되고 있으므로, 막 두께 조정 공정의 제3 회전수보다도 낮으면 되며, 도포액의 공급의 종료 시의 제1 회전수 및 리플로우 공정 시의 제2 회전수보다도 높게 설정해도 된다.
또한, 본 발명자들은, 리플로우 공정 시의 가스의 공급 시간이 길어지면, 얻어지는 레지스트막의 막 두께가 커지는 것, 리플로우 공정 시의 가스의 온도가 높아지면, 공급 시간이 동일해도 얻어지는 레지스트막의 막 두께가 커지는 것을 파악하고 있다. 이 때문에, 예를 들어 가스의 공급 시간 및 가스의 온도 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 레지스트 막 두께의 조정을 행하도록 해도 된다.
구체적으로는, 미리 레지스트액(도포액)의 종별마다, 레지스트막(도포막)의 목표 막 두께와, 이 목표 막 두께를 얻기 위한 가스 공급 시간을 실험에 의해 취득해 둔다. 마찬가지로, 미리 레지스트액의 종별마다, 레지스트막의 목표 막 두께와, 이 목표 막 두께를 얻기 위한, 공급 시간이 동일한 경우의 가스의 온도를 실험에 의해 취득해 둔다. 레지스트액의 종별이란, 예를 들어 레지스트액 및 용매의 종류가 동일하고 점도가 상이한 레지스트액이며, 1대의 도포막 형성 장치에서 사용되는 레지스트액의 종별이다.
그리고, 제어부(6)의 메모리에, 예를 들어 레지스트액의 종별마다, 레지스트막의 목표 막 두께와 가스의 공급 시간을 대응지어서 저장해 두고, 작업자가 레지스트액의 종별과 레지스트막의 목표 막 두께를 선택함으로써, 가스의 공급 시간이 설정되도록 프로그램을 구성해도 된다. 또한, 제어부(6)의 메모리에, 예를 들어 레지스트액의 종별마다, 레지스트막의 목표 막 두께와 가스의 온도를 대응지어서 저장해 두고, 작업자가 레지스트액의 종별과 레지스트막의 목표 막 두께를 선택함으로써, 가스의 온도가 설정되도록 프로그램을 구성해도 된다.
이상에 있어서, 본 발명의 도포막 형성 장치는, 링 플레이트(5, 7)의 이동 기구(53)를, 지지 부재(52)가 승강 및 수평 방향으로 이동할 수 있도록 구성하고, 링 플레이트(5, 7)의 퇴피 위치를, 링 플레이트(5, 7)가 웨이퍼(W)의 주연부 상방에 있는 위치로부터 수평 방향으로 이동한 위치, 예를 들어 컵(2)의 외측의 위치에 설정해도 된다. 또한, 본 발명의 도포막 형성 장치는, 링 플레이트를 설치하지 않는 구성이어도 되고, 가스 공급 기구에 가열 기구를 설치하지 않는 구성으로 하여, 가열하지 않는 가스를 공급해도 된다. 또한, 가스 공급 기구에 가열 기구를 설치하는 대신에, 가스 노즐(4)이나 링 플레이트(7)의 버퍼실(41, 73)이나 가스 도입부(43, 74)의 주위에, 예를 들어 히터로 이루어지는 가열 기구를 설치하고, 이들 버퍼실(41, 73)이나, 가스 도입부(43, 74)를 가열함으로써, 가스의 가열을 행하도록 해도 된다. 또한, 막 두께 조정 공정 및 건조 공정에서도, 가스를 웨이퍼 표면에 공급하도록 해도 되지만, 가스의 절약을 위해서는, 리플로우 공정에만 가스의 공급을 하도록 하는 것이 바람직하다.
1: 도포막 형성 장치
11: 스핀 척
13: 회전기구
30: 도포액 노즐
4: 가스 노즐
5: 링 플레이트
6: 제어부

Claims (28)

  1. 기판을, 연직축을 중심으로 회전 가능한 기판 유지부에 수평하게 유지하는 공정과,
    기판의 중심부에 도포액을 공급함과 함께 기판을 제1 회전 속도로 회전시켜서 원심력에 의해 도포액을 확산시키는 공정과,
    계속해서 기판을 제1 회전 속도로부터 제2 회전 속도를 향해서 감속하고, 상기 제2 회전 속도로 회전시켜서 도포액의 액막의 표면을 고르게 하는 공정과,
    상기 기판을 제2 회전 속도로 회전시키고 있을 때 가스를 확산하는 버퍼실과, 상기 버퍼실에서 확산된 가스를 기판을 향해서 샤워 형상으로 공급하기 위한 복수의 가스 공급 구멍을 포함하는 가스 공급부에 의해 기판의 표면에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 공정과,
    그 후 기판을 제2 회전 속도보다도 빠른 제3 회전 속도로 회전시켜서 상기 기판의 표면을 건조시키는 공정을 포함하는 도포막 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 회전 속도로 회전시켜서 기판의 표면을 건조시키는 공정은, 기판의 둘레 방향을 따라 환 형상으로 형성된 환상 부재를 기판의 주연부 상방을 덮는 위치에 설정하고, 상기 환상 부재에 의해 기판의 주연부 상방의 기류를 정류하는 공정을 포함하는, 도포막 형성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 회전 속도는, 1000rpm 이하인, 도포막 형성 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 회전 속도는, 1800rpm 이상인, 도포막 형성 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기판 표면에 있어서, 상기 가스가 공급되는 영역에서 상기 기판의 중심에 가장 가까운 위치는, 기판의 중심으로부터 주연 방향으로 50mm 내지 120mm의 위치인, 도포막 형성 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 가스를 공급하는 공정은, 가열된 가스를 공급하는, 도포막 형성 방법.
  7. 기판을 수평하게 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부를 연직축을 중심으로 회전시키는 회전 기구와,
    상기 기판에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 도포액 노즐과,
    가스를 확산하는 버퍼실과, 상기 버퍼실에서 확산된 가스를 기판을 향해서 샤워 형상으로 공급하기 위한 복수의 가스 공급 구멍을 포함하고, 기판의 표면에 도포액의 유동성을 낮추기 위한 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 기판의 중심부에 도포액을 공급함과 함께 기판을 제1 회전 속도로 회전시켜서 원심력에 의해 도포액을 확장하는 스텝과, 계속해서 기판을 제1 회전 속도로부터 제2 회전 속도를 향해서 감속하고, 상기 제2 회전 속도로 회전시켜서 기판의 표면을 고르게 하는 스텝과, 상기 기판에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 스텝과, 그 후 제2 회전 속도보다도 빠른 제3 회전 속도로 회전시켜서 건조시키는 스텝을 실행하기 위한 제어부를 포함하는 도포막 형성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판의 상기 제3 회전 속도의 회전 시에 기판의 주연부 상방의 기류를 정류하기 위해서, 기판의 주연부 상방을 덮어 기판의 둘레 방향을 따라 환 형상으로 형성된 환상 부재와,
    상기 환상 부재를 기판의 주연부 상방을 덮는 위치와 대기 위치와의 사이에서 이동시키는 이동 기구를 포함하는, 도포막 형성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 환상 부재와는 별개로 설치되어, 기판과 상기 환 형상 부재와의 사이의 간극에 가스를 공급하도록 구성되는, 도포막 형성 장치.
  10. 삭제
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 환 형상 부재에 설치되어 있는, 도포막 형성 장치.
  12. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부를 기판의 직경 방향으로 이동시키는 이동 기구를 더 포함하고,
    상기 기판에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 스텝은, 가스 공급부를 기판의 직경 방향으로 이동시키면서 가스를 공급하는 스텝인, 도포막 형성 장치.
  13. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 가스의 토출 방향을 바로 아래와 기판의 외주 방향과의 사이에서 조정하는 토출 방향 조정 기구를 포함하는, 도포막 형성 장치.
  14. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 기판의 둘레 방향을 따라 환 형상으로 가스를 토출하도록 구성된, 도포막 형성 장치.
  15. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 가스를 가열하는 가열 기구를 포함하고, 기판의 표면에 가열된 가스를 공급하는, 도포막 형성 장치.
  16. 기판에 도포막을 형성하는 도포막 형성 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억한 기억 매체이며,
    상기 프로그램은 제1항 또는 제2항에 기재된 도포막 형성 방법을 실행하기 위한 스텝이 짜여져 있는 기억 매체.
  17. 연직축을 중심으로 회전 가능한 기판 유지부에 기판을 수평하게 유지하는 공정과,
    계속해서 기판을 회전시키면서 기판의 중심부에 도포액을 공급하는 공정과,
    도포액의 공급의 종료 시의 기판의 회전수에 대하여 ±50rpm의 범위의 회전수로 기판을 회전시킴으로써 도포액의 액막을 고르게 하는 공정과,
    상기 도포액의 액막을 고르게 하는 공정을 행하고 있을 때 기판의 표면에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 공정과,
    그 후, 도포막의 막 두께를 목표 막 두께로 하기 위해서, 기판의 회전수를 도포액의 공급의 종료 시의 회전수 및 도포액의 액막을 고르게 하는 공정 시의 회전수의 어느 것보다도 높은 회전수로 유지하는 공정과,
    그 후, 기판의 회전수를 감속해서 도포막을 건조하는 공정을 포함하는 도포막 형성 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 도포액의 점도는, 1000cp 이상인, 도포막 형성 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 기판의 중심부에 도포액을 공급하는 공정은, 기판의 회전수를 가속하면서 행하여지는, 도포막 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판의 회전수의 가속은 연속적 또는 단계적으로 행하여지는, 도포막 형성 방법.
  21. 제17항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 도포액의 공급의 종료 시의 기판의 회전수는, 200rpm 내지 700rpm인, 도포막 형성 방법.
  22. 제17항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서,
    도포막을 건조하는 공정에서의 기판의 회전수는, 5rpm 내지 200rpm인, 도포막 형성 방법.
  23. 제17항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서,
    도포막의 막 두께를 목표 막 두께로 하기 위해서, 기판의 회전수를 도포액의 공급의 종료 시의 회전수 및 도포액의 액막을 고르게 하는 공정 시의 회전수의 어느 것보다도 높은 회전수로 유지하는 공정에서의 기판의 회전수는, 500rpm 내지 1200rpm인, 도포막 형성 방법.
  24. 제17항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 도포막을 건조하는 공정은, 기판의 둘레 방향을 따라 환 형상으로 형성된 환상 부재를 기판의 주연부 상방을 덮는 위치에 설정하고, 상기 환상 부재에 의해 기판의 주연부 상방의 기류를 정류하는 공정을 포함하는, 도포막 형성 방법.
  25. 제17항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는, 가열된 가스인, 도포막 형성 방법.
  26. 기판을 수평하게 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부를 연직축을 중심으로 회전시키는 회전 기구와,
    상기 기판에 도포막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 도포액 노즐과,
    기판의 표면에 도포액의 유동성을 낮추기 위한 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    기판을 회전시키면서 기판의 중심부에 도포액을 공급하는 스텝과, 도포액의 공급의 종료 시의 기판의 회전수에 대하여 ±50rpm의 범위의 회전수로 기판을 회전시킴으로써, 도포액의 액막을 고르게 하는 스텝과, 상기 도포액의 액막을 고르게 하는 스텝을 행할 때 기판의 표면에 가스를 공급해서 도포액의 유동성을 낮추는 스텝과, 그 후, 도포막의 막 두께를 목표 막 두께로 하기 위해서, 기판의 회전수를 도포액의 공급의 종료 시의 회전수 및 도포액의 액막을 고르게 하는 스텝 시의 회전수의 어느 것보다도 높은 회전수로 유지하는 스텝과, 그 후, 기판의 회전수를 감속해서 도포막을 건조하는 스텝을 실행하기 위한 제어부를 포함하는, 도포막 형성 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 도포막을 건조하는 스텝 시에 있어서, 기판의 주연부 상방의 기류를 정류하기 위해서, 기판의 주연부 상방을 덮어서 기판의 둘레 방향을 따르도록 환 형상으로 설치된 환상 부재와,
    상기 환상 부재를 기판의 주연부 상방을 덮는 위치와 대기 위치와의 사이에서 이동시키는 이동 기구를 포함하는, 도포막 형성 장치.
  28. 연직축을 중심으로 회전 가능한 기판 유지부에 수평하게 유지된 기판의 표면에 도포액을 공급해서 도포막을 형성하는 도포막 형성 장치에 사용되는 컴퓨터 프로그램을 기억하는 기억 매체이며,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 제17항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 기재된 도포막 형성 방법을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있는 기억 매체.
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