JP2011167603A - 塗布方法及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布液の省量化及び装置の小型化を図り、基板である半導体ウエハＷ上の塗布膜の膜厚について高い均一性を得ること。
【解決手段】ウエハＷを基板保持部であるスピンチャック２に略水平に保持させ、塗布ノズル４の吐出口４１を、前記ウエハＷに対して近接させた状態で相対的に移動させながら、前記吐出口４１から毛細管現象により塗布液を引き出してウエハＷに塗布する。毛細管現象を利用して塗布液を塗布しているので、塗布液の省量化及び装置の小型化を図ることができる。この後ウエハＷ上の塗布液がウエハＷから飛散しない回転数で当該ウエハＷを回転させることにより、ウエハＷ上の塗布膜の膜厚の面内均一性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に塗布液を塗布する塗布方法及び塗布装置に関する。

半導体デバイスやＬＣＤ基板の製造プロセスにおいて、レジスト液等の塗布液は、一般的にスピンコーティング法により半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に塗布されている。この手法は、スピンチャック上に保持されたウエハを回転すると共に、その中心にノズルから塗布液を供給し、この塗布液を遠心力により外方へ延伸させてウエハ表面全体に塗布液を伸展させるものである。

しかしながら、この手法では、ウエハの回転時に、ウエハの外方へ飛散する塗布液の量が多く、塗布液の使用効率が悪いという課題がある。またウエハの外方へ塗布液が飛散するため、ウエハの側方全体を覆うようにカップ体を設ける必要があり、ウエハの大型化に伴ってカップ体も大きくなることから、塗布液の塗布を行う塗布モジュールが大型化してしまうという課題もある。

このような課題の解決手法として、特許文献１には、毛細管現象を利用して、角型基板に塗布液を塗布する手法が提案されている。この手法は、塗布液槽に斜め上方側に伸びる毛管状の塗布液流出路を設け、塗布液槽内の塗布液が毛細管作用によって塗布液流出路を上昇してその先端から流出し、基板に塗布するというものである。

ところでこの毛細管現象を利用した塗布手法では、塗布液槽内の液面高さと塗布液流出路の先端の高さとの差異によって、塗布液流出路から流出する塗布液の量が調整される。このため、基板に対して均一な膜厚で塗布液を塗布するためには、塗布液槽内の液面高さと塗布液流出路の先端の高さとを一定に保つ必要がある。しかしながら、毛細管現象により塗布液流出路から流出する塗布液の量は極めて少量であり、現実的には一枚の基板を塗布する間に塗布液槽内の液面高さを常に一定に調整することは困難である。

一方より線幅の細い、高密度パターンを有するフォトマスクの製造には、レジスト液を均一に塗布することが要求されるため、この毛細管現象を利用した塗布方法をレジスト液の塗布に適用した場合、レジスト膜の膜厚均一性という点で課題が残る。

特開平８−２４７４０号公報

本発明は、このような事情の下になされたものであり、塗布液の省量化及び装置の小型化を図り、基板上の塗布膜の膜厚について高い均一性を得ることができる技術を提供することにある。

このため本発明は、基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する方法において、
基板を基板保持部に略水平に保持させる工程と、
次いで塗布ノズルの吐出口を、前記基板に対して近接させた状態で相対的に移動させながら、前記吐出口から毛細管現象により塗布液を引き出して基板に塗布する工程と、
続いて基板上の塗布液が基板から飛散しない回転数で当該基板を回転させる工程と、を含むことを特徴とする。

例えば前記吐出口は、基板の被塗布面の幅と同じかそれ以上の長さに形成され、前記基板に塗布液を塗布する工程は、前記塗布ノズルを基板に対して前記吐出口と交差する方向に相対的に移動させながら行われる。また例えば前記基板を回転させる工程は、前記基板保持部を鉛直軸まわりに回転させることにより行われる。さらに前記塗布液を基板に塗布する前に、基板の被塗布面における周縁領域を撥塗布液化する工程を行うようにしてもよい。

また本発明の塗布装置は、基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布装置において、
基板を略水平に保持すると共に、当該基板を鉛直軸まわりに回転させる基板保持部と、
吐出口を備えると共に、この吐出口を含む塗布液の流路が毛細管状に構成された塗布ノズルと、
この塗布液ノズルの吐出口を基板保持部に保持された基板に対して近接させた状態で相対的に移動させる移動機構と、
その上面が大気開放されると共に、前記塗布ノズルと塗布液供給路により接続され、その内部の塗布液の液面の高さが塗布ノズルの吐出口の高さよりも低く設定された塗布液槽と、
前記塗布ノズルを移動機構により移動させながら、前記吐出口から毛細管現象により塗布液を引き出して基板に塗布し、次いで基板保持部により基板上の塗布液が基板から飛散しない回転数で当該基板を回転させるように、これら移動機構と基板保持部と、を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

例えば前記吐出口は、基板の被塗布面の幅と同じかそれ以上の長さに形成され、前記移動機構は、前記塗布ノズルと基板保持部に保持された基板とを、当該吐出口と交差する方向に相対的に移動させるようにしてもよい。また前記基板保持部は移動機構を兼ねるものであり、基板の被塗布面の幅と同じかそれ以上の長さに形成された前記吐出口を基板保持部に保持された基板と対向させて、基板を回転させることにより、塗布液を基板に塗布するようにしてもよい。さらに基板の被塗布面における周縁領域を撥塗布液化する撥塗布液化機構を備えるようにしてもよい。

本発明によれば、塗布ノズルの吐出口を基板に対して近接させた状態で、これら塗布ノズルと基板とを相対的に移動させて、前記吐出口から毛細管現象により塗布液を引き出して基板に塗布している。このため塗布液が飛散して無駄になるといったことがなく、塗布液の省量化を図ることができ、また装置の小型化を図ることができる。さらに塗布液を塗布した基板を、基板上の塗布液が飛散しない回転数で回転させているので、塗布膜の膜厚の均一性を高めることができる。

本発明に係る塗布装置の第１の実施の形態を示す断面図である。 前記塗布装置の一部を示す斜視図である。 前記塗布装置を示す平面図である。 前記塗布装置に設けられるガス供給機構の一例を示す断面図である。 前記塗布装置に設けられる塗布ノズルの一例を示す斜視図である。 前記塗布装置に設けられる塗布ノズルと塗布液タンクの一例を示す断面図である。 本発明に係る塗布方法の一実施の形態を示す工程図である。 本発明に係る塗布方法の一実施の形態を示す工程図である。 本発明に係る塗布装置の他の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る塗布装置のさらに他の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る塗布装置のさらに他の実施の形態の一部を示す斜視図である。 本発明に係る塗布装置のさらに他の実施の形態に係る断面図である。 前記塗布装置の作用を示す工程図である。

本発明に係る塗布装置１の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図３に示すように、塗布装置１は、処理容器１０の内部に、基板例えばウエハＷを裏面側から水平に保持すると共に、鉛直軸周りに回転自在に構成されたスピンチャック２を備えている。このスピンチャック２は、ウエハＷを吸引保持する基板保持部をなすものであり、ウエハＷを水平に保持する概略円板状のテーブル２１と、このテーブル２１の下面中央部に接続された回転軸２２と、を備えている。前記テーブル２１は例えば真空吸着又は静電吸着によりウエハＷを吸着保持するように構成されている。前記回転軸２２の下部側には、当該回転軸２２を鉛直軸まわりに回転自在及び昇降自在に支持する駆動機構２３が接続されている。図３中、１０ａはウエハＷの搬送口である。

前記スピンチャック２の上方側には、当該スピンチャック２に保持されたウエハＷと対向するように、撥塗布液化機構を兼ねるガス供給機構３が設けられている。撥塗布液化機構はウエハＷ表面に対する塗布液の接触角制御を行うものであり、例えばガス供給機構３は、図２及び図４に示すように、ウエハＷを覆う大きさの平面円形状に形成され、その内部は第１のガス供給室３１と、第２のガス供給室３２とに分割されている。以下では塗布液としてレジスト液を用いる場合を例にしているため、撥塗布液化は撥レジスト化として説明する。

前記第１のガス供給室３１は、ウエハＷの周縁領域１１に撥塗布液化ガス（撥レジスト化ガス）を供給するためのガス供給室であり、第２のガス供給室３２は、ウエハＷの中央領域１２に親塗布液化ガス（親レジスト化ガス）を供給するためのガス供給室である。これら第１及び第２のガス供給室３１，３２の下面には、多数のガス供給孔３１ａ，３２ａが穿設されている。また第１のガス供給室３１には、ガス供給路３３を介して撥レジスト化ガス供給部３４が接続されると共に、第２のガス供給室３２にはガス供給路３５を介して親レジスト化ガス供給部３６が接続されている。これらガス供給路３３，３５には、バルブやマスフローコントローラを備えた流量調整部３３ａ，３５ａが夫々介設されている。

ウエハＷにおける前記撥レジスト化ガスを供給する周縁領域１１は、例えば図４に示すように、ウエハＷが２００ｍｍサイズである場合、外縁から０．５ｍｍ〜３０ｍｍ程度内側の領域である。一方前記親レジスト化ガスを供給する中央領域１２は、前記周縁領域１１の内側の領域である。ウエハＷの周縁領域１１に撥レジスト化ガスを供給する理由は、撥レジスト化ガスの供給によって当該周縁領域１１を撥レジスト性にしておき、当該領域１１へレジスト液を塗布しにくくするためである。このようにウエハＷの周縁領域１１へのレジスト液の塗布を抑制すると、ウエハＷの搬送アーム（図１２参照）は、一般的にウエハＷの周縁領域１１を保持するため、当該搬送アームへのレジスト液の付着を抑えることができる。また後の工程において、スピンチャック２を回転させる時の回転条件設定のマージンを広げることができる。レジストがウエハＷのより内側にある方が、ウエハＷを回転させたときにウエハ外部へ飛散しにくくなるからである。

またウエハＷの中央領域１２に親レジスト化ガスを供給する理由は、親レジスト化ガスの供給により当該中央領域１２を親レジスト性にしておくことで、レジスト液を馴染みやすくし、当該レジスト液を塗布しやすくするためである。前記撥レジスト化ガスとしてはフッ素コーティング剤等を用いることができ、前記親レジスト化ガスとしてはプロピレングリコールメチルエーテル（ＰＧＭＥ）等を用いることができる。このようなガス供給機構３は、昇降機構３７により昇降部材３８を介して、その下面がスピンチャック２上のウエハＷ表面と近接するガス供給位置と、ウエハＷの上方側に離れた待機位置との間で昇降自在に構成されている。前記ガス供給位置とは、ガス供給機構３の下面が、スピンチャック２上のウエハＷ表面から５ｍｍ〜１０ｍｍ程度離隔する位置である。

記スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方側には、塗布ノズル４が設けられている。この塗布ノズル４は図２及び図３に示すように、図中Ｙ方向に伸びる長尺ノズルであり、その下面には長さ方向に沿って伸びるスリット状の吐出口４１が形成されている。この吐出口４１は、ウエハＷの被塗布面の幅と同じかそれ以上の長さに形成されている。ここで前記被塗布面の幅は、ウエハＷに対して塗布液を塗布しようとする領域に応じて決定される。この例ではウエハ全面に塗布液を塗布するので、前記被塗布面の幅はウエハの直径に相当するが、ウエハＷの中央領域１２のみに塗布液を塗布する場合には、当該中央領域１２の直径に相当する。またウエハＷの回路形成領域のみに塗布液を塗布する場合には、当該回路径領域の最大幅に相当する。基板が角型である場合には、前記被塗布面の幅は、基板に対して塗布液を塗布しようとする領域の最大幅に相当する。また塗布ノズル４の吐出口４１は、この例ではスリット状であるが、多数の吐出孔を互いに間隔をおいて配列するものであってもよい。

前記塗布ノズル４の内部には、図５及び図６に示すように、その長さ方向に沿って前記吐出口４１と連通する塗布液流路４２が形成されている。この塗布液流路４２には、塗布ノズル４内に形成された流路４３を介して、後述する塗布液タンク５から塗布液が供給される。この例では、吐出口４１、塗布液流路４２及び流路４３により、塗布ノズル４内の塗布液の流路が構成されている。これら吐出口４１、塗布液流路４２及び流路４３の幅Ｌ１は、毛細管現象が得られる大きさ、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の毛細管状に設定されている。

この塗布ノズル４は、図３に示すように、移動機構４４により、吐出口４１をスピンチャック２上のウエハＷ表面に近接させた状態で移動するように構成されている。前記移動機構４４は、前記吐出口４１と交差する方向（図３中Ｘ方向）に伸びるガイドレール４５に沿って移動自在に構成されている。こうして塗布ノズル４は、吐出口４１と交差する方向に、スピンチャック２の一端側の外側の待機位置（図３に示す位置）から、スピンチャック２に保持されたウエハＷの他端側まで移動できるようになっている。ここで吐出口４１をスピンチャック２上のウエハＷ表面に近接させた状態とは、塗布ノズル４の下端と前記ウエハＷ表面との距離Ｌ２が例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の状態をいう。また塗布ノズル４が待機位置にあるときには、ガス供給機構３がガス供給位置に移動することを妨げず、一方ガス供給機構３が待機位置にあるときには、塗布ノズル４の移動を阻害しないように構成されている。

前記塗布液タンク５は、その内部に塗布液例えばレジスト液が貯留された塗布液槽を成すものであり、その上方側は大気開放されている。この塗布液タンク５と塗布ノズル４との間は塗布液供給路５１を介して接続されており、この塗布液供給路５１の他端側は前記塗布ノズル４内の流路４３に接続されている。また塗布液供給路５１には、塗布開始時に塗布液を押し出す役目を果たすポンプＰ１と、開閉バルブＶ１とが設けられている。

塗布液タンク５の上方側には、塗布液タンク５内の塗布液の液面の高さ位置を検出するための液面センサ５２が設けられており、この液面センサ５２としては例えば超音波式液面レベルセンサを用いることができる。また塗布液タンク５は昇降機構５３により昇降自在に構成されており、この昇降機構５３としては例えばボールネジを備えた機構を用いることができる。さらに塗布液タンク５は、塗布液を貯留する塗布液貯槽６とポンプＰ２及び開閉バルブＶ２を備えた供給路６１により接続されている。

この塗布装置１では、連通管の原理を利用して塗布液タンク５から塗布液を塗布ノズル４に供給し、塗布ノズル４とウエハＷとの間では毛細管現象を利用して塗布液を吐出している。このため既述のように塗布ノズル４内の塗布液の流路は、毛細管現象が得られる毛細管状に形成され、塗布液ノズル４の吐出口４１の先端の高さ位置より塗布液タンク５内の塗布液の液面の高さ位置が低くなるように設定される。

この際、塗布液タンク５内の塗布液の液面の高さ位置と塗布ノズル４の先端の高さ位置との差分Ｈ（図６参照）により、塗布ノズル４から吐出される塗布液の量が調整される。従って、塗布ノズル４から吐出される塗布液の量が適切な量となるように、塗布ノズル４内の流路の大きさや、前記差分Ｈ、塗布液供給路５１の容積等が決定される。ここで前記塗布液供給路５１はフレキシブルに構成され、塗布時には、塗布液タンク５は移動せずに塗布ノズル４のみが移動するようになっている。このように塗布ノズル４が移動して塗布液供給路５１の形状が変化した場合であっても、既述の連通管の原理が作用するように構成されている。

そして塗布時には塗布液タンク５内の塗布液の液面の高さを液面センサ５２により検出し、この検出値に基づいて、後述する制御部７により前記差分Ｈが一定になるように、塗布液タンク５の高さを昇降機構５３により制御することが行われる。前記差分Ｈを一定にすることにより、塗布液ノズル４から吐出される塗布液の量が一定になるからである。

またスピンチャック２の下部側には、カップ体１３が設けられている。このカップ体１３は、図１〜図３に示すように、平面形状が四角形状に構成され、その長さ方向（図３中Ｙ方向）の一辺が、塗布ノズル４の吐出口４１よりも大きくなるように設定されている。但し後述するように、当該塗布装置１では塗布ノズル４からカップ体１３に塗布液がほとんど吐出されることはないため、必ずしもカップ体１３を設ける必要はない。

前記制御部７は、塗布装置１における各機器の動作を統括制御するものであり、例えばコンピュータからなり、不図示のプログラム格納部を有している。このプログラム格納部には、後述の作用で説明する塗布液の塗布処理が行われるように命令が組まれたプログラムが格納され、このプログラムが制御部に読み出されることで、制御部７は、ガス供給機構３による撥レジスト化ガスや親レジスト化ガスの供給、塗布ノズル４の移動、塗布ノズル４からウエハＷへの塗布液の供給、スピンチャック２によるウエハの回転、塗布液タンク５の液面の調整、塗布液貯槽６から塗布液タンク５への塗布液の供給などを制御する。前記プログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。

前記塗布液タンク５の液面の調整は、例えば次のようにして行われる。制御部７は、スピンチャック２上のウエハＷに対して塗布液の吐出を開始する開始指令を塗布ノズル４の移動機構４４及び液面センサ５２に出力し、この指令に基づいて塗布ノズル４は塗布開始位置に移動する。この塗布開始位置とは、ウエハＷの一端側の端部に塗布液を吐出する位置である。

一方この開始指令に基づいて、液面センサ５２では塗布液タンク５内の塗布液の液面の高さ位置を検出し、制御部７ではこれを基準高さ位置として取得する。そしてこれ以降所定時間例えば０．１秒毎に液面センサ５２により液面の高さ位置を検出し、制御部７に出力する。そして制御部７では、例えば検出した高さ位置と基準高さ位置とを比較して、前記塗布液タンク５内の塗布液の液面の高さ位置が基準高さ位置に揃うまで、昇降機構５３に塗布液タンク５を昇降させるように指令を出力する。例えば検出された高さ位置が基準高さ位置よりも１ｍｍ低い場合には、昇降機構５３により塗布タンク５を開始指令時の高さよりも１ｍｍ高くなるように制御する。前記昇降機構５３では、例えばボールネジ機構の回転数により、塗布タンク５を１ｍｍ高くするときの回転数が予め把握されているので、制御部７からの指令に基づいて所定数回転させることにより塗布タンク５の高さの制御が行われる。

続いて上述の塗布装置の作用について図７及び図８を参照しながら説明する。先ず処理容器１０内に図示しない搬送アームによりウエハＷを搬送して、スピンチャック２上にウエハＷを受け渡す。このウエハＷは、例えば他のユニットにてヘキサメチルジシラサン（ＨＭＤＳ）ガスを供給してウエハＷ表面を撥水性にするＨＭＤＳ処理が行われたものである。このＨＭＤＳ処理を行うことにより、現像時におけるレジストパターンの剥離が抑えられる。

またウエハＷの受け渡しは、ウエハＷの周縁側を保持する搬送アームの場合には、スピンチャック２のテーブル２１を搬送アームの進退動作を阻害しない大きさに設定し、スピンチャック２と搬送アームとを相対的に昇降させることにより行われる。またスピンチャック２に図示しないウエハＷの突き上げピンを設け、この突き上げピンと搬送アームとを相対的に昇降させることによりウエハＷの受け渡しを行うようにしてもよい。

次いで図７（ａ）に示すように、ガス供給機構３をガス供給位置まで下降させ、ウエハＷの周縁領域１１に撥レジスト化ガスを供給すると共に、ウエハＷの中央領域１２に親レジスト化ガスを供給する。このとき塗布ノズル４は待機位置に置かれている。こうしてウエハＷに対して所定流量の撥レジスト化ガス及び親レジスト化ガスを供給することにより、前記周縁領域１１を撥レジスト化すると共に、前記中央領域１２を親レジスト化した後、ガス供給機構３を待機位置まで上昇させる。ここで撥レジスト化ガス及び親レジスト化ガスの供給は同時に行ってもよいし、一方を供給した後、他方を供給するようにしてもよい。また撥レジスト化ガス及び親レジスト化ガスの供給を同時に行うとしても、必ずしも供給開始及び供給停止のタイミングが同時である必要はなく、供給開始や供給停止のタイミングはずれていてもよい。

次いでガス供給機構３が待機位置に戻った後、制御部７から塗布液の塗布開始指令を移動機構４４及び液面センサ５２に出力する。これにより塗布ノズル４は図７（ｂ）に示す塗布開始位置まで移動し、液面センサ５２は塗布液タンク５内の液面の高さ位置を検出して、制御部７に出力する。こうして制御部７ではこの液面の高さ位置を基準高さ位置として取得した後、バルブＶ１及びポンプＰ１に開始指令を出力する。これによりバルブＶ１が開き、ポンプＰ１により所定量の塗布液Ｒが塗布液タンク５から塗布ノズル４に送り出される。

ここで既述のように、塗布ノズル４とウエハＷとの間では毛細管現象により塗布液が塗布されるが、この毛細管現象は塗布ノズル４の吐出口４１とウエハＷ表面との間が塗布液により接触する場合に発生する。従って塗布の開始時には、ポンプＰ１により塗布液Ｒを送液して、確実に吐出口４１とウエハＷとの間に塗布液Ｒを存在させておくことにより、この後ポンプＰ１を停止しても毛細管現象により吐出口４１から塗布液が引き出されることになる。この際、ポンプＰ１により塗布液Ｒを押し出す量は、吐出口４１から吐出される塗布液ＲがウエハＷに接液する程度であり、塗布ノズル４の下面とウエハＷ表面との距離Ｌ２は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度であることから極めて少量である。また塗布ノズル４の吐出口４１はウエハＷの直径をカバーする大きさであることから、塗布開始時には、吐出口４１において塗布対象のウエハＷが存在しない領域がある。しかしながら既述のようにポンプＰ１により吐出口４１から塗布液を押し出す量は極めて少量であることから、塗布対象のウエハＷが存在しない吐出口４１においては塗布液Ｒが盛り上がるものの、ウエハＷに接液した吐出口４１側に塗布液Ｒが引っ張られる状態になる。このため結果として塗布対象のウエハＷが存在しない吐出口４１においても塗布液がカバー体１３に落下するおそれはない。

続いて図７（ｃ）に示すように、塗布ノズル４を移動機構４４により、スピンチャック２上に保持されたウエハＷの一端側から他端側に移動させ、ウエハＷに対して塗布液Ｒを塗布して塗布膜を形成する。このとき、既述のように塗布ノズル４内の塗布液の流路（流路４３、塗布液流路４２、吐出口４１）は、毛細管状に形成されているので、塗布ノズル４とウエハＷとの間では毛細管現象により塗布液Ｒが塗布される。つまり塗布ノズル４の吐出口４１とウエハＷとは塗布液Ｒを介して接触しており、塗布ノズル４の移動に伴い、ウエハＷにより吐出口４１から塗布液Ｒが毛細管現象により引き出されるようにして塗布される。そして塗布液タンク５では、上面が大気開放されており、塗布液タンク５と塗布ノズル４との間では連通管の原理が作用しているので、前記吐出口４１から引き出された分を補償する分の塗布液が、塗布液タンク５により塗布ノズル４に供給される。

この際、液面センサ５２では所定のタイミングで塗布液タンク５内の塗布液の液面高さが検出され、この検出値が制御部７に出力される。そして制御部７ではこの検出値と前記基準高さ位置とを比較し、塗布液タンク５内の塗布液の液面が基準高さ位置に揃うように昇降機構５３を制御する。このように塗布液タンク５内の液面の高さを揃えることにより、塗布ノズル４の吐出口４１からの塗布液の吐出量を揃えることができる、
こうして図８（ａ）に示すように、ウエハＷの他端側まで塗布ノズル４を移動させて、ウエハＷに対する塗布液Ｒの塗布を行った後、制御部７から塗布終了指令を移動機構４４、バルブＶ１及び液面センサ５２に出力する。これによりバルブＶ１を閉じ、液面センサ５２による液面の検出を終了し、移動機構４４により塗布ノズル４は待機位置まで移動する。ここで終了時においても、塗布ノズル４の吐出口４１において塗布対象のウエハＷが存在しない領域があるが、対応するウエハＷがない吐出口４１では毛細管現象が発生せず、ウエハＷによって塗布液が引き出されることがない。従って、塗布対象のウエハＷがない吐出口４１から塗布液が液垂れするといったことはほとんど起こらない。このようにしてウエハＷには例えば１０μｍ程度の膜厚で塗布液Ｒであるレジスト液の塗布膜が形成される。

この後図８（ｂ）に示すように、塗布液Ｒが塗布されたウエハＷを、ウエハＷから塗布液Ｒが飛散しない回転数で回転させる。ここで塗布ノズル４から毛細管現象を利用して塗布液を塗布しているので、ウエハＷ上の塗布膜の膜厚は、１０μｍ程度と極めて薄い。このためウエハＷを回転しても塗布液Ｒが飛散しにくい状態であり、塗布液Ｒが飛散しない回転数とは、例えば１００ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ程度の回転数をいう。このように塗布液Ｒが塗布されたウエハＷを回転させることにより、遠心力によってウエハＷ上の塗布液Ｒが移動するため、ウエハＷ表面における塗布膜の膜厚の均一性を高めることができる。この一連の工程により、ウエハＷ表面に塗布液が塗布されて塗布膜が形成されるが、所定枚数のウエハＷに対して塗布液の塗布を行った後、塗布液貯槽６から所定量の塗布液が塗布液タンク５内に供給される。

ここで既述のようにウエハＷ上の塗布膜の厚さは極めて薄く、また塗布液タンク５内の塗布液の液面高さが一定になるように調整を行っているため、ある程度の均一性を確保しながら塗布液Ｒをウエハ表面に塗布することができる。しかしながら近年レジストパターンがより精密になっているので、より塗布膜の膜厚の均一性を高くすることが要請されている。この際、塗布液タンク５内の塗布液の液面調整を精密に行えば理論上、塗布膜の膜厚均一性は向上するが、実際には塗布液の塗布量が極めて少ないため、液面の変化量も微小であり、前記液面の高さ位置を常に一定に維持することは困難である。これに対して、予めある程度の均一性を確保しながらウエハＷ表面に塗布液Ｒを塗布しておき、さらにウエハＷを回転させることにより、塗布膜の膜厚均一性をより高めることは、簡易な手法により、確実に膜厚均一性を向上できるため、有効である。

この際、ウエハＷを回転させることにより、ウエハＷ上の塗布液Ｒは遠心力によって外側に移動しようとするが、ウエハ外周での表面張力により、レジスト液はウエハ外周からこぼれにくくなっている。またウエハＷの周縁領域１１は撥レジスト化されているので、回転前におけるウエハＷ上のレジストは最外周からより中心側に存在しており、仮に後の工程においてスピンチャック２を高速で回転させて乾燥を行う場合であっても、スピン条件設定のマージンを広げることができる。

以上において、上述の実施の形態では、塗布ノズル４の吐出口４１から毛細管現象により塗布液を引き出してウエハＷに塗布しており、毛細管現象により引き出される塗布液の量は極めて少ない。また塗布ノズル４の吐出口４１をウエハＷに近接させた状態で、塗布ノズル４を移動させながら塗布を行っているため、スピンコーティングのようにウエハＷから飛散する塗布液がない。このようなことから、塗布液の省量化を図ることができる。

さらにウエハＷから塗布液が飛散するおそれがないため、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方側から下方側に亘って塗布液の飛散する領域をカバーするような大きなカップ体を設ける必要がなく、装置の小型化を図ることができる。さらに毛細管現象により塗布液を塗布した後、さらに塗布液が飛散しない程度の回転数でウエハＷを回転させているので、塗布膜の膜厚において高い面内均一性を確保することができ、精密なレジストパターンを形成する場合に有効である。

以上において、塗布装置は図９に示すように構成してもよい。この例が上述の実施の形態の塗布装置と異なる点は、塗布液の塗布開始時にポンプＰ１により塗布ノズル４から塗布液を押し出す代わりに、補助ノズル８を用いて、塗布ノズル４とウエハＷとの間に塗布液Ｒを供給することである。この補助ノズル８はバルブやポンプ等を備えた塗布液供給部８１に接続され、例えば塗布液タンク５と塗布ノズル４との間に、塗布ノズル４の移動やスピンチャック２へのウエハＷの受け渡しを阻害しないように設けられている。

そしてこの例では制御部７からの塗布開始指令に基づいて、例えば塗布ノズル４が塗布開始位置に移動したタイミングで、補助ノズル８から塗布ノズル４とウエハＷ表面との間に塗布液Ｒを供給するように構成される。このときに補助ノズル８から供給される塗布液Ｒの量は、塗布ノズル４の吐出口４１とウエハＷ表面との間を塗布液Ｒにて接続できる程度である。このような構成においても、第１の実施の形態と同様に、塗布液の省量化及び小型化を図ることができ、塗布液の膜厚について高い均一性を得ることができる。

さらに塗布装置は図１０に示すように構成してもよい。この例が第１の実施の形態の塗布装置と異なる点は、塗布ノズル４と共に塗布液タンク５も移動する構成であることである。例えばこの例では、ノズルユニット８３内部に塗布ノズル４と塗布液タンク５とがまとめられており、このノズルユニット８３が移動機構４４により吐出口４１と交差する方向に移動自在に構成されている。

ノズルユニット８３内部には塗布ノズル４と塗布液タンク５とを結ぶ塗布液供給路５１や、塗布液タンク５内の塗布液の液面を検出する液面センサ５２、塗布液タンク５の昇降機構５３も設けられている。そして液面センサ５２からの検出値に基づいて制御部７により塗布液タンク５の昇降機構５３が制御されるように構成されている。これらの構成は第１の実施の形態の塗布装置と同様である。また塗布液タンク５と塗布液貯槽６とを結ぶ供給路６１はフレキシブルに構成されており、ノズルユニット８３が移動したときに供給路６１の形状が変化するようになっている。このような構成においても、第１の実施の形態と同様に、塗布液の省量化及び小型化を図ることができ、塗布液の膜厚について高い均一性を得ることができる。

さらに上述の構成では、塗布ノズル４をウエハＷに対して吐出口４１と交差する方向に移動させたが、塗布ノズル４側を動かさずにスピンチャック２側を吐出口４１と交差する方向に移動させるようにしてもよい。また図１１に示すように、塗布ノズル４を、スピンチャック２上のウエハＷの中心と、吐出口４１の長さ方向の中心とを対応させると共に、吐出口４１がウエハＷ表面と近接するように配置し、スピンチャック２側を半回転させることにより、塗布液を塗布するようにしてもよい。この際、スピンチャック２側を回転させるのではなく、塗布ノズル４側を吐出口４１の長さ方向の中心を軸として回転させるようにしてもよい。この場合、塗布ノズル４の長さ方向における単位面積あたりの塗布液の吐出量を揃えるために、吐出口４１からの塗布液の吐出速度をウエハＷの中心側で遅く、ウエハＷの外周側で速くするように制御してもよい。

続いて図１２及び図１３を例にして、塗布ノズル４の吐出口４１が上向きに配置される実施の形態について説明する。図１２（ａ）中８４は、ウエハＷを略水平に吸着保持すると共に、水平軸まわりに反転させる反転機構である。この反転機構は、例えば真空吸着又は静電吸着によりウエハＷを吸着保持するステージ８６と、このステージ８６を水平な回転軸８５に沿って回転させる回転機構８７と、を備えている。例えばステージ８６は、ウエハＷの中央側を吸着保持するように構成されている。そして例えば図１２（ｂ）に示すように、ウエハＷの周縁側を保持する搬送アーム１５との間でウエハＷの受け渡しを行う際に、搬送アーム１５をステージ８６に対して進退させても搬送アーム１５とステージ８６とが接触しない大きさに設定されている。

ガス供給機構３、塗布ノズル４、塗布液タンク５等は、塗布ノズル４の吐出口４１が上側を向いている以外は第１の実施の形態の塗布装置１と同様に構成されている。つまりこの例においても塗布ノズル４内における吐出口４１を含む塗布液の流路は毛細管状に構成されると共に、塗布液タンク５内の塗布液の液面の高さは、塗布ノズル４の吐出口４１の高さよりも低くなるように構成されている。こうして塗布ノズル４の吐出口４１とウエハＷとの間では毛細管現象により塗布液が引き出され、塗布ノズル４と塗布液タンク５との間では連通管の原理により塗布液が供給されるようになっている。

このような構成では、先ず図１３（ａ）に示すように、搬送アーム１５からステージ８６にウエハＷを受け渡し、当該ステージ８６上にウエハＷを吸着保持させる。そしてガス供給機構３をウエハＷにガスを供給する位置に下降させ、ウエハＷの周縁領域１１及び中央領域１２に夫々撥レジスト化ガス及び親レジスト化ガスを供給する。ここでステージ８６に搬送アーム１５からウエハＷを受け渡すときには、ウエハＷを保持した搬送アーム１５をステージ８６の上から下降させてステージ８６上にウエハＷを受け渡し、その後搬送アーム１５を退行させることにより行う。

次いで図１３（ｂ）に示すように、ステージ８６上にウエハＷを吸着保持させた状態で、当該ステージ８６を回転機構８７により反転させ、ウエハＷ表面を下側に向ける。このウエハＷの反転動作を行っているときには、予めガス供給機構３及び塗布ノズル４を、前記反転動作を阻害しないように待機位置に移動しておく。そして塗布ノズル４の吐出口４１をウエハＷ表面に近接させた状態で、ウエハＷの一端側から他端側まで移動機構４４により移動させて、第１の実施の形態と同様に、ウエハＷ表面に毛細管現象を利用して塗布ノズル４から塗布液Ｒを塗布する。こうしてウエハＷに塗布液Ｒの塗布を行った後、回転機構８７によりウエハＷ表面が上側を向くようにステージ８６を反転させる。この際その表面に塗布液Ｒが塗布されたウエハＷを反転することになるが、塗布膜の膜厚は１０μｍ程度と非常に薄いため、反転動作中に液垂れや、液の偏りが発生するおそれはない。

こうしてステージ８６上に上を向いた状態で置かれたウエハＷは、搬送アーム１５により受け取られて、回転ユニット８８に搬送される。この回転ユニット８８は、ウエハＷを吸着保持すると共に鉛直軸まわりに回転させる回転ステージ８９を備えており、搬送アーム１５から当該回転ステージ８９にウエハＷが受け渡される。回転ユニット８８では、塗布液Ｒが塗布されたウエハＷに対して、当該塗布液ＲがウエハＷから飛散しない回転数例えば１００ｒｐｍ〜５００ｒｐｍで回転させる。

このような構成においても、上述の実施の形態と同様に、塗布ノズル４から毛細管現象を利用して塗布液が塗布されるので、塗布液の省量化及び装置の小型化を図ることができ、塗布液の塗布後にウエハＷを回転させているので、塗布液の膜厚の均一性をより高めることができる。

またこのように塗布ノズル４の吐出口４１を上向きに配置した場合であっても、塗布開始時に、補助ノズル８からウエハＷと塗布ノズル４との間に塗布液を供給するようにしてもよいし、また塗布ノズル４と塗布液タンク５とを一緒に移動させるようにしてもよい。

以上において、本発明では、ウエハＷに塗布液を塗布し、次いでウエハＷ上の塗布液がウエハＷから飛散しない回転数で当該ウエハＷを回転させた後、回転数を例えば５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ程度に大きくしてウエハ上の塗布液を乾燥させる工程を行うようにしてもよい。

また本発明は、塗布ノズルの吐出口を、前記ウエハに対して近接させた状態で相対的に移動させながら、前記吐出口から毛細管現象により塗布液を引き出してウエハＷに塗布する工程と、次いでウエハＷ上の塗布液がウエハＷから飛散しない回転数で当該ウエハＷを回転させる工程とを実施すればよく、塗布装置の構成は上述の実施の形態には限られない。従って塗布ノズル４からの吐出開始時に塗布液を押し出すポンプＰ１や補助ノズル８は必ずしも必要な構成ではない。

さらに上述の実施の形態では、ガス供給機構３を用いてウエハＷの周縁領域１１に撥レジスト化ガスを供給し、ウエハＷの中央領域１２に親レジスト化ガスを供給したが、これら撥レジスト化ガス及び親レジスト化ガスの供給は必ずしも必要ではない。また撥レジスト化ガスのみを供給するように構成してもよいし、ガス供給機構３を塗布装置１と別ユニットに設けるようにしてもよい。

さらにまた塗布液を塗布したウエハＷの回転は塗布装置１とは別ユニットで行うようにしてもよい。また本発明は、レジスト液や反射防止膜形成用の薬液や、現像液、ポリイミド等を基板に塗布する塗布装置にも適用でき、本発明の基板には、半導体ウエハのみならず液晶ディスプレイ用のガラス基板（ＬＣＤ基板）や、太陽電池用基板等の基板も含まれる。

２ スピンチャック
４ 塗布ノズル
４１ 吐出口
４４ 移動機構
５ 塗布液タンク
７ 制御部
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (8)

1. 基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する方法において、
   基板を基板保持部に略水平に保持させる工程と、
   次いで塗布ノズルの吐出口を、前記基板に対して近接させた状態で相対的に移動させながら、前記吐出口から毛細管現象により塗布液を引き出して基板に塗布する工程と、
   続いて基板上の塗布液が基板から飛散しない回転数で当該基板を回転させる工程と、を含むことを特徴とする塗布方法。
2. 前記吐出口は、基板の被塗布面の幅と同じかそれ以上の長さに形成され、
   前記基板に塗布液を塗布する工程は、前記塗布ノズルを基板に対して前記吐出口と交差する方向に相対的に移動させながら行うことを特徴とする請求項１記載の塗布方法。
3. 前記基板を回転させる工程は、前記基板保持部を鉛直軸まわりに回転させることにより行うことを特徴とする請求項１又は２記載の塗布方法。
4. 前記塗布液を基板に塗布する前に、基板の被塗布面における周縁領域を撥塗布液化する工程を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の塗布方法。
5. 基板に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布装置において、
   基板を略水平に保持すると共に、当該基板を鉛直軸まわりに回転させる基板保持部と、
   吐出口を備えると共に、この吐出口を含む塗布液の流路が毛細管状に構成された塗布ノズルと、
   この塗布液ノズルの吐出口を基板保持部に保持された基板に対して近接させた状態で相対的に移動させる移動機構と、
   その上面が大気開放されると共に、前記塗布ノズルと塗布液供給路により接続され、その内部の塗布液の液面の高さが塗布ノズルの吐出口の高さよりも低く設定された塗布液槽と、
   前記塗布ノズルを移動機構により移動させながら、前記吐出口から毛細管現象により塗布液を引き出して基板に塗布し、次いで基板保持部により基板上の塗布液が基板から飛散しない回転数で当該基板を回転させるように、これら移動機構と基板保持部と、を制御する制御部と、を備えることを特徴とする塗布装置。
6. 前記吐出口は、基板の被塗布面の幅と同じかそれ以上の長さに形成され、前記移動機構は、前記塗布ノズルと基板保持部に保持された基板とを、当該吐出口と交差する方向に相対的に移動させることを特徴とする請求項５記載の塗布装置。
7. 前記基板保持部は移動機構を兼ねるものであり、基板の被塗布面の幅と同じかそれ以上の長さに形成された前記吐出口を基板保持部に保持された基板と対向させて、基板を回転させることにより、塗布液を基板に塗布することを特徴とする請求項５記載の塗布装置。
8. 基板の被塗布面における周縁領域を撥塗布液化する撥塗布液化機構を備えることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一つに記載の塗布装置。

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