JP2017076692A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体構造を持つ成膜対象部材の表面に成膜材料を噴霧することによって成膜する場合に、その表面上の凸部や凹部の側壁面に成膜される膜厚のムラを抑制することを課題とする。【解決手段】噴霧部材４から成膜材料を噴霧することにより成膜対象部材２０の表面上に膜を形成する成膜装置１０において、前記成膜対象部材の表面法線方向に略平行な回転軸回りで前記噴霧部材と該成膜対象部材とを相対回転させる相対回転手段１３と、互いに異なる２以上の相対回転位置で、前記成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して前記噴霧部材から成膜材料を噴霧させる制御を実行する制御手段３０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関するものである。

従来、噴霧部材から成膜材料を噴霧することにより成膜対象部材の表面上に膜を形成する成膜装置が知られている。

例えば、特許文献１には、立体構造を持つ成膜対象部材の表面上にスプレーコーティングにより成膜する成膜装置が開示されている。高機能なデバイスを実現するなどの目的で、複雑な凹凸を持つ立体構造が表面に形成されている成膜対象部材に対し、その表面上に均一な膜を成膜することが求められる。特許文献１に開示の成膜装置は、立体構造を持つ成膜対象部材の表面上にスプレーコーティングによってレジスト膜を構成するレジスト剤を塗布した後、ある時間置いて成膜対象部材上のレジスト剤の拡散移動を促す処置を実行する。これにより、特許文献１によれば、成膜対象部材のレジスト膜に含まれる微小な穴や膜厚の局所的な不均一を修正して膜厚の均一化を図ることができるとしている。

ところが、立体構造を持つ成膜対象部材の表面にスプレーコーティングによって成膜する場合には、凸部の側壁面や凹部の側壁面に成膜される膜厚のムラを十分に抑制できないことがある。

上述した課題を解決するために、本発明は、噴霧部材から成膜材料を噴霧することにより成膜対象部材の表面上に膜を形成する成膜装置において、前記成膜対象部材の表面法線方向に略平行な回転軸回りで前記噴霧部材と該成膜対象部材とを相対回転させる相対回転手段と、互いに異なる２以上の相対回転位置で、前記成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して前記噴霧部材から成膜材料を噴霧させる制御を実行する制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、立体構造を持つ成膜対象部材の表面に成膜材料を噴霧することによって成膜する場合に、その表面上の凸部の側壁面や凹部の側壁面に成膜される膜厚のムラを抑制することができる。

実施形態におけるスプレーコート成膜装置の概略構成を示す模式図である。 同スプレーコート成膜装置を構成するスプレーガンの概略構成を示す模式図である。 同スプレーガンの先端部の概略構成を示す断面図である。 同スプレーコート成膜装置の加工テーブル上にセットされたシリコンウエハを示す斜視図である。 実施形態におけるスプレーコーティング動作を示す説明図である。 スプレーガンから噴霧されるスプレーミストが均一で、密度に偏りがなく、かつ、スプレーガンの噴霧方向がシリコンウエハの表面法線方向と一致している理想状態を示す説明図である。 シリコンウエハ上に存在する凹部の主走査方向下流側を向いている側壁面の膜厚Ｔ２が、上流側を向いている側壁面の膜厚Ｔ３よりも厚くなることを示す説明図である。 シリコンウエハ上に存在する凸部の主走査方向下流側を向いている側壁面の膜厚Ｔ２が、上流側を向いている側壁面の膜厚Ｔ３よりも厚くなることを示す説明図である。 実施形態におけるスプレーコーティング処理の流れを示すフローチャートである。 同スプレーコーティング処理における１回目のスプレーコーティング動作を示す説明図である。 同スプレーコーティング処理における２回目のスプレーコーティング動作を示す説明図である。 （ａ）は、１回目のスプレーコーティング動作後の膜厚を示す説明図である。（ｂ）は、２回目のスプレーコーティング動作後の膜厚を示す説明図である。 加工テーブルを固定したまま、その加工テーブル上に載置されるシリコンウエハを回転させる変形例を示す説明図である。 （ａ）は、スプレーガンの噴霧方向がシリコンウエハの表面法線方向に対して主走査方向下流側へ傾いている場合において、１回目のスプレーコーティング動作後の膜厚を示す説明図である。（ｂ）は、同場合において、２回目のスプレーコーティング動作後の膜厚を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態では、成膜対象部材であるシリコンウエハの表面にフォトレジスト膜を成膜する場合を例に挙げて説明するが、これに限らず、立体構造をもつ成膜対象部材の表面に成膜するものであれば、広く適用可能である。

図１は、本実施形態におけるスプレーコート成膜装置の概略構成を示す模式図である。
図２は、本スプレーコート成膜装置を構成するスプレーガンの概略構成を示す模式図である。
図３は、本スプレーガンの先端部の概略構成を示す断面図である。

本実施形態のスプレーコート成膜装置１０において、成膜対象部材であるシリコンウエハ２０は、加工ブース１１内において、加工テーブル１２上に載置されて支持される。加工テーブル１２の上方には、噴霧部材としてのスプレーガン４が設置されている。スプレーガン４には、塗工液供給部２の塗工液タンク２Ｂから、成膜材料であるフォトレジスト材とシンナーの混合液からなる塗工液２Ａがポンプ２Ｃによって供給される。また、スプレーガン４には、霧化エア供給部３の霧化エアタンク３Ｂから、圧縮空気である霧化エア３Ａがポンプ３Ｃによって供給される。

スプレーガン４は、塗工液供給部２から供給される塗工液２Ａを、塗工液流路７を介して塗工液ノズル５から排出するとともに、その塗工液ノズル５の外周面を取り囲んで塗工液ノズル５の外周面とエアキャップ６との間に形成されるエア流路９から霧化エア３Ａを排出する。これにより、霧化エア３Ａによって塗工液２Ａが微粒子化され、スプレーガン４からシリコンウエハ２０上に噴霧される。加工ブース１１には、スプレーガン４から噴霧された余分のスプレーミストを排除するため、クリーンエア供給口や排気口が設けられている。

本実施形態におけるスプレーガン４は、相対移動手段としてのＸＹ走査機構１５により、加工テーブル１２上のシリコンウエハ２０に対し、加工テーブル１２の載置面すなわちシリコンウエハ２０の被成膜面に沿って２次元方向へ移動可能に構成されている。また、シリコンウエハ２０が載置される加工テーブル１２は、相対回転手段としてのテーブル回転機構１３により、加工テーブル１２の載置面すなわちシリコンウエハ２０の被成膜面の法線方向に略平行な回転軸回りに回転可能に構成されている。また、シリコンウエハ２０に付着した塗工液２Ａ中の液体成分（シンナー）を蒸発させて乾燥させる時間を短縮するために、必要に応じて、シリコンウエハ２０を加熱する加熱手段を設けてもよい。この加熱手段としては、シリコンウエハ２０が載置される加工テーブル１２を加熱するヒータを用いることができる。

図４は、加工テーブル１２上にセットされたシリコンウエハ２０を示す斜視図である。
加工テーブル１２上には、シリコンウエハ２０のオリエンテーションフラット（Orientation Flat）２０ａが加工テーブル１２上に設けられているマーク１４に近接するように、シリコンウエハ２０がセットされ、固定される。このとき、オリエンテーションフラット２０ａのラインがＸ軸方向に平行となるように、加工テーブル１２上にシリコンウエハ２０がセットされ、固定される。加工テーブル１２上にシリコンウエハ２０を固定する手段は、吸引による吸着手段、静電吸着手段など、どのような手段であってもよい。また、成膜対象部材も、シリコンウエハ２０に限らず、ガラスや化合物半導体などの他の物質からなる基板であってもよく、また、基板形状も円形に限らず，液晶ディスプレイのように方形基板でもよい。

図５は、本実施形態におけるスプレーコーティング動作を示す説明図である。
本実施形態では、スプレーガン４を所定の一定速度でＸ軸方向へ所定距離Ｓだけ走査（主走査）しながら、霧化エア３Ａによって塗工液２Ａが微粒子化されたスプレーミスト１を加工テーブル１２上のシリコンウエハ２０に噴霧する。その後、スプレーガン４をＹ軸方向（副走査方向）へ所定距離Ｐだけ移動（副走査）させる。そして、今度は、スプレーガン４を所定の一定速度でＸ軸方向へ逆向きに所定距離Ｓだけ走査（主走査）しながら、霧化エア３Ａによって塗工液２Ａが微粒子化されたスプレーミスト１を加工テーブル１２上のシリコンウエハ２０に噴霧する。このとき、先に噴霧した箇所に対して部分的に重複するように噴霧が行われる。このような主走査と副走査を繰り返すことで，主走査方向に沿って往復直線移動を行い、シリコンウエハ２０上に塗工液２Ａを付着させ、レジスト膜を成膜する。

ここで、スプレーガン４から噴霧される塗工液２Ａのスプレーミスト１は、図３に示すように、スプレーガン４から噴霧方向Ｄを中心にして放射状に拡がりながらシリコンウエハ２０の表面に到達する。そのため、スプレーガン４に対するシリコンウエハ２０の表面上の相対位置の違いによって、シリコンウエハ２０の表面上の各箇所に入射するスプレーミスト１の入射角度（シリコンウエハ２０の表面法線方向に対する角度）θ１，θ２は異なるものとなる。そのため、仮にスプレーガン４から均一にスプレーミスト１が噴霧された場合でも、入射角度θが大きい箇所（θ１＞θ２）ほど、シリコンウエハ２０上の単位面積当たりのスプレーミスト１の付着量が少なくなる。ただし、シリコンウエハ２０の表面が平面である場合には、上述した主走査や副走査により、シリコンウエハ２０の表面上の各箇所に対してそれぞれすべての全入射角度θでスプレーミスト１が噴霧されることになる。よって、入射角度θの違いによるスプレーミスト１の付着量の違いは、上述した主走査や副走査により相殺され、スプレーミスト１の付着量ムラを生じさせることはない。

一方、実際には、スプレーガン４の塗工液ノズル５が真円からずれていたり、エア流路９の排出口が不均一であったりするなどが原因で、霧化エア３Ａと塗工液２Ａとの混合が不均一となり、スプレーガン４から噴霧されるスプレーミスト１の密度に偏りが生じている。そのため、図３に示すように、入射角度の大きさが同じ角度θ１，θ１’である箇所であっても、スプレーミスト１の付着量は異なるものとなる。ただし、この場合であっても、シリコンウエハ２０の表面が平面である場合には、上述した主走査や副走査により、シリコンウエハ２０の表面上の各箇所に対してそれぞれすべての全入射角度θでスプレーミスト１が噴霧されることになる。よって、スプレーミスト１の密度の偏りは、上述した主走査や副走査により相殺され、スプレーミスト１の付着量ムラを生じさせることはない。

ところが、スプレーミスト１の密度に偏りが生じていると、成膜対象部材であるシリコンウエハ２０が立体構造を有する場合には、シリコンウエハ２０の表面上に存在する凸部や凹部の側壁面上において、スプレーミスト１の付着量ムラが生じる。これは、上述した主走査や副走査によっては相殺することができない。

図６は、スプレーガン４から噴霧されるスプレーミスト１が均一で、密度に偏りがなく、かつ、スプレーガン４の噴霧方向Ｄがシリコンウエハ２０の表面法線方向と一致している理想状態を示す説明図である。
図６において、スプレーガン４は、図６中矢印Ｅに示す方向へ主走査されながらスプレーミスト１を噴霧し、スプレーミスト１は図６に示すように放射状に拡がりながらシリコンウエハ２０の表面に到達する。ここで、シリコンウエハ２０の表面上に存在する凹部において、主走査方向Ｅの下流側を向いている側壁面２０ａに付着するスプレーミスト１によるレジスト膜２１の膜厚Ｔ２と、上流側を向いている側壁面２０ｂに付着するスプレーミスト１によるレジスト膜２１の膜厚Ｔ３とを比較する。

スプレーガン４からスプレーミスト１が放射状に噴霧される角度φの範囲がスプレーガン４の噴霧方向Ｄ（すなわちシリコンウエハ２０の表面法線方向）に対して例えば−１０°以上＋１０°以下の角度範囲であるとする。この場合、シリコンウエハ２０の表面上の平面部分２０ｃは、その平面部分２０ｃのどの箇所に入射するスプレーミスト１の入射角度θの範囲も、−１０°以上＋１０°以下の角度範囲である。したがって、シリコンウエハ２０の表面上の平面部分２０ｃに付着するスプレーミスト１によるレジスト膜２１は、主走査により、均一な膜厚Ｔ１となる。

一方、図６に示すように凹部の側壁面２０ａ，２０ｂの部分については、その側壁面２０ａ，２０ｂの各箇所に入射するスプレーミスト１の入射角度θの範囲は、その側壁面２０ａ，２０ｂの傾斜角度分（シリコンウエハ２０の表面法線方向に対する側壁面の面方向の傾斜角度）だけ偏りが生じる。そのため、下流側を向いている側壁面２０ａでは、その傾斜角度が１０°であったとすると、その側壁面２０ａに入射するスプレーミスト１の入射角度θの範囲は、−９０°以上−７０°以下の角度範囲となる。これに対し、上流側を向いている側壁面２０ｂでは、その傾斜角度が１０°であったとすると、その側壁面２０ａに入射するスプレーミスト１の入射角度θの範囲は、＋７０°以上＋９０°以下の角度範囲となる。

このとき、両側壁面２０ａ，２０ｂに入射するスプレーミスト１の入射角度θの大きさの範囲は一致している。したがって、仮にスプレーガン４から均一な噴霧がなされれば、主走査によって、下流側を向いている側壁面２０ａの膜厚Ｔ２も、上流側を向いている側壁面２０ｂの膜厚Ｔ３も同じになり、膜厚の違い（スプレーミスト１の付着量の違い）は生じない。なお、これらの側壁面２０ａ，２０ｂの膜厚Ｔ２，Ｔ３は、平面部分２０ｃの膜厚Ｔ１よりも薄いものとなる。これは、側壁面２０ａ，２０ｂに対する入射角度θの大きさが、平面部分２０ｃよりも全体的に大きいためである。

しかしながら、スプレーガン４から不均一な噴霧がなされ、スプレーミスト１の密度に偏りが生じている場合、主走査を行っていても、下流側を向いている側壁面２０ａの膜厚Ｔ２と、上流側を向いている側壁面２０ｂの膜厚Ｔ３とは同じにならない。
例えば、スプレーガン４から噴霧される角度φが噴霧方向Ｄよりも主走査方向上流側（角度φがマイナス側）の密度が、主走査方向下流側（角度φがプラス側）の密度よりも高い場合を考える。この場合、高密度のスプレーミスト１の入射角度θは、上流側を向いている側壁面２０ｂに対しては大きく、下流側を向いている側壁面２０ａに対しては小さい。また、低密度のスプレーミスト１の入射角度θは、上流側を向いている側壁面２０ｂに対しては小さく、下流側を向いている側壁面２０ａに対しては大きい。その結果、下流側を向いている側壁面２０ａには、上流側を向いている側壁面２０ｂよりも、単位面積当たりのスプレーミスト１の付着量が多くなり、図７に示すように、下流側を向いている側壁面２０ａのレジスト膜２１の膜厚Ｔ２は、上流側を向いている側壁面２０ｂのレジスト膜２１の膜厚Ｔ３よりも厚くなる。

特に、このような側壁面２０ａ，２０ｂに付着するスプレーミスト１の付着量（膜厚Ｔ２，Ｔ３）の違いは、上述したように、スプレーガン４を主走査方向に往復移動させるときに先に噴霧した箇所に対して部分的に重複するように噴霧を行うと、拡大する。

このような側壁面２０ａ，２０ｂに付着するスプレーミスト１の付着量（膜厚Ｔ２，Ｔ３）の違いは、シリコンウエハ２０の表面上に存在する凹部の側壁面に限らず、図８に示すように、凸部の側壁面の場合でも同様である。

そこで、本実施形態においては、このような側壁面２０ａ，２０ｂに付着するスプレーミスト１の付着量ムラ（膜厚Ｔ２，Ｔ３の違い）を抑制するために、次のようなスプレーコーティング処理を行う。

図９は、本実施形態におけるスプレーコーティング処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態のスプレーコーティング処理では、まず、スプレーコート成膜装置１０の制御部３０は、入力される指示情報や所定の制御プログラムに従って、１枚のシリコンウエハ２０に対してスプレーコーティング動作を何回行うかをセットする（Ｓ１）。ここでセットされる動作回数Ｎは、成膜するレジスト膜の厚さ、スプレーガン４から噴霧されるスプレーミスト１の密度、主走査方向へのスプレーガン４の移動速度、副走査方向への移動距離Ｐなどに応じて、適宜設定されるが、本実施形態では、偶数の自然数に設定される。

次に、制御部３０は、ｎをリセットした後（Ｓ２）、ｎ＝ｎ＋１をセットし（Ｓ３）、１回目のスプレーコーティング動作を実施する（Ｓ４）。このスプレーコーティング動作では、制御部３０が、ＸＹ走査機構１５及びスプレーガン４の動作を制御し、図１０に示したように、副走査方向へ断続的に移動させながら主走査方向への往復移動を繰り返し、シリコンウエハ２０の表面全体にスプレーガン４から噴霧される塗工液２Ａのスプレーミスト１を付着させる。

このようにして、１回目のスプレーコーティング動作が終了したら、制御部３０は、ｎがＮに達したか否かを判断する（Ｓ５）。そして、ｎがＮに達していなければ（Ｓ５のＮｏ）、制御部３０は、テーブル回転機構１３を制御して、シリコンウエハ２０が載置される加工テーブル１２を、加工テーブル１２の載置面すなわちシリコンウエハ２０の表面（被成膜面）の法線方向に略平行な回転軸回りに、１８０°回転させる（Ｓ６）。その後、ｎ＝ｎ＋１をセットして（Ｓ３）、２回目のスプレーコーティング動作を実施する（Ｓ４）。

２回目のスプレーコーティング動作では、図１１に示すように、シリコンウエハ２０の表面法線方向に略平行な回転軸回りにおけるスプレーガン４とシリコンウエハ２０との相対回転位置が、２回目のスプレーコーティング動作時に対して１８０°変更されている。これにより、２回目のスプレーコーティング動作では、シリコンウエハ２０の表面上における凹部や凸部における主走査方向下流側を向いている側壁面２０ａと上流側を向いている側壁面２０ｂとの関係が、１回目のスプレーコーティング動作とは逆さまになる。

すなわち、例えば、スプレーガン４から噴霧されるスプレーミスト１の密度に偏りによって、１回目のスプレーコーティング動作では、図１２（ａ）に示すように、下流側を向いている側壁面２０ａに付着するスプレーミスト１の付着量が、上流側を向いている側壁面２０ｂよりも多かったとする。この場合、２回目のスプレーコーティング動作では、図１２（ｂ）に示すように、上流側を向いている側壁面２０ｂに付着するスプレーミスト１の付着量が、下流側を向いている側壁面２０ａよりも多くなる。その結果、１回目のスプレーコーティング動作と２回目のスプレーコーティング動作とで、両側壁面２０ａ，２０ｂ間におけるスプレーミスト１の付着量の違いが相殺される。

そして、以上のようなスプレーコーティング動作をＮ回（Ｎは偶数）実施することで（Ｓ５のＹｅｓ）、シリコンウエハ２０の表面上に存在する凹部や凸部の側壁面に成膜されるレジスト膜２１に膜厚ムラがなく、所望の膜厚をもったレジスト膜２１を成膜することができる。

なお、本実施形態では、スプレーコーティング動作を１回行うたびに、加工テーブル１２を回転させる例であるが、同じ回転位置で複数回のスプレーコーティング動作を行う場合には、スプレーコーティング動作を連続して２回以上行ってから、加工テーブル１２を回転させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、加工テーブル１２を１８０°回転させることにより、スプレーガン４とシリコンウエハ２０の相対回転位置が互いに１８０°異なる２つの状態で、シリコンウエハ２０の表面上の同一箇所に対してスプレーガン４からのスプレーミスト１を噴霧させる例であるが、これに限られない。

例えば、加工テーブル１２を９０°回転させることにより、スプレーガン４とシリコンウエハ２０の相対回転位置が互いに９０°異なる４つの状態で、シリコンウエハ２０の表面上の同一箇所に対してスプレーガン４からのスプレーミスト１を噴霧させてもよい。この場合、１回目のスプレーコーティング動作と３回目のスプレーコーティング動作とで、シリコンウエハ２０の表面上における凹部や凸部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いが相殺される。同様に、２回目のスプレーコーティング動作と４回目のスプレーコーティング動作とで、シリコンウエハ２０の表面上における凹部や凸部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いが相殺される。

また、例えば、加工テーブル１２を１２０°回転させることにより、スプレーガン４とシリコンウエハ２０の相対回転位置が互いに１２０°異なる３つの状態で、シリコンウエハ２０の表面上の同一箇所に対してスプレーガン４からのスプレーミスト１を噴霧させてもよい。この場合、１回目〜３回目のスプレーコーティング動作によって、シリコンウエハ２０の表面上における凹部や凸部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いが相殺される。

以上を一般化すると、制御部３０は、下記の式（１）を満たすように、テーブル回転機構１３により角度αずつ相対回転位置をＭ回変更させるとともに、シリコンウエハ２０の表面上の同一箇所に対して各相対回転位置につきｂ回ずつスプレーガン４からスプレーミスト１を噴霧させることにより、シリコンウエハ２０の表面上における凹部や凸部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いを相殺することができる。ただし、「ａ」は、スプレーガン４とシリコンウエハ２０とが３６０°の相対回転を何回行うかを示す総相対回転回数である。
α ＝ （ａ × ３６０°） ／ （ｂ × Ｍ） ・・・（１）

ただし、シリコンウエハ２０の表面上における凹部や凸部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いを完全に相殺する必要がない場合には、必ずしも、上記式（１）を満たす必要はない。例えば、加工テーブル１２を９０°回転させる動作を３回行って、スプレーガン４とシリコンウエハ２０の相対回転位置が互いに９０°異なる３つの状態で、シリコンウエハ２０の表面上の同一箇所に対してスプレーガン４からのスプレーミスト１を噴霧させてもよい。この場合であっても、加工テーブル１２を回転させずに、スプレーコーティング動作を３回行う場合に比べて、シリコンウエハ２０の表面上における凹部や凸部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いは抑制される。

また、本実施形態では、シリコンウエハ２０の表面法線方向に略平行な回転軸回りにおけるスプレーガン４とシリコンウエハ２０との相対回転位置を変更する相対回転手段が、シリコンウエハ２０が載置される加工テーブル１２を回転させるテーブル回転機構１３であったが、これに限られない。例えば、加工テーブル１２を固定したまま、その加工テーブル１２上に載置されるシリコンウエハ２０を回転させる手段を用いてもよい。この場合、例えば、図５に示した状態でスプレーコーティング動作を行った後、加工テーブル１２を固定したまま、その加工テーブル１２上に載置されるシリコンウエハ２０を１８０°回転させて図１３に示す状態にし、スプレーコーティング動作を行う。また、相対回転手段としては、シリコンウエハ２０側を回転させることに伴い、またはこれに代えて、スプレーガン４をシリコンウエハ２０の表面法線方向に略平行な回転軸回りで回転させる手段を用いることができる。

また、本実施形態では、シリコンウエハ２０の表面上に存在する凸部や凹部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いが、スプレーミスト１の密度偏りに起因して生じる場合を例に挙げて説明したが、側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いは、他の原因でも発生し得る。例えば、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、スプレーガン４の噴霧方向Ｄ’がシリコンウエハ２０の表面法線方向（シリコンウエハ２０の平面部分２０ｃの法線方向）に対して傾斜している場合にも、同様に、シリコンウエハ２０の表面上に存在する凸部や凹部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いが発生する。

具体的に説明すると、例えば、スプレーガン４の噴霧方向Ｄ’が、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコンウエハ２０の表面法線方向に対して主走査方向下流側へ５°傾いている場合を考える。スプレーガン４からスプレーミスト１が放射状に噴霧される角度φの範囲がスプレーガン４の噴霧方向Ｄ’に対して例えば−１０°以上＋１０°以下の角度範囲であるとすると、シリコンウエハ２０の表面上の平面部分２０ｃに対するスプレーミスト１の入射角度θの範囲は、−５°以上＋１５°以下の角度範囲となる。なお、この場合でも、シリコンウエハ２０の表面上の平面部分２０ｃに付着するスプレーミスト１によるレジスト膜２１は、主走査により、均一な膜厚を得ることができる。

ところが、シリコンウエハ２０上の凹部や等物の側壁面２０ａ，２０ｂについては、その側壁面２０ａ，２０ｂの各箇所に入射するスプレーミスト１の入射角度θの範囲は、上述したとおり、その側壁面２０ａ，２０ｂの傾斜角度分だけ偏りが生じる。そのため、下流側を向いている側壁面２０ａでは、その傾斜角度が１０°であったとすると、その側壁面２０ａに入射するスプレーミスト１の入射角度θの範囲は、−８５°以上−７５°以下の角度範囲となる。これに対し、上流側を向いている側壁面２０ｂでは、その傾斜角度が１０°であったとすると、その側壁面２０ａに入射するスプレーミスト１の入射角度θの範囲は、＋７５°以上＋９５°以下の角度範囲となる。

このように、下流側を向いている側壁面２０ａと上流側を向いている側壁面２０ｂとの間でスプレーミスト１の入射角度θの大きさの範囲が異なることから、仮にスプレーミスト１の密度に偏りがなくても、下流側を向いている側壁面２０ａには、上流側を向いている側壁面２０ｂよりも、単位面積当たりのスプレーミスト１の付着量が多くなり、図１４（ａ）に示すように、下流側を向いている側壁面２０ａのレジスト膜２１の膜厚Ｔ２は、上流側を向いている側壁面２０ｂのレジスト膜２１の膜厚Ｔ３よりも厚くなる。

このようなスプレーガン４の噴霧方向Ｄ’の傾斜に起因して、シリコンウエハ２０の表面上に存在する凸部や凹部の側壁面間におけるスプレーミスト１の付着量の違いが発生する場合にも、スプレーガン４とシリコンウエハ２０との相対回転位置を変更しながらスプレーコーティング動作を行う本実施形態のスプレーコーティング処理は有効である。すなわち、１回目のスプレーコーティング動作と２回目のスプレーコーティング動作とで、両側壁面２０ａ，２０ｂ間におけるスプレーミスト１の付着量の違いを相殺でき、シリコンウエハ２０の表面上に存在する凹部や凸部の側壁面に成膜されるレジスト膜２１に膜厚ムラがなく、所望の膜厚をもったレジスト膜２１を成膜することができる。

なお、説明は、主走査方向について説明したものであるが、これは副走査方向についても同様に考えることができる。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
スプレーガン４等の噴霧部材からフォトレジスト材等の成膜材料を噴霧することによりシリコンウエハ２０等の成膜対象部材の表面上にレジスト膜２１等の膜を形成するスプレーコート成膜装置１０等の成膜装置において、前記成膜対象部材の表面法線方向に略平行な回転軸回りで前記噴霧部材と該成膜対象部材とを相対回転させるテーブル回転機構１３等の相対回転手段と、互いに異なる２以上の相対回転位置で、前記成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して前記噴霧部材から成膜材料を噴霧させる制御を実行する制御部３０等の制御手段とを有することを特徴とする。
上述したとおり、噴霧部材から噴霧される成膜材料は、噴霧部材から放射状に拡がりながら成膜対象部材の表面に到達する。そのため、成膜対象部材の表面上の各箇所に入射する成膜材料の入射角度（当該箇所の法線方向に対する角度）は異なるものとなる。噴霧部材から均一な密度で成膜材料が噴霧された場合、入射角度が大きい箇所ほど、単位面積当たりの成膜材料付着量が少ない。
成膜対象部材の表面が平面である場合には、上述したとおり、噴霧部材と成膜対象部材とを相対的に往復直線移動させながら噴霧する従来のスプレーコーティング方法により、その直線移動方向についての入射角度の違いや噴霧の不均一による成膜材料付着量ムラは相殺される。また、その直線移動方向に対して直交する方向についても、先に噴霧した箇所に対して部分的に重複するように往復直線移動させながら噴霧を行うことによって、当該方向についての入射角度の違いや噴霧の不均一による成膜材料付着量ムラも相殺可能である。
しかしながら、立体構造を持つ成膜対象部材においては、その表面上に存在する凸部や凹部に、互いに異なる方向を向いた側壁面が存在し、これらの側壁面間で成膜材料付着量の違いが生じる場合がある。具体的には、例えば、噴霧部材から噴霧される成膜材料の密度に偏っている場合や、噴霧部材の噴霧方向が成膜対象部材の表面法線方向に対して傾斜している場合に、互いに異なる方向を向いた側壁面間で成膜材料付着量の違いが生じる。従来のスプレーコーティング方法では、噴霧部材と成膜対象部材とを相対的に往復直線移動させながら噴霧するとき、噴霧部材に対する各側壁面の向きは一定であり、互いに異なる方向を向いた側壁面間での成膜材料付着量の違いを解消することはできない。むしろ、成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して成膜材料を複数回噴霧する場合には、その成膜材料付着量の違いが拡大してしまう。
本態様においては、成膜対象部材の表面法線方向に略平行な回転軸回りでの噴霧部材と成膜対象部材との相対回転位置が異なる状態で、成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して成膜材料を噴霧することができる。各相対回転位置における噴霧部材に対する各側壁面の向きは互いに異なるため、互いに異なる方向を向いた側壁面間で生じる成膜材料付着量の違いは、相対回転位置ごとに異なるものとなる。よって、先の噴霧により互いに異なる方向を向いた側壁面間で生じていた成膜材料付着量の違いを、後の噴霧により部分的に又は全面的に相殺することが可能である。したがって、噴霧部材に対する各側壁面の向きが固定されたままの従来のスプレーコーティング方法よりも、成膜対象部材の表面上に存在する互いに異なる方向を向いた側壁面間で生じ得る成膜材料付着量の違いを抑制することができる。よって、立体構造を持つ成膜対象部材の表面に成膜材料を噴霧することによって成膜する場合に、その表面上の凸部や凹部の側壁面に成膜される膜厚のムラを抑制することができる。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記２以上の相対回転位置には、互いに１８０°異なる相対回転位置が含まれることを特徴とする。
相対回転位置が１８０°異なる場合、互いに異なる方向を向いた側壁面間における成膜材料付着量の偏差は逆さまになる。よって、相対回転位置が互いに１８０°異なる状態で、成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して成膜材料を噴霧することにより、当該側壁面間における成膜材料付着量の違いを効率よく相殺することができる。

（態様Ｃ）
前記態様Ａ又はＢにおいて、前記制御手段は、下記の式（１）を満たすように、前記相対回転手段により角度αずつ前記相対回転位置をＭ回変更させるとともに、前記成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して各相対回転位置につきｂ回ずつ前記噴霧部材から成膜材料を噴霧させる制御を実行することを特徴とする。
α ＝ （ａ × ３６０°） ／ （ｂ × Ｍ） ・・・（１）
ただし、ａ、ｂ、Ｍはいずれも自然数である。
これによれば、互いに異なる方向を向いた側壁面間における成膜材料付着量の違いを相殺することができる。

（態様Ｄ）
前記態様Ｃにおいて、前記ａ及びｂは１であり、前記Ｍは２であることを特徴とする。
これによれば、成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して成膜材料を噴霧する回数を最小限に抑えつつ、互いに異なる方向を向いた側壁面間における成膜材料付着量の違いを相殺することができる。

（態様Ｅ）
前記態様Ｃにおいて、前記ａ及びｂは１であり、前記Ｍは４であることを特徴とする。
これによれば、あらゆる方向を向いている側壁面間における成膜材料付着量の違いを相殺することが可能となる。

（態様Ｆ）
前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、前記相対回転手段は、前記回転軸回りに前記成膜対象部材を回転させるテーブル回転機構１３等の成膜対象部材回転手段を含むことを特徴とする。
これによれば、成膜対象部材を回転させることで、噴霧部材と成膜対象部材とを相対回転させることができる。

（態様Ｇ）
前記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様において、前記相対回転手段は、前記回転軸回りに前記噴霧部材を回転させる噴霧部材回転手段を含むことを特徴とする。
これによれば、噴霧部材を回転させることで、噴霧部材と成膜対象部材とを相対回転させることができる。

（態様Ｈ）
スプレーガン４等の噴霧部材からレジスト材等の成膜材料を噴霧することによりシリコンウエハ２０等の成膜対象部材の表面上にレジスト膜２１等の膜を形成する成膜方法において、前記成膜対象部材の表面法線方向に略平行な回転軸回りで前記噴霧部材と該成膜対象部材とを相対回転させる相対回転工程と、互いに異なる２以上の相対回転位置で、前記成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して前記噴霧部材から成膜材料を噴霧させる噴霧工程とを有することを特徴とする。
本態様においては、成膜対象部材の表面法線方向に略平行な回転軸回りでの噴霧部材と成膜対象部材との相対回転位置が異なる状態で、成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して成膜材料を噴霧することができる。各相対回転位置における噴霧部材に対する各側壁面の向きは互いに異なるため、互いに異なる方向を向いた側壁面間で生じる成膜材料付着量の違いは、相対回転位置ごとに異なるものとなる。よって、先の噴霧により互いに異なる方向を向いた側壁面間で生じていた成膜材料付着量の違いを、後の噴霧により部分的に又は全面的に相殺することが可能である。したがって、噴霧部材に対する各側壁面の向きが固定されたままの従来のスプレーコーティング方法よりも、成膜対象部材の表面上に存在する互いに異なる方向を向いた側壁面間で生じ得る成膜材料付着量の違いを抑制することができる。よって、立体構造を持つ成膜対象部材の表面に成膜材料を噴霧することによって成膜する場合に、その表面上の凸部や凹部の側壁面に成膜される膜厚のムラを抑制することができる。

１ スプレーミスト
２ 塗工液供給部
２Ａ 塗工液
３ 霧化エア供給部
３Ａ 霧化エア
４ スプレーガン
５ 塗工液ノズル
６ エアキャップ
７ 塗工液流路
９ エア流路
１０ スプレーコート成膜装置
１１ 加工ブース
１２ 加工テーブル
１３ テーブル回転機構
１４ マーク
１５ ＸＹ走査機構
２０ シリコンウエハ
２０ａ，２０ｂ 側壁面
２０ｃ 平面部分
２１ レジスト膜
３０ 制御部

特開２００３−２３６７９９号公報

Claims (8)

1. 噴霧部材から成膜材料を噴霧することにより成膜対象部材の表面上に膜を形成する成膜装置において、
   前記成膜対象部材の表面法線方向に略平行な回転軸回りで前記噴霧部材と該成膜対象部材とを相対回転させる相対回転手段と、
   互いに異なる２以上の相対回転位置で、前記成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して前記噴霧部材から成膜材料を噴霧させる制御を実行する制御手段とを有することを特徴とする成膜装置。
2. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記２以上の相対回転位置には、互いに１８０°異なる相対回転位置が含まれることを特徴とする成膜装置。
3. 請求項１又は２に記載の成膜装置において、
   前記制御手段は、下記の式（１）を満たすように、前記相対回転手段により角度αずつ前記相対回転位置をＭ回変更させるとともに、前記成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して各相対回転位置につきｂ回ずつ前記噴霧部材から成膜材料を噴霧させる制御を実行することを特徴とする成膜装置。
   α ＝ （ａ × ３６０°） ／ （ｂ × Ｍ） ・・・（１）
   ただし、ａ、ｂ、Ｍはいずれも自然数である。
4. 請求項３に記載の成膜装置において、
   前記ａ及びｂは１であり、前記Ｍは２であることを特徴とする成膜装置。
5. 請求項３に記載の成膜装置において、
   前記ａ及びｂは１であり、前記Ｍは４であることを特徴とする成膜装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の成膜装置において、
   前記相対回転手段は、前記回転軸回りに前記成膜対象部材を回転させる成膜対象部材回転手段を含むことを特徴とする成膜装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成膜装置において、
   前記相対回転手段は、前記回転軸回りに前記噴霧部材を回転させる噴霧部材回転手段を含むことを特徴とする成膜装置。
8. 噴霧部材から成膜材料を噴霧することにより成膜対象部材の表面上に膜を形成する成膜方法において、
   前記成膜対象部材の表面法線方向に略平行な回転軸回りで前記噴霧部材と該成膜対象部材とを相対回転させる相対回転工程と、
   互いに異なる２以上の相対回転位置で、前記成膜対象部材の表面上の同一箇所に対して前記噴霧部材から成膜材料を噴霧させる噴霧工程とを有することを特徴とする成膜方法。

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