JP2840182B2 - 基板への回転式塗布方法並びに基板への回転式塗布装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハ、液晶
表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板など
の基板上にフォトレジスト液、ポリイミド樹脂、シリカ
系被膜形成材、ドーパント材等の塗布液を供給して基板
を回転させることにより、基板の表面に塗布液を薄膜状
に塗布するための基板への回転式塗布方法、並びにその
方法を実施するための回転式塗布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ、ガラス基板、マスク基板
等の基板上にフォトレジスト液等の塗布液を供給した後
基板を水平面内において鉛直軸回りに回転させ、基板の
表面に極薄の塗布液の被膜を形成する場合、通常は、基
板上に塗布液が供給された後において基板の回転速度を
２段階に切り換えるようにしている。すなわち、基板上
に塗布液を供給した後、まず、基板を比較的低速、例え
ば１，０００ｒｐｍ程度の回転数で回転させ、基板上に
供給された塗布液を遠心力で拡散流動させて基板の表面
全体に塗り拡げ（拡散流動工程）、次いで、基板を高
速、例えば３，０００ｒｐｍの回転数で回転させ、基板
の表面全体に塗り拡げられた塗布液の被膜を均一な膜厚
に調整し乾燥（振り切り工程）させるようにしている。

【０００３】ここで、基板への回転式塗布装置としては
種々の構成のものがある。例えば特公昭５７−４８９８
０号公報、特公昭５８−４５８８号公報、特開平１−１
３５５６５号公報等には、回転台上に水平姿勢で保持さ
れる基板を包囲して密閉ないし閉鎖空間を形成するよう
に、回転台と一体的に容器或いは蓋を設け、回転台及び
それに保持された基板と容器或いは蓋とを一体に回転駆
動させるようにした回転式塗布装置が開示されている。
これらの公報に開示されている塗布装置は、基板を密閉
ないし閉鎖された塗布液溶剤の雰囲気下に置いた状態で
基板に塗布液を回転塗布することにより、大形丸形基板
における周縁部のように周速度が大きくなったり角形基
板における角部のように回転時に風切りしたりして他よ
り風を強く受ける部分でも、塗布液の溶剤成分の蒸発が
促進され塗布液の粘度が上がって遠心力による拡散流動
が弱まるといったことを防止し、部分的に塗布液被膜の
厚みが厚くなるのを抑制して塗布の均一性を高めるよう
にしたものである。また、前記特公昭５７−４８９８０
号公報には、回転台及びそれに保持された基板と基板を
包囲して密閉ないし閉鎖空間を形成する容器とを別個に
駆動し得るように構成し、容器の回転速度を回転台の回
転速度より早くして、密閉空間内の空気の移動速度を回
転台、従ってそれに保持された基板の移動速度（周速
度）とほぼ等しくしたり、基板上へ塗布液を供給する際
には、回転台のみを低速回転させて容器を停止させるよ
うにしたりすることを可能にした装置構成が開示されて
いる。

【０００４】また、特開昭６０−１４３８７１号公報に
は、基板を水平姿勢に吸着保持するスピンヘッドのスピ
ンドルに固着された下カップとこれに組み合わされる上
カップとにより基板及びスピンヘッドを包囲して密閉
し、下カップと上カップとが適当なロックピン等で一体
化され、下カップと上カップとが別々のモータによって
回転駆動されるようにして、基板及び上下カップの回転
方向及び回転速度を自由に選択できるようにした回転式
塗布装置が開示されている。この塗布装置によると、基
板の周囲の雰囲気（温度、湿度、レジスト溶剤の蒸気圧
等）が変動しにくくなり、レジスト溶剤の蒸発が抑えら
れて、均一な膜厚にレジストを塗布することができる。
さらに、特開平４−６１９５５号公報には、回転台上に
水平姿勢で保持された基板、特に角形基板や大形基板の
上面と所定の小間隔をもって平行に、基板の外形と同等
以上の大きさを有する上部回転板を設け、その上部回転
板を回転台と一体に回転させるように構成した回転式塗
布装置が開示されている。この塗布装置によると、回転
台と上部回転板との間に形成される扁平な塗布処理空間
の空気層が、一体に回転する回転台と上部回転板と共に
連れ回りし、塗布処理空間内に収まっている基板の表面
に対する相対的な空気の動きが無いので、塗布液溶剤の
部分的な気化促進による塗布液粘度の上昇に起因した部
分的な膜厚増大といったことが無くなり、均一な薄膜塗
布が可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基板上に供
給された塗布液を、基板を回転させることによって拡散
流動させ基板の表面全体に塗り拡げる場合、基板の半径
方向へは遠心力によって塗布液が速やかに拡散する。一
方、基板上の塗布液は、基板の円周方向へ慣性力（塗布
液がその場に留まろうとする力）によって拡がろうとす
るが、その慣性力に比べて遠心力の方が遥かに大きいの
で、塗布液が基板の円周方向へ拡がる前に基板の周端縁
から周囲へ多くの塗布液が飛散してしまう。このため、
基板の表面全体に塗布液を塗り拡げるのに大量の塗布液
が必要になる。例えば、１，０００ｒｐｍ程度の回転数
で半導体ウエハの表面全体に塗布液を塗り拡げるには、
最終的にウエハ上に塗り拡げられることを所望する塗布
液量の１，０００倍前後もの量の塗布液をウエハ上に供
給しなければならず、高価なフォトレジスト等の塗布液
が大量に無駄になってしまうといった問題点がある。

【０００６】ところが、上記した従来の回転式塗布装置
は何れも、基板の表面全体に塗布液を均一な厚みに塗布
し得るように構成されたものであるが、塗布液の消費量
を低減させることができるものではない。

【０００７】この発明は以上のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、塗布液を基板の円周方向に速やかに塗
り拡げることができて、塗布液の消費量を従来に比べて
著しく低減させることができる基板への回転式塗布方
法、並びに、その方法を好適に実施することができる回
転式塗布装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る回転式塗
布方法は、基板を比較的低速で回転させて、基板上に供
給された塗布液を基板の表面全体に塗り拡げる拡散流動
工程において、基板の上方に僅かな間隔を設けて基板と
平行に配置された回転板を、基板の回転軸心と同一の鉛
直軸回りにかつ基板の回転方向と逆の方向に回転させ、
次いで、基板を高速で回転させて、基板の表面全体に塗
り拡げられた塗布液の被膜を均一な膜厚に調整する振り
切り工程において、前記回転板を、基板の回転軸心と同
一の鉛直軸回りにかつ基板の回転方向と同じ方向に回転
させるようにすることを要旨とする。この場合、振り切
り工程の初期において、回転板を基板の回転速度より大
きい速度で回転させ、その後に回転板を基板の回転速度
と同じ速度で回転させるようにしてもよい。

【０００９】また、上記方法を実施するための回転式塗
布装置の構成として、基板を水平姿勢に保持する保持手
段を有し、水平面内において鉛直軸回りに回転自在に支
持された基板回転保持具と、この基板回転保持具を回転
駆動させる基板回転駆動手段と、前記基板回転保持具を
比較的低速で所定時間回転させた後高速で所定時間回転
させるように前記基板回転駆動手段を制御する基板回転
制御手段と、前記基板回転保持具に保持された基板の表
面上に塗布液を供給する手段と、基板の外形と同等もし
くはそれ以上の大きさを有し、前記基板回転保持具に保
持された基板の上方に僅かな間隔を設けて基板と平行に
配設され、基板回転保持具の回転軸心と同一の鉛直軸回
りに回転自在に支持された回転板と、この回転板を回転
駆動させる回転板回転駆動手段と、この回転板回転駆動
手段を制御する回転板回転制御手段とを備えた装置にお
いて、前記回転板を正・逆回転可能に支持するととも
に、前記回転板回転駆動手段を正・逆回転駆動可能と
し、前記回転板回転制御手段に、前記基板回転保持具の
低速回転時に前記回転板を基板回転保持具の回転方向と
逆の方向に回転させ、基板回転保持具の高速回転時に回
転板を基板回転保持具の回転方向と同じ方向に回転させ
るように前記回転板回転駆動手段を制御する制御プログ
ラム又は制御シーケンスを具備させた。

【００１０】

【作用】上記した回転式塗布方法により、また、上記構
成の回転式塗布装置を使用し、基板の表面に塗布液を塗
布するようにしたときは、拡散流動工程において、基板
の上方に僅かな間隔を設けて配置された回転板が基板の
回転方向と逆の方向に回転することにより、基板と回転
板との間の空気が回転板と共に連れ回りして、空気が基
板の回転方向と逆向きの円周方向に流動し、この空気流
動による円周方向の力が基板上に供給された塗布液に作
用して、基板上において塗布液がその場に留まろうとす
る力が助長され、塗布液が基板の円周方向に速やかに拡
散流動して、基板の表面全体に塗布液が短時間で塗り拡
げられることになる。次に、振り切り工程においては、
基板の上方において回転板が基板の回転方向と同じ方向
に回転することにより、基板と回転板との間の空気が回
転板と共に連れ回りして、基板の表面に対する相対的な
空気の流動が無くなり又は少なくなる。この結果、基板
表面に塗布された塗布液中の溶剤の気化が部分的に促進
されることが防止され、塗布液粘度の上昇に起因した部
分的な膜厚増大といったことが無くなり、基板表面に均
一な膜厚の塗布液被膜が形成される。

【００１１】また、振り切り工程の初期において、回転
板を基板の回転速度より大きい速度で回転させた後、回
転板を基板の回転速度と同じ速度で回転させるようにし
たときは、回転板を基板より高速回転にしたことで、基
板と回転板との間の空気は、回転板と基板とを常に同一
速度で回転させる場合より、大きな加速度を受けること
を強いられる。このため、基板と回転板との間の空気
は、回転速度上昇時には、とかく空気自体の慣性で基板
より回転が遅れがちであるにもかかわらず、基板の回転
との関係で見るかぎり、あたかも慣性を有しないかの如
く、基板の回転速度上昇に殆んど遅れることなく回転す
る。従って、振り切り工程の初期、すなわち振り切り工
程として必要な高速回転に達するまで回転速度を上昇す
る際、板表面に対する相対的な空気の流動が無くなるま
での立上り時間が短くなり、以後、基板表面上での空気
流動が無い状態で塗布液被膜の膜厚調整が行なわれるこ
とになり、塗布液被膜の膜厚の均一性がより向上するこ
とになる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００１３】図１及び図２は、この発明に係る回転式塗
布方法を実施するための装置の構成の１例を示し、図１
は、装置の要部を示す斜視図、図２は、装置全体の概略
構成を示す一部破断側面図である。

【００１４】この回転式塗布装置は、基板１を水平姿勢
に保持して鉛直軸回りに回転する基板回転保持具10、こ
の基板回転保持具10を回転駆動させる基板回転駆動用モ
ータ12、このモータ12の駆動を制御する制御装置（図示
せず）、基板回転保持具10に保持された基板１の表面上
にフォトレジスト液等の塗布液を供給する水平移動可能
な塗布液供給ノズル（図示せず）、基板回転保持具10の
上方に配設され、基板回転保持具10の回転軸心と同一の
鉛直軸回りに正・逆回転可能に支持された回転板14、こ
の回転板14を正・逆回転駆動させる回転板回転駆動用モ
ータ16、このモータ16の駆動を制御する制御装置（図示
せず）、並びに、基板１の側方及び下方を包囲し、基板
１から飛散する塗布液を回収する処理液回収カップ18な
どから構成されている。

【００１５】基板回転保持具10は、下面中央部にモータ
12の回転駆動軸20が固着されて水平に支持された円形の
回転台22の上面に、その周縁に沿って円周方向に複数個
配置される基板保持部材24を取着して構成されている。
そして、基板１は、複数個の基板保持部材24によって外
周縁部を支承され、回転台22の上面から離間して水平姿
勢に支持されるとともに、回転台22と一体に回転して空
転しないようにされている。また、回転板14は、基板１
の外形と同等もしくはそれ以上の大きさを有する円形状
に形成されており、基板回転保持具10に保持された基板
１と平行になるように配設されている。さらに、回転板
14は、図２に示しているように基板回転保持具10に保持
された基板１との間に僅かな距離を隔てた下方位置と、
回収カップ18の外方から回収カップ18の上部開口26を通
してその内方の基板回転保持具10上へ基板１を移送し基
板回転保持具10上から回収カップ18外へ基板１を移送す
ることを可能にするとともに、基板回転保持具10に保持
された基板１の表面上へ図示しない塗布液供給ノズルに
よって塗布液を供給することを可能にする上方の退避位
置との間で、モータ16と一体に往復移動することができ
るように昇降自在に支持されており、図示を省略してい
るが、そのための昇降駆動機構が設けられている。さら
に、処理液回収カップ18の底部には、排気管28及び廃液
管30が連通接続されている。また、モータ12の回転駆動
軸20は、回収カップ18の底部中央部を貫通するように配
設されている。

【００１６】次に、図１及び図２に示した回転式塗布装
置を使用して基板の表面に塗布液を塗布する方法につい
て説明する。

【００１７】まず、回転板14及びモータ16を上方の退避
位置へ移動させ、回収カップ18の上部開口26を通して基
板を回収カップ18内へ搬入し、基板回転保持具10上に基
板１を載置して保持させる。次に、図示しない塗布液供
給ノズルから基板回転保持具10に保持された基板１の表
面上へ塗布液を供給する。基板１上に塗布液が供給され
ると、回転板14及びモータ16を図２に示した下方位置へ
移動させ、回収カップ18の上部開口26をほぼ閉鎖するよ
うに回転板14を配置する。そして、モータ12を回転駆動
させ、基板回転保持具10と共に基板１を矢印Ａで示す方
向へ低速、例えば１，０００ｒｐｍ程度の回転数で回転
させるとともに、モータ16を回転駆動させ、回転板14を
基板１の回転方向と逆の、矢印ｂに示す方向へ回転させ
る。これにより、基板１と回転板14との間の空気が回転
板14と共に連れ回りし、空気が基板１の回転方向と逆向
きの円周方向に流動し、この空気流動による円周方向の
力が基板１上の塗布液に作用する。そして、基板１上の
塗布液は、遠心力に加えて、基板１の回転方向とは逆向
きの、空気流動による円周方向の力を受けてその方向に
速やかに拡散流動し、基板１の表面全体に短時間で塗り
拡げられる。尚、図１では、基板１と回転板14とが大き
く離間したように示されているが、基板１及び回転板14
の回転中には、両者は図２に示すように接近、例えば１
０mm前後の間隔で接近している。

【００１８】塗布液が基板１の表面全体に塗り拡げられ
ると、モータ12の回転数を上げ、基板１を高速、例えば
３，０００ｒｐｍ程度の回転数で回転させる。それと同
時に、モータ16を逆回転駆動させ、回転板14を基板１の
回転方向と同じ、矢印ａに示す方向へ、基板１の回転速
度より一旦大きい速度で回転させた後、基板１の回転速
度と同じ速度で回転させる。これにより、基板１と回転
板14との間の空気が回転板14と共に連れ回りし、空気が
基板１の回転方向と同じ向きの円周方向に流動し、基板
１の表面に対する相対的な空気の流動が無くなる。その
際、回転板14を基板１より一旦高速回転にしたことで、
基板１と回転板14との間の空気は、回転板14と基板１と
を常に同一速度で回転させる場合より、大きな加速度を
受けることを強いられる。そのため基板１と回転板14と
の間の空気は、回転速度上昇時には、とかく空気自体の
慣性で基板１より回転が遅れがちであるにもかかわら
ず、基板１の回転との関係で見るかぎり、あたかも慣性
を有しないかの如く、基板１の回転速度上昇に殆んど遅
れることなく回転し、従って基板１の表面に対する相対
的な空気の流動が無くなる。状態になるまでの立上り時
間も短くなる。この結果、基板１表面に塗布された塗布
液中の溶剤の気化が部分的に促進されることが防止さ
れ、塗布液粘度の上昇による部分的な膜厚増大といった
ことが無くなり、基板表面に均一な膜厚の塗布液被膜が
形成される。図３に、以上の一連の動作におけるタイム
チャートを示す。図３中の実線Ｉが基板１の回転数の経
時変化を示し、破線IIが回転板14の回転数の経時変化を
示している。そして、以上のような基板回転保持具10及
び回転板14の一連の動作は、制御装置によりモータ12、
16をそれぞれプログラム制御或いはシーケンス制御する
ことにより行なわれる。

【００１９】尚、上記実施例では、基板を水平姿勢に保
持する基板回転保持具として、メカニカルチャック方式
のものを示したが、真空チャック方式のものを採用する
ようにしてもよい。尚、上記実施例は、回転台の上面に
設けた基板保持部材によって基板の周縁を保持して回転
させる、いわゆるメカニカルチャック方式のものである
ので、真空チャック方式のもののように基板の裏面に触
れることがなく、基板の裏面は清浄な状態に保たれる。
しかも、振り切り工程の初期において回転板を基板の回
転速度より大きい速度で回転させているので、基板保持
部材の回転による風切りの影響も少なくなり、風切りに
よる気流の乱れに起因して塗布が不均一になることもな
い。また、この発明に係る回転式塗布方法及び装置は、
丸形基板だけでなく角形基板も対象とするものであり、
また、大形基板及び小形基板の何れをも対象とする。さ
らに、基板の回転数や回転板の回転数は、基板の種類、
性状、大きさ、形状等や塗布液の種類、雰囲気条件など
によって適宜設定するようにすればよい。

【００２０】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
かつ作用するので、請求項１記載の発明に係る回転式塗
布方法により、また、請求項３記載の発明に係る回転式
塗布装置を使用して、基板の表面に塗布液を塗布するよ
うにしたときは、拡散流動工程において塗布液が基板の
円周方向に速やかに塗り拡げられるため、高価な塗布液
の消費量を従来に比べて著しく低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る、基板への回転式塗布方法を実
施するための装置の構成の１例を示す要部斜視図であ
る。

【図２】図１に示した装置全体の概略構成を示す一部破
断側面図である。

【図３】この発明に係る、基板への回転式塗布方法にお
ける一連の動作の１例を示したタイムチャートである。

【符号の説明】

１ 基板 10 基板回転保持具 12 基板回転駆動用モータ 14 回転板 16 回転板回転駆動用モータ 18 処理液回収カップ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−67915（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−89853（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−283331（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−90147（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−264714（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−275163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−225770（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B05C 7/00 - 21/00 B05D 1/40 G03F 7/16 502 H01L 21/027

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を水平面内において鉛直軸回りに比
   較的低速で回転させ、基板上に供給された塗布液を基板
   の表面全体に塗り拡げる拡散流動工程と、基板を水平面
   内において鉛直軸回りに高速で回転させ、基板の表面全
   体に塗り拡げられた塗布液の被膜を均一な膜厚に調整す
   る振り切り工程とを経ることにより、基板表面に塗布液
   被膜を形成する基板への回転式塗布方法において、基板
   の上方に僅かな間隔を設けて基板と平行に回転板を配置
   し、前記拡散流動工程において前記回転板を、基板の回
   転軸心と同一の鉛直軸回りにかつ基板の回転方向と逆の
   方向に回転させ、前記振り切り工程において前記回転板
   を、基板の回転軸心と同一の鉛直軸回りにかつ基板の回
   転方向と同じ方向に回転させるようにすることを特徴と
   する基板への回転式塗布方法。
2. 【請求項２】 振り切り工程の初期において、回転板を
   基板の回転速度より大きい速度で回転させ、その後に回
   転板を基板の回転速度と同じ速度で回転させるようにす
   る請求項１記載の基板への回転式塗布方法。
3. 【請求項３】 基板を水平姿勢に保持する保持手段を有
   し、水平面内において鉛直軸回りに回転自在に支持され
   た基板回転保持具と、この基板回転保持具を回転駆動さ
   せる基板回転駆動手段と、前記基板回転保持具を比較的
   低速で所定時間回転させた後高速で所定時間回転させる
   ように前記基板回転駆動手段を制御する基板回転制御手
   段と、前記基板回転保持具に保持された基板の表面上に
   塗布液を供給する手段と、基板の外形と同等もしくはそ
   れ以上の大きさを有し、前記基板回転保持具に保持され
   た基板の上方に僅かな間隔を設けて基板と平行に配設さ
   れ、基板回転保持具の回転軸心と同一の鉛直軸回りに回
   転自在に支持された回転板と、この回転板を回転駆動さ
   せる回転板回転駆動手段と、この回転板回転駆動手段を
   制御する回転板回転制御手段とを備えてなる基板への回
   転式塗布装置において、前記回転板を正・逆回転可能に
   支持するとともに、前記回転板回転駆動手段を正・逆回
   転駆動可能とし、前記回転板回転制御手段に、前記基板
   回転保持具の低速回転時に前記回転板を基板回転保持具
   の回転方向と逆の方向に回転させ、基板回転保持具の高
   速回転時に回転板を基板回転保持具の回転方向と同じ方
   向に回転させるように前記回転板回転駆動手段を制御す
   る制御プログラム又は制御シーケンスを具備させたこと
   を特徴とする基板への回転式塗布装置。