JP2019166428A - 塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液溜め部の塗布液が塗布器に供給されて減少しても、塗布器の内圧が変化するのを抑える。【解決手段】塗布装置５は、基板Ｗに対して塗布液Ｒを吐出する吐出口１１を有する塗布器１０と、基板Ｗと塗布器１０とを相対的に移動させる移動手段２０と、塗布液Ｒを溜めると共に塗布器１０に塗布液Ｒを供給可能である液溜め部４１とを備える。液溜め部４１は、水平面に沿って設けられ塗布液Ｒを溜める液溜め配管４３を有し、液溜め配管４３は、溜めている塗布液Ｒの液面Ｒａを液溜め配管４３の途中で保持すると共に、塗布器１０への塗布液Ｒの供給による液面Ｒａの移動方向が水平方向となる。【選択図】 図１

Description

本発明は、塗布装置に関する。

半導体ウエハ等の基板(被塗布部材)に塗布液を塗布する方法として、塗布器を用いたキャピラリ塗布が知られている。キャピラリ塗布では、塗布器が有する吐出口から塗布液を基板に対して吐出させる。キャピラリ塗布の技術については、例えば、特許文献１に開示されている。基板上に形成される塗布液の膜厚が塗布方向で不均一とならないように、塗布器の内圧を一定に保つ必要がある。

特開２００５−１５２７１６号公報

図７（Ａ）は、従来の塗布装置の概略構成図である。前記のような塗布器９１を備える塗布装置は、更に、塗布液を溜めるタンク（液溜め部）９３を備える。タンク９３は配管９２を介して塗布器９１と繋がっている。塗布器９１から基板Ｗに対して塗布液Ｒが吐出され、塗布液Ｒが消費されると、タンク９３から塗布器９１へ塗布液Ｒが補充される。すると、図７（Ｂ）に示されるように、タンク９３に溜められている塗布液Ｒの液面が低下する。タンク９３の液面が低下すると、塗布器９１内における塗布液Ｒの水頭圧が低下し、塗布器９１の内圧が小さくなる。この結果、塗布器９１における塗布液Ｒの吐出圧が変動し、図８に示されるように、基板Ｗ上に形成される塗布液Ｒの膜厚が塗布位置Ｐ１，Ｐ２によって変化してしまう。

前記特許文献１に記載の塗布装置の場合、塗布液Ｒが消費されると、タンク９３内の液面の高さを一定とするために、タンク９３を上下方向に移動させる制御が行われる。しかし、この場合、塗布液Ｒの消費に伴う液面の変化に応じて、タンク９３の上下動を精密に制御して行なう必要があり、実際上、その制御は困難である。

なお、このように、塗布液が消費され、塗布液を溜めるタンクにおける液面が変動することで、塗布器の内圧が変化し、塗布器からの塗布液の吐出状態（吐出圧）が変化してしまう塗布装置として、キャピラリ塗布を行う装置以外に、インクジェット式の装置がある。

そこで、本発明は、液溜め部の塗布液が塗布器に供給されて減少しても、塗布器の内圧が変化するのを抑えることが可能となる塗布装置を提供することを目的とする。

本発明の塗布装置は、被塗布部材に対して塗布液を吐出する吐出口を有する塗布器と、前記被塗布部材と前記塗布器とを相対的に移動させる移動手段と、塗布液を溜めると共に前記塗布器に塗布液を供給可能である液溜め部と、を備え、前記液溜め部は、水平面に沿って設けられ塗布液を溜める液溜め流路を有し、前記液溜め流路は、溜めている塗布液の液面を当該液溜め流路の途中で保持し、前記塗布器への塗布液の供給による前記液面の移動方向が水平方向となる。

この塗布装置によれば、塗布液を溜める液溜め流路は水平面に沿って設けられ、液溜め流路の塗布液が減少して液面が移動しても、その移動の方向は水平方向であることから、液溜め部の塗布液が塗布器に供給されて減少しても、塗布器の内圧が変動するのを抑えることが可能となる。

本発明によれば、液溜め部の塗布液が塗布器に供給されて減少しても、塗布器の内圧が変化するのを抑えることが可能となる。

本発明の塗布装置の一例を示す概略構成図である。 塗布装置を簡略化して説明する説明図である。 塗布装置を簡略化して説明する説明図である。 液溜め配管の変形例を説明する平面図である。 液溜め配管の途中位置にある塗布液の液面を説明する図である。 塗布位置と塗布液の膜厚との関係を示す図である。 従来の塗布装置の概略構成図である。 塗布位置と塗布液の膜厚との関係（従来技術）を示す図である。

〔塗布装置について〕
図１は、本発明の塗布装置の一例を示す概略構成図である。塗布装置５は、塗布器（スリットダイともいう）１０、移動手段２０、装置基台３０、供給手段４０、及び制御装置３５を備える。装置基台３０は、被塗布部材となる基板Ｗを保持するステージ３１を有する。制御装置３５はコンピュータ装置により構成される。本実施形態の基板Ｗは、円板状の半導体ウエハ（シリコンウエハ）であり、塗布液（フォトレジスト液）Ｒが塗布される被塗布面８を一面側に有する。

塗布器１０は、幅方向（図１において紙面に直交する方向）に長い部材により構成されており、また、図１に示されるように横断面において、先端面１７側に向かって先細りとなる形状を有する。塗布器１０は、その内部に、塗布液Ｒが溜められる溜め部１３と、この溜め部１３と繋がるスリット状の流路１２とを有する。スリット状の流路１２は、先端面１７において開口し、この開口が吐出口１１となる。溜め部１３の塗布液Ｒは、スリット状の流路１２を通じて吐出口１１から吐出される。溜め部１３、及びスリット状の流路１２は、塗布器１０の幅方向に沿って長く設けられる。よって、塗布器１０は、幅方向に細長い吐出口１１を有する。塗布器１０は基板Ｗの上方に位置し、吐出口１１から塗布液Ｒは下向きに吐出される。基板Ｗの上面が、塗布液Ｒが塗布される被塗布面８となる。塗布器１０は、圧力センサ３６を有する。圧力センサ３６は、塗布器１０内（溜め部１３）の塗布液Ｒの圧力を計測する。

移動手段２０は、塗布器１０の幅方向に交差する方向（本実施形態では直交する方向）、つまり、図１では左右方向に移動可能である移動体２２と、移動体２２を移動させるリニアアクチュエータ２３とを有する。移動体２２に塗布器１０が搭載される。移動手段２０は、基板Ｗ（被塗布面８）と吐出口１１（先端面１７）との隙間Ｋを幅方向の各位置で一定に保ちつつ、塗布器１０を基板Ｗに対して移動させる。本実施形態の移動手段２０は、塗布器１０が移動する構成であるが、移動手段２０は、塗布器１０と基板Ｗとを相対移動させる構成であればよく、図示しないが、固定状態にある塗布器１０に対してステージ３１（基板Ｗ）が移動する構成であってもよい。

供給手段４０は、液溜め部４１と圧力調整器４２とを有する。液溜め部４１は、塗布液Ｒを溜める容器として機能する。本実施形態の液溜め部４１は、水平面に沿って設けられた配管（流路）４３により構成されている。つまり、水平面に沿って設けられた配管４３に、塗布液Ｒが溜められる。この配管４３を、以下において「液溜め配管４３」と呼ぶ。なお、液溜め部４１（液溜め配管４３）の具体的な構成については、後に説明する。この液溜め部４１（液溜め配管４３）は、中継配管４５を通じて塗布器１０（溜め部１３）と接続される。中継配管４５は、水平以外の方向に沿って設けられていてもよく、本実施形態では、液溜め部４１が塗布器１０よりも高い位置に設けられていることから、中継配管４５は上下方向成分を有して延びて設けられている。

中継配管４５には開閉切り換えバルブ４４が設けられ、バルブ４４が開状態で、液溜め部４１と塗布器１０（溜め部１３）との間で塗布液Ｒが流通可能となる。つまり、塗布器１０から塗布液Ｒが吐出され塗布液Ｒが消費されると、液溜め配管４３から塗布器１０へ塗布液Ｒが補充される。圧力調整器４２は、制御装置３５によって制御されるレギュレータからなり、液溜め配管４３内に溜められている塗布液の圧力を変化させる（圧力を調整する）。液溜め配管４３と塗布器１０とは中継配管４５を通じて接続されていることから、液溜め配管４３の塗布液Ｒの圧力が調整されると、塗布器１０（溜め部１３）の塗布液Ｒの圧力が所定の値に調整される（つまり制御される）。本実施形態では、液溜め配管４３内が中継配管４５の反対側（他端４３ｂ側）から吸引されており、圧力調整器４２によって、液溜め配管４３の塗布液Ｒの圧力（ゲージ圧）が負圧に調整されることで、塗布器１０（溜め部１３）の塗布液の圧力（ゲージ圧）が負圧になる。圧力調整器４２は、塗布器１０内の塗布液Ｒの圧力を所定の値（負圧）に保つように、液溜め部４１に溜めている塗布液Ｒの圧力を調整する。この調整は、圧力センサ３６の検出結果に基づいて行われる。

塗布器１０内の塗布液Ｒの圧力が（大気圧に対して）負圧の所定の値に調整されることで、塗布装置５は、基板Ｗに対してキャピラリ塗布が可能となる。本実施形態の塗布装置５は、下向きのキャピラリ塗布を行なう装置である。つまり、塗布器１０の先端面１７に形成された細長い吐出口１１と基板Ｗ（被塗布面８）とを接近させた状態とする。この吐出口１１からの塗布液Ｒが先端面１７と被塗布面８との間における毛細管現象（表面張力）によって引き出されることで、塗布液Ｒが基板Ｗに塗布される。更に説明すると、吐出口１１からの塗布液Ｒが被塗布面８に接触すると、これら吐出口１１と被塗布面８との間に塗布液ＲのビードＲｂが形成される。この状態で、基板Ｗに対して塗布器１０を移動させると、先端面１７と被塗布面８との隙間Ｋに塗布液Ｒが浸透することで、吐出口１１から塗布液Ｒが引き出され、基板Ｗに対して連続的に塗布液Ｒが塗布される。

〔液溜め部４１について〕
図２は、前記塗布装置５を簡略化して説明する説明図である。液溜め部４１は、前記のとおり、塗布液Ｒを溜める容器として機能すると共に、塗布器１０に塗布液Ｒを供給可能であり、水平面に沿って設けられた液溜め配管４３により構成されている。液溜め配管４３は、その一端４３ａ側が中継配管４５と繋がっており、他端４３ｂ側が吸引されていて前記圧力調整器４２によって所定の圧力（負圧）に保たれている。

図２に示される液溜め配管４３は、水平面に沿って設けられている直線状のパイプによって構成されている。このように、液溜め配管４３は、水平面に沿って設けられている部分のみである。つまり、液溜め配管４３の他端４３ｂから上に延びて繋がっている配管４６は、液溜め配管４３に含まれず、この配管４６は、圧力調整器４２と接続するための配管である。

図４は、液溜め配管４３の変形例を説明する平面図である。液溜め配管４３は、水平面に沿って設けられていればよく、直線状の配管（パイプ）のみによる構成以外として、図４に示されるように、渦巻き状の配管によって構成されていてもよい。つまり、この液溜め配管４３には、水平面に沿って設けられ屈曲（又は湾曲）する曲がり流路部５０が含まれている。更に具体的に説明すると、液溜め配管４３には、水平面に沿って、一方側から他方側へ延びて設けられている第一流路部５１と、他方側から一方側に延びて設けられている第二流路部５２と、第一流路部５１と第二流路部５２とを繋ぐ曲がり流路部５０とが含まれる。図４に示される液溜め配管４３は、複数本の第一流路部５１、複数本の第二流路部５２、及び複数の曲がり流路部５０を有しており、これら第一流路部５１、第二流路部５２、及び曲がり流路部５０が一つ繋がりとなって一条の液溜め配管４３が構成されている。なお、図４の形態では、曲がり流路部５０に、直線状の流路部５０ａと、その両側の曲部５０ｂとが含まれるが、（直線状の流路部５０ａが省略されて）曲がり流路部５０が全体として湾曲していてもよい。

前記各形態（図２、図４）の液溜め配管４３では、塗布液Ｒが、一端４３ａ側から他端４３ｂ側に向かって充満状態（満管状態）で溜められている。なお、一端４３ａから中継配管４５（図２参照）を経て塗布器１０内の流路においても、塗布液Ｒは充満状態（満管状態）にある。つまり、塗布器１０から液溜め配管４３の途中位置まで塗布液Ｒは充満状態（満管状態）にある。液溜め配管４３の途中位置まで、塗布液Ｒが溜められていることから、この途中位置に塗布液Ｒの液面Ｒａが存在する。

本実施形態では、基板Ｗに対して塗布器１０から塗布液Ｒを吐出している塗布動作の際、塗布液Ｒの液面Ｒａは必ず液溜め配管４３の途中位置にある。塗布器１０から塗布液Ｒが吐出されると塗布液Ｒは消費される。すると、その消費に応じて、液溜め配管４３から塗布器１０へ塗布液Ｒが補充される。この補充により、図３に示されるように（図２と比較して）液面Ｒａは移動するが、この移動は、水平面に沿って設けられている液溜め配管４３の範囲内で行われる。つまり、液溜め配管４３は、溜めている塗布液Ｒの液面Ｒａを液溜め配管４３の途中で保持すると共に、塗布器１０への塗布液Ｒの供給（補充）による液面Ｒａの移動方向は水平方向となる。

図５は、液溜め配管４３の途中位置にある塗布液Ｒの液面Ｒａを説明する図である。塗布器１０への塗布液Ｒの供給（補充）による液面Ｒａの移動方向が、前記のとおり水平方向となるために、液溜め配管４３に塗布液Ｒが溜められた状態で、液面Ｒａは、液溜め配管４３の内壁面４７に環状となって接して構成される。

図４に示される液溜め配管４３について更に説明する。この液溜め配管４３は、塗布器１０の長手方向となる幅方向と、この幅方向に直交する水平な奥行方向との二次元平面に沿って設けられる。なお、前記奥行き方向は、移動手段２０によって基板Ｗと塗布器１０とが相対移動する方向となり、この方向は塗布方向となる。図４に示す形態では、前記二次元平面に沿って液溜め配管４３は矩形の範囲内に設けられていて、その矩形の長辺が塗布器１０の幅方向と平行となり、その矩形の短辺が前記塗布方向と平行となる。このため、前記第一流路部５１は、幅方向の一方側から他方側へ延びて設けられている。この構成によれば、塗布液Ｒの液面Ｒａは、幅方向に長い第一流路部５１又は第二流路部５２の範囲に存在する確率が高くなる。液面Ｒａが、第一流路部５１又は第二流路部５２の範囲に存在している間は、この液溜め配管４３が塗布器１０と同期して同じ方向（塗布方向）に移動しても、液面Ｒａは、この移動による慣性力を受け難くなり、液面Ｒａの位置は安定し易い。よって、塗布器１０の内圧変動がより一層抑えられる。

第一流路部５１及び第二流路部５２は、直線形状でなくてもよく、水平面上の円弧に沿った形状であってもよい。この場合、第一流路部５１は、仮想の円弧に沿って一方側から他方側へ延びて設けられ、第二流路部５２は、仮想の円弧に沿って他方側から一方側に延びて設けられる。また、曲がり流路部５０についても円弧に沿った形状であってもよい。この場合、円形渦巻状の液溜め配管４３となる。

〔本実施形態の塗布装置５について〕
以上のように、前記各形態の塗布装置５は、塗布器１０を備え、塗布器１０は、基板（被塗布部材）Ｗに対して塗布液Ｒを吐出する吐出口１１を有する。塗布装置５は、更に、塗布液Ｒを溜めると共に、塗布器１０に塗布液Ｒを供給可能（補充可能）である液溜め部４１を備える。液溜め部４１は、水平面に沿って設けられ塗布液を溜める液溜め配管４３を有する。液溜め配管４３は、溜めている塗布液Ｒの液面Ｒａを、この液溜め配管４３の途中で保持する。そして、塗布器１０への塗布液Ｒの供給（補充）による液面Ｒａの移動方向は水平方向となる。この塗布装置５によれば、塗布液Ｒを溜める液溜め配管４３は水平面に沿って設けられ、液溜め配管４３の塗布液Ｒが減少して液面Ｒａが移動しても、その移動の方向は水平方向である。このため、塗布器１０からの塗布液Ｒの吐出による消費に伴って、液溜め部４１の塗布液Ｒが塗布器１０に供給されて減少しても、塗布器１０を基準とした塗布液Ｒの水頭が変化せず、塗布器１０の内圧が変動するのを抑えることが可能となる。したがって、図６に示されるように、基板Ｗ上に形成される塗布液Ｒの膜厚は、塗布方向に沿って一定となる（塗布位置Ｐ１，Ｐ２によって変化しない）。

図４に示される形態の場合、液溜め配管４３には、水平面に沿って設けられ屈曲（又は湾曲する）少なくとも一つの曲がり流路部５０が含まれる。このため、液溜め配管４３の流路長が長くなる。液溜め配管４３の流路長が長くなると、液溜め部４１において塗布液Ｒを溜める容量が増え、液溜め部４１に対して塗布液を補充する頻度（メンテナンスの頻度）を減らすことができる。図４に示される形態を更に具体的に説明すると、液溜め配管４３には、水平面に沿って、一方側から他方側へ延びて設けられている第一流路部５１と、他方側から一方側に延びて設けられている第二流路部５２と、これら第一流路部５１と第二流路部５２とを繋ぐ曲がり流路部５０とが含まれる。このため、液溜め配管４３が水平面に沿って二次元的に配置され、設置面積をさほど広くしなくても、液溜め配管４３の流路長が長くなる。

また、本実施形態の塗布器１０は、吐出口１１から吐出され基板Ｗに付着した塗布液Ｒが、この吐出口１１が開口する塗布器１０の先端面１７と基板Ｗの被塗布面８との隙間Ｋに浸透することにより、塗布液Ｒが吐出口１１から引き出されることで塗布を行う、キャピラリ塗布用の塗布器である。よって、本実施形態の塗布装置５が行なう塗布方法は、キャピラリ塗布方法となる。よって、塗布液Ｒの利用効率がよい。

〔その他〕
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
液溜め部４１は、パイプ及びその継ぎ手等の配管４３（液溜め配管４３）により構成される他に、図示しないが、ブロック体の内部に水平面に沿って孔を形成し、その孔が、前記液溜め配管と同様に、塗布液Ｒを溜める流路状の容器として機能するように構成してもよい。つまり、液溜め部４１は、水平面に沿って設けられ塗布液Ｒを溜める液溜め流路を有していればよい。
前記実施形態では、塗布液Ｒが塗布される対象となる部材（被塗布部材）が、円板状の基板Ｗである場合について説明したが、その他の部材であってもよく、また、その形状は、円板状以外に矩形状であってもよい。

前記実施形態では、塗布器１０が、幅方向に細長い吐出口１１を有し、キャピラリ塗布が行われる場合について説明した。しかし、液溜め部４１が、水平面に沿って設けられ塗布液Ｒを溜める液溜め流路（液溜め配管４３）を有する構成は、塗布器内の液圧を一定に保持するという目的のもと、キャピラリ塗布を行なう塗布装置５以外にも適用可能である。例えば、図示しないが、塗布器内の液圧を一定に保持しながら、塗布器の微小孔から塗布液を吐出するインクジェット塗布用の塗布装置に対して、前記のような液溜め流路（液溜め配管４３）を有する構成を適用することができる。

５：塗布装置 １０：塗布器 １１：吐出口
１７：先端面 ２０：移動手段 ４１：液溜め部
４３：液溜め配管（液溜め流路） ４７：内壁面 ５０：曲がり流路部
５１：第一流路部 ５２：第二流路部 Ｒ：塗布液
Ｒａ：液面 Ｗ：基板（被塗布部材）

Claims (5)

1. 被塗布部材に対して塗布液を吐出する吐出口を有する塗布器と、
   前記被塗布部材と前記塗布器とを相対的に移動させる移動手段と、
   塗布液を溜めると共に前記塗布器に塗布液を供給可能である液溜め部と、
   を備え、
   前記液溜め部は、水平面に沿って設けられ塗布液を溜める液溜め流路を有し、
   前記液溜め流路は、溜めている塗布液の液面を当該液溜め流路の途中で保持し、前記塗布器への塗布液の供給による前記液面の移動方向が水平方向となる、塗布装置。
2. 前記液溜め流路には、水平面に沿って設けられ屈曲又は湾曲する曲がり流路部が含まれる、請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記液溜め流路には、水平面に沿って、一方側から他方側へ延びて設けられている第一流路部と、他方側から一方側に延びて設けられている第二流路部と、前記第一流路部と前記第二流路部とを繋ぐ前記曲がり流路部と、が含まれる、請求項２に記載の塗布装置。
4. 前記液溜め流路に塗布液が溜められた状態で、前記液面は、当該液溜め流路の内壁面に環状となって接して構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の塗布装置。
5. 前記塗布器は、前記吐出口から吐出され被塗布部材に付着した塗布液が、当該吐出口が開口する前記塗布器の先端面と当該被塗布部材との隙間に浸透することにより、塗布液が当該吐出口から引き出されることで塗布を行う、キャピラリ塗布用の塗布器である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の塗布装置。

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