JP4733192B2

JP4733192B2 - 塗布処理方法及び塗布処理装置

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Publication number: JP4733192B2
Application number: JP2009019460A
Authority: JP
Inventors: 智弘井関; 健太郎吉原; 朋宏野田; 孝介吉原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: JP2010177504A

Description

この発明は、例えば半導体ウエハや液晶ガラス基板（ＦＰＤ基板）等の塗布処理方法及び塗布処理装置に関するものである。

一般に、半導体デバイスの製造においては、例えば半導体ウエハやＦＰＤ基板等（以下にウエハ等という）にレジスト液を塗布し、マスクパターンを露光処理して回路パターンを形成させるために、フォトリソグラフィ技術が利用されている。このフォトリソグラフィ技術においては、スピンコーティング法によりウエハ等にレジスト液を塗布し、これにより形成されたレジスト膜を所定の回路パターンに応じて露光し、この露光パターンを現像処理することによりレジスト膜に回路パターンが形成されている。

このようなフォトリソグラフィ工程において、近年のデバイスパターンの微細化、薄膜化に伴い露光の解像度を上げる要請が高まっている。しかし、デバイスパターンの微細化が進むにつれて、レジスト層中での干渉効果による解像度の低下及び面内での線幅精度の不均一が発生するという問題があった。

上記問題を解決する方法として、レジスト層が形成されたウエハ等の表面に水溶性を有する塗布液例えばＴＡＲＣ（Top Anti-Reflective Coating）薬液を供給（塗布）して反射防止膜を施こすことにより、レジスト層中での干渉を防ぐことができる技術が用いられている。また、ＴＡＲＣ薬液は、分子内の親水基と疎水基のバランスによって界面の自由エネルギ（界面張力）を低下させる作用を有する界面活性剤を含有している。

また、一般にウエハ等の表面に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布処理方法においては、回転中のウエハの中心部にノズルから塗布液を供給し、遠心力によりウエハ上で塗布液を拡散することによってウエハ上に塗布液を塗布する、いわゆるスピン塗布法が多く用いられている。また、このスピン塗布法において、塗布液を少量で均一に塗布する方法として、例えば、ウエハ上に塗布液の溶剤を供給してプリウエットした後、続いてウエハの回転を第１の回転数まで加速して、この回転中のウエハに塗布液を供給し、続いてウエハの回転数を第２の回転数まで一旦減速して、ウエハ上の塗布液の膜厚を調整し、その後ウエハの回転を第３の回転数まで再び加速して、ウエハ上の塗布液を振り切り乾燥させる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

上記スピン塗布法を用いて、例えば水溶性の塗布液（ＴＡＲＣ薬液）をウエハに塗布する場合、プリウエットの際に、塗布液の溶剤として例えば純水がウエハ上に供給される。

特許第３３３０３２４号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、ウエハ上に塗布液の溶剤としての純水を供給してプリウエットした後、続いてウエハの回転を第１の回転数まで加速した後、ウエハの回転数を第２の回転数まで減速すると、純水は表面張力値が非常に大きいため、疎水性を有するウエハ上では広げた直後一瞬水滴となり、プリウエットの効果が小さくなる。したがって、ＴＡＲＣ薬液をスピン塗布する際に、この水滴が起因となり塗布膜（ＴＡＲＣ膜）の塗布不良（塗布むら）が発生するという問題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、塗布液の無駄を省いて塗布液の有効利用を図ると共に、塗布液膜の均一化を図れるようにした塗布処理方法及び塗布処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明の塗布処理方法は、被処理基板に水溶性を有する塗布液を供給して塗布液膜を形成する塗布処理方法であって、被処理基板を低速の第１の回転数で回転させて、被処理基板の中心部に純水を供給して純水の液溜りを形成する第１の工程と、その後、被処理基板を上記第１の回転数の状態で、被処理基板の中心部に水溶性の塗布液を供給し、該塗布液と上記純水とを混合する第２の工程と、その後、被処理基板を上記第１の回転数より高速の第２の回転数で回転させて塗布液膜を形成する第３の工程と、を有し、上記第２の工程と第３の工程の時間比率を制御することにより塗布液の供給量を設定することを特徴とする（請求項１）。

この発明において、上記塗布液は少なくとも水溶性を有する液であれば任意の塗布液を用いることができ、界面活性剤を含む液を用いることができる（請求項３）。

また、この発明の塗布処理装置は、請求項１記載の塗布液処理方法を具現化するもので、被処理基板に水溶性を有する塗布液を供給して塗布液膜を形成する塗布処理装置であって、被処理基板を該被処理基板の表面を上面にして保持する保持手段と、上記保持手段を鉛直軸周りに回転する回転機構と、被処理基板に塗布液を供給する塗布液ノズルと、被処理基板に純水を供給する純水ノズルと、上記塗布液ノズルを被処理基板の中心部に移動する第１のノズル移動機構と、上記純水ノズルを被処理基板の中心部に移動する第２のノズル移動機構と、上記塗布液ノズルと塗布液供給源とを接続する塗布液供給管路に介設される第１の開閉弁と、上記純水ノズルと純水供給源とを接続する純水供給管路に介設される第２の開閉弁と、上記回転機構の回転駆動、第１及び第２のノズル移動機構の駆動及び、上記第１及び第２の開閉弁の開閉を制御する制御手段と、を具備し、上記制御手段により、被処理基板を低速の第１の回転数で回転させて、被処理基板の中心部に純水を供給して純水の液溜りを形成する第１の工程と、その後、被処理基板を上記第１の回転数の状態で、被処理基板の中心部に水溶性の塗布液を供給し、該塗布液と上記純水とを混合する第２の工程と、その後、被処理基板を上記第１の回転数より高速の第２の回転数で回転させて塗布液膜を形成する第３の工程を行うと共に、上記第２の工程と第３の工程の時間比率を制御することにより塗布液の供給量を設定するように形成してなる、ことを特徴とする（請求項５）。

請求項５記載の塗布処理装置において、上記塗布液は少なくとも水溶性を有する液であれば任意の塗布液を用いることができ、界面活性剤を含む液を用いることができる（請求項７）。

この発明において、上記第２の工程と第３の工程の時間比率の制御は、回転数の加速度を制御することによって行うことができ、第２の工程に対して第３の工程が、１：３〜３：１の範囲内とする方が好ましく（請求項２，６）、更に好ましくは、第２の工程に対する第３の工程の時間比率を１：１〜３：１とする方がよい。

また、この発明において、上記第１の回転数は、被処理基板上に供給（吐出）される純水が被処理基板上に液溜り（純水パドル）を形成でき、その後、被処理基板上に供給（吐出）される水溶性の塗布液の吐出による衝撃を低減できる回転数である。例えば第１の回転数を１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍとする方が好ましい（請求項４，８）。第１の回転数が１０ｒｐｍより低速であると、液溜まり（純水パドル）が所望の大きさに広がらず、また、第１の回転数が５０ｒｐｍより高速であると、液溜まり（純水パドル）が所望の大きさの円形状態を保てず広がりすぎるからである。

また、この発明において、上記第２の回転数は、被処理基板上に供給（吐出）される塗布液を拡散して塗布液膜を形成できる回転数である。例えば第２の回転数を２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍとする方が好ましい（請求項４，８）。第２の回転数が２０００ｒｐｍより低速であると、塗布液の被処理基板上での未塗布領域が発生し、また、第２の回転数が４０００ｒｐｍより高速であると、塗布液のミストが発生し、発生したミストが塗布液膜上に再付着して被覆性が悪化する懸念があるからである。

請求項１，２，４，５，６，８記載の発明によれば、被処理基板を低速の第１の回転数で回転させて、被処理基板の中心部に純水を供給して純水の液溜りを形成した後、被処理基板を上記第１の回転数の状態で、被処理基板の中心部に水溶性の塗布液を供給して、該塗布液と上記純水とを混合することにより、塗布液の供給時に純水が被処理基板と塗布液の中間層となり塗布液の供給時（吐出時）の衝撃を軽減することができる。そして、その後、被処理基板を上記第１の回転数より高速の第２の回転数で回転させ、かつ、塗布液と純水とを混合する工程（第２の工程）と塗布液膜を形成する工程（第３の工程）の時間比率を制御、例えば第２の工程に対して第３の工程が１：３〜３：１の範囲内で制御して塗布液の吐出量を設定することで、塗布液の供給量を低減することができると共に、被処理基板上に均一な塗布液膜を形成することができる。

また、請求項３，７記載の発明によれば、塗布液の供給時の衝撃を軽減すると共に、塗布液中の界面活性剤の濃度を低下させることができる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

（１）請求項１，２，４，５，６，８記載の発明によれば、塗布液の有効利用が図れると共に、塗布不良（塗布むら）を低減することができ、塗布液膜の均一性の向上を図ることができる。

（２）請求項３，７記載の発明によれば、塗布液の供給時の衝撃を軽減すると共に、塗布液中の界面活性剤の濃度を低下させることができるので、更に界面活性剤を含有する塗塗布液膜の均一性及び歩留まりの向上を図ることができる。

この発明に係る塗布処理装置を適用する塗布・現像処理装置に露光装置を接続した処理システムの全体を示す概略平面図である。上記処理システムの概略正面図である。上記処理システムの概略背面図である。この発明に係る塗布処理装置の一例を示す概略縦断面図である。上記塗布処理装置の概略横断面図である。塗布処理装置における塗布処理プロセスの主な工程を示すフローチャートである。塗布処理プロセスの各工程におけるウエハの回転数と、塗布液及び純水の供給タイミングを示すグラフである。塗布処理プロセスの各工程におけるウエハ上の液膜の状態を模式的に示す概略断面図である。塗布膜形成工程におけるウエハの回転数によるウエハ上の膜厚の状態を示すグラフである。

以下に、この発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る塗布処理装置を適用する塗布・現像処理装置に露光装置を接続した処理システムの全体を示す概略平面図、図２は、上記処理システムの概略正面図、図３は、上記処理システムの概略背面図である。

上記処理システムは、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下にウエハＷという）を複数枚例えば２５枚密閉収納するキャリア１０を搬出入するためのキャリアステーション１と、このキャリアステーション１から取り出されたウエハＷにレジスト塗布，現像処理等を施す処理部２と、ウエハＷの表面に光を透過する浸液層を形成した状態でウエハＷの表面を液浸露光する露光装置４と、処理部２と露光装置４との間に接続されて、ウエハＷの受け渡しを行うインターフェース部３とを具備している。

キャリアステーション１は、キャリア１０を複数個並べて載置可能な載置部１１と、この載置部１１から見て前方の壁面に設けられる開閉部１２と、開閉部１２を介してキャリア１０からウエハＷを取り出すための受け渡し手段Ａ１とが設けられている。

また、キャリアステーション１の奥側には筐体２０にて周囲を囲まれる処理部２が接続されており、この処理部２には手前側から順に加熱・冷却系のユニットを多段化した処理ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３及び液処理ユニットＵ４、Ｕ５の各ユニット間のウエハＷの受け渡しを行う主搬送手段Ａ２，Ａ３が交互に配列して設けられている。また、主搬送手段Ａ２，Ａ３は、キャリアステーション１から見て前後方向に配置される処理ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３側の一面部と、後述する例えば右側の液処理ユニットＵ４，Ｕ５側の一面部と、左側の一面をなす背面部とで構成される区画壁２１により囲まれる空間内に配設されている。また、キャリアステーション１と処理部２との間、処理部２とインターフェース部３との間には、各ユニットで用いられる処理液の温度調節装置や温湿度調節用のダクト等を備えた温湿度調節ユニット２２が配置されている。

処理ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、液処理ユニットＵ４，Ｕ５にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば１０段に積層して構成されている。主搬送手段Ａ２の背面側には、例えばウエハＷを疎水化処理するためのアドヒージョンユニット（ＡＤ）、ウエハＷを加熱する加熱ユニット（ＨＰ）が、図３に示すように、下方から順に２段ずつ重ねられている。アドヒージョンユニット（ＡＤ）はウエハＷを温調する機構を更に有する構成としてもよい。主搬送手段Ａ３の背面側には、ウエハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置（ＷＥＥ）２３が設けられている。なお、主搬送手段Ａ３の背面側は、主搬送手段Ａ２の背面側と同様に熱処理ユニットが配置構成される場合もある。

図３に示すように、処理ユニットＵ１では、ウエハＷを載置台に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット、例えばウエハＷに所定の加熱処理を施す第１の熱処理ユニットである高温度熱処理ユニット（ＢＡＫＥ）、ウエハＷに精度の良い温度管理下で冷却処理を施す高精度温調ユニット（ＣＰＬ）、受け渡し手段Ａ１から主搬送手段Ａ２へのウエハＷの受け渡し部となる受け渡しユニット（ＴＲＳ）、温調ユニット（ＴＣＰ）が上から順に例えば１０段に重ねられている。なお、処理ユニットＵ１において、本実施形態では下から３段目はスペアの空間として設けられている。処理ユニットＵ２でも、例えば第４の熱処理ユニットとしてポストベーキングユニット（ＰＯＳＴ）、レジスト塗布後のウエハＷに加熱処理を施す第２の熱処理ユニットであるプリベーキングユニット（ＰＡＢ）、高精度温調ユニット（ＣＰＬ）が上から順に例えば１０段に重ねられている。更に処理ユニットＵ３でも、例えば露光後のウエハＷに加熱処理を施す第３の熱処理ユニットとしてポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）、高精度温調ユニット（ＣＰＬ）が例えば上から順に１０段に重ねられている。

また、液処理ユニットＵ４，Ｕ５は、例えば図２に示すように、レジストや現像液などの薬液収納部（ＣＨＭ）の上に反射防止膜を塗布するボトム反射防止膜塗布ユニット（ＢＣＴ）２５と、この発明に係る塗布処理装置を備えるトップ反射防止膜塗布ユニット（ＴＣＴ）２６と、レジストを塗布するレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）２７と、ウエハＷに現像液を供給して現像処理する現像ユニット（ＤＥＶ）２８等を複数段例えば５段に積層して構成されている。

インターフェース部３は、図１に示すように、処理部２と露光装置４との間に前後に設けられる第１の搬送室３Ａ及び第２の搬送室３Ｂにて構成されており、それぞれに、昇降自在かつ鉛直軸回りに回転自在なアームを有する第１のウエハ搬送部３０Ａ及び第２のウエハ搬送部３０Ｂが設けられている。

なお、第１及び第２のウエハ搬送部３０Ａ，３０ＢによるウエハＷの搬送のタイミング及び時間は制御手段である制御コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）を主体として構成されるコントローラ６０によって制御されている。

また、第１の搬送室３Ａには、第１のウエハ搬送部３０Ａを挟んでキャリアステーション１側から見た右側には、複数例えば２５枚のウエハＷを一時的に収容するバッファカセット３１が例えば上下に積層されて設けられている。なお、バッファカセット３１をキャリアステーション１側から見た左側に配置してもよい。

次に、上記塗布・現像装置を用いてウエハＷを処理する手順について説明する。ここでは、ウエハＷの表面にボトム反射防止膜（ＢＡＲＣ）を形成し、その上層にレジスト層を塗布し、レジスト層の表面にトップ反射防止膜を積層した場合について説明する。まず、ウエハＷを収納したキャリア１０から受け渡し手段Ａ１によりウエハＷが取り出され、ウエハＷは処理ユニットＵ１の一段をなす受け渡しユニット（ＴＲＳ）を介して主搬送手段Ａ２へと受け渡され、塗布処理の前処理として例えばボトム反射防止膜塗布ユニット（ＢＣＴ）２５にてその表面にボトム反射防止膜（ＢＡＲＣ）が形成される。ボトム反射防止膜（ＢＡＲＣ）が形成されたウエハＷは、主搬送手段Ａ２により処理ユニットＵ１の加熱処理部に搬送されてプリベーク（ＢＡＫＥ）される。

その後、主搬送手段Ａ２によりウエハＷはレジスト塗布ユニット（ＣＯＴ）２７内に搬入され、ウエハＷの表面全体に薄膜状にレジストが塗布される。レジストが塗布されたウエハＷは、主搬送手段Ａ２により処理ユニットＵ２の加熱処理部に搬送されてプリベーク（ＰＡＢ）される。

その後、主搬送手段Ａ２によりウエハＷはトップ反射防止膜塗布ユニット（ＴＣＴ）２６にてレジスト層の表面にトップ反射防止膜が形成される。トップ反射防止膜が形成されたウエハＷは、主搬送手段Ａ２により処理ユニットＵ２の加熱処理部に搬送されてプリベーク（ＰＡＢ）される。

その後、ウエハＷは主搬送手段Ａ３によりプリベークユニット（ＰＡＢ）から搬出され、主搬送手段Ａ３、第１，第２のウエハ搬送部３０Ａ，３０Ｂを経て露光装置４へ搬送され、露光が行われる。

その後、露光を終えたウエハＷは、第２のウエハ搬送部３０Ｂ，第１のウエハ搬送部３０Ａを経て、処理部２の処理ユニットＵ３のポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）内に搬入される。ここで、ウエハＷは所定の温度に加熱されることにより、レジストに含まれる酸発生剤から発生した酸をその内部領域に拡散させるポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）処理が行われる。そして、当該酸の触媒作用によりレジスト成分が化学的に反応することにより、この反応領域は例えばポジ型のレジストの場合には現像液に対して可溶解性となる。

ＰＥＢ処理がされたウエハＷは、主搬送手段Ａ３により現像ユニット（ＤＥＶ）２８内に搬入され、現像ユニット（ＤＥＶ）２８内に設けられた現像液ノズルによりその表面に現像液が供給されて現像処理が行われる。これにより、ウエハＷ表面のレジスト膜のうちの現像液に対して可溶解性の部位が溶解することにより所定のレジストパターンが形成される。更にウエハＷには例えば純水などのリンス液が供給されてリンス処理がなされ、その後にリンス液を振り切るスピン乾燥が行われる。その後、ウエハＷは主搬送手段Ａ３により現像ユニット（ＤＥＶ）２８から搬出され、処理ユニットＵ２のポストベーキングユニット（ＰＯＳＴ）内に搬入されて加熱処理がなされ、主搬送手段Ａ２、受け渡し手段Ａ１を経由して載置部１１上の元のキャリア１０へと戻されて一連の塗布・現像処理を終了する。

次に、この発明に係る塗布処理装置について、図４及び図５を参照して説明する。

図４は、この発明に係る塗布処理装置の一例を示す概略縦断面図であり、図５は、塗布処理装置の概略横断面図である。なお、本実施の形態において、塗布液としては、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するため、レジスト膜が形成されたウエハＷ上に塗布される界面活性剤を含有する反射防止膜液体材料（ＴＡＲＣ薬液）が用いられる。この塗布液としての反射防止膜液体材料は、例えば水溶性樹脂と、カルボン酸又はスルホン酸等の低分子有機化合物を含んでいる。

塗布処理装置４０は、図４に示すように処理容器４１を有し、その処理容器４１内の中央部には、ウエハＷを保持して回転させる保持手段としてのスピンチャック４２が設けられている。スピンチャック４２は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウエハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウエハＷをスピンチャック４２上に吸着保持できる。

スピンチャック４２は、例えばモータなどの回転機構を備えたチャック駆動機構４３を有している。チャック駆動機構４３は制御手段である中央演算処理装置（ＣＰＵ）を備えたコントローラ６０に電気的に接続されており、コントローラ６０からの制御信号に基づいて、所定の速度に回転できるようになっている。また、チャック駆動機構４３には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック４２は上下動可能になっている。

スピンチャック４２の周囲には、ウエハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ４４が設けられている。カップ４４の下面には、回収した液体を排出するドレイン管路４５とカップ４４内の雰囲気を排気する排気管路４６が接続されている。

図５に示すように、カップ４４のＸ方向負方向（図５の下方向）側には、Ｙ方向（図５の左右方向）に沿って延伸するガイドレール４７が形成されている。ガイドレール４７は、例えばカップ４４のＹ方向負方向（図５の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図５の右方向）側の外方まで形成されている。ガイドレール４７には、第１及び第２のノズル移動機構である第１及び第２のノズル駆動部４８ａ，４８ｂが移動自在に装着されている。第１及び第２のノズル駆動部４８ａ，４８ｂは、コントローラ６０に電気的に接続されており、コントローラ６０からの制御信号に基づいてガイドレール４７に沿って移動自在に形成されている。

第１のノズル駆動部４８ａには、Ｘ方向に向かって第１のアーム４９ａが取り付けられており、この第１のアーム４９ａには、図４及び図５に示すように塗布液を供給する塗布液ノズル５０が支持されている。この場合、塗布液ノズル５０は少量の塗布液が吐出可能なノズル径例えば直径０．８ｍｍに形成されている。第１のアーム４９ａは、第１のノズル駆動部４８ａにより、ガイドレール４７上を移動自在に構成されている。これにより、塗布液ノズル５０は、カップ４４のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部５１からカップ４４内のウエハＷの中心部上方まで移動でき、更にウエハＷの表面上をウエハＷの径方向に移動できる。また、第１のアーム４９ａは、第１のノズル駆動部４８ａによって昇降自在であり、塗布液ノズル５０の高さを調整できる。

塗布液ノズル５０には、図４に示すように、塗布液供給源５２に接続する塗布液供給管路５３が接続されている。塗布液供給源５２は、塗布液を貯留するボトルにて形成されており、気体供給源例えばＮ２ガス供給源５４から供給される気体（Ｎ２ガス）の加圧によって塗布液が塗布液ノズル５０側へ供給（圧送）されるようになっている。塗布液供給管路５３には、塗布液供給源５２側から順にフィルタ５５、ポンプ５６及び流量調節機能を有する第１の開閉弁Ｖ１が介設されている。なお、塗布液供給源５２とＮ２ガス供給源５４とを接続するＮ２ガス供給管路５４ａには開閉弁Ｖ３が介設されている。

第２のノズル駆動部４８ｂには、Ｘ方向に向かって第２のアーム４９ｂが取り付けられており、この第２のアーム４９ｂには、塗布液の溶剤、例えば純水を供給する純水ノズル５７が支持されている。第２のアーム４９ｂは、図５に示す第２のノズル駆動部４８ｂによってガイドレール４７上を移動自在であり、純水ノズル５７を、カップ４４のＹ方向負方向側の外方に設けられた待機部５８からカップ４４内のウエハＷの中心部上方まで移動させることができる。また、第２のノズル駆動部４８ｂによって、第２のアーム４９ｂは昇降自在であり、純水ノズル５７の高さを調節できる。

純水ノズル５７には、図４に示すように、純水供給源５９に接続する純水供給管路５９ａが接続されている。純水供給源５８内には、純水が貯留されている。純水供給管路５９ａには、流量調節機能を有する第２の開閉弁Ｖ２が介設されている。

上記第１及び第２の開閉弁Ｖ１，Ｖ２、及びＮ２ガス供給管路５４ａの開閉弁Ｖ３は、それぞれコントローラ６０に電気的に接続されており、コントローラ６０からの制御信号に基づいて開閉動作するようになっている。

なお、以上の構成では、塗布液を供給する塗布液ノズル５０と純水を供給する純水ノズル５７が別々のアームに支持されているが、同じアームに支持され、そのアームの移動の制御により、塗布液ノズル５０と純水ノズル５７の移動と供給タイミングを制御してもよい。

上述のスピンチャック４２の回転動作と上下動作、第１のノズル駆動部４８ａによる塗布液ノズル５０の移動動作、第１の開閉弁Ｖ１による塗布液ノズル５０の塗布液の供給動作、第２のノズル駆動部４８ｂによる純水ノズル５７の移動動作、第２の開閉弁Ｖ２による純水ノズル５７の純水の供給動作などの駆動系の動作は、コントローラ６０により制御されている。コントローラ６０は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、例えばメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、塗布処理装置４０におけるレジスト塗布処理を実現できる。なお、塗布処理装置４０におけるレジスト塗布処理を実現するための各種プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＤ）、メモリーカードなどの記憶媒体Ｈに記憶されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部６０にインストールされたものが用いられている。

次に、以上のように構成された塗布処理装置４０で行われる塗布処理プロセスについて説明する。図６は、塗布処理装置４０における塗布処理プロセスの主な工程を示すフローチャートである。図７は、塗布処理プロセスの各工程におけるウエハＷの回転数と、塗布液及び純水の供給タイミングを示すグラフ、図８は、塗布処理プロセスの各工程におけるウエハ上の液膜の状態を模式的に示す概略断面図である。なお、図７におけるプロセスの時間の長さは、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の時間の長さに対応していない。

塗布処理装置４０に搬入されたウエハＷは、まず、スピンチャック４２に吸着保持される。続いて第２のアーム４９ｂにより待機部５８の純水ノズル５７がウエハＷの中心部の上方まで移動する。次に、図４に示すようにチャック駆動機構４３を制御してスピンチャック４２によりウエハＷを第１の回転数である例えば１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍ、本実施の形態においては１０ｒｐｍで回転させる。このウエハＷの回転と同時に、図８（ａ）に示すように純水ノズル５７からウエハＷの中心部に純水ＤＩＷが供給される（図６及び図７の工程Ｓ１）。このようにウエハＷを第１の回転数で低速回転させた場合、ウエハＷに供給された純水ＤＩＷはウエハＷ上をほとんど拡散せず、例えば約０．５ｍｍ〜４．０ｍｍの純水の液溜り（純水パドルＰD）を形成する。なお、この工程Ｓ１は例えば４秒間行われる。

純水ＤＩＷの供給が終了すると、純水ノズル５７がウエハＷの中心部上方から外方へ移動し、第１のアーム４９ａにより待機部５１の塗布液ノズル５０がウエハＷの中心部上方まで移動する。

その後、第１の回転数例えば１０ｒｐｍの状態で、図８（ｂ）に示すように塗布液ノズル５０からウエハＷの中心部に塗布液（ＴＡＲＣ薬液）ＴＡＲＣを供給（吐出）する（図６及び図７の工程Ｓ２）。このようにウエハＷを低速回転の第１の回転数の状態で、純水ＤＩＷすなわち純水パドルＰD上に塗布液ＴＡＲＣを供給（吐出）することで、純水パドルＰDによって塗布液ＴＡＲＣの吐出インパクトを低減することができると共に、塗布液ＴＡＲＣ中に含有されている界面活性剤の濃度を低下することができる。したがって、塗布液ＴＡＲＣの供給（吐出）時の気泡の発生を抑制することができる。なお、この工程Ｓ２は例えば０．５秒〜１．５秒間、本実施の形態では０．５秒間行われる。

上記のようにして、純水パドルＰDの上に塗布液ＴＡＲＣを供給（吐出）して塗布液ＴＡＲＣの下層に純水ＤＩＷが残った混合層が形成されると、図７に示すように、ウエハＷの回転を第２の回転数である例えば２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍ、本実施の形態においては２０００ｒｐｍまで加速させる。この間、図８（ｃ）に示すように塗布液ノズル５０から塗布液ＴＡＲＣは供給され続けている。このようにウエハＷを第２の回転数で高速回転させた場合、混合層ＰＴはウエハＷ上を拡散し、塗布液ＴＡＲＣは混合層ＰＴに先導されてウエハＷ上を拡散して塗布液膜を形成する（図６及び図７の工程Ｓ３）。そして混合層ＰＴは、純水ＤＩＷに比べてレジスト膜に対する接触角が小さく濡れ性が良いため、塗布液ＴＡＲＣはウエハＷ上の全面を円滑かつ均一に拡散することができる。また、この際、気泡が発生したとしても極微量でかつ純水ＤＩＷで阻止されてウエハＷ上への付着確率は少なく斑にならない。なお、この工程Ｓ３は０．５秒〜１．５秒間、本実施の形態では１．５秒間行われる。

塗布液ＴＡＲＣがウエハＷ上の全面に拡散して塗布液膜が形成されると、図７に示すようにウエハＷの回転を第３の回転数である例えば１００ｒｐｍまで減速させる。そして、このようにウエハＷが第３の回転数で回転中、ウエハＷ上の塗布液ＴＡＲＣに中心へ向かう力が作用し、ウエハＷ上の塗布液膜が乾燥（調整）される（図６及び図７の工程Ｓ４）。なお、この行程Ｓ４は例えば１秒間行われる。

ウエハＷ上の塗布液ＴＡＲＣの膜厚が調整されると、図７に示すようにウエハＷの回転を第４の回転数である例えば１０００〜２０００ｒｐｍ、本実施の形態では１５００ｒｐｍまで加速させる。これにより、ウエハＷの全面に拡散した塗布液ＴＡＲＣは乾燥され、塗布膜が形成される（図６及び図７の工程Ｓ５）。なお、この工程Ｓ５は例えば１０秒間行われる。

なお、上記実施形態では、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）を０．５秒とし、塗布液膜を形成する工程（Ｓ３）を１．５秒とした場合について説明（図７のＩ参照）したが、図７中のIIに示すように上記工程Ｓ２を１．０秒とし、上記工程Ｓ３を１．０秒にしてもよく、あるいは、図７中のIIIに示すように上記工程Ｓ２を１．５秒とし、上記工程Ｓ３を０．５秒にしてもよい。このように、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）と塗布液膜を形成する工程（Ｓ３）の時間比率を、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）に対する塗布液膜を形成する工程（Ｓ３）が、１：３〜３：１の範囲内｛すなわちＳ２：Ｓ３＝１：３〜３：１の範囲内｝に制御することにより、塗布液ＴＡＲＣの吐出量を、塗布液膜厚を均一に形成できる範囲内に設定することができる。

上記実施形態によれば、ウエハＷを低速の第１の回転数で回転させて、ウエハＷの上に純水パドルＰDを形成し、この第１の回転数で回転した状態で、塗布液ＴＡＲＣを供給（吐出）することで、純水パドルＰDによって塗布液ＴＡＲＣの吐出インパクトを低減することができ、ウエハＷを低速の第１の回転数で回転しながら純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣを混合させることで、塗布液ＴＡＲＣ中に含有されている界面活性剤の濃度を部分的に低下することができる。これにより、塗布液ＴＡＲＣの供給（吐出）時の気泡の発生を抑制することができ、塗布不良（塗布むら）を低減することができるので、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）において、塗布液膜を均一に広げることができる。

また、上記実施形態によれば、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）によって塗布液膜を均一に広げた状態で、塗布液ＴＡＲＣを供給（吐出）しながらウエハＷを第２の回転数で高速回転させて、ウエハＷ上の混合層ＰＴを拡散し、塗布液ＴＡＲＣが混合層ＰＴに先導されてウエハＷ上を拡散して塗布液膜を形成する。これにより、少量の塗布液ＴＡＲＣによって塗布膜の均一化が図れる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されるものではなく、種々の態様を採りうるものである。例えば上述した実施の形態では、水溶性の塗布液として反射防止膜を形成する塗布液を例にとって説明したが、本発明は、ＲＥＬＡＣＳ（ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＡｓｓｉｓｔｅｄｂｙＣｈｅｍｉｃａｌＳｈｒｉｎｋ）技術におけるレジストパターン寸法縮小剤（ＲＥＬＡＣＳ剤）にも適用できる。また、上述した実施の形態では、ウエハに塗布処理を行う例であったが、本発明は、基板がウエハ以外のＦＰＤ基板、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板の塗布処理にも適用することができる。

また、上記実施形態では、露光装置が液浸露光である場合について説明したが、この発明に係る塗布処理装置（方法）は、液浸露光以外の露光技術を採用する塗布・現像処理装置にも適用できる。

次に、塗布処理におけるウエハＷの回転制御（加速制御）と塗布液ＴＡＲＣの使用量の評価実験について説明する。

まず、塗布液ＴＡＲＣの被覆性の良くない試料としてアドヒージョン（ＡＤＨ）処理を施したウエハを用意する。次に、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）時のウエハの回転数が１０ｒｐｍ、塗布液膜を形成する工程（Ｓ３）時のウエハの回転数が２０００ｒｐｍの場合について、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）と塗布液膜を形成する工程（Ｓ３）の時間比率を、塗布膜厚の形成（被覆性）が確保できる最小限の塗布液ＴＡＲＣの吐出量を基にして表１，表２及び表３に示すように、０．５（秒）：１．５（秒）、１．０（秒）：１．０（秒）、１．５（秒）：０．５（秒）、換言すると、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）に対して塗布液膜を形成する工程（Ｓ３）を、１：３，１：１，３：１とする。

上記工程（Ｓ２）と（Ｓ３）の時間比率を、それぞれ０．５（秒）：１．５（秒）｛実施例１｝、１．０（秒）：１．０（秒）｛実施例２｝、１．５（秒）：０．５（秒）｛実施例３｝としたときの塗布膜の被覆性能と塗布液ＴＡＲＣの吐出量を調べたところ、表４に示すような結果が得られた。

上記評価の結果、実施例１では、塗布液ＴＡＲＣの吐出量１．８ｍｌで塗布膜厚の形成（被覆性）が確保でき、実施例２では、塗布液ＴＡＲＣの吐出量０．６ｍｌで塗布膜厚の形成（被覆性）が確保でき、また実施例３では、塗布液ＴＡＲＣの吐出量０．４ｍｌで塗布膜厚の形成（被覆性）が確保できた。これにより、実施例１においては、現行の低速回転でウエハ上に塗布液ＴＡＲＣを供給（吐出）し、高速回転で広げる方式の場合の吐出量５．０ｍｌ〜６．０ｍｌに比べて大幅に吐出量を少なくすることができた。また、実施例１においては、吐出量が１．７ｍｌ以下では塗布液膜の均一性（被覆性）が不良であったが、実施例２においては吐出量０．６ｍｌまで塗布液膜の均一性（被覆性）が良好であり、実施例３においては吐出量０．４ｍｌまで塗布液膜の均一性（被覆性）が良好にあり、実施例１に比べて更に大幅に吐出量を少なくすることができた。

上記評価実験では、塗布液膜を形成する工程（Ｓ３）時のウエハの回転数が２０００ｒｐｍの場合について説明したが、ウエハの回転数が２０００ｒｐｍ，２５００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，４０００ｒｐｍの場合について、ウエハ表面に塗布液（吐出量０．５ｍｌ）を供給（吐出）して膜厚分布を調べたところ、図９に示すように、ウエハの回転数が２０００ｒｐｍ，２５００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，４０００ｒｐｍにおいては膜厚に殆ど変化ない結果が得られた。これにより、塗布液膜を形成する工程（Ｓ３）時のウエハの回転数は、２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍの範囲内であればよいことが判った。

なお、ウエハの回転数が１５００ｒｐｍの場合は、２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍの場合と膜厚は殆ど変化ないが、未塗布領域が発生し、２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍの場合と比較して０．１ｍｌ程度被覆限界が低下する。また、ウエハの回転数が４０００ｒｐｍより高速になると、塗布液のミストが発生し、ミストが塗布液膜上に再付着して被覆性に悪影響を及ぼす。

なお、上記評価実験では、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）時のウエハの回転数が１０ｒｐｍの場合について説明したが、ウエハの回転数が、１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの範囲内であれば、液溜まり（純水パドル）が所望の大きさに広がるので、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）時のウエハの回転数が１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの範囲内であれば、上記評価実験と同様の結果が得られると推測できる。

なお、ウエハの回転数が１０ｒｐｍより低速であると、液溜まり（純水パドル）を形成する外周部の堰の一部が壊れ、壊れた部分より純水がヒゲ（枝）状に延び所望の大きさの円形状態を保つことができない。したがって、純水ＤＩＷと塗布液ＴＡＲＣとを混合する工程（Ｓ２）時のウエハの回転数が１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの範囲内が好適である。

Ｗ半導体ウエハ（被処理基板）
４０塗布処理装置
４２スピンチャック（保持手段）
４３チャック駆動機構（回転機構）
４８ａ第１のノズル駆動部
４８ｂ第２のノズル駆動部
５０塗布液ノズル
５７純水ノズル
６０コントローラ（制御手段）
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３開閉弁
ＤＩＷ純水
ＴＡＲＣ塗布液

Claims

被処理基板に水溶性を有する塗布液を供給して塗布液膜を形成する塗布処理方法であって、
被処理基板を低速の第１の回転数で回転させて、被処理基板の中心部に純水を供給して純水の液溜りを形成する第１の工程と、
その後、被処理基板を上記第１の回転数の状態で、被処理基板の中心部に水溶性の塗布液を供給し、該塗布液と上記純水とを混合する第２の工程と、
その後、被処理基板を上記第１の回転数より高速の第２の回転数で回転させて塗布液膜を形成する第３の工程と、を有し、
上記第２の工程と第３の工程の時間比率を制御することにより塗布液の供給量を設定することを特徴とする塗布処理方法。
請求項１記載の塗布処理方法において、
上記第２の工程と第３の工程の時間比率は、第２の工程に対して第３の工程が、１：３〜３：１の範囲内であることを特徴とする塗布処理方法。
請求項１又は２記載の塗布処理方法において、
上記塗布液が界面活性剤を含む液であることを特徴とする塗布処理方法。
請求項１ないし３のいずれかに記載の塗布処理方法において、
上記第１の回転数が１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍであり、上記第２の回転数が２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍであることを特徴とする塗布処理方法。
被処理基板に水溶性を有する塗布液を供給して塗布液膜を形成する塗布処理装置であって、
被処理基板を該被処理基板の表面を上面にして保持する保持手段と、
上記保持手段を鉛直軸周りに回転する回転機構と、
被処理基板に塗布液を供給する塗布液ノズルと、
被処理基板に純水を供給する純水ノズルと、
上記塗布液ノズルを被処理基板の中心部に移動する第１のノズル移動機構と、
上記純水ノズルを被処理基板の中心部に移動する第２のノズル移動機構と、
上記塗布液ノズルと塗布液供給源とを接続する塗布液供給管路に介設される第１の開閉弁と、
上記純水ノズルと純水供給源とを接続する純水供給管路に介設される第２の開閉弁と、
上記回転機構の回転駆動、第１及び第２のノズル移動機構の駆動及び、上記第１及び第２の開閉弁の開閉を制御する制御手段と、を具備し、
上記制御手段により、被処理基板を低速の第１の回転数で回転させて、被処理基板の中心部に純水を供給して純水の液溜りを形成する第１の工程と、その後、被処理基板を上記第１の回転数の状態で、被処理基板の中心部に水溶性の塗布液を供給し、該塗布液と上記純水とを混合する第２の工程と、その後、被処理基板を上記第１の回転数より高速の第２の回転数で回転させて塗布液膜を形成する第３の工程を行うと共に、上記第２の工程と第３の工程の時間比率を制御することにより塗布液の供給量を設定するように形成してなる、ことを特徴とする塗布処理装置。
請求項５記載の塗布処理装置において、
上記第２の工程と第３の工程の時間比率は、第２の工程に対して第３の工程が、１：３〜３：１の範囲内であることを特徴とする塗布処理装置。
請求項５又は６記載の塗布処理装置において、
上記塗布液が界面活性剤を含む液であることを特徴とする塗布処理装置。
請求項５ないし７のいずれかに記載の塗布処理装置において、
上記第１の回転数が１０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍであり、上記第２の回転数が２０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍであることを特徴とする塗布処理装置。