特許 5900370 塗布膜形成方法、塗布膜形成装置及び記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5900370

(24)【登録日】2016年3月18日

(45)【発行日】2016年4月6日

(54)【発明の名称】塗布膜形成方法、塗布膜形成装置及び記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   B05D 1/40 20060101AFI20160324BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20160324BHJP

   G03F 7/16 20060101ALI20160324BHJP

   B05C 11/08 20060101ALI20160324BHJP

   B05C 9/08 20060101ALI20160324BHJP

   B05C 9/10 20060101ALI20160324BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20160324BHJP

【ＦＩ】

   B05D1/40 A

   H01L21/30 564D

   H01L21/30 564C

   G03F7/16 502

   B05C11/08

   B05C9/08

   B05C9/10

   B05D3/00 E

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-21416(P2013-21416)

(22)【出願日】2013年2月6日

(65)【公開番号】特開2014-151249(P2014-151249A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2015年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133776

【弁理士】

【氏名又は名称】三井田 友昭

(72)【発明者】

【氏名】立花 康三

(72)【発明者】

【氏名】吉原 孝介

(72)【発明者】

【氏名】京田 秀治

【審査官】 中尾 奈穂子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−３６３１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０６２８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６５４８１１１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０００−１２４１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２０４４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８９８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４６２２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０５Ｄ １／００− ７／２６

Ｂ０５Ｃ ７／００−２１／００

Ｇ０３Ｆ ７／１６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を、鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に水平に保持する工程と、
その後、基板の中心部に塗布液を供給し、基板の回転による遠心力により広げて当該基板に塗布膜を形成する工程と、
前記塗布液が基板の周縁部に行き渡る前に、基板の下面側に液体または固体の微粒子群であるミストを供給して基板を冷却する工程と、
を含むことを特徴とする塗布膜形成方法。

【請求項2】

前記ミストの粒径は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成方法。

【請求項3】

前記基板に塗布膜を形成する工程は、基板を第１の回転速度で回転させ、基板の中心部に塗布液を供給する工程と、次いで基板を第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で回転させる工程と、その後基板を第２の回転速度より早い第３の回転速度で回転させて塗布液を基板の周縁部まで広げる工程とを含み、
前記ミストの供給開始は、基板を前記第３の回転速度で回転させる前であることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布膜形成方法。

【請求項4】

基板を、鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に水平に保持する工程と、
次いで基板保持部上の基板を回転させ、当該基板の下面と対向する液体収容部から基板の下面側に形成される気流により液体を揮発させて基板を冷却する工程と、
その後、基板の中心部に塗布液を供給し、基板の回転による遠心力により広げて当該基板に塗布膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする塗布膜形成方法。

【請求項5】

基板の表面にスピンコーティングにより塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、
前記基板に塗布液を供給する塗布液ノズルと、
前記基板を囲むように設けられ、基板の回転により飛散した塗布液を排出するための排液路と、その内部雰囲気を排気するための排気路と、が接続されたカップ体と、
前記基板の下面側に液体または固体の微粒子群であるミストを供給するためのミスト供給部と、
塗布液が基板の周縁部に行き渡る前に、前記ミスト供給部からミストを吐出するように制御信号を出力するための制御部と、
を備えることを特徴とする塗布膜形成装置。

【請求項6】

前記ミストの粒径は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の塗布膜形成装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記基板を第１の回転速度で回転させ、この状態で基板の中心部に塗布液を供給するステップと、次いで基板を第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度で回転させるステップと、その後塗布液を基板の周縁部まで広げるために、基板を第２の回転速度よりも速い第３の回転速度で回転させるステップと、基板を前記第３の回転速度で回転させる前にミストの供給を開始するステップを実行するように制御信号を出力することを特徴とする請求項５または６に記載の塗布膜形成装置。

【請求項8】

基板の表面に塗布液を塗布して、スピンコーティングにより塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、
前記基板保持部に保持された基板に塗布液を供給する塗布液ノズルと、
前記基板を囲むように設けられ、基板の回転により飛散した塗布液を排出するための排出路と、その内部雰囲気を排気するための排気路と、が接続されたカップ体と、
基板の下面と対向するように開口し、前記気流により液体を揮発させるための液体収容部と、
基板保持部上の基板の回転により、基板の下面側に基体を引き込んで気流を形成するための気体引き込み口と、を備えたことを特徴とする塗布膜形成装置。

【請求項9】

基板の表面にスピンコーティングにより塗布膜を形成する塗布膜形成装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし４のいずれか一項に記載された塗布膜形成方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はスピンコーティングにより塗布膜を形成する技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造工程における塗布膜を形成する手法としては、一般にスピンコーティング法が用いられている。スピンコーティング法は半導体ウエハ（以下ウエハという）等の表面中央部に塗布液を供給し、基板の回転力に伴う遠心力によりウエハの周縁部に広げる塗布方法である。塗布液としてはレジスト、反射防止膜を形成するための薬液、あるいはシリコン酸化膜の前駆体を含む薬液などが挙げられる。

【0003】

ところでレジストなどの薬液はコストが高いことからウエハ１枚当たりの薬液の使用量の低減が求められている。しかしながらスピンコーティングにより塗布処理を行う場合に、塗布液の供給量を減らしていくと、塗布液中の溶剤の揮発率が高くなる。このため塗布液の周縁部における粘度上昇が顕著になり、このことに起因して、ウエハの周縁部における塗布膜が盛り上がりやすくなる。そこでウエハを冷却して塗布液中の溶剤の揮発を抑制することにより、塗布液の少量化を図るようにしている。
ウエハを冷却する手法としては、例えば特許文献１に記載されているようにウエハを予めクーリングプレートで冷却する方法があるが、クーリング後、塗布を開始するまでの精密な時間管理が必要であることや、塗布を開始するまでの時間が長いとウエハの温度が搬送される途中で上昇してしまうこと、冷却能力を上げるにはコストがかかるなどの問題がある。
また塗布液の塗布を行う前に供給するプリウエットシンナーにより冷却する方法が知られている。しかしながらプリウエットに用いられるシンナーは気化熱が小さいため、ウエハの冷却効果が低い。

【0004】

さらに例えば純水などのリンス液をウエハの裏面に吐出し、リンス液の気化熱を利用して冷却する手法が知られている。しかしながらこの手法は、ウエハの回転による遠心力により、純水の水滴がカップ体内に飛散し、排液路内に引き込まれ、レジスト液と、水とが混ざりあってレジストが析出して固化する。このため、排液路に固化物が付着するのでメンテナンス頻度を高くしてしまう問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−１１８４４６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的はスピンコーティングにより塗布膜を形成するにあたって、基板を効率よく冷却することができ、またカップ体内への水滴の飛散を抑制して、排出路における塗布液の固形分の析出を抑える技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の塗布膜形成方法は、基板を、鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に水平に保持する工程と、
その後、基板の中心部に塗布液を供給し、基板の回転による遠心力により広げて当該基板に塗布膜を形成する工程と、
前記塗布液が基板の周縁部に行き渡る前に、基板の下面側に液体または固体の微粒子群であるミストを供給して基板を冷却する工程と、
を含むことを特徴とする。

【0008】

また本発明の塗布膜形成方法は、基板を、鉛直軸周りに回転自在な基板保持部に水平に保持する工程と、
次いで基板保持部上の基板を回転させ、当該基板の下面と対向する液体収容部から基板の下面側に形成される気流により液体を揮発させて基板を冷却する工程と、
その後、基板の中心部に塗布液を供給し、基板の回転による遠心力により広げて当該基板に塗布膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。

【0009】

本発明の塗布膜形成装置は、基板の表面にスピンコーティングにより塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、
前記基板に塗布液を供給する塗布液ノズルと、
前記基板を囲むように設けられ、基板の回転により飛散した塗布液を排出するための排液路と、その内部雰囲気を排気するための排気路と、が接続されたたカップ体と、
前記基板の下面側に液体または固体の微粒子群であるミストを供給するためのミスト供給部と、
塗布液が基板の周縁部に行き渡る前に、前記ミスト供給部からミストを吐出するように制御信号を出力するための制御部と、
を備えることを特徴とする。

【0010】

また本発明の塗布膜形成装置は、基板の表面に塗布液を塗布して、スピンコーティングにより塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板を鉛直軸周りに回転させる回転機構と、
前記基板保持部に保持された基板に塗布液を供給する塗布液ノズルと、
前記基板を囲むように設けられ、基板の回転により飛散した塗布液を排出するための排出路と、その内部雰囲気を排気するための排気路と、が接続されたたカップ体と、
基板の下面と対向するように開口し、前記気流により液体を揮発させるための液体収容部と、
基板保持部上の基板の回転により、基板の下面側に基体を引き込んで気流を形成するための気体引き込み口と、を備えたことを特徴とする。

【0011】

本発明の記憶媒体は、基板の表面にスピンコーティングにより塗布膜を形成する塗布膜形成装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述の塗布膜形成方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、スピンコーティングにより基板に塗布膜を形成するにあたって、ミストの気化（あるいは昇華）熱を利用して基板を冷却するようにしているため冷却効率が高い。従って塗布液が少量でありながら基板の周縁部の塗布膜の盛り上がりが抑えられる。またミストを基板の冷却に利用していることから、バックリンスの場合のようにカップ体内に飛散している塗布液と、液滴とが混合されることにより固形物が析出するという不具合を抑えることができ、メンテナンスの頻度を減らすことができる。

【0013】

また他の発明では、基板の下方に液体収容部を設け、基板保持部上の基板を回転させ、当該基板の下面と対向する液体収容部から基板の下面側に形成される気流により液体を揮発させて基板を冷却するようにしている。気化熱を利用して冷却するため冷却効率が高く、また基板に直接液滴を吐出しないため、液滴が飛散せず、カップ体内に飛散している塗布液と、液滴とが混合されることによる固形物が析出するという不具合を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施の形態に係るレジスト塗布装置を示す斜視図である。

【図2】第１の実施の形態に係るレジスト塗布装置を示す構成図である。

【図3】第１の実施の形態に係るレジスト塗布装置を示す平面図である。

【図4】ミストノズルの構成を示す縦断側面図である。

【図5】ミストノズルの構成を示す平面図である。

【図6】第１の実施の形態において、ウエハの回転数のタイムチャートと処理工程とを対応させた説明図である。

【図7】本発明の塗布膜形成方法の塗布膜形成工程を示す説明図である。

【図8】本発明の塗布膜形成方法の塗布膜形成工程を示す説明図である。

【図9】本発明の塗布膜形成方法の塗布膜形成工程を示す説明図である。

【図10】本発明の塗布膜形成方法の塗布膜形成工程を示す説明図である。

【図11】第２の実施の形態に係るレジスト塗布装置を示す構成図である。

【図12】第２の実施の形態に係るレジスト塗布装置を示す平面図である。

【図13】第２の実施の形態において、ウエハがミストにより冷却される様子を模式的に示す説明図である。

【図14】実施例に係る塗布膜形成装置の特性を示す特性図である。

【図15】実施例に係る塗布膜形成装置の特性を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の塗布膜形成方法を実施する一例として、ウエハに対してレジスト液を塗布する方法について説明する。まずこの方法に用いられるレジスト塗布装置の全体構成について図１、図２を用いて説明すると、レジスト塗布装置は、カップモジュール１とノズルユニット２とを備えている。

【0016】

カップモジュール１は、ウエハＷの裏面中央部を吸着して水平に保持する基板保持部であるスピンチャックを１１備え、スピンチャック１１は垂直に伸びる回転軸１２を介して回転機構１３と接続されている。回転機構１３は図示しない回転モータ等の回転駆動源を備えており、所定の速度で回転できるように構成されている。

【0017】

スピンチャック１１の下方側には概略円板状の仕切り板１４が設けられている。仕切り板１４は、平坦面部２５と、断面が山形の山形部分２６と、垂直壁２７と、を備えている。平坦面部２５は、仕切り板１４の中心側でウエハＷが投影される領域より狭い領域に形成されている。平坦面部２５の外側の領域は、山形部分２６となっている。山形部分２６は、仕切り板１４の中心方向及び周縁方向に傾斜した山形に形成されており、その最も高い部位の水平位置がウエハＷの周縁の位置よりも中心寄りに位置するように設けられている。山形部分２６の外側の領域は下方側に屈曲されて、垂直壁２７となっている。仕切り板１４と回転軸１２との間には、隙間２８が形成されており、ウエハＷを回転させた時にウエハＷの下面側が陰圧となり、当該隙間２８より気流が流入するように構成されている。

【0018】

スピンチャック１１の周囲には、スピンチャック１１を囲むようにして上方側が開口したカップ体１０が設けられており、カップ体１０の側周面上端側は内側に傾斜した傾斜部を形成している。また仕切り板１４より突没するように、周方向に３本の昇降ピン１９が設けられており、昇降ピン１９は昇降機構２０により昇降自在に構成されている。

【0019】

カップ体１０の底部側には、上方が開口した環状凹部状の液受け部１５が設けられている。液受け部１５は、垂直壁２７が入り込むことにより、ウエハＷの周縁下方側に全周に亘って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したレジストなどのドレインを排出する排出路である排液口１６が設けられており、内側領域には、底部より上方に向かって伸びる筒状の排気ポート１７が設けられており、排気ポート１７の上端は、垂直壁２７の下端よりも高い位置で開口している。排気ポート１７の下端には排気管の一端が接続されており、排気管の他端は排気ダンパ１８を介して例えば工場の排気路に接続されている。排気ダンパ１８は後述の制御部７からの制御信号を受けてカップ内１０の排気量を制御するためのものである。

【0020】

仕切り板１４の平坦面部２５の領域の上面には、ミスト供給部に相当する二流体ノズルであるミストノズル３が設けられる。ミストノズル３はウエハＷの下方であって、周方向に等間隔に４ヶ所に設置されている。ミストノズル３の構成について、図４、図５も参照しながら説明する。ミストノズル３の内部には、縦方向に貫通する処理液供給路４３が設けられており、処理液供給路４３の先端部分には先端部材４０が設けられ、この先端部材４０は、周縁部に多数の処理液吐出孔４１が周方向に等間隔に並べて設けられている。処理液吐出孔４１には、処理液吐出孔４１から突出するようにガイド部４６が設けられている。

【0021】

処理液供給路４３を囲むミストノズル３の管壁には、処理液供給路４３と同心円状に環状のガス吐出流路４２が形成され、ガス吐出流路４２の先端部はミストノズル３の中心軸側に向いており、ガス吐出流路４２から吐出されるガスが、処理液吐出孔４１から吐出される処理液に向けて吐出されるように構成されている。処理液供給路４３はミストノズル３の外部に伸ばされた処理液供給管４４の一端と接続されている。処理液供給管４４の他端には、例えばポンプやバルブなどで構成された処理液供給機構４５が接続されており、所定量の例えば純水等の処理液を処理液吐出孔４１から吐出できるように構成されている。

【0022】

ガス吐出流路４２は、ガス供給管４７の一端と接続されており、ガス供給管４７の他端には、例えばポンプやバルブ、マスフローメータなどで構成されるガス供給機構４８が接続されており、例えば所定量の窒素ガスをガス吐出流路４２から吐出できるように構成されている。
ミストノズル３は、処理液吐出孔４１から純水を吐出して、吐出される純水に向けてガス吐出流路４２より窒素ガスを吐出する。吐出される純水とキャリアガスである窒素ガスとが混合されて、微細なミストが形成されると推測される。

【0023】

ノズルユニット２は、図１に示すようにアーム２１、移動体２２、図示しない昇降機構及びガイドレール２３を含む移動機構により、ウエハＷの中央部上方の吐出位置とカップ体１０の外の待機バス２４との間で移動するように構成されている。
ノズルユニット２の先端部には、プリウェットノズル５と、塗布液ノズルであるレジストノズル６と、が設けられている。プリウェットノズル５は、供給管５１を介して、シンナー供給機構５２に接続されている。シンナー供給機構５２は、例えばポンプ、バルブ、フィルタなどの機器を備えており、プリウェットノズル５の先端から夫々シンナーを所定量吐出するように構成されている。レジストノズル６は、供給管６１を介して、レジスト供給機構６２に接続されている。レジスト供給機構６２は、例えばポンプ、バルブ、フィルタなどの機器を備えており、レジストノズル６の先端からレジスト液を所定量吐出するように構成されている。

【0024】

レジスト塗布装置には、例えばコンピュータからなる制御部７が設けられている。制御部７は、プログラム格納部を有しており、プログラム格納部には、外部の搬送アームと、スピンチャック１１と、の間のウエハＷの受け渡しや、スピンチャック１１の回転、レジスト液やシンナーあるいはミストの供給シーケンスが実施されるように命令が組まれた、プログラムが格納される。このプログラムは、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカードなどの記憶媒体により格納されて制御部７にインストールされる。

【0025】

続いて本発明の塗布膜形成方法の実施形態に相当する、上述の塗布膜形成装置の動作について説明する。図６はウエハＷの回転数タイムチャートと処理工程とを対応させた説明を表す図であり、ウエハＷがスピンチャック１１に載置された後、スピンチャック１１の回転開始時点を０秒としている。図７〜図１０は、ウエハＷの処理工程を段階的に示している。まずウエハＷが、レジスト塗布装置の外部に設けられた図示しない搬送アームにより、レジスト塗布装置内に搬入される。ウエハＷは搬送アームと、仕切り板１４より突没する、３本の昇降ピン１９と、の協働作用により、スピンチャック１１に載置される。なお明細書中ウエハＷの表面という用語は、ウエハＷの塗布液が吐出される側の面（上面）として用いている。

【0026】

ウエハＷがスピンチャック１１に載置されると、図７に示すようにノズルユニット２が移動し、プリウェットノズル５がウエハＷの中心部上方に位置する。そして例えばノズルユニット２が移動しているときにスピンチャック１１の回転が開始され、ウエハＷが例えば５００ｒｐｍの速度で３．５秒回転する。ウエハＷが回転を開始した直後に、処理液供給機構４５及びガス供給機構４８のバルブが開かれ、ポンプが駆動されて、ミストノズル３から例えば直径１００μｍ以下のミストがウエハＷの裏面に向けてスプレー状に噴射（供給）される。この例ではミストの直径は３０〜１００μｍである。この段階は、図６のミスト供給工程に相当する。

【0027】

ここでミストによりウエハＷが冷却される推定メカニズムについて説明する。ミストノズル３から、スプレー状に微細な大きさの純水のミストがウエハＷの裏面に向かって噴射される。高速回転しているウエハＷの裏面に衝突し、ミスト群は、衝突時の衝撃により、気化をして水蒸気となり、ウエハＷから熱を奪う。一方ウエハＷは高速回転している。ウエハＷの裏面側は旋回流が形成されて負圧となり、回転軸１２と仕切り板１４との隙間２８から空気が引き込まれ、これによりウエハＷの中心側から外側に向かう強い気流が形成される。このためウエハＷから跳ね返ったミスト、及びミスト流から外れて拡散し、ウエハＷに衝突しなかったミストはこの気流に乗ることにより、ミストも速やかに気化し、ウエハＷと仕切り板１４の間の空間の雰囲気温度も下がる。この結果ウエハＷが高い効率で冷却される。このミスト供給工程により、ミストの供給が終了した時点では、ウエハＷの温度はクリーンルームの雰囲気内の温度（２３℃）から、例えば０．８℃冷却されて、２２．２℃となる。

【0028】

ウエハＷが冷却された後、図８に示すようにウエハＷの回転を停止して、プリウェットノズル５から、例えばシンナー５３を１．５秒間供給する。その後、ウエハＷを２０００ｒｐｍの速度で０．５秒間回転する。これによりウエハＷに供給されたシンナーはウエハＷの高速回転による遠心力によりウエハＷの中心から周縁部に向かって一挙に展伸され、ウエハＷの表面全体が濡れた状態となる。これらの工程は図６のシンナー吐出工程、シンナー展伸工程に相当する。シンナー吐出工程では、ミストノズル３からのミストの供給はすでに停止しているが、滞留しているミストの気化により、ウエハＷはさらに冷却される。

【0029】

続いてレジスト膜のスピンコーティングが行われる。図９に示すように、レジストノズル６がウエハＷの中央部上方に位置するように移動され、ウエハＷの回転速度を第１の回転速度、例えば２５００ｒｐｍまで上昇させる。回転速度の上昇と同時にレジストノズル６からウエハＷの中心部に例えば０．５ｃｃのレジスト液を吐出し、当該ウエハＷの回転を２秒間維持する。この段階は図６のレジスト吐出、展伸工程に相当し、図９に示すようにレジスト液６３が遠心力によりウエハＷの表面に沿って中心部から広がって行く。

【0030】

レジスト液６３の吐出が終了すると、ウエハＷの回転速度を第２の回転速度、例えば１００ｒｐｍまで下降させて１秒間この状態で維持する。この工程は、図６のリフロー工程に相当し、展伸工程によってレジスト液６３が外周へ偏り、膜厚が不均一になったレジスト膜に対して、ウエハＷに働く遠心力を弱めることで膜厚を整えるために行われる。

【0031】

その後ウエハＷの回転速度を第３の回転速度、例えば１５００ｒｐｍまで上昇させて、例えば２０秒間この状態で維持する。図１０に示すように、この時レジスト液６３は徐々に展伸されながら乾燥され、第３の回転速度で回転を開始した後、凡そ４秒後の時点でウエハＷの外周まで到達する。ウエハＷは、ミストの供給停止後、更に１２秒程度は、温度が下がり続けており、レジスト液６３がウエハＷの外周まで到達する際には、ウエハＷは、２０．０℃程度の温度となっている。
この時のレジスト液の周縁部には、表面張力により盛り上がり６４が形成される。なお図中のレジスト膜の盛り上がり６４は、強調するように記載している。そしてウエハＷの回転速度を上昇させた後、ウエハＷの表面全体にレジスト液６３が展伸され、更に余分なレジスト液６３が振り切られて、盛り上がり６４が平坦化されて、レジスト膜の形成が終了することとなる。この工程は、図６の塗布膜形成工程に相当する。

【0032】

塗布膜形成工程において、レジスト液をウエハＷの表面に広げるときに、ウエハＷの温度が高い場合には、背景技術の項目の欄に述べたように、レジスト液中の溶剤が揮発しやすくなる。またウエハＷに供給するレジスト液の量が少ないと、十分な量のレジスト液を供給した場合と比較して、レジスト液からの溶剤の相対的な揮発率が高くなり、流動性が小さくなりやすくなる。従って温度の高いウエハＷに少量のレジスト液を展伸してレジスト膜を形成した場合には、レジスト液がウエハＷの周縁部まで塗り広げられる頃には、レジスト液中の溶剤の含有量が少なくなり流動性が下がってしまい、ウエハＷの周縁部のレジスト膜が十分に平坦化されず盛り上がってしまうことがある。

【0033】

本発明の実施の形態に係る塗布膜形成方法では、ウエハＷの表面にレジスト液を展伸する前に、ウエハＷの温度を下げるようにしている。そのため、ウエハＷの表面に展伸される塗布液中の溶剤が揮発しにくい。従ってウエハＷに供給するレジスト液が少ない場合にも、レジスト液中の溶剤の含有量の低下が抑制され、レジスト液の流動性の低下が抑えられる。従ってウエハＷへのレジスト液の供給が少ない場合でも、ウエハＷの周縁部のレジスト膜の盛り上がりを低減することができる。

【0034】

上述の実施の形態は、スピンコーティングにより、ウエハＷにレジスト膜を形成するにあたり、レジスト液を塗り広げる前に、ウエハＷの裏面に水のミストを噴射し、ミストの気化熱を利用してウエハＷを冷却するようにしている。ウエハＷの温度を下げることにより、レジスト膜形成工程において、ウエハＷの表面を広がるレジスト液からの溶剤の揮発を抑制することができ、既述のように少量のレジスト液でありながらウエハＷの周縁部のレジスト膜の盛り上がりを抑えることができる。またミストをウエハＷの冷却に利用していることから、バックリンスにより冷却した場合のように、排液路に流れ込んだレジスト液と、水滴とが混合されることにより、排液路内での固形物が析出するという不具合が少なくなり、メンテナンスの頻度が多くなるという課題も解決できる。

【0035】

ミストノズル３からウエハＷの裏面にミストを供給し始めるタイミングについては、図６に示すリフローが終了してウエハＷの中央部の液溜まりが広がり始める時点の前（塗布膜形成工程開始前）であることが好ましく、例えばレジスト液がウエハＷに供給される時点よりも前であればより好ましい。

【0036】

更にまた本発明の効果を得るためには、リフロー直後にウエハＷが冷却されていることに限らず、レジスト液がウエハＷの周縁に到達する前に冷却されてあればよい。この場合ウエハＷの面積に対して７０％の面積を覆うようにレジスト液が広がる時点前にミストの供給を開始すればよい。
またウエハＷは、ミストの供給終了後も１２秒程度は、温度が下がり続ける。そのためミストの供給の終了は、レジスト液がウエハＷの外周に到達する時点よりも１０秒前であることが好ましく、早くとも１５秒前以降であることが好ましい。

【0037】

更にウエハＷの裏面のミストの供給される位置を中心寄りの位置や周縁寄りの位置に変更できるようにしてもよい。例えば、ミストノズル３を仕切り板１４上で中心から周縁方向に伸ばされるガイドに沿って、移動できるように構成する。ウエハＷを回転させた状態で、ミストの供給位置を変更しながら、ミストを供給することで、より広い範囲にミストを供給することができるため、ウエハＷをより均一に冷やすことができる。

【0038】

またミストは、ウエハＷに接触した後、速やかに気化する大きさ、少なくともウエハＷの表面で液滴として凝集しない大きさが好ましく、その直径は例えば１００μｍ以下のサイズであることが好ましい。さらにミストノズル３は、１流体式のミストノズル３であってもよい。このような例としては、ミストノズル３の先端部に多孔質体を設ける例が挙げられる。さらにまたミストは、固体の微粒子群であってもよく、例えばドライアイスの微粒子群を供給することにより冷却するようにしてもよい。また塗布膜形成装置は、排気路と排液路とが共用化されている配管でもよく、配管の途中で分岐されている構成であってもよい。

【0039】

[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係る塗布膜形成装置について説明する。図１１、図１２に示すようにカップ体１０内に対向面部に相当する仕切り板１４を備え、仕切り板１４の平坦面部２５の上面には、回転軸１２の周囲を囲うように設けたリング状の液体収容部３３が設けられている。液体収容部３３は例えば深さ５ｍｍに形成されており、液体収容部３３に液体を満たした時の水面とウエハＷとの距離はおよそ１５ｍｍに設定されている。液体収容部３３には例えば純水供給管３５の一端を接続されており、純水供給管３５の他端側は、例えばポンプ、バルブ、フィルタなどの機器を備えた純水供給機構３７と接続され、液体収容部３３に所定の純水を供給するように構成されている。

【0040】

また液体収容部３３の上面には多孔質部材３９を設ける。またウエハＷの周囲を囲むカップ体は、図１に記載されたものと同様に仕切り板１４上に平坦面部２５、山形部分２６、垂直壁２７を備え、カップ体１０の周縁部から下方側に環状凹部状の液受け部１５が形成されており、排液路１６及び排気路１７設けられ排気路１７には排気ダンパ１８が設けられている。また仕切り板１４と回転軸１２との間には隙間２８が設けられている。

【0041】

第２の実施の形態の作用について説明すると、例えば、ウエハＷがスピンチャック１１に受け渡される前に、液体収容部３３にウエハＷ１枚分の冷却に用いる量の水を供給する。ウエハＷ１値枚分とは、図６に示す塗布膜形成工程が終了した時に液体収容部３３に水が残っていないように設定された水量である。ウエハＷがスピンチャック１１に受け渡された後、ウエハＷを３０００ｒｐｍの速さで回転させる。そのためウエハＷの下面側に旋回流が形成されて、図１３に示すように、ウエハＷの下面側が陰圧となり、隙間２８からエアーが引き込まれる。このため図１に示す排気路１７への吸引作用と相俟って、ウエハＷの下面中心側から、ウエハＷの周縁の方向へと向かう気流が発生し、これにより液体収容部３３に蓄えられている純水の気化が促進されて水蒸気となる。この時液体収容部３３の上方の雰囲気が気化熱を奪われて冷却され、当該雰囲気に曝されることによりウエハＷも冷却される。

【0042】

次いで図６のシンナー吐出以降の動作が行われる。また液体収容部３３に収容する水の量は、シンナー吐出前にウエハＷ冷却のためにウエハＷを回転させる工程を終了した時点で水が空になる量であってもよい。さらにまた液体収容部３３には順次搬入される複数枚のウエハＷを冷却できるに足りる量の水を貯留していてもよい。あるいはまた、ウエハＷは１枚分を冷却する水量以上の一定水量を各ウエハＷごとに液体収容部３３に貯留しておき、ウエハＷの塗布膜形成が終了した後、液体収容部３３内の水を排出し、次のウエハＷがスピンチャック１１に搬入されたときに、前記一定量の水を液体収容部３３に貯留するようにしてもよい。

【0043】

このような構成にすることで、ウエハＷを純水の気化熱を利用して冷却することができるため効率よく冷却することができる。また液体収容部３３に貯留した純水の気化熱を利用して冷却しているため、ウエハＷの回転による遠心力により、カップ体１０内へ水滴が飛散することを抑えることができるため、同様な効果が得られる。

【実施例】

【0044】

[実施例１]
本発明を評価するために本発明の実施の形態に示したレジスト塗布装置を用いて、次のような試験を行った。
中心部から周縁部に向かって６５か所に温度センサを設けた測定用ウエハ（直径１２インチ）に表面側から種々の冷媒を供給すると同時にウエハＷを回転させ、各冷媒毎にウエハＷの温度推移を調べた。このウエハには温度センサの温度検出データを記憶するコントローラが設けられており、６５点の温度検出値の平均値をウエハの温度として取り扱っている。
（実施例１−１）
ウエハを３００ｒｐｍの回転速度で回転させると同時に、ウエハＷの中心から
７．５ｃｍ変位した位置に向かって純水のミストを１０秒噴射した（ミスト噴射中はウエハは回転している）。
（実施例１−２）
ウエハＷの回転速度が９００ｒｐｍであることを除いて、実施例１と同様の処理を行った。
（比較例１−１）
ウエハＷの中央部に純水５ｃｃを供給し、ウエハＷ上にパドル（水たまり）を形成させた後、３秒経過後ウエハを１０００ｒｐｍの速さで回転させて、パドルをウエハの全面に広げた。
（比較例１−２）
ウエハＷに供給した冷媒がシクロヘキサンであることを除いた他は、比較例１と同様の処理を行った。
（比較例１−３）
ウエハＷに供給した冷媒がＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノメチルエーテル）／ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）混合液であることを除いた他は、比較例１−１と同様の処理を行った。

【0045】

［検証結果］
図１４は上述の各例におけるウエハの温度推移を示し、ウエハの回転開始後の経過時間を横軸にウエハＷの温度を縦軸としている。横軸の３秒に相当するタイミング（ｔ_０）は、ミストの供給開始時点であり、タイミング（ｔ_１）は、ミストの供給停止時点を示している。

【0046】

比較例１−１〜１−３においては、ミストの供給の開始後１０秒程度までウエハＷの温度は下がり続け、２２．０℃程度まで下がっている。これに対して実施例１−１、１−２では、ミスト供給後、３．５秒経過の時点でウエハの温度は２２．０℃程度になっていた。その後もさらに温度は低下を続け、ミストの供給を停止した時点で実施例１−１は、２１．２℃、実施例１−２では、２０．８℃まで下がっていた。ミストの供給停止後も、夫々の実施例のウエハの温度は下がり続け、ウエハの回転開始から２０秒経過後の時点で実施例１−１は、２０．５℃、実施例１−２では、２０．０℃まで下がっていた。またウエハＷの温度は、ミストの供給の終了後、１２秒後程度下がり続けていた。
本発明の塗布膜形成方法を用いた場合には、ウエハＷをより低い温度まで冷却することができるといえる。

【0047】

[実施例２]
ウエハに塗布膜を形成するときにウエハを冷却した場合の効果についての確認データを示す。図１５は、第１の実施の形態に係る塗布膜形成方法において、ウエハ（直径１８インチ）の平均温度を２３℃に冷却した後１．５ｇのレジスト液により塗布膜を形成した場合、ウエハの平均温度を２１．５℃に冷却した後１．４２ｇのレジスト液により塗布膜を形成した場合、ウエハの平均温度を２０℃に冷却した後１．３５ｇのレジスト液により塗布膜を形成した場合の夫々において、ウエハの中心からの距離を横軸に、形成された塗布膜の膜厚を縦軸に示した特性図である。図１５に示すようにウエハＷの冷却温度が低くなるに従い少量のレジストでもウエハの周縁部の膜厚の盛り上がりを抑制できる。ウエハの冷却温度と２３℃から２０℃まで下げた場合では、レジスト液は１０％程度減少されており、ウエハＷを冷却することによりレジストの使用を抑制することができることが裏付けられる。

【符号の説明】

【0048】

３ ミストノズル
５ プリウェットノズル
６ レジストノズル
７ 制御部
１３ 回転機構
１１ スピンチャック
１６ 排液路
１７ 排気路
１０ カップ体
３３ 液体収納部
３７ 純水供給機構
３８ ガス供給機構
Ｗ ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】