JP2005046694A - 塗布膜形成方法及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料効率、面内均一性の高い塗布膜形成方法及び塗布装置を提供する。
【解決手段】基板１を基板支持器２上に載置し、この基板支持器２を基板１とともに所定の回転速度で回転させる工程と、基板１の被処理面の所定位置の高さを検出する工程と、検出された被処理面の高さに基づき、被処理面に塗布液を供給するノズル８の塗布液供給口の面積Ｓと、塗布液供給口の内周Ｒに対して、塗布液供給口と被処理面との距離ｄが、
Ｓ／Ｒ＞ｄ＞０
となるようにノズル８の鉛直位置を制御する工程と、ノズル８から、回転する基板１の被処理面上の所定位置に、所定量の塗布液を供給することにより、被処理面上に塗布液をらせん状に塗布し、全面に塗布膜を形成する工程を備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体基板上に形成されるポリィミド膜等の塗布膜形成方法及び塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体等の基板上に塗布膜を形成する際、図２に示すように、基板１０１を基板支持器１０２上に固定し、液吐出ノズル１０８より塗布液１０９を吐出後、基板１０１を回転手段１０４により高速回転させるスピンコート法が用いられている。この方法によると、高速回転の遠心力により均一な膜厚の塗布膜が得られる。
【０００３】
一方、基板中心かららせん状に塗布液を塗布することにより、塗布膜を形成する技術が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２０９０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スピンコート法によると、カップ１１８に塗布液が飛散するとともに、基板１０１の非処理面へ回り込むため、塗布液のロスが大きく、材料効率が悪いとともに、カップの定期的な交換、洗浄や、基板の非処理面へ回り込んだ塗布液を除去する必要がある。また、らせん状に塗布する方法においては、塗布液のロスは抑えられるが、高い面内均一性が得られないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、従来の問題を取り除き、材料効率、面内均一性の高い塗布膜形成方法及び塗布装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様によれば、基板を基板支持器上に載置し、この基板支持器を前記基板とともに所定の回転速度で回転させる工程と、前記基板の被処理面の所定位置の高さを検出する工程と、検出された前記被処理面の高さに基づき、被処理面に塗布液を供給するノズルの塗布液供給口の面積Ｓと、前記塗布液供給口の内周Ｒに対して、前記塗布液供給口と前記被処理面との距離ｄが、
Ｓ／Ｒ＞ｄ＞０
となるように前記ノズルの鉛直位置を制御する工程と、前記ノズルから、回転する前記基板の被処理面上の所定位置に、所定量の塗布液を供給することにより、前記被処理面上に塗布液をらせん状に塗布し、全面に塗布膜を形成する工程を備えることを特徴とする塗布膜形成方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の一実施態様によれば、基板を保持する基板支持器と、この基板支持器を前記基板とともに回転させる回転手段と、この回転手段により回転する前記基板が所定の回転速度となるように制御する回転制御手段と、前記駆動手段により回転する前記基板の被処理面上の所定位置に、塗布液を供給するノズルと、前記塗布液の供給量を制御する供給量制御手段と、前記ノズルの位置を水平方向に移動させる水平移動手段と、前記ノズルの水平位置を所定の位置となるように制御する水平移動制御手段と、前記被処理面の所定位置の高さを検出する高さ検出手段と、前記ノズルの位置を鉛直方向に移動させる鉛直移動手段と、前記高さ検出手段により検出された高さに基づき、前記ノズルの塗布液供給口の面積Ｓと、前記塗布液供給口の内周Ｒに対して、前記塗布液供給口と前記被処理面との距離ｄが、
Ｓ／Ｒ＞ｄ＞０
となるように前記ノズルの鉛直位置を制御する鉛直移動制御手段を備えることを特徴とする塗布装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１０】
（実施形態１）
図１に本発明の一実施形態の塗布装置を示す。
【００１１】
図に示すように、基板１は半導体ウエーハ（例えば６インチ）であり、基板支持器２（例えば金属からなり、吸着面が１１０ｍｍ径）上に水平に吸着保持されている。基板支持器２は、回転伝達軸３を介して基板回転用モータ４、回転角検出器５と接続されている。そして、これらは信号伝達線６を介して制御器７に接続されている。
【００１２】
基板１上方には、ポリィミド液を基板１上に供給する液吐出ノズル８（例えば吐出口内径２．２７ｍｍ）が設置され、ポリィミド液９を充填するポリィミド液貯留器（シリンジ）１０、加圧気体流路１１を介して液吐出量制御装置１２と接続されている。また、ポリィミド液貯留器１０は、ノズル鉛直方向駆動機構１３に固定され、ノズル鉛直方向移動モータ１４、信号伝達線６を介して制御器７に接続されている。
【００１３】
ノズル鉛直方向駆動機構１３は、ノズル水平方向駆動機構１５に固定され、ノズル水平方向移動モータ１６、信号伝達線６を介して制御器７に接続されている。そして、ポリィミド液貯留器１０近傍には、基板高さ検出器１７が設置され、信号伝達線６を介して制御器７に接続されている。
【００１４】
このような塗布装置において、以下のようにポリィミド膜が形成される。先ず、基板１を基板支持器２に吸着保持する。次いで、液吐出ノズル８を、ノズル水平方向移動モータ１６によりノズル水平方向駆動機構１５を駆動させ基板１の塗布開始位置（例えば基板中心）に移動させる。そして、ノズル鉛直方向移動モータ１４によりノズル鉛直方向駆動機構１３を駆動させ、液吐出ノズル８と基板１の被処理面との距離ｄが所定の値（例えば３０μｍ）となるように下降させ、初期設置する。
【００１５】
一方、液吐出ノズル８を下降する前に、基板回転用モータ４により回転伝達軸３を介して回転速度を制御して基板１の回転を開始し、ノズルが下死点（初期設置点）に到達すると同時に、液吐出ノズル８からの吐出、移動を開始する。そして、液吐出ノズル８をノズル水平方向駆動機構１５により水平方向に移動させながら、らせん状に液吐出ノズル８よりポリィミド液を塗布する。塗布開始位置が基板中心のときには、回転速度例えば４００ｒｐｍから徐々に減速し、最外周においては例えば１００ｒｐｍとし、基板１の被処理面を規準として液吐出ノズル８が常に同じ速度となるように制御する。
【００１６】
このとき、基板１は、吸着面径が基板径の１／２以上の水平加工精度の高い金属を用いた基板支持器２上に吸着保持されることにより、基板１の厚さばらつき或いは基板支持器２の変形や、回転速度１００ｒｐｍ以上の回転による被処理面の高さ変動を、３０μｍ以内に抑えることが可能である。しかしながら、この程度の変動も塗布膜の厚さの均一性に影響する。そこで、ポリィミド液の塗布される位置（以下塗布位置）の直前における被処理面の高さを、基板高さ検出器１７により検出し、さらに、基板高さ検出位置と、塗布位置の角度差を回転角検出器５で検出する。その検出結果及びそれぞれ制御された回転速度と水平方向の速度に基づき、制御器７により、ノズル鉛直方向駆動機構１３を所定速度で駆動させ、塗布位置において液吐出ノズル８と被処理面との距離ｄが一定（例えば３０μｍ）となるように制御する。
【００１７】
このようにして液吐出ノズル８と被処理面との距離ｄを一定とし、液吐出量制御装置１２により、加圧気体流路１１を介してポリィミド液貯留器１０内のポリィミド液９の吐出圧を制御し、一定の吐出量の塗布液を液吐出ノズル８より基板１の被処理面上に塗布する。このとき、液吐出ノズル８と被処理面との距離ｄが、ノズル内径に対して十分小さく、ポリィミド液が基板と抵抗を持つように塗布されるため、均一な塗布が可能となる。
【００１８】
このようにして、基板１中心から外周に向かって均一幅のらせん状に、薄膜形成に必要な最小限のポリィミド液を、被処理面全面に均一に塗布した後、溶剤を揮発させて均一なポリィミド膜を形成することが可能となる。そして、装置の洗浄や、基板の非処理面へ回り込んだ塗布液を除去する必要もない。
【００１９】
ノズルの塗布液供給口の面積Ｓと、前記塗布液供給口の内周Ｒに対して、前記塗布液供給口と前記被処理面との距離ｄが、
Ｓ／Ｒ＞ｄ＞０
となるように前記ノズルの鉛直位置を制御する。すなわち、塗布液供給口が円形の時には、ｄが供給口内径ｒの１／２より小さいことが必要である。このとき、ｄがＳ／Ｒ以上であると、ポリィミド液が基板と抵抗を持つことができず、一方、塗布液を供給するためにはｄは０を超える値であることが必要であるのは自明であるが、生産性、均一性を鑑み、ｄをｒの２〜１０％に制御することが好ましい。但し、均一性の観点からは、ｄをｒの１〜５％程度に制御することが好ましい。
【００２０】
尚、基板高さ検出器により予め高さを測定しておき、その結果に基づき塗布を行ってもよい。但し、基板高さの変動はウエーハ毎に異なるため、ウエーハ毎の測定が必要である。また、ノズルを複数個用いて塗布する場合は、ノズル毎にノズル鉛直方向駆動機構が必要となる。
【００２１】
また、本実施形態においては、回転速度と、前記ノズルの水平方向の移動速度を、前記被処理面上の塗布位置における塗布速度が一定になるように制御しているが、塗布量を制御してもよい。
【００２２】
また、基板支持器は、基板に対して所定以上の吸着面積を有する、具体的には基板径に対して吸着面径が１／２より大きい、すなわち吸着面積が基板の面積の１／４より大きいことが好ましい。一方、基板支持器の吸着面が基板から露出してしまうと、基板支持器にポリィミド液が飛散し、洗浄が必要となるため、基板径の最小値が吸着面径以上である、すなわち、基板支持器の吸着面が基板より露出しないことが必要である。
【００２３】
（実施形態２）
実施形態１と同様にポリィミド膜を形成するが、本実施形態においては、被処理面上にポリィミド液をらせん状に塗布する際、既に塗布されたポリィミド液の一部に重なるように塗布する。すなわち、ノズルの吐出孔内径（例えば２．２７ｍｍ）に対して、１回転でノズルが移動する距離（例えば１．００ｍｍ）を小さくし、新たに塗布されるポリィミド液が例えば１／２以上重なり合うようにする。
【００２４】
このようにして、吐出孔から吐出されたポリィミド液が、ノズルの両側（塗布方向から見て横側）に盛り上がるのを、次の塗布で（ノズルにより）均し、盛り上がりを小さくすることができるので、実施形１の効果に加え、さらに膜厚の均一性を向上することができる。
【００２５】
（実施形態３）
実施形態１、２と同様にポリィミド膜を形成するが、本実施形態においては、全面にポリィミド液を塗布した後、さらに塗布時より高速で回転させる工程を設けている。
【００２６】
このように、ポリィミド液が全面に塗布された状態で、高速回転することにより、塗布時に多少膜厚のばらつきがあっても均すことが可能となり、より膜厚の均一性が向上する。
【００２７】
このとき、回転速度は、塗布時より高速であれば効果が得られるが、２０００〜４０００ｒｐｍ程度が好ましい。２０００ｒｐｍ未満であれば、効果は得られるが十分な均一性が得られず、４０００ｒｐｍを越えると、回転機構への負担が大きくなり、回転の水平精度を維持する上で問題がある。より好ましくは、２５００〜３５００ｒｐｍである。
【００２８】
これら実施形態により半導体基板上に形成されたポリィミド膜は、例えば半導体装置の絶縁膜や保護膜として用いられる。
【００２９】
本実施形態において、ポリィミド膜を形成したが、フォトレジストや、その他ポリマー、カラーフィルターを形成することも可能である。また、半導体基板上に限定されるものではなく、ガラス基板など、種々の基板を用いることができる。
【００３０】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の一実施態様によれば、材料効率、面内均一性の高い塗布膜形成方法及び塗布装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様の塗布装置を示す図。
【図２】従来の塗布装置を示す図。
【符号の説明】
１、１０１ 基板
２、１０２ 基板支持器
３ 回転伝達軸
４ 基板回転用モータ
５ 回転角検出器
６ 信号伝達線
７ 制御器
８、１０８ 液吐出ノズル
９ ポリィミド液
１０ ポリィミド液貯留器
１１ 加圧気体流路
１２ 液吐出量制御装置
１３ ノズル鉛直方向駆動機構
１４ ノズル鉛直方向移動モータ
１５ ノズル水平方向駆動機構
１６ ノズル水平方向移動モータ１６
１７ 基板高さ検出器
１０４ 回転手段
１０９ 塗布液
１１８ カップ

Claims (11)

1. 基板を基板支持器上に載置し、この基板支持器を前記基板とともに所定の回転速度で回転させる工程と、
   前記基板の被処理面の所定位置の高さを検出する工程と、
   検出された前記被処理面の高さに基づき、被処理面に塗布液を供給するノズルの塗布液供給口の面積Ｓと、前記塗布液供給口の内周Ｒに対して、前記塗布液供給口と前記被処理面との距離ｄが、
   Ｓ／Ｒ＞ｄ＞０
   となるように前記ノズルの鉛直位置を制御する工程と、
   前記ノズルから、回転する前記基板の被処理面上の所定位置に、所定量の塗布液を供給することにより、前記被処理面上に塗布液をらせん状に塗布し、全面に塗布膜を形成する工程を備えることを特徴とする塗布膜形成方法。
2. 前記ノズルの鉛直位置を制御する工程において、前記塗布液供給口と前記被処理面との距離ｄが一定になるように前記ノズルの鉛直位置を制御することを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成方法。
3. 前記被処理面上の塗布位置における塗布速度が一定になるように、前記回転速度と、前記ノズルの水平方向の移動速度を制御する工程を有することを特徴とする請求項１又は２記載の塗布膜形成方法。
4. 前記被処理面上に前記塗布液をらせん状に塗布する際、既に塗布された前記塗布液の一部に重なるように塗布することを特徴とする請求項１乃至３記載の塗布膜形成方法。
5. 前記全面に塗布液を塗布する工程の後、前記回転速度より高速で前記基板を回転させる工程を備えることを特徴とする請求項１乃至４記載の塗布膜形成方法。
6. 前記塗布液は、ポリィミドを含むことを特徴とする請求項１乃至５記載の塗布膜形成方法。
7. 基板を保持する基板支持器と、
   この基板支持器を前記基板とともに回転させる回転手段と、
   この回転手段により回転する前記基板が所定の回転速度となるように制御する回転制御手段と、
   前記駆動手段により回転する前記基板の被処理面上の所定位置に、塗布液を供給するノズルと、
   前記塗布液の供給量を制御する供給量制御手段と、
   前記ノズルの位置を水平方向に移動させる水平移動手段と、
   前記ノズルの水平位置を所定の位置となるように制御する水平移動制御手段と、
   前記被処理面の所定位置の高さを検出する高さ検出手段と、
   前記ノズルの位置を鉛直方向に移動させる鉛直移動手段と、
   前記高さ検出手段により検出された高さに基づき、前記ノズルの塗布液供給口の面積Ｓと、前記塗布液供給口の内周Ｒに対して、前記塗布液供給口と前記被処理面との距離ｄが、
   Ｓ／Ｒ＞ｄ＞０
   となるように前記ノズルの鉛直位置を制御する鉛直移動制御手段を備えることを特徴とする塗布装置。
8. 前記鉛直移動制御手段において、前記塗布液供給口と前記被処理面との距離ｄが一定になるように前記ノズルの鉛直位置を制御することを特徴とする請求項７記載の塗布装置。
9. 前記回転速度と、前記ノズルの水平方向の移動速度を、前記被処理面上の塗布位置における塗布速度が一定になるように制御する手段を有することを特徴とする請求項７又は８記載の塗布装置。
10. 前記基板支持器は、前記基板を水平に吸着保持する手段であり、吸着面積が前記基板の面積の１／４より大きく、且つ前記基板支持器の吸着面が露出しないことを特徴とする請求項７乃至９記載の塗布装置。
11. 前記塗布液は、ポリィミドを含むことを特徴とする請求項７乃至１０記載の塗布装置。

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