JP2004358381A

JP2004358381A - 円形及び環状塗布膜の形成方法

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Publication number: JP2004358381A
Application number: JP2003160660A
Authority: JP
Inventors: Maki Sunaga; 眞樹須永; Yasuhito Kodera; 泰人小寺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【目的】回転する基板とノズルからの液吐出により円形及び環状の塗布膜を形成するに当たり、塗布膜の膜厚制御性と膜厚均一性を失うことなく、塗布時間を短縮することができる円形及び環状塗布膜の形成方法を提供すること。
【構成】基板を固定し回転させるテーブルと、先端から吐出される塗布液の吐出速度を制御可能なノズルを用いて、前記基板を回転させ且つ前記ノズルが前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながら塗布液を吐出し、基板上に塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、前記ノズルの先端と前記基板との距離を、基板の回転による遠心力によって盛り上がった液膜端部の高さ以上とし、且つ、前記ノズル先端と前記液膜端部が乖離する距離未満とする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に円形及び環状の塗布膜を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程において略円形のウエハ基板に対し感光性材料、保護膜材料等を略円形に塗布する工程や、光磁気ディスクの製造工程において磁気記録層の保護膜材料を環状に塗布する工程では、塗布膜の形成方法としてスピンコート法が用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、スピンコート法は、基板を高速で回転させることによって液膜材料を遠心力で基板表面に引き伸ばしていく方法であるため、材料の大部分は基板外に飛散し、実際に基板上に塗膜となって残る量は通常５％以下である。
【０００４】
更に、光磁気ディスクのように環状の塗布膜形状が要求される場合においては、スピンコート法では膜厚の均一性が失われ、ディスク内周が薄く、外周で厚くなってしまい、種々の弊害を生じることとなる。
【０００５】
このような状況の中、新たな塗布膜形成技術の１つとして、基板を回転させ、その回転中心を通る直線上を、吐出速度制御可能なノズルから液を吐出させながら走行させることにより、基板上に塗布膜を形成していく方法が特許文献１に開示されている。この方法によれば、基板外に液を飛散させることなく塗布できるため、ノズル先端から吐出された液をほぼ１００％塗膜として基板上に残すことが可能である。
【０００６】
又、ノズルの位置が基板中心から外周方向に、或は外周から中心方向に移動するに連れてノズル吐出口下の基板の周速が変化するため、この変化に応じて塗布液の吐出速度を徐々に増加、或は徐々に減少させることにより、光磁気ディスクの保護膜のように環状の塗布膜形状が求められる場合でも、吐出速度を制御することにより膜厚分布を調整することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３１０３５５号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手法は、基板上をノズルが走行していく塗布手法であるため、スピンコート法等と比べて塗布に要する時間が長いという問題を有している。例えば、６インチウェハ全面（半径Ｒ＝約７５ｍｍ）に塗布膜を形成する場合、ノズル移動速度が０．２ｍｍ／ｓとすると塗布のみで３７５秒掛かる計算となる。
【０００８】
塗布時間を短縮するためには、ノズル移動速度を速めれば良いことになるが、その場合には基板の回転速度も速める必要がある。
【０００９】
例えば、ノズルの先端の内径を１ｍｍとしたとき、この内径分ノズルが進行するのに要する時間は、ノズル移動速度が０．２ｍｍ／ｓならば５秒、２ｍｍ／ｓならば０．５秒である。
【００１０】
一方、この時間内に基板は少なくとも１回転している必要がある。従って、このときの基板回転速度は、ノズル移動速度が０．２ｍｍ／ｓならばば１２ｒｐｍ、２ｍｍ／ｓならば１２０ｒｐｍとなり、ノズル移動速度が速くなればなるほど基板回転速度も速くしなければならないことが分かる。
【００１１】
ところで、塗布時間短縮のために、基板回転速度を速めていくと基板上に塗布された液はより強い遠心力を受けることとなり、液膜端部において図４のような盛り上がりを生じる。
【００１２】
図４から明らかなように、盛り上がり部の膜厚は所望の平均膜厚より厚い。通常、このような盛り上がりを生じない場合、ノズル先端と基板の距離は所望の液膜厚と等しくすることが望ましい。これは液膜厚よりノズル先端が低いとノズルが液膜自体を削り取ってしまう恐れがあることと、大きくし過ぎた場合にはノズル先端と液膜が乖離してしまうことに由来する。
【００１３】
しかし、大きな遠心力により液端部で盛り上がりを生じているときに、ノズルの高さを所望の液膜厚とほぼ同じ高さに設定してしまうと、ノズルはその先端部を液膜中に突っ込んだ形で塗布が行われることになる。このような状態での塗布は、前述の通りノズルが液膜を削ってしまう可能性があるばかりでなく、特に基板の回転速度が高速である場合には、図５に示すようにノズル先端部と液膜のせん断により、ノズル側面に液が這い上がる現象を生じる。このような状態では基板上の液膜はノズル側に引き寄せられてしまうため、ノズルからの吐出量と基板上の液膜厚の関係の制御性を失ってしまうことになる。
【００１４】
更に、基板上の位置によって液膜が受ける遠心力は変化し、その結果、盛り上がりの高さは基板外周方向ほど高くなる傾向を持っている。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とする処は、回転する基板とノズルからの液吐出により円形及び環状の塗布膜を形成するに当たり、塗布膜の膜厚制御性と膜厚均一性を失うことなく、塗布時間を短縮することができる円形及び環状塗布膜の形成方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板を固定し回転させるテーブルと、先端から吐出される塗布液の吐出速度を制御可能なノズルを用いて、前記基板を回転させ且つ前記ノズルが前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながら塗布液を吐出し、基板上に塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、前記ノズルの先端と前記基板との距離を、基板の回転による遠心力によって盛り上がった液膜端部の高さ以上とし、且つ、前記ノズル先端と前記液膜端部が乖離する距離未満とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ノズルと前記基板との距離を前記ノズルの基板上での位置に応じて連続的に変化させ、基板回転中心において小さく、基板周縁において大きくすることを特徴とする。
【００１８】
基板を固定し回転させるテーブルと、先端から吐出される塗布液の吐出速度を制御可能なノズルを用いて、基板を回転させ且つノズルが基板の回転中心を通る直線上を移動しながら塗布液を吐出し、基板上に塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、ノズルを低速で移動させ、即ち、基板の回転速度が遅い場合は、ノズルと基板との距離を所望の膜厚と等しく設定すれば良い。
【００１９】
しかし、塗布時間を短縮するためにノズルの移動速度を速め、即ち、基板の回転速度が速い場合は、遠心力によって液膜端部において盛り上がりが生じる。このとき、図１に示すように、液膜端部が乖離する距離未満の範囲で、ノズルと基板との距離をこの盛り上がり高さ以上とすることにより、ノズル側面への液上がりを生じさせることなく塗布することが可能になるため、膜厚制御性を失うことなく塗布膜を形成することが可能となる。
【００２０】
更に、基板上の位置によって液膜が受ける遠心力は変化し、その結果盛り上がりの高さは基板外周方向ほど高くなる傾向を持っている。従って、図２に示すように、ノズルと基板との距離を常に盛り上がり部の高さに合わせて連続的に変化させることが望ましい。即ち、基板回転中心において小さく、基板周縁において大きくすることにより、ノズル側面への液上がりを生じさせることなく塗布することが可能になるため、所望塗布領域全域において膜厚制御性を失うことなく塗布膜を形成することが可能となる。
【００２１】
尚、塗布する塗布液の粘度及び基板の回転速度によって盛り上がりの高さは異なるため、ノズル先端と基板間の距離は状況により最適化する必要があることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図３は本発明を実施するための塗布装置の正面概略図である。
【００２４】
図３において、１はウエハ、円形ディスク等の基板、２は基板１を真空吸着固定した状態で回転するステージ、５はステージ２に回転駆動力を与える回転機構である。回転機構５は、制御部８によりその回転速度が制御可能となっている。
【００２５】
基板１上部には、塗布液を吐出するノズル３と基板表面までの距離を測定する変位計４が取り付け板６に一体的に固定されてノズルユニットを形成している。ノズルユニットは、モーター７１とボールネジ９１を介して接続されており、モーター７１を制御部８によって制御することにより昇降自在となっており、任意の高さにノズルユニットを設置することが可能である。又、ノズルユニットは、ガイドレール１０に取り付けられており、図示しない移動機構により基板１上方を左右両方向に移動可能となっている。又、この移動機構も制御部８により制御され、ノズルユニットの移動速度と位置を制御することが可能である。
【００２６】
ノズル３へは塗布液供給配管１１を通じて定量ポンプ１２からの塗布液が供給されるようになっている。定量ポンプのピストン部は、モーター７２とボールネジ９２を介して接合された、上下動部材１３によって上下動させられる。モーター７２は、制御部８によってその回転速度を制御可能であり、この機構により定量ポンプ１２からの吐出速度は任意に制御することができるよう構成されている。
【００２７】
本装置を用い、先ず、変位計４とノズル３の先端部のゼロ点を合わせておく。この状態で、基板１の所定の塗布範囲を走査し、基板１の表面までの距離を測定する。塗布を行う際には、各ポイントにおける測定距離に所望の距離を足した値がノズル３と基板１の表面間距離となる。
【００２８】
（実施例１）
被塗布基板１として６インチのシリコンウエハをステージ２上に真空吸着して固定した。塗布液は、光硬化性のアクリル系樹脂、粘度約５００ｍＰａ・ｓを使用した。ノズル３は先端内径がφ１ｍｍのステンレス製ノズルを用いた。塗布エリアは基板中心から半径７０ｍｍの範囲とし、塗布後のウェット膜厚で１２５μｍを目標値とした。基板回転数は２４０ｒｐｍ固定、ノズル移動速度は２ｍｍ／ｓでノズルが１ｍｍ移動する間に基板が２回転する設定とし、基板１の中心で吐出速度９．２×１０^−３ｍｌ／ｍｉｎの吐出速度で０．５秒間吐出した後、ノズル３の移動を開始した。
【００２９】
塗布中の吐出速度の設定を図６に示す。この設定は遠心力による基板上での塗布液の流れを補正し、均一な膜厚が得られるよう、吐出速度を制御したものである。
【００３０】
塗布中のノズル３と基板１の表面との距離は、基板中心において目標膜厚と等しい１２５μｍとし、塗布領域端である基板中心から７０ｍｍの位置で１５０μｍとなるよう変化させた。基板中心から７０ｍｍの位置までのノズル３と基板１表面間距離の変化過程を図７に示す。塗布の過程においてノズル３への液の這い上がりは確認されなかった。又、塗布中の液の状態としてスピンコート法とは異なり、液が基板外に飛散することは勿論なかった。
【００３１】
塗布後、レーザーフォーカス変位計（キーエンス社製ＬＴ−８１００）を用い、非接触でウェット状態の基板上の塗布膜厚を測定した結果を図８に示す。この図８から分かるように、ウエハの半径方向で膜端部５ｍｍを除く範囲で膜厚分布が±３％と均一なものとなった。
【００３２】
＜比較例＞
実施例１と全く同じ装置、ウエハ、塗布液、目標膜厚、手順、吐出速度分布で、ノズル３と基板１の表面との距離のみ目標膜厚と同じ１２５μｍに固定して塗布を行った。
【００３３】
塗布の過程において、ノズルが移動を開始した後、液がノズル３の先端部から３ｍｍ程度這い上がっている様子が目視で確認された。塗布後レーザーフォーカス変位計を用いて非接触でウェット状態の基板上の塗布膜厚を測定した結果を図９に示す。この結果を見ると、基板中心部こそ目標膜厚の１２５μｍとなっているが、外側にいくに連れてノズル３側面に塗布液が這い上がり始め、膜厚は減少傾向を取るものと推察される。或る程度ノズル３に液が這い上がると、あたかも巨大な液溜りを形成したかのようになり、膜厚は増加傾向を示すものと推測する。このような現象が吐出速度の制御とは全く無関係に起こるため、膜厚分布を均一化することは非常に困難である。
【００３４】
（実施例２）
被塗布基板１として３．５インチのポリカーボネート製で中心に約φ１５ｍｍの穴の開いたドーナツ状のディスク基板をステージ２上に真空吸着して固定した。塗布液は、光硬化性のアクリル系樹脂、粘度約５００ｍＰａ・ｓを使用した。ノズル３は先端内径がφ１ｍｍのステンレス製ノズルを用いた。塗布エリアは基板中心からの距離で１９ｍｍ〜４２ｍｍの範囲とし、塗布後のウェット膜厚で６５μｍを目標値とした。基板回転数は２４０ｒｐｍ固定、ノズル移動速度は２ｍｍ／ｓでノズルが１ｍｍ移動する間に基板が２回転する設定とし、基板３の回転を開始させた後に、塗布開始部である半径１９ｍｍの位置で吐出速度０．９５ｍｌ／ｍｉｎの吐出速度で０．５秒間吐出させてからノズル３の移動を開始した。
【００３５】
塗布中の吐出速度の設定を図１０に示す。この設定は遠心力による基板上での塗布液の流れを補正し、均一な膜厚が得られるよう、吐出速度を制御したものである。
【００３６】
塗布中のノズル３と基板１の表面との距離は、半径１９ｍｍの位置において７３μｍとし、塗布領域端である基板中心から４２ｍｍの位置で８３μｍとなるよう変化させた。塗布領域内におけるノズル３と基板１の表面間距離の変化過程を図１１に示す。塗布の過程においてノズル３への液の這い上がりは確認されなかった。又、塗布中の液の状態としてスピンコート法とは異なり、液が基板外に飛散することは勿論なかった。
【００３７】
塗布後、レーザーフォーカス変位計（キーエンス社製ＬＴ−８１００）を用いて非接触でウェット状態の基板上の塗布膜厚を測定した結果を図１２に示す。この図１２から分かるように、ディスク基板の半径方向で膜端部２ｍｍを除く範囲で膜厚分布が±２％と均一なものとなった。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、円形及び環状に塗布膜を形成するに当たり、ノズルと基板間の距離を、遠心力の影響を受けて盛り上がった液膜端部の高さに合わせて設定することにより、塗布膜の膜厚制御性と膜厚均一性を失うことなく、塗布時間を短縮することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明した図である。
【図２】本発明の実施形態を説明した図である。
【図３】本発明に用いる塗布膜形成装置の概略図である。
【図４】従来技術の問題点を説明した図である。
【図５】従来技術の問題点を説明した図である。
【図６】本発明の実施例１を説明する図である。
【図７】本発明の実施例１を説明する図である。
【図８】本発明の実施例１の結果を説明する図である
【図９】本発明の比較例の結果を説明する図である
【図１０】本発明の実施例２を説明する図である
【図１１】本発明の実施例１を説明する図である
【図１２】本発明の実施例１の結果を説明する図である
【符号の説明】
１基板
２ステージ
３ノズル
４変位計
５回転機構
６取り付け板
７１モーター
７２モーター
８制御部
９１ボールネジ
９２ボールネジ
１０ガイドレール
１１塗布液供給配管
１２定量ポンプ
１３上下動部材

Claims

基板を固定し回転させるテーブルと、先端から吐出される塗布液の吐出速度を制御可能なノズルを用いて、前記基板を回転させ且つ前記ノズルが前記基板の回転中心を通る直線上を移動しながら塗布液を吐出し、基板上に塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、
前記ノズルの先端と前記基板との距離を、基板の回転による遠心力によって盛り上がった液膜端部の高さ以上とし、且つ、前記ノズル先端と前記液膜端部が乖離する距離未満とすることを特徴とする円形及び環状塗布膜の形成方法。
前記ノズルと前記基板との距離を前記ノズルの基板上での位置に応じて連続的に変化させ、基板回転中心において小さく、基板周縁において大きくすることを特徴とする請求項１記載の円形及び環状塗布膜の形成方法。