JP2005019560A - 塗布装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置10において、基板9を支持して回転させつつ、スプレーノズル12によって塗布液を噴霧塗布する。基板9に塗布液を噴霧塗布するスプレーノズル12は基板中心を通る軌跡Lに沿って移動する。そしてスプレーノズル12を軌跡Lに沿って移動させる際のノズル移動速度は、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速となるように制御される。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板表面に塗布液を塗布することによって塗布膜を形成する塗布装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハ等の基板に対してフォトレジスト膜等の薄膜を形成するために回転塗布装置(いわゆるスピンナー又はスピンコーター)が用いられていた。この種の回転塗布装置は、基板の中心部にフォトレジスト液を滴下して基板を高速回転させ、その遠心力を利用してフォトレジスト液を基板周縁部に広げることにより、基板表面で均一な厚みの薄膜形成を行うように構成されている(例えば、特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−2777号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の回転塗布装置では、基板中心部に滴下されたフォトレジスト液の大部分が遠心力によって基板端部から周囲に飛散して棄てられることになり、フォトレジスト液の有効な活用ができないという問題があった。
【0005】
また、基板表面に凹凸が形成された半導体ウエハに対してフォトレジスト膜を形成する場合、遠心力による塗布形態では凹凸の段差部に対して均一な膜厚形成を行うことができないという問題があった。
【0006】
また、近年は基板に対して10μm程度或いはそれ以上の厚膜形成のニーズが高まりつつあるが、従来の回転塗布装置は基板に対して数μm程度以下の薄膜形成に適したものであり、上記のような厚膜形成を効率的に行うことができなかった。加えて、従来の回転塗布装置で厚膜形成を行う場合、粘度の高いフォトレジスト液が用いられるが、高粘度のフォトレジスト液は基板端部からの飛散時に硬化し、糸くず状のごみとなって基板周囲のカップ内側に付着するので、頻繁にカップの洗浄を行わなければならないという問題があった。
【0007】
さらに、従来の回転塗布装置では、基板周縁部にレジスト膜の高い盛り上がりが発生するという問題もあった。
【0008】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、基板に対してより均一な膜形成を行うことのできる塗布装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【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に記載の発明は、基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、前記基板を支持して回転させる基板支持手段と、前記塗布液を噴霧するノズルと、前記ノズルを前記基板の表面から所定高さ位置で支持しつつ、前記ノズルを前記基板の中心を通る軌跡に沿って移動させるノズル支持手段と、前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させる際のノズル移動速度を、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速に制御する制御手段と、を備えて構成されるものである。
【0010】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の塗布装置において、前記制御手段が、前記ノズル移動速度の変動に比例させて前記基板の回転速度を変化させることを特徴とするものである。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の塗布装置において、前記制御手段が、前記ノズル移動速度を、前記基板周縁部から前記基板中心近傍位置にかけて連続的変化させることを特徴とするものである。
【0012】
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の塗布装置において、前記基板支持手段が前記基板を加熱する加熱手段を備えることを特徴とするものである。
【0013】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の塗布装置において、前記制御手段が、前記基板に形成する膜厚に応じて、前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させる回数を変化させることを特徴とするものである。
【0014】
請求項6に記載の発明は、基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、前記基板を支持して回転させる基板支持手段と、前記基板支持手段に設けられ、前記基板支持手段に支持される前記基板を加熱する加熱手段と、前記塗布液を噴霧するノズルと、前記ノズルを前記基板の表面から所定高さ位置で支持しつつ、前記ノズルを前記基板の中心を通る軌跡に沿って移動させるノズル支持手段と、前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させつつ前記塗布液の噴霧塗布を行う際、前記加熱手段を制御して前記基板を加熱させる制御手段と、を備えて構成されるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0016】
図1は本実施形態に係る塗布装置10が組み込まれた基板処理装置100の一例を示す概略構成図である。図1に示すように、基板処理装置100には2台の塗布装置10が隣接して配置され、各塗布装置10に対向するように搬送ロボット120が設けられている。搬送ロボット120はローダ部110に載置されるカセット111、112から基板9を1枚ずつ取り出し、該基板9を塗布装置10に搬送する。各塗布装置10は、搬送ロボット120によって搬入された基板9を支持し、フォトレジスト液等の塗布液を基板表面に噴霧塗布することによってフォトレジスト膜等の膜形成を行うものである。塗布装置10において基板9への塗布処理が終了すると、搬送ロボット120が処理済みの基板9を取り出し、該基板9をアンローダ部130に載置されたカセット131、132に収納する。このような動作を、基板処理装置100において連続的に繰り返し行うことにより、ローダ部110のカセット111、112に収納されていた複数枚の基板9は、その表面に塗布膜が形成された状態で、アンローダ部130に載置されたカセット131、132に収容される。なお、アンローダ部130のカセット131、132の下部には、図示しないオーブンが設けられ、基板9の表面に形成された塗布膜をアンローダ部130において乾燥・硬化させるようになっている。
【0017】
図2は塗布装置10の概略平面図であり、図3は塗布装置10の概略側面部である。
【0018】
塗布装置10は、塗布液の塗布機構として、ノズル支持アーム11とスプレーノズル12と駆動部13とを備え、ノズル支持アーム11の一方端部(基部)は駆動部13の回転軸13aに連結され、他方端部(先端部)はスプレーノズル12を基板9の表面から所定高さ位置で支持する。スプレーノズル12には図3に示すように、N2等のプロセスエアと、レジスト液等の塗布液とが供給され、スプレーノズル12が塗布液を霧状に噴霧するように構成される。駆動部13はモータ等の回転駆動部材によって構成され、ノズル支持アーム11の一方端部を支持する回転軸13aを回転駆動することにより、スプレーノズル12を円弧状の軌跡Lに沿って移動させる。軌跡Lは、図2に示すように、基板9の中心を通り、基板9の表面上を通過する軌跡である。
【0019】
また図3に示すように、例えば基板9の上方適所に、光学式の膜厚測定器14が必要に応じて配置され、基板9に形成される塗布膜の膜厚を測定して制御部40に出力することにより、膜厚調整を行うこともできるように構成される。
【0020】
塗布装置10は、基板9の支持機構として、基板9を吸着支持する吸着ステージ20、吸着ステージ20の内部に設けられたヒータ21、吸着ステージ20を回転させる回転軸22、回転軸22を回転させるためのモータ25、搬送ロボット120との基板受け渡し時に基板9を持ち上げるためのリフトピン24、及び、リフトピン24を昇降駆動するシリンダ等の昇降駆動部23を備えている。
【0021】
昇降駆動部23がリフトピン24を持ち上げた状態で、搬送ロボット120によってリフトピン24上に基板9が載置されると、昇降駆動部23がリフトピン24を降下させ、吸着ステージ20上に基板9が載置される。吸着ステージ20の下面に接続された回転軸22は中空構造を有し、図示しない吸引装置によってエア吸引が行われ、吸着ステージ20上に載置された基板9は、吸着ステージ20の上面に真空吸着される。
【0022】
また、モータ25が回転動作を行うことにより、モータ25の回転動作が回転軸22に伝達され、回転軸22がR方向に回転する。その結果、吸着ステージ20上に吸着固定された基板9は、モータ25の回転に伴ってR方向に回転する。ただし、本実施形態の塗布装置10は遠心力を利用して塗布膜形成を行うものではないので、吸着ステージ20の回転速度は従来の回転塗布装置の回転速度よりも低速にしても構わない。
【0023】
塗布装置10においては、基板9がR方向に回転しているときに、塗布機構による塗布液の噴霧塗布が行われる。基板9を比較的低速で回転させつつ、スプレーノズル12を軌跡Lに沿って移動させながら塗布液を噴霧塗布するように構成されているので、遠心力による塗布液の飛散は少なくなり、塗布液の利用効率は高くなる。またこのとき、ヒータ21が熱源となって吸着ステージ20上の基板9を加熱する。なお、基板9が吸着ステージ20に吸着された状態において、基板9の下面側周縁部から周辺部外側に向けてN2等のエアの流れが形成されており、基板周縁部からの塗布液の液垂れや基板裏面側への塗布液付着等を防止している。
【0024】
支持機構の周囲には、カップ部30が設けられている。カップ部30は外壁部31と内壁部32と気液分離チャンバ33とを備えて構成され、基板9の表面に付着しなかった塗布液は気液分離チャンバ33の排気による気流に沿って外壁部31及び内壁部32の間の空間を下方側に移動し、気液分離チャンバ33に導かれる。また、外壁部31及び内壁部32に付着した塗布液もこれら壁面に沿って流下して外壁部31及び内壁部32の下部に設けられた気液分離チャンバ33に導かれる。気液分離チャンバ33では気液分離が行われ、カップ内部の排液及び排気が行われる。このように基板9の外側に散ったミスト状塗布液は気液分離チャンバ33によって排液されるように構成されているので、カップ洗浄の頻度は従来よりも低くなる。
【0025】
塗布装置10には、上記のような塗布機構及び支持機構を制御するために、制御部40が設けられている。制御部40は、駆動部13、昇降駆動部23及びモータ25を制御するとともに、スプレーノズル12に供給するプロセスエア及び塗布液の供給状態を制御する。また制御部40は、基板9を吸着ステージ20に吸着固定するためのエア吸引やヒータ21を制御するようにも構成される。故に、制御部40は基板9に対して塗布液を噴霧塗布することによって塗布膜形成を行う処理を統括的に制御するものである。なお、制御部40は基板処理装置100における搬送ロボット120等の各部と連携した動作を行うように、各部と信号通信を行うようになっている。
【0026】
塗布装置10において、搬送ロボット120と基板9の受け渡しを行う際には、図2に示すように、スプレーノズル12が初期位置P1に位置する。そして基板9が吸着ステージ20に吸着固定され、R方向に回転を開始するとともに、スプレーノズル12が軌跡Lに沿って移動を開始する。そしてスプレーノズル12が基板9の端部上方に差し掛かる直前の位置(例えば位置P2)でスプレーノズル12からの噴霧塗布が開始され、その後、噴霧塗布を継続しながら、基板9の中心位置を通って基板上を移動する。そしてスプレーノズル12が基板9の端部から抜け出た直後の位置(例えば位置P3)で噴霧塗布が停止される。
【0027】
上記のような一連の塗布処理過程において、制御部40は、スプレーノズル12のノズル移動速度を、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速に制御する。また、制御部40はスプレーノズル12のノズル移動速度の変動に比例して吸着ステージ20の回転速度を変化させる。
【0028】
図4は、制御部40による速度制御値を示す図であり、基板9の中心位置を基準(位置0mm)にしたスプレーノズル12の位置と、ノズル支持アーム11及び吸着ステージ20の回転数との関係を示すものである。図4に示すように、スプレーノズル12の移動速度は基板周縁部よりも基板中心近傍位置の方が高速になり、特にスプレーノズル12が基板中心位置を通過する際に最大値を示すように制御される。スプレーノズル12が基板中心位置に向かうに従って連続的にノズル移動速度が増すように制御されることにより、噴霧塗布を行うスプレーノズル12が軌跡Lに沿って移動するときに、基板9の表面に対して均一な膜形成を行うことができる。すなわち、ノズル支持アーム11を一定速度で回転させると、基板周縁部の膜厚は薄くなる一方、基板中心付近の膜厚は厚くなるという不均一性が生じるため、本実施形態の塗布装置10では基板9に対するスプレーノズル12の位置に応じた速度制御を行うことによって、基板表面に形成される膜厚の均一性を高めているのである。
【0029】
また、本実施形態の塗布装置10では、図4に示すように、制御部40が、スプレーノズル12のノズル移動速度の変動に比例して吸着ステージ20の回転速度を変化させている。すなわち、図4においてアームの回転数とステージの回転数との比は、任意の基板位置において等しくなるように制御されている。これにより、スプレーノズル12の位置の変化量に対する基板9の回転量が、基板上の任意の位置において均一なものとなるので、より均一な塗布膜形成を行うことができる。
【0030】
また、吸着ステージ20に設けられたヒータ21の作用によって、吸着ステージ20上に保持されている基板9が80℃〜90℃程度の温度に加熱された状態となっている。この加熱された基板表面に対してミスト状の塗布液が付着すると、比較的早い段階でミスト状塗布液が乾燥・定着する。そのため、基板9の表面が凹凸を有する場合であっても、良好に塗布膜形成を行うことができる。図5は基板9の表面の凹凸を示す図である。スプレーノズル12によるミスト状の塗布液は、凹凸部の段差エッジ部9aにも付着する。基板9はヒータ21によって加熱された状態にあるため、凹凸部の段差エッジ部9aに付着したミスト状の塗布液は凹凸部の段差を流下することなく早期に定着して段差エッジ部9a上にも塗布膜を形成することができる。
【0031】
さらに、制御部40は、スプレーノズル12の軌跡Lに沿った走査回数、ノズル移動速度及びステージ回転数を調整することにより、基板9に形成される膜厚を任意の膜厚に調整することができる。例えば、スプレーノズル12の往路において一度目の塗布処理を行い、復路において二度目の塗布処理を行うこともできる。また、スプレーノズル12の軌跡Lに沿った走査を複数回繰り返して行うことにより、基板表面に10μm程度或いはそれ以上の厚膜を形成することもできる。従来のスピン塗布装置では塗布液の回転塗布によって基板に薄膜が形成された直後に繰り返し薄膜形成を行うことはできなかったが、本実施形態の塗布装置10ではヒータ21によって基板9が加熱された状態にあり、基板表面に付着するミスト状の塗布液を早期に乾燥・定着させることができるので、スプレーノズル12による塗布走査を繰り返し行ってもそれ以前に定着した塗布液が流出することはなく、基板に形成される膜厚を漸次に厚くしていくことができる。したがって、制御部40が基板9に形成すべき膜厚に応じてスプレーノズル12の走査回数を調整することにより、任意の膜厚の膜形成が可能である。
【0032】
以上のように、本実施形態の塗布装置10は、基板9を支持して回転させ、スプレーノズル12を軌跡Lに沿って移動させる際のノズル移動速度を、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速に制御することによって基板9の表面に塗布膜形成を行うものであるため、基板9に対して均一な膜形成を行うことができる。すなわち、基板表面が平面である場合だけでなく、凹凸を有する場合であっても段差エッジ部に膜形成を行うことができるとともに、基板周縁部に盛り上がりが発生することもない。加えて、塗布液の利用効率が高くなるとともに、カップ洗浄回数を低減することもできる。
【0033】
また、特に制御部40が、スプレーノズル12の速度変動に比例させて基板9の回転速度を変化させることにより、より均一な膜形成が行える。さらに、スプレーノズル12のノズル移動速度を、基板周縁部から基板中心近傍位置にかけて連続的変化させることにより、段階的に変化させる場合よりも均一な膜形成が行える。
【0034】
さらに、吸着ステージ20に設けられたヒータ21が基板9への噴霧塗布中に基板9を加熱するように構成されているため、基板表面に付着した塗布液を早期に定着させることができる。故に、凹凸部を有する基板9に対して膜形成を行う場合や厚膜を形成するために繰り返し噴霧を行う場合に特に有益なものとなる。
【0035】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【0036】
例えば、上述した塗布装置10では、スプレーノズル12が基板9の中心位置を通り円弧状の軌跡Lを描く場合を例示した。しかし、これに限定されるものではなく、スプレーノズル12が直線状の軌跡を描くように塗布機構が構築されてもよい。ただし、この場合においても直線状の軌跡は基板9の中心位置を経由することは必要である。
【0037】
また、上記においては、スプレーノズル12が噴霧塗布を行う期間が、基板9の一方側端部の直前の位置から中心部を経由して他方側端部の直後の位置に導かれるまでの間である場合を例示したが、これに限定されるものでもない。例えば、基板9の半径に相当する軌跡部分で噴霧塗布を行うことにより、十分に均一な塗布膜を形成することができる場合はそのように構成してもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、基板を支持して回転させ、塗布液を噴霧するノズルを所定軌跡に沿って移動させる際のノズル移動速度が、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速になるように制御されるため、基板に対して均一な膜形成を行うことができる。また、塗布液の利用効率が向上する。
【0039】
請求項2に記載の発明によれば、ノズル移動速度の変動に比例して基板の回転速度も変化するので、基板表面全体においてより均一な膜形成が行われる。
【0040】
請求項3に記載の発明によれば、ノズル移動速度が、基板周縁部から基板中心近傍位置にかけて連続的変化するので、基板表面全体においてより均一な膜形成が行われる。
【0041】
請求項4に記載の発明によれば、基板を加熱する加熱手段を備えるので、基板に付着した霧状の塗布液を早期に定着させることができる。故に、基板が凹凸を有する場合でも凹凸部に対して膜形成が行える。
【0042】
請求項5に記載の発明によれば、基板に形成する膜厚に応じて、ノズルを所定軌跡に沿って移動させる回数を変化させるので、基板に任意の膜厚の膜形成を行うことができる。とりわけ、厚膜の形成に好適である。
【0043】
請求項6に記載の発明によれば、基板に付着した霧状の塗布液を早期に定着させることができるので、基板が凹凸を有する場合に凹凸部に対して均一な膜形成が行えるとともに、複数回の塗布処理が可能となり、基板に均一な厚膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】塗布装置が組み込まれた基板処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】塗布装置の概略平面図である。
【図3】塗布装置の概略側面部である。
【図4】制御部による速度制御値を示す図である。
【図5】基板表面の凹凸を示す図である。
【符号の説明】
10 塗布装置
11 ノズル支持アーム(ノズル支持手段)
12 スプレーノズル
13 駆動部
20 吸着ステージ(基板支持手段)
25 モータ
21 ヒータ(加熱手段)
40 制御部(制御手段)
Claims (6)
- 基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、
前記基板を支持して回転させる基板支持手段と、
前記塗布液を噴霧するノズルと、
前記ノズルを前記基板の表面から所定高さ位置で支持しつつ、前記ノズルを前記基板の中心を通る軌跡に沿って移動させるノズル支持手段と、
前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させる際のノズル移動速度を、基板中心近傍位置では基板周縁部よりも高速に制御する制御手段と、
を備える塗布装置。 - 請求項1に記載の塗布装置において、
前記制御手段は、前記ノズル移動速度の変動に比例させて前記基板の回転速度を変化させることを特徴とする塗布装置。 - 請求項1又は2に記載の塗布装置において、
前記制御手段は、前記ノズル移動速度を、前記基板周縁部から前記基板中心近傍位置にかけて連続的変化させることを特徴とする塗布装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の塗布装置において、
前記基板支持手段は前記基板を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする塗布装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の塗布装置において、
前記制御手段は、前記基板に形成する膜厚に応じて、前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させる回数を変化させることを特徴とする塗布装置。 - 基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、
前記基板を支持して回転させる基板支持手段と、
前記基板支持手段に設けられ、前記基板支持手段に支持される前記基板を加熱する加熱手段と、
前記塗布液を噴霧するノズルと、
前記ノズルを前記基板の表面から所定高さ位置で支持しつつ、前記ノズルを前記基板の中心を通る軌跡に沿って移動させるノズル支持手段と、
前記ノズルを前記軌跡に沿って移動させつつ前記塗布液の噴霧塗布を行う際、前記加熱手段を制御して前記基板を加熱させる制御手段と、
を備える塗布装置。
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