JP2006192393A - 回転塗布装置および回転塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上の液膜の触媒濃度の均一化を図るとともに、未乾燥部分をなくし、基板全体を確実に乾燥させることができる回転塗布装置及び回転塗布方法を提供する。
【解決手段】
回転塗布装置は、被処理基板１を支持する保持テーブル６と、これを回転するモータ８と、被処理基板１を回転している状態で、被処理基板１中央上方に移動してその表面中央に結晶化促進液である触媒溶液を所定量滴下する液体用ノズル２と、この滴下後に液体用ノズル２に代わって被処理基板１中央上方に移動し、被処理基板１に対し気体１１を吹き付ける気体吹き付け手段４とを備えている。気体吹き付け手段４から、被処理基板１に対し気体１１を吹き付けることにより、被処理基板１上の液膜を中央部分から周辺に向けて強制乾燥させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被処理基板を回転させながら被処理基板表面中央上方に触媒溶液を滴下し、これを被処理基板上に一様に分布させるための回転塗布装置及び回転塗布方法に関する。

例えば、被処理基板上に、非晶質半導体である被処理層が、プラズマＣＶＤ( Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ) 法またはＬＰＣＶＤ( Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ) 法によって１０００〜１５００Å程度の膜厚で形成される半導体装置では、前記被処理層上に酸化液の働きによる酸化膜を形成し、さらに結晶化促進液を酸化膜上に滴下し、これを乾燥させる事によって前記酸化膜上に触媒元素の注入または添加された層を形成する。また、上記のようにして処理された被処理基板を加熱炉に搬送し結晶化が始まる温度、例えば５５０℃以上で加熱して被処理層である非晶質シリコンの結晶化を行い、この非晶質シリコン層を多結晶シリコン層にする。このような多結晶シリコン層を有する被処理基板は、薄膜トランジスタを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置の基板として利用される。

以上の構成において、結晶化促進液を酸化膜上に滴下し、これを乾燥させる工程では、従来、被処理基板上に触媒溶液を滴下して回転させるスピンコート法を採用している。このスピンコート法により、被処理基板の中央に滴下された溶液は、遠心力によって回転半径の外側方向に向かって広がり、被処理基板全面に液膜が形成される。その後、この液膜は被処理基板上で乾燥されることにより被処理基板全面に触媒を滞留させることになる。スピンコートにより被処理基板の周縁部に達した余剰分の溶液は、被処理基板から離脱する。

しかし、被処理基板が角形であって、溶液を被処理基板の回転状態で供給して塗布した場合、内接円の領域内では遠心力によって均一に溶液が伸ばされて広がるが、各角部では周囲の空気と相対速度が大きく、液膜の乾燥が前記内接円の領域内に比べて早くなるので、基板上に乾燥領域の面内分布が生じ、結果的に各角部近傍の析出濃度が前記内接円の領域内に比べて高くなるという問題がある。

このような問題を解決する先行技術として、真空吸着により被処理基板を吸着テーブルに保持し、その上方を蓋で覆って、これらを一緒に同方向に回転する所謂カップ方式の構造が提案されている。このカップ方式では、被処理基板の周囲の空気も同方向に回転するために、回転時において被処理基板表面の空気抵抗が小さくなり、被処理基板上に塗布された余分な溶液が飛散し易くなるとともに、被処理基板上の液膜の乾燥時間が均一化し、基板上に乾燥領域の内面分布が生じにくくなる利点がある。
実開昭６４−４８１７１号公報

上記に示される従来技術では、被処理基板上の触媒の濃度の均一化を図ることは可能であるが、構造が大型化することを避けられず、回転負荷が大きくなるためにモータを含む回転駆動源への負担が大きくなり、消費電力も大きいという問題がある。この問題は、処理基板の大型化が進めば致命的な問題点となり得る。

また、回転時において被処理基板表面の空気抵抗が小さくなることから、基板上に塗布された溶液の乾燥が遅くなり、そのため、処理時間が長く、生産性が悪いという問題がある。

本発明の目的は、基板上の液膜の触媒濃度の均一化を図るとともに、未乾燥部分をなくし、基板全体を確実に乾燥させることができる回転塗布装置及び回転塗布方法を提供することにある。

本発明は、上述の課題を解決するため、
被処理基板表面中央上方に触媒溶液を滴下する滴下手段と、
前記滴下手段により前記被処理基板表面中央上方に触媒溶液を滴下した後に、前記被処理基板表面中央上方に気体を吹き付ける気体ノズルと、
前記触媒溶液の滴下時及び前記気体の吹き付け時において前記被処理基板を回転させる回転手段と、を備え、
前記気体ノズルは、そのノズル開口部に、上下動することにより気体吹き付け方向を被処理基板表面中央部分から周辺に変化させる物体を備えたことを特徴とする。

上記構成により、基板表面中央から気体を吹き付ける強制乾燥により乾燥時間の短縮が可能であり、また、吹き付け方向を中央から周辺に変化させていくことで、乾燥を中央部分から周辺に進行させることが可能となり、基板全体を一方向に乾燥させることができ、全体として基板上の液膜の乾燥時間の差を小さくできることで、触媒濃度の均一化に寄与する。

他の実施態様では、被処理基板表面中央上方に触媒溶液を滴下した後に、前記被処理基板表面に長手方向に設けられた複数個の気体ノズルから気体を吹き付ける細長い形状の気体吹き付け部と、
前記触媒溶液の滴下時に前記被処理基板を回転させ、前記気体の吹き付け時においてその回転を停止する被処理基板回転手段と、
前記気体の吹き付け時において前記気体吹き付け部を回転させる気体吹き付け部回転手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成で、液膜状態にした基板に対し、基板の回転を停止させ、基板上部に位置する前記気体吹き付け部を回転させながら気体を吹き付けることで、基板周辺部は単位領域当たりに吹き付けられる空気の量が中央部に比べて少なくなる。したがってこの構成においても、乾燥を中央部分から周辺に進行させることが可能となり、未乾燥部分をなくすことができる。また、気体を吹き付ける強制乾燥により乾燥時間の短縮が可能であり、全体として基板上の液膜の乾燥時間の差を小さくできる。

また、さらに他の実施態様では、
被処理基板表面中央上方に触媒溶液を滴下した後に、前記被処理基板表面に均一に設けられた複数個の気体ノズルから気体を吹き付ける平面形状の気体吹き付け部と、
前記触媒溶液の滴下時及び前記気体の吹き付け時において前記被処理基板を回転させる回転手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成において、被処理基板が回転している状態では、滴下された触媒溶液に作用する遠心力のため、中央部分が最も液膜が薄くなっている。そこで、平面形状の気体吹き付け部により回転している被処理基板表面に対して気体を吹き付けることで、乾燥が中央部分から周辺に進行させることが可能になり、未乾燥部分をなくすことができる。また、気体を吹き付ける強制乾燥により乾燥時間の短縮が可能であり、全体として基板上の液膜の乾燥時間の差を小さくできる。

本発明の回転塗布装置によれば、基板表面に吹き付けられる気体により触媒溶液の液膜を強制乾燥させるため、乾燥時間を短くすることができ、全体として基板上の液膜の乾燥時間の差を小さくできる。これにより、成膜の触媒濃度の均一化に寄与する。また、乾燥を中央部分から周辺に進行させることができるため、未乾燥部分をなくし、基板全体を確実に乾燥させることができる。

本発明に係る回転塗布装置の概略構造を図１と図２を用いて説明する。

図１は、回転塗布装置の斜視図である。図２は、基板を保持した状態の断面図である。

図１において、回転塗布装置は、液体用ノズル２と、結晶化促進液供給源３と、気体吹き付け手段４と、気体供給源５と、保持テーブル６と、回転軸７と、モータ８と、基板位置決めピン１１と、基板支持ピン１１とから構成されている。

液体用ノズル２は、結晶化促進液である触媒溶液を被処理基板１の表面中央に所定量滴下するためのノズルであり、滴下時には、被処理基板１中央上方に移動する。結晶化促進液供給源３は、液体用ノズル２に触媒溶液を供給するための液体供給源である。気体吹き付け手段４は、被処理基板１に対し気体１１を吹き付けるための手段であり、気体吹き付けの際には、被処理基板１中央上方に移動する。気体供給源５は、気体吹き付け手段４に気体１１を供給するための供給源である。保持テーブル６は、被処理基板１を保持するためのテーブルであり、被処理基板１を水平に保持する。回転軸７は、保持テーブル６を回転させる軸であり、保持テーブル６下側中央部に設けられている。モータ８は、回転軸７を回転させる。基板位置決めピン１２は、保持テーブル上に被処理基板１の位置決めを行うためのピンであり、保持テーブル６上に固定されている。基板支持ピン１３は、被処理基板１底部を支持するためのピンであり、保持テーブル６上に固定されている。

なお、本発明の実施形態で用いられる被処理基板１は、多角形状の基板であり、例えば、正方形、長方形でもよく三角形以上の多角形とする。本実施の形態では、一例として暑さ０．７〜１．０ｍｍの矩形状の被処理基板１を用いる。また、被処理基板１は、例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置基板である。

結晶化促進液体供給源３には滴下される触媒溶液の流量または、滴下速度を調整できる様に可変絞り弁などの流量制御弁が備えられている。

液体用ノズル２と、気体吹き付け手段４の各駆動部には、図示しない制御部により、液体用ノズル２および気体吹き付け手段４を移動させる旨の指示が出され、その指示にした従って、液体用ノズル２と、気体吹き付け手段４が、被処理基板１中心部上方または側部へ移動する。すなわち、触媒溶液の滴下時には、液体用ノズル２が被処理基板１中央上方に移動するように駆動部に制御信号が出力され、気体吹き付け時には、液体用ノズル２が側部へ移動し（退避し）、代わって気体吹き付け手段４が被処理基板１中央上方に移動するように駆動部に制御信号が出力される。

被処理基板１の回転は、回転軸１０を中心に保持テーブル６を図１中の９の方向に回転させる。

上記構成の回転塗布装置は、例えば、連続粒界結晶シリコン（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
Ｇｒａｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ；略称ＣＧＳ）の結晶化工程における触媒析出によって膜を生成するために用いられる。

図２に示すように、被処理基板１は、底部が基板支持ピン１３により支持され、被処理基板１の周囲に配置されている基板位置決めピン１２により位置決めされている。

以下に、異なる気体吹き付け手段を用いた場合のそれぞれの具体的な塗布方法について説明する。

図３、図４は、気体吹き付け手段４の実施例１を示す。

この実施例１は、気体吹き付け手段４としてノズルＡを用いたものであり、ノズル開口部に上下動可能なノズル中心部材２４を備えている。

図３は、ノズル中心部材２４が下方に位置する状態の断面図である。

図４は、ノズル中心部材２４が上方に位置する状態の断面図である。

図３に示すように、ノズルＡは、ノズル本体２０と、吹き付け用気体を導入する気体導入部２１と、ノズル中心部材２４と、ノズル中心部材２４を昇降させるためのノズル中心部材昇降機構２２と、ノズル本体内部と外部を仕切るためのシール部２３とによって構成される。ノズル開口部は略円錐状に形成されており、ノズル中心部材２４は略球状に形成されている。

被処理基板１を保持テーブル６上に置き、被処理基板１を所定の回転数で回転させ、液体用ノズル２を被処理基板１表面中央上方に移動させてから、同ノズル２により、触媒溶液を所定量、被処理基板１表面中央に滴下する。液体用ノズル２を側部に移動させた後、ノズルＡを被処理基板１中央上方に移動させる。この段階で被処理基板１上の溶液は液膜の状態になっていることが望ましい。次に、図３に示すようにノズル中心部材２４が下方に位置した状態で、ノズルＡから被処理基板１に対し気体を吹き付ける。このとき、気体は図３中の符号２５のように流れるため、被処理基板１表面の中心付近に吹き付けられる気体の方が被処理基板１表面の外周部付近に吹き付けられる気体よりも勢いがあり、且つ、その量も多い。このため、液膜の乾燥は中央部分から始まる。中央部分が乾燥したら、図４に示すように、ノズル中心部材昇降機構２２を駆動させ、ノズル中心部材２４を上方に移動させる。これにより、気体は図４中の符号２５のように流れるために、被処理基板１表面で気体が吹き付けられる領域は、被処理基板１の周辺方向に移動する。この方法により、乾燥領域は、内から外側一方向に進行し基板表面全体が確実に乾燥する。このため、各領域での触媒濃度の均一性にも優れる。また、気体の吹き付けにより液膜が強制乾燥するため乾燥時間が短くなる。なお、本実施例では、液膜を外周方向へ押しのける効果があるため乾燥時間の短縮効果が大きい利点がある。

図５〜６は、気体吹き付け手段４の実施例２を示す。

この実施例２は、気体吹き付け手段４として細長い形状の気体吹き付け部Ｂを用いたものであり、気体吹き付け部Ｂには、多数の気体ノズル（以下、ノズル）が形成されている。

図５は、気体吹き付け部Ｂを示す側面図である。

図６は、気体吹き付け部Ｂの底面図であり、図７は、気体吹き付け部Ｂの別の例（底面図）を示す。

気体吹き付け部Ｂは、細長い形状の気体吹き付け部本体３０と、吹き付け用気体が流れる気体用配管部３１と、気体吹き付け部本体３０を回転するためのモータ３２と、気体吹き付け部本体３０の回転を受けるための回転継手３３と、モータ３０の回転力を気体吹き付け部本体３０に伝達する回転軸３４とから構成される。

被処理基板１を保持テーブル６上に置き、被処理基板１を所定の回転数で回転させ、液体用ノズル２を被処理基板１表面中央上方に移動させてから、同ノズル２により、触媒溶液を所定量、被処理基板１表面中央に滴下する。液体用ノズル２を側部に移動させた後、気体吹き付け部Ｂを被処理基板１中央上方に移動させる。この段階では被処理基板１上の溶液は液膜状態になっていることが望ましい。

被処理基板１の回転を止め、次に気体用配管部３１を通じて気体を被処理基板１に吹き付けながら、モータ３２を駆動させる。このとき、回転軸３４を中心に気体吹き付け部本体３０を符号３５の回転方向に回転させる。気体吹き付け部本体３０には、図５、６又は７のように多数の気体ノズル（以下、ノズル）３６が設けられているため、各ノズル３６から一斉に気体が被処理基板１上に吹き付けられる。このとき、気体吹き付け部本体３０が回転しつつ気体が吹き付けられることで、被処理基板１上の回転中心は常に気体が吹き付けられる場所となり、外周に向かうにつれて、吹き付けられる気体の量が減る。

このため、乾燥領域は、内から外側に進行し、液膜が一方向に乾燥する。また、気体の吹き付けにより液膜が強制乾燥するため乾燥時間が短くなる。このため、各領域での触媒濃度の均一性にも優れる。

なお、本実施例において、被処理基板１の回転方向は、図５のように反時計回りに回転させても、時計回りに回転させても構わない。

また、気体吹き付け部本体３０の長さは、被処理基板１の対角線の長さ以上に設定するのが望ましい。また、気体吹き付け部本体３０底面に形成されているノズル３６は、図６のように均等ピッチで配置しても良いし、図７のように不均等ピッチ（ピッチ間隔が、外周部付近よりも中心部付近の方が大きい）で配置しても良い。図７のような不均等ピッチにすることで、周辺領域の気体吹き付け量と中央部付近の気体吹き付け量が近似してくるので、各領域の乾燥時間差がより小さくなり触媒濃度の均一化に効果がある。

図８、９は、気体吹き付け手段４の実施例３を示す。

この実施例３は、気体吹き付け手段４として円平面形状の気体吹き付け部Ｃを用いたものであり、気体吹き付け部Ｃには、その表面に多数の気体ノズル（以下、ノズル）が均一に形成されている。

図８は、気体吹き付け部Ｃを示す斜視図である。

図９は、気体吹き付け部Ｃの底面図である。

図８に示すように、気体吹き付け部Ｃは、底面に多数のノズル３７が均一に形成されている気体吹き付け部Ｃ本体４０と、吹き付け用気体が流れる気体用配管４１と、気体吹き付け部Ｃを上昇させる気体吹き付け部上昇機構４２と、から構成されている。

被処理基板１を保持テーブル６上に置き、被処理基板１を所定の回転数で回転させ、液体用ノズル２を被処理基板１表面中央上方に移動させてから、同ノズル２により、触媒溶液を所定量、被処理基板１表面中央に滴下する。液体用ノズル２を側部に移動させた後、気体吹き付け部Ｃを被処理基板１中央上方に移動させる。この段階では被処理基板１上の溶液は液膜状態になっていることが望ましい。

気体吹き付け部Ｃで、被処理基板１を覆った状態で、被処理基板１を回転させながら、気体用配管部４１を通じて気体を被処理基板１に吹き付ける。被処理基板１は、回転しているため、被処理基板１上の液膜には厚さの分布が存在し、中心部が最も液膜の厚さが薄い領域となる。このとき、気体吹き付け部Ｃ本体４０が被処理基板１を覆っているため、被処理基板１表面には多数のノズル３７から同時に気体が吹き付けられ、乾燥は中心から始まり、外周方向に進行する。

本実施例においても、乾燥領域は、内から外側一方向に進行し、液膜のまま残留する箇所がなくなって基板表面全体が確実に乾燥する。また、気体の吹き付けにより液膜が強制乾燥するため乾燥時間が短くなる。このため、各領域での触媒濃度の均一性にも優れる。

なお、気体吹き付け部Ｃは、被処理基板表面１と平行な平面形状であり、本実施例では、気体吹き付け部Ｃの面積として、被処理基板１の外接円の大きさのものを用いている。しかし、それ以上の大きさのものでも構わない。

また、ノズル３７は、図９に示す同心円状のパターンのものを用いたが、これ以外の均一なパターンを採用しても良い。

また、気体吹き付け部Ｃとして、被処理基板１表面と平行な円平面形状のものを用いたが、被処理基板１表面と平行な矩形平面形状のものを用いてもよい。

本発明に係る回転塗布装置の概略構成を示す図である。 被処理基板を保持した状態を示す図である。 気体吹き付け部Ａの中心部材が下方に位置する状態を示す断面図である。 気体吹き付け部Ａの中心部材が上方に位置する状態を示す断面図である。 気体吹き付け部Ｂを示す斜視図である。 気体吹き付け部Ｂのノズルが均等ピッチに配置されている場合の底面図である。 気体吹き付け部Ｂのノズルのピッチの幅が、外周部付近よりも中心部付近の方が、大きい間隔で配置されている場合の底面図である。 気体吹き付け部Ｃを示す斜視図である。 気体吹き付け部Ｃの底面図である。

符号の説明

１−被処理基板
２−液体用ノズル
３−結晶化促進液体供給源
４−気体吹き付け手段
５−気体供給源
６−保持テーブル
２０−気体吹き付け部Ａ本体
２４−ノズル中心部材

Claims (11)

1. 被処理基板表面中央に触媒溶液を滴下する滴下手段と、
   前記滴下手段により前記被処理基板表面中央に触媒溶液を滴下した後に、前記被処理基板表面中央上方に気体を吹き付ける気体ノズルと、
   前記触媒溶液の滴下時及び前記気体の吹き付け時において前記被処理基板を回転させる回転手段と、を備え、
   前記気体ノズルは、そのノズル開口部に、上下動することにより気体吹き付け方向を被処理基板表面中央部分から周辺に変化させる物体を備えたことを特徴とする回転塗布装置。
2. 被処理基板表面中央に触媒溶液を滴下する滴下手段と、
   前記滴下手段により前記被処理基板表面中央に触媒溶液を滴下した後に、前記被処理基板表面に長手方向に設けられた複数個の気体ノズルから気体を吹き付ける細長い形状の気体吹き付け部と、
   前記触媒溶液の滴下時に前記被処理基板を回転させ、前記気体の吹き付け時においてその回転を停止する被処理基板回転手段と、
   前記気体の吹き付け時において前記気体吹き付け部を回転させる気体吹き付け部回転手段と、を備えたことを特徴とする回転塗布装置。
3. 前記複数個の気体ノズルの配置ピッチが均等である請求項２記載の回転塗布装置。
4. 前記複数個の気体ノズルの配置ピッチが不均等である請求項２記載の回転塗布装置。
5. 前記被処理基板回転手段は、滴下された触媒溶液の余剰分を振り切ってから前記被処理基板の回転を停止する、請求項２〜４のいずれかに記載の回転塗布装置。
6. 被処理基板表面中央に触媒溶液を滴下する滴下手段と、
   前記滴下手段により前記被処理基板表面中央に触媒溶液を滴下した後に、前記被処理基板表面に均一に設けられた複数個の気体ノズルから気体を吹き付ける平面形状の気体吹き付け部と、
   前記触媒溶液の滴下時及び前記気体の吹き付け時において前記被処理基板を回転させる回転手段と、を備えたことを特徴とする回転塗布装置。
7. 前記気体吹き付け部は、円平面形状である請求項６記載の回転塗布装置。
8. 前記気体吹き付け部は、矩形平面形状である請求項６記載の回転塗布装置。
9. 被処理基板表面中央上方に滴下手段を移動して被処理基板を回転させながら触媒溶液を滴下し、
   前記滴下手段により前記被処理基板表面中央に触媒溶液を滴下した後に、該滴下手段を退避させ、さらに、前記被処理基板表面中央上方に気体ノズルを移動させ、
   次いで、前記気体ノズルから気体を吹き付けるとともに、そのノズル開口部に設けられている物体を上下動させて気体吹き付け方向を被処理基板表面中央部分から外周方向に同心円状に変化させていくことを特徴とする回転塗布方法。
10. 被処理基板表面中央上方に滴下手段を移動して被処理基板を回転させながら触媒溶液を滴下し、
    前記滴下手段により前記被処理基板表面中央上方に触媒溶液を滴下した後に、該滴下手段を退避させ、さらに、前記被処理基板表面中央上方に複数個の気体ノズルが長手方向に設けられた細長い形状の気体吹き付け部を移動させ、
    次いで、前記被処理基板の回転を停止させるとともに前記気体吹き付け部を回転させ、
    前記気体吹き付け部の各気体ノズルから前記被処理基板表面に気体を吹き付けることを特徴とする回転塗布方法。
11. 被処理基板表面中央上方に滴下手段を移動して被処理基板を回転させながら触媒溶液を滴下し、
    前記滴下手段により前記被処理基板表面中央上方に触媒溶液を滴下した後に、該滴下手段を退避させ、さらに、前記被処理基板表面中央上方に複数個の気体ノズルが均一に設けられた平面形状の気体吹き付け部を移動させ、
    次いで、前記気体吹き付け部の各気体ノズルから前記被処理基板表面に気体を吹き付けることを特徴とする回転塗布方法。

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