WO2007069728A1 - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

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Kazuyoshi Matsuzaki
Takashi Tanaka
Mitsuaki Iwashita
Mizue Munakata
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Definitions

  • the present invention relates to a coating apparatus and a coating method for coating a chemical solution such as a resist on a substrate.
  • the thickness of the coating film is made substantially uniform and the film thickness
  • the spin coating method spin coating is widely used to reduce the thickness of the coating.
  • This spin coating method will be described by taking as an example the case of applying a resist solution to a wafer.
  • air is also supplied to the upper force of the chamber and exhaust is performed from the lower portion of the chamber.
  • an air downflow is formed in the chamber for the purpose of preventing scattering of particles.
  • the wafer is placed on the spin chuck, and the wafer is held horizontally.
  • the resist solution is supplied to the central portion of the wafer from a nozzle provided above the wafer while the wafer is rotated about the vertical axis at, for example, about 2000 rpm through the spin chuck.
  • the resist solution dropped on the wafer is extended from the center of the wafer W toward the outer periphery of the wafer W by centrifugal force. Thereafter, the number of rotations of the wafer is reduced to, for example, about lOOrpm, so that the extended resist solution is leveled. After this leveling, the wafer rotation speed is increased to about 2500 rpm, for example, and the excess resist solution on the wafer is shaken off and removed. In addition, it is exposed to the air current generated on the wafer by the rotation of the solvent power wafer contained in the resist solution on the wafer, and about 10 seconds after the rotation speed of the wafer increases after leveling, most of them. Evaporate.
  • windmill marks are generated when the velocity nonuniformity in the circumferential direction of the substrate, which occurs when the velocity boundary layer of air on the substrate changes from laminar flow to transitional flow, is transferred to the resist film thickness through an evaporation process. Is. This non-uniformity of speed is an academic phenomenon known as Ekman spin. This is explained in detail in J. Appl. Phys. 77 (6), 15 (1995), pp. 2297-2308, when the Re (ray nozzle) number of the rotating substrate exceeds a certain value. It is a natural phenomenon that appears.
  • the Re number increases in proportion to r. For this reason, for example, when a wafer having a predetermined size is rotated at a predetermined speed, as shown in FIGS. 25A and 25B, the wafer is separated from the center of the wafer by a predetermined distance determined by the number of rotations in the radial direction. Until then, the region where the laminar flow is formed appears, the outside of the laminar flow becomes a turbulent region, and the region where the transition flow from laminar flow to turbulent flow appears at the boundary between the two. .
  • the resist solution exposed to the turbulent flow in the process of evaporation of the solvent causes the solvent on the surface of the resist solution to evaporate too quickly.
  • a resist polymer thin film is formed on the surface of the resist film after the coating treatment, resulting in a “scab structure” in which the solvent remains in the lower layer of the thin film.
  • the overall film thickness may be larger than the film thickness in the region where the laminar flow is formed.
  • the value of the kinematic viscosity coefficient V of the gas is obtained by the following equation (2).
  • ⁇ is the viscosity coefficient (Pas' s) of the gas surrounding the wafer
  • p is the density of the gas (kgZm 3 ).
  • V ⁇ / ⁇ (2)
  • the value of the gas dynamic viscosity coefficient V may be increased.
  • use gas with low density p from equation (2)! in order to increase the value of V, use gas with low density p from equation (2)! ,.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 5-283331 discloses a coating apparatus that performs spin coating by covering the top of the cup with a lid and replacing the air surrounded by the cup and the lid with He (helium) gas. ing.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-283331 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-150126 disclose that the substrate is opposed to the substrate about several millimeters above the spin chuck.
  • a coating device that provides a lid that covers the entire surface of the substrate and replaces the air in the space between the substrate and the lid with a gas having a lower density than air, such as He gas, to perform spin coating. It is shown.
  • a gas having a lower density than air such as He gas
  • the coating apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-245870 is also described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-283331 because it is necessary to supply a mixed gas containing He gas to the entire chamber. As with the coating apparatus, there is a possibility that a time delay until the mixed gas is stored may occur, and the cost increases due to the increased amount of He gas used.
  • An object of the present invention is to provide a coating apparatus and a coating method capable of effectively suppressing generation of a windmill mark by expanding a region where a laminar flow is formed when a chemical solution is spin-coated on a substrate. Is to provide.
  • the coating apparatus of the present invention includes a substrate holding unit that holds the substrate horizontally, a chemical solution nozzle that supplies a chemical solution to the central portion of the substrate held horizontally by the substrate holding unit, and a surface of the substrate by centrifugal force.
  • a rotating mechanism that rotates the substrate holding unit, an airflow forming unit that forms an atmospheric gas downflow on the surface of the substrate held horizontally by the substrate holding unit, An exhaust means for exhausting the atmosphere, and a gas nozzle for supplying a laminar flow forming gas having a kinematic viscosity coefficient larger than that of the atmospheric gas to the surface of the substrate, wherein the atmospheric gas is! / The gas is supplied to the center of the substrate!
  • supplying the laminar flow forming gas to the surface of the substrate is not limited to supplying the gas from the direction of lead to the substrate, but also includes supplying the gas from an oblique direction. It also includes feeding along the surface of the substrate from the direction.
  • the kinematic viscosity coefficient is larger than that of the atmospheric gas while downflowing with the atmospheric gas.
  • the laminar flow forming gas is mixed in the air flow of the atmospheric gas spreading outward along the surface of the substrate. This increases the kinematic viscosity coefficient of the airflow formed on the substrate surface, and the laminar flow radius formed on the substrate surface is proportional to the kinematic viscosity coefficient of the gas.
  • the area expands. Therefore, the generation of windmill marks on the surface of the substrate can be suppressed, and a good coating process can be performed.
  • the laminar flow forming gas is supplied to the surface of the substrate by the nozzle, Compared to the technique of replacing the entire atmosphere in which the substrate is placed with a laminar flow forming gas, the consumption of the gas is small, and the replacement of the gas does not take a long time.
  • the substrate since the substrate is placed in a downflow atmosphere and exhausted from the periphery of the substrate, the mist that is scattered by the substrate force is covered by a lid provided on the substrate to form a closed space. There is no problem that it adheres to the particles and causes generation of particles.
  • the gas nozzle has a gas discharge port that opens from above the central portion of the substrate along the radial direction of the substrate.
  • the gas nozzle has a gas discharge port consisting of a large number of holes arranged along the radial direction of the upper force substrate at the center of the substrate.
  • the gas nozzle has a porous body.
  • the gas nozzle has a higher discharge flow rate in a region closer to the periphery of the substrate.
  • the discharge flow rate increases stepwise or continuously as the force toward the center edge of the substrate increases.
  • a drying step of drying the chemical solution by supplying a laminar flow forming gas the timing of supplying the laminar flow forming gas to the surface of the substrate and supplying the atmospheric gas or the laminar flow forming gas to the center of the substrate is suitable for drying the chemical liquid, for example. At or before the time when the substrate starts to rotate at a certain number of revolutions.
  • FIG. 1A is a longitudinal side view showing a coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional plan view of the coating apparatus of FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of each nozzle provided in the coating apparatus of FIG. 1A.
  • FIG. 3A is a front view showing an example of the configuration of a gas nozzle that discharges helium gas provided in the coating apparatus of FIG. 1A.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing a configuration of the gas nozzle of FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of the side peripheral wall of the gas nozzle of FIG. 3A.
  • FIGS. 5A to 5D are process diagrams showing how a resist solution is applied to a wafer by the application apparatus of FIG. 1A.
  • FIG. 6A is a vertical front view showing a state where gas is discharged by changing the inclination of the gas nozzle.
  • FIG. 6B is a plan view showing a state in which gas is discharged by changing the inclination of the gas nozzle.
  • FIG. 7A is a front view showing another example of the configuration of the gas nozzle for discharging helium gas.
  • FIG. 7B is a bottom view showing the configuration of the gas nozzle of FIG. 7A.
  • FIG. 8A and FIG. 8B are perspective views showing how gas is discharged onto a wafer using the gas nozzle of FIG. 7A.
  • FIG. 9A is a front view showing another example of the configuration of the gas nozzle that discharges helium gas.
  • FIG. 9B is a bottom view showing the configuration of the gas nozzle of FIG. 9A.
  • FIG. 10A is a perspective view showing a state in which gas is discharged onto the wafer using the gas nozzle of FIG. 9A.
  • FIG. 10B shows a state in which gas is discharged to the wafer using the gas nozzle of FIG. 9A. It is a top view.
  • FIG. 11A is a front view showing another example of the configuration of the gas nozzle that discharges helium gas.
  • FIG. 11B is a cross-sectional plan view showing the configuration of the gas nozzle of FIG. 11A.
  • FIG. 11C is a perspective view showing a state in which gas is discharged onto the wafer using the gas nozzle of FIG. 11A.
  • FIG. 12A is a front view showing another example of the configuration of the gas nozzle that discharges helium gas.
  • FIG. 12B is a bottom view showing the configuration of the gas nozzle of FIG. 12A.
  • FIG. 13A is a perspective view showing a state in which gas is discharged onto a wafer using a gas nozzle having another configuration.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view of relevant parts in FIG. 13A.
  • FIG. 14A is a perspective view showing a state in which gas is discharged onto a wafer using a gas nozzle having another configuration.
  • FIG. 14B is a perspective view showing a state in which gas is discharged onto a wafer using a gas nozzle having another configuration.
  • FIG. 15A and FIG. 15B are diagrams and tables for explaining the state of the oil film when the oil film is formed on the wafer by changing the angle and height of the gas nozzle with respect to the wafer.
  • FIG. 16A to FIG. 16D are explanatory views showing how gas is discharged onto each wafer using gas nozzles having different configurations.
  • FIG. 17A and FIG. 17B are explanatory views showing how gas is discharged to each wafer using gas nozzles having different configurations.
  • FIG. 18A to FIG. 18C are perspective views showing the state of the surface of each wafer.
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the number of wafer rotations, the timing of starting each process, and the timing of discharging helium gas.
  • FIG. 20 is a table showing the relationship between the number of rotations of the wafer and the state of the wafer surface in the drying process.
  • FIG. 21A and FIG. 21B are schematic structural views of gas nozzles used in Examples.
  • FIG. 22A to FIG. 22C are explanatory views showing a state in which gas is discharged from each gas nozzle to the wafer in the example.
  • FIG. 23 is a table showing the relationship between the number of wafer rotations and the state of the wafer surface in the drying process.
  • FIG. 24 is a graph showing the relationship between the distance from the wafer center and the resist film thickness on the wafer surface.
  • FIG. 25A and FIG. 25B are explanatory diagrams showing how a transition flow is formed on the wafer W.
  • FIG. 26A and FIG. 26B are explanatory diagrams showing changes in the region where laminar flow is formed when the gas kinematic viscosity coefficient around the wafer changes.
  • a coating apparatus 2 that applies a resist solution as a chemical solution to a wafer W that is a substrate will be described.
  • FIGS. 1A and 1B are a longitudinal side view and a transverse plane view of the coating apparatus 2 of the present embodiment, respectively.
  • 20 is a housing.
  • reference numeral 21 denotes a transfer port for the wafer W provided so as to face a transfer path in which, for example, transfer of Weno and W is performed by a transfer mechanism (not shown).
  • reference numeral 21a denotes an openable / closable shirt provided in the transport port 21. The shirter 21a is configured to be closed except when the wafer W is loaded into the housing 20 by the transport mechanism and when the wafer W is unloaded from the housing 20 by the transport mechanism. !
  • reference numeral 31 denotes a suction-adsorption center of the back side of the wafer W provided in the housing 20.
  • the spin chuck 31 is connected to the drive unit 33 via the shaft portion 32.
  • the spin chuck 31 can rotate and move up and down around the vertical axis while holding the wafer W via the drive unit 33.
  • reference numeral 34 denotes a cup that is provided on the outer peripheral edge of the wafer W held by the spin chuck 31 so as to surround the wafer W and has an open upper side. The upper end of the side surface of the cup 34 is Inclined inside.
  • a recess-shaped liquid receiving portion 35 is provided over the entire periphery of the wafer W, on the lower side of the periphery of the wafer W.
  • the liquid receiver 35 is divided into an outer region and an inner region. At the bottom of the outer region, a drain port 36 for discharging the drain of the stored resist solution is provided.
  • Two exhaust ports 37, 38 are provided at the bottom of the inner region.
  • One end of an exhaust pipe 39 is connected to each of the exhaust ports 37 and 3 8.
  • the other end of the exhaust pipe 39 joins and is connected to an exhaust means 30 such as an exhaust pump via a valve VI.
  • the gas in the cup 34 can be exhausted at an exhaust amount of, for example, lm 3 / min to 3 m 3 Zmin.
  • the valve VI is opened and evacuation is performed, the He gas discharged onto the wafer W and the air supplied to the periphery of the wafer W are exhausted through the exhaust ports 37 and 38 as described later. Then, it flows into the exhaust pipe 39 and is removed from the housing 20.
  • the mist-like resist liquid that is scattered by the rotation of the wafer W on the exhaust flow formed in this manner is discharged from the liquid discharge port 36 through the liquid receiving portion 35. .
  • a circular plate 3 A is provided on the lower side of the wafer W held by the spin chuck 31.
  • a ring member 3B having a mountain-shaped cross section is provided so as to surround the outer side of the circular plate 3A.
  • an end plate 3C force extending downward is provided at the outer end of the ring member 3B so as to enter the outer region of the liquid receiving portion 35. As a result, the resist liquid spilling from the wafer W is guided to the outer region of the liquid receiving portion 35 along the surfaces of the ring member 3B and the end plate 3C.
  • reference numeral 41 denotes a resist solution supply nozzle provided as a chemical solution nozzle for discharging a resist solution onto the wafer W.
  • One end of a resist solution supply pipe 42 is connected to the resist solution supply nozzle 41.
  • the other end of the resist solution supply pipe 42 is connected via a valve V2 and a liquid flow rate control unit 43 to a resist solution supply source 44 that stores the resist solution.
  • one end of an arm body 45 that supports the resist solution supply nozzle 41 is connected to the resist solution supply nozzle 41.
  • the other end of the arm body 45 is connected to the drive unit 46.
  • the drive unit 46 is, for example, a guide rail 4 laid horizontally along the length direction of the housing 20. 7 is configured to move along.
  • reference numeral 22 denotes a standby area of each nozzle provided outside the cup 34.
  • the standby area 22 includes a standby bus 22 a for the resist solution supply nozzle 41.
  • the resist solution supply nozzle 41 and a gas nozzle 51 described later are in standby in the standby area 22.
  • the resist solution supply nozzle 41 can move from the standby area 22 to the center of the wafer W placed on the spin chuck 31 via the arm body 45 in accordance with the movement of the driving section 46 described above. It is configured.
  • the nozzle V2 is opened, and the flow rate of the resist solution flowing from the resist solution supply source 44 into the resist solution supply pipe 42 is controlled by the liquid flow rate control unit 43.
  • a resist solution at a predetermined flow rate is discharged from the resist solution supply nozzle 41 onto the center of the wafer W.
  • reference numeral 51 denotes a gas nozzle for discharging He gas, which is a laminar flow forming gas, to the wafer W.
  • the gas nozzle 51 is formed in a cylindrical shape whose one end is closed, and is formed, for example, slightly longer than the radius of the wafer W (for example, 150 mm). more than).
  • a gas inlet 52 is provided on the other end side of the gas nozzle 51. The gas inlet 52 communicates with a gas flow path 53 provided in the gas nozzle 51 along the length direction of the gas nozzle 51.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the side peripheral wall of the gas nozzle 51.
  • reference numeral 501 denotes a main body portion made of, for example, alumina ceramics that forms the skeleton portion of the side wall, forms a porous body, and is adjacent to the gas flow path 53.
  • a large number of fine pores 502 are formed in the main body 501. Many of these pores 502 communicate with each other to form a three-dimensional mesh-like gas flow path 503 throughout the main body 501.
  • One end of a gas supply pipe 54 is connected to the gas inlet 52 of the gas nozzle 51.
  • the other end of the gas supply pipe 54 is connected to a gas supply source 56 storing He gas via a nozzle V3 and a gas flow rate control unit 55.
  • a gas supply source 56 storing He gas via a nozzle V3 and a gas flow rate control unit 55.
  • He gas flows from the gas supply source 56 into the gas supply pipe 54.
  • This He gas flows into the gas flow path 53 of the gas nozzle 51 while being controlled in flow rate by the gas flow rate control unit 55.
  • the He gas that has flowed into the gas flow path 53 flows into the gas flow path 503 of the main body 501, and the outside of the nozzle 51 passes through this gas flow path 503. Head to the club.
  • the He gas that has passed through the main body 501 is represented by arrows in FIGS. 3A and 3B.
  • the gas nozzle 51 is discharged from substantially the entire side peripheral wall of the gas nozzle 51 to the outside of the gas nozzle 51 at a substantially uniform flow rate.
  • the air holes 502 of the main body 501 correspond to gas nozzle outlets in the claims.
  • the gas nozzle 51 is connected to one end of the arm body 57 via a support member 57a so as to extend in the horizontal direction, for example.
  • the other end of the arm body 57 is connected to a drive unit 58 configured to be movable. Then, as will be described later, when the resist solution is applied to the wafer W, the gas nozzle 51 together with the drive unit 58 passes from the standby region 22 through the arm body 57 and the support member 57a, for example, FIG. 1B and FIG. As shown in FIG.
  • reference numeral 100 denotes a control unit, which is connected to the drive unit 33 and the valve V3.
  • the wafer W is rotated through the drive unit 33 at a rotation speed for drying the resist solution.
  • the drive unit 33 and the valve V3 are controlled such that the valve V3 is opened at the start time or before that, and the valve V3 is closed after a predetermined time has elapsed since the valve V3 was opened.
  • the He gas discharge position is not limited to such a position.
  • the center in the length direction of the gas nozzle 51 may be set on the center of the wafer W.
  • the air that flows down toward the wafer W flows in a spiral shape from the center side to the peripheral side of the wafer W due to the centrifugal force of the wafer W.
  • the discharged He gas merges with the air flow and spreads to the peripheral side of the wafer W.
  • a layer composed of a mixed gas of air and He gas is formed on the entire surface of the wafer W.
  • the kinematic viscosity coefficient in this layer is higher than that of air alone. For this reason, generation of a transition flow on the wafer W can be suppressed.
  • the height h from the lower end of the wafer to the surface of the wafer W is a force depending on the mixing ratio of air and He gas in the mixed gas layer.
  • the resist solution supplied to the wafer W is dried, 600rpm! / ⁇ is preferably 0.2mm ⁇ 70mm when rotating at 3000rpm. If the h force SO. is smaller than 2 mm, the gas nozzle 51 may come into contact with the wafer W. Also, the gas nozzle 51 disturbs the airflow formed on the wafer W, and the resist solution evaporates in each part of the wafer W.
  • a filter 61 for removing particles is provided in the upper part of the housing 20.
  • a ventilation chamber 62 that is a partitioned space is provided on the upper portion of the filter 61.
  • One end of a gas supply pipe 63 is opened in the ventilation chamber 62, and the other end of the gas supply pipe 63 is connected to an air supply source 64 in which air as atmospheric gas is stored via a valve V4. Yes.
  • the valve V4 is opened, the air from the air supply source 64 flows into the ventilation chamber 62 through the gas supply pipe 63 at a predetermined flow rate, for example.
  • the air flowing into the ventilation chamber 62 passes through the filter 61 and is removed from the particles contained in the air, and then supplied into the housing 20.
  • the filter 61, the gas supply pipe 63, and the air supply source 64 correspond to airflow forming means in the claims.
  • an exhaust part for exhausting the gas in the housing 20 is provided.
  • air is supplied from the filter 61, and the exhaust unit exhausts air at a predetermined flow rate, for example, at a predetermined flow rate separately from the exhaust unit 30, so that The down flow is formed.
  • valve V4 and the valve VI are opened, and the exhaust force of the lower part of the casing 20 is exhausted. As shown by the solid arrows in FIGS. Down flow is formed. Subsequently, a transfer mechanism (not shown) holds the wafer W. While entering the housing 20 through the transport port 21, the spin chuck 31 is raised out of the cup 34, for example, through the drive unit 33. Then, after the spin chuck 31 attracts the center of the back surface of the wafer W and holds the wafer W horizontally, the spin chuck 31 is lowered, whereby the wafer W is accommodated in the cup 34. Thereafter, the resist solution supply nozzle 41 moves to the center of the wafer W via the drive unit 46 and also moves to the vicinity of the periphery of the gas nozzle 51 force S wafer w via the drive unit 58.
  • the wafer W held by the spin chuck 31 via the drive unit 33 is rotated around the vertical axis at, for example, 2000 rpm.
  • the air descending onto the wafer W by the downflow spreads spirally by centrifugal force toward the peripheral edge on the rotating wafer W.
  • the valve V2 is opened, and the resist solution 4A supplied from the resist solution supply nozzle 41 is discharged to the center of the wafer W.
  • the resist solution 4A supplied to the wafer W is spread from the central portion to the peripheral portion on the wafer W by so-called spin coating that extends due to centrifugal force (FIG. 5A).
  • the valve V2 is closed, the supply of the resist solution 4A from the resist solution supply nozzle 41 is stopped, and the rotation speed of the spin chuck 31 is reduced to, for example, lOOrpm. Is done. As a result, the applied resist solution 4A is leveled (the resist solution is leveled so that the thickness is uniform). At this time, the resist solution supply nozzle 41 is retracted from the center of the wafer W via the drive unit 46, and the gas nozzle 51 is moved to the He gas discharge position described above (FIG. 5B).
  • the valve V3 is opened, and the flow rate of the He gas supplied from the He gas supply source 56 to the gas supply pipe 54 is controlled by the flow rate control unit 55, while He gas is also ejected in the form of a shower around the body.
  • the He gas is supplied along the radial direction including the central portion of the wafer W at a flow rate of 40 LZmin, for example.
  • the rotation speed of the wafer W is increased to 2600 rpm, for example, and the resist solution 4A is shaken and dried (see FIG. 5C).
  • FIG. 6A and 6B are diagrams showing the flow of each gas around the wafer W when the He gas is discharged onto the wafer W in this way.
  • the flow of He gas is indicated by a dotted line
  • the flow of air is indicated by a solid line.
  • the He gas supplied onto the wafer W A spiral force is formed so that a layer composed of a mixture of He gas and air spreads on the wafer W toward the peripheral edge by force. Due to this vortex, the resist solution solvent on the wafer W is actively evaporated, and the resist solution 4A is dried to form a resist film as a coating film.
  • the dotted line in FIG. 5C indicates the mixed gas layer.
  • valve V3 is closed and the supply of He gas is stopped. (See Figure 5D). Even after the He gas supply is stopped, the spin chuck 31 is rotated at the same speed for a while, and the drying of the resist solution 4A is continued. Thereafter, the rotation of the spin chuck 31 is stopped after 60 seconds from the start of rotation at the rotation speed for drying. Thereafter, the wafer is transferred to the transfer mechanism in the reverse order of the loading of the wafer W described above, and the wafer W is unloaded from the housing 20 by the transfer mechanism.
  • the coating apparatus 2 of the present embodiment performs spin coating with a resist solution on the surface of the wafer W, and then performs a downflow with air to dry the resist film, while the wafer W is applied to the resist film.
  • He is a laminar flow forming gas with a kinematic viscosity coefficient larger than air along the radial direction including the center of the surface of the wafer W. Supply. For this reason, He gas is mixed in the air that flows down toward the center of the wafer W and spreads from the center to the periphery along the surface of the wafer W, and this mixed gas spreads over the entire surface of the wafer W.
  • the kinematic viscosity coefficient of the airflow on the surface of the wafer W is, for example, about 1.5 to 4 times larger than that of air alone. Since the radius of the laminar flow area formed on the surface of the wafer W is proportional to the gas kinematic viscosity coefficient, the laminar flow area widens, and a 12-inch wafer will be well within the laminar flow area. .
  • the solvent of the resist film is actively evaporated immediately after the rotation speed of the wafer W is increased to the rotation speed for drying, and the surface of the wafer W is swirled along the surface of the wafer W.
  • the airflow of the part is formed by the gas supplied to the central part of the wafer W, and the airflow of the gas supplied to the part outside the central part of the wafer W is stacked on this airflow. . Therefore, the surface finish of the resist film is such that the rotational speed of the wafer W is dry. Immediately after reaching the rotational speed for this, it is generally determined by the gas flow supplied to the central portion of the wafer W.
  • the windmill mark is generated on the surface of the wafer W. It can be effectively suppressed and a good coating process can be performed. That is, according to the present embodiment, even if the size of the wafer W is increased, generation of windmill marks can be avoided.
  • the laminar flow forming gas is supplied to the surface of the wafer W by the gas nozzle, the amount of gas consumed is larger than when the entire atmosphere in which the wafer W is placed is replaced by He gas or the like. Is less. Moreover, it does not take a long time to replace the gas.
  • the wafer W is arranged in the downflow atmosphere and exhausted from the periphery of the wafer W, a method of providing a lid on the wafer W to form a closed space is used. There is no problem that the scattered mist adheres to the lid and causes particle generation.
  • the gas nozzle 51 is configured to discharge gas through the porous material (since the void formed by the porous material is used as a gas discharge hole), the He gas flows into the wafer W as a shower. Is evenly supplied to the surface. For this reason, the pressure distribution of He gas on the surface of the wafer W becomes uniform, and this point force also smoothes the surface of the dried resist film, that is, the drying finish is good.
  • the atmospheric gas stored in the supply source 64 is not limited to air.
  • nitrogen gas or Ar (argon) gas may be stored, and a down flow using the nitrogen gas or Ar gas may be formed in the housing 20.
  • the gas discharged from the gas nozzle 51 as the laminar flow forming gas may be any gas that has a larger kinematic viscosity coefficient than the gas used as the atmospheric gas.
  • a gas such as hydrogen may be used instead of the He gas. It may be used.
  • a laminar flow forming gas a mixed gas of He gas and air, a mixed gas of He gas and nitrogen gas, or the like may be used.
  • the He gas is supplied when the rotational speed of the wafer W is increased after leveling the resist solution supplied to the wafers W and W.
  • the rotational speed of the wafer W increases until most of the force solvent evaporates.
  • the effect of the present invention can be achieved if the layer of the aforementioned mixed gas of He gas and air is formed on the surface of the wafer W. For this reason, for example, He gas may be discharged to the wafer W until the intermediate force of leveling is evaporated until most of the solvent evaporates.
  • the rotational speed of the wafer W is increased for the drying process after the leveling is completed, as in the above-described embodiment, and the drying process is performed.
  • the starting force of He gas discharge at the start of or just before the start is preferable because the influence of the He gas on the temperature of the Weno and W can be suppressed, and a resist film with higher in-plane uniformity can be obtained.
  • the present embodiment is the size of the lower end surface of the nozzle 51.
  • S2ZS1 the more difficult the resist solution that scatters and adheres during spin coating, and the resist solution becomes particles and falls onto the wafer W. Since it is prevented, it is preferable. Therefore, even if S2 is increased, S2ZS1 is desired to be 1Z2 or less.
  • the porous gas nozzle 51 As described above, it is preferable to use the porous gas nozzle 51 as described above. However, for example, a gas nozzle having a configuration as shown in Fig. 7A or later may be used. 7A and 7B show a side view and a bottom view of another gas nozzle 65, respectively.
  • the gas nozzle 65 has a cylindrical shape.
  • 66 is a discharge port.
  • reference numeral 67 denotes a gas flow path, which is provided in the gas nozzle 65 along the length direction of the nozzle 65 and communicates with the discharge port 66.
  • the gas nozzle 65 In this gas nozzle 65, one end of a gas supply pipe 54 is connected to the gas flow path 67, and when the He gas is discharged onto the wafer W, the discharge port 66 is directed to the arm body 57 so as to face the center of the wafer W. Connected.
  • the gas nozzle 65 may be provided in an upright posture such that the gas discharged from the discharge port 66 is directed vertically to the center of the surface of the wafer W.
  • the upper force of Ueno and W may be provided so as to discharge gas toward the central portion in a posture that is directed obliquely downward.
  • the gas nozzle for supplying He gas is, for example, the gas nozzle 7 shown in Figs. 9A and 9B. It is good also as such a structure.
  • 9A and 9B show a front view and a bottom view of the gas nozzle 7, respectively.
  • the gas nozzle 7 is a cylindrical vertical base 71 that forms a gas flow path connected to the gas supply pipe 54 described above, and a horizontal pipe in which the lower end of the base 71 is connected to the center in the length direction.
  • a gas supply unit 72 and an inverted T-shape On the lower surface of the gas supply unit 72, discharge ports 73 having a large number of hole forces are provided at intervals over the entire length of the gas supply unit 72.
  • the gas nozzle 7 is configured so that each discharge port 73 faces the surface of the wafer W when He gas is discharged onto the wafer W, and one end side of the gas supply unit 72 is on the wafer W
  • the gas supply unit 72 is provided so as to cover the radius of the wafer W with the other end located on the peripheral edge of the wafer W. Then, the He gas force supplied from the gas supply pipe 54 to the gas nozzle 7 is discharged from the discharge port 73 downward as shown by the arrow in FIG. 10A and along the radial direction including the center portion of the wafer W.
  • the gas nozzle may be configured as shown in FIGS. 11A and 11B, for example.
  • 11A and 11B show a front view and a cross-sectional plan view of the gas nozzle 74, respectively.
  • This gas nozzle 74 has a force substantially the same as that of the gas nozzle 7 described above.
  • the discharge port 75 is not provided on the lower surface of the gas supply unit 72.
  • Discharge ports 75 made up of a large number of holes are arranged at intervals over the entire length of the supply unit 72.
  • the distance between the center of the discharge port 75 and the wafer W is, for example, 5 mm to 15 mm.
  • the gas nozzle may be configured as shown in FIG. 12, for example. 12A and 12B show a front view and a bottom view of the gas nozzle 76, respectively.
  • the gas nozzle 76 has a force substantially similar to that of the gas nozzle 7 shown in FIGS. 9A and 9B, and the length of the gas supply unit 72 is also increased on both sides of the gas supply unit 72.
  • Discharge ports 75 made up of a large number of holes are arranged at intervals over the entire direction.
  • This gas nozzle 76 is also shown in FIG.
  • a gas supply unit 72 is provided so as to cover the center of the wafer W and its radius when supplying He gas to Ueno and W. As soon as the He gas is discharged in the horizontal direction, the He gas is discharged from the discharge port 73 directly downward.
  • the length in the circumferential direction of the wafer W increases as it moves from the central portion of the wafer W toward the peripheral portion. For this reason, it is preferable to increase the He gas flow rate according to the directional force toward the center side of the wafer W in order to make the He gas density uniform in the plane of Ueno and W.
  • the gas nozzle 8 is configured in substantially the same manner as the gas nozzle 7 described above, that is, when the He gas is discharged onto the wafer W in the same manner as the gas nozzle 7, the gas supply unit 72 has at least one radius of the wafer W.
  • each discharge port 81 is provided so as to discharge He gas obliquely downward along the direction of rotation of Ueno and W. It may be provided so that He gas is discharged in the direction opposite to the rotation direction of the wafer W. Further, the He gas is not limited to being discharged obliquely downward, but may be discharged, for example, directly downward and supplied in the radial direction including the central portion of the wafer W.
  • the arrangement density of the discharge ports 81 can be set so that the flow rate of He gas supplied to various parts of the wafer W is proportional to the distance from the center of the wafer W.
  • a gas nozzle 83 as shown in FIG. 14A may be used.
  • the gas nozzle 83 is formed in a hollow fan-shaped block shape, and a gas supply pipe 54 is connected to the upper portion thereof.
  • discharge ports 84 each having a plurality of holes having the same diameter are opened at intervals in the radial direction and the circumferential direction of the sector block.
  • the number of the discharge ports 84 in the circumferential direction is such that the inner direction force also increases in the outer direction according to the direction force.
  • the innermost discharge port 84 discharges He gas into the center of the wafer W! /.
  • a vortex is generated in the forward direction with respect to the rotation direction of the wafer W.
  • the He gas discharge flow rate increases as the direction of force increases toward the periphery of the wafer W.
  • each gas nozzle may be configured such that the diameter of the discharge ports arranged on the peripheral side becomes larger.
  • a slit extending in the length direction of the gas supply unit (for example, the gas supply unit 72) may be formed as the discharge port.
  • the slit width may be increased continuously or stepwise toward the periphery of the wafer W.
  • the lower wall portion facing the wafer W has a porous structure similar to the side peripheral wall of the gas nozzle 51 described above, and these walls are formed. make sure that the He gas is discharged at a substantially uniform flow rate by applying downward force from almost the entire part.
  • the supply position of the He gas may be moved to the peripheral portion of the central force. Specifically, for example, until 10 seconds after the start of the drying process, as shown in FIG. 8A, the gas nozzle 65 is positioned on the center of the wafer W, and the He gas is in the center of the wafer W. On the other hand, for example, the gas nozzle 65 may move horizontally and stop on the peripheral edge of the wafer W, and He gas may be supplied to the peripheral edge. Further, the gas nozzle 65 may be configured to be rotatable in a horizontal plane, for example, so that the point at which the He gas is supplied can also move the central force of the wafer W to the peripheral edge of the wafer W!
  • the coating apparatus 2 according to the present embodiment is not limited to the case where a resist solution is supplied to a substrate to form a film, and for example, for forming an insulating film such as a silicon oxide film as a chemical solution. It can also be used when a chemical solution containing an insulating film precursor is applied to a substrate. That is, the coating apparatus 2 of the present embodiment can also be applied to a case where a general chemical solution is applied. [0074] ⁇ Example>
  • Example 1 an oil solution prepared by mixing a commercially available black ink and a commercially available neutral detergent (trade name: Mama Lemon) at a ratio of 1: 1, respectively, is stored in the supply source 44 instead of the resist solution. Then, a coating apparatus was prepared so that the oil liquid was supplied from the liquid supply nozzle 41 to the wafer W instead of the resist liquid. Other configurations of the coating apparatus are the same as those of the coating apparatus 2 described above.
  • Wafer W having a diameter of 300 mm (12 inch size Ueno) was used.
  • the sizes of the wafers W in the examples described below are all 300 mm in diameter;).
  • the gas nozzle for discharging He gas the gas nozzle 65 shown in FIG. 7A was used.
  • the exhaust flow rate in the casing 20 during the coating process of the oil was set to 2 m 3 Zmin.
  • an oil liquid was dropped from the liquid supply nozzle 41 and an oil film was formed on the wafer W in substantially the same procedure as in the above-described embodiment.
  • the time from the start of dripping the oil to the end of leveling is 20 seconds.
  • the rotation speed of the wafer W is set to 3000 rpm, The gas nozzle 65 was disposed at the position shown in FIG.
  • Example 2 when the He gas is supplied to the wafer W using the gas nozzle 74 shown in FIGS. 11A and 11B, the He gas is transferred to the wafer W as shown in FIG. 11C.
  • the oil liquid was supplied to the wafer W so as to pass along the surface of the wafer W so as to pass over the central portion of the wafer W, whereby an oil film was formed.
  • Example 2 the flow rate Qin of the He gas supplied to the wafer W is set to 19LZmin or 38LZmin, the coating process is performed, and the formed oil film is evaluated. It was. As a result, when Qin was 19 L / min, the windmill mark was formed on the oil film. When Qin was 38 L / min, no windmill mark was formed on the oil film and no trace of He gas was discharged.
  • Example 3 using the gas nozzle 7 shown in FIGS. 9A and 9B, the height h2 from the lower end of the gas nozzle 7 to the surface of the wafer W as shown in FIG.
  • An oil film was formed on each wafer W in the same procedure as in Example 1 by changing the angle ⁇ between the direction of the center of the outlet 73 and the direction of rotation of the wafer W.
  • the results of evaluating each of these oil slicks are shown in the table in Figure 15B.
  • the horizontal axis indicates the value force of ⁇
  • the vertical axis indicates the value force of h2.
  • Example 3 the flow rate of He gas supplied to the wafer W when ⁇ is 50 ° and h2 is 1 mm is 19 LZmin, and the flow rate of He gas when ⁇ is 60 ° and h2 is 8 mm. was set at 30LZmin. The flow rate of He gas when ⁇ was 90 ° and h2 was 20 mm was 60 LZmin. When ⁇ and h2 were other values, the flow rate of He gas was 27LZmin.
  • the formation of the windmill mark could be prevented by adjusting the angle ⁇ and the flow rate of He gas in the range of h2 between lmm and 20mm.
  • the trace of He gas discharge was formed in a groove shape in the circumferential direction of the wafer W.
  • the discharge port 73 is formed in a slit shape, and the He gas flows from the slit to the wafer W.
  • the peripheral wall of the gas supply unit 72 which is a horizontal pipe, has a porous structure like the gas nozzle 51 described above. It is considered that such deposits can be prevented by discharging He gas from the hole.
  • Example 4-1 using the coating apparatus 2 shown in the above-described embodiment, the wafer W was applied to the wafer W in substantially the same procedure as in the above-described embodiment. Formation of ArF resist film A membrane treatment was performed. For the drying process after leveling the dropped resist solution
  • the He gas flows along the radial direction from the center to the periphery of the wafer W. And vomited.
  • the rotation speed of the wafer W in this drying process was 2600 rpm, and the flow rate of He gas was 40 LZmin.
  • the distance between the lower end of the gas nozzle 51 indicated by h in FIG. 1 and the wafer W is 2 mm.
  • Example 4-2 a resist film was formed on the wafer W in substantially the same procedure as Example 4-1 described above. However, in the gas nozzle 51 of Example 4-2, as shown in FIG. 16B, when discharging the He gas, the end portion of the gas nozzle 51 positioned on the peripheral edge of the wafer W is covered with the cover 91, He gas was prevented from being discharged toward the periphery of the wafer W.
  • Example 4-3 a resist film was formed on wafer W in substantially the same manner as in Examples 4-1 and 4-2 described above.
  • a gas nozzle 92 was used instead of the gas nozzle 51.
  • the gas nozzle 92 is configured in the same manner as the gas nozzle 51 except that its peripheral wall is longer than that of the gas nozzle 51.
  • one end of the gas nozzle 92 is located on the periphery of Weno and W, and the other end is sufficiently passed over the center. It is long and is provided horizontally on the diameter of the wafer W.
  • Example 4-4 a resist film was formed in the same manner as in Example 4-3 using the gas nozzle 92 as in Example 4-3.
  • the gas nozzle 92 is inclined so that the other end on the center side of the wafer W is higher than the other end located on the periphery of the wafer W, as shown in FIG. 16D. Was provided.
  • Comparative Example 4-1 a resist film was formed on the wafer W using the coating apparatus 2 in the same manner as in Example 4-1.
  • the end of the gas nozzle 51 on the side located on the center of W is covered with the cover 91, and the He gas is directed toward the center. It was made not to be discharged.
  • FIG. 18A to FIG. 18C are diagrams showing wafers W subjected to film formation in Examples 41 to 4-4 and Comparative Examples 4-1 to 4 2.
  • Example 4 1 to Example 4 3 as shown in FIG. 18A, a discharge mark 93 of He gas is formed on the center of each wafer W, and the peripheral edge of each wafer W is formed. The windmill mark was not formed.
  • Example 44 as shown in FIG. 18B, neither the windmill mark nor the He gas discharge trace 93 was observed.
  • a windmill mark 94 was formed in the inner region of the wafer W as shown in FIG. 18C.
  • the part outside the part where the windmill mark 94 was formed was exposed to turbulent flow, and many streaks due to transfer of the turbulent flow were seen.
  • the gas in the vicinity of the surface of the wafer W is supplied by supplying He gas from these Example 4 1 to Example 4 4 and Comparative Example 4 1 to Comparative Example 4 2 to the region including the central part. It was confirmed that the kinematic viscosity coefficient increased, the laminar flow formation region increased, the formation of windmill marks was prevented, and the region where the resist film thickness was uniform could be expanded.
  • the He gas ejection trace 93 in FIG. 3 can be improved by adjusting the distance between the gas nozzle 51 and the wafer W. Note that this discharge mark 93 is formed by the pressure applied due to the large flow rate of He gas supplied to the center, and it can be improved by adjusting the flow rate of He gas. It is dismissed that it can be done.
  • FIG. 19 is a graph showing the timing of discharging and stopping the He gas, the timing of dropping the resist on the wafer W, the timing of starting leveling, and the timing of starting drying of the resist solution. is there.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the number of rotations of the wafer W.
  • the resist solution was dropped onto the wafer W at a rotational speed of the wafer W of 2000 rpm, and 3 seconds after the resist solution was dropped, the rotational speed of the wafer W was set at lOO rpm. Belling was performed for 10 seconds, and then the resist solution was dried for 60 seconds at a wafer W rotation speed of 2600 rpm.
  • the gas nozzle the gas nozzle 51 is used as in the above-described embodiment, and He gas is discharged in the radial direction toward the peripheral edge of the central force of the wafer W.
  • the flow rate of He gas in this drying process was set to 40LZmin.
  • the distance between the lower end of the gas nozzle 51 indicated by h in FIG. 1 and the wafer W was set to 2 mm.
  • Example 5-1 Under the conditions as described above, as Example 5-1, the discharge of He gas was started 5 seconds after the start of leveling, and the discharge of gas was stopped 10 seconds after the start of the drying process. It was.
  • Example 5-2 the He gas was discharged simultaneously with the start of the leveling process, and the supply of He gas was stopped 10 seconds after the start of the drying process.
  • Example 5-3 the He gas was discharged 5 seconds before the start of the leveling process, and the supply of He gas was stopped 10 seconds after the start of the drying process.
  • Example 5-4 He gas was discharged simultaneously with the start of the drying process, and the supply of He gas was stopped 5 seconds after the discharge.
  • Example 5-5 the He gas was discharged simultaneously with the start of the drying process, and the supply of He gas was stopped 10 seconds after the discharge.
  • Example 5-6 the He gas was discharged simultaneously with the start of the drying process, and the supply of He gas was stopped 15 seconds after the discharge.
  • Example 5-4 a windmill mark was formed in the inner region of the wafer W as shown in FIG. 18C.
  • Example 6-1 to Example 6-4 film formation is performed by changing the number of rotations for each wafer to be processed within lOOrpm in the range of 1600rpm to 3000rpm. It was.
  • N gas was discharged from the gas nozzle 51 to the wafer W at a flow rate of 40 LZmin instead of He gas.
  • Example 6-1 the film forming process was performed in the same manner as in Example 6-1.
  • the distance h between the gas nozzle 51 and Ueno, W was 5 mm.
  • the table in FIG. 20 shows the results of Example 6-1 to Example 6-4 and the result of Comparative Example 6-1.
  • a circle in the table indicates that no windmill mark was formed on the wafer W.
  • X indicates that a windmill mark has been formed, and XX indicates that a streak has been formed due to exposure to turbulence outside the windmill mark and the windmill mark.
  • the formation of windmill marks was suppressed up to 2200 rpm in Example 6-1, up to 2200 rpm in Example 6-2, up to 2300 rpm in Example 6-3, up to 2600 rpm in Example 6-4. As a result, a good film forming process was performed.
  • Example 6-1 up to 250 Orpm, Example 6-2 up to 2500 rpm, Example 6-3 up to 2800 rpm, and Example 6-4 up to 2900 rpm, the formation of turbulent flow on the wafer W is suppressed.
  • Comparative Example 6-1 it was found that the formation of windmill marks could be suppressed only up to 1800 rpm, and turbulence occurred at a rotational speed of 2400 rpm or higher. From the above, it can be seen that by supplying He gas to Weno and W, the laminar flow formation area is expanded, and the formation of transitional flow and turbulent flow on the wafer W surface is suppressed.
  • FIG. 21A shows the configuration of the gas nozzle 101 used in Comparative Example 7-1 and Examples 7-1 to 7-3.
  • reference numeral 102 denotes a gas supply head configured in a flat cylindrical shape having an open bottom surface.
  • a gas supply plate 103 made of, for example, porous ceramics is provided so as to close the opening of the gas supply head 102.
  • the gas supply plate 103 is circular and has a diameter of 50 mm.
  • 104 indicates the gas supply head 102 and the gas supply plate 103.
  • the ventilation chamber is surrounded by a gas supply pipe 54 connected to the upper center of the gas supply head 102.
  • the He gas supplied from the gas supply pipe 54 to the ventilation chamber 104 passes through a hole provided in the gas supply plate 103, and downwards from the entire lower surface of the gas supply plate 103 as indicated by an arrow in the figure. It is discharged toward the shower.
  • Comparative Example 7-1 gas nozzle 101 was used in place of gas nozzle 51, and the resist was subjected to the same procedures as in Examples 6-1 to 6-4. In this drying process, a resist film was formed while supplying He gas to Ueno and W, whose rotation speeds were changed.
  • the gas nozzle 101 when the He gas is supplied to the wafer W, the gas nozzle 101 is provided at a height position where the distance between the lower end indicated by h3 in the drawing and the surface of the wafer W is 25 mm. It was. At the height position, the gas supply plate 103 of the gas nozzle 101 is parallel to the wafer W and covers the center of the wafer W. The flow rate of He gas was set to lOLZmin.
  • Example 7-1 As Example 7-1, except that the flow rate of He gas was set to 30 LZmin, the film was formed on each wafer W at different rotation speeds in the same procedure and the same processing conditions as in Comparative Example 7-1. Processing was performed.
  • Example 2-2 as shown in FIG. 22B, a gas nozzle 95 force is used instead of the gas nozzle 101, and the He gas is supplied from the gas nozzle 95, and the same as in Example 7-1.
  • the resist film was formed for each wafer W by changing the rotation speed in the resist drying process.
  • This gas nozzle 95 is configured in substantially the same manner as the gas nozzle 51 used in Examples 6-1 to 6-4, and its length is 1 OO mm, which is shorter than that of the gas nozzle 51. Further, the gas nozzle 95 does not force the center and the end of the wafer W as shown in FIG. 22B when supplying He gas, as shown in FIG. 22B. Down-flowed air is supplied to the center of the wafer W.
  • the height up to the lower end of the gas nozzle 95 when supplying He gas from the wafer W surface indicated by h4 in the figure was set to 2 mm, and the flow rate of He gas was set to 30 LZmin.
  • Example 7-3 as shown in FIG. 22C, while supplying He gas from the gas nozzle 101 and the gas nozzle 95, respectively, in the resist drying process for each wafer W.
  • the resist film was formed by changing the rotation speed.
  • the positional forces of the gas nozzle 101 and the gas nozzle 95 when supplying He gas to wafer W were set in the same manner as in Example 7-1 and Example 2-2, respectively.
  • the flow rate of He gas from the gas nozzle 101 and the flow rate of He gas from the gas nozzle 95 were set to 10 LZmin and 30 LZmin, respectively.
  • Comparative Example 7-1 and Examples 7-1 to 7-3 are shown in FIG. 23 as a table.
  • the symbols O, X, and X X in the table represent the same meaning as the symbols used in Figure 20.
  • the formation of windmill marks was suppressed in Example 7-1 up to 2200 rpm, Example 72 up to 2200 rpm, and Example 7-3 up to 2400 rpm. It was conducted.
  • Example 7-2 Further, from the results of Example 7-2, the He gas is not supplied to the center of the wafer W as in Examples 6-1 to 6-4, but the wind turbine mark It can be seen that the occurrence is suppressed. That is, a laminar flow is formed in the upper space in the center of the wafer W, the wafer surface is filled with an atmospheric gas (for example, air), no He is present, the transition flow is It is considered that the generation of windmill marks can be suppressed by applying a positional force He upstream (near the center of the wafer) from where it occurs.
  • an atmospheric gas for example, air
  • Example 7-3 He gas is supplied from the gas nozzle 95 and the nozzle 101 to different positions of the wafer W, in this example, the central portion and the region outside the central portion, respectively.
  • these parameters can be independently adjusted for the distance from the gas nozzle 95 and nozzle 101 for supplying the He gas to the wafer W and the gas flow rate to which each nozzle force is also supplied. .
  • the uniformity of the resist film thickness can be further improved. Therefore, in the central portion of the wafer W, the embodiment 4-1 to the embodiment 4 It is possible to suppress the formation of the He gas discharge trace 93 as seen in FIG.
  • air should be discharged from the gas nozzle 101 instead of He gas.
  • FIG. 24 is a graph showing the relationship between the position from the center of each wafer and the resist film thickness at that position. As shown in this graph, the wafer W processed in Example 7-3 has higher uniformity of resist film thickness.
  • the actual flow rate of He gas is considered to be about 1.4 times larger than the indicated flow rate.

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Abstract

　本発明は、基板を水平に保持する基板保持部と、基板保持部に水平に保持された基板の中心部に薬液を供給する薬液ノズルと、遠心力により基板の表面に薬液を広げて塗布するため、基板保持部を回転させる回転機構と、基板保持部に水平に保持された基板の表面に、雰囲気ガスのダウンフローを形成する気流形成手段と、基板の周囲の雰囲気を排気する排気手段と、雰囲気ガスよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを基板の表面に供給するガスノズルと、を備え、前記雰囲気ガスあるいは前記層流形成用ガスは、基板の中心部に供給されるようになっていることを特徴とする塗布装置である。

Description

塗布装置及び塗布方法
技術分野
[0001] 本発明は、基板にレジストなどの薬液を塗布する塗布装置及び塗布方法に関して いる。
背景技術
[0002] 従来、半導体ウェハ（以下ウェハとする）、液晶ディスプレイ用ガラス基板、カラーフ ィルタ用基板などの基板に薬液を塗布する技術として、塗布膜の厚さを略均一にす ること及び膜厚を薄くすることを目的として、回転塗布法 (スピンコーティング）が広く 用いられている。
[0003] この回転塗布法について、ウェハにレジスト液を塗布する場合を例として説明する 。先ず、ウェハを載置するスピンチャックが内部に設けられたチャンバにおいて、チヤ ンバの上部力も空気が供給されるとともに、チャンバの下部から排気が行われる。こ れにより、チャンバ内に、パーティクルの飛散を防止することを目的とした空気のダウ ンフローが形成される。続いて、スピンチャック上にウェハが載置されて、当該ウエノ、 が水平に保持される。その後、スピンチャックを介してウェハが例えば 2000rpm程度 で鉛直軸周りに回転されながら、ウェハの上方に設けられたノズルからウェハの中心 部にレジスト液が供給される。
[0004] ウェハに滴下されたレジスト液は、遠心力により、ウェハ Wの中心部からウェハ Wの 外周部に向力つて伸展される。その後、ウェハの回転数が例えば lOOrpm程度に低 下されることにより、伸展されたレジスト液がレべリングされる。このレべリングの後、ゥ ェハの回転数が例えば 2500rpm程度にまで上昇されて、ウェハ上の余分なレジスト 液が振り切られて除去される。また、ウェハ上のレジスト液中に含まれる溶剤力 ゥェ ハの回転によりウェハ上に生じる気流に曝されて、レべリング後にウェハの回転数が 上昇してから 10秒程度で、そのほとんどが蒸発する。この溶剤の蒸発後も、しばらく、 例えばレジスト液を供給してから 1分程度が経過するまで、ウェハの回転が続けられ る。これ〖こより、レジスト液が乾燥して、ウェハ上にレジスト膜が形成される。 [0005] このような塗布方法に対して、近年、技術的に更に高度な要求がある。その中でも、 塗布膜の更なる薄膜ィ匕ゃ塗布工程に要する時間の短縮ィ匕の要求が、特に増大して いる。既述の回転塗布法において、塗布膜の薄膜化及び工程時間の短縮化を達成 するためには、基板の回転数を増大させることが考えられる。し力しながら、大型の、 例えばサイズが 12インチのウェハにレジスト液の塗布を行う場合、ウェハの回転数を 上昇させると、図 25Aに示すように、ウェハの周縁に近い領域において、レジストの 表面に、例えば 30本前後のしわ状の、膜厚が不均一となる部位が形成されるおそれ がある。
[0006] これらのしわは、「風車マーク」と呼ばれて 、る。「風車マーク」は、基板上の空気の 速度境界層が層流から遷移流に変化する段階で生じる基板周方向の速度不均一が 、蒸発過程を経て、レジスト膜厚に転写されることによって生じるものである。この速度 不均一は、学術的には、エクマン ·スピンと呼ばれる有名な現象である。これについて は、 J.Appl.Phys.77 (6), 15(1995), pp.2297- 2308に詳しく説明されており、回転する基 板の Re (レイノズル)数が一定の値を超える際に出現する自然現象である。この Re数 は、基板の中心からの距離 ¾τ (mm)、基板の角速度を ω (radZs)、基板の周囲の ガス動粘性係数を V (mm2 Zs)とすると、下記の（1)式により算出される。
Re数 =r o / v (1)
[0007] そして、例えばウェハが回転する際には、そのウェハ表面において、 Re数 < 8000 0である場所には層流が形成され、 80000<Re数く 3 X 105となる場所には遷移流 が形成され、 Re数 > 3 X 105となる場所には乱流が発生する。
[0008] (1)式に示されるように、 Re数は rに比例して大きくなる。このため、例えば所定の大 きさを有するウェハを所定の速度で回転させる場合は、図 25A及び図 25Bに示すよ うに、ウェハの中心から当該回転数によって決まる所定距離だけ径方向に離れた位 置まで、前記層流が形成される領域が出現し、この層流の外側は乱流領域となり、両 者の境界に、層流から乱流に移行する遷移流が形成される領域が出現する。そして 、既述のように、レジスト液に含まれるほとんどの溶剤が蒸発する過程において、レジ スト液力この速度不均一な遷移流に曝されると、流速の高い気流に曝された箇所は 流速の低い気流に曝された箇所よりも溶剤が速く蒸発する。これにより、不均一な気 流の流れがレジスト膜に転写される。その結果として、レジストの膜厚が不均一になり 、風車マークがウェハの周方向に形成されるのである。
[0009] また、溶剤が蒸発する過程で乱流に曝されたレジスト液は、レジスト液の表面の溶 剤が速く蒸発しすぎることになる。その場合、塗布処理後のレジスト膜の表面にレジス ト液のポリマーの薄膜が形成されてしまって、その薄膜の下層に溶剤が残留した「か さぶた状構造」となってしまう。この場合、その全体の膜厚が、層流が形成される領域 の膜厚に比べて、大きくなつてしまうおそれがある。
[0010] 以上から、レジスト膜の膜厚が均一な領域を広くするためには、 Re数を小さくするこ とが必要である。
[0011] 一方、ガスの動粘性係数 Vの値は、下記の（2)式で求められる。（2)式中、 μはゥ ェハの周囲のガスの粘性係数 (Pas ' s)であり、 pは当該ガスの密度 (kgZm3 )であ る。
V = μ / β (2)
[0012] また、前記（1)式において、ウェハの角速度を一定とした場合、層流の半径、つまり Re数が 80000になるときの（1)式の rの値は、 vの値を小さくすると小さくなり、図 26 Aに示すように、層流が形成される領域が狭くなる。一方、 Vの値を大きくすると、 Re 数が 80000になるときの（1)式の rの値は大きくなつて、図 26Bに示すように、層流が 形成される領域が広くなり、遷移流の発生位置がウェハの周縁部側に寄っていくこと になる。
[0013] 従って、レジスト膜の膜厚が均一となる領域を広げるためには、ガス動粘性係数 V の値を上昇させればよい。そして、 Vの値を上昇させるためには、（2)式より、密度 p の低 、ガスを用いればよ！、。
[0014] 回転塗布法が行われる場合、通常、スピンチャックに載置された基板の周囲には、 塗布液の飛散を抑えるため、上部が開口したカップが設けられる。特開平 5— 2833 31号公報には、当該カップの上部を蓋で覆い、カップと蓋とにより囲まれる空間の空 気を He (ヘリウム)ガスにより置換して回転塗布を行う塗布装置が示されている。また 、その他の塗布装置として、特開平 5— 283331号公報及び特開昭 61— 150126号 公報には、スピンチャック上に載置された基板の数 mm程度上方に、前記基板と対向 すると共に当該基板の表面全体を覆うような蓋を設けて、基板と蓋との間における空 間の空気を Heガス等の空気より密度の低いガスに置換して回転塗布を行う塗布装 置が示されている。これら公開公報に記載された塗布装置を用いて基板の周囲の空 気を Heガスで置換した場合、 Vの値は 9倍程度になる。
[0015] また、特開平 3— 245870号公報には、スピンチャックが設けられたチャンバ内に、 Heガスと空気とからなる混合気体のダウンフローを形成して、チャンバ内の空気を当 該混合気体に置換して回転塗布を行う塗布装置が示されている。
[0016] し力しながら、特開平 5— 283331号公報に記載された蓋とカップとによって囲まれ る空間の空気を Heガスにより置換する塗布装置については、 Heガスの供給を開始 してから蓋とカップとにより囲まれる空間のガス密度を低下させる程度に十分に当該 Heガスが貯留されるまでに時間遅れが生じることが懸念される。
[0017] また、通常の回転塗布装置においては、基板の回転時に飛散してミスト状になった 塗布液を速やかに排気 (排出）するために、回転する基板の周辺に例えば lm3 /m in以上の排気量でガスを排気する排気機構が設けられるようになつている。
[0018] 従って、特開平 5— 283331号公報に記載された回転塗布装置により塗布処理を 行う場合は、塗布処理前にカップと蓋とにより囲まれる空間を Heガスによって置換し ておく必要があり、さらに、塗布処理中もその間のガス排気量に見合う量の Heガスを 供給し続ける必要がある。すなわち、塗布工程を通じて必要な Heガスの量が多くなり 、コストが高くなる。
[0019] また、特開平 3— 245870号公報に記載された塗布装置も、チャンバ内全体に He ガスを含んだ混合ガスを供給する必要があるため、特開平 5— 283331号公報に記 載された塗布装置と同様に、混合ガスが貯留されるまでの時間遅れが発生するおそ れがあり、また、使用される Heガスが多くなることでコスト高になる。
[0020] また、特開平 5— 283331号公報及び特開昭 61— 150126号公報に記載されるよ うに、回転する基板の表面全体を覆うような蓋が設けられる場合、基板の回転により 飛散してミスト状になった塗布液が前記蓋に付着してパーティクルとなり、このパーテ イタルが基板に落下して付着するというおそれがある。このような蓋の付着物を取り除 き、基板へのパーティクルの付着を防ぐためには、前記蓋を洗浄することが必要であ る力 当該洗浄にはコストがかかる。さらに、前記蓋は、基板の表面全体を覆っている ため、基板の周囲に既述のダウンフローを形成できない。このため、基板の周囲にパ 一ティクルが飛散するおそれが残存してしまう。
発明の要旨
[0021] 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたもの である。本発明の目的は、基板に薬液の回転塗布を行う際に、層流が形成される領 域を広げて、風車マークの発生を効果的に抑えることができるような塗布装置及び塗 布方法を提供することである。
[0022] 本発明の塗布装置は、基板を水平に保持する基板保持部と、基板保持部に水平 に保持された基板の中心部に薬液を供給する薬液ノズルと、遠心力により基板の表 面に薬液を広げて塗布するため、基板保持部を回転させる回転機構と、基板保持部 に水平に保持された基板の表面に、雰囲気ガスのダウンフローを形成する気流形成 手段と、基板の周囲の雰囲気を排気する排気手段と、雰囲気ガスよりも動粘性係数 の大きい層流形成用ガスを基板の表面に供給するガスノズルと、を備え、前記雰囲 気ガスある!/、は前記層流形成用ガスは、基板の中心部に供給されるようになって!/ヽる ことを特徴とする。
[0023] ここで、層流形成用ガスを基板の表面に供給するとは、当該ガスを基板に対して鉛 直方向から供給することに限られず、斜め方向から供給することも含み、更に、水平 方向から基板の表面に沿って供給することも含む。
[0024] 本発明によれば、基板の表面に対して薬液によりスピンコーティングを行ってその 後スピン乾燥する際に、雰囲気ガスによるダウンフローを行いながら、その雰囲気ガ スよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを供給することにより、基板の表面に沿 つて外側に広がる雰囲気ガスの気流中に層流形成用ガスが混合される。これにより、 基板の表面に形成される気流の動粘性係数が大きくなり、基板の表面に形成される 層流の半径はガスの動粘性係数に比例することから、結果的に基板表面における層 流領域が広がる。従って、基板の表面における風車マークの生成を抑えることができ 、良好な塗布処理を行うことができる。
[0025] また、基板の表面に対する層流形成用ガスの供給をノズルにより行っているため、 基板が置かれている雰囲気全体を層流形成用ガスによって置換する技術と比べて、 当該ガスの消費量が少なくて済むし、ガスの置換に長い時間を要するということも無 い。また、ダウンフローの雰囲気中に基板を配置し、基板の周囲から排気するように しているので、基板の上に蓋を設けて閉空間を形成する手法のように基板力 飛散 したミストが蓋に付着してパーティクル発生の要因になるといった問題もない。
[0026] 本発明にお 、て、例えば、前記ガスノズルは、基板の中心部の上方から基板の径 方向に沿って開口するガス吐出口を有している。あるいは、前記ガスノズルは、基板 の中心部の上方力 基板の径方向に沿って配列された多数の孔カ なるガス吐出 口を有している。
[0027] 好ましくは、前記ガスノズルは、多孔質体を有して 、る。また、好ましくは、前記ガス ノズルは、基板の周縁により近い領域において、吐出流量がより大きくなつている。例 えば、基板の中央部力 周縁に向力うにつれて、吐出流量が段階的にあるいは連続 的に大きくなつて 、ることが好ま U、。
[0028] また、例えば、前記ガスノズルは、基板の中心部と当該中心部力も離れている領域 との両方に、層流形成用のガスを供給するように構成されている。あるいは、前記ガ スノズルは、基板の中心部から離れて!/、る領域に層流形成用のガスを供給するよう に構成されており、基板の中心部は、雰囲気ガスのダウンフローに曝されるように構 成されている。
[0029] また、例えば、前記ガスノズルとは別個に、基板の中心部に層流形成用のガスまた は雰囲気ガスを供給するための第 2ガスノズルが設けられている。
[0030] また、本発明の塗布方法は、基板を基板保持部に水平に保持させる工程と、基板 保持部に保持された基板の表面に雰囲気ガスのダウンフローを形成しながら基板の 周囲の雰囲気を排気する工程と、基板の中心部に薬液ノズルから薬液を供給し、基 板保持部を回転させ、遠心力によって基板の表面に薬液を広げて塗布する塗布ェ 程と、前記塗布工程の後、基板を回転させている状態で、前記雰囲気ガスよりも動粘 性係数の大き ヽ層流形成用ガスをガスノズルカゝら基板の表面に供給すると共に、基 板の中心部に前記雰囲気ガスまたは前記層流形成用ガスを供給して、薬液を乾燥さ せる乾燥工程と、を備えたことを特徴とする基板に対する薬液の塗布方法である。 [0031] 本方法において、層流形成用ガスを基板の表面に供給すると共に基板の中心部 に前記雰囲気ガスまたは前記層流形成用ガスを供給するタイミングは、例えば、薬液 を乾燥させるのに好適な回転数で基板が回転し始めた時点、あるいは、当該時点よ りも前である。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1A]図 1Aは、本発明の一実施の形態に係る塗布装置を示す縦断側面図である。
[図 1B]図 1Bは、図 1 Aの塗布装置の横断平面図である。
[図 2]図 2は、図 1Aの塗布装置に設けられた各ノズルの構成を示す斜視図である。
[図 3A]図 3Aは、図 1Aの塗布装置に設けられたヘリウムガスを吐出するガスノズルの 構成の一例を示す正面図である。
[図 3B]図 3Bは、図 3Aのガスノズルの構成を示す断面図である。
[図 4]図 4は、図 3Aのガスノズルの側周壁の構成の一例を示す縦断面図である。
[図 5]図 5A乃至図 5Dは、図 1 Aの塗布装置によってレジスト液をウェハに塗布する 様子を示す工程図である。
[図 6A]図 6Aは、ガスノズルの傾きを変えてガス吐出を行う様子を示す縦正面図であ る。
[図 6B]図 6Bは、ガスノズルの傾きを変えてガス吐出を行う様子を示す平面図である。
[図 7A]図 7Aは、ヘリウムガスを吐出するガスノズルの構成の他の例を示す正面図で ある。
[図 7B]図 7Bは、図 7Aのガスノズルの構成を示す下面図である。
[図 8]図 8A及び図 8Bは、図 7Aのガスノズルを用いてウェハにガス吐出を行う様子を 示す斜視図である。
[図 9A]図 9Aは、ヘリウムガスを吐出するガスノズルの構成の他の例を示す正面図で ある。
[図 9B]図 9Bは、図 9Aのガスノズルの構成を示す下面図である。
[図 10A]図 10Aは、図 9Aのガスノズルを用いてウェハにガス吐出を行う様子を示す 斜視図である。
[図 10B]図 10Bは、図 9Aのガスノズルを用いてウェハにガス吐出を行う様子を示す 平面図である。
[図 11A]図 11Aは、ヘリウムガスを吐出するガスノズルの構成の他の例を示す正面図 である。
[図 11B]図 11Bは、図 11Aのガスノズルの構成を示す横断平面図である。
[図 11C]図 11Cは、図 11Aのガスノズルを用いてウェハにガス吐出を行う様子を示す 斜視図である。
[図 12A]図 12Aは、ヘリウムガスを吐出するガスノズルの構成の他の例を示す正面図 である。
[図 12B]図 12Bは、図 12Aのガスノズルの構成を示す下面図である。
[図 13A]図 13Aは、他の構成のガスノズルを用いてウェハにガス吐出を行う様子を示 す斜視図である。
[図 13B]図 13Bは、図 13Aの要部断面図である。
[図 14A]図 14Aは、他の構成のガスノズルを用いてウェハにガス吐出を行う様子を示 す斜視図である。
[図 14B]図 14Bは、他の構成のガスノズルを用いてウェハにガス吐出を行う様子を示 す斜視図である。
[図 15]図 15A及び図 15Bは、ガスノズルのウェハに対する角度及び高さを変えてゥ ェハに油膜を形成した際の、油膜の状態を説明する図及び表である。
[図 16]図 16A乃至図 16Dは、それぞれ、異なる構成のガスノズルを用いて各ウェハ にガス吐出を行う様子を示す説明図である。
[図 17]図 17A及び図 17Bは、それぞれ、異なる構成のガスノズルを用いて各ウェハ にガス吐出を行う様子を示す説明図である。
[図 18]図 18A乃至図 18Cは、各ウェハの表面の様子を示す斜視図である。
[図 19]図 19は、ウェハの回転数と各工程を開始するタイミングとヘリゥムガスを吐出 するタイミングと、の関係を示すグラフである。
[図 20]図 20は、乾燥工程におけるウェハの回転数とウェハの表面の様子との関係を 示す表である。
[図 21]図 21A及び図 21Bは、実施例で用いられたガスノズルの構成概略図である。 [図 22]図 22A乃至図 22Cは、実施例における、各ガスノズルからウェハにガスを吐 出する様子を示す説明図である。
[図 23]図 23は、乾燥工程におけるウェハの回転数とウェハの表面の様子との関係を 示す表である。
[図 24]図 24は、ウェハの中心からの距離とウェハ表面のレジストの膜厚との関係を示 すグラフである。
[図 25]図 25A及び図 25Bは、ウェハ Wに遷移流が形成される様子を示す説明図で ある。
[図 26]図 26A及び図 26Bは、ウェハの周囲のガス動粘性係数が変化したときの層流 が形成される領域の変化を示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[0033] 本発明の一実施の形態として、基板であるウェハ Wに薬液としてレジスト液を塗布 する塗布装置 2について説明する。
[0034] 図 1A及び図 1Bは、夫々、本実施の形態の塗布装置 2の縦断側面図及び横断平 面図である。図中 20は、筐体である。図中 21は、例えば不図示の搬送機構によりゥ エノ、 Wの搬送が行われる搬送用通路に面するように設けられたウェハ Wの搬送口で ある。図中 21aは、搬送口 21に設けられた開閉自在なシャツタである。シャツタ 21aは 、ウェハ Wが前記搬送機構により筐体 20内に搬入される場合及びウェハ Wが筐体 2 0内から搬送機構により搬出される場合を除 、て、閉鎖されるように構成されて!、る。 これにより、搬送用通路力も筐体 20内への気体の流入が抑えられるようになつている 図中 31は、筐体 20内に設けられたウェハ Wの裏面側中央部を吸引吸着してゥェ ハ Wを水平に保持するための基板保持部であるスピンチャックである。このスピンチ ャック 31は、軸部 32を介して、駆動部 33に接続されている。スピンチャック 31は、こ の駆動部 33を介して、ウェハ Wを保持した状態で、鉛直軸周りに回転自在かつ昇降 自在である。
[0035] 図中 34は、スピンチャック 31に保持されたウェハ Wの周縁外側に当該ウェハ Wを 囲むように設けられた、上部側が開口したカップである。カップ 34の側周面上端側は 、内側に傾斜している。カップ 34の底部側には、凹部状をなす液受け部 35が、ゥェ ハ Wの周縁下方側にぉ 、てウェハ Wの全周に亘つて設けられて 、る。この液受け部 35は、外側領域と内側領域とに区画されている。外側領域の底部には、貯留された レジスト液のドレインを排出するための排液口 36が設けられている。
[0036] また、内側領域の底部には、 2つの排気口 37, 38が設けられている。排気口 37, 3 8には、夫々、排気管 39の一端が接続されている。排気管 39の他端は、合流して、 バルブ VIを介して、例えば排気ポンプなどの排気手段 30に接続されている。これに より、例えばバルブ VIの開度を調節することで、カップ 34内の気体を例えば lm3 / min〜3m3 Zminの排気量で排気できるようになつている。このように、バルブ VIを 開いて排気が行われると、後述するように、ウェハ W上に吐出された Heガス及びゥェ ハ Wの周囲に供給された空気が、排気口 37, 38を介して排気管 39内に流入して筐 体 20内から除去される。また、このように形成される排気流に乗って、ウェハ Wの回 転により飛散したミスト状のレジスト液が、液受け部 35を介して、排液口 36から排出さ れるようになっている。
[0037] また、スピンチャック 31に保持されたウェハ Wの下方側には、円形板 3Aが設けられ ている。また、円形板 3Aの外側を囲むようにして、断面が山形のリング部材 3Bが設 けられている。さらに、リング部材 3Bの外端には、下方に伸びる端板 3C力 前記液 受け部 35の外側領域内に進入するように設けられている。これにより、ウェハ Wから こぼれ落ちるレジスト液は、リング部材 3B及び端板 3Cの表面を伝って、液受け部 35 の外側領域へとガイドされるようになって 、る。
[0038] 次に、筐体 20内に設けられた各ノズルの構成について、図 2をも参照して説明する 。図中 41は、ウェハ Wにレジスト液を吐出するための薬液ノズルとして設けられたレ ジスト液供給ノズルである。レジスト液供給ノズル 41には、レジスト液供給管 42の一 端が接続されている。レジスト液供給管 42の他端は、バルブ V2及び液体流量制御 部 43を介して、レジスト液が貯留されたレジスト液供給源 44に接続されている。また、 レジスト液供給ノズル 41には、当該レジスト液供給ノズル 41を支持するアーム体 45 の一端が接続されている。このアーム体 45の他端は、駆動部 46に接続されている。 駆動部 46は、例えば水平に、筐体 20の長さ方向に沿って敷設されたガイドレール 4 7に沿って移動できるように構成されて 、る。
[0039] 図 1B中 22は、カップ 34の外側に設けられた各ノズルの待機領域である。待機領域 22は、レジスト液供給ノズル 41の待機用バス 22aを備えている。スピンチャック 31と 搬送機構との間でウェハ Wの受け渡しが行われる際、レジスト液供給ノズル 41及び 後述のガスノズル 51は、この待機領域 22にて待機するようになっている。既述の駆 動部 46の移動に伴って、レジスト液供給ノズル 41は、アーム体 45を介して、待機領 域 22からスピンチャック 31に載置されたウェハ Wの中心部上まで移動自在に構成さ れている。そして、レジスト液供給ノズル 41がウェハ Wの中心部上に移動すると、ノ ルブ V2が開かれ、レジスト液供給源 44からレジスト液供給管 42に流れ込むレジスト 液が液体流量制御部 43により流量制御されて、所定の流量のレジスト液がレジスト 液供給ノズル 41からウェハ Wの中心部上に吐出されるようになっている。
[0040] また、図中 51は、ウェハ Wに層流形成用ガスである Heガスを吐出するためのガス ノズルである。図 3A及び図 3Bをも参照しながら説明すると、このガスノズル 51は、一 端側が塞がれた円筒状に構成されており、例えばウェハ Wの半径よりも若干長く形 成されている（例えば 150mm以上)。当該ガスノズル 51の他端側には、ガス流入口 52が設けられている。ガス流入口 52は、ガスノズル 51内に当該ガスノズル 51の長さ 方向に沿って設けられたガス流路 53に連通して 、る。
[0041] 図 4は、ガスノズル 51の側周壁を模式的に示した図である。図 4中 501は、この側 周壁の骨格部をなす例えばアルミナセラミックス力 なる本体部であり、多孔質体をな し、前記ガス流路 53に隣接している。本体部 501には、細かい多数の気孔 502が形 成されている。これら気孔 502の多くは、互いに連通することで、本体部 501全体に お!、て三次元網目状の気体の流路 503を形成して 、る。
[0042] ガスノズル 51のガス流入口 52には、ガス供給管 54の一端が接続されて!、る。ガス 供給管 54の他端は、ノ レブ V3及びガス流量制御部 55を介して、 Heガスが貯留さ れたガス供給源 56に接続されている。バルブ V3が開かれると、ガス供給源 56からガ ス供給管 54に Heガスが流れ込む。この Heガスは、ガス流量制御部 55により流量制 御されながら、ガスノズル 51のガス流路 53に流入する。ガス流路 53に流入した Heガ スは、本体部 501のガス流路 503に流入し、このガス流路 503を介してノズル 51の外 部に向かう。既述のように、ガス流路 503は、本体部 501全体において網目状に形 成されているため、本体部 501を通過した前記 Heガスは、図 3A及び図 3Bに矢印で 示すように、ガスノズル 51の側周壁の略全体から略均一な流速でガスノズル 51の外 部へと吐出される。なお、本体部 501の気孔 502は、特許請求の範囲でいうガスノズ ルの吐出口に相当する。
[0043] また、図 1及び図 2に示すように、ガスノズル 51は、例えば水平方向に伸長するよう に、支持部材 57aを介してアーム体 57の一端に接続されている。アーム体 57の他端 は、移動自在に構成された駆動部 58に接続されている。そして、後述するように、ゥ ェハ Wにレジスト液の塗布を行う際には、駆動部 58と共にガスノズル 51が、アーム体 57及び支持部材 57aを介して、待機領域 22から例えば図 1B及び図 2に示すように スピンチャック 31に載置されたウェハ Wの中心部及びその径方向をカバーする Heガ スの吐出位置へと移動し、当該中心部を含んだ径方向に沿ってウェハ W上に Heガ スが吐出される。なお、図 1中 100は、制御部であり、駆動部 33及びバルブ V3に接 続されており、例えば駆動部 33を介してレジスト液を乾燥させるための回転数でゥェ ハ Wを回転し始めた時点あるいはそれよりも前において前記バルブ V3を開き、また、 例えばバルブ V3が開かれてから所定時間経過後に当該バルブ V3を閉じる、という ように駆動部 33及びバルブ V3を制御する。
[0044] なお、 Heガスの吐出位置としては、このような位置に限られな 、。例えば、ガスノズ ル 51の長さ方向の中心がウェハ Wの中心部上に位置するというように設定してもよ い。もっとも、後述するレジスト液の乾燥工程の初期、例えば乾燥工程の開始後 10秒 程度、の間はウエノ、 Wの中心部に Heガスが供給されることは必要である。また、ゥェ ハ Wに向かってダウンフローされる空気は、ウェハ Wの遠心力により、ウェハ Wの中 心側から周縁側へ向力つて渦巻き状に流れる。そして、ウェハ Wの中心に Heガスが 吐出されると、その吐出された Heガスは前記空気の流れと合流してウェハ Wの周縁 側へ行き渡る。これにより、ウェハ W表面全体に空気と Heガスとの混合気体によって 構成される層が形成される。この層における動粘性係数は、空気単独の動粘性係数 よりも高くなる。このため、ウェハ W上における遷移流の発生を抑えることができる。
[0045] なお、ガスノズル 51が Heガスを吐出する位置に移動したとき、図 1で示すノズル 51 の下端からウェハ Wの表面までの高さ hは、混合気体層中の空気と Heガスとの混合 比にもよる力 例えばウェハ Wに供給されたレジスト液の乾燥を行う際にウェハ Wを 2 600rpmある!/ヽは 3000rpmで回転させる場合、 0. 2mm〜70mmであることが好ま しい。 h力 SO. 2mmよりも小さいと、ガスノズル 51がウェハ Wに接触するおそれがあり、 また、ガスノズル 51によりウェハ W上に形成される気流が撹乱されて、ウェハ Wの各 部においてレジスト液の蒸発乾燥速度が不安定ないし不均一になって、形成される レジスト膜の膜厚が不均一になるおそれがある。一方、 hが 70mmを超える場合は、 ウエノ、 W上の空気が Heに置換される時間が長くなるおそれがある他、 Heガスをゥェ ハ Wに供給してもウエノ、 Wの周縁部におけるガスの動粘性係数の値を十分に上昇さ せることができず、本発明の効果を十分に得られないおそれがある。
[0046] 図 1Aに示すように、筐体 20内の上部には、パーティクルを除去するためのフィルタ 61が設けられている。フィルタ 61の上部には、区画された空間である通気室 62が設 けられている。通気室 62には、ガス供給管 63の一端が開口しており、ガス供給管 63 の他端は、バルブ V4を介して、雰囲気ガスである空気が貯留された空気供給源 64 に接続されている。バルブ V4を開くと、空気供給源 64の空気が例えば所定の流量 でガス供給管 63を介して通気室 62に流入する。この通気室 62に流入した空気は、 フィルタ 61を通過して当該空気に含まれていたパーティクルが除去された後に、筐 体 20内に供給されるようになっている。なお、フィルタ 61、ガス供給管 63及び空気供 給源 64は、特許請求の範囲で言う気流形成手段に相当するものである。
[0047] また、図示は省略している力 例えば筐体 20の下部には、筐体 20内の気体を排気 する排気部が設けられている。既述のように、フィルタ 61から空気が供給されるととも に、当該排気部が前記排気手段 30とは別途に、例えば所定の流量で、排気を行うこ とにより、筐体 20内に空気のダウンフローが形成されるようになっている。
[0048] 次に、本実施の形態の塗布装置 2の作用について、図 5A乃至図 5Dを参照しなが ら説明する。
[0049] 先ず、バルブ V4及びバルブ VIが開かれ、さらに、筐体 20の下部の排気部力 排 気が行われ、筐体 20内に図 5A乃至図 5Dに実線の矢印で示すように空気のダウン フローが形成される。続いて、図示されない搬送機構が、ウェハ Wを保持した状態で 、搬送口 21を介して筐体 20内に進入する一方、駆動部 33を介してスピンチャック 31 が例えばカップ 34の外へと上昇する。そして、スピンチャック 31がウェハ Wの裏面中 央部を吸着してウェハ Wを水平に保持した後、当該スピンチャック 31は下降し、これ によりウェハ Wがカップ 34内に収まる。その後、駆動部 46を介してレジスト液供給ノ ズル 41がウェハ Wの中心部上に移動するとともに、駆動部 58を介してガスノズル 51 力 Sウェハ wの周縁付近に移動する。
[0050] 続、て、駆動部 33を介してスピンチャック 31に保持されたウェハ Wが鉛直軸周りに 例えば 2000rpmで回転される。これにより、ダウンフローでウェハ W上に降りてくる空 気は、この回転するウェハ W上を周縁部に向けて遠心力により渦巻き状に広がる。次 いで、バルブ V2が開かれ、レジスト液供給ノズル 41から供給されたレジスト液 4Aが ウェハ Wの中心部に吐出される。ウェハ Wに供給されたレジスト液 4Aは、遠心力に より伸展するいわゆるスピンコーティングによって、ウェハ W上の中心部から周縁部に 広げられる（図 5A)。
[0051] ウェハ Wの表面全体がレジスト液 4Aに覆われると、バルブ V2が閉じられ、レジスト 液供給ノズル 41からのレジスト液 4Aの供給が停止し、スピンチャック 31の回転数が 例えば lOOrpmに低下される。これにより、塗布されたレジスト液 4Aのレべリング (厚 さが均一になるようにレジスト液をならすこと）が行われる。またこのとき、レジスト液供 給ノズル 41が駆動部 46を介してウェハ Wの中心から退避すると共に、ガスノズル 51 が既述の Heガス吐出位置へと移動される（図 5B)。
[0052] ガスノズル 51の移動後、バルブ V3が開かれ、 Heガス供給源 56からガス供給管 54 に供給される Heガスの流量が流量制御部 55により制御されつつ、ガスノズル 51であ る多孔質体の周面力も Heガスがシャワー状に吐出される。当該 Heガスは、ウェハ W の中心部を含む径方向に沿って、例えば 40LZminの流量で供給される。この Heガ スの吐出と例えば同時かあるいはその吐出に若干遅れて、ウェハ Wの回転数が例え ば 2600rpmに上昇され、レジスト液 4Aの振り切り乾燥が行われる（図 5C参照）。図 6 A及び図 6Bは、このように Heガスがウェハ Wに吐出されたときのウェハ W周辺の各 気体の流れを示す図であり、 Heガスの流れを点線で、空気の流れを実線で夫々示し ている。これらの図に示すように、ウェハ W上に供給された Heガスは、ウェハ W表面 に沿って中心力 渦巻き状に広がる空気と合流して、 Heガスと空気との混合気体か らなる層がウェハ W上を周縁部へと向力つて広がるように渦巻流を形成する。この渦 卷流によってウェハ W上のレジスト液力 溶剤が盛んに蒸発して、レジスト液 4Aの乾 燥が行われ、塗布膜であるレジスト膜が形成される。なお図 5C中の点線は、混合気 体の層を示している。
[0053] レジスト液中の溶剤が蒸発するのに必要な時間が経過した後、例えば更に 10秒後 に、ウェハの回転はそのまま維持されつつ、バルブ V3が閉じられて Heガスの供給が 停止される（図 5D参照)。 Heガスの供給停止後も、しばらくは、スピンチャック 31はそ のままのスピードで回転され、レジスト液 4Aの乾燥が続けられる。その後、乾燥のた めの回転数での回転を始めて力も 60秒後に、当該スピンチャック 31の回転が停止さ れる。その後、既述のウェハ Wの搬入時とは逆の手順でウェハが前記搬送機構に受 け渡され、この搬送機構によりウェハ Wが筐体 20から搬出される。
[0054] 本実施の形態の塗布装置 2は、ウェハ Wの表面にレジスト液によるスピンコーティン グを行い、その後、レジスト膜を乾燥するにあたって、空気によるダウンフローを行う 一方で、ウェハ Wをレジスト膜の乾燥を行うための回転数（この例では 2600rpm)で 回転させる前力 ウェハ Wの表面の中心を含む径方向に沿って空気よりも動粘性係 数の大きい層流形成用ガスである Heガスを供給する。このため、ウェハ Wの中心部 に向けてダウンフローされウェハ Wの表面に沿って中心部から周縁部に広がる空気 中に、 Heガスが混合され、この混合気体がウェハ Wの表面全体に行き渡る。このた め、ウェハ W表面の気流の動粘性係数が空気だけの場合に比べて例えば 1. 5〜4 倍程度大きくなる。ウェハ Wの表面に形成される層流領域の半径はガスの動粘性係 数に比例することから、層流領域が広がり、 12インチサイズのウェハであれば層流領 域内に十分収まるようになる。
[0055] また、レジスト膜の溶剤は、ウェハ Wの回転数を乾燥のための回転数に上げた直後 に盛んに蒸発し、また、ウェハ Wの表面に沿って流れる渦巻流においてウェハ Wの 表面に近 、部位の気流はウェハ Wの中心部に供給されるガスにより形成され、この 気流の上にウェハ Wの中心部よりも外側の部位に供給されるガスの気流が積層され る格好になる。従って、レジスト膜の表面の仕上がりは、ウェハ Wの回転数が乾燥の ための回転数になった直後において、ウェハ Wの中心部に供給された気体による気 流によって概ね決定される。本実施の形態では、ウェハ Wが乾燥のための回転数で 回転し始めたときには、ウェハ Wの中心部には Heガスが供給されているので、ゥェ ハ Wの表面における風車マークの生成を効果的に抑えることができ、良好な塗布処 理を行うことができる。すなわち、本実施の形態によれば、ウェハ Wのサイズが大型 化しても、風車マークの生成を抑えることある 、は回避することができる。
[0056] また、ウェハ Wの表面に対する層流形成用ガスの供給をガスノズルにより行ってい るため、ウェハ Wが置かれている雰囲気全体を Heガス等により置換する場合に比べ て、ガスの消費量が少なくて済む。また、ガスの置換に長い時間を要するということも ない。また、ダウンフローの雰囲気中にウェハ Wを配置し、ウェハ Wの周囲から排気 するようにして 、るので、ウェハ Wの上に蓋を設けて閉空間を形成する手法のように ウエノ、 Wから飛散したミストが蓋に付着してパーティクル発生の要因になるといった 問題もない。
[0057] また、ガスノズル 51は、多孔質を介してガスが吐出するように構成されているので（ 多孔質によって形成された空隙をガス吐出孔としているので）、 Heガスがシャワー状 にウェハ Wの表面に均一に供給される。このため、ウェハ Wの表面における Heガス の圧力分布が均一となり、この点力もも、乾燥されたレジスト膜の表面が滑らかとなり、 すなわち、乾燥の仕上がりが良好となる。
[0058] なお、供給源 64に貯留される雰囲気ガスとしては、空気に限られな ヽ。例えば、窒 素ガスや Ar (アルゴン)ガスが貯留されて、これら窒素ガスや Arガスによるダウンフロ 一が筐体 20内に形成されてもよい。
[0059] また、層流形成用ガスとしてガスノズル 51から吐出されるガスは、雰囲気ガスとして 用いられるガスよりも動粘性係数が大きいガスであればよぐ Heガスに代えて例えば 水素などのガスを用いてもよい。また、層流形成用ガスとして、 Heガスと空気との混 合ガス、 Heガスと窒素ガスとの混合ガスなどを用いてもょ 、。
[0060] 既述の実施の形態においては、ウエノ、 Wに供給されたレジスト液をレべリングした 後、ウェハ Wの回転速度を上昇させたときに Heガスを供給している。しかしながら、 レべリング後、ウェハ Wの回転速度が上昇して力 溶剤の殆どが蒸発するまでの間 に、ウェハ Wの表面に既述の Heガスと空気との混合気体による層が形成されていれ ば、本発明の効果を達成できる。このため、例えばレべリングの途中力も溶剤の殆ど が蒸発するまでの間にウェハ Wに Heガスを吐出するようにしてもよい。ただし、レベリ ング時にウェハ Wへの Heガスの吐出を開始するよりも、既述の実施の形態のように、 レベリング終了後に乾燥工程のためにウェハ Wの回転速度を上昇させ、当該乾燥ェ 程の開始時あるいは開始の直前に Heガスの吐出を開始する方力 Heガスによるゥ エノ、 Wの温度への影響が抑えられ、より面内均一性の高いレジスト膜が得られるため 、好ましい。
[0061] なお、塗布処理を行うウェハ Wの表面の面積を S1とし、 Heガスをウェハ Wに供給 する際におけるノズル 51のウェハへの投影領域の大きさを S2とした場合、本実施の 形態においては、投影領域の大きさ S2は、ノズル 51の下端面の大きさである。 S1に 対する S2の比 S2ZS1は、より小さいほど、回転塗布を行う際に飛散してミスト状にな つたレジスト液が付着しにくくなり、当該レジスト液がパーティクルとなってウェハ Wに 落下することが防がれるため、好ましい。従って、 S2を大きくしたとしても、 S2ZS1は 1Z2以下であることが望まし 、。
[0062] なお、ガスノズルとしては、既述のように多孔質を用いたガスノズル 51を用いること が好ましいが、例えば図 7A以降に示すような構成を有するものを用いてもよい。図 7 A及び図 7Bは、夫々、他のガスノズル 65の側面図及び下面図を示している。このガ スノズル 65は、円筒状に構成されている。図中 66は、吐出口である。図中 67は、ガ ス流路であり、ガスノズル 65内に当該ノズル 65の長さ方向に沿って設けられ、吐出 口 66と連通している。このガスノズル 65においては、ガス流路 67にガス供給管 54の 一端が接続され、ウェハ Wに Heガスを吐出する際に吐出口 66がウェハ Wの中心部 に向力うようにアーム体 57に接続される。なお、ガスノズル 65は、例えば図 8Aに示 すように、吐出口 66から吐出されるガスがウェハ Wの表面の中心部に垂直に向かう ように鉛直に起立した姿勢で設けられていてもよいし、あるいは、図 8Bに示すように、 ウエノ、 Wの上方力 斜め下方に向力う姿勢で、ガスを前記中心部に向けて吐出する ように設けられていてもよい。
[0063] また、 Heガスを供給するガスノズルは、例えば図 9A及び図 9Bに示すガスノズル 7 のような構成としてもよい。図 9A及び図 9Bは、夫々、ガスノズル 7の正面図及び下面 図を示している。このガスノズル 7は、既述のガス供給管 54に接続されるガス流路を なす円筒状の垂直基部 71と、その長さ方向の中央部に前記基部 71の下端が接続さ れた水平管であるガス供給部 72と、を備えた逆 T字状に構成されている。ガス供給 部 72の下面においては、当該ガス供給部 72の長さ方向全体に亘つて、多数の孔部 力もなる吐出口 73が間隔をおいて設けられている。
[0064] ガスノズル 7は、例えば図 10A及び図 10Bに示すように、ウェハ Wに Heガスを吐出 する際に各吐出口 73がウェハ Wの表面に対向し、ガス供給部 72の一端側がウェハ Wの中心部上に位置し且つ他端側がウェハ Wの周縁部上に位置してガス供給部 72 力 Sウェハ wの半径をカバーするように設けられる。そして、ガス供給管 54からガスノズ ル 7に供給される Heガス力 吐出口 73から図 10A中に矢印で示すように真下に向け て吐出され、ウェハ Wの中心部を含んだ径方向に沿って供給されるようになっている
[0065] また、ガスノズルは、例えば図 11A及び図 11Bに示すような構成としてもよい。図 11 A及び図 11Bは、夫々、ガスノズル 74の正面図及び横断平面図を示している。この ガスノズル 74は、既述のガスノズル 7と略同様に構成される力 ガス供給部 72の下面 には吐出口 75が設けられておらず、その代わりに、ガス供給部 72の両側面に、ガス 供給部 72の長さ方向全体に亘つて、多数の孔部からなる吐出口 75が間隔をおいて 配列されている。このガスノズル 74は、 Heガスをウェハ Wに吐出する際に例えば図 1 1Cに示すように各吐出口 75から Heガスが水平に吐出され、吐出された Heガスがゥ エノ、 Wの表面に沿ってウェハ Wの中心部上を通過するように設けられる。ただし、吐 出口 75とウェハ Wとの距離が大きいと、本発明の作用効果が得られない。このため、 吐出口 75の中心とウェハ Wとの距離は、例えば 5mm〜15mmとされる。
[0066] また、ガスノズルは、例えば図 12に示すような構成としてもよい。図 12A及び図 12B は、夫々、ガスノズル 76の正面図及び下面図を示している。このガスノズル 76は、図 9A及び図 9Bに示されたガスノズル 7と略同様に構成される力 ガス吐出口 73にカロえ て、ガス供給部 72の両側面にも、ガス供給部 72の長さ方向全体に亘つて、多数の孔 部からなる吐出口 75が間隔をおいて配列されている。このガスノズル 76も、例えば図 9A及び図 9Bに示されたガスノズル 7と同様に、ウエノ、 Wに Heガスを供給する際にガ ス供給部 72がウェハ Wの中心及びその半径をカバーするように設けられ、吐出口 75 力も Heガスが水平方向に吐出されると同時に吐出口 73から Heガスが真下に向けて 吐出されるようになって 、る。
[0067] ところで、ウェハ Wの中心部から周縁部に向力うに従って、ウェハ Wの周方向の長 さは大きくなる。このため、 Heガスの密度をウエノ、 Wの面内で揃えるためには、ゥェ ハ Wの中央側力 周縁側に向力 に従って Heガスの流量を大きくすることが好まし い。具体的には、例えば図 13Aに示すようなガスノズル 8によってウェハ Wに Heガス を供給することが好ましい。ガスノズル 8は、既述のガスノズル 7と略同様に構成され ていて、すなわち、ガスノズル 7と同様にウェハ Wに Heガスを吐出する際にはそのガ ス供給部 72がウェハ Wの少なくとも一つの半径をカバーするように構成されているが 、吐出口 73が均一に設けられる代わりに、同じ口径を持つ吐出口 81がウェハ Wの周 縁側に行くほどその配列密度が大となるようにガス供給部 72の長手方向に沿って設 けられている。なお、この例では、図 13A及び図 13Bに示すように、各吐出口 81が、 ウエノ、 Wの回転方向に沿って、斜め下方に向けて Heガスを吐出するように設けられ ているが、ウェハ Wの回転方向とは逆向きに Heガスを吐出するように設けられていて もよい。また、 Heガスは、斜め下方に向けて吐出されることに限られず、例えば真下 に向けて吐出されて、ウェハ Wの中心部を含む径方向に供給されるようになって 、て もよい。なお、例えば、ウェハ Wの各所に供給される Heガスの流量がウェハ Wの中 心からの距離に比例するように、吐出口 81の配列密度が設定され得る。
[0068] 更には、例えば、図 14Aに示すようなガスノズル 83を用いてもよい。このガスノズル 83は、中空の扇形のブロック状に形成されており、その上部にガス供給管 54が接続 される。そして、扇形ブロックの下面全体に亘り、例えば扇形ブロックの径方向及び周 方向に夫々間隔をおいて、同じ口径を有する多数の孔部からなる吐出口 84が開口 している。ここで、周方向における吐出口 84の数は、内側方向力も外側方向へ向力 に従って、増加するようになっている。また、最も内側に設けられた吐出口 84が、ゥェ ハ Wの中心部に Heガスを吐出するようになって!/、る。
[0069] また、図 14Bに示すように、ウェハ Wの回転方向に対して順方向に渦を卷くような 中空のブロック状に形成されたガスノズル 85を用いてもよ!、。このガスノズル 85の下 面には、例えば間隔をおいて、多数の例えば同じ口径の孔部カもなる吐出口 86が 設けられる。そして、ウェハ Wの周縁側に向力 ほど、 Heガスの吐出流量が増えるよ うになつている。
[0070] なお、ウェハ Wの周縁側に向かうほど Heガスの吐出流量を増やすためには、同じ 口径の吐出口を周縁側に向力うほど配列密度が大きくなるように配列する他に、例え ば周縁側に配列された吐出口ほど径が大きくなるように各ガスノズルを構成してもよ い。さらにまた、小さな孔部を並べる代わりに、ガス供給部（例えばガス供給部 72)の 長さ方向に伸びるスリットを吐出口として形成してもよい。この場合、ウェハ Wの周縁 側に向かうほど Heガスの吐出流量を増やすためには、ウェハ Wの周縁に向かうほど スリット幅を連続的にあるいは段階的に大きくすればよい。
[0071] あるいは、図 14A及び図 14Bに示されたガスノズル 83, 85において、ウェハ Wに 面する下側の壁部を既述のガスノズル 51の側周壁と同様な多孔質構造として、それ ら壁部の略全体から下方に向力つて略均一な流速で Heガスが吐出されるようにして ちょい。
[0072] また、例えば既述のガスノズル 65により Heガスをウェハ Wに供給する際に、 Heガ スの供給位置を中心部力 周縁部に移動させるようにしてもよい。具体的には、例え ば乾燥工程を開始してから 10秒後までの間は図 8Aに示すようにウェハ Wの中心部 上にガスノズル 65が位置して、ウェハ Wの中心部に Heガスが供給される一方、その 後例えばガスノズル 65が水平方向に移動してウェハ Wの周縁部上で停止して、当 該周縁部に Heガスが供給されるというようにしてもよい。また、ガスノズル 65を例えば 水平面内で回動自在に構成して、 Heガスが供給されるポイントをウェハ Wの中心部 力もウェハ Wの周縁部に移動できるようにしてもよ!、。
[0073] なお、本実施の形態の塗布装置 2は、基板にレジスト液を供給して成膜する場合に 限られず、例えば薬液として、シリコン酸ィ匕膜などの絶縁膜を成膜するために絶縁膜 の前駆体を含む薬液などを基板に塗布する場合にも用いることができる。すなわち、 本実施の形態の塗布装置 2は、広く一般的な薬液を塗布する場合にも適用可能であ る。 [0074] <実施例 >
実施例 1では、市販の墨汁と市販の中性洗剤（商品名：ママレモン)とを夫々 1対 1 の割合で混合して調製された油液が、レジスト液の代わりに、供給源 44に貯留され、 液供給ノズル 41から、レジスト液の代わりに、当該油液がウェハ Wに供給されるような 塗布装置が用意された。当該塗布装置のその他の構成は、既述の塗布装置 2と同様 である。
[0075] そして、既述の実施の形態におけるレジスト液を塗布する手順に従って、前記油液 力 Sウェハ w上に塗布され、当該油液による油膜が形成された。
[0076] ウェハ Wは、その直径が 300mmであるもの（12インチサイズウエノ、）が用いられた
(以降説明される各実施例のウェハ Wのサイズは、すべて直径 300mmのものである 。；)。 Heガスを吐出するガスノズルとしては、図 7Aに示されたガスノズル 65が使用さ れた。また、油液の塗布処理中における筐体 20内の排気流量は、 2m3 Zminとされ た。そして、既述の実施形態と略同様の手順で、液供給ノズル 41から油液が滴下さ れ、ウェハ Wに油膜が形成された。ただし、油液の滴下を開始してからレべリングを 終了するまでの時間は、 20秒とされ、また、レべリング後の乾燥工程は、ウェハ Wの 回転数を 3000rpmに設定して、 60秒間行われ、当該乾燥工程の開始力 終わりま での間、図 8Aに示す位置にガスノズル 65が配置され、ウェハ Wの中心部に 60秒間 Heガスが吐出された。また、ガスノズル 65が Heガスを吐出する際におけるウェハ W 表面からガスノズル 65の吐出口 66までの高さは、 2. 5mmとされ、 Heガスの流量 Qi nは、 33L/minとされた。
[0077] 形成された油膜を評価した結果、その表面には風車マークも Heガスの吐出跡も観 察されなかった。
[0078] 続けて、実施例 2として、図 11A及び図 11Bに示されたガスノズル 74を用いて、ゥ ェハ Wに Heガスを供給する際には図 11Cに示すように Heガスがウェハ Wの表面に 沿ってウェハ Wの中心部上を通るように吐出されるようにして、実施例 1と同様に、油 液をウェハ Wに供給して、油膜が形成された。
[0079] 実施例 2においては、ウェハ Wに供給される Heガスの流量 Qinの値は 19LZmin または 38LZminにされ、夫々塗布処理が行われ、形成された油膜の評価が行われ た。その結果、 Qinが 19L/minの場合には風車マークが油膜に形成された力 Qin が 38L/minの場合には油膜に風車マークの形成も Heガスの吐出跡も見られなか つた o
[0080] 続けて、実施例 3として、図 9A及び図 9Bに示されたガスノズル 7を用いて、図 15A に示されたようにガスノズル 7の下端からウェハ Wの表面までの高さ h2及び吐出口 7 3の中心の向きとウェハ Wの回転する向きとのなす角 αを夫々変化させて、各ウェハ Wに、実施例 1と同様の手順で油膜が形成された。これらの各油膜を評価した結果 力 図 15Bの表に示されている。図 15Bの表において、横軸には前記 αの値力 縦 軸には前記 h2の値力 夫々記載されている。表中の丸は、形成された油膜に風車マ ークも Heガスの吐出跡も形成されていなカゝつたことを示しており、四角は、風車マー クは形成されていなかったが Heガスの吐出跡が形成されていたことを示しており、三 角は、 Heガスの吐出跡は形成されて ヽなカゝつたが風車マークが形成されて 、たこと を示している。なお、実施例 3において、 αを 50° 、 h2を lmmとしたときにウェハ W に供給された Heガスの流量は 19LZminとされ、 αを 60° 、 h2を 8mmとしたときの Heガスの流量は 30LZminとされた。また、 αを 90° 、 h2を 20mmとしたときの He ガスの流量は 60LZminとされた。また、 α及び h2がその他の値の場合は、 Heガス の流量は 27LZminとされた。
[0081] 図 15Bの表に示されるように、 h2が lmm〜20mmの範囲で角 αや Heガスの流量 を調節することにより、風車マークの形成を防ぐことができた。また、表中に示されるよ うに、 h2と αとの大きさによっては、 Heガスの吐出跡がウェハ Wの周方向に溝状に 形成されるものがあった。ただし、このような吐出跡は、 Heガスがウェハ Wに衝突する ポイントに圧力が力かることで形成されるため、例えば吐出口 73をスリット状に形成し て、このスリットから Heガスがウェハ Wの中心部及びその半径をカバーするように吐 出されるようにしたり、吐出口 73を設ける代わりに水平管であるガス供給部 72の周壁 を既述のガスノズル 51のように多孔質構造として、その孔カも Heガスを吐出したりす ることで、このような吐出跡の付着は防ぐことができると思われる。
[0082] 続いて、実施例 4— 1として、既述の実施の形態で示された塗布装置 2を用いて、既 述の実施の形態の手順と略同様の手順で、ウェハ Wに対して ArFのレジスト膜の成 膜処理が行われた。滴下されたレジスト液をレべリングした後の乾燥工程にぉ ヽては
、図 16Aに示すように、既述の実施の形態で説明されたガスノズル 51 (図 1乃至図 3 参照）を用いて、 Heガスがウェハ Wの中心部から周縁部に亘つて径方向に沿って吐 出された。また、この乾燥工程におけるウェハ Wの回転数は 2600rpmとされ、 Heガ スの流量は 40LZminとされた。また、図 1に hで示されたガスノズル 51の下端とゥェ ハ Wとの距離は、 2mmとされた。
[0083] また、実施例 4— 2として、既述の実施例 4— 1と略同様の手順で、ウェハ Wに対し てレジスト膜の成膜処理が行われた。ただし、この実施例 4— 2のガスノズル 51は、図 16Bに示すように、 Heガスを吐出する際にガスノズル 51のウェハ Wの周縁部上に位 置する端部がカバー 91で覆われて、ウェハ Wの周縁部に向けては Heガスが吐出さ れないようにした。
[0084] 次に、実施例 4— 3として、既述の実施例 4—1及び 4— 2と略同様に、ウェハ Wに対 してレジスト膜の成膜処理が行われた。この実施例 4— 3においては、ガスノズル 51 の代わりに、ガスノズル 92が用いられた。このガスノズル 92は、ガスノズル 51よりもそ の周壁が長いことを除いて、ガスノズル 51と同様に構成されている。ウェハ Wに Heガ スを吐出する際において、このガスノズル 92は、図 16Cに示すように、その一端がゥ エノ、 Wの周縁部上に位置するとともに、その他端が中心部上を十分通るように長く構 成され、ウェハ Wの直径上に水平方向に設けられている。
[0085] さら〖こ、実施例 4— 4として、実施例 4— 3と同様にガスノズル 92を用いて、実施例 4 —3と同様にレジスト膜の成膜処理が行われた。ただし、 Heガスを吐出する際に、ガ スノズル 92は、図 16Dに示すように、ウェハ Wの周縁上に位置するその一端よりもゥ エノ、 Wの中央側のその他端が高くなるように傾けられて設けられた。
[0086] 続いて、比較例 4—1として、実施例 4—1と同様に、塗布装置 2を用いてウェハ W にレジスト膜の成膜処理が行われた。ただし、図 17Aに示すように、 Heガスを吐出す る際にガスノズル 51のウエノ、 Wの中心部上に位置する側の端部がカバー 91で覆わ れ、中心部に向けては Heガスが吐出されないようにした。
[0087] また、比較例 4— 2として、図 17Bに示すように、ガスノズル 51の両端がカバー 91で 覆われ、ウエノ、 Wの中心部及び周縁部に向けて Heガスが吐出されな 、ようにした。 [0088] 図 18A乃至図 18Cは、実施例 4 1乃至実施例 4—4、及び、比較例 4—1乃至 4 2、で成膜処理されたウェハ Wを示す図である。
[0089] 実施例 4 1乃至実施例 4 3においては、図 18Aに示すように、各ウェハ Wの中 心部上に Heガスの吐出跡 93が形成され、また、各ウェハ Wの周縁部に風車マーク は形成されていなかった。
[0090] 実施例 4 4においては、図 18Bに示すように、風車マークも Heガスの吐出跡 93も 見られなかった。
[0091] 比較例 4—1及び比較例 4 2のウェハ Wについては、図 18Cで示すように、ウェハ Wの内側領域に風車マーク 94が形成されていた。また、風車マーク 94が形成された 部位の外側の部位は、乱流に曝され、この乱流の流れが転写されたことによる筋が 多数見られた。
[0092] 従って、これらの実施例 4 1乃至実施例 4 4及び比較例 4 1乃至比較例 4 2 から、中心部を含んだ領域に Heガスを供給することでウェハ Wの表面近傍の気体の 動粘性係数が上昇し、層流の形成領域が増大して、風車マークの形成が防止され、 レジスト膜の膜厚が均一となる領域を広げることができる、ということが確認された。
[0093] また、実施例 4— 1乃至実施例 4— 4から明らかなように、実施例 4— 1乃至実施例 4
3における Heガスの吐出跡 93については、ガスノズル 51とウェハ Wとの距離を調 節することで改善できる。なお、この吐出跡 93は、中心部に供給される Heガスの流 量が多いために圧力が力かることによって形成されたものであり、 Heガスの流量を調 節すること〖こよっても改善できると考免られる。
[0094] また、塗布装置 2を用いて、 Heガスの供給開始のタイミングと供給停止のタイミング とを夫々変化させて、各ウェハ Wにレジスト膜が成膜された。図 19は、その Heガスの 吐出及び停止のタイミング、ウェハ Wにレジストを滴下するタイミング、レべリングを開 始するタイミング、及び、レジスト液の乾燥を開始するタイミング、をグラフに表したも のである。このグラフにおいて、横軸は時間を、縦軸はウェハ Wの回転数を、夫々示 している。
[0095] このグラフに示すように、ウェハ Wの回転数を 2000rpmにしてウェハ Wにレジスト 液を滴下し、レジスト液を滴下してから 3秒後にウェハ Wの回転数を lOOrpmにしてレ ベリングを 10秒間行い、その後ウェハ Wの回転数を 2600rpmにして 60秒間レジスト 液の乾燥が行われた。ガスノズルとしては、既述の実施形態と同様に、ガスノズル 51 が用いられ、ウェハ Wの中心部力 周縁部にかけて径方向に Heガスが吐出されるよ うにした。また、この乾燥工程における Heガスの流量は、 40LZminとされた。また、 図 1に hで示されたガスノズル 51の下端とウェハ Wとの距離は、 2mmとされた。
[0096] 以上のような条件において、実施例 5— 1として、レべリング開始から 5秒後に Heガ スの吐出が開始され、乾燥工程を開始してから 10秒後にガスの吐出が停止された。 実施例 5— 2としては、レべリング工程の開始と同時に Heガスが吐出され、乾燥工程 を開始してから 10秒後に Heガスの供給が停止された。実施例 5— 3としては、レベリ ング工程の開始から 5秒前に Heガスが吐出され、乾燥工程を開始してから 10秒後に Heガスの供給が停止された。実施例 5— 4としては、乾燥工程の開始と同時に Heガ スが吐出され、吐出してから 5秒後に Heガスの供給が停止された。実施例 5— 5とし ては、乾燥工程の開始と同時に Heガスが吐出され、吐出してから 10秒後に Heガス の供給が停止された。実施例 5— 6としては、乾燥工程の開始と同時に Heガスが吐 出され、吐出してから 15秒後に Heガスの供給が停止された。
[0097] 結果としては、実施例 5—1乃至実施例 5— 3、及び、実施例 5— 5乃至実施例 5— 6において、図 18Aで示すように、ウェハ Wの周縁部に吐出跡 93が形成されていた 。一方、実施例 5—4においては、図 18Cに示すように、ウェハ Wの内側領域に風車 マークが形成されていた。既述のように、乾燥工程において Heガスを供給することが 、レジスト膜の均一性を高めるためには好ましい。これらの実施例 5—1乃至実施例 5 6から、乾燥工程においてのみ Heガスを供給しても、十分な時間 Heガスを供給す れば、本発明の効果が得られるということが分力つた。なお、実施例 5— 4においては 、 Heガスの供給時間が短ぐレジスト膜が硬化するまでの期間に渡ってガスが供給さ れなカゝつたために、風車マークが形成されたものと考えられる。
[0098] 続けて、塗布装置 2において、ガスノズル 51の高さ（図 1で示す hの大きさ）、ガスノ ズル 51から吐出される Heガスの流量、及び、乾燥工程におけるウェハ Wの回転数、 を夫々変化させて、既述の実施形態の手順に従って各ウェハ Wにレジスト膜の成膜 を行った。実施例 6—1として、 h= 5mm、 Heガス流量 = 20LZminに設定した。実 施例 6— 2として、 h= 5mm、 Heガス流量 =40LZminに設定した。実施例 6— 3とし て、 h= 2mm、 Heガス流量 = 20LZminに設定した。実施例 6—4として、 h= 2mm 、 Heガス流量 =40LZminに設定した。そして、実施例 6— 1乃至実施例 6—4の乾 燥工程において、処理を行うウェハ毎に、その回転数を 1600rpm〜3000rpmの範 囲で lOOrpm毎に変化させて、成膜処理が行われた。また、比較例 6—1として、ガス ノズル 51から Heガスの代わりに N ガスをウェハ Wに対して流量 40LZminで吐出
2
した他は実施例 6—1と同様に、成膜処理が行われた。ガスノズル 51とウエノ、 Wとの 距離 hは、 5mmとされた。
[0099] 図 20の表は、実施例 6— 1乃至実施例 6— 4の結果、及び、比較例 6— 1の結果を 示したものである。表中の〇は、ウェハ Wに風車マークが形成されていなかったこと を示している。また Xは、風車マークが形成されていたこと、 X Xは風車マーク及び 風車マークの外側に乱流に曝されたことによる筋が形成されていたことを示している 。この表に示すように、実施例 6—1では 2200rpmまで、実施例 6— 2では 2200rpm まで、実施例 6— 3では 2300rpmまで、実施例 6— 4では 2600rpmまで、夫々風車 マークの形成が抑えられ、良好な成膜処理が行われた。また、実施例 6—1では 250 Orpmまで、実施例 6— 2では 2500rpmまで、実施例 6— 3では 2800rpmまで、実施 例 6— 4では 2900rpmまで、ウェハ W上において乱流の形成が抑えられていること が分かる。それに対して、比較例 6—1では、 1800rpmまでしか風車マークの形成が 抑えられず、 2400rpm以上の回転数で乱流が発生したことが分かる。以上から、 He ガスをウエノ、 Wに供給することで、層流の形成領域が広げられ、ウェハ W表面におけ る遷移流及び乱流の形成が抑制される、ということが分かる。
[0100] 続いて、本発明の効果を確認するために、比較例 7— 1、実施例 7— 1乃至実施例 7— 3の成膜が行われた。図 21Aは、これら比較例 7—1、実施例 7—1乃至実施例 7 —3で使用されたガスノズル 101の構成について示している。図中 102は、下面が開 口している偏平な円筒形状に構成されたガス供給ヘッドである。そして、ガス供給へ ッド 102の開口部を塞ぐように、例えば多孔質のセラミックスによって構成されたガス 供給板 103が設けられている。図 21Bに示すように、ガス供給板 103は円形であり、 その直径は 50mmである。図中 104は、ガス供給ヘッド 102及びガス供給板 103に より囲まれる通気室であり、ガス供給ヘッド 102の上部中央に接続されたガス供給管 54に連通している。ガス供給管 54から通気室 104に供給される Heガスは、ガス供給 板 103に設けられた孔を通過して、図中に矢印で示すように、ガス供給板 103の下 面全体から下方に向けてシャワー状に吐出される。
[0101] 続いて、比較例 7—1として、図 22Aに示すように、ガスノズル 51に代えてガスノズ ル 101が用いられ、実施例 6—1乃至実施例 6— 4と同様の手順に従って、レジストの 乾燥工程において夫々回転数を変化させたウエノ、 Wに対して、 Heガスを供給しなが らレジスト膜の成膜が行われた。ただし、比較例 7—1においては、 Heガスをウェハ Wに供給する際、ガスノズル 101は、図中に h3で示されたその下端とウェハ W表面と の距離が 25mmになる高さ位置に設けられた。なお、当該高さ位置において、ガスノ ズル 101のガス供給板 103は、ウェハ Wに対して平行であり、ウェハ Wの中心部を覆 つている。また、 Heガスの流量は、 lOLZminに設定された。
[0102] 続いて、実施例 7— 1として、 Heガスの流量が 30LZminにされた他は比較例 7— 1と同様の手順及び同様の処理条件で、各ウェハ Wに異なる回転数で成膜処理が 行われた。
[0103] また、実施例 7— 2として、図 22Bに示すように、ガスノズル 101の代わりにガスノズ ル 95力用いられ、当該ガスノズル 95から Heガスが供給されながら、実施例 7—1と同 様に各ウェハ W毎にそのレジストの乾燥工程における回転数を変化させてレジスト膜 の成膜が行われた。このガスノズル 95は、実施例 6—1乃至実施例 6—4で用いられ たガスノズル 51と略同様に構成されている力 その長さはガスノズル 51よりも短ぐ 1 OOmmであった。また、ガスノズル 95は、 Heガスを供給する際にはウェハ Wの径方 向に沿うように設けられる力 図 22Bに示すように、ウェハ Wの中心部及び端部を力 バーしておらず、ウェハ Wの中心部にはダウンフローされた空気が供給されるように なっている。また、図中 h4で示されたウェハ W表面カゝら Heガスを供給する際のガスノ ズル 95の下端までの高さは、 2mmに設定され、 Heガスの流量は 30LZminに設定 された。
[0104] さらに、実施例 7— 3として、図 22Cに示されるように、ガスノズル 101及びガスノズ ル 95から夫々 Heガスを供給しながら、各ウェハ W毎にレジストの乾燥工程における 回転数を変化させて、レジスト膜の成膜を行った。この実施例 7— 3においては、ゥェ ハ Wに Heガスを供給する際のガスノズル 101及びガスノズル 95の位置力 夫々、実 施例 7—1及び実施例 7— 2と同様に設定された。また、ガスノズル 101からの Heガス の流量、ガスノズル 95からの Heガスの流量は、夫々、 10LZmin、 30LZminに設 定された。
[0105] 比較例 7— 1、及び、実施例 7— 1乃至実施例 7— 3の結果が、表として図 23に示さ れている。表中の〇、 X、 X Xの各記号は、図 20にて用いられた各記号と同一の意 味を表している。図 23の表に示すように、実施例 7— 1では 2200rpmまで、実施例 7 2では 2200rpmまで、実施例 7— 3では 2400rpmまで、夫々風車マークの形成が 抑えられ、良好な成膜処理が行われた。また、比較例 7—1については、比較例 6— 1と同じデータを示しており、このことから、 h3 = 25mmで He流量が lOLZminの場 合にぉ 、ては、実質的に Heを流す効果がな 、と 、うことが判る。
[0106] また、実施例 7— 2の結果から、 Heガスは、既述の実施例 6— 1乃至実施例 6—4の ようにウェハ Wの中心部に供給されなくても、風車マークの発生を抑えるということが 分かる。すなわち、ウェハ Wの中心の上方空間に層流が形成されており、かつ、ゥェ ハ表面が雰囲気ガス (例えば空気)で満たされて 、て Heが無 、状態にぉ 、て、遷移 流が発生する場所より上流側（ウェハの中心寄り）の位置力 Heを流せば、風車マ ークの発生を抑制することが出来るものと考えられる。
[0107] また、既述の比較例 4—1及び比較例 4 2のウェハ Wの表面においては、図 18C に示すように、風車マークが形成されてレジストの膜厚が不均一となった。これは、フ ィルタ 61からダウンフローされた空気をもカバー 91に遮られてしまって、ウェハ Wの 中心上方空間に層流が供給されな力つたためと考えられる。
[0108] さらに、実施例 7— 3のように、ガスノズル 95とノズル 101とから Heガスが夫々ウェハ Wの異なる位置、この例では中心部と中心部よりも外側の領域と、に供給されるように 構成された場合には、 Heガスを供給するガスノズル 95及びノズル 101からウェハ W までの距離や、各ノズル力も供給されるガス流量について、これらのパラメータを夫々 独立して調整することができる。このため、レジストの膜厚の均一性を、より一層向上 させることができる。従って、ウェハ Wの中心部において実施例 4—1乃至実施例 4 3でみられたような Heガスの吐出跡 93が形成されることを抑えることができる。なお、 実施例 7— 2から明らかなように、ガスノズル 101からは、 Heガスに代えて空気を吐出 するようにしてちょい。
[0109] 続いて、実施例 6— 3及び実施例 7— 3において各々同一の回転数（2200rpm)で 処理されたウェハ Wを選択し、これらのウェハ Wのレジストの膜厚を測定した。図 24 は、各ウェハについての中心からの位置と、当該位置におけるレジストの膜厚と、の 関係を示したグラフである。このグラフに示すように、実施例 7— 3において処理され たウェハ Wの方が、レジスト膜の膜厚の均一性は高力つた。
[0110] なお、上述の各実施例及び各比較例において示された Heガスの流量は、空気及 ΧβΝ ガスの流量を測定するための簡易フローメータにより測定されたものである。従
2
つて、 Heガスの実際の流量は、各々示された流量の 1. 4倍程度に大きいものと考え られる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板を水平に保持する基板保持部と、
基板保持部に水平に保持された基板の中心部に薬液を供給する薬液ノズルと、 遠心力により基板の表面に薬液を広げて塗布するため、基板保持部を回転させる 回転機構と、
基板保持部に水平に保持された基板の表面に、雰囲気ガスのダウンフローを形成 する気流形成手段と、
基板の周囲の雰囲気を排気する排気手段と、
雰囲気ガスよりも動粘性係数の大きい層流形成用ガスを基板の表面に供給するガ スノズノレと、
を備え、
前記雰囲気ガスあるいは前記層流形成用ガスは、基板の中心部に供給されるよう になっている
ことを特徴とする塗布装置。
[2] 前記ガスノズルは、基板の中心部の上方カゝら基板の径方向に沿って開口するガス 吐出口を有している
ことを特徴とする請求項 1に記載の塗布装置。
[3] 前記ガスノズルは、基板の中心部の上方から基板の径方向に沿って配列された多 数の孔カもなるガス吐出口を有して!/、る
ことを特徴とする請求項 1に記載の塗布装置。
[4] 前記ガスノズルは、多孔質体を有している
ことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の塗布装置。
[5] 前記ガスノズルは、基板の周縁により近い領域において、吐出流量がより大きくなつ ている
ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の塗布装置。
[6] 前記ガスノズルは、基板の中心部と当該中心部から離れている領域との両方に、層 流形成用のガスを供給するように構成されて 、る
ことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の塗布装置。
[7] 前記ガスノズルは、基板の中心部から離れている領域に層流形成用のガスを供給 するように構成されており、
基板の中心部は、雰囲気ガスのダウンフローに曝されるように構成されている ことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の塗布装置。
[8] 前記ガスノズルとは別個に、基板の中心部に層流形成用のガスまたは雰囲気ガス を供給するための第 2ガスノズルが設けられて 、る
ことを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれかに記載の塗布装置。
[9] 基板を基板保持部に水平に保持させる工程と、
基板保持部に保持された基板の表面に雰囲気ガスのダウンフローを形成しながら 基板の周囲の雰囲気を排気する工程と、
基板の中心部に薬液ノズルから薬液を供給し、基板保持部を回転させ、遠心力に よって基板の表面に薬液を広げて塗布する塗布工程と、
前記塗布工程の後、基板を回転させている状態で、前記雰囲気ガスよりも動粘性 係数の大き ヽ層流形成用ガスをガスノズルカゝら基板の表面に供給すると共に、基板 の中心部に前記雰囲気ガスまたは前記層流形成用ガスを供給して、薬液を乾燥させ る乾燥工程と、
を備えたことを特徴とする基板に対する薬液の塗布方法。
[10] 層流形成用ガスを基板の表面に供給すると共に基板の中心部に前記雰囲気ガス または前記層流形成用ガスを供給するタイミングは、薬液を乾燥させるのに好適な回 転数で基板が回転し始めた時点、あるいは、当該時点よりも前である
ことを特徴とする請求項 9に記載の塗布方法。
[11] 前記ガスノズルは、基板の中心部の上方カゝら基板の径方向に沿って開口するガス 吐出口を有している
ことを特徴とする請求項 9または 10に記載の塗布方法。
[12] 前記ガスノズルは、基板の中心部の上方から基板の径方向に沿って配列された多 数の孔カもなるガス吐出口を有して!/、る
ことを特徴とする請求項 9または 10に記載の塗布方法。
[13] 前記ガスノズルは、多孔質体を有している ことを特徴とする請求項 9乃至 12のいずれかに記載の塗布方法。 前記ガスノズルは、基板の周縁により近い領域において、吐出流 ている
ことを特徴とする請求項 9乃至 13のいずれかに記載の塗布方法。
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