JP2015065404A - 塗布膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スリットコート方式の塗布膜形成において、幅が変化する形状の基板に対して、均一な塗布膜を形成できる塗布膜形成装置を提供する。【解決手段】円形のウエハＷに対して、塗布の前半は、塗布液Ｆの吐出幅がウエハＷの幅の増加に伴って増加していくため、貯留室２５内部の空間Ｓの圧力を徐々に高くしていく。塗布の後半は、塗布液Ｆの吐出幅がウエハＷの幅の減少に伴って減少していくため、貯留室２５の内部の空間Ｓの圧力を徐々に低下させていく。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば半導体ウエハなどの基板に塗布膜を形成する塗布膜形成装置に関する。

半導体デバイスや液晶表示装置、ＬＥＤなどの製造プロセスでは、基板上にレジスト液、導電性ペーストなどの塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程が行われる。

基板上に塗布膜を形成する方法としては、基板を回転させた状態で基板の中心部にノズルから塗布液を滴下し、遠心力により基板上で塗布液を拡散させることよって、塗布膜を形成するスピンコート方式が知られている。しかし、スピンコート方式では、滴下した塗布液を遠心力で塗り広げるため、塗布液の大部分が基板外周縁部から飛散して廃棄されることになる。従って、スピンコート方式は、例えば貴金属微粒子を含む導電性ペーストなどの高価な材料を使用して塗布膜を形成する場合には不向きな方法である。

基板上に塗布膜を形成する別の方式として、スリット形状の長尺な吐出口を有するノズルと基板との間に液溜りを形成させた状態で、ノズルと基板とを相対移動させて塗布膜を形成するスリットコート方式が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

しかし、スリットコート方式で形成された塗布膜は、基板の面内で膜厚が不均一になりやすいという問題があった。そこで、スリットコート方式の塗布膜形成装置において、吐出口からの塗布液の吐出量が一定となるように、ノズル内で塗布液を貯留する貯留室内部の圧力を調整することが提案されている（例えば、特許文献３）。

特開２００４−１１４０１２号公報（図１など） 特開平８−１３８９９８号公報（図３など） 特開２０１３−９８３７１号公報（特許請求の範囲など）

スリットコート方式では、ノズル内の塗布液の自重、及び、ノズルの吐出口に露出した塗布液が基板に着液することによる該塗布液の表面張力の減少を利用して塗布液を吐出させる。このような原理から、スリットコート方式の塗布膜形成においては、長尺な吐出口の長さ以下の幅を有する基板を処理することが前提となる。また、スリットコート方式では、基板上に塗布される塗布液の吐出幅は、基板の幅にほぼ等しくなる。なお、基板の幅とは、ノズルと基板との相対移動方向に直交する方向の長さを意味する。

基板の幅は、例えばＦＰＤ用の矩形のガラス基板では一定である。しかし、例えば円形をなす半導体ウエハでは、ノズルと基板とを相対移動させる過程で基板の幅が徐々に変化していくことになる。上記のとおり、スリットコート方式では、基板上に塗布される塗布液の吐出幅は、基板の幅にほぼ等しくなる。従って、基板の幅が変化すると、塗布液の吐出幅も変化する。そのため、ノズル内部の吐出圧力が一定の場合、塗布の間に、基板の幅が増加していく過程では、吐出口から吐出される塗布液が供給不足となる傾向が生じ、逆に、基板の幅が減少していく過程では、吐出口から吐出される塗布液が供給過多となる傾向が生じる。その結果として、例えば半導体ウエハのように幅が変化する基板を処理する場合に、１枚の基板の中央付近を境に、塗布の前半では膜厚が薄く、塗布の後半では膜厚が厚くなって、基板の面内で塗布膜の膜厚に差異が生じてしまうという問題があった。

従って、本発明は、スリットコート方式の塗布膜形成において、幅が変化する形状の基板に対して、均一な塗布膜を形成できる塗布膜形成装置を提供することを目的とする。

本発明の塗布膜形成装置は、基板に向けて塗布液を供給する塗布ノズルと、前記基板と前記塗布ノズルとを水平方向に相対移動させる水平移動機構部と、前記塗布ノズルの内部の圧力を調整する圧力調整機構部と、前記塗布ノズルから前記基板へ向けて供給される前記塗布液の量を変化させるように制御する制御部と、を備えていてもよい。本発明の塗布膜形成装置において、前記基板は、前記相対移動の方向に直交する方向の幅が変化する形状をなしていてもよく、前記塗布ノズルは、前記基板との相対移動の方向に対して直交する方向に長尺に形成されて、前記基板へ向けて前記塗布液を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通し、その内部に前記塗布液を貯留する貯留室と、を有していてもよい。

本発明の塗布膜形成装置において、前記圧力調整機構部は、前記貯留室の内部の空間の圧力を調整するものであり、前記制御部は、前記基板に前記塗布液を塗布する間、前記基板の幅の変化に対応して変化する前記吐出口から吐出される前記塗布液の吐出幅に応じて、前記圧力調整機構部を制御して前記貯留室内部の圧力を調節し、前記吐出口から吐出される前記塗布液の時間当たりの吐出量を変化させるものである。

本発明の塗布膜形成装置において、前記制御部は、前記塗布液の吐出幅が増加していく過程では、前記貯留室内部の圧力を徐々に高くしていき、前記塗布液の吐出幅が減少していく過程では、前記貯留室内部の圧力を徐々に低くしていくように、前記圧力調整機構部を制御するものであってもよい。

本発明の塗布膜形成装置において、前記基板が円形であり、前記制御部は、前記塗布液の吐出幅が前記基板の直径に達するまでは、前記貯留室内部の圧力を徐々に高くしていき、前記塗布液の吐出幅が前記基板の直径に達した後は、前記貯留室内部の圧力を徐々に低くしていくように、前記圧力調整機構部を制御するものであってもよい。

本発明の塗布膜形成装置において、前記制御部は、前記基板に前記塗布液を塗布する間、前記圧力調整機構部を制御して、前記貯留室の内部の圧力を前記貯留室の外部の圧力に対して負圧に維持するものであってもよい。

本発明の塗布膜形成装置は、さらに、前記塗布ノズルと前記基板との相対的位置を検出する位置検出手段を備えていてもよい。また、本発明の第２の観点の塗布膜形成装置において、前記制御部は、前記基板の形状情報を記憶する基板形状情報記憶部と、前記基板形状情報記憶部に記憶された前記基板の形状情報及び前記位置検出手段によって検出された前記基板の相対的位置情報に基づき、前記塗布液の吐出幅を演算する演算処理部と、前記演算処理部で演算された前記塗布液の吐出幅及び吐出量に基づき、前記圧力調整機構部を制御する圧力制御部と、を備えていてもよい。

本発明の塗布膜形成装置は、前記基板が円形であり、前記圧力制御部から制御信号を発した時点をＴ０、この時点Ｔ０から、実際に吐出量が変化した時点をＴ１としたとき、時点Ｔ０とＴ１との差分であるタイムラグＴが存在するとともに、前記塗布ノズルと前記基板とが一定の速度Ｖで相対移動し、かつ、時点Ｔ０における前記吐出口の位置ＰＬ０に対し、時点Ｔ１における前記吐出口の位置ＰＬ１がＰＬ１＝（Ｖ×Ｔ）＋ＰＬ０となる場合において、前記貯留室内部の設定圧力値を下記の式Ａに基づき算出する。
設定圧力値＝Ｐｍａｘ＋（ＬＰＬ１−Ｌｍａｘ）×ｇ …（Ａ）
［ここで、Ｌｍａｘは最大吐出幅［ｍｍ］、ＬＰＬ１は位置ＰＬ１における吐出幅［ｍｍ］、Ｐｍａｘは最大吐出幅Ｌｍａｘにおける減圧度［Ｐａ］、ｇは位置ＰＬ１における吐出幅ＬＰＬ１と最大吐出幅Ｌｍａｘとの差分の補正減圧度係数を示す］

本発明によれば、スリットコート方式の塗布膜形成において、幅が変化する形状の基板に対して、均一な塗布膜を形成できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る塗布膜形成装置の概略構成を示す図面である。 図２は、塗布ノズルの概略構成を示す斜視図である。 図３は、塗布ノズルの長手方向に直交する方向の断面図である。 図４は、制御部のハードウェア構成を示す説明図である。 図５は、制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態の塗布膜形成装置によって塗布膜を形成する場合の処理時間と、貯留室内の空間の圧力及び塗布液の吐出幅との関係を示すグラフである。 図７は、塗布ノズルから塗布液を吐出している状態を示す説明図である。 図８は、塗布処理の過程において、互いに相対移動する塗布ノズルの吐出口と半導体ウエハとの位置関係を説明する図面である。 図９は、図８に続いて、塗布処理の過程において、互いに相対移動する塗布ノズルの吐出口と半導体ウエハとの位置関係を説明する図面である。 図１０は、図９に続いて、塗布処理の過程において、互いに相対移動する塗布ノズルの吐出口と半導体ウエハとの位置関係を説明する図面である。 図１１は、図１０に続いて、塗布処理の過程において、互いに相対移動する塗布ノズルの吐出口と半導体ウエハとの位置関係を説明する図面である。 図１２は、図１１に続いて、塗布処理の過程において、互いに相対移動する塗布ノズルの吐出口と半導体ウエハとの位置関係を説明する図面である。 図１３は、本発明の実施の形態の塗布膜形成装置によって塗布膜を形成する場合の処理時間と、貯留室内の空間の圧力及び塗布液の吐出幅との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

＜塗布膜形成装置の概要＞
まず、本発明の一実施の形態に係る塗布膜形成装置の構成例について説明する。図１は、本実施の形態にかかる塗布膜形成装置１００の概略構成を示す縦断面図である。塗布膜形成装置１００は、処理容器１と、処理容器１内に設けられた、被処理体である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗを水平に支持する支持装置１０と、この支持装置１０に支持されたウエハＷに塗布液を塗布する塗布ノズル２０とを備えている。また、塗布膜形成装置１００は、塗布ノズル２０の内部の圧力を調節する圧力調整機構部３０、塗布ノズル２０へ塗布液を供給する塗布液供給機構部５０、塗布ノズル２０とウエハＷとの相対的な位置を検出するセンサ部６０、及び、塗布ノズル２０を鉛直方向に変位させる昇降駆動部６１を備えている。さらに、塗布膜形成装置１００は、塗布膜形成装置１００における各構成部を制御する制御部７０を備えている。

（処理容器）
処理容器１は、箱型をなし、例えばアルミニウムなどの金属や合成樹脂などの材質で形成されている。処理容器１の一側面には、図示を省略するが、ウエハＷの搬入出口が形成されている。なお、処理容器１は、任意の構成であり、省略することもできる。

（支持装置）
支持装置１０は、ウエハＷを載置するステージ１１と、ステージ１１を支持するベース部１３と、ステージ１１とベース部１３とを連結する連結部１５と、ステージ１１を水平方向に移動させるスライド駆動部１７と、を備えている。ステージ１１は、水平駆動機構部としてのスライド駆動部１７によって、図１中、黒矢印で示すＸ方向、及び、Ｘ方向に直交する（つまり、図１の紙面に直交する）Ｙ方向にスライド可能に構成されている。つまり、ステージ１１は、ウエハＷを載置した状態で、静止した塗布ノズル２０に対して相対移動可能に設けられている。

（塗布ノズル）
塗布ノズル２０は、全体として細長の長尺な形状をしている。図２は、塗布ノズル２０の外観を示す斜視図である。図３は、塗布ノズル２０の長手方向に直交する方向における断面形状を示している。塗布ノズル２０は、本体２１と、該本体２１の下端に形成されたスリット状の吐出口２３とを有している。本体２１の長さＬ１は、少なくともウエハＷの直径よりも大きく形成されている。本体２１の下端面には、本体２１の長手方向に沿って例えばウエハＷの直径よりも大きな長さＬ２で吐出口２３が形成されている。

本体２１の内部には、本体２１の長手方向に沿って、塗布液Ｆを貯留する貯留室２５が形成されている。貯留室２５は、所定の容量の塗布液Ｆを一時的に貯留する。貯留室２５の長さは、吐出口２３の長さＬ２と同じである。貯留室２５の容量及びその内部に貯留される塗布液Ｆの量は、１枚のウエハＷの全面に少なくとも一回以上塗布膜を形成できる量以上であればよい。貯留室２５の下部には、吐出口２３と連通する流路２７が鉛直方向に形成されている。流路２７の幅は吐出口２３の幅Ｌ３と同じである。また、流路２７の長手方向の長さは、吐出口２３の長さＬ２と同じである。

図３に示すように、貯留室２５から自重により流路２７に流下した塗布液Ｆは、吐出口２３と流路２７との間に挟み込まれるようにして留まる。ここで、吐出口２３の幅Ｌ３は、貯留室２５の内部の圧力を当該貯留室２５の外部の圧力と等しくした場合に、塗布液Ｆの表面張力が当該塗布液Ｆに作用する重力より小さくなり、塗布液Ｆが吐出口２３から流下するような値に設定されている。なお、吐出口２３の幅Ｌ３は、塗布液Ｆの粘度や本体２１の材質に応じて実験的に決定される。

また、本体２１の上端には、貯留室２５を塞ぐようにして蓋部２９が設けられている。そして、貯留室２５に貯留された塗布液Ｆの液面、貯留室２５の内壁面及び蓋部２９により囲まれた領域には、密閉された空間Ｓが形成される。

（圧力調整機構部）
本実施の形態の塗布膜形成装置１００において、貯留室２５には、密閉された空間Ｓ内の圧力を制御する圧力調整機構部３０が接続されている。圧力調整機構部３０は、貯留室２５内へ調圧用のガスを供給するガス供給機構部３１と、貯留室２５内を減圧排気する排気機構部４１とを備えている。

ガス供給機構部３１は、例えば、蓋部２９を貫通するようにして貯留室２５に連通するガス供給管３３と、このガス供給管３３の他端側に接続され、ガスを貯留するガス源３５と、ガス供給管３３の途中に設けられた圧力調整バルブ（ＰＣＶ）３７及び開閉バルブ３９などのバルブ類と、を備えている。ガスとしては、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを用いることが好ましい。ガス供給機構部３１によって、貯留室２５内にガスを供給することで、貯留室２５内の空間Ｓの圧力調節を行うことができる。また、ガス供給機構部３１からガスを供給することによって、塗布液Ｆの吐出後に貯留室２５内に残留する塗布液Ｆを加圧して押し出したり、パージしたりすることもできる。なお、塗布液Ｆに変質が生じない場合は、ガス供給機構部３１に代えて、貯留室２５内に外気を導入する機構を設けてもよい。

排気機構部４１は、例えば蓋部２９を貫通するようにして貯留室２５に連通する排気管４３と、この排気管４３の他端側に接続された真空ポンプなどの排気装置４５と、排気管４３の途中に設けられた開閉バルブ４７とを備えている。排気機構部４１は、排気装置４５を作動させることによって、貯留室２５の空間Ｓ内を所定の負圧状態に保持する。排気機構部４１によって、貯留室２５の内部を排気して貯留室２５内の空間Ｓの圧力を外部の圧力に対して負圧とすることで、貯留室２５内の塗布液Ｆを上方に引き上げ、吐出口２３から塗布液Ｆが滴下する液漏れを防ぐことができる。

（塗布液供給機構部）
塗布ノズル２０の貯留室２５には、貯留室２５内へ塗布液Ｆを供給する塗布液供給機構部５０が接続されている。塗布液供給機構部５０は、例えば、蓋部２９を貫通するようにして貯留室２５に連通する塗布液供給管５１と、この塗布液供給管５１の他端側に接続され、塗布液Ｆを貯留する塗布液供給源５３と、塗布液供給管５１の途中に設けられた開閉バルブ５５などのバルブ類と、を備えている。排気機構部４１によって貯留室２５内部の空間Ｓの圧力を本体２１の外部の圧力に対して負圧にした状態で、塗布液供給管５１に設けられた開閉バルブ５５を開放することによって、塗布液供給源５３に貯留されている塗布液Ｆを貯留室２５の内部に引き込むことができる。塗布液Ｆとしては、例えばレジスト液や、貴金属微粒子を含む導電性ペーストなどを挙げることができる。

（センサ部）
塗布膜形成装置１００は、塗布ノズル２０とウエハＷとの相対的な位置を検出する位置検出手段としてのセンサ部６０を備えている。センサ部６０は、塗布ノズル２０に装着されており、ステージ１１及びそこに載置されたウエハＷに対し、ＸＹ方向に相対移動することが可能となっている。センサ部６０は、ステージ１１及びそこに載置されたウエハＷに対してレザー光を照射し、その反射光を検出することによって、塗布ノズル２０とウエハＷとの相対的な位置を検出する。より具体的には、センサ部６０は、塗布工程直前にアライメント処理としてウエハＷのエッジ部の数か所（例えば４箇所）の位置を検出し、ウエハＷの中心部の位置座標及びウエハＷのサイズを検出する。センサ部６０としては、例えばエリアセンサ、ラインセンサなどを用いることができる。

（昇降駆動部）
塗布ノズル２０は、昇降駆動部６１によって、上下に変位可能に構成されている。塗布ノズル２０は、ウエハＷとの間に十分な距離をおいて上昇させた待機位置と、ウエハＷの上面と吐出口２３との間隔が例えば０〜５００μｍの範囲内になるまで近接させた塗布位置と、を切替ることが可能となっている。なお、塗布ノズル２０に昇降駆動部６１を接続して上下に変位させる代わりに、ステージ１１に昇降駆動部を接続して上下に変位させる構成でもよい。

（制御部）
塗布膜形成装置１００を構成する各エンドデバイス（例えば、支持装置１０、塗布ノズル２０、圧力調整機構部３０、塗布液供給機構部５０、センサ部６０、昇降駆動部６１など）は、制御部７０に接続されて制御される構成となっている。ここで、図４を参照して、制御部７０のハードウェア構成の一例について説明する。制御部７０は、主制御部１０１と、キーボード、マウス等の入力装置１０２と、プリンタ等の出力装置１０３と、表示装置１０４と、記憶装置１０５と、外部インターフェース１０６と、これらを互いに接続するバス１０７とを備えている。主制御部１０１は、ＣＰＵ（中央処理装置）１１１、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１２およびＲＯＭ（リードオンリメモリ）１１３を有している。記憶装置１０５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置１０５は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１１５に対して情報を記録し、また記録媒体１１５より情報を読み取るようになっている。記録媒体１１５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。記録媒体１１５は、本実施の形態に係る塗布膜形成方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。

制御部７０では、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することにより、本実施の形態の塗布膜形成装置１００においてウエハＷに対する塗布膜形成処理を実行できるようになっている。例えば、記憶装置１０５には、塗布膜形成装置１００で実行される各種処理を制御部７０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、入力装置１０２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶装置１０５から呼び出して主制御部１０１に実行させることで、主制御部１０１の制御下で、塗布膜形成装置１００で所望の塗布膜形成処理が行われる。

具体的には、制御部７０は、上記各エンドデバイスに対し、レシピに定められた条件で作動や停止を指示する。例えば、制御部７０は、支持装置１０に制御信号を送出し、ステージ１１をＸＹ方向に移動させることによってウエハＷの位置決めをすることができる。また、制御部７０は、ステージ１１をＸ方向に所定の速度で移動させることによって、塗布ノズル２０に対してウエハＷを相対移動させたりすることができる。また、制御部７０は、圧力調整機構部３０に制御信号を送出することによって、塗布ノズル２０の貯留室２５内の空間Ｓの圧力を所定の値に調節することができる。

前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、例えばコンピュータ読み取り可能な記録媒体１１５に格納された状態のものを記憶装置１０５にインストールすることによって利用できる。

次に、図５を参照して、制御部７０の機能構成について説明する。図５は、制御部７０の機能構成を示す機能ブロック図である。なお、以下の説明では、制御部７０のハードウェア構成が図４に示した構成になっているものとして、図４中の符号も参照する。図５に示したように、制御部７０は、基板形状情報記憶部１２１と、演算処理部１２３と、圧力制御部１２５と、入出力制御部１２７を備えている。これらは、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することによって実現される。

基板形状情報記憶部１２１は、入力装置１０２から入力された基板の形状情報が保存される。ここで、基板の形状情報とは、基板の平面形状、直径などを意味する。例えばウエハＷであれば、円形であること、及びその直径が入力される。本実施の形態の塗布膜形成装置１００では、例えば、ＲＯＭ１１３、記憶装置１０５又は記録媒体１１５を基板形状情報記憶部１２１として機能させることができる。

演算処理部１２３は、基板形状情報記憶部１２１に記憶された基板の形状情報、及び位置検出手段としてのセンサ部６０によるアライメント処理によって検出されたウエハＷの位置座標及び大きさの情報と、その時点でのステージ１１の位置座標とに基づき、塗布液Ｆの吐出幅及び吐出量をリアルタイムで演算する。

圧力制御部１２５は、演算処理部１２３で演算された塗布液Ｆの吐出幅及び吐出量に基づき、圧力調整機構部３０を制御する。具体的には、圧力制御部１２５は、演算処理部１２３で演算された塗布液Ｆの吐出幅や吐出量に基づき、ガス供給機構部３１及び／又は排気機構部４１に制御信号を送出し、貯留室２５内の空間Ｓの圧力が、塗布液Ｆの吐出幅に応じた値となるように調節する。

入出力制御部１２７は、入力装置１０２からの入力の制御や、出力装置１０３に対する出力の制御や、表示装置１０４における表示の制御や、外部インターフェース１０６を介して行う外部とのデータ等の入出力の制御を行う。

［塗布膜形成方法］
次に、以上のように構成された塗布膜形成装置１００で行われる塗布膜形成処理について説明する。塗布膜形成装置１００における処理は、例えば、処理容器１内にウエハＷを搬入し、支持装置１０により保持する工程と、塗布ノズル２０とステージ１１上に載置されたウエハＷとを相対移動させながら塗布液ＦをウエハＷに塗布する塗布工程と、を含むことができる。以下、各工程について説明する。

（ウエハの搬入及びセット）
まず、処理容器１の図示しない搬入出口を開放した状態で、外部の図示しない搬送装置によってウエハＷを処理容器１内に搬入する。支持装置１０のステージ１１には、ウエハＷを載置する載置部(図示省略）が設けられており、この載置部にウエハＷをセットする。そして、ステージ１１をＸＹ方向に動かしながら、塗布工程直前にセンサ部６０によってアライメント処理を行い、ウエハＷの中心部の位置座標及びウエハＷのサイズを検出する。

（塗布工程）
次に、塗布ノズル２０を所定の高さ位置にセットする。塗布ノズル２０は、ステージ１１上のウエハＷの端部を外れた位置に固定される。この際、予め圧力調整機構部３０により、塗布ノズル２０の貯留室２５の内部が、外部の圧力（例えば大気圧）に対して負圧となるように調整されている。次に、塗布液供給管５１に設けられた開閉バルブ５５を開ける。これにより、塗布液供給管５１を介して塗布液Ｆが塗布ノズル２０の貯留室２５内へ導入される。この際、貯留室２５内に保持される塗布液Ｆの量は、ウエハＷの全面に少なくとも一回以上塗布膜を形成できる量であればよい。貯留室２５に所定量の塗布液Ｆが貯留された後、開閉バルブ５５を閉じる。このとき、貯留室２５内の空間Ｓの圧力は、所定の負圧状態、例えばＰ０に保持される。なお、貯留室２５への塗布液Ｆの補充は、塗布ノズル２０とウエハＷの位置をセットする前に予め行っていてもよい。

次に、ウエハＷを載置したステージ１１を図１中、Ｘ方向に移動させて塗布ノズル２０をウエハＷの端部に近接させる。次いで、圧力調整機構部３０によって、貯留室２５内の空間Ｓの圧力を、前記圧力Ｐ０より高い所定の値Ｐ１まで上昇させる。これにより、塗布液Ｆの表面張力と密閉された空間Ｓ内の負圧とによって流路２７及び吐出口２３に保持されていた塗布液Ｆが押し出されてウエハＷに着液し、ウエハＷの端部と吐出口２３との間に塗布液Ｆの液溜りが形成される。なお、着液の際は、塗布ノズル２０を一時的にさらに下降させて、吐出口２３をウエハＷ表面に接触させてもよい。

次に、吐出口２３から塗布液ＦがウエハＷ上に過剰に流れ出ないように、直ちに空間Ｓの圧力をＰ１より低いＰ２まで低下させる。そして、ステージ１１を所定の速度でＸ方向に移動させて、塗布ノズル２０がウエハＷ上をスキャンするように、ウエハＷの一端側から他端側まで相対移動させる。これによって、吐出口２３から塗布液Ｆが連続的にウエハＷ上に吐出され、ウエハＷの表面に塗布膜が形成される。この際、上記センサ部６０によるアライメント処理の結果と現時点でのステージ１１の座標から、演算処理部１２３によってリアルタイムで塗布液Ｆの吐出幅および吐出量を計算する。また、演算処理部１２３による塗布液Ｆの吐出幅および吐出量の計算結果に基づき、圧力制御部１２５は、貯留室２５内の塗布液Ｆの液面の低下を考慮し、圧力調整機構部３０により空間Ｓの圧力を変化させながら調圧する。この調圧の過程については、後で詳述する。

塗布ノズル２０がウエハＷの他端側まで移動したら、圧力調整機構部３０により空間Ｓの圧力を例えばＰ０より低いＰ３まで低下させて、吐出口２３から吐出されなかった塗布液Ｆを貯留室２５側に引き込む。これにより、吐出口２３に残った塗布液ＦとウエハＷ上に塗布された塗布液Ｆとを離液させる。つまり、吐出口２３とウエハＷとの間に形成されていた液溜りを消滅させ、ウエハＷへの塗布液Ｆの供給を停止させる。

次に、空間Ｓの圧力を、例えばＰ０まで再び上昇させるとともに、塗布ノズル２０を所定の待機位置まで退避させる。その後、ウエハＷを図示しない搬送装置により処理容器１内から搬出することによって、１枚のウエハＷに対する塗布膜形成処理が終了する。

ここで、図６を参照しながら、塗布膜形成装置１００によって塗布膜を形成する場合の塗布工程における塗布ノズル２０内の圧力制御について説明する。図６は、塗布工程の処理時間（横軸）と、貯留室２５内の空間Ｓの圧力（縦軸左）及び塗布液Ｆの吐出幅（縦軸右）との関係を示すグラフである。図６中、曲線ＣＰは、実験的に得られた貯留室２５内の空間Ｓの圧力変化を示している。図６に示したように、塗布膜形成プロセスは、貯留室２５内の空間Ｓの圧力を負圧状態に維持して行われる。従って、図６に示した圧力Ｐ０〜Ｐ３は、いずれも負圧状態を意味する。

図６の横軸において、時点ｔ１から時点ｔ２までは、着液処理を行う。上記のとおり、着液時には、圧力調整機構部３０により貯留室２５内の空間Ｓの圧力を、圧力Ｐ０より高い所定の値Ｐ１まで上昇させる。着液処理を行う時点ｔ１〜ｔ２の所要時間は、例えば数秒とすることができる。この時点ｔ１〜ｔ２では、ステージ１１を移動させず、静止した状態で、ウエハＷの端部と吐出口２３との間に塗布液Ｆの液溜りを形成させる。

次に、時点ｔ２から時点ｔ３までは、塗布ノズル２０とウエハＷとを相対移動させることによって、ウエハＷに塗布液Ｆと吐出させて塗布膜を形成する塗布処理を行う。ここで、塗布ノズル２０とウエハＷとの相対移動速度（塗布スピード）は、例えば数ｍｍ／秒とすることができる。本実施の形態では、時点ｔ２〜ｔ３まで、一定の塗布スピードで塗布を行う。

塗布処理における圧力制御は、次の通りである。まず、上記のとおり、吐出口２３から塗布液ＦがウエハＷ上に過剰に流れ出ないように、時点ｔ２から、一旦、空間Ｓの圧力をＰ１より低いＰ２まで低下させるように設定する。なお、図６の圧力の曲線ＣＰにおいて、時点ｔ２から始まる破線部分は、設定圧力の変化を示している。つまり、破線部分では、設定圧力Ｐ２と現実の空間Ｓ内の圧力にずれが生じている。

塗布工程の前半では、ウエハＷの中央付近で塗布液Ｆの吐出幅が最大に達するまで、円形をなすウエハＷの形状の変化（つまり、ウエハＷの幅の増大）に追随させるように、圧力Ｐ２から圧力Ｐ１へ徐々に空間Ｓの圧力を上昇させていく。

塗布工程の後半（塗布液Ｆの吐出幅が最大に達した後）は、逆に、円形をなすウエハＷの形状の変化（つまり、ウエハＷの幅の縮小）に追随させるように、圧力Ｐ１から徐々に空間Ｓの圧力を低下させていく。そして、時点ｔ３に達する直前には、空間Ｓの圧力を、Ｐ２より低いＰ４まで低下させるように設定する。塗布工程の後半で圧力をＰ２よりもさらに低いＰ４まで下げる理由は、ウエハＷの終端部の近傍では、塗布液Ｆが供給過多となって、塗布膜の膜厚が他の部位よりも厚くなる傾向が強いことから、塗布液Ｆの吐出を抑制するためである。なお、図６の圧力の曲線ＣＰにおいて、時点ｔ３の直前の破線部分は、設定圧力の変化を示している。つまり、破線部分では、設定圧力Ｐ４と現実の空間Ｓ内の圧力にずれが生じている。

時点ｔ３に達した後、時点ｔ４までの間は離液処理を行う。上記のとおり、離液時には、圧力調整機構部３０により空間Ｓの圧力を例えばＰ０より低いＰ３まで低下させる。これによって、吐出口２３から吐出されなかった塗布液Ｆを貯留室２５側に引き込み、吐出口２３に残った塗布液ＦとウエハＷ上に塗布された塗布液Ｆとを離液させる。離液処理を行う時点ｔ３〜ｔ４の所要時間は、例えば数秒とすることができる。

本実施の形態の塗布膜形成装置１００では、時点ｔ２〜ｔ３までの間、曲線ＣＷで示すウエハＷの形状変化に対応する塗布液Ｆの吐出幅の変化に応じて、曲線ＣＰで示すように、貯留室２５内の空間Ｓの圧力を変化させる。すなわち、制御部７０によって、以下のような制御が行われる。まず、塗布ノズル２０とウエハＷとを相対移動させている時点ｔ２〜ｔ３までの間、演算処理部１２３は、予め入力され、基板形状情報記憶部１２１に記憶されたウエハＷの形状情報と、位置検出手段としてのセンサ部６０によって検出されたウエハＷの相対的位置情報とに基づき、塗布液Ｆの吐出幅及び吐出量をリアルタイムで演算する。そして、圧力制御部１２５は、演算処理部１２３で演算された塗布液Ｆの吐出幅及び吐出量に基づき、圧力調整機構部３０を制御する。具体的には、圧力制御部１２５は、演算結果である塗布液Ｆの吐出幅及び吐出量に基づき、ガス供給機構部３１及び／又は排気機構部４１に制御信号を送出し、貯留室２５内の空間Ｓの圧力を、図６に示すように、塗布液Ｆの吐出幅に応じて変化させる。

次に、図７〜図１２を参照しながら、本実施の形態の塗布膜形成方法の原理について説明する。まず、図７を参照しがら、塗布ノズル２０により塗布液Ｆの吐出を行う際の塗布液Ｆの吐出幅と吐出口２３の位置との関係について説明する。図７は、塗布ノズル２０から塗布液Ｆを吐出している状態を示す説明図である。塗布ノズル２０とウエハＷとを一定の速度で相対移動させている間、粘性流体である塗布液Ｆは、図７に示したように、吐出口２３に追随するように、わずかな遅れを以てウエハＷに塗布されていく。従って、例えば、図７のＭの位置がウエハＷの幅が最大に達する位置（ウエハＷの中央）であると仮定すると、Ｍの位置に塗布液Ｆを吐出するために、塗布ノズル２０の吐出口２３の中心は、Ｍよりも少し前方のＭ１の位置に進んでいなければならない。ここで、塗布液Ｆの吐出幅は、Ｍの位置で最大となることは明らかである。従って、ウエハＷの幅が最大となり、かつ、吐出幅が最大となる位置Ｍと、最大の吐出幅で塗布を行う時の塗布ノズル２０の吐出口２３の位置Ｍ１とには、僅かにずれが生じていることになる。このような理由から、本実施の形態では、塗布液Ｆの吐出幅を基準に、塗布ノズル２０の位置を規定している。

図８〜図１２は、時点ｔ２〜ｔ３までの間、互いに相対移動する塗布ノズル２０とウエハＷとの位置関係を説明するために、吐出口２３の位置をウエハＷ上に投影して描いている。図８〜図１２では、静止した塗布ノズル２０の吐出口２３に対するウエハＷの移動方向を白矢印で示している。

図８は時点ｔ２に対応するもので、塗布を開始するウエハＷの一端側に吐出口２３が位置している状態である。図１２は時点ｔ３に対応するもので、塗布を終了するウエハＷの他端側に吐出口２３が位置している状態である。図９は、塗布の途中で塗布液Ｆの吐出幅が増加していく過程である。図１０は、塗布の途中で、円形のウエハＷに対して、塗布液Ｆの吐出幅が最大となるときの吐出口２３の位置を示している。図１０では、図７で説明したように、ウエハＷの幅が最大に達するＭの位置よりも、吐出口２３は若干前方に位置している。一方、図１１は、塗布の途中で塗布液Ｆの吐出幅が減少していく過程である。

本実施の形態の塗布膜形成方法では、円形のウエハＷに対して、塗布の前半、すなわち、吐出口２３が図８〜図１０に示す位置にあるときは、貯留室２５内部の空間Ｓの圧力を徐々に高くしていく（図６も参照）。この過程では、塗布液Ｆの吐出幅が、ウエハＷの幅の増加に伴って増加していくため、塗布膜の膜厚を一定にするには、吐出幅の増加に伴って、塗布液Ｆの時間当たりの吐出量を増加させていく必要がある。つまり、図８のＡの位置よりも図９のＢの位置では、吐出幅が大きくなるため、塗布液Ｆの時間当たりの吐出量を多くする必要がある。さらに、図９のＢの位置よりも図１０のＣの位置では、吐出幅が大きくなるため、塗布液Ｆの時間当たりの吐出量を多くする必要がある。このような時間当たりの吐出量の増加にスムーズに対応するためには、貯留室２５内の空間Ｓの圧力を徐々に高くしていき、塗布液Ｆの吐出を僅かずつ促すことが効果的である。

また、円形のウエハＷに対して、塗布の後半、すなわち、吐出口２３が図１０に示した位置を超え、図１１及び図１２に示す位置にあるときは、貯留室２５の内部の空間Ｓの圧力を徐々に低下させていく（図６も参照）。この過程では、塗布液Ｆの吐出幅が、ウエハＷの幅の減少に伴って減少していくため、塗布膜の膜厚を一定にするには、吐出幅の減少に伴って、塗布液Ｆの時間当たりの吐出量を減少させる必要があるためである。つまり、図１０のＣの位置よりも図１１のＤの位置では、吐出幅が小さくなるため、塗布液Ｆの時間当たりの吐出量を小さくする必要がある。さらに、図１１のＤの位置よりも、図１２のＥの位置で、吐出幅が小さくなるため、塗布液Ｆの時間当たりの吐出量を小さくする必要がある。このような、時間当たりの吐出量の減少にスムーズに対応するためには、貯留室２５内の空間Ｓの圧力を徐々に低くしていき、塗布液Ｆの吐出を僅かずつ抑制することが効果的である。

仮に、図１０〜図１２までの過程で、貯留室２５内の空間Ｓの圧力を一定に制御しようとすると、塗布液Ｆの減少に伴う減圧に見合うだけ空間Ｓの圧力を上昇させることになる。空間Ｓの圧力上昇は、塗布液Ｆの吐出を増加させるように作用し、結果的に塗布膜の膜厚が厚くなる傾向がある。特に、貯留室２５内の空間Ｓの圧力を一定に制御した場合、図１２のＥに示すウエハＷの終端部の近傍では、塗布液Ｆが供給過多となって、塗布膜の膜厚が他の部位よりも厚くなってしまう。

次に、貯留室２５内の空間Ｓの圧力制御を行う上で、最適な圧力設定値を求めるための方法について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、塗布工程の処理時間（横軸）と、貯留室２５内の空間Ｓの圧力（縦軸左）及び塗布液Ｆの吐出幅（縦軸右）との関係を示すグラフである。塗布ノズル２０における貯留室２５の内部の空間Ｓの圧力の調節と塗布液Ｆの時間当たりの吐出量の変化は、以下の（i）〜（iii）に示すような挙動を伴って行われる。
（i）貯留室２５の内部の空間Ｓの圧力の設定値が変更されると、圧力調整機構部３０によって、空間Ｓへのガスの供給又は排気が行われる。
（ii）空間Ｓの圧力が変化する。
（iii）貯留室２５の内部で塗布液Ｆの液面が変化し、吐出口２３からの吐出量が変化する。この際、流路２７における抵抗も吐出量に影響を与える。

上記（i）の圧力の設定値の変更は、圧力制御部１２５から圧力調整機構部３０に制御信号を送出することによって行われる。ここで、圧力制御部１２５から制御信号を発した時点をＴ０、この時点Ｔ０から、上記（ii）の段階を経て、上記（iii）で実際に吐出量が変化した時点をＴ１とすると、時点Ｔ０とＴ１との差分であるタイムラグＴ（Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０）が発生する。ここで、タイムラグＴには、粘性流体である塗布液Ｆが吐出口２３に追随していくための時間的な遅れも含まれている（図７参照）。

また、塗布ノズル２０とウエハＷとが一定の速度Ｖ［ｍｍ／秒］で相対移動している場合、時点Ｔ０における塗布ノズル２０の吐出口２３の位置ＰＬ０に対し、時点Ｔ１における塗布ノズル２０の吐出口２３の位置ＰＬ１は、ＰＬ１＝（Ｖ×Ｔ）＋ＰＬ０となる。従って、タイムラグＴを考慮すると、圧力制御部１２５による空間Ｓの圧力制御は、時点Ｔ０及び位置ＰＬ０の吐出幅ではなく、時点Ｔ１及び位置ＰＬ１の吐出幅を基準にする必要がある。

図１３において、曲線ＣＰは、図６に示した貯留室２５内の空間Ｓの圧力変化を示す曲線ＣＰと同じものである。また、図１３において、曲線ＣＰ１は、曲線ＣＰに対する差分の標準偏差が最小となるように、タイムラグＴ及び補正減圧度係数ｇを二分探索によって算出した結果得られた圧力の近似曲線を示している。また、図１３において、曲線ＣＷ０は、位置ＰＬ０における吐出幅を示し、曲線ＣＷ１は、位置ＰＬ１における吐出幅を示している。ここでは、曲線ＣＷ０と曲線ＣＷ１との差分が、タイムラグＴに相当する。

図１３の近似曲線ＣＰ１は、下記の式Ａによって計算された設定圧力値ＰＣＰ１に基づくものである。ここで、タイムラグＴは数秒、塗布ノズル２０とウエハＷとの相対移動速度は数ｍｍ／秒とした。
設定圧力値ＰＣＰ１＝Ｐｍａｘ＋（ＬＰＬ１−Ｌｍａｘ）×ｇ …（Ａ）
［ここで、Ｌｍａｘは最大吐出幅［ｍｍ］、ＬＰＬ１は位置ＰＬ１における吐出幅［ｍｍ］、Ｐｍａｘは最大吐出幅Ｌｍａｘにおける減圧度［Ｐａ］、ｇは位置ＰＬ１における吐出幅ＬＰＬ１と最大吐出幅Ｌｍａｘとの差分の補正減圧度係数を示す］

図１３に示したように、式Ａによって求められる近似曲線ＣＰ１は、実験的に得られた曲線ＣＰとほぼ重なっている。このことから、式Ａを利用することによって、塗布ノズル２０における貯留室２５の内部の空間Ｓの最適な設定圧力値を求めることができる。

以上のように、本実施の形態の塗布膜形成装置１００及び塗布膜形成方法によれば、スリットコート方式の塗布膜形成において、幅が変化する形状のウエハＷ等の基板に対して、均一な塗布膜を形成できる、という効果を奏する。

以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態においては、静止した塗布ノズル２０に対してウエハＷを移動させることで塗布ノズル２０とウエハＷとを相対移動させたが、例えばウエハＷの位置を固定した状態で塗布ノズル２０を水平方向に移動させてもよい。

また、上記実施の形態では、基板として円形の半導体ウエハを例に挙げたが、基板の幅が変化するものであれば、処理対象は半導体ウエハに限るものではなく、また、その形状も円形に限るものではない。

１…処理容器、１０…支持装置、１１…ステージ、１３…ベース部、１５…連結部、１７…スライド駆動部、２０…塗布ノズル、２１…本体、２３…吐出口、２５…貯留室、２７…流路、２９…蓋部、３０…圧力調整機構部、３１…ガス供給機構部、３３…ガス供給管、３５…ガス源、３７…圧力調整バルブ、３９…開閉バルブ、４１…排気機構部、４３…排気管、４５…排気装置、４７…開閉バルブ、５０…塗布液供給機構部、５１…塗布液供給管、５３…塗布液供給源、５５…開閉バルブ、６０…センサ部、６１…昇降駆動部、７０…制御部、１００…塗布膜形成装置、Ｗ…半導体ウエハ、Ｆ…塗布液、Ｓ…空間

Claims (6)

1. 基板に向けて塗布液を供給する塗布ノズルと、
   前記基板と前記塗布ノズルとを水平方向に相対移動させる水平移動機構部と、
   前記塗布ノズルの内部の圧力を調整する圧力調整機構部と、
   前記塗布ノズルから前記基板へ向けて供給される前記塗布液の量を変化させるように制御する制御部と、
   を備え、
   前記基板は、前記相対移動の方向に直交する方向の幅が変化する形状をなしており、
   前記塗布ノズルは、前記基板との相対移動の方向に対して直交する方向に長尺に形成されて、前記基板へ向けて前記塗布液を吐出する吐出口と、
   前記吐出口に連通し、その内部に前記塗布液を貯留する貯留室と、
   を有しており、
   前記圧力調整機構部は、前記貯留室の内部の空間の圧力を調整するものであり、
   前記制御部は、前記基板に前記塗布液を塗布する間、前記基板の幅の変化に対応して変化する前記吐出口から吐出される前記塗布液の吐出幅に応じて、前記圧力調整機構部を制御して前記貯留室内部の圧力を調節し、前記吐出口から吐出される前記塗布液の時間当たりの吐出量を変化させるものである、塗布膜形成装置。
2. 前記制御部は、前記塗布液の吐出幅が増加していく過程では、前記貯留室内部の圧力を徐々に高くしていき、前記塗布液の吐出幅が減少していく過程では、前記貯留室内部の圧力を徐々に低くしていくように、前記圧力調整機構部を制御する請求項１に記載の塗布膜形成装置。
3. 前記基板が円形であり、
   前記制御部は、前記塗布液の吐出幅が前記基板の直径に達するまでは、前記貯留室内部の圧力を徐々に高くしていき、前記塗布液の吐出幅が前記基板の直径に達した後は、前記貯留室内部の圧力を徐々に低くしていくように、前記圧力調整機構部を制御する請求項１に記載の塗布膜形成装置。
4. 前記制御部は、前記基板に前記塗布液を塗布する間、前記圧力調整機構部を制御して、前記貯留室の内部の圧力を前記貯留室の外部の圧力に対して負圧に維持する請求項１〜３のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
5. さらに、前記塗布ノズルと前記基板との相対的位置を検出する位置検出手段を備えており、
   前記制御部は、
   前記基板の形状情報を記憶する基板形状情報記憶部と、
   前記基板形状情報記憶部に記憶された前記基板の形状情報及び前記位置検出手段によって検出された前記基板の相対的位置情報に基づき、前記塗布液の吐出幅及び吐出量を演算する演算処理部と、
   前記演算処理部で演算された前記塗布液の吐出幅及び吐出量に基づき、前記圧力調整機構部を制御する圧力制御部と、
   を備えている請求項１〜４のいずれか一つに記載の塗布膜形成装置。
6. 前記基板が円形であり、前記圧力制御部から制御信号を発した時点をＴ０、この時点Ｔ０から、実際に吐出量が変化した時点をＴ１としたとき、時点Ｔ０とＴ１との差分であるタイムラグＴが存在するとともに、前記塗布ノズルと前記基板とが一定の速度Ｖで相対移動し、かつ、時点Ｔ０における前記吐出口の位置ＰＬ０に対し、時点Ｔ１における前記吐出口の位置ＰＬ１がＰＬ１＝（Ｖ×Ｔ）＋ＰＬ０となる場合において、前記貯留室内部の設定圧力値を下記の式Ａに基づき算出する請求項５に記載の塗布膜形成装置。
   設定圧力値＝Ｐｍａｘ＋（ＬＰＬ１−Ｌｍａｘ）×ｇ …（Ａ）
   ［ここで、Ｌｍａｘは最大吐出幅［ｍｍ］、ＬＰＬ１は位置ＰＬ１における吐出幅［ｍｍ］、Ｐｍａｘは最大吐出幅Ｌｍａｘにおける減圧度［Ｐａ］、ｇは位置ＰＬ１における吐出幅ＬＰＬ１と最大吐出幅Ｌｍａｘとの差分の補正減圧度係数を示す］

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