JP2010194515A - 塗布方法及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液面の位置を正確に検出して、高品質な塗膜を形成することができるスリットコート式の塗布方法及び塗布装置を提供する。
【解決手段】液槽に貯留された塗布液をノズルから流出させると共に当該ノズルと基板を前記基板の塗布面の面方向に相対移動させて塗布液を基板に塗布する塗布方法において、前記液槽の液面７７に対して鉛直方向下方から検査光７６を照射して液面７７からの反射光７８を受光して反射光７８の受光位置から液面７７の位置を検出する際に、前記検査光７６が透過する第１透過部７４及び前記反射光７８が透過する第２透過部７５の少なくとも何れか一方を前記液面７７に対して傾斜させて液面７７の位置を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズルの先端から所定の塗布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の塗布方法及び塗布装置に関する。

半導体ウェハー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、高品質の塗膜を均一に形成するためには、ノズルを有する塗布ヘッド（口金ノズル）に貯留される塗布溶液の量を正確に把握する必要があるが、フロートなどの液面検出装置を配置するスペースはなく、また、液面の上方に近接して基板や基板の搬送装置が配置されているので液面検出センサーを配置することはできない。

よって、液面の鉛直方向下方からレーザー光を用いて液面を非接触で検出する必要があるが、乱反射等の影響により液面の位置を正確に把握することができないという問題がある。

このような問題は、液面の下方からレーザー光を用いて液面の位置を検出する際に同様に発生するものである。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、液面の位置を正確に検出して、高品質な塗膜を形成することができるスリットコート式の塗布方法及び塗布装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明は、液槽に貯留された塗布液をノズルから流出させると共に当該ノズルと基板を前記基板の塗布面の面方向に相対移動させて塗布液を基板に塗布する塗布方法において、前記液槽の液面に対して鉛直方向下方から検査光を照射して液面からの反射光を受光して反射光の受光位置から液面の位置を検出する際に、前記検査光が透過する第１透過部及び前記反射光が透過する第２透過部の少なくとも何れか一方を前記液面に対して傾斜させて液面の位置を検出する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、検査光が透過する第１透過部及び反射光が透過する第２透過部の少なくとも何れか一方を液面に対して傾斜させているので、検査光や反射光の透過部での乱反射が低減され、液面の位置を正確に把握することができる。

ここで、前記傾斜は、前記液面と平行な面から前記検査光又は前記反射光と直交する面方向への傾斜であるのが好ましい。これによると、検査光又は反射光が第１透過部又は第２透過部を透過する際に乱反射し難くなり、乱反射が低減される。

また、前記検査光を前記第１透過部に対して直交するように照射し、前記反射光を前記第２透過部に直交して透過させるのが好ましい。これにより、検査光が第１透過部を透過する際に乱反射が生じ難くなり、また、反射光が第２透過部を透過する際に乱反射が生じ難くなるので、乱反射に起因した信号が検出されなくなり、液面をより正確に検出できる。

また、前記基板の塗布面が、当該基板の鉛直方向下側の面であるのが好ましい。これにより、基板が液槽の上方に近接して配置されていても、液面の位置を正確に検出することができる。

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液が貯留された液槽と、該液槽内に貯留された前記塗布液を前記基板の表面に向かって流出するノズルを有する塗布ヘッドとを具備し、前記保持テーブルと前記塗布ヘッドを前記基板の塗布面の面方向に相対移動させて前記基板に塗布する塗布装置において、前記液槽の液面に対して鉛直方向下方から検査光を照射して液面からの反射光を受光して反射光の受光位置から液面の位置を検出する液面検出手段を具備し、前記検査光が透過する第１透過部及び前記反射光が透過する第２透過部の少なくとも何れか一方が前記液面に対して傾斜していることを特徴とする塗布装置にある。
かかる本発明の塗布装置では、検査光が透過する第１透過部及び反射光が透過する第２透過部の少なくとも何れか一方を液面に対して傾斜させている液面検出手段を具備するので、検査光や反射光の透過部での乱反射が低減され、液面の位置を正確に把握することができる。

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。 一実施形態の液面検出の結果の一例を示す模式図である。 一実施形態の液面検出の結果の比較例を示す模式図である。 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。

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、シリコンウェハー、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ー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２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３０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２の液面とは、基本的には同一高さとなっている。

ここで、第１の液槽３０には、その内部に貯留された塗布溶液２の液面の高さを検出するために、液面検出部７０が設けられている。

液面検出部７０は、第１の液槽３０に隣接して液面検出用の補助槽７１を具備し、第１の液槽３０と補助槽７１とは、両者が同一液面となるように連通部７２で連通されている。よって、補助槽７１の液面は、第１の液槽３０の液面であり、請求項での液槽の液面に相当する。

補助槽７１の下側には、レーザー光からなる検査光を液面に向かって照射して液面からの反射光を受光して反射光の受光位置から液面の位置を検出する検出センサー７３が設けられており、補助槽７１の底部には検出センサー７３からの検出光を透過させるための第１透過部７４と反射光を透過させるための第２透過部７５とが設けられている。

ここで、液面検出部７０の図２の断面に直交する断面を図３に示す。図３に示すように、透明部材からなる第１透過部７４及び第２透過部７５は、それぞれ検査光７６及び検査光７６の液面７７での反射光７８と直交又は略直交するように傾斜している。すなわち、検査光７６は、液面７７に対して傾斜して照射されるが、第１透過部７４は、液面７７と平行な面に対して傾斜して検査光７６に対して直交する面となっている。これにより、透過部が液面７７と平行な面の場合と比較して検査光７６の第１透過部７４を透過する際の乱反射光がほぼ排除される。ここで、乱反射光とは、透過の際に透過部により屈折された光なども含むものであり、検査光７６が１本のレーザー光として液面７７に到達することになる。

なお、第１透過部７４が液面７７と平行な面から傾斜すれば、特に、検査光７６と直交する方向に傾斜すれば、検査光７６と正確に直交しなくても、同様な効果が得られることになり、本発明は、第１透過部７４が検査光７６と正確に直交していない場合も含むものである。また、傾斜の程度は、検査光７６の入射角と同程度となるのが好ましいが、だいたい２０°以下の範囲で設定される。

また、第２透過部７５の傾斜に関しても第１透過部７４と同様であり、反射光７８に対して直交するようになっている。すなわち、反射光７８は液面７７に対して傾斜して反射されるが、第２透過部７５は、液面７７と平行な面に対して傾斜して反射光７８に対して直交する面となっている。これにより、透過部が液面７７と平行な面の場合と比較して反射光７８の第２透過部７５を透過する際の乱反射光がほぼ排除される。ここで、乱反射光とは、透過の際に透過部により屈折された光なども含むものであり、１本の反射光７８であればそのまま検出センサー７３に受光されることになる。

かかる液面検出部７０では、検出センサー７３からレーザー光からなる検査光７６を照射し、液面７７からの反射光７８の受光位置から液面７７の位置を検出するが、反射光７８が理想的には１本になり、すなわち、本来の反射光７８とは別の擬似的な光の受光が排除されるので、液面７７の位置をより正確に検出することができる。

このような液面検出は、以下で説明するような塗布工程を行う前の塗布溶液２の補充の際や塗布工程での液面高さ調整などの際に行うものである。

ここで、上述したように、第１の液槽３０内に備蓄タンクから塗布溶液２を補充する際に、液面高さを検出した結果を図４に示す。図４（ａ）は、補充開始時の液面高さを示すものであり、図４（ｂ）は補充途中の液面高さ、図４（ｃ）は補充終了間際の液面高さである。図４は間欠的にピークを示したが、実際には連続的に測定されるものであり、（ａ）から（ｃ）まででの液面の移動は約１ｍｍ程度であるが、図示のようにピークが１つとして検出され、液面高さが正確に把握できるものである。

これに対し、第１透過部及び第２透過部を液面と平行にした場合の測定結果の例を図５に示す。図５は、補充の途中でピークが乱れた状態を示している。このように、液面位置を示すピークが複数検出されてしまい、液面７７の位置を正確に把握できなくなり、塗布溶液２が溢れてしまうなどの不都合が生じる。

このように、本実施形態では、第１透過部７４及び第２透過部７５をそれぞれ検査光７６及び反射光７８と略直交するように傾斜させることにより、液面７７の位置を正確に把握することができるが、第１透過部７４及び第２透過部７５の何れか一方を傾斜させて他方を液面７７と平行としても、正確さは多少劣るものの、同様な効果が得られる。また、このように一方のみを傾斜させる場合には、上述した作用効果を考慮すると、第１透過部７４を傾斜させるのが効果が顕著となると予想される。

また、本実施形態では、第１の液槽３０に隣接して補助槽７１を設けたが、スペースが許せば、第１の液槽３０に直接、透過部７４，７５や検出センサー７３を設けてもよい。また、補助槽７１を設けたとしても、連通部７２の構成も上述したものに限定されず、例えば、隔壁全体が連通していてもよい。

さらに、本実施形態では、第１の液槽３０の液面検出のための液面検出部７０を説明したが、これに追加して又はこれに代わって第２の液槽５０の液面を検出する液面検出部を設けてもよいことはいうまでもない。

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６及び図７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６（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３０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６（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６（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７（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７（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７（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７（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を下降させる際（図７（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５０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６（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。

すなわち、上述した実施形態では、塗布ヘッドが第１の液槽中に設けられていたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、第１の液槽を設けずに塗布ヘッドが直接上述した第２の液槽に連結されている塗布装置に上述したような液面検出部を設けてもよく、この場合にも同様に液面を正確に検出してより高品質の塗布膜が得られるという効果を奏する。

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. 液槽に貯留された塗布液をノズルから流出させると共に当該ノズルと基板を前記基板の塗布面の面方向に相対移動させて塗布液を基板に塗布する塗布方法において、
   前記液槽の液面に対して鉛直方向下方から検査光を照射して液面からの反射光を受光して反射光の受光位置から液面の位置を検出する際に、前記検査光が透過する第１透過部及び前記反射光が透過する第２透過部の少なくとも何れか一方を前記液面に対して傾斜させて液面の位置を検出することを特徴とする塗布方法。
2. 前記傾斜は、前記液面と平行な面から前記検査光又は前記反射光と直交する面方向への傾斜であることを特徴とする請求項１に記載の塗布方法。
3. 前記検査光を前記第１透過部に対して直交するように照射し、前記反射光を前記第２透過部に直交して透過させることを特徴とする請求項１又は２に記載の塗布方法。
4. 前記基板の塗布面が、当該基板の鉛直方向下側の面であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の塗布方法。
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液が貯留された液槽と、該液槽内に貯留された前記塗布液を前記基板の表面に向かって流出するノズルを有する塗布ヘッドとを具備し、前記保持テーブルと前記塗布ヘッドを前記基板の塗布面の面方向に相対移動させて前記基板に塗布する塗布装置において、前記液槽の液面に対して鉛直方向下方から検査光を照射して液面からの反射光を受光して反射光の受光位置から液面の位置を検出する液面検出手段を具備し、前記検査光が透過する第１透過部及び前記反射光が透過する第２透過部の少なくとも何れか一方が前記液面に対して傾斜していることを特徴とする塗布装置。
   

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