(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、
前記滴下部と前記被処理基板との相対的な移動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と、該基板外での行方向の移動とで構成され、
前記列方向の移動距離は、該基板上での滴下長Ｌと加減速区間を加えた距離との加算であって、
前記列方向の該基板上の移動速度ｖは、前記滴下長Ｌと前記加減速区間での加減速度ａの絶対値との積を２で除した値の平方根に応じて定めることを特徴とする液膜形成方法。
【請求項２】
前記被処理基板上に位置する前記滴下部の滴下ノズルからの滴下速度Ｗは、前記移動速度ｖに比例する量に応じて定めることを特徴とする請求項１に記載の液膜形成方法。
【請求項３】
直径Ｄの円盤形状の被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、
前記滴下部と前記被処理基板との相対的な移動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と、該基板外での行方向の移動とで構成され、
前記列方向の移動速度ｖは、定数０．４と前記被処理基板の直径Ｄと前記移動速度ｖに達する前後の加減速度ａの絶対値との積の平方根として定めることを特徴とする液膜形成方法。
【請求項４】
前記被処理基板の液膜形成領域上空における前記滴下部の滴下ノズルからの滴下量が一定であることを特徴とする請求項１又は３に記載の液膜形成方法。
【請求項５】
前記滴下部は複数の滴下ノズルを有し、前記滴下量は全ての滴下ノズルから滴下される液体の総量であることを特徴とする請求項１又は３に記載の液膜形成方法。
【請求項６】
前記液体には反射防止剤、レジスト剤、低誘電体材料、絶縁材料、配線材料、金属ペーストのいずれかが含まれることを特徴とする請求項１又は３に記載の液膜形成方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載された液膜形成方法を用いて、被処理基板上に形成された前記液膜を乾燥して、前記液膜中の溶剤を除去し塗布膜を形成することを特徴とする塗布膜形成方法。
【請求項８】
被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、
前記滴下部と前記被処理基板との相対的な運動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と、該基板外での行方向の移動ととで構成される、或いは前記滴下部が前記被処理基板の略中心から外周部に向かう、又は外周部から略中心に向かう螺旋状の移動で構成されるものであって、
前記液体が前記被処理基板上に滴下されたときに、前記液体の滴下５秒後における液体の被処理基板に対する接触角が２０度未満である性質を持つ液体を用いて液膜を形成することを特徴とする液膜形成方法。
【請求項９】
被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、
前記滴下部と前記被処理基板との相対的な運動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と該基板外での行方向の移動で構成される、もしくは、前記滴下部が前記被処理基板の略中心から外周部に向かう、または外周部から略中心にむかう螺旋状の移動で構成されるものであって、
前記液体が該被処理基板上に微量滴下されたときに、前記液体の滴下後５秒から６０秒に至るまでの、該基板に対する該液体の接触角の変化量が±２度以内である性質を持つ液体を用いて液膜を形成することを特徴とする液膜形成方法。
【請求項１０】
前記被処理基板に滴下される液体の前記被処理基板に対する滴下５秒後に得られる２０度以内の接触角、又は滴下５秒後から６０秒後に生じる接触角変化量±２度以内の抑制は、前記液体を構成する溶剤と塗布材に対する界面活性剤の比率を調整して成されたものであることを特徴とする請求項８又は９記載の液膜形成方法。
【請求項１１】
被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法の前記液体として用いられる塗布用薬液であって、
前記液体は、前記溶剤と、塗布剤と、界面活性剤とを含み、
前記溶剤及び塗布剤に対する前記界面活性剤の比率は、前記液体の滴下５秒後における液体の被処理基板に対する接触角が２０度未満になる性質を持つように、調整されていることを特徴とする塗布用薬液。
【請求項１２】
被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法の前記液体として用いられる塗布用薬液であって、
前記液体は、前記溶剤と、塗布剤と、界面活性剤とを含み、
前記溶剤及び塗布剤に対する前記界面活性剤の比率は、前記液体が該被処理基板の微小な領域に微量滴下されたときに、前記液体の滴下後５秒から６０秒に至るまでの、該基板に対する該液体の接触角の変化量が±２度以内となるように、調整されていることを特徴とする塗布用薬液。
【請求項１３】
被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、
前記滴下部と前記被処理基板との相対的な運動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と該基板内での行方向の移動とで構成されるものであって、
前記行方向の滴下開始位置と滴下終了位置のそれぞれの被処理基板の段差端部からの距離の大小関係を、開始側の方を大きく、終了側の方を小さくし、前記列方向の液膜線端と該段差端部との距離を滴下開始側から終了側にかけて徐徐に小さくしていくことを特徴とする液膜形成方法。
【請求項１４】
前記記載の液膜形成方法において、前記液膜端と前記段差端部との距離を、前記薬液が前記被処理基板に滴下されてから該基板上で流動する距離に応じて決定することを特徴とする請求項１３に記載の液膜形成方法。
【請求項１５】
前記液膜端と被処理基板端距離を、液膜端が流動により該被処理基板端に達する距離以下とすることを特徴とする請求項１３に記載の液膜形成方法。
【請求項１６】
前記被処理基板が円形基板、又は角形基板であることを特徴とする請求項１３に記載の液膜形成方法。
【請求項１７】
前記液体には、反射防止剤、レジスト剤、低誘電体材料、絶縁材料、配線材料、金属ペーストの何れかが含まれることを特徴とする請求項１３に記載の液膜形成方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載された液膜形成方法を用いて、被処理基板上に形成された前記液膜を乾燥して、前記液膜中の溶剤を除去し塗布膜を形成することを特徴とする塗布膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板上に液体を塗布して液膜を形成する液膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リソグラフィー工程で従来から行われてきた回転塗布法は、基板に滴下した液体の殆どを基板外に排出し、残りの数％で成膜するため、使用する薬液の無駄が多く、排出された薬液が多いことから環境にも悪影響を及ぼしていた。また、方形の基板や３００ｍｍ以上の大口径の円盤形状基板では、基板の外周部で乱気流が生じその部分で膜厚が不均一になるという問題が生じていた。
【０００３】
薬液を無駄にせず基板全面に均一に塗布する手法として特開平２−２２０４２８号公報には一列に配置した多数のノズルよりレジストを滴下し、その後方よりガスまたは液体を成膜面に吹き付けることで均一な膜を得る手法が記載されている。また、特開平６―１５１２９５号公報では棒に多数の噴霧口を設け、それよりレジストを基板上に滴下し均一な膜を得ることを目的とた技術が記載されている。更に特開平７−３２１００１号公報には、レジストを噴霧するための多数の噴出孔が形成されたスプレーヘッドを用い、基板と相対的に移動して塗布する手法が記載されている。
【０００４】
これらいずれの塗布装置においても滴下あるいは噴霧ノズルを横一列に複数配置し、それを基板表面にそってスキャンさせて均一な膜を得ることを目的としている。また、これら複数のノズルを持つ装置を用いた塗布法の他に一本の液体吐出ノズルを用い、被処理基板上を走査させることで液膜を形成する手法が有る。
【０００５】
これの手法ではノズルの操作法次第では基板１枚あたりの処理時間が長くなったり、薬液の使用量が膨大になるという問題が生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一本の液体吐出ノズルを用い、被処理基板上を走査させることで液膜を形成する手法が有る。この手法ではノズルの操作法次第では基板１枚あたりの処理時間が長くなったり、薬液の使用量が膨大になったりするという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、処理時間の短縮化を図ると共に、薬液の使用量を抑制し得る液膜形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係る液膜形成方法は、被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、前記滴下部と前記被処理基板との相対的な移動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と、該基板外での行方向の移動とで構成され、前記列方向の移動距離は、該基板上での滴下長Ｌと加減速区間を加えた距離との加算であって、前記列方向の該基板上の移動速度ｖは、前記滴下長Ｌと前記加減速区間での加減速度ａの絶対値との積を２で除した値の平方根に応じて定めることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記被処理基板上に位置する前記滴下部の滴下ノズルからの滴下量Ｗは、前記移動速度ｖに比例する量に応じて定めることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の形態に係る液膜形成方法は、直径Ｄの円盤形状の被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、前記滴下部と前記被処理基板との相対的な移動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と、該基板外での行方向の移動とで構成され、前記列方向の移動速度ｖは、定数０．４と前記被処理基板の直径Ｄと前記移動速度ｖに達する前後の加減速度ａの絶対値との積の平方根として定めることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前記被処理基板上空における前記滴下部の滴下ノズルからの滴下量が一定であることが好ましい。
【００１３】
上記二つの発明に好ましい実施態様を以下に記す。
【００１４】
前記滴下部は滴下ノズルを複数有し、前記滴下量は全ての滴下ノズルから滴下される液体の総量であること。
【００１５】
前記液体が反射防止剤、レジスト剤、低誘電体材料、絶縁材料、配線材料、金属ペーストのいずれかであること。
【００１６】
前記被処理基板上に形成された前記液膜を乾燥して、前記液膜中の溶剤を除去し塗布膜を形成すること。
【００１７】
本発明の第３の態様に係わる液膜形成方法は、被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、前記滴下部と前記被処理基板との相対的な運動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と、該基板外での行方向の移動とで構成される、或いは前記滴下部が前記被処理基板の略中心から外周部に向かう、又は外周部から略中心に向かう螺旋状の移動で構成されるものであって、前記液体が前記被処理基板上に滴下されたときに、前記液体の滴下５秒後における液体の被処理基板に対する接触角が２０度未満である性質を持つ液体を用いて液膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第４の態様に係わる液膜形成方法は、被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、前記滴下部と前記被処理基板との相対的な運動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と該基板外での行方向の移動で構成される、もしくは、前記滴下部が前記被処理基板の略中心から外周部に向かう、または外周部から略中心にむかう螺旋状の移動で構成されるものであって、前記液体が該被処理基板上に微量滴下されたときに、前記液体の滴下後５秒から６０秒に至るまでの、該基板に対する該液体の接触角の変化量が±２度以内である性質を持つ液体を用いて液膜を形成することを特徴とする。
【００１９】
前記被処理基板に滴下される液体の前記被処理基板に対する滴下５秒後に得られる２０度以内の接触角、又は滴下５秒後から６０秒後に生じる接触角変化量±２度以内の抑制は、前記液体を構成する溶剤と塗布材に対する界面活性剤の比率を調整して成されたものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第５の態様に係わる塗布用薬液は、被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法の前記液体として用いられる塗布用薬液であって、前記液体は、前記溶剤と、塗布剤と、界面活性剤とを含み、前記溶剤及び塗布剤に対する前記界面活性剤の比率は、前記液体の滴下５秒後における液体の被処理基板に対する接触角が２０度未満になる性質を持つように、調整されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第６の態様に係わる塗布用薬液は、被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法の前記液体として用いられる塗布用薬液であって、前記液体は、前記溶剤と、塗布剤と、界面活性剤とを含み、前記溶剤及び塗布剤に対する前記界面活性剤の比率は、前記液体が該被処理基板の微小な領域に微量滴下されたときに、前記液体の滴下後５秒から６０秒に至るまでの、該基板に対する該液体の接触角の変化量が±２度以内となるように、調整されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第６の態様に係わる液膜形成方法は、被処理基板に対して、該基板上で一定量広がるように調整された液体を滴下部の滴下ノズルから滴下し、滴下された該液体を該基板上に留めつつ、前記滴下部と前記被処理基板とを相対的に移動させ、前記被処理基板上に液膜を形成する液膜形成方法であって、前記滴下部と前記被処理基板との相対的な運動は、前記滴下部が前記被処理基板の一端側から該基板上を経て該基板の他端側に抜ける列方向の直線的な移動と該基板内での行方向の移動とで構成される、もしくは、前記滴下部が前記被処理基板の略中心から外周部に向かう、または外周部から略中心にむかう螺旋状の移動で構成されるものであって、前記行方向の滴下開始位置と滴下終了位置のそれぞれの被処理基板の段差端部からの距離の大小関係を、開始側の方を大きく、終了側の方を小さくし、前記列方向の液膜線端と該段差端部との距離を滴下開始側から終了側にかけて徐徐に小さくしていくことを特徴とする。
【００２５】
［作用］
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
上述した条件で列方向の移動速度を決定することで、被処理基板上に液膜を形成する時間を短くすることができると共に、液体の使用量を抑制することができる。
【００２６】
また、前記滴下部からの滴下量Ｗを前記移動速度ｖに比例する量に応じて定める、或いは滴下量を一定にすることで被処理基板上に形成される液膜の膜厚を均一にすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１実施形態］
本発明は液体供給ノズル（滴下部，滴下ノズル）と被処理基板とを相対的に移動させて被処理基板上に薬液を供給する。例えば図１に示す様に、補助板１０上に載置された被処理基板１１上で液体供給ノズル（滴下部，滴下ノズル）１２を運動させながら液膜１３を形成していく。
【００２９】
液膜１３が形成される詳細を図２に示す。図２において、液膜１３は紙面左側より順次形成される。液体供給ノズル１２の往復移動は紙面前後（列方向）に対して行われ、往復運動の端の部分で移動ピッチｐだけ右（行方向）に移動する。
【００３０】
列方向の移動速度は図３のように変化する。即ち、加速区間で加速度ａで速度ｖ（＝ａｔ：ｔは加速時間）まで加速したのち、被処理基板１１上では速度ｖで等速移動で移動し、更に減速区間で加速度−ａで減速し速度０になる。ここで、被処理基板１１上を通過する長さＬと移動速度ｖ、加速区間（往路では第１の助走区間、復路では第２の助走区間）の加速度ａ、減速区間（往路では第２の助走区間、復路では第１の助走区間）の加速度−ａに対し、１列に要する処理時間ｔは
ｔ＝Ｌ／ｖ＋２×ｖ／ａ    （１）
で与えられる。
【００３１】
２００ｍｍウエハ（円盤形状）で加速度を１２Ｇ、１５Ｇ、１８Ｇ（Ｇ＝９．８ｍ／ｓｅｃ2）の移動速度ｖとしたときの１枚あたりの処理時間を図４に示す。ここで、移動ピッチｐ＝０．３３ｍｍとした。移動ピッチＰは、平坦面に吐出された液体が充分広がった液膜を乾燥させて固形分で膜を形成したときに、ほぼ平坦になるようで有れば、０．３３ｍｍに限るものではない。図４より、列方向の移動（スキャン）速度が速ければ処理時間は短くなるというのではなく、処理時間を短くするためには列方向の移動速度には最適値（最小値）がある。これは、移動速度が速くなるほど、加減速距離（時間）も長くなるためである。
【００３２】
処理時間を短くするための移動速度の最適値は、加（減）速度によっても異なり、加（減）速度が大きいほど移動速度の最適値は大きくなる。なお、処理時間は、移動速度を最適値より大きくしてもあまり変わらない。しかし、移動速度を大きくすると、薬液の使用量は、加速（減速）区間でも薬液が供給されるために、図５に示す如く格段に増える。図５の縦軸は（使用薬液量／基板薬液量）で、この値が大きいほど薬液の無駄が多いことを意味する。例えば、（使用薬液量／基板薬液量）＝２の場合、基板に成膜する薬液量と同じ量だけ基板外に放出することを示す。
【００３３】
図４に示される適正移動速度では（使用薬液量／基板薬液量）はおおよそ２であるが、移動速度を速くすると使用薬液量以上の無駄が生じるため、望ましくは適正移動速度近傍で走査することが好ましい。
【００３４】
ところで、（１）式より処理時間ｔが最小になるときの列方向の移動速度（適正移動速度）は、ｄｔ／ｄｖ＝０となるｖを求めることによって、
ｖ＝（Ｌａ／２）1/2    （２）
で与えられる。
【００３５】
また、被処理基板上に形成される膜厚ｄは、単位時間当たりの滴下量Ｗ（ｍｌ／ｓｅｃ）を速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）で除算した値に比例した値（ｄ∝Ｗ／ｖ）となる。従って、被処理基板上に均一な膜厚の液膜を形成するためには、滴下量Ｗを速度ｖに比例した量として定ることが必要となる。但し、被処理基板上のエッジ等の液膜を形成する必要がない領域では、薬液の滴下量の削減、或いは停止を行うことも可能である。
【００３６】
なお、本実施形態において単数のノズルから薬液を滴下していたが、複数のノズルから液体を滴下する場合は、全てのノズルから滴下された滴下量の総量が滴下量である。
【００３７】
矩形基板の処理では矩形基板の塗布長Ｌが一定であるので、（２）式から速度ｖを定めると良い。しかし、円盤形状基板の場合、塗布長Ｌが０から直径まで変化するため（２）式で求めたｖが必ずしも適正移動速度にならない。図４，図６の関係及び（２）式より求めた直径に相当する部分での適正移動速度との関係を表１に示す。
【００３８】
【表１】
0003697389.tif 000002
【００３９】
それぞれの場合において（Ｖ／Ｖ0）2は略０．８になることから、円盤形状基板における適正速度Ｖは円盤形状基板の直径をＤとしたときに
0003697389.tif 000003
より定めれば良い。
【００４０】
円盤形状の基板の場合、滴下部の速度が一定なので、被処理基板上に均一な膜厚の液膜を形成するためには、薬液の供給量を一定にする必要がある。但し、被処理基板上のエッジ等の液膜を形成する必要がない領域では、薬液の滴下量の削減、或いは停止を行うことも可能である。
【００４１】
なお、本実施形態において単数のノズルから薬液を滴下していたが、複数のノズルから液体を滴下する場合は、全てのノズルから滴下された滴下量の総量が滴下量である。
【００４２】
３００ｍｍ基板（円盤）について同様のグラフを図６、図７に示す。３００ｍｍ基板の場合も（Ｖ／Ｖ0）2は略０．８となる。この様に（Ｖ／Ｖ0）2は基板の大きさによらず０．８の値となり、（３）式を如何なる円盤形状基板についても充てはめることができる。
【００４３】
図８は基板サイズと加速度の積、即ちＤ×ａと適正移動速度の関係を示したものである。円盤形状基板では、このグラフを用いて適正移動速度を容易に求めることができる。
【００４４】
本実施形態では液体滴下ノズルから滴下されたときの中心線と隣接する滴下膜の中心線のピッチ（図２）を０．３３ｍｍとしたが、（３）式はこれに限るもので無く、相対移動ピッチが１ｍｍ以下（ｘ本ノズルではｘｍｍ）であれば（３）式を用いることができる。
【００４５】
層間絶縁膜材ＳＯＧを固形分４％の塗布を、従来は加速度１５Ｇで３．８ｍ／ｓｅｃで行っていた。この時の薬液使用量は０．８５ｃｃであった。しかし本実施形態の移動速度決定法を用いたシーケンスでは薬液使用量は０．７５ｃｃとなり、約１２％薬液を削減することができた。また、これにより、１工程あたりの薬液量も同様に１２％削減することができた。
【００４６】
［第２実施形態］
本実施形態は円盤型３００ｍの基板を用い、塗布長に応じて移動速度と滴下量を変更しながら塗布する手法に関する。塗布は基板の中央から開始され紙面右方向（行）にピッチｐ＝０．３３ｍｍで塗布を行い、端に達した後、基板中央塗布された線より紙面左側のピッチｐだけずらした部分から開始し、端まで塗布を行った。
【００４７】
基板中心よりｎｐ（ｎは整数）だけ離れた部分の列方向の移動速度ｖは加速度ａに対して
【００４８】
【数１】
0003697389.tif 000004
【００４９】
と定めた。
【００５０】
また、列方向の滴下速度Ｗは直径部分での滴下速度Ｗ0(ml/sec)に対して
【００５１】
【数２】
0003697389.tif 000005
【００５２】
として定めた。
【００５３】
この様に列移動毎の移動速度と滴下量を最適した結果を図９及び図１０に示す。なお、点線で示した値は第１実施形態で示す設定法で移動速度を最適化（固定）した場合である。なお、ピッチは０．３３ｍｍである。点線の工程で用いた層間絶縁膜ＳＯＧ（固形分１．５％）の薬液使用量は１．７ｃｃであったが、実線の工程では１．５ｃｃであった。なお、処理時間についても従来は１０４秒であったものが僅かであるが１０２秒に短縮できた。薬液使用量の比較を表２に纏める。表２は３００ｍｍ円盤形状基板で加（減）速度が１５Ｇの場合である。
【００５４】
【表２】
0003697389.tif 000006
【００５５】
本実施形態の如く第２実施形態（請求項１）記載の手法を用いることで従来の方式と比べ２０％以上薬液を削減することが可能になる。
【００５６】
本実施形態では層間絶縁膜材料についての適用例を示したが、これに限るものではない。レジスト材料、反射防止材料、誘電体材料、配線材料など幅広く適用可能である。
【００５７】
（第３の実施形態）
上述した条件によって、処理時間の短縮化を図ると共に、液膜の形成に用いる薬液の使用量を削減することができる。しかし、半導体装置に適用する場合、液膜の形成には液膜表面を平坦化しなければならない。よって、以下に液膜表面が平坦化される液膜形成方法について説明する。
【００５８】
図１１に示すように、被処理基板１１に対する塗布液１３の接触角θを求める。接触角θは、通常マイクロシリンジの針の先から薬液を少量押し出し、薬液がその表面張力により針先端に保持されている状態で、基板を下方から針先端の液滴に近づけ、液滴が基板に接触したら直ちに針より遠ざけ（基板を下方に移動する）、測定する。
【００５９】
針先から離された薬液は、まず液滴に加わる重力により変形する。この変形は液滴が基板と接触し、針から遠ざけた後、約５秒の間で生じる。この後、接触角は図１２及び図１３に示すような変化を生じた。これらの変化は大きく分けて３つに分類できる。分類される変化は、接触角が時間とともに低下していくもの、ほとんど変化のないもの、時間とともに増加するものの３つである。これらの変化は時間と供に薬液と基板との間の界面張力の変化により生じると考えられる。
【００６０】
接触角が時間とともに低下していくものは、薬液中の固形分や界面活性材が基板表面に作用するためである。その結果、界面張力が弱くなる性質を持つ。このような性質の液体と基板の組み合わせの場合、基板上を液体が容易に移動できるため、環境の違い、例えば環境温度、強制的な気流もしくは環境温度差で生じる気流などの影響を大きく受け、薬液がこれにより移動する。このため最終的に得られる固体層の膜厚の均一性が悪くなる。
【００６１】
この様なケースはレジストに多く見られ、乳酸エチルを主溶剤とする固形分の多い液体を希釈した場合、そのレジスト溶液中に含まれる界面活性材も希釈されて時間と供に接触角が小さくなる変化が見られた。界面活性材の量は回転塗布で用いられるときの量よりむしろ多い方が望ましい場合もある。
【００６２】
一方、接触角が時間の経過と共に増加するものは、薬液中の固形分や界面活性材が基板表面に作用するためである。その結果界面張力が強くなる、或いは固形分、界面活性材及び双方の相互作用が強く凝集する性質を持つ。このような性質の液体と基板の組み合わせの場合、基板上で液体が凝集するため、必要領域に塗布できないという問題が生じていた。
【００６３】
図１４に滴下されてからの時間に対する接触角の変化量と固体層の膜厚均一性（レンジ）との関係を示す。
【００６４】
なお、時間に対する接触角の変化量ｄｃは、
【００６５】
【数３】
0003697389.tif 000007
【００６６】
で表わされる。
【００６７】
ここで時刻ｔ0 における基板上の薬液の接触角をθ0 、時刻ｔ1 における接触角をθ1 としている。ｔ0 は５から１０秒、ｔ1 は１０秒〜６０秒程度である。
【００６８】
薬液の塗布は、第１又は第２の実施形態に記載した薬液の塗布条件で行った。形成された液膜の膜厚は、光学的な膜厚計で面内の分布測定を行った。層間絶縁膜の成膜や強誘電体膜の成膜では膜厚の均一性５％以内（±２．５％）を達成する必要がある。この時のｄｃは、
｜ｄｃ｜＜２
であればよいことが図１４よりわかる。従って滴下後５秒から６０秒までの薬液の接触角の変化が２度以内であれば、液膜の面内均一性が５％以内になることが確認された。
【００６９】
なお、膜厚の均一性を５％以内（±２．５％）としたが、膜に応じて要求される膜厚均一性を変えても良い。要求される膜厚均一性に応じて、接触角の変化量ｄｃも変換する。
【００７０】
滴下後の被処理基板に対する薬液の接触角の変化を抑えるためには、溶液中の溶剤、固形分、界面活性剤の種類と量を適切に調整すれば良い。
【００７１】
本実施形態では溶剤に乳酸エチルを用い、固形分にＫｒＦレジストを１〜５重量％とし、このレジストの比率を高めるに従い強まった凝集性を界面活性材の添加量をレジストの重量％に応じて増やすことで解消した。
【００７２】
なお、薬液の滴下から５秒間において、被処理基板に対する薬液の接触角が２０゜未満で有ることが好ましい。接触角が２０゜以上の場合、液膜の乾燥時に凝集が生じ、膜を形成することが出来なかった。
【００７３】
本実施形態は層間絶縁膜材料、レジスト材料、反射防止材料、誘電体材料、配線材料などあらゆる塗布材料に適用可能である。また、本発明の塗布方式に関する適用範囲は第１及び第２の実施形態のような塗布液を平行な線として供給し、広げて液膜を形成する手法のほかに、円形基板のほぼ中心から外周、もしくは外周から中心に向けた螺旋状に塗布液を供給し、広げることで液膜を形成する手法にも適用可能である。また、従来から行われている毛細管現象を利用した塗布方式でも、より良好な膜厚均一性を得られることが確認されている。
【００７４】
また、本実施形態の望ましい形態として広げて得られる液膜の平均膜厚が２０μｍ以下であることが望ましい。これより液膜が厚い場合には液膜が流動性を生じ、均一性が悪くなるという問題が生じる。
【００７５】
［第４の実施形態］
極細ノズルを被処理基板上で列方向に速度１ｍ／ｓｅｃで往復運動させるとともに往復運動の端の部分で行方向に被処理基板を順次移動させ、薬液を一筆書きに線状に滴下し被処理基板全面（φ２００ｍｍ）にレジストを滴下することで被処理基板全面にレジスト液膜を形成する第１及び第２の実施形態の方法において、被処理基板の段差端部と液膜端との距離を、レジストが滴下され液膜が形成されてから乾燥工程までの流動距離に応じて変化させた。具体的には、流動を起こした液膜端が被処理基板の段差端部にちょうど達する距離とした。
【００７６】
ここで被処理基板の段差端部について、図１５を用いて説明する。図１５に示すように、Ｓｉウェハ１５１上に下地膜１５２、反射防止膜１５３が形成されている場合、段差端部とは、Ｓｉウェハ１５１の端部、Ｓｉウェハ１５１と下地膜１５２との段差部、下地膜１５２と反射防止膜１５３との端部を指す。凹凸がある下地膜上に液膜を形成する場合、下地膜の最外周部とその外側の膜或いは被処理基板との段差部を段差端部とする。
【００７７】
液状のレジスト剤は、３０μｍ厚の液膜を被処理基板上で形成した場合、滴下開始側では乾燥処理になるまでの待機時間中に３ｍｍ流動し、滴下終了側では乾燥処理までの待機時間中に１ｍｍ流動する。よって、本実施形態では滴下開始位置を被処理基板端から３ｍｍ内側とし、滴下終了位置を被処理基板端から１ｍｍ内側とした。また、その他の被処理基板端部と液膜端との距離を、液膜の流動端が被処理基板端に達するタイミングを考慮して、滴下開始部から滴下終了部にかけて３ｍｍから１ｍｍへと徐々に小さくした（図１６）。
【００７８】
図１６は、本発明の第４の実施形態に係わる液膜形成方法を説明する図である。図１６に示すように、被処理基板１１には、滴下開始部から滴下終了部にかけて３ｍｍから１ｍｍへと徐々に小さくなるレジスト滴下領域Ｒが規定されている。
【００７９】
図１７に、本実施形態の被処理基板のレジスト滴下領域Ｒに対してレジストを塗布した場合の断面図を示す。なお、図１７において、参考例として従来法を用いて形成されたレジストを同時に示す。なお、図１７に示す断面図は、図１６のＡ−Ａ’部の断面に相当する。
【００８０】
本方法により液膜を被処理基板全面に形成した後、次に減圧乾燥法により液膜中の溶剤を除去し、３００ｎｍ厚の塗布膜の形成を行った。最後にベーカを用いて１４０℃の熱処理を行ない、最終的に塗布膜を安定化させた。
【００８１】
形成されたレジスト膜の膜厚分布の計測が、光学的手法により行われた。図１８に膜厚分布の測定を行った個所を示し、図１８（ａ），（ｂ）に測定結果を示す。図１９（ａ）は、図１８のＸ−Ｘ’部の膜厚分布を示し、図１９（ｂ）は図１８のＹ1−Ｙ1’部及びＹ2−Ｙ2’の膜厚分布を示している。なお、図１９（ａ）、（ｂ）には、液膜端と被処理基板端を塗布開始側から終了側にかけて一律に２ｍｍとした従来法で形成した塗布膜厚分布も併せて示している。
【００８２】
図１９（ａ），（ｂ）に示すように、従来法で形成した塗布膜厚分布は、塗布開始部で大きく膜厚が増大し、塗布終了部でだらだらと減少してしまっている。このような膜厚分布となってしまうのは、液膜が形成されてから乾燥処理が行なわれるまでの流動距離が塗布開始部と終了部で異なることに原因がある。
【００８３】
このことを図２０及び図２１を用いて説明する。図２０（ａ），（ｂ）及び図２１（ａ），（ｂ）は、従来の液膜形成方法の場合の、被処理基板端部と液膜端部との状態を説明する図である。図２０（ａ）は塗布開始側における滴下時の被処理基板端部と液膜端部との状態を示し、図２０（ｂ）は塗布開始側における液膜形成終了時の被処理基板端部と液膜端部との状態を示す。図２１（ａ）は塗布終了側における滴下時の被処理基板端部と液膜端部との状態を示し、図２１（ｂ）は塗布終了側における液膜形成終了時の被処理基板端部と液膜端部との状態を示す。
【００８４】
塗布開始部では塗布終了部に比べて乾燥処理までの待機時間が長く、それだけ流動距離も長くなる。このとき被処理基板端までの距離が流動する距離よりも小さい場合、図２０（ａ），図２０（ｂ）に示すように、被処理基板１１端で液の流動が堰き止められ、後から流動してくる液とともに液膜１３厚が増大してしまう。
【００８５】
一方、塗布終了側では液膜形成後すぐに所定の乾燥処理が行なわれるため、流動距離は開始部に比べて小さくなる。このとき被処理基板端までの距離が流動する距離より大きい場合、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、液膜厚さは所定の表面接触角で液膜端にかけてだらだらと薄くなっていく。
【００８６】
以上のように本従来法では滴下されてからの流動性を無視し、滴下開始側から終了側にかけて一律に距離を設定したため、図２０（ｂ）、図２１（ｂ）に見られるような膜厚異常が発生してしまった。
【００８７】
一方、本実施形態のように、滴下されてからの流動性を考慮して乾燥時に液膜端が被処理基板端にちょうど達するように滴下開始部から終了部にかけて被処理基板端と滴下端との距離を変化させた場合は、被処理基板全周縁部に渡って対称で均一な塗布膜厚分布を実現することができる。なお、液膜が被処理基板１１端に達した時点では、図２２に示すように、液膜１３端の接触角がθ1→θ2のように大きくなることから、被処理基板１１端に達しない場合に比べてより急峻なエッジ膜厚形状となる。
【００８８】
本実施形態は、レジスト材料とともに、層間絶縁膜、反射防止膜、誘電体材料、配線材料、などあらゆる塗布剤に対して適用可能である。また、本発明の塗布方式に関する適用範囲は、本実施形態に記載した範囲に限るものではなく、被処理基板と同幅のスリット状の滴下ノズルを用いても良く、また、滴下ノズルと被処理基板との間にメニスカスを形成して行なうスキャン塗布方法でもよい。また、被処理基板形状は実施形態に示したような円形に限るものではなく、レチクルや液晶基板のような角型のものでも適用可能である。角形の被処理基板の場合、例えば図２３に示すように、被処理基板２１に設定された薬液塗布領域Ｒに対して薬液滴下を行う。
【００８９】
液体の滴下範囲と被処理基板の段差端部との距離は滴下開始側から終了側にかけて大から小に変化させるという本実施形態の主旨を逸脱しない限りにおいては、使用する液の物性、被処理基板の状態に応じて適宜設定できる。
【００９０】
なお、本実施形態では、液体の流動性により液膜が被処理基板の段差端部に達するように薬液の滴下範囲を定めると共に、液体の滴下範囲と段差端部との距離は滴下開始側から終了側にかけて大から小に変化していたが、被処理基板の段差端部に液膜が達しなくても良い。段差端部に液膜が達しない場合、薬液の滴下範囲と被処理基板端との距離は、滴下開始側から終了側にかけて大から小に変化する条件は必ずしも必要ではない。
【００９１】
［第５の実施形態］
極細ノズルを被処理基板上で列方向に速度１ｍ／ｓｅｃで往復運動させるとともに行方向に被処理基板を順次移動させ、薬液を一筆書きで線状に滴下し被処理基板全面（φ２００ｍｍ）にレジストを滴下することで被処理基板全面にレジスト液膜を形成する第１又は第２の実施形態に示した液膜形成方法において、ＤＵＶレジストを形成する場合、従来は液膜の厚さを３０μｍ（行方向の線ピッチ０．３ｍｍ）で行なっていたところ、本実施形態では液膜の厚さを２０μｍ又は１５μｍと従来より薄膜化した。
【００９２】
液膜厚の制御は、線ピッチを変えることで行ない、２０μｍ及び１５μｍでそれぞれ０．６ｍｍ及び０．８ｍｍとした。なお、それぞれ被処理基板端と液膜端との距離は、滴下開始部から終了部にかけて一律に２ｍｍとした。それぞれのターゲット膜厚で被処理基板全面に液膜を形成した後、次に減圧乾燥法により液膜中の溶剤を除去し、それぞれ３００ｎｍ厚、２００ｎｍ厚、１５０ｎｍ厚の塗布膜の形成を行った。最後にベーカを用いて１４０℃の熱処理を行ない、最終的に塗布膜を安定化させた。
【００９３】
形成したそれぞれの塗布膜の膜厚分布の計測が、光学的手法により行われ、その計測結果を図２４に示す。なお、図２４には被処理基板周辺部の膜厚異常領域を除いた場合の塗布膜厚の均一性についても併せて示した。
【００９４】
図２４に示すように、従来法の液膜厚さ３０μｍで形成した塗布膜厚分布は、塗布開始部で大きく膜厚が増大し、塗布終了部でだらだらと減少してしまっていた。このような膜厚分布となってしまうのは、第４の実施形態で述べたように、液膜が形成されてから乾燥処理が行なわれるまでの間に、液膜が流動してしまうことが原因であった。
【００９５】
図２５（ａ），（ｂ）を用いて、従来の成膜方法と本実施形態の成膜方法における、液状膜厚さと流動性の関係を説明する。図２５（ａ）は従来の成膜方法における液状膜厚さと流動性の関係を説明する図、図２５（ｂ）は本実施形態の成膜方法における液状膜厚さと流動性の関係を説明する図である。
【００９６】
従来の液膜厚さが３０μｍの場合、図２５（ａ）に示すように、液が滴下されて液膜を形成したとき、被処理基板が保持できる以上の液膜厚であったため、流動を顕著に起こしてしまっていた。このように流動を起こしやすい状態では、塗布時の環境による影響を受けやすくなり、被処理基板中央部における膜厚制御性も困難なり、均一性は悪化する。
【００９７】
一方、本発明のように液膜厚を２０μｍ、１５μｍと薄くしていくと、図２５（ｂ）に示すように、液の表面張力で保持され易くなり、液膜を形成したときに流動を起こしにくくなる。従って、流動に伴って発生していた被処理基板周縁部（特に塗布開始部、終了部）の膜厚異常が解消するとともに、塗布時・乾燥時などの外的な環境要因を受けても液は容易に流動を起こさないため、均一性も良好になる。
【００９８】
本実施形態は、レジスト材料とともに、層間絶縁膜、反射防止膜、誘電体材料、配線材料、などあらゆる塗布剤に対して適用可能である。また、本発明の塗布方式に関する適用範囲は、本実施形態法に限るものではなく、被処理基板と同幅のスリット状の滴下ノズルを用いても良く、また、滴下ノズルと被処理基板との間にメニスカスを形成して行なうスキャン塗布方法でもよい。また、被処理基板形状は実施形態のような円形に限るものではなく、レチクルや液晶基板のような角型のものでも適用可能である。滴下時の液膜厚は本実施形態に限るものではなく、スキャン速度や吐出量を変更してもよいし、使用する液の物性、被処理基板の状態を変更してもよく、本発明の主旨を逸脱しない限りにおいては適宜設定可能である。
【００９９】
なお、本実施形態で用いたレジストの液的の接触角は７〜１０゜であり、液膜の厚さを２０μｍ以下にすることで流動が抑制され均一性が良くなった。しかし、接触角がそれより高いレジストを用いた場合、そのとき設定する液膜の厚さは２０μｍより大きくなっても良い。
【０１００】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、列方向の被処理基板上の移動速度ｖが、前記滴下長Ｌと前記加減速度ａの絶対値との積の平方根に応じで定めることで、被処理基板上に液膜を形成する時間を短くすることができると共に、液体の使用量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係わる単一の液体供給ノズルを用いた液膜形成方法を説明するための図。
【図２】液体供給ノズルの行方向の移動ピッチの説明するための図。
【図３】液体供給ノズルの加速・減速域と等速域の説明するための図。
【図４】液体供給ノズルの列方向の移動速度に対する処理時間を示す図。
【図５】液体供給ノズルの列方向の移動速度に対する薬液消費量を示す図。
【図６】液体供給ノズルの列方向の移動速度に対する処理時間を示す図。
【図７】液体供給ノズルの列方向の移動速度に対する薬液消費量を示す図。
【図８】（基板サイズ×加速度）に対する適正移動速度を示す図。
【図９】行毎速度最適化による基板位置に対する移動速度を示す図。
【図１０】行毎速度最適化による基板位置に対する滴下量を示す図。
【図１１】第３の実施形態に係わる、被処理基板に対する塗布液の接触角を計測する状態を示す図。
【図１２】滴下されてからの時間に対する、被処理基板に対する塗布液の接触角の変化を示す図。
【図１３】滴下されてからの時間に対する、被処理基板に対する塗布液の接触角の変化を示す図。
【図１４】滴下されてからの時間に対する接触角の変化量と固体層の膜厚均一性との関係を示す図。
【図１５】第４の実施形態に係わる、被処理基板の段差端部を説明するための図。
【図１６】第４の実施形態に係わる液膜形成方法を説明する図。
【図１７】被処理基板のレジスト滴下領域Ｒに対して滴下を行って形成されたレジストを示す断面図。
【図１８】膜厚分布の測定個所を示す平面図。
【図１９】レジスト膜の膜厚分布を示す図。
【図２０】図２０（ａ）は従来の成膜方法の場合の塗布開始側における滴下時の被処理基板端部と液膜端部との状態を示す図、図２０（ｂ）は従来の成膜方法の場合の塗布開始側における液膜形成終了時の被処理基板端部と液膜端部との状態を示す図
【図２１】図２１（ａ）は従来の成膜方法の場合の塗布終了側における滴下時の被処理基板端部と液膜端部との状態を示す図、図２１（ｂ）は従来の成膜方法の場合の塗布終了側における液膜形成終了時の被処理基板端部と液膜端部との状態を示す図。
【図２２】第４の実施形態の液膜形成方法の場合の被処理基板端部と液状膜端部状態を説明する図。
【図２３】第４の実施形態に係わる液膜形成方法を角型基板に適用した例を説明する図。
【図２４】第５の実施形態に係わる液膜形成方法を用いて形成されたレジストの膜厚分布を示す図。
【図２５】図２５（ａ）は従来の成膜方法における液状膜厚さと流動性の関係を説明する図、図２５（ｂ）は本実施形態の成膜方法における液状膜厚さと流動性の関係を説明する図。
【符号の説明】
１０…補助板
１１…被処理基板
１２…液体供給ノズル
１３…液膜
【図１】
0003697389.tif 000008
【図２】
0003697389.tif 000009
【図３】
0003697389.tif 000010
【図４】
0003697389.tif 000011
【図５】
0003697389.tif 000012
【図６】
0003697389.tif 000013
【図７】
0003697389.tif 000014
【図８】
0003697389.tif 000015
【図９】
0003697389.tif 000016
【図１０】
0003697389.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
0003697389.tif 000019
【図１３】
0003697389.tif 000020
【図１４】
0003697389.tif 000021
【図１５】
0003697389.tif 000022
【図１６】
0003697389.tif 000023
【図１７】
0003697389.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
0003697389.tif 000026
【図２０】
0003697389.tif 000027
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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