涂敷膜形成方法和涂敷膜形成装置与流程

本发明涉及涂敷膜形成方法和涂敷膜形成装置。

背景技术：

在半导体器件的制造步骤中，对作为圆形基片的半导体晶片(以下记为晶片)涂敷抗蚀剂等的多种涂敷液来进行成膜处理。专利文献1中记载有在使涂敷在晶片上的抗蚀剂干燥时，将沿着晶片周边的环状部件配置在该晶片上，将该晶片上的气流整流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-92392号公报。

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于在基片的面内快速地形成均匀性良好的膜厚的涂敷膜。

用于解决问题的技术手段

本发明的一个方式是一种在基片的表面形成涂敷膜的涂敷膜形成方法，其包括：涂敷扩散步骤，在上表面具有开口的涂敷杯状体内，使所述基片以第1转速旋转，对所述基片的表面供给用于形成所述涂敷膜的涂敷液，并使该涂覆液扩散；和干燥步骤，在所述涂敷扩散步骤之后，一边使所述基片以比所述第1转速低的第2转速旋转，一边从环状部件与基片表面之间的间隙进行排气，其中，所述环状部件以其中心与基片表面的中心位于同轴上的方式配置在所述基片的上方，所述环状部件具有使其外周端部位于与所述基片的外周端部的位置相同的位置或位于比所述基片的外周端部靠外侧的位置的大小，在所述干燥步骤中，与所述涂敷扩散步骤中的涂敷杯状体内的排气相比，以更高的压力进行排气。

发明效果

根据本发明的技术，能够在基片的面内快速地形成均匀性良好的膜厚的涂敷膜。

附图说明

图1是示意地表示作为一个实施方式的抗蚀剂涂敷装置的侧面的纵截断侧的说明图。

图2是图1的抗蚀剂涂敷装置的平面图。

图3是表示图1的抗蚀剂涂敷装置的环板和杯状体的关系的说明图。

图4是表示由图1抗蚀剂涂敷装置处理的晶片的一例的说明图。

图5是表示低旋转时的排气量的大小和膜厚分布的关系的图表。

图6是表示在低旋转-通常排气时的晶片上的抗蚀液的扩散的样子的说明图。

图7是表示低旋转-高排气时的晶片上的抗蚀液的扩散的样子的说明图。

附图标记说明

1抗蚀膜形成装置

11旋转吸盘

12旋转机构

14杯状体

17排气装置

31抗蚀液供给喷嘴

51环板

100控制部

d、h间隙

r抗蚀液

w晶片。

具体实施方式

专利文献1所记载的技术中具有以下步骤，即：对基片的中心部供给涂敷液，并且使基片以第1转速旋转，通过离心力使涂敷液扩散，接着，使基片从第1转速向第2转速减速，以该第2转速旋转，使涂敷液的液膜的表面均匀。之后，使基片以比第2转速快的第3转速旋转来进行干燥。然后，在以上述第3转速旋转而使基片的表面干燥的步骤中，将沿着基片的周向形成为环状的环状部件设定在覆盖基片的周缘部上方的位置，通过上述环状部件对基片的周缘部上方的气流进行整流。

但是，对例如3d-nand器件那样的深宽比大的图案，涂敷粘度高(例如300cp程度)的涂敷液的工艺中，具有凹部的膜厚在半径方向变大的倾向，期待进一步改善。另一方面，在上述干燥步骤中，当为了提高膜厚的均匀性而降低转速时，存在干燥时间变长的问题。

本发明的目的在于，在对深宽比大的图案涂敷粘度高的涂敷液的情况下，与现有技术相比，能够提高膜厚的均匀性并且实现干燥时间的缩短。

以下，参照附图说明本实施方式的基片处理装置的结构。此外，在本说明书中，对实质上具有相同功能结构的要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。

图1示意地表示实施方式的作为涂敷膜形成装置的抗蚀膜形成装置1的侧面的截面。该抗蚀膜形成装置1具有旋转吸盘11，其是通过对例如直径为300mm的圆形的基片即晶片w的背面中央部进行真空吸附，而将该晶片w水平保持的基片保持部。该旋转吸盘11与旋转机构12连接，通过该旋转机构12而绕铅垂轴旋转。另外，以包围保持在旋转吸盘11上的晶片w的方式设置有杯状体14，其为用于防止来自晶片w的涂敷液和溶剂等的各种处理液飞溅的涂敷杯状体。在该杯状体14的底部具有排液口15。另外，在杯状体14的底部设置有排气管16，在晶片w的处理中，杯状体14内通过与排气管16连接的排气装置17进行排气。通过该杯状体14内的排气，从晶片w的周围进行该晶片w的表面的排气。

在旋转吸盘11的周围配置升降销21。该升降销21通过升降机构22垂直地升降，能够支承晶片w并使其升降。由此，能够在旋转吸盘11与未图示的基片搬送机构之间交接晶片w。

在上表面具有开口的杯状体14的上方设置有风机过滤单元(ffu)19，将清洗的空气供给到载置在旋转吸盘11上的晶片w。供给到晶片w的空气从杯状体14内经由上述排气管16排气。

在旋转吸盘11的周围配置有在内外具有斜面部23a、23b的环状的引导部件23。在引导部件23的顶部设置有背面清洗喷嘴24。背面清洗喷嘴24对晶片w的背面的周缘部排出抗蚀液的溶剂，进行背面的清洗。

杯状体14的上表面侧形成向外侧下方倾斜的环状的斜面部25，在该斜面部25的内周缘部形成向上侧垂直形成的环状的凸部26。

抗蚀膜形成装置1例如具有向垂直下方排出抗蚀剂的抗蚀液供给喷嘴31。该抗蚀液供给喷嘴31与贮存抗蚀液的抗蚀剂供给机构32连接。抗蚀剂供给机构32具有泵和阀等，向抗蚀液供给喷嘴31供给抗蚀液。在该实施方式中，贮存于抗蚀剂供给机构32中的抗蚀液的粘度例如是50cp～900cp。

抗蚀液供给喷嘴31如图2所示由臂33的前端部支承，臂33的基端侧与移动机构34连接。移动机构34通过电动机等的驱动机构(未图示)，可沿着导轨35在图中的往复箭头的方向上移动。另外，由臂33支承的抗蚀液供给喷嘴31可在垂直方向上移动。抗蚀液供给喷嘴31能够在配置于杯状体14的外侧的待机部36待机。

抗蚀膜形成装置1例如包括向垂直下方排出溶剂的溶剂供给喷嘴41。该溶剂供给喷嘴41与贮存溶剂的溶剂供给机构42连接，从该溶剂供给机构42向溶剂供给喷嘴41供给溶剂。溶剂供给喷嘴41用于除去晶片w的周缘部的不要的抗蚀膜。

溶剂供给喷嘴41由臂43的前端部支承，臂43的基端侧与移动机构44连接。移动机构44通过电动机等的驱动机构(未图示)，可沿着导轨45在图中的往复箭头的方向上移动。另外，由臂43支承的溶剂供给喷嘴41可在垂直方向上移动。溶剂供给喷嘴41能够在配置于杯状体14的外侧的待机部36待机。

在抗蚀膜形成装置1以位于旋转吸盘11所载置的晶片w的上方的方式设置有作为圆形的环状部件的环板51。在环板51的中心部形成有圆形的开口部52。另外，环板51的开口部52的内径即开口部52的直径d例如设定为40mm～200mm。另外，形成开口部52的环板51的内周的周缘部51a形成为向上方凸出。

环板51的下表面与载置在旋转吸盘11上的晶片w相对地覆盖该晶片w。环板51的中心即开口部52的中心与载置在旋转吸盘11上的晶片w的中心在俯视时一致。而且，环板51的大小即环板51的直径具有与晶片w相同或其以上的长度，例如设定为300mm～310mm程度。

环板51经由支承部件53与升降机构54连接，在图1的点划线所示的上升位置(第1位置)与处于上升位置的下方的图1中实线所示的下降位置(第2位置)之间升降。

在环板51下降到第2位置时，如图3所示，在杯状体14内侧的凸部26与环板51的外周端部之间形成间隙d。该间隙d例如设定为1～10mm之间。另外，在环板51下降到第2位置时，在载置于旋转吸盘11上的晶片w与环板51的下表面之间形成间隙h。该间隙h例如设定为1～10mm之间。间隙h的大小的设定能够由升降机构54任意设定。

抗蚀膜形成装置1设置有作为计算机的控制部100。控制部100中安装有程序，该程序例如存储在光盘、硬盘、mo(光磁盘)和存储卡、dvd等的存储介质。安装的程序编入有命令(各步骤)，以对抗蚀膜形成装置1的各部发送控制信号来控制其动作。例如能够控制由旋转机构12进行的晶片w转速(旋转速度)的变更、抗蚀液供给喷嘴31和溶剂供给喷嘴41的移动、从抗蚀剂供给机构32向抗蚀液供给喷嘴31的抗蚀液的供给、停止。并且，环板51的升降、排气装置17的排气量的控制也能够由控制部100进行。

接着，参照图4说明由该抗蚀膜形成装置1处理的晶片w。在晶片w的表面形成有凹凸图案。将图4中的(a)所示的晶片w的表面中的由虚线包围的区域在点划线的箭头前方放大表示，在该放大图中表示了凹凸图案的一个例子。在该例子中，以将晶片w的表面划分为矩阵状的方式，在纵向、横向分别形成多个槽(凹部)61，由槽61形成凸部62。在这些槽61、凸部62的上表面分别形成抗蚀膜61a、62a。

图4中的(b)表示晶片w的侧面的纵截面。槽61的深度(凸部62的高度)a例如是1μm～20μm，更具体而言例如是8μm。槽61的宽度b例如是10μm～5000μm，更具体而言例如是200μm。凸部62的一个边的宽度c例如是10μm～5000μm，更具体而言例如是2800μm。此外，凹凸图案不限于该图4所示的形状。另外，在对没有形成凹凸图案的基片进行处理的情况下，也能够使用本发明的技术。应用本发明的技术的该凹凸图案中的凹部的深宽比例如为0.01～0.1时最能够发挥效果。

接着，说明使用具有上述结构的抗蚀膜形成装置1进行涂敷膜形成处理的一例的抗蚀膜形成方法。首先，在旋转吸盘11上保持晶片w，使晶片w以作为第1转速的1000rpm～3000rpm、例如2000rpm旋转，从抗蚀液供给喷嘴31向晶片w的中心部供给抗蚀液。在该情况下，环板51位于上升位置(第1位置)。另外，在通过上述第1转速使抗蚀液在晶片w上扩散的期间，由排气装置17实现的杯状体14内的排气压力例如设定为70pa。

此外，可以采用预湿方式，即：当要供给抗蚀液时，在抗蚀液的供给前使用溶剂供给喷嘴41，向晶片w的表面供给溶剂并使其扩散。

接着，以作为比第1转速慢的第2转速的50rpm～200rpm、例如100rpm的低旋转，进行晶片w上的抗蚀液的干燥步骤。在该干燥步骤中，环板51处于下降位置(第2位置)。然后，由排气装置17实现的杯状体14内的排气压力例如设定为70pa，以高排气进行排气。

通过在该状态下实施干燥程序，在晶片w的整个面形成抗蚀液的膜。然后，通过这样的低旋转且高排气实施抗蚀液涂敷后的晶片w的干燥，与现有的低旋转干燥相比，能够实现膜厚均匀且干燥时间的缩短。

详细来说，在图5的图表中表示首先使用实施方式的抗蚀膜形成装置1进行低旋转-高排气的干燥步骤的情况下与进行低旋转-通常排气的情况下的膜厚的比较。该图表所示的膜厚分布是用于调查高排气的效果，因此没有使用环板51。

由此，低旋转-通常排气以100rpm的低旋转实施干燥步骤的期间中，由排气装置17实现的排气压力保持为21pa。另一方面，低旋转-高排气在以100rpm的低旋转实施干燥步骤时，由排气装置17实现的排气压力从21pa增加至70pa。其结果，如图5所示，通过低旋转-通常排气能够抑制晶片w周缘部的膜厚的上升，作为整体使膜厚变得均匀。

这被推测为是由以下的机制引起的。即，在低旋转-通常排气中，如图6中的(a)所示，即使在干燥的步骤中，抗蚀液r也扩散。但是，在抗蚀液r的粘度高的情况下(例如50cp～900cp)，随着转速低，如图6中的(b)所示，抗蚀液r的扩散较弱，因此抗蚀液r堆积在晶片w的外周部。而且，直到外周部干燥为止，抗蚀液r继续堆积在外周部，其结果，在干燥结束时晶片w的外周部的膜厚变大，如图6中的(c)所示，在外周部的抗蚀膜发生跃起。

对此，在低旋转-高排气中，如图7中的(a)所示，抗蚀液r的扩展方式与低旋转-通常排气同样。但是，如图7中的(b)所示，为高排气，因此，晶片w上的抗蚀液的干燥时间变短，能够抑制外周部的抗蚀液r的堆积量。其结果，如图7中的(c)所示，能够抑制晶片w的外周部的膜厚上升、跃起。

而且，在实施方式的抗蚀膜形成方法中，进一步在干燥步骤中使环板51下降而位于第2位置，所以环板51的下表面覆盖晶片w的表面。因此，晶片w上的抗蚀液r表面的空气的流速进一步变快。其结果，能够提高膜厚均匀性并且实现干燥时间的缩短。

另外，由风机过滤单元(ffu)19供给的空气从环板51的开口部52即晶片w的中央部上方进入，如上所述空气的流速变快，流向外周部。根据上述情况，在担心晶片w的中央侧与外周侧之间的因流速差引起的膜厚变动影响的情况下，可以使开口部52的中心与俯视时载置于旋转吸盘11上的晶片w的中心错开。

这样一来，开口部52下方所对应的晶片w的半径位置伴随晶片w的旋转而变化，因此考虑由空气的流速差引起的对膜厚的影响，因伴随使晶片w旋转的处理而变得均匀且降低。在该情况下，替代以中心与晶片w的中心错开的方式配置开口部52，而在环板51的开口部分的一部分设置切口，或者可以替代环板51而采用从外周具有缺口的部分的形状的板。

根据发明人调查，与通过低旋转-通常排气，使环板51在干燥步骤时下降而配置在第2位置的情况相比，在低旋转-高排气的情况下，膜厚的均匀性能够提高大约40％。另外，关于干燥时间，与通过低旋转-通常排气，使环板51在干燥步骤时下降而配置在第2位置的情况相比，通过低旋转-高排气，能够缩短20％。

此外，在此所谓的高排气，是指以比涂敷扩散步骤中的由排气装置17实现的通常排气的排气压力高的排气压力进行排气，例如是指以通常排气的排气压力的2倍以上的压力进行排气。

根据发明人进一步调查，发现干燥步骤中的杯状体14内侧的凸部26与环板51的外周端部之间的间隙d和载置在旋转吸盘11上的晶片w与环板51的下表面之间的间隙h，对于膜厚的均匀性、干燥时间具有影响。

即，当间隙d变窄时，虽然膜厚的均匀性会恶化，但是能够缩短干燥时间。但是，发现即使令间隙d变窄，例如设定为5mm，当保持低排气时膜厚的均匀性也不会改善。另一方面，关于间隙h，发现当其值变大时干燥时间变长。

根据这样的情况，可知在要提高膜厚的均匀性并且缩短干燥时间时，使在排气时流过间隙d的空气和流过间隙h的空气的流速平衡能够获得最好的结果。因此，间隙d和间隙h的大小可以分别设定为1～10mm的范围且间隙d和间隙h几乎相同大小。

当然，根据涂敷液的种类、粘度，最适合的间隙d和间隙h的大小会发生变化，因此，通过适当调整间隙d和间隙h的大小，能够实现最良好的膜厚的均匀性和干燥时间的缩短。另外，根据处理方案，膜厚的均匀性的容许范围各自不同，因此在该容许范围内缩短干燥时间时，通过适当调整上述间隙d和间隙h的大小，能够控制膜厚的均匀性和干燥时间的缩短化。

此外，对于通常排气和高排气，如上所述，通过由排气装置17进行的排气压力的调整，使抗蚀液供给、扩散时的排气压为通常排气，并使以比其高的排气压力进行的排气设为高排气，但是也可以利用其他的参数。

即，在干燥步骤中，也可以按与从上方通过风机过滤单元(ffu)19对杯状体14内的晶片w供给的空气的流速相比，从上述间隙h排出的空气的流速为2倍以上，更优选为3倍～5倍的流速的方式进行排气。此外，在此流过所谓的间隙h的空气的流速是在晶片w的径向上流动的空气的流速。

以上，说明书公开的实施方式在全部的方面都是例示而不是用于限定的。上述的实施方式，在不脱离附加的权利要求书及其主旨的情况下，能够以各种的方式省略、置换、改变。

此外，以下那样的结构也属于本发明的技术范围。

(1)一种在基片的表面形成涂敷膜的涂敷膜形成方法，其包括：涂敷扩散步骤，在上表面具有开口的涂敷杯状体内，使所述基片以第1转速旋转，对所述基片的表面供给用于形成所述涂敷膜的涂敷液，并使该涂覆液扩散；和干燥步骤，在所述涂敷扩散步骤之后，一边使所述基片以比所述第1转速低的第2转速旋转，一边从环状部件与基片表面之间的间隙进行排气，其中，所述环状部件以其中心与基片表面的中心位于同轴上的方式配置在所述基片的上方，所述环状部件具有使其外周端部位于与所述基片的外周端部的位置相同的位置或位于比所述基片的外周端部靠外侧的位置的大小，在所述干燥步骤中，从所述间隙排出的空气的流速为从所述涂敷杯状体内的所述基片的上方供给到所述基片的空气的流速的2倍以上。

在此，在上述涂敷扩散步骤中供给涂敷液并使其扩散，并不一定需要使涂敷液扩散到基片整个面。

(2)一种在基片的表面形成涂敷膜的涂敷膜形成方法，其包括：涂敷扩散步骤，在上表面具有开口的涂敷杯状体内，使所述基片以第1转速旋转，对所述基片的表面供给用于形成所述涂敷膜的涂敷液，并使该涂覆液扩散；和干燥步骤，在所述涂敷扩散步骤之后，一边使所述基片以比所述第1转速低的第2转速旋转，一边从环状部件与基片表面之间的间隙进行排气，其中，所述环状部件以其中心与基片表面的中心位于同轴上的方式配置在所述基片的上方，所述环状部件具有使其外周端部位于与所述基片的外周端部的位置相同的位置或位于比所述基片的外周端部靠外侧的位置的大小，在所述干燥步骤中，与所述涂敷扩散步骤中的涂敷杯状体内的排气相比，以更高的压力进行排气。

在此，在上述涂敷扩散步骤中供给涂敷液并使其扩散，并不一定需要使涂敷液扩散到基片整个面。

(3)在上述(1)或者(2)的涂敷膜形成方法中，所述涂敷杯状体中的最靠近所述环状部件的部位与所述环状部件的外周端部之间的纵向的间隙是1～10mm，所述环状部件的下表面与所述基片表面之间的间隙是1～10mm。

(4)在(3)的涂敷膜形成方法中，所述涂敷杯状体中的最靠近所述环状部件的部位与所述环状部件的外周端部之间的纵向的间隙和所述环状部件的下表面与所述基片表面之间的间隙相同。

(5)在上述(1)～(4)的任一涂敷膜形成方法中，所述第1转速是1000rpm～3000rpm，所述第2转速是50rpm～500rpm。

(6)在上述(1)～(5)的任一涂敷膜形成方法中，所述基片在表面形成有凹凸图案，该凹凸图案中的凹部的深宽比是0.01～0.1。

(7)在上述(1)～(6)的任一涂敷膜形成方法中，所述涂敷液的粘度是50cp～900cp。

(8)一种在基片的表面形成涂敷膜的涂敷膜形成装置，其包括：用于保持基片的基片保持部；使保持在所述基片保持部上的所述基片旋转的旋转机构；包围保持在所述基片保持部上的基片的涂敷杯状体；对所述基片的表面的中心部供给用于形成涂敷膜的涂敷液的喷嘴；可上下移动地配置在所述基片保持部的上方的环状部件，所述环状部件的直径具有所述基片的直径以上的长度；对所述涂敷杯状体内的气氛进行排气的排气装置；和控制装置，其构成为控制所述旋转机构和所述排气装置，以使得在所述喷嘴对保持在所述基片保持部上的基片供给涂敷液并通过所述旋转机构使涂敷液扩散的步骤之后，使所述旋转机构的转速降低，并且使所述排气装置的排气流量增加。

在此，在使涂敷液扩散的步骤中，并不一定需要使涂敷液扩散到基片整个面。