JP2002126602A

JP2002126602A - 回転式塗布装置

Info

Publication number: JP2002126602A
Application number: JP2000328112A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shimada; 治島田; Hideaki Mito; 秀明水戸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】吐出ノズル内の薬液と基板との距離を正確に
制御して基板への薬液吐出量、吐出時間のばらつきを抑
え、少ない薬液使用料で高精度な塗布膜厚均一性を実現
する。【解決手段】薬液吐出ノズル部１１に固定され、薬液
吐出ノズル部１１内の薬液先端位置を計測する第１の計
測部２１，２２と、第１の計測部で計測された薬液位置
に基づいてサックバックバルブ１５を制御し、薬液吸引
量を調節し、薬液先端位置を調節するサックバックバル
ブ制御手段２３と、薬液吐出ノズル部１１のノズル先端
と基板４との距離を計測する第２の計測部２４，２５
と、薬液吐出ノズル部１１の基板４に対する位置を変え
る駆動部１４と、第２の計測部で計測された距離に基づ
いて駆動部１４を制御し、薬液吐出ノズル部１１のノズ
ル先端と基板４との距離を調節する駆動制御手段２６と
を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体産業分野
や液晶表示パネル分野のリソグラフィー工程等の工程に
おける高精度で且つ均一な薬液塗布を実現する回転式塗
布装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造工程や液晶表示装置製
造工程において、液状体を平板に均一に塗布する回転式
塗布装置は、塗布膜厚均一性を向上すべくさまざまな技
術が導入されている。これらの工程のおいて塗布膜の均
一性としては標準±５ｎｍ程度が要求され、基板に特に
微細なパターンを形成しなければならない場合には±２
〜３ｎｍの均一性が要求されている。

【０００３】それと同時に製造にかかるコスト削減のた
め薬液使用量を削減する技術も盛んに導入されている。
特に、最近では、高速に回転した基板表面の中心に薬液
を吐出する方法がよく用いられている。そして高速回転
数に合致した微妙な吐出速度や吐出時間、吐出量を制御
する新しい吐出ポンプや塗布シーケンスも開発されてき
ている。

【０００４】以下、こうした膜の改訂式塗布装置の従来
技術について、図面を用いて説明する。図２は、従来の
回転式塗布装置の構成を示す図である。１は、回転部モ
ータで最大５０００から７０００ｒｐｍの回転能力を有
する。２は、回転部回転軸でモータ１の回転力を回転部
基板保持台３へ伝達する。回転部基板保持台３は、基板
４を真空吸着等の方法で保持、固定するようになってい
る。

【０００５】一方、１１は、レジストなどの薬液の吐出
部ノズルで、薬液通路となる配管で構成されている。１
２は吐出部ノズル保持台で、１３は吐出部ノズルアー
ム、１４は吐出部ノズルアーム駆動部で紙面に垂直な方
向に回転が可能であって、また上下動を正確に行うこと
ができる。１５は、サックバックバルブで配管内の薬液
を少量吸引する働きを有する。１６は配管内に存在する
レジストなどの薬液を示し、１７は、前記薬液の先端部
を示す。

【０００６】上記構成の回転式塗布装置ではまず、基板
４は高速に回転し（例えば４０００ｒｐｍ）、この状態
で基板４の中心にノズル１１から薬液１６が短時間（例
えば１ｓｅｃ）に少量（例えば１ｃｃ）だけ吐出され
る。その後、薬液１６はノズルに付随するポンプやサッ
クバックバルブ１５に内蔵するエアオペバルブにより遮
断され、ノズル先端部の位置に静止し、その後サックバ
ックバルブ１５が作動し薬液１６が少量上方へ吸引さ
れ、ノズル先端からわずか上方で停止する。この改訂式
塗布方法では、基板４の回転数と薬液吐出開始から薬液
吐出終了までの時間の制御が膜厚均一性に非常に重要で
あることが従来から知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、薬液１６を吐出し、ポンプやサックバック
バルブ１５によって薬液１６を停止させた後、薬液１６
を少量吸引してさらに少し上部に薬液１６を停止させ
て、次の吐出に備えるのであるが、その吐出開始する直
前の位置、すなわちノズル先端部の薬液静止位置がばら
つくという問題があった。

【０００８】塗布される膜厚の均一性は、実験的、経験
的に吐出開始後基板表面に薬液１６が達し、そして吐出
し終わるまでの時間を以下に設定するかで決まり、この
時間制御が適切でないと膜厚の均一性が劣化することに
なる。したがって薬液静止位置がばらつき、薬液先端位
置１７と基板４表面との距離１８がばらつくと、設定時
間が一定であっても薬液１６が基板４に到達するのに要
する時間が微妙にばらつき、従って実際に基板４に滴下
される薬液量がばらつくことになるからである。

【０００９】したがって、この発明の目的は、上記課題
について鑑み、吐出ノズル内の薬液と基板との距離を正
確に制御して基板への薬液吐出量、吐出時間のばらつき
を抑え、少ない薬液使用量で高精度な塗布膜厚均一性を
有する回転式塗布装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明の請求項１記載の回転式塗布装置は、基板
を保持しつつ回転可能な基板回転部と、前記基板に対向
して設けられた薬液吐出ノズル部と、前記薬液吐出ノズ
ル部の途中に設けられ、前記薬液吐出ノズル部内の薬液
を吸引するサックバックバルブと、前記薬液吐出ノズル
部に固定され、薬液吐出ノズル部内の薬液先端位置を計
測する第１の計測部と、前記薬液吐出ノズル部のノズル
先端と前記基板との距離を計測する第２の計測部とを備
えた。

【００１１】このように、薬液吐出ノズル部に固定さ
れ、薬液吐出ノズル部内の薬液先端位置を計測する第１
の計測部と、薬液吐出ノズル部のノズル先端と基板との
距離を計測する第２の計測部とを備えているので、薬液
位置やノズル位置を塗布する基板に対して正確な位置に
調整することが可能となり、少ない薬液で均一性の高い
塗布をすることができる。

【００１２】請求項２記載の回転式塗布装置は、基板を
保持しつつ回転可能な基板回転部と、前記基板に対向し
て設けられた薬液吐出ノズル部と、前記薬液吐出ノズル
部の途中に設けられ、前記薬液吐出ノズル部内の薬液を
吸引するサックバックバルブと、前記薬液吐出ノズル部
に固定され、薬液吐出ノズル部内の薬液先端位置を計測
する第１の計測部と、前記第１の計測部で計測された位
置に基づいて前記サックバックバルブを制御し、薬液吸
引量を調節し、前記薬液先端位置を調節するサックバッ
クバルブ制御手段と、前記薬液吐出ノズル部のノズル先
端と前記基板との距離を計測する第２の計測部と、前記
薬液吐出ノズル部の前記基板に対する位置を変える駆動
部と、前記第２の計測部で計測された距離に基づいて前
記駆動部を制御し、前記薬液吐出ノズル部のノズル先端
と前記基板との距離を調節する駆動制御手段とを備え
た。

【００１３】これにより、請求項１と同様に薬液位置や
ノズル位置を塗布する基板に対して正確な位置に調整す
ることが可能となり、少ない薬液で均一性の高い塗布を
することができる。すなわち、第１の計測部で計測され
た位置に基づいてサックバックバルブを制御し、薬液吸
引量を調節し、薬液先端位置を調節するサックバックバ
ルブ制御手段と、薬液吐出ノズル部の基板に対する位置
を変える駆動部と、第２の計測部で計測された距離に基
づいて駆動部を制御し、薬液吐出ノズル部のノズル先端
と基板との距離を調節する駆動制御手段とを備えている
ので、基板からの薬液先端位置を自動制御することがで
き、少ない薬液で均一な膜厚の塗布をすることができ
る。

【００１４】請求項３記載の回転式塗布装置は、請求項
１または２において、第１の計測部は、薬液吐出ノズル
部の配管を挟んで取付けられた発光部と受光部とからな
る。このように、第１の計測部は、薬液吐出ノズル部の
配管を挟んで取付けられた発光部と受光部とからなるの
で、受光部は発光部より発せられた光を薬液先端部付近
を通して受光することでノズル先端位置に対する薬液の
先端位置を正確に計測することができる。

【００１５】請求項４記載の回転式塗布装置は、請求項
１または２において、第２の計測部は、薬液吐出ノズル
部のノズル先端付近に取付けられた発光部と受光部とか
らなる。このように、第２の計測部は、薬液吐出ノズル
部のノズル先端付近に取付けられた発光部と受光部とか
らなるので、発光部より基板に対して斜めに発せられた
光を受光部で受光することで、基板に対するノズルの位
置を正確に測定することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１に基
づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態の回転式
塗布装置の構成図であって、特に回転部と吐出部の断面
図を示すものである。

【００１７】図１に示すようにこの回転式塗布装置は、
基板４を保持しつつ回転可能な基板回転部と、基板４に
対向して設けられた薬液吐出ノズル部（吐出部ノズル）
１１と、薬液吐出ノズル部１１の途中に設けられ、薬液
吐出ノズル部１１内の薬液１６を吸引するサックバック
バルブ１５と、薬液吐出ノズル部１１に固定され、薬液
吐出ノズル部１１内の薬液先端位置１７を計測する第１
の計測部（薬液先端位置計測部）と、第１の計測部で計
測された位置に基づいてサックバックバルブ１５を制御
し、薬液吸引量を調節し、薬液先端位置１７を調節する
サックバックバルブ制御手段２３と、薬液吐出ノズル部
１１のノズル先端と基板４との距離を計測する第２の計
測部（ノズル位置計測部）と、薬液吐出ノズル部１１の
基板４に対する位置を変える駆動部（吐出部ノズルアー
ム駆動モータ）１４と、第２の計測部で計測された距離
に基づいて駆動部１４を制御し、薬液吐出ノズル部１１
のノズル先端と基板４との距離を調節する駆動制御手段
２６とを備えている。

【００１８】この場合、図１において、１は回転部モー
タで従来のものと同じく最大５０００から７０００ｒｐ
ｍの回転能力を有する。２は回転部回転軸でモータ１の
回転力を回転部基板保持台３へ伝達する。回転部基板保
持台３は基板４を真空吸着等の方法で保持、固定するよ
うになっており、基板回転部を構成する。

【００１９】一方、レジストなどの薬液１６の吐出部ノ
ズル１１は、薬液通路となる配管で構成されている。１
２は吐出部ノズル保持台で、１３は吐出部ノズルアーム
である。吐出部ノズルアーム駆動モータ１４は、紙面に
垂直な方向に回転が可能であって、また上下動を正確に
行うことができる。サックバックバルブ１５は、配管内
の薬液１６を少量吸引する働きを有する。サックバック
バルブ１５内部では配管内バルブをエアー駆動で微量に
動作させ、配管内容積を広げることによって薬液１６を
少量吸引する。その量は０．１ｃｃ以下が普通である。
この薬液吐出後の吸引は、ノズル先端に露出した薬液１
６の乾燥とノズル先端からの薬液１６のいわゆるボタ落
ちを防止するために必要なものである。配管内に存在す
る薬液１６はレジストなどであり、この場合の薬液の先
端部を示す薬液先端位置１７はレジスト先端部である。

【００２０】２１は薬液の先端位置計測部の発光部で、
２２は薬液先端位置計測部の光受光部であり、２１，２
２は吐出部先端ノズルまたはノズル保持台１２にノズル
を挟み取り付けられ、２１と２２の組み合わせにより薬
液先端位置計測部を構成する。サックバックバルブ制御
部２３は、薬液先端位置計測部と接続されている。２４
はノズル位置計測部の発光部で、２５はノズル位置計測
部の受光部であり、ノズル位置計測部を構成する。ノズ
ルアーム駆動制御部２６は、ノズル位置計測部と接続さ
れている。

【００２１】この実施の形態においては、薬液１６の先
端位置計測部、およびノズル位置計測部が設けられてい
ることが１つの特徴であるが、先端位置計測部は具体的
は以下のような様々な構成が可能である。すなわち、発
光部２１はレーザ光または発光ダイオードでもよい。

【００２２】一方、受光部２２は（１）ＣＣＤカメラで
構成され、先端位置を撮影して位置決定する、（２）発
光部２１の光センサで構成され、薬液先端部が光を遮る
ことで先端位置を検出する、などを利用することができ
る。またこれ以外に先端位置計測部を液面センサとし、
液面位置で先端位置を検出するようにしてもよい。

【００２３】また、図１に示したノズル位置計測部は発
光部２４から基板４に光が照射され、反射した光を受光
部２５でとらえ、ノズル先端と基板表面との距離１８を
測定するものである。具体的な発光源はやはりレーザ光
又は発光ダイオードで充分である。

【００２４】受光部２５の構成としても様々なものが可
能である。具体的には（１）フォーカスセンサとなって
いて、光の焦点が基板面であっているかどうかで距離測
定を行う、（２）レーザ干渉計とするなどである。また
これ以外に発光部２４，受光部２５をそれらと基板４と
の間の容量を測定し、その容量からノズル先端部と基板
４の表面との距離１８を測定する静電容量センサとして
もよい。

【００２５】以下、回転式塗布装置の動作について、図
面を参照しながら説明する。薬液位置計測部の発光部２
１は常時発光しており、受光部２２は、発光部２１より
発せられた光を薬液先端部付近を通して受光することで
ノズル先端位置に対する薬液の先端位置１７を正確に計
測し、前記計測結果を２３のサックバックバルブ制御部
２３に伝達する。

【００２６】サックバックバルブ制御部２３は、薬液先
端部位置計測結果に基づいてサックバックバルブ１５、
特にその内部にあるバルブの開度を演算し、薬液塗布終
了直後にノズル１１の最先端部にある液面を、前記内部
バルブが配管内容積を広げて薬液吸引し、薬液先端位置
を正確に所望の、すなわち最適な塗布膜均一性が得られ
る位置に停止させるように調整する。

【００２７】また、同時にノズル位置計測部２４，２５
も常時動作しており、発光部２４より基板４に対して斜
めに発せられたレーザ光を受光部２５で受光すること
で、基板４に対するノズル１１の位置（高さ）を正確に
測定している。その情報はノズルアーム駆動制御部２６
に伝達され、駆動制御部２６は駆動モータ１４を駆動さ
せ、ノズル先端を所望の位置、すなわち最適塗布膜均一
性が得られる位置に正確に停止させる。基板表面に対す
るノズル先端の位置、およびノズル先端に対する薬液先
端表面の位置を正確に調整することで基板４表面から吸
引後の薬液先端までの高さ（距離）１８を常に正確に設
定することができる。

【００２８】以上のようにこの実施の形態によれば、薬
液位置計測部とノズル位置計測部とによって常に基板表
面からノズル１１内の薬液先端部までの高さが一定に制
御されるので、個々の基板に対する薬液吐出毎に前記高
さがばらつき、薬液の吐出時間を正確に制御しても塗布
膜の均一性がばらつくということがなくなる。

【００２９】ここで、特許請求の範囲に示された発明は
上記実施の形態で説明した態様に限られるものではな
い。

【００３０】

【発明の効果】この発明の請求項１記載の回転式塗布装
置によれば、薬液吐出ノズル部に固定され、薬液吐出ノ
ズル部内の薬液先端位置を計測する第１の計測部と、薬
液吐出ノズル部のノズル先端と基板との距離を計測する
第２の計測部とを備えているので、薬液位置やノズル位
置を塗布する基板に対して正確な位置に調整することが
可能となり、少ない薬液で均一性の高い塗布をすること
ができる。

【００３１】この発明の請求項２記載の回転式塗布装置
によれば、請求項１と同様に薬液位置やノズル位置を塗
布する基板に対して正確な位置に調整することが可能と
なり、少ない薬液で均一性の高い塗布をすることができ
る。すなわち、第１の計測部で計測された位置に基づい
てサックバックバルブを制御し、薬液吸引量を調節し、
薬液先端位置を調節するサックバックバルブ制御手段
と、薬液吐出ノズル部の基板に対する位置を変える駆動
部と、第２の計測部で計測された距離に基づいて駆動部
を制御し、薬液吐出ノズル部のノズル先端と基板との距
離を調節する駆動制御手段とを備えているので、基板か
らの薬液先端位置を自動制御することができ、少ない薬
液で均一な膜厚の塗布をすることができる。

【００３２】請求項３では、第１の計測部は、薬液吐出
ノズル部の配管を挟んで取付けられた発光部と受光部と
からなるので、受光部は発光部より発せられた光を薬液
先端部付近を通して受光することでノズル先端位置に対
する薬液の先端位置を正確に計測することができる。

【００３３】請求項４では、第２の計測部は、薬液吐出
ノズル部のノズル先端付近に取付けられた発光部と受光
部とからなるので、発光部より基板に対して斜めに発せ
られた光を受光部で受光することで、基板に対するノズ
ルの位置を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の回転式塗布装置の構成
断面図である。

【図２】従来の回転式塗布装置の構成断面図である。

【符号の説明】

１モータ２回転軸３基板保持台４基板１１吐出部ノズル１２吐出部ノズル保持台１３吐出部ノズルアーム１４吐出部ノズルアーム駆動モータ１５吐出部サックバックバルブ１６吐出部薬液１７吐出部薬液先端部１８薬液先端部と基板との距離２１薬液位置測定部発光部２２薬液位置計測部受光部２３サックバックバルブ制御部２４ノズル位置計測部発光部２５ノズル位置計測部受光部２６ノズルアーム駆動制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F041 AA06 AB01 BA05 BA12 BA24 BA35 BA38 BA60 4F042 AA07 BA08 BA09 BA22 CB08 CC03 CC08 DF32 EB09 EB12 EB17 EB29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を保持しつつ回転可能な基板回転部
と、前記基板に対向して設けられた薬液吐出ノズル部
と、前記薬液吐出ノズル部の途中に設けられ、前記薬液
吐出ノズル部内の薬液を吸引するサックバックバルブ
と、前記薬液吐出ノズル部に固定され、薬液吐出ノズル
部内の薬液先端位置を計測する第１の計測部と、前記薬
液吐出ノズル部のノズル先端と前記基板との距離を計測
する第２の計測部とを備えた回転式塗布装置。
【請求項２】基板を保持しつつ回転可能な基板回転部
と、前記基板に対向して設けられた薬液吐出ノズル部
と、前記薬液吐出ノズル部の途中に設けられ、前記薬液
吐出ノズル部内の薬液を吸引するサックバックバルブ
と、前記薬液吐出ノズル部に固定され、薬液吐出ノズル
部内の薬液先端位置を計測する第１の計測部と、前記第
１の計測部で計測された位置に基づいて前記サックバッ
クバルブを制御し、薬液吸引量を調節し、前記薬液先端
位置を調節するサックバックバルブ制御手段と、前記薬
液吐出ノズル部のノズル先端と前記基板との距離を計測
する第２の計測部と、前記薬液吐出ノズル部の前記基板
に対する位置を変える駆動部と、前記第２の計測部で計
測された距離に基づいて前記駆動部を制御し、前記薬液
吐出ノズル部のノズル先端と前記基板との距離を調節す
る駆動制御手段とを備えた回転式塗布装置。
【請求項３】第１の計測部は、薬液吐出ノズル部の配
管を挟んで取付けられた発光部と受光部とからなる請求
項１または２記載の回転式塗布装置。
【請求項４】第２の計測部は、薬液吐出ノズル部のノ
ズル先端付近に取付けられた発光部と受光部とからなる
請求項１または２記載の回転式塗布装置。