JP2005218969A - スリットコート式塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体の乾燥ムラやひけ等を防止して均一な塗布膜を形成することができるスリットコート式塗布装置を提供する。
【解決手段】 基板１を保持する保持テーブル２０と、前記基板１の前記保持テーブル２０に保持された保持面１ｂとは反対側の塗布面１ａに相対向して液体３が流出されるスリット状のノズル開口４１が設けられた塗布ヘッド４０とを具備し、前記基板１と前記塗布ヘッド４０とを前記塗布面１ａの面方向に相対的に移動させることで、前記基板１の前記塗布面１ａに液体３を塗布するスリットコート式塗布装置１０であって、前記塗布ヘッド４０によって前記基板１に液体３を塗布させながら、当該基板１に塗布された直後の液体３を加熱する加熱手段８０を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ノズルの先端から液体を供給し、基板の表面に液体を均一に塗布するスリットコート式塗布装置に関する。

半導体ウェハやガラス基板等の基板にレジスト材料や絶縁材料などの液体を塗布する塗布装置として、ノズルの先端から毛細管現象により液体を流出させて、基板の表面に液体を塗布するスリットコート式塗布装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、基板上に塗布された液体を乾燥させて塗布膜とするために、基板上の全面に亘って液体を塗布した後、減圧チャンバー内に基板を配置し、この減圧チャンバーによって液体の水分を除去して乾燥させて塗布膜とするスリットコータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、スリットコート式塗布装置では、基板の塗布面の全面に亘って液体を塗布した後、ホットプレート上や減圧チャンバー内に配置するまでにタイムラグが発生し、このタイムラグによって塗布ムラやひけ等が発生してしまうという問題がある。

また、特許文献２では、基板の塗布面の全面に亘って液体を塗布した後、減圧チャンバーによって液体を乾燥させているが、この場合でも、塗布された液体を乾燥させるまでにタイムラグが生じてしまうと共に、基板の全面に液体の塗布が完了していない塗布中であっても最初に塗布した液体の硬化が始まってしまい、乾燥ムラやひけ等が発生してしまうという問題がある。特に液体に含まれる溶剤が多く、粘度が比較的低い材料を用いて薄膜の塗布膜を形成する場合、このような問題が顕著に表れる。

特開平６−３４３９０８号公報（第２〜４頁、第１〜２図） 特開２００２−７９１６３号広報（第１〜２頁、第３〜４図）

本発明はこのような事情に鑑み、液体の乾燥ムラやひけ等を防止して均一な塗布膜を形成することができるスリットコート式塗布装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板を保持する保持テーブルと、前記基板の前記保持テーブルに保持された保持面とは反対側の塗布面に相対向して液体が流出されるスリット状のノズル開口が設けられた塗布ヘッドとを具備し、前記基板と前記塗布ヘッドとを前記塗布面の面方向に相対的に移動させることで、前記基板の前記塗布面に液体を塗布するスリットコート式塗布装置であって、前記塗布ヘッドによって前記基板に液体を塗布させながら、当該基板に塗布された直後の液体を加熱する加熱手段を具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第１の態様では、基板に液体を塗布しながら、基板に塗布された直後の液体を加熱することによって、液体に乾燥ムラやひけ等が発生するのを防止して基板上に塗布膜を均一な膜厚で形成することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記加熱手段が、前記基板の塗布面側又は前記保持テーブルの前記基板とは反対側に、前記基板の前記塗布ヘッドによる前記液体の塗布方向とは交差する方向に亘って且つ前記基板の前記塗布方向の一部を加熱するように設けられていると共に、当該加熱手段と前記基板とが前記塗布面の面方向に相対的に移動自在に設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第２の態様では、加熱手段と基板とを塗布面の面方向に相対的に移動させることによって、基板上に塗布された直後の液体を加熱手段によって容易に且つ確実に加熱することができる。

本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記塗布ヘッドと前記加熱手段との間には、当該加熱手段による前記液体の加熱を遮蔽する遮蔽板が設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第３の態様では、遮蔽板によって塗布中の液体が加熱されるのを防止して、塗布中の液体の粘度が変わることにより塗布条件が変わるのを防止することができ、液体を均一な膜厚で塗布することができる。

本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記加熱手段が前記保持テーブルに設けられていると共に、当該加熱手段による前記液体の加熱領域が前記塗布ヘッドの前記基板に対する液体の塗布方向に複数に区画されて選択的に加熱可能に設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第４の態様では、保持テーブルに加熱手段を設けることによって、基板に塗布された直後の液体を容易に且つ確実に加熱することができると共に、装置自体を小型化することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記加熱手段によって加熱された液体を冷却する冷却手段を具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第５の態様では、冷却手段によって加熱された液体を冷却することによって、液体の余熱による乾燥ムラなどが発生するのを防止することができると共に、基板の余熱による反り等の変形を防止することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るスリットコート式塗布装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、スリットコート式塗布装置の要部断面図である。図１に示すように、スリットコート式塗布装置１０は、シリコンウェハ、半導体基板等の基板１が保持される保持テーブル２０と、保持テーブル２０の基板１側に設けられた塗布ヘッド４０と、塗布ヘッド４０に液体３を供給する貯留手段５０と、保持テーブル２０の基板１側に塗布ヘッド４０と並設された加熱手段８０及び冷却手段８１とを具備する。

保持テーブル２０は、鉛直方向下側の面に、基板１をその表面の液体３が塗布される塗布面１ａが鉛直方向下向きとなるように保持する。この保持テーブル２０による基板１の保持方法は、特に限定されず、例えば、真空ポンプ等の吸引による方法が挙げられる。なお、保持テーブル２０は、例えば、図示しない駆動モータ等のテーブル駆動手段によって基板１の塗布面１ａの面方向に位置決め移動自在に設けられている。

一方、保持テーブル２０が保持した基板１の塗布面１ａ側には、塗布面１ａに液体３を塗布する塗布ヘッド４０と、塗布ヘッド４０に供給する液体３を保持する貯留手段５０とが設けられている。塗布ヘッド４０には、基板１の塗布面１ａに相対向する位置に貯留手段５０から供給された液体３が流出されるスリット状のノズル開口４１が鉛直方向上向きとなるように設けられている。また、塗布ヘッド４０内には、液体溜まり部４２が設けられており、この液体溜まり部４２によって液体３をノズル開口４１に亘って均一に充填させている。このような塗布ヘッド４０では、液体溜まり部４２内に液体３が充填されると、液体溜まり部４２内に充填された液体３が毛細管現象によってノズル開口４１の先端まで上昇するようになっている。また、ノズル開口４１の先端まで上昇した液体３は、その表面張力によってノズル開口４１の先端から突出した状態で保持される。なお、塗布ヘッド４０は、図示しない装置本体に鉛直方向に移動自在に保持されており、塗布ヘッド４０の先端と基板１の塗布面１ａとの間隔は、装置本体によって液体３の動粘度、液体３の基板１への濡れ性、基板１上に塗布する液体３の所望の厚さなどによって適宜調整されるようになっている。また、この塗布ヘッド４０と基板１との間隔や、保持テーブル２０の移動速度（塗布速度）などが塗布条件となっている。

貯留手段５０は、液体３を保持する貯留タンク５１と、一端が塗布ヘッド４０に接続され、他端が貯留タンク５１に接続された供給管５２とで構成されており、貯留タンク５１の内部に貯留した液体３を供給管５２を介して塗布ヘッド４０に供給している。このような貯留手段５０から供給された液体３は、上述のように塗布ヘッド４０のノズル開口４１の先端まで毛細管現象によって上昇し、ノズル開口４１の先端でその表面張力によって突出した状態で保持される。そして、この突出した液体３を基板１の塗布面１ａに接触させて、保持テーブル２０を基板１の塗布面１ａの面方向に移動することで、ノズル開口４１からは液体３が徐々に流出され、液体３を基板１の塗布面１ａに均一な厚さで塗布することができる。

また、保持テーブル２０が保持した基板１側には、基板１の塗布面１ａに塗布された直後の液体３を加熱する加熱手段８０が設けられている。この加熱手段８０は、電熱ヒータや紫外線を照射する紫外線照射ランプ等からなり、基板１の塗布ヘッド４０による基板１への液体３の塗布方向とは交差する方向に亘って、且つ基板１の塗布ヘッド４０による塗布方向の一部を加熱するように設けられている。このような加熱手段８０は、塗布ヘッド４０と共に図示しない装置本体に固定されており、保持テーブル２０が塗布ヘッド４０に対して基板１を移動させるため、加熱手段８０と基板１とは塗布面１ａの面方向に相対的に移動するようになっている。そして、詳しくは後述するが、塗布ヘッド４０によって基板１の塗布面１ａに液体３を塗布しながら、基板１の塗布面１ａに塗布された直後の液体３を選択的に加熱することにより、液体３が塗布されてから乾燥までのタイムラグを短縮して液体３の塗布ムラ、乾燥ムラ及びひけ等が発生するのを防止している。これにより、基板１の塗布面１ａに均一な膜厚の塗布膜３Ａを形成することができる。

また、基板１の塗布面１ａ側には、加熱手段８０の塗布ヘッド４０とは反対側に冷却手段８１が設けられている。冷却手段８１は、加熱手段８０と同様に、基板１の塗布ヘッド４０による液体３の塗布方向とは交差する方向に亘って、且つ基板１の塗布ヘッド４０による塗布方向の一部を冷却するように設けられている。この冷却手段８１は、加熱手段８０と同様に図示しない装置本体に固定されることで、冷却手段８１と基板１とは塗布面１ａの面方向に相対的に移動するようになっている。そして、詳しくは後述するが、冷却手段８１が、加熱手段８０の加熱した液体３（塗布膜３Ａ）を選択的に冷却することによって、加熱された塗布膜３Ａを常温まで冷却して、基板１の余熱による反りや、余熱による液体３の塗布ムラ及び乾燥ムラ等が生じるのを防止するようになっている。

また、加熱手段８０と塗布ヘッド４０との間には、塗布面１ａに塗布された液体３の塗布方向の一部を覆うように遮蔽板８２が設けられている。この遮蔽板８２は、図示しない装置本体に固定されており、保持テーブル２０が塗布ヘッド４０に対して基板１を移動させても、遮蔽板８２は、基板１上に塗布された塗布ヘッド４０と加熱手段８０との間の液体３を常に覆うようになっている。この遮蔽板８２によって、加熱手段８０による液体３の加熱が塗布中の液体３に及ぶのを防止して、塗布条件が変わるのを防止している。なお、塗布条件は、上述のように、液体３の粘度、液体３の基板１への濡れ性などによって適宜決定されたものであり、塗布中の液体３が加熱されると液体３の粘度が低下してしまい、常温での液体３の粘度により決定された塗布条件と変わってしまうからである。

ここで、このようなスリットコート式塗布装置１０を用いたスリットコート式塗布方法について詳しく説明する。なお、図３〜図５は、スリットコート式塗布方法を示すスリットコート式塗布装置の要部断面図である。図３（ａ）に示すように、塗布ヘッド４０のノズル開口４１の先端から液体３を突出させた状態で、塗布ヘッド４０と基板１の塗布面１ａとの間隔を所定の間隔まで接近させる。本実施形態では、塗布ヘッド４０を保持テーブル２０側に移動することで、塗布ヘッド４０と基板１との間隔を調整するようにした。なお、塗布ヘッド４０と基板１の塗布面１ａとの間隔である塗布条件は、塗布する液体３の粘度や液体３の基板１への濡れ性などに応じて適宜決定される。また、塗布ヘッド４０を固定し、保持テーブル２０を塗布ヘッド４０側に移動することで、塗布ヘッド４０と基板１との間隔を調整するようにしてもよい。勿論、塗布ヘッド４０のノズル開口４１の向きを鉛直方向と交差する方向としてもよい。

また、塗布ヘッド４０が塗布を行う前の待機状態では、ノズル開口４１の先端から液体３を完全には突出させないようにして、液体３の乾燥や異物の混入による液体３の増粘を防止するようにしてもよい。このようにノズル開口４１の先端から液体３を突出させないようにするには、液体溜まり部４２に液体３が充填されないようにすればよい。また、例えば、供給管５２に液体３の流量を調整する給水ポンプ等の流量調整手段を設け、この流量調整手段によって液体３を液体溜まり部４２に充填する、しないによってノズル開口４１の先端から液体３を完全には吐出させない程度突出させる、突出させないの微振動調整をできるようにしてもよい。また、貯留手段５０の保持した液体３の液面をノズル開口４１の先端に対して鉛直方向に移動させることで、液面が微振動することになり、ノズル開口４１の周縁等に乾燥や異物が混入することで発生する液体３の増粘化を防止することができるので、所望の液量の液体３をノズル開口４１から吐出することができる。よって、増粘化した液体３がノズル開口４１の周縁に付着することがない。特に、待機状態が長い場合に上記液体３の増粘防止のための対策を取ることが好ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、図示しないテーブル駆動手段によって保持テーブル２０を基板１の塗布面１ａの面方向に移動することで、塗布面１ａへの液体３の塗布を開始する。そして、図４（ａ）に示すように、保持テーブル２０をさらに移動することで、基板１の塗布面１ａに塗布された液体３が加熱手段８０に相対向する領域まで移動されたら、加熱手段８０によって塗布面１ａ上の液体３を加熱することで乾燥させて塗布膜３Ａとする。なお、例えば、液体３に含まれる溶剤の沸点が９０℃とすると、加熱手段８０は、溶剤を揮発させるために液体３が９０℃となるように加熱する。このとき、遮蔽板８２が塗布ヘッド４０と加熱手段８０との間の領域に塗布された液体３を覆って、この部分の液体３が加熱手段８０によって加熱されるのを防止するため、塗布ヘッド４０が塗布している最中の液体３が加熱されることがなく、塗布条件が変わるのを防止することができる。

また、図４（ｂ）に示すように、保持テーブル２０をさらに移動することで、加熱手段８０によって乾燥された液体３（塗布膜３Ａ）が、冷却手段８１に相対向する領域まで移動されたら、冷却手段８１が塗布膜３Ａを冷却する。このとき、冷却手段８１は、例えば、１５〜１６℃の温度で冷却することで、塗布膜３Ａを常温（２２〜２３℃）に戻す。このように、冷却手段８１によって塗布膜３Ａを常温に戻すことで、基板１の熱による反りや、液体３の塗布ムラ及び乾燥ムラが生じるのを防止することができる。

そして、図５に示すように、保持テーブル２０を移動して基板１の塗布面１ａの全てに液体３を塗布した後、塗布ヘッド４０を基板１から離すことで基板１の塗布面１ａへの液体３の塗布が終了する。その後は、基板１の塗布面１ａに塗布された液体３が、加熱手段８０に相対向する領域まで移動し、加熱手段８０が塗布面１ａ上の全ての液体３を加熱することで基板１の塗布面１ａの全面に亘って塗布膜３Ａを形成する。また、塗布が終了した待機状態では、上述の塗布前の待機状態と同様に、液体３がノズル開口４１近傍の液体３の液面を微振動させることで、液体３の乾燥や異物の混入による液体３の増粘化を防止することができる。なお、塗布前及び塗布後の待機状態では、ノズル開口４１をキャップ部材等で塞ぐようにしてもよい。キャップ部材によってノズル開口４１を塞ぐことで、ノズル開口４１からの液体３の乾燥及び異物の混入を確実に防止することができる。また、塗布が終了した際には、ノズル開口４１の先端近傍を例えば、紫外線やプラズマ等の照射により洗浄し、液体３のノズル開口４１への濡れ性が劣化するのを防止するようにしてもよい。

このように、塗布ヘッド４０によって基板１の塗布面１ａに液体３を塗布しながら、塗布面１ａに塗布された直後の液体３を加熱して乾燥させて塗布膜３Ａを形成することで、液体３が塗布面１ａに塗布されてから、乾燥されるまでのタイムラグを無くして、液体３の乾燥ムラやひけ等が発生するのを防止して、基板１の塗布面１ａに均一な膜厚で塗布膜３Ａを形成することができる。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係るスリットコート式塗布装置の要部断面図である。図６に示すように、スリットコート式塗布装置１０Ａは、基板１を保持する保持テーブル２０Ａと、基板１の塗布面１ａ側に設けられた塗布ヘッド４０とを具備する。保持テーブル２０Ａには、基板１が保持される面側の全面に複数のベルチェ素子等の半導体冷熱素子９０が設けられている。この半導体冷熱素子９０は、塗布ヘッド４０による液体３の塗布方向とは交差する方向に亘って、且つ塗布方向に所定の長さで複数並設されている。このような半導体冷熱素子９０は、流れる電流の向きが切り替えられることによって、基板１が当接される面が加熱又は冷却されるようになっている。すなわち、本実施形態では、半導体冷熱素子９０が、電流の向きによって加熱手段又は冷却手段として作用するようになっている。このような半導体冷熱素子９０は、塗布方向に複数分割されることで区画されて設けられているため、基板１の各半導体冷熱素子９０に相対向する領域だけを選択的に加熱又は冷却することができる。これにより、上述した実施形態１と同様に、塗布ヘッド４０によって基板１の塗布面１ａに液体３を塗布しながら、塗布された液体３を半導体冷熱素子９０によって加熱して、塗布膜３Ａを形成することができる。また、液体３が乾燥されて塗布膜３Ａとなった領域は、半導体冷熱素子９０によって選択的に冷却することができ、基板１の余熱による反りや、余熱による液体３の塗布ムラ及び乾燥ムラが生じるのを防止することができる。なお、半導体冷熱素子９０の電流の切り替え、すなわち、加熱及び冷却の切り替えは、例えば、保持テーブル２０の移動速度（塗布速度）に応じて制御されるようにすればよい。また、塗布ヘッド４０が液体３を塗布している間は、基板１の塗布されている領域の半導体冷熱素子９０が基板１を冷却することで、塗布条件を変えることなく液体３の塗布を行うことができる。また、本実施形態では、保持テーブル２０Ａに半導体冷熱素子９０を設け、この半導体冷熱素子９０を加熱手段及び冷却手段として作用させるようにしたため、装置自体を小型化することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１及び２では、基板１の塗布面１ａを鉛直方向下向きとして、塗布ヘッド４０のノズル開口４１を鉛直方向上向きとしたが、特にこれに限定されず、例えば、塗布ヘッド４０のノズル開口４１を鉛直方向下向きとして、基板１の塗布面１ａを鉛直方向上向きとしてもよい。

また、上述した実施形態１及び２では、保持テーブル２０、２０Ａを面方向に移動させることで、保持テーブル２０、２０Ａと塗布ヘッド４０、加熱手段８０、冷却手段８１及び遮蔽板８２とを塗布面１ａの面方向に相対的に移動させるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、保持テーブル２０、２０Ａを固定して、塗布ヘッド、加熱手段８０、冷却手段８１及び遮蔽板８２を基板１の塗布面１ａの面方向に移動させるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態２では、保持テーブル２０Ａの基板１を保持する面側に半導体冷熱素子９０を設け、この半導体冷熱素子９０を加熱手段及び冷却手段として作用させるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、保持テーブル内に配管を設け、配管内に低温又は高温の液体を流すことで、加熱手段及び冷却手段として作用させるようにしてもよい。なお、低温及び高温の液体としては、例えば、水、オイルなどを用いることができる。また、配管に流す低温及び高温の液体は、バルブ等により切り替えられるようにすればよい。

また、上述した実施形態１では、遮蔽板８２を設けることで、加熱手段８０によって塗布ヘッド４０が塗布中の液体３が加熱されないようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、加熱手段８０が塗布ヘッド４０による塗布中の液体３を加熱しないように、塗布ヘッド４０による塗布中の液体３に影響を及ぼさない程度間隔を空けて設けるようにすれば、遮蔽板８２を設けなくてもよい。また、遮蔽板８２の位置に、さらに冷却手段を設け、塗布ヘッド４０が塗布中の液体３を常に常温に冷却するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態１では、加熱手段８０、冷却手段８１及び遮蔽板８２を基板１の塗布面１ａ側に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、加熱手段、冷却手段及び遮蔽板を保持テーブル２０の基板１とは反対側に設け、保持テーブル２０及び基板１を介して液体３を加熱及び冷却するようにしてもよい。勿論、加熱手段及び遮蔽板を基板１の塗布面１ａ側に設け、冷却手段を保持テーブル２０の基板１とは反対側に設けるようにしてもよく、また、逆に加熱手段及び遮蔽板を保持テーブル２０の基板１とは反対側に設け、冷却手段を基板１の塗布面１ａ側に設けるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態１及び２では、平面状の塗布面１ａを有する基板１を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、レンズ等の曲面の塗布面を有する非平面基板に対しても本発明を実施できることは言うまでもない。

本発明の実施形態１に係る塗布装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る塗布装置の要部断面図である。 本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す塗布装置の要部断面図である。 本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す塗布装置の要部断面図である。 本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す塗布装置の要部断面図である。 本発明の実施形態２に係る塗布装置の断面図である。

符号の説明

１ 基板、１ａ 塗布面、３ 液体、１０ スリットコート式塗布装置、２０ 保持テーブル、４０ 塗布ヘッド、４１ ノズル開口、５０ 貯留手段、８０ 加熱手段、８１ 冷却手段、８２ 遮蔽板、９０ 半導体冷熱素子

Claims (5)

1. 基板を保持する保持テーブルと、前記基板の前記保持テーブルに保持された保持面とは反対側の塗布面に相対向して液体が流出されるスリット状のノズル開口が設けられた塗布ヘッドとを具備し、前記基板と前記塗布ヘッドとを前記塗布面の面方向に相対的に移動させることで、前記基板の前記塗布面に液体を塗布するスリットコート式塗布装置であって、
   前記塗布ヘッドによって前記基板に液体を塗布させながら、当該基板に塗布された直後の液体を加熱する加熱手段を具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
2. 請求項１において、前記加熱手段が、前記基板の塗布面側又は前記保持テーブルの前記基板とは反対側に、前記基板の前記塗布ヘッドによる前記液体の塗布方向とは交差する方向に亘って且つ前記基板の前記塗布方向の一部を加熱するように設けられていると共に、当該加熱手段と前記基板とが前記塗布面の面方向に相対的に移動自在に設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
3. 請求項２において、前記塗布ヘッドと前記加熱手段との間には、当該加熱手段による前記液体の加熱を遮蔽する遮蔽板が設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
4. 請求項１において、前記加熱手段が前記保持テーブルに設けられていると共に、当該加熱手段による前記液体の加熱領域が前記塗布ヘッドの前記基板に対する液体の塗布方向に複数に区画されて選択的に加熱可能に設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記加熱手段によって加熱された液体を冷却する冷却手段を具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置。

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