JP2009172556A - スリットコート式塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

スリットコート式塗布装置及び塗布方法 Download PDF

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Abstract

【課題】比較的低コストで実現でき、均一な膜厚の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及び塗布方法を提供する。
【解決手段】鉛直方向下側の面に基板１を保持する保持テーブル２０と、保持テーブル２０に保持された基板１の表面に相対向して配置され所定の塗布溶液２が貯留された第１の液槽３０と、第１の液槽３０内に鉛直方向移動可能に保持され第１の液槽３０内に貯留された塗布溶液を基板１の表面に向かって流出するスリット状のノズル４１を有する塗布ヘッド４０と、鉛直方向移動可能に支持され第１の液槽３０に連通パイプ６０を介して連通する塗布溶液２が貯留された第２の液槽５０とを有すると共に、基板１に塗布溶液２を塗布する際の塗布ヘッド４０の移動に応じて第２の液槽５０の高さを制御する高さ制御手段を具備する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノズルの先端から所定の塗布溶液を流出して基板表面に塗布膜を形成するスリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布装置を用いた塗布方法に関する。
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所定の塗布溶液（溶剤）を塗布する塗布装置としては、例えば、毛細管現象により塗布ヘッドのノズルの先端から塗布溶液を流出させて、基板表面に塗布溶液を塗布するものがある。具体的には、例えば、塗工液が貯留された貯留容器内に口金ノズルを配し、毛細管現象により口金ノズルの先端から塗工液を流出させて被塗工物の表面に塗工液を塗布するものがある（特許文献１参照）。
特開２００３−１６４７９５号公報
このような塗布装置では、基板に塗布溶液を塗布する際、ノズルを有する塗布ヘッド（口金ノズル）を上下方向に移動させる必要があるが、このような塗布ヘッドの移動に伴って液槽（貯留容器）内の塗布溶液の液面が上昇又は下降して圧力変化が生じる。この圧力変化によってノズルからの塗布溶液の流出量が変化し、基板表面に塗布膜を均一な厚さで形成することができないという問題がある。例えば、塗布ヘッドを下降させることで液槽内の塗布溶液の液面が上昇し、それに伴う圧力変化によって塗布溶液の流出量が一時的に増加して基板に形成される塗布膜の厚さが部分的に厚くなってしまうという問題がある。また、例えば、塗布溶液の流出量が増加したときに気泡を巻き込んでしまい塗布膜にピンホールが形成されてしまう虞もある。
このような問題は、例えば、サックバックバルブやポンプ等を設けて液槽内の塗布溶液の液面高さ（量）を適宜制御することで防止することはできるが、装置が複雑になり大幅なコストアップに繋がってしまう。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、比較的低コストで実現でき、均一な膜厚の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及び塗布方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明は、鉛直方向下側の面に基板を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向して配置され所定の塗布溶液が貯留された第１の液槽と、該第１の液槽内に鉛直方向移動可能に保持され当該第１の液槽内に貯留された前記塗布溶液を前記基板の表面に向かって流出するスリット状のノズルを有する塗布ヘッドと、鉛直方向移動可能に支持され前記第１の液槽に連通パイプを介して連通する前記塗布溶液が貯留された第２の液槽とを有すると共に、前記基板に前記塗布溶液を塗布する際の前記塗布ヘッドの移動に応じて前記第２の液槽の高さを制御する高さ制御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。
かかる本発明のスリットコート式塗布装置では、塗布ヘッドの移動に応じて第２の液槽の高さを制御することで、塗布ヘッドの移動に伴う第１の液槽内の圧力変化を抑えている。すなわち、第２の液槽の高さを制御し、第１の液槽内から塗布溶液を流出、或いは第１の液槽内に塗布溶液を流入させることで、第１の液槽内の圧力変化を抑えている。これにより、ノズルからの塗布溶液の流出量の変化が防止され、基板表面に塗布膜を均一な厚さで形成することができる。
ここで、前記高さ制御手段は、前記第１の液槽内の前記塗布溶液の液面の高さに応じて前記第２の液槽の高さをさらに制御することが好ましい。これにより、第１の液槽内の圧力変化をさらに確実に抑えることができる。例えば、基板に塗布溶液を塗布することに伴う第１の液槽内の塗布溶液の減少によっても圧力変化は生じるが、第１の液槽内の塗布溶液の減少に応じて第２の液槽を上昇させることで、第２の液槽から第１の液槽に塗布溶液が流れ込み、第１の液槽内には所定量の塗布溶液が確保される。これにより、第１の液槽内の圧力変化が抑えられる。
また前記連通パイプは、前記塗布溶液の粘度の影響を受けて当該連通パイプ内の前記塗布溶液の流れを妨げない程度の太さを有することが好ましい。これにより、塗布溶液の流出入がスムーズに行われ、第１の液槽の圧力変化が確実に抑えられる。
また前記第２の液槽は、当該第２の液槽の移動に伴う振動が前記第１の液槽に伝搬しないように配設されていることが好ましい。これにより、第１の液槽に振動が加わることによる第１の液槽内の圧力変化も防止することができる。
さらに本発明は、鉛直方向下側の面に基板を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向して配置され所定の塗布溶液が貯留された第１の液槽と、該第１の液槽内に鉛直方向移動可能に保持され当該第１の液槽内に貯留された前記塗布溶液を前記基板の表面に向かって流出するスリット状のノズルを有する塗布ヘッドと、鉛直方向移動可能に支持され前記第１の液槽に連通パイプを介して連通する前記塗布溶液が貯留された第２の液槽とを有するスリットコート式塗布装置を用いた塗布方法であって、前記基板に前記塗布溶液を塗布する際の前記塗布ヘッドの移動に応じて前記第２の液槽の高さを制御することで、前記ノズルからの前記塗布溶液の流出量を調整したことを特徴とする塗布方法にある。
かかる本発明の塗布方法では、塗布ヘッドの移動に応じて第２の液槽の高さを制御し塗布ヘッドの移動に伴う第１の液槽内の圧力変化を抑えることで、ノズルからの塗布溶液の流出量が略一定となるように調整している。これにより、基板表面に塗布膜を均一な厚さで形成することができる。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態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概略構成を示す断面図である。図示するように、本実施形態に係るスリットコート式塗布装置１０は、例えば、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側に設けられて塗布溶液２が貯留される第１の液槽３０と、この第１の液槽３０内に配される塗布ヘッド４０と、第１の液槽３０と同様に塗布溶液２が貯留される第２の液槽５０とを具備する。なお、これら保持テーブル２０、塗布ヘッド４０が配された第１の液槽３０及び第２の液槽５０は、図示しない密封された装置本体内に配置されている。
保持テーブル２０は、鉛直方向下側の面に、基板１をその表面が鉛直方向下向きとなるように保持する構成となっている。この保持テーブル２０による基板１の保持方法は、特に限定されないが、例えば、真空ポンプ等の吸引による方法が挙げられる。また保持テーブル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の面内方向で移動自在に設けられている。
第１の液槽３０は、塗布ヘッド４０が内部に配された状態で所定量の塗布溶液２を貯留可能な容積を有し、その上面には塗布ヘッド４０の先端部が露出される開口部３１が設けられている。また第１の液槽３０は、図示しないが、支持機構により鉛直方向移動可能に支持されている。
なおこの第１の液槽３０には、第１の液槽３０内に塗布溶液２を供給するための供給パイプ３２と、塗布溶液２を排出するための排出パイプ３３が接続されている。供給パイプ３２には、図示しないがポンプ等の送液手段を介して塗布溶液２が備蓄される備蓄タンクに接続されており、所定のタイミングでこの備蓄タンクから塗布溶液が補充されるようになっている。一方、排出パイプ３３には、図示しないがバルブ等の開閉手段が設けられており、必要に応じてこの開閉手段を開放することで、第１の液槽３０内の塗布溶液２が排出パイプ３３から外部に排出されるようになっている。
塗布ヘッド４０は、厚さ方向に貫通するスリット状のノズル４１が設けられており、このノズル４１が鉛直方向上側に向かって開口するように第１の液槽内に支持されている。
そして、第１の液槽３０内の塗布溶液２が、毛細管現象によって塗布ヘッド４０の下端側からノズル４１内に流れ込み、第１の液槽３０内の圧力に応じて、塗布ヘッド４０の先端面４０ａ（ノズル４１の上端側の開口）から所定量の塗布溶液２が突出する。この塗布ヘッド４０は、図示しないが鉛直方向移動可能に第１の液槽３０に支持されている。つまり、塗布ヘッド４０は、第１の液槽３０の移動に伴って移動すると共に、第１の液槽３０とは独立して鉛直方向移動可能に設けられている。
そして、このような塗布ヘッド４０を、例えば、塗布溶液２の動粘度、塗布溶液２の基板１に対する濡れ性、基板１に塗布する塗布溶液２の厚さ（塗布膜の厚さ）等を考慮して適宜移動させ、後述するように塗布ヘッド４０の先端と基板１の表面との間隔を調整することで、基板１の表面に均一な膜厚の塗布膜を形成する。
第２の液槽５０は、第１の液槽３０と同様に塗布溶液２が貯留されており、連通パイプ６０を介して第１の液槽３０に接続されている。つまり、第１の液槽３０と第２の液槽５０との間では、連通パイプ６０を介して塗布溶液２の移動が常に可能な状態となっている。したがって、第１の液槽３０内の塗布溶液２の液面と第２の液槽５０内の塗布溶液の液面とは、基本的には同一高さとなっている。
そして、詳しくは後述するが、本発明のスリットコート式塗布装置１０では、この第２の液槽５０の高さ、つまり第２の液槽５０内の塗布溶液２の塗布面の高さを、塗布ヘッド４０の移動に応じて適宜制御している（高さ制御手段）。すなわち、第２の液槽５０の高さを制御して第２の液槽５０の移動による第１の液槽３０内の圧力変化を抑えることで、塗布ヘッド４０のノズル４１から流出する塗布溶液２の量を適宜調整している。
このため第２の液槽５０の容積は、比較的大きいことが好ましく、少なくとも第１の液槽の容積よりも大きいことが望ましい。これにより、第２の液槽５０の移動による第１の液槽３０内の圧力変化を比較的容易に抑えることができる。
また、第１の液槽３０内の圧力変化は、振動によっても変化する場合がある。このため第２の液槽５０は、例えば、第１の液槽３０から可及的に離れた位置に、第２の液槽５０の移動に伴う振動が第１の液槽３０に伝搬しないように配設されていることが好ましい。
以下、このようなスリットコート式塗布装置を用いた塗布方法について説明する。なお、図３及び図４は、スリットコート式塗布装置の動作を示す概略図である。
まず図３（ａ）に示すように、保持テーブル２０の下面に基板１を固定し、塗布ヘッド４０の先端面４０ａと基板１の表面との間隔ｄ１が所定の間隔となるように、第１の液槽５０を上昇させる。このとき、塗布ヘッド４０は第１の液槽３０に固定されており、第１の液槽３０に対する塗布ヘッド４０の高さは、先端面４０ａから所定量の塗布溶液２が突出されるように調整されている。
また第１の液槽３０と同時に第２の液槽５０を上昇させる。すなわち、第１の液槽３０内の塗布溶液２の液面と、第２の液槽５０内の塗布溶液２の液面との高さを一致させた状態で、第１の液槽３０内の塗布溶液２の液面高さｈ１を変化させることなく、第１及び第２の液槽３０，５０を上昇させる。これにより、塗布ヘッド４０の先端面４０ａに突出する塗布溶液の高さｈ２が一定に保持される。
なお本実施形態では、第１の液槽３０を鉛直方向に上昇させることで、塗布ヘッド４０の先端面４０ａと基板１の表面との間隔を調整しているが、勿論、第１の液槽３０を固定したまま、保持テーブル２０を鉛直方向に下降させるようにしてもよい。
次に、塗布ヘッド４０の先端面４０ａから塗布溶液２を突出させた状態で、図３（ｂ）に示すように、塗布ヘッド４０のみを上昇させて塗布溶液２を基板１の表面に接触させる。塗布ヘッド４０の上昇に伴って塗布溶液２の液面高さｈ２が若干減少することがあるため、塗布ヘッド４０の先端面４０ａと基板１の表面との間隔ｄ１が、塗布溶液２の液面高さｈ２の半分程度の間隔となるまで、塗布ヘッド４０を上昇させることが好ましい。
例えば、塗布ヘッド４０の先端面４０ａから突出する塗布溶液２の液面高さｈ２が２０μｍ程度である場合（図３（ａ））、塗布ヘッド４０の先端面４０ａと基板１の表面との間隔ｄ１が１０μｍ程度となるように塗布ヘッド４０を上昇させることが好ましい。これにより、塗布溶液２を基板１の表面に確実に接触させることができる。
次に、図４（ａ）に示すように、塗布ヘッド４０を下降させて塗布ヘッド４０の先端面４０ａと基板１の表面との間隔ｄ１を調整する。すなわち、基板１の表面に形成する塗布膜の厚さに応じて塗布ヘッド４０と基板１の表面との間隔ｄ１を調整する。例えば、１６００００Åの厚さの塗布膜を形成する場合、塗布ヘッド４０を下降させて、塗布ヘッド４０の先端面４０ａと基板１の表面との間隔が１８０μｍ程度になるように調整する。
次いで、このように間隔ｄ１を調整した状態で、図４（ｂ）に示すように、保持テーブル２０を基板１の面方向（水平方向）に直線移動させることで、基板１の表面への塗布溶液２の塗布が開始される。すなわち基板１の表面に対する塗布膜３の形成が開始される。そして、保持テーブル２０の移動に伴って、塗布溶液２が塗布ヘッド４０のノズル４１から連続的に流出し、基板１の全面に塗布膜３が形成される。
ここで、上述したように塗布ヘッド４０を下降させると（図４（ａ））、この塗布ヘッド４０が第１の液槽３０の塗布溶液２内に沈み込むことで、第１の液槽３０内に圧力変化が生じる。すなわち、第１の液槽３０内の圧力が上昇して塗布ヘッド４０のノズル４１内に流入する塗布溶液２の量が増加してしまう。
このため、上述したように塗布ヘッド４０を下降させた後、保持テーブル２０を移動させて塗布溶液２の塗布を開始すると（図４（ｂ））、基板１の表面に形成される塗布膜３の厚さが部分的に厚くなってしまう虞がある。なおこのような膜厚の変化は、塗布溶液２の粘度等の条件によっても異なるが、塗布開始後暫くして発生する。
このような塗布膜３の膜厚変化を防止するために、本発明では、塗布ヘッド４０の下降させる際（図４（ａ））、塗布ヘッド４０の下降に応じて第２の液槽５０を同時に下降させることで、第１の液槽３０内の圧力（第１の液槽３０内の塗布溶液２の液面高さ）の上昇を防止している。これにより、塗布ヘッド４０のノズル４１内に流入する塗布溶液２の増加を防止することができる。つまり塗布ヘッド４０の先端面４０ａから流出する塗布溶液２の増加を防止することができる。よって、基板１の表面に、均一な膜厚で塗布膜３を形成することができる。
また、このように第２の液槽５０を設けて、この第２の液槽５０の高さを適宜制御することで、塗布膜３の膜厚を均一化できる塗布装置を、例えば、サックバックバルブ等を設けるのに比べて比較的安価で実現することができる。
なお本実施形態では、第２の液槽５０の高さを、塗布ヘッド４０の移動に応じて制御するようにしたが、さらに第１の液槽３０内の塗布溶液２の液面高さｈ１に応じて制御するようにしてもよい。
例えば、基板１の表面に塗布膜３が形成されていくにつれて、第１の液槽３０に貯留されている塗布溶液２の量は減少する。ただし、本発明のスリットコート式塗布装置１０では、第１の液槽３０内の塗布溶液２の減少に伴って第２の液槽５０から第１の液槽３０に塗布溶液２が補充されるため、減少量はそれほど多くはない。しかしながら、第２の液槽５０から塗布溶液２が補充されたとしても第１の液槽３０内の塗布溶液２は徐々に減少し、第１の液槽３０内の圧力も徐々に減少することになる。このとき、塗布溶液２の動粘度、塗布溶液２の基板１に対する濡れ性等の条件にもよるが、第１の液槽３０内の圧力の減少に伴って塗布ヘッド４０のノズル４１から流出する塗布溶液２の量も徐々に減少することが考えられる。
このため、第１の液槽３０内の塗布溶液２の量（液面高さｈ１）に応じて、第２の液槽の高さをさらに制御するようにしてもよい。具体的には、保持テーブル２０を移動させて塗布溶液２の塗布を開始した後、図４（ｂ）中に矢印で示すように、第１の液槽３０内の塗布溶液２の量（液面高さ）の低下に伴って、第２の液槽５０を上昇させるようにしてもよい。これにより、第２の液槽５０から第１の液槽３０内に塗布溶液２が流入して、第１の液槽３０内の塗布溶液２の液面高さの低下が抑えられ、塗布ヘッド４０のノズル４１からは、常に略一定の量の塗布溶液２が流出する。したがって、均一な膜厚の塗布膜３を基板１の表面に良好に形成することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なことは言うまでもない。
一実施形態の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る。 一実施形態のスリットコート式塗布装置の概略構成を示す断面図である。 一実施形態の塗布方法を示す概略図である。 一実施形態の塗布方法を示す概略図である。
符号の説明
１ 基板、 ２ 塗布溶液、 ３ 塗布膜、 １０ スリットコート式塗布装置、 ２０ 保持テーブル、 ３０ 第１の液槽、 ４０ 塗布ヘッド、 ４１ ノズル、 ５０ 第２の液槽、 ６０ 連通パイプ

Claims (5)

  1. 鉛直方向下側の面に基板を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向して配置され所定の塗布溶液が貯留された第１の液槽と、該第１の液槽内に鉛直方向移動可能に保持され当該第１の液槽内に貯留された前記塗布溶液を前記基板の表面に向かって流出するスリット状のノズルを有する塗布ヘッドと、鉛直方向移動可能に支持され前記第１の液槽に連通パイプを介して連通する前記塗布溶液が貯留された第２の液槽とを有すると共に、
    前記基板に前記塗布溶液を塗布する際の前記塗布ヘッドの移動に応じて前記第２の液槽の高さを制御する高さ制御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. 前記高さ制御手段は、前記第１の液槽内の前記塗布溶液の液面の高さに応じて前記第２の液槽の高さをさらに制御することを特徴とする請求項１に記載のスリットコート式塗布装置。
  3. 前記連通パイプは、前記塗布溶液の粘度の影響を受けて当該連通パイプ内の前記塗布溶液の流れを妨げない程度の太さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のスリットコート式塗布装置。
  4. 前記第２の液槽は、当該第２の液槽の移動に伴う振動が前記第１の液槽に伝搬しないように配設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のスリットコート式塗布装置。
  5. 鉛直方向下側の面に基板を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向して配置され所定の塗布溶液が貯留された第１の液槽と、該第１の液槽内に鉛直方向移動可能に保持され当該第１の液槽内に貯留された前記塗布溶液を前記基板の表面に向かって流出するスリット状のノズルを有する塗布ヘッドと、鉛直方向移動可能に支持され前記第１の液槽に連通パイプを介して連通する前記塗布溶液が貯留された第２の液槽とを有するスリットコート式塗布装置を用いた塗布方法であって、
    前記基板に前記塗布溶液を塗布する際の前記塗布ヘッドの移動に応じて前記第２の液槽の高さを制御することで、前記ノズルからの前記塗布溶液の流出量を調整したことを特徴とする塗布方法。
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