(57)【要約】      （修正有）【課題】塗布膜を形成する方法において、基板外周部の塗布膜の膜厚を制御し、基板の有効領域を拡大することが可能な塗布膜形成方法を提供する。【解決手段】実施形態の塗布膜形成方法は、基板を回転させる工程（Ｓ１０２）と、回転する基板上に塗布膜形成用の薬液を供給する工程（Ｓ１０４）と、回転する基板上に前記薬液を供給して成膜を行いながら、前記基板の雰囲気温度よりも低い温度の液体を前記基板の裏面側から前記基板の端部に供給する工程（Ｓ１０６）と、を備える。【選択図】図１
2013004614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を回転させる工程と、
回転する基板上に塗布膜形成用の薬液を供給する工程と、
回転する基板上に前記薬液を供給して成膜を行いながら、前記基板の雰囲気温度よりも低い温度の液体を前記基板の裏面側から前記基板の端部に供給する工程と、
を備えたことを特徴とする塗布膜形成方法。
【請求項２】
前記液体は、前記薬液の溶媒を用い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】
前記基板上への前記薬液の塗布が終了した後に、基板を回転させた状態で基板の裏面側から前記基板の端部に対してバックリンスを行う工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の塗布膜形成方法。
【請求項４】
前記バックリンス用に、前記低い温度の液体よりも高い温度の液体を用いることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の塗布膜形成方法。
【請求項５】
基板を載置し、前記基板を回転させるステージと、
回転する基板上に、上方から塗布膜形成用の薬液を供給する第１の供給ノズルと、
回転する基板の裏面側から前記基板の端部に液体を供給する第２の供給ノズルと、
前記第２の供給ノズルから供給される液体の温度を調整する温度調節部と、
を備えたことを特徴する塗布膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、塗布膜形成方法及び塗布膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで半導体装置の生産において、１枚のシリコンウェハからできるだけ多くの有効チップを獲得することで生産性の向上が図られてきた。生産性向上の一つの方法として、ウェハ上の半導体基板として利用できる領域（有効領域）の拡大がある。しかし、シリコンウェハ外周部においてはパターンの形成されない数ｍｍの領域（無効領域）が設定され、その数ｍｍの無効領域のためにウェハ径内に収まるはずのチップでも無効チップとされてしまうものがあった。
【０００３】
かかる無効領域が設定される原因の一つとして、回転塗布方式による膜形成においてウェハ外周部の膜厚制御が困難であることが挙げられる。ウェハを回転させるとウェハ外周部は、ウェハ中心部に比べて速度が大きくなるのでその分熱交換が進み、外周部で薬液の溶媒がより乾燥し固化し易くなる。そのため、外周部で固化し始めた膜に向かって中央部で供給された薬液が次々に押し寄せ、かかる外周部で固化し始めた膜を中央部から押し寄せた薬液が被覆して、被覆された状態で乾燥し固化していく。これらの作用が繰り返されるため、回転塗布方式によって形成された膜は、外周部での膜厚が中央部に比べて厚くなってしまう傾向がある。かかる外周部の厚くなった膜を残したままにすると、例えば、塗布膜がレジスト膜下に形成される反射防止膜の場合、フォトリソグラフィの際の露光条件が変動しパターン形状の劣化を生じさせてしまうことがある。そのため、膜厚が厚くなってしまうウェハ外周部の端部から数ｍｍ程度については、例えば、溶媒でシンナーカット処理を行うことにより膜を除去してきた。より多くの有効チップを獲得するためには、ウェハ外周部の膜厚を制御し、かかる膜の除去を行う領域をより小さくすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２７８５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、上述した問題点を克服し、基板外周部の塗布膜の膜厚を制御し、基板の有効領域を拡大することが可能な塗布膜形成方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の塗布膜形成方法は、基板を回転させる工程と、回転する基板上に塗布膜形成用の薬液を供給する工程と、回転する基板上に前記薬液を供給して成膜を行いながら、前記基板の雰囲気温度よりも低い温度の液体を前記基板の裏面側から前記基板の端部に供給する工程と、を備える。
【０００７】
また、実施形態の塗布膜形成装置は、ステージと第１の供給ノズルと第２の供給ノズルと温度調節部とを備える。ステージは、基板を載置し、前記基板を回転させる。第１の供給ノズルは、回転する基板上に、上方から塗布膜形成用の薬液を供給する。第２の供給ノズルは、回転する基板の裏面側から前記基板の端部に液体を供給する。温度調節部は、前記第２の供給ノズルから供給される液体の温度を調整する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態における塗布膜形成方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図２】第１の実施形態における塗布膜形成装置の構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態と比較するための基板外周部における膜厚の一例を示す図である。
【図４】第１の実施形態における基板裏面外周部の冷却を行った場合と行わない場合との外周部の膜厚の違いを説明するための概念図である。
【図５】第１の実施形態におけるシンナーカットとバックリンスを行う塗布膜形成装置の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について、以下、図面を用いて説明する。
【００１０】
第１の実施形態における塗布膜形成方法の要部工程を示すフローチャート図が図１に示されている。図１において、第１の実施形態における塗布膜形成方法は、基板回転工程（Ｓ１０２）と、塗布膜薬液供給工程（Ｓ１０４）と、端部溶媒供給工程（Ｓ１０６）と、上面シンナーカット工程（Ｓ１０８）と、バックリンス工程（Ｓ１１０）と、加熱処理工程（Ｓ１１２）という一連の工程を実施する。
【００１１】
第１の実施形態における塗布膜形成装置の構成を示す図が図２に示されている。図２において、第１の実施形態における塗布膜形成装置１００は、チャンバ１０２、ステージ１０４、供給ノズル１０６，１０８，１１０と、温度調節装置１１２、薬液供給装置１１４，１１６、薬液タンク１１８，１２０、及びバルブ１２２，１２４，１２６，１２８を備えている。ステージ１０４は、チャンバ１０２内に回転可能に配置される。まず、ステージ１０４は、塗布膜が表面に形成される予定の基板３００を載置する。ステージ１０４は、例えば、基板３００の裏面の中央部を真空吸着することで基板３００裏面をチャックする。その際、ステージ１０４の回転軸上に基板３００表面の中心点が位置するように載置する。
【００１２】
基板回転工程（Ｓ１０２）として、基板３００の裏面の中央部がチャック（固定）された状態で、ステージ中心を軸として、ステージ１０４を回転させることで、基板中心を軸に載置された基板３００を回転させる。例えば、後の焼成（加熱工程）及び冷却後の塗布膜の膜厚が１００ｎｍ程度になるような回転数に設定する。塗布膜の薬液の粘度等にもよるが、回転数を、例えば、１２００〜１８００ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）に制御すると好適である。ここでは、基板３００上に塗布膜形成用の薬液を滴下する際の回転数と、滴下後に膜厚調整を兼ねた乾燥処理する際の回転数と、を変化させても好適である。
【００１３】
塗布膜薬液供給工程（Ｓ１０４）として、回転する基板上に塗布膜形成用の薬液を供給する。具体的には、供給装置１１６が、塗布膜形成用の薬液が充填されているタンク１２０から塗布膜形成用の薬液をノズル１０６側に向かって送り、バルブ１２２を閉から開にすることで基板３００の上方に配置されたノズル１０６（第１の供給ノズル）から基板３００の表面中心部に塗布膜形成用の薬液１０を供給する。例えば、塗布膜としてレジスト膜を形成する場合に、レジスト膜用の薬液を供給する。
【００１４】
但し、このまま基板３００上で薬液１０を乾燥させて成膜を進めると、上述したように、基板３００の外周部に形成される塗布膜の膜厚が外周部以外の膜厚よりも厚くなってしまう。そこで、第１の実施形態では、塗布膜薬液供給工程（Ｓ１０４）と並行して以下の工程を実施する。
【００１５】
端部溶媒供給工程（Ｓ１０６）として、回転する基板３００上に上述した塗布膜形成用の薬液を供給している状態で、同時に、基板３００の雰囲気温度よりも低い温度の液体を基板３００の裏面側から基板３００の端部に供給する。具体的には、供給装置１１４が、塗布膜形成用の薬液の溶媒が充填されているタンク１１８からかかる溶媒をノズル１０８側に向かって送り、バルブ１２４，１２８が閉となっている状態でバルブ１２６を閉から開にして、かかる溶媒を温度調節装置１１２に送る。そして、温度調節装置１１２によって、かかる溶媒の温度を基板３００の雰囲気温度よりも低い温度に冷却する。そして、溶媒を冷却した後、基板３００外周部の裏面側に配置されたノズル１０８（第２の供給ノズル）から基板３００裏面の外周部に向けて局所的に冷却された溶媒１２（冷却液）を供給する。このように、温度調節装置１１２（温度調節部）は、ノズル１０８から供給される液体の温度を調整する。冷却液は、基板３００の外周部で膜厚が厚くなる領域より若干基板中央部側に供給すると好適である。例えば、基板３００の端部から５ｍｍ程度中央部側に供給するとよい。これにより、膜厚が厚くなる領域を確実に冷却できる。
【００１６】
かかる操作により、基板３００外周部の温度が低下し、基板３００表面の外周部での飽和蒸気圧を下げることができる。ひいては、基板外周部での塗布膜用の薬液の乾燥を遅らせることができる。よって、遠心力により中央部から流れてきた薬液は、外周部でも中央部と同様に流され、余分な薬液は基板３００の端部から外部に飛散する。基板３００の裏面側でも冷却液は、基板３００裏面外周部を冷却した後、遠心力により外部に飛散する。その結果、基板３００の外周部で塗布膜の膜厚が厚くなるのを抑制できる。
【００１７】
例えば、塗布膜として、レジスト膜を形成する場合、レジスト材の溶媒として、シクロヘキサノン、或いはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）等が挙げられる。例えば、塗布膜として、ＳＯＧ（スピンオングラス）膜を形成する場合、ＳＯＧ材の溶媒として、シクロヘキサノン、或いはガンマブチルラクトン等が挙げられる。例えば、塗布膜として、液浸保護膜を形成する場合、液浸保護膜材の溶媒として、ＭＥＴＨＹＬ  ＩＳＯＢＵＴＹＬ  ＣＡＲＢＩＮＯＬ（ＭＩＢＣ）等が挙げられる。ここで、上述した例では、端部溶媒供給工程（Ｓ１０６）で供給される冷却液の一例として、塗布膜形成用の薬液の溶媒を用いているが、これに限るものではない。基板３００の外周部を裏面側から冷却できる液体であればよい。
【００１８】
また、基板３００の裏面外周部へ供給する冷却液の温度は、基板３００の雰囲気温度よりも低い温度であれば効果がある。一方、温度の下限としては、結露しない温度に設定することが望ましい。塗布膜用の薬液が常温であるとき、冷却液の温度は、例えば、１０℃〜１５℃程度がより望ましい。
【００１９】
また、塗布膜形成用の薬液を滴下（供給）している間中、基板３００の裏面外周部に冷却液を供給してもよい。或いは、塗布膜形成用の薬液を供給して基板３００表面に液膜を形成した後、回転数を増加させて液膜となった薬液を基板上で固定した所定の膜厚の膜へと乾燥させる際に、基板３００の裏面外周部に冷却液を供給するようにしてもよい。或いは、両方を行ってもよい。すなわち塗布膜の成膜に当って、基板３００の外周部での薬液が乾燥する前に基板３００裏面外周部からの冷却ができればよい。これにより基板外周部で薬液が乾燥する前に飽和蒸気圧を下げることができる。
【００２０】
第１の実施形態と比較するための基板外周部における膜厚の一例を示す図が図３に示されている。ここでは、３００ｍｍのウェハを用いた場合を示している。第１の実施形態のような基板裏面外周部の冷却を行わない場合、図３に示すように、基板端部から４ｍｍ（基板中心から１４６ｍｍ）付近から外周部に向けて、膜厚が上昇していることがわかる。そのため、チップを形成する際には、例えば、基板端部から４ｍｍ程度までは、ウェハの無効領域となってしまう。
【００２１】
第１の実施形態における基板裏面外周部の冷却を行った場合と行わない場合との外周部の膜厚の違いを説明するための概念図が図４に示されている。基板裏面外周部の冷却を行わずに塗布膜形成を行った場合、図４（ａ）に示すように、基板３００上において、外周部以外の塗布膜２０の膜厚に対して、外周部の塗布膜２２の膜厚が厚くなってしまう。よって、基板裏面外周部の冷却を行わずに塗布膜形成を行った場合、図４（ａ）に示すように、膜厚が厚くなった部分にチップを形成できず、端部からＤ１まではウェハの無効領域とせざるを得ない。
【００２２】
これに対して、第１の実施形態のように、基板裏面外周部の冷却を行いながら塗布膜形成を行った場合、図４（ｂ）に示すように、基板３００外周部での膜厚が厚くならないように制御できる。よって、基板裏面外周部の冷却を行いながら塗布膜形成を行った場合、図４（ｂ）に示すように、基板３００のベベル部で膜厚が薄くなる部分の端部からＤ２までをウェハの無効領域とできる。その結果、基板の有効領域をΔＬだけ拡大できる。そして、かかる無効領域については、以下に説明するようにシンナーカットにより膜を除去する。
【００２３】
第１の実施形態におけるシンナーカットとバックリンスを行う塗布膜形成装置の動作を説明するための図が図５に示されている。
【００２４】
上面シンナーカット工程（Ｓ１０８）として、基板３００上への薬液の塗布が終了した後に、基板３００を回転させた状態で基板３００上方から基板３００の端部の無効領域となる部分に対して、塗布膜の薬液の溶媒を供給する。具体的には、供給装置１１４が、塗布膜形成用の薬液の溶媒が充填されているタンク１１８からかかる溶媒をノズル１１０側に向かって送り、バルブ１２６が閉となっている状態でバルブ１２８を閉から開にして、基板３００外周部の表面側（上方）に配置されたノズル１１０から基板３００表面の外周部に向けて冷却されていない溶媒１６を供給する。これにより、膜厚の異なる基板３００のベベル部等に形成された膜を除去できる。従来、図３に示したように、基板端部から４ｍｍ程度から膜厚が厚くなってしまったので、例えば、基板端部から５ｍｍ程度までの膜を除去する必要があった。これに対して、第１の実施形態では、基板端部から１ｍｍ以下の膜を除去すればよい。例えば、０．６ｍｍ程度までの膜を除去すれば足りる。また、上面シンナーカット工程（Ｓ１０８）の際には、同時にバックリンスを行う。
【００２５】
バックリンス工程（Ｓ１１０）として、基板３００上への薬液の塗布が終了した後に、基板３００を回転させた状態で基板３００の裏面側から基板３００の端部に対してバックリンスを行う。具体的には、供給装置１１４が、塗布膜形成用の薬液の溶媒が充填されているタンク１１８からかかる溶媒をノズル１１０側に向かって送り、バルブ１２６が閉となっている状態でバルブ１２４を閉から開にして、基板３００外周部の裏面側に配置されたノズル１０８から基板３００裏面の外周部に向けて冷却されていない溶媒１４を供給する。これにより、基板裏面端部にシンナーカットの際の飛散部が付着しないように、或いは、付着したパーティクル等を除去することができる。また、例えば、端部溶媒供給工程（Ｓ１０６）での冷却液が、塗布膜形成用の薬液の溶媒ではない場合、塗布膜形成の際、基板裏面に薬液が廻り込んで膜を形成する場合もあり得る。バックリンスを溶媒で行うことで、かかる場合にも基板裏面に薬液が廻り込んで形成された膜の除去も行なうことができる。なお、バックリンス工程（Ｓ１１０）用の供給液は、冷却されずに供給されるので、端部溶媒供給工程（Ｓ１０６）用の供給液よりも高い温度の液体を用いることになる。このような高い温度の液体を用いると、基板裏面に形成された膜が溶媒中に溶解しやすく、膜の除去を容易に行うことができる。
【００２６】
加熱処理工程（Ｓ１１２）として、以上のようにして、形成された塗布膜を加熱処理（焼成）することで、塗布膜の完成となる。例えば、レジスト膜が塗布された基板３００を、１００℃のホットプレートにて焼成する。そして、その後、２３℃のチルプレートにて冷却することによって所望の膜厚のレジスト膜を得ることができる。
【００２７】
上述した塗布膜形成装置では、上面シンナーカット工程（Ｓ１０８）の供給液とバックリンス工程（Ｓ１１０）用の供給液と端部溶媒供給工程（Ｓ１０６）用の供給液とが、同じ供給源から供給される例を示したが、これに限るものではない。一部或いはすべて別々の供給源から供給されても構わない。端部溶媒供給工程（Ｓ１０６）用の供給液が基板裏面外周部に供給されるまでの経路に冷却できる温度調節装置が配置されていればよい。また、バックリンス工程（Ｓ１１０）用の供給ノズルと端部溶媒供給工程（Ｓ１０６）用の供給ノズルも共用する例を示したが、これに限るものではない。別々のノズルから供給されるようにしてもよい。さらには、ウェハの無効領域における膜の除去をシンナーカットにより行う例を示したが、塗布膜としてポジ型のレジスト材からなるレジスト膜を形成した場合は、基板外周部付近への周縁露光及びその後の現像処理によりウェハの無効領域の膜を除去してもよい。
【００２８】
以上のように、第１の実施形態によれば、基板外周部の乾燥を遅延させることにより、基板外周部の薬液膜厚制御性を向上させることができる。
【００２９】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００３０】
また、塗布膜形成用の薬液や薬液の溶媒等は、塗布膜形成において、必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００３１】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての塗布膜形成装置および塗布膜形成方法は、本発明の範囲に包含される。
【００３２】
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３３】
１０  薬液、１２，１４，１６  溶媒、１０２  チャンバ、１０４  ステージ、１０６，１０８，１１０  供給ノズル、１１２  温度調節装置、３００  基板
【図１】
2013004614.tif 000003
【図２】
2013004614.tif 000004
【図３】
2013004614.tif 000005
【図４】
2013004614.tif 000006
【図５】
2013004614.tif 000007